KR20160041762A

KR20160041762A - 마이크로 렌즈 어레이 기판, 마이크로 렌즈 어레이 기판을 구비한 전기 광학 장치, 투사형 표시 장치 및, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20160041762A
Application number: KR1020150133482A
Authority: KR
Inventors: 쥰이치 와카바야시
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2016-04-18
Also published as: JP6450965B2; US20160097883A1; JP2016075796A; US9766379B2; CN105487144A; TW201614271A

Abstract

한쪽측의 기판면에 오목 곡면으로 이루어지는 제1 렌즈면이 형성된 투광성 기판과, 한쪽측의 기판면을 덮고, 투광성 기판과 굴절률이 상이한 투광성의 제1 렌즈층과, 제1 렌즈층을 투광성 기판과는 반대측에서 덮는 투광층과, 투광층을 투광성 기판과는 반대측에서 덮고, 투광성 기판과는 반대측의 면에 볼록 곡면으로 이루어지는 제2 렌즈면이 형성된 제2 렌즈층을 갖고, 투광층은, 제1 렌즈층 및 제2 렌즈층보다도 굴절률 및 열팽창률이 작다.

Description

마이크로 렌즈 어레이 기판, 마이크로 렌즈 어레이 기판을 구비한 전기 광학 장치, 투사형 표시 장치 및, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법{MICROLENS ARRAY SUBSTRATE, ELECTROOPTICAL DEVICE INCLUDING MICROLENS ARRAY SUBSTRATE, PROJECTION TYPE DISPLAY APPARATUS, AND MANUFACTURING METHOD OF MICROLENS ARRAY SUBSTRATE}

본 발명은, 마이크로 렌즈 어레이 기판, 마이크로 렌즈 어레이 기판을 구비한 전기 광학 장치 및, 투사형 표시 장치에 관한 것이다.

상기 마이크로 렌즈 어레이 기판은, 예를 들면, 기판 상에 복수의 마이크로 렌즈가 배열되어 있는 것이 알려져 있다. 마이크로 렌즈 어레이 기판은, 복수의 마이크로 렌즈를 갖고, 예를 들면, 액정 프로젝터에 있어서, 광원과 액정 라이트 밸브와의 사이 등에 배치하여, 광량의 로스를 억제하거나, 입사광을 증가시키는 등, 많은 용도로 이용되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 더 한층의 빛의 이용 효율을 높이기(밝게 하기) 위해, 복수의 제1 렌즈와, 추가로, 이들 제1 렌즈의 하나 하나와 쌍을 이루도록 대향 배치된 복수의 제2 렌즈를 구비하고 있는 구조의 마이크로 렌즈 어레이(기판)가 알려져 있다.

일본공개특허공보 2014-89230호

그러나, 마이크로 렌즈 어레이 기판(마이크로 렌즈)의 두께가 두꺼워지면, 열팽창 등에 의해 마이크로 렌즈 어레이 기판에 휨이 발생하거나, 변형이 발생하거나 한다. 그 결과, 불균일이나 블랙 플로팅이 발생하여 표시 품질이 저하된다는 과제가 있다. 또한, 마이크로 렌즈(제1 렌즈 및 제2 렌즈)의 가공 편차에 의해, 마이크로 렌즈의 품질에 악영향을 미쳐, 화상 품질이 열화된다는 과제가 있다.

본 발명의 실시 형태는, 상기 과제 중 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현하는 것이 가능하다.

[적용예 1] 본 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판은, 한쪽측의 기판면에 오목 곡면으로 이루어지는 제1 렌즈면이 형성된 투광성 기판과, 상기 한쪽측의 기판면을 덮고, 상기 투광성 기판과 굴절률이 상이한 투광성의 제1 렌즈층과, 상기 제1 렌즈층을 상기 투광성 기판과는 반대측에서 덮는 투광층과, 상기 투광층을 상기 투광성 기판과는 반대측에서 덮고, 상기 투광성 기판과는 반대측의 면에 볼록 곡면으로 이루어지는 제2 렌즈면이 형성된 제2 렌즈층을 갖고, 상기 투광층은, 상기 제1 렌즈층 및 상기 제2 렌즈층보다도 굴절률 및 열팽창률이 작은 것을 특징으로 한다.

본 적용예에 의하면, 제1 렌즈층 및 제2 렌즈층보다도 굴절률이 작고 열팽창률이 작은 투광층을, 제1 렌즈층과 제2 렌즈층과의 사이에 배치하기 때문에, 투광층에 비스듬한 방향으로부터 입사된 광선은, 투광층의 굴절률이 작기 때문에 각도가 보다 비스듬한 측으로 굴절된다. 따라서 입사광을 크게 굽히는 것이 가능해진다. 따라서, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 총 막두께를 얇게 할 수 있다. 이에 따라, 렌즈 간 거리를 넓게 하는 일 없이 투과율을 향상시킬 수 있다. 또한, 렌즈 간 거리를 넓게 하고 싶은 경우라도, 렌즈 간 거리를 투광층에서 조정하기 때문에, 제1 렌즈층 및 제2 렌즈층을 두껍게 하여 조정하는 경우와 비교하여, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 총 막두께를 얇게 함과 함께, 마이크로 렌즈 어레이 기판에 휨이 발생하거나 변형이 발생하거나 하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 표시 품위의 열화를 방지할 수 있다.

[적용예 2] 상기 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판에 있어서, 상기 제1 렌즈층은, 상기 제1 렌즈층과 상기 투광층과의 계면을 평탄하게 하기 위한 제1 두께를 가짐과 함께, 상기 제1 렌즈층의 굴절률이 연속하는 제1 평탄층을 구비하고, 상기 제2 렌즈층은, 상기 제2 렌즈층과 상기 투광층과의 계면을 평탄하게 하기 위한 제2 두께를 가짐과 함께, 상기 제2 렌즈층의 굴절률이 연속하는 제2 평탄층을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 적용예에 의하면, 제1 평탄층 및 제2 평탄층을 구비하고 있기 때문에, 계면을 평탄하게 하기 위한 평탄화 처리를 행한 경우에 가공 편차가 발생한 경우라도, 제1 렌즈면 및 제2 렌즈면에 악영향을 미치는 것을 막을 수 있다.

[적용예 3] 상기 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판에 있어서, 상기 제1 렌즈층 및 상기 제2 렌즈층은, 굴절률이 상이한 복수의 굴절률층을 갖는 것이 바람직하다.

본 적용예에 의하면, 복수의 굴절률층에 의해 소망하는 방향으로 빛이 진행하는 방향을 바꾸는 것이 가능해져, 빛의 이용 효율을 높일 수 있다.

[적용예 4] 상기 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판에 있어서, 상기 제1 렌즈면의 곡률은, 상기 제2 렌즈면의 곡률보다 큰 것이 바람직하다.

본 적용예에 의하면, 소망하는 방향으로 빛이 진행하는 방향을 바꾸는 것이 가능해져, 빛의 이용 효율을 높일 수 있다.

[적용예 5] 상기 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판에 있어서, 상기 제1 렌즈층의 상기 복수의 굴절률층은, 상기 제1 렌즈면으로부터 상기 투광층의 측을 향하여 굴절률이 낮아지도록 배치되고, 상기 제2 렌즈층의 상기 복수의 굴절률층은, 상기 제2 렌즈면으로부터 상기 투광층의 측을 향하여 굴절률이 낮아지도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

[적용예 6] 상기 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판에 있어서, 상기 제2 렌즈층의 측에 대하여 상기 제1 렌즈층의 측이 빛의 입사측인 것이 바람직하다.

본 적용예에 의하면, 곡률이 큰 제1 렌즈면의 측으로부터 빛이 입사되기 때문에, 산란광의 빛의 방향을 소망하는 방향으로 가깝게 할 수 있다.

[적용예 7] 본 적용예에 따른 전기 광학 장치는, 상기에 기재된 마이크로 렌즈 어레이 기판과, 상기 마이크로 렌즈 어레이 기판 및 전기 광학층을 개재하여 배치된 액티브 매트릭스 기판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 적용예에 의하면, 표시 품질을 향상시키는 것이 가능한 전기 광학 장치를 제공할 수 있다.

[적용예 8] 본 적용예에 따른 투사형 표시 장치는, 상기의 전기 광학 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 적용예에 의하면, 상기 전기 광학 장치를 구비하고 있기 때문에, 표시 품질을 향상시키는 것이 가능한 투사형 표시 장치를 제공할 수 있다.

[적용예 9] 본 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법은, 투광성 기판의 제1면에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 오목부 상에 상기 투광성 기판보다도 굴절률이 큰 재료를 적층하여 제1 렌즈층을 형성하는 공정과, 상기 제1 렌즈층의 상기 투광성 기판과는 반대측의 면에 대하여 평탄화 처리를 행하는 공정과, 상기 평탄화 처리된 면의 위에 상기 제1 렌즈층보다도 굴절률 및 열팽창률이 작은 재료를 적층하여 투광층을 형성하는 공정과, 상기 투광층 상에 상기 투광층보다도 굴절률이 큰 재료를 적층한 후에 상기 투광층과 반대측에 볼록부 형상을 갖는 면을 형성함으로써 제2 렌즈층을 형성하는 공정을 포함한다.

본 적용예에 의하면, 제1 렌즈층보다도 굴절률이 작고 열팽창률이 작은 투광층을, 제1 렌즈층과 제2 렌즈층과의 사이에 배치하기 때문에, 투광층에 비스듬한 방향으로부터 입사된 광선은, 투광층의 굴절률이 작기 때문에 각도가 보다 비스듬한 측으로 굴절된다. 따라서 입사광을 크게 굽히는 것이 가능해진다. 따라서, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 총 막두께를 얇게 할 수 있다. 이에 따라, 렌즈 간 거리를 넓게 하는 일 없이 투과율을 향상시킬 수 있다. 또한, 렌즈 간 거리를 넓게 하고 싶은 경우라도, 렌즈 간 거리를 투광층에서 조정하기 때문에, 제1 렌즈층 및 제2 렌즈층을 두껍게 하여 조정하는 경우와 비교하여, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 총 막두께를 얇게 함과 함께, 마이크로 렌즈 어레이 기판에 휨이 발생하거나 변형이 발생하거나 하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 표시 품위의 열화를 방지할 수 있다.

[적용예 10] 상기 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 평탄화 처리를 행하는 공정에 있어서는, 상기 오목부 상에 소정의 두께를 남기도록 처리하는 것이 바람직하다.

본 적용예에 의하면, 소정의 두께의 층을 구비하고 있기 때문에, 계면을 평탄하게 하기 위한 평탄화 처리를 행한 경우에 가공 편차가 발생한 경우라도, 제1 렌즈층의 면에 악영향을 미치는 것을 막을 수 있다.

[적용예 11] 상기 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제2 렌즈층을 형성하는 공정에 있어서는, 소정의 두께의 층의 위에 상기 볼록부 형상을 갖는 면이 형성되는 것이 바람직하다.

본 적용예에 의하면, 소정의 두께의 층을 구비하고 있기 때문에, 제2 렌즈층을 형성하는 공정에 있어서 가공 편차가 발생한 경우라도, 확실하게 제2 렌즈층의 면을 형성할 수 있다.

[적용예 12] 상기 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제2 렌즈층의 위에 상기 제2 렌즈층보다도 굴절률이 작은 재료를 적층하여 보호층을 형성하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.

[적용예 13] 상기 적용예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 렌즈층 및 상기 제2 렌즈층을 형성하는 공정에 있어서는 굴절률이 상이한 복수의 재료를 순차 적층하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.

도 1은 제1 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성을 나타내는 개략도이고, 도 1(a)는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성을 나타내는 개략 사시도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 마이크로 렌즈 어레이 기판을 상방으로부터 본 개략 평면도이다.
도 2는 도 1(a)에 나타내는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 A-A선을 따르는 개략 단면도이다.
도 3은 전기 광학 장치로서의 액정 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판과 종래의 마이크로 렌즈 어레이 기판과의 구조를 비교한 개략 단면도이다.
도 5는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법을 공정순으로 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법을 공정순으로 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법을 공정순으로 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 액정 장치를 구비한 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 9는 제2 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 10은 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법의 일부를 공정순으로 나타내는 개략 단면도이다.
도 11은 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법의 일부를 공정순으로 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법의 일부를 공정순으로 나타내는 개략 단면도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 구체화한 실시 형태에 대해서 도면에 따라 설명한다. 또한, 사용하는 도면은, 설명하는 부분이 인식 가능한 상태가 되도록, 적절하게 확대 또는 축소하여 표시하고 있다.

또한, 이하의 형태에 있어서, 예를 들면 「기판 상에」라고 기재된 경우, 기판의 위에 접하도록 배치되는 경우, 또는 기판의 위에 다른 구성물을 개재하여 배치되는 경우, 또는 기판의 위에 일부가 접하도록 배치되고, 일부가 다른 구성물을 개재하여 배치되는 경우를 나타내는 것으로 한다.

(제1 실시 형태)

본 실시 형태에서는, 마이크로 렌즈 어레이 기판을 구비한 전기 광학 장치의 일 예로서 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 화소의 스위칭 소자로서 구비한 액티브 매트릭스형의 액정 장치를 예로 들어 설명한다. 이 액정 장치는, 예를 들면, 후술하는 투사형 표시 장치(액정 프로젝터)의 광변조 수단(액정 라이트 밸브)으로서 적합하게 이용할 수 있는 것이다.

＜마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성＞

도 1은, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1(a)는, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성을 나타내는 개략 사시도이다. 도 1(b)는, 도 1(a)의 마이크로 렌즈 어레이 기판을 상방으로부터 본 개략 평면도이다. 도 2는, 도 1(a)에 나타내는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 A-A선을 따르는 개략 단면도이다. 이하, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성을, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)은, 투광성 기판(11)과, 복수의 마이크로 렌즈(31)를 갖는 렌즈층(12)과, 렌즈층(12)을 덮어 형성된 보호층(13)을 갖고 있다.

투광성 기판(11)은, 복수의 마이크로 렌즈(31)에 대응하는 오목 곡면으로 이루어지는 복수의 제1 렌즈면(41a1)을 갖고, 제1 렌즈면(41a1)의 내부에 마이크로 렌즈(31)를 구성하는 제1 렌즈층(41)의 형성 재료가 고착하여 제1 렌즈층(41)을 형성하고 있다.

투광성 기판(11)은, 내열성 및 내광성이 높은 무기 재료를 형성 재료로 하고 있다. 예를 들면, 투광성 기판(11)으로서는, 높은 광투과율을 갖는 석영 유리 기판 등이 적합하게 이용된다.

렌즈층(12)은, 제1 렌즈층(41)과, 볼록 곡면으로 이루어지는 제2 렌즈면(42a1)을 갖는 제2 렌즈층(42)과, 제1 렌즈층(41)과 제2 렌즈층(42)으로 협지된 투광층(43)을 구비하고 있다. 제2 렌즈면(42a1)의 내부에 제2 렌즈층(42)의 형성 재료가 고착하여 제2 렌즈층(42)을 형성하고 있다.

제1 렌즈층(41) 및 제2 렌즈층(42)은, 광투과성을 구비하고, 투광층(43)의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖고 있다. 환원하면, 투광층(43)의 굴절률이 작다. 수치로 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로 제1 렌즈층(41) 및 제2 렌즈층(42)의 굴절률은 파장 550㎚의 빛에 대하여, 1.54∼1.80 정도인 것에 대하여, 투광층은 1.45∼1.54 정도이다. 따라서, 투광층(43)에 비스듬한 방향으로부터 입사된 광선은, 투광층의 굴절률이 작기 때문에 각도가 보다 비스듬한 측으로 굴절된다. 그 결과, 제1 렌즈면(41a1)과 제2 렌즈면(42a1)의 사이에 제1 렌즈층 또는 제2 렌즈층만이 퇴적되어 있는 경우와 비교하여, 마이크로 렌즈 어레이 기판에 입사되는 주광축과 평행한 광선이, 제1 렌즈에 의해 굴절되어 집광될 때까지의 거리를 짧게 하는 작용이 얻어져, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 총 막두께를 얇게 할 수 있다.

투광층(43)은, 제1 렌즈층(41) 및 제2 렌즈층(42)과 비교하여 열팽창률이 작다. 또한, 제1 렌즈층(41) 및 제2 렌즈층(42)은, 투광성 기판(11) 및 보호층(13)의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖고 있다.

제1 렌즈층(41) 및 제2 렌즈층(42)의 굴절률을 고려하는 방법은 설계 사항이며, 밝기를 향상시키거나, 또는 콘트라스트를 고려하는 등의 요구에 따라서 구하는 것이 바람직하다.

제1 렌즈층(41) 및 제2 렌즈층(42)은, 산질화실리콘(SiON) 등의 무기 재료로 형성되어 있다. 산질화실리콘은, 산소 원자(O)와 질소 원자(N)와의 조성(비율)에 의해, SiO₂와 Si₃N₄와의 사이의 굴절률로 제어할 수 있다.

투광층(43)은, 광투과성을 구비한 무기 재료를 형성 재료로 하고 있다. 투광층(43)은, 예를 들면, 산화실리콘(SiO₂)이다. 투광층(43)의 두께를 가변시킴으로써, 광로 길이를 임의의 광로 길이로 조정할 수 있다.

복수의 마이크로 렌즈(31)는, 빛의 입사 방향과 빛의 사출 방향의 양쪽에 볼록 형상을 갖는 양 볼록 형상을 갖고 있다. 또한, 서로 이웃하는 마이크로 렌즈(31)는, 평면에서 볼 때 경계선이 접촉되어 있어, 평면에서 볼 때 직사각형을 갖고 있다. 이러한 복수의 마이크로 렌즈(31)는, 매트릭스 형상으로 배열하여 렌즈부(32)를 구성하고 있다.

또한, 제1 렌즈면(41a1)의 곡률은, 제2 렌즈면(42a1)의 곡률보다 크다. 이와 같이 함으로써, 소망하는 방향으로 빛이 진행하는 방향을 바꾸는 것이 가능해져, 빛의 이용 효율을 높일 수 있다.

마이크로 렌즈(31)는, 투광성 기판(11) 내에 고착하는 부분인 제1 렌즈층(41)과, 보호층(13)으로 덮인 부분인 제2 렌즈층(42)과, 제1 렌즈층(41)과 제2 렌즈층(42)과의 사이에 배치된 투광층(43)을 갖고 있다.

＜전기 광학 장치의 구성＞

도 3은, 상기 마이크로 렌즈 어레이 기판을 구비한 전기 광학 장치로서의 액정 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 3(a)는, 액정 장치의 구성을 나타내는 개략 평면도이다. 도 3(b)는, 도 3(a)에 나타내는 액정 장치의 B-B선을 따르는 개략 단면도이다. 도 4는, 본 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판과 종래의 마이크로 렌즈 어레이 기판과의 구조를 비교한 개략 단면도이다. 이하, 액정 장치의 구성을, 도 3 및 도 4를 참조하면서 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 액정 장치(100)는, 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)과 컬러 필터 기판(101)이 접합되고, 또한, 전기 광학층으로서의 액정층이 협지된 액정 패널(102)이 접합되어 있다. 구체적으로는, 액티브 매트릭스 기판(소자 기판)과 대향 기판과의 사이에 액정층이 협지되어 있다.

마이크로 렌즈(31)는, 컬러 필터 기판(101)이 갖는 블랙 매트릭스(103)의 평면에서 볼 때의 형상과 동일하게 평면에서 볼 때 직사각형을 갖고 있고, 서로 이웃하는 마이크로 렌즈(31)끼리의 경계선이 블랙 매트릭스(103)와 평면적으로 겹치도록 배치되어 있다.

도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)은, 투광성 기판(11)측의 외부로부터 입사되는 빛(L1)을, 투광성 기판(11)과 제1 렌즈(41a)와의 계면, 제1 렌즈(41a)와 투광층(43)과의 계면 및, 투광층(43)과 제2 렌즈(42a)와의 계면, 제2 렌즈(42a)와 보호층(13)과의 계면에 있어서 굴절시킨다(도면에서는 생략).

또한, 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)은, 투광층(43) 및 보호층(13)에서, 마이크로 렌즈(31)의 초점이 최적 위치가 되도록 조정함으로써, 컬러 필터 기판(101)을 개재하여 빛(L1)을 액정 패널(102)에 입사시킨다.

물론, 도 3에서 나타낸 구성은 일 예이며, 예를 들면, 컬러 필터 기판(101)을 이용하는 일 없이, 액정 패널(102)에 직접 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)을 접합하는 구성으로 해도 좋다.

도 4(a)는, 본 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구조를 나타내는 개략 단면도이다. 도 4(b)는, 종래의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구조를 나타내는 개략 단면도이다. 또한, 본 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(10) 및, 종래의 마이크로 렌즈 어레이 기판(60)에 있어서, 제1 렌즈층(41) 및 제2 렌즈층(42)의 형상 및 굴절률은 동일하다.

본 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)은, 상기한 바와 같이, 제1 렌즈층(41)과 제2 렌즈층(42)과의 사이에 투광층(43)이 배치되어 있다. 종래의 마이크로 렌즈 어레이 기판(60)은, 제1 렌즈층(41)과 제2 렌즈층(42)에 의해 구성되어 있다.

빛(L1)이 제1 렌즈층(41)에 입사된 포인트를, 예를 들면 P1로 한다. 이 빛(L1)이, 제2 렌즈층(42)의 렌즈 가장자리로부터 거리 d 떨어진 포인트 P2에 도달한다. 어느 마이크로 렌즈 어레이 기판(10, 60)도, 포인트 P1 및 P2를 동일한 위치에 일치시키고자 하면(동일한 기능을 얻고자 하면), 종래의 마이크로 렌즈 어레이 기판(60)의 제2 렌즈층(42)의 두께를 두껍게 하지 않으면 안 된다. 환언하면, 제2 렌즈층(42)에서 렌즈 간 거리를 확보하고 있다.

그러나, 본 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)은, 제1 렌즈층(41)과 제2 렌즈층(42)과의 사이에 투광층(43)을 배치하고 있기 때문에, 렌즈 간 거리를, 종래의 마이크로 렌즈 어레이 기판(60)과 비교하여, 짧게 할 수 있다. 구체적으로는, 투광층(43)을 개재하고 있음으로써, 비스듬한 광선이 보다 비스듬하게 굴절됨으로써, 렌즈 간 거리를 짧게 할 수 있다.

＜마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법＞

도 5∼도 7은, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법을 공정순으로 나타내는 개략 단면도이다. 이하, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법을, 도 5∼도 7을 참조하면서 설명한다.

우선, 도 5(a)에 나타내는 공정에서는, 균일한 두께로 흠집이 없고, 표면을 청정화한 석영 유리 등을 형성 재료로 하는 유리 기판(11a)을 준비하고, 유리 기판(11a)의 표면에 마스크 형성용막(51a)을 형성한다. 이 마스크 형성용막(51a)은, 후의 공정에 있어서 개구부가 형성됨으로써, 마스크로서 기능하는 것이다.

마스크 형성용막(51a)은, 에칭에 대한 내성을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 마스크 형성용막(51a)의 에칭 레이트는, 유리 기판(11a)에 비하여 충분히 작다. 이 점에서, 마스크 형성용막(51a)의 재료로서는, 예를 들면 Cr, Au, Ni, Pt 등의 금속, 또는 이들로부터 선택되는 2종 이상을 포함하는 합금, Cr, Au, Ni, Pt 등의 산화물(금속 산화물), 실리콘, 수지 등이 이용된다. 또한, Cu와 Au, 혹은 산화 Cr과 Cr과 같이 상이한 재료로 이루어지는 복수의 적층 구조로 해도 좋다.

마스크 형성용막(51a)의 형성 방법으로서는, 특별히 한정되는 일 없이, 증착법, 스퍼터링법, CVD법(Chemical Vapor Deposition, 화학 기상 성장법) 등으로부터 막 재료에 최적인 방법이 적절하게 선택되어, 이용된다. 또한, 막두께에 대해서는, 초기 구멍의 형성 조건 그리고 에칭 조건에 의해 적절하게 설정되기는 하지만, 0.01㎛∼0.2㎛ 정도로 형성하는 것이 바람직하다.

도 5(b)에 나타내는 공정에서는, 마스크(51)를 형성한다. 구체적으로는, 마스크 형성용막(51a)에 레이저광 조사나 에칭 처리를 행하여 개구부(52)를 형성한다. 레이저광 조사의 경우에는, 위치 정밀도를 높게 형성할 수 있어, 인접하는 개구부(52)끼리의 간격을 정확하게 제어할 수 있다. 이에 따라, 소정의 개구 패턴을 갖는 마스크(51)가 완성된다.

도 5(c)에 나타내는 공정에서는, 유리 기판(11a)에 제1 렌즈면(41a1)을 형성한다. 구체적으로는, 마스크(51)에 형성된 개구부(52)를 통하여 유리 기판(11a)에 에칭 처리를 행하여, 제1 렌즈면(41a1)을 형성한다. 에칭 처리는, 예를 들면, 등방적으로 에칭되는 웨트 에칭이다.

에칭액으로서는, 특별히 한정되지 않기는 하지만, 본 실시 형태에서는 기판으로서 유리 기판(11a)을 이용하고 있기 때문에, 불산(불화 수소)을 포함하는 에칭액(불산계 에칭액)이 적합하게 이용된다. 불산계 에칭액을 이용함으로써, 유리 기판(11a)을 보다 선택적으로 식각할 수 있어, 제1 렌즈면(41a1)을 적합하게 형성할 수 있다.

도 5(d)에 나타내는 공정에서는, 오목 형상의 제1 렌즈면(41a1)을 완성시킨다. 구체적으로는, 웨트 에칭의 시간 등을 제어함으로써, 소정 깊이의 제1 렌즈면(41a1)을 형성할 수 있다. 본 실시 형태에서는 제1 렌즈면(41a1)을, 반구 형상으로, 그 깊이가 당해 반구의 반경 정도가 되도록 형성한다.

도 5(e)에 나타내는 공정에서는, 마스크(51)를 에칭 등에 의해 제거함으로써, 상면(11b)에 복수의 제1 렌즈면(41a1)을 갖는 투광성 기판(11)을 얻는다.

이어서, 도 6(a)에 나타내는 공정에서는, 제1 렌즈층(41)이 되기 전의 제1 렌즈층 전구체막(41b)을 성막한다. 제1 렌즈층 전구체막(41b)의 제조 방법으로서는, 예를 들면, CVD법을 이용할 수 있다.

도 6(b)에 나타내는 공정에서는, 제1 렌즈층 전구체막(41b)의 표면에 평탄화 처리를 행하여, 표면(41c)이 평탄화된 제1 렌즈층(41)을 형성한다. 평탄화 처리로서는, CMP(Chemical Mechanical Polishing, 화학적 기계적 연마) 등을 채용할 수 있다. 제1 렌즈층 전구체막(41b)의 재료는, 상기한 바와 같이, 산질화실리콘(SiON)이다. 이와 같이 함으로써, 후의 제조 공정에 있어서 복수의 렌즈를 높은 치수 정밀도로 형성할 수 있기 때문에, 고품질인 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제조할 수 있다.

또한, 제1 렌즈층(41)은, 투광층(43)과 제1 렌즈(41a)와의 사이에, 제1 렌즈(41a)와 동일한 굴절률이 연속하는 제1 두께의 층(제1 평탄층)을 갖기 때문에, 평탄화 처리시에, 제1 렌즈층(41)을 많이 깎아 버린 경우라도, 제1 렌즈(41a)가 깎여 버리는 것을 막을 수 있다. 환언하면, 렌즈를 보호할 수 있다.

또한, 평탄화 처리에 의해, 제1 렌즈층(41)의 두께를 제어할 수 있다. 제1 렌즈층(41)의 두께는, 형성하는 마이크로 렌즈(31)의 설계에 따라서 제어한다.

도 6(c)에 나타내는 공정에서는, 제1 렌즈층(41)을 덮도록, 투광층(43)을 형성한다. 구체적으로는, 투광층(43)은, 산화실리콘(SiO₂)이다. 투광층(43)의 제조 방법으로서는, 예를 들면, CVD법을 들 수 있다. 투광층(43)의 굴절률은, 제1 렌즈층(41)의 굴절률보다 작다. 또한, 제1 렌즈층(41)과 투광층(43)과의 사이에 계면이 있기 때문에, 투광층(43)의 두께를 모니터할 수 있다. 그 결과, 투광층(43)의 두께 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 막두께 검사 공정에서 검사하기 쉽다.

도 6(d)에 나타내는 공정에서는, 투광층(43)을 덮도록, 제2 렌즈층(42)을 형성한다. 제2 렌즈층(42)의 제조 방법으로서는, 예를 들면, 공지의 성막 기술 및 포토리소그래피법을 이용할 수 있다.

구체적으로는, 우선, CVD법 등을 이용하여, 투광층(43)의 위에 제2 렌즈층(42)이 되기 전의 제2 렌즈층 전구체막(42a)을 성막한다. 제2 렌즈층 전구체막(42a)의 제조 방법으로서는, 예를 들면, CVD법을 이용할 수 있다. 제2 렌즈층 전구체막(42a)의 재료는, 산질화실리콘(SiON)이다.

그 후, 제2 렌즈층 전구체막(42a)의 표면(42b)에 복수의 제1 렌즈면(41a1)에 대응한 마스크(53)를 형성한다. 도 6(d)에서는, 위로 볼록 형상을 갖는 마스크(53)를 형성하는 것으로 하고 있다.

이러한 마스크(53)는, 예를 들면, 포지티브형 포토레지스트를 도포하고, 복수의 제1 렌즈면(41a1)의 경계부와 겹치는 위치에 개구 패턴을 갖는 포토마스크를 통하여 노광하여 현상한 후, 잔존하는 포토레지스트의 연화 온도에까지 투광성 기판(11), 제2 렌즈층 전구체막(42a) 및 포토레지스트를 가열함으로써 성형할 수 있다.

도 7(a)에 나타내는 공정에서는, 이방성 드라이 에칭 처리를 행하고, 마스크(53)의 형상을 제2 렌즈층 전구체막(42a)에 전사하여, 복수의 마이크로 렌즈(31)를 구성하는 제2 렌즈층(42)을 형성한다. 제2 렌즈층(42)의 굴절률은, 투광층(43)의 굴절률보다 크다. 드라이 에칭에서 이용하는 에칭 가스(E1)로서는, 예를 들면, CF₄, CHF₃, C₂F₆, SF₆ 등의 불소 함유 가스를 이용할 수 있다.

또한, 제2 렌즈층 전구체막(42a)에 마스크(53)의 형상을 전사했을 때, 제2 렌즈(42a)와 투광층(43)과의 사이에, 제2 렌즈(42a)와 동일한 굴절률이 연속하는 제2 두께의 층(제2 평탄층)이 남기 때문에, 렌즈를 가공할 때에 가공 편차가 발생한 경우라도, 확실하게 제2 렌즈(42a)를 형성할 수 있다. 환언하면, 투광층(43)을 에칭해 버리는 일이 없다. 또한, 제2 평탄층은, 드라이 에칭의 잔류물이기 때문에, 제2 렌즈층(42)을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.

도 7(b)에 나타내는 공정에서는, 제2 렌즈층(42)을 덮고, 광투과성을 갖는 무기 재료를 적층하여, 보호층(13a)을 형성한다. 보호층(13a)의 형성 재료로서는, 예를 들면, 산화실리콘(SiO₂)이다. 보호층(13a)을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, CVD법을 이용할 수 있다.

도 7(c)에 나타내는 공정에서는, 보호층(13a)의 표면에 평탄화 처리를 행하여, 표면(13b)이 평탄화된 보호층(13)을 형성한다. 평탄화 처리로서는, CMP나 에칭을 채용할 수 있다. 이러한 조작을 행함으로써, 보호층(13)의 표면(13b)에서의 빛의 난(亂)반사나 굴절의 흐트러짐을 억제하여, 고품질인 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)을 제조할 수 있다.

또한, 평탄화 처리에 의해, 보호층(13)의 두께를 제어할 수 있다. 이에 따라, 표면(13b)에서 마이크로 렌즈(31)의 초점 위치까지의 거리를 제어할 수 있어, 표면(13b)에 설치되는 액정 패널(102) 등의 부재에 있어서 소망하는 위치에 빛을 집광할 수 있다. 이상에 의해, 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)이 완성된다.

이에 의하면, 투광층(43)의 층두께를 제어함으로써 제1 렌즈(41a)와 제2 렌즈(42a)와의 이간 거리를 용이하게 제어 가능하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제조되는 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)이 갖는 마이크로 렌즈(31)의 평면에서 볼 때 형상이 직사각형인 것으로 했지만, 이것에 한정하지 않고, 서로 이웃하는 마이크로 렌즈(31)가 접하는 일 없이 독립한 형상인 것으로 해도 상관없다.

＜투사형 표시 장치의 구성＞

다음으로, 본 실시 형태의 투사형 표시 장치에 대해서, 도 8을 참조하면서 설명한다. 도 8은, 상기한 액정 장치를 구비한 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 투사형 표시 장치(1000)는, 시스템 광축 L을 따라 배치된 편광 조명 장치(1100)와, 광분리 소자로서의 2개의 다이크로익 미러(1104, 1105)와, 3개의 반사 미러(1106, 1107, 1108)와, 5개의 릴레이 렌즈(1201, 1202, 1203, 1204, 1205)와 3개의 광변조 수단으로서의 투과형의 액정 라이트 밸브(1210, 1220, 1230)와, 광합성 소자로서의 크로스 다이크로익 프리즘(1206)과, 투사 렌즈(1207)를 구비하고 있다.

편광 조명 장치(1100)는, 초고압 수은등이나 할로겐 램프 등의 백색 광원으로 이루어지는 광원으로서의 램프 유닛(1101)과, 인터그레이터 렌즈(1102)와, 편광 변환 소자(1103)로 개략 구성되어 있다.

다이크로익 미러(1104)는, 편광 조명 장치(1100)로부터 사출된 편광 광속 중, 적색광(R)을 반사시키고, 녹색광(G)과 청색광(B)을 투과시킨다. 또 하나의 다이크로익 미러(1105)는, 다이크로익 미러(1104)를 투과한 녹색광(G)을 반사시키고, 청색광(B)을 투과시킨다.

다이크로익 미러(1104)에서 반사된 적색광(R)은, 반사 미러(1106)에서 반사된 후에 릴레이 렌즈(1205)를 경유하여 액정 라이트 밸브(1210)에 입사된다. 다이크로익 미러(1105)에서 반사된 녹색광(G)은, 릴레이 렌즈(1204)를 경유하여 액정 라이트 밸브(1220)에 입사된다. 다이크로익 미러(1105)를 투과한 청색광(B)은, 3개의 릴레이 렌즈(1201, 1202, 1203)와 2개의 반사 미러(1107, 1108)로 이루어지는 도광계를 경유하여 액정 라이트 밸브(1230)에 입사된다.

액정 라이트 밸브(1210, 1220, 1230)는, 크로스 다이크로익 프리즘(1206)의 색광마다의 입사면에 대하여 각각 대향 배치되어 있다. 액정 라이트 밸브(1210, 1220, 1230)에 입사된 색광은, 영상 정보(영상 신호)에 기초하여 변조되고 크로스 다이크로익 프리즘(1206)을 향하여 사출된다.

이 프리즘은, 4개의 직각 프리즘이 접합되고, 그 내면에 적색광을 반사하는 유전체 다층막과 청색광을 반사하는 유전체 다층막이 십자 형상으로 형성되어 있다. 이들 유전체 다층막에 의해 3개의 색광이 합성되고, 컬러 화상을 나타내는 빛이 합성된다. 합성된 빛은, 투사 광학계인 투사 렌즈(1207)에 의해 스크린(1300) 상에 투사되며, 화상이 확대되어 표시된다.

액정 라이트 밸브(1210)는, 전술한 액정 장치(100)가 적용된 것이다. 액정 장치(100)는, 색광의 입사측과 사출측에 있어서 크로스 니콜로 배치된 한 쌍의 편광 소자의 사이에 극간을 두고 배치되어 있다. 다른 액정 라이트 밸브(1220, 1230)도 마찬가지이다.

이러한 투사형 표시 장치(1000)에 의하면, 액정 라이트 밸브(1210, 1220, 1230)를 이용하고 있기 때문에, 높은 표시 품질을 얻을 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(10), 액정 장치(100) 및, 투사형 표시 장치(1000)에 의하면, 이하에 나타내는 효과가 얻어진다.

(1) 제1 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(10) 및, 액정 장치(100)에 의하면, 제1 렌즈층(41) 및 제2 렌즈층(42)보다도 굴절률이 작고 열팽창률이 작은 투광층(43)을, 제1 렌즈층(41)과 제2 렌즈층(42)과의 사이에 배치하기 때문에, 투광층(43)에 비스듬한 방향으로부터 입사된 광선은, 투광층의 굴절률이 작기 때문에 각도가 보다 비스듬한 측으로 굴절된다. 따라서 입사광을 크게 굽히는 것이 가능해진다. 따라서, 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)의 총 막두께를 얇게 할 수 있다. 이에 따라, 렌즈 간 거리를 넓게 하는 일 없이 투과율을 향상시킬 수 있다. 또한, 렌즈 간 거리를 넓게 하고 싶은 경우라도, 렌즈 간 거리를 투광층(43)에서 조정하기 때문에, 제1 렌즈층(41) 및 제2 렌즈층(42)을 두껍게 하여 조정하는 경우와 비교하여, 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)의 총 막두께를 얇게 함과 함께, 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)에 휨이 발생하거나 변형이 발생하거나 하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 표시 품위의 열화를 방지할 수 있다.

(2) 제1 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(10) 및, 액정 장치(100)에 의하면, 제1 평탄층 및 제2 평탄층을 구비하고 있기 때문에, 계면을 평탄하게 하기 위한 평탄화 처리를 행한 경우 및, 렌즈 형성시에 가공 편차가 발생한 경우라도, 제1 렌즈(41a) 및 제2 렌즈(42a)에 악영향을 미치는 것을 막을 수 있다. 또한, 제1 렌즈층(41)과 투광층(43)과의 사이의 계면, 제2 렌즈층(42)과 투광층(43)과의 사이의 계면에 의해, 투광층(43)의 두께를 모니터할 수 있다.

(3) 제1 실시 형태의 투사형 표시 장치(1000)에 의하면, 상기 액정 장치(100)를 구비하고 있기 때문에, 표시 품질을 향상시키는 것이 가능한 투사형 표시 장치를 제공할 수 있다.

(제2 실시 형태)

＜마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성＞

도 9는, 제2 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 이하, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 구성을, 도 9를 참조하면서 설명한다.

제2 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(20)은, 전술한 제1 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)과 비교하여, 제1 렌즈(41a) 및 제2 렌즈(42a)가, 상이한 복수의 굴절률층에 의해 적층되어 있는 부분이 상이하고, 그 외의 부분에 대해서는 대체로 동일하다. 이 때문에 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 상이한 부분에 대해서 상세하게 설명하고, 그 외의 중복되는 부분에 대해서는 적절하게 설명을 생략한다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 제2 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(20)은, 투광성 기판(11)과, 복수의 마이크로 렌즈(131)를 갖는 제1 렌즈층(141)과, 제1 렌즈층(141)을 덮어 설치된 투광층(43)과, 투광층(43)을 덮어 설치된 제2 렌즈층(142)과, 제2 렌즈층(142)을 덮도록 설치된 보호층(13)을 갖고 있다.

제1 렌즈층(141) 및 제2 렌즈층(142)의 재료는, 예를 들면, 제1 실시 형태와 동일하게, 산질화실리콘(SiON)이다. 투광성 기판(11), 투광층(43) 및, 보호층(13)의 재료도, 제1 실시 형태와 동일하다.

투광층(43)의 굴절률도, 제1 실시 형태와 동일하게, 제1 렌즈층(141) 및 제2 렌즈층(142)의 굴절률보다도 낮은 굴절률이다. 제1 렌즈층(141) 및 제2 렌즈층(142)의 굴절률은, 투광성 기판(11)의 굴절률 및 투광층(43)의 굴절률보다도 높다.

제1 렌즈층(141)을 구성하는 제1 렌즈(141a)는, 굴절률이 상이한 복수의 렌즈층이 적층되어 구성되어 있다. 구체적으로는, 제1 렌즈면(141a1)측으로부터 1번째층의 렌즈층(141b1), 2번째층의 렌즈층(141b2), 3번째층의 렌즈층(141b3) 및, 4번째층의 렌즈층(141b4)이 배치되어 있다.

2번째층의 렌즈층(141b2)의 굴절률은, 1번째층의 렌즈층(141b1)의 굴절률에 비하여 낮은 굴절률이다. 3번째층의 렌즈층(141b3)의 굴절률은, 2번째층의 렌즈층(141b2)의 굴절률에 비하여 낮은 굴절률이다. 4번째층의 렌즈층(141b4)의 굴절률은, 3번째층의 렌즈층(141b3)의 굴절률에 비하여 낮은 굴절률이다. 이와 같이, 투광성 기판(11)측으로부터 투광층(43)측을 향하여, 고굴절률로부터 저굴절률이 되도록 순서대로 렌즈층(141b1∼141b4)이 배치되어 있다.

각각의 굴절률로 하기 위해, 산질화실리콘(SiON)에 포함되는 질소의 양을 바꿈으로써 형성할 수 있다. 각 굴절률의 층의 두께는, 예를 들면, 1㎛∼3㎛이다. 제1 렌즈면(141a1)의 깊이 W1은, 예를 들면, 10㎛ 이하 정도이다.

제2 렌즈층(142)을 구성하는 제2 렌즈(142a)도, 제1 렌즈(141a)와 동일하게, 굴절률이 상이한 렌즈층이 적층되어 구성되어 있다. 구체적으로는, 투광층(43)측으로부터 보호층(13)측을 향하여, 1번째층의 렌즈층(142b1), 2번째층의 렌즈층(142b2) 및, 3번째층의 렌즈층(142b3)이 배치되어 있다.

2번째층의 렌즈층(142b2)의 굴절률은, 1번째층의 렌즈층(142b1)의 굴절률에 비하여 높은 굴절률이다. 3번째층의 렌즈층(142b3)의 굴절률은, 2번째층의 렌즈층(142b2)의 굴절률에 비하여 높은 굴절률이다. 이와 같이, 투광층(43)측으로부터 보호층(13)측을 향하여, 저굴절률로부터 고굴절률이 되도록 순서대로 렌즈층(142b1∼142b3)이 배치되어 있다.

이와 같이, 단계적으로 굴절률이 상이한 복수의 굴절률층을 구비하는 마이크로 렌즈 어레이 기판(20)에 의해, 소망하는 방향으로 빛이 진행하는 방향을 바꾸는 것이 가능해져, 빛의 이용 효율을 높일 수 있다.

＜마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법＞

도 10∼도 12는, 제2 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법의 일부를 공정순으로 나타내는 개략 단면도이다. 이하, 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법을, 도 10∼도 12를 참조하면서 설명한다. 또한, 제2 실시 형태의 제조 방법은, 도 6(a)∼도 6(e)까지의 공정은, 제1 실시 형태와 동일하다.

도 10(a)에 나타내는 공정에서는, 제1 렌즈층(141)을 구성하는 1번째층의 렌즈층(141b1)을 형성한다. 렌즈층(141b1)의 제조 방법으로서는, 예를 들면, CVD법을 이용할 수 있다.

도 10(b)에 나타내는 공정에서는, 1번째층의 렌즈층(141b1)을 덮도록 2번째층의 렌즈층(141b2)을 형성한다. 2번째층의 렌즈층(141b2)의 제조 방법은, 상기 1번째층의 렌즈층(141b1)의 제조 방법과 동일하다. 2번째층의 렌즈층(141b2)의 굴절률은, 1번째층의 렌즈층(141b1)의 굴절률과 비교하여 작은 굴절률이다. 1번째층의 렌즈층(141b1)과 굴절률이 상이한 2번째층의 렌즈층(141b2)의 제조 방법은, 이용하는 재료인 산질화실리콘(SiON)에 포함되는 질소의 양을 바꿈으로써 형성할 수 있다.

도 10(c)에 나타내는 공정에서는, 2번째층의 렌즈층(141b2)을 덮도록, 3번째층의 렌즈층(141b3)을 형성한다. 3번째층의 렌즈층(141b3)은, 2번째층의 렌즈층(141b2)과 비교하여 작은 굴절률이다. 3번째층의 렌즈층(141b3)도 2번째층의 렌즈층(141b2)과 동일하게, 산질화실리콘(SiON)에 포함되는 질소의 양을 바꿈으로써 형성할 수 있다.

도 10(d)에 나타내는 공정에서는, 4번째층의 렌즈층(141b4)을 형성한다. 4번째층의 렌즈층(141b4)은, 3번째층의 렌즈층(141b3)과 비교하여 작은 굴절률이다. 이와 같이, 투광성 기판(11)측으로부터 순서대로, 고굴절률의 렌즈층(141b1)으로부터 저굴절률의 렌즈층(141b4)이 되도록 형성한다. 또한, 제1 렌즈층(141)은, 4층의 렌즈층(141b1∼141b4)으로 구성한다고 했지만, 이보다 적은 렌즈층, 또는 많은 렌즈층으로 구성하도록 해도 좋다.

도 11(a)에 나타내는 공정에서는, 4층의 렌즈층(141b1∼141b4)으로 구성된 제1 렌즈층(141)의 상면에 평탄화 처리를 행한다. 평탄화 처리로서는, 예를 들면, CMP이다. 이에 따라, 표면이 평탄화된 복수의 렌즈층(141b1∼141b4)으로 구성된 제1 렌즈층(141)을 얻을 수 있다. 투광층(43)의 굴절률은, 제1 렌즈층(141)의 굴절률보다 작다.

도 11(b)에 나타내는 공정에서는, 제1 렌즈층(141)을 덮도록, 예를 들면, 산화실리콘(SiO₂)으로 이루어지는 투광층(43)을 형성한다. 투광층(43)의 제조 방법은, 제1 실시 형태의 제조 방법과 동일하다.

도 11(c)에 나타내는 공정에서는, 투광층(43)을 덮도록, 제2 렌즈층(142)이 되기 전의 제2 렌즈층 전구체막(142a)을 성막한다. 구체적으로는, 우선, CVD법 등을 이용하여, 투광층(43)의 위에 1번째층의 렌즈층(142b1)이 되기 전의 제2 렌즈층 전구체막(142a)을 성막한다. 제2 렌즈층 전구체막(142a)의 재료는, 산질화실리콘(SiON)이다.

도 11(d)에 나타내는 공정에서는, 대략 반구 형상의 1번째층의 렌즈층(142b1)을 형성한다. 또한, 렌즈층(142b1)의 형상(높이 등)은, 이방성 드라이 에칭 처리의 시간을 바꿈으로써 조정할 수 있다.

도 12(a)에 나타내는 공정에서는, 1번째층의 렌즈층(142b1)을 덮도록, 2번째층의 렌즈층(142b2) 및 3번째층의 렌즈층(142b3)을 형성한다. 구체적으로는, 2번째층의 렌즈층(142b2) 및, 3번째층의 렌즈층(142b3)의 제조 방법으로서는, 예를 들면, CVD법을 이용할 수 있다. 또한, 1번째층의 렌즈층(142b1)과 굴절률이 상이한 2번째층의 렌즈층(142b2) 및, 3번째층의 렌즈층(142b3)의 제조 방법은, 제1 렌즈층(141)과 동일하게, 이용하는 재료인 산질화실리콘(SiON)에 포함되는 질소의 양을 바꿈으로써 형성할 수 있다.

도 12(b)에 나타내는 공정은, 제2 렌즈층(142)을 덮도록 보호층(13)을 형성한다. 보호층(13)은, 광투과성을 갖는 무기 재료이다. 무기 재료로서는, 예를 들면, 산화실리콘(SiO₂)이다. 보호층(13)의 제조 방법으로서는, 예를 들면, CVD법을 이용할 수 있다. 그 후, 보호층(13)의 표면에 평탄화 처리를 행한다. 평탄화 처리로서는, 예를 들면, CMP이다. 이상에 의해, 제2 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(20)이 완성된다.

이상 상술한 바와 같이, 제2 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(20)(액정 장치)에 의하면, 이하에 나타내는 효과가 얻어진다.

(4) 제2 실시 형태의 마이크로 렌즈 어레이 기판(20)에 의하면, 제1 렌즈층(141) 및 제2 렌즈층(142)이 굴절률이 상이한 복수의 굴절률층을 갖기 때문에, 소망하는 방향으로 빛이 진행하는 방향을 바꾸는 것이 가능해져, 빛의 이용 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태는, 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 청구의 범위 및 명세서 전체에서 이해할 수 있는 발명의 요지 혹은 사상에 반하지 않는 범위에서 적절하게 변경 가능하며, 본 발명의 실시 형태의 기술 범위에 포함되는 것이다. 또한, 이하와 같은 형태로 실시할 수도 있다.

(변형예 1)

상기한 바와 같이, 전기 광학 장치로서 액정 장치(100)에 적용하는 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 유기 EL 장치, 플라즈마 디스플레이, 전자 페이퍼(EPD), CCD나 CMOS와 같은 촬상 장치 등에 적용하도록 해도 좋다.

10, 20 : 마이크로 렌즈 어레이 기판
11 : 투광성 기판
11a : 유리 기판
12 : 렌즈층
13 : 보호층
31 : 마이크로 렌즈
32 : 렌즈부
41 : 제1 렌즈층
41a : 제1 렌즈
41a1 : 제1 렌즈면
41b : 제1 렌즈층 전구체막
42 : 제2 렌즈층
42a : 제2 렌즈 또는 제2 렌즈층 전구체막
42a1 : 제2 렌즈면
43 : 투광층
51 : 마스크
51a : 마스크 형성용막
52 : 개구부
53 : 마스크
100 : 액정 장치
101 : 컬러 필터 기판
102 : 액정 패널
103 : 블랙 매트릭스
131 : 마이크로 렌즈
141 : 제1 렌즈층
141a1 : 제1 렌즈면
141b :렌즈층
142 : 제2 렌즈층
142a : 제2 렌즈 또는 제2 렌즈층 전구체막
142b : 렌즈층
1000 : 투사형 표시 장치
1100 : 편광 조명 장치
1101 : 램프 유닛
1102 : 인터그레이터 렌즈
1103 : 편광 변환 소자
1104, 1105 : 다이크로익 미러
1106, 1107, 1108 : 반사 미러
1201, 1202, 1203, 1204, 1205 : 릴레이 렌즈
1206 : 크로스 다이크로익 프리즘
1207 : 투사 렌즈
1210, 1220, 1230 : 액정 라이트 밸브
1300 : 스크린

Claims

한쪽측의 기판면에 오목 곡면으로 이루어지는 제1 렌즈면이 형성된 투광성 기판과,
상기 한쪽측의 기판면을 덮고, 상기 투광성 기판과 굴절률이 상이한 투광성의 제1 렌즈층과,
상기 제1 렌즈층을 상기 투광성 기판과는 반대측에서 덮는 투광층과,
상기 투광층을 상기 투광성 기판과는 반대측에서 덮고, 상기 투광성 기판과는 반대측의 면에 볼록 곡면으로 이루어지는 제2 렌즈면이 형성된 제2 렌즈층을 갖고,
상기 투광층은, 상기 제1 렌즈층 및 상기 제2 렌즈층보다도 굴절률 및 열팽창률이 작은 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈층은, 상기 제1 렌즈층과 상기 투광층과의 계면을 평탄하게 하기 위한 제1 두께를 가짐과 함께, 상기 제1 렌즈층의 굴절률이 연속하는 제1 평탄층을 구비하고,
상기 제2 렌즈층은, 상기 제2 렌즈층과 상기 투광층과의 계면을 평탄하게 하기 위한 제2 두께를 가짐과 함께, 상기 제2 렌즈층의 굴절률이 연속하는 제2 평탄층을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 렌즈층 및 상기 제2 렌즈층은, 굴절률이 상이한 복수의 굴절률층을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 렌즈면의 곡률은, 상기 제2 렌즈면의 곡률보다 큰 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 렌즈층의 상기 복수의 굴절률층은, 상기 제1 렌즈면으로부터 상기투광층의 측을 향하여 굴절률이 낮아지도록 배치되고,
상기 제2 렌즈층의 상기 복수의 굴절률층은, 상기 제2 렌즈면으로부터 상기투광층의 측을 향하여 굴절률이 낮아지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 렌즈층의 측에 대하여 상기 제1 렌즈층의 측이 빛의 입사측인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 마이크로 렌즈 어레이 기판과,
상기 마이크로 렌즈 어레이 기판 및 전기 광학층을 개재하여 배치된 액티브 매트릭스 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 광학 장치.
제7항에 기재된 전기 광학 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
투광성 기판의 제1면에 오목부를 형성하는 공정과,
상기 오목부 상에 상기 투광성 기판보다도 굴절률이 큰 재료를 적층하여 제1 렌즈층을 형성하는 공정과,
상기 제1 렌즈층의 상기 투광성 기판과는 반대측의 면에 대하여 평탄화 처리를 행하는 공정과,
상기 평탄화 처리된 면의 위에 상기 제1 렌즈층보다도 굴절률 및 열팽창률이 작은 재료를 적층하여 투광층을 형성하는 공정과,
상기 투광층 상에 상기 투광층보다도 굴절률이 큰 재료를 적층한 후에 상기 투광층과 반대측에 볼록부 형상을 갖는 면을 형성함으로써 제2 렌즈층을 형성하는 공정을 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 평탄화 처리를 행하는 공정에 있어서는, 상기 오목부 상에 소정의 두께를 남기도록 처리하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 제2 렌즈층을 형성하는 공정에 있어서는, 소정의 두께의 층의 위에 상기 볼록부 형상을 갖는 면이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 제2 렌즈층의 위에 상기 제2 렌즈층보다도 굴절률이 작은 재료를 적층하여 보호층을 형성하는 공정을 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 렌즈층 및 상기 제2 렌즈층을 형성하는 공정에 있어서는 굴절률이 상이한 복수의 재료를 순차 적층하는 공정을 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.