JP2005165225A - ３次元構造物の形成方法および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 形成される３次元構造物の表面に荒れが生じない３次元構造物の形成方法を提供する。
【解決手段】 露光段階ａ１において、第１露光段階ａ１１で、感光層５３のうち漏れ光の光量が大きい第１領域６４を露光し、次に第２露光段階ａ１２で、感光層５３のうち漏れ光の光量が小さい第２領域６５を露光する。第１露光段階ａ１１では、第２領域６５は、未露光の状態である。したがって第１露光段階ａ１１で第２領域６５が漏れ光によって露光されても、第２露光段階ａ１２でさらに第２領域６５をスポット光によって露光することによって、漏れ光による露光の影響をなくすることができる。これによって漏れ光に起因して感光層５３の露光量が不所望にばらつくことを防ぐことができ、露光後に現像される感光層５３の表面に荒れが生じることを防ぐことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、感光層を露光することによって３次元構造物を形成する形成方法に関し、たとえばマイクロレンズアレイを含む３次元構造物の形成方法に関する。

液晶を用いた画像表示分野、または光通信などの分野においては、マイクロレンズアレイを含んで構成される素子が用いられる。従来技術として、マイクロレンズアレイを有する液晶表示素子を用いた投影型液晶表示装置が開示されている（たとえば特許文献１参照）。

図１７は、投影型液晶表示装置に用いられる液晶表示素子１を示す断面図である。この液晶表示素子１は、中間基板２と、中間基板２の厚み方向一方Ａ１に設けられる第１マイクロレンズアレイ３と、中間基板２の厚み方向他方Ａ２に設けられる第２マイクロレンズアレイ４とを含んで構成される。

第２マイクロレンズアレイ４を形成する方法として、第１マイクロレンズアレイ３を透過した処理光を用いて、第２マイクロレンズアレイ４を形成する技術が本件出願人によって提案されている。この形成方法では、第１マイクロレンズアレイ３を透過したスポット光によって、感光層を露光する。そして露光後に感光層を現像する。これによって第２マイクロレンズ４に対応した形状に感光層を形成することができる。

図１８は、３次元構造物５として形成された感光層を示す斜視図であり、図１９は、露光時のスポット光の移動経路を示す図である。以前に提案された技術では、断面形状が台形の感光層を形成するにあたって、スポット光を移動方向上流Ｘ１から移動方向下流Ｘ２に連続的に移動させて、第１斜面部１０、平坦部１１および第２斜面部１２を順番に露光する。

この露光段階では、スポット光を、形成すべき３次元構造物５の底面となる感光層底面１３のほぼ全域にわたって移動させる。このとき、スポット光による移動とともに感光層の露光分布を変化させる。具体的には、第１斜面部１０では、露光量を徐々に大きくする。また平坦部１１では、露光量を一定に保つ。また第２傾斜部では、露光量を徐々に小さくする。このように感光層を露光させた後で、感光層を現像することによって感光層を台形形状に形成することができる。

特開平７−１８１４８７号公報

図２０は、感光層２３の露光手順を示す断面図である。第１マイクロレンズアレイ３を構成する複数の第１マイクロレンズ１４の間にギャップ部分１９が存在すると、現像後の感光層の第１斜面部１０の表面に荒れが生じる。この荒れは、第１マイクロレンズアレイ３のうちギャップ部分１９を透過した漏れ光８が、散乱光として感光層２３に入射することに起因する。

理想的な第１マイクロレンズアレイ３は、第１マイクロレンズ１４間のギャップ部分１９がない。しかしながら実際には、各第１マイクロレンズ１４の間には、作成プロセス上ギャップ部分１９をなくすことができない。各ギャップ部分１９に入射した漏れ光８は、ギャップ部分１９を透過し、集光されることなく感光層２３に入射する。

この漏れ光は感光層の特定の位置に若干ながら不均一な露光量分布を与える。この漏れ光は非常に弱いので現像により得られる３次元構造物の高さにはほとんど影響を与えない。しかしながら、漏れ光は、３次元構造物の表面状態には影響を与え、表面荒れを引き起こす。この漏れ光は、露光光の入射角によらず常にギャップ直下に位置する感光層に照射される。そして感光層のうち、露光後も漏れ光に長くさらされる領域に、漏れ光の影響が顕著に現れる。

３次元構造物が台形形状に形成される場合、感光層２３は、第１斜面部１０が形成される第１斜面領域２０と、平坦部１１が形成される平坦領域２１と、第２斜面部１２が形成される第２斜面領域２２とに分割される。以前に提案された露光段階にあっては、図２０（１）に示すように、まずスポット光９によって第１斜面領域２０を露光する第１露光段階を行う。

第１露光段階の間、漏れ光８は、感光層２３のうちスポット光９による露光が未完の領域に入射する。また第１露光段階では、スポット光９による感光層２３の露光量は少ない。したがって第１露光段階では、露光プロセス全体から見て、漏れ光８による感光層２３への影響も小さい。

第１露光段階の後、図２０（２）に示すように、スポット光９によって平坦領域２１を露光する第２露光段階を行う。平坦部１１は、その厚み寸法が大きいので、第２露光段階における感光層２３の露光量は、第１露光段階に比べて非常に大きい。第２露光段階において、第１斜面領域２０は、スポット光９による露光が既に完了している。したがって第２露光段階の間、漏れ光８が第１斜面領域２０に入射し続けると、第１斜面領域２０の露光量が予め定める露光量よりも大きくなってしまう。たとえば感光層２３を、高さ２５μｍ、幅２１μｍ、斜面角度５０°の台形形状に形成する場合、平坦領域２１の露光量は、第１斜面領域２０の露光量の約７倍に達する。

第２露光段階の後、図２０（３）に示すように、スポット光９によって、第２斜面領域２２を露光する第３露光段階を行う。第３露光段階における感光層２３の露光量は、第２露光段階に比べて小さい。また、スポット光９による第２斜面領域２２の露光を完了したときに、感光層全体の露光が完成するので、第２斜面領域２２は、漏れ光８の影響をほとんど受けず、第２斜面部１２の表面状態に与える影響は小さい。

このような露光方法では、第１露光段階でスポット光９による第１斜面領域３０の露光が完了したあとも、第２露光段階および第３露光段階で、第１斜面領域２０に漏れ光８が入射し続ける。特に第２露光段階では、漏れ光８による第１斜面領域２０の露光量への影響が非常に大きい。これによって第１斜面領域２０には、不所望な露光量分布が生じる。そして現像後に得られる３次元構造物５のうち第１斜面部１０に、表面荒れが顕著に現れる。

このような３次元構造物に生じる表面荒れは、平坦領域２１と第１斜面領域２０との露光量の差が大きい場合、あるいは感光層２３の露光部分と未露光部分との光透過率の差が大きい場合に大きくなる。また３次元構造物が台形形状以外の場合にも同様に表面荒れが生じる。

したがって本発明の目的は、形成される３次元構造物の表面に荒れが生じない３次元構造物の形成方法を提供することである。

本発明は、透光性の中間基板の厚み方向一方側にマイクロレンズアレイが形成され、中間基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光層が形成される被形成体について、
形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の第１領域を露光する第１露光段階と、
形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が小さい部分に対応する感光層の第２領域を露光する第２露光段階と、
露光した感光層を現像する現像段階とを含むことを特徴とする３次元構造物の形成方法である。

本発明に従えば、処理光は、マイクロレンズおよび中間基板を順に透過して、感光層を露光する。このとき処理光は、マイクロレンズによって集光され、スポット光として感光層を部分的に露光する。露光段階中に処理光を調光することで、スポット光を中間基板に沿って移動させるとともに、その光量を変化させることができる。これによって形成すべき３次元構造物に基づいて感光層の露光量を部分的に異ならせることができる。たとえば処理光の調光として、中間基板に対する相対照射角度、照射時間および照射光量などが調整される。

感光層は、露光量の対数に比例して現像後に形成される３次元構造物の厚み寸法が変化する。したがって形成すべき３次元構造物に応じた露光量分布を感光層に与えた後、感光層を現像することによって３次元構造物として感光層を形成することができる。

マイクロレンズ間にギャップ部分が形成される場合、各露光段階では、ギャップ部分を通過した漏れ光が散乱光として感光層に入射する。漏れ光の光量は、処理光の光量に比例するので、漏れ光の光量は、第１露光段階のほうが第２露光段階よりも大きい。第１露光段階では、感光層の第２領域は、スポット光による露光が完了していない状態である。第１露光段階で漏れ光によって第２領域が露光しても、第２露光段階でスポット光が第２領域をさらに露光することによって、漏れ光による第２領域の露光の影響を少なくすることができる。これによって３次元構造物として形成される感光層の表面荒れを小さくすることができる。

また本発明は、各露光段階において、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の領域から露光を開始することを特徴とする。

本発明に従えば、各露光段階を開始してから終了するまでに、処理光の光量は徐々に低下する。これによって漏れ光の光量が大きい時点では、その漏れ光は、スポット光による露光が完成していない感光層の領域に入射しやすい。したがって漏れ光による露光の影響をさらに少なくすることができる。

また本発明は、形成すべき３次元構造物は、中間基板の厚み方向に延びる仮想平面で被形成体を切断した断面形状が、中間基板から厚み方向他方に遠ざかるにつれて厚み方向に垂直な幅方向の幅寸法が小さくなる凸形状であって、
第１露光段階では、形成すべき３次元構造物のうち中間基板と反対側となる頂部分に対応する感光層の頂領域を露光し、
第２露光段階では、形成すべき３次元構造物のうち中間基板側となる裾部分に対応する感光層の裾領域を露光することを特徴とする。

本発明に従えば、漏れ光の影響を小さくして、感光層として凸形状の３次元構造物に形成することができる。たとえば凸形状の例示として、略台形形状、三角形状、シリンドリカルレンズ形状および非球面レンズ形状のいずれであってもよい。

また本発明は、透光性の中間基板の厚み方向一方側にマイクロレンズアレイが形成され、中間基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光層が形成される被形成体について、
形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、形成すべき３次元構造物のうち表面側部分を除いた部分に対応する粗領域を露光する粗露光段階と、
形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、形成すべき３次元構造物のうち表面側部分に対応する感光層の仕上げ領域を露光する仕上げ露光段階と、
露光した感光層を現像する現像段階とを含むことを特徴とする３次元構造物の形成方法である。

本発明に従えば、処理光は、マイクロレンズおよび中間基板を順に透過して、感光層を露光する。このとき処理光は、マイクロレンズによって集光され、スポット光として感光層を部分的に露光する。露光段階中に処理光を調光することで、スポット光を中間基板に沿って移動させるとともに、その光量を変化させることができる。これによって形成すべき３次元構造物に基づいて感光層の露光量を部分的に異ならせることができる。たとえば処理光の調光として、中間基板に対する相対照射角度、照射時間および照射光量などが調整される。

感光層は、露光量の対数に比例して現像後に形成される３次元構造物の厚み寸法が変化する。したがって形成すべき３次元構造物に応じた露光量分布を感光層に与えた後、感光層を現像することによって３次元構造物として感光層を形成することができる。

マイクロレンズ間にギャップ部分が形成される場合、各露光段階では、ギャップ部分を通過した漏れ光が散乱光として感光層に入射する。漏れ光の光量は、処理光の光量に比例するので、漏れ光の光量は、粗露光段階のほうが仕上げ露光段階よりも大きい。粗露光段階では、感光層の仕上げ領域は、スポット光によって露光されておらず、漏れ光が仕上げ領域を露光することがない。これによって、漏れ光による仕上げ領域の露光の影響をなくすることができ、３次元構造物として形成される感光層の表面荒れを小さくすることができる。

また本発明は、感光層の仕上げ領域は、形成すべき３次元構造物のうち表面側部分に対応する領域の一部でかつ、粗露光段階のうちで早期に露光される領域の近傍の領域であることを特徴とする。

本発明に従えば、粗露光段階のうち早く露光される領域は、粗露光段階を進行するにつれて、漏れ光の影響を受けやすい。本発明では、仕上げ領域が粗露光段階のうち早く露光される領域の近傍の領域であるので、漏れ光の影響を受けて粗露光領域の露光量が不所望に変化したとしても、仕上げ露光領域で、その露光量の変動を改善することができる。また仕上げ露光領域を、形成すべき３次元構造物のうち表面側部分に対応する一部の領域にすることによって、仕上げ露光段階に費やす時間を短縮することができる。

また本発明は、透光性の中間基板の厚み方向一方側にマイクロレンズアレイが形成され、中間基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光層が形成される被形成体について、
形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、感光層のうち、各マイクロレンズの間に形成されるギャップ部分に対向する領域以外となる非対向領域を露光する第１露光段階と、
形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、感光層のうち、各マイクロレンズの間に形成されるギャップ部分に対向する対向領域を露光する第２露光段階と、
露光した感光層を現像する現像段階とを含むことを特徴とする３次元構造物の形成方法である。

本発明に従えば、マイクロレンズ間のギャップ部分を透過して、感光層に入射する漏れ光は、散乱光となる。したがって漏れ光は、感光層のうちマイクロレンズアレイのギャップ部分に対向する領域に、主に入射する。このように感光層のうち非対向領域を先に露光することによって、スポット光によって既に露光された領域に漏れ光が与える影響を小さくすることができる。

また本発明は、透光性の中間基板の厚み方向一方側にマイクロレンズが形成されて中間基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光層が形成される被形成体の感光層を露光する露光装置であって、
被形成体を保持する保持手段と、
保持手段に保持される被形成体に向けて平行光を照射する照射手段と、
保持手段に保持される被形成体に対して、前記平行光が入射する入射角度を調整する入射角度調整手段と、
入射角度調整手段および照射手段を制御して、平行光がマイクロレンズおよび中間基板を透過して集光されたスポット光を感光層上で非連続的に走査させ、形成すべき３次元構造物に基づいて、複数の領域に分割される感光層の領域を個別に露光させる制御手段とを有することを特徴とする露光装置である。

本発明に従えば、被形成体を保持手段に保持した状態で、照射手段によって平行光を被形成体に向かって照射する。平行光は、マイクロレンズおよび中間基板を順に透過して、感光層に入射する。平行光は、マイクロレンズによって集光されてスポット光として感光層に入射し、感光層を露光する。制御手段は、感光層に照射したスポット光を露光中に非連続に走査させ、形成すべき３次元構造物に基づいて感光層の露光量を部分的に異ならせる。

このように露光装置は、複数の領域に分割される感光層を順番に露光可能である。これによって、上述したように、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の第１領域を露光した後、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が小さい部分に対応する感光層の第２領域を露光することができる。また各マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの間に形成されるギャップ部分に対向する領域以外となる非対向領域を露光した後、各マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの間に形成されるギャップ部分に対向する領域を露光することができる。したがって上述した３次元構造物の形成方法を実行することができる。

また本発明は、入射角度調整手段は、照射手段を保持手段に対して角変位駆動することを特徴とする。

本発明に従えば、照射手段を保持手段に対して角変位駆動することで、スポット光を感光層上で走査させることができる。

また本発明は、入射角度調整手段は、保持手段を照射手段に対して角変位駆動することを特徴とする。

本発明に従えば、保持手段を照射手段に対して角変位駆動することで、スポット光を感光層上で走査させることができる。

本発明によれば、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が小さい部分に対応する感光層の第２領域よりも先に、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の第１領域を露光する。これによって漏れ光による第２領域の露光の影響を少なくすることができ、３次元構造物として形成される感光層の表面荒れを小さくすることができる。これによって形成される３次元構造物の品質を向上することができる。

また本発明によれば、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の領域から露光を開始する。漏れ光の光量が大きい時点では、その漏れ光は、スポット光による露光が完成していない感光層の領域に入射しやすい。これによって漏れ光による露光の影響をさらに少なくすることができ、３次元構造物として形成される感光層を滑らかに形成することができる。

また本発明によれば、感光層として凸形状の３次元構造物に形成することができる。たとえば凸形状の例示として、略台形形状、三角形状、シリンドリカルレンズ形状および非球面レンズ形状のいずれかであってもよい。感光層は、その表面に生じる荒れが少ない。これによって形成された感光層の３次元構造物を用いて、表面荒れの少ない第２のマイクロレンズを形成することができる。たとえば第２のマイクロレンズの形状として、略台形形状、三角形状、シリンドリカルレンズ形状および非球面レンズ形状のいずれかであってもよい。

また本発明によれば、粗露光段階のあとに、仕上げ露光段階を行う。これによって漏れ光が仕上げ露光領域に達することを防ぐことができ、３次元構造物として形成される感光層の表面荒れを小さくすることができる。これによって形成される３次元構造物の品質を向上することができる。

また本発明によれば、仕上げ領域を、形成すべき３次元構造物のうち表面側部分に対応する領域の一部でかつ、粗露光段階のうち早く露光される領域の近傍の領域とする。これによって、仕上げ露光に必要な領域を小さくすることができ、表面荒れを防いだうえで、仕上げ露光に費やす時間を短縮することができる。

また本発明によれば、マイクロレンズ間のギャップ部分に対向する対向領域よりも先に、非対向領域を露光する。これによってスポット光によって既に露光された領域に漏れ光が与える影響を小さくすることができ、形成される３次元構造物の表面の荒れを少なくすることができる。

また本発明によれば、露光装置によって、複数の領域に分割される感光層を順番に露光可能である。したがって上述しように形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の第１領域を露光した後、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が小さい部分に対応する感光層の第１領域を露光することができる。また各マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの間に形成されるギャップ部分に対向する領域以外となる非対向領域を露光した後、各マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの間に形成されるギャップ部分に対向する領域を露光することができる。したがって上述した３次元構造物の形成方法を実行することができる。

また本発明によれば、照射手段を保持手段に対して角変位駆動することで、スポット光を感光層上で走査させることができる。

また本発明によれば、保持手段を照射手段に対して角変位駆動することで、スポット光を感光層上で走査させることができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態である３次元構造物の形成手順を示す断面図であり、図２は、第１の実施の形態における３次元構造物７０を示す斜視図である。液晶を用いた画像表示分野または光通信分野においては、マイクロレンズアレイを含む光学素子が用いられる。マイクロレンズアレイは、複数のマイクロレンズを含んで形成される。各マイクロレンズアレイは、一表面部に球面部分またはプリズムなどが形成される。

本発明の第１の実施の形態では、感光層５３を有する被形成体５０のうち、感光層５３を露光および現像する。これによって感光層５３を部分的に除去して、感光層５３の残余の部分によって３次元構造物７０を形成する。３次元構造物７０として感光層５３を形成した後、後述する工程を経ることによって、被形成体５０にマイクロレンズアレイを形成することができる。

被形成体５０は、中間基板５１と、中間基板５１の厚み方向一方Ａ１側に形成される第１マイクロレンズアレイ５２と、中間基板５１の厚み方向他方Ａ２側に設けられる感光層５３とを含む。以下、中間基板５１の厚み方向を単に厚み方向Ａ１，Ａ２と称する。

中間基板５１は、透光性を有し、たとえば石英によって実現される。第１マイクロレンズアレイ５２は、複数のマイクロレンズ５４を有する。各マイクロレンズ５４は、厚み方向一方Ａ１に向かって突出するレンズ形状に成される。各マイクロレンズ５４は、その焦点距離が中間基板５１と感光層５３との境界面付近に位置するように設計される。

感光層５３は、感光性材料によって実現される。感光性材料は、紫外線が露光することによって硬化するネガ型フォトレジスト樹脂によって実現される。また感光性材料は、露光前は光透過率が低く、露光後には光透過率が高くなる性質を有する。このような感光性材料として、たとえばＪＳＲ社製ＴＨＢ−１２０Ｎが用いられる。感光層５３の厚み寸法は、形成すべき３次元構造物７０の厚み寸法以上に形成される。

図２に示すように、第１の実施の形態では、３次元構造物７０を厚み方向に延びる仮想平面で切断した場合、その断面形状が台形形状となり、中間基板５１から厚み方向他方Ａ２に突出する。３次元構造物７０は、外周面として、第１平行面７１と、第２平行面７２と、第１斜面７３と、第２斜面７４とを有する。第１平行面７１は、中間基板５１に沿って延び、中間基板５１に接する。また第２平行面７２は、中間基板５１に沿って延び、中間基板５１に対して厚み方向他方Ａ２に設けられる。前記仮想平面で切断した場合、第２平行面７２は、第１平行面７１よりも短く形成される。

また前記仮想平面で切断した場合、第１斜面７３は、第１平行面７１の一端部と第２平行面７２の一端部とを連結する。また第２斜面７４は、第１平行面７１の他端部と、第２平行面７２の他端部とを連結する。第１斜面７３および第２斜面７４は、厚み方向他方Ａ２に向かうにつれて互いに近接する方向に傾斜する。感光層５３の現像後には、このような３次元構造物７０が第１マイクロレンズ５４毎に複数形成される。

図３は、３次元構造物７０の形成手順を示すフローチャートである。３次元構造物７０の形成手順として、ステップａ０で、被形成体５０を準備すると、ステップａ１に進み、３次元構造物７０の形成動作を開始する。

ステップａ１では、中間基板５１の厚み方向一方Ａ１から調光した処理光５５を照射する。そして形成すべき３次元構造物７０の形状に基づいて、感光層５３を露光する。処理光５５は、紫外線平行光である。処理光５５は、第１マイクロレンズアレイ５２によって集光されてスポット光５７となり、このスポット光５７が感光層５３のスポット位置５６に入射する。

このとき、処理光５５を調光して、スポット光５７による感光層５３の露光時間または露光光強度を調整することによって、スポット位置５６に特定の露光量を与えることができる。また処理光５５を調光して、被形成体５０に対する処理光の入射角度θを変化させることによって、スポット位置５６を移動させることができる。このようにして露光中に、スポット位置５６を移動させるとともに、スポット位置５６における露光量を変化させることによって、３次元構造物７０の形状に基づいた露光量分布を感光層５３に与えることができる。
感光層５３の露光が完了するとステップａ２に進む。

ステップａ２では、感光層５３を現像することによって、露光量分布に応じた３次元構造に感光層５３を形成することができる。このようにして感光層５３を３次元構造物７０として形成すると、ステップａ３に進み、感光層５３における３次元構造物形成動作を終了する。

ステップａ０で準備される被形成体５０の感光層５３は、潜在的に３次元構造物が含まれ、形成すべき３次元構造物７０よりも大きく形成される。観光層５３は、第１領域６４、第２領域６５および第３領域６６に分割される。第１領域６４は、形成されるべき３次元構造物７０のうち、第２平行面７２の厚み方向両側の領域となる。第２領域６５は、形成されるべき３次元構造物７０のうち、第１斜面７３の厚み方向両側の領域となる。第３領域６６は、形成されるべき３次元構造物７０のうち、第２斜面７４の厚み方向両側の領域となる。

本実施の形態では、露光段階ａ１は、第１領域６４を露光する第１露光段階ａ１１と、第２領域６５を露光する第２露光段階ａ１２と、第３領域６６を露光する第３露光段階ａ１３とが順番に行われる。

第１露光段階ａ１１では、図１（１）に示すように、スポット光５７を第１領域６４に照射して、形成すべき３次元構造物７０に基づいて、第１領域６４を露光する。第１領域６４に含まれる３次元構造物７０の一部は、厚み寸法が大きいので、スポット光５７が第１領域６４を露光する露光量が大きい。したがって漏れ光５９が感光層５３を露光する露光量も多くなる。なお、第１露光段階ａ１１では、漏れ光５９が感光層５３に入射する領域６７は、未露光状態である。

漏れ光５９は、感光層５３のうち中間基板５１との境界付近に入射する。感光性材料の感光性材料の未露光部分は、露光部分よりも光透過率が低い。したがって感光層５３のうち３次元構造物７０の表面７３，７４となる部分は、漏れ光５９によって露光されることがない。これによって第１露光段階ａ１１では、３次元構造物７０の第１斜面７３および第２斜面７４の表面形成に与える漏れ光５９の影響を小さくすることができる。

第１露光段階ａ１１の後、第２露光段階ａ１２を行う。第２露光段階ａ１２では、図１（２）に示すように、スポット光５７を第２領域６５に照射して、形成すべき３次元構造物７０に基づいて、第２領域６５を露光する。第２露光段階ａ１２での感光層５３の露光量は、第１露光段階ａ１１での感光層５３の露光量よりも小さい。したがって第２露光段階ａ１２における漏れ光５９による感光層５３の露光量は、全体の露光量に比べて非常に小さく、漏れ光５９が感光層５３に与える影響も非常に小さい。

また前段階である第１露光段階ａ１１において、漏れ光５９によって第２領域６５が少々露光していたとしても、第２露光段階ａ１２で、スポット光５７によって第２領域６５をさらに露光することによって、第１露光段階ａ１１における漏れ光５９の影響をさらに少なくすることができる。したがって第２露光段階ａ１２における漏れ光５９による、感光層５３の第２領域６５の露光状態への影響は、非常に小さい。

第２露光段階ａ１２の後、第３露光段階ａ１３を行う。第３露光段階ａ１３では、図１（３）に示すように、スポット光５７を第３領域６６に照射して、形成すべき３次元構造物７０に基づいて、第３領域６６を露光する。第３露光段階ａ１３での感光層５３の露光量は、第１露光段階ａ１１での感光層５３の露光量よりも小さい。したがって第３露光段階ａ１３における漏れ光５９による感光層５３の露光量は、全体の露光量に比べて非常に小さく、漏れ光５９が感光層５３に与える影響も非常に小さい。

また前段階である第１露光段階ａ１１において、漏れ光５９によって第３領域６６が少々露光していたとしても、第３露光段階ａ１３で、スポット光５７によって第３領域６６をさらに露光することによって、第１露光段階ａ１１および第２露光段階ａ１２における漏れ光５９の影響をさらに少なくすることができる。したがって第３露光段階ａ１３における漏れ光５９による、感光層５３の露光状態への影響は、非常に小さい。

このように第１露光段階ａ１１、第２露光段階ａ１２および第３露光段階ａ１３を順に行うことによって、第２領域６５、第１領域６４、第３領域６６を順に露光する場合に比べて、形成される３次元構造物７０の表面状態を大幅に改善することができる。

図４は、露光時のスポット光５７の移動経路を示す図である。感光層５３を露光するにあたって、図４の矢符７５，７６，７７で示すように、スポット光５７を蛇行させる。第１露光段階ａ１１では、形成すべき３次元構造物７０の第２平行面７１となる感光層底面のうち、第２平行面７２に対向する領域７８のほぼ全域にわたって、スポット光５７を矢符７５に示すように連続的に走査させる。このとき感光層５３への露光量を一定に維持した状態で、スポット光５７を蛇行移動させる。

第２露光段階ａ１２では、形成すべき３次元構造物７０の第２平行面７１となる感光層底面のうち、第１斜面７３に対向する領域７９のほぼ全域にわたって、スポット光を矢符７６に示すように、連続的に走査させる。このとき形成すべき３次元構造物７０の厚み寸法が高い領域から形成すべき３次元構造物７０の厚み寸法が低い領域に向かってスポット光５７を蛇行移動させ、スポット光５７の移動とともに感光層５３への露光量を徐々に低下させる。

第３露光段階ａ１３では、形成すべき３次元構造物７０の第２平行面７１となる感光層底面のうち、第２斜面７４に対向する領域８０のほぼ全域にわたって、スポット光を矢符７７に示すように、連続的に走査させる。このとき形成すべき３次元構造物７０の厚み寸法が高い領域から形成すべき３次元構造物７０の厚み寸法が低い領域に向かってスポット光５７を蛇行移動させ、スポット光５７の移動とともに感光層５３への露光量を徐々に低下させる。

このように、本実施の形態では、形成すべき３次元構造物７０の厚み寸法が小さい部分に対応する感光層５３の第２領域６５および第３領域６６よりも先に、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の第１領域６４を露光する。第１露光段階ａ１１で漏れ光５９によって第２領域６５が露光されても、第２露光段階ａ１２で、スポット光１７が第２領域６５をさらに露光することによって、漏れ光５９による第２領域６５の露光の影響を少なくすることができる。同様に、第１露光段階ａ１１で漏れ光５９によって第３領域６６が露光しても、第３露光段階ａ１３で、スポット光１７が第３領域６６をさらに露光することによって、漏れ光５９による第３領域６６の露光の影響を少なくすることができる。これによって３次元構造物として形成される感光層の表面荒れを小さくすることができ、形成される３次元構造物７０の品質を向上することができる。

また第１領域６４は、各第１マイクロレンズ５４の間に形成されるギャップ部分５８に対向する領域以外となる非対向領域となる。第２領域６５および第３領域６６は、各第１ギャップ部分５８に対向する対向領域となる。漏れ光５９は、散乱光であるので、入射光の入射角度θによらずに常に対向領域を照射する。本発明のように、感光層５３のうち、対向領域よりも非対向領域を先に露光することによって、漏れ光５８による影響をさらに小さくすることができる。

また図４に示すように、各露光段階ａ１１，ａ１２，ａ１３では、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の領域から露光を開始し、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が小さい部分に対応する感光層の領域に向かって、露光を行うことが好ましい。これによって、各露光段階ａ１１，ａ１２，ａ１３を開始してから終了するまでに、処理光５５の光量は徐々に低下する。これによって漏れ光５９の光量が大きい時点では、その漏れ光５９は、スポット光５７による露光が完成していない感光層５３の領域に入射しやすい。これによって漏れ光５９による露光の影響をさらに少なくすることができる。

たとえば第１領域６４と、第２領域６５および第３領域６６との露光量の差が大きい場合であっても、形成される３次元構造物７０に表面荒れが生じることを防ぐことができ、形成可能な３次元構造物７０の形状の選択肢を増やすことができる。またたとえば感光層５３の露光部分と未露光部分との光透過率の差が大きい場合であっても、形成される３次元構造物７０に表面荒れが生じることを防ぐことができ、感光層５３を実現する感光性樹脂の選択肢を増やすことができる。

図５は、２つのマイクロレンズアレイ５４，８１を含む基板体８０の形成手順を示す断面図である。基板体８０の形成にあっては、被形成体５０の感光層５３を３次元構造物７０として形成した後、さらに加工して２つのマイクロレンズアレイ５４，８１を含む基板体８０として形成する。この場合、感光層５３に形成される３次元構造物７０は、基板体８０に形成される第２のマイクロレンズアレイ８１に対応する形状に形成される。

基板体８０を形成するにあたって、まず図５（１）に示すように、被形成体５０を準備する。上述したように、被形成体５０は、中間基板５１と、第１マイクロレンズアレイ５２と、感光層５３とを含む。

次に、図５（２）、図５（３）に示すように、中間基板５１の厚み方向一方Ａ１から処理光５５を照射する。処理光５５は、第１マイクロレンズアレイ５２を透過して集光されて、スポット光５７として感光層２３を露光する。そして処理光５５を調光することによって、上述する第１露光段階、第２露光段階および第３露光段階を順に経て、形成すべき３次元構造物７０に基づいて感光層５３を露光する。具体的には、処理光５６の入射角θを変化させながら、処理光５６による感光層５３の露光量を調整することで、感光層内部に露光量分布を与える。なお、形成すべき３次元構造物７０は、基板体８０に形成される第２マイクロレンズアレイ８１に対応する形状である。したがって感光層５３は、第２マイクロレンズアレイ８１の形状に応じた露光量分布で露光される。

次に、感光層５３に現像処理を施すことによって、図５（４）に示すように、第２マイクロレンズアレイ８１に応じた形状に感光層５３を形成する。次に、被形成体５０の厚み方向他方側部分をドライエッチングすることによって、図５（５）に示すように、中間基板５１に第２マイクロレンズアレイ８１に応じた形状を転写することができる。ドライエッチングの方法としては、反応性イオンエッチング方法およびイオンミリング方法を用いることができる。

このとき、エッチング条件を選択することによって、中間基板５１に転写される形状を変更することができる。たとえば３次元構造物７０と中間基板５１とのエッチングの速度比が、１：２となるようなエッチング条件を選択すると、３次元構造物７０の２倍の形状の２倍の形状に中間基板５１を形成することができる。以上の工程によって、中間基板２に第２マイクロレンズアレイ８１を形成し、第１および第２マイクロレンズアレイ５２，８１を有する基板体８０を形成することができる。３次元構造物７０を拡大した形状を中間基板５１に形成する場合、３次元構造物７０に表面荒れも拡大されてしまう。本発明では、上述したように３次元構造物７０に生じる表面荒れをなくすことができるので、エッチング比を高めることができる。

図６は、基板体８０を示す斜視図であり、図７は、基板体８０を示す平面図である。このように第１マイクロレンズアレイ５２の焦点位置付近に形成された感光層５３を、第１マイクロレンズアレイ５２を介して露光してパターンを形成することで、第１マイクロレンズアレイ５２を構成する各第１レンズ５４の光軸と、第２マイクロレンズアレイ８１を構成する各第２レンズ８３の光軸とを互いに一致させることができる。

これによって各マイクロレンズ５４，８１の光軸合わせを簡単化し、作製工程を簡略化することができる。また感光層５３に形成される３次元構造物７０をエッチングすることによって、中間基板５１に、３次元構造物７０の形状を転写することができる。これによって感光層５３以外の材料であっても、３次元構造物として形成することができる。この場合、３次元構造物７０として形成される感光層５３の表面に荒れが少ない状態で形成されるので、転写される中間基板５１の表面の荒れについても少なくすることができる。

図８は、上述した３次元構造物７０，９０の形成に用いられる露光装置３００を簡略化して示すブロック図である。露光装置３００は、処理光光源３５１と、球面鏡３５２と、コリメートレンズ３５３と、強度補正フィルタ３５４と、ステージ３０２と、シャッター３５５と、制御手段３０１とを備える。

処理光光源３５１は、超高圧水銀ランプによって実現され、波長３６５ｎｍの光、いわゆるｉ線の紫外線を発生させる。球面鏡３５２は、処理光光源３５１の光照射方向一方側に設けられ、その曲率半径の中心が、処理光光源３５１における発光部の中心と一致するように配置される。コリメートレンズ３５３は、処理光光源３５１の光照射方向他方側に配置される。このような配置によって、処理光光源３５１から発生する処理光である紫外線は、直接または球面鏡３５２に反射して、コリメートレンズ３５３に入射し、コリメートレンズ３５３から略平行光束となる平行光として出射する。処理光光源３５１から平行光を得る照射手段としては、このような構成に限らず、他の構成によって実現されてもよい。

強度補正フィルタ３５４は、コリメートレンズ５３から出射した紫外線平行光が入射する。強度補正フィルタ３５４は、予め定める紫外線透過分布を持たせたフィルタであり、透過後の光が光軸に垂直な方向に均一な光強度分布を持つように透過率分布が設計されている。強度補正フィルタ３５４から出射した紫外線平行光は、被形成体５０に入射する。また被形成体５０と強度補正フィルタ３５４との間には、シャッター３５５が設けられる。シャッター３５５は、強度補正フィルタ３５４から出射した紫外線平行光が被形成体５０に入射することを阻止することができる。シャッターは、平行光が被形成体５０に入射する状態と、入射しない状態とに切換える照射状態切換手段となる。シャッター３５５は、制御手段３０１に制御されることによって、紫外線平行光の被形成体５０への入射を許容および阻止する。

ステージ３０２は、被形成体５０を変位可能に支持し、被形成体５０を着脱可能に搭載する保持手段となる。ステージ３０２は、被形成体５０の入射面の法線と紫外光平行光光軸との傾きを変化可能に構成される。ステージ３０２は、少なくとも入射面の法線を互いに交差、たとえば直交する２つの仮想軸線まわりに角変位可能に形成される。

本実施の形態では、さらにステージ３０２を角変位する駆動手段（図示せず）を有する。駆動手段は、ステージ３０２に保持される被成形体５０に対して、平行光が入射する角度を調整する入射角度調整手段となる。制御手段３０１は、駆動手段を制御することによって、ステージ３０２とともに被形成体５０を２方向に傾斜させる。

本実施例では、紫外光平行光光軸を固定しておき、ステージ３０２を用いて被形成体５０を、紫外線光光軸と平行に延びる第１軸Ｚに垂直な第２軸Ｘまわりと、第１光軸Ｚと第２軸Ｘに垂直な第３軸Ｙまわりとについて角変位させる。たとえば図４に示すように、制御手段３０１は、スポット光が蛇行するようにステージ３０２の角変位を制御する。また感光層５３の露光量分布を変化させるように、ステージ３０２の角速度を制御する。このように制御手段３０１が、ステージ３０２を制御して、紫外線平行光の入射角度、入射角度毎の露光時間を制御することで、感光層５３が予め定める所望のパターン形状となるように、感光層５３を露光させることができる。なお、ここでは入射角毎の露光時間の制御について説明したが、露光時間を制御する替わりに、照射光強度の制御を行ってもよい。

また制御手段５５は、第１露光段階ａ１１を終えてから第２露光段階ａ１２を開始するまで、シャッター５５を制御して、処理光による感光層５３の入射を阻止する。これによって、第１露光段階ａ１１を終了してから第２露光段階ａ１２を開始するまでに感光層５３の露光が進行することを防ぐことができる。同様に、制御手段５５は、第２露光段階ａ１２を終えてから第３露光段階ａ１３を開始するまで、シャッター５５を制御して、処理光による感光層５３の入射を阻止する。これによって、第２露光段階ａ１２を終了してから第３露光段階ａ１３を開始するまでに感光層５３の露光が進行することを防ぐことができる。

このような露光装置３００を用いることによって、厚み方向一方側から被形成体５０に平行光を入射させることができ、感光層５３を露光する。制御手段３０１は、感光層５３に照射したスポット光５９を露光中に非連続に走査させ、形成すべき３次元構造物７０に基づいて感光層５３の露光量を部分的に異ならせることができる。

したがって露光装置３００は、複数の領域６４，６５，６６に分割される感光層を順番に露光可能である。これによって、形成すべき３次元構造物７０の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層５３の第１領域６４を露光した後、形成すべき３次元構造物７０の厚み寸法が小さい部分に対応する感光層の第２領域６５および第３領域６６を露光することができる。したがって上述した３次元構造物７０の形成方法を実行することができる。

なお、本実施の形態では、駆動手段がステージ３０２を角変位させて、前記平行光の入射角度θを調整した。他の実施の形態として、駆動手段が照射手段を各変位させて、前記平行光の入射角度θを調整してもよい。また制御手段３０１が照射手段自体を制御して、前記平行光の入射角度θを調整してもよい。また、第１の実施の形態では、３次元構造物７０の断面形状が台形形状に形成されるとしたが、３次元構造物７０が他の形状であっても形成可能である。

図９は、本発明の第２の実施の形態である３次元構造物の形成手順を示す断面図であり、図１０は、第２の実施の形態における３次元構造物９０を示す斜視図である。第２の実施の形態では、厚み方向に延びる仮想平面で切断したときの３次元構造物９０の断面形状が、弓形形状である。具体的には、３次元構造物９０は、図１０に示すように、その断面形状の縁辺として円弧９１と、円弧９１の両端を結ぶ弦９２とを有する。弦９２は、中間基板５１に接し、中間基板５１に沿って延びる。円弧９１は、中間基板５１から厚み方向他方Ａ２に向かって突出する。

また３次元構造物９０の外周面として、円弧面９３と、底面９４とを有する。底面９４は、前記弦９２を含み、中間基板５１に接する。円弧面９３は、円弧９１を含み、中間基板５１から厚み方向他方Ａ２に突出する。円弧面９３は、第１円弧面部分１０１と、第１円弧面部分１０１の両側に設けられる第２円弧面部分１０２および第３円弧面部分１０４とを含む。

第１円弧面部分１０１は、円弧９１の頂点１０３を中心として、その幅が３次元構造物の幅の１／３である面となる。また、第２円弧面部分１０２および第３円弧面部分１０４は、第１円弧面部分１０１の両側にそれぞれ隣接した面となる。また、第２円弧面部分１０２および第３円弧面部分１０２は、感光層５３のうちギャップ部分５８に対向する領域としてもよい。また底面９４は、弦９２を含み、中間基板５１に沿って延びる。感光層５３の現像後には、このような３次元構造物９０が第１マイクロレンズ５４毎に複数形成される。

被形成体５０は、第１の実施の形態の被形成体５０と同様であるので、同一の参照符号を付し、説明を省略する。また第２の実施の形態では３次元構造物９０の形成手順のうち、露光段階以外の他の段階は、第１の実施の形態と同様である。したがって第１の実施の形態と同様の形成段階については、説明を省略する。

ステップａ０で準備される被形成体５０の感光層５３は、形成すべき３次元構造物９０よりも大きく形成され、頂領域９８、第１裾領域９９および第２裾領域１００に分割される。

たとえば頂点領域９８は中心が３次元構造物の中心と一致し、その幅が３次元構造物の幅の１／３以上１／２以下となる領域に設定される。第１裾領域９９および第２裾領域１００は残りの領域となる。

頂領域９８は、形成されるべき３次元構造物９０の円弧面９３のうち、第１円弧面部分１０１の厚み方向両側の領域となる。第１裾領域９９は、形成されるべき３次元構造物９０の円弧面９３のうち、第２円弧面部分１０２の厚み方向両側の領域となる。第２裾領域１００は、形成されるべき３次元構造物９０の円弧面９３のうち、第３円弧面部分１０４の厚み方向両側の領域となる。

頂領域９８は、感光層５３のうち、形成される３次元構造物の厚み寸法が大きくなる部分であって、スポット光５７によって露光される露光量が多い。また第１裾領域９９および第２裾領域１００は、感光層５３のうち、形成される３次元構造物の厚み寸法が小さくなる部分であって、スポット光５７によって露光される露光量が少ない。たとえば、図７に示すように、各第１マイクロレンズ５４を厚み方向Ａから見て略６角形に形成されて、各第１マイクロレンズ５４がハニカム形状に隙間なく並んで、第１マイクロレンズアレイ５３が形成され、第１マイクロレンズ５４よりも第２マイクロレンズ８３が大きく形成される場合、ギャップ部分１９の漏れ光によって、影響を受ける可能性がある領域は、第１マイクロレンズ５４の角部分を通過した光が照射される領域である。

たとえば、第１マイクロレンズ５４と第２マイクロレンズ８３との中心位置が等しく、それらの長軸が同軸となる場合であって、第１マイクロレンズ５４の長軸方向長さがＬであり、第２マイクロレンズ８３の長軸方向長さが（２／３）・Ｌである場合、第２マイクロレンズ８３の長手方向一端部から（１／６）・Ｌ以上でかつ（１／４）・Ｌ未満の長さに対応する領域８００と、第２マイクロレンズ８３の長手方向一端部から（３／４）・Ｌを超えてＬまでの長さに対応する領域８０１とが、漏れ光によって影響を受ける可能性がある領域となる。なお、第１マイクロレンズ５４の長軸方向は、対向する対角を結ぶ方向の長さである。

したがって、頂点領域９８の長手方向寸法を長手方向一端部から（１／４）・Ｌ以上、（３／４）・Ｌ以下の範囲に設定される。言換えると頂点領域９８は、長手方向中央位置から両側に（１／４）・Ｌ以内の長さに対応する領域となり、その長手方向寸法は、（１／２）・Ｌ以下となる。

なお、第２マイクロレンズ８３を、その長手方向に単純に３等分し、３等分した領域のうち、中央の領域を頂点領域９８とし、その頂点領域９８の長手方向両側の領域を各裾領域９９，１００としてもよい。また第１マイクロレンズ５４および第２マイクロレンズ８３の位置関係、第２マイクロレンズ８３の大きさおよび厚さ、使用する感光性材料などによって、中央領域および各裾領域が異なる。

本実施の形態では、露光段階ａ１は、頂領域９８を露光する第１露光段階ａ１１と、第１裾領域９９を露光する第２露光段階ａ１２と、第２裾領域１００を露光する第３露光段階ａ１３とを含む。感光層５３を露光するにあたって、まず第１露光段階ａ１１を行う。第１露光段階ａ１１では、図９（１）に示すように、スポット光５７を頂領域９８に照射して、形成すべき３次元構造物９０に基づいて、頂領域９８を露光する。頂領域９８に形成されるべき３次元構造物７０の厚み寸法が大きいので、スポット光５７が頂領域９８を露光する露光量が大きくなり、漏れ光５９が感光層５３を露光する露光量も多くなる。

このとき漏れ光５９が感光層５３に入射する領域６７は、未露光状態であり、形成される３次元構造物９０の円弧面９３に与える影響は小さい。感光層５３のうち、３次元構造物７０の第２円弧面部分１０２および第３円弧面部分１０４となる部分が、漏れ光５９によって露光されることがない。したがって第１露光段階ａ１１では、３次元構造物９０の第２円弧面部分１０２および第３円弧面部分１０４の表面形成に漏れ光５９が影響を与えることが小さい。

第１露光段階ａ１１の後、第２露光段階ａ１２を行う。第２露光段階ａ１２では、図９（２）に示すように、スポット光５７を第１裾領域１００に照射して、形成すべき３次元構造物９０に基づいて、第１裾領域１００を露光する。前段階である第１露光段階ａ１１において、漏れ光５９によって第１裾領域１００が少々露光していたとしても、第２露光段階ａ１２で、スポット光５７によって第１裾領域９９をさらに露光することによって、第１露光段階ａ１１における漏れ光の影響をなくすることができる。

なお、第２露光段階ａ１２においても、漏れ光５９が第１裾領域１００および第２裾領域１０１に入射するが、第２露光段階ａ１２における漏れ光５９による第１裾領域１００および第２裾領域１０１の露光量は、全体の露光量に比べて非常に小さい。したがって第２露光段階ａ１２における漏れ光５９による、第１裾領域１００および第２裾領域１０１の露光状態への影響は、非常に小さい。

第２露光段階ａ１２の後、第３露光段階ａ１３を行う。第３露光段階ａ１３では、図９（３）に示すように、スポット光５７を第２裾領域１０１に照射して、形成すべき３次元構造物９０に基づいて、第２裾領域１０１を露光する。前段階である第１露光段階ａ１１において、漏れ光５９によって第２裾領域１０１が少々露光していたとしても、第３露光段階ａ１３において、スポット光５７によって第２裾領域１０１をさらに露光することによって、第１露光段階ａ１１における漏れ光５９の影響をなくすることができる。

なお、第３露光段階ａ１３においても、漏れ光５９が第１裾領域１００および第２裾領域１０１に入射するが、第３露光段階ａ１３における漏れ光５９による第１裾領域１００および第２裾領域１０１の露光量は、全体の露光量に比べて非常に小さい。したがって第３露光段階ａ１３における漏れ光５９による、第１裾領域１００および第２裾領域１０１の露光状態への影響は、非常に小さい。

このように第１露光段階ａ１１、第２露光段階ａ１２および第３露光段階ａ１３を順に行うことによって、第１裾領域１００、頂領域９９、第２裾領域１０１を順に露光する場合に比べて、形成される３次元構造物８０の表面状態を大幅に改善することができる。また感光層５３に形成される３次元構造物８０の断面形状が台形以外の任意の形状であっても、表面の荒れを防いで、３次元構造物８０を形成することができる。

なお、形成基板５０に第２マイクロレンズアレイ８１を形成する場合、３次元構造物８０は、略台形形状、三角形状、シリンドリカルレンズ形状および非球面レンズ形状のいずれかであってもよい。また本実施の形態では、第２マイクロレンズアレイ８１を形成するために、感光層５３を３次元構造物７０，９０として形成したが、第２マイクロレンズアレイ８１を形成する目的以外であっても、３次元構造物７０，９０として感光層５３を形成してもよい。

図１１は、本発明の第３の実施の形態である３次元構造物７０の形成手順を示す断面図であり、図１２は、第３の実施の形態における３次元構造物７０の形成手順を示すフローチャートである。第３の実施の形態では、感光層５３を第１の実施の形態と同様の３次元構造物７０に形成する。３次元構造物７０が形成される被形成体５０は、第１の実施の形態の被形成体５０と同様であるので、同一の参照符号を付し、説明を省略する。また第３の実施の形態では、３次元構造物の形成手順のうち、露光段階以外の他の段階については、第１の実施の形態と同様である。したがって第１の実施の形態と同様の形成段階については、説明を省略する。

図１２に示すように、本実施の形態では、露光段階ａ１は、粗露光段階ａ２１と、仕上げ露光段階ａ２２とを含む。露光段階ａ１は、粗露光段階ａ２１の後、仕上げ露光段階ａ２２を行う。粗露光段階ａ２１では、形成すべき３次元構造物７０のうち表面側部分に対応する仕上げ領域を除いた粗領域を露光する。具体的には、図１１（１）に示すように、形成すべき３次元構造物７０よりも全体的に厚み方向寸法の小さい仮想３次元構造物７０となるような露光量で、感光層５３を露光する。この場合、仮想３次元構造物における第２領域６５ａ、第１領域６４ａおよび第３領域６６ａを順に露光する。すなわち図１１において、スポット光５７を紙面右側から左側に向かって走査させる。本実施の形態では、粗露光段階ａ２１の後、仕上げ露光段階ａ２２を行う。

仕上げ露光段階ａ２２では、形成すべき３次元構造物のうち表面側部分に対応する感光層の仕上げ領域を露光する。具体的には、図１１（２）に示すように、現像処理を行う前に、もう一度感光層全体に対してスポット光５７を走査して、露光を行う。この場合、感光層５３の露光量の総和が、形成すべき３次元構造物７０となる露光量となるようにする。

これによって粗露光段階ａ２１で、漏れ光５９に起因して仮想３次元構造物７０の表面に荒れが発生するような、不所望な露光状態に感光層５３が露光されたとしても、さらに仕上げ露光段階ａ２２によって露光することで、このような不均一な状態の部分は、パターン内部に埋まり、現像後に形成される３次元構造物７０の表面に生じる荒れを防ぐことができる。仕上げ露光段階ａ２２は、３次元構造物７０の表面状態を改善する目的であり、感光層５３を露光する露光量を大きくする必要がない。

たとえば粗露光段階ａ２１で設定される仮想３次元構造物は、形成すべき３次元構造物に比べて、厚み方向の寸法が所定寸法Ｌ３小さく形成される。言換えると、仕上げ露光段階ａ２２では、粗露光段階ａ２１から感光層５３の露光位置を所定寸法Ｌ３増やせば十分である。この所定寸法Ｌ３は、０．１μｍ以上でかつ５．０μｍ以下に設定され、好ましくは、１μｍに設定される。所定寸法Ｌ３は、小さすぎても大きすぎても、３次元構造物７０の表面の荒れを解消することができない。

図１３は、第３の実施の形態の変形例を説明するための断面図である。前記表面仕上げ段階ａ２２は、３次元構造物７０の表面状態を改善する目的であるので、表面荒れが生じやすい第２領域６６にのみを表面仕上げ段階ａ２２で露光してもよい。このようにすることによって、表面仕上げ段階ａ２２の処理時間を短縮することができる。なお、図１１および図１３に示す場合のいずれの場合であっても、仕上げ露光段階ａ２２によって生じる３次元構造物７０の厚み方向寸法の増加を考慮して、粗露光段階ａ２２の露光量の条件を決定する。

図１４は、本発明の３次元構造物の製造方法を用いて製造した単板式の投影型液晶表示装置の主要な構成を示す断面図である。本実施の形態の投影型液晶表示装置９００（以下液晶表示装置９００と称する）は、光源４０２からの光を液晶表示素子４２０に透過させることによって、スクリーン４１１に画像を表示する。

この方式では、白色光を赤、緑、青の３原色にそれぞれ分割する光学系と、各色光を制御して合成してカラー画像を形成する３枚の液晶表示素子とをそれぞれ独立に備えた３板式液晶表示装置に比べて、使用する液晶表示素子が１枚ですみ、かつ光学系の構成も単純となるので、低コストで小型の投影型システムに適している。

液晶表示素子４２０は、マイクロレンズ基板４１２を有する。マイクロレンズ基板４１２は、マイクロレンズアレイ４０６，４０７と、支持基板４２１，４２４と、ブラックマトリクス４４０とを有する。マイクロレンズアレイ４０６，４０７には、微小なマイクロレンズが複数形成されて構成される。支持基板４２１，４２４は、マイクロレンズアレイ４０６，４０７を支持して透光性を有する。具体的には、支持基板４２１，４２４は、マイクロレンズアレイ４０６，４０７が接着される。ブラックマトリクス４４０は、マイクロレンズの光軸と同軸の開口４４０が形成される遮光膜である。

液晶表示装置９００は、白色光源４０２と、分光手段４０５と、液晶表示素子４２０と、投影手段４４１とを含む。分光手段４０５は、白色光源４０２から発生する白色光Ｗを互いに異なる波長域を有する複数の光Ｇ，Ｒ，Ｂに分光する。また液晶表示素子４２０は、分光手段４０５によって分光される複数の光Ｇ，Ｒ，Ｂを変調して透過させる。投影手段４４１は、液晶表示素子４２０によって変調された複数の光をスクリーン４１１に投影する。また液晶表示装置９００は、映像信号生成手段４４４を有してもよい。映像信号生成手段４４４は、表示すべき画像に応じた映像信号を生成し、生成した映像信号を液晶表示素子４２０に与える。

具体的には、液晶表示装置９００は、白色光源２の光照射方向一方側に球面鏡４０３が設けられる。球面鏡４０３は、その曲率半径の中心が、白色光源４０２における発光部の中心と一致するように配置される。白色光源２の光照射方向他方側にはコンデンサレンズ４０４が設けられる。コンデンサレンズ４０４は、その焦点が白色光源４０２の発光部の中心と一致するように配置される。このような配置によって、白色光源４０２から発生する白色光Ｗは、直接または球面鏡４０３に反射してコンデンサレンズ４０４に入射し、コンデンサレンズ４０４から略平行光束となる白色平行光が出射する。

なお、白色光源４０２から平行光を得る平行光生成手段としては、このような構成に限らず、たとえば回転放物面鏡を用いる方法、回転楕円面鏡とインテグレータを使用する方法などが適宜選択されてもよい。

コンデンサレンズ４０４を挟んで、白色光源３と反対側には、３種のダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂがそれぞれ異なる角度で配置される。各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂは、分光手段５となる。ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂは、それぞれ緑、赤、青の色に対応する各波長域の光を選択的に反射し、残余の波長域の光が透過する特性を有する。

各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂは、緑色の波長域の光を反射する第１ダイクロイックミラー５Ｇ、赤色の波長域の光を反射する第２ダイクロイックミラー５Ｒ、青色の波長域の光を反射する第３ダイクロイックミラー５Ｂの順で、コンデンサレンズ４０４から遠ざかるとともに、この順にコンデンサレンズ４０４から出射する白色平行光の光軸の延長線上に配置される。以下、Ｇ，Ｒ，Ｂは、それぞれ、緑、赤、青の各色の光を表わす。

３つのダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂの中で、白色光源４０２に一番近くに設けられる第１ダイクロイックミラー５Ｇは、白色光源２からの白色平行光が、その反射面に対してたとえば３０°前後で入射するように設けられる。その他の第２および第３ダイクロイックミラー５Ｒ，５Ｂは、第１ダイクロイックミラー５Ｇに対してそれぞれ平行な状態から、液晶表示素子４２０の入射面に平行でかつ、白色光源４０２と平行に伸びる軸を角変位軸として、すなわち図１４において、紙面に垂直な方向の軸を角変位軸として、予め定められる傾斜角度φずつ順次傾けて配置される。

また、傾斜角度φは、液晶表示素子４２０の絵素配列ピッチＰおよび液晶表示素子４２０に設けられた第１マイクロレンズアレイ４０６の焦点距離ｆを用いて、Ｐ＝ｆ×ｔａｎφを満足するように設定される。このような各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂの配置によって緑波長域、赤波長域、青波長域のそれぞれの光Ｇ，Ｒ，Ｂが、第１マイクロレンズアレイ４０６に対してそれぞれ角度２φずれて入射する。

白色光源４０２からダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂに向かって白色光Ｗを照射すると、ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂが各々異なる波長域の光をそれぞれ反射することにより、白色光が三原色の光Ｇ，Ｒ，Ｂにそれぞれ分光される。各色の光Ｇ，Ｒ，Ｂは、３つのダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂが配置された角度に応じて、各々異なる角度で、液晶表示素子４２０に入射する。入射した各光Ｇ，Ｒ，Ｂは、液晶表示素子４２０によって形成すべき画像に対応する画素毎にそれぞれ個別に変調される。変調された光Ｇ，Ｒ，Ｂは、液晶表示素子４２０を透過して、投影手段４４１に向けて出射する。

このようにダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって白色平行光が分光された光Ｇ，Ｒ，Ｂが液晶表示素子４２０に入射するので、液晶表示素子４２０はカラーフィルタを必要としない。これによって液晶表示装置１の光利用効率を高くすることができる。

液晶表示装置９００は、液晶表示素子４２０の光出射側４０１に、投影手段４４１としてフィールドレンズ４０９と投影レンズ４１０とが設けられる。さらに投影レンズ４１０の光出射側４０１には、スクリーン４１１が設けられる。フィールドレンズ４０９の焦点位置は、フィールドレンズ４０９と投影レンズ４１０と間の位置に設定される。これによって液晶表示素子４２０から出射して、変調された各色の光Ｇ，Ｒ，Ｂは、フィールドレンズ９によって投影レンズ４１０が設けられる位置に収束され、この投影レンズ４１０によってスクリーン４１１に投影される。このようにしてスクリーン４１１にカラー画像が表示される。なお、フィールドレンズ４０９を用いずに、液晶表示素子４２０によって変調される各色の光Ｇ，Ｒ，Ｂが、投影レンズ１０に直接入射するような構成とすることも可能である。

図１５は、液晶表示素子４２０を拡大して示す断面図である。液晶表示素子４２０は、対向基板４０８とマイクロレンズ基板４１２と有する。対向基板４０８とマイクロレンズ基板４１２とは、スペーサ４２９を介して貼り合わされる。また対向基板４０８とマイクロレンズ基板４１２との間には液晶分子が封入される液晶層４３０が形成される。

対向基板４０８およびマイクロレンズ基板４１２は、透光性を有する。これによって液晶表示素子４２０は、各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって分光される光Ｇ，Ｒ，Ｂが液晶表示素子４２０の光入射側４００から光出射側４０１に透過可能となる。たとえば対向基板４０８は、ガラス基板によって実現される。

マイクロレンズ基板４１２は、液晶層４３０に対して、光入射側４００に配置される。また対向基板４０８は、液晶層４３０に対して光出射側４０１に配置される。対向基板４０８の光入射側４００の表面部には、液晶層内の液晶分子を相変化させるための信号電極４２８が形成される。またマイクロレンズ基板４１２の光出射側４０１の表面部には、ブラックマトリクス４４０と、信号電極４２８に対して直交する走査電極（図示せず）が設けられる。信号電極４２８および走査電極は、透光性を有する透明電極によって形成される。たとえば透明電極は、インジウムスズ酸化物（Indium Tin Oxide，略称ＩＴＯ）によって実現される。

マイクロレンズ基板４１２には、第１マイクロレンズアレイ４０６と、第２マイクロレンズアレイ４０７と、第１支持基板４２１と、第２支持基板４２４と、ブラックマトリクス４４０とを含んで構成される。なお、第１マイクロレンズアレイ４０６は、第２マイクロレンズアレイ４０６よりも光入射側４００に設けられる。また第１支持基板４２１および第２支持基板４２４は、透光性を有し、第１マイクロレンズアレイ４０６を挟んで配置される。

言い換えると、第１支持基板４２１は、第１マイクロレンズアレイ４０６よりも光入射側４００に配置され、第２支持基板４２４は、第１マイクロレンズアレイ４０６よりも光出射側４０１に配置される。第１支持基板４２１および第２支持基板４２４は、無機誘電体からなり、少なくとも可視光および紫外光を透光する。また第２支持基板４２４の光出射側４０１には、第２マイクロレンズアレイ４０７が配置される。

第１マイクロレンズアレイ４０６は、屈折率の異なる第１樹脂層４２２と第２樹脂層４２３とによって実現される。第１マイクロレンズアレイ４０６は、第１樹脂層４２２および第２樹脂層４２３の界面に凹凸形状のレンズパターンが複数形成されることによって、第１マイクロレンズアレイ４０６として機能する。第１マイクロレンズアレイ４０６を形成する２つの樹脂層４２２，４２３のうち、光入射側４００の樹脂層４２２の界面部分が光入射側４００に没入して凹所を形成し、光出射側４０１の樹脂層２３の界面部分が光入射側４００の樹脂層２２の凹所に充填されて第１マイクロレンズが実現される。この場合には、光出射側４０１の樹脂層４２３には、光入射側４００の樹脂層４２２の屈折率よりも高いものを用いるのが好ましい。

第２マイクロレンズアレイ４０７は、屈折率の異なる第３樹脂層４２５と第４樹脂層４２６とによって実現される。第２マイクロレンズアレイ４０７は、第３樹脂層４２５および第４樹脂層４２６の界面に凹凸形状のレンズパターンが複数形成されることによって、第２マイクロレンズアレイ４０７として機能する。第２マイクロレンズアレイ４０７を形成する２つの樹脂層４２５，４２６のうち、光入射側４００の樹脂層４２５の界面部分が光出射側４０１に没入して凹所を形成し、光出射側４０１の樹脂層４２６の界面部分が光入射側４００の樹脂層２５の凹所に充填されて第２マイクロレンズが実現される。この場合には、光入射側４００の樹脂層２５には、光出射側４０１の樹脂層４２６の屈折率よりも高いものを用いるのが好ましい。

なお、各マイクロレンズアレイ４０６，４０７のレンズパターンは、球面レンズ状、六角レンズ状、あるいはかまぼこ形レンズ状でもよい。特に、第２マイクロレンズアレイ４０７のレンズパターンは、台形プリズム形状であってもよい。これら各マイクロレンズアレイ４０６，４０７は、上述したように第２支持基板４２４によって形成される中間ガラス層４２４を両側から挟む。

第１マイクロレンズアレイ４０６を構成する各レンズのレンズ光軸と、第２マイクロレンズアレイ４０７を構成する各レンズのレンズ光軸は互いに平行となるように形成される。また第１マイクロレンズアレイ４０６と第２マイクロレンズアレイ４０７の対向する各レンズのレンズ光軸は互いに一致する。このような構成とすることで、第１マイクロレンズアレイ４０６を基準として、第２マイクロレンズアレイ４０７を作製するにあたって、フォトリソ工程を用いることができるため、精度の良い位置合わせを行うことが可能である。これによって第１マイクロレンズアレイ４０６と第２マイクロレンズアレイ４０７との位置合わせ精度を±１μｍ以内にすることができる。

予め定める画像を表示する場合、映像信号生成手段４４４によって、その画像における各画素に対応した映像信号が信号電極４２８ごとに与えられる。映像信号によって各信号電極４２８がそれぞれ個別に駆動することで、各信号電極４２８に対応する領域の液晶層が部分的に相変化する。

また液晶表示素子４２０は、構成要素として、走査電極、画素電極、偏光板および配向膜を備えてもよい。なお、図１４においては、走査電極、偏光板、配向膜などを簡略化のため省略し、それらの説明についても省略する。

図１５には、分光手段５である各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって分光された光Ｇ，Ｒ，Ｂを、破線、一点鎖線、実線でそれぞれ示し、第２マイクロレンズ４０７を透過したそれらの光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７を２点差線で示す。各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって分光された光Ｇ，Ｒ，Ｂは、液晶表示素子４２０に入射すると、第１支持基板４２１を透過し、第１マイクロレンズアレイ４０６に入射する。第１マイクロレンズアレイ４０６に入射した光Ｇ，Ｒ，Ｂは、第１マイクロレンズアレイ４０６によって集光され、第２支持基板４２４を透過して第２マイクロレンズアレイ４０７に入射する。

第２マイクロレンズアレイ４０７に入射した各光Ｇ，Ｒ，Ｂは、第２マイクロレンズアレイ４０７によって互いの主光線１４５，１４６，１４７が略平行となるように屈折される。また各光Ｇ，Ｒ，Ｂは、各色にそれぞれに対応した信号電極４２８によって駆動される液晶層領域に分配照射される。そして各光Ｇ，Ｒ，Ｂは、液晶層４３０に入射する。

このとき信号電極４２８によって表示すべき画像に対応するように、各信号電極４２８の駆動状態が変化する。そして液晶層４３０は、各信号電極４２８の駆動状態に応じて各信号電極４２８に対応する部分が相変化する。これによって液晶層４３０を透過する各光Ｇ，Ｒ，Ｂの強度が変調される。変調された光Ｇ，Ｒ，Ｂは、対向基板４０８を透過することで液晶表示素子４２０から出射する。

上述するマイクロレンズ基板４１２の構成では、第１および第２マイクロレンズが光進行方向に並ぶ。比較例として第１マイクロレンズのみを配置した構成では、分光される各光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７は、液晶表示素子４２０を出射した後も、互いに２φの角度をもって伝搬してしまう。この場合、これらの各光Ｇ，Ｒ，Ｂを全て捕捉し投影するためには、大口径の投影レンズ４１０が必要になる。

これに対して本実施例では、さらに第２マイクロレンズが設けられることによって、分光される各光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７のそれぞれの拡がりを小さくすることができる。また、第１マイクロレンズの焦点距離は、この第２マイクロレンズの出射側近傍に、第１マイクロレンズから出射された光の焦点が位置するよう設定されている。

このように配置された第２マイクロレンズを有する第２マイクロレンズアレイ４０７は、フィールドレンズ４０９と同様の機能を果たし、各光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７を互いに平行化する。これによって各主光線１４５，１４６，１４７の出射方向を液晶表示素子４２０の出射面に対して垂直にし、液晶表示素子４２０からの出射光の拡がり角を小さくすることができる。したがって小口径の投影レンズ４１０を用いた場合でも、全光を有効に利用することができる。これによって光利用効率が高く、ホワイトバランスのよいカラー画像を得ることが可能になるとともに、コストアップの原因となっていた高価な大口径の投影レンズ４１０を用いなくてもよくなることから、投影型液晶表示装置全体としてのコストアップを回避することが可能となる。

またこの液晶表示装置は、吸収型のカラーフィルタを用いないので、光の利用効率が向上するとともに、マイクロレンズアレイを通過した後の各色の主光線がほぼ平行になる。したがって投影レンズに達するまでの各色の主光線の拡がりが小さくなり、投影レンズでのケラレによる光量低下をなくして、極めて明るい画像を提供することができる。

図１６は、第１および第２マイクロレンズの形成手順を説明するための断面図である。以下、液晶表示素子４２０として実現された場合に、光入射側４００となる側を厚み方向一方側４０２とし、光出射側４０１となる側を厚み方向他方側４０３として説明する。

マイクロレンズ基板の製造手順として、まず、第１レンズ形成段階を開始する。前述した第１支持基板４２１を準備すると、第１支持基板４２１の厚み方向他方側４０３の表面部に低屈折率紫外線硬化樹脂を塗布して、第１樹脂層４２２を形成する。第１支持基板４２１は、たとえば無機誘電体基板である石英基板によって実現される。次に、図１６（１）に示すように、第１樹脂層４２２に厚み方向他方側４０３からスタンパ４５１を押し付ける。

スタンパ４５１が第１樹脂層４２２に接触する接触面には、第１マイクロレンズのパターンと合致する反転パターンが形成される。このスタンパ４５１を第１支持基板２１に向かって十分に押し付けて、スタンパ４５１と第１支持基板４２１の間に第１樹脂層４２２を押し広げて、そのままの状態を保持する。

次に、厚み方向一方側４０２から第１支持基板４２１を透過させて、第１樹脂層４２２に紫外線を照射する。たとえば紫外線は、紫外線ランプによって発生可能である。第１樹脂層４２２は、紫外線硬化樹脂からなるので、紫外線が照射されると硬化反応を起こして硬化する。これによって第１樹脂層４２２にスタンパ４５１の反転パターンが転写成形される。硬化後、スタンパ４５１を第１樹脂層４２２から離型する。

次に、硬化された第１樹脂層４２２の厚み方向他方側４０３の表面部に、高屈折率紫外線硬化樹脂を塗布して、第１樹脂層４２２の凹所を埋めて第２樹脂層４２３を形成する。さらに第２樹脂層４２３の厚み方向他方側４０３に、第２支持基板４２４を貼り付ける。第２支持基板４２４は、第１マイクロレンズアレイ４０６と第２マイクロレンズアレイ４０７との間に挟まれる無機誘電体中間層となるべき基板であって、石英薄板ガラスによって実現される。

次に、第２支持基板４２４を第１支持基板４２１に向かって十分に押し付け、厚み方向他方側４０３から第２支持基板４２４を透過させて、第２樹脂層４２３に紫外線を照射する。第２樹脂層４２３は、紫外線硬化樹脂からなるので、紫外線が照射されると硬化反応を起こして硬化する。この第２樹脂層４２３は、第２支持基板４２４を接着する接着層の役割も果たす。なお、第１樹脂層４２２および第２樹脂層４２３は透光性を有し、その屈折率は、たとえば、第１樹脂層４２２は１．４１、第２樹脂層４２３は１．５６のものを用いる。

また、所望の厚みより第２支持基板４２４が厚い場合は、研磨を行うことにより必要な厚みにまで削る工程を加えても良い。このようにして、第１樹脂層４２２および第２樹脂層４２３を形成することによって、第１マイクロレンズアレイ４０６を形成することができ、第１レンズ形成段階を完了する。第１レンズ形成段階が完了すると第２レンズ形成段階を開始する。

まず、図１６（２）に示すように、第２支持基板４２４の厚み方向他方側４０３の表面部に、高屈折率紫外線硬化樹脂を塗布して、第３樹脂層４２５を形成する。次に厚み方向他方側４０３側から第３樹脂層４２５に紫外線を照射する。第３樹脂層４２５は、紫外線硬化樹脂からなるので、紫外線が照射されると硬化反応を起こして硬化する。なお紫外線照射前または照射後に第３樹脂層４２５の厚み方向他方側４０３の面の平坦化処理を行うことが好ましい。

平坦化処理の方法は２つある。第１の方法は、第３樹脂層４２５が未硬化の状態で、厚み方向他方側４０３の面から、予め離型処理を施した石英平面板を押え付け、紫外線を照射して第３樹脂層４２５を硬化させる方法である。これによって硬化後、石英平面板を分離すると、厚み方向他方側の面が平滑な第３樹脂層４２５が得られる。第２の方法は、第３樹脂層４２５を硬化後、研磨処理を行って、第３樹脂層４２５の表面を平滑化する方法である。

次に、図１６（３）に示すように、第３樹脂層４２５の厚み方向他方側４０３の表面部にネガ型レジスト材料を塗布して、レンズパターニング用レジスト層４４２を形成する。本実施の形態では、レンズパターニング用レジスト層４４２の膜厚は、３０μｍに設定される。このレンズパターニング用レジスト層４４２に対して、厚み方向一方側４０２から第１マイクロレンズ４０６を通して紫外線を照射し、レンズパターニング用レジスト層４４２の露光を行う。この露光工程の詳細については、前述した３次元構造物の形成方法を用いることによって実現することができる。

露光工程では、光軸に垂直な方向の強度分布または入射角度を変更した紫外光をレンズパターニング用レジスト層４４２に照射することで、レンズパターニング用レジスト層４４２で３次元的なレンズ形状４５０を形成することを目的としている。具体的には、レンズパターニング用レジスト層４４２に照射される処理光の強度分布に応じて、レンズパターニング用レジスト層４４２の感光量を部分的に異ならせ、レンズパターニング用レジスト層４２の現像後の残膜量を部分的に変化させて３次元的な形状に形成する。このとき、上述した３次元構造物の形成方法を用いる。

本実施の形態では、第２マイクロレンズアレイ４０７に対応するレンズ形状となるように、厚み方向一方側４０２からレンズパターニング用レジスト層４４２に処理光となる紫外線を照射する。

これによって露光後、現像処理を行うと、図１６（４）に示すように、レンズパターニング用レジスト層４４２に第２マイクロレンズアレイ４０７に対応するレンズ形状４５０が刻まれる。この後、ポストベーク処理を行う。

次に、図１６（５）に示すように、ドライエッチングを行って、レンズパターニング用レジスト層４４２に刻まれたレンズパターンの形状を第３樹脂層４２５に転写する。ドライエッチングの方法としては、反応性イオンエッチング、イオンミリングなどの方法がある。この時、エッチング条件によって、レンズパターニング用レジスト層４４２に刻まれたレンズ形状４５０の厚みを拡大したレンズ形状４５５を第３樹脂層４２５に形成することができる。

たとえばレンズパターニング用レジスト層４４２と第３樹脂層４２５のエッチング選択比が１：２となるようなエッチング条件を選択すると、レンズパターニング用レジスト層４２において厚み１０μｍのレンズ形状４５０は、第３樹脂層４２５においては厚み２０μｍのレンズ形状４５５に拡大される。レンズパターニング用レジスト層４４２に刻むレンズ形状４５０は、このようにエッチング選択比も考慮して決定する。

次に、図１６（６）に示すように、レンズ形状４５５が形成された第３樹脂層４２５の厚み方向他方側４０３の表面部に、低屈折率紫外線硬化樹脂を塗布して、第３樹脂層４２５に形成される凹所を埋めて第４樹脂層４２６を形成する。次に、厚み方向他方側４０３から第４樹脂層４２６に紫外線を照射する。第４樹脂層４２６は、紫外線硬化樹脂からなるので、紫外線が照射されると硬化反応を起こして硬化する。

紫外線照射前または照射後に第４樹脂層４２６の厚み方向他方側表面の平坦化処理を行うことが好ましい。平坦化処理の方法としては、前述した方法と同様の２つの方法で行うことができる。なお、第３樹脂層４２５および第４樹脂層４２６は透光性を有し、その屈折率は、たとえば第３樹脂層は１．５６、第４樹脂層は１．４１である。このようにして第３樹脂層４２５および第４樹脂層４２６を形成することによって、第２マイクロレンズアレイ４０７を形成することができ、第２レンズ形成段階を完了する。

第１および第２レンズ形成段階を完了することで、第１および第２マイクロレンズアレイ４０６，４０７が形成されるレンズ形成基板４４８を形成することができる。レンズ形成基板４４８を形成すると、ブラックマトリクス４４０を形成するブラックマトリクス形成工程を開始する。

ブラックマトリクス４０を形成した後、厚み方向他方側４０３の表面部に、透明電極膜などを形成することによって、ブラックマトリクス付きマイクロレンズ基板４１２を製造することができる。さらにマイクロレンズ基板４１２と対向基板４０８とをスペーサ４２９を挟んで貼り合わせ、その隙間に液晶３０を注入することによって、図１５に示す液晶表示素子４２０を製造することができる。

この製造方法では第１マイクロレンズアレイ焦点位置付近に形成された感光層を、第１マイクロレンズアレイを介して露光してパターンを形成することで第１マイクロレンズアレイを構成する各レンズの光軸と第２マイクロレンズアレイを構成する各レンズの光軸とを互いに一致させることができるため、光軸合わせを簡単化し、作製工程を簡略化することができる。また、露光方法には大きく分けると透過率分布型マスクを用いる方法と、露光光の集光スポットを走査させる方法が挙げられる。透過率分布型マスクを用いる方法は、第１マイクロレンズアレイに入射する露光光にマスクを用いて予め強度分布を与えておく方法で、同じ構造物を一度に大量に生産する場合に適する。集光スポットを走査させる方法は、第一マイクロレンズに入射する光の入射角を変化させることで、集光スポットの位置を変化させ、感光性材料層の各点に所望の露光量分布を与える方法で、マスクを必要としないため、安価であり、様々なレンズ形状を作製する場合に有効である。

上述した本発明の各実施の形態は、発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば、３次元構造物の形状は、凸レンズ形状以外の任意の形状であってもよい。たとえば３次元構造物は、凹レンズ形状に形成してもよい。また３次元構造物を形成した基板は、液晶表示装置の一部を構成したが、光通信分野などの他の分野に用いてもよい。また第１マイクロレンズアレイ８１に入射した処理光を用いて、感光層５３を露光する構成であればよく、被形成体５０にマイクロレンズアレイ５２が固定されていなくてもよい。また３次元構造物を形成後、第１マイクロレンズアレイ５２を被形成体５０から除去してもよい。また第１マイクロレンズアレイ５２の形成方法については、どのような方法で形成してもよい。

本発明の第１の実施の形態である３次元構造物の形成手順を示す断面図である。 第１の実施の形態における３次元構造物７０を示す斜視図である。 ３次元構造物７０の形成手順を示すフローチャートである。 露光時のスポット光の移動経路を示す図である。 ２つのマイクロレンズアレイ５４，８１を含む基板体８０の形成手順を示す断面図である。 基板体８０を示す斜視図である。 基板体８０を示す平面図である。 上述した３次元構造物７０，９０の形成に用いられる露光装置３００を簡略化して示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態である３次元構造物の形成手順を示す断面図である。 第２の実施の形態における３次元構造物９０を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態である３次元構造物の形成手順を示す断面図である。 第３の実施の形態における３次元構造物７０の形成手順を示すフローチャートである。 第３の実施の形態の変形例を説明するための断面図である。 本発明の３次元構造物の製造方法を用いて製造した単板式の投影型液晶表示装置の主要な構成を示す断面図である。 液晶表示素子を拡大して示す断面図である。 第１および第２マイクロレンズの形成手順を説明するための断面図である。 液晶表示素子１を示す断面図である。 ３次元構造物５として形成された感光層を示す斜視図である。 露光時のスポット光の移動経路を示す図である。 感光層２３の露光手順を示す断面図である。

符号の説明

５０ 被形成体
５１ 中間基板
５２ マイクロレンズアレイ
５３ 感光層
５４ マイクロレンズ
５５ 処理光
５７ スポット光
５８ ギャップ部分
７０，９０ ３次元構造物

Claims (9)

1. 透光性の中間基板の厚み方向一方側にマイクロレンズアレイが形成され、中間基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光層が形成される被形成体について、
   形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の第１領域を露光する第１露光段階と、
   形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が小さい部分に対応する感光層の第２領域を露光する第２露光段階と、
   露光した感光層を現像する現像段階とを含むことを特徴とする３次元構造物の形成方法。
2. 各露光段階において、形成すべき３次元構造物の厚み寸法が大きい部分に対応する感光層の領域から露光を開始することを特徴とする請求項１記載の３次元構造物の形成方法。
3. 形成すべき３次元構造物は、中間基板の厚み方向に延びる仮想平面で被形成体を切断した断面形状が、中間基板から厚み方向他方に遠ざかるにつれて厚み方向に垂直な幅方向の幅寸法が小さくなる凸形状であって、
   第１露光段階では、形成すべき３次元構造物のうち中間基板と反対側となる頂部分に対応する感光層の頂領域を露光し、
   第２露光段階では、形成すべき３次元構造物のうち中間基板側となる裾部分に対応する感光層の裾領域を露光することを特徴とする請求項１または２記載の３次元構造物の形成方法。
4. 透光性の中間基板の厚み方向一方側にマイクロレンズアレイが形成され、中間基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光層が形成される被形成体について、
   形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、形成すべき３次元構造物のうち表面側部分を除いた部分に対応する粗領域を露光する粗露光段階と、
   形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、形成すべき３次元構造物のうち表面側部分に対応する感光層の仕上げ領域を露光する仕上げ露光段階と、
   露光した感光層を現像する現像段階とを含むことを特徴とする３次元構造物の形成方法。
5. 感光層の仕上げ領域は、形成すべき３次元構造物のうち表面側部分に対応する領域の一部でかつ、粗露光段階のうちで早期に露光される領域の近傍の領域であることを特徴とする請求項４記載の３次元構造物の形成方法。
6. 透光性の中間基板の厚み方向一方側にマイクロレンズアレイが形成され、中間基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光層が形成される被形成体について、
   形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、感光層のうち、各マイクロレンズの間に形成されるギャップ部分に対向する領域以外となる非対向領域を露光する第１露光段階と、
   形成すべき３次元構造物に基づいて調光した処理光を、中間基板の厚み方向一方から照射して、感光層のうち、各マイクロレンズの間に形成されるギャップ部分に対向する対向領域を露光する第２露光段階と、
   露光した感光層を現像する現像段階とを含むことを特徴とする３次元構造物の形成方法。
7. 透光性の中間基板の厚み方向一方側にマイクロレンズが形成されて中間基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光層が形成される被形成体の感光層を露光する露光装置であって、
   被形成体を保持する保持手段と、
   保持手段に保持される被形成体に向けて平行光を照射する照射手段と、
   保持手段に保持される被形成体に対して、前記平行光が入射する入射角度を調整する入射角度調整手段と、
   入射角度調整手段および照射手段を制御して、平行光がマイクロレンズおよび中間基板を透過して集光されたスポット光を感光層上で非連続的に走査させ、形成すべき３次元構造物に基づいて、複数の領域に分割される感光層の領域を個別に露光させる制御手段とを有することを特徴とする露光装置。
8. 入射角度調整手段は、照射手段を保持手段に対して角変位駆動することを特徴とする請求項７記載の露光装置。
9. 入射角度調整手段は、保持手段を照射手段に対して角変位駆動することを特徴とする請求項７記載の露光装置。
   

Images