JP2014089231A - マイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、光学ユニット及びプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】界面反射を抑制することが可能なマイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、光学ユニット及びプロジェクターを提供する。
【解決手段】側縁にテーパーを有する非球面の凹部が形成された基板と、凹部に埋め込まれ、凹部に対応するマイクロレンズを有するレンズ層と、を含み、レンズ層は、基板の屈折率よりも大きい屈折率を有する第１の層と、第１の層と基板との間に配置され、かつ、基板の屈折率と第１の層の屈折率との間の屈折率を有する第２の層と、を含み、マイクロレンズの側縁における接線の傾斜角度をθ、基板の屈折率をｎ１、第２の層の屈折率をｎ２、可視光の波長をλ、０以上の整数をｍとすると、第２の層のうち側縁に形成された部分の厚みｄは、［数１］

である。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、光学ユニット及びプロジェクタ
ーに関する。

液晶装置等の電気光学装置では、その画像表示領域内に、データ線、走査線、容量線等
の各種配線や、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）と称する）等
の各種電子素子が作り込まれている。そのため、電気光学装置に平行光を入射した場合、
そのままでは、全光量のうち各画素の開口率に応じた光量しか利用することができない。

そこで従来は、各画素に対応するマイクロレンズを含んでなるマイクロレンズアレイを
対向基板に作り込んだり、マイクロレンズアレイ基板を対向基板に貼り付けたりしている
。これによって、そのままでは各画素の開口領域以外の非開口領域に向かって進行する光
を、画素単位で集光して各画素の開口領域内に導かれるようにしている。その結果、電気
光学装置において明るい表示が可能となる。

この種のマイクロレンズは、基本的な要請として、レンズ効率を向上させることが重要
である。例えば、特許文献１では、非球面形状のマイクロレンズを有するマイクロレンズ
アレイ基板が開示されている。

特開２００４−７０２８２号公報

ここで、マイクロレンズの光を曲げる力（屈折力）は、マイクロレンズの形状や基板に
対するマイクロレンズの屈折率差によって決まる。即ち、マイクロレンズが同一の形状で
あっても、基板に対するマイクロレンズの屈折率差を大きくすることで、より屈折率の高
いマイクロレンズが得られる。
しかし、基板に対するマイクロレンズの屈折率差が大きくなると、基板とマイクロレン
ズとの界面で光が反射してしまい、かえって光透過率が低くなるという課題があった。
一方、比較的屈折率が小さいマイクロレンズを用いることも考えられるが、この場合に
は曲率が大きく深い形状のマイクロレンズにする必要があり、生産性が低くなる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、界面反射を抑制するこ
とが可能なマイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、光学ユニット及びプロジェクター
を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
（１）即ち、本発明の一態様におけるマイクロレンズアレイ基板は、側縁にテーパーを
有する非球面の凹部が形成された基板と、前記凹部に埋め込まれ、前記凹部に対応するマ
イクロレンズを有するレンズ層と、を含み、前記レンズ層は、前記基板の屈折率よりも大
きい屈折率を有する第１の層と、前記第１の層と前記基板との間に配置され、かつ、前記
基板の屈折率と前記第１の層の屈折率との間の屈折率を有する第２の層と、を含み、
前記マイクロレンズの前記側縁における接線の傾斜角度をθ、前記基板の屈折率をｎ１
、前記第２の層の屈折率をｎ２、可視光の波長をλ、０以上の整数をｍとすると、前記第
２の層のうち前記側縁に形成された部分の厚みｄは、
である。

この構成によれば、第１の層と基板との間に、基板の屈折率と第１の層の屈折率との間
の屈折率を有する第２の層が配置されているので、入射光が基板とマイクロレンズとの界
面で反射することを抑制することができる。さらに、第２の層のうち側縁に形成された部
分の厚みが式（１）に基いて適当な値に設定されるので、側縁部に入射した光の界面反射
を効果的に抑制することができる。

（２）上記（１）に記載のマイクロレンズアレイ基板では、前記凹部が平面視略矩形で
あり、前記凹部を前記凹部の対角線及び前記基板の法線を含む面で切断したときの断面形
状は、前記側縁が直線形状であり、前記凹部の底部が曲線形状であってもよい。

（３）上記（２）に記載のマイクロレンズアレイ基板では、前記第２の層のうち前記底
部に形成された部分の厚みは、前記第２の層のうち前記側縁に形成された部分の厚みより
も厚くてもよい。

この構成によれば、第２の層のうち厚みの厚い底部に形成された部分においては、厚み
の薄い側縁に形成された部分よりも光を曲げる力（屈折力）が小さくなる。そのため、入
射光のうち特にレンズ面の中心軸に沿って真っ直ぐ入射する光に対して屈折力を小さくす
ることができる。従って、入射光の平行度を高くすることができ、光透過率を向上させる
ことができる。

（４）本発明の一態様における電気光学装置は、上記（３）から（４）のいずれか一項
に記載のマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズに対向して配置された電極と
、前記電極に接続された配線又は電子素子と、を含む。

（５）上記（４）に記載の電気光学装置では、前記電気光学装置は、光を画像情報に応
じて変調する光変調装置であってもよい。

（６）本発明の一態様における光学ユニットは、複数の上記（５）に記載の電気光学装
置と、前記複数の電気光学装置によって変調された光を合成して射出する光合成光学系と
、 を含む。

（７）本発明の一態様におけるプロジェクターは、光を射出する光源部と、前記光源部
から射出された光が供給される、上記（６）に記載の光学ユニットと、前記光学ユニット
によって合成された光を画像として投射する投射光学系と、を含む。

本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板を示す断面図である。 マイクロレンズアレイ基板の部分拡大断面図である。 （ａ）〜（ｄ）マイクロレンズアレイ基板の製造工程の説明図である。 本発明の変形例に係るマイクロレンズアレイ基板を示す断面図である。 ＮＨ_３の流量比率とレンズ層の屈折率との関係を示す図である。 電気光学装置を示す概略断面図である。 プロジェクターを示す概略構成図である。

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。

（マイクロレンズアレイ基板）
本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１について、図１及び図２を参照
して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１を示す断面図である。
図２は、マイクロレンズアレイ基板１の部分拡大断面図（マイクロレンズ１６の拡大断
面図）である。
図１及び図２は、基板１０に形成された凹部１１が平面視略矩形であり、マイクロレン
ズアレイ基板１を、凹部１１の対角線及び基板１０の法線を含む面で切断したときの断面
形状を示している。

図１に示すように、本実施形態のマイクロレンズアレイ基板１は、側縁にテーパーを有
する非球面の凹部１１が形成された基板１０と、凹部１１に埋め込まれ凹部１１に対応す
るレンズ面１６ａを有するレンズ層１３と、レンズ層１３上に形成された光路長調整層１
７と、光路長調整層１７上に形成された透明電極１８と、備えている。
尚、以下の説明においては、凹部１１が形成される前の基板を「基板本体」と称し、凹
部１１が形成された後の基板を単に「基板」と称する。

基板１０には、複数の凹部１１がマトリクス状に形成されている。基板本体としては、
例えば石英基板等からなる透明板部材が用いられる。例えば、基板１０の屈折率は、１．
４６程度である。

レンズ層１３は、基板１０よりも屈折率が大きく、かつ、高透過率（高透光性）の材料
によって形成されている。レンズ層１３の形成材料としては、例えば酸窒化シリコン（Ｓ
ｉＯＮ）が用いられる。

レンズ層１３は、基板１０の屈折率よりも大きい屈折率を有する第１の層１５と、第１
の層１５と基板１０との間に配置され、かつ、基板１０の屈折率と第１の層１５の屈折率
との間の屈折率を有する第２の層１４と、備えている。

例えば、第１の層１５の屈折率は、１．６５程度である。例えば、基板１０の屈折率が
１．４６であり、かつ、第１の層１５の屈折率が１．６５である場合、第２の層１４の屈
折率は、１．４６よりも大きくかつ１．６５よりも小さい値に設定される。

各マイクロレンズ１６の曲面は、互いに屈折率が異なる基板１０とレンズ層１３とによ
り概ね規定されている。各マイクロレンズ１６は、下側に凸状に突出した凸レンズとして
構築されている。

本実施形態では、後述する製造方法により製造されるため、膜１２（酸化膜）が、各マ
イクロレンズ１６の縁付近及びマイクロレンズ１６が形成されていない領域における基板
１０の上面に残されている。膜１２は、例えば透明な酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）からな
る。

光路長調整層１７は、例えばＳｉＯ_２などの高透過率（高透光性）の材料によって形成
されている。光路長調整層１７の屈折率は、例えば基板１０と同程度となっている。

マイクロレンズアレイ基板１は、その使用時には、各マイクロレンズ１６が、例えば液
晶装置等の電気光学装置の各画素に対応するように配置される。従って、各マイクロレン
ズ１６の中央付近に入射する光は、各マイクロレンズ１６の屈折作用及び光路長調整層１
７の調整作用により、電気光学装置における各画素の中央に向けて集光される。

尚、図１においては、光路長調整層１７上に透明電極１８が形成されている。更に、透
明電極１８上に配向膜が形成されていてもよい。加えて、マイクロレンズアレイ基板１に
対して、遮光膜を形成し、この遮光膜により区切られた各画素の開口領域に、Ｒ（赤）、
Ｇ（緑）又はＢ（青）のカラーフィルターを作り込んでもよい。尚、ＲＧＢの配列は、種
々の配列を採用することができ、ストライプ配列であってもよいし、デルタ配列であって
もよい。

図２に示すように、凹部１１の断面形状（凹部１１が平面視矩形であり、凹部１１を凹
部１１の対角線及び基板１０の法線を含む面で切断したときの断面形状）は、側縁１１ａ
が直線形状であり、凹部１１の底部１１ｂが曲線形状である。
以下の説明においては、マイクロレンズ１６のうち凹部１１の底部１１ｂに対応する部
分を中心部１６ａ１とし、マイクロレンズ１６のうち凹部１１の側縁１１ａに対応する部
分を周縁部１６ａ２とする。

マイクロレンズ１６の中心部１６ａ１は、周縁部１６ａ２と比べて曲率が小さくなって
いる。マイクロレンズ１６のレンズ面１６ａは、中心部１６ａ１における、底面から周縁
にかけての広がりを、周縁部１６ａ２が多少絞るようになっている。
このような非球面のマイクロレンズ１６は、球面レンズの場合と比較して、中央付近に
おける曲率半径が大きくなっており、非球面の度合いに応じてレンズ効率が向上している
。
例えば、開口部の径とレンズ深さが同じ球面レンズと比較して、本実施形態のように中
央付近だけ曲面にしているレンズによれば、曲面を大きく（曲率半径を小さく）すること
が可能であるため、焦点距離を小さくできる。

図２において、符号Ｌｔ１は、マイクロレンズ１６のレンズ面１６ａの側縁の傾斜した
部分、即ちマイクロレンズ１６の基板１０におけるレンズ面１６ａの側縁１１ａにおける
接線である。符号Ｌｔ２は、マイクロレンズ１６のレンズ面１６ａを形成する部分と形成
しない部分との境界線、即ち基板１０と膜１２との境界線の延長線である。角度θは、レ
ンズ面１６ａの側縁１１ａにおける接線の傾斜角度、即ち接線Ｌｔ１と線Ｌｔ２とのなす
角度である。以下の説明においては、レンズ面１６ａの側縁１１ａにおける接線の傾斜角
度θを、単に傾斜角度θと称する。

本実施形態において、レンズ面の傾斜角度θは、例えば３５°〜５５°となるように規
定されている。これにより、角度θを例えば３０°〜４０°となるようにレンズ曲面を緩
やかに規定した場合や、角度θを例えば７０°〜８０°となるようにレンズ曲面を急峻に
規定した場合と比較して、優れたレンズ効率が得られるとともに、乱反射光等の発生を効
果的に抑制できる。
また、レンズ面の傾斜角度θを３５°〜５５°の範囲することは、マイクロレンズ１６
を作製するプロセスの制御性の面から好適である。

尚、角度θを、電気光学装置の仕様に応じて適宜設定することによって、各マイクロレ
ンズ１６の中央付近のみならず縁付近を通して集光される光が、対応する画素の開口領域
を通過するようにできる。そして、中心部１６ａ１の上縁では、レンズ面１６ａは傾斜角
度θを浅くする方向（図２の矢印の方向）に曲げられている。

レンズ面１６ａにおける周縁部１６ａ２と中心部１６ａ１との境界部１６ａ３は、特に
何もしなければ、各々に対応する２つの面が不連続に接合された形となる。しかし、レン
ズ面１６ａの各部における曲率を理想的な特性が得られるように設計する場合、境界部１
６ａ３では曲率が急激に変化するのではなく、緩やかに変化することが好ましい。本実施
形態では、周縁部１６ａ２における接線の傾きと中心部１６ａ１における接線の傾きとが
連続的に変化している。

このような構成により、図２において基板の下側から入射される投射光等の入射光Ｌを
、マイクロレンズ１６による集光作用によって効率的に表示に寄与する光として利用でき
る。よって、明るく鮮明な画像表示が可能となる。

本実施形態では、基板１０と第１の層１５との間に反射防止膜として機能する第２の層
１４が形成されている。本願発明者は第２の層１４の厚みを所定の厚みに設定することに
より、基板１０とマイクロレンズ１６との界面で光が反射することを効果的に抑制できる
ことを見出した。尚、第２の層１４の厚みとは、レンズ面１６ａの法線方向における第２
の層１４の基板１０側の面（下面）と第１の層１５側の面（上面）との間の距離である。

具体的には、レンズ面１６ａの傾斜角度をθ、基板１０の屈折率をｎ１、第２の層１４
の屈折率をｎ２、可視光の波長をλ、０以上の整数をｍとすると、第２の層１４のうち側
縁１１ａに形成された部分の厚みｄは、以下の式（１）で表される。

ここで、可視光の波長のうち、透過率を高めるのに好ましい波長範囲は５００ｎｍ〜６
５０ｎｍであり、特に好ましくは５５０ｎｍである。
このような波長が特に好ましいのは、例えば、マイクロアレイレンズ基板を三板式のプ
ロジェクターを構成する液晶ライトバルブに適用する場合、視感度の観点から、Ｒ用及び
Ｂ用の液晶ライトバルブに適用するマイクロレンズ基板をＧ用のものと同じ設計にするた
めである。

また、第２の層１４の屈折率は、上述のように基板１０の屈折率（１．４６）よりも大
きくかつ第１の層１５の屈折率（１．６５）よりも小さい値に設定されるが、好ましい屈
折率の範囲は１．５〜１．６である。

これらのことを考慮すると、厚みｄは、以下に示す範囲に算出される。
（１）ｄ＝２５ｎｍ〜４５ｎｍ（ｍ＝０の場合）
（２）ｄ＝７５ｎｍ〜１３５ｎｍ（ｍ＝１の場合）
（３）ｄ＝１２５ｎｍ〜２２５ｎｍ（ｍ＝２の場合）

但し、ｍの値が大きくなると、波長によって最適な厚みｄが大きく異なってくるため、
実際には上記ｍ＝０の場合、或いはｍ＝１の場合の厚みｄの範囲で設定するのが適当であ
ると考えられる。例えば、マイクロアレイレンズ基板を三板式のプロジェクターを構成す
る液晶ライトバルブに適用する場合、ＲＧＢによって厚みｄが大きく異なると、色ごとに
マイクロレンズアレイ基板を設計・製造する必要があり、生産コストが高くなる。

尚、本実施形態では、レンズ層１３が第１の層１５及び第２の層１４の２層からなる例
を挙げて説明したが、これに限らず、３層以上からなっていてもよい。この場合には、各
層の厚みを上記式（１）で算出した厚みにする。

本実施形態では、第２の層１４のうち底部１１ｂに形成された部分の厚みｄｓは、第２
の層１４のうち側縁１１ａに形成された部分の厚みｄよりも厚くなっている（ｄｓ＞ｄ）
。

（マイクロレンズアレイ基板の製造方法）
次に、本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１の製造方法について、図
３（ａ）〜図３（ｄ）を参照して説明する。
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、基板１０に形成される凹部１１が平面視略矩形であるとし
、作製プロセスの部材を、凹部１１の対角線及び基板１０の法線を含む面で切断したとき
の断面形状を示している。

図３（ａ）〜図３（ｄ）は、マイクロレンズアレイ基板１の製造工程の説明図である。
先ず、石英からなる基板本体１０ａを用意する。基板本体１０ａの屈折率は、１．４６
程度とする。
次に、図３（ａ）に示すように、基板本体１０ａ上に、例えばフッ酸系等の所定種類の
エッチャントに対するエッチングレートが基板本体１０ａよりも高い膜（酸化膜）１２ａ
を形成する。このような膜１２ａは、例えばＣＶＤ、スパッタリング等により、透明な酸
化シリコン膜から形成する。

その後、膜１２ａが形成された基板本体１０ａに対して、８００℃以上９００℃以下で
アニール処理を行う。これにより、膜１２ａのエッチングレートを決める。

次に、膜１２ａの上に、例えばＣＶＤ、スパッタリング等により、ポリシリコン膜から
なるマスクＭを形成する。
次に、マスクＭに対するフォトリソグラフィ及びエッチングを用いたパターニングによ
り、形成すべきマイクロレンズの中心に対応する箇所に開口部Ｍｈを開ける。この際、開
口部Ｍｈの径は、凹部１１の径（形成すべきマイクロレンズ１６の径）よりも小さくする
。

次に、図３（ｂ）に示すように、マスクＭを介して、膜１２ａと基板本体１０ａとを、
フッ酸系のエッチャントによりウエットエッチングする。すると、膜１２ａのエッチャン
トに対するエッチングレートは、基板本体１０ａよりも高いので、膜１２ａはより早くエ
ッチングされる。

即ち、エッチングにより膜１２ａに開口部１２ｈが形成されるまでの間は、マスクＭの
開口部Ｍｈの周囲における膜１２ａに対して球面の凹部が掘られるが、膜１２ａに開口部
１２ｈが形成された後には、膜１２ａがより早くエッチングされる。このため、エッチン
グは、開口部Ｍｈの深さ方向よりも周囲に早く広がる。即ち、サイドエッチが相対的に大
きく入る。これにより、基板本体１０ａには、側縁にテーパーを有する非球面の凹部１１
が掘られる。具体的には、基板本体１０ａには、球面と比べて底が浅く、かつ、側縁１１
ａが直線形状であり、底部１１ｂが曲線形状の凹部１１（図２参照）が掘られる。

その後、時間管理等により、マイクロレンズ１６に対応する大きさの凹部１１が掘られ
た段階で、エッチングを終了する。即ち、マイクロレンズ毎に、底が浅く、かつ、側縁１
１ａが直線形状であり、底部１１ｂが曲線形状の凹部１１（図２参照）が掘られた基板１
０が完成する。

本実施形態では、例えば材質、密度、孔隙率等の膜１２ａの種類、例えばＣＶＤ、スパ
ッタリング等の膜１２ａの形成方法、例えば４００℃以下或いは４００℃以上１０００℃
以下等の膜１２ａの形成温度、及び膜１２ａの形成後における熱処理或いはアニール処理
における処理温度のうち、少なくとも一つに係る条件設定により、エッチングレートの制
御を行う。

例えば、ＣＶＤとスパッタリングとでは、スパッタリングの方が、膜１２ａがより緻密
となり、そのエッチングレートを低くできる。また、膜１２ａの形成後の熱処理について
は、処理温度を高くすると膜１２ａがより緻密となり、そのエッチングレートを低くでき
、逆に処理温度を低くするとそのエッチングレートを高くできる。そして、このようなエ
ッチングレートの制御によって、最終的に得られる凹部１１が規定する非球面における曲
率或いは曲率分布を比較的容易に調整できる。

尚、膜１２ａの厚みによっても、最終的に得られる凹部１１が規定する非球面における
曲率或いは曲率分布を比較的容易に調整できる。

このようなエッチングレート制御用の各種条件設定や膜１２ａの厚み設定は、実験的、
経験的、理論的等により、或いはシミュレーションによって、実際に用いられるマイクロ
レンズ１６のサイズ及びマイクロレンズ１６として要求される性能や装置仕様等に応じて
、個別具体的に設定すればよい。

例えば、膜１２ａを粗にすると、横方向のエッチングが早く進むので、薄い幅広のマイ
クロレンズ（浅く幅広の凹部）となる。一方、膜１２ａを密にすると、横方向のエッチン
グが遅くなるので、厚いマイクロレンズ（深い凹部）になる。

次に、マスクＭをプラズマエッチングによって除去する。尚、凹部１１を形成する工程
（図３（ｂ）に示す工程）におけるエッチングによって、マスクＭが完全に除去されるよ
うに、マスクＭの厚みを設定することができれば、本工程（マスクＭをプラズマエッチン
グで除去する工程）は省略可能である。

次に、図３（ｃ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ（以下、ＰＥＣＶＤ（Plasma-E
nhanced Chemical Vapor Deposition）と称する）により、ＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３等
の原料ガスを用いることより、凹部１１に、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を堆積させる。
これによりＳｉＯＮからなるマイクロレンズ１６を含むレンズ層１３を形成する。

ここで、原料ガスに用いるＮ_２ＯとＮＨ_３との比を変更すれば、マイクロレンズ１６の
屈折率を調整することができる。これにより、画素サイズ、ＴＦＴの形状、投射レンズの
Ｆ値に適合した焦点位置を実現できる。

本実施形態では、先ず凹部１１に、例えばＮＨ_３の流量比率を０％〜４０％として、Ｓ
ｉＯＮを堆積させる。この際の堆積層の厚みは、２５ｎｍ〜４５ｎｍ又は７５ｎｍ〜１３
５ｎｍとする。尚、この堆積層のうち底部１１ｂに形成される部分の厚みは、側縁１１ａ
に形成される部分の厚みよりも厚くする。これにより、第２の層１４を形成する。尚、第
２の層１４の屈折率は、基板１０の屈折率（１．４６）よりも大きくかつ第１の層１５の
屈折率（１．６５）よりも小さい値（例えば、１．５〜１．６）とする。

次に、第２の層１４上に、例えばＮＨ_３の流量比率を４１％〜７０％として、ＳｉＯＮ
を堆積させる。この際、堆積層は、基板１０上の第２の層１４の全体を覆うように、少な
くとも堆積層の上面（堆積層の上面のうち最も低い部分）が第２の層１４の上端よりも上
方に位置するまで形成する。これにより、第１の層１５を形成する。尚、第１の層１５の
屈折率は、１．６５程度とする。

尚、第２の層１４及び第１の層１５を形成する際の流量比率はこれに限らず、適宜設定
可能である。

次に、第１の層１５の上部を、例えば化学機械研磨法（以下、ＣＭＰ法（Chemical Mec
hanical Polishing）と称する）により研磨する。これにより、上面が平坦化されたレン
ズ層１３を形成する。但し、第１の層１５の上部を研磨する際には、第２の層１４の表面
を露出させるまで研磨しない。その理由は、研磨しすぎるとレンズの大きさが変わり、光
学特性が大きく変化してしまうためである。

このような方法により、レンズ層１３のうち基板１０との界面に隣接した第２の層１４
により界面反射を抑制し、かつ、基板１０に対して大きい屈折率差を有するマイクロレン
ズ１６を形成することができる。

次に、図３（ｄ）に示すように、レンズ層１３上に、光路長調整層１７を形成する。
例えばＰＥＣＶＤにより、ＳｉＨ_４、Ｎ_２Ｏ等の原料ガスを用いることにより、所定の
プラズマ条件で、レンズ層１３上にＳｉＯ_２からなる光路長調整層１７を形成する。光路
長調整層１７の厚みは、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度とする。これにより、マイクロレ
ンズ１６で曲げられた光の光路長を確保する。尚、光路長調整層１７の厚みは、光学シミ
ュレーション等で最適な厚みに設定される。

次に、光路長調整層１７上に、例えばスパッタリング等により、酸化インジウム錫（以
下、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）と称する）からなる透明電極１８を形成する。尚、透明
電極１８上には、必要に応じて、液晶の配向を制御するための配向膜としての酸化シリコ
ン膜が斜方蒸着等によって形成される（図示略）。
以上の工程により、本発明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１が完成する
。

本実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１によれば、第１の層１５と基板１０との
間に、基板１０の屈折率と第１の層１５の屈折率との間の屈折率を有する第２の層１４が
配置されているので、入射光が基板１０とマイクロレンズ１６との界面で反射することを
抑制することができる。さらに、第２の層１４のうち側縁１１ａに形成された部分の厚み
ｄが上記の式（１）に基いて適当な値に設定されるので、側縁部に入射した光の界面反射
を効果的に抑制することができる。

また、この構成によれば、第２の層１４のうち厚みの厚い底部１１ｂに形成された部分
においては、厚みの薄い側縁１１ａに形成された部分よりも光を曲げる力（屈折力）が小
さくなる。そのため、入射光のうち特にレンズ面１６ａの中心軸に沿って真っ直ぐ入射す
る光に対して屈折力を小さくすることができる。従って、入射光の平行度を高くすること
ができ、光透過率を向上させることができる。

尚、本実施形態では、マイクロレンズアレイ基板１として、複数のマイクロレンズ１６
に対応する複数の凹部１１を形成した基板１０に、レンズ材料を堆積させることにより複
数のマイクロレンズ１６を形成し、これら複数のマイクロレンズ１６からなるレンズ層１
３を形成するとともに、レンズ層１３上に光路長調整層１７を形成し、さらに、光路長調
整層１７上に、透明電極１８をこの順に形成したものを挙げて説明したが、これに限らな
い。
マイクロレンズアレイ基板としては、例えば、光路長調整層１７及び透明電極１８を含
まない構成であってもよい。

また、本実施形態では、ＮＨ_３の流量比率を変えることでレンズ層１３を形成したが、
これに限らない。例えば、ＰＥＣＶＤの条件を変えることによっても、レンズ層を形成す
ることができる。具体的には、ＮＨ_３の流量比率を一定にしていても、ＰＥＣＶＤの投入
電力（プラズマ源の投入電力）を高くし、成膜速度を一時的に高めることによって膜密度
を比較的低くすることで、低屈折率の膜（第２の層に相当）を堆積することができる。こ
の低屈折率の膜を、２５ｎｍ〜４５ｎｍ又は７５ｎｍ〜１３５ｎｍの厚みに堆積した時点
で、プラズマ源の投入電力を下げて成膜速度を低くすることによって膜密度を比較的高く
することで、高屈折率の膜（第１の層に相当）を堆積させることができる。このような方
法においても、上記実施形態と同様のレンズ層を形成することができる。

また、本実施形態では、マイクロレンズアレイ基板１が１つのレンズ層１３を備えてい
るが、これに限らない。例えば、マイクロレンズアレイ基板１が２つのレンズ層１３を備
えた、いわゆるダブルＭＬＡ構造を採用してもよい。

（変形例）
次に、本発明の変形例に係るマイクロレンズアレイ基板について、図４を参照して説明
する。
図４は、基板１０に形成された凹部１１が平面視略矩形であり、マイクロレンズアレイ
基板を、凹部１１の対角線及び基板１０の法線を含む面で切断したときの断面形状を示し
ている。図４においては、便宜上、光路長調整層１７及び透明電極１８の図示を省略して
いる。

上記実施形態では、レンズ層１３が第１の層１５及び第２の層１４の２層からなってい
た。
これに対し、本変形例では、図４に示すように、レンズ層１３Ａが３層以上の層からな
っている。即ち、レンズ層１３Ａは、基板１０から離れるに従って屈折率が次第に大きく
なるように構成されている。

この場合、第２の層のうち側縁１１ａに形成された部分の厚みｄは、基板１０の屈折率
を基準として、レンズ層１３Ａのうち基板１０の屈折率から所定の屈折率だけ大きい屈折
率を有する部分を第２の層１４Ａに対応させて、厚みｄを求める。例えば、基板１０の屈
折率が１．４６の場合、基板１０の屈折率よりも０．０１だけ大きい屈折率を有する部分
、即ち屈折率が１．４７の部分を第２の層１４Ａに対応させる。これにより、第２の層１
４Ａのうち側縁１１ａに形成された部分の厚みｄを求める。尚、第２の層１４Ａは、基板
１０から離れるに従って屈折率が次第に大きくなるように構成されている。
一方、レンズ層１３Ａのうち基板１０の屈折率から所定の屈折率よりも超えた屈折率を
有する部分は第１の層１５Ａに対応する。尚、第１の層１５Ａについても基板１０から離
れるに従って屈折率が次第に大きくなるように構成されている。

本変形例では、先ず凹部１１に、例えばＮＨ_３の流量比率を２０％として、ＳｉＯＮを
堆積させることにより、第１の堆積層を形成する。次に、第１の堆積層上に、例えばＮＨ
_３の流量比率を４０％として、ＳｉＯＮを堆積させて第２の堆積層を形成する。次に、こ
の第２の堆積層上に、例えばＮＨ_３の流量比率を６０％として、ＳｉＯＮを堆積させて第
３の堆積層を形成する。これにより、３層以上の層からなるレンズ層１３Ａを形成する。
尚、レンズ層１３Ａを成膜中にＮＨ_３の流量比率を連続的に変化させることにより、基
板１０から離れるに従って徐々に屈折率が大きくなる傾斜組成膜としてもよい。

図５は、レンズ層形成時のＰＥＣＶＤにおけるＮＨ_３の流量比率とレンズ層の屈折率と
の関係を示す図である。
図５において、横軸はＮＨ_３の流量比率（％）であり、縦軸はレンズ層の屈折率である
。
図５に示すように、ＮＨ_３の流量比率を制御することによって、１．４６〜１．８６の
範囲の屈折率を有するレンズ層を形成することができる。

［電気光学装置］
上述したマイクロレンズアレイ基板は、例えば図６に示すような電気光学装置を構成す
る対向基板として用いられる。

図６は、電気光学装置１００を示す概略断面図である。ここでは、本発明に係る電気光
学装置の一例として、ＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置について説明する
。

図６に示すように、本実施形態に係る電気光学装置１００では、ＴＦＴアレイ基板２と
、対向基板として用いられるマイクロレンズアレイ基板１と、が対向して配置されている
。ＴＦＴアレイ基板２とマイクロレンズアレイ基板１との間には液晶層２５が封入されて
いる。ＴＦＴアレイ基板２とマイクロレンズアレイ基板１とは、シール材２６により互い
に接着されている。尚、マイクロレンズアレイ基板１において透明電極１８上には、即ち
マイクロレンズアレイ基板１の液晶層２５側には、配向膜１９が形成されている。

シール材２６は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなる。また、シール材２
６中には、ＴＦＴアレイ基板２とマイクロレンズアレイ基板１との間隔（基板間ギャップ
）を所定値とするためのグラスファイバー或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布され
ている。このような構成は、プロジェクターのライトバルブ用として小型で拡大表示を行
うのに適している。尚、電気光学装置１００が大型で等倍表示を行う液晶装置である場合
には、このようなギャップ材は液晶層２５中に含まれていてもよい。

ＴＦＴアレイ基板２は、基板２０と、基板２０上に形成された遮光膜２１と、基板２０
上の遮光膜２１を覆って形成された絶縁層２２と、絶縁層２２上に形成された画素電極２
３（電極）と、絶縁層２２上の画素電極２３を覆って形成された配向膜２４と、を備えて
いる。

遮光層２１は、画素スイッチング用のＴＦＴ（電子素子）や走査線、データ線等の配線
を覆って形成されている（図示略）。ＴＦＴや配線は、画素電極２３に電気的に接続され
ている。画素電極２３は、マイクロレンズ１６に対向して配置されている。画素電極２３
は、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる。

液晶層２５は、例えば１種又は数種類のネマチック液晶を混合した液晶からなり、これ
ら一対の配向膜２４，１８の間で、所定の配向状態をとる。

各マイクロレンズ１６は、そのレンズ中心が、各画素中心に平面視重なるように配置さ
れている。マイクロレンズアレイ基板１は、上方から入射される光を、画素の開口領域に
各々集光する。

本実施形態に係る電気光学装置１００によれば、対向基板としてマイクロレンズアレイ
基板１を用いているため、レンズ効率に優れ、入射光の利用効率が高いことから、明るい
良好な表示が得られる。

尚、本実施形態では、対向基板にマイクロレンズアレイ基板を用いているが、これに限
らない。例えば、ＴＦＴアレイ基板にマイクロレンズアレイ基板を用いてもよい。また、
対向基板及びＴＦＴアレイ基板の両方の基板にマイクロレンズアレイ基板を用いた、いわ
ゆる両基板でのダブルＭＬＡ構造を採用してもよい。

また、本実施形態では、対向基板のマイクロレンズアレイ基板１が１つのレンズ層１３
を備えているが、これに限らない。例えば、対向基板のマイクロレンズアレイ基板１が２
つのレンズ層１３を備えた、いわゆる対向基板でのダブルＭＬＡ構造を採用してもよい。

［プロジェクター］
上述したマイクロレンズアレイ基板を備えた電気光学装置は、例えば図７に示すような
プロジェクター１０００を構成する光変調装置として用いられる。

図７は、プロジェクターの概略構成図である。
プロジェクター１０００は、光源部８００と、ダイクロイックミラー８１０、８１１と
、赤色光用光変調装置１００Ｒ、緑色光用光変調装置１００Ｇ及び青色光用光変調装置１
００Ｂと、導光光学系８２０と、反射ミラー８３０〜８３２と、クロスダイクロイックプ
リズム８４０と、投射レンズ８５０とを備えている。プロジェクター１０００から射出さ
れたカラー画像光は、スクリーン８６０上に投影される。

ここで、投射レンズは、特許請求の範囲に記載の投射光学系に相当する。クロスダイク
ロイックプリズムは、特許請求の範囲に記載の光合成光学系に相当する。
言い換えると、プロジェクター１０００は、光を射出する光源部８００と、光源部８０
０から射出された光が供給される光学ユニット１１００と、光学ユニット１１００によっ
て合成された光を画像として投射する投射光学系８５０と、を含んでいる。

光源部８００は、メタルハライドなどのランプ８０１と、ランプ８０１の光を反射する
リフレクター８０２とを備えている。

光学ユニット１１００は、クロスダイクロイックプリズム８４０及び３つの光変調装置
１００を備えている。尚、光変調装置としては、透過型の液晶パネルが用いられる。

ダイクロイックミラー８１０は、光源部８００からの白色光に含まれる赤色光を透過さ
せると共に、緑色光と青色光とを反射する構成となっている。ダイクロイックミラー８１
１は、ダイクロイックミラー８１０で反射された緑色光及び青色光のうち青色光を透過さ
せると共に緑色光を反射する構成となっている。

赤色光用光変調装置１００Ｒ、緑色光用光変調装置１００Ｇ及び青色光用光変調装置１
００Ｂは、上述したマイクロレンズアレイ基板を対向基板として備えている。
赤色光用光変調装置１００Ｒは、ダイクロイックミラー８１０を透過した赤色光が入射
され、入射した赤色光を所定の画像信号に基づいて変調する構成となっている。
緑色光用光変調装置１００Ｇは、ダイクロイックミラー８１１で反射された緑色光が入
射され、入射した緑色光を所定の画像信号に基づいて変調する構成となっている。
青色光用光変調装置１００Ｂは、ダイクロイックミラー８１１を透過した青色光が入射
され、入射した青色光を所定の画像信号に基づいて変調する構成となっている。

導光光学系８２０は、入射側レンズ８２１とリレーレンズ８２２と射出側レンズ８２３
とによって構成されており、青色光の光路が長いことによる光損失を抑制するために設け
られている。

反射ミラー８３０は、ダイクロイックミラー８１０を透過した赤色光を赤色光用光変調
装置１００Ｒに向けて反射する構成となっている。
反射ミラー８３１は、ダイクロイックミラー８１１及び入射レンズ８２１を透過した青
色光をリレーレンズ８２２に向けて反射する構成となっている。
反射ミラー８３２は、リレーレンズ８２２から射出された青色光を射出側レンズ８２３
に向けて反射する構成となっている。

クロスダイクロイックプリズム８４０は、４つの直角プリズムを貼り合わせることによ
って構成されており、その界面には赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘
電体多層膜とがＸ字状に形成されている。これら誘電体多層膜により３つの色の光が合成
されて、カラー画像を表す光が形成される。

光学ユニット１１００においては、３つの光変調装置１００によって変調された光がク
ロスダイクロイックプリズム８４０によって合成して射出される。
投射レンズ８５０は、光学ユニット１１００によって合成されたカラー画像を拡大して
スクリーン８６０上に投影する構成となっている。

以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は
上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。上記の実施形態において示した各
構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲にお
いて設計要求等に基づき種々変更可能である。
その他、マイクロレンズアレイ基板の各構成要素の形状、数、配置、材料、形成方法等
に関する具体的な記載は、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である
。

１…マイクロレンズアレイ基板、１０…基板、１１…凹部、１１ａ…側縁、１１ｂ…底部
、１３，１３Ａ…レンズ層、１４，１４Ａ…第２の層、１５，１５Ａ…第１の層、１６…
マイクロレンズ、１６ａ…レンズ面、２３…画素電極（電極）、１００…光変調装置（電
気光学装置）、８００…光源部、８４０…クロスダイクロイックプリズム（光合成光学系
）、８５０…投射レンズ（投射光学系）、１０００…プロジェクター、１１００…光学ユ
ニット、ｄ…第２の層のうち側縁に形成された部分の厚み、ｄｓ…第２の層のうち底部に
形成された部分の厚み

Claims (7)

1. 側縁にテーパーを有する非球面の凹部が形成された基板と、
   前記凹部に埋め込まれ、前記凹部に対応するマイクロレンズを有するレンズ層と、を含
   み、
   前記レンズ層は、
   前記基板の屈折率よりも大きい屈折率を有する第１の層と、
   前記第１の層と前記基板との間に配置され、かつ、前記基板の屈折率と前記第１の層の
   屈折率との間の屈折率を有する第２の層と、を含み、
   前記マイクロレンズの前記側縁における接線の傾斜角度をθ、前記基板の屈折率をｎ１
   、前記第２の層の屈折率をｎ２、可視光の波長をλ、０以上の整数をｍとすると、前記第
   ２の層のうち前記側縁に形成された部分の厚みｄは、
   であるマイクロレンズアレイ基板。
2. 前記凹部が平面視略矩形であり、前記凹部を前記凹部の対角線及び前記基板の法線を含
   む面で切断したときの断面形状は、前記側縁が直線形状であり、前記凹部の底部が曲線形
   状である請求項１に記載のマイクロレンズアレイ基板。
3. 前記第２の層のうち前記底部に形成された部分の厚みは、前記第２の層のうち前記側縁
   に形成された部分の厚みよりも厚い請求項２に記載のマイクロレンズアレイ基板。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ基板と、
   前記マイクロレンズに対向して配置された電極と、
   前記電極に接続された配線又は電子素子と、
   を含む電気光学装置。
5. 前記電気光学装置は、光を画像情報に応じて変調する光変調装置である請求項４に記載
   の電気光学装置。
6. 複数の請求項５に記載の電気光学装置と、
   前記複数の電気光学装置によって変調された光を合成して射出する光合成光学系と、
   を含む光学ユニット。
7. 光を射出する光源部と、
   前記光源部から射出された光が供給される、請求項６に記載の光学ユニットと、
   前記光学ユニットによって合成された光を画像として投射する投射光学系と、
   を含むプロジェクター。