JPH11248905A - Production of planar microlens array - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To regulate the depth of an ion exchanged layer on the principal surface of a substrate opposite to the lens forming face and to decrease warpage of the substrate by subjecting a glass substrate having a layer containing tin on one principal surface to ion exchange treatment and then removing the tin-contg. layer. SOLUTION: A Ti film is formed on the top face 11 of a soda lime glass substrate 1 produced by a float method, and a specified pattern is formed in the Ti film to obtain a mask film 2. The substrate is dipped in a mixture molten salt bath of thallium nitrate and potassium nitrate while a tin-contg. layer 13 is left on the bottom face 12 so as to subject the substrate to ion exchange treatment to form a planar microlens array. The surface of the lens array is covered with a resin film 4 and the substrate is dipped in an hydrofluoric acid etchant 5 to chemically etch the ion exchanged layer of uniform thickness on the bottom surface, and further the tin-contg. layer 13 on the bottom face 12 is removed. Then the substrate 1 is cleaned and the protective film 4 is removed by peeling.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は平板マイクロレンズ
アレイの製造方法に関するものであり、特に液晶パネル
の光利用効率を向上させる目的として使用される、平板
マイクロレンズアレイの製造方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a flat microlens array, and more particularly to a method for manufacturing a flat microlens array used for improving the light use efficiency of a liquid crystal panel.

【０００２】[0002]

【従来の技術】フロート法で作製されたガラス基板の、
フロートバスの熔融錫に接触していた面（以下、ボトム
面と呼ぶ）では、その表面から約１０μｍの深さまでガ
ラス構造中に錫が侵入している（図２（ａ）参照）。2. Description of the Related Art A glass substrate manufactured by a float method is
On the surface of the float bath that has been in contact with the molten tin (hereinafter referred to as the bottom surface), tin has penetrated into the glass structure to a depth of about 10 μm from the surface (see FIG. 2A).

【０００３】ところで、イオン交換法による平板マイク
ロレンズアレイを製造する方法において、その主表面に
錫を含有したガラス基板を用いると、前記錫含有層がイ
オン交換工程で着色し、著しく前記レンズアレイの光学
性能を劣化させてしまっていた。In the method of manufacturing a flat microlens array by an ion exchange method, when a tin-containing glass substrate is used on the main surface, the tin-containing layer is colored in the ion exchange step, and the tin-containing layer is markedly formed. The optical performance was degraded.

【０００４】このため、例えばフロートガラス基板の前
記ボトム面側を２０μｍ程度、ボトム面の反対側の主表
面（以下、トップ面と呼ぶ）を１０μｍ程度光学研磨す
ることにより、ガラス基板の両方の表面近傍のガラス構
造を等しくし、その後いずれかの面をレンズ形成面とし
てマスク膜を成膜し、前記イオン交換法により平板マイ
クロレンズアレイを作製していた。For this reason, for example, both surfaces of the glass substrate are optically polished by approximately 20 μm on the bottom surface side of the float glass substrate and approximately 10 μm on a main surface opposite to the bottom surface (hereinafter referred to as a top surface). The glass structure in the vicinity was made equal, and then a mask film was formed using any one of the surfaces as a lens forming surface, and a flat microlens array was produced by the ion exchange method.

【０００５】イオン交換法で平板マイクロレンズアレイ
を作製する場合、ガラス中の１価の陽イオンが、溶融塩
中の前記ガラス中の陽イオンに比べて、大きなイオン半
径を持つ１価の陽イオンと交換するために、その表面層
で圧縮応力が発生することになる。When a flat microlens array is prepared by an ion exchange method, the monovalent cations in the glass have a larger ion radius than the cations in the glass in the molten salt. , A compressive stress will be generated in the surface layer.

【０００６】またさらに、前述した平板マイクロレンズ
アレイの製造方法において、前記基板のレンズ形成面で
は、円形あるいは直線スリット状に設けられたマスク膜
の開口部においてのみイオン交換が行われるのに対し、
レンズ形成面の反対側の面では、その全面においてイオ
ン交換が行われスラブ状のイオン交換層となる。したが
って、前記基板の両主表面では、イオン交換される領域
の違いにより発生する応力に差が生じ、その結果平板マ
イクロレンズアレイ基板に反りが発生してしまうことに
なる。特にこの反りは、平板マイクロレンズアレイを液
晶パネルに貼合わせる工程における不良の発生原因とな
ってしまう。Further, in the above-described method for manufacturing a flat microlens array, ion exchange is performed only on the opening of the mask film provided in a circular or linear slit shape on the lens forming surface of the substrate.
On the surface opposite to the lens forming surface, ion exchange is performed on the entire surface to form a slab-like ion exchange layer. Therefore, on both main surfaces of the substrate, a difference occurs in the stress generated due to the difference in the ion exchanged region, and as a result, the flat microlens array substrate is warped. In particular, this warp causes a defect in the step of bonding the flat microlens array to the liquid crystal panel.

【０００７】そこで、上述の反りの問題を解決するため
に、特開昭６０−２１５５５２号には、その基板全面に
マスク膜を形成する方法が開示されている。さらに、特
開平２−２４４００１号では、形成した光学素子部分の
裏面側に一様厚み（スラブ状）のイオン交換層を形成
し、その体積を前記光学素子部分の総体積とほぼ同等に
したことを特徴とする平板光学素子及びその製造方法な
る技術が開示されている。Therefore, in order to solve the above-mentioned problem of warpage, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-215552 discloses a method of forming a mask film on the entire surface of a substrate. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-244001, an ion exchange layer having a uniform thickness (slab shape) is formed on the back side of the formed optical element portion, and its volume is made substantially equal to the total volume of the optical element portion. And a technology for manufacturing the same.

【０００８】特開平２−２４４００１号では、光学素子
部分の裏面側にも、予めマスク材を被覆していったんイ
オン交換処理を行い、その途中で前記裏面側のマスク材
を除去し、さらにイオン交換処理することによって、上
述の目的を達成している。また他の方法として、前記光
学素子部分の裏面側のマスク膜に、ある程度イオンの透
過を許容するものを用い、光学素子形成面側とその裏面
側のそれぞれの応力をバランスさせる方法も採り得るこ
とも開示されている。In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-244001, a mask material is also applied to the back surface of the optical element portion in advance and an ion exchange process is performed once, and the mask material on the back surface is removed in the course of the ion exchange process. By processing, the above-mentioned object is achieved. As another method, a method that allows a certain amount of ion transmission to the mask film on the back surface side of the optical element portion and balances the respective stresses on the optical element formation surface side and the back surface side may be adopted. Are also disclosed.

【０００９】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−２４４００１号において開示された方法では、基板
表裏面におけるイオン拡散処理時間を相違させたり、あ
る程度イオン拡散を許容するマスク材で基板裏面側を被
覆し、イオン交換処理後除去するなど、その工程や操作
が繁雑になっていた。However, according to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-244001, the ion diffusion processing time on the front and back surfaces of the substrate is made different, or the back surface of the substrate is masked with a mask material that allows ion diffusion to some extent. The steps and operations, such as coating and removing after ion exchange treatment, have been complicated.

【００１０】一方上述した反りを、レンズアレイ形成領
域の全体の体積で低減する方法を考えてみる。この場
合、上述した反りはマイクロレンズアレイのレンズ径に
対して前記マスク膜の開口径が大きくイオン交換時間が
短い場合は小さく、逆に開口径が小さくイオン交換時間
が長い場合は反りは大きくなる。On the other hand, a method of reducing the above-described warpage by the entire volume of the lens array forming area will be considered. In this case, the above-described warpage is small when the opening diameter of the mask film is large and the ion exchange time is short with respect to the lens diameter of the microlens array, and conversely when the opening diameter is small and the ion exchange time is long, the warpage is large. .

【００１１】また、マイクロレンズアレイの光学特性
は、レンズの径（Ａとする）とマスク膜の開口径（ｒｍ
とする）の比率（Ａ／ｒｍ）に大きく依存している。Ａ
／ｒｍ比を大きくする（開口径を小さくする）と、レン
ズの収差が小さくなり、光学特性の良いレンズアレイが
形成される。逆にＡ／ｒｍ比を小さくする（開口径を大
きくする）と、レンズの収差は大きくなりその光学特性
が悪くなってしまうことになる。The optical characteristics of the microlens array include the lens diameter (A) and the mask film aperture diameter (rm).
)) (A / rm). A
Increasing the / rm ratio (decreasing the aperture diameter) reduces the aberration of the lens, and forms a lens array with good optical characteristics. Conversely, if the A / rm ratio is reduced (the aperture diameter is increased), the aberration of the lens increases and its optical characteristics deteriorate.

【００１２】以上の理由から、イオン交換法による平板
マイクロレンズアレイの作製工程においては、光学特性
と反りの点から最適なＡ／ｒｍ比を求めなければならな
い。その結果、反りを小さくするために、光学特性上最
適なＡ／ｒｍ比を選択できないという問題点があった。For the above reasons, in the process of manufacturing a flat microlens array by the ion exchange method, it is necessary to find an optimal A / rm ratio in terms of optical characteristics and warpage. As a result, there is a problem that an optimal A / rm ratio cannot be selected in terms of optical characteristics in order to reduce the warpage.

【００１３】そこで、特開平７−３５９０４号には、イ
オン交換法による平板光学素子において、基板のレンズ
または導波路形成面の反対側の面のスラブ状のイオン交
換層を、前記光学素子形成後にエッチング除去する方法
が示されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-35904 discloses a flat optical element formed by an ion exchange method, in which a slab-shaped ion exchange layer on a surface of a substrate opposite to a surface on which a lens or a waveguide is formed is formed after the optical element is formed. A method for etching away is shown.

【００１４】しかしながら、特開平７−３５９０４号で
は、例えばソーダライムガラス基板を両面光学研磨して
用いており、その研磨代が大きくコスト高につながり、
さらに前記基板のレンズ等形成面の反対側面においてイ
オン交換層の深さが大きく、その後のエッチング除去代
も大きいものになっていた。However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-35904, for example, a soda lime glass substrate is optically polished on both sides, and the polishing cost is large, leading to high cost.
Further, the depth of the ion exchange layer is large on the side opposite to the surface on which the lens and the like are formed on the substrate, and the allowance for subsequent etching is also large.

【００１５】他方、マスク膜材質の問題点について以下
に詳しく述べる。従来より、イオン交換法による平板マ
イクロレンズの製法におけるマスク膜は、Ｔｉ膜が主に
用いられてきた。このＴｉ膜は、イオン交換浴の高温の
硝酸塩や硫酸塩等に対する耐食性は良好である。イオン
交換処理はイオンの拡散によっているため、一般に長時
間の処理を要する。このため、マスク膜は高温の硝酸塩
や硫酸塩に長時間さらされることになる。On the other hand, the problem of the material of the mask film will be described in detail below. Conventionally, a Ti film has been mainly used as a mask film in a method of manufacturing a flat microlens by an ion exchange method. This Ti film has good corrosion resistance to high-temperature nitrates and sulfates of the ion exchange bath. Since the ion exchange treatment depends on the diffusion of ions, it generally requires a long time treatment. Therefore, the mask film is exposed to the high temperature nitrate or sulfate for a long time.

【００１６】したがって、Ｔｉ膜といえども１〜２μｍ
の比較的厚い膜厚を必要とする。その成膜方法は、スパ
ッタリング法によるのが一般的であり、その装置は高価
であり、さらに成膜時間も長くかかることから、コスト
が高いものとなってしまう。さらに、Ｔｉ自身も比較的
高価な材料である。Therefore, even a Ti film has a thickness of 1-2 μm.
Requires a relatively thick film thickness. The film forming method is generally a sputtering method, and the apparatus is expensive, and the film forming time is long, so that the cost is high. Further, Ti itself is a relatively expensive material.

【００１７】さらにＴｉ膜は、ガラス基板との付着力が
強すぎる点と、化学的耐性の強いことが相まって、この
Ｔｉ膜をエッチング法等によって完全に除去することが
困難である、Ｔｉ膜除去後のガラス表面が粗れてしま
う、またパターニングの際にそのエッジ部の精度があま
り良くないなどの短所も有している。Further, the Ti film has such a strong adhesion to the glass substrate and a high chemical resistance that it is difficult to completely remove the Ti film by an etching method or the like. It also has disadvantages in that the surface of the subsequent glass becomes rough, and the accuracy of the edge portion during patterning is not very good.

【００１８】そこで本発明では、上記特開平７−３５９
０４号をさらに改良することを目的とし、具体的には特
別煩雑な工程を付加することなく、前記基板のレンズ等
形成面の反対側の主表面におけるイオン交換層の深さを
制限できる製法を提供する。またさらに、安価なマスク
膜を利用できる方法を提供する。Therefore, in the present invention, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-359
In order to further improve No. 04, specifically, a manufacturing method capable of limiting the depth of the ion exchange layer on the main surface of the substrate opposite to the surface on which the lenses and the like are formed without adding a complicated process. provide. Still further, the present invention provides a method capable of using an inexpensive mask film.

【００１９】[0019]

【課題を解決するための手段】そのため本発明では、平
板マイクロレンズアレイに用いるガラス基板として、例
えばフロート法によるガラス基板をそのまま用いること
により、そのボトム面の錫の含有する領域のイオン交換
阻害効果を利用して、ボトム面のスラブ状のイオン交換
層の深さ（厚み）を小さくしておき、さらに少なくとも
錫含有層を除去する。こうして、ボトム面とその反対面
であるレンズ形成面との間の、イオン交換によって発生
する応力の差を減少さることができる。これによりイオ
ン交換後の反りを小さくすることが可能となり、平面度
の良好な平板マイクロレンズアレイを安価に作製するこ
とができる。Therefore, according to the present invention, by using a glass substrate by a float method as it is as a glass substrate for use in a flat microlens array, the effect of inhibiting ion exchange in the region containing tin on the bottom surface is improved. The depth (thickness) of the slab-like ion-exchange layer on the bottom surface is reduced by using the method, and at least the tin-containing layer is removed. Thus, the difference in stress generated by ion exchange between the bottom surface and the lens forming surface opposite to the bottom surface can be reduced. This makes it possible to reduce the warpage after ion exchange, and to manufacture a flat microlens array with good flatness at low cost.

【００２０】すなわち本発明は、１価のアルカリイオン
を含むガラス基板の表面に、イオン交換法によりその断
面が略半円状の屈折率分布を有するレンズ領域を複数形
成した平板マイクロレンズアレイの製造方法において、
前記ガラス基板は、一方の主表面に錫を含有する層を有
し、他方の主表面にイオンの透過を阻害するマスク膜を
形成し、さらに該マスク膜に所定のパターンをフォトリ
ソ法により形成し、続いて前記アルカリイオンよりイオ
ン半径の大きなイオンを含む溶融塩中に、前記基板を浸
漬してイオン交換処理を行い、前記イオン交換終了後に
少なくとも前記錫含有層を除去することを特徴とする平
板マイクロレンズアレイの製造方法である。That is, the present invention provides a method of manufacturing a flat microlens array in which a plurality of lens regions having a substantially semicircular refractive index distribution are formed on the surface of a glass substrate containing monovalent alkali ions by an ion exchange method. In the method,
The glass substrate has a tin-containing layer on one main surface, forms a mask film that inhibits ion transmission on the other main surface, and further forms a predetermined pattern on the mask film by a photolithography method. A flat plate, wherein the substrate is immersed in a molten salt containing ions having an ion radius larger than that of the alkali ions to perform an ion exchange treatment, and at least the tin-containing layer is removed after the completion of the ion exchange. This is a method for manufacturing a microlens array.

【００２１】また、前記ガラス基板はフロート法による
ソーダライムガラス基板であり、前記除去方法はエッチ
ング法である平板マイクロレンズアレイの製造方法であ
る。Further, the glass substrate is a soda lime glass substrate by a float method, and the removing method is a method of manufacturing a flat microlens array by an etching method.

【００２２】さらに、前記マスク膜は、ＩＴＯ膜からな
る平板マイクロレンズアレイの製造方法である。Further, there is provided a method for manufacturing a flat microlens array in which the mask film is made of an ITO film.

【００２３】本発明の平板マイクロレンズアレイにおけ
る各レンズは、半球状レンズでもよいし、レンチキュラ
ーレンズでもよい。Each lens in the flat microlens array of the present invention may be a hemispherical lens or a lenticular lens.

【００２４】[0024]

【発明の実施の形態】（予備実験）まず、その表面に錫
含有層の存在するガラス構造体におけるイオン交換阻害
効果を確認するための予備実験を行った。フロート法で
製造されたソーダライムガラス基板のボトム面を、約１
０μｍ研磨することにより錫含有層を完全に除去した。
この研磨した基板と研磨しない基板（それぞれの寸法
は、３００×３５０ｍｍ、厚み２．０ｍｍで同じとし
た）を硝酸タリウムと硝酸カリウムの混合溶融塩に浸漬
し、約５００℃，１００時間のイオン交換を行った。イ
オン交換後のそれぞれの板の反りをサーフコム触針計
（東京精密製）を用いて測定した。なお、この処理によ
り基板両面に、スラブ状のイオン交換層が形成されてい
ることになる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Preliminary Experiment) First, a preliminary experiment was conducted to confirm the ion exchange inhibiting effect of a glass structure having a tin-containing layer on its surface. The bottom surface of the soda lime glass substrate manufactured by the float method is
The tin-containing layer was completely removed by polishing at 0 μm.
The polished substrate and the unpolished substrate (each having the same dimensions of 300 × 350 mm and a thickness of 2.0 mm) are immersed in a mixed molten salt of thallium nitrate and potassium nitrate, and subjected to ion exchange at about 500 ° C. for 100 hours. went. The warpage of each plate after ion exchange was measured using a Surfcom probe (manufactured by Tokyo Seimitsu). By this processing, a slab-like ion exchange layer is formed on both surfaces of the substrate.

【００２５】なお、このとき基板の反りの大きさΔＲ
は、凸面を上になるように置いたときに、凸部の頂点と
反りのないときの前記頂点の対応する位置との差と定義
する（図２を参照のこと）。なお、この図は基板の平面
における一中心線において切断した切断透視図である。At this time, the warpage ΔR of the substrate
Is defined as the difference between the vertex of the convex portion and the corresponding position of the vertex when there is no warpage when the convex surface is placed on the upper side (see FIG. 2). This drawing is a cut-away perspective view taken along one center line in the plane of the substrate.

【００２６】その結果、研磨した基板では約１１μｍ程
度しか反りが発生しなかったのに対し、研磨を施してい
ない基板ではトップ面が凸形状となる約２６０μｍの反
りが発生していた。つまり、トップ面とボトム面では大
きな応力の差が生じていることがわかった。以上のこと
から、ガラス基板の主表面に錫を含有している層が存在
していると、ガラス中の１価の陽イオンと溶融塩中の１
価の陽イオンの交換を阻害することが明らかとなった。As a result, warpage of only about 11 μm occurred in the polished substrate, whereas warpage of about 260 μm, in which the top surface became convex, occurred in the unpolished substrate. That is, it was found that a large stress difference occurred between the top surface and the bottom surface. From the above, when the tin-containing layer is present on the main surface of the glass substrate, the monovalent cation in the glass and the 1
It was found to inhibit the exchange of multivalent cations.

【００２７】（従来作製法の説明）つぎに、基本的なイ
オン交換法による平板マイクロレンズアレイの作製方法
を示す。その手順は、以下に示す通りである。なお、イ
オン拡散法による平板マイクロレンズの作製方法につい
ての詳しい説明は、例えば、及川ほか；MICOOPTICSNEWS
（微小光学研究グループ機関誌,Vol.6,No.1,P19-24）を
参照のこと。(Explanation of Conventional Manufacturing Method) Next, a method of manufacturing a flat microlens array by a basic ion exchange method will be described. The procedure is as follows. For a detailed description of a method for manufacturing a flat microlens by the ion diffusion method, see, for example, Oikawa et al .; MICOOPTICSNEWS
(Micro-Optical Research Group Journal, Vol. 6, No. 1, P19-24).

【００２８】（ａ）その両面を研磨したソーダライムガ
ラス材料基板の両主表面を十分に洗浄する。 （ｂ）ガラス材料基板の一方の主表面に、イオン非透過
効果のあるＴｉ膜を、スパッタリング法等で形成する。 （ｃ）周知の技術であるフォトリソグラフィ技術によ
り、所定のパターンの開口部をＴｉ膜に形成させ、マス
ク膜とする。 （ｄ）所定のパターンのマスクを形成したガラス材料基
板を、イオン交換処理用の溶融塩（例えば、Ｔｌ，Ｋ，
Ｎａ等の一価のアルカリ金属を含む硝酸塩など）に浸漬
処理し、レンズ作用を持ったイオン拡散領域を形成す
る。なお、溶融塩は約４００〜６００℃に保持されてお
り、前記基板はこの中に１分〜１０００時間、浸漬処理
される。なおこの場合、基板の裏側の主表面にも同一イ
オンで、一様の厚みを持つイオン拡散層が形成されてい
る。 （ｅ）Ｔｉ膜を除去する。 以上のような従来の方法で作製した平板マイクロレンズ
アレイでは、レンズ形成面を凹形状とした反りが認めら
れる。(A) Both main surfaces of the soda-lime glass substrate whose both surfaces have been polished are sufficiently washed. (B) On one main surface of the glass material substrate, a Ti film having an ion non-permeation effect is formed by a sputtering method or the like. (C) An opening having a predetermined pattern is formed in the Ti film by a well-known photolithography technique to form a mask film. (D) A glass material substrate on which a mask having a predetermined pattern is formed is melted for ion exchange treatment (for example, Tl, K,
(A nitrate containing a monovalent alkali metal such as Na) to form an ion diffusion region having a lens function. The molten salt is maintained at about 400 to 600 ° C., and the substrate is immersed therein for 1 minute to 1000 hours. In this case, an ion diffusion layer having the same ion and a uniform thickness is also formed on the main surface on the back side of the substrate. (E) The Ti film is removed. In the flat microlens array manufactured by the conventional method as described above, a warp having a concave lens forming surface is observed.

【００２９】（実施例１）本発明では、主表面に錫含有
層を有する基板を用いてイオン交換処理を行うことによ
り、イオン交換後の反りの小さな平板マイクロレンズア
レイを製作することができる。以下に、本発明の実施例
を図１に基づき詳細に説明する。(Embodiment 1) In the present invention, a flat microlens array having a small warp after ion exchange can be manufactured by performing ion exchange treatment using a substrate having a tin-containing layer on the main surface. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【００３０】以下に、具体的数値例について述べる。な
お、基本的な製法は、上述した従来作製法によった。前
記ソーダライムガラス基板（１５０×１７５×２．０ｍ
ｍ）のトップ面１１を約３μｍ研磨した基板１を用い
た。この研磨後のトップ面１１にＴｉ膜を成膜し、その
後フォトリソ法により所定のパターンを形成し、マスク
膜２とした（図１（ａ））。Hereinafter, specific numerical examples will be described. The basic manufacturing method was based on the above-described conventional manufacturing method. The soda lime glass substrate (150 × 175 × 2.0 m
The substrate 1 in which the top surface 11 of m) was polished by about 3 μm was used. A Ti film was formed on the polished top surface 11, and then a predetermined pattern was formed by a photolithography method to form a mask film 2 (FIG. 1A).

【００３１】つぎに、ボトム面１２には錫含有層１３を
残したまま、硝酸タリウムと硝酸カリウムの混合溶融塩
浴３に浸漬し、約５００℃で１００時間イオン交換処理
して平板マイクロレンズアレイを作製した（図１
（ｂ））。Next, while the tin-containing layer 13 is left on the bottom surface 12, the flat microlens array is immersed in a mixed molten salt bath 3 of thallium nitrate and potassium nitrate at about 500 ° C. for 100 hours to form a flat microlens array. Fabricated (Fig. 1
(B)).

【００３２】このイオン交換後の基板の反り量を測定し
た結果、レンズアレイ面が凹面となる形状で、その反り
量は約１５０μｍであることがわかった。また、イオン
交換後ボトム面の錫含有層は茶褐色に着色していた。As a result of measuring the amount of warpage of the substrate after the ion exchange, it was found that the lens array surface had a concave shape and the amount of warpage was about 150 μm. After the ion exchange, the tin-containing layer on the bottom surface was colored brown.

【００３３】そこで、レンズアレイ面を保護して（例え
ば樹脂フィルム４でカバーする）、フッ酸系のエッチャ
ント５（フッ酸：１５体積％，硫酸：６体積％，酢酸：
１体積％，水：７８体積％の組成に、若干量のドデシル
ベンゼンスルホン酸ナトリウムを加える）に浸漬して、
徐々に裏面側の一様厚みのイオン交換層を化学エッチン
グした。このときのエッチング厚みは、ボトム面側を錫
含有層の厚みと等しい１０μｍ程度とした（図１
（ｃ））。Therefore, the lens array surface is protected (for example, covered with the resin film 4), and the hydrofluoric acid-based etchant 5 (hydrofluoric acid: 15% by volume, sulfuric acid: 6% by volume, acetic acid:
1% by volume, water: 78% by volume, and a small amount of sodium dodecylbenzenesulfonate).
The ion exchange layer of uniform thickness on the back side was gradually chemically etched. The etching thickness at this time was about 10 μm on the bottom surface side, which is equal to the thickness of the tin-containing layer (FIG. 1).
(C)).

【００３４】つづいて、この基板を洗浄し、前記保護フ
ィルム４を剥し、さらに精密洗浄を施すことによって、
目的とする平板マイクロレンズアレイを得た。Subsequently, the substrate is washed, the protective film 4 is peeled off, and further subjected to precision cleaning.
The desired flat microlens array was obtained.

【００３５】なお錫含有層の除去は、上述した化学的エ
ッチングのほか、機械的研磨でも行うことができる。The removal of the tin-containing layer can be performed by mechanical polishing in addition to the above-described chemical etching.

【００３６】このようにして、着色した層（なおこの層
は、同時にスラブ状のイオン交換層でもある）を完全に
除去することができた。これはつまりイオン交換層も除
去したことになるので、トップ面（レンズアレイ形成
面）とのイオン交換量の差はさらに小さくなり、その結
果応力のバランスが取れて基板の反りが１００μｍ以下
に減少することができた。In this way, the colored layer (this layer is also a slab-like ion exchange layer) could be completely removed. This means that the ion exchange layer has also been removed, so that the difference in the ion exchange amount with the top surface (the surface on which the lens array is formed) is further reduced. As a result, the stress is balanced and the warpage of the substrate is reduced to 100 μm or less. We were able to.

【００３７】したがってこの基板を切断して、対角約１
００ｍｍの平板マイクロレンズアレイ基板を作製した場
合、基板の反りは３０μｍ以下である。この程度の反り
であれば、液晶パネルと貼合わせても反りの問題を生じ
ることはなかった。Therefore, this substrate is cut to obtain a diagonal of about 1
When a 00 mm flat microlens array substrate is manufactured, the warpage of the substrate is 30 μm or less. With such a degree of warpage, the problem of warpage did not occur even when bonded to a liquid crystal panel.

【００３８】前述した基板ボトム面の研磨除去の工程に
おいて、基板の反りを見ながら合計で２０μｍ程度除去
したところ、基板の反りをほぼ零とすることができた。In the above-described step of polishing and removing the bottom surface of the substrate, the substrate was removed by a total of about 20 μm while observing the warpage of the substrate. As a result, the warpage of the substrate could be reduced to almost zero.

【００３９】（実施例２）３００×３５０×２．０ｍｍ
のソーダライムガラス基板１のトップ面のみを約３μｍ
研磨し、この研磨後のトップ面にＴｉ膜を成膜し、さら
にこのＴｉ膜に開口径が１００μｍで、そのピッチＰが
Ｘ＝１７０μｍ，Ｙ＝２３０μｍで、ｍ×ｎ個の開口部
をフォトリソグラフィ技術により形成し、マスク膜２と
した。Example 2 300 × 350 × 2.0 mm
Only about 3 μm on the top surface of the soda lime glass substrate 1
After polishing, a Ti film is formed on the polished top surface. The Ti film has an opening diameter of 100 μm, its pitch P is X = 170 μm, Y = 230 μm, and m × n openings are formed by photolithography. The mask film 2 was formed by a lithography technique.

【００４０】溶融塩４は、Ｔｌ⁺とＫ⁺を含む混硝酸塩
で、当該ガラスの軟化点付近の温度に保持されている。
前記ガラス基板１を、この溶融塩４中に３００時間浸漬
し、イオン交換処理を行った。この場合、前記ガラス基
板の反りの大きさは、約４００μｍであった。The molten salt 4 is a mixed nitrate containing Tl ⁺ and K ⁺ and is maintained at a temperature near the softening point of the glass.
The glass substrate 1 was immersed in the molten salt 4 for 300 hours to perform an ion exchange treatment. In this case, the size of the warpage of the glass substrate was about 400 μm.

【００４１】なお、この場合のスラブ状のイオン交換層
の厚みは約５０μｍであり、一方両主表面を研磨したソ
ーダライムガラス基板を用いた場合のそれは約７０μｍ
であり、これに比べて小さいことがわかり、錫含有層の
イオン交換阻止効果が確認できた。The thickness of the slab-like ion exchange layer in this case is about 50 μm, while that of a soda-lime glass substrate whose main surfaces are polished is about 70 μm.
It was found that the ion-exchange inhibiting effect of the tin-containing layer was confirmed.

【００４２】さらに、この基板のレンズ形成面に、エッ
チャントに対する保護フィルム４（例えば、塩化ビニル
フィルムなど）を貼り、フッ酸系のエッチャント５（フ
ッ酸：１５体積％，硫酸：６体積％，酢酸：１体積％，
水：７８体積％の組成に、若干量のドデシルベンゼンス
ルホン酸ナトリウムを加える）に浸漬して、徐々に裏面
側の一様厚みのイオン交換層を化学エッチングした。こ
の場合、化学エッチングによる除去厚みが約２０μｍの
時、基板の反りをほぼ零にすることができた。Further, a protective film 4 (for example, a vinyl chloride film) for an etchant is adhered to the lens forming surface of the substrate, and a hydrofluoric acid-based etchant 5 (hydrofluoric acid: 15% by volume, sulfuric acid: 6% by volume, acetic acid) : 1 volume%,
Water: a small amount of sodium dodecylbenzenesulfonate was added to a composition of 78% by volume) to gradually etch the ion exchange layer of uniform thickness on the back surface side. In this case, when the thickness removed by chemical etching was about 20 μm, the warpage of the substrate could be reduced to almost zero.

【００４３】つづいて、この基板を洗浄し、前記保護フ
ィルム４を剥し、精密洗浄を施すことによって、目的と
する平板マイクロレンズアレイを得た。Subsequently, the substrate was washed, the protective film 4 was peeled off, and precision cleaning was performed to obtain a target flat microlens array.

【００４４】（実施例３）ＩＴＯマスク膜を用いた実施
例について述べる。１５０×１７５×２．０ｍｍのソー
ダライムガラス基板のトップ面のみを約３μｍ研磨し、
この研磨後のトップ面にＩＴＯ膜を１６０ｎｍの厚みで
形成し、さらにこのＩＴＯ膜に開口径が５５μｍで、そ
のピッチＰがＸ＝１２０μｍ，Ｙ＝１２０μｍで、ｍ×
ｎ個の開口部をフォトリソグラフィ技術により形成し、
マスク膜とした。なお、ＩＴＯマスク膜の開口部の精度
は、Ｔｉマスク膜のそれに比べて優れていた。(Embodiment 3) An embodiment using an ITO mask film will be described. Only the top surface of a 150 × 175 × 2.0 mm soda lime glass substrate is polished by about 3 μm,
An ITO film having a thickness of 160 nm is formed on the polished top surface, and the ITO film has an opening diameter of 55 μm, a pitch P of X = 120 μm, Y = 120 μm, and mx
forming n openings by photolithography technology,
A mask film was used. The precision of the opening of the ITO mask film was superior to that of the Ti mask film.

【００４５】溶融塩は、Ｔｌ⁺とＫ⁺を含む混硝酸塩で、
当該ガラスの軟化点付近の温度に保持されている。前記
ガラス基板１を、この溶融塩中に１００時間浸漬し、イ
オン交換処理を行った。この場合、前記ガラス基板の反
りの大きさは、約１７０μｍであった。The molten salt is a mixed nitrate containing Tl ⁺ and K ⁺ ,
It is kept at a temperature near the softening point of the glass. The glass substrate 1 was immersed in the molten salt for 100 hours to perform an ion exchange treatment. In this case, the size of the warp of the glass substrate was about 170 μm.

【００４６】この基板のボトム面をエッチングによる除
去厚みを６０μｍ程度としたところ、基板の反りはほぼ
零となった。図３に、ＩＴＯマスク膜を用いた場合にお
ける化学エッチングによる除去厚みと基板の反りとの関
係を示した。When the thickness of the bottom surface of the substrate removed by etching was about 60 μm, the warpage of the substrate was almost zero. FIG. 3 shows the relationship between the thickness removed by chemical etching and the warpage of the substrate when an ITO mask film was used.

【００４７】この場合、Ｔｉマスク膜を用いた実施例
１，２と比べて、反り低減のためのエッチング除去厚み
は増えるものの、成膜コストやマスク膜の除去コストを
低減することができた。In this case, as compared with the first and second embodiments using the Ti mask film, the etching removal thickness for reducing the warpage was increased, but the film formation cost and the mask film removal cost could be reduced.

【００４８】なお、ＩＴＯマスク膜を用いた場合のレン
ズ形成面の表面状態は、Ｔｉマスク膜を用いた場合のそ
れに比べて、荒れていないことが確認できた。In addition, it was confirmed that the surface condition of the lens forming surface when the ITO mask film was used was less rough than that when the Ti mask film was used.

【００４９】（比較例１）上述の実施例３と同様で、両
面を研磨した基板（トップ面１０μｍ，ボトム面２０μ
ｍ）を用いた場合では、前記ガラス基板の反りの大きさ
は、約２５０μｍであった。この場合、エッチングによ
る除去厚みを約８０μｍ、さらにそれ以上としても、基
板の反りをほぼ零にすることはできなかった。図３参
照。Comparative Example 1 A substrate polished on both sides (top surface 10 μm, bottom surface 20 μm) in the same manner as in Example 3 described above.
When m) was used, the warpage of the glass substrate was about 250 μm. In this case, even if the thickness removed by etching was about 80 μm or more, the warpage of the substrate could not be reduced to almost zero. See FIG.

【００５０】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、錫含有層のイオン交換
阻害効果により、平板マイクロレンズアレイのレンズ形
成面の反対面のイオン交換の深さを小さくすることがで
きる。その結果、イオン交換法による平板マイクロレン
ズアレイの基板の反りを小さくすることが可能となる。According to the present invention, the ion exchange depth of the surface opposite to the lens forming surface of the flat microlens array can be reduced due to the ion exchange inhibiting effect of the tin-containing layer. As a result, it is possible to reduce the warpage of the flat microlens array substrate due to the ion exchange method.

【００５１】したがって、基板の反りを考慮することな
く、目的とするレンズの光学特性を得ることだけを考慮
して、上記Ａ／ｒｍを設計することが可能となり、収差
の小さい良好な光学性能を持つマイクロレンズアレイを
作製することが可能となる。Therefore, it is possible to design the above A / rm without considering the warpage of the substrate and only by obtaining the desired optical characteristics of the lens, and to obtain good optical performance with small aberration. It becomes possible to produce a micro lens array having the same.

【００５２】また、イオン交換後にボトム面の錫含有部
分を化学エッチングまたは機械研磨などで除去すること
により、さらに応力バランスが取れ、反りのない平板マ
イクロレンズアレイを作製することが可能となる。この
ような平板マイクロレンズアレイは取扱いも容易であ
り、液晶パネルとの貼合わせ工程を安定に行うことがで
きる。Further, by removing the tin-containing portion on the bottom surface by chemical etching or mechanical polishing after the ion exchange, it is possible to produce a flat microlens array with more balanced stress and no warpage. Such a flat microlens array is easy to handle, and the bonding step with the liquid crystal panel can be stably performed.

【００５３】また特開平７−３５９０４号に比べて、特
別煩雑な工程を付加することなく、元々のガラス基板の
研磨代が小さくすることができ、さらに前記基板のレン
ズ形成面の反対側面におけるイオン交換層の深さを制限
できるため、その後のエッチング代を小さくすることが
できる。ひいては平板マイクロレンズアレイのコストダ
ウンにつながる。Also, compared to Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-35904, it is possible to reduce the polishing allowance of the original glass substrate without adding a special complicated process, and further, it is possible to reduce the amount of ions on the side opposite to the lens forming surface of the substrate. Since the depth of the exchange layer can be limited, the subsequent etching allowance can be reduced. As a result, the cost of the flat microlens array is reduced.

【００５４】またさらに、これまでＩＴＯ膜等は、イオ
ン交換後の基板の反りが大きくなるとして、マスク膜と
して用いることができなかった。しかしながら、本発明
のイオン交換法による平板マイクロレンズの製造方法に
おいては、ＩＴＯ等の耐蝕性保護皮膜を、マスク膜とし
て用いることが可能となる。したがって、Ｔｉマスク膜
の代りに、ＩＴＯ等耐蝕性保護皮膜をマスク膜として用
いることにより、大幅なコストダウンを図ることができ
る。Furthermore, it has not been possible to use an ITO film or the like as a mask film heretofore because the warpage of the substrate after ion exchange becomes large. However, in the method of manufacturing a flat microlens by the ion exchange method of the present invention, a corrosion-resistant protective film such as ITO can be used as a mask film. Therefore, by using a corrosion-resistant protective film such as ITO as the mask film instead of the Ti mask film, a significant cost reduction can be achieved.

【００５５】加えて、ＩＴＯマスク膜では、パターニン
グの精度に優れているので、より光学特性の良いレンズ
を形成することができる。In addition, since the ITO mask film has excellent patterning accuracy, a lens having better optical characteristics can be formed.

【００５６】さらにＩＴＯマスク膜は、化学エッチング
除去しやすいという特徴を有しているため、マスク膜の
除去後のレンズ形成面の表面精度がよいという効果が得
られる。Further, since the ITO mask film has a feature that it can be easily removed by chemical etching, the effect that the surface accuracy of the lens forming surface after the removal of the mask film is good is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明による平板マイクロレンズアレイの製造
法を説明する概念図。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a method for manufacturing a flat microlens array according to the present invention.

【図２】基板の反りの定義を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating the definition of warpage of a substrate.

【図３】ＩＴＯマスク膜を用いた場合におけるエッチン
グによる除去厚みと基板の反りとの関係を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a thickness removed by etching and a warpage of a substrate when an ITO mask film is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１：ソーダライムガラス基板， １１：フロート法によるガラス基板のトップ面， １２：フロート法によるガラス基板のボトム面， １３：フロート法によるガラス基板のボトム面の錫含有
層， ２：マスク膜， ３：イオン交換用溶融塩浴， ４：樹脂フィルム， ５：エッチャント，1: soda lime glass substrate, 11: top surface of glass substrate by float method, 12: bottom surface of glass substrate by float method, 13: tin-containing layer on bottom surface of glass substrate by float method, 2: mask film, 3 : Molten salt bath for ion exchange, 4: resin film, 5: etchant,

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 １価のアルカリイオンを含むガラス基板
の表面に、イオン交換法によりその断面が略半円状の屈
折率分布を有するレンズ領域を複数形成した平板マイク
ロレンズアレイの製造方法において、 前記ガラス基板は、一方の主表面に錫を含有する層を有
し、他方の主表面にイオンの透過を阻害するマスク膜を
形成し、さらに該マスク膜に所定のパターンをフォトリ
ソ法により形成し、続いて前記アルカリイオンよりイオ
ン半径の大きなイオンを含む溶融塩中に、前記基板を浸
漬してイオン交換処理を行い、前記イオン交換終了後に
少なくとも前記錫含有層を除去することを特徴とする平
板マイクロレンズアレイの製造方法。1. A method of manufacturing a flat plate microlens array in which a plurality of lens regions each having a cross section having a substantially semicircular refractive index distribution are formed on a surface of a glass substrate containing monovalent alkali ions by an ion exchange method. The glass substrate has a layer containing tin on one main surface, forms a mask film on the other main surface that inhibits transmission of ions, and further forms a predetermined pattern on the mask film by a photolithography method. A flat plate, wherein the substrate is immersed in a molten salt containing ions having an ion radius larger than that of the alkali ions to perform an ion exchange treatment, and at least the tin-containing layer is removed after the completion of the ion exchange. A method for manufacturing a microlens array. 【請求項２】 前記ガラス基板はフロート法によるソー
ダライムガラス基板であり、前記除去方法はエッチング
法である請求項１に記載の平板マイクロレンズアレイの
製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the glass substrate is a soda lime glass substrate by a float method, and the removing method is an etching method. 【請求項３】 前記マスク膜は、ＩＴＯ膜からなる請求
項１または２に記載の平板マイクロレンズアレイの製造
方法。3. The method according to claim 1, wherein the mask film is formed of an ITO film.