JPH07174902A - マイクロレンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】遮光層の形成が容易で耐環境性に優れたマイク
ロレンズアレイを容易に製造できる、マイクロレンズ製
造方法を実現する。 【構成】透明な平行平板である基板１の少なくとも片側
の面に、マイクロレンズのレンズ開口のアレイ配列に応
じた遮光層３を形成し、所望の屈折面形状に対応する曲
面形状のアレイ配列を持つ型５による型成形で、所望の
屈折面のアレイ配列を持つ硬化性樹脂部７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】光通信の分野を初めとして、マイクロレ
ンズ、即ち、レンズ径が１ｍｍ以下という極めて小さい
レンズの使用が意図され、実用化されつつある。マイク
ロレンズはレンズ径が極めて小さいため、これを通常の
レンズのような研磨法で製造することは難しく、化学的
・物理的な方法による製造方法が提案されている。

【０００３】マイクロレンズアレイにおいては、上記の
如き微小なレンズがアレイ配列するため、配列されるマ
イクロレンズ相互が光学的に独立していないと、別のマ
イクロレンズに入射すべき光が迷光として入射してマイ
クロレンズアレイの光学性能を低下させる虞れがある。

【０００４】従って、マイクロレンズアレイには、各マ
イクロレンズアレイに応じた開口を有する「遮光層」を
形成することが好ましい。このような遮光層を形成する
方法としては、以下の如き方法が考えられる。即ち、マ
イクロレンズアレイの各マイクロレンズの光軸を中心と
して、開口部を形成する部分に、フォトリソグラフィに
よりフォトレジストのパターンを形成し、その上に金属
等により遮光層を形成する。その後、マイクロレンズア
レイを有機溶剤中に浸漬して溶剤によりフォトレジスト
のパターンを溶かし、パターン上にある遮光層を「リフ
トオフ」により、マイクロレンズアレイから剥がし、マ
イクロレンズアレイの開口部以外の部分に遮光層が残る
ようにする。

【０００５】この遮光層形成方法は工程数が多いため効
率的でない。また、遮光層はマイクロレンズアレイの表
面部分に形成されるため、環境条件によっては遮光層の
剥離が生じ易いという問題もある。

【０００６】

【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、遮光層の形成が容易
で耐環境性に優れたマイクロレンズアレイの提供を目的
とする（請求項１）。この発明の別の目的は、請求項１
記載のマイクロレンズアレイを容易に製造できる、マイ
クロレンズ製造方法の提供にある（２，３）。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の「マイク
ロレンズアレイ」は、「透明な平行平板である基板の少
なくとも片側の面に、マイクロレンズのレンズ開口のア
レイ配列に応じた遮光層が形成され、少なくとも、この
遮光層の形成された側の面に、上記レンズ開口のアレイ
配列に合致した屈折面配列を有する硬化性樹脂部が形成
されている」ことを特徴とする。

【０００８】遮光層は、基板の「少なくとも片側の面」
に形成されるから、必要に応じて、基板の両面に遮光層
を形成しても良いことは言うまでもない。勿論、遮光層
を基板の両面に形成する場合には、基板両面の遮光層に
おけるレンズ開口の配列が、互いに整合される（対応す
る開口の中心が合致する）ように遮光層同志の位置合わ
せが行われることは当然である。

【０００９】請求項２記載の「マイクロレンズアレイ製
造方法」は、上記請求項１記載のマイクロレンズを製造
する方法であって、遮光層形成工程と、型成形工程とを
有する。「遮光層形成工程」は、透明な平行平板である
基板の少なくとも片側の面に、「マイクロレンズのレン
ズ開口のアレイ配列に応じた遮光層」を形成する工程で
ある。

【００１０】「型成形工程」は、所望の屈折面形状に対
応する曲面形状のアレイ配列を持つ「型」による型成形
で、所望の屈折面のアレイ配列を持つ「硬化性樹脂部」
を形成する工程である。

【００１１】上記遮光層形成工程において、透明な平行
平板である基板の少なくとも片側の面に、マイクロレン
ズのレンズ開口のアレイ配列に応じた遮光層を形成する
には種々の方法が可能である。

【００１２】例えば、基板表面に金属薄膜とフォトレジ
ストの薄層とを、基板表面側から上記順序に積層し、フ
ォトリソグラフィによりフォトレジストの薄膜を、レン
ズ開口のアレイ配列に応じてパターニングして開口部に
対応する金属薄膜部分が「剥き出し」になるようにし、
その後、パターニングされたフォトレジストをマスクと
して金属薄膜に対するエッチングを行い、上記レンズ開
口部で金属薄膜を除去する。しかるのちフォトレジスト
のマスクを除去すれば、金属薄膜のパターンにより遮光
層が得られる。あるいは、印刷によりインキ層として遮
光層を形成することもできる。

【００１３】また、「硬化性樹脂」としては、熱硬化性
樹脂や光硬化性樹脂を用いることが出来る。「熱硬化性
樹脂」を用いる場合は、型により熱硬化性樹脂の形状を
所望の形状にした状態で加熱を行い、樹脂を硬化させれ
ば良い。

【００１４】また、硬化性樹脂として、紫外線硬化樹脂
等の「光硬化性樹脂」を用いる場合には、型成形の際、
光を照射して樹脂を硬化させればよい。光の照射は、
「型」が透明である場合には型を通して行うことが出来
るが、型が金属等の遮光性のものである場合には、基板
を介して行えば良い。

【００１５】このとき、基板に形成された遮光層のた
め、「遮光層の影」になる光硬化性樹脂部分には、基板
の側から光を照射しにくいので、この場合は、型の表面
の、少なくとも「曲面形状の部分を光反射性」とし、基
板側から照射した光が型の表面で反射して、遮光層の影
になった部分に照射されるようにする（請求項３）。

【００１６】

【作用】上記のように、この発明では、遮光層は基板に
「直接」形成されるので、遮光層は、基板と硬化性樹脂
部とにより挾まれた形状となり、遮光層の開口端部は直
接外気に触れることがない。

【００１７】

【実施例】図１は、請求項３記載のマイクロレンズ製造
方法の１実施例を説明図的に示している。図１（ａ）に
おいて、符号１で示す基板の上側の面には、「マイクロ
レンズのレンズ開口のアレイ配列」に応じた遮光層３が
形成されている。

【００１８】基板１は、例えば石英ガラスであり、透明
な平行平板である。遮光層３は金属薄膜によるものであ
り、以下の如くして形成された。基板１の表面にＡｌを
蒸着して金属薄膜とし、その上にフォトレジストの薄層
を形成した。フォトリソグラフィにより上記フォトレジ
ストの薄膜を、レンズ開口のアレイ配列に応じてパター
ニングし、開口部に対応する金属薄膜部分が「剥き出
し」になるようにした。

【００１９】上記開口部の形状は円形である。その後、
パターニングされたフォトレジストをマスクとして金属
薄膜に対するエッチングを行い、レンズ開口部における
金属薄膜を除去し、しかるのちフォトレジストのマスク
を除去した。この状態が、図１（ａ）に示された状態で
ある。

【００２０】図１（ｂ）に示すように、遮光層３の側に
型５を合わせた。型５は、上記遮光層の開口部のアレイ
配列に応じた凹面形状の配列を有し、各凹面形状の底部
が遮光層３の各開口部の中心と合致するように位置合わ
せされている。また、型５の上記凹面形状の部分は「光
反射性」となっている。

【００２１】基板１と型５に挾まれた空間部分に、光硬
化性樹脂として紫外線硬化樹脂７を注入し、基板１を介
して紫外線９を均一照射した。照射された紫外線は紫外
線硬化樹脂７を硬化させる。また、型５の凹面形状の部
分は光反射性であるので、この部分で反射された紫外線
が、照射紫外線に対し「遮光層３の影」になる部分にも
有効に照射され、紫外線硬化樹脂７ａを有効に硬化させ
る。

【００２２】型５を外して、図１（ｃ）に示すような
「基板１上に、レンズ開口のアレイ配列に応じた遮光層
３が形成され、遮光層３の形成された側の面に、レンズ
開口のアレイ配列に合致した屈折面配列を有する硬化性
樹脂部７が形成され」てなるマイクロレンズアレイを得
た。なお、硬化性樹脂部７による屈折面の形状は「凸球
面」である。

【００２３】図２（ａ）に示すように、図１（ｃ）のマ
イクロレンズアレイに対し、基板１の反対側の面に、硬
化性樹脂部７の屈折面配列と対応させて、他の屈折面配
列を硬化性樹脂部１１として、硬化性樹脂部７と同様な
方法で形成すれば、両凸のマイクロレンズによるマイク
ロレンズアレイを得ることが出来る。

【００２４】図２（ｂ）に示す実施例は、図１（ｃ）の
マイクロレンズアレイに対し、基板１の反対側の面に、
硬化性樹脂部７の屈折面配列と対応させて、凹面形状１
３による屈折面配列を形成した例である。このマイクロ
レンズアレイでは、個々のマイクロレンズは「メニスカ
スレンズ」である。

【００２５】図１（ｂ）において、型５に換えて「凸面
形状の配列による型」を用いれば、硬化性樹脂部の表面
形状として形成される屈折面形状を凹面形状とすること
ができることは明らかである。

【００２６】ここで、図１（ｂ）に即して説明した型５
の製造を簡単に説明する。図３（ａ）、符号１０はガラ
ス板等の基体を示す。基体１０の平坦な表面に、所望の
厚さに熱可塑性材料層１２が形成され、その上に、中間
層として金属薄膜層１４と、フォトレジスト等の感光性
材料の薄層１６とが積層されている。

【００２７】図３（ａ）に示す状態において、感光性材
料の薄層１６に対し、露光により、「マイクロレンズア
レイの端面形状」をパターニングする。パターニングの
際の露光はマスクを用いて光を均一照射してもよいし、
「レーザ描画」により、パターンを描き込んでも良い。

【００２８】露光により、光照射されされなかった部分
（感光性材料がネガ型の場合）もしくは光照射された部
分（感光性材料がポジ型の場合）を除去すると、図３
（ｂ）に示すようにパターニングがなされる。

【００２９】上記「端面形状」とは、図３（ｂ）におい
て、パターニングされた感光性材料の薄層１６の形状
を、図３（ｂ）の上方から見た形状を言い、例えば、円
形状や楕円形状、正方形形状や長方形形状、あるいは５
角形や６角形等の多角形形状であり得るが、その配列は
「形成しようとするマイクロレンズアレイにおけるレン
ズ配列」と一致している。

【００３０】パターニング後は、金属薄膜層１４をウエ
ットエッチングする。このとき、パターニングされた感
光性材料の薄層１６がマスクとなり、ウエットエッチン
グは「剥き出しになった金属薄膜層部分」のみに作用す
る。

【００３１】従って、エッチング後は、感光性材料の薄
層１６に形成された「端面形状」がそのまま、金属薄膜
層１４に「写される」ことになる。この状態を図３
（ｃ）に示す。エッチングにより金属薄膜層１４を除去
された部分では、その下の、熱可塑性材料層１２の上面
が剥き出しになっている。

【００３２】続いて、上記端面形状を写された金属薄膜
層をマスクとして、異方性のドライエッチングを行う。
ドライエッチングは、熱可塑性材料層１２の「マスク
（金属薄膜層１４）に覆われていない部分」を、厚み方
向へ彫り込むように進行するので、熱可塑性材料層１２
が厚み方向へ完全にエッチングされるまでドライエッチ
ングを実行すると、図３（ｄ）に示すように、上記端面
形状に正確に従う熱可塑性材料層１２の３次元パターン
が「レリーフ状」に得られる。この状態から、マスクと
して用いられた金属薄膜層１４を通常の方法で除去する
と、図３（ｅ）に示すように、熱可塑性材料層１２の３
次元パターンが得られる。なお、ドライエッチング（図
３（ｄ））を実行するに先立って、パターニングされた
感光性材料の薄層１６を除去しているが、薄層１６を除
去しないままでドライエッチングを実行し、ドライエッ
チング後、金属薄膜層１４もろともに感光性材料の薄層
１６を除去するようにしてもよい。

【００３３】続いて、熱可塑性材料層１２の３次元パタ
ーンを加熱し、熱変形（熱流動と、表面張力の作用によ
り生じる）により、１以上の所望の凸面形状を創成する
（図３（ｆ））。

【００３４】熱変形後、さらに異方性のドライエッチン
グを行う。即ち、図３（ｆ）の状態からドライエッチン
グを行って、熱可塑性材料層１２により形成された「凸
面形状」を、基体１０に彫り写す。このとき、ドライエ
ッチングの速度が、熱可塑性材料層１２と基体１０とで
互いに等しければ、熱可塑性材料層１２に創成された凸
面形状が、そのまま基体１０の表面形状として、「彫り
写される」ことになる。また、熱可塑性材料層１２と基
体１０とでエッチング速度が異なれば、基体１０に彫り
写された凸面形状は、熱可塑性材料層１２に創成された
凸面形状を、その高さ方向に「一律に拡大もしくは縮小
した形状」となるが、いずれにしても、熱可塑性材料層
１２に創成された凸面形状と対応した形状となる。

【００３５】このようにして、凸面形状がアレイ配列し
た状態を基体１０の表面形状として得ることが出来る。
この凸面形状は、前述のように、熱可塑性材料層１２の
厚さや、熱可塑性材料層１２と基体１０とのエッチング
速度の比（選択比）等を調整することにより、所望の形
状とすることができるので、この凸面形状が、作成する
べきマイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズの
屈折面形状になるようにする。なお、選択比を連続的も
しくは段階的に変化調整することで、形成される凸面形
状を「非球面形状」とすることもできる。

【００３６】このようにして、凸面形状のアレイ配列が
形成された基体１０を「型」として、型成形により、上
記凸面形状のアレイ配列に対応する凹面形状を持った第
２の型を形成し、その凹面形状の形成された面に対し
て、Ａｌ等の薄膜を蒸着やスパッタリングにより形成す
れば、図１（ｂ）で説明した型５を得ることができる。

【００３７】上記図３（ａ）において符号１４で示す中
間層は、上記金属薄膜以外に、Ｓｉ等の非金属の薄膜と
して形成しても良く、中間層を非金属の薄膜とするとき
は、図３（ｂ）の状態から（ｃ）の状態へ移行するため
のエッチングをドライエッチングで行うことができる。

【００３８】中間層の厚さは、金属薄膜で中間層を形成
する場合は２０００〜１００００Å、Ｓｉ等で形成する
場合には２０００〜５０００Åが好適である。

【００３９】次に、図２（ｂ）の状態で、基板１０の裏
面側に直接に凹面形状による屈折面を形成する方法を説
明する。この方法としては、特開平５−１７３００３号
公報の第１１欄第１８〜２０行、図３に開示された方法
を利用できる。

【００４０】図２（ｂ）において、基板１の裏面（凹面
形状による屈折面アレイを形成する側の面）にフォトレ
ジスト膜を所望の厚さに形成し、このフォトレジスト膜
に凹面形状のアレイ配列に対応するパターンをマスクを
用いて露光する。

【００４１】このとき用いる露光用マスクは、各凹面形
状に対応する部分では、例えばパターン形状の中央部か
ら外側に向かって漸次、光透過率が低くなる（フォトレ
ジストがポジ型の場合）ようなものをものを用いる。

【００４２】このようにして露光を行った後、現像を行
うとフォトレジストの表面形状が凹面形状になるので、
この状態から、図３の（ｇ）で説明したようなドライエ
ッチングを実行して上記凹面形状を基板１の表面形状と
して彫り写す。このとき、彫り写された凹面形状が、所
望の屈折面形状（図２（ｂ）の屈折面１３の形状）とな
るように、フォトレジストの厚さや露光条件、選択比等
を調整するのである。

【００４３】図２（ｂ）の「凹面形状」は、凸面形状を
用いた型を用い、基板１と型に挾まれた空間部分に紫外
線硬化樹脂を注入し、基板１を介して紫外線を均一照射
して紫外線硬化樹脂を硬化させて形成しても良い。

【００４４】このようにして形成された凹面形状を有す
る基板１は、硬化性樹脂の表面に凸面形状の屈折面を形
成するときの型としても使用出来ることは明らかであ
る。この場合、基板が透明なら光照射を型としての基板
を介して行えることは言うまでもない。また、図３
（ｇ）に示すような、凸面形状を有する基体１０は、硬
化性樹脂に凹面形状の屈折面を形成する際の型として利
用できる。

【００４５】なお、基板として、平行平面板以外の形状
のもの、例えば、プリズム形状のものを用いると、イン
プリズムマイクロレンズアレイを形成することもできる
し、形成するレンズの個数を１としたり、形成されたマ
イクロレンズアレイのアレイ配列をマイクロレンズごと
に分割すれば、マイクロレンズやインプリズムマイクロ
レンズ等を実現できるものであること付記しておく。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば新規な
マイクロレンズアレイおよびその製造方法を提供でき
る。

【００４７】この発明のマイクロレンズアレイは、「マ
イクロレンズのレンズ開口のアレイ配列に応じた遮光
層」を有しているために、別のマイクロレンズに入射す
べき光が迷光として入射してマイクロレンズアレイの光
学性能を低下させる虞れが少なく、また遮光層に於ける
開口部の端面部が、外気に触れないので環境の作用で剥
離する可能性が少なく耐環境性に優れている。

【００４８】請求項２，３記載の発明は、上記の如き構
成となっているため、上記マイクロレンズアレイを効率
良く形成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項３記載の発明の１実施例を説明するため
の図である。

【図２】この発明のマイクロレンズアレイの形態の２例
を説明するための図である。

【図３】上記実施例に於て用いられる型の製造方法の１
例を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 基板 ３ 遮光層 ５ 型 ７ａ 硬化性樹脂 ７ 屈折面のアレイ配列を形成された硬化性樹脂部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明な平行平板である基板の少なくとも片
   側の面に、マイクロレンズのレンズ開口のアレイ配列に
   応じた遮光層が形成され、 少なくとも、この遮光層の形成された側の面に、上記レ
   ンズ開口のアレイ配列に合致した屈折面配列を有する硬
   化性樹脂部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。
2. 【請求項２】請求項２記載のマイクロレンズアレイを製
   造する方法であって、 透明な平行平板である基板の少なくとも片側の面に、マ
   イクロレンズのレンズ開口のアレイ配列に応じた遮光層
   を形成する遮光層形成工程と、 所望の屈折面形状に対応する曲面形状のアレイ配列を持
   つ型による型成形で、所望の屈折面のアレイ配列を持つ
   硬化性樹脂部を形成する、型成形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製造方法。
3. 【請求項３】請求項２記載のマイクロレンズアレイ製造
   方法において、 硬化性樹脂が光硬化性樹脂であって、型成形の際、透明
   基板の側から光照射が行われ、型として、少なくとも曲
   面形状の部分が光反射性のものを用いることを特徴とす
   るマイクロレンズアレイ製造方法。