JP2000329906A

JP2000329906A - マイクロレンズアレイ基板とその製造方法

Info

Publication number: JP2000329906A
Application number: JP11141468A
Authority: JP
Inventors: Hideto Yamashita; 秀人山下
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、マイクロレンズとブラックマトリクス
の間の接着層の厚さはマイクロレンズの焦点距離に重大
な影響を与えているため、非常に厳密な管理が必要であ
るにもかかわらず、その要求精度に答える製造方法がな
かった。そのため、高い歩留まりで、明るいマイクロレ
ンズアレイを製造することが難しかった。【解決手段】マイクロレンズの形成された透明基板と
透明基板との間に接着剤が存在するマイクロレンズアレ
イ基板において、接着剤の厚みが、マイクロレンズアレ
イ基板に形成された、曲面を有し、かつマイクロレンズ
と平面形状が異なる突起、により管理されているマイク
ロレンズアレイ基板を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロレンズア
レイ基板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロレンズアレイは、ファインオプ
ティクスその他の分野における重要な光学素子として、
今後ますます需要が高まる事が予想されている。以下、
代表的な需要の一つである液晶プロジェクターへの応用
例について説明する。

【０００３】近年、液晶プロジェクターは、デジタル画
像を多人数で容易に観覧できる装置として脚光を浴びて
いる。特にその装置の高精細化は目ざましく、ＶＧＡ
（６４０×４８０ドット）からＳＶＧＡ（８００×６０
０）そしてＸＧＡ（１０２４×７６８ドット）へと急速
に進化している。

【０００４】ところが、液晶パネルの画素数を増やす
と、特にアクティブマトリックス型の液晶パネルでは配
線や薄膜トランジスタ等、画素以外の部分の占める面積
が相対的に大きくなり、これらの部分を覆うブラックマ
トリックスの面積が増大し、その結果、表示に寄与する
画素の面積が減少して表示素子の開口率が低下してしま
う。そのため、開口率の低下が生じ、画面が暗くなり、
画像品位を低下させることになる。

【０００５】このような、画素数増大による開口率の低
下を防止する為に、液晶パネルの一方の面にマイクロレ
ンズアレイを形成する事が、例えば、浜田浩、船田文
明：（“特集：進歩が著しい液晶プロジェクター；マイ
クロレンズアレイによる液晶プロジェクターの高輝度
化”）；ＯｐｌｕｓＥ，８月号，９０−９４ページ（１
９９３年）等で提案されている。

【０００６】図２はマイクロレンズアレイ基板の従来構
造を説明する断面図である。

【０００７】まず、光源から発せられた光はマイクロレ
ンズ１０１が形成された第１のガラス基板１００を通過
し、マイクロレンズ１０１で集光される。さらに、第１
のガラス基板１００は光学接着剤による接着層４００を
介して第２のカバーガラス基板２００が接着されてい
る。さらに第２のカバーガラス基板２００の表面にはブ
ラックマトリクス３００と呼ばれるパターニングされた
遮光性の膜が付与されている。その膜は各々のマイクロ
レンズ１０１の光軸付近１０２に開口部が設けられてい
る。

【０００８】このような、マイクロレンズの製造方法と
しては、特開平７−１７４９０３号公報の４欄４行目か
ら２６行目までに示されるように、感光性樹脂を透明基
板上に塗布、パターニング後、熱溶融により樹脂の表面
張力により表面を滑らかな半球面状を有する凸状の樹脂
パターンを形成し、ドライエッチングにより、その樹脂
形状をガラスをエッチングすることにより転写する方法
などがある。

【０００９】その後、特開平３−２４８１２５の３ペー
ジ２欄１１行目から３欄１５行目に示す様に透明基板を
接着し、ブラックマトリクスを形成すべき面にCｒ等の
遮光性の高い膜を付与後、マイクロレンズ１０１とブラ
ックマトリクス３００の開口部の位置が合うようにマス
クアライナー等でアライメントしてブラックマトリクス
のパターニングを行い、マイクロレンズアレイを製造し
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このようにして製造さ
れたマイクロレンズアレイ基板を使用して、液晶プロジ
ェクターを製造すると、明るいが画面内での明るさが均
一でなくムラのある画面になり、非常に視認性の悪いプ
ロジェクターになる事が大きな課題であった。

【００１１】われわれは、この課題の原因をさまざまな
角度から調査した結果、マイクロレンズアレイ基板の接
着層４００の厚さのばらつきに起因する事を突き止め
た。

【００１２】すなわち、接着層４００の厚さが変動する
ことによりマイクロレンズ１０１の焦点位置が変動し、
ブラックマトリクス３００の開口部を通過する光束の直
径が開口部より大きくなるために部分的に光束が遮られ
て光の利用効率が低下し、暗くなるためである。

【００１３】従って、接着層４００の厚さを厳密に管理
する事が出来れば画面内での明るさむらの無い良好なプ
ロジェクターを製造できる。

【００１４】本発明の目的は、安定した明るさを画面全
体で確保し、明るさむらの生じないマイクロレンズアレ
イ基板の構造及びその製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロレンズ
アレイ基板は一方の面にマイクロレンズが設けられてい
る第１の基板と、第２の基板と、を備え第１の基板と第
１の基板とが樹脂層によって固定されてなるマイクロレ
ンズアレイ基板において、第１の基板は、前記一方面の
周辺領域に、樹脂層の厚みむらを低減させるための突起
を複数有し、かつ前記突起の高さは前記マイクロレンズ
の高さより高く、かつ前記突起の表面形状が曲面であ
り、かつ前記突起の平面形状がマイクロレンズと異なる
ことを特徴としている。

【００１６】すなわち、突起を形成する事により、樹脂
層の厚さを規制し、面内の分布を良くする事により、樹
脂層の厚みを正確に形成する事が出来るため、すべての
マイクロレンズの焦点位置がブラックマトリクスの開口
部付近に設定する事ができ、さらに前記マイクロレンズ
と同一の製造工程で前記突起を製造することができる。

【００１７】そのため、明るさむらのない液晶プロジェ
クターを歩留まり良く安価にかつ大量に製造することが
できる。

【００１８】第２の発明として、これらマイクロレンズ
アレイ基板を製造するための製造方法において、（ａ）
前記第１の基板となるべき第１の透明基板の一方の面に
熱変形性の感光性材料を塗布する工程と、（ｂ）前記マ
イクロレンズを形成するためのパターンと前記突起を形
成するためのパターンとを形成する工程と、（ｃ）前記
感光性材料を熱変形温度に加熱して、前記凸面形状に対
応した凸面形状を有するマイクロレンズと、前記凸面形
状に対応した凸面形状を有する突起と、を形成する工程
と、（ｄ）前記マイクロレンズと前記突起の形成された
第１の透明基板と第２の透明基板とを前記突起の部分で
突き合わせた状態で樹脂により固定する工程と、を有す
る工程を特徴とすることにより、または、第３の発明と
して、これらマイクロレンズアレイ基板を製造するため
の製造方法において、（ａ）前記第１の基板となるべき
第１の透明基板の一方の面に熱変形性の感光性材料を塗
布する工程と、（ｂ）前記マイクロレンズを形成するた
めのパターンと、前記突起を形成するためのパターン
と、を形成する工程と、（ｃ）前記感光性材料を熱変形
温度に加熱して、前記凸面形状に対応した凸面形状を有
するマイクロレンズと、前記凸面形状に対応した凸面形
状を有する突起と、を形成する工程と、（ｄ）前記一方
の面からドライエッチングを行い、前記凸面形状に対応
した凸面形状を有するマイクロレンズと、前記凸面形状
に対応した凸面形状を有する突起と、を形成する工程
と、（ｅ）前記マイクロレンズと前記突起の形成された
第１の透明基板と第２の透明基板とを前記突起の部分で
突き合わせた状態で樹脂により固定する工程と、を有す
る工程を特徴とすることにより、通常のプロセスと工程
が変わらずに、フォトマスクの変更のみで品質及び歩留
まりを飛躍的に向上させる事が出来る。

【００１９】本発明の第４の発明は第１の透明基板と第
２の透明基板とを固定するための樹脂が紫外線硬化樹脂
が特徴であり、この特徴により、接着剤の硬化時に極端
な膨張や収縮が起こらずに樹脂層厚さが厳格に管理され
たマイクロレンズアレイ基板を歩留まり良く製造でき
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に発明の実施の形態を図面を
用いて、詳細に説明する。

【００２１】（実施例１）図１は本発明の第１のマイク
ロレンズアレイ基板の構造を説明する図である。

【００２２】ガラス基板１００の中央付近にはマイクロ
レンズ１０１が所定の画素数だけアレイ状に配列されて
いる。

【００２３】その周囲に、本発明の突起５００が形成さ
れている。この突起の高さにより、この上に接着される
カバーガラス基板２００との間隔を規定し、ガラス基板
１００及びカバーガラス基板２００がたわんだり、傾い
たりするのを防止するのである。

【００２４】この突起の高さは接着層の厚みと一致する
ように製造される。そして、この突起はマイクロレンズ
が存在しない部分であれば何処に配置しても良い。

【００２５】またその個数については４個程度が望まし
いが、ガラス基板１００またはカバーガラス基板２００
が薄くたわみやすい場合は、これ以上に個数を増やして
も良い。

【００２６】この様な構造のマイクロレンズアレイ基板
を製造した結果、従来接着時に多発していた接着層の厚
みのばらつきやガラス基板のそり・たわみによる不良が
全く無くなり、歩留まりが飛躍的に改善された。

【００２７】（実施例２）次に、本発明のマイクロレン
ズアレイ基板の製造方法について詳細に説明する。

【００２８】図３は本発明のマイクロレンズアレイの製
造方法を説明する断面図である。

【００２９】この図に従って、画素サイズ１８μｍ角で
横１０２４個、縦７６８個の行列配置されたマイクロレ
ンズアレイ基板の製造方法を詳細に渡って説明する。

【００３０】まず、ガラス基板１００を洗浄し、マイク
ロレンズアレイを形成する面にレジストをスピンコート
する。本実施例ではレジストにクラリアントジャパン社
製ＡＺＰ４４００を使用し、膜厚を４．６μｍにした。
もちろん、他のポジレジストやネガレジストを使用して
も一向に差し支えない。

【００３１】次に、このポジレジストをクリーンオーブ
ン内でプレベークした後、露光機を用いてレジストレン
ズパターン１０とレジスト突起パターン１１の露光を行
う。

【００３２】そして、このガラス基板１００を現像し、
図３（ｂ）に示すようなレジストレンズパターン１０と
レジスト突起パターン１１を形成する。本実施例ではレ
ジストレンズパターン１０を底面が直径１６μｍの円柱
に、レジスト突起パターン１１を底面が直径５０μｍの
円柱にした。

【００３３】次に、このレジストを１８０〜１３０℃の
温度範囲に加熱したクリーンオーブン内でポストベーク
した。

【００３４】この温度範囲ではレジストレンズパターン
１０およびレジスト突起パターン１１は図３（ｃ）に示
すように、表面張力によりレジストレンズパターン２０
およびレジスト突起パターン２１のごとく滑らかな凸面
形状になる。

【００３５】本実施例では、レジストレンズパターン２
０の底面から最頂部までの高さは６．４μｍに、レジス
ト突起パターン２１の底面から最頂部までの高さは７．
３μｍになった。また、本実施例ではポストベークにク
リーンオーブンを使用しているがホットプレートを用い
ても良い。

【００３６】次に、このガラス基板１００上に形成した
レジストレンズパターン２０とレジスト突起パターン２
１をマスクとして、所望接着層厚さの分だけドライエッ
チングを行う事により、レジストレンズパターン２０お
よびレジスト突起パターン２１とガラス基板１００の一
部を除去し、ガラス基板１００上にレジストレンズパタ
ーン２０およびレジスト突起パターン２１の形状を転写
する事により、マイクロレンズ１０１および突起５００
をガラス基板１００上に図３（ｄ）のごとく形成する。

【００３７】ドライエッチングに使用するガスとしては
ＣＨＦ_３を用いた。このガスはガラスをドライエッチン
グする際に側壁に保護膜を形成しながらエッチングする
のでレジストパターンの垂直転写性が良く、このような
エッチングのガスには好適である。

【００３８】本実施例では、ＣＨＦ_３を使用している
が、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８等に代表されるＣＦ系
ガス、または、それらを含む混合ガスを使用してもなん
ら差し支えない。

【００３９】そして、ガス流量を５０ｓｃｃｍ、圧力を
５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦ出力を４００Ｗにする事により、
ガラスのエッチングレートを毎分０．４０μｍ、レジス
トとガラスのエッチングレートの比が１．１：１という
結果を得た。

【００４０】上記条件により、２０分間ガラス基板１０
０をエッチングし、レジストレンズパターン２０および
レジスト突起パターン２１の形状をガラス基板上に転写
した。すると、高さ７．０μｍ、レンズの曲率半径８．
１μｍの凸状のマイクロレンズ１０１、および、高さ
８．０μｍの突起５００がガラス基板１００上に形成で
きた。

【００４１】このガラス基板１００のマイクロレンズ１
０１の形成した面に光学接着剤４００を気泡なく塗布
し、カバーガラス基板２００を図３（ｅ）の様に接合す
る。

【００４２】この時、カバーガラス基板２００に均一な
圧力をかける事により突起５００とカバーガラス基板２
００が密着し、接着層厚さがより厳格に管理される。

【００４３】本実施例では紫外線硬化型光学接着剤を用
いたため、この後、接着部に紫外線を照射し、接着層を
硬化させた。

【００４４】最後に、カバーガラス基板２００の接着さ
れていない面に遮光性の膜をスパッター法により付与
し、開口部をフォトリソ・エッチング技術を応用して形
成した後、所望形状にカットして、一連のマイクロレン
ズアレイ基板の製造は終了する。

【００４５】このようにして製造されたマイクロレンズ
アレイ基板とＴＦＴ基板を対向させて貼りあわせ、その
貼りあわせた隙間に液晶を注入して、ライトバルブを組
み立てた。

【００４６】その後、配線を施して、液晶プロジェクタ
ーに組み込み投射評価を行った。

【００４７】その結果、一様に明るく、明るさむらのな
い鮮やかな映像が投射された。

【００４８】さらに２００枚のガラス基板を流動し、５
０００個のマイクロレンズアレイ基板を大量に製造して
みると、接着層の厚さのばらつきは無視出来る程小さく
なり、これに伴いマイクロレンズの焦点距離のばらつき
もほとんど無くなった。

【００４９】以上説明したように本発明によりシミュレ
ーション結果と同等の明るさを持つ液晶プロジェクター
を容易にかつ歩留まり良く製造できる。

【００５０】（実施例３）さらに、本発明のマイクロレ
ンズアレイ基板の製造方法について詳細に説明する。

【００５１】図４は本発明のマイクロレンズアレイの製
造方法を説明する断面図である。

【００５２】この図に従って、画素サイズ２６μｍ角で
横１０２４個、縦７６８個の行列配置されたマイクロレ
ンズアレイ基板の製造方法を詳細に渡って説明する。

【００５３】まず、ガラス基板１００を洗浄し、マイク
ロレンズアレイを形成する面にレジストをスピンコート
する。本実施例ではレジストにＪＳＲ社製ＭＦＲ−３３
５−１を使用し、膜厚を８．０μｍにした。もちろん、
他のレジストや感光性材料を使用しても一向に差し支え
ない。

【００５４】次に、このレジストをクリーンオーブン内
でプレベークした後、露光機を用いてレジストレンズパ
ターン１０とレジスト突起パターン１１の露光を行う。

【００５５】そして、このガラス基板１００を現像し、
図４の（ｂ）に示すようなレジストレンズパターン１０
とレジスト突起パターン１１を形成する。本実施例では
レジストレンズパターン１０を底面が直径２４μｍの円
柱に、レジスト突起パターン１１を底面が一辺１００μ
ｍの四角柱にした。

【００５６】このレジストを１８０〜１１０℃の温度範
囲に加熱したクリーンオーブン内でポストベークした。

【００５７】この温度範囲ではレジストレンズパターン
１０およびレジスト突起パターン１１は図４（ｃ）に示
すように、表面張力によりマイクロレンズ１０１および
突起５００のごとく滑らかな凸面形状になる。

【００５８】本実施例では、レジストレンズパターン２
０の底面から最頂部までの高さは８．０μｍに、レジス
ト突起パターン２１の底面から最頂部までの高さは１
２．０μｍになった。また、本実施例ではポストベーク
にクリーンオーブンを使用しているがホットプレートを
用いても良い。

【００５９】このガラス基板１００のマイクロレンズ１
０１の形成した面に光学接着剤４００を気泡なく塗布
し、カバーガラス基板２００を図４（ｄ）のように接合
する。

【００６０】この時、カバーガラス基板２００に均一な
圧力をかける事により突起５００とカバーガラス基板２
００が密着し、接着層厚さがより厳格に管理される。

【００６１】本実施例では紫外線硬化型光学接着剤を用
いたため、この後、接着部に紫外線を照射し、接着層を
硬化させた。

【００６２】最後に、カバーガラス基板２００の接着さ
れていない面に遮光性の膜をスパッター法により付与
し、開口部をフォトリソ工程及びエッチング工程により
形成した後、所望形状にカットして、一連のマイクロレ
ンズアレイ基板の製造は終了する。

【００６３】このようにして製造されたマイクロレンズ
アレイ基板と実施例２と同様にＴＦＴ基板を対向させて
貼りあわせ、液晶プロジェクターに組み込み投射評価を
行った。

【００６４】その結果、一様に明るく、明るさむらのな
い鮮やかな映像が投射された。

【００６５】さらに１０００枚のガラス基板を流動し、
１５０００個のマイクロレンズアレイ基板を大量に製造
してみると、接着層の厚さのばらつきは無視出来る程小
さくなり、これに伴いマイクロレンズの焦点距離のばら
つきもほとんど無くなった。

【００６６】以上説明したように本発明によりシミュレ
ーション結果と同等の明るさを持つ液晶プロジェクター
を容易にかつ歩留まり良く製造できる。

【００６７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、マ
イクロレンズとブラックマトリクスの基板を接着してい
る接着剤の層厚さが厳格に管理されるため、接着層厚み
の変動によって生ずる焦点距離の変動や、ガラス基板の
そり・たわみが無視できる程小さくなる。したがって、
明るさむらの無い、非常に安定した明るさが得られるマ
イクロレンズ基板を容易に大量製造する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１のマイクロレンズアレイ基
板の構造を説明する図である。

【図２】図２はマイクロレンズアレイ基板の従来構造を
説明する断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例によるマイクロレンズア
レイ基板の製造方法を説明する断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例によるマイクロレンズア
レイ基板の製造方法を説明する断面図である。

【符号の説明】

１０レジストレンズパターン（熱ダレ前）１１レジスト突起パターン（熱ダレ前）２０レジストレンズパターン２１レジスト突起パターン１００ガラス基板１０１マイクロレンズ２００カバーガラス基板３００ブラックマトリクス４００接着層５００突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面にマイクロレンズが設けられて
いる第１の基板と、第２の基板とを備え、第１の基板と
第２の基板とが樹脂層によって固定されてなるマイクロ
レンズアレイ基板において、第１の基板は前記一方面の周辺領域に前記マイクロレン
ズの高さより高い複数の突起を有してなることを特徴と
するマイクロレンズアレイ基板。
【請求項２】前記突起は表面形状が曲面であり、かつ
前記突起の平面形状が前記マイクロレンズと異なること
を特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ基
板。
【請求項３】マイクロレンズが形成された第１の基板
と、第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板とが樹
脂層によって固定されてなるマイクロレンズアレイ基板
を製造するための製造方法において、前記第１の基板の
一方の面に熱変形性の感光性材料を塗布する工程と、前
記マイクロレンズを形成するためのパターンと前記突起
を形成するためのパターンとを形成する工程と、前記感
光性材料を熱変形温度に加熱して、凸面形状を有するマ
イクロレンズと、前記マイクロレンズの凸面形状とは異
なる形状を有する突起と、を形成する工程と、前記マイ
クロレンズと前記突起の形成された第１の基板と第２の
基板とを前記突起の部分で突き合わせた状態で樹脂によ
り固定する工程と、を少なくとも有することを特徴とす
るマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項４】マイクロレンズが形成されてなる第１の
基板と第２の基板との間に樹脂層が形成されてなるマイ
クロレンズアレイ基板を製造するための製造方法におい
て、前記第１の基板の一方の面に熱変形性の感光性材料
を塗布する工程と、前記マイクロレンズを形成するため
のパターンと、前記突起を形成するためのパターンと、
を形成する工程と、前記感光性材料を熱変形温度に加熱
して、凸面形状を有するマイクロレンズと前記マイクロ
レンズの凸面形状とは異なる凸面形状を有する突起とを
形成するためのパターンに前記感光性材料を加工する工
程と、前記一方の面からドライエッチングを行い、前記
凸面形状に対応した凸面形状を有するマイクロレンズ
と、前記凸面形状に対応した凸面形状を有する突起と、
を形成する工程と、前記マイクロレンズと前記突起の形
成された第１の基板と第２の基板とを前記突起の部分で
突き合わせた状態で樹脂により固定する工程と、を少な
くとも有することを特徴とするマイクロレンズアレイ基
板の製造方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、前
記樹脂層が紫外線硬化樹脂である事を特徴とするマイク
ロレンズアレイ基板もしくはマイクロレンズアレイ基板
の製造方法。