JP4264528B2

JP4264528B2 - Manufacturing method of microlens array

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Publication number: JP4264528B2
Application number: JP2002168013A
Authority: JP
Inventors: 喜久夫貝瀬
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Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2009-05-20
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Also published as: JP2004012941A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロレンズアレイの製造方法に関する。又、マイクロレンズアレイを組み込んだ液晶表示素子に関する。加えて、係る液晶表示素子をライトバルブに用いた投射装置（プロジェクタ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤ（液晶表示素子）、ＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）、ＬＣＯＳ（ＬＣ・ＯＮ・ＳＩＬＩＣＯＮ）などのライトバルブを用いたプロジェクタの開発が盛んに行なわれている。プロジェクタには分類方法によって色々な種類がある。機能面及び形態面からは、パーソナルコンピュータのモニタ表示を主体としたデータ・プロジェクタ、ホーム・シアター用などＡＶ主体のフロント・プロジェクタ又はリア・プロジェクタ、ＴＶ用途などのリア・プロジェクタがある。又、使用するライトバルブの枚数によって１〜３板式に分けられる。さらにライトバルブは透過型と反射型の両方がある。
【０００３】
今後プロジェクタは一層の高輝度化が進展すると考えられる。高輝度化に関しては、第一に光学系の改善が期待されるところである。例えば、使用する光源ランプの高輝度化、アークランプを用いた場合の短アーク長化（点光源化）及び部材の最適化が、小型化とともに進展するであろう。第二には、キー・デバイスであるライトバルブの高開口率化が求められる。これについては、基本的に画素単位での素子の微細化及び高開口率化が求められることになるが、特に電気光学媒体として液晶を用いた場合、単純な素子の微細化だけでは画素の高開口率化を達成することはできない。連続体である液晶の場合、リバースチルトドメインからの光漏れ防止の為、又液晶を駆動する薄膜トランジスタの光リーク防止の為、遮光用のブラックマトリクスの面積がある程度必要となり、その分画素の開口率が犠牲となってしまう。
【０００４】
液晶表示素子では、従来からマイクロレンズアレイを搭載することにより、光源光の利用効率の向上や高輝度化を図ってきており、例えば特開２０００−２０６８９４にマイクロレンズを組み込んだ平面表示装置が開示されている。従来の液晶プロジェクタ用途向けの高精細液晶表示素子（液晶パネル）に組み込まれるマイクロレンズアレイは、石英基板あるいはネオセラム基板など各種ガラス基板（以下、本明細書ではマイクロレンズアレイのガラス基板をカバーガラスと呼ぶ場合がある）を用いて作成される。具体的には、ウエットエッチング法又はドライエッチング法あるいは２Ｐ法（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ法）などによりマイクロレンズアレイを形成する方法が実用化されているが、いずれの方法においてもマイクロレンズアレイを形成する領域は透明樹脂が用いられる。この透明樹脂を支持するカバーガラスの厚みは研削あるいは研磨で制御し、その上に必要に応じて表示デバイス用の透明導電膜（ＩＴＯ膜など）を形成している。
【０００５】
図１６を参照して、ウエットエッチング法を用いた従来のマイクロレンズアレイの製造方法を簡単に説明する。まず（Ａ）に示す様に、石英基板を洗浄した後、レジストを塗布し、露光現像して、画素に合わせたパタニングを行なう。続いて（Ｂ）に示すように、レジストを介して石英基板の等方性エッチングを行ない、球面形状のレンズ面Ｒを形成する。なお、レジストの代わりに耐薬品性に優れた金属又はポリシリコンやアモルファスシリコン膜などをマスク材に用いることもできる。エッチング液としてはＨＦ系あるいはＢＨＦ系を用いることができる。続いて（Ｃ）に示す様に、石英基板の表面にカバーガラスを貼り合わせ、両者の間隙に屈折率の異なる透明樹脂を充填する。樹脂の充填は真空注入で行なうことができる。あるいは、スピンコート法やスプレイ法を用いても良い。ウェットエッチングで球面加工されたレンズ面Ｒに樹脂を充填し、ＵＶ光照射あるいは加熱処理して、樹脂を完全硬化させる。エポキシ系、アクリル系、シリコン系、フッ素系などの樹脂が用いられるが、いずれも紫外線照射処理あるいは加熱処理で硬化固体化される。これにより、各画素に対応したマイクロレンズが作成される。最後に（Ｄ）に示す様に、カバーガラスを研磨した後、その表面にＩＴＯなどの透明電極を形成し、対向基板とする。この後図示しないが、画素電極や薄膜トランジスタが形成された駆動基板と対向基板を貼り合わせ、両者の間隙に液晶を注入して、アクティブマトリクス型の液晶表示素子が完成する
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これからのマイクロレンズアレイは、高輝度化と同時に高精細化にも対応しなければならない。例えば、液晶表示素子のパネルサイズが小さくなると、これに比例して画素サイズが微細化するので、マイクロレンズ自身も配列ピッチが小さくなる。これに伴い、カバーガラスも薄くする必要が生じてくる。従来、カバーガラスは研磨や研削により薄型化していたが、加工上の限界があり、設計上必要な均一性及び平坦性を確保することが困難になっている。平面精度や平坦性が悪化すると、液晶表示素子に組み込む際機械的なストレスが生じ、解決すべき課題となっている。又、パネルの高精細化に伴い、例えばカバーガラスを３０μｍ以下に薄くしようとすると、マイクロレンズを構成する光学樹脂の硬化収縮もしくは熱膨張率の差によるストレスで、カバーガラスのうねりや反りが起こってくる為、解決すべき課題となっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はカバーガラス（ガラス基板）を不要としつつ面精度及び平坦性に優れたマイクロレンズアレイの製造方法を提供することを目的とする。又、平坦化技術を利用して、二枚のマイクロレンズアレイを接合したいわゆるデュアルマイクロレンズアレイ（ダブルマイクロレンズアレイとも呼ぶ）の製造方法を提供することを目的とする。係る目的を達成するために以下の手段を講じた。すなわち、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法は、透明な基板の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成するパタニング工程と、該マイクロレンズ面が形成された該第一光学樹脂層の表面に対し、所定の間隙を介して、あらかじめ透明で且つストッパ機能を有する保護膜が形成された担体層を接合する接合工程と、該間隙に液状の樹脂を充填した後硬化して、該マイクロレンズ面の凹凸を、第二の屈折率を有する樹脂で埋め、表面が平坦化した第二光学樹脂層を形成する平坦化工程と、該保護膜をストッパとして該担体層を研削もしくは研磨により除去して該第二光学樹脂層の上に該保護膜のみを残す除去工程とを行なう。好ましくは、前記保護膜は、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ａ−ＤＬＣ又はＡｌ₂Ｏ₃で形成する。
【００１３】
本発明によれば、エッチング法、フラットスタンピング法、スピンコーティング法などを用いてマイクロレンズアレイの表面を平坦化し、以ってガラス基板（カバーガラス）の使用を不必要なものとしている。これにより、マイクロレンズアレイの薄型化が可能である。又、マイクロレンズアレイの表面を平坦化したことで、液晶表示素子に組み込んで一体化する際、機械的なストレスを除くことが可能である。更には、エッチング法、フラットスタンピング法、スピンコーティング法などの平坦化技術を適用して二枚のマイクロレンズアレイを精度よく接合可能となり、いわゆるデュアルマイクロレンズアレイを安定的に製造することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。まず（１）に示す様にパタニング工程を行なう。すなわち、透明なガラスなどからなる基板１の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層２の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成する。本実施形態では、低屈折率のＵＶ樹脂からなる第一光学樹脂層２をあらかじめガラス基板１に形成した後、マイクロレンズのＮｉ電鋳原盤を用いてスタンピングし、マイクロレンズ面を第一光学樹脂層２に転写する。その後ガラス基板１の裏側からＵＶ照射を行ない、ＵＶ樹脂からなる第一光学樹脂層２を硬化し、転写されたマイクロレンズ面を固定する。
【００１５】
続いて（２）に示す様に、あらかじめ透明な保護膜３が形成された担体層４をガラス基板１側にシール材５を介して接合する。担体層４はカバーガラスからなり、その一面に予め形成された保護膜３はカバーガラスの研磨ストッパとして機能するものである。担体層４とガラス基板１を接合するシール材５は、担体層４の外周に沿って塗布された樹脂からなり、直径が２〜３μｍのガラスファイバをスペーサとして包含している。外周に沿ってシール材５が塗布された担体層４をガラス基板１に接着して内部空間を形成する。
【００１６】
続いて（３）に示す様に、第一光学樹脂層２と保護膜３とで挟まれた空間に、第二の屈折率を有する液状の樹脂を充填した後、硬化してマイクロレンズを完成する。本実施形態では、第一光学樹脂層２と保護膜３との間に真空注入で高屈折率樹脂を充填し、これを加熱硬化している。あるいは、紫外線硬化型の樹脂を充填した後紫外線を照射して硬化してもよい。この様に、第一光学樹脂層２の表面に形成されたマイクロレンズ面の凹凸を、第二の屈折率を有する樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第二光学樹脂層６を形成する。互いに屈折率が異なる第一光学樹脂層２と第二光学樹脂層６との積層によりマイクロレンズが構成される。本実施形態では、ガラス基板１と担体層４との間に設けた間隙に樹脂を充填することで、第二光学樹脂層６の表面を自動的に平坦化している。
【００１７】
最後に（４）に示す様に、保護膜３をストッパとして、担体層（カバーガラス）４を研削もしくは研磨により除去して、第二光学樹脂層６の上に保護膜３のみを残す。
【００１８】
以上説明した様に、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法は、まず初めにパタニング工程を行ない、透明な基板１の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層２の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成する。続いて平坦化工程を行ない、マイクロレンズ面の凹凸を、第二の屈折率を有する樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第二光学樹脂層６を形成する。更に接合工程を行ない、平坦化された第二光学樹脂層６に対し、あらかじめ透明な保護膜３が形成された担体層４を接合する。最後に除去工程を行ない、担体層４を除去して第二光学樹脂層６の上に保護膜４のみを残す。係る一連の工程により、カバーガラスを含まないマイクロレンズアレイを作成することができる。しかもマイクロレンズアレイの表面は平坦化されており、その上に透明な保護膜３が形成されている。尚、本実施形態では、所定の間隙を介して第一光学樹脂層２と担体層４とを接合し、更にこの間隙に液状の樹脂を充填した後硬化して、平坦化工程と接合工程を互いに連関して行なっている。ストッパとして用いる保護膜３は、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ₂，ａ−ＤＬＣ又はＡｌ₂Ｏ₃などの絶縁膜を用いることができる。尚ａ−ＤＬＣは、非晶質ダイヤモンド様炭素である。
【００１９】
図２は本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法の他の実施形態を示す工程図であり、スタンパ法を用いている。まず（１）に示す様に、あらかじめガラス基板１の表面に形成された第一光学樹脂層２に、Ｎｉ電鋳原盤を押圧して、マイクロレンズ面を転写する。先の実施形態と同様に、第一光学樹脂層２は低屈折率のＵＶ樹脂からなる。この後ガラス基板１の裏側から３６５ｎｍ付近の波長のＵＶ光を３０００ｍＪのエネルギーで照射し、ＵＶ樹脂を硬化する。
【００２０】
続いて（２）に示す様に、マイクロレンズ面の凹凸を、第二の屈折率を有する樹脂で埋め且つその表面をフラットスタンパＦＳで平坦化して第二光学樹脂層６を形成する。本実施形態では、高屈折率のＵＶ樹脂を滴下してマイクロレンズ面の凹凸を埋めた後、フラットスタンパＦＳで押圧し、表面を平坦化している。この状態でＵＶ照射を行ない第二光学樹脂層６の平坦化された表面を固定する。尚、液状の樹脂を滴下する代わりに、スピンコーティングで供給してもよい。
【００２１】
この後（３）に示す様に、平坦化された第二光学樹脂層６の表面にＳｉＯ₂又はＳｉＮｘからなる保護膜３をＣＶＤもしくはスパッタリングなどにより成膜する。更にその表面に、ＩＴＯなどからなる透明電極７を形成する。場合によっては（３）の工程に代えて、（３’）に示す工程を行なってもよい。すなわち、平坦化された第二光学樹脂層３の上に薄いカバーガラス４を接着し、更にその上に透明電極７を形成する。（３）に示した保護膜３に代えて（３’）ではカバーガラス４を用いている。必要に応じ、カバーガラス４は研磨もしくは研削により厚みを薄くすることができる。この様にしてマイクロレンズアレイと透明電極を一体化した液晶表示素子用の基板を作ることができる。その際、マイクロレンズアレイの表面は平坦化されている為、液晶表示素子に組み込んだ場合でも不必要なストレスが生じない。特に（３）に示した工程を採用すれば、カバーガラスを必要としないマイクロレンズアレイを作ることができるのでコスト低減効果が得られる。
【００２２】
図３は、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法の別の実施形態の要部を示す工程図である。本実施形態では、スピンコート法を用いてマイクロレンズアレイの表面の平坦化を行なっている。まず（１）に示す様に、透明なガラス基板１の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層２の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成する。個々のマイクロレンズ面の深さは７μｍ程度である。ここで一回目のスピンコーティングを行ない、粘度が１００ｃｐｓ程度の樹脂を５００〜１０００ｒｐｍの速度で塗布する。この結果、マイクロレンズ面の底部に第二光学樹脂層６が形成される。
【００２３】
続いて（２）に示す様に二回目のスピンコーティングを行ない、同じく粘度が１００ｃｐｓ程度の液状樹脂を５００〜１０００ｒｐｍの速度で重ね塗りする。更に（３）に示す様に、三回目のスピンコーティングを行ない、液状樹脂を同じく５００〜１０００ｒｐｍの回転速度の遠心力を利用してマイクロレンズ面の凹部に塗布する。この様にスピンコーティングを三回繰り返すことで、マイクロレンズ面はほぼ第二光学樹脂層６で埋めることができる。
【００２４】
最後に（４）に示す様に四回目のスピンコーティングを行ない、マイクロレンズ面を完全に埋めるとともにその表面を平坦にする。この時のスピンコーターの回転速度は３０００〜５０００ｒｐｍであり、表面を滑らかにすることができる。なお、スピンコーティングに代えてスプレイ法を用いても良い。この場合、溶媒を用いて数１０ｃｐｓの粘度とし、数１０μｍの粒径にしてスプレイする。表面張力でフラットになるように塗布、乾燥を繰り返す。無溶媒の場合は粘度の低い樹脂を用いる。
【００２５】
上述した単純なマイクロレンズアレイの他、集光レンズとして機能するマイクロレンズアレイとフィールドレンズとして機能するマイクロレンズアレイを積層したデュアルマイクロレンズアレイが開発されている。デュアルマイクロレンズアレイはシングルマイクロレンズアレイに比べ光の利用効率を改善することができる。通常の三板式液晶プロジェクタでは、マイクロレンズアレイに入射する光源光の発散角は１０度前後のものが多い。マイクロレンズアレイを使用すると、液晶パネルの出射側の光発散角が大きくなるので、必要以上に入射光の発散角を大きくしても投影レンズでけられてしまい、逆に光利用効率は低くなる。又、液晶パネルに入射される光の発散角の増大に伴うコントラスト低下防止の点から入射角をある程度制限している。これに対してデュアルマイクロレンズアレイ構造を用いると、入射光の方向に対し、第二レンズ（フィールドレンズ）をその焦点距離だけ第一レンズ（集光レンズ）から離して配置するので（フィールド型配置）パネル出射光の発散角がデュアルマイクロレンズアレイのレンズパワーによる発散角によって制御され、投影レンズでのけられが少なくなり、光利用効率が急激に上昇する。
【００２６】
デュアルマイクロレンズアレイ（ＤＭＬ）は、液晶パネルに対する配置構造に関し二種類に分かれている。一般に、アクティブマトリクス型の液晶パネルは薄膜トランジスタなどのスイッチング素子や画素電極などが形成された駆動基板と、対向電極が形成された対向基板とを接合し、両者の間に液晶を保持した積層構造となっている。第一の種類は、ＤＭＬを対向基板側に配置した構造である。第二の種類は、ＤＭＬのうち片方のマイクロレンズアレイを対向基板側に配し、もう片方のマイクロレンズアレイを駆動基板側に配し、両者の間に液晶を介在させた構造である。これらのＤＭＬは、当然画素の高精細化にも対応しなければならない。パネルサイズが小さくなると、それに比例して画素サイズが小さくなるので、相似的に個々のマイクロレンズの配列ピッチが小さくなる。それに伴い、マイクロレンズの短焦点化が必要になるとともに、カバーガラスも薄型化する必要が生じる。このうち、マイクロレンズの短焦点化は比較的容易であるが、カバーガラスの厚みの薄型化は、シングルマイクロレンズアレイの場合に比べ更に一層困難な課題が生じる。ＤＭＬ構造においては、基本的にはシングルマイクロレンズアレイ（ＳＭＬ）を二枚形成し、これを貼り合わせて作成する。その際、各ＳＭＬの形成においては、高精細化に対応する為、カバーガラスや光学樹脂の厚みなどの制御を通常のＳＭＬ以上に厳密に管理する必要がある。
【００２７】
図４を参照して、対向基板側にＤＭＬを形成した場合の基本的な構成並びに解決すべき課題を示す。図示する様に、液晶表示素子（液晶パネル）は駆動基板１０と対向基板２０をシール材３１で互いに接合し、両者の間隙に液晶３０を封入した積層構造を有している。駆動基板１０はガラス基材１１を用いて構成されており、その表面には薄膜トランジスタなどのスイッチング素子や画素電極を含む画素１２がマトリクス状に集積形成されている。個々の画素１２は格子状のブラックマトリクス１３によって区画されている。
【００２８】
対向基板２０にはデュアルマイクロレンズアレイＤＭＬや対向電極（図示省略）などが形成されている。ＤＭＬはガラス基板２１とカバーガラス２２との間に保持されており、低屈折率樹脂２３、高屈折率樹脂２４、低屈折率樹脂２５を重ねた積層構造である。低屈折率樹脂としてはフッ素系、シリコン系、アクリル系の樹脂がある。高屈折率樹脂としては、アクリル系、エポキシ系、チオウレタン系がある。低屈折率樹脂層２３と高屈折率樹脂層２４の界面に第１ＭＬ（集光レンズ）が形成され、高屈折率樹脂層２４と低屈折率樹脂層２５との間に第２ＭＬ（フィールドレンズ）が形成されている。
【００２９】
画素の高精細化に伴って、画素ピッチが狭くなると、第２ＭＬの主点とカバーガラス２２の表面間距離▲１▼、第１ＭＬの主点と第２ＭＬの主点との間の距離▲２▼、第１ＭＬと第２ＭＬのアライメント精度▲３▼の制御や精度向上が重要になる。これらのパラメータ▲１▼，▲２▼及び▲３▼はＤＭＬの光集光率を決定する。このうち、第１ＭＬ主点と第２ＭＬ主点との間の距離▲２▼は、フィールド型ＤＭＬの作用そのものを実現する上で、厳密に制御することが必要である。
【００３０】
図５は、パラメータ▲１▼（第２ＭＬ主点とカバーガラス表面との間の距離）に対する光集光率の依存性を表わすグラフである。尚、この光集光率は画素の実効開口率で表わしてある。グラフから明らかな様に、パラメータ▲２▼が概ね５μｍ以内であると集光効率が上がる。最低でも、パラメータ▲２▼を１０μｍ以内に抑えることが好ましい。この為、第２ＭＬのカバーガラス２２は非常に薄く形成する必要がある。尚図５のグラフは二本のカーブを含んでいるが、それぞれＤＭＬのパラメータを変えたものであるが、いずれにしてもパラメータ▲２▼は１０μｍ以内に抑えることが好ましい。尚、図５のグラフは、画素ピッチが１８μｍ□で光源光の入射発散角が１０度の場合のデータである。
【００３１】
図６は、本発明に係る液晶表示素子の実施形態を示す模式的な工程図である。本液晶表示素子は、デュアルマイクロレンズアレイを対向基板側に形成している。まず（１）に示す様に、第１ＭＬ基板２１の上にスタンピング法でマイクロレンズ面が形成された低屈折率樹脂２３を配する。同様に、第２ＭＬ基板２２の上にもスタンプ法でマイクロレンズ面が形成された低屈折率樹脂２５を配する。尚第２ＭＬ基板２２と低屈折率樹脂層２５との間には研磨ストッパとなる保護膜２６があらかじめ形成されている。この保護膜２６は、Ａｌ₂Ｏ₃やａ−ＤＬＣ膜からなり、後工程で第２ＭＬ基板２２を研磨する際のストッパとして機能し、研磨の均一性を確保するものである。Ａｌ₂Ｏ₃やａ−ＤＬＣ膜は透明で約１００ｎｍ以上成膜すれば、有効なストッパとなる。このストッパ機能を有する保護膜２６はスパッタ法もしくはＰＥＣＶＤ法で成膜することができる。ストッパ層は必ずしも透明である必要はない。例えば、ａ−Ｓｉなどを１μｍ程度の厚みで成膜してもよい。各低屈折率樹脂層２３，２５に形成されたマイクロレンズ面の形状は画素ピッチに合わせて最高集光効率が得られる様に、曲率半径や非球面定数を決めてある非球面形状（楕円体あるいは双曲面体）を有する。
【００３２】
次に（２）に示す様に、第１ＭＬ基板２１又は第２ＭＬ基板２２の一方に、エポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂からなるシール材２７を外周に沿って塗布し、両基板のアライメントマークを基準に重ね合わせる。シール材２７を構成するエポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂はＵＶ硬化型もしくはＵＶ硬化と熱硬化を組み合わせたものである。シール材２７を構成する樹脂の中には、あらかじめ第１ＭＬの主点と第２ＭＬの主点との間の距離が第２ＭＬの焦点距離と一致する様に、ガラスファイバやプラスティックビーズ等のスペーサを重量比が１〜５％で混入しておく。例えば、１８μｍピッチの画素の場合、第１ＭＬの焦点距離は空気換算で約６５μｍ、第２ＭＬのレンズ焦点距離は同じく空気換算で約４０μｍ、非球面定数は共にＫ＝−１．３程度（低屈折率樹脂の屈折率は１．４１〜１．４５、高屈折率樹脂の屈折率は１．６０〜１．６６）である。この場合、第１ＭＬの主点と第２ＭＬの主点間距離は、フィールド配置の条件を満たす為に空気換算で約４０μｍ程度となる。従って、後工程で充填する高屈折率樹脂の屈折率が１．６０の場合、実厚で４０／１．６＝２５μｍ程度のギャップ寸法となる様にシール材２７の厚みを決定する。具体的には、シール材２７に混入するプラスティックビーズの粒径を２５μｍ−（Ｄ１＋Ｄ２）程度とすればよい。実際には、樹脂の押圧時のへこみを考慮する必要がある。
【００３３】
続いて（３）に示す様に、シール材２７を介して互いに接合した第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２との間に真空注入で高屈折率樹脂２４を真空注入し、デュアルマイクロレンズアレイを形成する。尚、画素が１４μｍピッチの例では、第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２のアライメント精度は±１．０μｍ以内に収めることが好ましい。第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２との間に充填された高屈折率樹脂２４は、加熱処理により硬化される。ＵＶ硬化型の樹脂を用いた場合には紫外線照射を行なって硬化する。場合によっては、液状のまま第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２との間に保持してもよい。
【００３４】
続いて（４）に示す様に、ストッパとして機能する保護膜２６に到達するまで、第２ＭＬ基板２２を研磨もしくは研削し除去する。第２ＭＬ基板２２の研磨は、例えばＣｅ₂Ｏ₃などを用いたＣＭＰ法などで行なうことができる。又保護膜２６としてａ−Ｓｉ膜を用いた場合、研磨によりストッパが表面に露出してから更にシリカなどで研磨し、ａ−Ｓｉ膜を取り除くことも可能である。この様にして、対向基板側にＤＭＬを形成した構造が得られる。保護膜をストッパとした研磨を行なうことで第２ＭＬ基板（カバーガラス）を完全に除去することが可能になるとともに、研磨の均一性が増し光利用効率や画質が向上する。
【００３５】
最後に（５）に示す様に、研磨で露出した保護膜２６の表面に対向電極２８を形成して、ＤＭＬを一体化した対向基板２０とする。この対向基板２０に対しシール材３１を介して駆動基板１０を接合し、両者の間隙に液晶３０を封入すると、液晶表示素子が完成する。駆動基板１０の表面にはあらかじめ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子と画素電極が集積形成されている。
【００３６】
以上説明した様に、本発明に係る液晶表示素子は、少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板１０と、少くとも対向電極２８が形成された対向基板２０と、所定の間隙を介して画素電極と対向電極２８とが互いに対面する様に接合した両基板１０，２０の間に配された液晶層３０とからなるパネル構造を有する。少くとも対向基板２０には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれている。特徴事項として、このマイクロレンズアレイは実質的に対向基板２０を構成する第１ＭＬ基板２１に接合した裏面と平坦化された表面とを有している。平坦化された表面には保護膜２６を介して対向電極２８が形成されている。マイクロレンズアレイは、あらかじめ担体（第２ＭＬ基板２２）上に形成された保護膜２６をマイクロレンズアレイの平坦化された表面に接着した後、担体（第２ＭＬ基板２２）を除去して保護膜２６を露出し、更に露出した保護膜２６上に対向電極２８を形成したものである。前述した様に、この保護膜２６は、Ａｌ₂Ｏ₃，ａ−ＤＬＣ，ＴｉＯ₂，ＳｉＮ又はＳｉなどで形成することができる。本実施形態では、このマイクロレンズアレイは二重構造のデュアルマイクロレンズアレイであり、液晶層３０から遠い側にあって集光レンズとして機能する第一のマイクロレンズと、液晶層３０に近い側にあって略フィールドレンズとして機能する第二のマイクロレンズとで構成されている。第二のマイクロレンズの主点と液晶層３０との間の距離が１０μｍ以下に設定されている。
【００３７】
図７は、液晶表示素子の参考例を示す製造工程図である。図６に示した本発明に係る液晶表示素子と対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。異なる点は、第２ＭＬ基板（カバーガラス）２２と低屈折率樹脂２５との間に研磨ストッパとして機能する保護膜が介在していないことである。図示する様に工程（１）で第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２を対向配置し、工程（２）でシール材２７により第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２を接合する。工程（３）で互いに接合された第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２との間に高屈折率樹脂２４を充填し、デュアルマイクロレンズアレイを形成する。
【００３８】
続いて工程（４）で、第２ＭＬ基板（カバーガラス）２２を研削もしくは研磨する。前述した様に、カバーガラスの厚みを１０μｍ程度まで薄くすれば、第２ＭＬの主点と液晶層に接するカバーガラスの表面との間の距離を空気換算で概ね５μｍ以下に設定することができる。しかしながら、何らストッパを用いることなく１０μｍ程度まで研磨しようとすると、あまりに薄い為（４’）に示す様に斜めに研磨されてしまうことが多い。あるいは、研磨工程途中でクラックが入り破損し易い。この様に研磨されてしまうと集光効率のばらつきを生じたり、ガラスと樹脂の境界が映像投射時に映り込んでしまい、著しく画質を低下させてしまう。この後工程（５）で研磨された第２ＭＬ基板２２の表面にＩＴＯなどからなる対向電極（図示省略）を形成した後、駆動基板１０と接合し、両者の間に液晶３０を封入する。第２ＭＬ基板２２の厚みが均一に研磨されていない状態で液晶パネルを作成すると、カバーガラス２２と低屈折率樹脂層２５との間の境界が映像投影時に映り込んでしまい、著しく画質を低下させる恐れがある。
【００３９】
図８は、本発明に係る液晶表示素子の製造過程を示す工程図である。本実施形態も、対向基板側にＤＭＬを一体化した構造となっている。本実施形態は、図１に示したシングルマイクロレンズアレイ（ＳＭＬ）の製造方法をデュアルマイクロレンズアレイ（ＤＭＬ）の製造方法に応用したものである。まず（１）に示す様に、第一の担体２１の上に配された光学樹脂層２３ａの表面に二次元的に配された第一のマイクロレンズ面を形成する。更にこの第一のマイクロレンズ面の凹凸を光学樹脂層２３ａとは異なる屈折率の光学樹脂２３で埋め且つその表面を平坦化して第一のマイクロレンズアレイを作成する。本実施形態の場合、マイクロレンズ面の凹凸を埋める光学樹脂２３は１．４程度の低屈折率である。光学樹脂２３の表面は前述したフラットスタンパ法あるいはスピンコート法又はスプレイ法で平坦化することができる。同様に、第二の担体２２の上に配された光学樹脂層２５ａの表面に二次元的に配された第二のマイクロレンズ面を形成する。この第二のマイクロレンズ面の凹凸を光学樹脂層２５ａとは異なる屈折率の光学樹脂２５で埋め且つその表面を平坦化して第二のマイクロレンズアレイを作成する。この光学樹脂２５も屈折率が１．４程度である。マイクロレンズ面の凹凸を埋めた光学樹脂２５の表面は前述したスタンパ法あるいはスピンコーティング法により平坦化されている。尚、下地の光学樹脂層２５ａと担体２２との間にはあらかじめ研磨ストッパとして機能する保護膜２６が形成されている。
【００４０】
工程（２）に進み、担体２１，２２のいずれか一方の外周に沿ってシール材２７を塗布し、アライメントマークを基準にして両者を位置合わせし重ね合わせる。シール材２７の厚みは１０μｍ以下となる様に、高精度ファイバープラスチックなどのスペーサを混入しておく。続いて工程（３）に進み、第一のマイクロレンズ面と第二のマイクロレンズ面とが互いに整合された状態で、第一のマイクロレンズアレイの平坦化された表面と第二のマイクロレンズアレイの平坦化された表面とを接合して両マイクロレンズアレイを一体化する。この結果、担体２１と担体２２との間にシール材２７の厚みに相当する空隙が形成される。
【００４１】
この後工程（４）に進み、シール材２７の厚みによって規定された空隙に屈折率が１．６程度の液状の高屈折率樹脂２４を注入する。更に加熱して高屈折率樹脂２４を硬化し、デュアルマイクロレンズアレイを完成させる。尚、空隙に注入された高屈折率樹脂２４は非常にゆっくりとしたスピードで硬化し、ストレスが残留しない様にする。更にあらかじめ形成された保護膜２６をストッパとして担体２２を研磨除去し、保護膜２６の表面を露出させる。露出した保護膜２６の表面にＩＴＯなどからなる対向電極を形成し、対向基板２０とする。最後に（５）に示す様に、対向基板２０とあらかじめ作成しておいた駆動基板１０を接合し、両者の間に液晶を封入してパネルの完成となる。
【００４２】
本実施形態では、あらかじめ平坦化されたマイクロレンズアレイを互いに接合することで、精度がよくストレスを含まないデュアルマイクロレンズアレイ構造を得ることができる。
【００４３】
図９は、対向基板側と駆動基板側にそれぞれマイクロレンズアレイを分割配置したＤＭＬ構造の液晶表示素子の一般的な構成を示す参考図である。図示する様に、この液晶表示素子は、駆動基板１０と対向基板２０をシール材３１で接合し、両者の間に液晶３０を保持したパネル構造となっている。対向基板２０は、ガラス基板２１とカバーガラス２２とを用いて構成されており、両者の間に集光レンズとして機能する入射側に配された第１ＭＬが介在している。この第１ＭＬは互いに屈折率が異なる樹脂２３，２４の積層で構成されている。
【００４４】
駆動基板１０は基本的に薄膜トランジスタや画素電極が集積形成されたＴＦＴ基板１１で構成されている。このＴＦＴ基板１１は通常研磨などで薄型化されているとともに、その表面には画素１２が集積形成されている。画素１２は格子状に配されたブラックマトリクス１３によって区画されている。ＴＦＴ基板１１と裏側の補助基板１４との間にフィールドレンズとして機能する第２ＭＬが介在している。この第２ＭＬも互いに屈折率が異なる樹脂層１５，１６で形成されている。
【００４５】
係るＤＭＬ構造の液晶パネルで機能的に重要なパラメータは、研磨後のＴＦＴ基板１１の厚み▲１▼と、第１ＭＬ主点と第２ＭＬ主点との間の距離▲２▼と、第１ＭＬと第２ＭＬのアライメント精度▲３▼である。パラメータ▲２▼は、第１ＭＬ主点と第２ＭＬ主点との間の距離が、第２ＭＬの焦点距離と一致する様にし、いわゆるフィールド配置とする。なお、実際には、両主点間距離と第２ＭＬの主点距離に１０％程度のずれがあっても、第２ＭＬは略フィールドレンズとして作用する。この為に、パラメータ▲１▼は可能な限り薄くする必要があり、研磨後のＴＦＴ基板１１の厚みは１０〜５０μｍ程度である。しかしながら、研磨プロセス中に割れや欠けなどが発生し易い。又、第２ＭＬの製造プロセス中樹脂硬化時の収縮などにより歪やしわなどが発生し易く、解決すべき課題となっている。本発明は、前述した平坦化技術を利用して、係る課題を解決するものである。
【００４６】
尚、液晶プロジェクタの輝度向上を図る為には、対向基板側にＤＭＬを形成する構造よりも、図９に示した駆動基板と対向基板の両方にマイクロレンズアレイを形成する構造が最適である。対向基板側にＤＭＬを形成すると、光は集光されるものの、どうしても駆動基板側の画素部を囲むブラックマトリクスなど非有効領域でけられる。このけられた分が実効開口率の低下につながる。これに対し、図９に示したＤＭＬを両基板に分割配置する構造では、第１ＭＬを短焦点化して可能な限り集光し、これにより大量の光源光がＴＦＴ基板側の画素開口を通過できる。一方第２ＭＬは、ＴＦＴ基板を挟んで第１ＭＬの主点から第２ＭＬの主点がその焦点距離だけ離れてフィールド配置しているので、光発散角を制御でき、投影レンズでの光のけられを防ぐことが可能である。
【００４７】
図１０は本発明に係る液晶表示素子の実施形態を示す製造工程図である。本実施形態では、駆動基板と対向基板のそれぞれにマイクロレンズアレイを形成してＤＭＬ構造を得ている。まず工程（１）で、あらかじめＴＦＴや画素電極が集積形成されたＴＦＴ基板１１を用意する。図では、個々の画素を区画するブラックマトリクス１３のみを表わしてあり、ＴＦＴや画素電極は図示を省略している。
【００４８】
工程（２）に進み、ＴＦＴ基板１１の表面に接着剤４１を介して台ガラス４０を貼り合わせる。接着剤４１としては例えばワックスを用いることができる。更に工程（３）に進み、台ガラス４０により保持した状態で、ＴＦＴ基板１１の裏面を研磨し、厚みを２０μｍ以下にする。
【００４９】
続いて工程（４）に進み、第２ＭＬがあらかじめ形成されたガラス基板１４を用意する。この第２ＭＬは屈折率が互いに異なる樹脂１５，１６を積層した構造を有するとともに、樹脂１６の表面はフラットスタンパあるいはスピンコーティングにより平坦化されている。研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面の外周に沿ってシール材１８を塗布する。シール材１８の厚みは２〜３μｍとする。
【００５０】
工程（５）に進み、ＴＦＴ基板１１側に形成された画素とガラス基板１４側に形成された第２ＭＬとをアライメントした状態で、ＴＦＴ基板１１とガラス基板１４を接合する。接合した両基板の間に透明な接着剤１９を充填して、両者を互いに接合する。平坦化された第２ＭＬの表面を研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面に接合することで、従来問題となっていたストレスを除くことができる。この様にして、工程（５）で、第２ＭＬを一体化した駆動基板１０が得られる。この後、不要となった台ガラス４０を取り除くとともに、ＴＦＴ基板１１の表面に残されたワックスなどの接着剤を剥離する。
【００５１】
最後に工程（６）で、あらかじめ第１ＭＬを一体化した対向基板２０を用意する。この対向基板２０はガラス基板２１とカバーガラス２２との間に互いに屈折率の異なる樹脂２３，２４の積層からなる第１ＭＬを保持した構成となっている。第２ＭＬを一体化した駆動基板１０と第１ＭＬを一体化した対向基板２０を接合し、両者の間に液晶を封入することで、液晶表示素子が完成する。対向基板２０側に内蔵された第１ＭＬは集光レンズとして機能し、駆動基板１０に形成された第２ＭＬはフィールドレンズとして機能する。
【００５２】
以上説明した様に、図１０に示した液晶表示素子は、少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板１０と、少くとも対向電極が形成された対向基板２０と、所定の間隙を介して画素電極と対向電極とが互いに対面する様に接合した両基板１０，２０の間に配された液晶層とからなるパネル構造を有する。少くとも駆動基板１０には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれている。このマイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）は、第一の屈折率を有し二次元的に配されたマイクロレンズ面が形成された第一光学樹脂層１５と、第二の屈折率を有しマイクロレンズ面の凹凸を埋めるとともに表面が平坦化された第二光学樹脂層１６とからなる積層構造を有する。このマイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）は、平坦化された第二光学樹脂層１６の表面を介してＴＦＴ基板１１の裏面に接合している。このマイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）は、第一光学樹脂層１５のマイクロレンズ面を樹脂で埋め込んだ後平面を有するスタンパで押圧して第二光学樹脂層１６の表面を平坦化したものである。場合によっては、スタンパに代えて、研磨技術を利用した平坦化を行なってもよい。すなわち、所定の間隙を介して第一光学樹脂層とあらかじめ保護膜が形成された担体層とを接合し、更にこの間隙に液状の樹脂を充填した後硬化して第二光学樹脂層を形成し、その後平坦化層を除去して保護膜を露出させ第二光学樹脂層の平坦化された表面としてもよい。本実施形態では、駆動基板に配されたマイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）と整合する様に、対向基板２０にもマイクロレンズアレイ（第１ＭＬ）が配されており、一方が集光レンズとして機能し他方がフィールドレンズとして機能する。尚駆動基板１０を構成するＴＦＴ基板１１は、裏面側から研磨されて薄膜化されており、マイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）の平坦化された第二光学樹脂層１６の表面は、研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面に接合している。
【００５３】
図１１は、図１０に示した液晶表示素子の完成品状態を示す模式的な断面図である。（Ａ）に示した断面図の部分拡大図を（Ｂ）に示してある。前述した様に、第２ＭＬは薄い接着剤１９を介して研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面に接合している。ここで、特に重要な点はあらかじめ平坦化された第２ＭＬの表面を極薄い接着剤１９で薄型化されたＴＦＴ基板１１の裏面に接合することである。例えば、画素ピッチが１８μｍの０．７インチＳＶＧＡ用ＴＦＴ基板に対しては、第１ＭＬの焦点距離を空気換算で約３５μｍとし且つ第２ＭＬの焦点距離を空気換算で約４２μｍとすると、第１ＭＬの主点と液晶３０の界面との間の距離は空気換算で約２０μｍ、液晶層３０の厚みは空気換算で２μｍ、液晶層３０の界面と第２ＭＬの主点との間の距離は空気換算で約２０μｍとなる。この場合、ＴＦＴ基板１１の厚みは、研磨によって実厚で約２７μｍまで薄くする。尚、空気換算にすると約１８μｍである。この様に薄くなると、従来の様にＴＦＴ基板と接した状態で高屈折率樹脂１６をＵＶ硬化あるいは熱硬化によって固体化すると、ストレスにより歪が発生する。この歪は画質にも悪影響を与える。そこで本発明では、ＴＦＴ基板１１の裏面に第２ＭＬを貼り合わせる際、あらかじめ第２ＭＬの表面を平坦化しておくことで、ストレスの発生を抑制する。
【００５４】
（Ｂ）に示す様に、第２ＭＬを構成する樹脂１６の厚みは、イロハで示す様に厚みが異なっている。仮に樹脂層１６の表面が平坦化されていない状態でＴＦＴ基板１１と接合すると、硬化する際の収縮体積が局所的に異なり、歪を生じ易い。
【００５５】
図１２は、本発明に係る液晶表示素子の更に別の実施形態を示す製造工程図である。本実施形態でも、駆動基板と対向基板の各々にマイクロレンズアレイを一体形成したＤＭＬ構造を作成している。まず（１）に示す様に、液晶パネル５０の完成品を用意する。これは、対向基板２０とＴＦＴ基板１１を接合し、両者の間に液晶３０を保持した積層構造である。対向基板２０は厚みが例えば１．１ｍｍで、あらかじめ第１ＭＬを内蔵している。一方ＴＦＴ基板１１は厚みが０．８ｍｍ〜１．２ｍｍであり、ＴＦＴや画素電極が集積形成されている。
【００５６】
工程（２）に進み、対向基板２０側に、青板ガラスなどからなる治具４０をワックスで貼り合わせる。更に工程（３）に進み、治具４０でパネルを保持した状態で、ＴＦＴ基板１１の裏面を研磨する。研磨後の厚みは１０〜２０μｍ程度となる様に加工する。
【００５７】
工程（４）に進み、研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面側にシール材１８を塗布する。これと同時に、あらかじめ第２ＭＬが形成されたガラス基板１４を用意する。この第２ＭＬは互いに屈折率が異なる光学樹脂１５，１６の積層構造からなる。更に工程（５）に進み、液晶パネル側とガラス基板１４側とで位置合わせを行なった後接着剤１８を介して互いに接合する。これにより、研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面に第２ＭＬを一体化したガラス基板１４が接合し、駆動基板１０となる。更に、ＴＦＴ基板１１と平坦化された第２ＭＬの表面との間の間隙に、高屈折率樹脂１９を注入する。最後に工程（６）で、不要となった治具４０を取り外す。以上により、第１ＭＬが形成された対向基板２０と第２ＭＬが内蔵された駆動基板１０を互いに接合し、両者の間に液晶３０を保持したパネルの完成となる。第２ＭＬの表面は平坦化されており且つ樹脂層１９の厚みは液晶層と同程度で極めて薄い。これにより、樹脂硬化時の収縮によるストレスを防止可能である。
【００５８】
図１３は、対向基板と駆動基板の各々にマイクロレンズアレイを形成した液晶表示素子の光学特性を示す模式的な断面図である。集光用のレンズ面を対向基板側に配置するとともに、フィールド機能を有するレンズ面をＴＦＴ基板側に配置した構成となっている。この例に係る液晶パネルは、ＴＦＴ基板５０Ｂと、このＴＦＴ基板５０Ｂの光の入射面側に液晶層４５を介して対向配置された対向基板５０Ａとを備えている。
【００５９】
対向基板５０Ａは、光の入射側から順に、ガラス基板４１と、樹脂層４３Ａと、第一のマイクロレンズアレイ４２Ａと、薄肉化された対向基板４４Ａとを有している。一方、ＴＦＴ基板５０Ｂは、光の入射側から順に、画素電極４６及びブラックマトリクス４７と、薄肉化されたＴＦＴ基板４４Ｂと、第二のマイクロレンズアレイ４２Ｂと、樹脂層４３Ｂと、ガラス基板４８とを有している。
【００６０】
第一のマイクロレンズアレイ４２Ａは光学樹脂により構成され、各画素電極４６に対応して二次元的に設けられた複数の第一のマイクロレンズ４２Ｍ−１を有している。各マイクロレンズ４２Ｍ−１は、正のパワーの第一のレンズ面Ｒ１を有し、集光用のレンズとして機能する。本例では、樹脂層４３Ａの屈折率ｎ１、第一のマイクロレンズアレイ４２Ａの屈折率ｎ２とが、ｎ２＞ｎ１の関係を満たし、第一のレンズ面Ｒ１が、光の入射側（光源側）に凸形状となっている。
【００６１】
第二のマイクロレンズアレイ４２Ｂも、第一のマイクロレンズアレイ４２Ａと同様に、光学樹脂により構成され、各画素電極４６に対応して二次元的に設けられた複数の第二のマイクロレンズ４２Ｍ−２を有している。各マイクロレンズ４２Ｍ−２は、正のパワーの第二のレンズ面Ｒ２を有し、フィールドレンズとして機能する。すなわち、第二のレンズ面Ｒ２についての焦点位置は、第一のレンズ面Ｒ１（第一のマイクロレンズ４２Ｍ−１）についての主点位置にほぼ一致している（点線光路）。本例では、樹脂層４３Ｂの屈折率ｎ４が第二のマイクロレンズアレイ４２Ｂの屈折率ｎ３に比べ大きくなっており、第二のレンズ面Ｒ２が、光の出射側に凸形状となっている。
【００６２】
本例では、画素開口が２つのマイクロレンズ４２Ｍ−１，４２Ｍ−２の間（２つのレンズ面Ｒ１，Ｒ２の間）に位置するデュアルマイクロレンズ構造となっている。光軸６０上で２つのマイクロレンズ４２Ｍ−１，４２Ｍ−２の合成の焦点位置が、画素開口の付近に位置している（実線光路）。合成の焦点位置と画素開口との位置合わせは、例えばマイクロレンズ４２Ｍ−１，４２Ｍ−２と画素開口との間の厚みを調整することにより制御可能である。本構成は実効開口率が最もよくなるが、従来加工性の難易度は最も高いものとされていた。本発明は、この加工性の難易度を克服して、図示のデュアルマイクロレンズ構造を実現したものである。
【００６３】
図１４は、本発明に係る液晶表示素子の全体的な構成を示す模式的な斜視図である。このパネル構造の液晶表示素子は、小型高精細である点に特徴がある。図示する様に、この液晶パネルは、所定の間隙を介して貼り合わされた駆動基板１０と対向基板２０との間に液晶３０が保持されている。前述した様に、対向基板２０には集光レンズとして機能するマイクロレンズＭＬが形成されている。一方、駆動基板１０にはフィールドレンズとして機能するマイクロレンズＭＬが一体化されている。
【００６４】
駆動基板１０の内表面には互いに直交する走査線１０４と信号線１０５が設けられている。各交点には画素電極１０６と画素スイッチを構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がマトリクス状に配列されている。さらに、図示しないが駆動基板１０の内表面にはラビング処理を施された配向膜も形成されている。一方、対向基板２０の内表面には対向電極１１２が形成されている。図示しないが、対向電極１１２の内表面も同様にラビング処理を施された配向膜が設けられている。
【００６５】
互いに接着された駆動基板１０と対向基板２０の外側には各々偏光板１１０，１１１が隙間をあけて配されている。走査線１０４を介してＴＦＴを選択し、信号線１０５を介して画素電極１０６に信号を書き込む。画素電極１０６と対向電極１１２の間に電圧が印加され液晶３０が立ち上がる。これを一対のクロスニコル配置された偏光板１１０，１１１により白色入射光の透過量変化として取り出し所望の画像表示を行なう。この表示画面を拡大投射光学系により前方に投射してスクリーンに映し出せばプロジェクタになる。その際、本発明では集光レンズとフィールドレンズを組み合わせたデュアルマイクロレンズ構造を採用しているので、光源光の利用効率が改善され、輝度の高い画面を得ることができる。
【００６６】
図１５は、図１４に示した液晶パネルを組み込んだ投射装置を示す模式図である。この図に示した投射装置は、透過型の液晶パネルを３枚用いてカラー画像表示を行ういわゆる３板方式のものである。各液晶パネルは本発明に従ってマイクロレンズアレイが組み込まれている。この投射型液晶表示装置は、光を発する光源２１１と、一対の第１、第２マルチレンズアレイインテグレータ２１２，２１３と、マルチレンズアレイインテグレータ２１２，２１３の間に設けられ、光路（光軸２１０）を第２マルチレンズアレイインテグレータ２１３側に略９０度曲げるように配置された全反射ミラー２１４とを備えている。マルチレンズアレイインテグレータ２１２，２１３には、それぞれ複数のマイクロレンズ２１２Ｍ，２１３Ｍが２次元的に配列されている。マルチレンズアレイインテグレータ２１２，２１３は、光の照度分布を均一化させるためのものであり、入射した光を複数の小光束に分割する機能を有している。
【００６７】
光源２１１は、カラー画像表示に必要とされる、赤色光、青色光および緑色光を含んだ白色光を発するようになっている。この光源２１１は、白色光を発する発光体（図示せず）と、発光体から発せられた光を反射、集光する凹面鏡とを含んで構成されている。発光体としては、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプ等が使用される。凹面鏡は、集光効率が良い形状であることが望ましく、例えば回転楕円面鏡や回転放物面鏡等の回転対称な面形状となっている。
【００６８】
この投射型液晶表示装置は、また、第２マルチレンズアレイインテグレータ２１３の光の出射側に、ＰＳ合成素子２１５と、コンデンサレンズ２１６と、ダイクロイックミラー２１７とを順番に備えている。ダイクロイックミラー２１７は、入射した光を、例えば赤色光ＬＲと、その他の色光とに分離する機能を有している。
【００６９】
ＰＳ合成素子２１５には、第２マルチレンズアレイインテグレータ２１３における隣り合うマイクロレンズ間に対応する位置に、複数の１／２波長板２１５Ａが設けられている。ＰＳ合成素子２１５は、入射した光Ｌ０を２種類（Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分）の偏光光Ｌ１，Ｌ２に分離する機能を有している。ＰＳ合成素子２１５は、また、分離された２つの偏光光Ｌ１，Ｌ２のうち、一方の偏光光Ｌ２を、その偏光方向（例えばＰ偏光）を保ったままＰＳ合成素子２１５から出射し、他方の偏光光Ｌ１（例えばＳ偏光成分）を、１／２波長板２１５Ａの作用により、他の偏光成分（例えばＰ偏光成分）に変換して出射する機能を有している。
【００７０】
この投射型液晶表示装置は、また、ダイクロイックミラー２１７によって分離された赤色光ＬＲの光路に沿って、全反射ミラー２１８と、フィールドレンズ２２４Ｒと、液晶パネル２２５Ｒとを順番に備えている。全反射ミラー２１８は、ダイクロイックミラー２１７によって分離された赤色光ＬＲを、液晶パネル２２５Ｒに向けて反射するようになっている。液晶パネル２２５Ｒは、フィールドレンズ２２４Ｒを介して入射した赤色光ＬＲを、画像信号に応じて空間的に変調する機能を有している。
【００７１】
この投射型液晶表示装置は、さらに、ダイクロイックミラー２１７によって分離された他の色光の光路に沿って、ダイクロイックミラー２１９を備えている。ダイクロイックミラー２１９は、入射した光を、例えば緑色光と青色光とに分離する機能を有している。
【００７２】
この投射型液晶表示装置は、また、ダイクロイックミラー２１９によって分離された緑色光ＬＧの光路に沿って、フィールドレンズ２２４Ｇと、液晶パネル２２５Ｇとを順番に備えている。液晶パネル２２５Ｇは、フィールドレンズ２２４Ｇを介して入射した緑色光ＬＧを、画像信号に応じて空間的に変調する機能を有している。
【００７３】
この投射型液晶表示装置は、さらに、ダイクロイックミラー２１９によって分離された青色光ＬＢの光路に沿って、リレーレンズ２２０と、全反射ミラー２２１と、リレーレンズ２２２と、全反射ミラー２２３と、フィールドレンズ２２４Ｂと、液晶パネル２２５Ｂとを順番に備えている。全反射ミラー２２１は、リレーレンズ２２０を介して入射した青色光ＬＢを、全反射ミラー２２３に向けて反射するようになっている。全反射ミラー２２３は、全反射ミラー２２１によって反射され、リレーレンズ２２２を介して入射した青色光ＬＢを、液晶パネル２２５Ｂに向けて反射するようになっている。液晶パネル２２５Ｂは、全反射ミラー２２３によって反射され、フィールドレンズ２２４Ｂを介して入射した青色光ＬＢを、画像信号に応じて空間的に変調する機能を有している。
【００７４】
この投射型液晶表示装置は、また、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路が交わる位置に、３つの色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを合成する機能を有したクロスプリズム２２６を備えている。この投射型液晶表示装置は、また、クロスプリズム２２６から出射された合成光を、スクリーン２２８に向けて投射するための投射レンズ２２７を備えている。クロスプリズム２２６は、３つの入射面２２６Ｒ，２２６Ｇ，２２６Ｂと、一つの出射面２２６Ｔとを有している。入射面２２６Ｒには、液晶パネル２２５Ｒから出射された赤色光ＬＲが入射するようになっている。入射面２２６Ｇには、液晶パネル２２５Ｇから出射された緑色光ＬＧが入射するようになっている。入射面２２６Ｂには、液晶パネル２２５Ｂから出射された青色光ＬＢが入射するようになっている。クロスプリズム２２６は、入射面２２６Ｒ，２２６Ｇ，２２６Ｇに入射した３つの色光を合成して出射面２２６Ｔから出射する。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、シングルマイクロレンズアレイ（ＳＭＬ）やデュアルマイクロレンズアレイ（ＤＭＬ）などで、従来必要とされていたカバーガラスを省くことが可能になり、マイクロレンズアレイの薄型化に貢献できる。又、マイクロレンズアレイの表面を平坦化して液晶パネルに実装することで、機械的ストレスを低減化することが可能である。以上により、高効率で高精度のマイクロレンズアレイを製造でき、歩留りの改善や性能向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法の要部を示す工程図である。
【図４】デュアルマイクロレンズアレイの参考例を示す模式的な断面図である。
【図５】図４に示したマイクロレンズアレイの光学特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図７】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図８】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図９】従来の液晶表示素子の参考例を示す模式的な部分断面図である。
【図１０】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図１１】図１０に示した液晶表示素子の拡大図である。
【図１２】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図１３】本発明に係る液晶表示素子の光学特性を示す模式図である。
【図１４】本発明に係る液晶表示素子の全体的な構成を示す斜視図である。
【図１５】本発明に係る投射装置の一例を示す模式図である。
【図１６】従来のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１・・・ガラス基板、２・・・第一光学樹脂層、３・・・保護膜、４・・・担体層、５・・・シール材、６・・・第二光学樹脂層、７・・・透明電極、１０・・・駆動基板、１１・・・ＴＦＴ基板、１２・・・画素、１３・・・ブラックマトリクス、２０・・・対向基板、２１・・・ガラス基板、２２・・・カバーガラス、２３・・・光学樹脂層、２４・・・光学樹脂層、２５・・・光学樹脂層、３０・・・液晶、３１・・・シール材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a microlens array. The present invention also relates to a liquid crystal display element incorporating a microlens array. In addition, the present invention relates to a projection apparatus (projector) using the liquid crystal display element as a light valve.
[0002]
[Prior art]
The development of projectors using light valves such as LCD (Liquid Crystal Display Element), DMD (Digital Mirror Device), LCOS (LC ON ON SILICON) has been actively conducted. There are various types of projectors depending on the classification method. From a functional aspect and a form aspect, there are a data projector mainly for monitor display of a personal computer, a front projector or rear projector mainly for AV such as for home theater, and a rear projector for TV use. Moreover, it can be divided into 1 to 3 plates depending on the number of light valves used. In addition, light valves are available in both transmissive and reflective types.
[0003]
In the future, projectors are expected to have even higher brightness. Regarding the increase in brightness, firstly, improvement of the optical system is expected. For example, increasing the brightness of the light source lamp to be used, shortening the arc length when using arc lamps (point light source), and optimizing the members will progress with miniaturization. Second, a high aperture ratio of a light valve that is a key device is required. In this regard, element miniaturization and high aperture ratio are basically required for each pixel, but particularly when liquid crystal is used as an electro-optic medium, pixel miniaturization can be achieved only by simple element miniaturization. An aperture ratio cannot be achieved. In the case of a liquid crystal that is a continuum, in order to prevent light leakage from the reverse tilt domain and to prevent light leakage of the thin film transistor that drives the liquid crystal, a certain area of the black matrix for light shielding is required, and the aperture ratio of the pixel is accordingly increased. Will be sacrificed.
[0004]
Conventionally, liquid crystal display elements have been equipped with a microlens array to improve the light source light utilization efficiency and increase the brightness. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-206894 discloses a flat display device incorporating a microlens. Has been. A microlens array incorporated in a high-definition liquid crystal display element (liquid crystal panel) for a conventional liquid crystal projector application is a glass substrate such as a quartz substrate or a neo-serum substrate (hereinafter, the glass substrate of the microlens array is referred to as a cover glass in this specification). It may be called). Specifically, a method of forming a microlens array by a wet etching method, a dry etching method, or a 2P method (Photo-Polymerization method) has been put into practical use. A transparent resin is used. The thickness of the cover glass that supports the transparent resin is controlled by grinding or polishing, and a transparent conductive film (ITO film or the like) for a display device is formed thereon as necessary.
[0005]
Referring to FIG. 16, a conventional method for manufacturing a microlens array using a wet etching method will be briefly described. First, as shown in (A), after washing the quartz substrate, a resist is applied, exposed and developed, and patterning according to the pixels is performed. Subsequently, as shown in (B), isotropic etching of the quartz substrate is performed through a resist to form a spherical lens surface R. Note that a metal having excellent chemical resistance, polysilicon, an amorphous silicon film, or the like can be used for the mask material instead of the resist. As the etchant, HF or BHF can be used. Subsequently, as shown in (C), a cover glass is bonded to the surface of the quartz substrate, and a gap between them is filled with a transparent resin having a different refractive index. The resin can be filled by vacuum injection. Alternatively, a spin coating method or a spray method may be used. Resin is filled into the lens surface R that has been spherically processed by wet etching, and the resin is completely cured by UV light irradiation or heat treatment. Epoxy-based, acrylic-based, silicon-based, and fluorine-based resins are used, and all of them are cured and solidified by ultraviolet irradiation treatment or heat treatment. Thereby, a microlens corresponding to each pixel is created. Finally, as shown in (D), after the cover glass is polished, a transparent electrode such as ITO is formed on the surface thereof to form a counter substrate. After that, although not shown, the driving substrate on which the pixel electrode and the thin film transistor are formed and the counter substrate are bonded together, and liquid crystal is injected into the gap between them to complete the active matrix type liquid crystal display element.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Future microlens arrays must be compatible with high definition as well as high brightness. For example, when the panel size of the liquid crystal display element is reduced, the pixel size is reduced in proportion to this, so that the arrangement pitch of the microlens itself is also reduced. Accordingly, it is necessary to make the cover glass thin. Conventionally, the cover glass has been thinned by polishing or grinding, but there is a limit in processing, and it is difficult to ensure uniformity and flatness necessary for design. When the planar accuracy and flatness are deteriorated, mechanical stress is generated when it is incorporated into a liquid crystal display element, which is a problem to be solved. In addition, with the increase in the definition of the panel, for example, when the cover glass is made thinner than 30 μm, the cover glass swells or warps due to the stress caused by the curing shrinkage or thermal expansion coefficient of the optical resin constituting the microlens. Therefore, it is a problem to be solved.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above-described problems of the conventional technology, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microlens array that is excellent in surface accuracy and flatness while eliminating the need for a cover glass (glass substrate). It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a so-called dual microlens array (also referred to as a double microlens array) in which two microlens arrays are joined using a flattening technique. The following measures were taken in order to achieve this purpose. That is, the microlens array manufacturing method according to the present invention includes a plurality of microlenses arranged two-dimensionally on the surface of a first optical resin layer having a first refractive index disposed on a transparent substrate. A patterning process for forming a surface; The microlens surface is formed The first one Optical resin layer Surface of Whereas Through a predetermined gap, A bonding step of bonding a carrier layer on which a protective film having a stopper function which is transparent in advance is formed; A planarization step of filling the gap with a liquid resin and then curing, filling the irregularities of the microlens surface with a resin having a second refractive index, and forming a second optical resin layer having a planarized surface; , Removing the carrier layer by grinding or polishing using the protective film as a stopper to leave only the protective film on the second optical resin layer. Yeah. Good Preferably, the protective film is made of SiO. ₂ , SiN, a-DLC or Al ₂ O _Three Form with.
[0013]
According to the present invention, the surface of the microlens array is flattened by using an etching method, a flat stamping method, a spin coating method, etc., thereby making it unnecessary to use a glass substrate (cover glass). Thereby, the micro lens array can be thinned. Further, since the surface of the microlens array is flattened, mechanical stress can be removed when the microlens array is integrated in a liquid crystal display element. Furthermore, it is possible to join two microlens arrays with high precision by applying flattening techniques such as etching, flat stamping, and spin coating, and so-called dual microlens arrays can be stably manufactured. is there.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a process diagram showing a method for manufacturing a microlens array according to the present invention. First, a patterning process is performed as shown in (1). That is, a plurality of microlens surfaces arranged two-dimensionally are formed on the surface of the first optical resin layer 2 having a first refractive index disposed on the substrate 1 made of transparent glass or the like. In the present embodiment, the first optical resin layer 2 made of a UV resin having a low refractive index is formed in advance on the glass substrate 1 and then stamped using a Ni electroformed master disk of microlenses, and the microlens surface is made to be the first optical resin. Transfer to layer 2. Thereafter, UV irradiation is performed from the back side of the glass substrate 1, the first optical resin layer 2 made of UV resin is cured, and the transferred microlens surface is fixed.
[0015]
Subsequently, as shown in (2), the carrier layer 4 on which the transparent protective film 3 is formed in advance is bonded to the glass substrate 1 side through the sealing material 5. The carrier layer 4 is made of a cover glass, and the protective film 3 formed in advance on one surface thereof functions as a polishing stopper for the cover glass. The sealing material 5 that joins the carrier layer 4 and the glass substrate 1 is made of a resin applied along the outer periphery of the carrier layer 4 and includes glass fibers having a diameter of 2 to 3 μm as spacers. The carrier layer 4 coated with the sealing material 5 along the outer periphery is adhered to the glass substrate 1 to form an internal space.
[0016]
Subsequently, as shown in (3), the space between the first optical resin layer 2 and the protective film 3 is filled with a liquid resin having the second refractive index, and then cured to complete the microlens. To do. In the present embodiment, a high refractive index resin is filled between the first optical resin layer 2 and the protective film 3 by vacuum injection, and this is heated and cured. Or you may cure by irradiating an ultraviolet-ray after filling an ultraviolet curable resin. Thus, the unevenness of the microlens surface formed on the surface of the first optical resin layer 2 is filled with the resin having the second refractive index, and the surface thereof is flattened to form the second optical resin layer 6. A microlens is formed by stacking the first optical resin layer 2 and the second optical resin layer 6 having different refractive indexes. In the present embodiment, the surface of the second optical resin layer 6 is automatically flattened by filling the gap provided between the glass substrate 1 and the carrier layer 4 with resin.
[0017]
Finally, as shown in (4), using the protective film 3 as a stopper, the carrier layer (cover glass) 4 is removed by grinding or polishing, leaving only the protective film 3 on the second optical resin layer 6.
[0018]
As described above, in the method of manufacturing the microlens array according to the present invention, the patterning process is first performed, and the first optical resin layer 2 having the first refractive index disposed on the transparent substrate 1 is formed. A plurality of microlens surfaces arranged two-dimensionally are formed on the surface. Subsequently, a flattening step is performed to fill the unevenness of the microlens surface with a resin having a second refractive index and flatten the surface to form the second optical resin layer 6. Further, a bonding process is performed, and the carrier layer 4 on which the transparent protective film 3 is formed in advance is bonded to the flattened second optical resin layer 6. Finally, a removal step is performed to remove the carrier layer 4 and leave only the protective film 4 on the second optical resin layer 6. Through the series of steps, a microlens array that does not include a cover glass can be created. Moreover, the surface of the microlens array is flattened, and a transparent protective film 3 is formed thereon. In the present embodiment, the first optical resin layer 2 and the carrier layer 4 are bonded through a predetermined gap, and further, a liquid resin is filled in the gap and then cured, so that a planarization process and a bonding process are performed. They are linked to each other. The protective film 3 used as a stopper is made of SiO. ₂ , SiN ₂ , A-DLC or Al ₂ O _Three An insulating film such as can be used. Note that a-DLC is amorphous diamond-like carbon.
[0019]
FIG. 2 is a process diagram showing another embodiment of the method for manufacturing a microlens array according to the present invention, and uses a stamper method. First, as shown in (1), a Ni electroformed master is pressed against the first optical resin layer 2 previously formed on the surface of the glass substrate 1 to transfer the microlens surface. Similar to the previous embodiment, the first optical resin layer 2 is made of a low refractive index UV resin. Thereafter, UV light having a wavelength of about 365 nm is irradiated from the back side of the glass substrate 1 with energy of 3000 mJ to cure the UV resin.
[0020]
Subsequently, as shown in (2), the unevenness of the microlens surface is filled with a resin having a second refractive index, and the surface thereof is flattened with a flat stamper FS to form the second optical resin layer 6. In the present embodiment, a UV resin having a high refractive index is dropped to fill the unevenness of the microlens surface, and then pressed with a flat stamper FS to flatten the surface. In this state, UV irradiation is performed to fix the flattened surface of the second optical resin layer 6. Instead of dropping the liquid resin, it may be supplied by spin coating.
[0021]
Thereafter, as shown in (3), the surface of the planarized second optical resin layer 6 is made of SiO. ₂ Alternatively, the protective film 3 made of SiNx is formed by CVD or sputtering. Further, a transparent electrode 7 made of ITO or the like is formed on the surface. In some cases, the step shown in (3 ′) may be performed instead of the step (3). That is, a thin cover glass 4 is bonded onto the flattened second optical resin layer 3, and a transparent electrode 7 is further formed thereon. Instead of the protective film 3 shown in (3), a cover glass 4 is used in (3 ′). If necessary, the cover glass 4 can be thinned by polishing or grinding. In this manner, a substrate for a liquid crystal display element in which the microlens array and the transparent electrode are integrated can be produced. At this time, since the surface of the microlens array is flattened, unnecessary stress does not occur even when the microlens array is incorporated in a liquid crystal display element. In particular, if the process shown in (3) is adopted, a microlens array that does not require a cover glass can be produced, and thus a cost reduction effect can be obtained.
[0022]
FIG. 3 is a process diagram showing the main part of another embodiment of the method for manufacturing a microlens array according to the present invention. In the present embodiment, the surface of the microlens array is flattened using a spin coating method. First, as shown in (1), a plurality of microlens surfaces arranged two-dimensionally on the surface of a first optical resin layer 2 having a first refractive index disposed on a transparent glass substrate 1 are provided. Form. The depth of each microlens surface is about 7 μm. Here, the first spin coating is performed, and a resin having a viscosity of about 100 cps is applied at a speed of 500 to 1000 rpm. As a result, the second optical resin layer 6 is formed at the bottom of the microlens surface.
[0023]
Subsequently, as shown in (2), a second spin coating is performed, and a liquid resin having a viscosity of about 100 cps is applied repeatedly at a speed of 500 to 1000 rpm. Further, as shown in (3), the third spin coating is performed, and the liquid resin is similarly applied to the concave portion of the microlens surface using a centrifugal force at a rotational speed of 500 to 1000 rpm. By repeating the spin coating three times in this way, the microlens surface can be almost filled with the second optical resin layer 6.
[0024]
Finally, as shown in (4), a fourth spin coating is performed to completely fill the microlens surface and flatten the surface. The rotational speed of the spin coater at this time is 3000 to 5000 rpm, and the surface can be smoothed. Instead of spin coating, a spray method may be used. In this case, the viscosity is set to several tens of cps using a solvent, and sprayed with a particle size of several tens of μm. Application and drying are repeated so that the surface tension becomes flat. In the case of no solvent, a resin having a low viscosity is used.
[0025]
In addition to the simple microlens array described above, a dual microlens array has been developed in which a microlens array that functions as a condenser lens and a microlens array that functions as a field lens are stacked. The dual microlens array can improve the light utilization efficiency compared to the single microlens array. In a typical three-plate liquid crystal projector, the divergence angle of the light source light incident on the microlens array is often around 10 degrees. When a microlens array is used, the light divergence angle on the exit side of the liquid crystal panel increases, so even if the divergence angle of the incident light is increased more than necessary, the projection lens is affected, and conversely the light utilization efficiency decreases. . In addition, the incident angle is limited to some extent from the viewpoint of preventing a decrease in contrast accompanying an increase in the divergence angle of light incident on the liquid crystal panel. On the other hand, when the dual micro lens array structure is used, the second lens (field lens) is arranged away from the first lens (collecting lens) by the focal length in the direction of incident light (field type arrangement). ) The divergence angle of light emitted from the panel is controlled by the divergence angle by the lens power of the dual microlens array, and the projection lens is less affected and the light utilization efficiency is rapidly increased.
[0026]
The dual microlens array (DML) is divided into two types with respect to the arrangement structure for the liquid crystal panel. In general, an active matrix liquid crystal panel has a laminated structure in which a driving substrate on which switching elements such as thin film transistors and pixel electrodes are formed and a counter substrate on which a counter electrode is formed are bonded, and a liquid crystal is held between the two. It has become. The first type is a structure in which DML is arranged on the counter substrate side. The second type has a structure in which one microlens array of the DML is arranged on the counter substrate side, and the other microlens array is arranged on the drive substrate side, and liquid crystal is interposed between the two. Naturally, these DMLs must cope with high definition of pixels. As the panel size is reduced, the pixel size is reduced in proportion thereto, so that the arrangement pitch of the individual microlenses is similarly reduced. Along with this, it is necessary to reduce the focal length of the microlens and to reduce the thickness of the cover glass. Of these, it is relatively easy to reduce the focal length of the microlens, but reducing the thickness of the cover glass has a more difficult problem than in the case of a single microlens array. In the DML structure, basically, two single microlens arrays (SML) are formed and bonded together. At that time, in the formation of each SML, in order to cope with high definition, it is necessary to strictly control the control of the thickness of the cover glass and the optical resin more than the normal SML.
[0027]
Referring to FIG. 4, a basic configuration and problems to be solved when DML is formed on the counter substrate side are shown. As shown in the figure, the liquid crystal display element (liquid crystal panel) has a laminated structure in which the driving substrate 10 and the counter substrate 20 are joined to each other with a sealing material 31 and the liquid crystal 30 is sealed in the gap therebetween. The driving substrate 10 is configured by using a glass substrate 11, and on the surface thereof, pixels 12 including switching elements such as thin film transistors and pixel electrodes are integrated and formed in a matrix. Each pixel 12 is partitioned by a grid-like black matrix 13.
[0028]
On the counter substrate 20, a dual microlens array DML, a counter electrode (not shown), and the like are formed. DML is held between the glass substrate 21 and the cover glass 22, and has a laminated structure in which a low refractive index resin 23, a high refractive index resin 24, and a low refractive index resin 25 are stacked. Examples of the low refractive index resin include fluorine-based, silicon-based, and acrylic resins. High refractive index resins include acrylic, epoxy and thiourethane. A first ML (condensing lens) is formed at the interface between the low refractive index resin layer 23 and the high refractive index resin layer 24, and a second ML (field lens) is interposed between the high refractive index resin layer 24 and the low refractive index resin layer 25. Is formed.
[0029]
When the pixel pitch becomes narrower as the pixel becomes higher in definition, the distance between the second ML principal point and the surface of the cover glass 22 (1), and the distance between the first ML principal point and the second ML principal point (2) ▼, It is important to control and improve the alignment accuracy (3) of the first ML and the second ML. These parameters (1), (2) and (3) determine the light condensing rate of the DML. Of these, the distance {circle around (2)} between the first ML principal point and the second ML principal point must be strictly controlled in order to realize the action of the field type DML itself.
[0030]
FIG. 5 is a graph showing the dependence of the light collection rate on the parameter (1) (distance between the second ML principal point and the cover glass surface). This light condensing rate is expressed by the effective aperture ratio of the pixel. As is apparent from the graph, the light collection efficiency increases when the parameter (2) is approximately within 5 μm. At a minimum, it is preferable to keep parameter (2) within 10 μm. For this reason, the second ML cover glass 22 needs to be formed very thin. Although the graph of FIG. 5 includes two curves, the DML parameters are changed, but in any case, it is preferable to keep the parameter (2) within 10 μm. The graph of FIG. 5 is data when the pixel pitch is 18 μm □ and the incident divergence angle of the light source light is 10 degrees.
[0031]
FIG. 6 is a schematic process diagram showing an embodiment of a liquid crystal display element according to the present invention. In the present liquid crystal display element, a dual microlens array is formed on the counter substrate side. First, as shown in (1), a low refractive index resin 23 in which a microlens surface is formed by a stamping method is disposed on the first ML substrate 21. Similarly, a low refractive index resin 25 having a microlens surface formed by a stamp method is also disposed on the second ML substrate 22. A protective film 26 serving as a polishing stopper is formed in advance between the second ML substrate 22 and the low refractive index resin layer 25. This protective film 26 is made of Al. ₂ O _Three Or a-DLC film, which functions as a stopper when the second ML substrate 22 is polished in a later step, and ensures polishing uniformity. Al ₂ O _Three If the a-DLC film is transparent and about 100 nm or more is formed, it becomes an effective stopper. The protective film 26 having the stopper function can be formed by sputtering or PECVD. The stopper layer is not necessarily transparent. For example, a-Si or the like may be formed with a thickness of about 1 μm. The shape of the microlens surface formed on each of the low refractive index resin layers 23 and 25 is an aspherical shape (ellipsoidal shape) in which the radius of curvature and the aspherical constant are determined so as to obtain the highest light collection efficiency in accordance with the pixel pitch. Or a hyperboloid).
[0032]
Next, as shown in (2), a sealing material 27 made of an epoxy resin or an acrylic resin is applied to one of the first ML substrate 21 or the second ML substrate 22 along the outer periphery, and the alignment marks on both substrates are overlapped. Match. The epoxy resin or acrylic resin constituting the sealing material 27 is a UV curing type or a combination of UV curing and heat curing. In the resin constituting the sealing material 27, a spacer such as a glass fiber or a plastic bead is used in advance so that the distance between the main point of the first ML and the main point of the second ML matches the focal length of the second ML. It mixes by weight ratio 1-5%. For example, in the case of a pixel with a pitch of 18 μm, the focal length of the first ML is about 65 μm in terms of air, the lens focal length of the second ML is also about 40 μm in terms of air, and both aspheric constants are about K = −1.3 (low refraction) The refractive index of the refractive index resin is 1.41 to 1.45, and the refractive index of the high refractive index resin is 1.60 to 1.66). In this case, the distance between the principal point of the first ML and the principal point of the second ML is about 40 μm in terms of air in order to satisfy the condition of the field arrangement. Therefore, when the refractive index of the high refractive index resin to be filled in the subsequent process is 1.60, the thickness of the sealing material 27 is determined so that the actual thickness is about 40 / 1.6 = 25 μm. Specifically, the particle size of the plastic beads mixed in the sealing material 27 may be about 25 μm− (D1 + D2). Actually, it is necessary to take into account the dent when the resin is pressed.
[0033]
Subsequently, as shown in (3), the high refractive index resin 24 is vacuum-injected between the first ML substrate 21 and the second ML substrate 22 bonded to each other via the sealing material 27, thereby forming a dual microlens array. Form. In the example where the pixels have a pitch of 14 μm, the alignment accuracy of the first ML substrate 21 and the second ML substrate 22 is preferably within ± 1.0 μm. The high refractive index resin 24 filled between the first ML substrate 21 and the second ML substrate 22 is cured by heat treatment. When a UV curable resin is used, it is cured by irradiating with ultraviolet rays. In some cases, it may be held between the first ML substrate 21 and the second ML substrate 22 in a liquid state.
[0034]
Subsequently, as shown in (4), the second ML substrate 22 is removed by polishing or grinding until the protective film 26 that functions as a stopper is reached. The polishing of the second ML substrate 22 is, for example, Ce ₂ O _Three It can be performed by a CMP method using the above. When an a-Si film is used as the protective film 26, the a-Si film can be removed by further polishing with silica after the stopper is exposed on the surface by polishing. In this way, a structure in which DML is formed on the counter substrate side is obtained. By performing polishing using the protective film as a stopper, the second ML substrate (cover glass) can be completely removed, and the uniformity of polishing is increased, so that the light use efficiency and the image quality are improved.
[0035]
Finally, as shown in (5), the counter electrode 28 is formed on the surface of the protective film 26 exposed by polishing, so that the counter substrate 20 integrated with DML is obtained. When the drive substrate 10 is bonded to the counter substrate 20 via the sealing material 31 and the liquid crystal 30 is sealed in the gap between the two, the liquid crystal display element is completed. A switching element such as a thin film transistor (TFT) and a pixel electrode are integrated in advance on the surface of the driving substrate 10.
[0036]
As described above, the liquid crystal display element according to the present invention includes at least a driving substrate 10 on which a pixel electrode and a switching element for driving the pixel electrode are formed, at least a counter substrate 20 on which a counter electrode 28 is formed, and a predetermined substrate. And a liquid crystal layer 30 disposed between the substrates 10 and 20 joined so that the pixel electrode and the counter electrode 28 face each other with a gap therebetween. At least the counter substrate 20 incorporates a microlens array in which microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to each pixel electrode. As a feature, this microlens array has a back surface and a flattened surface which are substantially bonded to the first ML substrate 21 constituting the counter substrate 20. A counter electrode 28 is formed on the planarized surface via a protective film 26. In the microlens array, a protective film 26 formed in advance on a carrier (second ML substrate 22) is bonded to the flattened surface of the microlens array, and then the carrier (second ML substrate 22) is removed to remove the protective film 26. The counter electrode 28 is formed on the exposed protective film 26. As described above, the protective film 26 is made of Al. ₂ O _Three , A-DLC, TiO ₂ , SiN, Si, or the like. In the present embodiment, the microlens array is a dual microlens array having a double structure. The microlens array has a first microlens functioning as a condensing lens on the side far from the liquid crystal layer 30 and a side near the liquid crystal layer 30. The second microlens functions substantially as a field lens. The distance between the principal point of the second microlens and the liquid crystal layer 30 is set to 10 μm or less.
[0037]
FIG. 7 is a manufacturing process diagram showing a reference example of a liquid crystal display element. Parts corresponding to those of the liquid crystal display element according to the present invention shown in FIG. 6 are given corresponding reference numerals for easy understanding. The difference is that a protective film functioning as a polishing stopper is not interposed between the second ML substrate (cover glass) 22 and the low refractive index resin 25. As shown in the drawing, the first ML substrate 21 and the second ML substrate 22 are arranged to face each other in the step (1), and the first ML substrate 21 and the second ML substrate 22 are joined by the sealing material 27 in the step (2). A high refractive index resin 24 is filled between the first ML substrate 21 and the second ML substrate 22 bonded to each other in the step (3) to form a dual microlens array.
[0038]
Subsequently, in step (4), the second ML substrate (cover glass) 22 is ground or polished. As described above, if the thickness of the cover glass is reduced to about 10 μm, the distance between the principal point of the second ML and the surface of the cover glass in contact with the liquid crystal layer can be set to approximately 5 μm or less in terms of air. However, if it is attempted to polish to about 10 μm without using any stopper, it is often slanted as shown in (4 ′) because it is too thin. Alternatively, cracks are likely to occur during the polishing process. When polished in this manner, the light collection efficiency varies, and the boundary between the glass and the resin is reflected at the time of image projection, and the image quality is significantly deteriorated. After forming a counter electrode (not shown) made of ITO or the like on the surface of the second ML substrate 22 polished in the subsequent step (5), it is joined to the drive substrate 10 and the liquid crystal 30 is sealed between them. If the liquid crystal panel is formed in a state where the thickness of the second ML substrate 22 is not uniformly polished, the boundary between the cover glass 22 and the low refractive index resin layer 25 is reflected at the time of image projection, and the image quality is remarkably deteriorated. There is a fear.
[0039]
FIG. 8 is a process diagram showing a manufacturing process of the liquid crystal display element according to the present invention. This embodiment also has a structure in which DML is integrated on the counter substrate side. In this embodiment, the manufacturing method of the single microlens array (SML) shown in FIG. 1 is applied to the manufacturing method of the dual microlens array (DML). First, as shown in (1), a first microlens surface arranged two-dimensionally on the surface of the optical resin layer 23a arranged on the first carrier 21 is formed. Further, the unevenness of the first microlens surface is filled with an optical resin 23 having a refractive index different from that of the optical resin layer 23a, and the surface thereof is flattened to form a first microlens array. In the case of this embodiment, the optical resin 23 that fills the unevenness of the microlens surface has a low refractive index of about 1.4. The surface of the optical resin 23 can be flattened by the flat stamper method, spin coating method or spray method described above. Similarly, a second microlens surface disposed two-dimensionally is formed on the surface of the optical resin layer 25a disposed on the second carrier 22. The unevenness of the second microlens surface is filled with an optical resin 25 having a refractive index different from that of the optical resin layer 25a, and the surface thereof is flattened to form a second microlens array. This optical resin 25 also has a refractive index of about 1.4. The surface of the optical resin 25 in which the unevenness of the microlens surface is filled is flattened by the above-described stamper method or spin coating method. A protective film 26 that functions as a polishing stopper is formed between the underlying optical resin layer 25a and the carrier 22 in advance.
[0040]
Proceeding to step (2), the sealing material 27 is applied along the outer periphery of one of the carriers 21 and 22, and the two are aligned and overlapped with reference to the alignment mark. A spacer such as high-precision fiber plastic is mixed so that the thickness of the sealing material 27 is 10 μm or less. Subsequently, the process proceeds to step (3), and the planarized surface of the first microlens array and the second microlens array in a state where the first microlens surface and the second microlens surface are aligned with each other. The two microlens arrays are integrated by joining the flattened surfaces of the two. As a result, a gap corresponding to the thickness of the sealing material 27 is formed between the carrier 21 and the carrier 22.
[0041]
Thereafter, the process proceeds to the step (4), and a liquid high refractive index resin 24 having a refractive index of about 1.6 is injected into the gap defined by the thickness of the sealing material 27. Further, the high refractive index resin 24 is cured by heating to complete a dual microlens array. The high refractive index resin 24 injected into the gap is cured at a very slow speed so that no stress remains. Further, the carrier 22 is polished and removed using the preliminarily formed protective film 26 as a stopper to expose the surface of the protective film 26. A counter electrode made of ITO or the like is formed on the exposed surface of the protective film 26 to form the counter substrate 20. Finally, as shown in (5), the counter substrate 20 and the drive substrate 10 prepared in advance are bonded, and liquid crystal is sealed between them to complete the panel.
[0042]
In the present embodiment, a microlens array that has been planarized in advance is bonded to each other, whereby a dual microlens array structure that is accurate and does not include stress can be obtained.
[0043]
FIG. 9 is a reference diagram showing a general configuration of a liquid crystal display element having a DML structure in which microlens arrays are separately arranged on the counter substrate side and the drive substrate side, respectively. As shown in the figure, this liquid crystal display element has a panel structure in which the driving substrate 10 and the counter substrate 20 are joined by a sealing material 31 and the liquid crystal 30 is held between them. The counter substrate 20 is configured using a glass substrate 21 and a cover glass 22, and a first ML disposed on the incident side that functions as a condenser lens is interposed therebetween. The first ML is composed of a stack of resins 23 and 24 having different refractive indexes.
[0044]
The drive substrate 10 is basically composed of a TFT substrate 11 on which thin film transistors and pixel electrodes are integrated. The TFT substrate 11 is usually thinned by polishing or the like, and pixels 12 are integrated and formed on the surface thereof. The pixels 12 are partitioned by a black matrix 13 arranged in a grid pattern. A second ML that functions as a field lens is interposed between the TFT substrate 11 and the auxiliary substrate 14 on the back side. The second ML is also formed of resin layers 15 and 16 having different refractive indexes.
[0045]
The functionally important parameters of the liquid crystal panel having the DML structure are the thickness (1) of the TFT substrate 11 after polishing, the distance (2) between the first ML principal point and the second ML principal point, the first ML, The alignment accuracy of the second ML is (3). The parameter {circle around (2)} is a so-called field arrangement so that the distance between the first ML principal point and the second ML principal point matches the focal length of the second ML. In practice, even if there is a deviation of about 10% between the distance between the principal points and the distance between the principal points of the second ML, the second ML acts as a substantially field lens. Therefore, the parameter (1) needs to be as thin as possible, and the thickness of the TFT substrate 11 after polishing is about 10 to 50 μm. However, cracks and chips are likely to occur during the polishing process. In addition, distortion and wrinkles are likely to occur due to shrinkage when the resin is cured during the manufacturing process of the second ML, which is a problem to be solved. The present invention solves such a problem by utilizing the above-described planarization technique.
[0046]
In order to improve the luminance of the liquid crystal projector, the structure in which the microlens array is formed on both the driving substrate and the counter substrate shown in FIG. 9 is more suitable than the structure in which the DML is formed on the counter substrate side. When the DML is formed on the counter substrate side, although the light is condensed, it is inevitably disposed in an ineffective area such as a black matrix surrounding the pixel portion on the driving substrate side. This amount leads to a decrease in the effective aperture ratio. On the other hand, in the structure in which the DML shown in FIG. 9 is divided and arranged on both the substrates, the first ML is focused as short as possible so that a large amount of light source light can pass through the pixel opening on the TFT substrate side. . On the other hand, the second ML has a field arrangement in which the second ML principal point is separated from the principal point of the first ML by the focal distance with the TFT substrate in between, so that the light divergence angle can be controlled, and the light from the projection lens is scattered. It is possible to prevent.
[0047]
FIG. 10 is a manufacturing process diagram showing an embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention. In this embodiment, a DML structure is obtained by forming a microlens array on each of the drive substrate and the counter substrate. First, in step (1), a TFT substrate 11 on which TFTs and pixel electrodes are integrated is prepared. In the figure, only the black matrix 13 for partitioning individual pixels is shown, and the TFTs and pixel electrodes are not shown.
[0048]
Proceeding to the step (2), the base glass 40 is bonded to the surface of the TFT substrate 11 via the adhesive 41. For example, wax can be used as the adhesive 41. Furthermore, it progresses to a process (3) and the back surface of the TFT substrate 11 is grind | polished in the state hold | maintained by the base glass 40, and thickness is made into 20 micrometers or less.
[0049]
Then, it progresses to a process (4) and the glass substrate 14 with which 2nd ML was formed previously is prepared. The second ML has a structure in which resins 15 and 16 having different refractive indexes are laminated, and the surface of the resin 16 is flattened by a flat stamper or spin coating. A sealing material 18 is applied along the outer periphery of the back surface of the polished TFT substrate 11. The thickness of the sealing material 18 is 2 to 3 μm.
[0050]
Proceeding to the step (5), the TFT substrate 11 and the glass substrate 14 are bonded in a state where the pixels formed on the TFT substrate 11 side and the second ML formed on the glass substrate 14 side are aligned. A transparent adhesive 19 is filled between the joined substrates to join them together. By joining the flattened surface of the second ML to the back surface of the polished TFT substrate 11, stress that has been a problem in the past can be removed. In this way, the driving substrate 10 integrated with the second ML is obtained in the step (5). Thereafter, the unnecessary base glass 40 is removed, and an adhesive such as wax remaining on the surface of the TFT substrate 11 is peeled off.
[0051]
Finally, in step (6), a counter substrate 20 in which the first ML is integrated in advance is prepared. The counter substrate 20 has a configuration in which a first ML composed of a laminate of resins 23 and 24 having different refractive indexes is held between a glass substrate 21 and a cover glass 22. The driving substrate 10 integrated with the second ML and the counter substrate 20 integrated with the first ML are joined together, and liquid crystal is sealed between them, thereby completing the liquid crystal display element. The first ML built in the counter substrate 20 functions as a condenser lens, and the second ML formed on the drive substrate 10 functions as a field lens.
[0052]
As described above, the liquid crystal display element shown in FIG. 10 includes at least a driving substrate 10 on which a pixel electrode and a switching element for driving the pixel electrode are formed, a counter substrate 20 on which at least a counter electrode is formed, and a predetermined substrate. And a liquid crystal layer disposed between the substrates 10 and 20 joined so that the pixel electrode and the counter electrode face each other with a gap therebetween. At least the driving substrate 10 incorporates a microlens array in which microlenses are two-dimensionally arranged corresponding to each pixel electrode. The microlens array (second ML) includes a first optical resin layer 15 having a first refractive index and a two-dimensionally arranged microlens surface, and a microlens having a second refractive index. It has a laminated structure composed of the second optical resin layer 16 that fills the surface irregularities and has a flattened surface. The microlens array (second ML) is bonded to the back surface of the TFT substrate 11 via the flattened surface of the second optical resin layer 16. In this microlens array (second ML), the surface of the second optical resin layer 16 is flattened by embedding the microlens surface of the first optical resin layer 15 with resin and then pressing it with a stamper having a flat surface. In some cases, planarization using a polishing technique may be performed instead of the stamper. That is, a first optical resin layer and a carrier layer on which a protective film is formed in advance are bonded through a predetermined gap, and a liquid resin is filled in the gap and then cured to form a second optical resin layer. Then, the planarizing layer may be removed to expose the protective film, and the planarized surface of the second optical resin layer may be used. In the present embodiment, the microlens array (first ML) is also disposed on the counter substrate 20 so as to be aligned with the microlens array (second ML) disposed on the drive substrate, and one of them functions as a condenser lens. The other functions as a field lens. The TFT substrate 11 constituting the driving substrate 10 is polished from the back side to be thinned, and the surface of the flattened second optical resin layer 16 of the microlens array (second ML) is a polished TFT. Bonded to the back surface of the substrate 11.
[0053]
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a finished product state of the liquid crystal display element shown in FIG. A partially enlarged view of the cross-sectional view shown in (A) is shown in (B). As described above, the second ML is bonded to the polished back surface of the TFT substrate 11 through the thin adhesive 19. Here, a particularly important point is that the surface of the second ML that has been flattened in advance is bonded to the back surface of the TFT substrate 11 that has been thinned with an extremely thin adhesive 19. For example, for a 0.7-inch SVGA TFT substrate with a pixel pitch of 18 μm, if the first ML has a focal length of about 35 μm in terms of air and the second ML has a focal length of about 42 μm in terms of air, the first ML The distance between the principal point and the interface of the liquid crystal 30 is about 20 μm in terms of air, the thickness of the liquid crystal layer 30 is 2 μm in terms of air, and the distance between the interface of the liquid crystal layer 30 and the principal point of the second ML is in terms of air. About 20 μm. In this case, the thickness of the TFT substrate 11 is reduced to an actual thickness of about 27 μm by polishing. It is about 18 μm in terms of air. When it becomes thin like this, when the high refractive index resin 16 is solidified by UV curing or heat curing in the state of being in contact with the TFT substrate as in the prior art, distortion occurs due to stress. This distortion also adversely affects image quality. Therefore, in the present invention, when the second ML is bonded to the back surface of the TFT substrate 11, the surface of the second ML is planarized in advance, thereby suppressing the occurrence of stress.
[0054]
As shown in (B), the thickness of the resin 16 constituting the second ML is different as shown by Iroha. If the surface of the resin layer 16 is bonded to the TFT substrate 11 in a state where the surface is not flattened, the shrinkage volume at the time of curing is locally different and distortion is likely to occur.
[0055]
FIG. 12 is a manufacturing process diagram showing still another embodiment of the liquid crystal display element according to the present invention. Also in this embodiment, a DML structure in which a microlens array is integrally formed on each of the drive substrate and the counter substrate is created. First, as shown in (1), a finished product of the liquid crystal panel 50 is prepared. This is a laminated structure in which the counter substrate 20 and the TFT substrate 11 are bonded and the liquid crystal 30 is held between them. The counter substrate 20 has a thickness of 1.1 mm, for example, and incorporates the first ML in advance. On the other hand, the TFT substrate 11 has a thickness of 0.8 mm to 1.2 mm, and TFTs and pixel electrodes are integrated.
[0056]
Proceeding to step (2), a jig 40 made of soda-lime glass or the like is bonded to the counter substrate 20 side with wax. Further, the process proceeds to step (3), and the back surface of the TFT substrate 11 is polished with the panel held by the jig 40. The thickness after polishing is processed to be about 10 to 20 μm.
[0057]
Proceeding to step (4), the sealing material 18 is applied to the back side of the polished TFT substrate 11. At the same time, a glass substrate 14 on which the second ML is formed in advance is prepared. The second ML has a laminated structure of optical resins 15 and 16 having different refractive indexes. Furthermore, it progresses to a process (5), and after aligning with the liquid crystal panel side and the glass substrate 14 side, it mutually joins via the adhesive agent 18. FIG. As a result, the glass substrate 14 in which the second ML is integrated is bonded to the polished back surface of the TFT substrate 11 to form the drive substrate 10. Further, a high refractive index resin 19 is injected into the gap between the TFT substrate 11 and the planarized second ML surface. Finally, in step (6), the jig 40 that is no longer needed is removed. As described above, the counter substrate 20 in which the first ML is formed and the driving substrate 10 in which the second ML is incorporated are bonded to each other, and a panel in which the liquid crystal 30 is held between them is completed. The surface of the second ML is flattened, and the thickness of the resin layer 19 is as thin as the liquid crystal layer. Thereby, it is possible to prevent stress due to shrinkage during resin curing.
[0058]
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing optical characteristics of a liquid crystal display element in which a microlens array is formed on each of a counter substrate and a driving substrate. A condensing lens surface is arranged on the counter substrate side, and a lens surface having a field function is arranged on the TFT substrate side. The liquid crystal panel according to this example includes a TFT substrate 50B, and a counter substrate 50A disposed opposite to the light incident surface side of the TFT substrate 50B with a liquid crystal layer 45 interposed therebetween.
[0059]
The counter substrate 50A includes a glass substrate 41, a resin layer 43A, a first microlens array 42A, and a thinned counter substrate 44A in order from the light incident side. On the other hand, the TFT substrate 50B includes a pixel electrode 46 and a black matrix 47, a thinned TFT substrate 44B, a second microlens array 42B, a resin layer 43B, and a glass substrate 48 in order from the light incident side. have.
[0060]
The first microlens array 42A is made of an optical resin and has a plurality of first microlenses 42M-1 provided two-dimensionally corresponding to the pixel electrodes 46. Each micro lens 42M-1 has a first lens surface R1 having a positive power and functions as a condensing lens. In this example, the refractive index n1 of the resin layer 43A and the refractive index n2 of the first microlens array 42A satisfy the relationship of n2> n1, and the first lens surface R1 is on the light incident side (light source side). It has a convex shape.
[0061]
Similarly to the first microlens array 42A, the second microlens array 42B is also made of an optical resin, and a plurality of second microlenses 42M- are provided two-dimensionally corresponding to the pixel electrodes 46. 2 has. Each micro lens 42M-2 has a second lens surface R2 having a positive power and functions as a field lens. That is, the focal position for the second lens surface R2 substantially coincides with the principal point position for the first lens surface R1 (first microlens 42M-1) (dotted line optical path). In this example, the refractive index n4 of the resin layer 43B is larger than the refractive index n3 of the second microlens array 42B, and the second lens surface R2 has a convex shape on the light emission side.
[0062]
In this example, the pixel aperture has a dual microlens structure in which the pixel aperture is located between the two microlenses 42M-1 and 42M-2 (between the two lens surfaces R1 and R2). The focal position of the combination of the two microlenses 42M-1 and 42M-2 on the optical axis 60 is located near the pixel aperture (solid line optical path). The alignment between the synthesized focal position and the pixel aperture can be controlled by adjusting the thickness between the microlenses 42M-1 and 42M-2 and the pixel aperture, for example. Although this configuration has the best effective aperture ratio, the difficulty of workability has been considered to be the highest. The present invention overcomes the difficulty of workability and realizes the illustrated dual microlens structure.
[0063]
FIG. 14 is a schematic perspective view showing the overall configuration of the liquid crystal display element according to the present invention. The liquid crystal display element having this panel structure is characterized in that it is small and high definition. As shown in the figure, in this liquid crystal panel, a liquid crystal 30 is held between a driving substrate 10 and a counter substrate 20 which are bonded together with a predetermined gap. As described above, the microlens ML that functions as a condenser lens is formed on the counter substrate 20. On the other hand, the driving substrate 10 is integrated with a microlens ML that functions as a field lens.
[0064]
A scanning line 104 and a signal line 105 which are orthogonal to each other are provided on the inner surface of the driving substrate 10. Thin film transistors (TFTs) constituting pixel electrodes 106 and pixel switches are arranged in a matrix at each intersection. Further, although not shown, an alignment film subjected to a rubbing process is also formed on the inner surface of the driving substrate 10. On the other hand, a counter electrode 112 is formed on the inner surface of the counter substrate 20. Although not shown, the inner surface of the counter electrode 112 is similarly provided with an alignment film that has been subjected to a rubbing process.
[0065]
Polarizers 110 and 111 are arranged on the outer sides of the drive substrate 10 and the counter substrate 20 bonded to each other with a gap therebetween. A TFT is selected via the scanning line 104 and a signal is written to the pixel electrode 106 via the signal line 105. A voltage is applied between the pixel electrode 106 and the counter electrode 112, and the liquid crystal 30 rises. This is taken out as a change in the amount of transmitted white light by the pair of crossed Nicols polarizing plates 110 and 111, and a desired image is displayed. If this display screen is projected forward by the enlarged projection optical system and projected on the screen, it becomes a projector. At that time, in the present invention, since a dual microlens structure in which a condensing lens and a field lens are combined is adopted, the utilization efficiency of light source light is improved, and a screen with high luminance can be obtained.
[0066]
FIG. 15 is a schematic diagram showing a projection apparatus incorporating the liquid crystal panel shown in FIG. The projection apparatus shown in this figure is a so-called three-plate system that performs color image display using three transmissive liquid crystal panels. Each liquid crystal panel incorporates a microlens array according to the present invention. This projection type liquid crystal display device is provided between a light source 211 that emits light, a pair of first and second multi-lens array integrators 212 and 213, and multi-lens array integrators 212 and 213, and an optical path (optical axis 210). And a total reflection mirror 214 disposed so as to be bent approximately 90 degrees toward the second multi-lens array integrator 213 side. In the multilens array integrators 212 and 213, a plurality of microlenses 212M and 213M are two-dimensionally arranged, respectively. The multi-lens array integrators 212 and 213 are for uniformizing the illuminance distribution of light, and have a function of dividing incident light into a plurality of small light beams.
[0067]
The light source 211 emits white light including red light, blue light, and green light, which is necessary for color image display. The light source 211 includes a light emitting body (not shown) that emits white light and a concave mirror that reflects and collects light emitted from the light emitting body. As the light emitter, for example, a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, or the like is used. The concave mirror preferably has a shape with good light collection efficiency, and has a rotationally symmetric surface shape such as a spheroidal mirror or a parabolic mirror.
[0068]
The projection type liquid crystal display device further includes a PS combining element 215, a condenser lens 216, and a dichroic mirror 217 in order on the light emission side of the second multi-lens array integrator 213. The dichroic mirror 217 has a function of separating incident light into, for example, red light LR and other color lights.
[0069]
The PS combining element 215 is provided with a plurality of half-wave plates 215A at positions corresponding to adjacent microlenses in the second multi-lens array integrator 213. The PS combining element 215 has a function of separating incident light L0 into two types of polarized light L1 and L2 (P-polarized component and S-polarized component). The PS combining element 215 also emits one polarized light L2 of the two separated polarized lights L1 and L2 from the PS combining element 215 while maintaining its polarization direction (for example, P-polarized light). The polarized light L1 (for example, S-polarized component) is converted into another polarized component (for example, P-polarized component) by the action of the half-wave plate 215A and emitted.
[0070]
The projection type liquid crystal display device further includes a total reflection mirror 218, a field lens 224R, and a liquid crystal panel 225R in order along the optical path of the red light LR separated by the dichroic mirror 217. The total reflection mirror 218 reflects the red light LR separated by the dichroic mirror 217 toward the liquid crystal panel 225R. The liquid crystal panel 225R has a function of spatially modulating the red light LR incident through the field lens 224R according to an image signal.
[0071]
The projection type liquid crystal display device further includes a dichroic mirror 219 along the optical path of the other color light separated by the dichroic mirror 217. The dichroic mirror 219 has a function of separating incident light into, for example, green light and blue light.
[0072]
The projection type liquid crystal display device further includes a field lens 224G and a liquid crystal panel 225G in order along the optical path of the green light LG separated by the dichroic mirror 219. The liquid crystal panel 225G has a function of spatially modulating the green light LG incident through the field lens 224G according to an image signal.
[0073]
The projection type liquid crystal display device further includes a relay lens 220, a total reflection mirror 221, a relay lens 222, a total reflection mirror 223, and a field lens along the optical path of the blue light LB separated by the dichroic mirror 219. 224B and a liquid crystal panel 225B are sequentially provided. The total reflection mirror 221 reflects the blue light LB incident through the relay lens 220 toward the total reflection mirror 223. The total reflection mirror 223 reflects the blue light LB reflected by the total reflection mirror 221 and incident through the relay lens 222 toward the liquid crystal panel 225B. The liquid crystal panel 225B has a function of spatially modulating the blue light LB reflected by the total reflection mirror 223 and incident through the field lens 224B in accordance with the image signal.
[0074]
The projection type liquid crystal display device further includes a cross prism 226 having a function of combining the three color lights LR, LG, LB at a position where the optical paths of the red light LR, the green light LG, and the blue light LB intersect. . The projection type liquid crystal display device further includes a projection lens 227 for projecting the combined light emitted from the cross prism 226 toward the screen 228. The cross prism 226 has three entrance surfaces 226R, 226G, and 226B and one exit surface 226T. Red light LR emitted from the liquid crystal panel 225R is incident on the incident surface 226R. The green light LG emitted from the liquid crystal panel 225G is incident on the incident surface 226G. Blue light LB emitted from the liquid crystal panel 225B is incident on the incident surface 226B. The cross prism 226 combines the three color lights incident on the incident surfaces 226R, 226G, and 226G and outputs the combined light from the output surface 226T.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to omit a cover glass that has been conventionally required in a single microlens array (SML), a dual microlens array (DML), and the like. Contributes to thinning. Further, it is possible to reduce mechanical stress by flattening the surface of the microlens array and mounting it on the liquid crystal panel. As described above, a highly efficient and highly accurate microlens array can be manufactured, and improvement in yield and performance can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing a method of manufacturing a microlens array according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing a microlens array according to the present invention.
FIG. 3 is a process diagram showing a main part of a method for manufacturing a microlens array according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a reference example of a dual microlens array.
FIG. 5 is a graph showing optical characteristics of the microlens array shown in FIG.
FIG. 6 is a manufacturing process diagram showing a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 7 is a manufacturing process diagram showing a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 8 is a manufacturing process diagram showing a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view showing a reference example of a conventional liquid crystal display element.
FIG. 10 is a manufacturing process diagram showing a liquid crystal display element according to the present invention;
11 is an enlarged view of the liquid crystal display element shown in FIG.
FIG. 12 is a manufacturing process diagram showing a liquid crystal display element according to the present invention;
FIG. 13 is a schematic diagram showing optical characteristics of the liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 14 is a perspective view showing an overall configuration of a liquid crystal display element according to the present invention.
FIG. 15 is a schematic diagram showing an example of a projection apparatus according to the present invention.
FIG. 16 is a process diagram showing a conventional method of manufacturing a microlens array.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glass substrate, 2 ... 1st optical resin layer, 3 ... Protective film, 4 ... Carrier layer, 5 ... Sealing material, 6 ... 2nd optical resin layer, 7 *・・ Transparent electrode, 10 ... Drive substrate, 11 ... TFT substrate, 12 ... Pixel, 13 ... Black matrix, 20 ... Counter substrate, 21 ... Glass substrate, 22 ... Cover glass, 23 ... optical resin layer, 24 ... optical resin layer, 25 ... optical resin layer, 30 ... liquid crystal, 31 ... sealing material

Claims

A patterning step of forming a plurality of two-dimensionally arranged microlens surfaces on the surface of the first optical resin layer having a first refractive index disposed on a transparent substrate;
A bonding step of bonding a carrier layer on which a protective film having a stopper function that is transparent in advance and formed on a surface of the first optical resin layer on which the microlens surface is formed , through a predetermined gap ;
A planarization step of filling the gap with a liquid resin and then curing, filling the irregularities of the microlens surface with a resin having a second refractive index, and forming a second optical resin layer having a planarized surface; ,
A method for producing a microlens array, comprising: removing the carrier layer by grinding or polishing using the protective film as a stopper to leave only the protective film on the second optical resin layer.

The method of manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein the protective film is formed of SiO ₂ , SiN, a-DLC, or Al ₂ O ₃ .