JP6318881B2 - マイクロレンズアレイ基板、マイクロレンズアレイ基板の製造方法、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、マイクロレンズアレイ基板の製造方法、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、例えば、液晶などの電気光学物質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を挙げることができる。液晶装置では、スイッチング素子や配線などが配置された領域に遮光部が設けられ、入射する光の一部は遮光部で遮光されて利用されない。そこで、少なくとも一方の基板にマイクロレンズを備え、液晶装置に入射する光のうち画素同士の境界に配置された遮光部で遮光されてしまう光を集光して画素の開口部内に入射させることにより、液晶装置における光の利用効率の向上を図る構成が知られている。

しかしながら、マイクロレンズで集光された光は収束した後に放射状に広がって射出される。この光が広がる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のばらつきが大きくなるため、液晶装置のコントラストの低下を招くという課題があった。このような課題に対して、屈折率が異なる２層以上の無機材料が積層されたレンズ層を有するマイクロレンズアレイ基板（対向基板）が提案されている（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、入射する光をレンズ層で集光することで光の利用効率を向上させるとともに、屈折率が異なる複数の層同士の界面で光を屈折させることで射出される光を平行光に近付けることができるとされている。このようなマイクロレンズアレイ基板の製造工程では、基板に複数の球面状凹部を形成し、凹部が形成された基板の表面に屈折率の異なる無機材料のゾル溶液を２回以上繰り返して塗布してゲル化させることにより、積層された複数の層からなるレンズ層が形成される。そして、レンズ層を構成する複数の層のうち最上層の表面を研磨して平坦化し、その上に透明電極とブラックマトリックスを形成することにより、このレンズ層の最上層が、マイクロレンズアレイ基板の表面となり、液晶層との境界面となる。

特開２００７−２２６０７５号公報

ところで、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板では、球面状のマイクロレンズの中央部から端部に亘って、最上層までの屈折率の異なる複数の層が積層される。そのため、基板の表面に対する角度が大きくなるマイクロレンズの端部において、入射する光が屈折率の異なる層同士の界面で反射されてしまい、その分だけ光の利用効率が低下するおそれがある。

また、マイクロレンズアレイ基板を製造する工程において、球面状凹部が形成された基板上に複数の層を積層してレンズ層を形成する際に、複数の層のそれぞれの上面に球面状凹部が反映された凹部が形成される。したがって、最上層の層厚の範囲内で表面を平坦化するためには、レンズ層の最上層をその直下の層の凹部の深さよりも厚く形成しなければならない。そして、マイクロレンズの光路長がレンズ層の最上層の層厚で調整されることとなるため、レンズ層の最上層を研磨する工程において、表面を平坦化しつつ所定の層厚（残厚）を確保しなければならないので、光路長の調整が容易に行えないという課題がある。

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、第１の面に複数の凹部が設けられた基板と、前記第１の面を覆い前記複数の凹部を埋め込むように設けられた、略平坦な表面を有するレンズ層と、を備え、前記レンズ層は、前記凹部の形状を反映して前記表面の反対側の面側から前記表面側に向かって順に積層された、第１のレンズ層と、第２のレンズ層と、第３のレンズ層と、を含み、前記第１のレンズ層の屈折率は、前記第２のレンズ層の屈折率よりも大きく、前記第３のレンズ層の屈折率は、前記第２のレンズ層の屈折率よりも小さく、かつ、前記基板の屈折率よりも大きく、前記レンズ層の前記表面には、前記凹部の中央部から端部に向かって順に、前記第３のレンズ層と、前記第２のレンズ層と、前記第１のレンズ層と、が露出していることを特徴とする。

本適用例の構成によれば、レンズ層は、凹部の形状を反映して表面の反対側の面側から表面側に向かって順に積層された第１のレンズ層と第２のレンズ層と第３のレンズ層とを含む。第１のレンズ層の屈折率は基板の屈折率よりも大きいので、基板側から入射した光は、第１のレンズ層でマイクロレンズ（凹部）の平面視における中心側へ屈折する。第２のレンズ層の屈折率は第１のレンズ層の屈折率よりも小さく、第３のレンズ層の屈折率は第２のレンズ層の屈折率よりも小さいので、第１のレンズ層側から入射した光は、第２のレンズ層と第３のレンズ層とでマイクロレンズ（凹部）の平面視における端部側へ順次屈折する。したがって、基板側から入射して第１のレンズ層でマイクロレンズ（凹部）の平面視における中心側へ集められた光を、第２のレンズ層と第３のレンズ層とで順次平行光に近付けて射出させることができる。

また、本適用例の構成によれば、レンズ層の略平坦な表面には、マイクロレンズ（凹部）の中央部から端部に向かって順に第３のレンズ層と第２のレンズ層と第１のレンズ層とが露出している。すなわち、マイクロレンズ（凹部）の中央部には第１のレンズ層と第２のレンズ層と第３のレンズ層とが存在するが、中央部から端部に向かって第３のレンズ層が存在しなくなり、さらに第２のレンズ層も存在しなくなる。そのため、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板のようにマイクロレンズの中央部から端部まで複数の層が同様に積層されている場合と比べて、マイクロレンズの中央部よりも基板の表面に対する角度が大きくなる端部において屈折率の異なる層同士の界面での反射が少なくなるので、光の利用効率を向上できる。そして、マイクロレンズアレイ基板を製造する工程において、第１のレンズ層と第２のレンズ層と第３のレンズ層とを積層した総厚の範囲内でレンズ層の表面を平坦化できればよいため、最上層である第３のレンズ層をその直下の第２のレンズ層の表面に反映される凹部の深さよりも厚く形成する必要はない。これにより、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板と比べて、レンズ層を形成する工程における工数を低減することができる。

［適用例２］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、前記レンズ層は、前記第１のレンズ層よりも前記表面の反対側の面側に配置された第４のレンズ層をさらに含み、前記第４のレンズ層の屈折率は、前記第１のレンズ層の屈折率よりも大きくてもよい。

本適用例の構成によれば、レンズ層は第１のレンズ層よりも表面の反対側の面側に配置され第１のレンズ層の屈折率よりも大きな屈折率を有する第４のレンズ層を含むので、基板側から入射し第４のレンズ層でマイクロレンズ（凹部）の平面視における中心側へ屈折された光を、第１のレンズ層と第２のレンズ層と第３のレンズ層とでマイクロレンズ（凹部）の平面視における端部側へ順次屈折させることで、平行光により近付けて射出させることができる。

［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、前記レンズ層は、前記第１のレンズ層よりも前記表面の反対側の面側に配置された第４のレンズ層をさらに含み、前記第４のレンズ層の屈折率は、前記第１のレンズ層の屈折率よりも小さく、かつ、前記第２のレンズ層の屈折率よりも大きくてもよい。

本適用例の構成によれば、基板側から入射し第４のレンズ層でマイクロレンズ（凹部）の平面視における中心側へ屈折された光を、第１のレンズ層でさらに中心側へ屈折させた後、第２のレンズ層と第３のレンズ層とでマイクロレンズ（凹部）の平面視における端部側へ順次屈折させて平行光に近付けることができる。

［適用例４］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、前記レンズ層の前記表面には、前記凹部の中央部から端部に向かって順に、前記第３のレンズ層と、前記第２のレンズ層と、前記第１のレンズ層と、前記第４のレンズ層と、が露出していることが好ましい。

本適用例の構成によれば、マイクロレンズ（凹部）の中央部には第４のレンズ層と第１のレンズ層と第２のレンズ層と第３のレンズ層との４層が存在するが、中央部から端部に向かって３層、２層となり、端部には第４のレンズ層の１層のみが存在することとなる。そのため、基板の表面に対する角度が大きくなる端部において屈折率の異なる層同士の界面での反射が抑えられるので、光の利用効率を向上できる。そして、マイクロレンズアレイ基板を製造する工程において、４つの層を積層してレンズ層を形成しても、最上層である第３のレンズ層をその直下の第２のレンズ層の表面に反映される凹部の深さよりも厚く形成する必要はないので、レンズ層を形成する工程における工数増を抑えることができる。

［適用例５］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、少なくとも前記第３のレンズ層の輪郭形状と前記第２のレンズ層の輪郭形状とは、前記凹部の平面視における中心の位置を中心とする同心円状であってもよい。

本適用例の構成によれば、マイクロレンズ（凹部）の中央部から端部に向かって、第３のレンズ層までが積層された領域と第２のレンズ層までが積層された領域とが同心円状に分布する。そのため、マイクロレンズから射出される光の、基板の表面の法線方向に対する傾きが略同一となる領域を同心円状に分布させることができる。

［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、前記凹部の輪郭形状は直線部分を有し、少なくとも前記第３のレンズ層の輪郭形状と前記第２のレンズ層の輪郭形状とは、前記レンズ層の前記直線部分に沿った部分を有していてもよい。

本適用例の構成によれば、例えばレンズ層の輪郭形状が矩形である場合に、マイクロレンズ（凹部）の中央部から端部に向かって、第３のレンズ層までが積層された領域と第２のレンズ層までが積層された領域とがレンズ層の輪郭形状に沿った形状で分布する。そのため、マイクロレンズから射出される光の、基板の表面の法線方向に対する傾きが略同一となる領域をレンズ層の輪郭形状に沿って分布させることができる。

［適用例７］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、前記レンズ層の前記表面を覆うように設けられた、前記レンズ層の屈折率よりも小さな屈折率を有する透光層を備えていることが好ましい。

本適用例の構成によれば、レンズ層の表面を覆うように設けられた透光層の層厚により、マイクロレンズの光路長を調整できる。そのため、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板のようにレンズ層の最上層を平坦化しつつその層厚で光路長を調整する場合と比べて、容易に所望の光路長に調整することができる。

［適用例８］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板であって、前記凹部の端部は、断面視において前記第１の面から前記凹部の中央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、凹部の端部が傾斜面となっているため、凹部が球面状である場合と比べて、基板の表面に対する凹部の端部の角度を小さくできるので、基板とレンズ層との界面での反射を少なくすることができる。

［適用例９］本適用例に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、基板の第１の面に複数の凹部を形成する工程と、前記基板の前記第１の面を覆い前記複数の凹部を埋め込むようにレンズ層を形成するレンズ層形成工程と、前記レンズ層の表面を研磨して平坦化する平坦化処理工程と、前記レンズ層の前記表面を覆うように、前記レンズ層の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料を配置して透光層を形成する工程と、を備え、前記レンズ層形成工程は、前記基板の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料を配置して第１のレンズ層を形成する工程と、前記第１のレンズ層上に、前記第１のレンズ層の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料を配置して第２のレンズ層を形成する工程と、前記第２のレンズ層上に、前記第２のレンズ層の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料を配置して第３のレンズ層を形成する工程と、を含み、前記平坦化処理工程では、前記凹部の端部において前記第１のレンズ層が露出するまで研磨することを特徴とする。

本適用例の製造方法によれば、レンズ層形成工程において、基板の第１の面を覆い複数の凹部を埋め込むように第１のレンズ層と第２のレンズ層と第３のレンズ層とを積層して形成するので、最上層となる第３のレンズ層の表面には基板の凹部の形状が反映される。そして、平坦化処理工程において、凹部の端部に第１のレンズ層が露出するまでレンズ層の表面を研磨して平坦化するので、マイクロレンズ（凹部）の中央部から端部に向かって第３のレンズ層が存在しなくなり、さらに第２のレンズ層も存在しなくなる。そのため、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板のようにマイクロレンズの中央部から端部まで複数の層が同様に積層されている場合と比べて、マイクロレンズの中央部よりも基板の表面に対する角度が大きくなる端部において屈折率の異なる層同士の界面での反射が少なくなるので、光の利用効率を向上できる。また、平坦化処理工程において第１のレンズ層と第２のレンズ層と第３のレンズ層との総厚の範囲内でレンズ層の表面を平坦化できればよいため、レンズ層形成工程において最上層である第３のレンズ層をその直下の第２のレンズ層の表面に反映される凹部の深さよりも厚く形成する必要はない。これにより、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板と比べて、レンズ層形成工程における工数を低減することができる。さらに、レンズ層の表面を覆うように透光層を形成する工程を有するので、透光層の層厚によりマイクロレンズの光路長を調整できる。そのため、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板のようにレンズ層の最上層を平坦化しつつその層厚（残厚）で光路長を調整する場合と比べて、容易に所望の光路長に調整することができる。

［適用例１０］本適用例に係る電気光学装置は、第１の基板と、前記第１の基板と対向するように配置された第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、上記適用例に記載のマイクロレンズアレイ基板、または上記適用例に記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法で製造されたマイクロレンズアレイ基板を前記第２の基板に備えていることを特徴とする。

本適用例の構成によれば、電気光学装置は、入射する光を端部での反射を抑えて集光することで光の利用効率を向上させるとともに、屈折率が異なる複数の層同士の界面で光を屈折させることで射出される光を平行光に近付けることができるマイクロレンズアレイ基板を第２の基板に備えている。これにより、明るい表示と良好な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１１］本適用例に係る電子機器は、上記適用例の電気光学装置の製造方法で製造された電気光学装置、また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、明るい表示と良好な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アレイ基板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アレイ基板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アレイ基板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アレイ基板の構成を示す概略断面図。 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アレイ基板の構成を示す概略平面図。

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、後述する投写型表示装置（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、本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の開口領域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辺に沿った方向を第１の方向としてのＸ方向とし、この第１辺と直交し互いに対向する他の２辺に沿った方向を第２の方向としての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の開口領域は、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、対向基板３０は、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０と、遮光層３２と、保護層３３と、共通電極３４と、配向膜３５とを備えている。第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０は、基板１１と、レンズ層１４と、透光層としての光路長調整層３１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は、液晶層４０側の面１１ａ（第１の面）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の断面形状は、例えば、その中央部が曲面部１２ａであり、曲面部１２ａを囲む周縁部が傾斜面１２ｂ（いわゆるテーパー状の面）となっている。

レンズ層１４は、凹部１２を埋めて基板１１の面１１ａを覆うように、凹部１２の深さよりも厚く形成されている。レンズ層１４は、光透過性を有し、基板１１とは異なる光屈折率を有する材料からなる。本実施形態では、レンズ層１４は、基板１１よりも光屈折率の大き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。なお、詳細は後述するが、レンズ層１４は、例えば、互いに屈折率が異なる４つのレンズ層で構成されている。

レンズ層１４を形成する材料で凹部１２を埋め込むことにより、凸形状のマイクロレンズＭＬが構成される。したがって、各マイクロレンズＭＬ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ＭＬによりマイクロレンズアレイＭＬＡが構成される。レンズ層１４の表面１４ａは、略平坦な面となっている。

なお、マイクロレンズＭＬの中央部（曲面部１２ａ）に入射する入射光は、マイクロレンズＭＬの中心側へ集光される。また、マイクロレンズＭＬの周縁部（傾斜面１２ｂ）に入射する入射光は、マイクロレンズＭＬの中心側へ屈折される。マイクロレンズＭＬの傾斜面１２ｂに入射する入射光は、入射角度が略同一であれば略同一の角度で屈折されるので、マイクロレンズＭＬ全体が曲面部で構成される場合と比べて、入射する光の過度の屈折が抑えられ、液晶層４０に入射する光の角度のばらつきが抑えられる。

光路長調整層３１は、レンズ層１４の表面１４ａを覆うように形成されている。光路長調整層３１は、光透過性を有し、例えば、基板１１と同じ程度の光屈折率を有する無機材料からなる。このような無機材料としては、例えばＳｉＯ₂などが挙げられる。光路長調整層３１は、マイクロレンズＭＬから遮光層２６までの距離（光路長）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ＭＬの焦点距離などの光学条件に基づいて適宜設定される。光路長調整層３１の表面は、略平坦な面となっている。

遮光層３２は、マイクロレンズアレイ基板１０（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ＭＬ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、例えば、金属や金属化合物などで形成される。遮光層３２は、表示領域Ｅ内に、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設けられていてもよい。この場合、遮光層３２は、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が、平面視で遮光層２２および遮光層２６よりも狭い範囲に配置されていることが好ましい。

マイクロレンズアレイ基板１０（光路長調整層３１）と遮光層３２とを覆うように、保護層３３が設けられている。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。

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を覆うものであるが、保護層３３を設けることなく導電性の遮光層３２を直接覆うように共通電極３４を形成してもよい。配向膜３５は、共通電極３４を覆うように設けられている。

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、例えば、金属や金属化合物などで形成される。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ので、ＴＦＴ２４における光リーク電流の増大や光による誤動作を抑えることができる。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、画素Ｐの領域のうち光が透過する開口部となる。

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上に設けられており、遮光層２２および遮光層２６と平面視で重なる領域に配置されている。ＴＦＴ２４は、画素電極２８を駆動するスイッチング素子である。ＴＦＴ２４は、図示しない半導体層、ゲート電極、ソース電極、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、図示を省略するが、平面視で遮光層２２および遮光層２６に重なる領域には、ＴＦＴ２４に電気信号を供給するための電極、配線、中継電極や、蓄積容量５（図２参照）を構成する容量電極などが設けられている。遮光層２２や遮光層２６がこれらの電極、配線、中継電極、容量電極などを含む構成であってもよい。

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、対向基板３０（マイクロレンズアレイ基板１０）側から入射する。入射する光のうち、マイクロレンズアレイ基板１０（基板１１）の表面の法線方向に沿ってマイクロレンズＭＬの中心に入射した光Ｌ１は、そのまま直進して画素Ｐの開口領域内を透過し素子基板２０側に射出される。なお、以下では、マイクロレンズアレイ基板１０の表面（基板１１の面１１ａ）の法線方向を単に「法線方向」という。

マイクロレンズＭＬの端部に法線方向に沿って入射した光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１４との間の光屈折率の差（正の屈折力）により、マイクロレンズＭＬの中心側へ屈折し、画素Ｐの開口領域内を透過して素子基板２０側に射出される。なお、詳細は後述するが、レンズ層１４に入射した光Ｌ２は、レンズ層１４内においても、屈折率が異なるレンズ層同士の界面で屈折する。

このように、液晶装置１では、そのまま直進した場合に遮光層３２や遮光層２６で遮光されてしまう光Ｌ２を、マイクロレンズＭＬの作用により画素Ｐの中心側へ屈折させて開口部内を透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。

＜マイクロレンズアレイ基板＞
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の構成について、図４および図５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アレイ基板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アレイ基板の構成を示す概略断面図である。

図４は、マイクロレンズアレイ基板１０を光路長調整層３１側（−Ｚ方向）から見た概略平面図である。なお、図４では、光路長調整層３１の図示を省略している。図４には、Ｘ方向およびＹ方向において互いに隣り合う４つの画素ＰおよびマイクロレンズＭＬが図示されている。画素Ｐの各々は略矩形の平面形状を有し、Ｘ方向およびＹ方向において隣り合う画素Ｐ同士は互いに接するように配列されている。

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ＭＬのレンズ形状を構成する凹部１２は、仮想的には２点鎖線で示す円形の外形形状を有している。この凹部１２の仮想的な外形形状は、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。換言すれば、凹部１２の仮想的な外形形状（円形）の直径は、画素Ｐの対角同士を結ぶ対角線の長さよりも小さい。

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、画素Ｐの対角線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。対角線方向において隣り合う凹部１２同士の間は、基板１１の面１１ａ上にレンズ層１４が形成された平坦部１３となっている。

図５は、図４のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図であり、図３に示すマイクロレンズアレイ基板１０の部分拡大図でもある。図５には、Ｘ方向において互いに隣り合う２つのマイクロレンズＭＬが図示されている。

図５に示すように、レンズ層１４は、凹部１２側から表面１４ａに向かって順に積層された、第４のレンズ層としてのレンズ層１５と、第１のレンズ層としてのレンズ層１６と、第２のレンズ層としてのレンズ層１７と、第３のレンズ層としてのレンズ層１８と、で構成される。

換言すれば、マイクロレンズＭＬは、凹部１２側から、第１のマイクロレンズ（レンズ層１５）、第２のマイクロレンズ（レンズ層１６）、第３のマイクロレンズ（レンズ層１７）、および第４のマイクロレンズ（レンズ層１８）の４つのマイクロレンズが積層された構成を有している。

レンズ層１５、レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８は、互いに同程度の層厚で形成されている。レンズ層１５の表面には凹部１２の形状が反映され、レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８の表面にも、その下層の表面形状が順次反映されている。

レンズ層１４の表面１４ａは、レンズ層１６が露出するまで平坦化されている。したがって、マイクロレンズＭＬの中央部から端部に向かって、レンズ層１５からレンズ層１８までの４つの層が積層された領域と、レンズ層１５からレンズ層１７までの３つの層が積層された領域と、レンズ層１５およびレンズ層１６の２つの層が積層された領域とが存在する。

レンズ層１５、レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８は、互いに異なる光屈折率を有している。より具体的には、これらの各レンズ層および基板１１の光屈折率は、基板１１＜レンズ層１８＜レンズ層１７＜レンズ層１６＜レンズ層１５の関係となっている。例えば、レンズ層１５、レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８をＳｉＯＮで形成する場合、酸素（Ｏ）と窒素（Ｎ）との比を異ならせることで、各レンズ層の光屈折率を異ならせることができる。

なお、光路長調整層３１の光屈折率は、基板１１の光屈折率と同じ程度であるが、レンズ層１８の光屈折率よりも小さければ、基板１１の光屈折率よりも大きくてもよい。

図４に示すように、マイクロレンズアレイ基板１０を光路長調整層３１側から見ると、レンズ層１４の表面１４ａには、凹部１２の平面視における中央部から端部に向かって順に、レンズ層１８と、レンズ層１７と、レンズ層１６とが露出している。レンズ層１５は、レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８で覆われている。

レンズ層１８の輪郭形状（レンズ層１８の露出してる部分の外縁）とレンズ層１７の輪郭形状（レンズ層１７の露出してる部分の外縁）とは、凹部１２の平面視における中心位置を中心とする同心円状である。すなわち、レンズ層１８およびレンズ層１７の輪郭形状は、凹部１２の仮想的な外形形状（円形）の同心円状となっている。

図５を参照して、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ＭＬの作用を説明する。レンズ層１５の光屈折率は基板１１の光屈折率よりも大きいので、第１のマイクロレンズ（レンズ層１５）は正の屈折力を有する。レンズ層１６の光屈折率はレンズ層１５の光屈折率よりも小さいので、第２のマイクロレンズ（レンズ層１６）は負の屈折力を有する。同様に、第３のマイクロレンズ（レンズ層１７）および第４のマイクロレンズ（レンズ層１８）も負の屈折力を有する。

上述した通り、法線方向に沿ってマイクロレンズＭＬの中心に入射した光Ｌ１は、レンズ層１５、レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８をそのまま直進して、レンズ層１８から射出される。

マイクロレンズＭＬの中心より外側で曲面部１２ａに入射した光Ｌ３は、第１のマイクロレンズ（レンズ層１５）の正の屈折力によりマイクロレンズＭＬの中心側へ屈折するが、第２のマイクロレンズ（レンズ層１６）の負の屈折力によりマイクロレンズＭＬの中心に対して外側へ屈折する。そして、光Ｌ３は、第３のマイクロレンズ（レンズ層１７）および第４のマイクロレンズ（レンズ層１８）により、さらにマイクロレンズＭＬの中心に対して外側へ屈折する。そのため、レンズ層１５で屈折して法線方向に対して斜めになった光Ｌ３は、レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８により法線方向に順次近付けられてレンズ層１８から射出される。

光Ｌ３よりも外側で傾斜面１２ｂに入射した光Ｌ４は、レンズ層１５によりマイクロレンズＭＬの中心側へ屈折し、レンズ層１６およびレンズ層１７によりマイクロレンズＭＬの中心に対して外側へ屈折し、法線方向に順次近付けられてレンズ層１７から射出される。

マイクロレンズＭＬの端部で傾斜面１２ｂに入射した光Ｌ２は、レンズ層１５によりマイクロレンズＭＬの中心側へ屈折するが、光Ｌ４と同様に傾斜面１２ｂに入射するため、光Ｌ４とほぼ同じ角度で屈折される。そして、光Ｌ２は、レンズ層１６によりマイクロレンズＭＬの中心に対して外側へ屈折し法線方向に近付けられて、レンズ層１６から射出される。

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では、入射する光を第１のマイクロレンズ（レンズ層１５）でマイクロレンズＭＬの中心側（画素Ｐの中心側）へ屈折させることにより、画素Ｐの開口領域内を透過する光の量を多くできるので、液晶装置１における光の利用効率を向上させることができる。

また、第１のマイクロレンズ（レンズ層１５）で屈折し法線方向に対して斜めになった光の角度を、第２のマイクロレンズ（レンズ層１６）、第３のマイクロレンズ（レンズ層１７）、および第４のマイクロレンズ（レンズ層１８）で小さくして平行光に近付けることができる。そして、凹部１２の周縁部がテーパー状の傾斜面１２ｂであるため、端部を含む周縁部に入射する光の屈折角度をほぼ同じにできる。これにより、液晶層４０（図３参照）に入射する光の、液晶の配向方向に対する角度のばらつきが小さくなるので、液晶装置１におけるコントラストを向上させることができる。

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では、レンズ層１４を単一層で構成する場合と比べて、光の利用効率の向上とコントラストの向上とを両立できるので、光路長が短くても良好な光学特性が得られる。したがって、レンズ層１４を単一層で構成する場合と比べて、光路長調整層３１の層厚を薄くすることが可能となる。

なお、レンズ層１４の表面１４ａに露出するレンズ層１８およびレンズ層１７の輪郭形状が凹部１２の仮想的な外形形状（円形）の同心円状となっているため、マイクロレンズＭＬから射出される光の法線方向に対する角度が略同一となる領域を、画素Ｐの開口領域内に同心円状に分布させることができる。

ところで、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板では、球面状のマイクロレンズの全領域に亘って、最上層までの屈折率の異なる複数の層が積層されている。そのため、マイクロレンズの端部では、レンズ層（あるいはレンズ層を構成する各層）の接線と基板の表面とのなす角度が大きくなるので、入射する光が屈折率の異なる層同士の界面で反射されて、その分だけ光の利用効率が低下するおそれがある。

これに対して、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０では、マイクロレンズＭＬの中央部から端部に向かって積層されるレンズ層の数が減少するため、屈折率の異なる層同士の界面での反射が少なくなる。また、マイクロレンズＭＬ（凹部１２）の周縁部（端部）が傾斜面１２ｂとなっているため、球面状のマイクロレンズと比べて、端部におけるレンズ層の接線と基板の表面とのなす角度が小さくなるので、屈折率の異なる層同士の界面での反射が起きにくくなるとともに、屈折した光の法線方向に対する角度のばらつきを小さくできる。

これにより、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板と比べて、液晶装置１における光の利用効率とコントラストとを向上させることができる。また、液晶装置１から射出される光の拡散が抑えられるので、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る場合に、投写レンズに入射する光のケラレを抑制でき、プロジェクターにおける光の利用効率の向上とコントラストの向上とを図ることができる。

＜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６および図７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６および図７の各図は、図５と同様に図４のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図に相当するが、図５とは上下方向（Ｚ方向）が反転している。

図６（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（図４に示すＸ方向、Ｙ方向、および対角線方向）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、制御膜７０上にマスク層７２を形成する。そして、マスク層７２をパターニングして、マスク層７２に開口部７２ａを形成する。開口部７２ａの平面形状は、例えば円形である。この開口部７２ａの平面的な中心の位置が、形成される凹部１２の外形形状における中心の位置となる。続いて、マスク層７２の開口部７２ａ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。

図６（ｂ）に示すように、この等方性エッチングにより、制御膜７０の開口部７２ａと重なる領域に開口部７０ａが形成され、開口部７０ａを介して基板１１がエッチングされて凹部１２が形成される。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。これにより、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が基板１１の単位時間当たりのエッチング量よりも多くなるので、開口部７０ａの拡大に伴って、基板１１の幅方向におけるエッチング量が深さ方向におけるエッチング量よりも多くなる。

そして、図６（ｃ）に示すように、凹部１２の幅方向が深さ方向よりも拡大されて、中央部に曲面部１２ａが形成され、周縁部にテーパー状の傾斜面１２ｂが形成される。なお、図６（ｃ）には、等方性エッチング終了後、マスク層７２および制御膜７０が除去された状態を示している。

なお、本工程では、Ｘ方向およびＹ方向において隣り合う凹部１２同士が互いに接続され、対角線方向において隣り合う凹部１２同士が互いに離間されている状態で等方性エッチングを終了する（図４参照）。対角線方向において隣り合う凹部１２同士が互いに接続されるまで等方性エッチングを行うと、マスク層７２が基板１１から浮いて剥がれてしまうおそれがある。本実施形態では、隣り合う凹部１２同士の間に基板１１の面１１ａが残っている状態で等方性エッチングを終了するので、等方性エッチングが終了するまでマスク層７２を支持することができる。これにより、平面視における凹部１２の直径は画素Ｐの対角線の長さよりも小さくなる。

次に、図６（ｄ）および図７（ａ）に示すレンズ層形成工程を行う。まず、図６（ｄ）に示すように、基板１１の面１１ａ側を覆うように、光透過性を有し基板１１よりも光屈折率が大きい無機材料を堆積してレンズ層１５を形成する。レンズ層１５は、例えばＣＶＤ法を用いて形成することができる。レンズ層１５の表面には、基板１１の凹部１２の形状が反映される。

続いて、図７（ａ）に示すように、レンズ層１５上に、レンズ層１６とレンズ層１７とレンズ層１８とを順に形成する。レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８は、光透過性を有し、基板１１よりも光屈折率が大きく、レンズ層１５に対して順に光屈折率が小さい無機材料をレンズ層１５と同程度の厚さで堆積して形成される。レンズ層１５からレンズ層１８までの積層された４つのレンズ層により、レンズ層１４が構成される。レンズ層１４の最上層となるレンズ層１８の表面にも、基板１１の凹部１２の形状が反映される。

このように、レンズ層１４を複数の層を積層して構成するので、積層するレンズ層の数を適宜変えることで、レンズ層１４の層厚を容易に調整できる。また、積層するレンズ層のそれぞれの光屈折率を適宜変えることで、光の利用効率やコントラストに影響を与えるレンズ層１４の光学特性を容易に調整できる。なお、図７（ａ）には、レンズ層１７の表面に反映された凹部の深さ以上の層厚でレンズ層１８を形成した場合のレンズ層１８の表面１８ａの位置を２点鎖線で示している。

次に、図７（ｂ）に示すように、レンズ層１４に対して平坦化処理を施す平坦化処理工程を行う。平坦化処理工程では、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理などを用いて、レンズ層１４の上層の凹凸が形成された部分を研磨して除去する。本実施形態では、最下層のレンズ層１５が露出しない範囲、すなわち、レンズ層１６からレンズ層１８までの総厚の範囲内で、平坦化処理を行う。

これにより、レンズ層１４の表面１４ａが平坦化され、表面１４ａにレンズ層１６とレンズ層１７とレンズ層１８とが露出する。そして、凹部１２にレンズ層１４（レンズ層１５からレンズ層１８までの４つのレンズ層）の材料が埋め込まれることにより、マイクロレンズＭＬが構成される。

なお、図示しないが、基板１１の面１１ａ上に、凹部１２を形成する際の位置の基準となるマークや、素子基板２０と対向基板３０とを貼り合せる際の位置決めの基準となるマークが予め形成されていてもよい。このようなマークが形成されている場合、最下層のレンズ層１５が露出しない範囲で平坦化処理を行うことで、平坦化処理工程においてマークが研磨され除去されてしまうことを抑止できる。

次に、図７（ｃ）に示すように、レンズ層１４の表面１４ａを覆うように、光透過性を有し、例えば基板１１と同程度の光屈折率を有する無機材料を堆積して光路長調整層３１を形成する。以上により、マイクロレンズアレイ基板１０が完成する。

ここで、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板のように、平坦化処理工程において最上層のレンズ層１８の層厚の範囲内で（直下のレンズ層１７以下を露出させないで）レンズ層１４の表面を平坦化しようとする場合、レンズ層形成工程においてレンズ層１８を厚く形成する必要がある。すなわち、図７（ａ）に２点鎖線で示すように、少なくともレンズ層１７の表面に反映された凹部の深さ以上の層厚でレンズ層１８を形成する必要がある。

なお、複数の層を積層して堆積する場合、画素Ｐのピッチが狭いと（凹部１２の径が小さいと）、凹部１２同士の間の凸部における堆積量が凹部内よりも多くなって凹凸の段差が大きくなる（凹部がより深くなる）場合がある。そうすると、最上層のレンズ層１８の層厚をより厚く形成しなければならないこととなる。

また、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板のように、最上層のレンズ層１８が光路長調整層の役割を兼ねる場合、平坦化処理工程において、レンズ層１８の表面を平坦化しつつ、レンズ層１８の残厚を所望の光路長が得られる層厚に合わせ込まなければならない。そのため、表面の平坦性の確保と所定の層厚（残厚）の確保とを両立させなければならず、光路長の調整が容易に行えないという課題がある。

これに対して本実施形態では、最下層のレンズ層１５が露出しない範囲で平坦化処理を行うため、最上層のレンズ層１８を、その直下のレンズ層１７の表面に反映される凹部の深さよりも厚く形成する必要はなく、レンズ層１５、レンズ層１６、およびレンズ層１７と同程度の層厚で形成すれことができる。これにより、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイ基板と比べて、レンズ層形成工程における工数を低減することができる。また、光路長調整層３１の層厚でマイクロレンズＭＬから遮光層２６までの光路長を調整するので、容易に所望の光路長に調整することができる。

（第２の実施形態）
＜マイクロレンズアレイ基板＞
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、レンズ層の構成が異なる。第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０Ａの構成について、図８および図９を参照して説明する。図８は、第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の構成を示す概略平面図である。図９は、第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の構成を示す概略断面図である。詳しくは、図９は図８のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。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。

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１２が設けられた基板１１と、凹部１２を埋めて基板１１の面１１ａを覆うように設けられたレンズ層１９と、レンズ層１９の表面１９ａを覆うように形成された光路長調整層３１とを備えている。

第２の実施形態に係るレンズ層１９は、凹部１２側から表面１９ａに向かって順に積層された、第４のレンズ層としてのレンズ層１５Ａと、第１のレンズ層としてのレンズ層１６Ａと、第２のレンズ層としてのレンズ層１７と、第３のレンズ層としてのレンズ層１８とで構成される。したがって、第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬは、凹部１２側から、第１のマイクロレンズ（レンズ層１５Ａ）、第２のマイクロレンズ（レンズ層１６Ａ）、第３のマイクロレンズ（レンズ層１７）、および第４のマイクロレンズ（レンズ層１８）の４つのマイクロレンズが積層された構成を有している。

第２の実施形態に係るレンズ層１９では、レンズ層１５Ａの屈折率は、レンズ層１６Ａの屈折率よりも小さい。より具体的には、各レンズ層および基板１１の光屈折率は、基板１１＜レンズ層１８＜レンズ層１７＜レンズ層１５Ａ＜レンズ層１６Ａの関係となっている。

レンズ層１６Ａの屈折率がレンズ層１５Ａの屈折率よりも大きいので、第２のマイクロレンズ（レンズ層１６Ａ）は正の屈折力を有する。第１のマイクロレンズ（レンズ層１５Ａ）は正の屈折力を有し、第３のマイクロレンズ（レンズ層１７）および第４のマイクロレンズ（レンズ層１８）は負の屈折力を有する点は、第１の実施形態と同様である。

レンズ層１９の表面１９ａには、レンズ層１５Ａが露出している。このようなレンズ層１９は、図７（ｂ）に示す平坦化処理工程において、最下層のレンズ層１５Ａが露出するまで平坦化処理を行うことで得られる。なお、基板１１の面１１ａ上に位置決めの基準となるマークが形成されている場合、平坦化処理工程では、レンズ層１５Ａの残厚がマークの厚さ以上となる範囲で平坦化処理が行われる。

この結果、第２の実施形態に係るレンズ層１９では、中央部から端部に向かって、レンズ層１５Ａからレンズ層１８までの４つの層が積層された領域と、レンズ層１５Ａからレンズ層１７までの３つの層が積層された領域と、レンズ層１５Ａおよびレンズ層１６Ａの２つの層が積層された領域と、レンズ層１５Ａのみの領域とが存在する。

第２の実施形態に係るマイクロレンズＭＬの中心より外側に入射した光Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、第１のマイクロレンズ（レンズ層１５Ａ）の正の屈折力によりマイクロレンズＭＬの中心側へ屈折し、第２のマイクロレンズ（レンズ層１６Ａ）の正の屈折力によりさらにマイクロレンズＭＬの中心側へ屈折する。

したがって、マイクロレンズＭＬに入射する光を第１のマイクロレンズ（レンズ層１５Ａ）および第２のマイクロレンズ（レンズ層１６Ａ）でマイクロレンズＭＬの中心側（画素Ｐの中心側）へ屈折させることにより、液晶装置１における光の利用効率を向上させている。そして、法線方向に対して斜めになった光の角度を、第３のマイクロレンズ（レンズ層１７）および第４のマイクロレンズ（レンズ層１８）で小さくすることにより、液晶装置１におけるコントラストを向上させている。

図８に示すように、マイクロレンズアレイ基板１０Ａを光路長調整層３１側から見ると、レンズ層１９の表面１９ａには、凹部１２の平面視における中央部から端部に向かって順に、レンズ層１８と、レンズ層１７と、レンズ層１６Ａと、レンズ層１５Ａとが露出している。レンズ層１８、レンズ層１７、およびレンズ層１６Ａの輪郭形状は、２点鎖線で示す凹部１２の仮想的な外形形状（円形）の同心円状である。

第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０Ａでは、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０と同様に光の利用効率の向上とコントラストの向上とを図ることができる。そして、第２の実施形態では、レンズ層１５Ａが露出するまで平坦化処理が行われるので、第１の実施形態よりもレンズ層１９の層厚を薄くすることが可能であり、マイクロレンズＭＬの端部において屈折率の異なる層同士の界面での反射がより少なくなる。マイクロレンズＭＬを第１の実施形態の構成とするか第２の実施形態の構成とするかは、例えば、画素Ｐのピッチや液晶層４０の構成などからマイクロレンズＭＬに要求される光学特性に基づいて決定すればよい。

なお、第２の実施形態に係るレンズ層１９において、第１の実施形態に係るレンズ層１４と同様に、表面１９ａにレンズ層１５Ａが露出しない構成としてもよい。また、第２の実施形態に係るレンズ層１９の表面１９ａにレンズ層１５Ａが露出する構成において、各レンズ層の光屈折率を、第１の実施形態に係るレンズ層１４と同様に、基板１１＜レンズ層１８＜レンズ層１７＜レンズ層１６Ａ＜レンズ層１５Ａの関係としてもよい。このように、本発明は、マイクロレンズＭＬに要求される光学特性に応じて、最適な構成を選択することが可能である。

（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１０を参照して説明する。図１０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１０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（投写型表示装置）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、投写レンズ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、投写光学系である投写レンズ１１７によってスクリーン１３０上に投写され、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またはマイクロレンズアレイ基板１０Ａ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、明るい表示と良好なコントラストとを有するプロジェクター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では、凹部１２の仮想的な外形形状が円形であり、レンズ層１８の輪郭形状とレンズ層１７の輪郭形状と（マイクロレンズアレイ基板１０Ａではさらにレンズ層１６Ａの輪郭形状と）が凹部１２の外形形状（円形）の同心円状の構成であったが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、凹部の仮想的な外形形状が略矩形であってもよい。図１１は、変形例１に係るマイクロレンズアレイ基板の構成を示す概略平面図である。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１１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の基板１１に設けられた凹部１２Ｂの外形形状は、平面視で略矩形状である。凹部１２Ｂの４つの辺部は画素Ｐに内接しており、凹部１２Ｂの４つの角部は丸く形成されている。したがって、Ｘ方向およびＹ方向において隣り合う凹部１２Ｂ同士は互いに接続されており、画素Ｐの対角線方向において隣り合う凹部１２Ｂ同士は互いに離間されている。

このような平面視で略矩形状の外形形状を有する凹部１２Ｂは、図６（ａ）に示すマスク層７２をパターニングして開口部７２ａを形成する工程において、開口部７２ａの平面形状を矩形とすることで形成できる。すなわち、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示す等方性エッチングを施す工程において、開口部７２ａに対応して略矩形状の外形形状を有する凹部１２Ｂが形成され、エッチングの進行に伴ってその略矩形状の外形形状が拡大されて、図１１に示す略矩形状の外形形状を有する凹部１２Ｂとなる。なお、図示を省略するが、凹部１２Ｂの断面形状は、上記の実施形態に係る凹部１２と同様に、曲面部１２ａと傾斜面１２ｂとを有する形状であってもよいし、曲面部の中央に平坦な底部を有する形状であってもよい。

また、図１１に示すように、レンズ層１４の表面１４ａには、レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８が露出している。レンズ層１５（図示しない）は、レンズ層１６、レンズ層１７、およびレンズ層１８で覆われている。レンズ層１４の表面１４ａに露出するレンズ層１８の輪郭形状とレンズ層１７の輪郭形状とは、凹部１２Ｂの４つの辺部に略平行に沿った部分を有しており、凹部１２Ｂの外形形状と略相似の矩形状となる。これにより、マイクロレンズＭＬから射出される光の、基板の表面の法線方向に対する傾きが略同一となる領域を、レンズ層１８およびレンズ層１７の輪郭形状に沿って分布させることができる。

なお、第２の実施形態のように、レンズ層１４の表面１４ａにレンズ層１５までが露出する場合は、レンズ層１６の輪郭形状も、凹部１２Ｂの４つの辺部に略平行な部分を有し、凹部１２Ｂの外形形状と略相似の矩形状となる。

このような各レンズ層の輪郭形状（同心円状または略相似の矩形状）は、例えば、画素Ｐの開口領域を規定する遮光層２２，２６の開口部２２ａ，２６ａの形状に応じて、画素Ｐの開口領域内により多くの光を入射させることができる形状や、画素Ｐの開口領域内における明るさの分布をより均一にできる形状が選択される。

（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では、レンズ層１４，１９が４つのレンズ層が積層された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。レンズ層１４，１９は、３つのレンズ層が積層された構成であってもよいし、５つ以上のレンズ層が積層された構成であってもよい。また、積層されるレンズ層の数に関わらず、最下層となるレンズ層がレンズ層１４，１９の表面１４ａ，１９ａに、第１の実施形態のように露出しない構成であってもよいし、第２の実施形態のように露出する構成であってもよい。さらに、最下層となるレンズ層の光屈折率がその直上のレンズ層の光屈折率に対して、第１の実施形態のように大きい構成であってもよいし、第２の実施形態のように小さい構成であってもよい。いずれの構成であっても、液晶装置１における光の利用効率の向上とコントラストの向上とを図ることができる。

（変形例３）
上記の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板１０，１０Ａでは、凹部１２の周縁部に傾斜面１２ｂを有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、凹部１２の周縁部に傾斜面１２ｂを有しておらず、凹部１２全体が曲面部で構成されていてもよい。しかしながら、上記の実施形態のように、凹部１２の周縁部に傾斜面１２ｂを有している構成の方が、端部において屈折率の異なる層同士の界面での反射が起きにくくなるとともに屈折した光の法線方向に対する角度を小さくできる点で好ましい。

（変形例４）
上記の実施形態に係る液晶装置の製造方法では、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とにより傾斜面１２ｂを有する凹部１２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、グレイ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の形状を転写して形成してもよい。なお、この場合、制御膜７０は不要となる。

（変形例５）
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、投写型の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…面（第１の面）、１２，１２Ｂ…凹部、１２ｂ…傾斜面、１４，１９…レンズ層、１４ａ，１９ａ…表面、１５，１５Ａ…レンズ層（第４のレンズ層）、１６，１６Ａ…レンズ層（第１のレンズ層）、１７…レンズ層（第２のレンズ層）、１８…レンズ層（第３のレンズ層）、２０…素子基板（第１の基板）、３１…光路長調整層（透光層）、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）。

Claims (11)

1. 第１の面に複数の凹部が設けられた基板と、
   前記第１の面を覆い前記複数の凹部を埋め込むように設けられた、略平坦な表面を有するレンズ層と、を備え、
   前記レンズ層は、前記凹部の形状を反映して前記表面の反対側の面側から前記表面側に向かって順に積層された、第１のレンズ層と、第２のレンズ層と、第３のレンズ層と、を含み、
   前記第１のレンズ層の屈折率は、前記第２のレンズ層の屈折率よりも大きく、
   前記第３のレンズ層の屈折率は、前記第２のレンズ層の屈折率よりも小さく、かつ、前記基板の屈折率よりも大きく、
   前記レンズ層の前記表面には、前記凹部の中央部から端部に向かって順に、前記第３のレンズ層と、前記第２のレンズ層と、前記第１のレンズ層と、が露出してい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、
   前記レンズ層は、前記第１のレンズ層よりも前記表面の反対側の面側に配置された第４のレンズ層をさらに含み、
   前記第４のレンズ層の屈折率は、前記第１のレンズ層の屈折率よりも大きい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に記載のマイクロレンズアレイ基板であって、
   前記レンズ層は、前記第１のレンズ層よりも前記表面の反対側の面側に配置された第４のレンズ層をさらに含み、
   前記第４のレンズ層の屈折率は、前記第１のレンズ層の屈折率よりも小さく、かつ、前記第２のレンズ層の屈折率よりも大き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２または３に記載のマイクロレンズアレイ基板であって、
   前記レンズ層の前記表面には、前記凹部の中央部から端部に向かって順に、前記第３のレンズ層と、前記第２のレンズ層と、前記第１のレンズ層と、前記第４のレンズ層と、が露出していることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
5. 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であって、
   少なくとも前記第３のレンズ層の輪郭形状と前記第２のレンズ層の輪郭形状とは、前記凹部の平面視における中心の位置を中心とする同心円状であることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
6. 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であって、
   前記凹部の外形形状は直線部分を有し、
   少なくとも前記第３のレンズ層の輪郭形状と前記第２のレンズ層の輪郭形状とは、前記凹部の前記直線部分に沿った部分を有することを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
7. 請求項１から６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、
   前記レンズ層の前記表面を覆うように設けられた、前記第３のレンズ層の屈折率よりも小さな屈折率を有する透光層を備えていることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
8. 請求項１から７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、
   前記凹部の端部は、断面視において前記第１の面から前記凹部の中央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。
9. 基板の第１の面に複数の凹部を形成する工程と、
   前記基板の前記第１の面を覆い前記複数の凹部を埋め込むようにレンズ層を形成するレンズ層形成工程と、
   前記レンズ層の表面を研磨して平坦化する平坦化処理工程と、
   前記レンズ層の前記表面を覆うように、前記レンズ層の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料を配置して透光層を形成する工程と、を備え、
   前記レンズ層形成工程は、
   前記基板の屈折率よりも大きな屈折率を有する材料を配置して第１のレンズ層を形成する工程と、
   前記第１のレンズ層上に、前記第１のレンズ層の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料を配置して第２のレンズ層を形成する工程と、
   前記第２のレンズ層上に、前記第２のレンズ層の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料を配置して第３のレンズ層を形成する工程と、を含み、
   前記平坦化処理工程では、前記凹部の端部において前記第１のレンズ層が露出するまで研磨することを特徴とするマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
10. 第１の基板と、
    前記第１の基板と対向するように配置された第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、
    請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ基板を前記第２の基板に備えていることを特徴とする電気光学装置。
11. 請求項１０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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