JP2000231007A - Formation of array pattern with fine recesses and planar lens array, liquid crystal display device and planar oil trap produced by the forming method - Google Patents
Formation of array pattern with fine recesses and planar lens array, liquid crystal display device and planar oil trap produced by the forming methodInfo
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Landscapes
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- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、液晶表示素子用
マイクロレンズアレイや、そのマイクロレンズアレイを
用いた液晶表示素子、あるいは機械部品として使用され
潤滑性能を向上させるオイルトラップ等の製造に応用さ
れ、平面基板の基板面に1次元または2次元に配列した
略球形状または略多角形形状の複数の凹型微細形状のア
レイ状パターンを形成する凹型微細形状のアレイ状パタ
ーン形成方法、及びその形成方法を用いて製作される平
板型レンズアレイ及び液晶表示素子及び平板型オイルト
ラップに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to the production of a microlens array for a liquid crystal display element, a liquid crystal display element using the microlens array, or an oil trap used as a mechanical component to improve lubrication performance. A method of forming an array pattern of a plurality of concave microscopic shapes having a substantially spherical or polygonal shape arranged one-dimensionally or two-dimensionally on a substrate surface of a flat substrate, and a method of forming the same The present invention relates to a flat lens array, a liquid crystal display element, and a flat oil trap manufactured by using the method described above.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の液晶プロジェクターでは、コント
ラスト比、応答速度等の表示品質の優れているTFT(T
hin Film Transistor)−LCD(Liquid Crystal Debyc
e)が採用されている。然るに、TFT−LCDからなる
液晶表示素子では、TFT−LCD配線用のバスライン
(回路配線用のスペ−ス)を形成しなければならないた
め、精細度を高めるほど開口率(表示エリアに対する画
素開口部の面積の比率)が低下し、表示画面が暗くな
る。このため、大画面映像を鑑賞するためには部屋を暗
くしなければならない不便さがあった。2. Description of the Related Art In a conventional liquid crystal projector, a TFT (TFT) having excellent display quality such as a contrast ratio and a response speed is used.
hin Film Transistor)-LCD (Liquid Crystal Debyc)
e) is adopted. However, in a liquid crystal display element composed of a TFT-LCD, a bus line (space for circuit wiring) must be formed for the TFT-LCD wiring. Therefore, as the definition becomes higher, the aperture ratio (the pixel opening relative to the display area) increases. Area ratio), and the display screen becomes darker. For this reason, there is an inconvenience that the room must be darkened in order to appreciate a large-screen image.
【0003】これを解決する方法として、光源を明るく
する、高開口率の反射型液晶表示パネルを用いる等の提
案がなされているが、実用化されていない。唯一実用化
されているのは、光源の光の利用効率を高める方法とし
てTFT−LCDパネルの画素一つ一つに微細なレンズ
(マイクロレンズ)を対応して配置させ、照射光をバス
ラインの開口部(画素)領域に集光し、実効的に開口率
を向上させ、表示画素を明るくする方法である。マイク
ロレンズアレイを使わない場合、液晶パネルに入射する
光の大半が、ブラックマトリックスで遮られるが(ブラ
ックマトリックスは、液晶パネルの画素部以外に光が入
射し、TFTの誤動作などの原因となることを防ぐため
に設けた遮光膜である)、光の入射面側にマイクロレン
ズアレイを導入すれば、液晶パネルに入射する光を画素
部に集め、液晶パネルを透過する光の量を増やすことが
できる。As a method for solving this problem, proposals have been made to increase the brightness of the light source and to use a reflective liquid crystal display panel having a high aperture ratio, but they have not been put to practical use. The only method that has been put into practical use is to arrange a fine lens (microlens) corresponding to each pixel of a TFT-LCD panel to increase the light use efficiency of the light source, and to irradiate the light to the bus line. This is a method in which light is condensed on an opening (pixel) region to effectively improve the aperture ratio and brighten a display pixel. When a microlens array is not used, most of the light incident on the liquid crystal panel is blocked by the black matrix. If a microlens array is introduced on the light incident surface side, light incident on the liquid crystal panel can be collected in the pixel portion, and the amount of light transmitted through the liquid crystal panel can be increased. .
【0004】尚、上記液晶パネル用のマイクロレンズア
レイの製作方法としては、 イオン交換法による屈折率分布型レンズ製作方法(特
開昭57−53702号公報)、 溶液を用いた化学エッチング法による凹レンズ製作方
法(特開平5−45624号公報)、 ドライエッチング法による凸レンズ製作方法(特開平
1−219702号公報参照)等がある。Incidentally, as a method of manufacturing the above-described microlens array for a liquid crystal panel, there are a method of manufacturing a refractive index distribution type lens by an ion exchange method (JP-A-57-53702), a concave lens by a chemical etching method using a solution. There are a manufacturing method (JP-A-5-45624), a convex lens manufacturing method by a dry etching method (see JP-A-1-219702), and the like.
【0005】一方、凹型微細形状の形成方法として、半
導体プロセスではドライエッチング法を用いて基板上に
堆積した薄膜に溝構造を製作するプロセスが行われてい
るが、このプロセスは、基板上の薄膜を垂直に掘ること
により、電気的配線回路パターンを製作することを目的
としている。従って、基板自体へのエッチングによる微
細構造の製作ではなく、また、エッチング後の断面形状
を略球形状または略多角形形状にするものでもない。On the other hand, as a method of forming a concave fine shape, in a semiconductor process, a process of manufacturing a groove structure in a thin film deposited on a substrate by using a dry etching method is performed. The purpose of this is to make an electrical wiring circuit pattern by digging vertically. Therefore, the microstructure is not manufactured by etching the substrate itself, nor is the cross-sectional shape after the etching made into a substantially spherical shape or a substantially polygonal shape.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述したマイクロレン
ズの製作方法のうち、 イオン交換法により屈折率分布型レンズを製作した場
合、使用中にイオンの拡散が進行するために耐環境性に
劣り使用中に光学性能が劣化する、基板内でのバラツキ
が大きい、焦点距離等の設計の自由度がない、等の問題
がある。 溶液を用いた化学エッチング法による凹レンズ製作方
法では、化学エッチングの際に欠陥が生じる(断面形状
が楕円形状になる、エッチングの途中でマスクがガラス
基板から剥離する)こと、エッチングが不均一になり鏡
面エッチングが行えないこと、ガラス組成が限られるこ
と、という問題点がある。 ドライエッチング法による凸レンズ製作方法では、ガ
ラス材料と組み合う材料(接着剤等)との屈折率差が小
さい場合には焦点距離を短くできないという問題があ
る。Among the above-described microlens manufacturing methods, when a refractive index distribution type lens is manufactured by an ion exchange method, diffusion of ions proceeds during use, resulting in poor environmental resistance. However, there are problems such as deterioration of optical performance, large variation in the substrate, and lack of design freedom such as focal length. In the method of manufacturing a concave lens by chemical etching using a solution, defects occur during chemical etching (the cross-sectional shape becomes elliptical, the mask peels off from the glass substrate during the etching), and the etching becomes non-uniform There is a problem that mirror etching cannot be performed and the glass composition is limited. The method of manufacturing a convex lens by dry etching has a problem that the focal length cannot be shortened when the difference in refractive index between a glass material and a material (such as an adhesive) that is combined with the glass material is small.
【0007】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、従来技術における上述の欠点を解決しようとす
るものである。すなわち本発明は、マイクロレンズアレ
イの製作等に応用される新規な方式の凹型微細形状のア
レイ状パターン形成方法を提供することを目的としてい
る。そして本発明は、耐環境性に優れ、基板内でのバラ
ツキがなく、焦点距離等の設計の自由度が大きく、欠陥
の少ない、マイクロレンズアレイ用基板を製作できる凹
型微細形状のアレイ状パターン形成方法を提供すること
を目的としている。また本発明は、マスクとガラス基板
の密着性が良く、ガラス組成に制限なく、断面形状が均
一で、かつ形状制御性と再現性に優れた凹型微細形状の
アレイ状パターンを形成できる形成方法を提供すること
を目的としている。さらに本発明は、上記の凹型微細形
状のアレイ状パターン形成方法を用いてレンズ基板を製
作することにより、高NA両面レンズの製作を実現し、
従来のレンズ構成よりもさらに光の利用効率を向上させ
ることができる平板型レンズアレイを提供することを目
的としている。また本発明は、形状制御性と再現性に優
れるため、上記の凹型微細形状のアレイ状パターン形成
方法を用いてレンズ基板を製作することにより、設計自
由度が高く、レンズ形状や深さを変えることによって焦
点距離を制御でき、球面や非球面形状も任意に製作可能
で、鏡面も得ることができ、焦点距離も短くできる、平
板型レンズアレイを提供することを目的としている。そ
して本発明では、この平板型レンズアレイを用いて光利
用効率の改善された液晶表示素子を提供することを目的
としている。さらにまた本発明では、上記の凹型微細形
状のアレイ状パターン形成方法を用いて金属材料やセラ
ミックス材料の表面に、制御された配列、構造で凹形状
を製作することによって、機械部品の構造材料に求めら
れる耐摩耗性を改善するためのオイルトラップ構造を基
板表面に有し、潤滑剤の保持力が向上された平板型オイ
ルトラップを提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to solve the above-mentioned drawbacks in the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a novel method of forming an array pattern of a concave fine shape applied to the production of a microlens array or the like. In addition, the present invention provides an array-shaped pattern having a concave fine shape that is excellent in environmental resistance, has no variation in a substrate, has a large degree of design freedom such as a focal length, has few defects, and can manufacture a substrate for a microlens array. It is intended to provide a way. Further, the present invention provides a method for forming an array pattern of a concave fine shape having good adhesion between a mask and a glass substrate, a uniform cross-sectional shape, and excellent shape controllability and reproducibility, without any limitation on the glass composition. It is intended to provide. Further, the present invention realizes the production of a high NA double-sided lens by producing a lens substrate by using the above-described method of forming an array of concave fine shapes,
It is an object of the present invention to provide a flat lens array capable of further improving light use efficiency as compared with a conventional lens configuration. In addition, the present invention has a high degree of design freedom by changing the lens shape and depth by manufacturing a lens substrate by using the above-mentioned concave fine shape array pattern forming method because of excellent shape controllability and reproducibility. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a flat lens array in which the focal length can be controlled, a spherical surface or an aspherical surface can be arbitrarily manufactured, a mirror surface can be obtained, and the focal length can be shortened. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having improved light use efficiency by using the flat lens array. Furthermore, in the present invention, a concave shape is produced in a controlled arrangement and structure on the surface of a metal material or a ceramic material by using the above-described method for forming an array pattern of a concave fine shape, thereby forming a structural material for a mechanical component. An object of the present invention is to provide a flat-plate oil trap having an oil trap structure for improving required abrasion resistance on a substrate surface and having improved lubricant holding power.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、平面基板の基
板面に1次元または2次元に配列した略球形状または略
多角形形状の複数の凹型微細形状のアレイ状パターンを
形成する形成方法に関するものである。ここで、凹型微
細形状の「略球形状」とは、断面形状が球形状で球面を
切り出した形状や、楕円形状、非球面形状、シリンダー
形状、トロイダル形状等を意味する。但し、基板表面に
形成したパターン形状によって、これらの形状は異なっ
ている。また、「略多角形形状」とは、基板表面に形成
したパターン形状が多角形形状でこれを角錐状に加工し
た場合の出来上がりの形状である。According to the present invention, there is provided a method for forming a plurality of substantially spherical or substantially polygonal concave micropatterned array patterns arranged one-dimensionally or two-dimensionally on a substrate surface of a flat substrate. It is about. Here, the “substantially spherical shape” of the concave fine shape means a shape obtained by cutting a spherical surface having a spherical cross-sectional shape, an elliptical shape, an aspherical shape, a cylinder shape, a toroidal shape, and the like. However, these shapes differ depending on the pattern shape formed on the substrate surface. Further, the “substantially polygonal shape” is a completed shape when the pattern shape formed on the substrate surface is a polygonal shape and is processed into a pyramid shape.
【0009】前述の問題点を解決するために、本発明で
は、平面基板の表面に凹形状のアレイ状パターンを製作
するが、平面基板の材料としては、ガラス、石英、金
属、セラミックス、結晶性材料は勿論のこと、屈折率の
異なるガラス、石英、結晶性材料、プラスチック材料を
接合した材料を用いることができる。この平面基板材料
の表面に凹形状を製作する工程としては、(1)平面基
板の表面に耐エッチング性の保護層を形成する工程と、
(2)上記基板表面の保護層に所望のパターンを形成す
る工程と、(3)上記保護層付き平面基板の基板面をド
ライエッチング法によって等方的及び/または異方的に
エッチングし、上記平面基板の基板面に、断面が略半円
形状または略V溝形状の凹部を形成する第1ドライエッ
チング工程と、(4)上記第1ドライエッチング工程後
に上記平面基板表面の保護層を除去する工程と、(5)
上記保護層を除去した後に上記平面基板の基板面全面を
エッチングする第2エッチング工程と、から成り立って
いる(請求項1)。但し、(1)から(3)の工程で目
的の形状を製作できる場合には、(4),(5)の工程
を省くことができるのは言うまでもない。In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, a concave array pattern is formed on the surface of a flat substrate. The material of the flat substrate may be glass, quartz, metal, ceramics, crystalline material, or the like. As a matter of course, a material obtained by bonding glass, quartz, a crystalline material, and a plastic material having different refractive indexes can be used. The steps of forming the concave shape on the surface of the flat substrate material include: (1) forming an etching-resistant protective layer on the surface of the flat substrate;
(2) a step of forming a desired pattern on the protective layer on the substrate surface; and (3) isotropically and / or anisotropically etching the substrate surface of the planar substrate with the protective layer by a dry etching method. A first dry etching step of forming a recess having a substantially semicircular or substantially V-shaped cross section on the substrate surface of the flat substrate; and (4) removing the protective layer on the flat substrate surface after the first dry etching step. Process and (5)
A second etching step of etching the entire surface of the planar substrate after removing the protective layer (claim 1). However, when the target shape can be manufactured in the steps (1) to (3), it goes without saying that the steps (4) and (5) can be omitted.
【0010】ここで、上記の(1)平面基板の表面に耐
エッチング性の保護層を形成する工程では、保護層とし
て、(a)Cr,W,W−Si,W−Ti,Si,Ti
−Si,Ti,Mo,Cu,Fe,Al,Ni,Sn,
Pb等の金属、あるいはSiO2,TiO,Al2O3,
ITO等のセラミックスを薄膜材料として用いた、スパ
ッタリング法、真空蒸着法、CVD法、ECR成膜法等
のドライプロセス、または鍍金法等で薄膜を形成するこ
と、及び/または、(b)感光性高分子材料材料等の有
機物質で薄膜を形成すること、を特徴としている(請求
項2)。Here, in the (1) step of forming an etching-resistant protective layer on the surface of a flat substrate, (a) Cr, W, W-Si, W-Ti, Si, Ti
-Si, Ti, Mo, Cu, Fe, Al, Ni, Sn,
Metals such as Pb, or SiO 2 , TiO, Al 2 O 3 ,
Forming a thin film by a dry process such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, a CVD method, an ECR film forming method, or a plating method using a ceramic such as ITO as a thin film material, and / or (b) photosensitivity A thin film is formed from an organic substance such as a polymer material (claim 2).
【0011】上記(1)の工程で、平面基板材料の表面
に金属またはセラミックス材料による耐エッチング性の
保護層を形成した後、(2)上記基板表面の保護層に所
望のパターンを形成する工程では、(a)上記金属また
はセラミックス材料の保護層の上に感光性高分子材料を
塗布してパタ−ニングした後に、感光性高分子材料のパ
ターンをマスクとして、上記保護層をウエットエッチン
グまたはドライエッチングでパタ−ニングするパターン
形成方法(請求項3)、あるいは、(b)上記保護層と
して感光性高分子材料を形成した後、その感光性高分子
材料をパターニングして、このパターンをそのまま使用
するパターン形成方法(請求項4)、を用いて所望の微
細パターンを形成することができる。また、別のパター
ン形成方法として、(c)平面基板材料の表面に耐エッ
チング性の保護層を形成する工程と、上記基板表面の保
護層に所望のパターンを形成する工程とを同時に行い、
パターンを形成しようとする平面基板上に、スペーサを
介して所望のパターンを有するマスクを乗せ、そのマス
ク上方からパターンを構成する材料を真空成膜法によっ
て基板の表面上に開口穴を通して堆積させた後、スペー
サ及びマスクを取り除くことによって、開口穴の内径よ
りも大きく、膜厚分布を有する薄膜パターンを生成する
パターン形成方法(請求項5)、あるいは、(d)平面
基板材料の表面に耐エッチング性の保護層を形成する工
程と、上記基板表面の保護層に所望のパターンを形成す
る工程とを同時に行い、パターンを形成しようとする平
面基板上に、感光性高分子材料あるいは有機・無機材料
を含む塗料等をインク・ジェット法等を用いて、予めプ
ログラムされた信号にしたがって平面基板上に直接ある
いはマスクを介して一滴づつを塗布することによって保
護膜が塗布された部分と塗布されない部分にパタ−ニン
グするパターン形成方法(請求項6)、を用いて所望の
微細パターンを形成することができる。In the above step (1), after forming an etching-resistant protective layer of a metal or ceramic material on the surface of the planar substrate material, (2) forming a desired pattern on the protective layer on the substrate surface (A) After applying and patterning a photosensitive polymer material on the metal or ceramic material protective layer, wet etching or dry etching of the protective layer is performed using the pattern of the photosensitive polymer material as a mask. A pattern forming method of patterning by etching (claim 3), or (b) forming a photosensitive polymer material as the protective layer, patterning the photosensitive polymer material, and using this pattern as it is. A desired fine pattern can be formed by using the following pattern forming method (Claim 4). As another pattern formation method, (c) a step of forming an etching-resistant protective layer on the surface of a planar substrate material and a step of forming a desired pattern on the protective layer on the substrate surface are simultaneously performed,
A mask having a desired pattern was placed on a flat substrate on which a pattern was to be formed via a spacer, and a material constituting the pattern was deposited from above the mask through an opening hole on the surface of the substrate by a vacuum film forming method. Thereafter, the spacer and the mask are removed to form a thin film pattern having a film thickness distribution larger than the inner diameter of the opening hole, and (d) etching resistance is applied to the surface of the planar substrate material. The step of forming a protective layer having a conductive property and the step of forming a desired pattern on the protective layer on the surface of the substrate at the same time to form a photosensitive polymer material or an organic / inorganic material on a flat substrate on which a pattern is to be formed. Paint or the like directly on a flat substrate or through a mask according to a pre-programmed signal using the ink jet method or the like. Pattern in a portion where the protective film by applying a drop by drop is not coated with the coating portions - pattern forming method (claim 6) training, it is possible to form a desired fine pattern using.
【0012】(3)保護層付き基板を反応性イオンエッ
チング法などによるドライエッチング法によって平面基
板面に断面が略半円形状またはV溝形状の凹部を形成す
る第1ドライエッチング工程は、基板を等方的及び/ま
たは異方的にエッチングする工程であり、(a)エッチ
ングの条件をエッチング時間に応じて、連続的及び/ま
たは段階的に経時的に変化させることによって、ドライ
エッチングプロセス中のイオン、ラジカル、中性粒子の
混合比を変化させることにより、等方性のエッチング成
分と異方性のエッチング成分の比、即ち、両成分のエッ
チング速度の比を、連続的及び/または非連続的に経時
的に変化させることによって、等方的及び/または異方
的にエッチングすること、(b)変化させるエッチング
の条件は、平面基板層をエッチングする反応性ガスの種
類、混合比、分圧、導入量、反応室内圧力、プラズマ密
度、基板バイアス電力、基板温度、等を制御することに
よって連続的及び/または非連続的に経時的に変化させ
ること、(c)平面基板面に形成される断面が略半円形
状の凹部は、制御された球形状または非球面形状に形状
制御されること、(d)平面基板面に形成される断面が
略半円形状またはV溝形状の凹部は、稜線が直線または
曲面から構成される形状に形状制御されること、によっ
て本発明の形状を形成することができる(請求項7)。(3) In the first dry etching step of forming a recess having a substantially semicircular or V-groove cross section on the flat substrate surface by dry etching such as reactive ion etching on the substrate with a protective layer, This is a step of etching isotropically and / or anisotropically. (A) By changing the etching conditions continuously and / or stepwise with time according to the etching time, By changing the mixing ratio of ions, radicals, and neutral particles, the ratio of the isotropic etching component to the anisotropic etching component, that is, the ratio of the etching rates of both components, is continuously and / or discontinuously changed. (B) etching isotropically and / or anisotropically by changing over time, and (b) etching conditions to change are Continuous and / or discontinuous over time by controlling the type, mixing ratio, partial pressure, introduction amount, reaction chamber pressure, plasma density, substrate bias power, substrate temperature, etc. of the reactive gas for etching the layer (C) that the concave portion having a substantially semicircular cross section formed on the plane substrate surface is controlled to have a controlled spherical or aspherical shape; and (d) formed on the plane substrate surface. The shape of the present invention can be formed by controlling the shape of a concave portion having a substantially semicircular or V-shaped cross section so that the ridge line is formed of a straight line or a curved surface (claim 7).
【0013】(4)第1ドライエッチング工程後に平面
基板表面の保護層を除去する工程は、上記保護層を等方
的及び/または異方的にエッチングして除去する工程で
あり、ウエットエッチング法で除去しても良いし、ドラ
イエッチング法で除去しても良く、ウエットエッチング
法で除去する場合は、各々の保護膜を溶解する溶液に浸
漬し、また、ドライエッチング法で除去する場合には、
保護膜をエッチングする反応性ガスの種類、混合比、分
圧、導入量、反応室内圧力、プラズマ密度、基板バイア
ス電力、基板温度、等を制御することによって保護膜除
去を制御することができる(請求項8)。(4) The step of removing the protective layer on the surface of the flat substrate after the first dry etching step is a step of removing the protective layer by isotropically and / or anisotropically etching, and is a wet etching method. May be removed by dry etching, or may be removed by wet etching.When removing by wet etching, immersion in a solution that dissolves each protective film, and when removing by dry etching, ,
The removal of the protective film can be controlled by controlling the type, mixing ratio, partial pressure, introduction amount, reaction chamber pressure, plasma density, substrate bias power, substrate temperature, etc. of the reactive gas for etching the protective film ( Claim 8).
【0014】(5)保護層を除去した後に平面基板の基
板面全面をエッチングする第2エッチング工程は、基板
を等方的及び/または異方的にエッチングする工程であ
り、(a)エッチングの条件をエッチング時間に応じ
て、連続的及び/または段階的に経時的に変化させるこ
とにより、等方的及び/または異方的にエッチングする
こと、(b)変化させるエッチングの条件は、平面基板
層をエッチングする反応性ガスの種類、混合比、分圧、
導入量、反応室内圧力、プラズマ密度、基板バイアス電
力、基板温度、等を制御することによって連続的及び/
または非連続的に経時的に変化させること、によって本
発明の最終形状を創成することができる(請求項9)。(5) The second etching step of etching the entire substrate surface of the flat substrate after removing the protective layer is a step of etching the substrate isotropically and / or anisotropically. The condition is changed isotropically and / or anisotropically by changing the condition continuously and / or stepwise with time according to the etching time. Type of reactive gas, mixing ratio, partial pressure,
By controlling the amount of introduction, pressure in the reaction chamber, plasma density, substrate bias power, substrate temperature, etc., continuously and / or
Alternatively, it is possible to create the final shape of the present invention by changing it with time discontinuously (claim 9).
【0015】また、上記(1)〜(5)の工程を経るこ
とによって製作される断面が略半円形状またはV溝形状
の凹部は、隣り合うパタ−ン間の隙間を制御し、(a)
所望のパタ−ンを形成した際の隙間と同寸法に配置制御
すること、あるいは、(b)所望のパタ−ンを形成した
際の隙間より広く配置制御すること、あるいは、(c)
隙間を全くなくして隣接した配置制御とすること、がで
きる(請求項10)。The recesses having a substantially semicircular or V-groove cross section manufactured through the above steps (1) to (5) control the gap between adjacent patterns. )
Controlling the arrangement to the same size as the gap when the desired pattern is formed; or (b) controlling the arrangement to be wider than the gap when the desired pattern is formed; or (c).
Adjacent arrangement control can be achieved without any gap (claim 10).
【0016】また、上記に示す(1)〜(5)の工程を
経て製作される凹型微細形状のアレイ状パターンを平面
基板の両面に製作することによって、光学的機能を有す
る光屈折面を両面に配置した光学性能に優れた(高NA
レンズ性能の向上)レンズを得ることができ、また、凹
円錐形状または凹多角錐形状に形成した部分を、基板材
料の屈折率よりも大きな屈折率を有する透明物質で埋め
ることによって、上記角錐形状の平面に入射した光は界
面で全反射しながら各凹角錐の頂点に集光されるため、
各頂点は点光源のようになり、マイクロレンズの組み合
わせによってマイクロレンズから出射する光は平行光と
なるため、反射光学素子における視角特性が改善され、
光の利用効率の向上が図れる光学素子を得ることができ
る(請求項11)。Further, by forming concave and fine array-shaped patterns manufactured through the above-described steps (1) to (5) on both surfaces of a flat substrate, a light refracting surface having an optical function can be formed on both surfaces. Excellent optical performance (high NA)
(Improvement of lens performance) A lens can be obtained, and a portion formed in a concave conical shape or a concave polygonal pyramid shape is filled with a transparent substance having a refractive index larger than the refractive index of the substrate material. The light incident on the surface of is collected at the vertex of each concave pyramid while being totally reflected at the interface,
Each vertex becomes like a point light source, and the light emitted from the microlens becomes parallel light by the combination of the microlenses, so that the viewing angle characteristics in the reflective optical element are improved,
An optical element capable of improving light use efficiency can be obtained (claim 11).
【0017】平面基板の構成材料としては、前述したよ
うに、ガラス、石英、金属、セラミックス、結晶性材
料、あるいは、屈折率の異なる複数のガラス、石英、結
晶性材料、プラスチック材料を接合した材料を用いるこ
とができる(請求項12)。また、平面基板の構成材料
として屈折率の異なる複数のガラス、石英、結晶性材
料、プラスチック材料を接合した材料を用いる場合は、
その複数の基板材料の接合は、接着剤を用いた接合や、
電気化学的な接合によって接合または溶接することがで
きる(請求項13)。As described above, the constituent material of the flat substrate is glass, quartz, metal, ceramics, a crystalline material, or a material obtained by bonding a plurality of glasses, quartz, crystalline materials, and plastic materials having different refractive indices. Can be used (claim 12). In addition, when a material in which a plurality of glasses having different refractive indexes, quartz, a crystalline material, and a plastic material are joined as a constituent material of the flat substrate,
The bonding of the plurality of substrate materials includes bonding using an adhesive,
It can be joined or welded by electrochemical joining (claim 13).
【0018】以上に説明した凹型微細形状のアレイ状パ
ターン形成方法でガラス基板等の透明性平面基板を用い
てレンズ基板を製作することにより、凹型微細形状のア
レイ状パターンを有する透明性の平面基板と、該平面基
板のアレイ状パターンの凹部に、該基板よりも屈折率の
高い透明樹脂を充填することで凸またはレンチキュラー
レンズとしたレンズアレイからなり、上記レンズアレイ
は凹部に樹脂を充填したレンズ部に連続する樹脂層を有
し、該樹脂層のレンズ面と対向する面が平坦であり、か
つ樹脂層は上記ガラス基板から入射した平行光線が樹脂
層表面近傍に集光する厚みを有する構成の平板型レンズ
アレイを製作することができる(請求項14)。By manufacturing a lens substrate using a transparent flat substrate such as a glass substrate by the method for forming an array pattern having a concave fine shape described above, a transparent flat substrate having an array pattern having a concave fine shape is formed. And a lens array formed as a convex or lenticular lens by filling a concave portion of the array pattern of the planar substrate with a transparent resin having a higher refractive index than the substrate, wherein the lens array has a concave portion filled with resin. A resin layer continuous with the portion, the surface of the resin layer facing the lens surface is flat, and the resin layer has a thickness such that parallel light rays incident from the glass substrate converge near the resin layer surface. Can be manufactured (claim 14).
【0019】また、上記平板型レンズアレイにおいて、
樹脂層上に表面が平滑なフィルムシ−トを配置するか、
あるいは、表面にガラス成分等を含む無機材料を予め塗
布した後に加熱硬化させた無機層及び/または接着剤や
密着補強材からなる有機層を設けた薄板ガラス板を配置
し、さらに平面基板上のエッチングされていない部分に
樹脂層が基板から入射した平行光線を樹脂層表面近傍に
集光させるような厚みを有するように、厚み調整用のス
ペ−サを配置した構成の平板型レンズアレイを製作する
ことができる(請求項15)。この場合、樹脂層上の平
滑なフィルムシ−トあるいは薄板ガラス板として、シ−
トまたはガラス板の表面近傍に前記光が集光するように
厚み調整されている平滑なフィルムシ−トあるいは前記
薄板ガラス板を用いる構成とすることができる(請求項
16)。In the above-mentioned flat lens array,
Placing a film sheet with a smooth surface on the resin layer,
Alternatively, a thin glass plate provided with an inorganic layer and / or an organic layer made of an adhesive or adhesion reinforcing material, which is heated and cured after applying an inorganic material containing a glass component or the like on the surface in advance, and further disposed on a flat substrate Manufactures a flat lens array with a thickness-adjusting spacer arranged so that the resin layer has a thickness so that the parallel rays incident from the substrate on the unetched portion from the substrate are focused near the resin layer surface. (Claim 15). In this case, as a smooth film sheet or a thin glass plate on the resin layer,
A thin film sheet or a smooth film sheet whose thickness is adjusted so that the light is condensed in the vicinity of the surface of the glass sheet or the glass plate can be used.
【0020】さらに本発明によれば、上記の平板型レン
ズアレイを有し、該平板型レンズアレイの光が集光する
ように厚み調整されている平滑なフィルムシ−トあるい
は薄板ガラス板の表面にはブラックマトリックスおよび
/または透明電極が形成され、かつp−Si,TFT方
式の画素電極が形成された第2の基板を有し、上記第2
の基板と透明電極間に液晶を挾み込んだ構造を有する液
晶表示素子を製作できる(請求項17)。Further, according to the present invention, there is provided a flat film sheet or a thin glass plate surface having the above-mentioned flat lens array, the thickness of which is adjusted so that light of the flat lens array is focused. Has a second substrate on which a black matrix and / or a transparent electrode is formed and on which a pixel electrode of p-Si, TFT type is formed.
A liquid crystal display device having a structure in which a liquid crystal is sandwiched between a substrate and a transparent electrode can be manufactured.
【0021】尚、本発明における平板型レンズアレイ及
び液晶表示素子では、レンズ基板の基板面に樹脂層、フ
ィルムシート、薄板ガラス板等を配置して光路長や焦点
距離の調整を行っている。In the flat lens array and the liquid crystal display element according to the present invention, the optical path length and the focal length are adjusted by disposing a resin layer, a film sheet, a thin glass plate and the like on the substrate surface of the lens substrate.
【0022】さらに本発明では、上述の凹型微細形状の
アレイ状パターン形成方法を応用することにより、金属
またはセラミックス基板に上述の形成方法で製作された
規則的に制御された凹型微細形状のアレイ状パターンを
有する部材からなり、該部材の上記アレイ状パターンの
凹部に潤滑剤を充填することで、この部材と対をなす相
手側部材との機械的摺動部分への潤滑剤の供給および保
持が行われ摩擦力を低減することを特徴とする平板型オ
イルトラップを製作することができる(請求項18)。Further, in the present invention, by applying the above-described method of forming an array pattern of concave fine shapes, an array of regularly controlled concave fine shapes manufactured on a metal or ceramic substrate by the above-described forming method is applied. It is composed of a member having a pattern, and by filling the concave portion of the array-shaped pattern of the member with a lubricant, the supply and holding of the lubricant to a mechanical sliding portion between the member and a mating member forming a pair can be performed. A flat type oil trap characterized in that the friction force is reduced can be manufactured (claim 18).
【0023】以上のように、本発明による凹型微細形状
のアレイ状パターン形成方法で製作された基板は、規則
的に制御された凹型微細形状を有しているので、耐環
境性に優れた、基板内バラツキの少ない、設計の自
由度の大きい、欠陥の少ない、球面/非球面等の形
状制御が可能な、断面形状が均一、ガラス組成に制
限のない、高NAの両面レンズの性能を有する、形
状制御性と再現性に優れた、マイクロレンズ付きデバイ
ス基板の供給が可能となる。As described above, the substrate manufactured by the method of forming an array pattern of concave fine shapes according to the present invention has a concave fine shape that is regularly controlled, and thus has excellent environmental resistance. Low in-substrate variation, large design freedom, few defects, controllable shape such as spherical / aspherical surface, uniform cross-sectional shape, unlimited glass composition, high-NA double-sided lens performance In addition, it is possible to supply a device substrate with a microlens having excellent shape controllability and reproducibility.
【0024】また上述のように、本発明の「平板型レン
ズアレイ」は、液晶表示素子の構成に合わせて設計され
る光学素子で、しかもマイクロレンズの構成材料に対す
る選択の自由度が大きい。また、液晶表示素子の構成に
よってレンズの光学性能をシミュレ−ションしてこれに
合致した稠密構造を持つレンズを製作し、個々のデバイ
ス画素に集光する微小光学素子を提供することができ
る。また、本発明の平板型レンズアレイを液晶表示素子
に用いることにより、光利用効率が向上された液晶表示
素子を製作することができる。As described above, the "flat lens array" of the present invention is an optical element designed in accordance with the configuration of the liquid crystal display element, and has a high degree of freedom in selecting the constituent material of the microlens. Further, the optical performance of the lens is simulated by the configuration of the liquid crystal display element, a lens having a dense structure conforming to the simulation is manufactured, and a micro optical element for condensing light on each device pixel can be provided. Also, by using the flat lens array of the present invention for a liquid crystal display device, a liquid crystal display device with improved light use efficiency can be manufactured.
【0025】さらにまた、本発明による凹型微細形状の
アレイ状パターン形成方法で製作された基板は、アレイ
状に配列された多数の微細な凹部を有しているので、潤
滑剤を基板の凹部に充填することで、これと対をなす相
手側部品との機械的摺動部分への潤滑剤の供給および保
持が行われ、摩擦力を低減することができるので、平板
型オイルトラップを製作することができる。Further, since the substrate manufactured by the method of forming an array pattern of concave fine shapes according to the present invention has a large number of fine concave portions arranged in an array, lubricant is applied to the concave portions of the substrate. By filling, the lubricant is supplied and held to the mechanically sliding part with the mating part forming a pair, and the frictional force can be reduced, so that a flat oil trap is manufactured. Can be.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
図面を参照して詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0027】(実施例1)図1は本発明の一実施例を示
す図であって、本発明による凹型微細形状のアレイ状パ
ターン形成方法を用いて平板型レンズアレイを製作する
際の作成工程を示す図である。また図2、図3は、図1
の作成工程中の基板の要部を拡大して示す図である。ま
ず、平面基板として石英基板11を用い、石英基板11
の表面にスパッタリング法によって耐プラズマエッチン
グ保護膜12AとしてCr膜を3000Å形成した。勿
論Al膜でも効果は同じである。次に、ポジ型感光性高
分子材料12Bを塗布、露光、現像、リンスして小開口
のアレイ状パターンを形成する。この際、露光するマス
クまたはレチクルのパタ−ンは、目的とするレンズアレ
イの配列のピッチを有し、開口径は最終的に得ようとす
るレンズの径よりも十分に小さいことが望ましい。本実
施例では、目的とする配列のピッチは、100μmであ
り、形成した小開口配列は格子状配列で開口径は60μ
mである。これにより感光性高分子材料12Bによる碁
盤の目状の小開口のアレイ状パターンが得られる(図1
(a))。次に、上記小開口のアレイ状パターンを有す
るCr保護膜付き基板11を市販のCrウエットエッチ
ング液に浸し、感光性高分子材料12Bに覆われていな
い部分のCr保護膜をエッチングで溶解し、基板面まで
達する小開口13を形成する(図1(b)、図2
(a))。尚、エッチング後、感光性高分子材料12B
は剥離しても良いし、剥離しなくても良い(後のプロセ
スへの実質的な影響はない)。剥離しない場合は、Cr
膜12Aと感光性高分子材料12Bが保護膜12のパタ
ーンとなる(図1には剥離した例、図2には剥離しない
例を示した)。(Embodiment 1) FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, in which a manufacturing process for manufacturing a flat lens array using the method for forming an array pattern having a concave fine shape according to the present invention. FIG. 2 and 3 correspond to FIG.
FIG. 4 is an enlarged view showing a main part of the substrate during a manufacturing process of FIG. First, a quartz substrate 11 is used as a planar substrate.
A Cr film was formed as a plasma etching resistant protective film 12A on the surface of the substrate by sputtering. Of course, the effect is the same with an Al film. Next, the positive photosensitive polymer material 12B is coated, exposed, developed, and rinsed to form an array pattern with small openings. At this time, it is desirable that the pattern of the mask or reticle to be exposed has a pitch of the target lens array, and the opening diameter is sufficiently smaller than the diameter of the lens to be finally obtained. In this embodiment, the pitch of the target array is 100 μm, the formed small opening array is a lattice-like array, and the opening diameter is 60 μm.
m. As a result, an array pattern of grid-like small openings made of the photosensitive polymer material 12B is obtained (FIG. 1).
(A)). Next, the substrate 11 with the Cr protective film having the small opening array pattern is immersed in a commercially available Cr wet etchant, and the portion of the Cr protective film not covered with the photosensitive polymer material 12B is dissolved by etching. A small opening 13 reaching the substrate surface is formed (FIG. 1B, FIG. 2).
(A)). After etching, the photosensitive polymer material 12B
May or may not be stripped (has no substantial effect on subsequent processes). If not peeled, use Cr
The film 12A and the photosensitive polymer material 12B form a pattern of the protective film 12 (FIG. 1 shows an example of peeling, and FIG. 2 shows an example of no peeling).
【0028】次に、上記基板11を反応性イオンエッチ
ング装置内にセットし、ドライエッチングを実施した。
エッチング方法としては、図4に示すようなエッチング
特性を有する(a)等方性エッチングと(b)異方性エ
ッチングがあるが、本発明では、両者を適宜選択して実
施する。本実施例では、RIEエッチング装置を使用
し、本装置に反応性エッチングガスとして、CF4,C4
F8,ArとSF6の混合ガスを用いた。エッチング装置
の圧力は、5〜50mToorでRFパワ−は、50w
〜1Kwで行った。エッチングの条件は、 (1)初め:5mToor, Ar:SF6=1:10の混合ガス, RFパワ−500w, 終了:20mToor, Ar:SF6=1:20の混合ガス, RFパワ−1Kw,で5分。 (2)初め:20mToor, Ar:CF4:SF6=1:5:5の混合ガス, RFパワ−1Kw 終了:50mToor, Ar:CF4:SF6=1:10:5の混合ガス, RFパワ−500wで10分。 (3)初め〜終了:50mToor, Ar:CF4:C4F8:SF6=1:5:5:5の混合ガス, RFパワ−500w,で20分。Next, the substrate 11 was set in a reactive ion etching apparatus, and dry etching was performed.
As the etching method, there are (a) isotropic etching and (b) anisotropic etching having etching characteristics as shown in FIG. 4, and in the present invention, both are appropriately selected and performed. In this embodiment, an RIE etching apparatus is used, and CF 4 , C 4
A mixed gas of F 8 , Ar and SF 6 was used. The pressure of the etching apparatus is 5 to 50 mTorr, and the RF power is 50 watts.
Performed at 11 Kw. The etching conditions are as follows: (1) Initial: 5 mToor, Ar: SF 6 = 1: 10 mixed gas, RF power-500 w, end: 20 mToor, Ar: SF 6 = 1: 20 mixed gas, RF power-1 Kw, 5 minutes. (2) Initial: 20 mToor, mixed gas of Ar: CF 4 : SF 6 = 1: 5: 5, RF power-1 Kw End: 50 mToor, mixed gas of Ar: CF 4 : SF 6 = 1: 10: 5, RF Power-500w for 10 minutes. (3) From beginning to end: 50 mTool, Ar: CF 4 : C 4 F 8 : SF 6 = 1: 5: 5: 5 mixed gas, RF power-500 w, 20 minutes.
【0029】上記条件で、エッチングを行うと、(1)
では基板に垂直方向にエッチングされ、(2)では基板
表面に平行な横方向へのサイドエッチングが行われ(こ
の条件下では、圧力が高いためとCF4ガスを導入した
ことによって、縦方向よりも横方向のエッチング速度が
大きく、底面は比較的平坦で形成したパタ−ンよりも大
きな開口径となる)、(3)では基板表面に対して等方
的なエッチングが行われる(この条件下では、圧力がさ
らに高いため、縦方向と横方向のエッチング速度がほぼ
等しく、底面は比較的同心円状にエッチングされる)。
尚、ドライエッチングの断面形状と圧力の一般的な関係
の一例を図5に示す。また、エッチング条件を制御する
と、断面形状は異なってくる。本発明では、ガス種、圧
力、導入パワー条件、分圧、工程等によって形状を制御
している。上記(1)〜(3)の工程を経ることによっ
て小開口径dよりも大きな開口径D1を有する曲率半径
rの球面凹形状14Aを創成できる(図1(c),
(d)、図2(b))。When etching is performed under the above conditions, (1)
In (2), side etching is performed in the horizontal direction parallel to the substrate surface (under these conditions, the pressure is high, and the CF 4 gas is introduced. Also, the etching rate in the horizontal direction is large, and the bottom surface has a larger opening diameter than the pattern formed relatively flat.) In (3), isotropic etching is performed on the substrate surface (under these conditions). In this case, since the pressure is higher, the etching rates in the vertical and horizontal directions are almost equal, and the bottom surface is etched relatively concentrically.)
FIG. 5 shows an example of the general relationship between the cross-sectional shape of dry etching and pressure. Further, when the etching conditions are controlled, the cross-sectional shape differs. In the present invention, the shape is controlled by the gas type, pressure, introduced power condition, partial pressure, process, and the like. (1) to (3) steps can creating a spherical concave 14A radius of curvature r having a large opening diameter D 1 than the small opening diameter d Through the (FIG. 1 (c), the
(D), FIG. 2 (b)).
【0030】上記条件によって、直径=80μmの凹型
微細形状のアレイ状パターンが形成され、各凹部を凹マ
イクロレンズとすることができる。但し、上記条件で
は、基板表面11Aの凹部間に20μmの隙間(スペ−
ス)が残っている。光通信分野等で用いるマイクロレン
ズアレイではスペ−スが残っていても良いが、液晶分野
ではスペ−スが残ると光の利用効率が低下するので無い
ほうがよい。そこで、基板表面11Aに残っていたCr
保護膜12Aによるマスクパタ−ンを除去するためにR
IE装置内にCl2 ガスを導入し選択的にエッチングし
た。この操作によって、基板上のCr膜は装置を開放す
ること無く除去できる(図2(c)、図3(a))。次
いで、上記(3)の条件下で、等方的なエッチングを2
0分間行うと、開口径D2、曲率半径Rのほぼ球形状の
凹マイクロレンズ14が形成でき、凹マイクロレンズア
レイを得ることができた(図1(e)、図2(d))。
本実施例では、直径:100μm,深さ:20μmの凹
マイクロレンズアレイを有する平板型レンズアレイが製
作できた。また、基板11に形成された凹部に、基板材
料より屈折率の高い透明樹脂16を充填することによ
り、レンズ部を凸またはレンチキュラーレンズとした平
板型レンズアレイが製作される(図1(f)、図2
(e))Under the above conditions, an array pattern of a concave fine shape having a diameter of 80 μm is formed, and each concave portion can be a concave microlens. However, under the above conditions, a gap of 20 μm (space) was formed between the recesses on the substrate surface 11A.
Su) remains. A space may remain in a microlens array used in the optical communication field or the like, but in a liquid crystal field, it is better not to leave the space because light utilization efficiency is reduced. Therefore, the Cr remaining on the substrate surface 11A
In order to remove the mask pattern by the protective film 12A, R
Cl 2 gas was introduced into the IE apparatus to perform selective etching. By this operation, the Cr film on the substrate can be removed without opening the apparatus (FIGS. 2C and 3A). Then, under the condition (3), isotropic etching is performed for 2 hours.
When the process was performed for 0 minutes, a substantially spherical concave microlens 14 having an opening diameter D 2 and a curvature radius R could be formed, and a concave microlens array could be obtained (FIGS. 1E and 2D).
In this example, a flat lens array having a concave microlens array having a diameter of 100 μm and a depth of 20 μm was manufactured. Further, by filling a concave portion formed in the substrate 11 with a transparent resin 16 having a higher refractive index than that of the substrate material, a flat lens array having a convex or lenticular lens in the lens portion is manufactured (FIG. 1F). , FIG. 2
(E))
【0031】尚、基板表面側15のエッチングをさらに
行うことにより、図3(b)のようにレンズ間18のス
ペースを完全に無くすことができる。また、このエッチ
ングにより凹マイクロレンズの曲率半径Rを大きくする
こともできる。勿論、公知のように目的の形状を制御す
るために、コンダクタンスバルブのオ−プニング率を制
御したり、プラズマ密度を制御するためにRFパワ−を
経時的に制御するのはいうまでもない。これらの制御方
法は、ある程度理論的に決定できるが、最終的には実験
で条件を決めるものである。具体的には、上記(1)〜
(3)の条件中には、基板バイアスを10秒ごとに低下
させ、圧力を10秒ごとに上昇させるプログラムを製作
し制御する。上記条件によって、曲率Rの凹形状の創成
が可能となる。また、(1),(2)の条件下での創成
形状を制御することによって、(3)の条件のエッチン
グ時には、非球面形状が創成できることは言うまでもな
い。Further, by further etching the substrate surface side 15, the space between the lenses 18 can be completely eliminated as shown in FIG. 3B. Further, the radius of curvature R of the concave microlens can be increased by this etching. Of course, it is needless to say that the opening ratio of the conductance valve is controlled in order to control the desired shape, and the RF power is controlled with time in order to control the plasma density. These control methods can be theoretically determined to some extent, but ultimately determine the conditions by experiment. Specifically, the above (1) to
Under the condition (3), a program for reducing the substrate bias every 10 seconds and increasing the pressure every 10 seconds is manufactured and controlled. The above conditions enable the creation of a concave shape with a curvature R. Further, it is needless to say that an aspherical shape can be created at the time of etching under the condition (3) by controlling the wound shape under the conditions (1) and (2).
【0032】(実施例2)図6は本発明の別の実施例を
示す図であって、本発明による凹型微細形状のアレー状
パターン形成方法を用いて平板型レンズアレイを製作す
る際の作成工程を示す図である。尚、凹型微細形状のエ
ッチング時の形態は図2と同様である。まず、平面基板
として石英基板21を用い、石英基板の表面にスパッタ
リング法によって耐プラズマエッチング保護膜22Aと
してW−Ti膜を3000Å形成した。次に、ポジ型感
光性高分子材料22Bを塗布、露光、現像、リンスして
小開口のアレイ状パターンを形成する(図6(a))。
この際、露光するマスクまたはレチクルのパタ−ンは、
目的とするレンズアレイの配列のピッチを有し、開口径
は最終的に得ようとするレンズの径よりも十分に小さい
ことが望ましい。本実施例では、目的とする配列のピッ
チは、26μmであり、形成した小開口配列は格子状配
列で開口径は16μmである。これにより碁盤の目状
の、1.3″XGA液晶プロジェクター用マイクロレン
ズアレイを形成するための、感光性高分子材料22Bに
よる小開口のアレイ状パターンが得られる(Embodiment 2) FIG. 6 is a view showing another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view showing a process of manufacturing a flat lens array using the method of forming an array pattern of a concave fine shape according to the present invention. It is a figure showing a process. The form of the concave fine shape at the time of etching is the same as that of FIG. First, a quartz substrate 21 was used as a planar substrate, and a W-Ti film was formed on the surface of the quartz substrate as a plasma etching-resistant protective film 22A by sputtering at a thickness of 3000 Å by sputtering. Next, a positive photosensitive polymer material 22B is applied, exposed, developed, and rinsed to form an array pattern with small openings (FIG. 6A).
At this time, the pattern of the mask or reticle to be exposed is
It is desirable to have the pitch of the target lens array arrangement and the aperture diameter is sufficiently smaller than the diameter of the lens finally obtained. In this embodiment, the pitch of the target array is 26 μm, and the formed small aperture array is a grid-like array with an aperture diameter of 16 μm. Thus, an array pattern of small openings made of the photosensitive polymer material 22B for forming a grid-like microlens array for a 1.3 ″ XGA liquid crystal projector can be obtained.
【0033】尚、図6(a)に示すように、予めこの基
板21の反対面には同じピッチで製作された凸型のマイ
クロレンズアレイ25が製作されている。最初に形成し
たマイクロレンズアレイ面には、表裏位置合わせ用のト
ンボ(図示せず)が製作されている。感光性高分子材料
22Bによるアレイ状パターンは、このトンボと表裏で
位置合わせして位置決めされている。As shown in FIG. 6A, a convex microlens array 25 manufactured at the same pitch in advance is formed on the opposite surface of the substrate 21. Registration marks (not shown) for front / back alignment are manufactured on the microlens array surface formed first. The array pattern made of the photosensitive polymer material 22B is positioned so as to be aligned with the registration marks on the front and back.
【0034】上記感光性高分子材料22Bによる小開口
のアレイ状パターンを有するW−Ti膜付き基板21
を、感光性高分子材料22Bのパターンをマスクとして
感光性高分子材料に覆われていない部分をECR装置中
でArとSF6 の混合ガスを用いてドライエッチングす
る。すると、感光性高分子材料22Bのマスクで覆われ
ていない部分のW−Ti保護膜22Aは選択的にエッチ
ングされて薄膜がなくなり、基板表面21Aに達する小
開口23のアレイ状パターンが得られる。尚、残った感
光性高分子材料は、剥離しても良いし剥離しなくても良
い(後のプロセスへの実質的な影響はない)。Substrate 21 with W-Ti film having small aperture array pattern made of photosensitive polymer material 22B
Is dry-etched by using a pattern of the photosensitive polymer material 22B as a mask and using a mixed gas of Ar and SF 6 in an ECR apparatus using a pattern not covered with the photosensitive polymer material. Then, the portion of the W-Ti protective film 22A which is not covered with the mask of the photosensitive polymer material 22B is selectively etched to eliminate the thin film, and an array pattern of the small openings 23 reaching the substrate surface 21A is obtained. Note that the remaining photosensitive polymer material may or may not be peeled off (there is no substantial effect on subsequent processes).
【0035】次に、上記基板21をプラズマエッチング
装置内にセットし、ドライエッチングを実施した。エッ
チング方法としては、実施例1と同様に等方性エッチン
グと異方性エッチングを適宜選択して実施する。本実施
例では、ECRエッチング装置を使用し、本装置に反応
性エッチングガスとして、CF4,C4F8,Arの混合
ガスを用いた。エッチング装置の圧力は、0.1〜30
mToorで基板バイアス:50w〜1Kw,マイクロ
波電力:w,コイル電流:Aで行った。エッチングの条
件は、 (1)初め:0.5mToor, Ar:CF4:C4F8=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス1Kw, 終了:5mToor, Ar:CF4:C4F8=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス500w,で5分。 (2)初め:5mToor, Ar:CF4:C4F8=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス500w, 終了:50mToor, Ar:CF4:C4F8=1:5:10の混合ガス, 基板バイアス500w,で10分。 (3)初め〜終了:50mToor, Ar:CF4:C4F8=1:5:10の混合ガス, 基板バイアス500w,で20分。Next, the substrate 21 was set in a plasma etching apparatus, and dry etching was performed. As the etching method, isotropic etching and anisotropic etching are appropriately selected and performed as in the first embodiment. In this embodiment, an ECR etching apparatus was used, and a mixed gas of CF 4 , C 4 F 8 , and Ar was used as a reactive etching gas in this apparatus. The pressure of the etching apparatus is 0.1-30.
The measurement was performed with mToor at a substrate bias of 50 w to 1 Kw, a microwave power of w, and a coil current of A. The etching conditions are as follows: (1) Initial: 0.5 mTorr, Ar: CF 4 : C 4 F 8 = 1: 5: 5 mixed gas, substrate bias 1 Kw, end: 5 mTorr, Ar: CF 4 : C 4 F 8 = 1: 5: 5 mixed gas, substrate bias 500w, 5 minutes. (2) First: 5mToor, Ar: CF 4: C 4 F 8 = 1: 5: mixed gas of 5, substrate bias 500 w, End: 50mToor, Ar: CF 4: C 4 F 8 = 1: 5: 10 of 10 minutes with mixed gas, substrate bias 500w. (3) Beginning to end: 50 mTorr, Ar: CF 4 : C 4 F 8 = 1: 5: 10 mixed gas, substrate bias 500 w, 20 minutes.
【0036】上記条件で、エッチングを行うと、(1)
では基板に垂直方向に多くエッチングされ、(2)では
基板表面に平行な横方向へのサイドエッチングが行われ
(この条件下では、圧力が高いため、縦方向の方が横方
向のエッチング速度よりも大きく、底面は比較的平坦で
形成したパターンよりも大きな開口径となる)、(3)
では基板表面に対して等方的なエッチングが行われる
(この条件下では、圧力が非常に高いために、縦方向と
横方向のエッチング速度がほぼ等しく、底面は同心円状
にエッチングされる。但し、エッチング速度は比較的遅
い)。尚、エッチング条件を制御することにより、断面
形状は異なってくる。本発明では、ガス種、圧力、導入
パワー条件、分圧、工程等によって形状を制御してい
る。上記(1)〜(3)の工程を経ることによって保護
膜22Aによるアレイ状パターンの小開口径よりも大き
な開口径を有する球面凹形状24Aを創成できる(図6
(c),(d))。When etching is performed under the above conditions, (1)
In (2), side etching is performed in the horizontal direction parallel to the substrate surface (under this condition, the pressure is high, so that the vertical direction is faster than the horizontal etching rate because of the higher pressure. And the bottom surface has a larger opening diameter than the pattern formed relatively flat), (3)
In this case, isotropic etching is performed on the substrate surface (under this condition, since the pressure is very high, the etching rates in the vertical and horizontal directions are almost equal, and the bottom surface is etched concentrically. And the etching rate is relatively slow). By controlling the etching conditions, the cross-sectional shape changes. In the present invention, the shape is controlled by the gas type, pressure, introduced power condition, partial pressure, process, and the like. Through the steps (1) to (3), a spherical concave shape 24A having an opening diameter larger than the small opening diameter of the array pattern formed by the protective film 22A can be created (FIG. 6).
(C), (d)).
【0037】上記条件によって、直径20μmの球面凹
形状24Aが形成され、凹マイクロレンズアレイが得ら
れる。但し、上記条件では、レンズ間に6μmのスペ−
スが残っている。液晶分野ではスペ−スが残ると光の利
用効率が低下するので無いほうがよい。そこで、基板表
面21Aに残っていたW−Ti保護膜によるマスクパタ
−ンを除去するために、ECR装置内にCl2 ガスを導
入し選択的にエッチングした。この操作によって、基板
21上のW−Ti膜22Aは装置を開放すること無く除
去できる。次いで、上記(3)の条件下で、等方的なエ
ッチングを20分間行うと、曲率半径が拡大した、ほぼ
球形状の凹部24が形成され、凹マイクロレンズアレイ
を得ることができた(図6(e))。本実施例では、開
口部の直径:26μm,深さ:7μmの凹マイクロレン
ズアレイが製作できた。また、本実施例では、予め基板
21の片側に凸のマイクロレンズ25を構成してあるの
で、両面にマイクロレンズアレイを有する平板型レンズ
アレイを製作できた。また、基板21に形成された凹部
24に、基板材料より屈折率の高い透明樹脂26を充填
することにより、両面のマイクロレンズアレイを凸また
はレンチキュラーレンズとした平板型レンズアレイが製
作できる(図6(f))Under the above conditions, a spherical concave shape 24A having a diameter of 20 μm is formed, and a concave microlens array is obtained. However, under the above conditions, a space of 6 μm was set between the lenses.
Are left. In the liquid crystal field, it is better not to leave the space because the light use efficiency is reduced. Therefore, mask pattern by W-Ti protective film that remained on the substrate surface 21A - to remove emissions were selectively etched by introducing a Cl 2 gas into the ECR apparatus. By this operation, the W-Ti film 22A on the substrate 21 can be removed without opening the device. Next, when isotropic etching was performed for 20 minutes under the condition (3), a substantially spherical concave portion 24 having an increased radius of curvature was formed, and a concave microlens array could be obtained (FIG. 7). 6 (e)). In this embodiment, a concave microlens array having a diameter of the opening of 26 μm and a depth of 7 μm was manufactured. In this embodiment, since the convex microlenses 25 are formed on one side of the substrate 21 in advance, a flat lens array having microlens arrays on both sides can be manufactured. Also, by filling the concave portion 24 formed in the substrate 21 with a transparent resin 26 having a higher refractive index than the material of the substrate, a flat lens array in which the micro lens arrays on both surfaces are convex or lenticular lenses can be manufactured (FIG. 6). (F))
【0038】尚、公知のように目的の形状を制御するた
めに、コンダクタンスバルブのオ−プニング率を制御し
たり、プラズマ密度を制御するためにマイクロ波,コイ
ル電流,RFパワ−を経時的に制御するのは言うまでも
ない。これらの制御方法は、ある程度理論的に決定でき
るが、最終的には実験で条件を決めるものである。具体
的には、上記(1)〜(3)の条件中には、基板バイア
スを10秒ごとに低下させ、圧力を10秒ごとに上昇さ
せるプログラムを製作し制御する。上記条件によって、
曲率Rの凹形状の創成が可能となる。また、(1),
(2)の条件下での創成形状を制御することによって、
(3)の条件のエッチング時には、非球面形状が創成で
きることは言うまでもない。As is well known, the opening rate of the conductance valve is controlled in order to control the desired shape, and the microwave, coil current, and RF power are controlled over time to control the plasma density. Needless to control. These control methods can be theoretically determined to some extent, but ultimately determine the conditions by experiment. Specifically, under the conditions (1) to (3), a program for reducing the substrate bias every 10 seconds and increasing the pressure every 10 seconds is manufactured and controlled. According to the above conditions,
It is possible to create a concave shape with a curvature R. Also, (1),
By controlling the shape of the wound under the condition (2),
At the time of etching under the condition (3), it goes without saying that an aspherical shape can be created.
【0039】(実施例3)図7は本発明の別の実施例を
示す図であって、本発明による凹型微細形状のアレイ状
パターン形成方法を用いて平板型レンズアレイを製作す
る際の作成工程を示す図である。尚、凹型微細形状のエ
ッチング時の形態は図2と同様である。まず平面基板で
ある石英基板31に、保護層32としてポジ型感光性高
分子材料を塗布した後、マスク(またはレチクル)37
のパターンを感光性高分子材料32に露光した後(図7
(a))、マスク37を外して現像、リンスする。この
際、露光するマスク(またはレチクル)37のパタ−ン
は、目的とするレンズアレイの配列のピッチを有し、開
口径は最終的に得ようとするレンズの径よりも十分に小
さいことが望ましい。本実施例では、目的とする配列の
ピッチは、26μmであり、形成した小開口配列は格子
状配列で開口径は16μmである。これにより碁盤の目
状の、1.3″XGA液晶プロジェクター用マイクロレ
ンズアレイを形成するための、感光性高分子材料32に
よる微小開口のアレイ状パターンが得られる(図7
(b))。(Embodiment 3) FIG. 7 is a view showing another embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a method of manufacturing a flat lens array by using the method of forming an array of concave fine shapes according to the present invention. It is a figure showing a process. The form of the concave fine shape at the time of etching is the same as that of FIG. First, after a positive photosensitive polymer material is applied as a protective layer 32 to a quartz substrate 31 which is a flat substrate, a mask (or reticle) 37 is used.
Is exposed to the photosensitive polymer material 32 (FIG. 7).
(A)), the mask 37 is removed, and development and rinsing are performed. At this time, the pattern of the mask (or reticle) 37 to be exposed has the pitch of the target lens array, and the opening diameter is sufficiently smaller than the diameter of the lens finally obtained. desirable. In this embodiment, the pitch of the target array is 26 μm, and the formed small aperture array is a grid-like array with an aperture diameter of 16 μm. As a result, an array pattern of minute openings made of the photosensitive polymer material 32 for forming a grid-like microlens array for a 1.3 ″ XGA liquid crystal projector is obtained (FIG. 7).
(B)).
【0040】尚、予めこの基板31の反対面には同じピ
ッチで製作された凸型のマイクロレンズアレイ35が製
作されている。最初に形成したマイクロレンズアレイ面
には、表裏位置合わせ用のトンボ(図示せず)が製作さ
れている。上記微小開口のアレイ状パターンは、このト
ンボと表裏で位置合わせして位置決めされている。A convex microlens array 35 manufactured at the same pitch is formed on the opposite surface of the substrate 31 in advance. Registration marks (not shown) for front / back alignment are manufactured on the microlens array surface formed first. The array pattern of the minute openings is positioned so as to be aligned with the registration marks on the front and back.
【0041】上記小開口のアレイ状パターンを有する感
光性高分子材料付き基板31を、感光性高分子材料32
をマスクとしてドライエッチングする。即ち、上記基板
31をプラズマエッチング装置内にセットし、ドライエ
ッチングを実施した。エッチング方法としては、実施例
1と同様に等方性エッチングと異方性エッチングを適宜
選択して実施する。本実施例では、ECRエッチング装
置を使用し、本装置に反応性エッチングガスとして、C
F4,CHF3,O2,Arの混合ガスを用いた。エッチ
ング装置の圧力は、0.1〜30mToorで基板バイ
アス:50w〜1Kw,マイクロ波電力:w,コイル電
流:Aで行った。エッチングの条件は、 (1)初め:0.5mToor, Ar:CF4:CHF3=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス1Kw, 終了:3mToor, Ar:CF4:CHF3=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス500w,で5分。 (2)初め:3mToor, Ar:CF4:CHF3=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス500w, 終了:10mToor, Ar:CF4:CHF3=1:10:5の混合ガス, 基板バイアス500w,で10分。 (3)初め:10mToor, Ar:CF4:CHF3:O2=1:10:5:0の混合ガス, 基板バイアス300w, 終了:10mToor, Ar:CF4:CHF3:O2=1:10:5:0.5の混合ガス, 基板バイアス300w,で20分。The substrate 31 with the photosensitive polymer material having the array pattern of the small openings is replaced with the photosensitive polymer material 32.
Is used as a mask for dry etching. That is, the substrate 31 was set in a plasma etching apparatus and dry etching was performed. As the etching method, isotropic etching and anisotropic etching are appropriately selected and performed as in the first embodiment. In this embodiment, an ECR etching apparatus is used, and C is used as a reactive etching gas.
A mixed gas of F 4 , CHF 3 , O 2 , and Ar was used. The pressure of the etching apparatus was 0.1 to 30 mTorr, the substrate bias was 50 w to 1 Kw, the microwave power was w, and the coil current was A. The etching conditions are as follows: (1) Initial: 0.5 mTool, mixed gas of Ar: CF 4 : CHF 3 = 1: 5: 5, substrate bias 1 Kw, end: 3 mTool, Ar: CF 4 : CHF 3 = 1: 5 : 5 minutes with a mixed gas of 5 and a substrate bias of 500 w. (2) First: 3mToor, Ar: CF 4: CHF 3 = 1: 5: mixed gas of 5, substrate bias 500 w, End: 10mToor, Ar: CF 4: CHF 3 = 1: 10: mixed gas of 5, substrate 10 minutes at a bias of 500 w. (3) Initial: 10 mToor, Ar: CF 4 : CHF 3 : O 2 = 1: 10: 5: 0 mixed gas, substrate bias 300 w, end: 10 mToor, Ar: CF 4 : CHF 3 : O 2 = 1: 20 minutes with a mixed gas of 10: 5: 0.5 and a substrate bias of 300 w.
【0042】上記条件で、エッチングを行うと、(1)
では基板に垂直方向に多くエッチングされ、(2)では
基板表面に平行な横方向へのサイドエッチングが行われ
(この条件下では、圧力が比較的高いため、縦方向の方
が横方向のエッチング速度よりも大きく、底面は比較的
平坦で形成したパターンよりも大きな開口径となる)、
(3)では基板表面に対して等方的なエッチングが行わ
れる(この条件下では、圧力が高いために、縦方向と横
方向のエッチング速度がほぼ等しく、底面は同心円状に
エッチングされる。但し、エッチング速度は比較的遅
い)。尚、エッチング条件を制御することにより、断面
形状は異なってくる。本発明では、ガス種、圧力、導入
パワー条件、分圧、工程等によって形状を制御してい
る。上記(1)〜(3)の工程を経ることによって感光
性高分子材料32のマスクの小開口径よりも大きな開口
径を有する球面凹形状34Aを創成できる(図7
(c),(d))。その際、(3)でO2 を徐々に導入
していることによって感光性高分子材料32は徐々に消
滅する。また、上記(3)の工程後に、(3)の条件下
で、等方的なエッチングを10分間行うと、曲率半径が
拡大した、ほぼ球形状の凹部34が形成され、凹マイク
ロレンズアレイを得ることができた(図7(e))。本
実施例では、開口部の直径:26μm,深さ:10.5
μmの凹マイクロレンズアレイが製作できた。また、本
実施例では、予め基板31の片側に凸のマイクロレンズ
35を構成してあるので、両面にマイクロレンズアレイ
を有する平板型レンズアレイを製作できた。また、基板
31に形成された凹部34に、基板材料より屈折率の高
い透明樹脂36を充填することにより、両面のマイクロ
レンズアレイを凸またはレンチキュラーレンズとした平
板型レンズアレイが製作できる(図7(f))When etching is performed under the above conditions, (1)
In (2), side etching is performed in the lateral direction parallel to the substrate surface (under this condition, the pressure is relatively high, so the vertical etching is more in the vertical direction). Larger than the speed, and the bottom has a larger opening diameter than the pattern formed relatively flat),
In (3), isotropic etching is performed on the substrate surface (under this condition, since the pressure is high, the etching rates in the vertical and horizontal directions are substantially equal, and the bottom surface is etched concentrically. However, the etching rate is relatively slow). By controlling the etching conditions, the cross-sectional shape changes. In the present invention, the shape is controlled by the gas type, pressure, introduced power condition, partial pressure, process, and the like. Through the steps (1) to (3), a spherical concave shape 34A having an opening diameter larger than the small opening diameter of the mask of the photosensitive polymer material 32 can be created (FIG. 7).
(C), (d)). At this time, the photosensitive polymer material 32 gradually disappears due to the gradual introduction of O 2 in (3). When the isotropic etching is performed for 10 minutes under the condition (3) after the process (3), a substantially spherical concave portion 34 having an increased radius of curvature is formed, and the concave microlens array is formed. Was obtained (FIG. 7 (e)). In this embodiment, the diameter of the opening is 26 μm and the depth is 10.5.
A μm concave microlens array was produced. In this embodiment, since the convex microlenses 35 are formed on one side of the substrate 31 in advance, a flat lens array having microlens arrays on both sides can be manufactured. Further, by filling a concave portion 34 formed in the substrate 31 with a transparent resin 36 having a higher refractive index than that of the substrate material, a flat lens array in which the micro lens arrays on both sides are convex or lenticular lenses can be manufactured (FIG. 7). (F))
【0043】尚、公知のように目的の形状を制御するた
めに、コンダクタンスバルブのオ−プニング率を制御し
たり、プラズマ密度を制御するためにマイクロ波,コイ
ル電流,RFパワ−を経時的に制御するのは言うまでも
ない。これらの制御方法は、ある程度理論的に決定でき
るが、最終的には実験で条件を決めるものである。具体
的には、上記(1)〜(3)の条件中には、基板バイア
スを10秒ごとに低下させ、圧力を10秒ごとに上昇さ
せるプログラムを製作し制御する。上記条件によって、
曲率Rの凹形状の創成が可能となる。また、(1),
(2)の条件下での創成形状を制御することによって、
(3)の条件のエッチング時には、非球面形状が創成で
きることは言うまでもない。As is well known, to control the target shape, the opening rate of the conductance valve is controlled, and to control the plasma density, the microwave, coil current, and RF power are changed over time. Needless to control. These control methods can be theoretically determined to some extent, but ultimately determine the conditions by experiment. Specifically, under the conditions (1) to (3), a program for reducing the substrate bias every 10 seconds and increasing the pressure every 10 seconds is manufactured and controlled. According to the above conditions,
It is possible to create a concave shape with a curvature R. Also, (1),
By controlling the shape of the wound under the condition (2),
At the time of etching under the condition (3), it goes without saying that an aspherical shape can be created.
【0044】(実施例4)次に、本発明による平板型レ
ンズアレイの作成工程のさらに別の実施例を示す。本実
施例では、平面基板上への保護膜の形成とパターン形成
とを同時に行う場合の例を示しており、小開口のアレイ
状パターン形成後のエッチング工程は実施例1と略同様
である。図8はパターン形成に用いられるスペーサとマ
スクの説明図、図9は保護膜形成とパターン形成を同時
に行う工程の説明図である。図8(a)に示すように、
平面基板である低膨張ガラス(ネオセラム、N−0)基
板51上の周辺部に、15μmのスペーサ52を配置
し、その上に目的とするシリンダー形状の開口54を一
次元配列でシリンダー配列ピッチ:250μm、開口
径:50μmでマイクロホ−ミング加工したNiまたは
SUS板からなる厚さ:30μmのマスク53を配置し
た。この際、マスク53と基板表面との間にはスペーサ
52の厚み分の隙間55が形成される。尚、より正確な
パターニングを行うために、図8(b)に示すように、
マスク53の開口部54を囲むようにスペーサ57を配
置してもよい。(Embodiment 4) Next, still another embodiment of the manufacturing process of the flat lens array according to the present invention will be described. In the present embodiment, an example in which the formation of a protective film and the formation of a pattern on a flat substrate are performed at the same time is shown. The etching process after the formation of an array pattern with small openings is substantially the same as that in the first embodiment. FIG. 8 is an explanatory view of a spacer and a mask used for pattern formation, and FIG. 9 is an explanatory view of a step of simultaneously forming a protective film and forming a pattern. As shown in FIG.
A 15 μm spacer 52 is arranged on a peripheral portion of a low expansion glass (Neoceram, N-0) substrate 51 which is a flat substrate, and a desired cylinder-shaped opening 54 is formed on the spacer 52 in a one-dimensional arrangement in a cylinder arrangement pitch: A mask 53 of 250 μm, opening diameter: 50 μm, made of a microhoming-processed Ni or SUS plate and having a thickness of 30 μm was arranged. At this time, a gap 55 corresponding to the thickness of the spacer 52 is formed between the mask 53 and the substrate surface. In order to perform more accurate patterning, as shown in FIG.
The spacer 57 may be arranged so as to surround the opening 54 of the mask 53.
【0045】本実施例では、図8(a)のようにセッテ
ィングしたものを一つの構成物として真空蒸着機の中に
セットした(図9(a))。その後、通常の所定の操作
で真空引きを実施し、Al−Si−Cu膜をスパッタリ
ング法で成膜した(図9(b))。成膜後、マスク53
とスペーサ52を取り除くことにより、一次元配列で配
列ピッチ:250μm、Al−Si−Cu膜幅:50μ
mのシリンダー構造の小開口パターンが製作できる(図
9(c))。この際、成膜する蒸着パターンは、目的と
するレンズアレイの配列のピッチを有し、開口径は最終
的に得ようとするレンズの径よりも十分に小さいことが
望ましい。本実施例では、目的とする配列のピッチは、
250μmであり、形成した小開口配列は格子状配列で
開口径は50μmである。これによりシリンダー状の小
開口パターンが得られる。そして小開口パターンの形成
後は、図1(c)〜(e)の工程と同様のエッチング工
程を実施する。In this embodiment, the one set as shown in FIG. 8A was set as one component in a vacuum deposition machine (FIG. 9A). After that, vacuuming was performed by a normal predetermined operation, and an Al—Si—Cu film was formed by a sputtering method (FIG. 9B). After the film formation, the mask 53
By removing the spacer 52 and the one-dimensional array, the arrangement pitch: 250 μm, the Al—Si—Cu film width: 50 μm
A small opening pattern having a cylinder structure of m can be manufactured (FIG. 9C). At this time, it is desirable that the vapor deposition pattern to be formed has a pitch of the target arrangement of the lens array, and the opening diameter is sufficiently smaller than the diameter of the lens finally obtained. In this embodiment, the pitch of the target array is
The small aperture array formed was a grid-like array and the aperture diameter was 50 μm. As a result, a cylindrical small opening pattern is obtained. After the formation of the small opening pattern, an etching step similar to the steps of FIGS. 1C to 1E is performed.
【0046】上記小開口を有するAl−Si−Cu膜付
き基板41を、該Al−Si−Cu膜をマスクとしてド
ライエッチングする。即ち、上記基板をプラズマエッチ
ング装置内にセットし、ドライエッチングを実施した。
本実施例では、ECRエッチング装置を使用し、本装置
に反応性エッチングガスとして、CF4,CHF3,SF
6,Arの混合ガスを用いた。エッチング装置の圧力
は、0.1〜30mToorで基板バイアス:50w〜
1Kw,マイクロ波電力:w,コイル電流:Aで行っ
た。エッチングの条件は、 (1)初め:0.5mToor, Ar:CF4:CHF3=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス1Kw, 終了:3mToor, Ar:CF4:CHF3=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス500w,で5分。 (2)初め:3mToor, Ar:CF4:CHF3=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス500w, 終了:10mToor, Ar:CF4:CHF3=1:10:5の混合ガス, 基板バイアス500w,で10分。 (3)初め:10mToor, Ar:CF4:CHF3:SF6=1:10:5:1の混合ガス, 基板バイアス300w, 終了:10mToor, Ar:CF4:CHF3:SF6=1:10:5:5の混合ガス, 基板バイアス300w,で20分。The substrate 41 having the Al-Si-Cu film having the small opening is dry-etched using the Al-Si-Cu film as a mask. That is, the substrate was set in a plasma etching apparatus and dry etching was performed.
In this embodiment, an ECR etching apparatus is used, and CF 4 , CHF 3 , and SF are used as reactive etching gases in this apparatus.
A mixed gas of 6 and Ar was used. The pressure of the etching apparatus is 0.1 to 30 mTorr and the substrate bias is 50 w
The test was performed at 1 Kw, microwave power: w, and coil current: A. The etching conditions are as follows: (1) Initial: 0.5 mTool, mixed gas of Ar: CF 4 : CHF 3 = 1: 5: 5, substrate bias 1 Kw, end: 3 mTool, Ar: CF 4 : CHF 3 = 1: 5 : 5 minutes with a mixed gas of 5 and a substrate bias of 500 w. (2) First: 3mToor, Ar: CF 4: CHF 3 = 1: 5: mixed gas of 5, substrate bias 500 w, End: 10mToor, Ar: CF 4: CHF 3 = 1: 10: mixed gas of 5, substrate 10 minutes at a bias of 500 w. (3) Initial: 10 mTool, Ar: CF 4 : CHF 3 : SF 6 = 1: 10: 5: 1 mixed gas, substrate bias 300 w, end: 10 mTool, Ar: CF 4 : CHF 3 : SF 6 = 1: 20 minutes with 10: 5: 5 mixed gas, substrate bias 300w.
【0047】上記条件で、エッチングを行うと、(1)
では基板に垂直方向に多くエッチングされ、(2)では
基板表面に平行な横方向へのサイドエッチングが行われ
(この条件下では、圧力が比較的高いため、縦方向の方
が横方向のエッチング速度よりも大きく、底面は比較的
平坦で形成したパタ−ンよりも大きな開口径となる)、
(3)では基板表面に対して等方的なエッチングが行わ
れる(この条件下では、圧力が高いために、縦方向と横
方向のエッチング速度がほぼ等しく、底面は同心円状に
エッチングされる。但し、エッチング速度は比較的遅
い)。尚、エッチング条件を制御することにより、断面
形状は異なってくる。本発明では、ガス種、圧力、導入
パワー条件、分圧、工程等によって形状を制御してい
る。上記(1)〜(3)の工程を経ることによって図1
(d)と同様の小開口径よりも大きな開口径を有する非
球面凹形状を創成できた。When etching is performed under the above conditions, (1)
In (2), side etching is performed in the lateral direction parallel to the substrate surface (under this condition, the pressure is relatively high, so the vertical etching is more in the vertical direction). The opening diameter is larger than the speed, and the opening diameter is larger than the pattern formed with a relatively flat bottom.)
In (3), isotropic etching is performed on the substrate surface (under this condition, since the pressure is high, the etching rates in the vertical and horizontal directions are substantially equal, and the bottom surface is etched concentrically. However, the etching rate is relatively slow). By controlling the etching conditions, the cross-sectional shape changes. In the present invention, the shape is controlled by the gas type, pressure, introduced power condition, partial pressure, process, and the like. By performing the above steps (1) to (3), FIG.
An aspherical concave shape having an opening diameter larger than the small opening diameter similar to (d) could be created.
【0048】上記条件によって、直径220μmの凹マ
イクロレンズが形成される。但し、上記条件では、凹部
間に30μmの隙間(スペ−ス)が残っている。光通信
分野等のマイクロレンズアレイではスペ−スが残ってい
ても良い。しかし基板表面に残っていたAl−Si−C
uマスクパタ−ンを除去するためにECR装置内にCl
2ガスを導入し選択的にエッチングした。この操作によ
って、基板上のAl−Si−Cu膜は装置を開放するこ
と無く除去できる。但し、本実施例では片面マイクロレ
ンズのため球面構造では十分な光結合効率が得られな
い。そこで本実施例では、最終段階における(3)のエ
ッチングの条件を細かく制御し非球面形状を得ることを
目的とした。 (4)初め:10mToor, Ar:CF4:CHF3:SF6:O2=1:10:5:1:0の混合 ガス, 基板バイアス300w, 終了:10mToor, Ar:CF4:CHF3:SF6:O2=1:10:5:5:2の混合 ガス, 基板バイアス500w,で20分。 つまり、上記(4)の条件下で選択的な制御されたエッ
チングを20分間行うと、ほぼ設計値通りの非球形状の
凹マイクロレンズアレイを得ることができた。本実施例
では、開口部の直径:250μm,深さ:10μmの凹
型形状を有する凹非球面マイクロレンズアレイが製作で
きた。Under the above conditions, a concave microlens having a diameter of 220 μm is formed. However, under the above conditions, a gap (space) of 30 μm remains between the concave portions. A space may remain in a microlens array in the optical communication field or the like. However, the Al-Si-C remaining on the substrate surface
In order to remove the u mask pattern, Cl
Two gases were introduced to perform selective etching. By this operation, the Al-Si-Cu film on the substrate can be removed without opening the apparatus. However, in this embodiment, a sufficient optical coupling efficiency cannot be obtained with a spherical structure because of a single-sided microlens. Therefore, in the present embodiment, an object is to obtain an aspherical shape by finely controlling the etching condition (3) in the final stage. (4) Initial: 10 mTool, Ar: CF 4 : CHF 3 : SF 6 : O 2 = 1: 10: 5: 1: 0 mixed gas, substrate bias 300 w, end: 10 mTool, Ar: CF 4 : CHF 3 : SF 6 : O 2 = 1: 10: 5: 5: 2 mixed gas, substrate bias 500w, 20 minutes. That is, when selective and controlled etching was performed for 20 minutes under the condition (4), a non-spherical concave microlens array almost as designed was obtained. In the present example, a concave aspherical microlens array having a concave shape with a diameter of the opening: 250 μm and a depth: 10 μm could be manufactured.
【0049】尚、公知のように目的の形状を制御するた
めに、コンダクタンスバルブのオ−プニング率を制御し
たり、プラズマ密度を制御するためにRFパワ−を経時
的に制御するのは言うまでもない。これらの制御方法
は、ある程度理論的に決定できるが、最終的には実験で
条件を決めるものである。具体的には、上記(1)〜
(4)の条件中には、基板バイアスを30秒ごとに低下
させ、圧力を30秒ごとに上昇させるプログラムを製作
し制御する。It is needless to say that the opening ratio of the conductance valve is controlled in order to control the desired shape, and the RF power is controlled with time in order to control the plasma density. . These control methods can be theoretically determined to some extent, but ultimately determine the conditions by experiment. Specifically, the above (1) to
Under the condition (4), a program for reducing the substrate bias every 30 seconds and increasing the pressure every 30 seconds is manufactured and controlled.
【0050】(実施例5)次に、本発明による平板型レ
ンズアレイの作成工程のさらに別の実施例を示す。本実
施例では、平面基板上への保護膜の形成とパターン形成
とを同時に行う場合の例を示しており、小開口のアレイ
状パターン形成後のエッチング工程は実施例1と略同様
である。先ず、ポジ型感光性高分子材料を予めプログラ
ム入力したインクジェットノズル付き塗布機に充填し、
平面基板である低膨張ガラス(ネオセラム N−0)基
板上に塗布する。この際、塗布パタ−ンは、目的とする
レンズアレイの配列のピッチを有し、開口径は最終的に
得ようとするレンズの径よりも十分に小さいことが望ま
しい。本実施例では、目的とする配列のピッチは、25
0μmであり、形成した小開口配列は格子状配列で開口
径は200μmである。これにより碁盤の目状の通信用
マイクロレンズアレイ形成用の小開口パターンが得られ
る。感光性高分子材料は、塗布後すぐにポストベークを
行う。そして、図1(c)〜(e)の工程と同様のエッ
チング工程を実施する。(Embodiment 5) Next, still another embodiment of the manufacturing process of the flat lens array according to the present invention will be described. In the present embodiment, an example in which the formation of a protective film and the formation of a pattern on a flat substrate are performed at the same time is shown. The etching process after the formation of an array pattern with small openings is substantially the same as that in the first embodiment. First, a positive photosensitive polymer material is charged into a coating machine with an ink jet nozzle which has been programmed in advance,
It is applied on a low expansion glass (Neoceram N-0) substrate which is a flat substrate. In this case, it is desirable that the application pattern has a pitch of the target lens array, and the opening diameter is sufficiently smaller than the diameter of the lens finally obtained. In this embodiment, the pitch of the target array is 25
0 μm, and the formed small opening arrangement is a lattice-like arrangement and the opening diameter is 200 μm. As a result, a small aperture pattern for forming a grid-like communication microlens array is obtained. Immediately after the photosensitive polymer material is applied, post-baking is performed. Then, an etching step similar to the steps of FIGS. 1C to 1E is performed.
【0051】上記小開口を有する感光性高分子材料膜付
き基板を用い、該感光性高分子材料をマスクとしてドラ
イエッチングする。即ち、上記基板をプラズマエッチン
グ装置内にセットし、ドライエッチングを実施した。本
実施例では、ECRエッチング装置を使用し、本装置に
反応性エッチングガスとして、CF4,CHF3,O2,
Arの混合ガスを用いた。エッチング装置の圧力は、
0.1〜30mToorで基板バイアス:50w〜1K
w,マイクロ波電力:w,コイル電流:Aで行った。エ
ッチングの条件は、 (1)初め:1mToor, Ar:CF4:CHF3=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス1Kw, 終了:5mToor,Ar:CF4:CHF3=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス500w,で5分。 (2)初め:5mToor, Ar:CF4:CHF3=1:5:5の混合ガス, 基板バイアス500w, 終了:30mToor, Ar:CF4:CHF3=1:10:5の混合ガス, 基板バイアス500w,で10分。 (3)初め:30mToor, Ar:CF4:CHF3:O2=1:10:5:0の混合ガス, 基板バイアス500w, 終了:50mToor, Ar:CF4:CHF3:O2=1:10:5:0.5の混合ガス, 基板バイアス500w,で20分。Using the substrate having a photosensitive polymer material film having the small opening, dry etching is performed using the photosensitive polymer material as a mask. That is, the substrate was set in a plasma etching apparatus and dry etching was performed. In this embodiment, an ECR etching apparatus is used, and CF 4 , CHF 3 , O 2 ,
A mixed gas of Ar was used. The pressure of the etching equipment is
Substrate bias: 0.1 to 30mToor: 50w to 1K
w, microwave power: w, coil current: A. The etching conditions are as follows: (1) Initially: 1 mToor, mixed gas of Ar: CF 4 : CHF 3 = 1: 5: 5, substrate bias 1 Kw, end: 5 mToor, Ar: CF 4 : CHF 3 = 1: 5: 5 5 minutes with a mixed gas of 500 w at a substrate bias of (2) First: 5mToor, Ar: CF4: CHF 3 = 1: 5: mixed gas of 5, substrate bias 500 w, End: 30mToor, Ar: CF 4: CHF 3 = 1: 10: mixed gas of 5, substrate bias 10 minutes at 500w. (3) First: 30 mToor, Ar: CF 4 : CHF 3 : O 2 = 1: 10: 5: 0, mixed gas, substrate bias 500 w, end: 50 mTool, Ar: CF 4 : CHF 3 : O 2 = 1: 20 minutes with a mixed gas of 10: 5: 0.5 and a substrate bias of 500 w.
【0052】上記条件で、エッチングを行うと、(1)
では基板に垂直方向に多くエッチングされ、(2)では
基板表面に平行な横方向へのサイドエッチングが行われ
(この条件下では、圧力が比較的高いため、縦方向の方
が横方向のエッチング速度よりも大きく、底面は比較的
平坦で形成したパタ−ンよりも大きな開口径となる)、
(3)では基板表面に対して等方的なエッチングが行わ
れる(この条件下では、圧力が高いために、縦方向と横
方向のエッチング速度がほぼ等しく、底面は同心円状に
エッチングされる。但し、エッチング速度は比較的遅
い)。尚、エッチング条件を制御することにより、断面
形状は異なってくる。本発明では、ガス種、圧力、導入
パワー条件、分圧、工程等によって形状を制御してい
る。上記(1)〜(3)の工程を経ることによって図1
(d)と同様の小開口径よりも大きな開口径を有する非
球面凹形状を創成できた。When etching is performed under the above conditions, (1)
In (2), side etching is performed in the lateral direction parallel to the substrate surface (under this condition, the pressure is relatively high, so the vertical etching is more in the vertical direction). The opening diameter is larger than the speed, and the opening diameter is larger than the pattern formed with a relatively flat bottom.)
In (3), isotropic etching is performed on the substrate surface (under this condition, since the pressure is high, the etching rates in the vertical and horizontal directions are substantially equal, and the bottom surface is etched concentrically. However, the etching rate is relatively slow). By controlling the etching conditions, the cross-sectional shape changes. In the present invention, the shape is controlled by the gas type, pressure, introduced power condition, partial pressure, process, and the like. By performing the above steps (1) to (3), FIG.
An aspherical concave shape having an opening diameter larger than the small opening diameter similar to (d) could be created.
【0053】上記条件によって、直径220μmの凹マ
イクロレンズが形成される。但し、上記条件では、凹部
間に30μmの隙間(スペ−ス)が残っている。しかし
光通信分野等のマイクロレンズアレイではスペ−スが残
っていても良い。但し、本実施例では片面マイクロレン
ズのため球面構造では十分な光結合効率が得られない。
そこで本実施例では、最終段階における(3)のエッチ
ングの条件を細かく制御し非球面形状を得ることを目的
とした。 (4)初め:50mToor, Ar:CF4:CHF3:SF6:O2=1:10:5:1:0の混合 ガス, 基板バイアス500w, 終了:60mToor, Ar:CF4:CHF3:SF6:O2=1:10:5:5:2の混合 ガス, 基板バイアス600w,で20分。 つまり、上記(4)の条件下で、選択的な制御されたエ
ッチングを20分間行うと、ほぼ設計値通りの非球面形
状の凹マイクロレンズアレイを得ることができた。本実
施例では、直径:250μm,深さ:8μmの凹非球面
マイクロレンズアレイを有する平板型レンズアレイが製
作できた。Under the above conditions, a concave microlens having a diameter of 220 μm is formed. However, under the above conditions, a gap (space) of 30 μm remains between the concave portions. However, a space may remain in a microlens array in an optical communication field or the like. However, in this embodiment, a sufficient optical coupling efficiency cannot be obtained with a spherical structure because of a single-sided microlens.
Therefore, in the present embodiment, an object is to obtain an aspherical shape by finely controlling the etching condition (3) in the final stage. (4) Initial: 50 mTorr, Ar: CF 4 : CHF 3 : SF 6 : O 2 = 1: 10: 5: 1: 0, mixed gas, substrate bias 500 w, end: 60 mTool, Ar: CF 4 : CHF 3 : SF 6 : O 2 = 1: 10: 5: 5: 2 mixed gas, substrate bias 600w, 20 minutes. That is, when the selective and controlled etching was performed for 20 minutes under the condition (4), a concave microlens array having an aspherical shape substantially as designed was obtained. In this example, a flat lens array having a concave aspherical microlens array having a diameter of 250 μm and a depth of 8 μm was manufactured.
【0054】尚、公知のように目的の形状を制御するた
めに、コンダクタンスバルブのオ−プニング率を制御し
たり、プラズマ密度を制御するためにRFパワ−を経時
的に制御するのは言うまでもない。これらの制御方法
は、ある程度理論的に決定できるが、最終的には実験で
条件を決めるものである。具体的には、上記(1)〜
(4)の条件中には、基板バイアスを30秒ごとに低下
させ、圧力を30秒ごとに上昇させるプログラムを製作
し制御する。It is needless to say that the opening ratio of the conductance valve is controlled in order to control the desired shape, and the RF power is controlled with time in order to control the plasma density. . These control methods can be theoretically determined to some extent, but ultimately determine the conditions by experiment. Specifically, the above (1) to
Under the condition (4), a program for reducing the substrate bias every 30 seconds and increasing the pressure every 30 seconds is manufactured and controlled.
【0055】(実施例6)図10は本発明のさらに別の
実施例を示す図であって、本発明による凹型微細形状の
アレイ状パターン形成方法を用いて平板型オイルトラッ
プを製作する際の作成工程を示す図である。まず、平面
基板である超微粒子バインダイレスの超硬合金基板61
の表面に、ポジ型感光性高分子材料62を塗布した後、
マスク(またはレチクル)67のパターンを感光性高分
子材料62に露光した後(図10(a))、マスク67
を外して現像、リンスする。この際、露光するマスク
(またはレチクル)67のパタ−ンは、目的とする凹型
微細形状のアレイの配列のピッチを有し、開口径は最終
的に得ようとする凹部の径よりも十分に小さいことが望
ましい。本実施例では、目的とする配列のピッチは、ピ
ッチ5μmであり、形成した小開口配列は格子状配列で
開口径は3μmである。これにより所望の摩擦係数低減
用オイルトラップを形成するための小開口パターンが得
られる(図10(b))。尚、予めこの基板は両面研磨
され平行度が2.5μm/4インチ以内で製作されてい
る。(Embodiment 6) FIG. 10 is a view showing still another embodiment of the present invention, in which a flat type oil trap is manufactured by using the method of forming an array of concave fine shapes according to the present invention. It is a figure which shows a preparation process. First, a cemented carbide substrate 61, which is a flat substrate and has no ultrafine particle dies, is used.
After applying a positive photosensitive polymer material 62 to the surface of
After exposing the pattern of the mask (or reticle) 67 to the photosensitive polymer material 62 (FIG. 10A), the mask 67
Remove and develop and rinse. At this time, the pattern of the mask (or reticle) 67 to be exposed has a pitch of an array of the target concave fine shape array, and the opening diameter is sufficiently larger than the diameter of the concave portion to be finally obtained. Desirably small. In this embodiment, the pitch of the target array is a pitch of 5 μm, and the formed small aperture array is a lattice-like array having an aperture diameter of 3 μm. As a result, a small opening pattern for forming a desired friction coefficient reduction oil trap is obtained (FIG. 10B). The substrate is polished on both sides in advance, and is manufactured with a parallelism of 2.5 μm / 4 inch or less.
【0056】上記小開口を有する感光性高分子材料膜付
き超硬合金基板61を、感光性高分子材料62をマスク
としてドライエッチングする。即ち、上記基板61をプ
ラズマエッチング装置内にセットし、ドライエッチング
を実施した。本実施例では、ECRエッチング装置を使
用し、本装置に反応性エッチングガスとして、CF4,
CHF3,O2,Arの混合ガスを用いた。エッチング装
置の圧力は、0.1〜30mToorで基板バイアス:
50w〜1Kw,マイクロ波電力:w,コイル電流:A
で行った。エッチングの条件は、実施例3と同様であ
る。The hard metal substrate 61 with the photosensitive polymer material film having the small opening is dry-etched using the photosensitive polymer material 62 as a mask. That is, the substrate 61 was set in a plasma etching apparatus, and dry etching was performed. In the present embodiment, an ECR etching apparatus is used, and CF 4 ,
A mixed gas of CHF 3 , O 2 , and Ar was used. The pressure of the etching apparatus is 0.1 to 30 mTorr and the substrate bias is:
50 w to 1 Kw, microwave power: w, coil current: A
I went in. The etching conditions are the same as in the third embodiment.
【0057】上記の工程を経ることによってマスクの小
開口径よりも大きな開口径を有する球面凹形状を創成で
きた(図10(c),(d))。その際、実施例3の
(3)と同様のエッチング条件でエッチングを行う際
に、O2 を徐々に導入していることによって感光性高分
子材料62は徐々に消滅する。これにより、ほぼ球形状
の凹部64のアレイ状パターンを得ることができた(図
10(e))。本実施例では、開口部の直径:3.5μ
m,深さ:0.9μmの凹部64のアレイ状パターンを
有する平板型オイルトラップが製作できた。Through the above steps, a spherical concave shape having an opening diameter larger than the small opening diameter of the mask could be created (FIGS. 10C and 10D). At that time, when etching is performed under the same etching conditions as in (3) of the third embodiment, the photosensitive polymer material 62 gradually disappears due to the gradual introduction of O 2 . Thus, an array pattern of the substantially spherical concave portions 64 could be obtained (FIG. 10E). In the present embodiment, the diameter of the opening: 3.5 μm
A flat oil trap having an array pattern of concave portions 64 having a depth of 0.9 μm was obtained.
【0058】尚、公知のように目的の形状を制御するた
めに、コンダクタンスバルブのオ−プニング率を制御し
たり、プラズマ密度を制御するためにマイクロ波,コイ
ル電流,RFパワ−を経時的に制御するのは言うまでも
ない。これらの制御方法は、ある程度理論的に決定でき
るが、最終的には実験で条件を決めるものである。具体
的には、実施例3と同様のエッチング条件の(1)〜
(3)の条件中には、基板バイアスを10秒ごとに低下
させ、圧力を10秒ごとに上昇させるプログラムを製作
し制御する。As is well known, the opening rate of the conductance valve is controlled in order to control the desired shape, and the microwave, coil current, and RF power are controlled over time to control the plasma density. Needless to control. These control methods can be theoretically determined to some extent, but ultimately determine the conditions by experiment. Specifically, etching conditions (1) to (4) similar to those in Example 3 were used.
Under the condition (3), a program for reducing the substrate bias every 10 seconds and increasing the pressure every 10 seconds is manufactured and controlled.
【0059】本実施例で製作した平板型オイルトラップ
の凹部アレイ側の基板表面61Aに有機膜の表面処理を
施し、F系の潤滑剤を塗布した後に摩擦試験を実施した
ところ、摩擦係数が、凹部アレイを製作しなかった場合
に比較して1/3に低減した。また、超硬合金の寿命も
約10倍長くなった。The surface of the substrate 61A on the concave array side of the flat type oil trap manufactured in this example was subjected to a surface treatment of an organic film, and a friction test was performed after applying an F-based lubricant. This was reduced to 1/3 compared to the case where the concave array was not manufactured. Also, the life of the cemented carbide was increased about 10 times.
【0060】(実施例7)次に平板型レンズアレイの実
施例について述べる。図11は平板型レンズアレイの実
施例を示す要部断面図である。この例では、実施例1で
製作した平板型レンズアレイの石英基板11の凹部に石
英基板よりも屈折率の高いエポキシ系樹脂材料16を充
填してレンズ部を形成する。次にレンズアレイを製作し
た基板11とは別の石英カバーガラス基板71を用意
し、この基板71上に屈折率調整用かつ密着力増強用の
低粘度エポキシ材料72をスピンナーで塗布する。これ
を所定の硬化方法(UV法でも良いし、熱硬化法でも良
い)で硬化する。次に、前記レンズアレイ基板11の表
面に石英基板よりも屈折率の高いエポキシ系樹脂材料の
接着剤73を塗布し、上記低粘度エポキシ材料72をス
ピンナーで塗布したカバ−ガラス基板71とで接着剤を
空気が入り込まないように挾み込む。その上から鏡面研
磨されたガラス板で加圧することによって空気や接着剤
を押し出し所定の厚さになるように制御する。尚、厚さ
制御のために、レンズ部間の隙間等に予めスペーサーを
設けても良い。その後、エポキシ型接着剤を加熱硬化さ
せる。次いで、光路長や焦点距離の調整のために、石英
カバーガラス基板71を片面研磨して所定の厚さに仕上
げる。これにより、所望の光学特性の平板型レンズアレ
イが得られる。(Embodiment 7) Next, an embodiment of a flat lens array will be described. FIG. 11 is a sectional view of a main part showing an embodiment of a flat lens array. In this example, a lens portion is formed by filling the concave portion of the quartz substrate 11 of the flat lens array manufactured in Example 1 with an epoxy resin material 16 having a higher refractive index than the quartz substrate. Next, a quartz cover glass substrate 71 different from the substrate 11 on which the lens array is manufactured is prepared, and a low-viscosity epoxy material 72 for adjusting the refractive index and enhancing the adhesion is applied on the substrate 71 by a spinner. This is cured by a predetermined curing method (a UV method or a thermosetting method may be used). Next, an adhesive 73 made of an epoxy resin material having a higher refractive index than that of the quartz substrate is applied to the surface of the lens array substrate 11, and is bonded to the cover glass substrate 71 on which the low viscosity epoxy material 72 is applied by a spinner. Insert the agent so that air does not enter. Air and an adhesive are extruded by applying pressure from above to a mirror-polished glass plate to control the thickness to a predetermined thickness. In addition, a spacer may be provided in advance in a gap between lens parts for thickness control. Thereafter, the epoxy adhesive is cured by heating. Next, in order to adjust the optical path length and the focal length, the quartz cover glass substrate 71 is polished on one side to finish it to a predetermined thickness. Thereby, a flat lens array having desired optical characteristics can be obtained.
【0061】(実施例8)次に図12は平板型レンズア
レイの別の実施例を示す要部断面図である。この例で
は、実施例2(または実施例3)で製作した1.3″X
GA液晶プロジェクター用の凹マイクロレンズアレイ側
の石英基板21の凹部に石英基板よりも屈折率の高いエ
ポキシ系樹脂材料16を充填しレンズ部を形成する。次
にレンズアレイを製作した基板21とは別の石英カバ−
ガラス基板74を用意し、この基板74上に屈折率調整
用かつ密着力増強用の低粘度エポキシ材料75をスピン
ナーで塗布する。これを所定の硬化方法(UV法でも良
いし、熱硬化法でも良い)で硬化する。次に、前記マイ
クロレンズアレイ基板21の表面に石英基板よりも屈折
率の高いエポキシ系樹脂材料76を接着剤として塗布
し、上記低粘度エポキシ材料75をスピンナーで塗布し
たカバ−ガラス基板74とで接着剤を空気が入り込まな
いように挾み込む。その上から鏡面研磨されたガラス板
で加圧することによって空気や接着剤を押し出し所定の
厚さになるように制御する。尚、厚さ制御のために、レ
ンズ部間の隙間等に予めスペーサーを設けても良い。そ
の後、エポキシ型接着剤を加熱硬化させる。次いで、目
的の液晶プロジェクター用マイクロレンズアレイ素子を
得るためにカバ−ガラス基板74を片面研磨して所定の
厚さ(例えば121μm)に仕上げる。石英ガラスの屈
折率は、1.45で、高屈折率エポキシ系接着剤の屈折
率は1.63である。今回製作した平板型レンズアレイ
のレンズ半径は30μmであったため、樹脂中の焦点距
離fは、 f=(−r)*(n’)/(n’−n) で与えられ、r=0.015mm,n’=1.63,n
=1.45であるから、f=0.136mmであった。(Embodiment 8) Next, FIG. 12 is a sectional view of a principal part showing another embodiment of the flat lens array. In this example, the 1.3 ″ X manufactured in Example 2 (or Example 3) is used.
The concave portion of the quartz substrate 21 on the concave microlens array side for the GA liquid crystal projector is filled with an epoxy resin material 16 having a higher refractive index than the quartz substrate to form a lens portion. Next, a quartz cover different from the substrate 21 on which the lens array was manufactured.
A glass substrate 74 is prepared, and a low-viscosity epoxy material 75 for adjusting the refractive index and increasing the adhesion is applied on the substrate 74 by a spinner. This is cured by a predetermined curing method (a UV method or a thermosetting method may be used). Next, an epoxy resin material 76 having a refractive index higher than that of the quartz substrate is applied as an adhesive to the surface of the microlens array substrate 21, and a cover glass substrate 74 on which the low-viscosity epoxy material 75 is applied by a spinner. Hold the adhesive so that air does not enter. Air and an adhesive are extruded by applying pressure from above to a mirror-polished glass plate to control the thickness to a predetermined thickness. In addition, a spacer may be provided in advance in a gap between lens parts for thickness control. Thereafter, the epoxy adhesive is cured by heating. Next, the cover glass substrate 74 is polished on one side to obtain a desired microlens array element for a liquid crystal projector to a predetermined thickness (for example, 121 μm). Quartz glass has a refractive index of 1.45 and high refractive index epoxy-based adhesive has a refractive index of 1.63. Since the lens radius of the flat lens array manufactured this time was 30 μm, the focal length f in the resin was given by f = (− r) * (n ′) / (n′−n), where r = 0. 015 mm, n '= 1.63, n
Since f = 1.45, f = 0.136 mm.
【0062】(実施例9)平板型レンズアレイのさらに
別の実施例として、実施例2または実施例3で製作した
1.3″XGA液晶プロジェクター用の凹マイクロレン
ズアレイの石英基板の替わりに、石英基板とBK−7材
料を陽極接合した基板を用いて図12と同様の構造の平
板型レンズアレイを製作した。レンズアレイ基板の構成
は、カバ−ガラスに近いほうに屈折率の低い石英基板を
用い、光の焦点を結ぶ側にBK−7を用いた。石英材料
の厚さは、9μmのものを用いた。加工条件は、実施例
2,3と同じ条件で行ったが、同等の形状が得られた。
上記基板の凹部に石英基板よりも屈折率の高いエポキシ
系樹脂材料を充填しレンズ部とした。そして、実施例8
と同様に低粘度エポキシ材料をスピンナーで塗布したカ
バ−ガラス基板をレンズアレイ基板にエポキシ系樹脂材
料からなる接着剤で接着した。本実施例の場合、マイク
ロレンズ中心部に入射してくる光はレンズ効果をあまり
受けないので、実施例8に比較して、僅かに焦点距離が
長くなったがほぼ同等の性能が得られた。具体的には、
焦点位置での光の集光状態にややバラツキが表れ、焦点
距離fはf=0.129mmであった。また、実際に液
晶表示素子に組み込んだ場合の性能はほぼ同じであっ
た。(Embodiment 9) As still another embodiment of the flat lens array, in place of the quartz substrate of the concave microlens array for the 1.3 ″ XGA liquid crystal projector manufactured in the embodiment 2 or 3, A flat lens array having the same structure as that shown in Fig. 12 was manufactured by using a quartz substrate and a substrate obtained by anodically bonding a BK-7 material, and the lens array substrate was composed of a quartz substrate having a lower refractive index closer to the cover glass. BK-7 was used on the side that focuses light, and the thickness of the quartz material was 9 μm.The processing conditions were the same as those in Examples 2 and 3, but the processing conditions were the same. A shape was obtained.
The concave portion of the substrate was filled with an epoxy resin material having a higher refractive index than the quartz substrate to form a lens portion. And Example 8
A cover glass substrate coated with a low-viscosity epoxy material by a spinner in the same manner as described above was bonded to a lens array substrate with an adhesive made of an epoxy resin material. In the case of the present embodiment, since the light incident on the central part of the microlens does not receive much lens effect, the focal length is slightly longer than that of the eighth embodiment, but almost the same performance is obtained. . In particular,
The light condensing state at the focal position slightly varied, and the focal distance f was f = 0.129 mm. The performance when actually incorporated in a liquid crystal display element was almost the same.
【0063】(実施例10)次に液晶表示素子の実施例
を示す。図13は液晶表示素子の一実施例を示す要部断
面図である。この例では、実施例1と同様に製作した平
板型レンズアレイ77を用い、石英基板77Aの凹部に
石英基板よりも屈折率の高いエポキシ系樹脂材料77B
を充填してレンズ部を形成する。さらにレンズ部に連続
する樹脂層を有し、該樹脂層のレンズ面と対向する面は
平坦に形成され、その上には、表面が平滑なフィルムシ
ート77C(あるいは、図11と同様な低粘度エポキシ
材料をスピンナーで塗布したカバーガラス基板)が接着
されている、そしてその表面には液晶素子部78を構成
するITO等からなる透明電極78Aと、ブラックマト
リックス78Bが形成されている。また、液晶層78C
を挾んで対向する側には、p−Si,TFT方式の画素
電極78Dと薄膜トランジスタ(TFT)78Eが形成
された第2の基板78Fが設けられている。以上のよう
な構成の液晶表示素子では、マイクロレンズアレイによ
り液晶素子の画素部に光を集光することができるので、
光の利用効率を向上して透過光量を増大することができ
る。(Embodiment 10) Next, an embodiment of a liquid crystal display device will be described. FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part showing one embodiment of a liquid crystal display element. In this example, a flat lens array 77 manufactured in the same manner as in the first embodiment is used, and an epoxy resin material 77B having a higher refractive index than the quartz substrate 77B is formed in the concave portion of the quartz substrate 77A.
To form a lens portion. Further, the lens portion has a continuous resin layer, and the surface of the resin layer facing the lens surface is formed flat, and a film sheet 77C having a smooth surface (or a low viscosity film similar to FIG. 11) is formed thereon. A cover glass substrate coated with an epoxy material by a spinner is adhered, and on the surface thereof, a transparent electrode 78A made of ITO or the like constituting the liquid crystal element portion 78 and a black matrix 78B are formed. The liquid crystal layer 78C
A second substrate 78F on which a p-Si, TFT type pixel electrode 78D and a thin film transistor (TFT) 78E are formed is provided on the side opposite to the other. In the liquid crystal display device having the above-described configuration, light can be focused on the pixel portion of the liquid crystal device by the microlens array.
The light use efficiency can be improved and the amount of transmitted light can be increased.
【0064】また、このような構造の液晶表示素子に用
いる平板型レンズアレイとしては、実施例2や実施例3
で製作したような、基板の両面にマイクロレンズアレイ
を有する構成の平板型レンズアレイも適しており、例え
ば、図12に示した構造の平板型レンズアレイのカバー
ガラスの上に透明電極とブラックマトリックスを形成
し、液晶層を挾んで対向する側に、p−Si,TFT方
式の画素電極とTFTが形成された第2の基板を設ける
ことにより、液晶表示素子を製作することができる。The flat lens array used in the liquid crystal display device having such a structure is described in Examples 2 and 3.
A flat lens array having a microlens array on both sides of a substrate, such as the one manufactured by the above, is also suitable. For example, a transparent electrode and a black matrix are formed on a cover glass of a flat lens array having a structure shown in FIG. And a second substrate on which a p-Si, TFT type pixel electrode and a TFT are formed is provided on the opposite side with the liquid crystal layer interposed therebetween, whereby a liquid crystal display element can be manufactured.
【0065】(実施例11)図14は本発明のさらに別
の実施例を示す図であり、両面にマイクロレンズアレイ
を設けた平板型レンズアレイの構成説明図である。図1
4(a)は、透明性の平面基板81の両面に凹マイクロ
レンズアレイ82,83を形成し、液晶パネル84に接
続した例であり、実施例1に示した作成工程を基板81
の両面に対して行うことで作成することができる。この
ように両面凹レンズとした場合には、光利用効率の向上
を図ることができる。尚、平面基板に形成した凹部の一
方または両方に、基板材料よりも屈折率の高い樹脂材料
を充填した構造とすることもできる。(Embodiment 11) FIG. 14 is a view showing still another embodiment of the present invention, and is an explanatory view of a configuration of a flat lens array having microlens arrays on both sides. FIG.
FIG. 4A shows an example in which concave microlens arrays 82 and 83 are formed on both sides of a transparent flat substrate 81 and connected to a liquid crystal panel 84.
Can be created by performing on both sides. In the case where a double-sided concave lens is used, the light use efficiency can be improved. Note that a structure in which one or both of the concave portions formed in the planar substrate are filled with a resin material having a higher refractive index than the substrate material may be employed.
【0066】図14(b)は、透明性の平面基板85の
一方の面に凸レンズ、他方の面に凹レンズを設けた例で
あり、実施例2または3に示した作成工程を基板81に
対して行うことで作成することができる。図示の構成で
は、凸レンズ側の面には樹脂層88を介して薄いカバー
ガラス89や表面が平滑なフィルムシート等が設けられ
ており、液晶表示素子に使用する場合には、その表面に
ブラックマトリックス90や透明電極等が設けられる。
このような構成の平板型レンズアレイでは、光利用効率
の向上を図ることができ、高NAレンズの製作が可能と
なる。尚、平面基板85に形成した凹部に、基板材料よ
りも屈折率の高い樹脂材料を充填した構造とすることも
できる。FIG. 14B shows an example in which a convex lens is provided on one surface of a transparent flat substrate 85 and a concave lens is provided on the other surface. Can be created. In the configuration shown in the figure, a thin cover glass 89 or a film sheet having a smooth surface is provided on the surface on the convex lens side via a resin layer 88, and when used for a liquid crystal display element, a black matrix is provided on the surface. 90, a transparent electrode, and the like.
With the flat lens array having such a configuration, the light use efficiency can be improved and a high NA lens can be manufactured. Note that a structure in which a resin material having a higher refractive index than the substrate material is filled in the concave portion formed in the flat substrate 85 may be employed.
【0067】図14(c)は、透明性の平面基板92の
一方の面に凸レンズ94、他方の面に凹型角錐レンズ9
3を設けた例であり、実施例2または3に示した作成工
程を応用してエッチング条件を制御することにより作成
することができる。図示の構成では、凸レンズ側の面に
は樹脂層95を介して表面が平滑なフィルムシート96
や薄いカバーガラスが設けられている。このような構成
の平板型レンズアレイでは、凹型角錐レンズ部93の先
端が点光源として働き、凸レンズ94から出射した光を
平行光とすることができる。FIG. 14C shows a convex flat lens 94 on one surface of a transparent flat substrate 92 and a concave pyramid lens 9 on the other surface.
3 is provided, and can be formed by controlling the etching conditions by applying the forming process described in the second or third embodiment. In the illustrated configuration, a film sheet 96 having a smooth surface is provided on the surface on the convex lens side via a resin layer 95.
And a thin cover glass. In the flat lens array having such a configuration, the tip of the concave pyramid lens unit 93 functions as a point light source, and the light emitted from the convex lens 94 can be converted into parallel light.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による凹型
微細形状のアレイ状パターン形成方法によれば、製作さ
れた基板は、規則的に制御された凹型微細形状を有して
いるので、耐環境性に優れた、基板内バラツキの少
ない、設計の自由度の大きい、欠陥の少ない、球
面/非球面等の形状制御が可能な、断面形状が均一、
ガラス組成に制限のない、高NAの両面レンズの性
能を有する、形状制御性と再現性に優れた、マイクロ
レンズ付きデバイス基板の供給が可能となる。また本発
明によれば、平板型レンズアレイは、液晶表示素子等の
構成に合わせて設計することができ、しかもマイクロレ
ンズの構成材料に対する選択の自由度が大きいので、光
の利用効率を向上することができる。また、設計の自由
度が高いので、液晶表示素子に限らず、種々の光学装置
に応用することができる。また、この平板型レンズアレ
イを用いることにより、レンズの光学性能をシミュレ−
ションしてこれに合致した稠密構造を持つレンズを製作
し、個々のデバイス画素に集光する微小光学素子を提供
することができる。従って、画素の透過光量を増大する
ことができ、明るい液晶表示素子を実現することができ
る。As described above, according to the method of forming an array pattern having a concave fine shape according to the present invention, the manufactured substrate has a concave fine shape that is regularly controlled, so that it has a high resistance. Excellent environmental characteristics, small variation in the substrate, large design flexibility, few defects, controllable shape such as spherical / aspherical surface, uniform cross-sectional shape,
It is possible to supply a device substrate with a microlens having the performance of a double-sided lens with a high NA, which is not limited by the glass composition, and excellent in shape controllability and reproducibility. Further, according to the present invention, the flat lens array can be designed according to the configuration of the liquid crystal display element and the like, and further, the degree of freedom in selecting the constituent materials of the microlenses is large, so that the light use efficiency is improved. be able to. Further, since the degree of freedom in design is high, the present invention can be applied to various optical devices, not limited to liquid crystal display elements. Also, by using this flat lens array, the optical performance of the lens can be simulated.
Then, a lens having a dense structure conforming to this can be manufactured, and a micro-optical element that condenses light on individual device pixels can be provided. Therefore, the amount of light transmitted through the pixel can be increased, and a bright liquid crystal display device can be realized.
【0069】本発明による凹型微細形状のアレイ状パタ
ーン形成方法で製作された基板は、アレイ状に配列され
た多数の微細な凹部を有しているので、潤滑剤を基板の
凹部に充填することで、これと対をなす相手側部品との
機械的摺動部分への潤滑剤の供給および保持が行われ摩
擦力を低減することができるので、平板型オイルトラッ
プを実現することができる。Since the substrate manufactured by the method of forming an array pattern of concave fine shapes according to the present invention has a large number of fine concave portions arranged in an array, it is necessary to fill the concave portions of the substrate with a lubricant. Thus, the lubricant is supplied to and held in the mechanically sliding portion with the mating component that forms a pair with this, and the frictional force can be reduced, so that a flat oil trap can be realized.
【図1】本発明の一実施例を示す平板型レンズアレイの
作成工程の説明図である。FIG. 1 is an explanatory view of a step of producing a flat lens array according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の作成工程中の基板の要部を拡大して示す
図である。FIG. 2 is an enlarged view showing a main part of the substrate during a forming process of FIG. 1;
【図3】図1の作成工程中の基板の要部を拡大して示す
図である。FIG. 3 is an enlarged view showing a main part of the substrate during the production process of FIG. 1;
【図4】ドライエッチングの説明図であって、等方性エ
ッチングと異方性エッチングを行った際の基板断面形状
を示す図である。FIG. 4 is an explanatory view of dry etching, showing a cross-sectional shape of the substrate when isotropic etching and anisotropic etching are performed.
【図5】ドライエッチングによるエッチング後の断面形
状と圧力の関係の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a relationship between a cross-sectional shape and a pressure after dry etching.
【図6】本発明の別の実施例を示す平板型レンズアレイ
の作成工程の説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of a step of forming a flat lens array according to another embodiment of the present invention.
【図7】本発明のさらに別の実施例を示す平板型レンズ
アレイの作成工程の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a step of producing a flat lens array according to still another embodiment of the present invention.
【図8】本発明のさらに別の実施例を示す図であって、
保護膜の成膜とパターン形成を同時に行う際のマスクと
スペーサの例を示す図である。FIG. 8 is a view showing still another embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a mask and a spacer when a protective film is simultaneously formed and a pattern is formed.
【図9】本発明のさらに別の実施例を示す図であって、
保護膜の成膜とパターン形成を同時に行う際のパターン
形成工程の説明図である。FIG. 9 is a view showing still another embodiment of the present invention,
FIG. 4 is an explanatory diagram of a pattern forming step when forming a protective film and forming a pattern at the same time.
【図10】本発明のさらに別の実施例を示す平板型オイ
ルトラップの作成工程の説明図である。FIG. 10 is an explanatory view of a step of producing a flat-plate type oil trap showing still another embodiment of the present invention.
【図11】本発明のさらに別の実施例を示す平板型レン
ズアレイの要部断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a flat lens array showing still another embodiment of the present invention.
【図12】本発明のさらに別の実施例を示す平板型レン
ズアレイの要部断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a main part of a flat lens array showing still another embodiment of the present invention.
【図13】本発明のさらに別の実施例を示す液晶表示素
子の要部断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part of a liquid crystal display device showing still another embodiment of the present invention.
【図14】本発明のさらに別の実施例を示す図であり、
両面にマイクロレンズアレイを設けた平板型レンズアレ
イの構成説明図である。FIG. 14 is a view showing still another embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a configuration explanatory view of a flat lens array provided with microlens arrays on both sides.
11,21,31,51,61,81,85,92:平
面基板 12A,22A,32,56,62:保護層 14,24,34,64:凹部 71,74,89:カバーガラス基板 77:平板型レンズアレイ 77A:石英基板(平面基板) 77C,96:フィルムシート 78:液晶素子部 78A:透明電極 78B,90:ブラックマトリックス 78C,91:液晶層 78D:画素電極 78E:TFT(薄膜トランジスタ) 78F:第2の基板11, 21, 31, 51, 61, 81, 85, 92: planar substrate 12A, 22A, 32, 56, 62: protective layer 14, 24, 34, 64: concave portion 71, 74, 89: cover glass substrate 77: Flat lens array 77A: quartz substrate (flat substrate) 77C, 96: film sheet 78: liquid crystal element part 78A: transparent electrode 78B, 90: black matrix 78C, 91: liquid crystal layer 78D: pixel electrode 78E: TFT (thin film transistor) 78F : Second substrate
Claims (18)
配列した略球形状または略多角形形状の複数の凹型微細
形状のアレイ状パターンを形成する形成方法において、
(1)平面基板の表面に耐エッチング性の保護層を形成
する工程と、(2)上記基板表面の保護層に所望のパタ
ーンを形成する工程と、(3)上記保護層付き平面基板
の基板面をドライエッチング法によって等方的及び/ま
たは異方的にエッチングし、上記平面基板の基板面に、
断面が略半円形状または略V溝形状の凹部を形成する第
1ドライエッチング工程と、(4)上記第1ドライエッ
チング工程後に上記平面基板表面の保護層を除去する工
程と、(5)上記保護層を除去した後に上記平面基板の
基板面全面をエッチングする第2エッチング工程と、を
有することを特徴とする凹型微細形状のアレイ状パター
ン形成方法。1. A method for forming an array pattern of a plurality of concave fine shapes having a substantially spherical shape or a substantially polygonal shape arranged one-dimensionally or two-dimensionally on a substrate surface of a flat substrate.
(1) a step of forming an etching-resistant protective layer on the surface of the planar substrate; (2) a step of forming a desired pattern on the protective layer on the substrate surface; and (3) a substrate of the planar substrate with the protective layer. The surface is isotropically and / or anisotropically etched by a dry etching method.
A first dry etching step of forming a recess having a substantially semicircular or substantially V-shaped cross section; (4) a step of removing the protective layer on the surface of the flat substrate after the first dry etching step; A second etching step of etching the entire surface of the planar substrate after removing the protective layer, and a method of forming an array of concave fine shapes, the method comprising:
ターン形成方法において、(1)平面基板の表面に耐エ
ッチング性の保護層を形成する工程では、保護層とし
て、(a)Cr,W,W−Si,W−Ti,Si,Ti
−Si,Ti,Mo,Cu,Fe,Al,Ni,Sn,
Pb等の金属、あるいはSiO2,TiO,Al2O3,
ITO等のセラミックスを薄膜材料として用いた、スパ
ッタリング法、真空蒸着法、CVD法、ECR成膜法等
のドライプロセス、または鍍金法等で薄膜を形成するこ
と、及び/または、(b)感光性高分子材料等の有機物
質で薄膜を形成すること、を特徴とする凹型微細形状の
アレイ状パターン形成方法。2. The method according to claim 1, wherein in the step of (1) forming an etching-resistant protective layer on the surface of the planar substrate, (a) Cr, W, W-Si, W-Ti, Si, Ti
-Si, Ti, Mo, Cu, Fe, Al, Ni, Sn,
Metals such as Pb, or SiO 2 , TiO, Al 2 O 3 ,
Forming a thin film by a dry process such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, a CVD method, an ECR film forming method, or a plating method using a ceramic such as ITO as a thin film material, and / or (b) photosensitivity A method of forming an array pattern having a concave fine shape, comprising forming a thin film using an organic substance such as a polymer material.
レイ状パターン形成方法において、 上記(1)の工程で平面基板材料の表面に金属またはセ
ラミックス材料による耐エッチング性の保護層を形成し
た後、(2)上記基板表面の保護層に所望のパターンを
形成する工程では、 上記金属またはセラミックス材料の保護層の上に感光性
高分子材料を塗布してパタ−ニングした後に、感光性高
分子材料のパターンをマスクとして、上記保護層をウエ
ットエッチングまたはドライエッチングでパタ−ニング
するパターン形成方法を用いることを特徴とする凹型微
細形状のアレイ状パターン形成方法。3. The method according to claim 1, wherein an etching-resistant protective layer made of a metal or ceramic material is formed on the surface of the planar substrate material in the step (1). Then, (2) in the step of forming a desired pattern on the protective layer on the substrate surface, a photosensitive polymer material is applied on the protective layer of the metal or ceramic material and patterned, and then the photosensitive layer is formed. A method of forming an array of concave fine patterns, characterized by using a pattern forming method in which the protective layer is patterned by wet etching or dry etching using a pattern of a molecular material as a mask.
レイ状パターン形成方法において、 上記(1)の工程で、平面基板材料の表面に感光性高分
子材料による耐エッチング性の保護層を形成した後、
(2)上記基板表面の保護層に所望のパターンを形成す
る工程では、 上記の感光性高分子材料をパターニングして、このパタ
ーンをそのまま使用するパターン形成方法を用いること
を特徴とする凹型微細形状のアレイ状パターン形成方
法。4. The method according to claim 1, wherein in the step (1), an etching-resistant protective layer made of a photosensitive polymer material is provided on the surface of the planar substrate material. After forming
(2) In the step of forming a desired pattern on the protective layer on the surface of the substrate, the photosensitive polymer material is patterned, and a pattern forming method using the pattern as it is is used. Array pattern forming method.
レイ状パターン形成方法において、 (1)平面基板材料の表面に耐エッチング性の保護層を
形成する工程と、(2)上記基板表面の保護層に所望の
パターンを形成する工程とを同時に行い、 パターンを形成しようとする平面基板上に、スペーサを
介して所望のパターンを有するマスクを乗せ、そのマス
ク上方からパターンを構成する材料を真空成膜法によっ
て基板の表面上に開口穴を通して堆積させ、保護膜のパ
ターンを生成するパターン形成方法を用いることを特徴
とする凹型微細形状のアレイ状パターン形成方法。5. The method of forming an array of concave fine patterns according to claim 1 or 2, wherein: (1) a step of forming an etching-resistant protective layer on the surface of a planar substrate material; and (2) a surface of the substrate. And a step of forming a desired pattern on the protective layer at the same time, a mask having a desired pattern is placed via a spacer on a flat substrate on which a pattern is to be formed, and a material constituting the pattern is formed from above the mask. A method for forming an array of concave fine patterns, wherein a pattern is formed by depositing through a hole on a surface of a substrate by a vacuum film forming method and generating a pattern of a protective film.
レイ状パターン形成方法において、 (1)平面基板材料の表面に耐エッチング性の保護層を
形成する工程と、(2)上記基板表面の保護層に所望の
パターンを形成する工程とを同時に行い、 パターンを形成しようとする平面基板上に、感光性高分
子材料あるいは有機・無機材料を含む塗料等を、予めプ
ログラムされた信号にしたがって平面基板上に直接ある
いはマスクを介して一滴づつを塗布することによって保
護膜が塗布された部分と塗布されない部分にパタ−ニン
グするパターン形成方法を用いることを特徴とする凹型
微細形状のアレイ状パターン形成方法。6. The method of forming an array of concave fine patterns according to claim 1 or 2, wherein (1) a step of forming an etching-resistant protective layer on the surface of a planar substrate material; and (2) a surface of the substrate. The step of forming a desired pattern on the protective layer is performed at the same time, and a photosensitive polymer material or a paint containing an organic / inorganic material is applied on a flat substrate on which a pattern is to be formed, in accordance with a pre-programmed signal. A concave fine pattern-shaped array pattern characterized by using a pattern forming method in which a protective film is applied on a flat substrate and a protective film is applied by dropping one by one through a mask, thereby patterning a portion where a protective film is not applied. Forming method.
型微細形状のアレイ状パターン形成方法において、 (3)保護層付き平面基板の基板面をドライエッチング
法によって等方的及び/または異方的にエッチングし、
上記平面基板の基板面に、断面が略半円形状または略V
溝形状の凹部を形成する第1ドライエッチング工程で
は、 (a)エッチングの条件をエッチング時間に応じて、連
続的及び/または段階的に経時的に変化させることによ
り等方的及び/または異方的にエッチングすること、 (b)変化させるエッチングの条件は、平面基板層をエ
ッチングする反応性ガスの種類、混合比、分圧、導入
量、反応室内圧力、プラズマ密度、基板バイアス電力、
基板温度、等を制御することによって連続的及び/また
は非連続的に経時的に変化させること、 (c)平面基板面に形成される断面が略半円形状の凹部
は、制御された球形状または非球面形状に形状制御され
ること、 (d)平面基板面に形成される断面が略半円形状または
V溝形状の凹部は、稜線が直線または曲面から構成され
る形状に形状制御されること、を特徴とする凹型微細形
状のアレイ状パターン形成方法。7. The method for forming an array pattern having a concave fine shape according to any one of claims 1 to 6, wherein (3) the substrate surface of the flat substrate with a protective layer is isotropically and / or dry-etched. Or anisotropically etched,
The cross section is substantially semicircular or substantially V
In the first dry etching step for forming a groove-shaped concave portion, (a) isotropic and / or anisotropic by changing the etching conditions continuously and / or stepwise with time according to the etching time; (B) The etching conditions to be changed include the type of reactive gas for etching the planar substrate layer, the mixing ratio, the partial pressure, the introduced amount, the reaction chamber pressure, the plasma density, the substrate bias power,
Changing the substrate temperature, etc. continuously and / or discontinuously over time by controlling the temperature, etc .; (c) the concave portion having a substantially semicircular cross section formed on the plane substrate surface has a controlled spherical shape Or (d) a concave portion having a substantially semicircular or V-groove-shaped cross section formed on the plane substrate surface is controlled to a shape in which a ridge line is formed of a straight line or a curved surface. A method of forming an array pattern having a concave fine shape.
型微細形状のアレイ状パターン形成方法において、 (4)第1ドライエッチング工程後に平面基板表面の保
護層を除去する工程は、上記保護層を等方的及び/また
は異方的にエッチングして除去する工程であり、 ウエットエッチング法で除去しても良いし、ドライエッ
チング法で除去しても良く、ウエットエッチング法で除
去する場合は、各々の保護膜を溶解する溶液に浸漬し、
また、ドライエッチング法で除去する場合には、保護層
をエッチングする反応性ガスの種類、混合比、分圧、導
入量、反応室内圧力、プラズマ密度、基板バイアス電
力、基板温度、等によって保護膜除去を制御することを
特徴とする凹型微細形状のアレイ状パターン形成方法。8. The method according to claim 1, wherein the step of removing the protective layer on the surface of the planar substrate after the first dry etching step comprises: This is a step of removing the protective layer by isotropically and / or anisotropically etching, and may be removed by a wet etching method, may be removed by a dry etching method, or may be removed by a wet etching method. If so, immerse in a solution that dissolves each protective film,
In the case of removing by a dry etching method, depending on the type of reactive gas for etching the protective layer, the mixing ratio, the partial pressure, the introduced amount, the reaction chamber pressure, the plasma density, the substrate bias power, the substrate temperature, etc. A method for forming an array pattern having a concave fine shape, characterized by controlling removal.
型微細形状のアレイ状パターン形成方法において、 (5)保護層を除去した後に平面基板の基板面全面をエ
ッチングする第2エッチング工程は、基板を等方的及び
/または異方的にエッチングする工程であり、 (a)エッチングの条件をエッチング時間に応じて、連
続的及び/または段階的に経時的に変化させることによ
り、等方的及び/または異方的にエッチングすること、 (b)変化させるエッチングの条件は、平面基板層をエ
ッチングする反応性ガスの種類、混合比、分圧、導入
量、反応室内圧力、プラズマ密度、基板バイアス電力、
基板温度、等を制御することによって連続的及び/また
は非連続的に変化させること、を特徴とする凹型微細形
状のアレイ状パターン形成方法。9. The method according to claim 1, wherein (5) second etching is performed on the entire surface of the flat substrate after removing the protective layer. The step is a step of isotropically and / or anisotropically etching the substrate. (A) By changing the etching conditions continuously and / or stepwise with time according to the etching time, Etching isotropically and / or anisotropically. (B) The etching conditions to be changed include the type of reactive gas for etching the planar substrate layer, the mixing ratio, the partial pressure, the introduced amount, the pressure in the reaction chamber, and the plasma. Density, substrate bias power,
A method for forming an array pattern having a concave fine shape, wherein the temperature is changed continuously and / or discontinuously by controlling a substrate temperature or the like.
凹型微細形状のアレイ状パターン形成方法において、 (1)〜(5)の工程を経ることによって製作される断
面が略半円形状またはV溝形状の凹部は、隣り合うパタ
ーン間の隙間を制御し、(a)所望のパターンを形成し
た際の隙間と同寸法に配置制御すること、あるいは、
(b)所望のパターンを形成した際の隙間より広く配置
制御すること、あるいは、(c)隙間を全くなくして隣
接した配置制御とすること、を特徴とする凹型微細形状
のアレイ状パターン形成方法。10. The method for forming an array pattern having a concave fine shape according to claim 1, wherein a cross section manufactured by performing the steps (1) to (5) has a substantially semicircular shape. The concave portion having the shape or the V-groove shape controls the gap between the adjacent patterns, and (a) controls the arrangement to have the same size as the gap when the desired pattern is formed; or
(B) a method of forming an array pattern having a concave fine shape, wherein the arrangement is controlled to be wider than a gap at the time of forming a desired pattern, or (c) the arrangement is controlled to be adjacent without any gap. .
の凹型微細形状のアレイ状パターン形成方法において、 平面基板の両面に対して(1)〜(5)の工程を行い、
所望の凹型微細形状のアレイ状パターンを上記平面基板
の両面に製作することによって、光学的機能を有する光
屈折面を両面に配置した光学性能に優れたレンズ(高N
Aのレンズ性能の向上)、あるいは光利用効率の向上が
図られる光学素子を得ることを特徴とする凹型微細形状
のアレイ状パターン形成方法。11. The method of forming an array of concave fine patterns according to any one of claims 1 to 10, wherein the steps (1) to (5) are performed on both surfaces of the flat substrate,
By fabricating a desired concave micro-shaped array pattern on both sides of the flat substrate, a lens having excellent optical performance (high N
A) The method of forming an array pattern having a fine concave shape, wherein an optical element capable of improving light use efficiency is obtained.
の凹型微細形状のアレイ状パターン形成方法において、 平面基板の構成材料として、ガラス、石英、金属、セラ
ミックス、結晶性材料、あるいは、屈折率の異なる複数
のガラス、石英、結晶性材料、プラスチック材料を接合
した材料を用いることを特徴とする凹型微細形状のアレ
イ状パターン形成方法。12. The method for forming an array pattern having a concave fine shape according to any one of claims 1 to 11, wherein the planar substrate is made of glass, quartz, metal, ceramics, crystalline material, or A method for forming an array pattern having a concave fine shape, characterized by using a material obtained by bonding a plurality of glasses, quartz, crystalline materials, and plastic materials having different refractive indexes.
状パターン形成方法において、 平面基板の構成材料として屈折率の異なる複数のガラ
ス、石英、結晶性材料、プラスチック材料を接合した材
料を用いる場合は、その複数の材料の接合は、接着剤を
用いた接合や、電気化学的な接合によって接合または溶
接したことを特徴とする凹型微細形状のアレイ状パター
ン形成方法。13. A method according to claim 12, wherein a material formed by bonding a plurality of glasses, quartz, crystalline materials, and plastic materials having different refractive indexes is used as a constituent material of the planar substrate. Is a method of forming an array of concave fine shapes, wherein the plurality of materials are joined or welded by using an adhesive or by electrochemical joining.
の形成方法で製作された凹型微細形状のアレイ状パター
ンを有する透明性の平面基板と、該平面基板のアレイ状
パターンの凹部に、該基板よりも屈折率の高い透明樹脂
を充填することで凸またはレンチキュラーレンズとした
レンズアレイからなり、 上記レンズアレイは凹部に樹脂を充填したレンズ部に連
続する樹脂層を有し、該樹脂層のレンズ面と対向する面
が平坦であり、かつ樹脂層は上記ガラス基板から入射し
た平行光線が樹脂層表面近傍に集光する厚みを有するこ
とを特徴とする平板型レンズアレイ。14. A transparent flat substrate having an array pattern of a concave fine shape manufactured by the method according to claim 1, and a concave portion of the array pattern of the flat substrate. A lens array formed by filling a transparent resin having a higher refractive index than the substrate with a convex or lenticular lens, wherein the lens array has a resin layer continuous with a resin portion filled with resin in a concave portion; A flat lens array, wherein the surface of the layer facing the lens surface is flat, and the resin layer has a thickness such that parallel rays of light incident from the glass substrate converge near the resin layer surface.
おいて、 上記樹脂層上に、表面が平滑なフィルムシ−トを配置す
るか、あるいは、表面にガラス成分等を含む無機材料を
予め塗布した後に加熱硬化させた無機層及び/または接
着剤や密着補強材からなる有機層を設けた薄板ガラス板
を配置し、さらに平面基板上のエッチングされていない
部分に、樹脂層が基板から入射した平行光線を樹脂層表
面近傍に集光させるような厚みを有するように厚み調整
用のスペ−サを配置したことを特徴とする平板型レンズ
アレイ。15. The flat lens array according to claim 14, wherein a film sheet having a smooth surface is disposed on the resin layer, or an inorganic material containing a glass component or the like is applied on the surface in advance. A thin glass plate provided with an inorganic layer and / or an organic layer made of an adhesive or an adhesion reinforcing material, which is subsequently heated and cured, is arranged, and further, a resin layer is incident on the non-etched portion of the flat substrate from the substrate. A flat lens array, wherein a spacer for adjusting the thickness is arranged so as to have a thickness such that light rays are condensed near the surface of the resin layer.
おいて、 上記樹脂層上の平滑なフィルムシ−トあるいは薄板ガラ
ス板として、該フィルムシ−トまたは薄板ガラス板の表
面近傍に上記光が集光するように厚み調整されている平
滑なフィルムシ−トあるいは薄板ガラス板を有すること
を特徴とする平板型レンズアレイ。16. A flat lens array according to claim 15, wherein said light is collected near the surface of said film sheet or thin glass plate as a smooth film sheet or thin glass plate on said resin layer. A flat lens array having a smooth film sheet or a thin glass plate whose thickness is adjusted to emit light.
ズアレイを有し、該平板型レンズアレイの光が集光する
ように厚み調整されている平滑なフィルムシ−トあるい
は薄板ガラス板の表面にはブラックマトリックス及び/
または透明電極が形成され、かつp−Si,TFT方式
の画素電極が形成された第2の基板を有し、上記第2の
基板と上記透明電極間に液晶を挾み込んだ構造を有する
ことを特徴とする液晶表示素子。17. A surface of a flat film sheet or a thin glass plate having the flat lens array according to claim 15 or 16 and having a thickness adjusted so that light from the flat lens array is condensed. Has a black matrix and / or
Alternatively, it has a second substrate on which a transparent electrode is formed and a p-Si, TFT type pixel electrode is formed, and has a structure in which a liquid crystal is sandwiched between the second substrate and the transparent electrode. A liquid crystal display device characterized by the above-mentioned.
乃至10のいずれか一つに記載の形成方法で製作された
規則的に制御された凹型微細形状のアレイ状パターンを
有する部材からなり、該部材の上記アレイ状パターンの
凹部に潤滑剤を充填することで、この部材と対をなす相
手側部材との機械的摺動部分への潤滑剤の供給および保
持が行われ摩擦力を低減することを特徴とする平板型オ
イルトラップ。18. The method according to claim 1, wherein the metal or ceramic substrate is provided.
11. A member having an array pattern of regularly controlled concave and fine shapes manufactured by the forming method according to any one of items 10 to 10, and a lubricant is filled in the concave portion of the array pattern of the member. Thus, a flat type oil trap is provided in which lubricant is supplied and held to a mechanically slidable portion between the member and a mating member forming a pair, thereby reducing frictional force.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11031899A JP2000231007A (en) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | Formation of array pattern with fine recesses and planar lens array, liquid crystal display device and planar oil trap produced by the forming method |
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