JP4385899B2 - マイクロレンズアレイ板及びその製造方法、並びに、電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶装置等の電気光学装置に好適に用いられるマイクロレンズアレイ板の製造方法の技術分野に関する。本発明は更に、該製造方法により製造されるマイクロレンズアレイ板、該マイクロレンズアレイ板を備えた電気光学装置、及び該電気光学装置を具備してなる電子機器の技術分野に関する。

液晶装置等の電気光学装置では、その画像表示領域内に、データ線、走査線、容量線等の各種配線や、薄膜トランジスタ（以下適宜、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）と称す）等の各種電子素子が作り込まれる。このため、電気光学装置に平行光を入射した場合、そのままでは、全光量のうち各画素の開口率に応じた光量しか利用できない。

そこで従来は、各画素に対応するマイクロレンズを含んでなるマイクロレンズアレイを対向基板に作り込んだり、マイクロレンズアレイ板を対向基板に貼り付けたりしている。係るマイクロレンズによって、そのままでは各画素における開口領域を除いた非開口領域に向かって進行する筈の光を、画素単位で集光して、電気光学物質層を透過する際には、各画素の開口領域内に導かれるようにしている。この結果、電気光学装置において明るい表示が可能となる。

この種のマイクロレンズは、基本的な要請として、レンズ効率を向上させることが重要である。そこで、非球面形状のマイクロレンズが提案されている。但し、非球面レンズの製造においては、レンズ形状を制御すること自体、技術的に非常に困難である。例えば、特許文献１及び２には、基板上に、基板よりエッチングレートが高い第１膜を形成し、基板と第１膜のエッチングレート差を利用してレンズ面をエッチング形成する非球面レンズの製造方法について開示されている。

特開２００４−７０２８２号公報 特開２００４−７０２８３号公報

しかしながら、このような製造方法では、非球面形状にレンズを形成することはできても、その周縁の形状にばらつきが生じることがある。特に、マイクロレンズアレイを構成する複数のマイクロレンズのうち対角方向に隣接する４つのマイクロレンズの境界部分（即ち、レンズピッチ対角１００％近傍）は、楔形状に突出するが、その先端が欠損したように形成されることがある。非球面レンズの特徴として周縁の曲率による高い集光能が挙げられるが、このように周縁の形状がばらつくと、レンズ効率の低下やばらつきが生じるという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、非球面のマイクロレンズを均一な形状に製造可能なマイクロレンズアレイ板の製造方法及び該マイクロレンズアレイ板、並びに、該マイクロレンズアレイ板を備えた電気光学装置、及び該電気光学装置を具備してなる電子機器を提供することを課題とする。

本発明のマイクロレンズアレイ板の製造方法は、上記課題を解決するために、基板上に、所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが前記基板より高い第１膜を形成する工程と、前記第１膜上に、前記エッチングレートが前記第１膜より低い第２膜を形成する工程と、前記第２膜上に、形成すべき複数のマイクロレンズ各々のレンズ中心に対応する個所に開口部を有するマスクを形成する工程と、前記マスクを介して前記エッチャントによるウエットエッチングを施すことにより、前記複数のマイクロレンズのうち相近接するマイクロレンズの境界において前記基板の法線方向に突出した楔形状をなすように、前記第２膜、前記第１膜及び前記基板からなる積層体に、前記複数のマイクロレンズ各々のレンズ曲面を規定する複数の凹部を掘る工程とを含む。

本発明のマイクロレンズの製造方法によれば、先ず、例えば石英基板、ガラス基板等の基板上に、例えばフッ酸系などの所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが基板よりも高い第１膜を形成する。次に、第１膜上に、エッチングレートが第１膜よりも低い第２膜を形成する。ここで第１膜及び第２膜は夫々、後述の凹部として形成されるマイクロレンズの周縁形状及び全体の非球面形状を制御するために基板に設けられる。これら第１及び第２膜は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング等により形成する。

次に、形成すべき複数のマイクロレンズの各々の中心に対応する個所に穴が開けられたマスクを、第２膜上に形成する。マスクは、例えば第２膜上における穴を除く領域に直接形成してもよい。

次に、このようなマスクを介して、第１及び第２膜が形成された基板に、基板まで達するウエットエッチングを施す。ここで用いられるエッチャントに対するエッチングレートは、第１膜の方が基板よりも高い。そのため、側縁にテーパがついた凹部が、広く浅い形状に掘られることになる。その際には、エッチングの進行に伴って、掘られてゆく複数の凹部のうち隣接するもの同士が相近接し、その境界が基板の法線方向に突出した楔形状をなす。例えば複数の凹部がマトリクス状に形成される場合、最近接する４つの凹部が夫々の対角方向において互いに交接することによって、楔形状の境界部分が形成される。即ち、ここで凹部同士が「近接する」とは、凹部が互いに交接して境界を共有することを意味する。

また、ここで用いられるエッチャントに対するエッチングレートは、第２膜の方が第１膜よりも低い。そのため、凹部は、特に対角方向の周縁部分において欠損が殆ど又は実践上全く生じていない、概ね均一な形状で形成される。尚、このとき、凹部の対角方向の周縁部分には、第２膜が残っていてもよいし、第２膜が完全にエッチングにより除去されていてもよい。

このように、基板、第１膜及び第２膜の各々におけるエッチングレートの具体的な値や、これらのエッチングレートの相違を変更することで、各種曲率或いは各種曲面形状を有する非球面のレンズを製造できる。実際のエッチングレートの設定や開口径の設定は、実験的、経験的、数学的又は理論的に若しくはシミュレーション等によって、所望の非球面に応じて個別具体的に決定すればよい。

また、ここでは、エッチングレートの大小関係を規定しているが、エッチャントの種類まで規定するものではない。よって、第２膜、第１膜及び基板を夫々異なるエッチャントでエッチングするなど、複数のエッチャントを用いることもできる。但し、一貫して同種のエッチャントを用いると、エッチングレートの設定が容易であり、製造効率が高くなるという利点がある。

その後、凹部が規定する曲面を利用することにより、比較的容易に非球面のマイクロレンズアレイを製造できる。具体的には、基板を透明基板として、凹部内に透明媒質を充填すればよい。或いは、凹部を型に用いて製造することもできる。更に、このようなマイクロレンズアレイが形成された基板を２枚用意して、相互に貼り合わせることにより、両凸レンズのマイクロレンズアレイ板を製造することもできる。

以上の結果、本発明のマイクロレンズアレイ板の製造方法によれば、非球面のマイクロレンズを比較的容易に製造でき、また、製造される複数のマイクロレンズの形状を均一化することが可能である。このようにして製造されるマイクロレンズアレイ板は、例えばアレイ状或いはマトリクス状に画素が配列された電気光学装置に好適に用いることができ、画素毎の表示輝度を均一化することができる。

本発明のマイクロレンズアレイ板の製造方法の一態様では、前記第１膜、前記基板及び前記第２膜は、前記エッチャントに対するエッチングレートがこの順に低くなる。

この態様によれば、第１膜、基板及び第２膜の各エッチングレート（Ｒ1、Ｒs、Ｒ2）は、第１膜のエッチングレートＲ1が最も高く、基板、第２膜の順にエッチングレートが下がってくるように設定されている（Ｒ1＞Ｒs＞Ｒ2）。即ち、第２膜は、エッチングレートが基板よりも低くなる。

このように第２膜のエッチングレートを十分低く設定することで、全体に非球面形状であって、なおかつ周縁部分の欠損が十分に低減された凹部が得られる。

本発明のマイクロレンズアレイ板の製造方法の他の態様では、前記マスクを、前記第２膜と密着するように形成する。

この態様によれば、マスクと第２膜とが密着しているので、エッチングの際にその界面にエッチャントが滲入することが防止され、第２膜のエッチングの進行をより確実に制御することができる。このことは、凹部の周縁部分の形状を均一化するのに寄与する。

尚、ここで「密着」するとは、単に接触している状態ではなく、両者間に作用する力によって接合されている状態を指す。この密着力は、第２膜の構成原子又は分子とマスクの構成原子又は分子との間に働く各種の相互作用などであり、少なくとも、第２膜とマスクとの界面にエッチャントが滲入することを防止することができる程度に作用する。

本発明のマイクロレンズアレイ板の製造方法の他の態様では、前記第２膜を、前記凹部のうち前記第２膜と対応する部分の形状ばらつきが無視できる程度に薄く形成する。

この態様によれば、凹部の周縁部分の形状を規定する第２膜が薄く形成される。そのため、仮に、凹部のうち第２膜に対応する部分（即ち、周縁部分）に形状ばらつきが生じていても、そのばらつきは凹部全体のサイズに対して無視できる。よって、マイクロレンズの周縁部分における形状均一性を担保することができる。

尚、第２膜の厚みの具体的数値は、製造されるマイクロレンズのサイズに応じて適宜に設定してよい。

この態様では、前記第２膜の厚みは、３ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下の範囲内に設定されるようにしてもよい。

この場合、第２膜の厚みは３ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下の範囲内、例えば５ｎｍ（５０Å）に設定される。ここで、３ｎｍとは、寸法制御が可能な下限値であり、１０ｎｍとは、第２膜の厚みがマイクロレンズのサイズに対して相対的に無視できる上限値である。例えば、第１膜の厚みは、１００ｎｍ（１０００Å）程度と、第２膜の十倍以上に設定される。そのため、レンズ形状における第２膜の厚み分のばらつきは十分無視できる。

本発明のマイクロレンズアレイ板の製造方法の他の態様では、前記エッチングレートの制御を、前記第１膜又は前記第２膜の膜種、形成方法、形成条件及び形成後に施される熱処理の温度のうち、少なくとも一つに係る条件設定により行う。

この態様によれば、第１膜又は第２膜における、例えば材質、密度、孔隙率等の種類、例えばＣＶＤ、スパッタリング等の形成方法、例えば４００℃以下程度或いは４００〜１０００℃程度等の形成温度、及び第１膜又は第２膜の形成後に施される熱処理の温度、のうち少なくとも一つに係る条件設定により、エッチングレートの制御を行う。そして、係るエッチングレートの制御によって、最終的に得られる凹部が規定する非球面における曲率或いは曲率分布、ないし凹部の周縁形状を比較的容易に制御できる。尚、第１膜又は第２膜の膜厚によっても、最終的に得られる凹部が規定する非球面における曲率或いは曲率分布、ないし凹部の周縁形状を制御することができる。

本発明のマイクロレンズアレイ板の製造方法の他の態様では、前記基板は、透明基板からなり、前記複数の凹部内に、前記透明基板より屈折率が大きい透明媒質を充填する工程を更に備えている。

この態様によれば、透明基板からなる基板に掘られた複数の凹部内に、これより屈折率が大きい透明媒質を入れるので、透明基板上に、非球面の凸レンズとして複数のマイクロレンズを製造可能となる。この際、透明媒質は、透明樹脂等からなり、接着剤を兼ねてもよい。例えば、カバーガラスを透明基板に貼り合わせる際の接着剤を兼ねてもよい。

また、透明基板としては、例えば石英がある。この場合、第１膜或いは第２膜を形成する際に、高温に曝されても基板が破壊されることはないので有利である。但し、第１膜や第２膜を低温で形成する場合には、透明基板に耐熱性は要求されない。例えば、ガラス板、プラスチック或いは樹脂板等でもよい。いずれにせよ、透明基板は、第１膜又は第２膜と共に所定種類のエッチャントによってエッチング可能な材質であれば問題は生じない。

尚、基板に掘られた凹部をマイクロレンズの型として用いる場合には、基板は透明である必要はない。

本発明のマイクロレンズアレイ板は、上記課題を解決するために、基板、所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが前記基板より高い第１膜、及び前記エッチングレートが前記第１膜より低い第２膜が積層されてなる積層体を備え、前記積層体に、相近接するマイクロレンズの境界において前記基板の法線方向に突出した楔形状をなすように掘られた複数の凹部によって夫々のレンズ曲面が規定された複数のマイクロレンズが形成されている。

本発明のマイクロレンズアレイ板によれば、上述した本発明のマイクロレンズアレイ板の製造方法により製造することができるので、光源光、外光等を効率良く集光することができ、しかも製造が比較的容易であり品質の安定したマイクロレンズアレイ板を実現できる。

尚、このマイクロレンズアレイの製造過程において、凹部を形成する際に、第１膜又は第２膜が、凹部の周縁部分又は側面部分に残存していてもよい。これらは当該マイクロレンズで集光する光の光路の縁に位置しているため、仮に第１膜や第２膜を半透明膜或いは不透明膜から形成したとしても、マイクロレンズに係る光学性能に及ぼす悪影響は限定的である。

本発明の電気光学装置は上記課題を解決するために、上述した本発明のマイクロレンズアレイ板と、前記複数のマイクロレンズの夫々に対向する複数の表示用電極と、該複数の表示用電極の夫々に接続された配線又は電子素子とを備える。

本発明の電気光学装置によれば、上述した本発明のマイクロレンズアレイ板を備えるので、複数形成された非球面のマイクロレンズにより、画素毎に光源光、外光等を効率良く集光でき、明るく鮮明な画像表示が可能な電気光学装置を実現できる。同時に、これら非球面のマイクロレンズは均一な形状に形成されているので、各画素の開口領域において均一に光を射出することができ、良好な表示品質の電気光学装置を実現できる。

尚、このような電気光学装置は、島状の画素電極或いはストライプ状電極等の表示用電極に、走査線、データ線等の配線やＴＦＴ等の電子素子が接続されてなるアクティブマトリクス駆動型液晶装置等の電気光学装置として構築される。

本発明の電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の電気光学装置を具備する。

本発明の電子機器によれば、上述した本発明の電気光学装置を具備して構成されているので、明るく、優れた表示品質が維持されたプロジェクタ、液晶テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。

本発明のこのような作用及び他の利得は、次に説明する実施形態から明らかにされる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（マイクロレンズアレイ板）
先ず、本実施形態に係るマイクロレンズ板について、図１から図５を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ板の概略構成を表している。図２は、そのうち４つのマイクロレンズに係る部分を拡大して表している。図３は、本実施形態のマイクロレンズアレイ板の部分断面を拡大して表しており、図４は、４つの最近接マイクロレンズにより構成される境界部を拡大して表している。図５は、本実施形態のマイクロレンズアレイ板の変形例を表している。

図１に示すように、本実施形態のマイクロレンズアレイ板２０は、カバーガラス２００で覆われた、例えば石英板等からなる透明板部材２１０を備える。透明板部材２１０には、マトリクス状に多数の凹状の窪みが掘られている。そして、この凹状の窪みの中に、カバーガラス２００と透明板部材２１０とを相互に接着する、例えば感光性樹脂材料からなる接着剤が硬化してなる、透明板部材２１０よりも高屈折率の透明な接着層２３０が充填されている。これらにより、マトリクス状に平面配列された多数のマイクロレンズ５００が構築されている。

このように本実施形態では、透明板部材２１０から本発明に係る「基板」の一例が構成されており、接着層２３０から本発明に係る「透明媒質」の一例が構成されている。

図２及び図３に示すように、各マイクロレンズ５００の曲面は、相互に屈折率が異なる透明板部材２１０と接着層２３０とによって規定されている。そして、各マイクロレンズ５００は、図３中で下側に凸状に突出した凸レンズとして構築されている。

マイクロレンズ５００のレンズ面は、曲率が相異なる周縁部５００Aと中央部５００Bとで構成されている。周縁部５００Aは、主に第１膜２２１によりマイクロレンズ５００の周縁側に構成され、その内側の中央部５００Bは透明板部材２１０により構成されている。第１膜２２１は、透明板部材２１０よりエッチングレートが高い材料、例えばＨＴＯ（High Temperature Oxide）等のシリコン酸化膜からなる。このような非球面のマイクロレンズ５００は、球面レンズの場合と比較して外周付近の曲率半径が大きく、非球面の度合いに応じてレンズ効率が向上している。

また、本実施形態では、後述するように本発明独自の製造方法により製造されるため、対角方向に相隣接するマイクロレンズ５００の境目（即ち、レンズピッチ対角１００％となる位置）及びその近傍の境界部５１０に、第２膜２２２がわずかに存在している。

図４に示したように、境界部５１０は、４つの最近接するマイクロレンズ５００のレンズ面が互いに交接してなり、４本の稜線をもつ楔状に形成されている。そして、そのまさに先端部分が、第２膜２２２で構成されている。この第２膜は、製造時に、複数存在する境界部５１０の夫々を欠損させることなく均一な形状で形成するために設けられている。第２膜２２２は、透明板部材２１０よりエッチングレートが低い材料、例えば高温ＣＶＤにより成膜されるシリコン窒化膜ないしシリコン酸化膜等からなる。

後述するように、ここでは、第２膜２２２は、先端部分の形状ばらつきを誤差範囲内に留めるために、第１膜に比べて極めて薄く形成されている。第２膜２２２の厚みは３ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下の範囲内、例えば５ｎｍ（５０Å）に設定されている。

マイクロレンズアレイ板２０は、その使用時には、各マイクロレンズ５００が、後述する液晶装置等の電気光学装置の各画素に対応するように配置される。従って、各マイクロレンズ５００に入射する入射光は、マイクロレンズ５００の屈折作用により、電気光学装置における各画素の中央に向けて集光される。周縁部５００Aの上縁に対する接線が水平面となす角度は、例えば５０〜６０度とされる。その場合には、角度を３０〜４０度程度とした場合や、逆に７０〜８０度程度とした場合と比べて、非常に良好なレンズ効率が得られると共に、乱反射光等の発生を効果的に防止できる。尚、この角度を電気光学装置の仕様に応じて適宜設定することによって、各マイクロレンズ５００の中央付近のみならず縁付近を通して集光される入射光が、この電気光学装置内部の液晶層等を透過する際に、対応する画素の開口領域を通過するようにできる。

このような非球面のマイクロレンズ５００の集光作用によって、図３において上側から入射する入射光を、効率的に表示に寄与する光として利用できる。しかも、後述する本発明の製造方法により製造されるので、マイクロレンズ５００の形状均一性は極めて高く、レンズ効率を揃えることができる。従って、マイクロレンズアレイ板２０を用いた電気光学装置において、明るく鮮明で、輝度むらが極めて少ない画像表示が可能となる。

また、このように優れたレンズ特性を有する本発明のマイクロレンズアレイ板５００は、後述する本発明の製造方法により製造されるので、製造が容易であり、安定した品質が得られる。
＜変形例＞
図５に示すように、本実施形態の一変形形態として、マイクロレンズアレイ板に、マイクロレンズアレイ板が取り付けられる電気光学装置における非開口領域を少なくとも部分的に規定する遮光膜２４０を設けてもよい。より具体的には、格子状の非開口領域を単独で規定するように、格子状の平面パターンを有する遮光膜２４０を構成してもよい。或いは、格子状の非開口領域を、他の遮光膜と協働して規定するように、ストライプ状の平面パターンを有する遮光膜２４０を構成してもよい。

図５のように構成すれば、より確実に各画素の非開口領域を規定でき、各画素間における光り抜け等を防止できる。更に、電気光学装置の非開口領域に作り込まれる、光が入射すると光電効果による光リーク電流が発生して特性が変化してしまうＴＦＴ等の電子素子に、光が入射するのを確実に防ぐことも可能となる。

尚、図５では、遮光膜２４０上に保護膜２４１が形成されており、更に、この保護膜２４１に代えて又は加えて、後述の如き対向電極や配向膜が形成されてもよい。加えて、図５に示した如きマイクロレンズアレイ板に対して、遮光膜２４０により区切られた各画素の開口領域にＲ（赤）、Ｇ（緑）又はＢ（青）のカラーフィルタを作り込むことも可能である。

（電気光学装置）
次に、本実施形態に係る電気光学装置について、図６及び図７を参照して説明する。ここでは、本発明の電気光学装置の一例として、駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置について説明する。

図６は、ＴＦＴアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に、対向基板として用いられる上述のマイクロレンズアレイ板側から見た平面図であり、図７は、図６のＨ−Ｈ’断面図である。

図６及び図７において、本実施形態に係る電気光学装置では、ＴＦＴアレイ基板１０と、対向基板として用いられるマイクロレンズアレイ板２０とが対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ板２０との間に液晶層５０が封入されており、ＴＦＴアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ板２０とは、画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に接着されている。

シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなる。また、シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ板２０との間隔（基板間ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。こうした構成は、プロジェクタのライトバルブ用として小型で拡大表示を行うのに適しているが、当該電気光学装置が大型で等倍表示を行う液晶装置であれば、このようなギャップ材は液晶層５０中に含まれていてもよい。

マイクロレンズアレイ板２０上における、シール材５２の内側には、画像表示領域１０ａの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜５３が設けられている。但し、このような額縁遮光膜の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられていてもよい。

ＴＦＴアレイ基板１０上における、画像表示領域１０ａの周辺領域には、データ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４及び外部回路接続端子１０２が設けられており、これらは複数の配線１０５によって相互に接続されている。その他、ＴＦＴアレイ基板１０には、画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行してデータ線に供給するプリチャージ回路、或いは製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査する検査回路等を形成してもよい。また、マイクロレンズアレイ板２０には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材１０６が配置されている。

図７において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極９ａ上に、配向膜が形成されている。他方、マイクロレンズアレイ板２０上には、前述したカバーガラス２００、透明板部材２１０及びマイクロレンズ５００の他、対向電極２１が形成され、最上層部分（図７では、マイクロレンズアレイ板２０の下側表面）に配向膜が形成されている。また、液晶層５０は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。

次に、この電気光学装置の回路構成と動作について、図８を参照して説明する。図８は、電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路を表している。

図８において、画像表示領域１０ａにマトリクス状に配列した複数の画素には夫々、画素電極９ａと当該画素電極９ａをスイッチング制御するためのＴＦＴ３０とが形成されている。そして、ＴＦＴ３０のソースにはデータ線６ａが電気的に接続されている。画素列に対応して複数配列されたデータ線６ａには、画像信号Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎが夫々供給される。画像信号Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎは、この順に線順次に供給されても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給されてもよい。

ＴＦＴ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されており、水平走査に応じて走査線３ａに走査信号Ｇ１、Ｇ２、…Ｇｍを線順次に供給するように構成されている。即ち、走査信号Ｇ１、Ｇ２、…Ｇｍの入力タイミングに応じてＴＦＴ３０が開閉する。画素電極９ａは、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、ＴＦＴ３０を所定タイミングで開閉させることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎが書き込まれ、対向電極２１との間で一定期間保持される。液晶は、画素電極９ａと対向電極２１との間の電位レベルに応じて分子集合の配向や秩序が変化して光を変調し、階調表示を可能にする。ここで、保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極９ａと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０が付加されている。

次に、この電気光学装置の画像表示領域１０ａの具体的構成について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、ＴＦＴアレイ基板１０上の平面構成を表している。図１０は、図９のＡ−Ａ’断面図である。尚、図９においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

図９において、Ｘ方向及びＹ方向にマトリクス状に配置された各画素の開口領域には、夫々画素電極９ａ（点線部９ａ’により輪郭が示されている）が設けられている。また、画素の非開口領域は、データ線６ａや走査線３ａ、容量線３００等の、画素電極９ａの縦横の境界に沿って延在する配線によって規定されている。また、半導体層１ａにおけるチャネル領域１ａ’に対向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａはゲート電極として機能する。このように、走査線３ａとデータ線６ａとの交差する個所には夫々、画素スイッチング用のＴＦＴ３０が設けられている。

図９及び図１０において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、上述した画素部の各回路要素が、導電膜としてパターン化され、積層されている。各回路要素は、下から順に、下側遮光膜１１ａを含む第１層、ゲート電極３ａ等を含む第２層、蓄積容量７０を含む第３層、データ線６ａ等を含む第４層、画素電極９ａ等を含む第５層からなる。また、第１層−第２層間には下地絶縁膜１２、第２層−第３層間には第１層間絶縁膜４１、第３層−第４層間には第２層間絶縁膜４２、第４層−第５層間には第３層間絶縁膜４３が夫々設けられ、前述の各要素間が短絡することを防止している。

ＴＦＴアレイ基板１０は、例えば石英基板、ガラス基板、シリコン基板からなる。ＴＦＴアレイ基板１０上におけるＴＦＴ３０の下層側には、下側遮光膜１１ａが格子状に設けられている。下側遮光膜１１ａは、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）等の高融点金属のうち少なくとも一つを含む金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなる。

ＴＦＴ３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、走査線３ａ、当該走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ’、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜を含む絶縁膜２、半導体層１ａの低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、半導体層１ａの高濃度ソース領域１ｄ並びに高濃度ドレイン領域１ｅを備えている。尚、高濃度ソース領域１ｄは、コンタクトホール８１により、データ線６ａに接続され、高濃度ドレイン領域１ｅは、コンタクトホール８３により、蓄積容量７０の中継層７１に接続されている。

ＴＦＴ３０の上層には、蓄積容量７０が設けられている。蓄積容量７０は、ＴＦＴ３０の高濃度ドレイン領域１ｅ及び画素電極９ａに接続された画素電位側容量電極としての中継層７１と、固定電位側容量電極としての容量線３００の一部とが、誘電体膜７５を介して対向配置されることにより形成されている。容量線３００は、定電位源と電気的に接続されて固定電位とされる。容量線３００は、平面的に見て、走査線３ａに沿ってストライプ状に形成され、ＴＦＴ３０に重なる個所では図９中上下に突出している。このような容量線３００は、例えば金属を含む遮光性の導電膜からなり、固定電位側容量電極としての機能の他、ＴＦＴ３０の上側において入射光からＴＦＴ３０を遮光する遮光膜としての機能を併せ持つ。そして、図９中、格子状に形成された下側遮光膜１１ａと、縦方向に延在するデータ線６ａと横方向に延在する容量線３００とが交差してなす格子状の遮光膜により、各画素の開口領域が規定されている。

データ線６ａは、コンタクトホール８１を介して、例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続されている。尚、上述した中継層７１と同一膜からなる中継層を形成して、当該中継層及び２つのコンタクトホールを介してデータ線６ａと高濃度ソース領域１ｄとを電気的に接続してもよい。

画素電極９ａは、中継層７１を中継することにより、コンタクトホール８３及び８５を介して半導体層１ａのうち高濃度ドレイン領域１ｅに電気的に接続されている。画素電極９ａの上層側には、ラビング処理等の配向処理が施された配向膜１６が設けられている。画素電極９ａは、ＩＴＯ膜等の透明導電性膜からなる。配向膜１６は、ポリイミド膜等の透明な有機膜からなる。

他方、マイクロレンズアレイ板２０には、その全面に対向電極２１が設けられており、その上層に、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜２２が設けられている。対向電極２１は、ＩＴＯ膜等の透明導電性膜からなる。また配向膜２２は、ポリイミド膜などの透明な有機膜からなる。マイクロレンズアレイ板２０には、図５に示した如く、各画素の非開口領域に対応して格子状又はストライプ状の遮光膜２４０を設けるようにしてもよい。遮光膜２４０もまた、マイクロレンズアレイ板２０側から入射する光がチャネル領域１ａ’に侵入するのを阻止するのに寄与する。そして、画素電極９ａと対向電極２１とが対面するように配置された、ＴＦＴアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ板２０との間には液晶が封入され、液晶層５０が形成される。

ここで図１１を参照して、電気光学装置におけるマイクロレンズアレイ板２０の集光機能について説明する。図１１は、マイクロレンズアレイ板２０における各マイクロレンズ５００により入射光が集光される様子を表している。尚、図１１では、各マイクロレンズ５００は、そのレンズ中心が、各画素中心に一致するように配置されている。

図１１において、マイクロレンズアレイ板２０は、上方から入射される入射光を画素の開口領域に夫々集光する、マトリクス状に配置された複数のマイクロレンズ５００と、そのレンズ縁部に形成された第１膜２２１とを備える。そして、透明板部材２１０の上に（図中下側に）、対向電極２１及び配向膜２２が形成されている。

このような構成の電気光学装置では、駆動時に、マイクロレンズアレイ板２０側から入射される入射光は、複数のマイクロレンズ５００が、夫々対応する画素の開口領域に集光する。そのため、マイクロレンズ５００が無い場合と比べ、各画素における実効開口率が高められている。

また、マイクロレンズ５００は、レンズ面の形状が非球面に規定されているためにレンズ効率に優れ、特に周縁部５００Ａにおける入射光の利用効率が極めて高いことから、コントラスト比の良好な表示が可能である。しかも、各マイクロレンズ５００の形状、特に境界部の形状が概ね均一であるために、各マイクロレンズ５００のレンズ効率は均一化されており、画素毎の輝度斑がなく良好な表示が可能である。

尚、このような電気光学装置においては、マイクロレンズアレイ板２０の投射光が入射する側及びＴＦＴアレイ基板１０の出射光が出射する側には各々、例えばＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＶＡ（Vertically Aligned）モード、ＰＤＬＣ(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード等の動作モードや、ノーマリーホワイトモード／ノーマリーブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の方向で配置される。

また、本実施形態では、対向基板としてマイクロレンズアレイ板２０を用いているが、マイクロレンズアレイ板２０をＴＦＴアレイ基板として利用し、その上に回路を構築することも可能である。

（マイクロレンズアレイ板の製造方法）
次に、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ板２０の製造方法について、図１２及び図を参照して説明する。図１２及び図１３は、マイクロレンズアレイ板２０の製造工程を表している。図１５は、マイクロレンズアレイ板２０の比較例を、図１６は変形例を夫々表している。

先ず、図１２（ａ）の工程において、石英等からなる透明板部材２１０ａ上に、例えばフッ酸系などの所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが透明板部材２１０ａより高い第１膜２２１ａを形成する。このような第１膜２２１ａは、例えばＣＶＤ、スパッタリング等により、シリコン酸化膜として形成される。その後、第１膜２２１ａに例えば８００〜９００℃程度である所定温度による熱処理或いはアニール処理を施し、第１膜２２１ａのエッチングレートを制御する。その際、透明板部材２１０ａは、例えば石英からなるので、このような比較的高温の熱処理を施しても、透明板部材２１０ａが破壊する等の問題は特に生じない。尚、ここでは、第１膜２２１ａの厚みを１００ｎｍ（１０００Å）とする。

更に、第１膜２２１ａの上に、エッチングレートが透明板部材２１０ａより低い第２膜２２２ａを形成する。第２膜２２２ａは、後述のマスク層６１２との密着性が良好かつ、前述のエッチャントに対するエッチングレートが低くなるように形成される。従って、ここでは、所定のエッチャントに対するエッチングレートは、第１膜２２１ａ、透明板部材２１０ａ、第２膜２２２ａの順に高くなっている。例えば、そのような第２膜２２２ａの材質は特に制限されないが、例えば、高温ＣＶＤ等によりシリコン窒化膜或いはシリコン酸化膜として形成される。尚、ここでは、第２膜２２２ａの厚みを３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内、具体的には５ｎｍ（５０Å）に設定する。

次に、図１２（ｂ）の工程において、第１膜２２１ａの上に、例えばＣＶＤ、スパッタリング等によりポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜からマスク層６１２を形成する。このマスク層６１２は、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いたパターニングにより、形成すべきマイクロレンズの中心に対応する個所に穴６１２ａが形成される。穴６１２ａの径は、形成すべきマイクロレンズ５００の径と比べると小さくなるように開けておく。

次に、図１２（ｃ）の工程において、このような穴６１２ａが開けられたマスク６１２を介して、第２膜２２２ａ、第１膜２２１ａ及び透明板部材２１０ａを、フッ酸系などのエッチャントにより、ウエットエッチングする。すると、第１膜２２１ａのエッチャントに対するエッチングレートは、透明板部材２１０ａより高いので、第１膜２２１ａは、より早くエッチングされる。即ち、サイドエッチが相対的に大きく入り、テーパの付いた、底の浅い凹部が掘られることになる。

このときのエッチングの進行の様子を、図１３を参照して段階的に説明する。

図１３（ａ）において、エッチングが開始されると、第２膜２２２ａ、第１膜２２１ａ及び透明板部材２１０ａの順に掘り進められる。

続いて、図１３（ｂ）、更に図１３（ｃ）において、第２膜２２２ａ、第１膜２２１ａ及び透明板部材２１０ａのエッチングレートの大小関係から、本発明に特徴的な態様でエッチングが進行する。即ち、第１膜２２１ａは、透明板部材２１０ａより速くエッチングされることで、図示のようなテーパ面が形成される一方で、その上面に接する第２膜２２２ａのエッチングが第１膜２２１ａより格段に遅いために、上面側のエッチングはむやみと進行することがない。このような第２膜２２２ａのエッチングを制御する作用には、第２膜２２２ａとマスク６１２との密着性が高いことも寄与している。その結果、エッチングの進行に伴って、最近接する４つの凹部２５０が互いに交接しても、その境界部を欠損させることなく形成することができる。

その後、図１３（ｄ）において、所定の大きさに凹部２５０が掘られた段階でエッチングを終了する。こうして、形成すべきマイクロレンズの中心に対応する個所の夫々に、凹部２５０が掘られた透明板部材２１０が形成される。

ここで、凹部２５０が構成する面は、周縁部が第１膜２２１のテーパ形状に由来した、平面的な断面形状となるのに対し、周縁部の内側の透明板部材２１０を下地とする中心部は、上記のエッチングレートの違いによって底の浅いすり鉢状の曲面となる。即ち、凹部２５０の曲面は、レンズ面としての非球面を構成する。また、このときのエッチングの進行度合いに応じて、第１膜２２１や第２膜２２２が、この凹部２５０の周縁部に残された本発明独自の構造が得られる。

図１４において、第２膜２２２ａを形成しない比較例では、第２膜２２２ａの形成以外は本実施形態と同様の工程で凹部２５０’が形成される。凹部２５０’の境界部５１０’は、第１膜２２１’がエッチングされることで形成され、例えば凹部２５０’同士が交接して形成される稜線５１１上に欠損部５１２が生じている。これに対し、本実施形態では、第２膜２２２の存在により、境界部５１０における欠損の発生が抑制される。

尚、上記エッチング工程による第２膜２２２の最終的形状（即ち、境界部５１０の先端部分の形状）は、エッチング条件によって左右されることがある。しかし、ここでは、前述のように第２膜２２２を第１膜に比べて極めて薄く形成するようにしたので、仮に、この先端部分に形状ばらつきが生じたとしても、誤差範囲内に留めることができる。

以上の結果、本実施形態では、凹部２５０を、特に境界部５１０において均一な形状で形成することが可能である。

また、ここでは、例えば材質、密度、孔隙率等の第１膜２２１ａ及び第２膜２２２ａの種類、例えばＣＶＤ、スパッタリング等の第１膜２２１ａ及び第２膜２２２ａの形成方法、例えば４００℃以下程度或いは４００〜１０００℃程度等の第１膜２２１ａ及び第２膜２２２ａの形成温度、第１膜２２１ａ及び第２膜２２２ａの形成後における熱処理或いはアニール処理における温度のうち、少なくとも一つに係る条件設定により、エッチングレートの制御を行う。例えば、ＣＶＤとスパッタリングとでは、後者の方が、第１膜２２１ａ又は第２膜２２２ａの膜質がより緻密となり、そのエッチングレートを高くできる。また、例えば、第１膜２２１ａ又は第２膜２２２ａ形成後の熱処理については、温度を高くすると膜質がより緻密となり、そのエッチングレートを低くでき、逆に温度を低くするとそのエッチングレートを高くできる。そして、係るエッチングレートの制御によって、最終的に得られる凹部２５０が規定する非球面における曲率或いは曲率分布を比較的容易に制御できる。尚、第１膜２２１ａ又は第２膜２２２ａの膜厚によっても、最終的に得られる凹部２５０が規定する非球面における曲率或いは曲率分布を制御できる。

このようなエッチングレート制御用の各種条件設定や、第１膜２２１ａないし第２膜２２２ａの膜厚設定は、実験的、経験的、理論的に、或いはシミュレーション等によって、実際に用いられるマイクロレンズ５００のサイズ及びマイクロレンズ５００として要求される性能や装置仕様等に応じて、個別具体的に設定すればよい。

更に、図１２（ｄ）の工程において、マイクロレンズ５００の表面に熱硬化性の透明な接着剤を塗布してネオセラム・石英等からなるカバーガラス２００を押し付けて硬化させる。これにより、透明板部材２１０に掘られた各凹部２５０内に、接着層２３０が充填されてなるマイクロレンズ５００が完成する。この際、透明板部材２１０よりも高屈折率の接着層２３０を形成することで、各々が凸レンズからなる非球面のマイクロレンズ５００を比較的簡単に作成できる。尚、この工程では、カバーガラス２００を研磨して、所望の厚みを有するカバーガラス２００としてもよい。

以上説明したように本実施形態の製造方法によれば、図１から図４に示した如き非球面のマイクロレンズ５００がアレイ状に形成されたマイクロレンズアレイ板２０を比較的効率良く、また均一な形状で製造することができる。

尚、ここでは、本発明独自の構造として境界部５１０に第１膜２２１及び第２膜２２２が残された場合について説明したが、このような製造方法においては、エッチングの進行度合いに応じて、異なる形態の凹部が出来得る。例えば、エッチングの進行度合いが深ければ、図１５に示したように、境界部５２０に第１膜２２１だけが残された凹部２６０が形成されることになる。このような形態のマイクロレンズアレイ板もまた、本発明の技術的範囲に含まれる。

更に、凹部２５０が完成した段階にある透明板部材２１０を２枚用意して、これらを相互に貼り合わせることにより両凸レンズのマイクロレンズを製造することも可能である。或いは、凹部２５０を、２Ｐ法等における型として利用することにより、非球面のマイクロレンズを製造することも可能である。

加えて、図５に示した変形形態におけるマイクロレンズアレイ板を製造する場合には、上述した図１４（ｄ）の工程に続いて、遮光膜２４０及び保護膜２４１などを、スパッタリング、コーティング等によりこの順に成膜すればよい。

また、上記実施形態では、ＴＦＴマトリクス駆動方式の液晶装置について説明したが、本発明の電気光学装置は、ＴＦＴの代わりに薄膜ダイオード（ＴＦＤ：Thin Film Diode）により各画素が駆動される装置であってもよい。

（電子機器）
次に、以上詳細に説明した電気光学装置をライトバルブとして用いた電子機器の具体例として、複板式カラープロジェクタの実施形態について、その全体構成、特に光学的な構成について説明する。ここに図１６は、複板式カラープロジェクタの図式的断面図である。

図１６において、本実施形態における複板式カラープロジェクタの一例たる、液晶プロジェクタ１１００は、駆動回路がＴＦＴアレイ基板上に搭載された電気光学装置を含む液晶モジュールを３個用意し、夫々ＲＧＢ用のライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂとして用いたプロジェクタとして構成されている。

液晶プロジェクタ１１００では、メタルハライドランプ等の白色光源のランプユニット１１０２から投射光が発せられると、３枚のミラー１１０６及び２枚のダイクロイックミラー１１０８によって、ＲＧＢの３原色に対応する光成分Ｒ、Ｇ、Ｂに分けられ、各色に対応するライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂに夫々導かれる。この際特にＢ光は、長い光路による光損失を防ぐために、入射レンズ１１２２、リレーレンズ１１２３及び出射レンズ１１２４からなるリレーレンズ系１１２１を介して導かれる。そして、ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂにより夫々変調された３原色に対応する光成分は、ダイクロイックプリズム１１１２により再度合成された後、投射レンズ１１１４を介してスクリーン１１２０にカラー画像として投射される。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うマイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ、電気光学装置及び電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明のマイクロレンズアレイ板に係る実施形態の概略斜視図である。 マイクロレンズアレイ板に係る実施形態のうち、４つのマイクロレンズに係る部分を拡大して示す部分拡大平面図である。 マイクロレンズアレイ板に係る実施形態の部分拡大断面図である。 マイクロレンズアレイ板に係る実施形態におけるマイクロレンズの境界部を拡大して示す部分拡大図である。 本発明のマイクロレンズアレイ板の変形形態における部分拡大断面図である。 本発明の電気光学装置に係る実施形態おけるＴＦＴアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図である。 図６のＨ−Ｈ’断面図である。 電気光学装置に係る実施形態における画像表示領域を構成するマトリクス状の複数の画素に設けられた各種素子、配線等の等価回路を示すブロック図である。 電気光学装置に係る実施形態におけるデータ線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の平面図である。 図９のＡ−Ａ’断面図である。 電気光学装置に係る実施形態において、対向基板として用いられるマイクロレンズアレイ板の各マイクロレンズにより入射光が集光される様子を概略的に示す断面図である。 マイクロレンズアレイ板の製造方法を示す工程図である。 図１２（ｃ）の工程におけるエッチング進行過程を順に示す過程図である。 マイクロレンズアレイ板の比較例を示す断面図である。 マイクロレンズアレイ板の変形例を示す断面図である。 本発明の電子機器の実施形態である複板式カラープロジェクタの一例たるカラー液晶プロジェクタを示す図式的断面図である。

符号の説明

１０…ＴＦＴアレイ基板、２０…マイクロレンズアレイ板、２００…カバーガラス、２１０…透明板部材、２２１…第１膜、２２２…第２膜、２３０…接着層、２４０…遮光膜、５００…マイクロレンズ、５００Ａ…周縁部、５００Ｂ…中央部、５１０…境界部。

Claims (10)

1. 基板上に、所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが前記基板より高い第１膜を形成する工程と、
   前記第１膜上に、前記エッチングレートが前記第１膜より低い且つ厚みが前記第１膜より薄い第２膜を形成する工程と、
   前記第２膜上に、形成すべき複数のマイクロレンズ各々のレンズ中心に対応する個所に開口部を有するマスクを形成する工程と、
   前記マスクを介して前記エッチャントによるウエットエッチングを施すことにより、前記複数のマイクロレンズのうち相近接するマイクロレンズの境界において前記基板の法線方向に突出した楔形状をなすように、前記第２膜、前記第１膜及び前記基板からなる積層体に、前記複数のマイクロレンズ各々のレンズ曲面を規定する複数の凹部を掘る工程と
   を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ板の製造方法。
2. 前記第１膜、前記基板及び前記第２膜は、前記エッチャントに対するエッチングレートがこの順に低くなることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ板の製造方法。
3. 前記マスクを、前記第２膜と密着するように形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロレンズアレイ板の製造方法。
4. 前記第２膜を、前記凹部のうち前記第２膜と対応する部分の形状ばらつきが無視できる程度に薄く形成することを特徴とする請求項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板の製造方法。
5. 前記第２膜の厚みは、３ｎｍ以上且つ１０ｎｍ以下の範囲内に設定されることを特徴とする請求項４に記載のマイクロレンズアレイ板の製造方法。
6. 前記エッチングレートの制御を、前記第１膜又は前記第２膜の膜種、形成方法、形成条件及び形成後に施される熱処理の温度のうち、少なくとも一つに係る条件設定により行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ板の製造方法。
7. 前記基板は、透明基板からなり、
   前記複数の凹部内に、前記透明基板より屈折率が大きい透明媒質を充填する工程を更に備えたことを特徴とする請求項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板の製造方法。
8. 基板、所定種類のエッチャントに対するエッチングレートが前記基板より高い第１膜、及び前記エッチングレートが前記第１膜より低い且つ厚みが前記第１膜より薄い第２膜が積層されてなる積層体を備え、
   前記積層体に、相近接するマイクロレンズの境界において前記基板の法線方向に突出した楔形状をなすように掘られた複数の凹部によって夫々のレンズ曲面が規定された複数のマイクロレンズが形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ板。
9. 請求項８に記載のマイクロレンズアレイ板と、前記複数のマイクロレンズの夫々に対向する複数の表示用電極と、該複数の表示用電極の夫々に接続された配線又は電子素子とを備えたことを特徴とする電気光学装置。
10. 請求項９に記載の電気光学装置を具備することを特徴とする電子機器。

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