JP6237070B2 - マイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、および電子機器に関する。

素子基板と対向基板との間に電気光学物質（例えば、液晶など）を備えた電気光学装置が知られている。電気光学装置として、例えば、プロジェクターの液晶ライトバルブとして用いられる液晶装置などを挙げることができる。このような液晶装置においては、高い光利用効率を実現することが求められている。

そこで、例えば、液晶装置の素子基板および対向基板の少なくとも一方にマイクロレンズアレイ基板を備え、液晶装置に入射する光のうち遮光層で遮光されてしまう光をマイクロレンズで集光して画素の開口領域内に入射させることにより、液晶装置の実質的な開口率の向上を図る構成が知られている。マイクロレンズアレイ基板は、石英や無機ガラスなどからなる基板の表面に設けられた複数の凹部を、基板と異なる屈折率を有するレンズ層で覆い凹部を埋め込むことにより形成される（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板では、基板の凹部（窪み）が高屈折接着剤からなるレンズ層で埋め込まれる。基板にマスク層を介して等方性エッチング処理を施して凹部を形成する際には、基板とエッチング液とが反応して生成される不要物が凹部中の基板表面に蓄積される。そのため、凹部中に蓄積される不要物が基板表面を覆うとともにエッチング液の循環を阻害することにより、凹部の周縁部が略球面状となるのに対して凹部の中央部は略平坦な形状となり、この状態でエッチングの進行が停止する。

特開２００４−４７４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のようにマイクロレンズ（凹部）の周縁部が略球面状であると、凹部の中央部を通る断面において周縁部の接線と基板の表面とがなす角度は９０°に近くなる。そのため、基板の表面の法線方向に沿ってマイクロレンズ（凹部）の周縁部に入射する光は、基板とレンズ層との屈折率の差により法線方向に対して大きく屈折することとなる。その結果、マイクロレンズの周縁部で屈折する光の角度が、対応する画素の領域内に入射できる角度よりも大きくなると、隣の画素との間に配置された遮光層で遮光されてしまい、光の利用効率が所望のように向上せず液晶装置の表示が明るくならないおそれがある。また、マイクロレンズの周縁部で屈折する光の角度が大きくなると、マイクロレンズを通過して液晶層に入射する光の液晶の配向方向に対する角度が、中央部と周縁部とで大きくばらつくこととなり、液晶装置のコントラストの低下を招くおそれがある。

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

［適用例１］本適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、透光性を有し、第１面に複数の画素に対応するように複数の凹部が設けられた基板と、前記基板の前記第１面に前記複数の凹部を埋め込むように設けられた、前記基板の屈折率とは異なる屈折率を有するレンズ層と、を備え、前記複数の凹部の各々は、中央部に配置された平坦部と、前記平坦部を囲むように配置された曲面部と、前記曲面部を囲むように配置され前記基板の前記第１面に接続された周縁部と、を有し、前記中央部を通る断面において前記周縁部と前記第１面とがなす角度は、前記曲面部を前記第１面側へ延長した仮想曲面と前記第１面とがなす角度よりも小さいことを特徴とする。

本適用例の構成によれば、基板の屈折率とは異なる屈折率を有するレンズ層で複数の凹部を埋め込むことにより、複数のマイクロレンズが構成される。基板の第１面の法線方向に沿って各マイクロレンズ（凹部）に入射する光のうち、平坦部に入射する光は屈折せずにそのままマイクロレンズを通過して画素の開口領域に入射する。平坦部の周囲に入射する光は、曲面部で集光されて画素の開口領域内に入射する。また、曲面部の周囲に入射する光は、周縁部で屈折または集光されて画素の開口領域内に入射する。したがって、第１面の法線方向に沿ってマイクロレンズの中央部よりも外側に入射し、そのまま進むと画素の開口領域に入射しない光も画素の開口領域に入射するため、光の利用効率が向上する。

ここで、周縁部と第１面とがなす角度は、曲面部を第１面側へ延長した仮想曲面と第１面とがなす角度よりも小さい。すなわち、周縁部が略球面状である場合と比べて、周縁部と第１面とがなす角度が小さくなるため、周縁部での過度の屈折が抑えられ、隣の画素との間に配置された遮光層で遮光されてしまう光を少なくできるので、光の利用効率をより向上させることができる。また、周縁部で屈折する光の角度と曲面部で屈折する光の角度との差が小さくなるので、マイクロレンズの中央部に入射する光が屈折しないことと併せて、マイクロレンズを通過して射出される光の角度のばらつきを小さく抑えることができる。これにより、例えば、本適用例のマイクロレンズアレイ基板を備えた液晶装置において、明るい表示と良好なコントラストとを得ることが可能となる。

［適用例２］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、前記周縁部は、前記断面において前記第１面から前記曲面部に向かって傾斜する傾斜面となっていることが好ましい。

本適用例の構成によれば、凹部の中央部を通る断面において、周縁部は基板の第１面から曲面部に向かって傾斜する傾斜面、すなわちテーパー状になっている。したがって、周縁部に入射する光が屈折する角度は周縁部において略同一となる。これにより、マイクロレンズを通過して射出される光の角度のばらつきをより小さく抑えることができる。

［適用例３］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、前記平坦部は、平面視で略円形状であってもよい。

本適用例の構成によれば、平坦部が平面視で略円形状であると、平坦部の周囲に環状に集光効果のある曲面部が分布する。

［適用例４］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、前記平坦部は、平面視で略矩形状であってもよい。

本適用例の構成によれば、平坦部が平面視で略矩形状であると、平坦部の角部に集光効果のある曲面部が分布する。

［適用例５］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、前記平坦部の深さは、前記画素の対角線の長さの１／２よりも小さいことが好ましい。

本適用例の構成によれば、平坦部の深さが画素の対角線の長さの１／２よりも小さいので、画素の対角線の長さの１／２を半径とする球面状の凹部と比べて、凹部の平面積が同じでも凹部の深さを浅くできる。したがって、基板の第１面に凹部を形成する工程におけるエッチング量を少なくでき、凹部を埋めるようにレンズ層を形成する工程におけるレンズ層の堆積量を小さくできる。また、凹部の深さが浅くなることで基板の第１面と凹部との段差が小さくなるので、凹部を埋めるように形成したレンズ層の上面をＣＭＰ処理などで平坦化する工程における研磨量を少なくできる。これらにより、マイクロレンズアレイ基板の製造工程における工数や材料の使用量を低減することができる。

［適用例６］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、前記中央部を通る断面における前記平坦部の最大の長さは、前記複数の画素の配置ピッチの１０％以上であることが好ましい。

本適用例の構成によれば、中央部を通る断面における平坦部の最大の長さが複数の画素の配置ピッチの１０％以上であるので、画素の開口領域に対する平坦部の面積を大きくして、法線方向に沿ってマイクロレンズに入射する光のうち、中央部で屈折せず通過する光の量を多くできる。したがって、マイクロレンズを通過して射出される光の角度のばらつきをより一層小さく抑えることができる。

［適用例７］本適用例に係る電気光学装置は、第１の基板と、前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された電気光学層と、を備え、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方に、上記適用例のマイクロレンズアレイ基板を備えていることを特徴とする。

本適用例の構成によれば、光の利用効率を向上させることができ、かつ、周縁部で屈折する光の角度と曲面部で屈折する光の角度との差が小さいマイクロレンズアレイ基板を備えているので、明るい表示と優れたコントラストとを有する電気光学装置を提供できる。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例の電気光学装置を備えていることを特徴とする。

本適用例の構成によれば、明るい表示と優れたコントラストとを有する電子機器を提供することができる。

第１の実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略平面図。 第１の実施形態に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 第１の実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略断面図。 第１の実施形態に係るマイクロレンズの構成を示す概略平面図。 第１の実施形態に係るマイクロレンズの構成を示す概略断面図。 第１の実施形態に係るマイクロレンズの作用を説明する模式図。 第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す概略断面図。 第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す概略断面図。 第２の実施形態に係るマイクロレンズの構成を示す概略平面図。 第２の実施形態に係るマイクロレンズの構成を示す概略断面図。 第２の実施形態に係るマイクロレンズの作用を説明する模式図。 マイクロレンズの平坦部の領域の大きさと光利用効率との関係を示す図。 第３の実施形態に係る電子機器としてのプロジェクターの構成を示す概略図。 変形例１に係るマイクロレンズの構成を示す概略断面図。 従来のマイクロレンズの構成および製造方法の一例を示す概略断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大、縮小、あるいは誇張して表示している。また、説明に必要な構成要素以外は図示を省略する場合がある。

なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。

（第１の実施形態）
＜電気光学装置＞
ここでは、電気光学装置として、薄膜トランジスター（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）を画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば、後述する投射型表示装置（プロジェクター）の光変調素子（液晶ライトバルブ）として好適に用いることができるものである。

まず、第１の実施形態に係る電気光学装置としての液晶装置について、図１、図２、および図３を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略平面図である。図２は、第１の実施形態に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。図３は、第１の実施形態に係る液晶装置の構成を示す概略断面図である。詳しくは、図３は、図１のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。

図１および図３に示すように、第１の実施形態に係る液晶装置１は、第１の基板としての素子基板２０と、素子基板２０に対向配置された第２の基板としての対向基板３０と、シール材４２と、電気光学層としての液晶層４０とを備えている。図１に示すように、素子基板２０は対向基板３０よりも大きく、両基板は、対向基板３０の縁部に沿って額縁状に配置されたシール材４２を介して接合されている。

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

額縁状に配置されたシール材４２の内側には、素子基板２０に設けられた遮光層２２，２６と、対向基板３０に設けられた遮光層３２とが配置されている。遮光層２２，２６，３２は、額縁状の周縁部を有し、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物などで形成されている。額縁状の遮光層２２，２６，３２の内側は、複数の画素Ｐが配列された表示領域Ｅとなっている。画素Ｐは、例えば、略矩形状を有し、マトリックス状に配列されている。

表示領域Ｅは、液晶装置１において、実質的に表示に寄与する領域である。素子基板２０に設けられた遮光層２２，２６は、表示領域Ｅにおいて、複数の画素Ｐを平面的に区画するように、例えば格子状に設けられている。なお、液晶装置１は、表示領域Ｅの周囲を囲むように設けられた、実質的に表示に寄与しないダミー領域を備えていてもよい。

素子基板２０の第１辺に沿って形成されたシール材４２の表示領域Ｅと反対側には、第１辺に沿ってデータ線駆動回路５１および複数の外部接続端子５４が設けられている。また、その第１辺に対向する他の第２辺に沿ったシール材４２の表示領域Ｅ側には、検査回路５３が設けられている。さらに、これらの２辺と直交し互いに対向する他の２辺に沿ったシール材４２の内側には、走査線駆動回路５２が設けられている。

検査回路５３が設けられた第２辺のシール材４２の表示領域Ｅ側には、２つの走査線駆動回路５２を繋ぐ複数の配線５５が設けられている。これらデータ線駆動回路５１、走査線駆動回路５２に繋がる配線は、複数の外部接続端子５４に接続されている。また、対向基板３０の角部には、素子基板２０と対向基板３０との間で電気的導通をとるための上下導通部５６が設けられている。なお、検査回路５３の配置はこれに限定されず、データ線駆動回路５１と表示領域Ｅとの間のシール材４２の内側に沿った位置に設けてもよい。

以下の説明では、データ線駆動回路５１が設けられた第１辺に沿った方向をＸ方向とし、この第１辺と直交し互いに対向する他の２辺に沿った方向をＹ方向とする。Ｘ方向は、図１のＡ−Ａ’線に沿った方向である。遮光層２２，２６は、Ｘ方向とＹ方向とに沿った格子状に設けられている。画素Ｐは、遮光層２２，２６によって格子状に区画され、Ｘ方向とＹ方向とに沿ったマトリックス状に配列されている。

また、Ｘ方向およびＹ方向と直交し図１における上方に向かう方向をＺ方向とする。なお、本明細書では、液晶装置１の対向基板３０側表面の法線方向（Ｚ方向）から見ることを「平面視」という。

図２に示すように、表示領域Ｅには、走査線２とデータ線３とが互いに交差するように形成され、走査線２とデータ線３との交差に対応して画素Ｐが設けられている。画素Ｐのそれぞれには、画素電極２８と、スイッチング素子としてのＴＦＴ２４とが設けられている。

ＴＦＴ２４のソース電極（図示しない）は、データ線駆動回路５１から延在するデータ線３に電気的に接続されている。データ線３には、データ線駆動回路５１（図１参照）から画像信号（データ信号）Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎが線順次で供給される。ＴＦＴ２４のゲート電極（図示しない）は、走査線駆動回路５２から延在する走査線２の一部である。走査線２には、走査線駆動回路５２から走査信号Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｍが線順次で供給される。ＴＦＴ２４のドレイン電極（図示しない）は、画素電極２８に電気的に接続されている。

画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎは、ＴＦＴ２４を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線３を介して画素電極２８に所定のタイミングで書き込まれる。このようにして画素電極２８を介して液晶層４０に書き込まれた所定レベルの画像信号は、対向基板３０に設けられた共通電極３４（図３参照）との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。

なお、保持された画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎがリークするのを防止するため、走査線２に沿って形成された容量線４と画素電極２８との間に蓄積容量５が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このように、各画素Ｐの液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶の配向状態が変化する。これにより、液晶層４０（図３参照）に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。

液晶層４０を構成する液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。例えば、ノーマリーホワイトモードの場合、各画素Ｐの単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少する。ノーマリーブラックモードの場合、各画素Ｐの単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加し、全体として液晶装置１からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が射出される。

図３に示すように、第１の実施形態に係る対向基板３０は、マイクロレンズアレイ基板１０と、光路長調整層３１と、遮光層３２と、保護層３３と、共通電極３４と、配向膜３５とを備えている。

マイクロレンズアレイ基板１０は、基板１１と、レンズ層１３とを備えている。基板１１は、例えば、ガラスや石英などの光透過性を有する無機材料からなる。基板１１の液晶層４０側の面を、第１面としての上面１１ａとする。基板１１は、上面１１ａに形成された複数の凹部１２を有している。各凹部１２は、画素Ｐに対応して設けられている。凹部１２は、その中央部に配置された平坦部１２ａと、平坦部１２ａの周囲に配置された曲面部１２ｂおよび周縁部１２ｃ（図５（ａ）参照）とを有している。凹部１２の形状の詳細については後述する。

レンズ層１３は、基板１１の上面１１ａ側を覆うように設けられている。レンズ層１３は、凹部１２の深さよりも厚く形成されており、複数の凹部１２を埋め込むように形成されている。レンズ層１３は、光透過性を有し、基板１１とは異なる屈折率を有する材料からなる。より具体的には、レンズ層１３は、基板１１よりも光屈折率の高い無機材料からなる。このような無機材料としては、例えばＳｉＯＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などが挙げられる。

レンズ層１３を形成する材料で凹部１２を埋め込むことにより、凸状のマイクロレンズＭＬ１が構成される。したがって、各マイクロレンズＭＬ１は、画素Ｐに対応して設けられている。また、複数のマイクロレンズＭＬ１によりマイクロレンズアレイＭＬＡが構成される。マイクロレンズアレイ基板１０の表面、すなわちレンズ層１３の表面は、略平坦な面となっている。

光路長調整層３１は、マイクロレンズアレイ基板１０を覆うように設けられている。光路長調整層３１は、光透過性を有し、例えば、基板１１とほぼ同じ屈折率を有する無機材料からなる。光路長調整層３１は、マイクロレンズＭＬ１から遮光層２６までの距離を所望の値に合わせる機能を有する。したがって、光路長調整層３１の層厚は、光の波長に応じたマイクロレンズＭＬ１の焦点距離などの光学条件に基づいて適宜設定される。

遮光層３２は、光路長調整層３１上に設けられている。遮光層３２は、マイクロレンズＭＬ１が配置された表示領域Ｅ（図１参照）の周囲を囲むように設けられている。遮光層３２は、表示領域Ｅ内にも設けられ、素子基板２０の遮光層２２および遮光層２６に平面視で重なるように格子状、島状、またはストライプ状などに形成されていてもよい。

保護層３３は、光路長調整層３１と遮光層３２とを覆うように設けられている。共通電極３４は、保護層３３を覆うように設けられている。共通電極３４は、複数の画素Ｐに跨って形成されている。共通電極３４は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電膜からなる。配向膜３５は、共通電極３４を覆うように設けられている。

なお、保護層３３は共通電極３４の液晶層４０側の表面が平坦となるように、遮光層３２を覆うものであって、必須な構成要素ではなく、例えば、導電性の遮光層３２を直接覆うように共通電極３４を形成してもよい。

素子基板２０は、基板２１と、遮光層２２と、絶縁層２３と、ＴＦＴ２４と、絶縁層２５と、遮光層２６と、絶縁層２７と、画素電極２８と、配向膜２９とを備えている。基板２１は、例えばガラスや石英などの光透過性を有する材料からなる。

遮光層２２は、基板２１上に設けられている。遮光層２２は、上層の遮光層２６に平面視で重なるように格子状に形成されている。遮光層２２および遮光層２６は、素子基板２０の厚さ方向（Ｚ方向）において、ＴＦＴ２４を間に挟むように配置されている。遮光層２２は、ＴＦＴ２４の少なくともチャネル領域と平面視で重なっている。

遮光層２２および遮光層２６が設けられていることにより、ＴＦＴ２４への光の入射が抑制される。遮光層２２に囲まれた領域（開口部２２ａ内）、および、遮光層２６に囲まれた領域（開口部２６ａ内）は、平面視で互いに重なっており光が透過する領域となる。画素Ｐにおいて開口部２２ａおよび開口部２６ａと重なる領域を、画素Ｐの開口領域という。

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

ＴＦＴ２４は、絶縁層２３上に設けられている。ＴＦＴ２４は、画素電極２８を駆動するスイッチング素子である。ＴＦＴ２４は、図示しない半導体層、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極で構成されている。半導体層には、ソース領域、チャネル領域、およびドレイン領域が形成されている。チャネル領域とソース領域、又は、チャネル領域とドレイン領域との界面にはＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されていてもよい。

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

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

画素電極２８は、絶縁層２７上に、画素Ｐに対応して設けられている。画素電極２８は、遮光層２２の開口部２２ａおよび遮光層２６の開口部２６ａに平面視で重なる領域に配置されている。画素電極２８は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電膜からなる。配向膜２９は、画素電極２８を覆うように設けられている。液晶層４０は、素子基板２０側の配向膜２９と対向基板３０側の配向膜３５との間に封入されている。

なお、ＴＦＴ２４と、ＴＦＴ２４に電気信号を供給する電極や配線など（図示しない）とは、平面視で遮光層２２および遮光層２６に重なる領域に設けられている。これらの電極や配線などが遮光層２２や遮光層２６を兼ねる構成であってもよい。

第１の実施形態に係る液晶装置１では、例えば、光源などから発せられた光は、マイクロレンズＭＬ１を備える対向基板３０（基板１１）側から入射し、マイクロレンズＭＬ１によって集光される。基板１１側から上面１１ａの法線方向に沿ってマイクロレンズＭＬ１に入射する光のうち、凹部１２の平坦部１２ａに入射した入射光Ｌ１は、マイクロレンズＭＬ１をそのまま直進し、液晶層４０を通過して素子基板２０側に射出される。

入射光Ｌ１よりも外側の平面視で遮光層２６と重なる領域からマイクロレンズＭＬ１の平坦部１２ａの外側（曲面部１２ｂおよび周縁部１２ｃ）に入射した入射光Ｌ２は、仮にそのまま直進した場合、破線で示すように遮光層２６で遮光されてしまうが、基板１１とレンズ層１３との間の光屈折率の差により、画素Ｐの平面的な中心側へ屈折する。液晶装置１では、このように直進した場合に遮光層２６で遮光されてしまう入射光Ｌ２も、マイクロレンズＭＬ１の作用により遮光層２６の開口部２６ａ内に入射させて液晶層４０を通過させることができる。この結果、素子基板２０側から射出される光の量を多くできるので、光の利用効率を高めることができる。

＜マイクロレンズ＞
続いて、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０が備えるマイクロレンズＭＬ１の構成および作用について、図４、図５、および図６を参照して説明する。図４は、第１の実施形態に係るマイクロレンズの構成を示す概略平面図である。図５は、第１の実施形態に係るマイクロレンズの構成を示す概略断面図である。詳しくは、図５（ａ）は図４のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図であり、図５（ｂ）は図４のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。

また、図６は、第１の実施形態に係るマイクロレンズの集光効果を説明する模式図である。詳しくは、図６（ａ）は第１の実施形態に係るマイクロレンズの集光状態を模式的に示す図であり、図６（ｂ）は従来のマイクロレンズの集光状態を模式的に示す図である。なお、図１５は、従来のマイクロレンズの構成および製造方法の一例を示す概略断面図である。図１５の各図は、図４のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図に相当する。

図４には、１つの画素Ｐを示している。図４に示すように、画素Ｐは、略矩形の平面形状を有している。このような形状を有する複数の画素Ｐは、Ｘ方向およびＹ方向において隣り合う画素Ｐ同士が互いに接するように配列されている。図４には図示しないが、Ｘ方向およびＹ方向において隣り合う画素Ｐ同士の境界に沿うように、遮光層２２，２６（図３参照）が配置されている。

画素Ｐの対角線の長さをＰ１とし、画素ＰのＸ方向の１辺の長さをＰ２とする。Ｘ方向における画素Ｐの配置ピッチはＰ２となる。例えば、画素Ｐの平面形状が正方形であり、画素Ｐの配置ピッチＰ２が１０μｍであると、画素Ｐの対角線の長さＰ１は１４μｍ程度となる。画素Ｐの対角線に沿った方向をＷ方向とする。Ｗ方向は、Ｘ方向およびＹ方向で構成される平面において、Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向である。

第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０が備えるマイクロレンズＭＬ１のレンズ形状を構成する凹部１２は、仮想的には２点鎖線で示す略円形の平面形状を有している。この凹部１２の仮想的な外形は、例えば、画素Ｐの内接円よりも大きく外接円よりも小さい。

なお、マイクロレンズアレイ基板１０において、複数の凹部１２は、Ｘ方向およびＹ方向において隣り合う凹部１２同士が互いに接するように配列されている。したがって、Ｘ方向およびＹ方向において隣り合う凹部１２同士は、互いに接続されている。一方、Ｗ方向において隣り合う凹部１２同士は互いに離間されている。

凹部１２は、中央部に配置された平坦部１２ａと、平坦部１２ａの周囲に配置された曲面部１２ｂと、曲面部１２ｂの周囲に配置された周縁部１２ｃとを有している。平坦部１２ａと曲面部１２ｂと周縁部１２ｃとは、連続して形成されている。平坦部１２ａは、凹部１２の底部であり、略円形の平面形状を有している。平坦部１２ａの径をＲ１とする。平坦部１２ａ、曲面部１２ｂ、および周縁部１２ｃの仮想的な外形は、画素Ｐの平面的な中心を凹部１２の中心として同心円状に形成されている。

画素Ｐの領域内において凹部１２の径が最大となるＷ方向（対角線）に沿った方向における、平坦部１２ａから周縁部１２ｃの外縁までの距離をＲ２とする。凹部１２の最大径は、Ｒ１＋Ｒ２×２となり、画素Ｐの対角線の長さＰ１よりも小さい。また、画素Ｐの領域内において凹部１２の径が最小となるＸ方向に沿った方向における平坦部１２ａから周縁部１２ｃの外縁（画素Ｐの外縁）までの距離をＲ３とすると、Ｒ３はＲ２よりも小さく、Ｒ３＝（Ｐ２−Ｒ１）／２となる。

図５（ａ）は、図４におけるＷ方向に沿った断面を示している。図５（ｂ）は、図４におけるＸ方向に沿った断面を示しており、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面に相当する。図５（ａ）および（ｂ）は、画素Ｐの平面的な中心を通る断面である。図５（ａ）および（ｂ）は、図３と上下方向（Ｚ方向）が反転している。したがって、図示はしないが、光は図５（ａ）および（ｂ）の下方側から上方側に向かってマイクロレンズＭＬ１に入射する。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、平坦部１２ａは、基板１１の上面１１ａに略平行で略平坦な面となっている。平坦部１２ａは、集光機能を有していない。したがって、上面１１ａの法線方向に沿って平坦部１２ａに入射する光は、そのまま直進する。画素Ｐの中央部に位置する平坦部１２ａに入射する光は、そのまま直進しても遮光層２６（図３参照）で遮光されないので、画素Ｐの中心側へ集光しなくてもよい。

また、平坦部１２ａに入射する光を画素Ｐの平面的な中心側へ集光しないことにより、全域において集光機能を有する従来の略球面状の凹部１６を有するマイクロレンズＭＬ４（図１５（ｃ）参照）と比べて、画素Ｐの中央部において液晶層４０（図３参照）を通過する光の角度のばらつきが抑えられる。これにより、液晶層４０の液晶分子の配向方向に対する、光の角度のばらつきが小さく抑えられるので、液晶装置１のコントラストが向上する。

曲面部１２ｂは、平坦部１２ａに連続して設けられており、円弧状の断面形状を有している。曲面部１２ｂは、集光機能を有しており、上面１１ａの法線方向に沿って曲面部１２ｂに入射する光は、画素Ｐの平面的な中心側へ集光される。したがって、曲面部１２ｂにより、画素Ｐの中央部よりも外側に入射して、そのまま直進すれば遮光層２６で遮光される光を、画素Ｐの開口領域内に入射させることができる。

周縁部１２ｃは、曲面部１２ｂに連続して設けられている。周縁部１２ｃは、Ｗ方向においては上面１１ａに接続されており、Ｘ方向においては隣り合う凹部１２の周縁部１２ｃに接続されている。周縁部１２ｃは、上面１１ａから曲面部１２ｂに向かって傾斜する傾斜面、いわゆるテーパー状の面となっている。したがって、上面１１ａの法線方向に沿って周縁部１２ｃに入射する光は、画素Ｐの平面的な中心側へ屈折するので、そのまま直進すれば遮光層２６で遮光される光を、画素Ｐの開口領域内に入射させることができる。

また、周縁部１２ｃは、集光機能を有していない。したがって、上面１１ａの法線方向に沿って周縁部１２ｃに入射する光は略同一の角度で屈折するので、液晶層４０に入射する光の角度のばらつきを抑えることができる。

図５（ａ）に示すように、周縁部１２ｃと上面１１ａとがなす角度をθ１とする。図５（ａ）に、曲面部１２ｂを上面１１ａ側へ延長した仮想曲面１２ｄを２点鎖線で示す。仮想曲面１２ｄは、一般的な等方性エッチングにより形成される略球面状の曲面である。この仮想曲面１２ｄの端部における接線と上面１１ａとがなす角度をθ２とすると、θ１はθ２よりも小さい。本実施形態では、θ１は、例えば３５°〜７０°程度である。一方、θ２は、例えば、９０°に近い角度になっている。また、従来の略球面状の凹部１６を有するマイクロレンズＭＬ４においても、その端部における接線と上面１１ａとがなす角度は９０°に近い角度となる。なお、θ１は、基板１１の屈折率とレンズ層１３の屈折率との差に基づいて適宜設定される。

周縁部１２ｃと上面１１ａとがなす角度θ１が大きいほど、上面１１ａの法線方向に沿って周縁部１２ｃに入射する光は大きく屈折する。光の屈折角度が大きくなると、屈折した光が隣の画素Ｐとの間の遮光層２６で遮光されてしまうことや、隣の画素Ｐの開口領域内に入射してしまう場合がある。θ１がθ２よりも小さいことで、周縁部１２ｃに入射する光の過度の屈折が抑えられる。また、θ１がθ２よりも小さいことで、周縁部１２ｃで屈折する光の角度と曲面部１２ｂで屈折する光の角度との差を小さくできる。

このように、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０が備えるマイクロレンズＭＬ１の構成によれば、従来の略球面状の凹部１６を有するマイクロレンズＭＬ４と比べて、遮光層２６で遮光されてしまう光をより多く画素Ｐの開口領域内に入射させることができるので、液晶装置１の光の利用効率を向上させることができる。また、従来のマイクロレンズＭＬ４と比べて、マイクロレンズＭＬ１を通過して液晶層４０に入射する光の角度のばらつきを小さく抑えることができる。これにより、第１の実施形態に係る液晶装置１において、従来よりも明るい表示と良好なコントラストとを得ることができる。

ここで、凹部１２の平坦部１２ａの最大の長さである径Ｒ１は、画素Ｐの配置ピッチＰ２の１０％以上であることが好ましい。例えば、画素Ｐの配置ピッチＰ２が１０μｍである場合、凹部１２の平坦部１２ａの径Ｒ１は１μｍ以上であることが好ましい。平坦部１２ａの最大径Ｒ１を画素Ｐの配置ピッチＰ２の１０％以上とすることで、光が集光されずに通過する平坦部１２ａの領域を確保することができる。

なお、画素Ｐの配置ピッチＰ２に対して、平坦部１２ａの領域が大きいほど集光されずに通過する光の量が多くなるが、その一方で集光機能を有する曲面部１２ｂが小さくなると光の利用効率の低下を招くこととなり、画素Ｐの配置ピッチＰ２によってその度合いが異なってくる。平坦部１２ａの領域の大きさと光利用効率との関係については、第２の実施形態において説明する。

凹部１２の深さ、すなわち、基板１１の上面１１ａと平坦部１２ａとのＺ方向における距離をＤ１とする。本実施形態では、Ｄ１＜Ｐ１／２である。例えば、画素Ｐの対角線の長さＰ１が１４μｍである場合、Ｄ１は７μｍ未満となる。そして、Ｄ１＜（Ｒ１＋Ｒ２×２）／２であることが好ましい。Ｄ１＜（Ｒ１＋Ｒ２×２）／２とすることで、平坦部１２ａを設けることが可能となる。また、凹部１２の深さＤ１を浅くすることで、マイクロレンズアレイ基板１０の製造工程における負荷を低減することが可能となる。この点については、マイクロレンズアレイ基板１０の製造方法において説明する。

続いて、第１の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ１の集光効果を説明する。図６（ａ）に、第１の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ１の画素Ｐの領域内における照度の分布を模式的に示す。図６（ａ）は、平坦部１２ａの最大の長さＲ１が画素Ｐの配置ピッチＰ２の５０％の場合である。図６（ａ）において、照度をＳ１ａ、Ｓ２ａ、Ｓ３ａ、Ｓ４ａ、Ｓ５ａの５段階で示しており、Ｓ１ａが最も照度が高く、Ｓ２ａ、Ｓ３ａ、Ｓ４ａ、Ｓ５ａの順に照度が低くなっている。

また、図６（ｂ）に、従来の略球面状のマイクロレンズＭＬ４の画素Ｐの領域内における照度の分布を模式的に示す。図６（ｂ）において、照度をＳ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ｂ、Ｓ４ｂ、Ｓ５ｂの５段階で示しており、Ｓ１ｂが最も照度が高く、Ｓ２ｂ、Ｓ３ｂ、Ｓ４ｂ、Ｓ５ｂの順に照度が低くなっている。

図６（ｂ）に示すように、従来の略球面状のマイクロレンズＭＬ４では、画素Ｐの中央部の略円形の領域が最も照度が高く、中央部から外縁側に向かって順に照度が低い領域が環状に分布している。このように画素Ｐの中央部に光が集中すると、画素Ｐの領域内において明るい領域が中央部に偏ることとなる。そのため、このようなマイクロレンズＭＬ４を備えた液晶装置をプロジェクターの液晶ライトバルブとして用いる場合、スクリーンに表示される画像の明るさが不均一となってしまう。また、画素Ｐの中央部に光が集中することで、対向基板３０と素子基板２０との相互の組ずれが生じた場合に目立ち易くなるとともに、液晶層４０の液晶の劣化が生じ易くなる。

これに対して、図６（ａ）に示すように、第１の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ１では、マイクロレンズＭＬ１の中央部（平坦部１２ａ）が集光機能を有していないので、画素Ｐの中央部はＳ３ａ、Ｓ４ａと比較的照度が低くなっている。そして、中央部の周囲にそれよりも照度が高いＳ２ａの領域が環状に分布しており、従来の略球面状のマイクロレンズＭＬ４と比べてＳ２ａの領域が広くなっている。そのため、従来の略球面状のマイクロレンズＭＬ４と比べて、画素Ｐの領域内における明るさの分布がより均一となるので、スクリーンに表示される画像の明るさがより均一となる。また、特定領域への光の集中が緩和されるので、組ずれが生じた場合に目立ちにくくなり、液晶層４０の液晶の劣化が抑えられる。

＜マイクロレンズアレイ基板の製造方法＞
次に、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０の製造方法を説明する。図７および図８は、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す概略断面図である。詳しくは、図７および図８の各図は、図４のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図に相当する。

まず、図７（ａ）に示すように、石英などからなる光透過性を有する基板１１の上面１１ａに、例えば、ＳｉＯ₂などの酸化膜からなる制御膜７０を形成する。制御膜７０は、等方性エッチングにおけるエッチングレートが基板１１と異なっており、凹部１２を形成する際の深さ方向（Ｚ方向）のエッチングレートに対して幅方向（Ｗ方向）のエッチングレートを調整する機能を有する。

制御膜７０を形成した後、所定の温度で制御膜７０のアニールを行う。制御膜７０のエッチングレートは、アニール時の温度により変化する。したがって、アニール時の温度を適宜設定することにより、制御膜７０のエッチングレートを調整することができる。

次に、図７（ｂ）に示すように、制御膜７０上にマスク層７１を形成する。続いて、図７（ｃ）に示すように、マスク層７１をパターニングして、マスク層７１に開口部７２を形成する。開口部７２は、形成される凹部１２における平坦部１２ａと同様に平面視で略円形であり、その径７２ａは平坦部１２ａの径Ｒ１と略同一に設定される。換言すれば、マスク層７１の開口部７２によって、形成される凹部１２における平坦部１２ａの形状と径とが決まる。

次に、図７（ｄ）に示すように、マスク層７１の開口部７２を介して、制御膜７０で覆われた基板１１に等方性エッチングを施す。等方性エッチングには、制御膜７０のエッチングレートの方が基板１１のエッチングレートよりも大きくなるようなエッチング液（例えば、フッ酸溶液）を用いる。等方性エッチングにより、開口部７２から制御膜７０と基板１１とがエッチングされ、制御膜７０に開口部７０ａが形成されるとともに、基板１１に凹部１２が形成される。

次に、図８（ａ）に示すように、等方性エッチングの進行に伴って凹部１２が拡大され、凹部１２のうち平面視でマスク層７１の開口部７２に対応する部分が略平坦な面となる。これにより、凹部１２の中央部に平坦部１２ａが形成される。また、平坦部１２ａの周囲を囲むように曲面部１２ｂが形成される。

ここで、基板１１とマスク層７１との間に制御膜７０が設けられていない場合は、図８（ａ）に破線で示すように、曲面部１２ｂが基板１１の上面１１ａに到達するまで形成されることとなる。本実施形態では、基板１１とマスク層７１との間に制御膜７０が設けられており、等方性エッチングにおける制御膜７０の単位時間当たりのエッチング量は基板１１の単位時間当たりのエッチング量よりも多い。

したがって、制御膜７０の開口部７０ａの拡大量は凹部１２の深さ方向の拡大量よりも多くなるので、開口部７０ａの拡大に伴って、凹部１２の幅方向も拡大することとなる。そのため、基板１１の幅方向における単位時間当たりのエッチング量は、深さ方向における単位時間当たりのエッチング量よりも多くなる。これにより、曲面部１２ｂの周囲を囲むようにテーパー状の周縁部１２ｃが形成される。

上述したように、凹部１２における平坦部１２ａの形状および径は、マスク層７１の開口部７２の形状および径により制御することができる。また、凹部１２における曲面部１２ｂおよび周縁部１２ｃのそれぞれの大きさは、基板１１の深さ方向のエッチングレートに対する幅方向のエッチングレートにより制御され、このエッチングレートの差は制御膜７０のアニール時の温度設定により調整できる。

次に、図８（ｂ）に示すように、基板１１からマスク層７１を除去した後、基板１１の上面１１ａ側を覆い凹部１２を埋め込むように、光透過性を有し、基板１１よりも高い屈折率を有する無機材料を堆積してレンズ層１３を形成する。レンズ層１３は、例えばＣＶＤ法を用いて形成することができる。レンズ層１３は凹部１２を埋め込むように形成されるため、レンズ層１３の表面は基板１１の凹部１２に起因する凹凸が反映された凹凸形状となる。

続いて、レンズ層１３に対して平坦化処理を施す。平坦化処理では、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理などを用いて、レンズ層１３の上層の凹凸が形成された部分（図８（ｂ）に示す２点鎖線より上方の部分）を研磨して除去することにより、レンズ層１３の上面が平坦化される。

レンズ層１３に平坦化処理を施した結果、図８（ｃ）に示すように、レンズ層１３の上面が平坦化されて、マイクロレンズアレイ基板１０が完成する。マイクロレンズアレイ基板１０において、凹部１２にレンズ層１３の材料が埋め込まれてマイクロレンズＭＬ１が構成される。

なお、図１５に従来のマイクロレンズＭＬ４の製造方法の一例を示す。図１５（ａ）に示すように、マスク層７１に開口部７４を形成し、開口部７４を介して基板１１に等方性エッチング処理を施すことにより、略球面状の凹部１６が形成される。マスク層７１に形成される開口部７４の径は、例えば、画素Ｐの配置ピッチＰ２の１０％未満である。

このとき、形成される凹部１６の径が凹部１２の最大径（Ｒ１＋Ｒ２×２）と同じであるとすると、凹部１６の深さＤ２≒（Ｒ１＋Ｒ２×２）／２となり、図１５（ａ）に破線で示す本実施形態の凹部１２の深さＤ１よりも大きい（深い）。そのため、基板１１のエッチング量が本実施形態よりも多くなるので、等方性エッチング処理工数の増大を招くこととなる。

そして、図１５（ｂ）に示すように、基板１１の凹部１６を埋め込むようにレンズ層１３を形成すると、凹部１６を埋めるためのレンズ層１３の使用量が本実施形態よりも多くなるので、ＣＶＤ法によりレンズ層１３を堆積する工程における工数の増大を招くこととなる。また、凹部１６に起因するレンズ層１３の表面の凹凸形状が本実施形態よりも大きくなるので、レンズ層１３のＣＭＰ処理工程における研磨量が多くなり工数の増大を招くこととなる。

このように、第１の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ１の構成によれば、凹部１２の深さＤ１を浅くすることで、マイクロレンズアレイ基板１０の製造工程における工数や材料の使用量を低減することができる。また、堆積したレンズ層１３の膜厚がより均一になり表面の凹凸形状が小さくなるので、レンズ層１３の表面の平坦性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板は、第１の実施形態に対して、マイクロレンズの構成が異なる点以外はほぼ同様の構成を有している。ここでは、主にマイクロレンズの構成について、第１の実施形態に対する相違点を説明する。図９は、第２の実施形態に係るマイクロレンズの構成を示す概略平面図である。図１０は、第２の実施形態に係るマイクロレンズの構成を示す概略断面図である。詳しくは、図１０（ａ）は図９のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図であり、図１０（ｂ）は図９のＣ−Ｃ’線に沿った概略断面図である。また、図１１は、第２の実施形態に係るマイクロレンズの集光効果を説明する模式図である。第１の実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付しその説明を省略する。

＜マイクロレンズ＞
図９に示すように、第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０Ａは、凹部１４で構成されるマイクロレンズＭＬ２を備えている。凹部１４は、中央部に配置された平坦部１４ａと、平坦部１４ａの周囲に配置された曲面部１４ｂと、曲面部１４ｂの周囲に配置された周縁部１４ｃとを有している。平坦部１４ａと曲面部１４ｂと周縁部１４ｃとは、連続して形成されている。平坦部１４ａは、矩形の平面形状を有している。平坦部１４ａの矩形形状の４つの角は丸く形成されていてもよい。曲面部１４ｂおよび周縁部１４ｃは、矩形の平面形状を有し、それぞれの４つの角は丸く形成されている。

凹部１４の平坦部１４ａの最大の長さである対角線の長さは、第１の実施形態の凹部１２の平坦部１２ａの径と同じＲ１とする。平坦部１４ａの平面形状が正方形であると、平坦部１４ａのＸ方向およびＹ方向における長さはＲ１／√２となる。平坦部１４ａに対して第１の実施形態の凹部１２の平坦部１２ａは外接円となるので、平坦部１４ａの面積は凹部１２の平坦部１２ａの面積よりも小さくなる。

図１０（ａ）に示すように、画素Ｐの領域内において凹部１４の径が最大となるＷ方向（対角線）に沿った方向における、平坦部１４ａから周縁部１４ｃの外縁までの距離を、第１の実施形態の凹部１２と同じＲ２とする。周縁部１４ｃと基板１１の上面１１ａとがなす角度も、第１の実施形態の凹部１２と同じθ１とする。すなわち、Ｗ方向においては、凹部１４の断面形状は、第１の実施形態の凹部１２の断面形状と同じである。

また、図１０（ｂ）に示すように、画素Ｐの領域内において凹部１４の径が最小となるＸ方向に沿った方向における平坦部１４ａから周縁部１４ｃの外縁（画素Ｐの外縁）までの距離をＲ４とすると、Ｒ４はＲ２よりも小さく、Ｒ４＝（Ｐ２−Ｒ１／√２）／２となる。したがって、平坦部１４ａから周縁部１４ｃの外縁までの距離Ｒ４は、第１の実施形態の凹部１２における平坦部１２ａから周縁部１２ｃの外縁までの距離Ｒ３よりも大きい。すなわち、Ｘ方向においては、凹部１４の断面形状は、第１の実施形態の凹部１２の断面形状と異なっている。

第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ２（凹部１４）では、Ｘ方向とＷ方向とにおける平坦部１４ａから周縁部１４ｃの外縁までの距離の差（Ｒ２−Ｒ４）が、第１の実施形態の凹部１２のＸ方向とＷ方向とにおける平坦部１２ａから周縁部１２ｃの外縁までの距離の差（Ｒ２−Ｒ３）よりも小さくなる。すなわち、凹部１４では、画素Ｐの領域内の全周における周縁部１４ｃの幅（長さ）の差が凹部１２よりも小さくなる。

そのため、第１の実施形態の凹部１２と比べて、画素Ｐの領域の周縁部に入射する光を集光せず画素Ｐの中心側へ屈折させる周縁部１４ｃが、画素Ｐの領域内の全周においてより均一に配置される。これにより、第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ２（凹部１４）を備える液晶装置１において、より明るい表示と、より良好なコントラストとを得ることができる。

図１１に、第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ２の画素Ｐの領域内における照度の分布を模式的に示す。図１１は、平坦部１４ａの最大の長さＲ１が画素Ｐの配置ピッチＰ２の５０％の場合である。図１１において、照度をＳ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｃ、Ｓ４ｃ、Ｓ５ｃの５段階で示しており、Ｓ１ｃが最も照度が高く、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｃ、Ｓ４ｃ、Ｓ５ｃの順に照度が低くなっている。

図１１に示すように、第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ２では、照度が高いＳ２ｃの領域が、平坦部１４ａの４つの角部に対応して広がるように分布している。そのため、第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ１と同様に、従来の略球面状のマイクロレンズＭＬ４と比べて、画素Ｐの領域内における明るさの分布がより均一となり、特定領域への光の集中が緩和されるので、組ずれが生じた場合に目立ちにくくなり、液晶層４０の液晶の劣化が抑えられる。

ここで、第１の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ１および第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ２における平坦部１４ａの領域の大きさと光利用効率との関係について、図１２を参照して説明する。図１２は、マイクロレンズの平坦部の領域の大きさと光利用効率との関係を示す図である。なお、ここでいう「光利用効率」とは、マイクロレンズＭＬ１またはマイクロレンズＭＬ２を備えた液晶装置１をプロジェクターの液晶ライトバルブとして用いてスクリーンに表示される画像の明るさを指す。

図１２（ａ）は、従来の球面状のマイクロレンズＭＬ４を基準として、略円形の平坦部１２ａを有する第１の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ１（凹部１２）と、略矩形の平坦部１４ａを有する第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ（凹部１４）との光利用効率をシミュレーションにより比較したグラフである。横軸は、画素Ｐの配置ピッチＰ２（以下では、単に画素ピッチという）である。縦軸は、光利用効率であり、従来の球面状のマイクロレンズＭＬ４（平坦部なし）を「１」としている。

図１２（ａ）では、画素ピッチを異ならせて、平坦部１２ａおよび平坦部１４ａの最大の長さＲ１が各画素ピッチの２５％である場合と５０％である場合とを比較している。画素ピッチが１０μｍであると、平坦部１４ａの最大の長さＲ１は、２５％である場合に２．５μｍとなり、５０％である場合に５μｍとなる。

略円形の平坦部１２ａおよび略矩形の平坦部１４ａのいずれも、画素ピッチが大きくなるほど光利用効率が高くなる傾向が見られ、この傾向は最大の長さＲ１が画素ピッチの５０％である場合の方が２５％である場合よりも強い。一方、画素ピッチが小さいと、最大の長さＲ１が画素ピッチの２５％である場合の方が５０％である場合よりも光利用効率が高くなる。略円形の平坦部１２ａと略矩形の平坦部１４ａとを比較すると、最大の長さＲ１が各画素ピッチの２５％である場合には大きな差はないが、最大の長さＲ１が各画素ピッチの５０％である場合には、略矩形の平坦部１４ａの方が光利用効率が高い。

上述のように、第１の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ１および第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ２では、画素ピッチが大きい場合に、従来の球面状のマイクロレンズＭＬ４よりも高い光利用効率を得ることができる。また、第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ２の方が、第１の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ１よりもこの効果が大きい。これは、第１の実施形態の凹部１２と比べて、第２の実施形態の凹部１４の方が、画素Ｐの領域の周縁部に入射する光を集光せず画素Ｐの中心側へ屈折させる周縁部１４ｃを画素Ｐの領域内の全周においてより均一に配置できるためと考えられる。

図１２（ｂ）は、従来の球面状のマイクロレンズＭＬ４を基準として、第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬ（凹部１４）の略矩形の平坦部１４ａの大きさを異ならせたときの光利用効率をシミュレーションにより比較したグラフである。横軸は、画素ピッチ（Ｐ２）に対する平坦部１４ａの最大の長さＲ１の比率である。縦軸は、光利用効率であり、従来の球面状のマイクロレンズＭＬ４（平坦部なし）を「１」としている。Ｐ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（３）、Ｐ（４）、Ｐ（５）、Ｐ（６）は、それぞれ異なる画素ピッチの値に対応しており、この順に画素ピッチが大きくなっている。

画素ピッチがいずれの場合も、画素ピッチに対する平坦部１４ａの大きさが大きくなるにつれて光利用効率が大きくなるが、画素ピッチに対する平坦部１４ａの大きさがさらに大きくなると光利用効率が低下する傾向がある。したがって、いずれの画素ピッチにおいても、平坦部１４ａの大きさに好適な範囲が存在する。画素ピッチがＰ（１）、Ｐ（２）、Ｐ（３）、Ｐ（４）、Ｐ（５）、Ｐ（６）のそれぞれの場合を比較すると、画素ピッチが大きくなるほど光利用効率が高くなる。また、画素ピッチが大きくなるほど、平坦部１４ａの大きさの好適な範囲（光利用効率が高くなる範囲）が広くなり、平坦部１４ａが大きい方が光利用効率が高くなる。

＜マイクロレンズアレイ基板の製造方法＞
第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０Ａの製造方法は、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０の製造方法に対して、図７（ｃ）に示すマスク層７１の開口部７２の形状が異なる点が異なる。第２の実施形態では、開口部７２は平面視で略矩形であり、開口部７２の対角線の長さは平坦部１４ａの対角線Ｒ１と略同一に設定される。上記の点以外は第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０の製造方法とほぼ同じであるので、説明を省略する。

（第３の実施形態）
＜電子機器＞
次に、第３の実施形態に係る電子機器について図１３を参照して説明する。図１３は、第３の実施形態に係る電子機器としてのプロジェクターの構成を示す概略図である。

図１３に示すように、第３の実施形態に係る電子機器としてのプロジェクター（投射型表示装置）１００は、偏光照明装置１１０と、２つのダイクロイックミラー１０４，１０５と、３つの反射ミラー１０６，１０７，１０８と、５つのリレーレンズ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５と、３つの液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３と、クロスダイクロイックプリズム１１６と、投射レンズ１１７とを備えている。

偏光照明装置１１０は、例えば超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット１０１と、インテグレーターレンズ１０２と、偏光変換素子１０３とを備えている。ランプユニット１０１と、インテグレーターレンズ１０２と、偏光変換素子１０３とは、システム光軸Ｌｘに沿って配置されている。

ダイクロイックミラー１０４は、偏光照明装置１１０から射出された偏光光束のうち、赤色光（Ｒ）を反射させ、緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）とを透過させる。もう１つのダイクロイックミラー１０５は、ダイクロイックミラー１０４を透過した緑色光（Ｇ）を反射させ、青色光（Ｂ）を透過させる。

ダイクロイックミラー１０４で反射した赤色光（Ｒ）は、反射ミラー１０６で反射した後にリレーレンズ１１５を経由して液晶ライトバルブ１２１に入射する。ダイクロイックミラー１０５で反射した緑色光（Ｇ）は、リレーレンズ１１４を経由して液晶ライトバルブ１２２に入射する。ダイクロイックミラー１０５を透過した青色光（Ｂ）は、３つのリレーレンズ１１１，１１２，１１３と２つの反射ミラー１０７，１０８とで構成される導光系を経由して液晶ライトバルブ１２３に入射する。

光変調素子としての透過型の液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３は、クロスダイクロイックプリズム１１６の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３に入射した色光は、映像情報（映像信号）に基づいて変調され、クロスダイクロイックプリズム１１６に向けて射出される。

クロスダイクロイックプリズム１１６は、４つの直角プリズムが貼り合わされて構成されており、その内面には赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ１１７によってスクリーン１３０上に投射され、画像が拡大されて表示される。

液晶ライトバルブ１２１は、上述した実施形態のマイクロレンズアレイ基板１０，１０Ａのいずれかを備える液晶装置１が適用されたものである。液晶ライトバルブ１２１は、色光の入射側と射出側とにおいてクロスニコルに配置された一対の偏光素子の間に隙間を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ１２２，１２３も同様である。

第３の実施形態に係るプロジェクター１００の構成によれば、複数の画素Ｐが高精細に配置されていても、明るい表示と良好なコントラストとを得ることができる液晶装置１を備えているので、品質が高く明るいプロジェクター１００を提供することができる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。変形例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。

（変形例１）
上記の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０，１０Ａは、凹部１２，１４の曲面部１２ｂ，１４ｂの周囲にテーパー状の周縁部１２ｃ，１４ｃを備える構成を有していたが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、周縁部がテーパー状ではなく曲面状である構成であってもよい。図１４は、変形例１に係るマイクロレンズの構成を示す概略断面図である。上記実施形態と共通する構成要素については、同一の符号を付しその説明を省略する。

図１４に示すように、変形例１に係るマイクロレンズアレイ基板１０Ｂは、凹部１５で構成されるマイクロレンズＭＬ３を備えている。凹部１５は、中央部に配置された平坦部１５ａと、平坦部１５ａの周囲に配置された曲面部１５ｂと、曲面部１５ｂの周囲に配置された周縁部１５ｃとを備えている。平坦部１５ａと曲面部１５ｂと周縁部１５ｃとは連続して形成されている。周縁部１５ｃは、曲面状であるが曲面部１５ｂよりも曲率半径が大きい。曲面部１５ｂを上面１１ａ側へ延長した仮想曲面１５ｄを２点鎖線で示す。この仮想曲面１５ｄの端部における接線と上面１１ａとがなす角度をθ２とし、周縁部１５ｃの端部における接線と上面１１ａとがなす角度をθ３とすると、θ３はθ２よりも小さい。

凹部１５は、第１の実施形態の凹部１２または第２の実施形態の凹部１４と同様にして形成されるが、図８（ｃ）に示すエッチング工程において、曲面部１５ｂから外縁側に向かって曲率半径が大きくなるように凹部１５が形成される。このような凹部１５の形状は、基板１１の深さ方向における単位時間当たりのエッチング量に対する幅方向における単位時間当たりのエッチング量を制御することにより形成できる。

変形例１のマイクロレンズＭＬ３のように周縁部１５ｃがテーパー状ではなく曲面状であっても、θ３をθ２よりも小さくすることで、従来の略球面状の凹部１６を有するマイクロレンズＭＬ４と比べて、周縁部１５ｃに入射する光が屈折する角度を小さくすることができる。したがって、従来よりも明るい表示と良好なコントラストとを得ることができる。

（変形例２）
上記の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０，１０Ａの製造方法は、マスク層７１の開口部７２の形状、および制御膜７０を設けることで等方性エッチングを施す工程において幅方向と深さ方向とのエッチングレートの差を制御することにより凹部１２，１４を形成する構成であったが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、基板１１上にレジスト層を形成し、グレースケールマスクを用いた露光や多段階露光などにより、レジスト層に凹部１２，１４の元となる形状を形成し、レジスト層と基板１１とに略同一のエッチング選択比で異方性エッチングを施すことにより、基板１１に凹部１２，１４の形状を転写して形成することができる。なお、この場合、制御膜７０は不要となる。

（変形例３）
上述した液晶装置１では、マイクロレンズアレイ基板１０を対向基板３０に備えていたが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、マイクロレンズアレイ基板１０を素子基板２０に備えた構成としてもよい。また、マイクロレンズアレイ基板１０を素子基板２０および対向基板３０の双方に備えた構成としてもよい。

（変形例４）
上記の実施形態に係る液晶装置１を適用可能な電子機器は、プロジェクター１００に限定されない。液晶装置１は、例えば、投射型のＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）や直視型のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、または電子ブック、パーソナルコンピューター、デジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステム、電子手帳、ＰＯＳなどの情報端末機器の表示部として好適に用いることができる。

１…液晶装置（電気光学装置）、１０，１０Ａ，１０Ｂ…マイクロレンズアレイ基板、１１…基板、１１ａ…上面（第１面）、１２，１４，１５，１６…凹部、１２ａ，１４ａ，１５ａ…平坦部、１２ｂ，１４ｂ，１５ｂ…曲面部、１２ｃ，１４ｃ…周縁部、１２ｄ…仮想曲面、１３…レンズ層、２０…素子基板（第１の基板）３０…対向基板（第２の基板）、４０…液晶層（電気光学層）、１００…プロジェクター（電子機器）、ＭＬ１，ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４…マイクロレンズ、Ｐ…画素。

Claims (6)

1. 透光性を有し、第１面に複数の画素に対応するように複数の凹部が設けられた基板と、
   前記基板の前記第１面に前記複数の凹部を埋め込むように設けられた、前記基板の屈折率とは異なる屈折率を有するレンズ層と、を備え、
   前記複数の凹部の各々は、前記画素毎に設けられ、中央部に配置された平坦部と、前記平坦部を囲むように配置された曲面部と、前記曲面部を囲むように配置され前記基板の前記第１面に接続された周縁部と、を有し、
   前記中央部を通る断面において前記周縁部と前記第１面とがなす角度は、前記曲面部を前記第１面側へ延長した仮想曲面と前記第１面とがなす角度よりも小さく、
   前記平坦部は、平面視で略矩形状であることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
2. 請求項１に記載のマイクロレンズアレイ基板であって、
   前記周縁部は、前記断面において前記第１面から前記曲面部に向かって傾斜する傾斜面となっていることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
3. 請求項１または２に記載のマイクロレンズアレイ基板であって、
   前記平坦部の深さは、前記画素の対角線の長さの１／２よりも小さいことを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ基板であって、
   前記中央部を通る断面における前記平坦部の最大の長さは、前記複数の画素の配置ピッチの１０％以上であることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
5. 第１の基板と、
   前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された電気光学層と、を備え、
   前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方に、請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ基板を備えていることを特徴とする電気光学装置。
6. 請求項５に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする電子機器。

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