JP2014089228A - Microlens array manufacturing method and microlens array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法およびマイクロレンズアレイに関する。 The present invention relates to a microlens array manufacturing method and a microlens array.
スクリーン上に画像を投影する表示装置として、投射型表示装置が知られている。 このような投射型表示装置では、その画像形成に主として液晶パネル(液晶光シャッター)が用いられている。この液晶パネルは、例えば、各画素を制御する薄膜トランジスター(TFT)と画素電極とを有する液晶駆動基板(TFT基板)と、ブラックマトリックスや共通電極等を有する液晶パネル用対向基板とが、液晶層を介して接合された構成となっている。このような構成の液晶パネル(TFT液晶パネル)では、液晶パネル用対向基板の画素となる部分以外のところにブラックマトリックスが形成されているため、液晶パネルを透過する光の領域は制限される。このため、光の透過率が下がる。 As a display device that projects an image on a screen, a projection display device is known. In such a projection display device, a liquid crystal panel (liquid crystal light shutter) is mainly used for image formation. In this liquid crystal panel, for example, a liquid crystal driving substrate (TFT substrate) having a thin film transistor (TFT) for controlling each pixel and a pixel electrode, and a counter substrate for a liquid crystal panel having a black matrix, a common electrode, etc. It becomes the structure joined via. In the liquid crystal panel having such a configuration (TFT liquid crystal panel), since the black matrix is formed in a portion other than the portion of the counter substrate for the liquid crystal panel, the region of light transmitted through the liquid crystal panel is limited. For this reason, the light transmittance decreases.
かかる光の透過率を高めるべく、液晶パネル用対向基板には、各画素に対応する位置に多数の微小なマイクロレンズが設けられたものが知られている。これにより、液晶パネル用対向基板を透過する光は、ブラックマトリックスに形成された開口に集光され、光の透過率が高まる。このようなマイクロレンズを形成する方法として、例えば、複数のマイクロレンズ形成用凹部を有する凹部付き基板に、未硬化の光硬化性樹脂を供給し、平滑な透明基板(カバーガラス)を接合し、押圧・密着させ、その後、樹脂を硬化させる方法、いわゆる2P法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 しかし、特許文献1にかかる方法では、マイクロレンズアレイ基板の形成に樹脂材料を用いるため、十分な耐久性を有するマイクロレンズアレイ基板を得るのが困難であった。 In order to increase the light transmittance, a counter substrate for a liquid crystal panel is known in which a large number of microlenses are provided at positions corresponding to each pixel. Thereby, the light which permeate | transmits the opposing board | substrate for liquid crystal panels is condensed by the opening formed in the black matrix, and the transmittance | permeability of light increases. As a method for forming such a microlens, for example, an uncured photocurable resin is supplied to a substrate with recesses having a plurality of recesses for forming microlenses, and a smooth transparent substrate (cover glass) is joined. A so-called 2P method is known in which a resin is cured by pressing and intimate contact (see, for example, Patent Document 1). However, in the method according to Patent Document 1, since a resin material is used for forming the microlens array substrate, it is difficult to obtain a microlens array substrate having sufficient durability.
これに対し、マイクロレンズの光学特性と耐久性に優れるガラス材料を、マイクロレンズ材料として使用するマイクロレンズアレイの製造方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。この製造方法では、レンズ基材をそのガラス転移点(Tg)より高い温度で加熱し、圧力によってマイクロレンズが形成される基板凹部に圧接することで、該凹部内にレンズ基材(ララス材料)を充填するようにしている。 On the other hand, a manufacturing method of a microlens array using a glass material excellent in optical characteristics and durability of a microlens as a microlens material is known (for example, see Patent Document 2). In this manufacturing method, a lens base material is heated at a temperature higher than its glass transition point (Tg), and is pressed against a substrate concave portion on which a microlens is formed by pressure, whereby a lens base material (lass material) is formed in the concave portion. To be filled.
ところで、液晶パネルなどの特性向上に伴い、マイクロレンズアレイ基板についてもその機械特性や光学特性の向上が求められている。このような特性を従来の一般的なガラス基板に比べて高めたものとして、近年、耐熱性が高く、透過率も高いといった優れた特性を有する石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などが提供されている。 By the way, with improvement in characteristics of liquid crystal panels and the like, improvement of mechanical characteristics and optical characteristics of microlens array substrates is also required. In recent years, quartz glass substrates and neo-serum glass substrates, which have excellent characteristics such as high heat resistance and high transmittance, have been provided. Yes.
しかしながら、このような石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などは熱膨張係数(線膨張係数:α)が低く(例えば石英ガラスでは[α=5.5×10−7/℃])、したがってこれら基板を用いてその凹部内にレンズ基材(ガラス材料)を充填し、マイクロレンズを形成しようとした場合、使用できるレンズ基材が著しく制限されてしまう。すなわち、基板とレンズ基材との間で熱膨張係数差が大きいと、製造工程や使用形態で熱負荷がかかった際に前記熱膨張係数差に起因してマイクロレンズアレイにクラックが発生したり、大きな反りが生じることがある。 However, such a quartz glass substrate and a neo-ceram glass substrate have a low coefficient of thermal expansion (linear expansion coefficient: α) (for example, [α = 5.5 × 10 −7 / ° C.] for quartz glass), and thus these substrates are used. When the lens base material (glass material) is filled in the concave portion by using and a microlens is formed, the lens base material that can be used is remarkably limited. That is, if the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the lens base material is large, cracks may occur in the microlens array due to the difference in thermal expansion coefficient when a thermal load is applied in the manufacturing process or usage pattern. Large warping may occur.
ところが、レンズ基材としては高屈折率、高透過性が要求されるものの、これらの性能を満足し、かつ熱膨張係数が低い(石英ガラス基板やネオセラムガラス基板の熱膨張係数に近い)レンズ材料は現在のところ提供されていない。 したがって、前記したようにクラックが発生したり大きな反りが生じるおそれがあるため、マイクロレンズアレイ基板としては、石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などの熱膨張係数が低い基板を用いることが難しいのが現状である。 However, although the lens base material requires high refractive index and high transparency, these lenses satisfy these performances and have a low thermal expansion coefficient (close to the thermal expansion coefficient of quartz glass substrates and neoceram glass substrates). No material is currently provided. Therefore, as described above, cracks or large warpage may occur, and it is difficult to use a substrate having a low thermal expansion coefficient such as a quartz glass substrate or a neo-serum glass substrate as the microlens array substrate. Currently.
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、優れた機械特性や光学特性を有する基板の使用を可能にするとともに、クラックや反りの発生を抑制することで使用するレンズ材料の選択自由度を高めた、マイクロレンズアレイの製造方法と、この製造方法によって得られるマイクロレンズアレイを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is to enable the use of a substrate having excellent mechanical properties and optical properties and to suppress the occurrence of cracks and warpage. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a microlens array in which the degree of freedom in selecting a lens material is increased, and a microlens array obtained by this manufacturing method.
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、レンズ状凹部を形成したマイクロレンズアレイ基板の前記レンズ状凹部に、無機レンズ材料を湿式法で充填する工程と、 前記無機レンズ材料を焼成して少なくとも前記レンズ状凹部内を埋めるレンズ層を形成する工程と、 前記レンズ層を平坦化する工程と、 平坦化後のレンズ層上に気相成膜法によって光路長調整膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 The method for producing a microlens array of the present invention includes a step of filling the lens-shaped recess of the microlens array substrate having the lens-shaped recess with a wet method, and firing the inorganic lens material to at least Forming a lens layer filling the inside of the lens-shaped concave portion, flattening the lens layer, and forming an optical path length adjusting film on the lens layer after the flattening by a vapor deposition method. It is characterized by that.
このマイクロレンズアレイの製造方法によれば、レンズ状凹部内にレンズ層を形成する工程と、レンズ層上に光路長調整膜を形成する工程とを別にしているので、レンズ層を形成する無機レンズ材料と光路長調整膜の形成材料とを別にすることができる。 ここで、基板の凹部内にレンズ材料を埋め込んでマイクロレンズを形成した場合、基板とマイクロレンズとの熱膨張係数差による影響は、特に基板やマイクロレンズの厚さ方向にきいてくる。すなわち、厚さが厚いほど影響が大きくなり、前述したクラックや反りの発生が起こり易くなる。 According to this method of manufacturing a microlens array, the step of forming the lens layer in the lens-shaped recess and the step of forming the optical path length adjusting film on the lens layer are separated. The lens material and the optical path length adjusting film forming material can be separated. Here, when a microlens is formed by embedding a lens material in the concave portion of the substrate, the influence due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the microlens is particularly significant in the thickness direction of the substrate and the microlens. That is, the greater the thickness, the greater the influence, and the above-described cracks and warpage are likely to occur.
本発明では、レンズ層と光路長調整膜とを別に形成しているので、特にレンズ層については、レンズ層と光路長調整膜とを一体に形成する場合に比べ、その厚さを充分に薄くすることができる。すなわち、レンズ層の厚さを薄くできるため、このレンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差が大きくなっても、レンズ層の厚さを薄くした分、熱膨張係数差による影響を少なくすることができる。一方、光路長調整膜については、レンズとしての機能はほとんど必要なく、単に焦点が最適位置になるようにその厚さが設計通りになっていればよいため、屈折率については例えばマイクロレンズアレイ基板と同程度にしてもよい。したがって、その材質についての選択自由度が高まる。 そこで、本発明によれば、特にレンズ層を薄く形成し、これによってレンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差による影響を少なくしてクラックや反りの発生を抑制することができるため、熱膨張係数が小さい石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などを用いた場合にも、これら基板に比べて比較的熱膨張係数が大きいレンズ材料を使用してレンズ層を形成することができる。すなわち、高屈折率、高透過性のレンズ材料を適宜選択して用いることができ、したがって使用するレンズ材料の選択自由度を高めることができる。 In the present invention, since the lens layer and the optical path length adjusting film are separately formed, the lens layer and the optical path length adjusting film are particularly thin in comparison with the case where the lens layer and the optical path length adjusting film are integrally formed. can do. In other words, since the thickness of the lens layer can be reduced, even if the difference in thermal expansion coefficient between this lens layer and the microlens array substrate increases, the effect of the difference in thermal expansion coefficient is equivalent to the reduction in the thickness of the lens layer. Can be reduced. On the other hand, the optical path length adjusting film needs almost no function as a lens, and it is only necessary to have a thickness as designed so that the focal point is at the optimum position. It may be the same level as. Accordingly, the degree of freedom in selecting the material is increased. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the influence of the difference in thermal expansion coefficient between the lens layer and the microlens array substrate, thereby reducing the occurrence of cracks and warpage, in particular, by forming the lens layer thin. Therefore, even when a quartz glass substrate or a neo-ceram glass substrate having a small thermal expansion coefficient is used, the lens layer can be formed using a lens material having a relatively large thermal expansion coefficient as compared with these substrates. That is, a lens material having a high refractive index and a high transmittance can be appropriately selected and used, and therefore the degree of freedom in selecting a lens material to be used can be increased.
また、無機レンズ材料の充填を埋め込み性が良い湿式法で行うので、その後の焼成工程を含めて、比較的短時間でレンズ層を形成することができ、したがって生産性を高めることができる。 さらに、光路長調整膜を、下地の形状を反映し易い気相成膜法によって形成するので、得られる光路長調整膜は、下地である平坦化処理後のレンズ層(マイクロレンズアレイ基板を含む)の平坦面を反映して平坦な膜となる。したがって、この光路長調整膜に対しては、平坦化処理工程を省略することができる。 In addition, since the filling of the inorganic lens material is performed by a wet method with good embeddability, the lens layer can be formed in a relatively short time including the subsequent firing step, and thus the productivity can be improved. Furthermore, since the optical path length adjusting film is formed by a gas phase film forming method that easily reflects the shape of the base, the obtained optical path length adjusting film is a lens layer (including a microlens array substrate) that is a base after the planarization process. ) To reflect a flat surface. Therefore, the planarization process can be omitted for this optical path length adjusting film.
また、前記マイクロレンズアレイの製造方法において、前記無機レンズ材料を湿式法で充填する工程では、前記マイクロレンズアレイ基板より屈折率の高い第1の無機レンズ材料を前記レンズ状凹部に湿式法で充填し、続いて前記第1の無機レンズ材料を焼成して第1レンズ層を形成し、その後前記第1の無機レンズ材料より屈折率の高い第2の無機レンズ材料を前記レンズ状凹部内の前記第1レンズ層上に湿式法で充填することが好ましい。 このようにすれば、第1レンズ層の厚さ、さらに第2の無機レンズ材料から得られる第2レンズ層の厚さを、それぞれレンズ層全体の厚さに対して薄く形成することができるため、第1レンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差による影響、および第2レンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差による影響をそれぞれ少なくすることができ、したがってクラックや反りの発生を抑制することができる。 また、屈折率の異なる無機レンズ材料を組み合わせることで、得られるレンズ層のレンズ特性を高めることができる。 In the method of manufacturing the microlens array, in the step of filling the inorganic lens material by a wet method, the lens-shaped concave portion is filled by a wet method with a first inorganic lens material having a refractive index higher than that of the microlens array substrate. Subsequently, the first inorganic lens material is baked to form a first lens layer, and then a second inorganic lens material having a refractive index higher than that of the first inorganic lens material is placed in the lens-shaped recess. It is preferable to fill the first lens layer by a wet method. In this way, the thickness of the first lens layer and the thickness of the second lens layer obtained from the second inorganic lens material can be made thinner than the total thickness of the lens layer, respectively. , The influence due to the difference in thermal expansion coefficient between the first lens layer and the microlens array substrate and the influence due to the difference in thermal expansion coefficient between the second lens layer and the microlens array substrate can be reduced, respectively. Generation of cracks and warpage can be suppressed. Moreover, the lens characteristic of the lens layer obtained can be improved by combining the inorganic lens material from which a refractive index differs.
また、前記マイクロレンズアレイの製造方法において、前記第2の無機レンズ材料が焼成されて形成される第2レンズ層の熱膨張係数は、前記第1レンズ層の熱膨張係数より小さいことが好ましい。 このようにすれば、熱膨張係数が相対的に小さいマイクロレンズアレイ基板と第2レンズ層とによって熱膨張係数が相対的に大きい第1レンズ層が挟持されるため、熱負荷がかかった際にも第1レンズ層は両側から押さえ込まれることにより、クラックや反りの発生が抑制される。 In the method for manufacturing a microlens array, it is preferable that a thermal expansion coefficient of the second lens layer formed by firing the second inorganic lens material is smaller than a thermal expansion coefficient of the first lens layer. In this way, since the first lens layer having a relatively large thermal expansion coefficient is sandwiched between the microlens array substrate having a relatively small thermal expansion coefficient and the second lens layer, when a thermal load is applied. Also, the first lens layer is pressed from both sides, so that the occurrence of cracks and warpage is suppressed.
また、前記マイクロレンズアレイの製造方法において、前記光路長調整膜の熱膨張係数は、前記レンズ層の熱膨張係数より小さいことが好ましい。 このようにすれば、熱膨張係数が相対的に小さいマイクロレンズアレイ基板と光路長調整膜とによって熱膨張係数が相対的に大きいレンズ層が挟持されるため、熱負荷がかかった際にもレンズ層は両側から押さえ込まれることにより、クラックや反りの発生が抑制される。 In the method of manufacturing the microlens array, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the optical path length adjusting film is smaller than the thermal expansion coefficient of the lens layer. In this way, since the lens layer having a relatively large thermal expansion coefficient is sandwiched between the microlens array substrate having a relatively small thermal expansion coefficient and the optical path length adjusting film, the lens can be used even when a thermal load is applied. Generation of cracks and warping is suppressed by pressing the layer from both sides.
前記平坦化する工程では、少なくともマイクロレンズアレイ基板の一部を露出させるまで前記レンズ層を平坦化することが好ましい。 このようにすれば、レンズ層の厚さを薄くしてレンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差による影響をより少なくすることができる。また、レンズ状凹部内に形成されるマイクロレンズを互いに連続させることなく個々に独立させることができ、したがって応力の伝達を防止してクラックの発生を抑制することができる。 In the step of flattening, it is preferable that the lens layer is flattened until at least a part of the microlens array substrate is exposed. In this way, it is possible to reduce the influence of the difference in thermal expansion coefficient between the lens layer and the microlens array substrate by reducing the thickness of the lens layer. In addition, the microlenses formed in the lens-shaped recess can be made independent of each other without being continuous with each other. Therefore, the transmission of stress can be prevented and the occurrence of cracks can be suppressed.
本発明のマイクロレンズアレイは、前記製造方法によって製造されたことを特徴とする。 このマイクロレンズアレイによれば、高い光学特性を有し、さらに耐久性にも優れたものとなる。したがって、特に長時間の高温環境におかれる投射型表示装置の液晶ライトバルブに使用される液晶パネルに好適なものとなる。 The microlens array of the present invention is manufactured by the above manufacturing method. According to this microlens array, it has high optical characteristics and is excellent in durability. Therefore, it is suitable for a liquid crystal panel used in a liquid crystal light valve of a projection display device that is placed in a high temperature environment for a long time.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
(第1実施形態) 図1(a)、(b)は、本発明にかかるマイクロレンズアレイの第1実施形態の概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線矢視断面図である。図1(a)、(b)において符号10はマイクロレンズアレイであり、このマイクロレンズアレイ10は、複数のマイクロレンズ11に対応する複数の凹部(レンズ状凹部)12aを形成した基板(マイクロレンズアレイ基板)12に、図1(b)に示すようにレンズ材料を固着して前記マイクロレンズ11を形成し、これら複数のマイクロレンズ11からなるマイクロレンズ層13を形成するとともに、さらにマイクロレンズ層13および基板12上に、光路長調整膜14を形成したものである。
First Embodiment FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a schematic configuration of a first embodiment of a microlens array according to the present invention. FIG. 1A is a plan view, and FIG. It is AA arrow sectional drawing of a). 1A and 1B,
基板12としては、本実施形態では耐熱性が高く、透過率も高い石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などが用いられている。 マイクロレンズ11は、基板12より充分に屈折率が高く、かつ、高透過率(高透光性)のガラス材料によって形成されている。 光路長調整膜14は、例えばSiO2などの高透過率(高透光性)の材料によって形成されたもので、屈折率については例えば基板12と同程度となっている。
As the
このような構成によってマイクロレンズアレイ10は、基板12側の外部Qから入射される光を、マイクロレンズ11によって光路長調整膜14側に出射する際に屈折させ、さらに光路長調整膜14で焦点が最適位置になるように調整することにより、P方向において設計通りの位置で集光させるように機能する。
With such a configuration, the
次に、本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法の第1実施形態を説明する。〔無機レンズ材料調製工程〕 まず、マイクロレンズ11を湿式法で形成するべく、マイクロレンズ11を形成するための無機レンズ材料の分散液を調製する。材料としては、例えば微粒子状のガラスフリット(無機レンズ材料)と、ガラスフリットを繋ぐための主に樹脂成分からなるバインダーと、分散媒とが用いられる。なお、これら主材料以外にも、必要に応じて例えば可塑剤などを添加してもよい。そして、これらを混合してペースト状に調整することにより、無機レンズ材料の分散液が得られる。なお、この無機レンズ材料の分散液中には、無機レンズ材料であるガラスフリット以外に有機材料であるバインダーや分散媒が含まれるものの、後述するようにバインダーや分散媒は焼成工程によって蒸散し消失するため、前記分散液は最終的にガラスフリットからなる無機成分(無機レンズ材料)のみとなる。
Next, a first embodiment of a microlens array manufacturing method according to the present invention will be described. [Inorganic Lens Material Preparation Step] First, in order to form the
ガラスフリットとしては、特に限定されることはないものの、これから得られるマイクロレンズ11の屈折率が、基板12の屈折率に比べて少なくとも0.1以上高いもの、すなわち屈折率差が0.1以上となる材料が用いられる。また、熱膨張係数に関しては、大きく制限されることなく、種々のものが使用可能である。すなわち、基板12として石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などの熱膨張係数が比較的小さいものを用いているものの、本実施形態では従来と異なり、基板12と形成するマイクロレンズ11との間の熱膨張係数差を過度に小さくする必要がなく、ある程度の熱膨張係数差を許容できるため、例えば熱膨張係数αが30×10−7/℃程度やこれ以上のものでも使用可能となる。
The glass frit is not particularly limited, but the
このようなガラスフリットとしては、例えばソーダガラス、結晶性ガラス、クラウンガラス、カリウムガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスと酸化ビスマスを主成分としたビスマス系ガラス、ホウケイ酸ガラスと酸化ゲルマニウムを主成分とした酸化ゲルマニウム系ガラス等の、各ガラスフリットを用いることもできる。本実施形態では、例えば熱膨張係数αが30×10−7/℃程度のホウケイ酸ガラスフリットが好適に用いられる。このホウケイ酸ガラスフリットは、酸化ケイ素と酸化ホウ素との混合物を焼成してガラス化した後、粉末化されたものであり、市販されているものを用いることができる。 Examples of such glass frit include soda glass, crystalline glass, crown glass, potassium glass, lead glass, borosilicate glass, bismuth glass mainly composed of borosilicate glass and bismuth oxide, borosilicate glass and germanium oxide. Each glass frit such as germanium oxide-based glass containing as a main component can also be used. In the present embodiment, for example, a borosilicate glass frit having a thermal expansion coefficient α of about 30 × 10 −7 / ° C. is preferably used. The borosilicate glass frit is obtained by baking a vitreous mixture of silicon oxide and boron oxide and then pulverizing it, and a commercially available one can be used.
ガラスフリットの粒径については、流動性を確保するため、10μm以下であることが好ましい。一方、粒径をより微細化することは、製品製造上は好ましいものの、ガラス微粒子の製造上からは、装置コストや長い製造工程を経なければならないなど、コストが大幅に上昇し、また粒径の均一化もより困難となる。したがって、微粒子製造の制限から、10nm以上の粒径であることが好ましい。 The particle size of the glass frit is preferably 10 μm or less in order to ensure fluidity. On the other hand, making the particle size finer is preferable in terms of product production, but from the production of glass fine particles, the cost increases significantly, such as equipment cost and a long production process, and the particle size It becomes more difficult to equalize. Accordingly, a particle diameter of 10 nm or more is preferable because of restrictions on the production of fine particles.
バインダーとしては、樹脂成分であれば特に限定はされないものの、ガラスフリットを繋ぎ止める性能に加え、後述の焼成工程において確実に蒸散される性質を有する必要がある。このようなバインダーとしては、例えば、セルロース系樹脂、ポリビニルブチラール(PVB)等が好適に用いられ、本実施形態ではセルロース系樹脂が用いられる。 Although it will not specifically limit if it is a resin component as a binder, In addition to the performance which connects a glass frit, it needs to have the property of evaporating reliably in the below-mentioned baking process. As such a binder, for example, a cellulose-based resin, polyvinyl butyral (PVB), or the like is preferably used. In the present embodiment, a cellulose-based resin is used.
分散媒としては、低沸点タイプのエタノール、アセトン、中沸点タイプのブタノール、トルエン、高沸点タイプのイソホロン、ターピネオールなどが使用可能である。ただし、後述するように無機レンズ材料をペースト状に調製する必要上、この分散媒についてもペースト材料として好適なものを用いるのが好ましく、したがって高沸点タイプの溶剤などを単体、もしくは複数種を混合して用いるのが好ましい。本実施形態では、ペースト材料として好適なターピネオールを、分散媒として用いる。このターピネオールを用いることで、後述する無機レンズ材料の分散液の充填をスクリーン印刷(スキージ印刷)で容易に行うことができるようになる。 As the dispersion medium, low boiling point type ethanol, acetone, medium boiling point type butanol, toluene, high boiling point type isophorone, terpineol and the like can be used. However, since it is necessary to prepare an inorganic lens material in a paste form as described later, it is preferable to use a suitable paste material for this dispersion medium. Therefore, a high boiling point type solvent or the like is used alone, or a plurality of types are mixed. And preferably used. In this embodiment, terpineol suitable as a paste material is used as a dispersion medium. By using this terpineol, it becomes possible to easily carry out filling of a dispersion liquid of an inorganic lens material described later by screen printing (squeegee printing).
このような材料を用いて分散液を調製するには、まず、分散媒にバインダー樹脂を加えたものをボールミル装置に入れ、充分な時間(例えば一昼夜)をかけて混合する。これにより、バインダー樹脂を分散媒に溶解させる。続いて、この溶液中にガラスフリットを投入し、引き続き三本ロールミル装置で混合することにより、ガラスフリットを分散させてなる分散液、すなわち無機レンズ材料の分散液を調製する。このようにして調製された分散液は、バインダー樹脂を溶解し、さらにガラスフリットを分散させていることで粘度が高くなり、ペースト状となっている。なお、ガラスフリットを分散させる処理については、数分から数十分程度行うことにより、ガラスフリットを充分均一に分散させることができる。 In order to prepare a dispersion using such a material, first, a dispersion medium added with a binder resin is placed in a ball mill apparatus and mixed for a sufficient time (for example, all day and night). Thereby, binder resin is dissolved in a dispersion medium. Subsequently, glass frit is put into this solution and subsequently mixed by a three-roll mill apparatus to prepare a dispersion liquid in which the glass frit is dispersed, that is, a dispersion liquid of an inorganic lens material. The dispersion thus prepared has a high viscosity due to the binder resin dissolved therein and further the glass frit dispersed therein, and is in the form of a paste. In addition, about the process which disperse | distributes a glass frit, it can disperse | distribute a glass frit sufficiently uniformly by performing about several minutes to about several tens of minutes.
分散媒、バインダー樹脂、ガラスフリットの各配合量については、バインダー樹脂を分散媒で良好に溶解させることができ、かつ、ガラスフリットを分散させた状態で所望の粘度、すなわち後述するスクリーン印刷に適した粘度となるように設定しておく。 About each compounding quantity of a dispersion medium, binder resin, and glass frit, binder resin can be dissolved favorably with a dispersion medium, and it is suitable for the desired viscosity, ie, the screen printing mentioned later in the state which disperse | distributed glass frit. Set so that the viscosity becomes high.
〔基板製造工程〕 前述の無機レンズ材料調製工程とは別に、凹部12aを有する基板12を形成する。図2(a)〜(e)に、凹部12aを有する基板の製造方法の一例を示す。
[Substrate Manufacturing Process] Separately from the above-described inorganic lens material preparation process, the
<マスク形成用膜形成工程> 図2(a)に示すように、まず、均一な厚さで傷が無く、表面を清浄化した石英ガラス基板あるいはネオセラムガラス基板からなるガラス基板20を用意し、このガラス基板20の表面にマスク形成用膜21を形成する。このマスク形成用膜21は、後の工程において開口部(初期孔)が形成されることにより、マスクとして機能するものである。後述するが、マスク形成用膜21はレーザー照射により初期孔22が形成され、続いてエッチングにより初期孔22よりガラス基板20へ凹部を形成する。したがって、マスク形成用膜21は、エッチングに対する耐性を有するものであることが好ましい。すなわち、マスク形成用膜21のエッチングレートはガラス基板20に比べて充分に小さくなっていることが好ましい。
<Film Forming Process for Mask Formation> As shown in FIG. 2A, first, a
このことから、マスク形成用膜21の材料としては、例えばCr、Au、Ni、Pt等の金属、もしくはこれらから選択される2種以上を含む合金、Cr、Au、Ni、Pt等の酸化物(金属酸化物)、シリコン、樹脂等が用いられる。また、CuとAu、あるいは酸化CrとCrのように異なる材料からなる複数の積層構造としてもよい。マスク形成用膜21の形成方法としては、特に限定されることなく、蒸着法、スパッタリング法、CVD法などから膜材料に最適な方法が適宜選択され、用いられる。また、膜厚については、初期孔の形成条件ならびにエッチング条件によって適宜に設定されるものの、0.01μm〜0.2μm程度に形成するのが好ましい。
Therefore, the material of the
<初期孔形成工程> マスク形成用膜21をガラス基板20の表面に形成した後、図2(b)に示すようにマスク形成用膜21に、後述するエッチングの際のマスク開口となる初期孔22を、マイクロレンズ形成位置と対応する位置に形成する。これにより、所定の開口パターンを有するマスク23が得られる。
<Initial Hole Forming Step> After the
初期孔22の形成方法としては、レーザー光照射、エッチング処理などが採用される。特に、位置精度を高く維持でき、隣接する初期孔22同士の間隔を正確に制御することが可能となるため、レーザー光照射が好適に採用される。
As a method for forming the
<エッチング工程> 次に、図2(c)に示すように、マスク23に形成された初期孔22を通じてエッチングによりガラス基板20に凹部24を形成する。本実施形態では、ウエットエッチングによって凹部24を形成する。エッチング液としては、特に限定されないものの、本実施形態では基板としてガラス基板20を用いているため、フッ酸(フッ化水素)を含むフッ酸系エッチング液が用いられる。フッ酸系エッチング液を用いることにより、ガラス基板20をより選択的に食刻することができ、凹部24を好適に形成することができる。
<Etching Step> Next, as shown in FIG. 2C, a
初期孔22を形成したマスク23で被覆されたガラス基板20に対してエッチングを施すことにより、図2(c)に示すようにガラス基板20は、マスク23に形成された初期孔22、すなわちマスク材が存在しない部分よりエッチング液によって食刻され、凹部24が形成される。エッチングの時間などを制御して徐々にガラス基板20を食刻することにより、図2(d)に示すように所定深さの凹部24を形成することができる。なお、この凹部24については、形成するマイクロレンズ11の厚さを薄くするべく、その深さをなるべく浅くするのが好ましい。したがって、本実施形態では凹部24を、半球状で、その深さが該半球の半径程度となるように形成する。
By etching the
<マスク除去工程> その後、マスク23をエッチング等により除去することにより、図2(e)に示すように多数の凹部24を有する基板25、すなわち図1(a)、(b)に示した基板(マイクロレンズアレイ基板)12を得る。
<Mask Removal Step> Thereafter, the
〔無機レンズ材料充填工程〕 次に、この基板製造工程で得られた基板25(マイクロレンズアレイ基板12)の凹部24(レンズ状凹部12a)内に、図3(a)〜(d)に示すように前述の無機レンズ材料調製工程で得られたペースト状の無機レンズ材料(無機レンズ材料の分散液)を充填する。すなわち、無機レンズ材料を凹部24に湿式法で充填する。このように湿式法を採用するのは、湿式法は埋め込み性がよく、したがって凹部24内に選択的に無機レンズ材料を充填できるため、充填に要する時間を比較的短くすることができるからである。 なお、図3(a)は凹部24形成面側から見た基板25を模式的に示す平面図であり、図3(b)は図3(a)のB−B線矢視断面図、図3(c)、図3(d)は無機レンズ材料の充填処理の説明図である。
[Inorganic Lens Material Filling Step] Next, in the concave portion 24 (lens-shaped
まず、基板製造工程にて製造した、図3(a)、(b)に示す凹部24を有する基板25に、必要に応じて洗浄・乾燥などの前処理を施しておく。 次に、前記ペースト状の無機レンズ
材料を、湿式法であるスクリーン印刷法によって基板25の凹部24内に充填する。まず、図3(c)に示すように基板25上に、そのレンズ形成領域にアライメントさせて金属製のスクリーン印刷版(メタルマスク)30を配置する。
First, pretreatment such as cleaning and drying is performed on the
スクリーン印刷版30には、凹部24に対応する位置への無機レンズ材料31の充填量に応じてメッシュパターン30aが形成されている。このメッシュパターン30aは、ペースト状の無機レンズ材料31の流動性(粘性)や、基板25の凹部24の深さ大きさによって決定されるものであるが、最も簡便なパターンとしては、レンズ形成範囲全面に刷り込ませる、いわゆるベタパターンを形成するものであってもよい。このようなスクリーン印刷版30としては、無機レンズ材料31の固形分濃度によってその厚さが設定されるが、マスク洗浄などに対する耐久性を確保するため、例えば25μm以上、好ましくは50μm程度の厚さのものを用いる。
A
このようにしてスクリーン印刷版30を配置した後、このスクリーン印刷版30上に前記無機レンズ材料31を配し、続いてスキージ32によって無機レンズ材料31をならす。これにより、ペースト状の無機レンズ材料31を押圧して基板25の凹部24内およびその上に、無機レンズ材料31を充填配置することができる。
After arranging the
ここで、充填配置する無機レンズ材料31の量、すなわちその厚さについては、凹部24内に確実に充填され、かつ、後工程である平坦化工程において平坦化のための研磨代が1〜5μm程度に納まる範囲とされる。 このように凹部24内に無機レンズ材料31を充填することにより、図3(d)に示すように、無機レンズ材料31が充填されてなる焼成前のマイクロレンズアレイ基板33が得られる。
Here, with respect to the amount of the
なお、ここでは無機レンズ材料を凹部24内に充填するための湿式法としてスクリーン印刷法を用いたが、凹部24内に無機レンズ材料を良好に充填できれば、スクリーン印刷法以外の他の湿式法を採用することもできる。例えば、無機レンズ材料の分散液の粘度を調整することにより、スピンコート法やディスペンサ法を採用することもできる。
Here, the screen printing method is used as a wet method for filling the
〔レンズ層形成工程〕 次に、図3(d)に示した焼成前のマイクロレンズアレイ基板33を加熱焼成する。すなわち、この焼成工程では、凹部24に充填した無機レンズ材料31を加熱し焼成し、図1(a)、(b)に示したマイクロレンズ11を形成する。その際、本実施形態では、無機レンズ材料31の分散液中の前記ガラスフリットの軟化点より高い温度、例えばガラスフリットの軟化点温度より50℃〜100℃程度高い温度で加熱焼成する。
[Lens Layer Forming Step] Next, the unfired
具体的には、まず、焼成前マイクロレンズアレイ基板33を30分間程度、100℃〜200℃の雰囲気乾燥炉を用いて乾燥する。次に、乾燥させた焼成前マイクロレンズアレイ基板33を電気炉などの焼成炉によって焼成する。焼成シーケンスとしては、バインダー樹脂が蒸散する温度、すなわち脱バインダー温度まで10℃/分の昇温速度で加熱温度を上げていく。本実施形態では、脱バインダー温度を450℃〜500℃程度としている。そして、この脱バインダー温度に所定時間維持し、バインダー樹脂を確実に蒸散させる。
Specifically, first, the pre-firing
このようにして脱バインダー処理を行った後、ガラスフリットの軟化点より高い温度まで、10℃/分の昇温速度で加熱温度を上げていく。そして、この加熱温度(焼成温度)で15分〜60分程度維持し、ガラスフリットを軟化させてガラス化する。例えば、ガラスフリットとしてホウケイ酸ガラスフリットを用いた場合、その軟化点温度は780℃であるため、加熱温度を850℃まで上げていく。 After the binder removal treatment is performed in this way, the heating temperature is increased at a temperature increase rate of 10 ° C./min up to a temperature higher than the softening point of the glass frit. Then, the heating temperature (firing temperature) is maintained for about 15 minutes to 60 minutes, and the glass frit is softened to be vitrified. For example, when a borosilicate glass frit is used as the glass frit, the softening point temperature is 780 ° C., so the heating temperature is increased to 850 ° C.
その後、自然冷却によってマイクロレンズアレイ基板を常温にまで戻す。これにより、凹部12a(凹部24)内にマイクロレンズ11を形成したマイクロレンズ層13が得られる。 なお、焼成炉としては電気炉に限定はされないものの、無機レンズ材料31への影響を排除するため、活性ガスや煤などの不純物を発生しない装置で焼成を行う必要がある。
Thereafter, the microlens array substrate is returned to room temperature by natural cooling. Thereby, the
〔平坦化工程〕 このようにして得られたマイクロレンズ層13は、凹部24と反対の側の面が前記スキージ32によってならされ、さらに焼成された面であるため、充分な平坦面とはなっていない。そこで、図4(a)に示すようにこのマイクロレンズ層13を平坦化する。平坦化処理としては、ポリッシュ研磨法やCMP法(化学機械研磨法)などが好適に用いられる。
[Planarization Step] The
その際、図4(b)に示すように、少なくとも基板25(基板12)の一部を露出させるまで、マイクロレンズ層13を平坦化する。すなわち、凹部24、24間の基板面が露出するように、平坦化を行う。これにより、得られるマイクロレンズ層13の最終的な厚さを充分に薄くすることができる。また、凹部24(凹部12a)内に形成されるマイクロレンズ11を、互いに連続させることなく個々に独立させることができる。なお、図4(a)は、図4(b)のC−C線矢視断面図である。
At that time, as shown in FIG. 4B, the
〔光路長調整膜形成工程〕 次いで、平坦化工程後のマイクロレンズ層13上に、図4(c)に示すように気相成膜法によって光路長調整膜14を形成する。気相成膜法としては、化学気相成長法(CVD法)や、蒸着法やスパッタ法などの物理気相成長法(PVD法)が採用される。これら気相成膜法のうち、化学気相成長法は得られる膜密度が高く、光学膜の形成法として一般的である。また、蒸着法は成膜レートが高く、スパッタ法は成膜装置が比較的シンプルであり安価であるといった利点がある。したがって、これら各成膜法の利点等から適宜に成膜法を選択し、光路長調整膜14を形成する。これにより、図1(a)、(b)に示したマイクロレンズアレイ10が得られる。
[Optical Path Length Adjusting Film Forming Step] Next, as shown in FIG. 4C, an optical path
本実施形態では、特に膜密度が高く、光学膜として高特性の膜が得られることから、プラズCVD法や熱CVD法等のCVD法が好適に採用される。また、形成する光路長調整膜14、すなわちCVD膜としては、前記マイクロレンズ層13の熱膨張係数より小さい熱膨張係数の膜とするのが好ましい。このようなCVD膜としては、SiO2膜が好適に用いられる。SiO2膜の熱膨張係数(線膨張係数α)は、成膜材料や成膜条件によっても異なるものの、概ね10×10−7/℃程度であり、マイクロレンズ層13の熱膨張係数(ホウケイ酸ガラスの30×10−7/℃程度)に比べ、充分に小さいものとなる。
In this embodiment, since the film density is particularly high and a film having high characteristics can be obtained as an optical film, a CVD method such as a plasma CVD method or a thermal CVD method is preferably employed. The optical path
光路長調整膜14の厚さについては、特に限定されることなく、予め設定された厚さとされる。すなわち、光路長調整膜14は、レンズとしての機能はほとんど必要なく、単に焦点が最適位置になるように、光路長を調整するだけの膜だからである。したがって、この光路長調整膜14については、屈折率についても特に高屈折率が要求されることはなく、例えばマイクロレンズアレイ基板25と同程度であってもよい。
The thickness of the optical path
このようにして得られた光路長調整膜14は、下地の形状を反映し易い気相成膜法によって形成されているので、下地である平坦化処理後のレンズ層13、および露出した基板25によって形成される平坦面を反映して平坦な膜となる。したがって、この光路長調整膜14に対しては、平坦化処理工程を省略することができ、そのまま図1(a)、(b)に示したマイクロレンズアレイ10とすることができる。
Since the optical path
本実施形態のマイクロレンズアレイ10の製造方法にあっては、凹部24内にマイクロレンズ層13を形成する工程と、マイクロレンズ層13上に光路長調整膜14を形成する工程とを別にしているので、マイクロレンズ層13を形成する無機レンズ材料と光路長調整膜の形成材料とを別にすることができる。したがって、マイクロレンズ層13と光路長調整膜14とを一体に形成する場合に比べ、マイクロレンズ層13のみの厚さを充分に薄くすることができる。
In the method for manufacturing the
そして、マイクロレンズ層13の厚さを薄くできるため、このマイクロレンズ層13と基板(マイクロレンズアレイ基板)25との間の熱膨張係数差が大きくなっても、マイクロレンズ層13の厚さを薄くした分、熱膨張係数差による影響を少なくすることができる。 よって、本実施形態では、特にマイクロレンズ層13を薄く形成し、これによってマイクロレンズ層13と基板25との間の熱膨張係数差による影響を少なくしてクラックや反りの発生を抑制することができるため、基板25として熱膨張係数が小さい石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などを用いているにもかかわらず、これら基板に比べて比較的熱膨張係数が大きい無機レンズ材料を使用してマイクロレンズ層13を形成することができる。すなわち、高屈折率、高透過性のレンズ材料を適宜選択して用いることができ、したがって使用するレンズ材料の選択自由度を高めることができる。また、高屈折率、高透過性のレンズ材料を用いることができるため、光学特性に優れたマイクロレンズ11を有するマイクロレンズアレイ10を製造することができる。
Since the thickness of the
また、無機レンズ材料の充填を埋め込み性が良い湿式法で行うので、その後の焼成工程を含めて、比較的短時間でマイクロレンズ層13を形成することができ、したがって生産性を高めることができる。特に、湿式法としてスクリーン印刷法を採用しているので、例えばCVD法等の気相成膜法で行う場合に比べて、製造コストを大幅に低減することができる。 さらに、光路長調整膜14を、下地の形状を反映し易い気相成膜法によって形成するので、得られる光路長調整膜14は、下地である平坦化処理後のマイクロレンズ層13や基板25の平坦面を反映して平坦な膜となる。したがって、この光路長調整膜14に対しては、平坦化処理工程を省略することができる。
Moreover, since the filling of the inorganic lens material is performed by a wet method with good embedding properties, the
また、前記平坦化工程では、少なくとも基板25(基板12)の一部を露出させるまで、マイクロレンズ層13を平坦化するので、マイクロレンズ層13の厚さを薄くしてマイクロレンズ層13と基板25との間の熱膨張係数差による影響をより少なくすることができる。また、凹部24(凹部12a)内に形成されるマイクロレンズ11を互いに連続させることなく個々に独立させることができるため、これらマイクロレンズ11間での応力の伝達を防止し、クラックの発生を抑制することができる。
In the flattening step, the
また、光路長調整膜14の熱膨張係数を、マイクロレンズ層13の熱膨張係数より小さくしているので、熱膨張係数が相対的に小さい基板25と光路長調整膜14とによって熱膨張係数が相対的に大きいマイクロレンズ層13を挟持するため、熱負荷がかかった際にもマイクロレンズ層13を上下両側から押さえ込むことができ、これによってマイクロレンズ層13やその周辺にクラックが発生したり、マイクロレンズアレイ10に反りが発生するのを抑制することができる。
Further, since the thermal expansion coefficient of the optical path
本実施形態のマイクロレンズアレイ10にあっては、高屈折性、高透光性を有し、さらに耐久性にも優れたものとなる。したがって、特に長時間の高温環境におかれる投射型表示装置の液晶ライトバルブに使用される液晶パネルに好適なものとなる。
The
(第2実施形態) 図5(a)、(b)は、本発明にかかるマイクロレンズアレイの第2実施形態の概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のD−D線矢視断面図である。図5(a)、(b)において符号40はマイクロレンズアレイである。このマイクロレンズアレイ40が、図1(a)、(b)に示したマイクロレンズアレイ10と主に異なるところは、マイクロレンズ41が、図5(b)に示すように第1レンズ層42と第2レンズ層43との積層構造となっている点である。
Second Embodiment FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a schematic configuration of a second embodiment of a microlens array according to the present invention. FIG. 5A is a plan view, and FIG. It is DD sectional view taken on the line of a). In FIGS. 5A and 5B,
すなわち、このマイクロレンズアレイ40は、複数のマイクロレンズ41に対応する複数の凹部(レンズ状凹部)12aを形成した基板(マイクロレンズアレイ基板)12に、第1レンズ層42と第2レンズ層43とが積層されてなるマイクロレンズ41を形成し、これら複数のマイクロレンズ41からなるマイクロレンズ層44
を形成するとともに、マイクロレンズ層44および基板12上に、光路長調整膜14を形成したものである。
That is, the
And an optical path
本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法の第2実施形態として、このような構成からなるマイクロレンズアレイ40の製造方法を説明する。 まず、マイクロレンズ41を湿式法で形成するべく、第1レンズ層42を形成するための第1の無機レンズ材料の分散液と、第2レンズ層43を形成するための第2の無機レンズ材料の分散液とをそれぞれ調製する。
As a second embodiment of the method for manufacturing a microlens array according to the present invention, a method for manufacturing the
材料としては、第1の無機レンズ材料の分散液、第2の無機レンズ材料の分散液のいずれも、第1実施形態で調製した無機レンズ材料の分散液と同様のものが用いられる。ただし、本実施形態では、得られる第1レンズ層42の屈折率が基板12(マイクロレンズアレイ基板)の屈折率より高くなり、さらに第2レンズ層43の屈折率が第1レンズ層42の屈折率より高くなるように、第1の無機レンズ材料(ガラスフリット)、第2の無機レンズ材料(ガラスフリット)をそれぞれ選択する。
As materials, both the dispersion liquid of the first inorganic lens material and the dispersion liquid of the second inorganic lens material are the same as the dispersion liquid of the inorganic lens material prepared in the first embodiment. However, in this embodiment, the refractive index of the obtained
すなわち、第1の無機レンズ材料(ガラスフリット)としては、最終的に第1レンズ層42になるものとして、その屈折率がマイクロレンズアレイ基板13の屈折率より高いものが用いられる。また、第2の無機レンズ材料(ガラスフリット)としては、最終的に第2レンズ層43になるものとして、その屈折率が第1レンズ層42、つまり第1の無機レンズ材料(ガラスフリット)の屈折率より高いものが用いられる。
That is, as the first inorganic lens material (glass frit), a material having a refractive index higher than the refractive index of the
また、これら第1レンズ層42、第2レンズ層43については、第2レンズ層43の熱膨張係数が、第1レンズ層42の熱膨張係数より小さくなるのが好ましい。したがって、これら第1レンズ層42、第2レンズ層43を形成するガラスフリットについては、前記の屈折率の条件に加えて、熱膨張率についても前記条件を満足するものが好適に用いられる。すなわち、第2レンズ層43用のガラスフリットとして、その熱膨張係数が、第1レンズ層42用のガラスフリットの熱膨張係数より小さいものが好適に用いられる。
For the
なお、第1レンズ層42用のガラスフリットについては、第1実施形態と同様、その熱膨張係数が、基板12(基板25)より大きい熱膨張係数のものが使用可能である。また、第2レンズ層43用のガラスフリットについても、その熱膨張係数が、基板12(基板25)より大きい熱膨張係数のものが使用可能である このようなガラスフリットとして具体的には、第1実施形態において挙げたガラスフリットのうち、前記屈折率、熱膨張係数の各条件を共に満たすものが適宜選択され、用いられる。
In addition, about the glass frit for the
第1の無機レンズ材料用のガラスフリット、第2の無機レンズ材料用のガラスフリットをそれぞれ選択した後、それぞれを第1実施形態と同様にしてペースト状の分散液に調製し、第1の無機レンズ材料の分散液、第2の無機レンズ材料の分散液をそれぞれ形成する。 そして、このようにして得られた各無機レンズ材料の分散液を、第1実施形態と同様の湿式法、すなわち図3(a)〜(d)に示したスクリーン印刷法により、基板25の凹部24内に充填する。
After selecting the glass frit for the first inorganic lens material and the glass frit for the second inorganic lens material, each was prepared in the same manner as in the first embodiment to prepare a paste-like dispersion, and the first inorganic frit was used. A lens material dispersion and a second inorganic lens material dispersion are respectively formed. Then, the dispersion liquid of each inorganic lens material obtained in this way is formed into a concave portion of the
その際、まず、第1の無機レンズ材料の分散液の充填量(塗布量)を調整し、基板25の凹部24内を全て満たすことなく、その一部(半分より少し多い程度)を満たすように充填する。続いて、この第1の無機レンズ材料を第1実施形態と同様の条件で焼成する。これにより、図6(a)に示すように凹部24内に第1レンズ層42を形成する。
At that time, first, the filling amount (application amount) of the dispersion liquid of the first inorganic lens material is adjusted so as to fill a part (a little more than half) without filling the entire
次いで、凹部24内の第1レンズ層42上に、第2の無機レンズ材料を充填する。そして、この第2の無機レンズ材料を第1実施形態と同様の条件で焼成する。これにより、図6(b)に示すように凹部24内の第1レンズ層42上に第2レンズ層43を形成する。このようにして形成された第1レンズ層42および第2レンズ層43は、積層されたことで入射した光を二度屈折させることができるようになる。すなわち、これら第1レンズ層42および第2レンズ層43によって形成されたマイクロレンズ41は、二度屈折させる機能を有することにより、高屈折性のものとなる。
Next, a second inorganic lens material is filled on the
その後、第1実施形態と同様にして図6(c)に示すようにマイクロレンズ41の平坦化工程を行い、さらに図6(d)に示すように光路長調整膜14を気相成膜法(CVD法)で形成することにより、図5に示したマイクロレンズアレイ40が得られる。 なお、第1レンズ層42の厚さと第2レンズ層43の厚さについては、特に図6(a)〜(d)に示した形態に限定されることなく、各レンズ材料(ガラスフリット)の種類や最終的に得られる液晶パネルの設計などに応じて適宜に決定される。例えば、図7(a)〜(c)に示すように第1レンズ層42の厚さを薄くし、第2レンズ層43の厚さを厚くするようにしてもよい。このような厚さの調整は、各レンズ材料を充填(塗布)する際の量を調整することで容易に行うことができる。
Thereafter, in the same manner as in the first embodiment, a step of flattening the
本実施形態のマイクロレンズアレイ40の製造方法にあっては、第1レンズ層42の厚さ、第2レンズ層43の厚さを、それぞれマイクロレンズレンズ層44全体の厚さに対して薄く形成することができるため、第1レンズ層42と基板12との間の熱膨張係数差による影響、および第2レンズ層43と基板12との間の熱膨張係数差による影響をそれぞれ少なくすることができ、したがってクラックや反りの発生を抑制することができる。 また、屈折率の異なる無機レンズ材料(ガラスフリット)を組み合わせることで、得られるマイクロレンズレンズ層44のレンズ特性を高めることができる。 さらに、光学的にレンズ中央部付近の屈折を少なくし、外周部付近の屈折を大きくすることで、中央部に効率良く集光することができる。
In the method for manufacturing the
また、第2レンズ層43の熱膨張係数が、第1レンズ層42の熱膨張係数より小さくなるように構成しているので、熱膨張係数が相対的に小さい基板12(マイクロレンズアレイ基板)と第2レンズ層43とによって熱膨張係数が相対的に大きい第1レンズ層42が挟持されるため、熱負荷がかかった際にも第1レンズ層は両側から押さえ込まれることにより、クラックや反りの発生が抑制される。 また、第2レンズ層43に比べて熱膨張係数が小さい第1レンズ層42を、図7(a)〜(c)に示すように第2レンズ層43に比べて薄く形成すれば、第1レンズ層42と基板12との間の熱膨張係数差による影響をさらに少なくすることができ、クラックや反りの発生を抑制することができる。
Further, since the thermal expansion coefficient of the
また、本実施形態のマイクロレンズアレイにあっても、投射型表示装置の液晶ライトバルブに使用される液晶パネルに好適なものとなる。 なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The microlens array of the present embodiment is also suitable for a liquid crystal panel used for a liquid crystal light valve of a projection display device. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[使用例] 前記実施形態によって得られるマイクロレンズアレイは、投射型表示装置における液晶ライトバルブとして使用される液晶パネルの、対向基板として好適に使用される。 図8に投射型表示装置概念図を示す。本例の投射型表示装置60は、一般に「液晶プロジェクター」と呼ばれ、光源61から出射された白色光(白色光束)は、インテグレーターレンズ62、63を通過し、白色光の光強度(輝度分布)が均一化される。
[Usage Example] The microlens array obtained by the above embodiment is suitably used as a counter substrate of a liquid crystal panel used as a liquid crystal light valve in a projection display device. FIG. 8 shows a conceptual diagram of a projection display device. The
インテグレーターレンズ62、63を通過した白色光は、ミラー64によって反射され、さらにダイクロイックミラー65によって青色光(B)と緑色光(G)とが反射され、ダイクロイックミラー69に向かう。赤色光(R)はダイクロイックミラー65を通過し、ミラー66で反射され集光レンズ67で集光されて赤色用の液晶ライトバルブ68へ向かう。
The white light that has passed through the
ダイクロイックミラー69に向かった青色光(B)と緑色光(G)とのうち、緑色光(G)はダイクロイックミラー69で反射され、さらに集光レンズ70で集光されて緑色用の液晶ライトバルブ71に入射する。また、青色光(B)はダイクロイックミラー69を通過し、集光レンズ72、ミラー73、集光レンズ74、ミラー75、集光レンズ76を通過、集光されて、青色用の液晶ライトバルブ77に入射する。
Of the blue light (B) and green light (G) directed to the
液晶ライトバルブ68、71、77は、それぞれの色の画像信号に基づいて作動する駆動回路によりスイッチング制御し、それぞれの色の画像を形成させる。この形成されたそれぞれの色の画像をダイクロイックプリズム78に入射し、ダイクロイックプリズム78で合成され、投射レンズ79を通してスクリーン80へ画像が投射される。
The liquid
前記の液晶ライトバルブ68、71、77としては、図9に示すTFT液晶パネル90が用いられている。TFT液晶パネル90は、TFT基板(液晶駆動基板)91と、TFT基板91に接合された液晶パネル用対向基板92と、TFT基板91と液晶パネル用対向基板92との空隙に封入された液晶よりなる液晶層93とを有している。
As the liquid
TFT基板91は、液晶層93の液晶を駆動するための基板であり、ガラス基板91aと、ガラス基板91aに設けられた多数の画素電極91bと、画素電極91bの近傍に設けられ、各画素電極91bに対応する多数の薄膜トランジスター(TFT)91cとを有している。このTFT液晶パネル90では、液晶パネル用対向基板92の透明電極膜(共通電極)92aと、TFT基板91の画素電極91bとが対向するように、TFT基板91と液晶パネル用対向基板92とが、一定距離離間して接合されている。
The
この液晶パネル用対向基板92に、本願発明のマイクロレンズアレイ92bが適用されている。マイクロレンズアレイ92b側から入射した入射光Pは、マイクロレンズ92cを通過する際に集光され、マイクロレンズアレイ92b上に形成されたブラックマトリックス92dの開口部92eより液晶層93を通過しTFT基板91より出射される。このとき、マイクロレンズアレイ92bは入射光の光量を極力減衰させることなく出射させる作用を有しており、わずかな変形でも、所定の焦点距離あるいは焦点位置を維持することが困難となってしまう。しかし、図8における光源61の光を受け非常に高温環境におかれ、線膨張により変形が発生しやすいデバイスでありながら、本願発明のマイクロレンズアレイを適用することで、安定した品質が維持されるようになっている。
The
10…マイクロレンズアレイ、11…マイクロレンズ、12a…凹部(レンズ状凹部)、12…基板(マイクロレンズアレイ基板)、13…マイクロレンズ層(レンズ層)、14…光路長調整膜、20…ガラス基板、24…凹部、25…基板(マイクロレンズアレイ基板)、30…スクリーン印刷版、31…無機レンズ材料、32…スキージ、33…焼成前のマイクロレンズアレイ基板、40…マイクロレンズアレイ、41…マイクロレンズ、42…第1レンズ層、43…第2レンズ層、44…マイクロレンズ層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
のマイクロレンズアレイの製造方法。 3. The microlens array according to claim 2, wherein the second lens layer formed by firing the second inorganic lens material has a thermal expansion coefficient smaller than that of the first lens layer. Method.
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