JP2000241607A

JP2000241607A - マイクロレンズアレイの形成方法およびマイクロレンズアレイ

Info

Publication number: JP2000241607A
Application number: JP11040357A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsumoto; 研二松本; Keiji Hosoda; 啓次細田; Shigeo Sato; 重男佐藤
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2000-09-08
Anticipated expiration: 2019-02-18
Also published as: JP4293664B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光学特性に優れ、かつ所望の光学特性を有す
るマイクロレンズアレイの形成方法及びマイクロレンズ
アレイを提供する。【解決手段】基板１０上に、該基板１０に転写する複
数の微小な転写用凹状形状３０を有する転写層２０を形
成し、この転写層２０の表面側からその表面形状を保存
しながら全面をほぼ一様に除去する処理を転写層２０が
なくなるまで続けることによって、転写層２０の転写用
凹状形状３０を基板１０に転写して基板に微小な凹状部
３１を形成し、次いで、これら微小な凹状部３１に基板
１０の屈折率よりも高い屈折率を有する充填物質を充填
してレンズ部３２を形成することにより、マイクロレン
ズアレイを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロレンズアレ
イの形成方法およびマイクロレンズアレイに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】マイクロレンズアレイは数百μｍ以下の
微小なレンズが一次元もしくは二次元にアレイ状に配列
したものであり、光エレクトロニクス分野において広く
知られている。例えば、液晶素子の各画素に対応したマ
イクロレンズアレイを用いると、ブラックマトリックス
によって遮光される光を各画素に集光することができ、
光利用効率を向上させることができる。（ＮＩＫＫＥＩ
ＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥＳ，（１２）１２９，（１９
９１），青木正、National Technical Report,36,(3)
Jun.116(1990)）。また、アレイ状に配列された光ファ
イバーと受光素子の結合部にマイクロレンズアレイを使
用すると光受光効率を向上させることができる。

【０００３】このようなマイクロレンズアレイは、基板
上に微小な凸形状のレンズを形成するもの、イオンを含
む基板を別のイオン源と接触させてイオン交換により生
じた屈折率の分布によりレンズの効果を生じさせる屈折
率分布型のマイクロレンズアレイ、基板に微小な凹型形
状を形成し、この凹型形状内に基板より屈折率の高い充
填物質を充填して凸レンズを形成する構造等が提案され
ている。

【０００４】基板に微小な凹型形状を形成して凹型に基
板より屈折率の高い充填物質を充填して凸レンズを形成
する構造は、得られるマイクロレンズアレイの表面自体
は平坦に形成できるので、反射防止膜、干渉フィルタ
ー、ピンホール等の光学素子との複合化や液晶素子との
張合わせ等が容易であり、製造上で極めて有利であると
いう利点有している。

【０００５】基板に微小な凹型形状を形成してこの凹部
に高屈折率物質を充填して凸レンズを形成するマイクロ
レンズアレイの形成方法としては、ウエットエッチング
による方法が知られている。この方法はガラス等の基板
に微小開口部を有するエッチングマスクを形成し、ふっ
酸等のエッチング液中に浸漬し、微小開口部からエッチ
ング液によって等方性ウエットエッチングを行い、ガラ
ス等の基板に半球状凹型形状を形成し、次いでエッチン
グマスクを除去して、凹型形成部に基板より屈折率の高
い充填物質を充填する方法である。なお、この充填物質
としては、ポリカーボネートやアクリルスチレン共重合
樹脂等の有機物が一般的に知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ウエットエッ
チングによるマイクロレンズアレイの形成方法では、等
方性エッチングのため形成できるマイクロレンズの形状
は、微小開口部の大きさで決定され、任意な形状のマイ
クロレンズアレイの形成は極めて困難である。また、用
いる基板もエッチング液によりエッチングできる必要が
あり、基板を構成する材料も石英ガラス等の限られたも
のしか使用できない。

【０００７】本発明は、上述したマイクロレンズアレイ
形成方法およびマイクロレンズアレイの問題点に鑑みて
なされたものであり、任意な形状を有するマイクロレン
ズアレイが形成でき、かつ用いる基板の材料も任意な材
料が選択できるマイクロレンズアレイの形成方法および
光学特性に優れたマイクロレンズアレイを提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに第１の発明は、透明な基板に複数の微小な凹状部を
形成する凹状部形成工程と、該凹状部形成工程によって
形成された凹状部に前記基板の屈折率よりも高い屈折率
を有する充填物質を充填してレンズ部を形成するレンズ
部形成工程とを有し、前記凹状部形成工程は、複数の微
小な転写用凹状形状を有する転写層を前記基板上に形成
する転写層形成工程と、該転写層の形状を基板に転写し
て基板に複数の微小な凹状部を形成する転写工程とを有
することを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法
である。

【０００９】第２の発明は、第１の発明にかかるマイク
ロレンズアレイの形成方法において、前記転写層形成工
程は、前記転写層を構成する転写物質層を前記基板上に
形成し、該転写物質層上にマイクロレンズアレイの配列
に応じた微小開口部を形成したレジストマスクを形成
し、該レジストマスクを介してエッチングを行うことに
より、前記転写物質層に複数の微小な転写用凹状形状を
形成して転写層を得る工程を含むことを特徴とするマイ
クロレンズアレイの形成方法である。

【００１０】第３の発明は、第１の発明にかかるマイク
ロレンズアレイの形成方法において、前記転写層形成工
程は、マイクロレンズアレイの配列に対応して壁状物を
前記基板上に形成し、前記壁状物の間に液状物を供給し
て転写用凹状形状を有する転写層を形成する工程を含む
ことを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法であ
る。

【００１１】第４の発明は、第１の発明にかかるマイク
ロレンズアレイの形成方法において、前記転写層形成工
程は、前記基板上に感光性樹脂層を形成し、該感光性樹
脂層に、マイクロレンズアレイ形状に対応したパターン
が形成されたフォトマスクを用い、該フォトマスクと前
記感光性樹脂層との間隔を２０μｍ以上離して露光、現
像することにより、複数の微小な転写用凹状形状を有す
る転写層を形成する工程を含むことを特徴とするマイク
ロレンズアレイの形成方法である。

【００１２】第５の発明は、第１の発明にかかるマイク
ロレンズアレイの形成方法において、前記転写層形成工
程は、前記基板上に感光性樹脂層を形成し、該感光性樹
脂層に、マイクロレンズアレイ形状に対応したパターン
が形成された階調マスクを用いて露光、現像することに
より、複数の微小な転写用凹状形状を有する転写層を形
成する工程を含むことを特徴とするマイクロレンズアレ
イの形成方法である。

【００１３】第６の発明は、第５の発明にかかるマイク
ロレンズアレイの形成方法において、前記階調マスクが
微小なドットで形成されてなることを特徴とするマイク
ロレンズアレイの形成方法である。

【００１４】第７の発明は、第１乃至第６のいずれかの
発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法におい
て、前記転写層の形状を基板に転写する転写工程が、ド
ライエッチングにより行われることを特徴とするマイク
ロレンズアレイの形成方法である。

【００１５】第８の発明は、第７の発明にかかるマイク
ロレンズアレイの形成方法において、前記転写工程にお
けるドライエッチングの速度が前記基板のドライエッチ
ング速度と前記転写層のドライエッチング速度とで異な
ることを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法で
ある。

【００１６】第９の発明は、第１乃至第８のいずれかの
発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法におい
て、前記基板が、複数の微小な凹状部を形成する凹状部
形成基板と、該凹状部形成基板を支持する支持基板とを
有することを特徴とする請求項１及至特許請求項８記載
のマイクロレンズアレイの形成方法である。

【００１７】第１０の発明は、第１乃至第１０のいずれ
かの発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法で形
成されたマイクロレンズアレイである。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態にかか
るマイクロレンズアレイの形成方法の説明図である。こ
の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの形成方法
は、（１）基板上に、該基板に転写する複数の微小な凹
状部の形状を有する転写層を形成する転写層形成工程
（図１（Ａ）参照）と、（２）この転写層の形状を基板
に転写して基板に複数の微小な凹状部を形成する転写工
程（図１（Ｂ）参照）と、（３）この転写工程によって
形成された凹状部に基板の屈折率よりも高い屈折率を有
する充填物質を充填してレンズ部を形成するレンズ部形
成工程（図１（Ｃ），（Ｄ）参照）とを有する。以下、
図１を参照にしながら実施の形態にかかるマイクロレン
ズアレイの形成方法を説明する。

【００１９】（１）転写層形成工程この工程は、基板１０上に、該基板１０に転写する複数
の微小な凹状の球面あるいは非球面形状を有する転写用
凹状形状３０を有する転写層２０を形成する転写層形成
工程である。

【００２０】ここで、基板１０はマイクロレンズアレイ
に用いる波長に対し透明であることが必要であり、Ａｌ
₂０₃基板やＭｇＯ基板等の金属酸化物からなる基板、
ＳｉＣやＳｉＮ，ＭｇＦ等のセラミック基板、シリコン
基板やＧａＡｓ基板、石英ガラスやアルミナシリケート
ガラス等の各種ガラス基板、ポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）やポリカーボネートやポリウレタンやエポ
キシ樹脂等のプラスチック基板、あるいはこれらの複合
基板等が適宜選択される。

【００２１】転写層２０は、基板１０上に転写物質層２
１（図２参照）を形成し、この転写物質層２１に、転写
用凹状形状３０を形成したものである。転写物質層２１
は、転写用凹状形状３０を形成できるポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリウレタ
ン、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポ
リピニルアルコールやヒドロキシエチルセルロース等の
水溶性高分子等の有機高分子、あるいはこれらの複合材
料が適宜選択される。また、Ａｌ₂０₃やＭｇＯ等の金
属酸化物、ＳｉＣやＳｉＮ等のセラミック、シリコン、
石英ガラスやアルミナシリケートガラス等の各種ガラス
等を用いることも可能である。

【００２２】転写物質層２１は、基板１０上の全面に形
成してもよく、また、マイクロレンズアレイを形成する
部位に部分的に形成してもよい。転写物質層２１の形成
方法は、スクリーン印刷、スピンコート、真空蒸着、ス
パッタ、ＣＶＤ等公知の方法が用いられる。また、形成
する転写物質層２１の厚みは、所望するマイクロレンズ
アレイの形状により適宜決定されるが、０．０５μｍか
ら１００μｍ程度が好ましい。

【００２３】転写用凹状形状３０の形成方法は、機械加
工により形成する方法、凸型を有するプレス型を用いて
転写層上に加圧あるいは加熱と加圧により形成する方
法、光硬化性樹脂を基板上に載置し凸型を有するプレス
型用いて加圧と光照射により光硬化性樹脂を硬化させて
形成する方法、凸型を有する射出成形型を用い射出成形
により形成する方法、あるいは、微小開口部を有するレ
ジストマスクを用いてエッチングによって形成する方法
等が用いられる。特に、微小開口部を有するレジストマ
スクを用いてエッチングにより形成する方法は、他の方
法に比較して高精細な球面状の転写用凹状形状を効率よ
く形成できる優れた方法である。

【００２４】図２は微小開口部を有するレジストマスク
を用いてエッチングによって転写用凹状形状３０を形成
する方法の説明図である。この方法は、まず、基板１０
上に転写物質層２１を形成する。次に、この転写物質層
２１上にマイクロレンズアレイの配列に応じた微小開口
部３を設けたレジストマスク２を形成する（図２（Ａ）
参照）。次に、このレジストマスク２をマスクにしてウ
エットエッチング又はドライエッチングを行い、転写用
凹状形状３０を形成する（図２（Ｂ）参照）。次いで、
レジストマスク２を除去して基板１０上に転写層２０が
形成されたものを得る（図２（Ｃ）参照）。

【００２５】ここで、レジストマスク２は、微小開口部
３を介して微小な転写用球面凹型形状を転写層に形成す
る工程で侵されない材料を適宜選定され、Ａｕ、Ｃｒ、
Ｗ、Ｔａ等の金属または、ＩＴＯやＭｇＯやＡｌ₂Ｏ₃
等の金属酸化物、エポキシ樹脂やノボラック樹脂等の有
機化合物等が用いられる。微小開口部３の形状は所望す
るマイクロレンズアレイの配置に対応して形成され、そ
の開口部の大きさは、所望するマイクロレンズの径と同
じ大きさか、または小さい形状であることが必要であ
る。

【００２６】微小開口部３の形成方法は、レジストマス
ク２を形成可能なインクを用い、スクリーン印刷や凹版
印刷等の印刷により微小開口部３以外の部位にレジスト
マスク２を形成する方法、基板１０上全面にレジストマ
スク２を形成する材料を形成し、フォトリソグラフィー
の工程を用い微小開口部３を形成する方法、微小開口部
３を形成する部位をあらかじめマスキングした後全面に
レジストマスク３を形成する材料を形成し、マスキング
した部位を除去し微小開口部３を形成する方法等が用い
られる。

【００２７】微小開口部３を介して行うウエットエッチ
ングは、転写物質層２１はエッチングするがレジストマ
スク２はエッチングしないエッチング溶液に浸漬し、微
小開口部３から転写物質層２１の一部を等方的にエッチ
ングすることによって行う。

【００２８】この場合のエッチング溶液としては、フッ
酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液、塩酸水溶液または
これらの酸水溶液の混合溶液からなる水溶液、炭酸ナト
リウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウ
ム水溶液、ヒドラジンやアミン化合物のアルカリ性溶
液、アセトンや酢酸ブチル等の有機溶剤等から選定され
る。

【００２９】微小開口部３を介して行うドライエッチン
グは、転写物質層２１をエッチングし、レジストマスク
２をエッチングしないエッチングガスを含有する気層中
で処理し、微小開口部３から転写層２１の一部が等方エ
ッチングされる工程を行う。このときの気層中のエッチ
ングガスとしては、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，ＳＦ₆，Ｎ
Ｆ₃，Ｃｌ₂等の成分を含むプラズマ反応性ガスが好適
である。

【００３０】レジストマスク２を除去する方法は、レジ
ストマスク２を構成する材料により適宜選択され、酸水
溶液、アルカリ溶液や有機溶剤によるレジストマスク２
の溶解除去やドライエッチングによるレジストマスク２
の除去等が用いられる。また、レジストマスク２は必ず
しも除去する必要はなく、マイクロレンズアレイの光路
に影響しない場合は除去工程は不要である。

【００３１】図３は転写用凹状形状を有する転写層２０
を形成する他の方法の説明図である。図３に示される方
法は、基板１０上に、マイクロレンズアレイの配列に対
応して壁状物５を形成し（図３（Ａ）参照）、少なくと
もこれら壁状物５の間に液状物５１を供給し、この液状
物を乾燥することにより転写用凹状形状３０を有する転
写層２０を形成するものである。

【００３２】図３（Ａ）において、壁状物５はマイクロ
レンズアレイの配列に対応して形成され、その形状は４
角形、６角形、８角形等の多角形や円形で基板１０上に
形成配置される。

【００３３】壁状物５は、ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリウレタン、エポキ
シ樹脂、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリピニルア
ルコールやヒドロキシエチルセルロース等の水溶性高分
子等の有機高分子、あるいはこれらの複合材料が適宜選
択される。また、Ａｌ₂０₃やＭｇＯ等の金属酸化物、
ＳｉＣやＳｉＮ等のセラミック、シリコン、石英ガラス
やアルミナシリケートガラス等の各種ガラス等を用いる
ことも可能である。

【００３４】壁状物５の形成方法は、壁状物５を形成可
能なインクを用い、スクリーン印刷や凹版印刷等の印刷
により形成する方法、基板１０上全面に壁状物５を形成
する材料を形成し、フォトリソグラフィーの工程を用い
壁状物５を形成する方法、壁状物５を形成する部位をあ
らかじめマスキングした後全面に壁状物５を形成する材
料を形成しマスキングした部位を除去し壁状物５を形成
する方法等が用いられる。

【００３５】液状物５は、揮発性溶液に不揮発性物質が
溶解されてなるものであり、ゾルゲル溶液や有機高分子
を溶剤に溶解した溶液が有効である。

【００３６】また、壁状物５内に液状物５１を供給する
方法としては、基板１０上面に液状物を塗布する方法を
用いることができる。基板１０上面に液状物を塗布する
方法としては、スクリーン印刷、カーテンコート，ディ
ッピング法、スピンコート等の方法が好ましい。液状物
を塗布・乾燥することにより、液状物の表面張力により
壁状物５の壁面に球面状あるいは非球面状の凹状形状が
形成される。なお、その場合、壁状物５の上にも多少の
液状物５１が残ってもよい。

【００３７】マイクロレンズアレイの配列に対応した壁
状物５を基板１０上に形成後、該壁状物全面に液状物５
１を塗布後乾燥することにより微小な転写用凹状形状を
形成する方法をとることにより、凸型を有するプレス型
等を用いずに転写用凹状形状３０を形成できるため、高
精細な転写用凹状形状が効率よく形成できる。

【００３８】図４は転写用凹状形状を有する転写層２０
を形成するさらに他の方法の説明図である。図４に示さ
れる方法は、転写物質層としての感光性樹脂層７が形成
された基板１０上にマイクロレンズアレイの配列及び形
状に対応した微細パターンが形成されたフォトマスク８
３を、基板１０の表面から２０μｍ以上の間隔をおいて
載置し、露光した後、現像することにより、転写用凹状
形状３０を有する転写層２０を得るものである。

【００３９】感光性樹脂７はプリント基板や半導体製造
工程等で使用されている公知の感光性樹脂が使用でき、
基板１０に形成する方法もスクリーン印刷、カーテンコ
ート，ディッピング法、スピンコート等公知の方法が用
いられる。フォトマスク８３は、ガラスやプラスチック
等の透明支持体に光を透過する部分と遮光する部分を形
成したものであり、感光性樹脂層７として光分解性感光
性樹脂を用いた場合は、転写用凹状形状３０を形成する
部分に光が透過するフォトマスクを用い、光重合性感光
性樹脂を用いた場合は、転写用凹状形状３０を形成する
部分に光が透過しないフォトマスクを用いる必要があ
る。

【００４０】ここで、感光性樹脂層７とフォトマスク８
３の間隔を２０μｍ以上開けることにより、透過光が回
折し、マイクロレンズを形成する中心部分と周辺部分に
光量の差が生じる。上述の様に感光性樹脂層を形成し２
０μｍ以上の間隔を開けて露光した感光性樹脂層７を現
像液で現像することにより、転写用凹状形状３０が得ら
れる。

【００４１】ここで、感光性樹脂層７とフォトマスク８
３の間隔は２０μｍ以上開ける必要があるが、広く開け
過ぎると回折光量が多くなり、転写用凹状形状３０の形
状が形成できなくなる。この間隔は用いる露光装置に依
存するが、２００μｍ以下にすることが好ましい。この
方法によれば、凸型を有するプレス型等を用いずに転写
用凹状形状３０を形成できるため、高精細な転写用凹状
形状を効率よく形成できる。

【００４２】図５は転写用凹状形状を有する転写層２０
を形成するさらに他の方法の説明図である。図５に示さ
れる方法は、転写物質層としての感光性樹脂層７が形成
された基板１０上にマイクロレンズアレイの配列及び形
状に対応した微細パターンが形成された階調マスク８４
を、基板１０の表面に載置し（図５（Ａ）参照）、露光
した後、現像することにより、転写用凹状形状３０を有
する転写層２０を得る（図５（Ｂ）参照）ものである。

【００４３】感光性樹脂７は、プリント基板や半導体製
造工程等で使用されている公知の感光性樹脂が使用で
き、基板１０に形成する方法もスクリーン印刷、カーテ
ンコート，ディッピング法、スピンコート等公知の方法
が用いられる。

【００４４】階調マスク８４は、ガラスやプラスチック
等の透明支持体に光を透過する部分と遮光する部分を形
成したものであり、図５（Ｃ）に示す様にマイクロレン
ズアレイの各マイクロレンズに対応する部分が光透過量
が段階的に変化する構成である。ここで、光透過率を段
階的に変化させる階調マスクは、遮光部を形成するＣｒ
等の材料の厚みを変化させ、透過量を段階的に変化させ
る構成、光透過量が異なる材料を順次形成する構成であ
る。

【００４５】また、より好ましい階調マスクして、感光
性樹脂７の解像度と同程度以下の微小なドットを用い、
この微小なドットを形成する密度を順次変化させ、光透
過量を段階的に変化させる構成が有効である。

【００４６】また、階調マスク８４は、感光性樹脂層７
として光分解性感光性樹脂を用いた場合は、転写用球面
凹型形状３４を形成する部分に段階的に光が透過するフ
ォトマスクを用い、光重合性感光性樹脂を用いた場合
は、転写用凹状形状３０を形成する部分に段階的に光が
透過しない階調マスクを用いる必要がある。

【００４７】上述の様に、感光性樹脂層７を形成し、階
調マスク８４を用いて露光した感光性樹脂層７を現像液
で現像することにより、転写用凹状形状３０が得られ
る。

【００４８】この場合、階調マスク８４を用いることに
より、光透過量が段階的に変化し、感光性樹脂層７の現
像量が段階的に変化し、転写用凹状形状３０が得られ
る。さらに、階調マスク８４の光透過量の変化を制御す
ることにより、転写用凹状形状３０の形状を球面とする
ことも非球面とすることも可能である。

【００４９】上述の階調マスクを用いる方法は、凸型を
有するプレス型等を用いずに転写用凹状形状３０を高精
度でかつ効率よく形成できるという利点を有するほか
に、転写用凹状形状として、球面形状のほかに非球面状
のものも容易かつ効率よく形成することを可能にすると
いう優れた利点を有する。

【００５０】（２）転写工程この工程は、上述の転写層形成工程で形成された転写層
２０の形状を基板１０に転写して基板に複数の微小な凹
状部３１（図１（Ｂ）参照）を形成する工程である。こ
こで、転写用凹状形状３０を基板１０に転写する方法と
しては、エッチング法、サンドブラスト法、もしくは、
イオンミリング等による方法が可能である。

【００５１】この転写工程に用いる方法としては、特
に、ドライエッチング法を用いれば、精度よく、且つ効
率的に複数の微小な凹状部３１を基板１０に形成でき
る。ドライエッチングの中でも、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ｓ
Ｆ₆，ＮＦ₃，Ｃｌ₂等の反応性ガスを用いるリアクテ
ィブイオンエッチングが好適である。この場合、転写用
凹状形状３０のドライエッチング速度と基板１０のドラ
イエッチング速度が異なる条件でエッチングすると、転
写用凹状形状３０の形状を増幅した微小な凹状部３１を
形成することができ、マイクロレンズアレイの光学特性
を制御することが可能である。

【００５２】この点をさらに具体的にいえば、転写用凹
状形状３０のドライエッチング速度より基板１０のドラ
イエッチング速度が２倍早い場合、基板１０に形成され
る微小な凹状部３１の深さは、転写用凹状形状３０の深
さの２倍になる。また、転写用凹形状３０のドライエッ
チング速度に対して基板１０のドライエッチング速度が
０．５倍である場合、基板１０に形成される微小な凹状
部３１の深さは、転写用凹状形状３０の深さの０．５倍
になる。

【００５３】また、転写用凹状形状３０のドライエッチ
ング速度と基板１０のドライエッチング速度の比をドラ
イエッチング工程で変化させると、非球面な曲率を有す
る微小な凹状部３１が得られ、非球面なマイクロレンズ
アレイが形成でき、マイクロレンズアレイの光学特性を
制御することが可能である。

【００５４】ここで、転写用凹状形状３０のドライエッ
チング速度と基板１０のドライエッチング速度は、用い
る基板１０の材質と、転写層２０の材質の組み合わせに
より変化させることができる。また、ドライエッチング
の方法、使用するガス種等のドライエッチングの条件に
より変化させることができる。

【００５５】（３）レンズ部形成工程この工程は、上記凹状部形成工程によって形成された複
数の微小な凹状部３１に基板１０の屈折率よりも高い屈
折率を有する充填物質を充填してそれぞれレンズ部３２
を形成し、マイクロレンズアレイを形成する工程であ
る。

【００５６】基板１０より屈折率の高い充填物質は、マ
イクロレンズアレイに用いる波長に対し、散乱が少な
く、透明であることが必要であり、ポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）やポリカーボネートやポリウレタン
やエポキシ樹脂等のプラスチック、あるいはこれらの複
合物質等が適宜選択される。特に、分子鎖中にＳを含ん
でいる有機物は屈折率が高く有効である。

【００５７】基板１０より屈折率の高い充填物質を凹状
部３１に充填する方法は、用いる充填物質の特性により
適宜選択され、液状物質を塗布して硬化する方法、溶融
して接着させる方法、モノマーを供給し、熱又は光で重
合させる方法等が用いられる。なお、レンズ部３２を形
成した後には、形成した面を研磨して平坦にすることも
好ましい。

【００５８】また、充填物質を凹状部３１に充填する態
様としては、図１（Ｃ）に示した様に、基板１０の凹状
部３１内にのみ充填物質を充填する態様のほかに、図１
（Ｄ）に示した様に、凹状部３１内に充填物質を充填す
ると同時に、基板１０の表面上にも充填物質を塗布し、
充填物質による平坦部３３を形成するようにしてもよ
い。

【００５９】なお、図６に示したように、基板１０の裏
面に、該基板１０の機械的強度を補強するために支持基
板１１を取り付けることも好ましい。これによれば、基
板１０の材質として機械的強度による制約を受ける事な
く、凹状部３１の形成の容易性のみを考慮に入れて選択
することができるから、より適切な材料を選ぶことが可
能となる。この場合、基板１０及び支持基板１１は、用
いる光に透明である必要があり、基板１０は凹状部３１
を形成し易い樹脂等の有機高分子材料が好ましく、支持
基板１１は機械的強度が強いセラミックスやガラスが好
適である。

【００６０】上述のマイクロレンズアレイの形成方法で
形成されたマイクロレンズアレイは、高精度であり、光
学特性に優れ、かつ、平板なマイクロレンズアレイが形
成でき、他の光学素子との集積化が容易である。本発明
のマイクロレンズアレイの形成方法およびマイクロレン
ズアレイは、液晶素子上に形成されるマイクロレンズア
レイや光ファイバーと受光素子の結合部使用されるマイ
クロレンズアレイ以外にもレーザーディスク、コンパク
トディスク、光磁気ディスク等の光ピックアップ用集光
レンズ、一次元イメージセンサーやＬＥＤプリンターの
結合素子等の光エレクトロニクス分野においても利用で
きる。

【００６１】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に
説明する。（実施例１）図７は本発明の実施例１にかかるマイクロ
レンズアレイの形成方法の説明図である。以下、図７を
参照にしながら実施例１を説明する。

【００６２】厚み１．１ｍｍの無アルカリガラス（ＮＡ
４０：ＨＯＹＡ株式会社製）からなる基板１０上に転写
層２０としてポリイミド前駆体（商品名：セミコファイ
ン８１１株式会社東レ製）を塗布し、その上にレジスト
マスク２を構成するフォトレジスト（商品名：ＡＺ１３
５０；クラリアントジャパン製）を塗布し、微小開口部
形成用フォトマスクを用い露光し、アルカリ現像液で現
像することにより、微小開口部３を形成するとともに、
この微小開口部３を通じて前記ポリイミド前駆体の転写
層２０の一部を前記アルカリ現像液で溶解することによ
り、転写用凹状形状３０を転写層２０に形成した（図７
（Ａ）参照）。

【００６３】この場合、微小開口部３の配置は、８０μ
ｍピッチで４０ｍｍ角内に格子状に配置されており、形
成された転写用凹状形状３０の深さは１μｍであった。
次に、酢酸ブチルを用いレジストマスク３を溶解除去さ
せ、深さ１μｍの微小な転写用凹状形状３０が形成され
た転写層２０を有する基板１０を得た（図７（Ｂ）参
照）。

【００６４】次に、転写層２０の転写用凹状形状３０を
形成した面側から、平均粒子径２０μｍのＳｉＣ研磨剤
を用いてサンドブラスト装置で全面を研削を行ない、転
写用凹状形状３０を保存しながら研削を続け、これを転
写層２０がなくなるまで行なうことにより、転写層２０
の転写用凹状形状３０を基板１０に転写し、基板１０
に、深さ１．５μｍの微小な凹状部３１を多数形成した
（図７（Ｃ）参照）。

【００６５】次に、基板１０の凹状部３１が形成された
面に対し、基板１０より屈折率の高い物質からなる充填
物質であるポリサルホン（例えば、アモコパフォーマン
スプロダクツ社の商品名ＵＤＥＬＰ−１７００等）を
塗布し、２００℃で加熱熔着させ、冷却後形成面を研磨
し、図７（Ｄ）に示されるマイクロレンズアレイを得
た。

【００６６】上述のマイクロレンズアレイは焦点距離の
ばらつきが±１８％で極めて良好なマイクロレンズアレ
イであった。

【００６７】（実施例２）図８は本発明の実施例２にか
かるマイクロレンズアレイの形成方法の説明図である。
以下、図８を参照にしながら実施例２を説明する。

【００６８】厚み０．７ｍｍの石英ガラスからなる基板
１０上にフォトレジスト（商品名：ＡＺ１３５０；クラ
リアントジャパン製））を０．８μｍの厚みでスピンコ
ートにより塗布して感光性樹脂層７を形成し、この感光
性樹脂層７にマイクロレンズアレイの配列部分が光透過
するフォトマスク８３を用いて露光した（図８（Ａ）参
照）。

【００６９】次に、この感光性樹脂層７をアルカリ現像
液で現像後、２００℃１時間加熱することによって、幅
１μｍ、半径２４μｍ、高さ０．７μｍの円形の壁状物
５を得た（図８（Ｂ）参照）。次に、ポリピニルアルコ
ール５ｗｔ％を含む水溶液を壁状物７を形成した基板上
１０にディップコートし、６０℃で２時間乾燥し、図８
（Ｃ）に示される転写用凹状形状３０を基板１０上に形
成した。

【００７０】次に、基板１０を平行平板型プラズマエッ
チング装置を用い、ＣＨＦ₃プラズマガス中４０分間エ
ッチングを行い、転写用凹状形状３０の形状を基板１０
に転写し微小な多数の凹状部３１を形成した（図８
（Ｄ）参照）。この場合、基板１０のエッチングレート
は、転写用凹状形状３０のエッチングレートの２．５倍
であり、微小な凹状部３１の深さは１，４μｍであっ
た。

【００７１】次に、微小な凹状部３１を形成した面に対
し、基板より屈折率の高い充填物質である熱硬化性クレ
ゾヘルノボラック型エポキシ樹脂を塗布し、マイクロレ
ンズアレイを得た（図８（Ｅ）参照）。このマイクロレ
ンズアレイは焦点距離のばらつきが±８％で極めて良好
であった。

【００７２】（実施例３）図９は本発明の実施例３にか
かるマイクロレンズアレイの形成方法の説明図である。
以下、図９を参照にしながら実施例３を説明する。

【００７３】厚み０．７ｍｍの石英ガラスからなる基板
１０上に感光性樹脂（商品名：ＡＺ１３５０；クラリア
ントジャパン製））を１．２μｍの厚みでスピンコート
により塗布し、マイクロレンズアレイの配列部分が光透
過するフォトマスクを用い、フォトマスクと感光性樹脂
層との間隔を２２μm 離し、露光後、アルカリ現像液で
現像し、幅２μｍ、半径１２μｍの転写用凹状形状３０
を得た（図９（Ａ）参照）。

【００７４】次に、基板１０を平行平板型プラズマエッ
チング装置を用い、ＣＦ₄プラズマガス中４０分間エッ
チングを行い、転写用凹状形状３０の形状を基板１０に
転写し、微小な凹状部３１を形成した（図９（Ｂ）参
照）。基板１０のエッチングレートは、転写用凹状形状
３０のエッチングレートの０．８倍であり、微小な球面
凹状部３１の深さは０．９６μｍであった。

【００７５】微小な凹状部３１を形成した面に対し、基
板１０より屈折率の高い充填物質であるＳｉをスパッタ
法により形成し、形成面を研磨し平滑にし、マイクロレ
ンズアレイを得た（図９（Ｃ）参照）。このマイクロレ
ンズアレイは焦点距離のばらつきは±７％で極めて良好
なマイクロレンズアレイが形成できた。

【００７６】（実施例４）図１０は本発明の実施例４に
かかるマイクロレンズアレイの形成方法の説明図であ
る。以下、図１０を参照にしながら実施例４を説明す
る。

【００７７】Ｓｉ支持基板１１上に１００μｍフッ素樹
脂からなる基板１０を形成し、その上に感光性樹脂（商
品名：ＣＤ−５００；アサヒ化学研究所製）を２．４μ
ｍの厚みでスクリーン印刷により塗布し、感光性樹脂層
７を形成し、マイクロレンズアレイの配列部分の光透過
率が段階的に変化する階調マスク８４を用いて露光した
（図１０（Ａ）参照）。

【００７８】次に、この基板を、３５℃に加温した１％
炭酸ナトリュウム水溶液からなる現像液で現像後し、半
径６３μｍ、深さ１．８μｍの転写用凹状形状３０を形
成した（図１０（Ｂ）参照）。なお、階調マスク８４
は、図１０（Ｅ）に示した様に、マイクロレンズアレイ
の各マイクロレンズ配列部分に対し、マイクロレンズ中
央１０μm の円部分の光透過率は０％、その外側５μｍ
の円部分は光透過率は５％、その外側５μm の円部分は
光透過率は１０％、その外側５μｍの円部分は光透過率
は２０％、その外側５μｍの円部分は光透過率は３０
％、その外側５μmの円部分は光透過率は５０％、その
外側２μｍの円部分は光透過率は１００％である階調を
有する階調マスクである。この階調８４マスクは２μｍ
のドットの配置密度で透過光量を制御してある。

【００７９】次に、基板１０を平行平板型プラズマエッ
チング装置を用い、ＣＨ₄とＣＦ₄混合ガスのプラズマ
中４０分間エッチングを行い、転写用凹状形状３０の形
状を基板１０に転写し、微小な凹状部３１を形成した
（図１０（Ｃ）参照）。基板１０のエッチングレート
は、転写用凹状形状３０のエッチングレートの３．８倍
であり、微小な凹状部３１の深さは６．８μｍであっ
た。

【００８０】次に、微小な凹状部３１を形成した面に対
し、基板１０より屈折率の高い高屈折充填物質である
２，５−ジメチルメルカプト−１，４−ジチアン１Ｍと
ビドロキシエチルメタクリレート２Ｍ、光開始剤（チバ
ガイギ株式会社製の商品名イルガキュア１８４等）３ｗ
ｔ％からなる光硬化樹脂をスピンコートで塗布し、ガラ
ス板からなる対向基板１２と張合わせて、高圧水灯を用
い１Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射し、マイクロレンズアレ
イを得た（図１０（Ｄ）参照）。このマイクロレンズア
レイは焦点距離のばらつきが±７％で極めて良好なもの
であった。

【００８１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、透明な
基板に複数の微小な凹状部を形成する凹状部形成工程
と、該凹状部形成工程によって形成された凹状部に前記
基板の屈折率よりも高い屈折率を有する充填物質を充填
してレンズ部を形成するレンズ部形成工程とを有し、前
記凹状部形成工程は、前記基板に転写する複数の微小な
転写用凹状形状を有する転写層を前記基板上に形成する
転写層形成工程と、この転写層の形状を基板に転写して
基板に複数の微小な凹状部を形成する転写工程とを有す
ることを特徴とするもので、これにより、光学特性に優
れ、かつ任意の光学特性を有するマイクロレンズアレイ
を効率よく形成することを可能にしている。

【００８２】この場合、転写層形成工程として、転写物
質層上にマイクロレンズアレイの配列に応じた微小開口
部を形成したレジストマスクを形成し、該微小開口部を
介して転写層物質層上に転写用凹状形状を形成する方法
を採用することにより効率よく転写用凹状形状を形成す
ることを可能にしている。

【００８３】また、転写層形成工程として、マイクロレ
ンズアレイの配列に対応した壁状物を基板上に形成後、
壁状物全面に液状物を塗布後乾燥して微小な転写用凹状
形状を形成する方法を採用することにより効率よく転写
用凹状形状を形成することを可能にしている。

【００８４】さらに、転写層形成工程として、基板上に
感光性樹脂層を形成し、マイクロレンズアレイの配列に
対応したフォトマスクと該感光性樹脂層との間隔を２０
μｍ以上離して露光、現像して微小な転写用凹状形状を
形成する方法を採用することにより効率よく転写用凹状
形状を形成することを可能にしている。

【００８５】また、上述の転写用凹状形状を基板に転写
する転写工程を、ドライエッチングにより行ない、さら
に、転写層のドライエッチング速度と基板のドライエッ
チング速度とを異ならしめることにより、転写用凹状形
状の形状を増幅した微小な凹状部を基板に形成したり、
あるいは、非球面な凹状部を形成することができ、マイ
クロレンズアレイの光学特性を精密に制御することが可
能な極めて優れたマイクロレンズアレイの形成方法を得
ることを可能にしている。

【００８６】さらに、前記基板を、微小な凹状部を形成
する基板とこれを機械的に支持する支持基板とで構成す
ることにより、微小な凹状部を形成できる基板の材質の
選択度を飛躍的に広げることを可能にし、これにより、
より高性能なマイクロレンズアレイを得ることを可能に
している。

【００８７】また、上述のマイクロレンズアレイの形成
方法によって形成されたマイクロレンズアレイは光学特
性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方
法の実施の形態の説明図である。

【図２】転写層形成工程の説明図である。

【図３】転写層形成工程の説明図である。

【図４】転写層形成工程の説明図である。

【図５】転写層形成工程の説明図である。

【図６】基板を支持基板で補強した例を示す図である。

【図７】実施例１の説明図である。

【図８】実施例２の説明図である。

【図９】実施例３の説明図である。

【図１０】実施例４の説明図である。

【符号の説明】

１０…基板、２０…転写層、３０…転写用凹状形状、３
１…微小な凹状部、３２…レンズ部、８３…フォトマス
ク、８４…階調マスク。

フロントページの続き (72)発明者佐藤重男東京都新宿区中落合２丁目７番５号ホーヤ株式会社内Ｆターム(参考） 4F213 AA44 AH74 WA02 WA53 WA56 WA58 WA86 WC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明な基板に複数の微小な凹状部を形成
する凹状部形成工程と、該凹状部形成工程によって形成
された凹状部に前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有
する充填物質を充填してレンズ部を形成するレンズ部形
成工程とを有し、前記凹状部形成工程は、複数の微小な転写用凹状形状を
有する転写層を前記基板上に形成する転写層形成工程
と、該転写層の形状を基板に転写して基板に複数の微小
な凹状部を形成する転写工程とを有することを特徴とす
るマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項２】請求項１に記載のマイクロレンズアレイ
の形成方法において、前記転写層形成工程は、前記転写層を構成する転写物質
層を前記基板上に形成し、該転写物質層上にマイクロレ
ンズアレイの配列に応じた微小開口部を形成したレジス
トマスクを形成し、該レジストマスクを介してエッチン
グを行うことにより、前記転写物質層に複数の微小な転
写用凹状形状を形成して転写層を得る工程を含むことを
特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項３】請求項１に記載のマイクロレンズアレイ
の形成方法において、前記転写層形成工程が、マイクロレンズアレイの配列に
対応して壁状物を前記基板上に形成し、前記壁状物の間
に液状物を供給して転写用凹状形状を有する転写層を形
成する工程を含むことを特徴とするマイクロレンズアレ
イの形成方法。
【請求項４】請求項１に記載のマイクロレンズアレイ
の形成方法において、前記転写層形成工程は、前記基板上に感光性樹脂層を形
成し、該感光性樹脂層に、マイクロレンズアレイ形状に
対応したパターンが形成されたフォトマスクを用い、該
フォトマスクと前記感光性樹脂層との間隔を２０μm 以
上離して露光、現像することにより、複数の微小な転写
用凹状形状を有する転写層を形成する工程を含むことを
特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項５】請求項１に記載のマイクロレンズアレイ
の形成方法において、前記転写層形成工程は、前記基板上に感光性樹脂層を形
成し、該感光性樹脂層に、マイクロレンズアレイ形状に
対応したパターンが形成された階調マスクを用いて露
光、現像することにより、複数の微小な転写用凹状形状
を有する転写層を形成する工程を含むことを特徴とする
マイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項６】請求項５に記載のマイクロレンズアレイ
の形成方法において、前記階調マスクが微小なドットで形成されてなることを
特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載のマ
イクロレンズアレイの形成方法において、前記転写層の形状を基板に転写する転写工程が、ドライ
エッチングにより行われることを特徴とするマイクロレ
ンズアレイの形成方法。
【請求項８】請求項７に記載のマイクロレンズアレイ
の形成方法において、前記転写工程におけるドライエッチングの速度が前記基
板のドライエッチング速度と前記転写層のドライエッチ
ング速度とで異なることを特徴とするマイクロレンズア
レイの形成方法。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれかに記載のマ
イクロレンズアレイの形成方法において、前記基板が、複数の微小な凹状部を形成する凹状部形成
基板と、該凹状部形成基板を支持する支持基板とを有す
ることを特徴とする請求項１及至特許請求項８記載のマ
イクロレンズアレイの形成方法。
【請求項１０】請求項１ないし９のいずれかに記載の
マイクロレンズアレイの形成方法で形成されたマイクロ
レンズアレイ。