JP3684147B2 - MICROSTRUCTURE ARRAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光エレクトロニクス分野等で使用されるマイクロレンズアレイなどのマイクロ構造体アレイを作製するための金型(本明細書では、特に区別する場合を除いて、金型と言う場合は金型及び金型マスターを含めた意味で使用する)などの作製方法、マイクロレンズアレイなどのマイクロ構造体アレイ等に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マイクロレンズアレイは、直径数μmから数100μmの微小な略半球状のレンズを複数配置したものであり、液晶表示装置、受光装置、光通信システムにおけるファイバー間接続等の様々な用途に使用されるようになってきた。
【0003】
一方、発光素子間隔を狭くできアレイ化が容易な面発光レーザー等の開発が進み、レンズアレイの間隔を狭くでき開口数(NA)の大きなマイクロレンズの要求が高まっている。
【0004】
受光素子においても同様に、半導体プロセス技術の発達に伴い、素子間隔が狭まり、CCD等に見られるように、ますます受光素子の小型化がなされている。この結果、ここでも、レンズ間隔の狭い、開口数の大きなマイクロレンズアレイが必要となっている。この様なマイクロレンズでは、レンズ面に入射する光の利用効率が高い高集光率のマイクロレンズが望まれている。
【0005】
さらに、今後期待される光情報処理分野である光並列処理・演算、光インターコネクション等においても、同様の要望がある。
【0006】
また、エレクトロルミネッセンス(EL)等の自発光型のディスプレイ装置の研究開発もさかんに行われ、高精細且つ高輝度のディスプレイの提案がなされている。この様なディスプレイにおいては、小型且つ開口数の大きなマイクロレンズアレイに加えて、低コストで大面積のマイクロレンズアレイの要求がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様な状況において、従来、イオン交換法(M. Oikawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 20(1) L51-54, 1981)を用いて多成分ガラスからなる基板上の複数の箇所を高屈折率化して、複数のレンズを形成する様にしたマイクロレンズアレイの製造方法が知られている。しかしながら、この方法では、レンズ同士の間隔に比べてレンズの開口径を大きくとれず、開口数の大きなレンズの設計が困難であった。
【0008】
また、大面積のマイクロレンズアレイを作製するにはイオン拡散装置等の大規模な製造装置が必要とされ、製造が容易でないという問題もあった。また、金型を用いたモールディングに比べてガラス毎にイオン交換工程を施す必要があり、製造装置の作製条件管理を十分に行わないと、レンズの品質、例えば焦点距離のばらつきがロット間で大きくなるという問題があった。また、この方法は、金型を用いた方法に比べて、割高になる。
【0009】
さらに、イオン交換法では、ガラス基板中に被イオン交換用のアルカリイオンが必須となり、基板材料がアルカリガラスに限定されアルカリイオンフリーを前提とする半導体をベースとする素子との適合性が悪い。さらに、ガラス基板そのものの熱膨張係数が受光装置や発光装置の基板の熱膨張係数と大きく異なる為に、素子の集積密度が増加するに伴い、熱膨張係数の不整合によるミスアライメントが発生する。また、元来、ガラス表面のイオン交換法は、表面に圧縮歪みを残すことが知られており、どうしてもガラス表面の残留応力と反り変形のトレードオフの課題が生じ、マイクロレンズアレイが大判化するに従い受光装置や発光装置の基板との接着・接合が困難となってくる。
【0010】
他の方法としては、マイクロレンズアレイの原版を作製し、原版にレンズ材料を塗布し、塗布したレンズ材料を剥離して作製する方法がある。原版となる金型の作製に当たっては、電子ビームを用いて描画する方法(特開平1−261601号公報)、金属板の一部をエッチングし形成する方法(特開平5−303009号公報)がある。これらの方法は、モールディングにてマイクロレンズを複製することができ、ロット毎のばらつきが発生しにくく、また低コストにて作製することが可能である。また、イオン交換法に比べて熱膨張係数差に伴うアライメント誤差の発生や反り等の問題を回避できる。しかしながら、電子ビームを用いる方法では、電子ビーム描画装置が高価であり多額の設備投資が必要となること、描画面積が制限されているために、10cm角以上の大面積の原版を作製するのが困難であること等の問題がある。
【0011】
また、エッチングする方法では、主として化学反応を利用した等方性エッチングを用いるため、金属板の組成や結晶構造がわずかでも変化すると所望の形状にエッチングできなくなるという問題がある。また、エッチングする方法では、所望の形状が得られた時点で直ちに水洗しないとエッチングが継続する。微小なマイクロレンズを形成する場合には、所望の形状が得られた時点から水洗に至るまでの時間に進行するエッチングにより、所望の形状から逸脱する場合がある。
【0012】
他の方法としては、レジストリフロー法(D. Daly, et al., Proc. Microlens Arrays Teddington., p23-34, 1991)がある。この方法では、基板上に形成した樹脂をフォトリソグラフィプロセスを利用して円筒状にパターニングし、加熱しリフローさせてマイクロレンズアレイを作製する。この方法により、様々な形状のレンズを低コストで作製することが可能である。また、イオン交換法に比べて熱膨張係数や反り等の問題がない。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このレジストリフロー法では、隣接するレンズ同士がリフローにより接触すると表面張力により所望のレンズ形状を保つことができなくなる。すなわち、隣接するレンズを触させてレンズ間の光未使用領域を小さくし高集光率化することが困難である。
【0014】
本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑み成されたものであり、その目的は、
(1)レンズなどのマイクロ構造体の高さを比較的大きくできて曲率が大きくでき、
(2)比較的安価に作製可能で、
(3)隣接するレンズなどのマイクロ構造体間の未使用領域を容易に無くし得る、
マイクロレンズアレイなどのマイクロ構造体アレイ用の金型などであるマイクロ構造体アレイ、及びその作製方法等を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のマイクロ構造体アレイは、基板上に所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて離散的に配された複数の円筒面または球面の曲面突起とそれらの上に設けられたほぼ均一な膜厚の連続膜を有するマイクロ構造体アレイであって、曲面突起と基板との接触角(曲面突起と基板が接する個所での曲面突起に対する接面と基板面とが成す角度であって曲面突起側の角度)が90度より大きく、連続膜により、隣接する曲面突起同士が曲面の最大直径の位置で繋がっていることを特徴とする。接触角が90度より大きいので、マイクロ構造体の高さを比較的大きくできて曲率が大きくできる。また、基板と曲面突起にわたり連続膜を形成するので、マイクロ構造体アレイのサイズの面内分布を小さくすることもでき、さらに円筒面または球面の突起が基板に強固に固定されて構造がより強固になる。
【0016】
上記基本構成において、以下の如きより具体的な態様が可能である。
前記曲面突起の半径をlとし、曲面突起と基板との接触角をθとし、曲面突起の中心の基板からの高さhをh=−lcosθとするとき、l、hは連続膜の厚みt及び曲面突起の配列ピッチdに対し以下の式
d/2≦l+h
h≦t、r≧d/2
を満たすようにして、マイクロ構造体間の未使用領域を確実に無くすることができる。
【0017】
前記曲面突起は、例えば、基板上に熱可塑材料層を所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて所望の形状でパターニングして、離散状態において前記パターニングした熱可塑材料層を熱処理にて変形させて形成され得る。
【0018】
前記連続膜は、電気メッキ層、無電解メッキ層などのメッキないし電着層であったり、化学堆積法(CVD)や真空蒸着によって形成されたりする。また、前記連続膜は、ニッケルなど無機材料や、PSGなどの有機材料からなったりする。
【0019】
前記曲面突起の形状は全て同一に形成されたり、また左右、上下に等間隔で配列されるといった様に規則的に配列されてもよいし、不規則的に配列されてもよい。これらは用途に応じて適宜決定すればよい。
【0020】
前記マイクロ構造体アレイ用の配列領域外のアライメントマーカー領域にもアライメントマーカー用構造用の曲面突起が形成されてもよい。
【0021】
前記基板、曲面突起及び連続膜が透明であって、マイクロ構造体アレイはマイクロレンズアレイとしてそのまま使用できる様にもできる。
【0022】
マイクロ構造体アレイは、典型的には、マイクロレンズアレイ用金型などのマイクロ構造体アレイ用金型である。
【0023】
更に、上記目的を達成する本発明のマイクロ構造体アレイの作製方法は、(1)基板上に所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて離散的に配された複数の円筒面または球面の曲面突起を、曲面突起と基板との接触角(曲面突起と基板が接する個所での曲面突起に対する接面と基板面とが成す角度であって曲面突起側の角度)が90度より大きくなる様に形成する工程、(2)曲面突起と基板上に、隣接する曲面突起同士が曲面の最大直径の位置で繋がるように、ほぼ均一な膜厚の連続膜を形成する工程を有することを特徴とする。
【0024】
更に、上記目的を達成する本発明の撮像装置或いは表示装置は、上記のマイクロレンズアレイまたは上記の作製方法を利用して作製されたマイクロレンズアレイの各レンズに対応する位置に、各受光部或いは遮光層に囲まれた各画素開口部を備えたことを特徴とする。
【0025】
以上が本発明の基本的及びより具体的な構成要素であり、その詳細及び作用について図1の典型的な例に沿って以下に更に説明する。
【0026】
典型的にはマイクロレンズアレイであるマイクロ構造体アレイ用の金型の作製方法の典型例を示す。ここで、マイクロレンズないしマイクロレンズアレイと言う場合はマイクロ構造体を代表して指すものとする。当然、ここで述べることは他のマイクロ構造体アレイ用金型の作製方法にも適用できる。
【0027】
本発明の基板材としてはガラス、石英、セラミックス、樹脂、金属、結晶材料等が使用できる。次に、基板2の上に球面ないし円筒面突起3(ここでは球面突起で代表する)が設けられている。球面突起3と基板2との接触角は90度より大きい。
【0028】
球面突起3の形成方法としては基板上に熱可塑材料層を形成し、例えば、半導体フォトリソグラフィーとエッチングによって所望のレンズピッチ、個数に応じて熱可塑材料層をエッチングしてパターニングする。ここで、熱可塑材料層にフォトレジストを用いるとエッチング工程が省略できる。また、ここで同時にアライメントマーカー用構造のパターンも形成することができる。また、熱可塑材料層のパターニングをライン状に行なえばレンチキュラーレンズ用の金型も形成することもできる。その他にも、基板上に熱可塑材料の小滴を所望のパターンに従って滴下する方法でもよい。
【0029】
パターニングされた熱可塑材料層に対して熱変形温度以上のリフロー工程を実行することによって、点在化等された熱可塑材料層は、その熱変形性及び表面張力により略球面形状ないし円筒面形状に変形する。ここで、基板の表面エネルギー(撥水処理によりこれは小さくなり、熱可塑材料はより強く弾かれることになる)及び熱可塑材料層の厚みを制御していれば、自在に熱可塑材料の形状及び曲率を制御することができる。この状態においては、隣接する熱可塑材料のマイクロ構造体同士の間には平面部が存在する。
【0030】
次に、それらの上に連続膜4を設ける。連続膜4は基板表面及び球面突起表面上にほぼ均一な膜厚で形成されている。このような連続膜を形成する方法としては、電気メッキ、無電解メッキなどのメッキ法、化学堆積法(CVD法)、電着(電着液には、電着性有機化合物(アニオン型電着のアクリル系酸樹脂、カチオン型電着のエポキシ系樹脂等)の電着液がある)、真空蒸着法などを用いることができる。連続膜4は、球面突起同士の間の平面部が無くなるまで球面突起及び基板上に形成する。これによって、パターニングによって形成された隣接する球面突起同士の間の平面部は無くなる。これをマイクロレンズアレイ用金型として用いれば、光利用効率の高いマイクロレンズアレイが得られる。
【0031】
連続膜のメッキ層の形成方法として電気メッキを用いる場合、球面突起及び基板上に電極層を形成する必要があるが、無電解メッキを用いる場合はその必要がない。メッキにおいてはメッキ時間、メッキ温度を制御して曲面形状を容易に制御することが可能である。主なメッキの金属としては、単金属では、Ni,Au,Pt,Cr,Cu,Ag,Zn等、合金では、Cu-Zn,Sn-Co,Ni-Fe,Zn-Ni等がある。メッキが可能な材料であれば、いずれの材料でも用いられる。
【0032】
球面突起のプロフィールの曲率を精確に維持したいのならば、連続膜の形成方法としては、より等方的な層成長がなされる無電解メッキ、化学堆積法などが好ましい。ここでも、連続膜の厚みを制御することによって、自在にマイクロ構造体の形状及び曲率を制御することができる。
【0033】
図1に示すように、前記球面突起の半径をl、球面突起3と基板2との接触角をθとし、球面突起3の中心の基板2からの高さhを以下のように定義するときに
h=−lcosθ、
球面突起ピッチdに対し
d/2≦l+h
を満たし、且つ、連続膜4の厚みをtとしたとき
h≦t
を満たしてレンズ曲率半径rに対して
r=l+t≧d/2
が成り立つ様に制御すると、曲率の大きなマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型1を得ることができ、さらに隣接するレンズ間における光の未利用領域は確実に無くなる。
【0034】
球面突起3と基板2との接触角θが90度より大きいため、隣接する球面突起同士の距離が最も近い点はちょうど球面突起の最大直径の位置であり、さらに
d/2≦l+h
の関係を満たすため、隣接する球面同士3が繋がり球面同士間の平面部が無くなる厚さまで連続膜4が設けられていれば、球面突起3の最大直径の位置で隣接する球面同士が繋がって
r=l+t≧d/2
になる。こうして、曲率の大きなマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型1になる。
【0035】
またここで、連続膜4の厚みtが
d/2=l+t
であれば、レンズ曲率半径rと球面突起ピッチdとの関係が
r=d/2
となり、丁度半球形状を有するマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型が実現されることになる。
【0036】
上記の条件は、連続層4の厚さtを球面突起3の高さh程度の大きさにすれば、丁度球面突起3同士が最も接近している所あたりで連続層4が繋がり、連続層4の厚さtを大きくしていくに従って連続層4が基板2から次第に上の方の所で繋がる様になるための条件である。
【0037】
上記した様に、上記作製方法においては、例えば、半導体フォトリソグラフィーを用いて熱可塑性材料層を所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて所望の形状でパターニング後、これらを加熱し熱可塑性材料層の熱変形性及び表面張力を制御することによって球面突起3を形成して球面突起3と基板2との接触角θを90度より大きくし、そして無電解メッキやCVDなどによって等方的な成長をする成膜法にて連続膜4を形成するという簡単な方法にて、マイクロ構造体アレイを作製できる。こうして、面内分布の小さく均一な大きさの球面マイクロ構造体アレイを有するマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型1を得ることができる。
【0038】
また、凹型マイクロレンズアレイ用金型は、上記マイクロレンズアレイ用金型マスター(原版)に金型材料を形成した後、金型を剥離することで得られる(各部の材料によっては、上記の構造をそのままマイクロレンズアレイなどのマイクロ構造体アレイとして用いることもできる)。マイクロレンズアレイ用金型は、上記した原版から直接形成できるために、高価な設備を必要とせず、低コストで作製できる。剥離の方法としては、機械的に原版と基板を剥離すればよい。しかしながら、大判化すると剥離時に変形する場合がある為、基板2、球面突起3、連続膜4を順次裏面よりエッチング除去する方法を取ってもよい。
【0039】
連続膜4上に犠牲層を設けた後に金型を形成する場合には、犠牲層を除去することにより金型と基板を剥離することが可能である。この場合、犠牲層をエッチングするエッチャントにより金型が腐蝕されないような犠牲層の材料を選ぶ。犠牲層をエッチングするエッチャントにより連続膜4及び基板2も腐蝕されない場合、連続膜4を形成した基板を原版として、複数回使用することが可能である。原版が複数回の使用により傷、汚れ等により使用できなくなった場合には、同様の方法により金型マスターを作製すればよい。
【0040】
マイクロレンズ用金型の材料としては、連続膜4を形成した基板2上に形成でき且つ剥離できるものであれば、樹脂、金属、絶縁体等の何れの材料も用いることができる。簡略な金型の形成方法としては、樹脂や金属、ガラスの溶融または溶解した溶液を連続膜4が形成された基板2上に塗布して、これが硬化した後に、上述した剥離の方法により剥離し形成する。この場合、金型材料としては、基板や連続膜が合金化しない材料を選択する。他の方法としては、基板を陰極として連続膜4上に電極層を形成し、金型を電気メッキして形成する。犠牲層を用いるのであれば、犠牲層上に金型用電極層を形成し該金型用電極層を陰極として電気メッキを行う。
【0041】
さらに、上記マイクロレンズアレイ用金型上にマイクロレンズとなる材料を形成した後、これを剥離することにより、マイクロレンズアレイを形成することができる。これにより、これにより、低コストで且つ容易に、曲率半径rと球面突起ピッチdとの関係が
r≧d/2
で光未使用領域の無いマイクロレンズアレイを作製することが可能となる。
【0042】
マイクロレンズの材料としては、マイクロレンズ用金型との剥離性が容易な材料が用いられる。マイクロレンズ材料として樹脂を用いる場合は、光透過性の熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂等をマイクロレンズアレイ用金型上に塗布した後、紫外光照射、電子線照射等により硬化させる。硬化時には、気泡が形成されないようにする。樹脂を塗布する場合には、脱気を行うと良い。
【0043】
硬化後に、樹脂は金型から剥離されマイクロレンズアレイが形成される。マイクロレンズアレイとなる樹脂としては、マイクロレンズを用いる受光または発光装置が利用する光の波長領域で光透過可能な材料を用いる。上記方法でマイクロレンズを作製する場合には、アルカリガラスが必須とはならず、イオン交換法と比べて、マイクロレンズ、支持基板の材料の制限を少なくできる。樹脂の代わりに溶融したガラスを使用すれば、ガラスのマイクロレンズアレイを作製できる。
【0044】
勿論、本発明の金型は、適用可能であれば、マイクロレンズアレイに限らず、どのような構造を作製するのにも使用し得る。
【0045】
【発明の実施の態様】
以下に、図面を参照しつつ発明の実施の態様ないし実施例を詳細に説明する。
【0046】
(第1実施例)
図2(a)及び(b)は本発明の第1実施例を示す上面図及び断面図である。
【0047】
図2(a)及び(b)において、2インチφのシリコン基板2上に1024×768個の球面突起3が18μmのピッチで形成されており、シリコン基板2上から球面突起3上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜4として形成されている。
【0048】
本実施例では、球面突起3の半径lは8.5μm、球面突起中心の基板2からの高さhは4.2μm、球面突起3と基板2との接触角θは120度である。また、対角方向の球面突起ピッチdは25.4μmであり、連続膜4の厚さtは4.2μmである。
【0049】
従って、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径r(=l+t)と対角方向の球面突起ピッチdとの関係は
r=d/2=12.7μm(=l+h)
であり、連続層4の面は丁度半球形状を有している。
【0050】
続いて、上記構造をマスターとしてマイクロレンズアレイ用金型を作製する方法を説明する。この上に電鋳用離型剤を塗布し、この基板を陰極とし、スルファミン酸ニッケルと臭化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるNiメッキ浴を用いて、浴温50℃、陰極電流密度5A/dm2でNi電気メッキを行なって電鋳層を形成する。その後、基板から金型を離型してマイクロレンズアレイ用金型を形成する。
【0051】
このマイクロレンズアレイ用金型を用いてマイクロレンズアレイは次のように作製される。マイクロレンズアレイ用金型に紫外線硬化樹脂を塗布後、支持基板となるガラス基板をその上に載せる。紫外線照射により該樹脂を硬化させた後に剥離することにより、1024×768個の凸型マイクロレンズアレイが作製できる。ここで得られた凸型マイクロレンズアレイは、隣接するレンズ球面間の平面部が無いため光の未利用領域が無い。また、ここで得られたマイクロレンズアレイは、レンズ曲率半径rと対角方向のレンズピッチdとの関係が
r=d/2=12.7μm
であり、丁度半球形状を有していた。
【0052】
(第2実施例)
図2(a)及び(b)は本発明の第2実施例を示す上面図及び断面図でもある。
【0053】
図2(a)及び(b)において、2インチφのシリコン基板2上に1024×768個の球面突起3が18μmのピッチで形成されており、シリコン基板2上から球面突起3上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜4として形成されている。
【0054】
本実施例では、球面突起3の半径lは6.8μm、球面突起中心の基板2からの高さhは5.9μm、球面突起3と基板2との接触角θは150度である。また、対角方向のレンズピッチdは25.4μmであり、連続膜4の厚さtは5.9μmである。
【0055】
従って、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径r(=l+t)と対角方向の球面突起ピッチdとの関係は
r=d/2=12.7μm(=l+h)
であり、丁度半球形状を有している。
【0056】
本実施例でも、第1実施例と同様に、マイクロレンズアレイ用金型を形成でき、そして1024×768個の凸型マイクロレンズアレイを作製できる。ここで得られた凸型マイクロレンズアレイも、隣接するレンズ球面間に平面部が無いため光の未利用領域が無い。また、ここで得られたマイクロレンズアレイもレンズ曲率半径rと対角方向のレンズピッチdとの関係が
r=d/2=12.7μm
であり、第1実施例と同じマイクロレンズアレイを得ることができた。
【0057】
(第3実施例)
図2(c)は本発明の第3実施例を示す断面図である。
【0058】
図2(c)において、2インチφのシリコン基板2上に1024×768個の球面突起3が18μmのピッチで形成されており、シリコン基板2上から球面突起3上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜4として形成されている。
【0059】
本実施例において、球面突起3の半径lは8.5μm、球面突起中心の基板2からの高さhは4.2μm、球面突起3と基板2との接触角θは120度である。また、対角方向のレンズピッチdは25.4μmであり、連続膜4の厚さtは5μmである。
【0060】
従って、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径r(=l+t)は
r=13.5μm(>d/2=l+h=12.7μm)
である。第1、第2の実施例に比べて、ここでは、連続層4が高さlのレベルより若干上のところで繋がっていて(図2(c)参照)、曲率半径rが若干大きくなっている。
【0061】
本実施例でも、第1実施例と同様に、マイクロレンズアレイ用金型を形成でき、そして1024×768個の凸型マイクロレンズアレイを作製できる。ここで得られた凸型マイクロレンズアレイも、隣接するレンズ球面間に平面部が無いため光の未利用領域が無かった。また、ここで得られたマイクロレンズアレイはレンズ曲率半径rが
r=13.5μm
であった。
【0062】
(第4実施例)
本実施例でも、2インチφのシリコン基板2上に1024×768個の球面突起3が18μmのピッチで形成されており、シリコン基板上から球面突起上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜4として形成されている。
【0063】
球面突起3の半径lは8.5μm、球面突起中心の基板2からの高さhは4.2μm、球面突起3と基板2との接触角θは120度である。また、対角方向のレンズピッチdは25.4μmであり、連続膜4の厚さtは4.2μmである。
【0064】
よって、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径r(=l+t)と対角方向の球面突起ピッチdとの関係は
r=d/2=12.7μm(=l+h)
であり、丁度半球形状を有している。また、これらの球面とは別の位置の同一面内にアライメントマーカー用構造が形成されている。
【0065】
本実施例でも、第1実施例と同様に、マイクロレンズアレイ用金型を形成でき、そして1024×768個の凸型マイクロレンズアレイを作製できる。ここで得られた凸型マイクロレンズアレイも、隣接するレンズ球面間の平面部が無いため光の未利用領域が無い。また、ここで得られたマイクロレンズアレイは曲率半径rと対角方向のレンズピッチdとの関係が
r=d/2=12.7μm
であり、丁度半球形状を有している。さらに、同一面内にアライメントマーカー5が形成されている(図3)。図3では4隅にアライメントマーカー5がある。
【0066】
これを用いて、TFT液晶基板に形成されたアライメントマーカーに凸型マイクロレンズアレイのマーカー5を合わせ貼り付けることにより、各画素に対応した位置に各マイクロレンズを配置することができた。これらを駆動回路に繋いで液晶プロジェクターとして駆動させたところ、入射光はマイクロレンズによって集光され明るい表示画像を得ることができた。
【0067】
(第5実施例)
本実施例では、5インチφのシリコン基板2上に、1024×768個の球面突起3が18μmのピッチで形成されており、シリコン基板上から球面突起上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜4として形成されたものが同一面内に8個所1.8mm間隔で設けられている。さらに、貼り合わせ等の位置合わせに用いるマーカー用構造として、前記1024×768個領域以外の任意の位置にもアライメントマーカー用のパターン5が形成されている(図4)。図4では、各1024×768個領域の4隅にアライメントマーカー用構造5が形成されている。
【0068】
本実施例では、球面突起3の半径lは9.5μm、球面突起中心の基板2からの高さhは3.2μm、球面突起3と基板2との接触角θは110度である。また、対角方向のレンズピッチdは25.4μmであり、連続膜4の厚さtは3.2μmである。
【0069】
よって、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径r(=l+t)と対角方向の球面突起ピッチdとの関係は
r=d/2=12.7μm(=l+h)
であり、丁度半球形状を有している。
【0070】
本実施例でも、第1実施例と同様に、マイクロレンズアレイ用金型を形成でき、アライメントマーカー5と1024×768個のパターンを同一面内に8個所有するマイクロレンズアレイ用金型が得られる。
【0071】
このマイクロレンズアレイ用金型を用いて、これに紫外線硬化樹脂を塗布後、支持基板となるガラス基板をその上に載せる。紫外線照射により該樹脂を硬化させた後に剥離して切り取ることにより、一枚の金型から8個の凸型マイクロレンズアレイが作製できた。このマイクロレンズアレイも、隣接するレンズ球面間の平面部が無いため光の未利用領域が無かった。ここで得られたマイクロレンズアレイは、レンズ曲率半径rと対角方向のレンズピッチdとの関係が
r=d/2=12.7μm
であり、丁度半球形状を有しており、さらに同一面内にアライメントマーカーが形成されていた。
【0072】
(第6実施例)
第6実施例では、24mm×38mm角の石英基板上にポリアミック酸をスピンコートで厚さ12μm塗布し、ベーキングを行なうことによりポリイミド層を形成する。つづいて電子ビーム蒸着法にてアルミニウムを成膜する。その上にフォトレジストを塗布し、半導体フォトリソグラフィーを用いて円形アルミニウムパターンを、隣接するパターンとの間隔を18μmで1064×808個形成する。
【0073】
次に、反応性イオンエッチングにより円形アルミニウムパターンをマスクとしてポリイミド層をエッチングし、隣接するパターンとの間隔を18μmで1064×808個の円筒状のポリイミドパターンを形成する。
【0074】
次に、その基板を450℃で15分間ベーキングすることによってポリイミド層をリフローさせ、球面突起を形成する。この時、樹脂球面と基板との接触角は120度で、球面突起の半径lは8.5μm、球面突起中心の基板からの高さhは4.2μmである。また、対角方向の球面突起ピッチdは25.4μmである。接触角の制御は、ポリイミド層の厚さ、基板の表面エネルギー等を制御することで行われる。基板の表面エネルギーの制御は、フッ素を有する官能基を持つシランカップリング剤などで基板を表面処理して撥水面とする等の方法で行われ得る
【0075】
次に、連続膜として350℃にて常圧CVD法によってPSG(Phosphosilicate glass)層を形成する。PSG層は基板及び樹脂表面上に等方的に形成されていき、隣接する球面同士の間の平面部が無くなるまで行なうため、連続膜の厚さtは4.2μmである。また、この場合、CVD層(PSG連続膜)は等方的な積層をしたためリフロー後形成された樹脂の曲率を保持しており、曲率半径は15μmである。
【0076】
ここで得られた構造はそのままマイクロレンズアレイとして用い得る。このマイクロレンズの曲率半径rと対角方向の球面突起ピッチdとの関係は
r=d/2=12.7μm
であり、丁度半球形状を有していた。これによって、曲率半径が12.7μmで光の未利用領域の無いマイクロレンズアレイが得られた。
【0077】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、隣接するレンズなどのマイクロ構造体間の未使用領域を小さくでき、レンズなどのマイクロ構造体の曲率を大きくできるマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型などのマイクロ構造体アレイ、及びその作製方法を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型を示す断面図である。
【図2】本発明の第1実施例及び第3実施例によるマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型の上面図及び断面図である。
【図3】本発明の第4実施例によるマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型の上面図である。
【図4】本発明の第5実施例によるマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型の上面図である。
【符号の説明】
1 マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型
2 基板
3 球面突起
4 連続膜
5 アライメントマーカー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mold for producing a micro structure array such as a micro lens array used in the field of optoelectronics or the like (in this specification, a mold is referred to as a mold unless otherwise specified). And a micro structure array such as a microlens array, and the like.
[0002]
[Prior art]
A microlens array is composed of a plurality of small, substantially hemispherical lenses having a diameter of several μm to several hundreds of μm, and is used for various applications such as liquid crystal display devices, light receiving devices, and fiber-to-fiber connections in an optical communication system. It has become like this.
[0003]
On the other hand, the development of surface emitting lasers and the like that can narrow the interval between the light emitting elements and can be easily arrayed has progressed, and the demand for microlenses that can narrow the interval between lens arrays and have a large numerical aperture (NA) is increasing.
[0004]
Similarly, in the light receiving element, with the development of the semiconductor process technology, the element interval is narrowed, and the light receiving element is increasingly miniaturized as seen in a CCD or the like. As a result, here again, a microlens array having a small lens interval and a large numerical aperture is required. In such a microlens, there is a demand for a microlens having a high condensing rate with high utilization efficiency of light incident on the lens surface.
[0005]
Further, there are similar demands in the field of optical information processing, which is expected in the future, such as optical parallel processing / calculation and optical interconnection.
[0006]
In addition, research and development of self-luminous display devices such as electroluminescence (EL) have been extensively conducted, and high-definition and high-luminance displays have been proposed. In such a display, there is a demand for a low-cost and large-area microlens array in addition to a microlens array having a small size and a large numerical aperture.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Under the circumstances described above, conventionally, ion exchange method (M. Oikawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 20 (1) L51-54, 1981) is used on a substrate made of multicomponent glass. A method of manufacturing a microlens array in which a plurality of lenses are formed by increasing the refractive index at a plurality of locations is known. However, with this method, it is difficult to design a lens having a large numerical aperture because the aperture diameter of the lens cannot be made larger than the distance between the lenses.
[0008]
Moreover, in order to produce a large-area microlens array, a large-scale manufacturing apparatus such as an ion diffusion apparatus is required, and there is a problem that manufacturing is not easy. In addition, it is necessary to perform an ion exchange process for each glass compared to molding using a mold. If manufacturing conditions of manufacturing equipment are not sufficiently managed, variations in lens quality, such as focal length, will be large between lots. There was a problem of becoming. Moreover, this method becomes expensive compared with the method using a metal mold | die.
[0009]
Furthermore, in the ion exchange method, alkali ions for ion exchange are essential in the glass substrate, and the compatibility of the substrate material is limited to alkali glass and the semiconductor-based device is premised on alkali ion free. Furthermore, since the thermal expansion coefficient of the glass substrate itself is significantly different from the thermal expansion coefficient of the substrate of the light receiving device or the light emitting device, misalignment due to mismatch of the thermal expansion coefficients occurs as the integration density of the elements increases. Originally, the ion exchange method on the glass surface is known to leave a compressive strain on the surface, which inevitably causes a trade-off problem between residual stress on the glass surface and warpage deformation, and the microlens array becomes large. Accordingly, it becomes difficult to bond and join the light receiving device and the substrate of the light emitting device.
[0010]
As another method, there is a method in which an original plate of a microlens array is manufactured, a lens material is applied to the original plate, and the applied lens material is peeled off. In producing a mold as an original plate, there are a method of drawing using an electron beam (Japanese Patent Laid-Open No. 1-261601) and a method of forming a part of a metal plate by etching (Japanese Patent Laid-Open No. 5-303099). . In these methods, microlenses can be duplicated by molding, and variations among lots are unlikely to occur, and can be manufactured at low cost. In addition, problems such as alignment errors and warping due to a difference in thermal expansion coefficient can be avoided as compared with the ion exchange method. However, in the method using an electron beam, an electron beam drawing apparatus is expensive and requires a large amount of capital investment, and the drawing area is limited. There are problems such as difficulty.
[0011]
In addition, the etching method uses isotropic etching mainly utilizing a chemical reaction, so that there is a problem that if the composition or crystal structure of the metal plate changes even slightly, it cannot be etched into a desired shape. In the etching method, if the desired shape is obtained, the etching is continued unless it is immediately washed with water. In the case of forming a microlens, there is a case where the desired shape is deviated due to etching that proceeds from the time when the desired shape is obtained to the time of washing with water.
[0012]
Another method is the registry flow method (D. Daly, et al., Proc. Microlens Arrays Teddington., P23-34, 1991). In this method, a resin formed on a substrate is patterned into a cylindrical shape using a photolithography process, heated and reflowed to produce a microlens array. By this method, lenses having various shapes can be manufactured at low cost. In addition, there are no problems such as thermal expansion coefficient and warpage as compared with the ion exchange method.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this registry flow method, when adjacent lenses are brought into contact with each other by reflow, a desired lens shape cannot be maintained due to surface tension. That is, it is difficult to increase the light collection rate by touching adjacent lenses to reduce the light unused area between the lenses.
[0014]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is as follows.
(1) The height of microstructures such as lenses can be made relatively large and the curvature can be increased,
(2) It can be manufactured relatively inexpensively,
(3) Easily eliminate unused areas between microstructures such as adjacent lenses,
An object of the present invention is to provide a micro structure array which is a mold for a micro structure array such as a micro lens array, a manufacturing method thereof, and the like.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The microstructure array of the present invention that achieves the above object is provided with a plurality of cylindrical or spherical curved projections discretely arranged on a substrate according to the desired arrangement of the microstructure arrays, and on the curved projections. In addition, a micro structure array having a continuous film with a substantially uniform film thickness, wherein the contact angle between the curved protrusion and the substrate (the angle formed by the contact surface with the curved protrusion at the place where the curved protrusion and the substrate are in contact with the substrate surface) The angle on the curved projection side) is larger than 90 degrees , and adjacent curved projections are connected at the position of the maximum diameter of the curved surface by the continuous film . Since the contact angle is greater than 90 degrees, the height of the microstructure can be made relatively large and the curvature can be increased. In addition, since a continuous film is formed over the substrate and the curved projection, the in-plane distribution of the size of the micro structure array can be reduced, and the cylindrical or spherical projection is firmly fixed to the substrate, thereby further strengthening the structure. become.
[0016]
In the above basic configuration, the following more specific modes are possible.
When the radius of the curved projection is l, the contact angle between the curved projection and the substrate is θ, and the height h from the substrate at the center of the curved projection is h = −l cos θ, l and h are the thickness t of the continuous film. And the following formula d / 2 ≦ l + h with respect to the arrangement pitch d of the curved projections
h ≦ t, r ≧ d / 2
Thus, the unused area between the microstructures can be surely eliminated.
[0017]
The curved protrusions may be formed by, for example, patterning a thermoplastic material layer on a substrate in a desired shape according to the arrangement of the desired microstructure array, and deforming the patterned thermoplastic material layer by heat treatment in a discrete state. Can be formed.
[0018]
The continuous film may be a plating or electrodeposition layer such as an electroplating layer or an electroless plating layer, or may be formed by chemical deposition (CVD) or vacuum deposition. The continuous film is made of an inorganic material such as nickel or an organic material such as PSG.
[0019]
The curved protrusions may all be formed in the same shape, or may be regularly arranged such that they are arranged at equal intervals in the left and right and up and down directions, or may be irregularly arranged. What is necessary is just to determine these suitably according to a use.
[0020]
Curved protrusions for the alignment marker structure may be formed also in the alignment marker region outside the arrangement region for the microstructure array.
[0021]
The substrate, the curved protrusions and the continuous film are transparent, and the micro structure array can be used as it is as a micro lens array.
[0022]
The micro structure array is typically a micro structure array mold such as a micro lens array mold.
[0023]
Further, the manufacturing method of the microstructure array of the present invention that achieves the above object is as follows: (1) A plurality of cylindrical surfaces or spherical curved surfaces that are discretely arranged on the substrate according to the arrangement of the desired microstructure array. The protrusion has a contact angle between the curved protrusion and the substrate (the angle formed between the contact surface with the curved protrusion and the substrate surface where the curved protrusion and the substrate are in contact, and the angle on the curved protrusion side) is greater than 90 degrees. And (2) forming a continuous film having a substantially uniform film thickness so that adjacent curved projections are connected to each other at the position of the maximum diameter of the curved surface on the curved projection and the substrate. .
[0024]
Furthermore, the imaging device or display device of the present invention that achieves the above object is provided with each light receiving unit or each of the microlens array or the microlens array manufactured by using the manufacturing method described above at a position corresponding to each lens. Each pixel opening portion surrounded by a light shielding layer is provided.
[0025]
The above are the basic and more specific components of the present invention, the details and operation of which will be further described below along the typical example of FIG.
[0026]
A typical example of a method for producing a mold for a microstructure array, which is typically a microlens array, is shown. Here, the term “microlens” or “microlens array” refers to a microstructure. Of course, what is described here can also be applied to other methods for manufacturing a mold for a microstructure array.
[0027]
As the substrate material of the present invention, glass, quartz, ceramics, resin, metal, crystal material and the like can be used. Next, a spherical or cylindrical projection 3 (represented by a spherical projection here) is provided on the
[0028]
As a method for forming the spherical protrusions 3, a thermoplastic material layer is formed on a substrate, and the thermoplastic material layer is etched and patterned according to a desired lens pitch and number by, for example, semiconductor photolithography and etching. Here, if a photoresist is used for the thermoplastic material layer, the etching step can be omitted. At the same time, a pattern of an alignment marker structure can be formed. Further, if the patterning of the thermoplastic material layer is performed in a line shape, a mold for a lenticular lens can be formed. In addition, a method of dropping small droplets of thermoplastic material on a substrate according to a desired pattern may be used.
[0029]
By performing a reflow process at a temperature equal to or higher than the thermal deformation temperature on the patterned thermoplastic material layer, the thermoplastic material layer that is scattered is formed into a substantially spherical shape or a cylindrical surface shape due to its thermal deformability and surface tension. Transforms into Here, if the surface energy of the substrate (which is reduced by the water repellent treatment, the thermoplastic material is repelled more strongly) and the thickness of the thermoplastic material layer are controlled, the shape of the thermoplastic material can be freely adjusted. And the curvature can be controlled. In this state, a plane portion exists between the adjacent microstructures of the thermoplastic material.
[0030]
Next, the continuous film 4 is provided on them. The continuous film 4 is formed with a substantially uniform film thickness on the substrate surface and the spherical projection surface. Methods for forming such a continuous film include plating methods such as electroplating and electroless plating, chemical deposition methods (CVD methods), electrodeposition (the electrodeposition liquid contains an electrodepositable organic compound (anion type electrodeposition). An acrylic acid resin, a cationic electrodeposition epoxy resin, etc.), a vacuum deposition method, or the like. The continuous film 4 is formed on the spherical protrusion and the substrate until there is no plane portion between the spherical protrusions. As a result, there is no plane portion between adjacent spherical protrusions formed by patterning. If this is used as a mold for a microlens array, a microlens array with high light utilization efficiency can be obtained.
[0031]
When electroplating is used as a method for forming a continuous film plating layer, it is necessary to form an electrode layer on the spherical protrusion and the substrate, but this is not necessary when electroless plating is used. In plating, the curved surface shape can be easily controlled by controlling the plating time and the plating temperature. The main plating metals include Ni, Au, Pt, Cr, Cu, Ag, Zn, etc. for single metals, and Cu—Zn, Sn—Co, Ni—Fe, Zn—Ni, etc. for alloys. Any material that can be plated can be used.
[0032]
If it is desired to accurately maintain the curvature of the profile of the spherical protrusion, electroless plating, chemical deposition, or the like that allows more isotropic layer growth is preferable as the method for forming the continuous film. Again, the shape and curvature of the microstructure can be freely controlled by controlling the thickness of the continuous film.
[0033]
As shown in FIG. 1, when the radius of the spherical protrusion is l, the contact angle between the spherical protrusion 3 and the
D / 2 ≦ l + h with respect to spherical projection pitch d
And when the thickness of the continuous film 4 is t, h ≦ t
And r = 1 + t ≧ d / 2 with respect to the radius of curvature r of the lens
If the control is performed so as to hold, a microlens array and a microlens array mold 1 having a large curvature can be obtained, and an unused area of light between adjacent lenses is surely eliminated.
[0034]
Since the contact angle θ between the spherical protrusion 3 and the
If the continuous film 4 is provided to such a thickness that the adjacent spherical surfaces 3 are connected to each other and there is no plane portion between the spherical surfaces, the adjacent spherical surfaces are connected at the position of the maximum diameter of the spherical protrusion 3. = L + t ≧ d / 2
become. Thus, the microlens array and the microlens array mold 1 having a large curvature are obtained.
[0035]
Here, the thickness t of the continuous film 4 is d / 2 = l + t.
If so, the relationship between the lens curvature radius r and the spherical protrusion pitch d is r = d / 2.
Thus, a microlens array and a microlens array mold having exactly a hemispherical shape are realized.
[0036]
The above condition is that if the thickness t of the continuous layer 4 is set to a size of about the height h of the spherical protrusion 3, the continuous layer 4 is connected at the place where the spherical protrusions 3 are closest to each other. This is a condition for the continuous layer 4 to be gradually connected to the upper part from the
[0037]
As described above, in the above manufacturing method, for example, after patterning a thermoplastic material layer in a desired shape according to the arrangement of a desired microstructure array using semiconductor photolithography, these are heated and the thermoplastic material layer is heated. The spherical protrusion 3 is formed by controlling the thermal deformability and surface tension of the substrate so that the contact angle θ between the spherical protrusion 3 and the
[0038]
A concave microlens array mold can be obtained by forming a mold material on the microlens array mold master (original) and then peeling the mold (depending on the material of each part, the structure described above). Can also be used as a micro structure array such as a micro lens array). Since the microlens array mold can be formed directly from the above-mentioned original plate, it does not require expensive equipment and can be manufactured at low cost. As a peeling method, the original and the substrate may be mechanically peeled off. However, since it may be deformed at the time of peeling when it is enlarged, the
[0039]
When the mold is formed after providing the sacrificial layer on the continuous film 4, the mold and the substrate can be separated by removing the sacrificial layer. In this case, a material for the sacrificial layer is selected so that the mold is not corroded by the etchant for etching the sacrificial layer. When the continuous film 4 and the
[0040]
As a material for the mold for the microlens, any material such as a resin, a metal, and an insulator can be used as long as it can be formed on the
[0041]
Furthermore, a microlens array can be formed by forming a material to be a microlens on the microlens array mold and then peeling it off. Thereby, the relationship between the radius of curvature r and the spherical protrusion pitch d is r ≧ d / 2 at low cost and easily.
Thus, a microlens array having no light unused area can be produced.
[0042]
As the material of the microlens, a material that is easily peelable from the microlens mold is used. When resin is used as the microlens material, light transmissive thermosetting resin, UV curable resin, electron beam curable resin, etc. are applied on the mold for microlens array and then cured by UV light irradiation, electron beam irradiation, etc. Let During curing, no bubbles are formed. When applying the resin, it is preferable to deaerate.
[0043]
After curing, the resin is peeled from the mold to form a microlens array. As the resin for forming the microlens array, a material capable of transmitting light in the wavelength region of light used by the light receiving or light emitting device using the microlens is used. In the case of producing a microlens by the above method, alkali glass is not essential, and the restrictions on the materials of the microlens and the support substrate can be reduced as compared with the ion exchange method. If molten glass is used instead of resin, a glass microlens array can be produced.
[0044]
Of course, the mold of the present invention can be used for manufacturing any structure, not limited to the microlens array, if applicable.
[0045]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments and examples of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[0046]
(First Example)
FIGS. 2A and 2B are a top view and a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention.
[0047]
2 (a) and 2 (b), 1024 × 768 spherical protrusions 3 are formed at a pitch of 18 μm on a 2-inch
[0048]
In this embodiment, the radius 1 of the spherical protrusion 3 is 8.5 μm, the height h of the spherical protrusion from the
[0049]
Therefore, the relationship between the radius of curvature r (= l + t) of this microlens array mold and the spherical protrusion pitch d in the diagonal direction is r = d / 2 = 12.7 μm (= 1 + h).
And the surface of the continuous layer 4 has exactly a hemispherical shape.
[0050]
Next, a method for producing a microlens array mold using the above structure as a master will be described. A mold release agent for electroforming was coated thereon, this substrate was used as a cathode, a Ni plating bath composed of nickel sulfamate, nickel bromide, boric acid and a brightener was used. The bath temperature was 50 ° C., the cathode current density was 5 A / Ni electroplating is performed at dm 2 to form an electroformed layer. Thereafter, the mold is released from the substrate to form a microlens array mold.
[0051]
Using this microlens array mold, the microlens array is manufactured as follows. After the ultraviolet curable resin is applied to the microlens array mold, a glass substrate serving as a support substrate is placed thereon. 1024 × 768 convex microlens arrays can be produced by peeling after curing the resin by ultraviolet irradiation. The convex microlens array obtained here has no unused area of light because there is no plane part between adjacent lens spherical surfaces. Also, in the microlens array obtained here, the relationship between the lens curvature radius r and the diagonal lens pitch d is r = d / 2 = 12.7 μm.
And had exactly a hemispherical shape.
[0052]
(Second embodiment)
FIGS. 2A and 2B are a top view and a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.
[0053]
2A and 2B, 1024 × 768 spherical protrusions 3 are formed on a 2-inch
[0054]
In this embodiment, the radius 1 of the spherical protrusion 3 is 6.8 μm, the height h of the spherical protrusion from the
[0055]
Therefore, the relationship between the radius of curvature r (= l + t) of this microlens array mold and the spherical protrusion pitch d in the diagonal direction is r = d / 2 = 12.7 μm (= 1 + h).
And has exactly a hemispherical shape.
[0056]
Also in this embodiment, as in the first embodiment, a microlens array mold can be formed, and 1024 × 768 convex microlens arrays can be manufactured. The convex microlens array obtained here also has no unused area of light because there is no planar portion between adjacent lens spherical surfaces. Also, in the microlens array obtained here, the relationship between the lens curvature radius r and the diagonal lens pitch d is r = d / 2 = 12.7 μm.
Thus, the same microlens array as in the first example could be obtained.
[0057]
(Third embodiment)
FIG. 2C is a cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention.
[0058]
In FIG. 2 (c), 1024 × 768 spherical protrusions 3 are formed at a pitch of 18 μm on a 2-inch
[0059]
In this embodiment, the radius 1 of the spherical protrusion 3 is 8.5 μm, the height h of the spherical protrusion from the
[0060]
Accordingly, the radius of curvature r (= l + t) of the microlens array mold is r = 13.5 μm (> d / 2 = 1 / l = 12.7 μm).
It is. Compared to the first and second embodiments, here, the continuous layer 4 is connected slightly above the level of height l (see FIG. 2C), and the radius of curvature r is slightly larger. .
[0061]
Also in this embodiment, as in the first embodiment, a microlens array mold can be formed, and 1024 × 768 convex microlens arrays can be manufactured. The convex microlens array obtained here also has no unused area of light because there is no planar portion between adjacent lens spherical surfaces. The microlens array obtained here has a lens radius of curvature r = 13.5 μm.
Met.
[0062]
(Fourth embodiment)
Also in this embodiment, 1024 × 768 spherical protrusions 3 are formed on a 2-inch
[0063]
The radius 1 of the spherical protrusion 3 is 8.5 μm, the height h from the center of the spherical protrusion from the
[0064]
Therefore, the relationship between the radius of curvature r (= l + t) of this microlens array mold and the spherical protrusion pitch d in the diagonal direction is r = d / 2 = 12.7 μm (= l + h).
And has exactly a hemispherical shape. An alignment marker structure is formed in the same plane at a position different from these spherical surfaces.
[0065]
Also in this embodiment, as in the first embodiment, a microlens array mold can be formed, and 1024 × 768 convex microlens arrays can be manufactured. The convex microlens array obtained here also has no unused area of light because there is no plane part between adjacent lens spherical surfaces. In the microlens array obtained here, the relationship between the radius of curvature r and the lens pitch d in the diagonal direction is r = d / 2 = 12.7 μm.
And has exactly a hemispherical shape. Furthermore, the alignment marker 5 is formed in the same plane (FIG. 3). In FIG. 3, there are alignment markers 5 at the four corners.
[0066]
By using this, the microlens array 5 was aligned with the alignment marker formed on the TFT liquid crystal substrate, and each microlens could be placed at a position corresponding to each pixel. When these were connected to a drive circuit and driven as a liquid crystal projector, incident light was collected by a microlens and a bright display image could be obtained.
[0067]
(5th Example)
In this embodiment, 1024 × 768 spherical protrusions 3 are formed on a 5-inch
[0068]
In this embodiment, the radius 1 of the spherical protrusion 3 is 9.5 μm, the height h of the spherical protrusion from the
[0069]
Therefore, the relationship between the radius of curvature r (= l + t) of this microlens array mold and the spherical protrusion pitch d in the diagonal direction is r = d / 2 = 12.7 μm (= l + h).
And has exactly a hemispherical shape.
[0070]
Also in this embodiment, as in the first embodiment, a microlens array mold can be formed, and a microlens array mold having eight alignment markers 5 and 1024 × 768 patterns in the same plane is obtained. It is done.
[0071]
Using this microlens array mold, an ultraviolet curable resin is applied thereto, and then a glass substrate serving as a support substrate is placed thereon. Eight convex microlens arrays could be fabricated from a single mold by peeling and cutting the resin after curing with ultraviolet irradiation. This microlens array also has no unused area of light because there is no plane portion between adjacent lens spherical surfaces. In the microlens array obtained here, the relationship between the lens curvature radius r and the diagonal lens pitch d is r = d / 2 = 12.7 μm.
It has exactly a hemispherical shape, and an alignment marker is formed in the same plane.
[0072]
(Sixth embodiment)
In the sixth embodiment, a polyimide layer is formed by applying polyamic acid on a 24 mm × 38 mm square quartz substrate by spin coating to a thickness of 12 μm and baking. Subsequently, an aluminum film is formed by electron beam evaporation. A photoresist is applied thereon, and 1064 × 808 circular aluminum patterns are formed at 18 μm intervals between adjacent patterns using semiconductor photolithography.
[0073]
Next, the polyimide layer is etched by reactive ion etching using the circular aluminum pattern as a mask to form 1064 × 808 cylindrical polyimide patterns with an interval of 18 μm between adjacent patterns.
[0074]
Next, the substrate is baked at 450 ° C. for 15 minutes to reflow the polyimide layer and form spherical protrusions. At this time, the contact angle between the resin spherical surface and the substrate is 120 degrees, the radius l of the spherical protrusion is 8.5 μm, and the height h of the spherical protrusion from the substrate is 4.2 μm. The diagonal spherical projection pitch d is 25.4 μm. The contact angle is controlled by controlling the thickness of the polyimide layer, the surface energy of the substrate, and the like. The surface energy of the substrate can be controlled by a method such as surface treatment of the substrate with a silane coupling agent having a functional group having fluorine to form a water repellent surface.
Next, a PSG (Phosphosilicate glass) layer is formed as a continuous film at 350 ° C. by atmospheric pressure CVD. Since the PSG layer is formed isotropically on the substrate and the resin surface and is performed until there is no plane portion between adjacent spherical surfaces, the thickness t of the continuous film is 4.2 μm. In this case, since the CVD layer (PSG continuous film) is isotropically laminated, the curvature of the resin formed after the reflow is maintained, and the radius of curvature is 15 μm.
[0076]
The structure obtained here can be used as it is as a microlens array. The relationship between the radius of curvature r of this microlens and the spherical protrusion pitch d in the diagonal direction is r = d / 2 = 12.7 μm.
And had exactly a hemispherical shape. As a result, a microlens array having a radius of curvature of 12.7 μm and no unused light area was obtained.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an unused area between adjacent microstructures such as lenses can be reduced, and the curvature of the microstructure such as a lens can be increased. A microstructure array and a manufacturing method thereof could be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a microlens array and a microlens array mold according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are a top view and a sectional view of a microlens array and a mold for the microlens array according to the first and third embodiments of the present invention. FIGS.
FIG. 3 is a top view of a microlens array and a microlens array mold according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a top view of a microlens array and a microlens array mold according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro lens array, micro lens array metal mold | die 2 Substrate 3 Spherical protrusion 4 Continuous film 5 Alignment marker
Claims (35)
(1)基板上に所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて離散的に配された複数の円筒面または球面の曲面突起を、曲面突起と基板との接触角(曲面突起と基板が接する個所での曲面突起に対する接面と基板面とが成す角度であって曲面突起側の角度)が90度より大きくなる様に形成する工程、
(2)曲面突起と基板上に、隣接する曲面突起同士が曲面の最大直径の位置で繋がるように、ほぼ均一な膜厚の連続膜を形成する工程、
を有することを特徴とするマイクロ構造体アレイの作製方法。A method for producing a microstructure array comprising:
(1) A plurality of cylindrical or spherical curved projections that are discretely arranged on the substrate in accordance with the arrangement of the desired microstructure array, and the contact angle between the curved projection and the substrate (where the curved projection and the substrate contact each other) A step of forming an angle between a contact surface with respect to the curved protrusion and the substrate surface at an angle on the curved protrusion side, which is larger than 90 degrees,
(2) forming a continuous film having a substantially uniform film thickness on the curved projection and the substrate so that adjacent curved projections are connected at the position of the maximum diameter of the curved surface ;
A method for manufacturing a microstructure array, comprising:
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