JPH06250002A - マイクロレンズ・マイクロレンズアレイ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光利用効率の良いマイクロレンズおよびマイク
ロレンズアレイとその製造方法を提供する。 【構成】透明な基板１上に熱変形性の感光性材料による
均一な厚さの膜３を形成し、形成されるマイクロレンズ
アレイにおける各レンズとその配列に応じたパタ−ンに
従って膜３を光パタ−ニングし、光パタ−ニングされた
膜３に光照射を行ったのち、熱変形温度以上に加熱し、
感光性材料の熱変形性及び表面張力により、滑らかな凸
面形状３Ａをもった感光性材料のアレイ配列を形成し、
アレイ配列を形成された面に対してドライエッチングを
行い、凸面形状３Ａのアレイ配列を基板１に彫り写すこ
とにより、所望の屈折面形状及びそのアレイ配列を基板
１に形成してマイクロレンズアレイ１Ａとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロレンズ・マ
イクロレンズアレイおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロレンズアレイは、微小なマイク
ロレンズ（通常、レンズ径が数百μｍ以下）を１次元も
しくは２次元にアレイ配列したものであり、光エレクト
ロニクス分野に関連したマイクロオプティクスにおいて
広く知られている。

【０００３】マイクロレンズアレイを製造する方法は種
々提案されているが、それらのうちで最も実用的と思わ
れる方法は所謂「熱変形法」と呼ばれるものである。熱
変形法とは、基板上に熱変形性の感光性材料の膜を形成
し、上記膜を形成すべきマイクロレンズの形状及びその
配列状態に応じたパタ−ンにより光パタ−ニングし、光
パタ−ニングされた感光性材料の膜を熱変形温度に加熱
し、感光性材料の熱変形性と表面張力を利用して屈折面
を形成した後、これを固化してマイクロレンズアレイと
する製造方法である。

【０００４】しかし、熱変形法で製造されるマイクロレ
ンズアレイは個々のレンズが感光性材料で形成されるた
め「レンズ材料自体が光吸収性」であり、光の利用効率
を十分に高くすることが困難である。また、レンズ材料
が熱変形性であるため高温条件下で使用できず、耐環境
性に劣り、高エネルギーの光に対して使用すると光エネ
ルギー吸収による温度上昇があるため高エネルギーの光
に対して使用できないという問題もある。

【０００５】また、マイクロレンズアレイを例えばレン
ズシャッターカメラの焦点検出用の焦点板に用いる場合
などには、光の利用効率からすると、個々のマイクロレ
ンズが互いに連結してアレイを構成し、マイクロレンズ
アレイ全体に入射する光を全てマイクロレンズで集光で
きるようにするのが望ましいが、「従来の熱変形法」で
はマイクロレンズが互いに連結したマイクロレンズアレ
イを作成するのが困難である。

【０００６】更に、上記熱変形法によるマイクロレンズ
作成は、製造に時間がかかり製造効率が悪いという問題
がある。

【０００７】さらにまた、従来の熱変形法でレンズ径：
１００μｍ以上のマイクロレンズを得ようとすると、そ
れに伴い基板上に形成する感光性材料の膜の厚みを大き
くする必要があり、熱変形性と表面張力とにより形成さ
れる屈折面の曲率が強くなって、焦点距離が短くなるた
め、マイクロレンズの焦点距離を長くすることが困難で
あるという問題があり、局所的な加熱制御が困難なた
め、アレイを構成するマイクロレンズの光学特性を同一
アレイ内で変化させることができない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、光利用効率の良いマ
イクロレンズおよびマイクロレンズアレイとその製造方
法の供給を目的とする。この発明の別の目的は、レンズ
径が大きいにも拘らず焦点距離の長いマイクロレンズお
よびマイクロレンズアレイとその製造方法の提供にあ
る。この発明の他の目的は、極めて効率的なマイクロレ
ンズおよびマイクロレンズアレイの製造方法の供給にあ
る。この発明の更に他の目的は、高温条件下で高エネル
ギーの光に対しても使用できる新規なマイクロレンズお
よびマイクロレンズアレイとその製造方法の提供にあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の製造方法
は、成膜工程と、光パターニング工程と、光照射工程
と、加熱工程と、エッチング工程とを有する。「成膜工
程」は、透明な基板上に熱変形性の感光性材料による均
一な厚さの膜を形成する工程である。基板が「透明」で
あるとは、マイクロレンズアレイに対する使用波長の光
に対して透明という意味であり、必ずしも全波長に対し
て透明である必要はない。

【００１０】「光パターニング工程」は、形成されるマ
イクロレンズアレイにおける各レンズとその配列に応じ
たパタ−ンに従い、上記熱変形性の感光性材料による均
一な厚さの膜を光パタ−ニングする工程である。「光パ
ターニング」とは、光感光性の膜に対して上記パタ−ン
に従う露光を行い、基板上に形成される感光性材料の膜
の不要部分（露光された部分あるいは未露光部分）を除
去して、上記形状を上記パタ−ンに合わせることをい
う。「光照射工程」は、光パターニングされた上記膜の
全面に光照射を行う工程である。この光照射工程は、膜
内の線形分子を光エネルギーにより切断するために行わ
れ、照射する光の種類（波長領域や強度）は、膜の材料
や形態に応じ、線形分子をどの程度まで切断するかによ
り決定される。

【００１１】「加熱工程」は、光照射された上記膜を熱
変形温度に加熱し、感光性材料の熱変形性と表面張力よ
り、滑らかな凸面形状を持った感光性材料のアレイ配列
を形成する工程である。「エッチング工程」は、アレイ
配列を形成された面に対してドライエッチングを行い、
上記凸面形状のアレイ配列を上記基板に彫り写すことに
より、所望の屈折率面形状及びそのアレイ配列状態を基
板に形成する工程である。

【００１２】請求項２記載の製造方法は、請求項１記載
の製造方法における各工程に加えて第２成膜工程を有す
る。

【００１３】「第２成膜工程」は、「加熱工程」の後、
「エッチング工程」の前に行われ、加熱工程で形成され
た「凸面形状を持った感光性材料のアレイ配列」上に、
感光性材料（上記成膜工程における感光性材料と同じも
のでも異なるものでも良い。塗布により第２成膜工程を
行う場合には、感光性材料とシンナ−との割合を適当に
にすることができる）による膜を再度形成し（塗布によ
る成膜の場合は、成膜後揮発成分を気化させることで、
感光性材料の主成分を残す）、滑らかな凸面形状が互い
に連結しあった凸面形状の連結アレイ配列を形成する工
程である。

【００１４】第２成膜工程後のエッチング工程では、上
記凸面形状の連結アレイ配列を基板に彫り写すことによ
り、所望の屈折面形状及び屈折面の連続したアレイ配列
状態が基板に形成される。

【００１５】請求項３記載の製造方法は、基板に対し、
請求項１記載の製造方法におけると同様の成膜工程、光
パタ−ニング工程、光照射工程、加熱工程、エッチング
工程を施して、基板に所望の屈折面形状とそのアレイ配
列状態を有するマイクロレンズアレイを形成する。

【００１６】この状態の基板を母型として金型を作製す
るか、または上記母型から更に形状転写して作成した凹
形状の金型を作製し、これら金型を用いて樹脂成形によ
り上記所望の屈折面形状とそのアレイ配列状態を有する
マイクロレンズアレイを成形する。

【００１７】請求項４記載の製造方法は、基板に対し、
請求項２記載の製造方法におけると同様の成膜工程、光
パタ−ニング工程、光照射工程、加熱工程、第２成膜工
程、エッチング工程を施して、基板に所望の屈折面形状
とその連結アレイ配列状態を有するマイクロレンズアレ
イを基板に形成する。

【００１８】この状態の基板を母型として金型を作製す
るか、または上記母型から更に形状転写して作成した凹
形状の金型を作製し、これら金型を用いて樹脂成形によ
り上記所望の屈折面形状とそのアレイ配列状態もしくは
連結アレイ状態を有するマイクロレンズアレイを成形す
る。

【００１９】請求項５の製造方法は、請求項３，４記載
の製造方法において「エッチング工程」を行わず、基板
上に形成された感光性材料によるアレイ配列もしくは連
結アレイ配列を母型として金型を作製するか形成し、こ
れら金型を用いて、樹脂成形により上記所望の屈折面形
状とそのアレイ配列状態もしくは連結アレイ状態を有す
るマイクロレンズアレイを成形する。

【００２０】上記請求項１〜５記載の製造方法における
エッチング工程で「凸面形状のアレイ配列を基板に彫り
写す」とは、「感光性材料により形成された凸面形状の
アレイと対応する形状を基板の表面形状として形成す
る」ことを意味する。彫り写された形状は、感光性材料
により形成された形状と合同的でも良いし、凸面の高さ
が異なっていても良い。なおドライエッチングとして
は、酸素ガスやＣＨＦ₃ガスを導入したＥＣＲプラズマ
エッチング等（導入ガスをイオン化し、生じたイオンを
基板に向かって電気的に加速し、基板に直交な方向から
エッチング面に衝突させることによりエッチングを行う
物理化学的なエッチング方式），やＲＩＥ（平行平板型
リアクティブ・イオン・ドライ・エッチング）が好適で
ある。

【００２１】また、上記請求項１〜５記載の製造方法に
おいて、必要に応じて「基板と感光性材料の層との間に
プライマ−層を設ける」ことができる（請求項６）。

【００２２】請求項１または２記載の製造方法では、基
板自体によりマイクロレンズアレイが形成されるので、
基板は透明即ち光透過性でなければならないが、請求項
３，４，５記載の製造方法では、基板は金型の母型とし
て用いられるので、基板は必ずしも透明である必要はな
い。光透過性材料としては、光学ガラスやプラスチッ
ク，あるいは各種の透明結晶、屈折率分布材料を利用で
きる（請求項７）。

【００２３】なお、この発明の応用分野として、上記請
求項１または２記載の方法で基板に形成された曲面を屈
折面としてではなく「反射面」として利用するような場
合も考えられ（マイクロミラーアレイ）、このような場
合には勿論基板は透明である必要はない。

【００２４】上記請求項１〜７記載の製造方法におい
て、光パターニングされた膜の全面に光照射工程におい
て照射する光の強度を、各レンズパターン毎に所望の分
布としてもよい（請求項８）。「レンズパターン」と
は、光パターニングにより基板上に形成された膜のパタ
ーンにおいて、各マイクロレンズに対応するおける膜部
分をいう。各レンズパターン毎に、即ち、個々のレンズ
パターンの内部で照射する光の強度に分布を持たせるこ
とにより、加熱工程で形成される屈折面の形状を制御で
き、例えば「非球面形状」の屈折面を持ったマイクロレ
ンズの作製が可能となる。同様に、請求項１〜７記載の
製造方法において、光パターニングされた膜の全面に光
照射工程で照射する光の強度を、膜の全面において所望
の分布としてもよい（請求項９）。即ち、基板上でパタ
ーニングされた膜のパターンにおいて、照射される光の
強度に分布を持たせることにより、形成されるマイクロ
レンズアレイにおけるマイクロレンズの光学特性（例え
ば焦点距離）を、基板上の場所によって変化させること
ができる。

【００２５】請求項１０記載のマイクロレンズアレイ
は、請求項１〜９記載の製造方法の何れかにより製造さ
れたマイクロレンズアレイである。このマイクロレンズ
アレイの屈折面側および／または反対面側に反射防止膜
を形成することができる（請求項１１）。勿論、形成さ
れたマイクロレンズアレイのレンズ面は自由曲面を有し
ていても良い（請求項１２）。

【００２６】上記各製造方法は、単一のマイクロレンズ
の製造方法としても利用できる。即ち、単一のマイクロ
レンズを得るには、上記各方法における光パタ−ニング
において単一のマイクロレンズに対応したパターンを形
成しても良いし（請求項１３）、あるいは請求項１〜９
の何れかの方法で製造されたマイクロレンズアレイを各
マイクロレンズごとに切断等により分離しても良い（請
求項１４）。このようにしてマイクロレンズが得られる
（請求項１５）。

【００２７】この発明によるマイクロレンズおよびマイ
クロレンズアレイは、ＣＣＤ，ＬＥＤ，光ファイバ−コ
ネクタ−の先端など、各光学機能素子の光入射側あるい
は光射出側に配置しても良いし、オンチップレンズ・ア
レイとして形成することもできる。

【００２８】

【作用】図１は、請求項１記載の製造方法を説明するた
めの図である。

【００２９】図１（ａ）は「成膜工程」後の状態を示
す。透明基板１上にプライマーの層２（請求項６）を介
して、熱変形性の感光性材料による均一な厚さの膜３が
形成されている。熱変形性の感光性材料としては各種フ
ォトレジストを利用でき、成膜方法も適宜である。

【００３０】図１（ｂ）は光パタ−ニング工程における
露光プロセスを示している。パタ−ニングすべきパタ−
ン形状をポジ像として有するマスク（透明基板４の片面
に蒸着された金属膜５等により形成されている）を位置
合わせして重ね合わせ、このマスクを介して紫外線等を
照射してパタ−ンの露光を行う。単一のマイクロレンズ
に相当するマスク形状は円形、楕円形、長方形、多角形
形状等が可能である。

【００３１】図１（ｃ）は光パタ−ニング工程後の状態
を示している。膜３から露光された部分が除去され、基
板１上に残された感光性材料による膜３のパタ−ンは前
記マスクにおけるパタ−ン像に一致している。なお、露
光工程（図１（ｂ））において、マスクと膜１２との間
に間隔を持たせ、この間隔を調整すると、露光パタ−ン
をマスクパタ−ンから若干異ならせることができる。膜
３による上記パターンにおいて、個々のマイクロレンズ
に対応するパターン部分が前述の「レンズパターン」で
ある。

【００３２】図１（ｃ）の状態において、図示のように
光パターニングされた膜３に対して光照射工程を行い、
パターン化された膜３の全体に光を照射する。この光照
射により照射される光のエネルギーにより膜３中の線形
分子が切断され、膜中における線形分子の割合が減少
し、膜内分子間のファンデルワールス力が減少する。

【００３３】このため、光照射工程を経た膜３では易溶
性が増し、加熱工程の際、流動性が増大し、熱変形性が
良くなる。

【００３４】従って、光照射工程後に加熱工程を行い、
膜３を熱変形温度以上に加熱すると、軟化した感光性材
料の熱変形性及び表面張力の作用により、膜１２の角の
部分が丸められて滑らかな凸面を持った感光性材料３Ａ
がアレイ配列した状態が実現でされる。図１（ｄ）はこ
の状態を示している。

【００３５】次いで、図１（ｄ）の状態に対し、凸面が
アレイ配列した面に対してエッチング工程としてドライ
エッチングを施す。エッチングの作用は、感光性材料３
Ａによる凸面形状及びプライマー２と基板１に作用す
る。エッチング工程は、凸面形状のアレイ配列が基板１
の表面形状として彫り写されるまで行われる。

【００３６】図１（ｅ）において実線はエッチング工程
終了後の状態であり、破線はエッチング工程前の状態を
示している。かくして、所望の屈折面形状をアレイ配列
した表面形状を持つ透明基板材料によりマイクロレンズ
アレイ１Ａが得られる。

【００３７】ここで、上記「光照射工程」の作用を説明
すると、前述のように光照射工程はパターン化された膜
３における線形分子を切断し、膜の流動性を高めるため
に行われる。

【００３８】パターン化された膜３の１単位である「レ
ンズパターン」の大きさがある程度（例えば１００μｍ
以上）大きく、しかも膜３の厚みが小さいような場合に
は、光照射工程を行わずに加熱工程を行うと、膜３の材
料によっては熱変形料が十分でなく、レンズパターンの
「縁」の部分は熱変形で丸められるものの、レンズ中央
部は膜３の平面性がそのまま残存したり、あるいは中央
部が窪んだ形状となったりして、良好な屈折面形状を形
成できない。

【００３９】しかるに、光照射工程を行い、膜内の分子
間力を弱めた状態で加熱工程を行えば、熱変形性が増大
されるため、上記のような場合にも滑らかで良好な凸面
形状の屈折面を形成することができる。

【００４０】図２は、請求項２記載の製造方法における
第２成膜工程以後の工程を示している。図１に即して説
明した製造方法の場合、一般には加熱工程後、滑らかな
凸面を持った感光材料３Ａのアレイ配列における個々の
感光性材料３Ａは互いに分離している。従って、この状
態でエッチング工程を行ってマイクロレンズアレイを形
成すると、基板材料の表面に形成される屈折面も互いに
分離しており、各屈折面相互間の「スペ−ス」部分（屈
折力を持たない部分）にはレンズ作用が無く、スペ−ス
部分に入射する光はレンズ作用を受けず、従ってマイク
ロレンズアレイとしての光利用効率はスペ−ス部分の占
める面積比に反比例して小さくなる。

【００４１】請求項２記載の製造方法では、図１（ｄ）
に示した加熱工程後に、基板表面の滑らかな凸面を持っ
た感光性材料３Ａのアレイの上から更に、同一もしくは
異種の感光性材料により膜３Ｂを再度形成する（第２成
膜工程）。このように、膜３Ｂを形成した後に加熱を行
うと、図２（ａ）に示すように、滑らかな凸面形状が互
いに連結しあった凸面の連結アレイ配列が得られる。

【００４２】続いて、ドライエッチングによりエッチン
グ工程を行って、上記凸面の連結アレイ配列に従い、屈
折面が互いに連結したマイクロレンズアレイ１Ｂを得る
ことができる。

【００４３】図１におけるマイクロレンズアレイ１Ａも
しくは図２におけるマイクロレンズアレイ１Ｂを母型と
して用いて周知の方法で金型を形成し、この金型を用い
てプラスチック成形加工を行えば、プラスチックによる
マイクロレンズアレイを容易に量産化することができ
る。この場合、基板１としては透明でないものを用いる
ことができる。母型における凸形状は樹脂の屈折率を考
慮した屈折面とする。あるいは、上記母型から更に形状
転写して作成した凹形状の金型を作製し、これを用いて
樹脂成形によりマイクロレンズアレイを成形することも
できる。

【００４４】図３（ａ）に示すように、光パターニング
された膜の全面に光照射工程において照射する光の強度
を、各レンズパターン毎に分布をもたせると（図の例で
は、レンズパターンの中央部と周辺部に強度の大きな光
が照射されている）、各レンズパターン毎に、その内部
の場所により流動性が分布を持つので、加熱工程後に
は、図３（ｂ）に示すように上記流動性の分布に応じた
「非球面形状」を凸面形状とする感光性材料３Ｃの配列
を得ることができる。

【００４５】また、図４（ａ）に示すように、光パター
ニングされた膜の全面に光照射工程で照射する光の強度
を、膜の全面において分布を持たせると（図の例では、
基板１の中央部で光強度が大きく、周辺部で小さい分布
となっている）、加熱工程の際、熱変形性は基板中央部
のレンズパターンほど高いので、加熱工程後は、図４
（ｂ）に示すように、基板中央にいくほど、各レンズパ
ターン膜の表面の曲率が小さくなった感光性材料３Ｄの
配列を得ることができる。

【００４６】上に説明した、マイクロレンズアレイもし
くはマイクロレンズアレイ用母型の製作において、レン
ズの屈折面を決めることとなる凸面（基板材料に彫り写
された凸面）の形状は、主々の要因の関数である。

【００４７】即ち、上記形状を左右する要因としては、
第１に基板上に成膜工程により成膜される感光性材料の
膜１２の膜厚、第２にマスクの光透過部分の幅やマスク
のパタ−ン形状、第３に光パタ−ニングにおけるマスク
と感光性材料の膜との間隔、第４に光照射工程において
膜に与えられる光エネルギー量およびその分布、第５に
加熱工程における加熱温度（軟化した感光性材料の熱変
形性や表面張力は温度により変化する）、第６に請求項
２記載の製造方法の場合には第２成膜工程により形成さ
れる膜１３の厚み、第７にエッチング工程における感光
性材料と基板との選択比等をあげることができる。

【００４８】従って、基板材料に最終的に形成される凸
面の形状が所望の形状となるように上記各要因を最適化
するのである。

【００４９】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。

【００５０】実施例−Ｉ（液晶画素の配列ピッチが長手
方向に１５０μｍ，短手方向に１００μｍであるＬＣＤ
パネル用のマイクロレンズアレイ） ＬＣＤ（液晶）パネルは周知の如く、多数の微小な液晶
画素を密接して平面にアレイ配列したものであるが、Ｔ
ＦＴや配線領域に入射する光は利用されないので、その
まま用いた場合には光の利用効率は３０〜４０％に過ぎ
ない。このようなＬＣＤパネルの液晶画素の配列ピッチ
で各々に対応させた集光用のマイクロレンズを設けて、
光の利用効率を向上させるため、平面状に配列したマイ
クロレンズアレイを製造する。

【００５１】厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄後、
その表面にプライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感
光性材料としてポジ型のフォトレジスト（東京応化工業
（株）製ポジ−レジストＯＦＰＲ−８００−５０）をス
ピナ−塗布し、プリベ−クを行って厚さ：２．２μｍの
膜を得た。（成膜工程） 次に、長手方向：１４０μｍ，短手方向：９０μｍの遮
光性の矩形形状が、長手方向に１５０μｍピッチ，短手
方向に１００μｍピッチで配列されたパターンを有する
フォトマスクを前記膜に密着して重ねて紫外線露光を行
い、その後フォトリソグラフィの現像法に従って現像を
行い、前記膜を光パタ−ニングした（光パタ−ニング工
程）。

【００５２】続いて、光パタ−ニングによりパタ−ニン
グされた感光性材料の膜全面に所定量の光を均一に照射
したのち、熱変形温度以上の２６０℃に加熱してポスト
ベ−クを行った（光照射工程・加熱工程）。その結果、
断面形状が矩形形状であった膜は滑らかな凸面形状とな
り、頂点の基板からの高さは３．０μｍとなった。

【００５３】次いで、酸素とＣＨＦ₃を導入ガスとする
ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行っ
た。選択比即ちエッチングレ−トは、感光性材料の膜：
石英基板＝１：１である。その結果、石英基板に前記滑
らかな凸面形状が合同形状に彫り写されて、所望のマイ
クロレンズ・アレイが得られた。形成された各マイクロ
レンズは大きさ（寸法）１４０×９０μｍで高さは３．
０μｍの滑らかな凸面形状で、互いに間隔１０μｍで分
離していた。

【００５４】比較のため、光パターニング工程後、光照
射工程を施さずに加熱工程を施した場合は、熱変形後の
感光性材料の形状は中央部が凹んだ形状となり、狙いの
形状である滑らかな凸面形状を得ることができなかっ
た。

【００５５】実施例−ＩＩ（液晶画素の配列ピッチが長
手方向に２００μｍ，短手方向に１３０μｍであるＬＣ
Ｄパネル用のマイクロレンズアレイ） 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄後、その表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（東京応化工業（株）製ポジ
−レジストＯＦＰＲ−８００−５０）をスピナ−塗布
し、プリベ−クを行って、厚さ：３．６μｍの膜を得
た。

【００５６】次に、長手方向：１９０μｍ，短手方向：
１２０μｍの遮光性の矩形形状が、長手方向に２００μ
ｍピッチ，短手方向に１３０μｍピッチで配列されたパ
ターンを有するフォトマスクを前記膜と７０μｍの隙間
を空けて重ね、紫外線露光を行い、その後フォトリソグ
ラフィの現像法に従って現像を行って前記膜を光パタ−
ニングした。

【００５７】次いで、光パタ−ニングされた感光性材料
の膜全面に所定量の光を均一照射して光照射工程を行
い、その後、熱変形温度以上の２６０℃に加熱してポス
トベ−クを行った。その結果、個々の断面形状が矩形形
状であった膜は滑らかな凸面形状となり、頂点の基板か
らの高さは５．０μｍとなった。

【００５８】続いて、酸素とＣＨＦ₃を導入ガスとする
ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行っ
た。エッチングレ−トは、感光性材料の膜：石英基板＝
１：１である。その結果、石英基板に前記滑らかな凸面
形状が合同形状に彫り写されて、所望のマイクロレンズ
・アレイが得られた。形成された各マイクロレンズは大
きさ（寸法）１９０×１２０μｍで高さは５．０μｍの
滑らかな凸面形状で、互いに間隔１０μｍで分離してい
た。

【００５９】実施例−ＩＩＩ（液晶画素の配列ピッチが
長手方向に１５０μｍ，短手方向に１００μｍであるＬ
ＣＤパネル用のマイクロレンズアレイ） 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄後、その表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（東京応化工業（株）製ポジ
−レジストＯＦＰＲ−８００−５０）をスピナ−塗布
し、プリベ−クを行って、厚さ：２．８μｍの膜を得
た。

【００６０】実施例−Ｉと同様のマスクを用いて光パタ
−ニングを行い、実施例−Ｉと同じ条件で光照射工程と
加熱工程を行った結果、断面形状が矩形形状であった膜
は、滑らかな凸面形状となり、頂点の基板からの高さは
３．９μｍとなった。

【００６１】続いて、酸素とＣＨＦ₃を導入ガスとする
ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行っ
た。エッチングレ−トは、感光性材料の膜：石英基板≒
１：０．７９５である。その結果、石英基板に前記滑ら
かな凸面形状が略同形状に彫り写されて、所望のマイク
ロレンズ・アレイが得られた。形成された各マイクロレ
ンズは、大きさ（寸法）１４０×９０μｍで高さは３．
１μｍの滑らかな凸面形状で、互いに間隔１０μｍで分
離していた。

【００６２】実施例−ＩＶ（液晶画素の配列ピッチが長
手方向に１５０μｍ，短手方向に１００μｍであるＬＣ
Ｄパネル用のマイクロレンズアレイ） 厚さ：１ｍｍの石英基板を十分に洗浄後、その表面にプ
ライマ−を塗布し、その上に熱変形性の感光性材料とし
てポジ型のフォトレジスト（東京応化工業（株）製ポジ
−レジストＯＦＰＲ−８００−５０）をスピナ−塗布
し、プリベ−クを行って、厚さ：２．８μｍの膜を得
た。

【００６３】実施例−Ｉと同様のマスクを用い光パタ−
ニングを施し、実施例−Ｉと同じ条件で光照射工程と加
熱工程とを行った結果、個々の断面形状が矩形形状であ
った膜は、滑らかな凸面形状となり、頂点の基板からの
高さは３．９μｍとなった。続いて、前記ポジ型フォト
レジストとシンナ−を混合したもの（混合比は、フォト
レジスト：シンナ−＝１：０．５）を、形成した凸面形
状の上に塗布し（第２成膜工程）、再び２６０℃で加熱
した結果、各凸部は互いに連続した滑らかな凸面形状と
なり、各頂点の高さは０．５μｍ減じて３．４μｍとな
った。

【００６４】次いで、酸素とＣＨＦ₃を導入ガスとする
ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行っ
た。エッチングレ−トは、感光性材料の膜：石英基板≒
１：０．７６５である。その結果、石英基板に前記滑ら
かな凸面形状が略同形状に彫り写されて、所望のマイク
ロレンズ・アレイが得られた。形成された各マイクロレ
ンズは大きさ（寸法）１５０×１００μｍで高さ：２．
６μｍの滑らかな凸面形状で、互いに連続しつつ稠密に
配列した光の利用効率の高いマイクロレンズアレイを得
ることができた。なお上記実施例Ｉ〜ＩＶにおける「光
照射工程」は、高圧水銀ランプを用い、波長：３５０〜
４５０ｎｍの領域の光を含む近紫外光を、波長：４０３
ｎｍの光に対する積算照射量が略６００ｍＪ／ｃｍ²と
なるように照射して行った。

【００６５】実施例−Ｖ（集光レンズ用のマイクロレン
ズアレイで焦点距離が基板内で変化しているマイクロレ
ンズアレイ） 板厚：１ｍｍの石英基板を実施例−Ｉと同様に洗浄後、
プライマ−と熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォ
トレジスト（東京応化工業（株式）製ポジ−レジストＯ
ＦＰＲ-８００-３００）をスピナ−塗布し、プリベ−ク
を行って、厚さ：８μｍの熱変形性の感光性材料の膜を
得た。

【００６６】次に実施例−Ｉと同様のパタ−ンのフォト
マスクを用いて光パタ−ニングを行った後、照射光の光
路に遮光率の分布を持たせたマスクを介在させて所望の
強度分布状態を作り出し、基板中心部と周辺部の光エネ
ルギ−の積算照射量を変えて光照射工程を実施した後に
加熱工程を行った。

【００６７】上記「光照射工程」は、実施例−Ｉ〜ＩＶ
の光照射工程におけると同じ高圧水銀ランプを用い、波
長４０３ｎｍの光に対する積算照射量が、基板周辺部か
ら基板中心部へ向かって、０ｍＪ／ｃｍ²から１０００
ｍＪ／ｃｍ²まで単調に変化するように近紫外光を照射
して行った。

【００６８】その結果、個々の断面形状が矩形形状であ
った膜は滑らかな凸面形状となり、光照射量に応じて感
光性材料の熱変形量が変化しているため、頂点の高さが
基板周辺部から中心部になるに従って９．１μｍから１
１．４μｍになだらかに変化していた。

【００６９】続いて、酸素とＣＨＦ₃を導入ガスとする
ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行っ
た。エッチングレ−トは、感光性材料の膜：石英基板≒
１：１である。その結果、石英基板に滑らかな凸面形状
が略同形状に彫り写されて、所望のマイクロレンズ・ア
レイが得られた。形成された各マイクロレンズは、大き
さ（寸法）１４０×９０μｍで、高さは基板周辺部で
９．１μｍ、基板中心部で１１．４μｍであり、焦点距
離が基板中心部から周辺部へ順次長くなっている「焦点
距離分布型」のマイクロレンズアレイを得ることができ
た。

【００７０】なお、光パタ−ニング工程において、パタ
−ンの形状を基板中心と周辺とで変化させたフォトマス
クを使う方法と、光照射工程において照射する光エネル
ギ−量を基板面上で変化させる方法とを併用することに
より、同一基板内で焦点距離が更に大きく変化している
マイクロレンズ・アレイを作成することができる。

【００７１】実施例−ＶＩ（マイクロレンズが非球面レ
ンズであるマイクロレンズアレイ） 板厚：１ｍｍの石英基板を実施例−Ｉと同様に洗浄後、
プライマ−と熱変形性の感光性材料としてポジ型のフォ
トレジスト（東京応化工業（株）製ポジ−レジストＯＦ
ＰＲ-８００-３００）をスピナ−塗布し、プリベ−クを
行って、厚さ：７．４μｍの熱変形性の感光性材料の膜
を得た。

【００７２】実施例−Ｉと同様のパタ−ンのフォトマス
クを用いて光パタ−ニングを行った後、照射光の光路に
遮光性を持たせたマスクを介在させ、各レンズパターン
の中心部と周辺部において照射光強度が強くなるように
して光照射工程を行い、その後、加熱工程を行った。

【００７３】「光照射工程」は、実施例−Ｉ〜ＩＶの光
照射工程におけると同じ高圧水銀ランプを用い、波長４
０３ｎｍの光に対する積算照射量が、各レンズパターン
の周辺部と中心部とで５００ｍＪ／ｃｍ²となるように
近紫外光を照射して行った。

【００７４】その結果、個々の断面形状が矩形形状であ
った膜は、光エネルギ−照射量に応じて感光性材料の熱
変形量が変化しているため、滑らかな凸面形状が２つ連
なった非球面形状（図３（ｂ）参照）となり、その高さ
はパタ−ンの中央部で７．７μｍ、滑らかな凸面の頂点
で８．８μｍとなっていた。

【００７５】続いて、酸素とＣＨＦ₃を導入ガスとする
ＥＣＲプラズマエッチングによりエッチング工程を行っ
た。エッチングレ−トは、感光性材料の膜：石英基板≒
１：１である。その結果、石英基板に前記滑らかな凸面
形状が略同形状に彫り写されて、所望のマイクロレンズ
・アレイが得られた。形成された各マイクロレンズは、
大きさ（寸法）１４０×９０μｍで、基板からの高さが
パタ−ンの中央部で７．７μｍ滑らかな凸面の頂点で
８．８μｍである非球面形状となっている。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
マイクロレンズおよびマイクロレンズアレイと其の製造
方法を提供できる。この発明の製造方法は上記のごとく
構成されているので、レンズ径が１００μｍ以上と大き
く、焦点距離の長いマイクロレンズおよびマイクロレン
ズアレイをも容易にかつ確実に製造できる。特に請求項
２，４記載の方法では、個々のマイクロレンズが互いに
連結して光の利用効率の良いマイクロレンズアレイが製
造でき、請求項７記載の方法ではレ−ザ−光やＸ線等の
高エネルギ−の光に対しても有効に利用できるマイクロ
レンズを提供できる。さらに請求項８，９記載の製造方
法では、非球面形状のレンズ面を持つマイクロレンズの
アレイや同一アレイ内で個々のマイクロレンズアレイの
光学特性の異なるものを製造でき、請求項１０〜１５記
載のマイクロレンズアレイ・マイクロレンズは光の利用
効率が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の製造方法を説明するための図で
ある。

【図２】請求項２記載の製造方法を説明するための図で
ある。

【図３】請求項８記載の製造方法を説明するための図で
ある。

【図４】請求項９記載の製造方法を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１ 透明な基板 ２ プライマー ３ 熱変形性の感光性材料の膜 ４ マスクの基板 ５ マスクの金属膜

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な基板上に熱変形性の感光性材料によ
   る均一な厚さの膜を形成し、 形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとそ
   の配列に応じたパタ−ンに従って上記膜を光パタ−ニン
   グし、 光パターニングされた上記膜の全面に光照射を行って、
   膜内の線形分子を切断し、 光照射された上記膜を熱変形温度に加熱し、感光性材料
   の熱変形性と表面張力より、滑らかな凸面形状を持った
   感光性材料のアレイ配列を形成し、 上記アレイ配列を形成された面に対してドライエッチン
   グを行い、上記凸面形状のアレイ配列を上記基板に彫り
   写すことにより、所望の屈折率面形状及びそのアレイ配
   列状態を上記基板に形成することを特徴とするマイクロ
   レンズアレイの製造方法。
2. 【請求項２】透明な基板上に熱変形性の感光性材料によ
   る均一な厚さの膜を形成し、 形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとそ
   の配列に応じたパタ−ンに従って上記膜を光パタ−ニン
   グし、 光パターニングされた上記膜の全面に光照射を行って、
   膜内の線形分子を切断し、 光照射された上記膜を熱変形温度に加熱し、感光性材料
   の熱変形性と表面張力より、滑らかな凸面形状を持った
   感光性材料のアレイ配列を形成し、 感光性材料による膜を上記アレイ配列上に再度形成し、
   揮発成分を気化させることにより、滑らかな凸面形状が
   互いに連結しあった凸面形状の連結アレイ配列を形成
   し、 上記連結アレイ配列を形成された面に対してドライエッ
   チングを行い、上記凸面形状の連結アレイ配列を上記基
   板に彫り写すことにより、所望の屈折率面形状を持つ屈
   折面が互いに連続したアレイ配列状態を上記基板に形成
   することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方
   法。
3. 【請求項３】基板上に熱変形性の感光性材料による均一
   な厚さの膜を形成し、 形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとそ
   の配列に応じたパタ−ンに従って上記膜を光パタ−ニン
   グし、 光パターニングされた上記膜の全面に光照射を行って、
   膜内の線形分子を切断し、 光照射された上記膜を熱変形温度に加熱し、感光性材料
   の熱変形性と表面張力より、滑らかな凸面形状を持った
   感光性材料のアレイ配列を形成し、 上記アレイ配列を形成された面に対してドライエッチン
   グを行い、上記凸面形状及びそのアレイ配列状態を上記
   基板に彫り写すことにより、所望の屈折率面形状及びそ
   のアレイ配列状態を上記基板に形成し、 この状態の基板を母型として作製された金型、または上
   記母型から更に形状転写して作製した凹形状の金型を用
   いて、樹脂成形により上記所望の屈折面形状とそのアレ
   イ配列状態を有するマイクロレンズアレイを形成するこ
   とを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
4. 【請求項４】基板上に熱変形性の感光性材料による均一
   な厚さの膜を形成し、 形成されるマイクロレンズアレイにおける各レンズとそ
   の配列に応じたパタ−ンに従って上記膜を光パタ−ニン
   グし、 光パターニングされた上記膜の全面に光照射を行って、
   膜内の線形分子を切断し、 光照射された上記膜を熱変形温度に加熱し、感光性材料
   の熱変形性と表面張力より、滑らかな凸面形状を持った
   感光性材料のアレイ配列を形成し、 感光性材料による膜を上記アレイ配列上に再度形成し、
   揮発成分を気化させることにより滑らかな凸面形状が互
   いに連結しあった凸面形状の連結アレイ配列を形成し、 上記連結アレイ配列を形成された面に対してドライエッ
   チングを行い、上記凸面形状およびその連結アレイ配列
   状態を上記基板に彫り写すことにより、所望の屈折面形
   状及びその連結アレイ配列状態を上記基板に形成し、 この状態の基板を母型として形成された金型、または上
   記母型から更に形状転写して作製した凹形状の金型を用
   いて、樹脂成形により上記所望の屈折面形状とその連結
   アレイ配列状態を有し、個々のマイクロレンズが互いに
   連続したマイクロレンズアレイを形成することを特徴と
   するマイクロレンズアレイの製造方法。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の製造法において、
   基板上に感光性材料により形成されたアレイ配列もしく
   は連結アレイ配列を母型として作製された金型、または
   上記母型から更に形状転写して作製した凹形状の金型を
   用いてこの金型を用いて樹脂成形により所望の屈折面形
   状とそのアレイ配列状態もしくは連結アレイ配列状態を
   有するマイクロレンズアレイを形成することを特徴とす
   るマイクロレンズアレイの製造方法。
6. 【請求項６】請求項１または２または３または４または
   ５記載の製造方法において、 基板と感光性材料の層との間にプライマ−層を設けるこ
   とを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
7. 【請求項７】請求項１または２または３または４または
   ５または６記載の製造方法に於て、 基板が、石英，各種光学ガラス，セラミックス，各種単
   結晶，または屈折率分布材料であることを特徴とするマ
   イクロレンズアレイの製造方法。
8. 【請求項８】請求項１または２または３または４または
   ５または６または７記載の製造方法において、 光パターニングされた膜の全面に照射する光の強度を、
   各レンズパターン毎に所望の分布とすることを特徴とす
   るマイクロレンズアレイの製造方法。
9. 【請求項９】請求項１または２または３または４または
   ５または６または７記載の製造方法において、 光パターニングされた膜の全面に照射する光の強度を、
   上記膜の全面において所望の分布とすることを特徴とす
   るマイクロレンズアレイの製造方法。
10. 【請求項１０】請求項１または２または３または４また
    は５または６または７または８または９記載の製造方法
    により製造されるマイクロレンズアレイ。
11. 【請求項１１】請求項１０記載のマイクロレンズアレイ
    において、 屈折面側および／または反対面側に反射防止膜が形成さ
    れていることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
12. 【請求項１２】請求項７記載のマイクロレンズアレイに
    おいて、 レンズ面が自由曲面であることを特徴とするマイクロレ
    ンズアレイ。
13. 【請求項１３】請求項１または２または３または４また
    は５または６または７または８記載のマイクロレンズア
    レイ作製方法において、光パターニング工程において単
    一のマイクロレンズに対応するパターンを光パターニン
    グすることより、単一のマイクロレンズを製造すること
    を特徴とするマイクロレンズの製造方法。
14. 【請求項１４】請求項１または２または３または４また
    は５または６または７または８または９記載のマイクロ
    レンズアレイ作製方法により製造されたマイクロレンズ
    アレイの各マイクロレンズを互いに分離することを特徴
    とするマイクロレンズの製造方法
15. 【請求項１５】請求項１３または１４記載の製造方法に
    より製造されるマイクロレンズ。