JP4029111B2

JP4029111B2 - マザーグレイスケールマスクの製造方法、及びレンズ付きマザーグレイスケールマスクの製造方法

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Publication number: JP4029111B2
Application number: JP2007012604A
Authority: JP
Inventors: 信弘梅林; 勝博岸上
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: JP2007133428A

Description

本発明は、グレイスケールマスクの製造方法、マザーグレイスケールマスクの製造方法、レンズ付きマザーグレイスケールマスクの製造方法、及びマザーグレイスケールマスクに関する。

液晶表示装置において、高輝度化及び高視野角化を達成するためにマイクロレンズアレイを用いた技術が提案されている。

液晶表示装置では、２枚の透明基板の間に液晶層が挟持されている。そして、透明基板の前面側には偏光フィルムが設けられている。透明基板の背面側にはブラックマトリクス、カラーフィルタ層、透明電極、配向膜が形成されている。２枚の透明基板の間にはスペーサが設けられている。透明基板の前面側には、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子、透明電極、配向膜が形成されている。

マイクロレンズアレイ及びリムは透明基板の背面側に形成されている。偏光フィルムを通って入射してくる光源からの光を、マイクロレンズアレイが集光しＴＦＴ素子やブラックマトリクスを避けて透明基板へ照射することによって光の利用効率を高め高輝度化を図っている。

特許文献１には、マイクロレンズアレイを石英ガラス基板上にドライエッチングで作る方法が開示されているが、この製造方法は、ＴＦＴ素子や透明電極が形成された透明基板自体の上にマイクロレンズアレイを形成する方法を開示するものではない。

更に、特許文献２及び特許文献３にマイクロレンズアレイの製造方法が開示されている。これらの文献に開示された製造方法は、ＴＦＴ素子や透明電極が形成された透明基板自体の上にマイクロレンズアレイを形成する方法を開示するものではない。

上記の方法におけるマイクロレンズ形状の形成は、グレイスケールマスクのような光学マスクによる露光光の強度変調により行なう。このようなグレイスケールマスクは、例えば特許文献４に示される方法により製造されている。特許文献４には、調整露光マスクを使用して、所望の連続可変表面レリーフを備えた構造を生成させる方法が開示されている。当該方法においては、厚さが連続的に変化する紫外線吸収材料の層を介してフォトレジスト層を紫外線露光することにより、厚さが連続的に変化する形状を生成する。調整露光マスクは電子ビームを用いて直接描画する。

また、特許文献５には、高エネルギービームを用いてマスクパターンを描画することが可能である特殊な感光性プレートが開示されている。当該プレートは感光性材料として高濃度の銀イオンを含有するイオン交換層を有する。当該イオン交換層は高エネルギービームの露光により着色されるものであり、このような性質を用いてマスクパターンを描画可能である。高エネルギービームとしては、電子ビーム、イオンビーム、分子ビーム及びＸ線等が用いられる。

他方、ガラス乾板をレーザー露光することにより回路基板を製造する技術が知られている。この方法によれば、表面を選択的にレーザー露光することで、回路表面をパターニングする。従来、露光によるガラス乾板のパターニングは、パターンを残すか除去するかのいずれかであることが一般的であり、グレイスケールマスクのように光透過率を段階的若しくは連続的に変化させることは行われていなかった。

マイクロレンズアレイの形成における生産性の向上においては、上述のように大面積の一括露光による同時多数個成形が望ましい。そのためには、露光時に用いるグレイスケールマスクも大面積である必要がある。しかしながら、特許文献４及び５にあるように製造工程において電子ビームを用いる場合、大気中での作業が不可能であり、真空状態で行う必要がある。そのため、大型のグレイスケールマスクを形成する場合にはそれに相当する広さの空間を真空状態にする必要があるが、広い空間において真空状態を保つことは困難であり、コスト増は避けられない。また、電子ビーム等の高エネルギービームは光源として高価であり、コストや生産性の面において課題を有する。

更に、特許文献４に開示された製造方法においては、蒸着、描画、ドライエッチングを行う必要があるため工程数が多い。また特許文献５に開示された製造方法においては、高エネルギービーム感受性ガラスという特殊なプレートが必要である。これらの要素はいずれもコストの増加や生産性の悪化に影響する。
特開平８−１６６５０２号公報特開２００３−２９４９１２号公報特開２００４−２５２３７６号公報特表２００２−５２５６５２号公報特表昭６０−５０１９５０号公報

マイクロレンズアレイを液晶表示装置に搭載することによって高輝度化を測るためには、マイクロレンズアレイのレンズ光軸を、ブラックマトリクスの開口部に一致させ、かつＴＦＴ素子を回避する必要がある。そのため、マイクロレンズアレイと、ブラックマトリクスやＴＦＴ素子を正確に位置合わせしなければならないが、マイクロレンズアレイのレンズパターンは非常に微細であるため、光軸合わせの作業には±１μｍのオーダーでの精度が要求される。そのために生産性の悪化やコストの増大を招いていた。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、マイクロレンズアレイの製造工程における光軸合わせを容易にし、生産性に優れたマイクロレンズアレイ及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係るグレイスケールマスクの製造方法は、光透過率の変化に対応した濃淡模様を有するグレイスケールマスクの製造方法であって、透明基板上にフォトエマルジョンを塗布して乾板を形成するステップと、前記濃淡模様に対応して複数階調の強度変調を行ったレーザー光を前記乾板に照射するステップと、を備える。
また、本発明に係るグレイスケールマスクの製造方法は、光透過率の分布を有する光学部品を露光により形成する場合に用いられ、光透過率の変化に対応した濃淡模様を有するグレイスケールマスクの製造方法であって、透明基板上に乳剤を塗布した乾板に、前記濃淡模様に対応して複数階調の強度変調を行ったレーザー光を前記乾板の乳剤塗布面に照射する。
このとき、１つのマイクロレンズに対応したパターンの中心を原点として、前記グレイスケールマスクの主面上の座標位置をｘ及びｙで表し、前記パターンを通過した光の当該グレイスケールマスクの主面における光強度分布をＺで表し、Ｃ_ｎを任意の実数とし、ｍを任意の自然数とし、ｋ＝０、若しくはｋを任意の正の実数とするとき、条件

を満たす、とよい。また、フィルターを介して強度が減衰された前記レーザー光を前記乾板に照射する、とよい。

本発明にかかるマザーグレイスケールマスクの製造方法は、グレイスケールマスクを用いて、液晶パネル用基板上にマイクロレンズアレイを形成する際に用いられるマザーグレイスケールマスクを製造する方法であって、透明基板上にフォトエマルジョンを塗布して第１乾板を形成するステップと、複数階調の強度変調を行ったレーザー光を前記第１乾板に照射し、光透過率の変化に対応する濃淡模様のパターンが形成されたグレイスケールマスクを形成するステップと、透明基板上にフォトエマルジョンを塗布して第２乾板を形成するステップと、前記パターンを有する前記グレイスケールマスクを前記第２乾板上に配置するステップと、前記グレイスケールマスクの前記パターンを介して前記第２乾板を露光するステップと、を備える。アライメントマークが設けられたアライメント用基板を挟んで、前記グレイスケールマスクを前記第２乾板上に配置する、と良い。前記アライメント用基板に設けられた前記アライメントマークを利用して、前記グレイスケールマスクを前記第２乾板上の予め定められた位置に配置する、とよい。前記アライメント用基板は遮光性を有し、濃淡模様の前記パターンの大きさに対応した開口窓が複数設けられており、前記アライメント用基板の前記開口窓に前記グレイスケールマスクの濃淡模様の前記パターンが臨むように、前記グレイスケールマスクを前記アライメント用基板上に配置する、と良い。

本発明にかかるマザーグレイスケールマスクは、透明基板上にフォトエマルジョンが塗布され現像され光透過率の変化に対応する濃淡模様を有するマザーグレイスケールマスクであって、前記透明基板上に塗布されたフォトエマルジョンが露光及び現像され前記透明基板上に形成された前記濃淡模様は、円又は多角形の形状が連続して配置された模様であり、前記濃淡模様に含まれる一つの円又は多角形の模様は、中心から外側に向けて光透過率が順次増加又は減少している。

本発明にかかるグレイスケールマスクの製造方法は、液晶パネル用基板上にマイクロレンズアレイを形成する際に用いられるマザーグレイスケールマスクの製造に用いられるグレイスケールマスクの製造方法であって、透明基板上にフォトエマルジョンが塗布された第１乾板に強度変調されたレーザー光を照射し、光透過率が規則的に変化する複数のパターンを前記第１乾板に２次元状に形成する。フィルターを介して前記レーザー光の強度を減衰させ、前記レーザー光を前記第１乾板に照射する、とよい。

本発明にかかるマザーグレイスケールマスクの製造方法は、上述のグレイスケールマスクを用いたマザーグレイスケールマスクの製造方法であって、上述のグレイスケールマスクを介して、透明基板上にフォトエマルジョンが塗布された第２乾板を露光し、上述のグレイススケールマスクに形成されたパターンに対応したパターンを有するマザーグレイスケールマスクを形成する。上述のグレイスケールマスクを介して前記第２乾板を露光するステップを繰り返し、上述のグレイススケールマスクに形成されたパターンに対応したパターンを複数有するマザーグレイスケールマスクを形成する、と良い。前記第２乾板上に設けられたアライメントマークを利用して、前記第２乾板に対して前記グレイススケールマスクを位置決めする、とよい。前記アライメントマークは、前記第２乾板上に配置されるアライメント用基板に設けられる、と良い。

本発明にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスクの製造方法は、上述のマザーグレイスケールマスクを用いて、複数のマイクロレンズを前記マザーグレイスケールマスク上に形成する。前記マイクロレンズは、光硬化性樹脂材料からなる、とよい。

本発明にかかるマザーグレイスケールマスクの製造方法は、グレイスケールマスクを用いて、液晶パネル用基板上にマイクロレンズアレイを形成する際に用いられるマザーグレイスケールマスクを製造する方法であって、（１）透明基板上にフォトエマルジョンが塗布された第１乾板に強度変調されたレーザー光を照射し、光透過率が規則的に変化するパターンを有するグレイスケールマスクを形成し、（２）前記グレイスケールマスクを介して、透明基板上にフォトエマルジョンが塗布された第２乾板の第１部分及び第２部分を露光し、前記グレイスケールマスクの前記パターンに対応したパターンを複数有するマザーグレイスケールマスクを形成する。

本発明にかかるマザーグレイスケールマスクは、液晶パネル用基板上にマイクロレンズアレイを形成する際に用いられ、かつ互いに離間して配置された複数のグレイスケールを備えるマザーグレイスケールマスクであって、複数の前記グレイスケール同士の間は、光透過率が低い遮光領域又は光透過率が高い非遮光領域であり、複数の前記グレイスケールのそれぞれは、光透過率が規則的に変化する複数のレンズ形成用領域を有する。複数の前記レンズ形成用領域のそれぞれは、外周から中心に向かって光透過率が増加又は減少する分布を有し、複数の前記レンズ形成用領域同士の境界部分は、光透過率が低い遮光領域又は光透過率が高い非遮光領域である、と良い。

本発明により、マイクロレンズアレイの光軸合わせが容易であり、生産性に優れたマイクロレンズアレイ及び液晶表示装置を提供することができる。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

実施の形態１．
本実施例において発明者は、半透過型液晶表示装置に含まれる液晶パネルのバックライト側の透明基板の厚さと、バックライトから液晶パネルへ入射するバックライト光の放射成分が当該液晶表示装置の表示輝度に大きく影響することを見出した。更に、外光下での反射輝度を十分に得るための開口径との関係を明らかにした。本発明はそれらを規定することにより半透過型液晶表示装置の表示輝度の向上を図るものである。

初めに、液晶表示装置中におけるマイクロレンズアレイの配置及びマイクロレンズアレイによる光学的効果について説明する。図１は本実施形態にかかる液晶表示装置の断面図を示す図である。本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置は、いわゆる半透過型液晶表示装置である。図１において液晶表示装置は、液晶パネル１００、マイクロレンズアレイ２００を備えている。液晶パネル１００では、２枚の透明基板１０１、１０２の間に液晶層１０３が挟持されている。なお、２枚の透明基板１０１、１０２の厚みは５００μｍ、これらの間に挟持された液晶層等の厚みが６μｍ程度であるが、本図面上ではスケールを変更して表示している。

透明基板１０１、１０２は、例えばガラス、ポリカーボネイト、アクリル樹脂等により形成される。液晶パネル１００の前面側に配置されている透明基板１０１の背面側、即ち液晶層１０３側の面には、カラーフィルタ層１０４が形成される。カラーフィルタ層１０４は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色表示を行なう３領域により構成される。ブラックマトリクス１０５はカラーフィルタ層１０４の各画素間に配置される遮光膜であり、画素間の光漏れを防止し、各画素の色を際立たせる働きをする。

カラーフィルタ層１０４と液晶層１０３の間には、透明電極１０６及び配向膜１０７が順次積層形成されている。透明電極１０６は、例えばフォトリソグラフィ法により透明導電性薄膜（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）から形成される。配向膜１０７は、例えば高分子材料であるポリイミド（Polyimide）薄膜等の有機薄膜で形成され、液晶層１０３の液晶分子を所定の方向に揃える役割を果たす。液晶パネル１００の背面側に配置されている透明基板１０２にはＴＦＴ素子１０８が形成され、更に透明電極１０６、配向膜１０７が積層形成される。ＴＦＴ素子１０８は液晶駆動用のスイッチング素子である。ＴＦＴ素子１０８側の透明電極１０６上には画素電極１６１及び配線１６２が形成されており、画素電極１６１は開口部１６１ａ及び反射部１６１ｂを有する。

偏光板１０９は、入射光に対して特定の偏光成分のみを透過させる機能を有する光学部材であって、２枚の透明基板１０１、１０２の両側表面に貼り付けられる。スペーサ１１０は、透明基板１０１、１０２間の液晶層１０３の高さ（セルギャップ）を制御する樹脂粒子で、透明基板１０１、１０２間の全範囲に亘り、複数個散在される。

図２に示されるように、画素電極１６１には、開口部１６１ａと反射部１６１ｂとが設けられている。マトリクス状の配線１６２は、互いに直交する走査配線と信号配線を有している。本実施形態における配線１６２のピッチは１００μｍであり、配線１６２の幅は２６μｍである。

開口部１６１ａは液晶パネル１００に対して透明基板１０２側から入射する光の通り道となる。即ち、開口部１６１ａを設けることによりバックライト光を液晶層に入射させることができるようになる。反射部１６１ｂは透明基板１０１側から入射する光を反射する反射板の役割を果たす。即ち、透明電極１０６の一部に反射部１６１ｂを形成することにより、残りの部分が開口部１６１ａとなる。

開口部１６１ａは、背面側から入射するバックライト光を通過させるので、これにより画像表示を明るくすることができる。その一方で、開口部１６１ａは前面側から入射する光を反射させることができないため、開口部１６１ａが大きくなればなるほど、バックライト光の利用効率が向上する半面、反射光の利用効率が低減する。即ち、バックライト光の利用効率と反射光の利用効率とは同時に高効率化することが難しい。反射光の利用効率を確保するためには、液晶パネル１００の表示部全体の面積に対する開口部１６１ａの面積の割合（以下、開口率とする）は５０％以下であることが好ましく、より好適には２０％以下である。また、バックライト光の利用のためには開口率が０％となってはならない。図２の例においては開口部１６１ａの直径は３５μｍであり、開口率は１０％である。本発明の実施の形態においては、透明基板１０２の裏面側にマイクロレンズアレイ２００を形成し、バックライト光の利用効率を高めている。

第２の透明基板１０２の背面側にはマイクロレンズアレイ２００が設けられている。マイクロレンズアレイ２００はリム２０１及びマイクロレンズ２０２を有する。図３は透明基板１０２、マイクロレンズアレイ２００、リム２０１の配置関係を示す平面図である。

図３に示されるように、リム２０１は、複数のマイクロレンズ２０２の周囲を囲む位置に設けられている。リム２０１はマイクロレンズ２０２の頂点と同一またはそれよりも高い高さで第２の透明基板１０２の裏面側の外周縁に沿って途切れることなく形成されている。リム２０１は後述の偏光板１０９を平坦性を維持して保持する目的及び後述する製造工程時にマイクロレンズアレイ２００を固定する目的で設けられる。リム２０１は好ましくはマイクロレンズ２０２と同一材料で構成される。

マイクロレンズ２０２は、５０×１０^−６ｍ程度の直径若しくは対角線を有し、ガラスや合成樹脂の基板又はフィルム上に配置されている。マイクロレンズ２０２は、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化樹脂又はフォトレジストよりなる。マイクロレンズ２０２のそれぞれは、液晶パネル１００の一画素に対応して設けられている。バックライト光の利用効率を向上するためには、図３に示されるようにマイクロレンズ２０２が隙間なく充填されていることが好ましい。マイクロレンズ２０２の底面形状が図３に示されるような六角形であれば、平面上に隙間なくマイクロレンズ２０２を充填することができる。透明基板１０２の面積に対するマイクロレンズ２０２の形成されている領域の割合を充填率とすると、充填率は少なくとも７０％以上、更に好ましくは８０％である。充填率は、透明基板１０２の面積以外にも、バックライト光の照射領域、液晶パネル１００において画素が形成されている領域及び透明基板１０２の面上におけるリム２０１の内側の面積等を基に定義することができる。

液晶パネル１００を背面側から図示しないバックライトにより照射した場合、各マイクロレンズ２０２の焦点、即ちクロスポイントはブラックマトリクス１０５の開口部近傍又は画素電極１６１の開口部１６１ａ近傍に位置する。即ち、マイクロレンズ２０２の光軸は、画素電極１６１の開口部１６１ａと位置決めされている。また、マイクロレンズ２０２の光軸は、ＴＦＴ素子１０８以外の領域であって画素電極１６１上の開口部１６１ａを通る。

次に図４を用いて、マイクロレンズ２０２を設けた場合（同図（ａ））と設けない場合（同図（ｂ））の光学特性の違いについて説明する。図４は１画素分の透明基板１０２近傍の断面図及びそれを通過する光束を示した模式断面図である。

図４（ａ）に示されるように、バックライト光は開口部１６１ａを通過するが、反射部１６１ｂに遮られる。これに対し、マイクロレンズ２０２を設けた場合には、図４（ｂ）に示されるように、マイクロレンズ２０２の焦点が開口部１６１ａ近傍に位置するので、バックライト光はマイクロレンズ２０２によって開口部１６１ａに光が集光され、配線部材に遮られることなく光が通過する。これにより、開口部１６１ａの開口率を１０％以下とした場合でもバックライト光の利用効率を高めることができる。

マイクロレンズ２０２は、レンズの高さが高いほど短焦点となる。本実施形態にかかるマイクロレンズ２０２の高さは２０μｍであるが、レンズの最大径及び最適な焦点距離によって適宜選択されるものであり、例えば１μｍ以上１００μｍ以下の間で選択できる。このように、マイクロレンズ２０２は開口部１６１ａにそれぞれの中心がアライメントされ、透明基板１０２上に隙間なく充填されることが好ましい。

実施の形態２．
本実施の形態においては実施の形態１において説明したマイクロレンズアレイ及びマイクロレンズアレイを有する液晶表示装置の製造方法について説明する。尚、実施の形態１と同様の符号を付す構成については実施の形態１と同一又は相当部を示し、説明を省略する。

本実施の形態におけるマイクロレンズアレイの製造工程は、以下に示す工程に分けられる。即ち、レーザー描画を用いて乾板上にマスクパターンを描画し、マスターグレイスケールマスクを作成する第１工程、マスターグレイスケールマスクを介してエマルジョンプレートを露光し、マザーグレイスケールマスクを作成する第２工程、マザーグレイスケールマスク上に露光用マイクロレンズを形成し、レンズ付マザーグレイスケールマスクを作成する第３工程、そして、レンズ付マザーグレイスケールマスクを介して透明基板１０２上に塗布した光感光性樹脂層を露光し、複数組のマイクロレンズアレイ２００を液晶基板上に形成する第４工程、マイクロレンズの形成された液晶基板を分離する第５工程である。

マスターグレイスケールマスクとは、マザーグレイスケールマスクを形成するためのフォトマスクであり、一組のマイクロレンズアレイ２００に対応したマスターパターンが形成されてなる。マザーグレイスケールマスクとは複数組のマイクロレンズアレイ２００を形成するためのものである。即ち、マスターグレイスケールマスクとはマイクロレンズアレイ２００の形成の大元であり、そのマスターパターンには高い精度が要求される。マスターグレイスケールマスクはマザーグレイスケールマスク及びマイクロレンズアレイ２００に比べて量産性を要しないため、より高精度なマスクパターンを形成することが可能なレーザー描画を用いて形成される。

マザーグレイスケールマスクとは、１つの液晶パネル１００に対応するマイクロレンズアレイ２００を形成するためのグレイスケールマスクが複数組形成されたものであり、当該グレイスケールマスクにはマイクロレンズ２０２に対応するグレイスケールが複数組形成されている。当該グレイスケールを介して露光光を強度変調することにより、光感光性樹脂層をレンズ形状に露光することができる。

レンズ付きマザーグレイスケールマスクとは、マザーグレイスケールマスク上に形成されたグレイスケールに対応して露光用マイクロレンズが形成されたものである。グレイスケールによって強度変調された露光光を、露光用マイクロレンズによって透明基板１０２上に形成された画素電極１６１の開口部１６１ａに集光することにより、開口部１６１ａとマイクロレンズ２０２との光軸を高精度に合わせることができる。

次に、上記の各工程について詳述する。
（１）第1工程（マスターグレイスケールマスクの作成）
初めにマスターグレイスケールマスクの製造方法を説明する。本実施形態にかかるマスターグレイスケールマスクは、ガラス等の透明基板上にフォトエマルジョンを塗布し乾燥させた乾板上にマイクロレンズ２０２に対応するマスターパターンをレーザー光で直接描画し、当該乾板を現像し定着することにより製造する。ここで、本説明においては、乾板にレーザー光を照射して乾板表面を反応させる際に、照射するレーザー光の強度を変調することによって乾板に含まれるフォトエマルジョンの反応度合いを調節し、乾板表面に所望の濃淡を有するパターンを形成することを描画と定義する。反応度合いが変化するパターンが描画された乾板を現像することにより、本実施形態にかかるマスターグレイスケールマスクが完成する。

図５は乾板４３０上に、マイクロレンズ２０２に対応するパターンを描画する際の様子を模式的に示した斜視図であり、乾板４３０上にパターンを描画する描画装置６０が示されている。マイクロレンズ２０２に対応するパターンを乾板４３０上に描画する際には、図５に示すような描画装置６０を用いる。描画装置６０は、描画装置本体６１と、レーザーを照射する光源６２と、この光源６２を移動させるアーム６３を備えている。

描画装置６０は、コンピュータにより構成され、マイクロレンズ２０２に対応するパターンを描画するための描画データが記憶手段に格納されている。描画装置６０は、描画データに従って、アーム６３を動かしながら光源６２より照射する露光光の強度及び／又は露光時間を変化させ、所望のパターンを乾板４３０上に描画する。露光強度変調の階調数は例えば４階調以上２５６階調以下であり、更に好ましくは８階調以上１２８階調以下であり、更に好ましくは８階調以上２４階調以下である。

本実施形態において光源６２から照射される露光光のスポット径は０．４μｍである。従って、最終的に形成されるマスターパターンは０．４μｍ程度の光透過率の分解能を有する。乾板４３０上の全面をプログラムされたパターンに従って露光し終えたら、表面のフォトエマルジョンを現像及び定着することによりマスターグレイスケールマスクが完成する。フォトエマルジョンの現像及び定着には市販の現像液及び定着液を用いることができる。

図６に、完成したマスターグレイスケールマスク６００の上面図を示す。図に示すように、マスターグレイスケールマスク６００はマイクロレンズ２０２に対応するパターンであるマスターパターン６０１を有する。マスターパターン６０１によって露光光を強度変調し、当該変調された露光光を用いてエマルジョンプレートを露光することにより、エマルジョンプレート上にマイクロレンズ２０２に対応するグレイスケールを形成することができる。

本実施形態においては、１つのマスターパターン６０１の最外周において光透過率は略１００％であり、マスターパターン６０１の中心に向かって同心円状に光透過率が減少し、中心において光透過率が略０％となる。また、マスターグレイスケールマスク６００においてマスターパターン６０１が形成されている部分以外の光透過率は略１００％である。尚、図６においては、１つのマスターパターン６０１が正六角形の輪郭で示されている。これは１つのマスターパターンの境界を明確にするためのものであり、実際には１つのマスターパターン６０１の際外周では光透過率が１００％であるため、境界線は存在しない。

ここで、図６には１つのマスターグレイスケールマスク６００に対して複数のマスターパターン６０１が形成された例を示しているが、１つのマスターグレイスケールマスク６００に対して１つのマスターパターン６０１のみを形成しても良い。このように、レーザー光を用いてマスクパターンを描画することにより、高精度なグレイスケールを形成することができると共に、コスト及び生産性に優れた光学部品形成用のグレイスケールマスクを提供することができる。

次に、マスターグレイスケールマスク６００の具体的な形成方法及び描画装置６０の動作について説明する。光透過率の高いマスターパターン６０１の外周近傍においては、露光強度を弱く及び／又は露光時間を短くし、逆に光透過率の低いマスターパターン６０１の中心近傍においては、露光強度を強く及び／又は露光時間を長くする。こうすることにより、マスターパターン６０１に対応するパターンを、レーザー光を用いて乾板上に直接描画することが可能である。

乾板をレーザー露光することによりパターニングする技術においては、パターンが残るか除去されるかの二択が従来技術において一般的であった。このような技術は主にプリント基板の分野で用いられており、その用途上、パターニングに中間が必要なかったからである。むしろプリント基板という分野においては、パターン有無が明確である方が好ましい。

マスターパターン６０１のように、位置によって光透過率が段階的若しくは連続的に変化するパターンを形成するためには、専用の感光性プレートを用いるか、レジストを多段階露光してパターンを形成する必要があった。しかしながら、本発明者は乾板を露光するレーザー光の強度を比較的弱いレベルの範囲内で調節することによって、乾板の露光強度を変化させ、乾板上に形成されるパターンに濃度の濃淡即ち光透過率の変化する領域を形成可能であることを見出した。

本実施形態において用いる乾板は、透明基板上にフォトエマルジョンを塗布したものである。ここで用いられる透明基板には、例えばガラス、アスベスト等の無機繊維やポリエステル、ポリアミド、ポリビニルアルコール、アクリル等の有機合成繊維で透明性を有するものが用いられる。フォトエマルジョンは感光性を有する乳剤である。乾板には例えば、コニカミノルタホールディングス株式会社製の乾板、例えばハイレゾリューションプレート（ＨＥ−１）等や、富士フィルムグラフィックシステムズ株式会社製の乾板、例えばスーパーマイクロフォトプレート（登録商標）（ＵＭ−Ｇ）等が用いられる。この様に、専用の乾板ではなく市販されている乾板を用いることにより、コストの低減及び生産性の向上を図ることができる。

レーザー光源にはＨｅＣｄ（ヘリウム・カドミウム）レーザーやＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザー等が用いられる。これらのレーザーは従来技術において用いられていた電子ビーム等の高エネルギービームよりも光源として安価であるため、コストダウンを図ることができる。また、大気中での露光が可能であるため、真空中での作業が必要となる従来の光源に対して生産性の向上を図ることができる。更には、真空状態を保つことができる空間には限界があるため、従来の光源を用いる場合は大型化が難しかったが、本実施形態にかかるレーザー光源ではその様な空間的制限がないため、大型化も容易である。

これらの光源を用いて乾板を露光する際、そのまま露光すると露光強度が強すぎるために、露光強度に強度変調を加えたとしても表面の乳剤が完全に硬化してしまい、従来のようにパターンが残るか除去されるかの二択にしかならない。光透過率が連続的若しくは段階的に変化するようなパターンを形成するためには、露光強度を１５ｍＷ前後のごく弱い強度とし、更に露光強度を減衰させる必要がある。露光強度の減衰はアッティネータとの組み合わせにより行う。本実施形態においては、光源と露光対象との間にＮＤ（Neutral Density）フィルターを介することにより、露光強度を減衰させる。

本実施形態で用いるＮＤフィルターには、例えば透明基板上に数種類の金属の合金薄膜を真空蒸着により蒸着したものを用いる。透明基板上に蒸着する金属薄膜の厚さを調節することにより、透過率を制御することができる。本実施形態においては、光源の光強度に対するＮＤフィルター通過後の光強度の比は０．３×１０^−４〜１．０×１０^−４程度である。本実施形態におけるＮＤフィルター通過後の光強度と光源強度との比は０．３８×１０^−４程度である。ＮＤフィルターには例えばメレスグリオ株式会社製の金属膜ＮＤフィルター等が用いられる。

ＮＤフィルターによる光強度の減衰は光源の光強度との関係により適宜調整される。従って、本発明で用いられるＮＤフィルターは金属膜ＮＤフィルターに限定されず、ＮＤフィルターにて求められるアッティネーションが低ければ、例えばフィルムタイプのＮＤフィルタを用いることもできる。

また、上記のように所定パターンを描画するための描画データに従って描画する描画装置６０を用いず、手動で光源６２又はアーム６３を移動し、乾板４３０の露光を行なうことも可能である。この際、光源６２及びアーム６３の乾板４３０に対する位置に応じて、描画装置６０が自動的に露光強度若しくは露光時間を調整しても良いし、手動で露光強度若しくは露光時間を調整しても良い。

尚、乾板４３０上に形成するパターンは中心から外周へ向かって光透過率が徐々に減少、若しくは上昇するのみではなく、例えば、フレネルレンズ形状を形成するためのマスクパターンでも良い。詳細には、マスターパターンの中心から外周へ向かって同心円状に、光透過率の上昇と減少が繰り返されるようなパターンでも良い。また、シリンドリカルレンズや、三角プリズムのように、２次元的な繰り返しパターンを形成するためのパターンであってもよい。

（２）第２工程（マザーグレイスケールマスクの作成）
次に、マザーグレイスケールマスクとその製造方法について説明する。図７にマザーグレイスケールマスク４０００を示す。マザーグレイスケールマスク４０００にはグレイスケール４００が一定の間隔をもって配列されている。一組のグレイスケール４００は、液晶パネル１００の透明基板１０２上に形成される１組のマイクロレンズアレイ２００に対応するものである。

マザーグレイスケールマスク４０００は、透明基板上に複数組のグレイスケール４００が形成されてなる。グレイスケール４０１の単位構成要素であるグレイスケール４０１は、最終的に形成するマイクロレンズ２０２のそれぞれに対応したレンズ形成用領域４０１ａを複数有する。レンズ形成用領域４０１ａは、マイクロレンズ２０２と同一のピッチで配列されている。レンズ形成用領域４０１ａ以外の部分には、光透過率が極めて低い若しくはゼロの遮光領域４０１ｂが形成されている。

レンズ形成用領域４０１ａでは光透過率が連続的に変化している。レンズ形成用領域４０１ａの外周は六角形の形状を有するが、例えば六角形以外の他の多角形や円形及び楕円形でも良い。更に、レンズ形成用領域４０１ａにおいては同心円状に光透過率が変化し、レンズ形成用領域４０１ａの中心において光透過率が最大となる。

本実施形態においては、遮光領域４０１ｂの光透過率は０％であり、レンズ形成用領域４０１ａにおいてレンズ形成用領域４０１ａの外周から中心に向かって同心円状に光透過率が上昇し、レンズ形成用領域４０１ａの中心において光透過率が１００％に近い値となる。

エマルジョンプレート４５０は、透明基板上にフォトエマルジョン（モノクローム写真感光乳剤）を塗布したガラス乾板である。フォトエマルジョンを強度変調した光によって露光し、現像することによって透明基板上にマスクパターンが形成される。エマルジョンプレート４５０の面積が大きいほど、大面積のマザーグレイスケールマスク４０００を製造することができ、より多くのグレイスケール４００を一度に形成することができる。

本実施形態におけるエマルジョンプレート４５０の面積は、例えば３６０ｍｍ×４６０ｍｍである。エマルジョンプレート４５０には例えば、コニカミノルタホールディングス株式会社製のハイレゾリューションプレート（ＨＥ−１）や、富士フィルムグラフィックシステムズ株式会社製のスーパーマイクロフォトプレート（登録商標）（ＵＭ−Ｇ）等が用いられる。

アライメント用基板５００は、エマルジョンプレート４５０上においてグレイスケール４００を正確な位置に形成するために用いられる。アライメント用基板５００はエマルジョンプレート４５０と重ね合わせて用いるため、好適にはアライメント用基板５００とエマルジョンプレート４５０との平面寸法は等しいが、両者の平面寸法が異なる場合でも、エマルジョンプレート４５０上においてグレイスケール４００形成する位置を調整可能であれば良い。

アライメント用基板５００はその表面に領域マーク５０１が形成されている。領域マーク５０１はアライメント用基板５００面上に所定のピッチで配列されている。領域マーク５０１は、四角形の枠であり、１組のグレイスケール４０１を形成する位置を示す。従って、領域マーク５０１の配列ピッチは、最終的にエマルジョンプレート４５０上に形成されるグレイスケール４００のピッチ、即ちマザーグレイスケールマスク４０００上におけるグレイスケール４００のピッチとなる。

アライメント用基板５００は透明性を有する基板である。ここで、領域マーク５０１は四角形に限定されるものではなく、１組のグレイスケール４００に合わせて適宜変更される。また、領域マーク５０１は１つのグレイスケール４００の全周を囲う必要はなく、マスターグレイスケールマスク６００の位置合わせが可能なマークであればよい。マスターグレイスケールマスク６００に形成されているマスターパターン６０１をエマルジョンプレート４５０に転写することによって、レンズ形成容量域４０１ａを形成する。

図９に１つの領域マーク５０１とマスターグレイスケールマスク６００を拡大した斜視図を示す。図９に示されるように、領域マーク５０１の四つ角にはアライメントマーク５０２が設けられている。また、マスターパターン６０１の四つ角にはアライメントマーク６０２が設けられている。領域マーク５０１の平面形状とマスターパターン６０１の外周の平面形状とは略一致する。また、１つの領域マーク５０１の四つ角に形成された夫々のアライメントマーク５０２の配置関係と１つのマスターパターン６０１の四つ角に形成された夫々のアライメントマーク６０２の配置関係とは一致する。

マスターグレイスケールマスク６００のアライメントマーク６０２が設けられた部分の周囲は透明性を有するため、アライメント用基板５００に設けられたアライメントマーク５０２をマスターグレイスケールマスク６００を通して視認することができる。

図１０はマスターパターン６０１の反転パターンをエマルジョンプレート４５０に転写する際の工程を示す断面図である。図示の簡略化のため、図１０においては１つのマスターグレイスケールマスク６００に１つのマスターパターン６０１を表示するが、本実施形態においては、図６に示すようにマスターグレイスケールマスク６００には複数のマスターパターン６０１が形成されている。アライメントマーク５０２とアライメントマーク６０２とを一致させて位置決めし、図１０（ａ）に示すようにエマルジョンプレート４５０上にアライメント用基板５００を重ね合わせる。

ここで、アライメントマーク５０２及びアライメントマーク６０２を用いずとも、領域マーク５０１とマスターパターン６０１とを用いて、位置決めするようにしてもよい。即ち、アライメントマーク５０２及びアライメントマーク６０２を設けなくても、領域マーク５０１とマスターパターン６０１とを位置決めしてもよい。

次に、図１０（ｂ）に示すようにマスターグレイスケールマスク６００上からエマルジョンプレート４５０を露光する。露光は３６５ｎｍ付近の波長の垂直偏光された紫外線を１００ｍＪのエネルギーで照射する。露光範囲は、マスターパターン６０１と一致する範囲若しくはマスターパターン６０１よりも広い範囲である。本実施形態においては、マスターパターン６０１よりも縦横ともに１ｍｍ広い四角形の領域において露光光を照射した。図１０（ｂ）中の点線は露光光の光線図である。図中の点線に示されるように、マスターグレイスケールマスク６００側から照射された露光光は、マスターパターン６０１によって強度変調が加えられ、領域マーク５０１の枠内及びその近傍を通過し、エマルジョンプレート４５０を露光する。

エマルジョンプレート４５０を露光する露光光はマスターパターン６０１によって強度変調が加えられているため、マスターパターン６０１のパターンに対応した強度でエマルジョンプレート４５０を露光する。即ち、マスターパターン６０１の中心部に対応する位置ほど露光強度が弱く、マスターパターン６０１の外周に近付くにつれて同心円状に露光強度が上昇し、最外周において露光強度が最高となる。エマルジョンプレート４５０の露光面において、露光に応じて表面に塗布されたフォトエマルジョンが反応し、露光強度に応じて透明性を失う。

従って、図１０（ｂ）に示すように、エマルジョンプレート４５０の透明基板上にマスターパターン６０１の反転パターンに対応した転写パターン４０４が形成される。転写パターン４０４のうち、マスターパターン６０１を通過した露光光によって形成された部分の転写パターン４０４ａは同心円状に光強度が変化する露光光によって形成された領域である。また、転写パターン４０４のうち、マスターパターン６０１の外部を通過した露光光によって形成された部分の転写パターン４０４ｂは最高強度で露光された領域である。上記の通り、図１０においては１つのマスターグレイスケールマスク６００に１つのマスターパターン６０１を表示しているため、１つのマスターグレイスケールマスク６００に対して１つの転写パターン４０４が形成されるが、実際には１つのマスターグレイスケールマスク６００に含まれるマスターパターン６０１の個数に対応して転写パターン４０４が形成される。

１つの領域マーク５０１に対する露光を終えたら、次の領域マーク５０１に対しても同様にアライメントマーク５０２とアライメントマーク６０２を一致させることによって位置決めし、図１０（ｃ）に示すようにマスターグレイスケールマスク６００側からエマルジョンプレート４５０を露光し、転写パターン４０４を形成する。隣接する露光領域が連続するように、露光領域同士が接するか又は重なるようにする。

このように、全ての領域マーク５０１に対して露光を繰り返すことによって、エマルジョンプレート４５０上に、アライメント用基板５００に設けられた領域マーク５０１のピッチと同様のピッチで転写パターン４０４が形成される。全ての領域マーク５０１に対する露光が完了したら、エマルジョンプレート４５０を現像することにより、図１０（ｄ）に示されるように、転写パターン４０４ａはレンズ形成用領域４０１ａとして、転写パターン４０４ｂは遮光領域４０１ｂとして定着し、これによってグレイスケール４００を有するマザーグレイスケールマスク４０００が完成する。

このように、アライメント用基板５００を用いて、マスターグレイスケールマスク６００をアライメントしながら各領域マーク５０１を個々に露光することにより、エマルジョンプレート４５０表面の全面に亘って、高精度にレンズ形成用領域４０１ａ及び遮光領域４０１ｂを形成することができる。また、アライメント用基板５００を用いることによって、エマルジョンプレートにはアライメントマーク５０２のようなアライメント用のマークを設ける必要がない。従って、専用の感光性プレートではなく、市販の感光性プレートを用いることができ、生産性に優れる。この様な製造方法を用いることにより、所定のマスクパターンが所定のピッチで高精度に配列された大面積のグレイスケールマスク４００及びマザーグレイスケールマスク４０００を低コストで得ることができる。

この様にして形成されたレンズ形成用領域４０１ａの、透過率分布について説明する。レンズ形成用領域４０１ａを通過した光の光軸方向と垂直な面の座標を、レンズ形成用領域４０１ａの中心を原点とするｘ及びｙで表し、レンズ形成用領域４０１ａを通過した光の光軸方向と垂直な面における光強度分布をＺで表すとき、Ｃ_ｎを任意の実数とし、ｍを任意の自然数とし、ｋ＝０、若しくはｋを任意の正の実数とすると、光強度Ｚは、

の条件を満たす。

この式において、ｋはｘ、ｙ座標面の原点、即ちレンズ形成用領域４０１ａの中心におけるレンズ形成用領域４０１ａ通過後の光強度を表している。ｈは式（２）に示す通り、原点からの距離である。ここで、式（１）におけるマイナス項である２項目は、式（１）の示す通りＣ_１を係数とする項からＣ_ｍを係数とする項までの総和である。Ｃ_ｎが表すのはそれぞれのｎに対応する項における係数である。例えばＺ＝ｋ−Ｃ_１ｈ^２とする場合は、ｍ＝１であり、Ｚ＝ｋ−（Ｃ_１ｈ^２＋Ｃ_２ｈ^２＋Ｃ_３ｈ^２）とする場合は、ｍ＝３である。

式（１）は直接的にはｈに依存する式となっており、原点からの距離ｈとレンズ形成用領域４０１ａ通過後の光強度Ｚとの相関関係を表している。即ち、光強度Ｚの値はレンズ形成用領域４０１ａの中心からの距離ｈによって決定されるので、光強度Ｚは原点から同心円状に変化する。式（１）においてＣ_ｎがすべて正である場合は、原点から離れる程マイナス項の絶対値が大きくなる。従って光強度Ｚは原点、即ちレンズ光軸から離れる程弱くなる。これは本実施形態における露光光強度の態様である。ｈのべき乗数が２ｎ乗、即ち偶数となっているのは、光強度Ｚに関係する値が原点に対して対称であることを示している。更に、べき乗をとることによって原点から離れる程、値の変化率が大きくなる。従って図１１（ａ）に示したように、原点を光軸とする凸レンズ形状に光強度Ｚを分布させることができる。

他方、最終的に形成するマイクロレンズが凹形状のレンズである場合には、レンズ形成用領域４０１ａの光透過率が中心において最も低くなり、最外部において最も高くなるようにすれば良い。例えば、式（１）においてＣ_ｎがすべて負であればその様な態様が可能となる。これにより図１１（ｂ）に示したように、原点を光軸とする凹レンズ形状に光強度Ｚを分布させることができる。ここで、図１１に示したグラフが途中で途切れているのは、光強度Ｚがレンズ形成用領域４０１ａごとに計算されるからである。即ち、ｘ、ｙはレンズ形成用領域４０１ａの中心から単位マスクの外周に達するまでの有限の値である。

このように光強度Ｚを定義することによって、Ｃ_ｎ及びｍの値の操作により所望のレンズ形状を作り出すことが可能となる。尚、上記した式（１）は光強度Ｚが原点、即ちレンズ光軸からの距離ｈに依存することを示すものであり、図１１に示したような単純増加又は単純減少に限定されるものではない。Ｃ_ｎはｎに依存せず、各ｎの値ごとに設定可能な定数であるので、Ｃ_ｎをそれぞれ独立して設定することにより、レンズ光軸でもレンズ最外周でもない地点に光強度Ｚの極値を設定することも可能である。また、Ｃ_ｎをｎの関数とすることも可能である。

（３）第３工程（レンズ付きマザーグレイスケールマスクの作成）
次に、レンズ付きマザーグレイスケールマスクとその製造方法について説明する。図１２は本実施形態におけるレンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０の断面図である。レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０は、支持基板４０２の一方の面にグレイスケール４０１が形成され、他方の面に露光用マイクロレンズ４０３が形成されている。即ち、本実施形態においては、マザーグレイスケールマスク４０００のグレイスケール４０１が形成された面とは反対側の面に、グレイスケール４０１にアライメントされて露光用マイクロレンズ４０３が形成されている。

レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０を用いて最終的にマイクロレンズ２０２を形成する際は、強度変調した露光光によって光感光性樹脂層をレンズ形状に露光し、硬化させることにより行う。その際、液晶パネル１００の透明基板１０２上に形成されたＴＦＴ素子及び画素電極１６１の反射部１６１ｂ等を避け、開口部１６１ａに露光光を集光することによって、透明基板１０２上に直接マイクロレンズ２０２を形成することを可能としており、同時に開口部１６１ａとマイクロレンズ２０２との光軸合わせも行っている。レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０は露光光を強度変調する機能と、露光光を回路素子の開口部へ集光する機能をもつ。

ここで、本実施形態においては支持基板４０２のそれぞれ反対面にグレイスケール４０１と露光用マイクロレンズ４０３とが形成されているが、これに限定されるものではない。支持基板４０２上にグレイスケール４０１が形成され、更にグレイスケール４０１上に露光用マイクロレンズ４０３が形成されても良いし、支持基板４０２上に露光用マイクロレンズ４０３が形成され、更に露光用マイクロレンズ４０３上にグレイスケール４０１が形成されても良い。

図１２に示す構造において、露光光はグレイスケール４０１側から入射する。支持基板４０２は透明性を有する基板であり、ガラス、ポリカーボネイト、アクリル樹脂等が用いられる。ここで、本実施形態においては、透明基板上にフォトエマルジョンを塗布したエマルジョンプレート４５０を露光してマザーグレイスケールマスク４０００を作成しており、当該マザーグレイスケールマスク４０００の透明基板が支持基板４０２に該当する。

上述したとおり、グレイスケール４０１は、個々が六角形のレンズ形成用領域４０１ａの集合体である。レンズ形成用領域４０１ａは中心から外周に向かって同心円状に光透過率が連続的に変化する。本実施形態においては、レンズ形成用領域４０１ａの中心において光透過率が最も高くなり（例えば１００％）、最外部において最も低くなる（例えば０％）。ここで、レンズ形成用領域４０１ａの最高及び最低の透過率は０％以上１００％以下に限定されるものではなく、少なくとも最高の透過率は８０％以上、更に好ましくは９０％以上であり、最低の透過率は２０％以下、更に好ましくは１０％以下で適宜調整される。

このようなマスクパターンを通過させることにより露光光に強度変調が加えられる。従って、当該露光光を用いて光硬化性樹脂を露光することにより、光硬化性樹脂をレンズ形状に硬化させることが可能となる。即ち、レンズ形成用領域４０１ａの外周形状及び透過率分布が、最終的に形成されるマイクロレンズ２０２の形状に反映される。レンズ形成用領域４０１ａの外周形状は六角形以外でも良く、例えば円形や楕円形及び六角形以外の多角形でも良い。例えばテレビ等に用いられるディスプレイの画素形状は縦横比３：１の長方形が主流であるため、マイクロレンズの形状も画素形状と同様に縦横比３：１の長方形で形成することが好ましい。レンズ形成用領域４０１ａの形状が六角形以外の場合においても、中心から同心円状に光透過率が連続的に変化する。

露光用マイクロレンズ４０３の材料は光硬化性樹脂であり、詳細にはネガ型フォトレジストである。露光用マイクロレンズ４０３は、露光用マイクロレンズ４０３をポジ型フォトレジストや熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂等で形成することも可能である。しかし、露光用マイクロレンズ４０３は、光学レンズとして用いるため、光分解性や熱可塑性を有しない材料であることが望ましい。さらに露光用マイクロレンズ４０３を熱硬化性樹脂により形成した場合は当該露光用マイクロレンズ４０３自体を形成する場合に熱処理が必要となり、他の部材が加熱されることによって変形や変質をもたらすことが懸念される。従って露光用マイクロレンズ４０３にはネガ型フォトレジストを用いることが好ましい。また、露光用マイクロレンズ４０３の材料にネガ型フォトレジストを用いるのが好ましい他の理由として、グレイスケール４０１と露光用マイクロレンズ４０３とのアライメント精度がある。これについては後述する。

露光用マイクロレンズ４０３は六角形の単位レンズの集合体である。当該単位レンズの平面形状とレンズ形成用領域４０１ａの平面形状とは略一致している。従ってレンズ形成用領域４０１ａと単位レンズとは同ピッチで配列されている。更には、レンズ形成用領域４０１ａの中心と、単位レンズの光軸とは、略一致している。即ち、露光光が垂直偏光であれば、同じレンズ形成用領域４０１ａで強度変調された露光光は当該レンズ形成用領域４０１ａとアライメントされている単位レンズによって集光される。ここで、露光用マイクロレンズ４０３に含まれる単位レンズは六角形以外の形状、例えば円形若しくは楕円形でも良いが、平面の充填率を考慮すると多角形であることが好ましい。更には、最終的に形成されるマイクロレンズの形状精度の向上のため、レンズ形成用領域４０１ａと同形状であることが好ましい。

次に、図１３を用いて本実施形態にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０の製造方法を説明する。まず最初に、マザーグレイスケールマスクの一方の面にネガ型レジスト層を塗布する。すなわち、図１３（ａ）に示されるように、片面にグレイスケール４０１の形成された支持基板４０２のもう一方の面にネガ型レジスト層４１０を塗布する。支持基板４０２及びグレイスケール４０１はマザーグレイスケールマスク４０００である。ネガ型レジスト層４１０は例えば紫外線硬化型フォトレジストであり、感光性ゾルゲル樹脂等の透明性及び紫外線硬化性を有するものであればよい。また、フッ素、金属微粒子、錯体等が例示の感光性ゾルゲル樹脂に含有されていてもよい。

次に図１３（ｂ）に示されるように、グレイスケール４０１側からネガ型レジスト層４１０を露光する。露光は３６５ｎｍ付近の波長の紫外線を３０００ｍＪのエネルギーで照射する。図中の点線は露光光の光線図である。図中の点線に示されるように、グレイスケール４０１側から照射された光は、まずグレイスケール４０１によって露光光に強度変調が加えられる。詳細には、レンズ形成用領域４０１ａの中心部を最大として同心円状に強度変調が加えられる。

レンズ形成用領域４０１ａによって強度変調の加えられた露光光は支持基板４０２を通過し、ネガ型レジスト層４１０を露光する。露光光はレンズ形成用領域４０１ａによって強度変調されているため、レンズ形成用領域４０１ａの中心部を通過した露光光は露光強度が強く、レンズ形成用領域４０１ａの外周部に近い部分を通過した露光光は露光強度が弱くなる。従って図に示されるようにネガ型レジスト層４１０をレンズ形状に露光することが可能となる。

ネガ型レジスト層４１０の露光が完了したら、ネガ型レジスト層４１０を現像することによって未硬化部分を除去する。こうして図１３（ｃ）に示すような、レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０を得ることができる。このように形成された露光用マイクロレンズ４０３の個々の単位レンズの光軸は夫々のレンズ形成用領域４０１ａの中心と垂直方向に一致する。従って、露光用マイクロレンズ４０３をネガ型レジスト層４１０のような光硬化性樹脂で形成することによりグレイスケール４０１と露光用マイクロレンズ４０３とのアライメントを容易に行うことができる。また、一括露光が可能なので大型基板による同時多数個成形が可能であり、生産性にも優れている。

上記の説明においては、マザーグレイスケールマスク４０００上に露光用マイクロレンズ４０３を形成したため、完成するレンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０は、１つの液晶パネル１００に含まれるマイクロレンズアレイ２００を形成するためのグレイスケールマスク４００が複数個形成されたものとなる。１つのグレイスケールマスク４００上に露光用マイクロレンズを形成すれば、１つの液晶パネル１００に含まれるマイクロレンズアレイ２００を形成するためのレンズ付きグレイスケールマスクとなる。

（４）第４工程（複数組のマイクロレンズアレイを液晶基板上に形成）
次に図１４を用いて、レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０を用いたマイクロレンズアレイ２００の液晶基板上への形成方法について説明する。

図１４（ａ）に示されるように、液晶パネル１００の基板である透明基板１０２の一方の面にはネガ型レジスト層２１０が塗布されている。ネガ型レジスト層２１０は図１３におけるネガ型レジスト層４１０と同様のものでも別のものでも良く、透明性及び紫外線硬化性を有するものであればよい。透明基板１０２の他方の面には、ＴＦＴ素子１０８、画素電極１６１及び配線１６２が形成されている。

図１４（ａ）に示されるように、ＴＦＴ素子１０８等が形成された面と露光用マイクロレンズ４０３とが対向するように、レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０及び透明基板１０２を配置する。この時、図中の一点差線に示すように、レンズ形成用領域４０１ａの中心及び露光用マイクロレンズ４０３の単位レンズのレンズ光軸は、開口部１６１ａを通る。即ち、レンズ形成用領域４０１ａ及び露光用マイクロレンズ４０３の単位マスクのピッチと、開口部１６１ａのピッチとは一致するように配置される。更に、露光用マイクロレンズ４０３とＴＦＴ素子１０８等の形成面との距離が、露光用マイクロレンズ４０３の焦点距離と略一致するように配置される。即ち、露光用マイクロレンズ４０３によって集光された露光光が回路素子に遮られることなく開口部１６１ａを通過可能なようにレンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０及び透明基板１０２を配置する。

次に図１４（ｂ）に示されるように、レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０のグレイスケール４０１側からネガ型レジスト層２１０を平行光で露光する。露光は３６５ｎｍ付近の波長の紫外線を３０００ｍＪのエネルギーで照射する。図中の点線は露光光の光線図である。図中の点線に示されるように、グレイスケール４０１側から照射された露光光は、まずレンズ形成用領域４０１ａによって強度変調が加えられる。詳細には、レンズ形成用領域４０１ａの中心部を最大として同心円状に露光強度が低下するように強度変調が加えられる。

レンズ形成用領域４０１ａによって強度変調の加えられた露光光は支持基板４０２を通過し、露光用マイクロレンズ４０３に入射する。上述の通り、同一のレンズ形成用領域４０１ａで強度変調された露光光はそれに対応する単位レンズに入射する。露光用マイクロレンズ４０３によって集光された露光光はＴＦＴ素子１０８及び反射部１６１ｂに遮られることなく開口部１６１ａを通過し透明基板１０２に入射する。

開口部１６１ａを通過した露光光は透明基板１０２を通過してネガ型レジスト層２１０を露光する。露光光はレンズ形成用領域４０１ａによって強度変調されているため、レンズ形成用領域４０１ａの中心部を通過した露光光は露光強度が強く、レンズ形成用領域４０１ａの外周部に近い部分を通過した露光光は露光強度が弱くなる。従って図に示されるようにネガ型レジスト層２１０をレンズ形状に露光することが可能となる。このとき、露光用マイクロレンズ４０３の空気中での焦点距離と、透明基板１０２の厚さとの光学的距離を一致させると良い。即ち、透明基板１０２内部の光路長と、露光用マイクロレンズ４０３からＴＦＴ素子１０８までの空気中における光路長とを一致させると良い。こうすることにより、ネガ型レジスト層２１０を露光する際の露光光の広がりは露光用マイクロレンズ４０３の単位レンズの平面形状と同一になる。従って、露光用マイクロレンズ４０３が支持基板４０２上に隙間なく充填されている場合には、ネガ型レジスト層２１０を露光することにより形成されるマイクロレンズを隙間なく形成することができる。

ここで、露光用マイクロレンズ４０３において隣接する単位レンズ同士が隙間を空けて配置されている場合においても、透明基板１０２の厚さ又は屈折率、即ち透明基板１０２内部の光路長を調整することにより、最終的に形成されるマイクロレンズ２０２を隙間なく形成することが可能である。

ネガ型レジスト層２１０の露光が完了したら、ネガ型レジスト層２１０を現像することによって未硬化部分を除去する。こうして図１４（ｃ）に示すような、片面にＴＦＴ素子１０８や画素電極１６１等が形成され、もう一方の面にマイクロレンズ２０２が形成されたパネル基板を得ることができる。このように形成されたマイクロレンズ２０２の光軸と開口部１６１ａとは、光軸方向に一致する。従って液晶表示装置にマイクロレンズを搭載する際に重要な、開口部とマイクロレンズとのアライメントを容易に達成することができる。また、一括露光が可能なので大型基板による同時多数個成形が可能であり、生産性にも優れている。

尚、上記の説明においては、レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０を用いて露光光を強度変調し開口部１６１ａに露光光を集光したが、グレイスケール４０１と露光用マイクロレンズ４０３とが別々の部材でも良い。即ち、マイクロレンズ２０２の形状に対応した平行光を開口部１６１ａに集光できれば良く、その方法は上記の態様に限定されない。

（４）第５工程（マイクロレンズの形成された液晶基板を分離切断）
上記のようにしてマイクロレンズ２０２が形成された透明基板１０２に、図１に示されるような他の部品を形成していくことによって、マイクロレンズアレイ２００と画素電極１６１の開口部１６１ａとが高精度にアラインメントされた液晶パネル１００が完成する。

より具体的には、マイクロレンズが形成された透明基板が連続的に複数形成された大型基板に図１に示されるような他の部品を形成していくことによって、図１５に示されるような液晶パネル１００が一定の間隔をもって配列された大型のマザー基板１０００が完成する。各液晶パネル１００は上述の通り、各部材が透明基板１０１及び本発明の製造方法によりマイクロレンズが形成された透明基板１０２によって挟持される形で形成されている。最終的にマザー基板１０００を分離切断することにより多数の液晶パネル１００を得ることができる。

以上の第１工程から第５工程で説明したように、本発明の実施の形態２にかかるマイクロレンズアレイの製造方法では、マイクロレンズアレイの光軸合わせが容易であり、生産性に優れたマイクロレンズアレイ及び液晶表示装置を提供することができる。

また、上記に説明したようなレンズ付きマザーグレイスケールマスクを用いることによって、マイクロレンズアレイの製造工程における光軸合わせを容易にし、生産性に優れたマイクロレンズアレイを提供することができる。

尚、ここでは、グレイスケール４０１の反対面側にネガ型レジスト層４１０を塗布して露光用マイクロレンズ４０３を形成したが、グレイスケール４０１上に直接ネガ型レジスト層４１０を形成し、グレイスケール４０１の反対面側から露光して露光用マイクロレンズ４０３を形成してもよい。即ち、レンズ形成用領域４０１ａによって強度変調された露光光が、露光用マイクロレンズ４０３によって集光される構成であれば良い。

更に、図８、９において説明した本実施の形態にかかるグレイスケールマスクの製造方法では、所定のマスクパターンが所定のピッチで高精度に配列された大面積のグレイスケールマスクを低コストで提供することができる。

更にまた、図５において説明した本実施の形態に係るマスターグレイスケールマスクの製造方法では、高精度なグレイスケールを形成することができると共に、コスト及び生産性に優れた光学部品形成用のグレイスケールマスクを提供することができる。

尚、上記の説明においては、レーザー描画によって作成したものをマスターグレイスケールマスク６００として用いたが、レーザー描画によって作成したものをグレイスケールマスク４００又はマザーグレイスケールマスク４０００として用いても良い。

実施の形態３．
本実施の形態は、実施の形態２の第１及び第２工程の変形例である。実施の形態２においては、透明基板１０２上に凸型のマイクロレンズ２０２を形成する方法を説明したが、本実施形態においては、透明基板１０２上に凹型のマイクロレンズ２０２を形成する例を説明する。

本実施形態においては、前実施の形態２において用いたグレイスケールマスク４００とは逆の透過率のパターンを有するグレイスケールマスクを用いる。即ち、レンズ形成用領域４０１ａの外周において最も透過率が高く、レンズ形成用領域４０１ａにおいては同心円状に光透過率が変化し、レンズ形成用領域４０１ａの中心において光透過率が最低となる。

本実施形態においては、図７の遮光領域４０１ｂに対応する領域（透過領域４０１ｃとする）の光透過率は略１００％であり、レンズ形成用領域４０１ａにおいてレンズ形成用領域４０１ａの外周から中心に向かって同心円状に光透過率が低下し、レンズ形成用領域４０１ａの中心において光透過率が０％に近い値となる。

このようなグレイスケールマスク４００が形成されたマザーグレイスケールマスク４０００を用いてレンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０を作成し、実施の形態２において説明した方法でマイクロレンズアレイを形成する場合、凹型のレンズを形成することができる。また、ネガ型レジスト層ではなく、ポジ型レジストを用いる場合は、実施の形態２の場合とは反対側から、当該レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０を介してネガ型レジスト層２１０を露光することにより、凸型のレンズを形成することも可能である。

次に、図１６を用いて本実施形態にかかるグレイスケールマスク４００及びマザーグレイスケールマスク４０００の製造方法を具体的に説明する。エマルジョンプレート４５０の上にアライメント用基板８００を配置し、アライメント用基板８００の上にマスターグレイスケールマスク９００を配置する。

本実施の形態におけるアライメント用基板８００は四角形の開口部８０１を有する。開口部８０１はアライメント用基板８００面上に所定のピッチで配列されている。開口部８０１はエマルジョンプレート４５０上にグレイスケールを形成する際に露光光が通過する。また、開口部８０１の配列ピッチが、最終的にエマルジョンプレート４５０上に形成されるグレイスケールマスク４００のピッチとなる。アライメント用基板８００は遮光性を有する基板であり、光透過率は０％である。ここで、開口部８０１の形状は四角形に限定されるものではなく、形成すべき１つのグレイスケールマスク４００に含まれるグレイスケール４００に合わせて適宜変更される。

マスターグレイスケールマスク９００は、グレイスケールのマスクパターンを転写可能なマスターパターン９０１が形成されたマスクである。マスターパターン９０１はマスターグレイスケールマスク９００面上において光透過率が連続的に変化する領域である。本実施形態にかかるマスターパターン９０１は六角形の外周形状を有する。更に、マスターパターン９０１の領域内においては同心円状に光透過率が変化し、中心部において光透過率が最高となる。マスターパターン９０１が複数に亘って形成されている領域の外周はアライメント用基板８００に形成されている開口部８０１の形状と略同一の外周形状を有する。また、マスターグレイスケールマスク９００においてマスターパターン９０１が形成されている部分以外は透明性を有する。

本実施形態においては、マスターパターン９０１の最外周において光透過率は０％であり、マスターパターン９０１の中心に向かって同心円状に光透過率が上昇し、中心において光透過率が略１００％となる。また、マスターグレイスケールマスク９００においてマスターパターン９０１が形成されている領域以外は光透過率が略１００％である。

尚、この例におけるマスターグレイスケールマスク９００は、グレイスケールマスク４００の１つに相当するものであるが、これに限らず、例えばマイクロレンズ２０２の１つに相当するもの、即ち、マスターパターン９０１が１つだけ形成されたものでも良く、また複数のグレイスケールマスク４００に相当するものであってもよい。マスターグレイスケールマスク９００がグレイスケールマスク４００の１つに相当するものである場合、アライメント用基板８００の開口部８０１は、グレイスケールマスク４００の外周形状に沿った形状となる。

図１７に１つの開口部８０１とマスターグレイスケールマスク９００を拡大した斜視図を示す。図１７に示されるように、開口部８０１の四つ角にはアライメントマーク８０２が設けられている。また、マスターパターン９０１の四つ角にはアライメントマーク９０２が設けられている。また、１つの開口部８０１の四つ角に形成されたアライメントマーク８０２の夫々の配置関係と１つのマスターパターン９０１の四つ角に形成されたアライメントマーク９０２の夫々の配置関係とは一致する。

上記のようなアライメント用基板８００及びマスターグレイスケールマスク９００を用いて、図１０で説明したようにエマルジョンプレート４５０を露光することにより、実施の形態３のグレイスケールマスク４００とは逆の光透過率のパターンを有するグレイスケールマスクを得ることができる。即ち、マスターグレイスケールマスク９００側から照射された露光光は、マスターパターン９０１によって強度変調が加えられ、開口部８０１を通過しエマルジョンプレート４５０を露光する。

エマルジョンプレート４５０を露光する露光光はマスターパターン９０１によって強度変調が加えられているため、マスターパターン９０１の反転パターンに対応した強度でエマルジョンプレート４５０を露光する。即ち、マスターパターン９０１の中心部に対応する位置ほど露光強度が強く、マスターパターン９０１の外周に近付くにつれて同心円状に露光強度が低下し、マスターパターン９０１の最外周では露光強度が０となる。また、アライメント用基板８００の開口部８０１外部に対応する位置ではアライメント用基板８００によって露光光が遮られるため、露光強度は０となる。

従って、エマルジョンプレート４５０上の開口部８０１に対応する位置に、マスターパターン９０１の反転パターンに対応した転写パターンが形成される。１つの開口部８０１に対する露光を終えたら、次の開口部８０１に対しても同様にアライメントマーク８０２とアライメントマーク９０２とをアライメントし、マスターグレイスケールマスク９００側からエマルジョンプレート４５０を露光し、転写パターンを形成する。

このように、全ての開口部８０１に対して露光を繰り返すことによって、エマルジョンプレート４５０上に、アライメント用基板８００に設けられた開口部８０１のピッチと同様のピッチで転写パターンが形成される。全ての開口部８０１に対する露光が完了したら、エマルジョンプレート４５０を現像することにより、転写パターンはレンズ形成用領域４０１ａとして定着する。また、露光光が遮られた部分は実施の形態３における遮光領域４０１ｂに対応する透過領域４０１ｃとしてそれぞれ定着し、グレイスケールマスクが完成する。このように、マスターグレイスケールマスク９００のマスターパターン９０１を、中心から外周へ向かって連続的に光透過率が減少するような構成とすることによって、中心から外周へ向かって徐々に光透過率が上昇するレンズ形成用領域４０１ａを有するグレイスケールマスクを製造することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態４によればマスターマスクのマスターパターンを調整することにより、様々なパターンを有するグレイスケールマスクを提供することができる。本実施の形態におけるアライメント用基板は、四角形の開口部８０１を有するアライメント用基板８００を用いたが、実施の形態２で用いたアライメントマークの施されたアライメント用基板５００を用いても良いし、実施の形態２において本実施の形態３で用いたアライメント用基板８００を用いても良い。

尚、マスターマスクのマスターパターンは中心から外周へ向かって光透過率が徐々に減少、若しくは上昇するのみではなく、例えば、フレネルレンズ形状を形成するためのマスクパターンでも良い。詳細には、マスターパターンの中心から外周へ向かって同心円状に、光透過率の上昇と減少が繰り返されるようなパターンでも良い。また、シリンドリカルレンズや、三角プリズムのように、２次元的な繰り返しパターンを形成するためのパターンであってもよい。

実施の形態４．
本実施の形態は、実施の形態２の第３工程であるレンズ付きマザーグレイスケールマスクの変形例である。本発明の実施の形態４にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスクは、実施の形態３のレンズ付きマザーグレイスケールマスクに位置固定機能を付加したものである。尚、実施の形態１乃至４と同様の符号を付す構成については同一又は相当部を示し、説明を省略する。図１８は本実施形態にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスク４６１を示した断面図である。図に示されるように、本実施形態にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスク４６１は露光用マイクロレンズ４０３が形成された面に位置決め部材４２０を備える。

位置決め部材４２０は透明性を有する基板であり、例えばガラス、ポリカーボネイト、アクリル樹脂等により形成される。また、位置決め部材４２０は、露光用マイクロレンズ４０３のレンズ高さと同じか又はそれよりも高い凸部４２１を有する。当該凸部４２１の頂部と支持基板４０２の面とが接着されることによって、位置決め部材４２０と支持基板４０２が固定される。位置決め部材４２０の厚さは露光用マイクロレンズ４０３の焦点距離と略一致している。

次に図１９を用いて本実施形態にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスク４６１を用いたマイクロレンズ２０２の製造方法について説明する。透明基板１０２のＴＦＴ素子１０８及び透明電極１０６（以下、回路素子とする）の形成された面とは反対の面に、ネガ型レジスト層２１０が形成されている。まず図１９（ａ）に示されるように位置決め部材４２０と回路素子とが対向するように、レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６１と透明基板１０２とを接触させ、固定することによって、重ね合わせる。このとき、グレイスケール４０１のレンズ形成用領域４０１ａの中心及び露光用マイクロレンズ４０３の光軸と回路素子の開口部１６１ａとをアライメントする。

位置決め部材４２０の厚さは露光用マイクロレンズ４０３の焦点距離と略一致する。従って図１９（ｂ）に示されるように位置決め部材４２０をＴＦＴ素子１０８にアライメントして重ねることによって、自動的に露光用マイクロレンズ４０３の焦点は開口部１６１ａにアライメントされる。

本実施の形態では、位置決め部材４２０の厚さ（以下、ｔ_２とする）は透明基板１０２の厚さ（以下、ｔ_１とする）と略同一であり、更に位置決め部材４２０の屈折率（以下、ｎ_２とする）と透明基板１０２の屈折率（以下、ｎ_１とする）も等しい。即ち位置決め部材４２０は透明基板１０２と同一の厚さで、同一の材料により製造されている。ここで、位置決め部材４２０及び透明基板１０１の厚さに対して回路素子の厚さは無視できる程度のオーダーである。露光用マイクロレンズ４０３に含まれる単位レンズのレンズ光軸は、透明基板１０２に形成された回路素子の開口部１６１ａと一致している。更に露光用マイクロレンズ４０３に含まれる単位レンズの焦点距離はｔ_２と略同一である。すなわち、露光用マイクロレンズ４０３の焦点は回路素子の開口部１６１ａ近傍に位置する。

尚、図１、図３に示されるリム２０１を形成する場合はグレイスケール４０１の最外郭に最大の透過率を有する一定領域を設ければよい。この時の透過率が円形マスクパターンの円の中心と同一であれば、パターニングされるマイクロレンズ２０２の高さとリム２０１の高さが同一となる。

図１９（ｂ）に示されるようにグレイスケール４０１側からネガ型レジスト層２１０の露光を行なう。図１９（ｂ）では、露光光の挙動を矢印で示している。３６５ｎｍ付近の波長の紫外線を３０００ｍＪのエネルギーで照射することによって露光を行なう。グレイスケール４０１側から照射された光は、まずレンズ形成用領域４０１ａによって強度変調が加えられる。詳細には、レンズ形成用領域４０１ａの中心部を最大として放射状に強度変調が加えられる。

レンズ形成用領域４０１ａによって強度変調の加えられた光は露光用マイクロレンズ４０３に入射する。前述の通り、露光用マイクロレンズ４０３の焦点は透明基板１０２に形成された回路素子の開口部１６１ａにアライメントされている。従って露光光は回路素子に遮られることなく透明基板１０２へ入射する。

回路素子を通過した露光光は透明基板１０２を通過してネガ型レジスト層２１０を露光する。ここで、前述の通り位置決め部材４２０の厚さ及び屈折率と、透明基板１０２の厚さ及び屈折率とは同一である。従って回路素子の開口部近傍で収束された露光光は、ネガ型レジスト層２１０付近で露光用マイクロレンズ４０３に含まれる単位レンズの径と同一の径を有する。更に、レンズ形成用領域４０１ａによる強度変調によって径の中心ほど高強度の光となっている。即ち、レンズ形成用領域４０１ａを通過した露光光のうち、円の中心が一番高強度でネガ型レジスト層２１０を露光し、円の外周に向かうに従って同心円状に低強度による露光となる。その結果、所望のレンズパターンを有するようにネガ型レジスト層２１０を露光することができる。

ネガ型レジスト層２１０の露光が完了したら、レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６１を回路素子の形成された透明基板１０２から取り外し、ネガ型レジスト層２１０を現像することによってマイクロレンズアレイ２００の形成された透明基板１０２を得ることができる。当該透明基板１０２に図１に示されるような他の部品を形成していくことによって、マイクロレンズアレイ２００とＴＦＴ素子１０８及びその他の開口部とが高精度にアラインメントされた液晶表示装置が完成する。

尚、図１９において、透明基板１０２と露光用基板３００との厚さ及び屈折率は同一でなくともよく、透明基板１０２と露光用基板３００との光路長が同一であればよい。即ち、ｔ_１×ｎ_１＝ｔ_２×ｎ_２が成り立てばよい。これは、露光用マイクロレンズ４０３の口径と、露光光がネガ型レジスト層２１０に達した状態における径が同一になっていればよいからであり、光路長が同一であればそれも成り立つからである。

また、透明基板１０２内部における光路長と、露光用基板３００内部における光路長とは完全に一致していなくてもよい。露光光が透明基板１０２と露光用基板３００との境界、即ち透明基板１０２に形成された回路素子近傍に達した状態におけるスポット径が、少なくとも回路素子の開口部よりも小さければ露光強度には影響しないからである。従って少なくとも０．７５＜（ｔ_１×ｎ_１）／（ｔ_２×ｎ_２）＜１．２５の関係を満たせばよい。

更に、レンズ形成用領域４０１ａのマスクパターンを四角形にすれば、ネガ型レジスト層２１０には四角形のレンズパターンが得られることになる。四角形のレンズパターンは動画対応のレンズに使われ、例えば液晶テレビなどに適用される。

本実施形態においてはネガ型レジストを用いてマイクロレンズを形成したが、ネガ型ではなくポジ型を用いてもよい。その場合、レンズが形成される面は透明基板１０２上ではなく他の基板上であってもよい。

以上説明したように、位置決め部材４２０によって、透明基板１０２上にマイクロレンズ２０２を形成する工程において、レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６１の位置固定を容易に行うことが可能となる。

尚、図２０に示すように、位置決め部材４２０における露光用マイクロレンズ４０３とは反対の面に遮光パターン３０２を設けることができる。これにより、光の拡散による光強度の揺らぎを抑制し、より高精度なレンズパターンを得ることができる。遮光パターン３０２は光を遮断する遮光部分と光を透過させる開口部分とを有し、当該開口部分は露光用マイクロレンズ４０３に含まれる単位レンズのレンズ光軸と垂直方向で一致している。

図２０に示す矢印は、この遮光パターン３０２を有する位置決め部材４２０を用いて図１９と同様に露光を行なった場合の、位置決め部材４２０を通過する露光光の軌跡を示している。図に示される通り、露光用マイクロレンズ４０３に対して垂直に入射する光以外は遮光パターン３０２の遮光部分によって遮光され、透明基板１０２側へ透過できない。従ってネガ型レジスト層２１０を露光するのは垂直光のみとなり、拡散による光強度の揺らぎを抑制し、より高精度なレンズパターンを得ることができる。

尚、レンズ付きマザーグレイスケールマスク４６１における位置決め部材４２０の固定方法及び形態は図１８に示す態様に限定されるものではない。例えば、支持基板４０２上に露光用マイクロレンズ４０３のレンズ高さ以上の高さを有するリムを設け、当該リムによって支持基板４０２と位置決め部材４２０を接着しても良い。当該リムは支持基板４０２上に露光用マイクロレンズ４０３を形成する際に同一の材料によって同時に形成可能である。

また、位置決め部材４２０の接着点は凸部４２１や上記のリムに限定されず、露光用マイクロレンズ４０３の頂点において接着されても良い。更には、露光用マイクロレンズ４０３と位置決め部材４２０との隙間に樹脂材料を充填して硬化させることにより接着してもよい。

更に、位置決め部材４２０の表面、即ち回路素子と重ね合わせられる面において、図２１（ａ）に示されるように凹部４２３を設けても良い。当該凹部４２３を設けることにより、透明基板１０２へのマイクロレンズ２０２形成工程において、図２１（ｂ）に示すようにＴＦＴ素子１０８に位置決め部材４２０が接触することがなくなる。これにより、製造工程におけるＴＦＴ素子１０８の破損を低減し、歩留まりの向上を図ることができる。

他方、位置決め部材４２０を用いずに図２２（ａ）に示されるように、露光用マイクロレンズ４０３のレンズ高さ以上の高さを有するリム４２４を設けることによりレンズ付きマザーグレイスケールマスク４６０を固定することも可能である。この場合は、リム４２４の高さ（ｔ_３）を露光用マイクロレンズ４０３の空気中における焦点距離と略一致させることにより、上記と同様の効果を得ることができる。

図２２（ｂ）に示す通り、透明基板１０２と露光用マイクロレンズ４０３はリム４２４の高さ、即ちｔ３だけ離れて配置されることとなり、透明基板１０２と露光用マイクロレンズ４０３との間には空気層が設けられる。ここで重要なのはｔ３とｔ１との関係である。空気層における光路長と、透明基板１０２における光路長が略同一となるようにｔ３を調整する必要があるからである。即ちｔ_３＝ｔ_１×ｎ_１の関係が成り立つ必要がある。

更に露光用マイクロレンズ４０３の焦点距離もｔ_３と略同一になっている。即ち、露光用マイクロレンズ４０３の焦点は空気層と透明基板１０２との境界近傍である。また、レンズ形成用領域４０１ａの中心、露光用マイクロレンズ４０３に含まれる単位レンズのレンズ光軸と、透明基板１０２に形成された配線部材の開口部１６１ａとが垂直方向に一致している。

このような方法によってマイクロレンズ２０２を形成する場合、透明基板１０２の回路素子が形成された面に他の部材を接触させる必要がなく、回路素子の形成された面は空気層に面する。従って、回路素子と他の部材との接触によって回路素子を傷つけてしまう虞がなく、歩留まりの向上を図ることができる。尚、上記説明においては、透明基板１０２上に形成されたＴＦＴ素子１０８及び透明電極１０６を回路素子と定義したが、回路素子にはこれらの両方が含まれなくとも、どちらか一方だけでも良い。また、画素電極１６１等、他の部品が含まれても良い。

実施の形態５．
本実施の形態は、実施の形態２の第４工程である複数組のマイクロレンズアレイを液晶基板上に形成する方法の変形例である。本実施形態においてはグレイスケールマスクによる強度変調ではなく、所望形状の凹部を有する金型等のスタンパを用いてマイクロレンズ２０２を形成する例を説明する。

図２３に示されるように、透明基板１０２の前面側には露光用基板３００が配置されている。露光用基板３００の透明基板１０２とは反対側の面には、露光用マイクロレンズ３０１が形成されている。透明基板１０２の背面側には、光硬化性樹脂２１１が充填されたスタンパ２２０が配置されている。スタンパ２２０は、形成すべきマイクロレンズ２０２の形状を転写可能な形状の凹部を有する型であり、例えばＮｉ金型である。光硬化性樹脂２１１は主に紫外線硬化樹脂であり、アクリル系樹脂等の透明性を有する樹脂である。

露光用基板３００側から光硬化性樹脂２１１の露光を行なう。露光は３６５ｎｍ付近の波長の紫外線を３０００ｍＪのエネルギーで照射する。図２４は露光光の光線図を示したものである。露光光は開口部１６１ａを通過し透明基板１０２に入射した後、スタンパ２２０内の光硬化性樹脂２１１を露光する。

本実施形態においてはスタンパ２２０を用いているので、実施の形態１のようにグレイスケールマスク４００を用意する必要がない。また、露光用基板３００側からの露光光がＴＦＴ素子１０８等の配線部材に遮られることなくスタンパ２２０まで到達すればよいので、実施の形態１のように露光用基板３００と透明基板１０２との光路長を調整する必要がない。

実施の形態６
本実施の形態においては実施の形態２乃至６において説明した製造方法を用いて製造されたマイクロレンズアレイ及びマイクロレンズアレイを有する液晶表示装置について説明する。

まず、従来用いられていた材料をリフローすることによってマイクロレンズ２０２を形成する方法と比較して本発明の実施の形態で説明したマイクロレンズ２０２の形状について説明する。

マイクロレンズ２０２の底面が六角形のような多角形の形状を有する場合に、従来のリフローを用いる方法（以下、単にリフロー法とする）は、レンズの曲率半径を一定にすることが難しいという問題がある。リフロー法を用いる場合、レンズの曲率半径はレンズ中心の頂点とレンズ外周により決定される。レンズ底面形状が真円の場合は、任意の径方向でレンズの曲率半径が同一となるが、その他の場合、例えば本実施形態のような六角形の場合はレンズ中心とレンズ外周とを結ぶ線分の長さが径方向によって異なるためレンズの曲率半径が異なる。マイクロレンズを透明基板１０２上に隙間なく配置し、バックライト光の利用効率を更に高める目的では、マイクロレンズの底面形状は多角形、即ち中心から外周への距離が一定ではない形状であることが好ましく、例えば長方形である。従って、マイクロレンズ２０２の形成においてはリフローを用いることは好ましくない。

図２５を用いてレンズ底面形状が正六角形の場合について説明する。図２５（ａ）に示されるように、レンズ底面形状が上面視で正六角形の場合は、その中心を通り対向する頂点を結ぶ線分Ｐが最大径となり、中心を通り対向する辺の中心とを結ぶ線分Ｑが最小径となる。線分Ｑの長さは線分Ｐの長さに対して約８７％となる。リフロー法の場合、線分Ｐにおけるレンズ断面は、図２５（ｂ）に示したように形成され、線分Ｑにおけるレンズ断面は図２５（ｃ）の実線に示したように形成される。図２５（ｃ）に示されるように線分Ｐと線分Ｑとの径方向ではレンズ断面の曲率半径の違いが生じる。この曲率半径の違いにより、線分Ｐと線分Ｑとの径方向では焦点が異なってしまう。焦点が定まらない場合、マイクロレンズ２０２に入射した光を１点に集光することができず、結果的に開口部１６１ａへ効率良くバックライト光を集光できない。

本発明の実施の形態では、線分Ｑでのレンズ断面を図２５（ｄ）に示されるような構造とした。即ち、線分Ｑでのレンズ断面の曲率半径を線分Ｐの曲率半径と同じにし、端部を垂直に切り欠いてそのレンズ幅を線分Ｑの長さとしている。このようなレンズ形状であれば径方向によって曲率半径が異なるようなことがない。図２５（ｂ）及び図２５（ｄ）に示されるようにマイクロレンズ２０２の最大の曲率半径と最小の曲率半径とは一致していることが好ましいが、少なくとも最小の曲率半径が最大の曲率半径の８０％以上、更に好ましくは８２％以上更に好ましくは９０％以上であることが好ましい。尚、本実施形態においては図２５（ｂ）及び図２５（ｄ）に示されるように最大の曲率半径と最小の曲率半径とは一致している。

更に、マイクロレンズ２０２のレンズ曲率の安定性を評価するもう一つの指針として、レンズの真球度がある。レンズの真球度を評価するｒｍｓ（root mean square）値は次の式（１）の通り表すことができる。

図２６はマイクロレンズの真球度につき測定したグラフである。レンズの真球度はレンズ中心を通る各断面に対して、最小二乗法でフィッティングをかけた真球曲線とのずれ量をその差分の面積から求めたｒｍｓ値で評価したものである。この値が小さいほど、レンズ曲率がより真球に近く曲率が安定しているということになる。マイクロレンズの真球度、即ちｒｍｓ値は０．００５以上０．２以下であることが好ましく、更に好適には０．００５以上０．１５以下である。本実施形態にかかるマイクロレンズのｒｍｓ値は０．０４である。

図２７に本実施形態にかかるマイクロレンズ２０２の斜視図を示す。図２７（ａ）は本実施形態にかかるマイクロレンズ２０２の斜視図であり、レンズ表面を示す弧は点線で示されている。図２７（ａ）に示されるように、本実施形態にかかるマイクロレンズ２０２において、対向する頂点を結ぶ線分はレンズ底面まで弧が到達し、レンズ中心を通り対向する辺を結ぶ線分ではレンズ外周に到達した時点で弧が途切れる形状になる。図２７（ｂ）は図２７（ａ）に示したレンズを隙間なく配置した斜視図である。

上記の通り、図２７に示したような構成を有するマイクロレンズは、リフロー法を用いて形成することは難しい。従って本実施形態にかかるマイクロレンズ２０２は２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ）法や、グレイスケールマスクを用いた露光による形成方法で形成することが好ましい。２Ｐ法の場合は、所望の曲面形状を転写可能な型が形成されたスタンパに光硬化性樹脂を充填し、透明基板１０２に対して当該スタンパを押圧し、スタンパに形成された型内の光硬化性樹脂を露光し硬化させることによってマイクロレンズ２０２の形状を形成する。グレイスケールマスクを用いた露光方法では、透明基板１０２上に形成されたネガ型レジストを、所望のマスクパターンが形成されたグレイスケールマスクを通して露光することによりネガ型レジストを所望形状に硬化させる。

図２８に本実施形態にかかる液晶表示装置と、比較例及び従来例にかかる液晶表示装置とについて、輝度、コントラスト、レンズ真球度及びレンズ曲率一定性について比較した表を示す。ここで、レンズ真球度は式（１）に表すｒｍｓ値とし、レンズ曲率一定性は、レンズの最小の曲率半径の最大の曲率半径に対する割合とする。また、比較に用いるマイクロレンズは円形及び四角形であるが、この様なマイクロレンズは上記の２Ｐ法若しくはグレイスケールマスクを用いた露光による形成方法により形成可能である。

本実施形態にかかる液晶表示装置は円形レンズの場合を実施例Ａ、４角形レンズの場合を実施例Ｂとする。比較例として、ネガ型レジストをリフローで形成した円形マイクロレンズを有する液晶表示装置を比較例Ｃ、同じ製法により形成した４角形マイクロレンズを有する液晶表示装置比較例Ｄとする。従来例としてマイクロレンズを配さず、配線部材内の電極が全て透明電極で形成された液晶表示装置を従来例Ｅ、同じく画素電極の中央に直径３５μｍの透明電極を設け、残りを反射電極としたものを従来例Ｆとする。

マイクロレンズを用いなかった従来例において、従来例Ｅは太陽光下では画面が白く光り、コントラストが不十分だった。従来例Ｆは太陽光下でのコントラストは良好であったものの、室内使用時での輝度が低く、鮮明さが損なわれた。実施例Ａ及びＢは太陽光下でも視認性に優れ、室内での使用でも十分な輝度が得られ鮮明に表示された。それに対し比較例Ｃ及びＤはレンズの真球度が低く、集光率が低下したため室内での使用時には暗さが目立ち鮮明な表示が損なわれた。

次に、液晶パネル１００のバックライト側の透明基板１０２の厚さと、バックライトから液晶パネル１００へ入射するバックライト光の放射成分とが、マイクロレンズによる光学的効果に与える影響について説明する。図２９は液晶表示装置にバックライトユニット７０を組み合わせた状態を示す模式断面図である。図２９に示されるように本実施形態にかかるバックライトユニット７０はバックライト光源７１、導光板７２及びプリズムシート７３を有する。従来のバックライトユニットにおいては、更に拡散シートを有することが多かったが、本実施形態においてはマイクロレンズアレイ２００によって図２に示される開口部１６１ａに集光された光が、開口部１６１ａ通過後は発散するため拡散シートと同様の効果を得ることができる。従って拡散シートが不要となる分、バックライトユニット７０の小型化及びコストの低減を図ることが可能となる。

バックライト光源７１はバックライトユニット７０の発光部であり、その発光体には白色ＬＥＤが４灯若しくは２灯用いられることが多い。バックライトユニット７０はエッジライト型のバックライトユニットであり、バックライト光源７１はバックライトユニット７０の側面に配置される。ここで、バックライト光源７１に用いる発光体は白色ＬＥＤに限定されず、例えば赤、青、緑それぞれの光を発光するＬＥＤの光を混合して白色光を作り出しても良い。また、冷陰極管を用いても良い。バックライト光源７１にＬＥＤを用いることにより、色再現性を向上することができる。

導光板７２は側面に配置されたバックライト光源７１の光をプリズムシート７３側に導く。本実施形態にかかる導光板７２は三角溝の形成されたローレット導光板である。導光板７２は主にアクリル系樹脂で形成される。

プリズムシート７３は導光板７２によって液晶パネル１００側に導かれた光を更に液晶パネル１００に対して略垂直な光に偏向する。図３０はプリズムシート７３による垂直偏向の態様を示す模式図である。本実施形態にかかるプリズムシート７３は図３０（ａ）に示すように扇形、即ち凸曲面を有するプリズムが配列された集光型プリズムシートである。通常の三角形のプリズムとは異なり、弧面で偏光することによってより高精度に垂直偏向し、バックライト光の光強度分布をより垂直成分の強い分布とすることが可能である。プリズムシート７３には、例えば三菱レイヨン株式会社製の輝度向上用プリズムシート、ダイヤアート（登録商標）が用いられる。当該プリズムシート７３を用いて垂直偏向を行なった場合も光は多少の放射成分を有するが、導光板７２の三角溝と当該プリズムシート７３のプリズム頂角を調整することによって、光が有する放射成分の放射角を制御することが可能である。

図３０（ａ）に示した方式以外にも図３０（ｂ）に示されるように、三角形のプリズムをその頂点が導光板と対向するように配置し、以って垂直に偏向しても良い。この場合も、導光板の三角溝とプリズムシート７３に含まれる当該プリズムの三角形の頂角を調整することによって、垂直偏向の放射角を制御することができる。更に、図３０（ｃ）に示されるように２枚のプリズムが互いに９０°の角度で交差するように配置されていてもよい。

図１に示した構成を有する液晶表示装置においては、透明基板１０２の厚さ及びバックライトユニット７０から液晶パネル１００へ入射する光の放射成分が、当該液晶表示装置の表示輝度に大きな影響を及ぼす。図３１に透明基板１０２の厚さとマイクロレンズ２０２へ入射するバックライト光の入射角との関係を示す。ここで、放射角θはそのままマイクロレンズ２０２へのバックライト光の入射角θと定義できる。図３１（ａ）は透明基板１０２の厚さがｔ_１の場合に、マイクロレンズ２０２に角度θだけ傾いて入射した光が反射部１６１ｂに遮られる場合を示している。この場合の、マイクロレンズ２０２による集光点の光軸からのずれ量をｓ_１とすると、ｓ_１はｓ_１＝ｔ_１・θ／ｎとなる。従って、ｔ_１の値が小さいほど、ｓ_１も小さい値となる。

透明基板１０２の厚さを薄くした場合の態様を図３１（ｂ）に示す。図３１（ｂ）は透明基板１０２の厚さがｔ_２の場合に、マイクロレンズ２０２に角度θだけ傾いて入射した光が開口部１６１ａを通過する場合を示している。但し、ｔ_２はｔ_１よりも小さい値とする。上記のようにマイクロレンズ２０２の集光点のずれ量ｓ_２はｓ_２＝ｔ_２・θ／ｎとなる。ｔ_２はｔ_１よりも小さい値であるため、図３１（ｂ）に示すようにｓ_２はｓ_１よりも小さい値となる。このように、透明基板１０２を薄くすることによって入射光が開口部１６１ａを通過する割合を向上させることができる。

また、マイクロレンズ２０２への入射前の角度θは、バックライトユニット７０から液晶パネル１００へ入射するバックライト光の放射成分の角度に相当する。従ってバックライト光の放射成分の角度はマイクロレンズ２０２への入射角度θとして光軸からのずれ量に影響を及ぼし、当該θが小さいほど光軸からのずれ量が小さくなる。

図３２は、図２９に示した本実施形態にかかるバックライトユニットについて、プリズムシート７３から照射される光の放射角θと輝度比の関係を示すグラフである。図３２において、実線と破線は放射角θの方向が直交している。実線はバックライト光源７１や導光板７２の長手方向の放射角を示し、破線は短手方向の放射角を示す。図３２に示すようにバックライト光源７１の光強度はガウス分布を有する。この例において用いたプリズムシート７３は、図３０（ｂ）に示した構成を有する。

図３２に示すように、本実施の形態において用いたバックライトユニットは、垂直成分を中心に左右に光強度が漸次減少していく光を出射する。このバックライト光の強度分布は大まかにはガウス分布とみなすことができる。この光強度分布において、最大強度すなわち垂直成分の強度に対して、２０％の強度を示す角度までを考慮すれば、バックライト光の全エネルギーの９０％以上を利用しているとみなすことができる。すなわち、レンズによる集光特性は該２０％の光強度を有する放射角の範囲を想定すれば、十分にその効果を規定することができる。なお、バックライトユニットの構成によっては、垂直成分に対して左右非対称になる場合もあるが、例えば＋５°、−３０°などのように極端に非対称である場合を除き、左右の２０％の光強度を有する放射角の平均値を、放射角として定義しても差し支えない。

図３２に示すように、本実施形態で使用するプリズムシート７３を用いた場合に、より光強度が中心に集まっている。従って、より放射成分が少なく光の利用効率の向上を図ることができる。更に、このような光の強度分布を考えれば、光の放射成分全てを集光する必要はなく、垂直成分から一定の角度範囲の放射成分を集光することが出来れば、十分な光の利用効率の向上を図ることができる。本実施形態においては中心輝度の２０％の輝度になる角度を光の放射角と定義づける。

ここで、図３２に示すグラフはプリズムシート７３及び導光板７２の一態様による測定結果であり、上述したようにプリズムシート７３のプリズムの頂角及び導光板７２の三角溝を調整することによって、放射角を調整することが可能である。

バックライト光の放射角θと、透明基板１０２の厚さとが決まれば、図３１で説明した計算方法を用いてマイクロレンズ２０２によって集光された光が画素電極１６１に到達した際の光のスポット径が求まる。図３３は透明基板１０２の厚さが３００μｍの場合における、放射角θごとのスポット径を円で示した図である。円Ｑは放射角θが８°の場合であり、円Ｒは放射角θが１５°の場合である。ここで、マイクロレンズ２０２と開口部１６１ａとの中心は一致しているものとする。

図３３においては、画素電極１６１の寸法は横が５０μｍであり、縦が１５０μｍである。また、開口部１６１ａは横が３０μｍであり、縦が６２μｍである。従って、画素開口率は２５％程度である。図に示すようにバックライト光の放射成分によって、開口部１６１ａに対しスポット径がはみだしている。但し、この場合において光強度が円Ｑ又は円Ｒに一様に分布しているわけではなく、前述した通り中心部分に光強度のピークを持つ。その分布をガウス分布と仮定した。

光の放射成分の分布は図３２に示したようにガウス分布となる。従って、図３１に示した放射角θと透明基板１０２の厚さをパラメータとし、横軸をスポット半径とし、中心部の光強度を１に規格化してｙ＝ｅｘｐ（Ａ×ｘ^２）の式でガウス近似を行なうと、図３４に示したようなグラフを描くことができる。ここで、Ａは中心輝度を１に規格化する規格化定数である。図３４に示したグラフは、一つのマイクロレンズ２０２によって集光される光が画素電極１６１に到達した時の、レンズ光軸からの距離に対する光強度分布を表す。上述したように、光の放射成分のうち中心輝度の２０％に達する角度を放射角と定義した。即ち、マイクロレンズ２０２にて集光される前の光束の最外部の輝度が中心輝度の２０％である。マイクロレンズ２０２による集光後は図３４に示されるように、マイクロレンズ２０２の集光効果により、集光前の光束の最外部に該当する部位の光強度は限りなく０に近づき、又は０になる。

図３４のパラメータが示す通り、透明基板１０２の厚さが厚いほど、又、バックライト光の放射角θが小さいほど、より光強度が中心に集まり、光束の広がり（スポット径）の小さいシャープな分布となる。図３４に示した夫々のグラフを、スポット半径＝０μｍを軸として一周分積分すると、一つのマイクロレンズ２０２によって集光される光の強度（以後、Ｉ_１とする）が求まるが、図３４のグラフは中心光強度１として規格化されているため、一周積分によって求められた値Ｉ_１は夫々のパラメータ毎の光強度分布を示すのみであり、パラメータの異なるグラフを比べることはできない。

他方、１つのマイクロレンズ２０２に入射する光の強度は、単位面積当りのバックライト光強度をＩ_０とすると、１５０×５０×Ｉ_０と表すことが出来る。ここで、計算の簡易化の為にＩ_０＝１とする。Ｉ_１に対して、中心強度１としての規格化を解除し、上記のＩ_０に対応させるための係数をｋとすると、ｋ×Ｉ_１＝１５０×５０×Ｉ_０とすることができる。

このような計算で夫々のパラメータについて係数ｋを求め、図３４のグラフに示す夫々のパラメータに該当する係数ｋを乗算することにより、レンズ光軸からの距離に対する光強度分布を表す図３５のグラフを描くことができる。図３５は、１つのマイクロレンズ２０２によって集光される光が画素電極１６１に到達した時の光強度分布を示しており、図３１に示す放射角θ及び透明基板１０２の厚さｔがパラメータとなっている。また、係数ｋによって規格化は解除されているので、夫々のパラメータ毎の相対的な光強度を表してもいる。但し、光強度はバックライト光の単位面積当りの光強度Ｉ_０＝１が前提となっているため、無次元である。図に示される通り、放射角が小さいほど、又、透明基板１０２の厚さが薄いほど、レンズ光軸付近に光強度が集中していることがわかる。

即ち、図３３に示されるような、マイクロレンズ２０２によって集光された光が画素電極１６１に到達した際の光のスポット径全てが開口部１６１ａに含まれる必要はなく、スポットとして示される円の半径の半分程度が開口部１６１ａに含まれれば、光の利用効率の向上を見込むことができる。

この様に、バックライト光はマイクロレンズ２０２によって集光されてもなお、光の放射成分によって図３５に示されるような強度分布を有する。図３５に示されるグラフを縦軸を軸として一周積分することにより、１つのマイクロレンズ２０２によって集光されるバックライト光の光強度を求めることができる。ここで、図３３に示されるように、画素電極１６１の開口部１６１ａは横が３０μｍであり、縦が６２μｍである。従って、横方向には３０μｍまで、縦方向には６２μｍまでの、放射成分が開口部１６１ａを通過し、最終的にバックライト光として利用されることとなる。

最終的に開口部１６１ａを通過し、バックライト光として利用される光の強度（以後、Ｉ_２とする）を求めるためには、図３５の横軸を開口部１６１ａの開口径（以下、φとする）の半分の値、即ち開口半径φ／２で区切り、当該区切られた範囲までを上記のように一周積分することによって求めることができる。

ここで、開口部１６１ａは長方形であり、中心からの距離が一定ではないため、図３５の横軸の積分範囲が一定に定まらない。従って、開口部１６１ａを通過し、バックライト光として利用される光強度を求めるためには、例えば開口部１６１ａの辺の短辺方向の長さを用いることができる。また、開口部１６１ａの短辺方向と長辺方向との中間の値を用いることもできる。更には、開口部１６１ａの中心部から開口部１６１ａの外周までの平均の長さを求め、それをφ／２とすることも出来る。具体的には、長方形であれば（長辺＋短辺）／２で求まり、正五角形以上の正多角形又は楕円であれば（短軸＋長軸）／２で求めることができる。本実施形態においては、開口部１６１ａに入る最大円の半径をφ／２とする。

本実施形態においては、図３５の横軸を区切る範囲は開口部１６１ａの横の長さ３０μｍと縦の長さ６２μｍの中間点とする。即ち、横の長さ３０μｍと縦の長さ６２μｍの平均は４６μｍなので、その半分の２３μｍまでの範囲についてスポット径＝０μｍを軸として一周積分する。

ここで、バックライト光はマイクロレンズ２０２及び透明基板１０２に入射した際に、入射前と入射後との屈折率の違いにより入射角θに影響を受ける。バックライト光がマイクロレンズ２０２及び／又は透明基板１０２に入射する前の領域の屈折率を１、入射後の屈折率をｎ、即ち入射前と入射後との屈折率の比をｎとする。本実施形態においてはマイクロレンズ２０２及び透明基板１０２への入射前は大気中であり、入射後の屈折率を１．５２とする。

上記のようにして求めたＩ_２をＩ_１で割ることによって光の利用効率Ｅを求めることができる。上記の各要素、入射角θ（rad）、透明基板１０２の厚さｔ（μｍ）、開口部１６１ａの開口径φ（μｍ）、マイクロレンズ２０２及び透明基板１０２の屈折率ｎを用い、マイクロレンズ２０２によって集光された光のスポット半径と開口部１６１ａの開口径φとの比を表すパラメータを定数Ｐとすると、Ｐ＝（φ・ｎ）／（θ・ｔ）で表すことができる。

図３６に、パラメータＰが依存する各数値によるパラメータＰ（下段）及びそれに対応する光の利用効率Ｅの値（上段）を示す。また、パラメータＰを横軸に、光の利用効率Ｅを縦軸にとったプロットを図３７に示す。ここで、光の利用効率Ｅは、バックライト光の光強度に対する開口部１６１ａを通過したバックライト光の光強度の割合である。従って、最高値は１であり、これはバックライト光が反射部１６１ｂにまったく遮られず、マイクロレンズ２０２によって集光されて開口部１６１ａを通過する場合を示す。また、マイクロレンズ２０２を用いない場合は、画素電極１６１の開口率がそのまま光の利用効率Ｅとなる。

図３６から、放射角θ、透明基板１０２の厚さｔの値が夫々小さい程、また、開口径φの値が大きい程、即ちパラメータＰの値が大きいほど光の利用効率Ｅが高いことがわかる。マイクロレンズ２０２の効果を好適に発揮させるためには、光の利用効率Ｅを規定すれば良い。現状の半透過型液晶表示装置の開口率は２５％程度であるから、マイクロレンズ２０２を用いない場合は光の利用効率Ｅは０．２５程度である。従って、本実施形態においてはそれ以上の光の利用効率を規定すれば従来の半透過型液晶表示装置よりも高い輝度を得ることができる。Ｅが０．５以上あれば、現状の装置の略倍以上の明るさを有する非常に高性能の装置を得ることができる。ここで、開口率が５０％であれば、０．５以上の光の利用効率を確保できることは言うまでもない。

ここで、図３６においては、光の利用効率Ｅが０．５以上のセルに網掛けを付している。また、同一の基板厚み及び同一の放射角において、複数の異なる開口率で光の利用効率が１．０を示している場合は、開口率が最も低いデータのセルにのみ網掛けを付している。更に、同一の基板厚み及び同一の開口率において、複数の異なる放射角で光の利用効率が１．０を示している場合は、放射角が最も低いデータのセルにのみ網掛けを付している。

具体的に、光の利用効率Ｅを０．５程度に規定して説明する。図３６において、光の利用効率が０．５以上で且つ０．５程度であるデータが太枠で囲われている。それらの値に対応するパラメータＰの中で最も低い値は透明基板の厚さｔが３００μｍ、入射角θが１５°、開口率が２０％における０．８５２であり、Ｅは０．５３である。従って、光の利用効率Ｅが０．５以上であることを規定するためには、パラメータＰの値は０．８以上であることが好ましく、より好適には０．８５以上に規定すればよい。

光の利用効率Ｅの最大値は１、即ちバックライト光を損失なく利用した状態である。図３７に示されるように、パラメータＰの値が１．７程度で光の利用効率Ｅは１に達する。即ち、パラメータＰの値がそれ以上高くなるように各部材を設計しても、光学的効果は向上しない。しかしながら、パラメータＰの値を向上するためには、透明基板１０２の厚さｔを薄くし、放射角θを狭くし、又は開口径φを広くする必要がある。

本実施形態においては、透明基板１０２の厚さｔを１００μｍから６００μｍの範囲で計算している。透明基板１０２の厚みが１００μｍ未満である場合は、液晶パネル１００の強度を確保することが難しく、歩留まりの劣化や、液晶表示装置の強度の低下を招く。また、透明基板１０２の厚みが６００μｍ以上の場合は液晶表示装置の小型化の要求に反する。より好適には、透明基板１０２の厚さｔは２００μｍ以上４００μｍ以下である。これにより、半透過型液晶表示装置の薄型化と透明基板強度確保の双方を実現することができる。

入射角θを小さくするためには、より高いコリメート性能が必要となり、技術面で難しい。放射角θは好ましくは５°以下であるが、５°以上１０°以下の範囲であれば容易に実現可能である。また、開口径φを広くすると反射光の利用効率が下がり、半透過型液晶表示装置としての性能が低下してしまう。これらのことより、パラメータＰの値の上限を規定することにより、マイクロレンズ２０２による光学的効果を発揮させると同時に、半透過型液晶表示装置を設計する上で、不要な設計条件の限定を避け、より好適な設計条件を導き出すことができる。

具体的に、光の利用効率Ｅを１以下に規定して説明する。図３６において、光の利用効率が１である中で比較的パラメータＰの値が低いものが二重枠で囲われている。それらの値に対応するパラメータＰの中で最も低い値は透明基板の厚さｔが３００μｍ、入射角θが８°、開口率が２４％における１．７４１８である。従って、光の利用効率Ｅが１以下であることを規定するためには、パラメータＰの値は２以下であることが好ましく、より好適には１．７５以下に規定すればよい。

図３７のグラフが示す通り、パラメータＰの値に対する光の利用効率Ｅの値はパラメータＰの値が１．２程度までは大きく変化し、それ以降、変化が緩やかになりながら１に達する。従って、パラメータＰの値が１．２程度になるまでは、透明基板１０２の厚さｔを薄くし、放射角θを狭くすることは、大きな光学的効果の向上を生むが、パラメータＰの値が１．２以上になると、ｔ及びθの値の変化に対する光学的効果の向上が小さくなることがわかる。上記の通り、透明基板１０２の厚さｔを薄くすることは、液晶表示装置の強度低下につながり、放射角θをより狭くすることは技術的に難しいため、図３６、及び図３７から大きな光学的効果を得られる範囲を導き出すことによって、より効率的な液晶表示装置の設計及び製造を行うことができる。

以上のことから、パラメータＰの値に対して最適な各数値の値を導き出すと、例えば、透明基板１０２の厚さｔが３００μｍであって入射角θが８°であれば、開口径φが３０μｍ、即ち開口率が９％であっても、０．８以上の光の利用効率Ｅを得ることができる。従来技術における半透過型液晶表示装置においては、開口率が９％であれば光の利用効率Ｅは０．０９となり、バックライト光の利用効率が大きく低下してしまうため、このような低い開口率は現実的ではなかった。しかしながら、本実施形態による半透過型液晶表示装置においては開口率が９％であっても、０．８の光の利用効率Ｅを実現することができる。

図３６を参照すれば、透明基板の厚さｔが薄く（例えば３００μｍ以下）、入射角θが狭ければ（例えば５°以下）、開口率を９％よりも更に低くしても０．５以上の光の利用効率を得ることができることがわかる。従って、たとえば開口率を５％とすれば、反射光の利用効率を９５％にすることができると共に、マイクロレンズアレイ２００の効果によって高いバックライト光の利用効率を確保することができる。このように、透明基板１０２の厚さｔ、入射角θ、屈折率ｎ、開口径φを要素とするパラメータＰを定義することによって、最適な半透過型液晶表示装置の設計条件を容易に導き出すことができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置では、マイクロレンズアレイによる光学的効果を発揮させ、光の利用効率の向上を図った液晶表示装置及びその製造方法を提供することができ、少なくとも５０％以上の光の利用効率を得ることができる。

尚、本実施の形態においては説明したパラメータＰを用いて、半透過型液晶表示装置における最適な寸法を導き出すシステムを構築することができる。このようなシステムは、少なくとも条件入力部、計算部、結果表示部及び制御部を有する。条件入力部において、放射角θ、屈折率ｎ、開口径φ及び透明基板の厚みｔを入力すれば、計算部がパラメータＰを用いてバックライト光の利用効率Ｅを計算し、結果表示部が利用効率Ｅの計算結果を表示する。これらの処理を制御部が制御する。

また、所望のバックライト光の利用効率Ｅを入力し、上記のパラメータＰを決定する数値のうち判明している数値を入力することによって、判明していない数値の最適な値を計算することも可能である。

実施の形態７．
本実施の形態においては実施の形態１において説明したバックライトユニットの他の態様を説明する。本実施形態にかかるバックライトユニットは面状光源を有する直下型バックライトユニットである。尚、実施の形態１と同様の符号を付す構成については実施の形態１１と同一又は相当部を示し、説明を省略する。

図３８は本実施形態にかかるバックライトユニット８０を示す模式断面図である。本実施形態にかかるバックライトユニット８０は透明基板８１、隔壁８２、金属電極８３、有機ＥＬ材料８４、透明電極８５、透明基板８６及びマイクロレンズ８７を有する。透明基板８１、８６は例えばガラス、ポリカーボネイト、アクリル樹脂等により形成される。透明基板８１上には隔壁８２が形成され、当該隔壁８２に沿って金属電極８３が形成される。更に金属電極８３の上から隔壁８２で仕切られた内部に有機ＥＬ材料８４が注入される。

透明基板８６上には透明電極８５が形成され、当該透明電極８５と有機ＥＬ材料８４とが接触するように透明基板８６を隔壁８２に対して配置し、有機ＥＬ材料８４を封止する。更に、個々の隔壁８２のピッチに合わせ、透明基板８６の外側にマイクロレンズ８７を形成する。マイクロレンズ８７の焦点は透明基板８６の厚さと略等しく形成される。マイクロレンズ８７は透明基板８６とは別の透明基板に２Ｐ法で形成し、隔壁８２のピッチとアライメントして接着しても良い。この場合、マイクロレンズ８７の焦点は当該マイクロレンズ８７が形成された基板の厚さと透明基板８６の厚さとの和となる。

次にバックライトユニット８０の動作を説明する。金属電極８３と透明電極８５との間に電圧をかけると有機ＥＬ材料８４が発光する。個々の隔壁８２内部で発光した光は透明電極８５及び透明基板８６を通過してマイクロレンズ８７に入射する。マイクロレンズ８７の焦点は透明基板８６の厚さに略等しいので、マイクロレンズ８７を通過することによって隔壁８２内部で発光した光は平行光になる。マイクロレンズ８７側に液晶パネル１００を組み合わせることによって、液晶パネル１００にバックライト光として平行光を照射することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置では、好適に垂直偏光されたバックライト光を発光するバックライトユニットを有する液晶表示装置を提供することができる。

尚、図３８においては、発光素子として有機ＥＬ材料が用いられているが、これに限定されるものではない。例えばカーボンナノチューブを用いてフィールドエミッション型の発光パネルとしても本実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。

本発明にかかる液晶表示装置の断面図である。本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の配線、反射電極及び透明電極の構成を示す模式図である。透明基板、マイクロレンズアレイ、リムの配置関係を示す平面図である。本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズの機能を示す断面図である。本発明の実施の形態にかかる乾板描画時の様子示す斜視図である。本発明の実施の形態にかかるマスターグレイスケールマスクを示す上面図である。本発明の実施の形態にかかるマザーグレイスケールマスク及びグレイスケールマスクの斜視図である。本発明の実施の形態にかかるグレイスケールマスクの製造工程を示す斜視図である。本発明の実施の形態にかかるグレイスケールマスクの製造工程を示す拡大斜視図である。本発明の実施の形態にかかるグレイスケールマスクの製造工程を示す断面図である。本発明に実施の形態にかかる単位レンズ通過後の露光光強度の強度分布を示すグラフである。本発明の実施の形態にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスクの断面図である本発明の実施の形態にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスクの製造工程を表す断面図である。本発明の実施の形態にかかる液晶表示パネル基板へのマイクロレンズの形成工程を表す図である。本発明の実施の形態にかかる液晶パネル基板のマザー基板の平面図である、本発明の実施の形態にかかるグレイスケールマスクの製造工程を示す斜視図である。本発明の実施の形態にかかるグレイスケールマスクの製造工程を示す拡大斜視図である。本発明の実施の形態にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスクの断面図である。本発明の実施の形態にかかる液晶表示パネルへのマイクロレンズの形成工程を表す断面図である。本発明の実施の形態にかかる露光用基板を示す図である本発明の実施の形態にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスクの断面図である。本発明の実施の形態にかかるレンズ付きマザーグレイスケールマスクの断面図である。本発明の実施の形態にかかる透明基板上にマイクロレンズアレイを形成する工程の部材配置を示した図である。本発明の実施の形態にかかる透明基板上にマイクロレンズアレイを形成する工程の露光光の概要を示した図である。本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズの断面図である。本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズの真球度の測定例を示すグラフである。本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイの斜視図である。本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置と比較例及び従来例にかかる液晶表示装置との各特性を比較した表である。本発明の実施の形態にかかる液晶パネル及びバックライトユニットを表す模式断面図である。本発明の実施の形態にかかるプリズムシートを表す模式断面図である。本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズの集光効果について、透明基板の厚さによる集光点の違いを表す模式図である。本発明の実施の形態にかかるプリズムシートによる垂直偏光後の光の強度分布を表すグラフである。本発明の実施の形態にかかる画素電極と、マイクロレンズによって集光された光が当該画素電極に到達した時の光束のスポット径を現す平面図である。本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズによって集光された光が画素電極に到達した時の光の強度分布を、垂直成分を１として規格化して示すグラフである。本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズによって集光された光が画素電極に到達した時の、光の強度分布を示すグラフである。本発明の実施の形態にかかる光の利用効率とパラメータとの対応を示す数値である。本発明の実施の形態にかかる光の利用効率とパラメータとの関係を示すグラフである。本発明の実施の形態にかかるバックライトユニットを示す模式断面図である。

符号の説明

６０描画装置、６１描画装置本体、６２光源、６３アーム、
７０バックライトユニット、７１バックライト光源、７２導光板、
７３プリズムシート、８０バックライトユニット、８１透明基板、８２隔壁、
８３金属電極、８４有機ＥＬ材料、８５透明電極、８６透明基板、
８７マイクロレンズ、１００液晶パネル、１０１、１０２透明基板、
１０３液晶層、１０４カラーフィルタ層、１０５ブラックマトリクス、
１０６透明電極、１０７配向膜、１０８ＴＦＴ素子、１０９偏光板、
１１０スペーサ、１６１画素電極、１６１ａ開口部、１６１ｂ反射部、
１６２配線、２００マイクロレンズアレイ、２０１リム、
２０２マイクロレンズ、２１０ネガ型レジスト層、２１１光硬化性樹脂、
２２０スタンパ、３００露光用基板、３０１露光用マイクロレンズ、
３０２遮光パターン、４００グレイスケールマスク、４０１グレイスケール、
４０１ａレンズ形成用領域、４０１ｂ遮光領域、４０１ｃ透過領域、
４０２支持基板、４０３露光用マイクロレンズ、
４０４、４０４ａ、４０４ｂ転写パターン、４１０ネガ型レジスト層、
４２０部材、４２１凸部、４２３凹部、４２４リム、４３０乾板、
４５０エマルジョンプレート、４６０レンズ付きマザーグレイスケールマスク、
４６１レンズ付きマザーグレイスケールマスク、５００アライメント用基板、
５０１領域マーク、５０２アライメントマーク、
６００マスターグレイスケールマスク、６０１マスターパターン、
６０２アライメントマーク、８００アライメント用基板、８０１開口部、
８０２アライメントマーク、９００マスターグレイスケールマスク、
９０１マスターパターン、９０２アライメントマーク、１０００マザー基板、
４０００マザーグレイスケールマスク

Claims

グレイスケールマスクを用いて、液晶パネル用基板上にマイクロレンズアレイを形成する際に用いられるマザーグレイスケールマスクを製造する方法であって、
透明基板上にフォトエマルジョンを塗布して第１乾板を形成するステップと、
複数階調の強度変調を行ったレーザー光を前記第１乾板に照射し、光透過率の変化に対応する濃淡模様のパターンが形成されたグレイスケールマスクを形成するステップと、
透明基板上にフォトエマルジョンを塗布して第２乾板を形成するステップと、
前記パターンを有する前記グレイスケールマスクを前記第２乾板上に配置するステップと、
前記グレイスケールマスクの前記パターンを介して前記第２乾板を露光するステップと、
を備えるマザーグレイスケールマスクの製造方法。
アライメントマークが設けられたアライメント用基板を挟んで、前記グレイスケールマスクを前記第２乾板上に配置することを特徴とする請求項１に記載のマザーグレイスケールマスクの製造方法。
前記アライメント用基板に設けられた前記アライメントマークを利用して、前記グレイスケールマスクを前記第２乾板上の予め定められた位置に配置することを特徴とする請求項２に記載のマザーグレイスケールマスクの製造方法。
前記アライメント用基板は遮光性を有し、濃淡模様の前記パターンの大きさに対応した開口窓が複数設けられており、
前記アライメント用基板の前記開口窓に前記グレイスケールマスクの濃淡模様の前記パターンが臨むように、前記グレイスケールマスクを前記アライメント用基板上に配置することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のマザーグレイスケールマスクの製造方法。
液晶パネル用基板上にマイクロレンズアレイを形成する際に用いられるマザーグレイスケールマスクの製造方法であって、
第１透明基板上にフォトエマルジョンが塗布された第１乾板に対して強度変調されたレーザー光を照射することに基づいて形成され、光透過率が規則的に変化する複数の第１パターンを２次元状に有するグレイスケールマスクを介して、第２透明基板上にフォトエマルジョンが塗布された第２乾板を露光し、前記グレイスケールマスクに形成された前記第１パターンに対応した第２パターンを有するマザーグレイスケールマスクを形成する、マザーグレイスケールマスクの製造方法。
請求項５記載のマザーグレイスケールマスクを用いて、複数のマイクロレンズを前記マザーグレイスケールマスク上に形成する、レンズ付きマザーグレイスケールマスクの製造方法。
前記マイクロレンズは、光硬化性樹脂材料からなることを特徴とする請求項６記載のレンズ付きマザーグレイスケールマスクの製造方法。
グレイスケールマスクを用いて、液晶パネル用基板上にマイクロレンズアレイを形成する際に用いられるマザーグレイスケールマスクを製造する方法であって、
透明基板上にフォトエマルジョンが塗布された第１乾板に強度変調されたレーザー光を照射し、光透過率が規則的に変化するパターンを有するグレイスケールマスクを形成し、
前記グレイスケールマスクを介して、透明基板上にフォトエマルジョンが塗布された第２乾板の第１部分及び第２部分を露光し、前記グレイスケールマスクの前記パターンに対応したパターンを複数有するマザーグレイスケールマスクを形成する、マザーグレイスケールマスクの製造方法。