JP2016024293A - マイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、電子機器、マイクロレンズアレイ基板の製造方法、及び電子機器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズアレイ基板の耐光性や耐熱性を高めること。
【解決手段】マイクロレンズアレイ基板１０は、上面１１ａに第１凹部１２を有する透明基材１１と、第１凹部１２を覆うように形成され、上面１１ａに接する下面１３ｂと反対側の上面１３ａに第１凹部１２の形状が反映された第２凹部１４を有し、透明基材１１の屈折率ｎ０よりも高屈折率の第１透明層１３と、第２凹部１４を覆うように形成され、第１透明層１３の屈折率ｎ１と異なる屈折率ｎ２の第２透明層１６と、を備え、第１透明層１３及び第２透明層１６は、無機材料で構成されていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、マイクロレンズアレイ基板、当該マイクロレンズアレイ基板が搭載された電気光学装置、当該電気光学装置が搭載された電子機器、当該マイクロレンズアレイ基板の製造方法、及び当該電子機器の製造方法に関する。

電子機器の一例として、例えば光変調素子（ライトバルブ）によって変調された光をスクリーンなどに投写する投写型表示装置（プロジェクター）が知られている。当該投写型表示装置は、光源部と、光源部から射出された光を変調するライトバルブと、ライトバルブによって変調された光を投写する投写光学系（投写レンズ）などを有し、より明るい表示が望まれる。

投写型表示装置に適したライトバルブとして、例えば画素のそれぞれに光の集光部としてのマイクロレンズを設け、マイクロレンズによって表示に寄与しない光を集光し、表示光の一部に利用することで光の利用効率を向上させた液晶装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載の液晶装置では、凹部を有する対向基板に屈折率の異なる２種類の膜を積層し、凹部に対応する位置に２種類のマイクロレンズを形成している。２種類のマイクロレンズは、凹部に膜を堆積することで形成されるので、例えばフォトリソプロセスやエッチングプロセスなどが省略され、マイクロレンズを製造する手間やコストが抑えられている。さらに、対向基板に入射した光は、２種類のマイクロレンズによって集光され、光の利用効率が高められている。

特開２０１３−５７７８１号公報

投写型表示装置用途の液晶装置は強い光に曝されるので、当該液晶装置には耐光性や耐熱性が要求される。しかしながら、特許文献１に記載の液晶装置では、マイクロレンズを形成する２種類の膜の一方が樹脂（有機材料）であり、耐光性や耐熱性に劣るという課題があった。

さらに、投写型表示装置では、液晶装置で変調された光（以降、変調光と称す）は、投写レンズで集められ、スクリーンに投写され、所望の表示がなされる。変調光と光軸とがなす角度が、投写レンズがスクリーンに投影できる角度（以降、飲み込み角と称す）以下である場合、当該変調光は、スクリーンに投影され、表示に寄与する。ところが、光軸となす角度が飲み込み角よりも大きい変調光は、投写レンズでけられてスクリーンに投影されず、表示に寄与しない。このため、投写型表示装置においてより明るい表示を実現するためには、光軸となす角度が飲み込み角以下である変調光の光量を高める必要がある。
しかしながら、特許文献１に記載の液晶装置では、光軸となす角度が飲み込み角以下である変調光の光量を高めるための条件が不明確であるという課題もあった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、第１面に第１凹部を有する透明基材と、前記第１凹部を覆うように形成され、前記第１面に接する第２面と反対側の第３面に前記第１凹部の形状が反映された第２凹部を有し、前記透明基材の屈折率よりも高屈折率の第１透明層と、前記第２凹部を覆うように形成され、前記第１透明層の屈折率と異なる屈折率の第２透明層と、を備え、前記第１透明層及び前記第２透明層は、無機材料で構成されていることを特徴とする。

第１凹部を覆う第１透明層、及び第２凹部を覆う第２透明層は、共に無機材料で構成されている。すなわち、本適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、無機材料で構成されたマイクロレンズアレイ基板であり、有機材料を含むマイクロレンズアレイ基板と比べて耐光性や耐熱性に優れ、例えば強い光に曝されても劣化しにくい。

さらに、透明基材の第１面に設けられた第１凹部の内側に、透明基材の屈折率よりも高屈折率の第１透明層を充填すると、第１凹部は、正の屈折力を有するレンズとして働き、第１凹部に入射した光を正の屈折力のレンズの焦点に収束する方向に屈折させ、集光することができる。

第１透明層の第３面に設けられた第２凹部の内側に、第１透明層と異なる屈折率の第２透明層を充填すると、第２凹部は正の屈折力または負の屈折力を有するレンズとして働く。例えば、第２凹部の内側に、第１透明層よりも低屈折率の第２透明層を充填すると、第２凹部は負の屈折力を有するレンズとして働き、第１凹部で集光された光を当該負の屈折力のレンズの焦点から発散する方向、つまり光軸となす角度が小さくなる方向に、第１凹部で集光された光の進行方向を調整することができる。例えば、第２凹部の内側に、第１透明層よりも高屈折率の第２透明層を充填すると、第２凹部は正の屈折力を有するレンズとして働き、第１凹部で集光された光を当該正の屈折力のレンズの焦点に収束する方向、つまり光軸となす角度が大きくなる方向に、第１凹部で集光された光の進行方向を調整することができる。

従って、第１凹部によって光を集光し、第２凹部によって集光された光の進行方向を調整することができ、且つ耐熱性や耐光性に優れたマイクロレンズアレイ基板を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、前記透明基材の構成材料は酸化シリコンであり、前記第１透明層及び前記第２透明層の構成材料は酸窒化シリコンであり、前記酸窒化シリコンを構成する酸素原子及び窒素原子の組成比が、前記第１透明層及び前記第２透明層で異なることが好ましい。

酸化シリコンの屈折率は概略１．４６であり、窒化シリコンの屈折率は概略２である。酸窒化シリコンを構成する酸素原子及び窒素原子の組成比（酸素原子及び窒素原子の占有率）を変化させることで、酸窒化シリコンの屈折率を、酸化シリコンの屈折率（概略１．４６）から窒化シリコンの屈折率（概略２）の範囲で変化させることができる。従って、第１透明層及び第２透明層の構成材料を酸窒化シリコンとすることによって、第１透明層の屈折率及び第２透明層の屈折率を、酸化シリコンの屈折率から窒化シリコンの屈折率の範囲で調整することができる。

［適用例３］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、前記第１凹部は、中央に配置された第１平坦部と、平面視で前記第１平坦部を囲む第１曲面部と、を有し、前記第２凹部は、中央に配置された第２平坦部と、平面視で前記第２平坦部を囲む第２曲面部と、を有していることが好ましい。

例えば、第１凹部及び第２凹部が曲面部だけで構成される場合、表示に寄与する光が第１凹部及び第２凹部に入射すると、表示に寄与する光の進行方向は、第１凹部及び第２凹部によって屈折され（変化し）、表示に寄与しない光に変換されるおそれがある。
第１凹部及び第２凹部に平坦部を設け、表示に寄与する光が第１凹部及び第２凹部の平坦部に入射するようにすると、表示に寄与する光の進行方向は第１凹部及び第２凹部の平坦部の影響を受けず、表示に寄与する光が表示に寄与しない光に変換されるおそれを抑制することができる。従って、第１凹部及び第２凹部に平坦部を有するマイクロレンズアレイ基板は、表示に寄与する光が表示に寄与しない光に変換されるおそれが抑制されるので、第１凹部及び第２凹部が曲面部だけで構成されるマイクロレンズアレイ基板と比べて、表示に寄与する光の光量を高めることができる。

［適用例４］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、前記第２凹部は、平面視で前記第１凹部の内側に配置され、前記第２凹部の曲率は前記第１凹部の曲率よりも大きいことが好ましい。

第２凹部は、平面視で第１凹部の内側に配置されている。よって、上述した第１凹部に形成されるレンズと第２凹部に形成されるレンズとを、同じ光軸に配置することができる。さらに、第２凹部の曲率は第１凹部の曲率よりも大きいので、第２凹部の曲率が第１凹部の曲率と同じである場合と比べて、第２凹部に形成されるレンズの屈折力を第１凹部に形成されるレンズの屈折力よりも強くすることができる。

［適用例５］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、前記第２透明層は、前記第３面に接する第４面と、前記第４面と反対側の第５面とを有し、前記第５面は、平坦であることが好ましい。

透明基材の第１面に第１凹部（第１レンズ）を形成し、第１透明層の第３面に第２凹部（第２レンズ）を形成し、第１面から第３面（第５面）に向かう光を第１レンズと第２レンズとで集光し、第２透明層の第５面から射出することができる。さらに、第５面は、平坦であり光の射出方向に影響せず、第５面によって光の射出位置を調整することができる。

［適用例６］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、前記第２透明層は、前記第３面に接する第４面と反対側の第５面に前記第２凹部の形状が反映された第３凹部を有し、前記第３凹部は、無機材料で構成された第３透明層で覆われていることが好ましい。

第２透明層の第５面に形成された第３凹部を第３透明層で覆うと、第３透明層によって光が射出される位置を調整することができる。つまり、第３透明層を光が射出される位置を調整する光路調整層として使用することができる。

［適用例７］本適用例に係る電気光学装置は、上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板に対向配置された第１基板と、前記マイクロレンズアレイ基板と前記第１基板との間に配置された電気光学層と、を備えていることを特徴とする。

透明基材の第１面に設けられた第１凹部は、正の屈折力を有するレンズ（第１レンズ）として働き、第１透明層の第３面に設けられた第２凹部は、正の屈折力または負の屈折力を有するレンズ（第２レンズ）として働く。よって、マイクロレンズアレイ基板は、第１レンズと第２レンズとで光を集光し、電気光学層に射出し、電気光学層で変調する光の光量を高めることができる。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、光源と、前記光源から発せられた光を集光する上記適用例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アレイ基板で集光された光を変調する電気光学層と、前記電気光学層で変調された光を投写する投写レンズと、を含み、前記投写レンズのＦ値が１．５以上である場合に、前記第１透明層の屈折率は前記第２透明層の屈折率よりも大きいことを特徴とする。

第１凹部に入射した光を、第１凹部によって集光する。当該集光された光を、第２凹部によって投写レンズが飲み込むことができる方向に屈折させると、当該集光された光は表示に寄与する光となる。当該集光された光を、第２凹部によって投写レンズが飲み込むことができない方向に屈折させると、当該集光された光は表示に寄与しない光となる。

投写レンズのＦ値が１．５以上と大きくなると、投写レンズの飲み込む角が小さくなる。つまり、投写レンズに入射する光と光軸とがなす角度を小さくしないと、投写レンズで飲み込めなくなる。
第１凹部を正の屈折力を有するレンズ（第１レンズ）とし、第２凹部を正の屈折力を有するレンズ（第２レンズ）とした場合、第１レンズで集光された光は、第２レンズによって光軸となす角度が大きくなる方向に屈折され、投写レンズに入射する。よって、投写レンズに入射する光と光軸とがなす角度が大きくなるので、投写レンズによって飲み込みにくくなる。
第１凹部を正の屈折力を有するレンズ（第１レンズ）とし、第２凹部を負の屈折力を有するレンズ（第２レンズ）とした場合、第１レンズで集光された光は、第２レンズによって光軸となす角度が小さくなる方向に屈折され、投写レンズに入射する。よって、投写レンズに入射する光と光軸とがなす角度が小さくなるので、投写レンズによって飲み込みやすくなり、表示に寄与する光の光量を高めることができる。

このように、投写レンズのＦ値が１．５以上と大きくなり、投写レンズの飲み込み角が小さくなると、第２凹部は負の屈折力を有するレンズとして働くことが好ましい。従って、投写レンズのＦ値が１．５以上である場合、第１透明層の屈折率を第２透明層の屈折率よりも大きくし、第２凹部を挟んで、第１透明層と第１透明層よりも低屈折率の第２透明層とを配置し、第２凹部が負の屈折力を有するようにすることが好ましい。

［適用例９］本適用例に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、酸化シリコンを主成分とする透明基材の第１面に第１凹部を形成する工程と、酸素を含む第１反応ガスと、窒素を含む第２反応ガスと、ケイ素を含む第３反応ガスとを用いた化学気相成長法で、第１の酸窒化シリコンを前記第１面に堆積し、前記第１面に接する第２面と反対側の第３面に前記第１凹部の形状が反映された第２凹部を有する第１透明層を形成する工程と、前記化学気相成長法で、前記第１の酸窒化シリコンの屈折率と異なる屈折率の第２の酸窒化シリコンを前記第３面に堆積し、前記第２凹部を覆う第２透明層を形成する工程と、前記第２透明層の前記第３面に接する第４面と反対側の第５面に平坦化処理を施す工程と、を含むことを特徴とする。

酸素を含む第１反応ガスと窒素を含む第２反応ガスとケイ素を含む第３反応ガスとを用いた化学気相成長法で、第１の酸窒化シリコンを、第１凹部が設けられた透明基材の第１面に堆積して第１透明層を形成すると、第１透明層の透明基材に接する第２面と反対側の第３面に、第１凹部の形状が反映された第２凹部を自己整合的に形成することができる。つまり、第１凹部と第２凹部とを同じ光軸に対して配置することができる。さらに、第１凹部を挟んで、透明基材（酸化シリコン）と、透明基材よりも高屈折率の第１透明層（第１の酸窒化シリコン）とが配置されるので、第１凹部は正の屈折力を有するレンズ（第１レンズ）として働き、電気光学装置に入射する光を集光することができる。

第１の酸窒化シリコンの形成条件と比べて、酸素を含む第１反応ガスの量及び窒素を含む第２反応ガスの量を変化させると、第１の酸窒化シリコンと異なる屈折率の第２の酸窒化シリコンを形成することができる。すなわち、第２凹部の内側に第１透明層（第１の酸窒化シリコン）と異なる屈折率の第２透明層（第２の酸窒化シリコン）を充填する。第２凹部を挟んで、第１透明層（第１の酸窒化シリコン）と、第１透明層と異なる屈折率の第２透明層（第２の酸窒化シリコン）とが配置されるので、第２凹部は正の屈折力または負の屈折力を有するレンズ（第２レンズ）として働き、第１レンズで集光された光の進行方向を調整することができる。
第２透明層の第５面に平坦化処理を施し、第２透明層の第５面に平坦な光の射出面を形成する。第５面は平坦であるので、第２レンズで調整された光の進行方向に影響を及ぼさずに、第５面から光を射出することができる。

かかる製造方法で製造されたマイクロレンズアレイ基板では、第１レンズ（第１凹部）で集光された光の進行方向を第２レンズ（第２凹部）で調整することによって、表示に寄与しない光を効率的に表示に寄与する光に変換し、表示に寄与する光の光量を高めることができる。

［適用例１０］本適用例に係る電子機器の製造方法は、光源と、前記光源から発せられた光を集光するマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板で集光された光を変調する電気光学層と、前記電気光学層で変調された光を投写する投写レンズと、を含む電子機器の製造方法であって、前記マイクロレンズアレイ基板は、第１面に第１凹部を有する透明基材と、前記第１凹部を覆い前記第１凹部の形状が反映された第２凹部を有する第１透明層と、前記第２凹部を覆う第２透明層と、を備え、前記投写レンズのＦ値が１．５以上である場合に、前記透明基材を構成する材料の屈折率よりも高屈折率の材料で前記第１透明層を形成し、前記第１透明層を構成する材料の屈折率よりも低屈折率の材料で前記第２透明層を形成することを特徴とする。

第１凹部を第１透明層で覆うと、第１凹部を挟んで、透明基材と、透明基材よりも高屈折率の第１透明層とが配置されるので、第１凹部は正の屈折力を有するレンズ（第１レンズ）として働く。よって、第１レンズによって、光源から発せられた光を第１レンズの焦点に収束する方向、つまり光軸となす角度が大きくなる方向に屈折させ、光源から発せられた光を集光することができる。

第２凹部を第２透明層で覆うと、第２凹部を挟んで、第１透明層と、第１透明層よりも低屈折率の第２透明層とが配置されるので、第２凹部は負の屈折力を有するレンズ（第２レンズ）として働く。第２レンズによって、第２レンズの焦点から発散する方向、つまり光軸となす角度が小さくなる方向に、第１レンズで集光された光の進行方向を調整することができる。よって、投写レンズのＦ値が１．５以上と大きくなり、投写レンズの飲み込み角が小さくなっても、投写レンズが飲み込むことができるように、第１レンズで集光された光の進行方向を、第２レンズによって光軸となす角度が小さくなる方向に調整することができる。
従って、Ｆ値が１．５以上と大きく飲み込み角が小さい投写レンズであっても、投写レンズは第１凹部で集光された光を飲み込み、電子機器の表示の輝度を高めることができる。

実施形態１に係る投写型表示装置の構成を示す概略図。 実施形態１に係る液晶装置の構成を示す概略平面図。 実施形態１に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 図２のＡ−Ａ’線に沿った液晶装置の概略断面図。 図４の破線で囲まれた領域Ｂにおける液晶装置の概略断面図。 偏光照明装置から発せられた光が、液晶装置と投写レンズとを経てスクリーンに投写される状態を示す模式図。 光学シミュレーションによって求められた、投写レンズのＦ値が１．２である場合の光の利用効率。 光学シミュレーションによって求められた、投写レンズのＦ値が１．５である場合の光の利用効率。 光学シミュレーションによって求められた、投写レンズのＦ値が１．８である場合の光の利用効率。 光学シミュレーションによって求められた、投写レンズのＦ値が２．１である場合の光の利用効率。 光学シミュレーションによって求められた、投写レンズのＦ値が２．４である場合の光の利用効率。 光学シミュレーションによって求められた、投写レンズのＦ値が２．７である場合の光の利用効率。 光学シミュレーションによって求められた、投写レンズのＦ値が３．０である場合の光の利用効率。 マイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す工程フロー。 図１４に示す工程フローの各工程を経た後の状態を示す概略断面図。 実施形態２に係る液晶装置の概略断面図。 図１６の破線で囲まれた領域Ｂにおける液晶装置の概略断面図。 実施形態３に係る液晶装置の概略断面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならせしめてある。

（実施形態１）
「投写型表示装置の概要」
最初に、本発明における「電子機器」の一例である投写型表示装置（プロジェクター）について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態１に係る投写型表示装置の構成を示す概略図である。

図１に示すように、投写型表示装置１０００は、偏光照明装置１１００と、光学ユニット１２００と、投写光学系（投写レンズ１３００）とを有している。偏光照明装置１１００と、光学ユニット１２００と、投写光学系（投写レンズ１３００）とは、図中の一点鎖線で示された光軸Ｋに沿って配置されている。
なお、偏光照明装置１１００は、本発明における「光源」の一例である。

偏光照明装置１１００は、超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなるランプユニット１１０１と、インテグレーターレンズ１１０２と、偏光変換素子１１０３とから概略構成されている。
偏光照明装置１１００を構成するレンズのＦ値は、概略１．９６である。

光学ユニット１２００は、光分離素子としての２つのダイクロイックミラー１１０４，１１０５と、３つの反射ミラー１１０６，１１０７，１１０８と、５つのリレーレンズ１２０１，１２０２，１２０３，１２０４，１２０５と、３つの透過型の液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０と、クロスダイクロイックプリズム１２０６とを備えている。これらの構成要素も、光軸Ｋに沿って配置されている。

ダイクロイックミラー１１０４は、偏光照明装置１１００から射出された偏光光束のうち、赤色光（Ｒ）を反射させ、緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）とを透過させる。もう１つのダイクロイックミラー１１０５は、ダイクロイックミラー１１０４を透過した緑色光（Ｇ）を反射させ、青色光（Ｂ）を透過させる。

ダイクロイックミラー１１０４で反射された赤色光（Ｒ）は、反射ミラー１１０６で反射された後にリレーレンズ１２０５を経由して液晶ライトバルブ１２１０に入射する。ダイクロイックミラー１１０５で反射された緑色光（Ｇ）は、リレーレンズ１２０４を経由して液晶ライトバルブ１２２０に入射する。ダイクロイックミラー１１０５を透過した青色光（Ｂ）は、３つのリレーレンズ１２０１，１２０２，１２０３と２つの反射ミラー１１０７，１１０８とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ１２３０に入射する。

液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０は、クロスダイクロイックプリズム１２０６の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０に入射した色光は、映像情報（映像信号）に基づいて変調されクロスダイクロイックプリズム１２０６に向けて射出される。

液晶ライトバルブ１２１０は、液晶装置７１と、光の入射側と射出側とにおいてクロスニコルに配置された一対の偏光素子７１ａ，７１ｂとで構成される。液晶装置７１は、色光の入射側に配置される偏光素子７１ａと、色光の射出側に配置される偏光素子７１ｂとの間に隙間（間隙）を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ１２２０，１２３０も同様の構成を有している。

詳細は後述するが、液晶装置７１は、光の入射側にマイクロレンズアレイ基板１０（図４参照）を備え、偏光照明装置１１００から発せられ偏光素子７１ａを通過した光を集光する。さらに、液晶装置７１は、マイクロレンズアレイ基板１０で集光された光が射出される側に液晶層４０（図４参照）を備え、マイクロレンズアレイ基板１０で集光された光を変調する。
なお、液晶装置７１は、本発明における「電気光学装置」の一例である。後述する液晶層４０は、本発明における「電気光学層」の一例である。

クロスダイクロイックプリズム１２０６は、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に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十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、フルカラー表示の画像光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム１２０６で合成された光（画像光）は、投写光学系である投写レンズ１３００によってスクリーン１４００上に投写され、画像が拡大されて表示される。

投写レンズ１３００のＦ値は、１．２〜３．０の範囲にある。投写レンズ１３００に入射する光の中で表示に寄与する（利用される）光と光軸Ｋとがなす角度の最大値を飲み込み角θとすると、飲み込み角θ及び投写レンズ１３００のＦ値には、以下に示す式が成り立つ。
θ＝ａｒｃｓｉｎ（１／２Ｆ）…（１）

例えば、投写レンズ１３００のＦ値が１．２である場合、式（１）より飲み込み角θは概略２４．６度となる。投写レンズ１３００のＦ値が２．４である場合、式（１）より飲み込み角θは概略１２．０度となる。つまり、投写レンズ１３００のＦ値が小さくなると飲み込み角θが大きくなり、投写レンズ１３００のＦ値が大きくなると飲み込み角θが小さくなる。

光軸Ｋとなす角度が飲み込み角θ以下である光は、投写レンズ１３００によってスクリーン１４００上に投写される。光軸Ｋとなす角度が飲み込み角θよりも大きい光は、投写レンズ１３００でけられて、スクリーン１４００上に投写されない。つまり、光軸Ｋとなす角度が飲み込み角θ以下である光は表示に寄与し（利用され）、光軸Ｋとなす角度が飲み込み角θよりも大きい光は表示に寄与しない（利用されない）。

詳細は後述するが、投写型表示装置１０００は、偏光照明装置１１００と、偏光照明装置１１００から発せられた光を集光するマイクロレンズアレイ基板１０と、マイクロレンズアレイ基板１０で集光された光を変調する液晶層４０と、液晶層４０で変調された光を投写する投写レンズ１３００と、を含み、スクリーン１４００に投写される光の光量（表示の輝度）を高めることができる構成を有している。

「液晶装置の概要」
次に、投写型表示装置１０００における光変調手段である液晶装置７１の概要を説明する。
図２は、本実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略平面図である。図３は、本実施形態に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。図４は、図２のＡ−Ａ’線に沿った液晶装置の概略断面図である。
以下、図２乃至図４を参照し、本実施形態に係る液晶装置７１の概要を説明する。

図２及び図４に示すように、本実施形態に係る液晶装置７１は、画素電極２８を有する素子基板２０、共通電極３４を有する対向基板３０、及び素子基板２０と対向基板３０との間に挟持された液晶層４０などを有している。素子基板２０は対向基板３０よりも大きく、両基板は、対向基板３０の周縁部に沿って額縁状に配置されたシール材４２を介して接着されている。
なお、素子基板２０は、本発明における「第１基板」の一例である。

液晶層４０は、正または負の誘電異方性を有する液晶で構成されている。シール材４２は、例えば熱硬化性または紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤からなる。シール材４２には、素子基板２０と対向基板３０との間隔を一定に保持するためのスペーサー（図示省略）が混入されている。

額縁状に配置されたシール材４２の内側には、素子基板２０に設けられた遮光層２２，２６と、対向基板３０に設けられた遮光層３２とが配置されている。遮光層２２，２６，３２は、額縁状の周縁部を有し、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などで形成されている。額縁状の遮光層２２，２６，３２の内側は、複数の画素Ｐが配列された表示領域Ｅとなる。画素Ｐは、例えば略矩形状を有し、マトリックス状に配列されている。
なお、液晶装置７１は、表示領域Ｅの周囲を囲むように設けられた、実質的に表示に寄与しないダミー領域を備えていてもよい。

素子基板２０の第１辺に沿ったシール材４２と該第１辺との間に、データ線駆動回路５１が設けられている。また、該第１辺に対向する第２辺に沿ったシール材４２と表示領域Ｅとの間に、検査回路５３が設けられている。さらに、該第１辺と直交し互いに対向する第３辺及び第４辺に沿ったシール材４２と表示領域Ｅとの間に走査線駆動回路５２が設けられている。該第２辺に沿ったシール材４２と検査回路５３との間には、２つの走査線駆動回路５２を繋ぐ複数の配線５５が設けられている。

データ線駆動回路５１及び走査線駆動回路５２に繋がる配線は、該第１辺に沿って配列した複数の外部接続端子５４に接続されている。また、対向基板３０の角部には、素子基板２０と対向基板３０との間で電気的導通をとるための上下導通部５６が設けられている。なお、検査回路５３の配置はこれに限定されず、データ線駆動回路５１と表示領域Ｅとの間でシール材４２の内側に設けてもよい。

以下の説明では、第１辺に沿った方向をＸ方向とし、第１辺部と直交し互いに対向する第３辺及び第４辺に沿った方向をＹ方向とする。対向基板３０から素子基板２０に向かう方向を、Ｚ（＋）方向とする。
なお、Ｚ（＋）方向に沿って素子基板２０の側から見ることを平面視と呼ぶ。また、Ｚ（＋）方向は、上述した投写型表示装置１０００の光軸Ｋ（図１参照）に相当する。つまり、投写型表示装置１０００において偏光照明装置１１００から発せられた光は、対向基板３０に入射し、液晶層４０で変調され、素子基板２０からＺ（＋）方向に射出される。

図３に示すように、表示領域Ｅには、走査線２とデータ線３とが互いに交差するように形成され、走査線２とデータ線３との交差に対応して画素Ｐが設けられている。画素Ｐのそれぞれには、画素電極２８と、スイッチング素子としての薄膜トランジスター（Thin Film Transistor；以降、ＴＦＴと称す）２４とが設けられている。

走査線２はＴＦＴ２４のゲート電極に電気的に接続され、データ線３はＴＦＴ２４のソース電極に電気的に接続されている。画素電極２８はＴＦＴ２４のドレイン電極に電気的に接続されている。

データ線３はデータ線駆動回路５１（図２参照）に接続されており、データ線駆動回路５１からデータ線３を介して、画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎが各画素Ｐに供給される。走査線２は走査線駆動回路５２に接続されており、走査線駆動回路５２から走査線２を介して、走査信号Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｍが各画素Ｐに供給される。データ線駆動回路５１からデータ線３に供給される画像信号Ｓ１〜Ｓｎは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣り合う複数のデータ線３に対してグループごとに供給してもよい。

液晶装置７１は、スイッチング素子であるＴＦＴ２４が走査信号Ｇ１〜Ｇｍの入力により一定期間だけオン状態となったタイミングに同期して、データ線３から画像信号Ｓ１〜Ｓｎが供給され、画像信号Ｓ１〜Ｓｎに対応する電荷が画素電極２８と共通電極３４との間の容量に蓄積され、一定期間保持される。さらに、画素電極２８と共通電極３４との間で、画像信号Ｓ１〜Ｓｎに対応する電圧が液晶層４０に印加される。

画素電極２８と共通電極３４との間の容量に蓄積された電荷のリークの影響を軽減するために、画素電極２８と共通電極３４との間の容量と並列に蓄積容量５が付加されている。蓄積容量５は、ＴＦＴ２４のドレイン電極と容量線４との間に設けられている。

画素電極２８と共通電極３４との間で印加された電圧によって、液晶層４０の配向状態が変化し、液晶層４０を通過する光が変調され、階調表示がなされる。例えば、ノーマリーホワイトモードの場合、各画素Ｐの単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少する。ノーマリーブラックモードの場合、各画素Ｐの単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加し、全体として液晶装置７１からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が射出される。

「素子基板の概要」
図４に示すように、素子基板２０では、基材２１と、遮光層２２と、絶縁層２３と、ＴＦＴ２４と、絶縁層２５と、遮光層２６と、絶縁層２７と、画素電極２８と、配向膜２９とが、Ｚ（−）方向に順に積層されている。

基材２１は、例えばガラスや石英などの光透過性を有する材料で構成されている。
遮光層２２は、基材２１上に設けられている。遮光層２２は、上層の遮光層２６に平面視で重なるように格子状に形成されている。遮光層２２および遮光層２６は、素子基板２０の厚さ方向において、ＴＦＴ２４を間に挟むように配置されている。遮光層２２は、ＴＦＴ２４の少なくともチャネル領域と平面視で重なっている。

遮光層２２及び遮光層２６を設けることにより、ＴＦＴ２４への光の入射が抑制されるので、ＴＦＴ２４における光リーク電流の増大や光による誤動作を抑えることができる。さらに、遮光層２２及び遮光層２６によって、光を遮る遮光部Ｖ１が形成されている。また、遮光部Ｖ１で囲まれた部分が、光を透過する開口部Ｖ２となる。

絶縁層２３は、基材２１と遮光層２２とを覆うように設けられている。絶縁層２３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの無機材料からなる。

ＴＦＴ２４は、絶縁層２３上に設けられており、遮光層２２及び遮光層２６と平面視で重なる領域（遮光部Ｖ１）に配置されている。ＴＦＴ２４は、画素電極２８を駆動するスイッチング素子である。ＴＦＴ２４は、図示しない半導体層、ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極で構成されている。半導体層には、ソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域が形成されている。チャネル領域とソース領域、又は、チャネル領域とドレイン領域との界面にはＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されていてもよい。

ゲート電極は、素子基板２０において平面視で半導体層のチャネル領域と重なる領域に絶縁層２５の一部（ゲート絶縁膜）を介して形成されている。図示を省略するが、ゲート電極は、下層側に配置された走査線にコンタクトホールを介して電気的に接続されており、走査信号が印加されることによってＴＦＴ２４をオン／オフ制御している。

絶縁層２５は、絶縁層２３とＴＦＴ２４とを覆うように設けられている。絶縁層２５は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの無機材料からなる。絶縁層２５は、ＴＦＴ２４の半導体層とゲート電極との間を絶縁するゲート絶縁膜を含む。絶縁層２５により、ＴＦＴ２４によって生じる表面の凹凸が緩和される。絶縁層２５上には、遮光層２６が設けられている。そして、絶縁層２５と遮光層２６とを覆うように、無機材料からなる絶縁層２７が設けられている。

画素電極２８は、絶縁層２７上に、画素Ｐに対応して設けられている。画素電極２８は、遮光層２２及び遮光層２６で囲まれた光を透過する領域、並びに遮光層２２及び遮光層２６の一部に平面視で重なるように配置されている。画素電極２８は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電膜からなる。配向膜２９は、画素電極２８を覆うように設けられている。

なお、図示を省略するが、平面視で遮光層２２及び遮光層２６に重なる領域（遮光部Ｖ１）には、ＴＦＴ２４に電気信号を供給するための電極、配線、中継電極、蓄積容量５（図３参照）を構成する容量電極などが設けられている。また、遮光層２２や遮光層２６がこれらの電極、配線、中継電極、容量電極などを含む構成であってもよい。

「対向基板の概要」
対向基板３０は、マイクロレンズアレイ基板１０と、遮光層３２と、保護層３３と、共通電極３４と、配向膜３５とが、Ｚ（＋）方向に順に積層されている。偏光照明装置１１００から発せられた光は、マイクロレンズアレイ基板１０に入射し、配向膜３５から液晶層４０に向けて射出される。
以降の説明では、光が入射する側の面を下面、光が射出される側の面を上面とする。

マイクロレンズアレイ基板１０は、Ｚ（＋）方向に順に積層された、透明基材１１（酸化シリコン）と、第１透明層１３（酸窒化シリコン）と、第２透明層１６（酸窒化シリコン）とで構成されている。すなわち、マイクロレンズアレイ基板１０は、無機材料で構成されている。

透明基材１１は、光が入射する下面１１ｂと、光が射出される上面１１ａとを備えている。第１透明層１３は、光が入射する下面１３ｂと、光が射出される上面１３ａとを備えている。第２透明層１６は、光が入射する下面１６ｂと、光が射出される上面１６ａとを備えている。
なお、透明基材１１の上面１１ａは、本発明における「第１面」の一例である。第１透明層１３の下面１３ｂは、本発明における「第２面」の一例であり、第１透明層１３の上面１３ａは、本発明における「第３面」の一例である。第２透明層１６の下面１６ｂは、本発明における「第４面」の一例であり、第２透明層１６の上面１６ａは、本発明における「第５面」の一例である。

透明基材１１の厚さは均一であり、光が入射する下面１１ｂと、光が射出される上面１１ａとは平行である。第１透明層１３の厚さは均一であり、光が入射する下面１３ｂと、光が射出される上面１３ａとは平行である。第２透明層１６の厚さは均一であり、光が入射する下面１６ｂと、光が射出される上面１６ａとは平行である。

透明基材１１は、例えば石英ガラスである。透明基材１１の構成材料は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）であり、光透過性を有している。透明基材１１の屈折率ｎ０は、概略１．４６である。透明基材１１の上面１１ａには、第１凹部１２が画素Ｐ毎に設けられている。

第１透明層１３は、透明基材１１の上面１１ａを覆うように設けられている。第１透明層１３の下面１３ｂは、透明基材１１の上面１１ａに接し、第１凹部１２を覆うように設けられている。第１透明層１３の上面１３ａには、第１凹部１２の形状が反映された第２凹部１４が設けられている。つまり、第１凹部１２の形状がトレースされ、第２凹部１４が設けられている。よって、第２凹部１４は、平面視で第１凹部１２の内側に配置されている。

第１透明層１３の構成材料は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）であり、光透過性を有している。酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）は、酸素原子（Ｏ）及び窒素原子（Ｎ）の組成比（占有率）を変化させることによって、酸化シリコンの屈折率（１．４６）と窒化シリコンの屈折率（２．００）との間で屈折率を調整する（変化させる）ことができる。
第１透明層１３（酸窒化シリコン）の屈折率ｎ１は、透明基材１１（酸化シリコン）の屈折率ｎ０よりも大きい。

第２透明層１６は、第１透明層１３の上面１３ａを覆うように設けられている。第２透明層１６の下面１６ｂは、第１透明層１３の上面１３ａに接し、第２凹部１４を覆うように設けられている。第２透明層１６の上面１６ａは、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨）による平坦化処理が施され、平坦になっている。

第２透明層１６の構成材料は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）であり、光透過性を有している。第２透明層１６の屈折率ｎ２は、第１透明層１３の屈折率ｎ１と異なる。詳細は後述するが、酸窒化シリコンを構成する酸素原子及び窒素原子の組成比を、第１透明層１３と第２透明層１６とで異ならせることによって、第１透明層１３の屈折率ｎ１と異なる屈折率ｎ２の第２透明層１６を形成している。このように、第２凹部１４には、第１透明層１３の屈折率ｎ１と異なる屈折率ｎ２の第２透明層１６が埋め込まれている。

第２透明層１６の上面１６ａには、表示領域Ｅ（図２参照）を囲む額縁形状の遮光層３２が設けられている。
なお、遮光層３２を、表示領域Ｅ内に設けてもよい。例えば、遮光層３２を、表示領域Ｅ内において、素子基板２０の遮光層２２及び遮光層２６に平面視で重なるように格子状に設けたり、島状またはストライプ状に設けてもよい。

第２透明層１６と遮光層３２とを覆うように、保護層３３が設けられている。保護層３３は、例えば酸化シリコンなどの無機材料で構成され、保護層３３の共通電極３４が形成される側の面は、平坦になっている。

保護層３３を覆うように、共通電極３４が設けられている。共通電極３４は、複数の画素Ｐに跨って形成されている。共通電極３４は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電材料で構成されている。
共通電極３４を覆うように、配向膜３５が設けられている。

「液晶装置を通過する光の状態」
図５は、図４の破線で囲まれた領域Ｂにおける液晶装置の概略断面図であり、液晶装置を通過する光の状態が図示されている。詳しくは、図５（ａ）は、第１透明層１３の屈折率ｎ１が透明基材１１の屈折率ｎ０がよりも大きく、第２透明層１６の屈折率ｎ２が第１透明層１３の屈折率ｎ１よりも小さい場合の液晶装置７１を通過する光の状態が、矢印で示されている。図５（ｂ）は、第１透明層１３の屈折率ｎ１が透明基材１１の屈折率ｎ０よりも大きく、第２透明層１６の屈折率ｎ２が第１透明層１３の屈折率ｎ１よりも大きい場合の液晶装置７１を通過する光の状態が、矢印で示されている。
なお、図中の矢印は、マイクロレンズアレイ基板１０が設けられていない場合に、遮光部Ｖ１によって遮られ、表示に寄与しない光を示している。

図５（ａ）に示すように、第１凹部１２を挟んで、Ｚ（−）方向側に低屈折率材料（屈折率がｎ０の透明基材１１）が配置され、Ｚ（＋）方向側に高屈折率材料（屈折率がｎ１の第１透明層１３）が配置されているので、第１凹部１２は正の屈折力を有するレンズとして働き、第１凹部１２に入射するＺ（＋）方向の光は、当該正の屈折力を有するレンズの焦点に収束する方向、つまりＺ（＋）方向となす角度が大きくなる方向に屈折する。

第２凹部１４を挟んで、Ｚ（−）側に高屈折率材料（屈折率がｎ１の第１透明層１３）が配置され、Ｚ（＋）方向側に低屈折率材料（屈折率がｎ２の第２透明層１６）が配置されているので、第２凹部１４は負の屈折力を有するレンズとして働き、第１凹部１２で屈折された光は、第２凹部１４によって当該負の屈折力を有するレンズの焦点から発散する方向、つまりＺ（＋）方向となす角度が小さくなる方向に屈折する。その結果、マイクロレンズアレイ基板１０が設けられていない場合に表示に寄与しない光は、液晶装置７１の開口部Ｖ２を通過し、投写レンズ１３００（図１参照）に入射するので、投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めることができる。

図５（ｂ）に示すように、第１凹部１２を挟んで、Ｚ（−）方向側に低屈折率材料（屈折率がｎ０の透明基材１１）が配置され、Ｚ（＋）方向側に高屈折率材料（屈折率がｎ１の第１透明層１３）が配置されているので、第１凹部１２は正の屈折力を有するレンズとして働き、第１凹部１２に入射するＺ（＋）方向の光は、当該正の屈折力を有するレンズの焦点に収束する方向、つまりＺ（＋）方向となす角度が大きくなる方向に屈折する。

第２凹部１４を挟んで、Ｚ（−）方向側に低屈折率材料（屈折率がｎ１の第１透明層１３）が配置され、Ｚ（＋）方向側に高屈折率材料（屈折率がｎ２の第２透明層１６）が配置されているので、第２凹部１４は正の屈折力を有するレンズとして働き、第１凹部１２で屈折された光は、当該正の屈折力を有するレンズの焦点に収束する方向、つまりＺ（＋）方向となす角度がさらに大きくなる方向に屈折する。その結果、マイクロレンズアレイ基板１０が設けられていない場合に表示に寄与しない光は、液晶装置７１の開口部Ｖ２を通過し、投写レンズ１３００に入射するので、投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めることができる。

このように、液晶装置７１は、マイクロレンズアレイ基板１０を有し、マイクロレンズアレイ基板１０に設けられた第１凹部１２及び第２凹部１４によって、第１凹部１２及び第２凹部１４が設けられていない場合に表示に寄与しない光を、表示に寄与する光に変換し、液晶装置７１から射出される光の光量を高めている。従って、当該液晶装置７１が適用された投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めることができる。換言すれば、マイクロレンズアレイ基板１０が、偏光照明装置１１００から発せられる光を集光し、投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めることができる。

偏光照明装置１１００で発せられ光の輝度は高く、液晶装置７１（マイクロレンズアレイ基板１０）は強い光に曝される。マイクロレンズアレイ基板１０は無機材料で構成されているので、マイクロレンズアレイ基板１０が有機材料を含む場合と比べて、耐熱性や耐光性に優れ、強い光に曝されても劣化しにくい。

「投写型表示装置の表示の輝度を高めることができる条件」
図６は、偏光照明装置から発せられた光が、液晶装置と投写レンズとを経てスクリーンに投写される状態を示す模式図である。図中のＬ１は、偏光照明装置１１００から発せられ液晶装置７１に入射する光（入射光）である。Ｌ２は、入射光Ｌ１が液晶装置７１で変調され、液晶装置７１から射出され、投写レンズ１３００を経てスクリーン１４００に投写される光（射出光）である。Ｌ３は、入射光Ｌ１が液晶装置７１で変調され、液晶装置７１から射出され、投写レンズ１３００を経てスクリーン１４００と異なる場所に投写される光（射出光）である。
以下、図６を参照して、投写型表示装置１０００において、表示の輝度を高めることができる条件について説明する。

図６に示すように、偏光照明装置１１００から発せられた光は、入射光Ｌ１として液晶装置７１に入射し、入射光Ｌ１が液晶装置７１で変調され、射出光Ｌ２，Ｌ３として投写レンズ１３００に入射する。射出光Ｌ２は、投写レンズ１３００を経てスクリーン１４００に結像し、所望の表示がなされる。射出光Ｌ３は、投写レンズ１３００を経てスクリーン１４００と異なる場所に結像する。つまり、射出光Ｌ２は、投写レンズ１３００に飲み込まれ、表示に寄与する光である。射出光Ｌ３は、投写レンズ１３００でけられ、表示に寄与しない光である。

上述したように、光軸Ｋとなす角度が飲み込み角θ以下である光は、投写レンズ１３００に飲み込まれ、スクリーン１４００上に投写される。光軸Ｋとなす角度が飲み込み角θよりも大きい光は、投写レンズ１３００でけられ、スクリーン１４００上に投写されない。つまり、光軸Ｋとなす角度が飲み込み角θ以下である射出光Ｌ２は、投写レンズ１３００に飲み込まれ、表示に寄与する。光軸Ｋとなす角度が飲み込み角θよりも大きい射出光Ｌ３は、投写レンズ１３００でけられ、表示に寄与しない。
従って、投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めるためには、射出光Ｌ２の光量を高める必要がある。

本実施形態では、光学シミュレーションによって、マイクロレンズアレイ基板１０の形成条件を変化させた場合の射出光Ｌ２の光量を評価した。詳しくは、投写レンズ１３００のＦ値が１．２〜３．０の範囲にあり、第１透明層１３の屈折率ｎ１が１．５２〜１．７２の範囲にあり、第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．５２〜１．７２の範囲にある場合の射出光Ｌ２の光量を、光学シミュレーションによって求めた。

当該光学シミュレーションでは、透明基材１１の屈折率ｎ０を１．４６、偏光照明装置１１００のＦ値を１．９６、第１凹部１２の深さＨ１を２０００ｎｍ、及び第２凹部１４の深さＨ２を２０００ｎｍとした。さらに、当該光学シミュレーションと同じ条件で試作品を作製し、光学シミュレーションで求めた結果と試作品で求めた結果とが一致すること、すなわち光学シミュレーション結果の妥当性が確認されている。

図７乃至図１３は、光学シミュレーションで求められた射出光Ｌ２の光量を示す表である。表の上端に、第１透明層１３の屈折率ｎ１が示されている。表の左端に、第２透明層１６の屈折率ｎ２が示されている。第１透明層１３の屈折率ｎ１が示された部分と、第２透明層１６の屈折率ｎ２が示された部分との交点に、射出光Ｌ２の光量が示されている。
さらに、図７乃至図１３では、射出光Ｌ２の光量は、入射光Ｌ１の光量に対する射出光Ｌ２の光量の割合で示されている。以降の説明では、入射光Ｌ１の光量に対する射出光Ｌ２の光量の割合を、光の利用効率と称す。つまり、光の利用効率が大きくなると射出光Ｌ２の光量が大きくなり、光の利用効率が小さくなると射出光Ｌ２の光量が小さくなる。

図７乃至図１３では、光学シミュレーションによって求められた光の利用効率が示されている。詳しくは、図７では、投写レンズ１３００のＦ値が１．２である場合の光の利用効率が示されている。図８では、投写レンズ１３００のＦ値が１．５である場合の光の利用効率が示されている。図９では、投写レンズ１３００のＦ値が１．８である場合の光の利用効率が示されている。図１０では、投写レンズ１３００のＦ値が２．１である場合の光の利用効率が示されている。図１１では、投写レンズ１３００のＦ値が２．４である場合の光の利用効率が示されている。図１２では、投写レンズ１３００のＦ値が２．７である場合の光の利用効率が示されている。図１３では、投写レンズ１３００のＦ値が３．０である場合の光の利用効率が示されている。
さらに、図７乃至図１３では、光の利用効率が最も大きい部分が、太い破線で囲まれている。

図７乃至図１３において、表中の網掛けが付された部分は、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合の光の利用効率である。第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合は、第１凹部１２だけが正の屈折力を有するレンズとして働く。つまり、網掛けが付された部分は、正の屈折力を有するレンズ（第１凹部１２）が単体で設けられた構成に相当する。

網掛けが付された部分に対して右側の部分には、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合の光の利用効率が示されている。第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合は、第１凹部１２が正の屈折力を有するレンズとして働き、第２凹部１４が負の屈折力を有するレンズとして働く。つまり、網掛けが付された部分に対して右側の部分は、正の屈折力を有するレンズ（第１凹部１２）と負の屈折力を有するレンズ（第２凹部１４）とが、順に配置された構成に相当する。

網掛けが付された部分に対して左側の部分には、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも小さい場合の光の利用効率が示されている。第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも小さい場合は、第１凹部１２が正の屈折力を有するレンズとして働き、第２凹部１４が正の屈折力を有するレンズとして働く。つまり、網掛けが付された部分に対して左側の部分は、正の屈折力を有するレンズ（第１凹部１２）と正の屈折力を有するレンズ（第２凹部１４）とが、順に配置された構成に相当する。

図７に示すように、投写レンズ１３００のＦ値が１．２である場合、つまり飲み込み角θが概略２４．６度である場合、第２透明層１６の屈折率ｎ２が一定であり第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合、及び第１透明層１３の屈折率ｎ１が一定であり第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも小さい場合の両方で、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きい。また、第１透明層１３の屈折率ｎ１が１．７０であり、第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．７２である場合に、光の利用効率が最も大きくなる。

投写レンズ１３００の飲み込み角θが大きい場合は、正の屈折力を有するレンズ（第１凹部１２）を単体で設ける構成よりも、第２透明層１６の屈折率ｎ２が一定である場合に正の屈折力を有するレンズ（第１凹部１２）と負の屈折力を有するレンズ（第２凹部１４）とを順に配置する構成、及び第１透明層１３の屈折率ｎ１が一定である場合に正の屈折力を有するレンズ（第１凹部１２）と正の屈折力を有するレンズ（第２凹部１４）とを順に配置する構成の方が、光の利用効率が大きくなり、好ましい。

図８に示すように、投写レンズ１３００のＦ値が１．５である場合、つまり飲み込み角が概略１９．５度である場合、第２透明層１６の屈折率ｎ２が一定であり第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合に、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きくなる。さらに、第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．５４〜１．６４の範囲で一定であり、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも小さい場合に、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きくなる。また、第１透明層１３の屈折率ｎ１が１．７２であり、第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．６４である場合に、光の利用効率が最も大きくなる。

図９に示すように、投写レンズ１３００のＦ値が１．８である場合、つまり飲み込み角が概略１６．１度である場合、第２透明層１６の屈折率ｎ２が一定であり、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合に、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きくなる。第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．５４〜１．５８の範囲で一定であり、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも小さい場合に、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きくなる。また、第１透明層１３の屈折率ｎ１が１．７２であり、第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．６０である場合に、光の利用効率が最も大きくなる。

図１０に示すように、投写レンズ１３００のＦ値が２．１である場合、つまり飲み込み角が概略１３．８度である場合、第２透明層１６の屈折率ｎ２が一定であり、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合に、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きくなる。第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．５４であり、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも小さい場合に、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きくなる。また、第１透明層１３の屈折率ｎ１が１．７２であり、第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．５６である場合に、光の利用効率が最も大きくなる。

図１１に示すように、投写レンズ１３００のＦ値が２．４である場合、つまり飲み込み角が概略１２．０度である場合、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合に、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きくなる。また、第１透明層１３の屈折率ｎ１が１．６６であり、第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．５２である場合に、光の利用効率が最も大きくなる。

図１２に示すように、投写レンズ１３００のＦ値が２．７である場合、つまり飲み込み角が概略１０．７度である場合、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合に、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きくなる。また、第１透明層１３の屈折率ｎ１が１．６４であり、第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．５２である場合に、光の利用効率が最も大きくなる。

図１３に示すように、投写レンズ１３００のＦ値が３．０である場合、つまり飲み込み角が概略９．６度である場合、第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合に、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とが同じである場合と比べて、光の利用効率が大きくなる。また、第１透明層１３の屈折率ｎ１が１．６４であり、第２透明層１６の屈折率ｎ２が１．５２である場合に、光の利用効率が最も大きくなる。

第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも小さい場合は、上述した図５（ｂ）の状態に対応し、第１凹部１２及び第２凹部１４の両方が正の屈折力を有するレンズとして働く。よって、透明基材１１の下面１１ｂに入射した光は、第１凹部１２によってＺ方向となす角度が大きくなる方向に屈折し、第２凹部１４によってＺ方向となす角度がさらに大きくなる方向に屈折する。

第１透明層１３の屈折率ｎ１が第２透明層１６の屈折率ｎ２よりも大きい場合は、上述した図５（ａ）の状態に対応し、第１凹部１２が正の屈折力を有するレンズとして働き、第２凹部１４が負の屈折力を有するレンズとして働く。よって、透明基材１１の下面１１ｂに入射した光は、第１凹部１２によってＺ方向となす角度が大きくなる方向に屈折し、第２凹部１４によってＺ方向となす角度が小さくなる方向に屈折する。

投写レンズ１３００のＦ値が小さく、投写レンズ１３００の飲み込み角θが大きい場合、第１凹部１２によってＺ方向となす角度が大きくなる方向に屈折した光の屈折方向を、第２凹部１４によってＺ方向となす角度がさらに大きくなる方向に調整しても、第２凹部１４によってＺ方向となす角度が小さくなる方向に調整しても、光の利用効率を大きくすることができる。

投写レンズ１３００のＦ値が大きくなり、投写レンズ１３００の飲み込み角θが小さくなると、第１凹部１２によってＺ方向となす角度が大きくなる方向に屈折した光の屈折方向を、第２凹部１４によってＺ方向となす角度がさらに大きくなる方向に調整すると、光の利用効率を大きくする条件の範囲が狭くなる。つまり、第１凹部１２によって集光された光の進行方向を、第２凹部１４によってＺ方向となす角度がさらに大きくなる方向に調整すると、光の利用効率を大きくすることが難しくなる。
一方、第１凹部１２によって集光された光の進行方向を、第２凹部１４によってＺ方向となす角度が小さくなる方向に調整すると、容易に光の利用効率を大きくすることができる。さらに、光の利用効率が最も大きくなるのは、第１凹部１２によって集光された光の進行方向を、第２凹部１４によってＺ方向となす角度が小さくなる方向に調整する条件に限定される。

投写レンズ１３００のＦ値が１．５以上である場合に、上記傾向が表れ、投写レンズ１３００のＦ値が２．４以上である場合に、上記傾向が顕著になる。
よって、投写レンズ１３００のＦ値が１．５以上である場合、飲み込み角θが小さくなるので、第１凹部１２によって集光された光の進行方向を、第２凹部１４によってＺ方向となす角度が小さくなる方向に調整する条件が好ましい。よって、第１凹部１２が正の屈折力を有するレンズとして働き第２凹部１４が負の屈折力を有するレンズとして働く条件、つまり第１透明層１３の屈折率ｎ１が透明基材１１の屈折率ｎ０よりも大きく、第２透明層１６の屈折率ｎ２が第１透明層１３の屈折率ｎ１よりも小さい条件が好ましい。

「マイクロレンズアレイ基板の製造方法」
図１４は、マイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す工程フローである。図１５は、図４に対応する図であり、図１４に示す工程フローの各工程を経た後の状態を示す概略断面図である。なお、図１５では、図面を見やすくするためにＺ（＋）方向が図４と逆になっている。

図１４に示すように、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０の製造方法は、透明基材１１の上面１１ａに第１凹部１２を形成する工程（ステップＳ１）と、第１の酸窒化シリコンを堆積し第１透明層１３を形成する工程（ステップＳ２）と、第１の酸窒化シリコンと異なる屈折率の第２の酸窒化シリコンを堆積し第２透明層１６を形成する工程（ステップＳ３）と、第２透明層１６に平坦化処理を施す工程（ステップＳ４）と、を含む。
なお、ステップＳ２及びステップＳ３は、本発明における電子機器の製造方法の一例でもある。つまり、ステップＳ２は、本発明における「投写レンズのＦ値が１．５以上である場合に、透明基材を構成する材料の屈折率よりも高屈折率の材料で第１透明層を形成する工程」の一例である。ステップＳ３は、本発明における「投写レンズのＦ値が１．５以上である場合に、第１透明層を構成する材料の屈折率よりも低屈折率の材料で第２透明層を形成する工程」の一例である。

図１５（ａ）に示すように、ステップＳ１では、透明基材１１の上面１１ａに、例えばフォトリソプロセスによって小孔６２が設けられたマスク（ポリシリコン膜）６１を形成する。続いて、例えばフッ酸を含むエッチング液を用いて、小孔６２を起点として透明基材１１を等方的にエッチングして第１凹部１２を形成する。小孔６２を起点として透明基材１１を等方的にエッチングすると、半球面形状の凹部（第１凹部１２）を透明基材１１の上面１１ａに形成することができる。つまり、第１凹部１２の形状は、半球面形状である。

なお、マスク６１と透明基材１１との間に透明基材１１よりも早くエッチングされる調整膜を介在させて透明基材１１をエッチングすると、透明基材１１の深さ方向（Ｚ（−）方向のエッチング速度と比べて、透明基材１１の横方向（Ｚ（−）方向と交差する方向）のエッチング速度を速くすることができ、後述する第１平坦部１７ａと第１曲面部１７ｂとで構成される第１凹部１７（図１６参照）を透明基材１１の上面１１ａに形成することができる。

続いて、図１５（ｂ）に示すように、マスク６１を除去して、深さ（Ｚ（−）方向の距離）がＨ１である第１凹部１２を、透明基材１１の上面１１ａに形成する。

図１５（ｃ）に示すように、ステップＳ２では、例えば亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、アンモニア（ＮＨ₃）、シラン（ＳｉＨ₄）などを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で、透明基材１１（酸化シリコン）の屈折率ｎ０よりも高屈折率ｎ１の第１の酸窒化シリコンを透明基材１１の上面１１ａに堆積し、第１凹部１２を覆う第１透明層１３を形成する。第１透明層１３は、第１凹部１２の内側に充填され、第１透明層１３の上面１３ａに、第１凹部１２の形状が反映され、深さ（Ｚ（−）方向の距離）がＨ２である第２凹部１４が形成される。つまり、第２凹部１４の形状は、半球面形状である。
なお、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）は、本発明における「酸素を含む第１の反応ガス」の一例である。アンモニア（ＮＨ₃）は、本発明における「窒素を含む第２の反応ガス」の一例である。シラン（ＳｉＨ₄）は、本発明における「ケイ素を含む第３の反応ガス」の一例である。プラズマＣＶＤ法は、本発明における「化学気相成長法」の一例である。

亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、アンモニア（ＮＨ₃）、シラン（ＳｉＨ₄）などを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ法では、主に気相中で生成した酸窒化シリコン（第１の酸窒化シリコン）が、透明基材１１の上面１１ａに堆積する。第１の酸窒化シリコンは、第１凹部１２の内側（側壁、底面）と比べて、透明基材１１の上面１１ａの第１凹部１２が形成されていない部分（以下、表面と称す）に堆積しやすい。このため、第１の酸窒化シリコンを堆積して第１凹部１２を覆う第１透明層１３を形成し、第１凹部１２に対応する位置に第２凹部１４を第１透明層１３の上面１３ａに形成すると、第２凹部１４における表面と底面との間の距離（深さＨ２）は、第１凹部１２における表面と底面との間の距離（深さＨ１）よりも大きくなる。さらに、平面視で第２凹部１４は第１凹部１２の内側に配置されるので、第２凹部１４の曲率は第１凹部１２の曲率よりも大きくなる。

第２凹部１４は、フォトリソ工程を経ずに自己整合的に、平面視で第１凹部１２の内側に形成されているので、フォトリソ工程におけるアライメント誤差の影響がなくなり、第１凹部１２に対して高精度に位置合わせされた第２凹部１４を形成することができる。つまり、第１凹部１２の中心と第２凹部１４の中心とを平面視で同じ位置に形成し、第１凹部１２の光軸と第２凹部１４の光軸とを一致させることができる。
さらに、第１凹部１２及び第２凹部１４を正の屈折力または負の屈折力を有するレンズとして働かせた場合、第１凹部１２の屈折力に比べて第２凹部１４の屈折力を高めることができる。例えば、第１凹部１２で集光された光の進行方向を第２凹部１４によって調整する場合、第２凹部１４による光の進行方向の調整範囲を大きくすることができる。

上述したように、投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めるためには、投写レンズ１３００のＦ値が１．５以上である場合、第１透明層１３の屈折率ｎ１が透明基材１１の屈折率ｎ０よりも大きい条件が好ましい。従って、ステップＳ２では、投写レンズ１３００のＦ値が１．５以上である場合、透明基材１１の屈折率ｎ０よりも高屈折率ｎ１の第１透明層１３を形成することが好ましい。

図１５（ｄ）に示すように、ステップＳ３では、例えば亜酸化窒素、アンモニア、シランなどを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ法で、第１の酸窒化シリコンの屈折率ｎ１と異なる屈折率ｎ２の第２の酸窒化シリコンを、第１透明層１３の上面１３ａに堆積し、第２凹部１４を覆う第２透明層１６を形成する。第２透明層１６は、第２凹部１４の中に充填され、第２透明層１６の上面１６ａに、第２凹部１４の形状が反映された第３凹部８が形成される。

亜酸化窒素、アンモニア、シランなどを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ法では、反応ガスの組成を変化させることで、酸窒化シリコンの組成を変化させ、酸窒化シリコンの屈折率を変化させることができる。例えば、第１の酸窒化シリコンを形成する反応ガスと比べて、反応ガスにおける亜酸化窒素の組成比を大きくし、アンモニアの組成比を小さくして第２の酸窒化シリコンを形成すると、第２の酸窒化シリコンは第１の酸窒化シリコンと比べて酸素量が多く窒素量が少なくなり、第２の酸窒化シリコンの屈折率ｎ２を第１の酸窒化シリコンの屈折率ｎ１よりも小さくすることができる。例えば、第１の酸窒化シリコンを形成する反応ガスの組成と比べて、反応ガスにおける亜酸化窒素の組成比を小さくし、アンモニアの組成比を大きくして第２の酸窒化シリコンを形成すると、第２の酸窒化シリコンは第１の酸窒化シリコンと比べて酸素量が少なく窒素量が多くなり、第２の酸窒化シリコンの屈折率ｎ２を第１の酸窒化シリコンの屈折率ｎ１よりも大きくすることができる。

例えば、光硬化性樹脂を硬化させて形成したアクリル樹脂（有機材料）で第２透明層１６を構成する場合、未硬化の樹脂成分が残留したり、硬化させたアクリル樹脂の重合度が不均一になったりして、第２透明層１６の屈折率ｎ２が変動するおそれがある。亜酸化窒素、アンモニア、シランなどの反応ガスをプラズマ中で活性種に分解し、当該活性種の化学反応で形成される第２の酸窒化シリコン（無機材料）で第２透明層１６を形成すると、光硬化性樹脂を硬化させて形成したアクリル樹脂（有機材料）で第２透明層１６を形成する場合と比べて、第２透明層１６の屈折率ｎ２の均一性を高めることができる。
このように、第２透明層１６を無機材料で形成すると、第２透明層１６を有機材料で形成する場合と比べて、耐熱性や耐光性に優れるという効果に加えて、屈折率ｎ２の均一性を高めることができるという効果を得ることができる。

このように、ステップＳ３は、ステップＳ２と異なる条件（異なる組成の反応ガス）で第２の酸窒化シリコンを形成し、第２の酸窒化シリコンを構成する酸素原子及び窒素原子の組成比を第１の酸窒化シリコンと異ならせ、第１透明層１３の屈折率ｎ１と異なる屈折率ｎ２の第２透明層１６を形成する工程である。

上述したように、投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めるためには、投写レンズ１３００のＦ値が１．５以上である場合、第２透明層１６の屈折率ｎ２は第１透明層１３の屈折率ｎ１よりも小さい条件が好ましい。従って、ステップＳ３では、投写レンズ１３００のＦ値が１．５以上である場合、第１透明層１３の屈折率ｎ１よりも低屈折率ｎ２の第２透明層１６を形成することが好ましい。

図１５（ｅ）に示すように、ステップＳ４では、第２透明層１６の上面１６ａにＣＭＰによる平坦化処理を施す。ＣＭＰは、研磨液に含まれる化学成分の化学的作用と、研磨剤と第２透明層１６との相対移動による機械的作用との兼ね合いによって、高速で平坦な研磨面を形成することができる。その結果、第３凹部８が解消され、平坦な上面１６ａが第２透明層１６に形成される。なお、第２透明層１６の上面１６ａは、第２透明層１６の下面１６ｂに対して平行であり、表面凹凸が解消された平滑な面になる。

第２透明層１６の上面１６ａは、第１凹部１２及び第２凹部１４において屈折された光の射出面となる。第２透明層１６の上面１６ａを平坦にすることによって、第１凹部１２及び第２凹部１４において屈折された光の進行方向（射出方向）は影響されず、第２透明層１６の上面１６ａが平坦でない場合と比べて光の射出方向の均一性を高めることができる。

かかる製造方法で形成されたマイクロレンズアレイ基板１０では、以下の効果を得ることができる。
１）第１透明層１３の屈折率ｎ１が透明基材１１の屈折率ｎ０よりも大きく、第２透明層１６の屈折率ｎ２が第１透明層１３の屈折率ｎ１よりも小さい条件でマイクロレンズアレイ基板１０形成し、投写レンズ１３００のＦ値が１．５以上である投写型表示装置１０００に適用すると、投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めることができる。

２）第１透明層１３及び第２透明層１６は、亜酸化窒素、アンモニア、シランなどを反応ガスに用いたプラズマＣＶＤ法で形成され、反応ガスの組成を変化させることで、屈折率ｎ１，ｎ２を容易に調整することができる。すなわち、投写レンズ１３００の表示の輝度が大きくなるように、第１透明層１３の屈折率ｎ１と第２透明層１６の屈折率ｎ２とを容易に調整することができる。

３）第２凹部１４は、第１凹部１２の形状をトレースして自己整合的に形成されているので、第１凹部１２に対して高精度に位置合わせされ、第１凹部１２の光軸と第２凹部１４の光軸とを一致させることができる。

４）第２凹部１４は、第１凹部１２と比べて大きな曲率を有しているので、第１凹部１２及び第２凹部１４を正の屈折力または負の屈折力を有するレンズとして働かせた場合、第１凹部１２の屈折力に比べて第２凹部１４の屈折力を高めることができる。例えば、第１凹部１２で集光された光の進行方向を第２凹部１４によって調整する場合、第２凹部１４による光の進行方向の調整範囲を大きくすることができる。

５）第１透明層１３及び第２透明層１６は、酸窒化シリコン（無機材料）で形成されているので、第１透明層１３及び第２透明層１６が有機材料で形成される場合と比べて、耐光性や耐熱性に優れ、さらに屈折率ｎ１，ｎ２の均一性を高めることができる。

（実施形態２）
図１６は、図４に対応する図であり、実施形態２に係る液晶装置の概略断面図である。図１７（ａ）は、図５（ａ）に対応する図であり、図１７（ｂ）は、図５（ｂ）に対応する図であり、それぞれ図１６の破線で囲まれた領域Ｂにおける液晶装置の概略断面図である。

本実施形態に係る液晶装置７２は、マイクロレンズアレイ基板１０に設けられた第１凹部１７及び第２凹部１８の形状が、実施形態１に係る液晶装置７１と異なり、他の構成は実施形態１に係る液晶装置７１と同じである。
以下に、図１６及び図１７を参照して、本実施形態に係る液晶装置７２の概要を、実施形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。

図１６に示すように、本実施形態に係る液晶装置７２のマイクロレンズアレイ基板１０は、Ｚ（＋）方向に順に積層された、透明基材１１と、第１透明層１３と、第２透明層１６とで構成されている。

透明基材１１の上面１１ａには、第１凹部１７が画素Ｐ毎に設けられている。第１凹部１７は、第１凹部１７の中央に配置された第１平坦部１７aと、第１平坦部１７ａを囲むように配置された第１曲面部１７ｂとを有している。第１平坦部１７ａは、開口部Ｖ２に設けられている。第１曲面部１７ｂは、開口部Ｖ２の周縁部から遮光部Ｖ１に跨って設けられている。

第１透明層１３は、透明基材１１の上面１１ａを覆うように設けられている。第１透明層１３の下面１３ｂは透明基材１１の上面１１ａに接し、第１透明層１３は第１凹部１７の中に充填されている。第１透明層１３の上面１３ａには、第１凹部１７の形状が反映された第２凹部１８が設けられている。つまり、第１凹部１７の形状をトレースして、第２凹部１８が設けられている。第２凹部１８は、第２凹部１８の中央に配置された第２平坦部１８aと、第２平坦部１８ａを囲むように配置された第２曲面部１８ｂとを有している。第２平坦部１８aは、開口部Ｖ２に設けられている。第２曲面部１８ｂは、開口部Ｖ２の周縁部から遮光部Ｖ１に跨って設けられている。

上述したように、実施形態１の第１凹部１２及び第２凹部１４の形状は半球面形状であり、実施形態１の第１凹部１２及び第２凹部１４は、曲面部だけで構成され平坦部を有していない。本実施形態の第１凹部１７及び第２凹部１８は、曲面部１７ｂ，１８ｂに加えて平坦部１７a，１８aを有している。この点が、本実施形態と実施形態１との相違点である。
換言すれば、第１凹部１７及び第２凹部１８の曲面部１７ｂ，１８ｂは、実施形態１の第１凹部１２及び第２凹部１４に相当する。実施形態１の第１凹部１２及び第２凹部１４の中心付近に平坦部１７a，１８aを付加したものが、本実施形態の第１凹部１７及び第２凹部１８となる。

図１７（ａ）に示すように、第１凹部１７を挟んで、Ｚ（−）方向側に透明基材１１（低屈折率材料）が配置され、Ｚ（＋）方向側に第１透明層１３（高屈折率材料）が配置されているので、第１凹部１７の第１曲面部１７ｂは正の屈折力を有するレンズとして働き、第１凹部１７の第１曲面部１７ｂに入射した光は、当該正の屈折力を有するレンズの焦点に収束する方向に屈折する。つまり、第１凹部１７の第１曲面部１７ｂに入射した光は、Ｚ（＋）方向となす角度が大きくなる方向に屈折する。

第２凹部１８を挟んで、Ｚ（−）方向側に第１透明層１３（高屈折率材料）が配置され、Ｚ（＋）方向側に第２透明層１６（低屈折率材料）が配置されているので、第２凹部１８の第２曲面部１８ｂは負の屈折力を有するレンズとして働き、第２凹部１８の第２曲面部１８ｂに入射した光は、当該負の屈折力を有するレンズの焦点から発散する方向に屈折する。つまり、第２凹部１８の第２曲面部１８ｂに入射した光は、Ｚ（＋）方向となす角度が小さくなる方向に屈折する。その結果、マイクロレンズアレイ基板１０が設けられていない場合に表示に寄与しない光は、液晶装置７２の開口部Ｖ２を通過し、投写レンズ１３００（図１参照）に入射するので、投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めることができるという実施形態１と同じ効果を得ることができる。

図１７（ｂ）に示すように、第１凹部１７を挟んで、Ｚ（−）方向側に透明基材１１（低屈折率材料）が配置され、Ｚ（＋）方向側に第１透明層１３（高屈折率材料）が配置されているので、第１凹部１７の第１曲面部１７ｂは正の屈折力を有するレンズとして働き、第１凹部１７の第１曲面部１７ｂに入射した光は、当該正の屈折力を有するレンズの焦点に収束する方向に屈折する。つまり、第１凹部１７の第１曲面部１７ｂに入射した光は、Ｚ（＋）方向となす角度が大きくなる方向に屈折する。

第２凹部１８を挟んで、Ｚ（−）方向側に第１透明層１３（低屈折率材料）が配置され、Ｚ（＋）方向側に第２透明層１６（高屈折率材料）が配置されているので、第２凹部１８の第２曲面部１８ｂは正の屈折力を有するレンズとして働き、第２凹部１８の第２曲面部１８ｂに入射した光は、当該正の屈折力を有するレンズの焦点に収束する方向に屈折する。つまり、第２凹部１８の第２曲面部１８ｂに入射した光は、Ｚ（＋）方向となす角度がさらに大きくなる方向に屈折する。その結果、マイクロレンズアレイ基板１０が設けられていない場合に表示に寄与しない光は、液晶装置７２の開口部Ｖ２を通過し、投写レンズ１３００（図１参照）に入射するので、投写型表示装置１０００の表示の輝度を高めることができるという実施形態１と同じ効果を得ることができる。

さらに、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１０が設けられていない場合に表示に寄与する光、すなわち開口部Ｖ２に向けて進行する光は、平坦部１７ａ，１８ａによって光の進行方向が変化せず、平坦部１７ａ，１８ａを通過し、投写レンズ１３００（図１参照）に入射し、投写レンズ１３００を経てスクリーン１４００に投写される。つまり、開口部Ｖ２に向けて進行する光は、平坦部１７ａ，１８ａで損なわれず、表示に寄与することができる。

仮に、マイクロレンズアレイ基板１０が設けられていない場合に表示に寄与する光、すなわち開口部Ｖ２に向けて進行する光が、曲面部１７ｂ，１８ｂに入射し、曲面部１７ｂ，１８ｂによって光の進行方向が変化すると、遮光部Ｖ１によって遮られ、表示に寄与しなくなるおそれがある。

実施形態１では、第１凹部１２及び第２凹部１４における光が屈折する部分（曲面部）は、開口部Ｖ２にも設けられているので、マイクロレンズアレイ基板１０が設けられていない場合に表示に寄与する光（開口部Ｖ２に向けて進行する光）の進行方向が第１凹部１２及び第２凹部１４によって変化し、遮光部Ｖ１によって遮られ、表示に寄与しなくなるおそれがある。

本実施形態では、開口部Ｖ２に向けて進行する光は、主に平坦部１７ａ，１８ａに入射するので、開口部Ｖ２に向けて進行する光の進行方向が変化し、表示に寄与しなくなるおそれを抑制することができる。

従って、凹部１７，１８に平坦部１７ａ，１８ａを設けることによって、実施形態１と比べて光の利用効率を高めることができる。すなわち、本実施形態に係る液晶装置７２が適用された投写型表示装置１０００は、実施形態１に係る液晶装置７１が適用された投写型表示装置１０００と比べて、表示の輝度を高めることができる。

（実施形態３）
図１８は、図４に対応する図であり、実施形態３に係る液晶装置の概略断面図である。
本実施形態に係る液晶装置７３は、マイクロレンズアレイ基板１０の構成が実施形態１に係る液晶装置７１と異なり、他の構成は実施形態１に係る液晶装置７１と同じである。詳しくは、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０は、新たに第３透明層１９と第３凹部１５とを有している点が、実施形態１との相違点である。
以下に、図１８を参照して、本実施形態に係る液晶装置７３（マイクロレンズアレイ基板１０）の概要を、実施形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。

図１８に示すように、マイクロレンズアレイ基板１０は、Ｚ（＋）方向に順に積層された、透明基材１１と、第１透明層１３と、第２透明層１６と、第３透明層１９とで構成されている。第３透明層１９は、光が入射する下面１９ｂと、光が射出される上面１９ａとを有している。

第２透明層１６は、第１透明層１３の上面１３ａを覆うように設けられている。第２透明層１６の下面１６ｂは、第１透明層１３の上面１３ａに接し、第２凹部１４を覆うように設けられている。第２透明層１６の上面１６ａには、第２凹部１４の形状が反映された第３凹部１５が設けられている。つまり、第２凹部１４の形状をトレースして、第３凹部１５が設けられている。

第３透明層１９は、第２透明層１６の上面１６ａを覆うように設けられている。第３透明層１９の構成材料は、例えば酸化シリコンや酸窒化シリコンなどの光透過性を有する無機材料で構成されている。第３透明層１９の下面１９ｂは、第２透明層１６の上面１６ａに接し、第３凹部１５を覆うように設けられている。第３透明層１９の上面１９ａは、例えばＣＭＰによる平坦化処理が施され、平坦になっている。

図示を省略するが、透明基材１１の下面１１ｂに入射した光は、透明基材１１と、第１透明層１３と、第２透明層１６と、第３透明層１９とを通過し、液晶層４０の側に射出される。第３透明層１９の上面１９ａが、光の射出面となる。第３透明層１９の上面１９ａによって、光が射出される位置を調整することができる。つまり、第３透明層１９は、所望の光路に調整する光路調整層となる。
例えば、第３透明層１９によって光が射出される位置を調整し、マイクロレンズアレイ基板１０から射出された光をＴＦＴ２４に入射しにくくし、液晶装置７３の耐光性を高めることができる。耐光性が高められた液晶装置７３を投写型表示装置１０００に適用することで、実施形態１に係る液晶装置７１が適用された投写型表示装置１０００と比べて、偏光照明装置１１００で発される光の光量を高めることができる。

さらに、第３透明層１９を、第２透明層１６と異なる屈折率の材料で構成すると、第３凹部１５を正の屈折力または負の屈折力を有するレンズとして働かせることができる。よって、第１凹部１２で集光された光の進行方向を、第２凹部１４に加えて第３凹部１５によっても調整することができる。

１０…マイクロレンズアレイ基板、１１…透明基材、１１ａ…透明基材の上面、１１ｂ…透明基材の下面、１２…第１凹部、１３…第１透明層、１３ａ…第１透明層の上面、１３ｂ…第１透明層の下面、１４…第２凹部、１５…第３凹部、１６…第２透明層、１６ａ…第２透明層の上面、１６ｂ…第２透明層の下面、１７…第１凹部、１７ａ…第１平坦部、１７ｂ…第１曲面部、１８…第２凹部、１８ａ…第２平坦部、１８ｂ…第２曲面部、１９…第３透明層、２０…素子基板、２１…基板、２２…遮光層、２３…絶縁層、２４…ＴＦＴ、２５…絶縁層、２６…遮光層、２７…絶縁層、２８…画素電極、２９…配向膜、３０…対向基板、３２…遮光層、３３…保護層、３４…共通電極、３５…配向膜、４０…液晶層、７１，７２，７３…液晶装置、Ｖ１…遮光部、Ｖ２…開口部。

Claims (10)

1. 第１面に第１凹部を有する透明基材と、
   前記第１凹部を覆うように形成され、前記第１面に接する第２面と反対側の第３面に前記第１凹部の形状が反映された第２凹部を有し、前記透明基材の屈折率よりも高屈折率の第１透明層と、
   前記第２凹部を覆うように形成され、前記第１透明層の屈折率と異なる屈折率の第２透明層と、
   を備え、
   前記第１透明層及び前記第２透明層は、無機材料で構成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
2. 前記透明基材の構成材料は酸化シリコンであり、
   前記第１透明層及び前記第２透明層の構成材料は酸窒化シリコンであり、
   前記酸窒化シリコンを構成する酸素原子及び窒素原子の組成比が、前記第１透明層及び前記第２透明層で異なることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ基板。
3. 前記第１凹部は、中央に配置された第１平坦部と、平面視で前記第１平坦部を囲む第１曲面部と、を有し、
   前記第２凹部は、中央に配置された第２平坦部と、平面視で前記第２平坦部を囲む第２曲面部と、を有していること特徴とする請求項１または２に記載のマイクロレンズアレイ基板。
4. 前記第２凹部は、平面視で前記第１凹部の内側に配置され、前記第２凹部の曲率は前記第１凹部の曲率よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイ基板。
5. 前記第２透明層は、前記第３面に接する第４面と、前記第４面と反対側の第５面とを有し、
   前記第５面は、平坦であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイ基板。
6. 前記第２透明層は、前記第３面に接する第４面と反対側の第５面に前記第２凹部の形状が反映された第３凹部を有し、
   前記第３凹部は、無機材料で構成された第３透明層で覆われていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイ基板。
7. 請求項１乃至６のいずれか１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アレイ基板に対向配置された第１基板と、
   前記マイクロレンズアレイ基板と前記第１基板との間に配置された電気光学層と、
   を備えていることを特徴とする電気光学装置。
8. 光源と、
   前記光源から発せられた光を集光する請求項１乃至６のいずれか１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アレイ基板で集光された光を変調する電気光学層と、
   前記電気光学層で変調された光を投写する投写レンズと、
   を含み、
   前記投写レンズのＦ値が１．５以上である場合に、前記第１透明層の屈折率は前記第２透明層の屈折率よりも大きいことを特徴とする電子機器。
9. 酸化シリコンを主成分とする透明基材の第１面に第１凹部を形成する工程と、
   酸素を含む第１反応ガスと、窒素を含む第２反応ガスと、ケイ素を含む第３反応ガスとを用いた化学気相成長法で、第１の酸窒化シリコンを前記第１面に堆積し、前記第１面に接する第２面と反対側の第３面に前記第１凹部の形状が反映された第２凹部を有する第１透明層を形成する工程と、
   前記化学気相成長法で、前記第１の酸窒化シリコンの屈折率と異なる屈折率の第２の酸窒化シリコンを前記第３面に堆積し、前記第２凹部を覆う第２透明層を形成する工程と、
   前記第２透明層の前記第３面に接する第４面と反対側の第５面に平坦化処理を施す工程と、
   を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
10. 光源と、前記光源から発せられた光を集光するマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板で集光された光を変調する電気光学層と、前記電気光学層で変調された光を投写する投写レンズと、を含む電子機器の製造方法であって、
    前記マイクロレンズアレイ基板は、第１面に第１凹部を有する透明基材と、前記第１凹部を覆い前記第１凹部の形状が反映された第２凹部を有する第１透明層と、前記第２凹部を覆う第２透明層と、を備え、
    前記投写レンズのＦ値が１．５以上である場合に、前記透明基材を構成する材料の屈折率よりも高屈折率の材料で前記第１透明層を形成し、前記第１透明層を構成する材料の屈折率よりも低屈折率の材料で前記第２透明層を形成することを特徴とする電子機器の製造方法。

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