JP2003307604A

JP2003307604A - 微細構造体の製造方法

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Publication number: JP2003307604A
Application number: JP2002182106A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyamae; 章宮前; Kimio Nagasaka; 公夫長坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2003-10-31
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP4214723B2

Abstract

(57)【要約】【課題】精度の良い開口形状と滑らかな曲面とを備え
た微細な反射形状により形成される反射体を、レーザ光
を用いた製造方法により製造可能とする。【解決手段】レーザ光７９によりフォトレジスト層８
２に潜像５８を露光する際に、レーザ光７９の焦点Ｆ
を、解像度が必要な開口形状２３が位置するレジスト層
８２の表面８２ａに合わせる。これにより、解像度の必
要な開口形状２３の近傍は、解像度が高く形成され、滑
らかな表面が必要な曲面部分２４は、高周波成分やトラ
ック筋がフィルタリングされなだらかに形成され、反射
効率の高い反射体を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネル、半導
体基板などに形成される微細な立体構造体を製造するの
に適した製造方法に関するものである。特に、液晶パネ
ル等に用いる反射体や光学機器等に用いるマイクロレン
ズ（微小レンズ）の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】反射型の表示装置として、液晶層を透過
した光を電極などの反射体を用いて液晶層の方向に反射
させ、所望の画像を表示する反射型の液晶パネルが知ら
れている。この反射型の電極などとして実現される反射
体の表面（反射面）には、周囲からの光を画像として表
示する方向に効率良く反射するために、複数のおわん型
やボール型など略点対称で、数μｍ程度、すなわち、主
要なサイズが１０^−７〜１０^−５ｍ程度の微細な球面形
状の凹状または凸状のパターンが配置されている。さら
に、これら凹状または凸状のパターンは、ほぼランダム
になるように配置され、表示体である液晶パネルに表示
された画像に筋やモアレが生じないようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような反射型の液
晶パネルは、省電力で画像を表示できるので、携帯電話
機やＰＤＡなどに搭載されている。そして、表示のカラ
ー化が進む中で、さらに明るいものが要求されている。
このため、反射型の表示パネルに用いられる電極などの
反射面（反射板）は、球面状の基本形状を隙間なく配置
するなどの方法で反射効率を向上し、光の利用効率を高
めることが検討されている。

【０００４】反射面に種々の形状を形成して反射効率を
向上することが検討されているが、その反射効率を実際
に得るためには、反射体を製造する際に設計に基づいた
微細な構造を反射面に忠実に再現することが重要であ
る。微細なパターンの１つは、感光性樹脂であるレジス
トが塗布された原盤を回転させながら、その表面にレー
ザスポットを径方向に移動させて描画（露光）する方法
であり、たとえば、特開２０００−２９２９３４号公報
に開示されている。

【０００５】この方法では、露光時にレーザ光の焦点が
位置する部分ではレーザ光束の直径を絞りスポット径を
小さくすることにより、照射強度を設計通りに制御する
ことができる。しかしながら、他の部分ではデフォーカ
スされるので、照射強度を精度良く制御できず、レーザ
光露光後の現像工程において、現像が等方的に進行する
のに依存した形状となる。したがって、感光性樹脂の深
さ方向の形状の全てをレーザ光で制御することができ
ず、中間付近に焦点位置を合わせ、デフォーカスによる
解像度の低下を極力抑えるようにしている。すなわち、
現像時における形状の歪みなどの影響を最小限に止める
ために、レーザ光の焦点位置をレジスト層の中間の深さ
程度にセットし、レジスト層の表面から深部にわたる全
体の形状の誤差を小さくして設計通りの反射形状を再現
しようとしている。しかしながら、現像による形状の歪
みなどの影響を無くすことはできない。

【０００６】反射効率を向上するための凹状や凸状の形
状では、その形状が反射面を形成する仮想の平面と交差
する開口形状の縁が設計通りに形成されず、隣接する反
射形状と一体となったり、隣接する反射形状の影響を受
けて形状が変わると所望の反射特性を示す反射形状が得
られない。したがって、反射光の角度分布が設計とは異
なることとなり、反射効率が低下する要因となる。この
ため、レーザ照射により所望の反射形状を得ようとする
と、各々の反射形状の間隔をある程度開ける必要があ
る。

【０００７】一方、隣接する反射形状との間隔をあけれ
ば、反射形状に対する影響は避けられるが、反射形状の
配置密度が低下するので反射効率が低下する。すなわ
ち、レーザ光を用いて微細構造を形成する方法は、様々
な設計の微細構造を効率良く製造する点では優れてい
る。その反面、高密度に配置された反射形状を設計どお
りに形成して反射効率を向上するという点では、所望の
解像度が得られ難いので適していない。したがって、こ
の製造方法では、設計通りの凹状または凸状の反射形状
が高密度で配置された反射効率の高い反射面を形成する
ことは難しく、また、明るく鮮明な画像を表示すること
ができる表示体を提供することが難しい。

【０００８】さらに、焦点位置近傍では解像度が高いた
め、スキャニングのトラックの周期で露光分布が発生す
る、いわゆるトラック筋が出てしまい、滑らかな曲面を
必要とする反射面に細かな凹凸が生じて、反射効率が下
がってしまうという問題が発生する。

【０００９】また、感光性樹脂をレーザ光で露光して微
細構造を製造する方法は、上記の微細な反射形状を備え
た反射体を製造する場合に限らず、マイクロレンズや光
スイッチング素子などのミクロンオーダの微細な構造体
がほぼ連続して配置されるような微細構造体を製造する
際には、同様の問題を持っている。

【００１０】そこで、本発明では、レーザ光を用いて、
設計した微細パターンをより忠実に形成可能な微細構造
体の製造方法を提供することを目的としている。そし
て、設計に従った反射特性を備えた反射形状が高密度で
配置された反射体を製造する方法を提供することを目的
としている。また、設計に従った特性を備えた形状が高
密度で配置されたマイクロレンズを製造する方法を提供
することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述したように、従来
は、適当な厚みを備えた感光性樹脂層の中間付近にレー
ザ光の焦点位置を合わせ、デフォーカスによる解像度の
低下を極力抑えるようにしている。しかしながら、全体
の形状を忠実に再現することが難しいのは上述したとお
りである。そこで、本発明においては、レーザ光を照射
して反射形状等の各種形状を形成する際に、全体の形状
を忠実に再現するのではなく、レーザ光の焦点位置を開
口形状を形成する深さに合わせ、他の部分は現像が等方
的に進行する性質を利用して、球面あるいは２次曲面と
して所望の反射特性が得られるようにしている。

【００１２】すなわち、本発明の微細構造体の製造方法
は、所望の開口形状を構成する凸または凹の面を備えた
微細パターンを形成するように強度変調されたレーザ光
を感光性樹脂の層に照射する際に、レーザ光の焦点位置
を感光性樹脂の層の開口形状が位置する深さに合わせて
感光性樹脂の層を露光する工程と、その感光性樹脂層を
現像する工程とを備えている。

【００１３】したがって、本発明の製造方法であれば、
レーザ光の焦点位置を感光性樹脂の層の開口形状が位置
する深さに合わせるので、開口形状を形成する層あるい
はレベルの解像度を確保できる。したがって、レーザ光
で感光性樹脂の層をスキャンしながら微細パターンを露
光することにより、感光性樹脂の層に開口形状を極めて
高い精度で潜像として形成できる。このため、その後、
現像したときに開口形状を極めて精度良く再現できる。
したがって、開口形状を変形させずに高い密度で配置す
ることができ、反射形状となる微細パターン、特に開口
形状が設計通りの形状となったものが高密度で配置され
た微細構造体を製造できる。

【００１４】レーザ照射された感光性樹脂の層を現像す
る際は、強く露光された（露光量の多い）部分は、レー
ザ光に反応した感光剤の割合が高いため現像が速く進行
し、弱く露光された（露光量の少ない）部分は、レーザ
光に反応した感光剤の割合が低いため現像がゆっくり進
行する。したがって、開口形状の部分は、レーザ光によ
り照射された部分と未照射の部分の露光量が明瞭に異な
るので開口形状が精度良く再現される。

【００１５】一方、レーザ光がフォーカスされてない、
デフォーカスな状態で照射された他の部分は、露光量が
明瞭には変化しないので、現像がゆっくり進行し、照射
強度が強く露光量の多い部分から、照射強度が弱く露光
量が小さい部分にかけて等方的に現像が進行する。した
がって、レーザ光の高周波成分やトラック筋がフィルタ
リングされた状態となるので、滑らかな表面に形成され
る。したがって、デフォーカスな状態で照射された部分
も、露光量に応じた深さを得ることができると共に、そ
こに形成される面は、点対称的な凹状や凸状の滑らかな
面になる。このため、本発明では、微細パターンとなる
凸または凹の面を球面または曲面、特に回転放物面など
の２次曲面となるように設計しておくことにより、レー
ザ光の焦点位置は感光性樹脂層の開口形状のレベルにセ
ットされるとしても、他のレベルにおいても設計された
形状を再現することが可能となる。したがって、レーザ
光により微細パターン全体が設計通りに形成された微細
構造体を製造することが可能となる。

【００１６】特に、微細構造体により反射体を製造する
場合は、微細パターンが反射形状となるので、面が球面
あるいは２次曲面であれば、所望の方向に配光するため
に適した反射形状となる。したがって、本発明の製造方
法は、表面に微細な反射形状が形成された反射体を製造
するのに適している。たとえば、微細構造体自体を転写
型として反射体を製造することも可能であり、また、転
写型を作成するための型として本発明で製造された微細
構造体を使用することもできる。例えば、微細構造体の
表面にアルミニウム層を形成して反射体としても良く、
また、電解メッキなどにより金属層を形成し、転写型と
なるスタンパ（金型）を形成してから反射体を製造する
ことも可能である。いずれかによって、設計通りの形状
で反射性能の高い微細パターンが、高密度で配置された
反射体を製造することが可能であり、その反射体を表示
体に組み合わせることにより、明るく鮮明な画像を表示
できる画像表示体を提供することができる。

【００１７】したがって、微細パターンが凹の面を備え
ている場合には、露光する工程では、レーザ光の焦点位
置を感光性樹脂の層の表面に合わせることで、開口部分
を高精度で形成することができる。一方、微細パターン
が凸の面を備えている場合には、露光する工程では、レ
ーザ光の焦点位置を感光性樹脂の層の深部に合わせるこ
とで、開口部分を高精度で形成することができる。

【００１８】本発明の製造方法は、感光性樹脂の層の厚
みが、レーザ光の焦点深度よりも大きい場合に適してお
り、感光性樹脂の層の厚みがレーザ光の焦点深度の３倍
以上の場合に好適である。たとえば、感光性樹脂の層の
厚みが３μｍ程度で、レーザ光の焦点深度が０．６９μ
ｍ程度の場合には、感光性樹脂の全ての深さにて微細パ
ターンを忠実に再現することはできなくなる。これに対
して、本発明の製造方法では、このような場合でも、解
像度が必要な開口部分は高精度に形成でき、それ以外の
反射面である曲面部分はデフォーカス効果により滑らか
に形成することができる。

【００１９】また、液晶用の反射板を製造する際は、微
細構造体の開口形状を、液晶を構成する画素のサイズ、
例えば２４０×８０μｍ程度より小さく、可視光領域の
波長（０．４〜０．７μｍ程度）よりも大きくすること
が望ましい。画素サイズより小さくすることにより、各
々の画素に輝度ムラやモアレが生ずるのを防止できる。
また、可視光領域の波長よりも開口形状を大きくするこ
とにより、回折による反射ロスの発生を防止できる。

【００２０】また、微細構造体により反射体を製造する
場合には、上述した転写型を樹脂層に押し当てて微細パ
ターンを樹脂層に転写し、その後にこの樹脂層を硬化さ
せることにより反射体を製造することが好ましい。

【００２１】また、本発明は、上述した製造方法により
製造された微細構造体を用いてマイクロレンズを製造す
る工程を備えているマイクロレンズの製造方法でもあ
る。より具体的には、上述したマイクロレンズを製造す
る工程は、微細構造体をエッチングマスクとして用いて
原盤（例えば、ガラス原盤）をエッチングし、その微細
パターンを原盤に転写して、マイクロレンズを形成する
ための転写型を製造する工程を備えている。このように
して製造した転写型を用いることにより、設計に従った
特性を備えた形状が高密度に配置されたマイクロレンズ
を製造することが可能となる。

【００２２】また、マイクロレンズを製造する工程は、
上述したマイクロレンズ形成用の転写型を樹脂層に押し
当てて微細パターンを樹脂層に転写し、樹脂層を硬化さ
せてマイクロレンズを形成する工程を更に備えているこ
とが好ましい。

【００２３】また、本発明は、上述した製造方法によっ
て製造される反射体や、この反射体の製造方法において
製造される反射体形成用の転写型でもある。

【００２４】また、本発明は、上述した製造方法によっ
て製造されるマイクロレンズ、及びこのマイクロレンズ
の製造方法において製造されるマイクロレンズ形成用の
転写型でもある。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。図１に、本発明の反射体を用
いた液晶パネルが搭載された端末機器として携帯電話機
を示してある。本例の携帯電話機１は透過型の液晶表示
装置１０を備えており、液晶表示装置１０は、表示体で
ある液晶セル１２と、その裏面に液晶セル１２の電極も
兼ねて設置された反射体２０を備えている。したがっ
て、本例の液晶表示装置１０は、反射型であり、明るい
場所では、上方からの自然光または照明光７０を光源と
して画像を表示できる。したがって、バックライトを省
略することができる。また、半透過性の液晶表示装置も
同様の構成で実現可能であり、バックライトを必要とす
る時間を減らすことができるので、薄型で省電力タイプ
の携帯電話機などの携帯端末に適している。

【００２６】図２に、本例の液晶表示装置１０の構成を
拡大して示してある。液晶セル１２の裏面に配置された
反射体２０は、アルミニウム製で、上述したように数μ
ｍから数１０μｍ程度の微細な複数の凹凸が配置された
反射面２１を備えている。したがって、液晶セル１２を
透過した外部からの光７１を反射面２１で反射し、再び
液晶セル１２を通って出射光７２として外部に出力でき
るようになっている。このため、本例の表示装置１０で
は、液晶セル１２に表示された所望の画像を外光７１に
よりユーザ７７は見ることができる。

【００２７】カラー表示の可能な液晶表示装置では、鮮
明な色を表現するために光量の大きな照明が必要であ
り、多くの液晶表示装置ではバックライトを設けて光量
を確保している。これに対し、本例の液晶表示装置１０
では、反射体２０により反射される光の方向を適切に制
御することにより光の利用効率を向上し、ユーザが見る
方向での光量を増すことによりバックライトを用いずに
鮮明な色を表現できるようにしている。したがって、低
消費電力で、明るいカラー液晶パネルとなっている。

【００２８】なお、以下では、表示装置（表示パネル）
１０は、液晶層（セル）１２と反射電極となる層（反射
体）２０が積層された構成として説明するが、透明電
極、カラーフィルタなどの公知のカラー液晶パネルを構
成する他の構造層をもちろん備えたものであり、それら
についての説明は省略する。

【００２９】図３に示すように、本例の反射体２０の反
射面２１には、この反射面２１と交わる部分、すなわ
ち、反射面２１が平面であると仮定したときの仮想面と
交差する部分（本明細書では開口）２３の形状が円形と
なるような反射面２１に、凹の球面２４を備えた複数の
反射形状２８が形成されている。これらの反射形状２８
は、ある反射形状を基準の形状としたときに、それに相
似な形状となっており、サイズの異なる反射形状２８が
ランダムな位置に配置されている。たとえば、本例で
は、直径３０μｍ、深さ２．２μｍのサイズの反射形状
２８ａと、直径１５μｍ、深さ１．１μｍのサイズの反
射形状２８ｂとの２種類の反射形状２８がランダムに配
置されている。さらに、これらの反射形状２８ａおよび
２８ｂは、重なり合わないように配置されている。

【００３０】これらの反射形状２８ａおよび２８ｂから
出射される光７２の放射角は、空気中にて±１２°程度
に集められる。したがって、反射形状２８が向いた反射
面２１に垂直な方向の限られた角度範囲に、反射光７２
を配光することが可能となるので、その方向の光量を増
加することが可能となる。さらに、これらの反射形状２
８ａおよび２８ｂは、液晶の画素（２４０×８０μｍ）
よりも小さく、可視光波長（０．４〜０．７μｍ）より
も大きい。したがって、反射形状２８ａおよび２８ｂが
各画素よりも小さいので輝度ムラやモアレを防止でき、
また、可視光波長よりも大きいので回折による反射ロス
も防止できる範囲で設計されている。このように、設計
された反射形状２８ａおよび２８ｂは、その設計に従っ
た形状に成形されないと、所望の方向に光を集められず
光量を上げることができない。また、サイズが変わる
と、上記のように輝度ムラや反射ロスの原因となる。さ
らに、反射形状２８ａおよび２８ｂは、重ならない程度
に密に反射面２１に配置しないと、平坦な面が増えるの
で、所望の角度範囲に十分な光を集めることができる設
計した反射効率を得られない。したがって、これらの微
細な反射形状２８ａおよび２８ｂは、精度良く形成され
る必要がある。

【００３１】また、反射形状２８は、集光する方向を反
射面２１の正面からずらしたり、期待される入射光７１
の向きによって反射形状２８の角度を変えたり、凹面２
４を球面から回転放物面等にすることが必要な場合もあ
る。そして、これらの条件を考慮して設計された反射形
状２８を精度良く、さらに高密度で反射面２１に形成す
ることが、所望の方向の反射効率が高い反射体２０を製
造する上で、非常に重要となっている。

【００３２】図４に、本例の反射体２１の転写型に微細
構造を製造するために用いられるレーザ描画装置９０の
概要を示してある。このレーザ描画装置９０は、ターン
テーブル９１を有し、この上に被加工体（ワーク）とな
る円盤状のガラス原盤８１が回転可能なようにセットさ
れる。そして、上方に配置された光学装置９２から、ガ
ラス原盤８１にレーザ光７９が照射される。光学装置９
２は、ターンテーブル９１の面に沿った水平方向（矢印
Ｈの方向）にスライドする移動光学台９３と、この光学
台９３の上で位置関係を保ちながら水平方向に移動する
ことができる光変調器９４、２つのミラー９５および対
物レンズ９６とを備えている。したがって、適当な位置
に配置されたレーザ装置９９から出射されたレーザ光７
９は、光変調器（音響光学変調器）９４を通過すること
により光量変調され、さらに、２つのミラー９５と対物
レンズ９６によりターンテーブル９１の上のガラス原盤
８１の上に集光される。

【００３３】ガラス原盤８１には、感光性樹脂の層とし
てフォトレジスト８２が塗布されている。本例のフォト
レジスト８２はポジ型で、ノボラック樹脂と感光剤とか
ら成っており、その屈折率ｎは１．６程度である。照射
されるレーザ７９は、波長３５１ｎｍのクリプトンガス
レーザであり、ＮＡ（Numerical Aperture ：開口数）
が０．９の対物レンズ９６を用いて集光している。した
がって、本例のレーザ光７９の焦点Ｆのスポット直径は
０．８２λ／ＮＡより０．３２μｍであり、焦点深度は
ｎ・λ／（ＮＡ）^２より０．６９μｍとなる。

【００３４】図５に、ガラス原盤８１のフォトレジスト
層８２をスキャンしながら微細構造を露光する様子を示
してある。ガラス原盤８１はターンテーブル９１と共に
一定の回転速度（本例では４５０ｒｐｍ）で回転し、光
変調器９４および対物レンズ９６は、移動光学台９３に
より一定速度でターンテーブル半径の方向に移動する。

【００３５】この結果、ガラス原盤８１に形成されたフ
ォトレジスト層８２は、図５に矢印で示すようにスパイ
ラル状にレーザ光７９によりスキャニング露光される。
レーザ光７９は光変調器９４により変調信号７８に応じ
た光量となるように変調されているので、その光量に応
じたパターン５８が潜像としてフォトレジスト層８２に
記録される。スキャンニングのトラックピッチｐは、ス
ポット直径よりも小さい０．２５μｍに設定されてお
り、フォトレジスト層８２の全面を抜けめなくスキャン
できるようになっている。

【００３６】本例のレーザ描画装置９０は、このレーザ
光７９の焦点位置をフォトレジスト層８２の厚み内で自
由に調整することが可能である。そこで、本例では、図
６（ａ）に示すように、フォトレジスト層８２にパター
ニングする微細形状の開口形状２８が位置する深さ、す
なわち、フォトレジスト層８２の表面８２ａに合わせて
露光する。したがって、本例ではフォトレジスト層８２
の表面８２ａが反射面２１となる。このケースでは、ガ
ラス原盤８１に塗布されているフォトレジスト層８２の
厚さは約３μｍとなっており、レーザ光７９の焦点Ｆの
焦点深度が０．６９μｍであることを考慮すると、フォ
トレジスト層８２の内部におけるレーザ光７９の焦点位
置が、レーザ光７９により露光される形状（潜像）５８
に大きな影響を与えることが分かる。

【００３７】露光が終了すると、図６（ｂ）に示すよう
に、微細パターンの潜像５８が記録されたフォトレジス
ト層８２をガラス原盤８１ごとアルカリ溶液中に浸して
現像する。これにより、感光量に応じてフォトレジスト
層８２の一部が除去され、所望の微細パターン２８がフ
ォトレジスト層８２の表面８２ａに凹凸形状となって現
れる。

【００３８】ここで、本例の現像のメカニズムについて
説明する。本例のフォトレジスト層８２は、ポジ型で、
ノボラック樹脂と感光剤とから成る。そして、図８
（a）および（ｂ）に模式的に示すように、光（レーザ
光）７９が照射された破線で示す部分８２ｂの感光剤が
反応して現像液（アルカリ溶液）に可溶な特性となる。
このため、レーザ光７９により潜像５８が記録されたフ
ォトレジスト８２を、ガラス原盤８１ごと現像液に浸す
と、図８（ｂ）に示すように、現像液が露光された部分
８２ｂを、その表面から浸食するようにフォトレジスト
８２を除去していく。

【００３９】この際に、フォトレジストの層８２の表面
８２ａは、レーザ光７９が集光されているので強い光で
露光された部分（露光量が多い部分）となり、光に反応
した感光剤の割合が高い。したがって、現像が速く進行
する。さらに、表面８２ａのうち、露光されなかった部
分は現像液に侵食されない、あるいは侵食速度がかなり
異なるので、表面８２ａの形状は明瞭となる。

【００４０】一方、ガラス原盤８１の近傍となるフォト
レジストの層８２の深部８２ｃでは、レーザ光７９がデ
フォーカスされ、ある程度発散しているので弱い光で露
光された部分（露光量が少ない部分）となる。また、レ
ーザ光７９がデフォーカスされているので、表面８２ａ
よりも広範囲がレーザ光７９により照射されている。し
たがって、レーザ光に反応した感光剤の割合が低くな
り、分散しているので現像は遅く進行する。したがっ
て、露光量の少ない部分では、露光量と共に、現像時間
を利用することにより、任意の３次元パターンを加工す
ることが可能となる。そして、露光量が少なく、レーザ
光に反応した感光剤が分散して領域では、現像は等方的
に（球面状に）進行する。

【００４１】これらを現像すると、レジスト８２の表面
付近８２ａでは、露光強度を制御する変調信号７８で与
えられたパターンに応じた形状が、高精度で得られる。
したがって、表面８２ａの側に開口形状の潜像５３を形
成することにより、エッジの利いた開口形状２３が設計
どおりに形成できる。一方、現像が進行したときに形成
される深部８２ｃでは、点対称的に現像が進行するた
め、結果的に鋭角なコーナーなどの細かい形状は現れ
ず、なだらかな、球面や２次曲面形状となる。

【００４２】図６（ａ）および図６（ｂ）で反射形状２
８を露光および現像する場合に、上記の現象を当て嵌め
ると、図９に示すように、レーザ光７９の焦点Ｆ（焦点
位置）が、ほぼフォトレジスト層８２の表面８２ａに合
うようにスキャニング露光することにより、表面８２ａ
の近傍に位置する開口形状５３は縁の部分の段差や鋭角
な形状５３ｋがフォーカシングされたレーザ光７９で露
光される。その結果、現像されたときに表面８２ａの近
傍の形状は精度良く再現され、解像度が高く、エッジの
利いた微細構造２８の開口形状２３が設計に従って忠実
に形成される。

【００４３】一方、レジスト８２の深部８２ｃでは、微
細構造の曲面部となる潜像５４がデフォーカスな状態で
露光される。したがって、この領域では壁面の形成には
現像により浸食の効果が大きく現れ、その結果、球面状
に浸食された面２４が微細構造２８として現れる。この
ため、本例の製造方法により得られる微細構造２８は、
開口形状２３は設計により自由に設定でき、曲面２４の
部分は現像により影響を大きく受け、レーザ光７９の高
周波成分やトラック筋がフィルタリングされた、滑らか
な表面をもつ球面または２次曲面となる。したがって、
円形または楕円形の開口形状２３を持ち、球面または回
転放物面などの２次曲面を曲面２４として持つ反射形状
２８を設計することにより、設計通りの微細構造である
反射形状２８を本例の製造方法により製造することがで
きる。

【００４４】このような反射形状２８が製造されたフォ
トレジスト層８２の表面８２ａをアルミニウムなどでコ
ーディングして反射体とすることも可能である。しかし
ながら、量産するには転写型を形成することが望まし
い。このため、本例では、図６（ｃ）に示すように、現
像された微細パターン２８を備えたレジスト層８２の表
面８２ａにニッケルのＮＥＤ（無電解メッキ）８３を行
ってスタンパを製造し、図６（ｄ）に示すように、それ
を電極にして電鋳（電解メッキ）にてニッケルを板状に
成長させる。ニッケル板８４の板厚は３００μｍ程度と
することにより、強度としても十分な転写型５０ができ
る。したがって、図６（ｅ）に示すように、剥離させる
と、表面に微細パターン２８を反転した凸状の微細パタ
ーン形状２８ｘを備えたニッケル金型（スタンパ）５０
ができる。

【００４５】このスタンパ５０に形成された微細パター
ン形状２８ｘは、フォトレジストの層８２の表面８２a
に形成された微細な反射形状２８を写し取ったものとな
るので、開口部分となる凹の部分は精度良く、エッジの
利いた形状に仕上がっており、逆に、反射形状２８の曲
面２４となる凸の部分は、球面の滑らかな形状となって
いる。スタンパ５０を製造する際に電気メッキを行うに
は、合金でない純粋な金属であることが条件となるが、
金型としての硬度、耐久性を併せ持つ金属としてはニッ
ケルが現状では最適である。

【００４６】図７に、スタンパ５０を用いて反射体２０
を形成し、さらに、その反射体２０を用いて表示体１０
である液晶表示装置を製造する様子を示してある。ま
ず、図７（ａ）に示すように、ガラス基板３０に、紫外
線硬化樹脂を厚さ１０μｍ程度塗布し、構造体となる樹
脂層３１を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、
スタンパ５０の微細パターン２８ｘを樹脂層３１に向け
て押し当てた状態で、紫外線（ＵＶ）７６を照射して硬
化させる。硬化した後にスタンパ５０を剥がすと、図７
（ｃ）に示すように、ガラス基板３０の樹脂層３１に微
細な反射形状２８が転写（レプリケーション）される。
この樹脂層３１に形成される反射形状２８は、フォトレ
ジスト層８２に設計通りに形成された反射形状２８と同
一となるので、開口形状２３の精度が高く、曲面２４は
球面となったものとなる。

【００４７】さらに、図７（ｄ）に示すように、樹脂層
３１にアルミニウム３２をスパッタリングにより付着さ
せる。この結果、転写された凹状の反射パターン２８を
反映した反射面２１を備えた反射体２０が完成する。こ
の反射面２１には、凹状の反射形状２８がランダムに高
密度で配置されている。

【００４８】このように製造された反射体２０は、図７
（ｅ）に示すように、液晶駆動用電極の生成等のプロセ
スを経て、保護層１３、液晶セル１２およびこれらを覆
うカバー１１がこの順番に組立てられ、反射型の液晶表
示装置（表示体）１０が完成する。

【００４９】この反射体２０の反射面２１には、図３に
示したように、２種類の反射形状２８ａおよび２８ｂが
重なり合わないようにランダムに、そして高密度で配置
されている。そして、各々の反射形状２８ａおよび２８
ｂは開口形状２３が精度良く再現されているので、隣接
する反射形状２８ａあるいは２８ｂの影響を受けずに、
ほとんど接するように配置することができる。したがっ
て、所望の反射特性を備えた反射形状２８ａおよび２８
ｂを、非常に高い密度で反射面２１に配置することが可
能となり、設計通りの明るさを得ることができる。この
ため、本例の反射体２０を採用することにより、カラー
画像であっても鮮明に表示することができる液晶表示装
置１０を提供できる。

【００５０】なお、上記では、反射体２０の表面２１に
凹状の反射形状２８を製造する例を説明しているが、逆
の凸状の反射形状を製造することも可能である。図１０
は、凸状の反射形状の潜像５８を形成する様子を示して
ある。凸状の反射形状を製造する場合も、隣接する凸状
の反射形状と接触する可能性がある開口形状の潜像５３
を精度良く再現することが重要である。したがって、こ
の例では、ガラス原盤８１に塗布されたフォトレジスト
８２の厚みの中央付近、すなわち深部８２ｃに、レーザ
光７９の焦点位置（フォーカス）Ｆを合わせて露光して
いる。このため、フォトレジスト層８２の表面８２ａの
側はデフォーカスされたレーザ光７９で露光されるの
で、現像の影響が強く現れ２次曲面の滑らかな面が形成
される。

【００５１】また、出射方向が反射面２１に垂直な反射
形状だけでなく、反射面２１に対して傾いた反射形状を
反射体２０に形成する際も上記と同様の製造方法を採用
できる。この反射形状を採用すると、パネル表面１０で
の反射する光の方向と、反射面２１から得られる反射光
７２の方向が異なる。したがって、液晶表示装置１０の
パネル表面が光って見づらいということもなくなり、さ
らに鮮明が画像の見やすい液晶表示装置１０を提供でき
る。

【００５２】以上では、本発明の製造方法により反射体
を製造する例を説明しているが、本発明の製造方法によ
り製造可能な微細構造体は、反射体に限定されるもので
はない。たとえば、多数の微小レンズ（マイクロレン
ズ）を規則的に配置して構成されたマイクロレンズアレ
イ、複数の光スイッチング素子がマトリクス状に配置さ
れた光学デバイス、その他のスイッチングデバイスであ
っても、高精度の微細構造を確実に製造できることが要
求されており、本発明の製造方法を適用することができ
る。

【００５３】以下、本発明の製造方法を適用してマイク
ロレンズアレイを製造する場合について詳細に説明す
る。

【００５４】図１１は、マイクロレンズアレイを製造す
るためのガラス型（転写型）の製造工程について説明す
る説明図である。図１１（ａ）に示すように、ガラス原
盤２００上にフォトレジスト層２０２を形成し、このフ
ォトレジスト層２０２に対して、レーザ光２０４によっ
てスキャニング露光を行う。このとき、形成するマイク
ロレンズの形状（設計した形状）に合わせて、レーザ光
２０４の強度（露光パワー）を変調しながら露光を行う
（図１１（ａ）上段参照）。

【００５５】図１２は、図１１に示した露光工程のレー
ザ光が照射される様子を示す図である。同図に示すよう
に、レーザ光２０４による露光時には、フォトレジスト
層２０２にパターニングする微細形状の開口形状２０６
をフォトレジスト層２０２の表面側にし、焦点位置もフ
ォトレジスト層２０２の表面に合わせて露光する。レン
ズ間にある屈曲部は、焦点近くの解像度の高いレーザビ
ームで露光することができるため、高解像度で形状を形
成することが可能となる。また、なめらかな曲面が必要
なレンズ面は焦点位置から離れたデフォーカス部になる
ため、スキャニングのトラック毎に生じるトラック筋が
発生せず、なめらかな面となる。

【００５６】このようにして形成したフォトレジスト層
２０２を現像すると、図１１（ｂ）に示すように、マイ
クロレンズのパターンがフォトレジスト層２０２に現れ
る。本例では、各パターンの間のピッチを１４μｍ、深
さを７μｍ、曲率半径は約１０μｍとしている。

【００５７】次に、図１１（ｃ）に示すように、フォト
レジスト層２０２をエッチングマスクとして用いて、ガ
ラス原盤２００に対して反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）を行い、フォトレジスト層２０２に形成された微細
パターンをガラス原盤２００に転写する。反応性イオン
エッチングに用いる反応ガスとしては、例えば、ＣＨＦ
_３が好適である。これにより、図１１（ｄ）に示すよう
に、マイクロレンズアレイの製造に使用可能な微細パタ
ーンを有するガラス型２１０が形成される。

【００５８】次に、上述した方法によって製造されたガ
ラス型２１０を用いてマイクロレンズアレイを製造する
方法について説明する。図１３は、マイクロレンズアレ
イの製造方法について説明する説明図である。本実施形
態では、ガラス型２１０を用いて、いわゆる２Ｐ（Phot
o Polymer）法によってマイクロレンズアレイを製造す
る。

【００５９】具体的には、まず図１３（ａ）に示すよう
に、ガラス基板２２０上に紫外線硬化樹脂層２２２を形
成する。この紫外線硬化樹脂層２２２は、スピンコート
法（回転塗布法）により、１０μｍ程度の厚さに形成す
ることが好適である。

【００６０】次に、ガラス型２１０及びガラス基板２２
０を真空雰囲気中に導入する。そして、図１３（ｂ）に
示すように、ガラス型２１０の微細パターンの形成面を
紫外線硬化樹脂層２２２に押し当てて、ガラス型２１０
の微細パターンを紫外線硬化樹脂層２２２に転写する。
次に、ガラス型２１０を押し当てた状態を維持しなが
ら、ガラス基板２２０の裏面側から紫外線（ＵＶ）照射
を行い、紫外線硬化樹脂層２２２を硬化させる。その
後、ガラス型２１０をガラス基板２２０から剥離する。
これにより、図１２（ｃ）に示すように、多数のマイク
ロレンズ２２４ａを高密度に配置して構成されるマイク
ロレンズアレイ２２４が形成される。

【００６１】なお、より好ましくは、ガラス型２１０と
ガラス基板２２０について、主成分を共通したもの（例
えば、石英など）としておくとよい。これにより、ガラ
ス型２１０とガラス基板２２０の熱膨張率が等しくなる
ので、紫外線硬化樹脂層２２２の硬化時に発生する硬化
熱によるガラス型２１０とガラス基板２２０との位置ず
れを抑制することが可能となる。

【００６２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、レ
ーザ光の焦点位置を、解像度が必要な開口形状が位置す
る深さに合わせるようにしている。これにより、解像度
の必要な開口形状付近は解像度が高く形成され、滑らか
な表面が必要な曲面部分は、高周波成分やトラック筋が
フィルタリングされて形成され、反射効率の高い反射体
を得ることができる。したがって、レーザ光による製造
方法により、所望の反射性能を備えた反射形状が高密度
で配置された反射体を製造することが可能となる。この
ため、本発明の反射体を採用することにより、反射型ま
たは半反射型で、さらに鮮明な画像を表示することがで
きる表示装置を提供することができる。また、本発明で
は、設計に従った特性や形状等を備えたマイクロレンズ
を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反射体を用いた液晶パネルを備え
た携帯電話機の概要を示す図である。

【図２】図１に示した本発明に係る反射体の概要を示す
斜視図である。

【図３】図２に示す反射体の一部を模式的に示す平面図
である。

【図４】本発明に係る微細パターンを露光する装置の概
要を示す図である。

【図５】図３に示したガラス原盤に露光された潜像の一
部を模式的に示す図である。

【図６】本発明に係る反射体を形成する転写型の製造プ
ロセスを模式的に示す図である。

【図７】図６に示した転写型を用いて、反射体および表
示体を形成する製造プロセスを模式的に示す図である。

【図８】図８（ａ）は、図６に示した露光工程を説明す
る図であり、図８（ｂ）は現像工程を説明する図であ
る。

【図９】図６に示した露光工程のレーザ光が照射される
様子を示す図である。

【図１０】本発明に係る、異なる微細パターン（凸状）
を露光する様子を模式的に示す図である。

【図１１】マイクロレンズを製造するためのガラス型
（転写型）の製造工程について説明する説明図である。

【図１２】図１１に示した露光工程のレーザ光が照射さ
れる様子を示す図である。

【図１３】マイクロレンズアレイの製造方法について説
明する説明図である。

【符号の説明】

１携帯電話機１０表示装置１２液晶セル２０反射体２１反射面、２３開口形状２８反射形状５０転写型５３開口形状５８潜像７０光源７１入射光（照明光）７２出射光（反射光）７９レーザ光８１ガラス原盤８２フォトレジスト層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H042 BA03 BA15 BA20 DA01 DA11 DC01 DC08 DC12 2H091 FA14Z FA26Z FA29Z FA41Z FC06 FC10 FC23 FC26 FC29 GA01 GA02 GA03 LA11 LA18 LA30 4M118 AA10 AB01 EA01 GD20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口形状を構成する凸または凹の面を備
えた微細パターンを形成するように強度変調されたレー
ザ光を感光性樹脂の層に照射する際に、前記レーザ光の
焦点位置を前記感光性樹脂の層の前記開口形状が位置す
る深さに合わせて前記感光性樹脂の層を露光する工程
と、その感光性樹脂層を現像する工程とを有する微細構造体
の製造方法。
【請求項２】請求項１において、前記露光する工程で
は、前記レーザ光で前記感光性樹脂の層をスキャンする
微細構造体の製造方法。
【請求項３】請求項１において、前記凸または凹の面
は、球面または曲面である微細構造体の製造方法。
【請求項４】請求項１において、前記微細パターン
は、前記凹の面を備えており、前記露光する工程では、前記レーザ光の焦点位置を前記
感光性樹脂の層の表面に合わせる微細構造体の製造方
法。
【請求項５】請求項１において、前記微細パターン
は、前記凸の面を備えており、前記露光する工程では、前記レーザ光の焦点位置を前記
感光性樹脂の層の深部に合わせる微細構造体の製造方
法。
【請求項６】請求項１において、前記感光性樹脂の層
の厚みは、前記レーザ光の焦点深度より大きい微細構造
体の製造方法。
【請求項７】請求項６において、前記感光性樹脂の層
の厚みが前記レーザ光の焦点深度の３倍以上である微細
構造体の製造方法。
【請求項８】請求項１において、前記開口形状は、可
視光領域の波長よりも大きいサイズである微細構造体の
製造方法。
【請求項９】請求項１において、前記微細パターンは
非対称な形状であり、前記感光性樹脂の層の表面に対し
て傾けてパターニングされている微細構造体の製造方
法。
【請求項１０】請求項１ないし９のいずれかに記載の
製造方法により製造された微細構造体を用いて反射体を
製造する工程を有する反射体の製造方法。
【請求項１１】請求項１０において、前記反射体を製
造する工程では、前記微細構造体の表面に金属層を形成
して前記反射体とする反射体の製造方法。
【請求項１２】請求項１０において、前記反射体を製
造する工程は、前記微細構造体により前記反射体を製造
するための転写型を製造する工程を備えている反射体の
製造方法。
【請求項１３】請求項１０において、前記反射体は、
液晶用の反射板であり、前記微細構造体の開口形状が当
該液晶を構成する画素より小さく、可視光領域の波長よ
りも大きい反射体の製造方法。
【請求項１４】請求項１２において、前記反射体を製
造する工程は、前記転写型を樹脂層に押し当てて前記微
細パターンを前記樹脂層に転写し、前記樹脂層を硬化さ
せて前記反射体を製造する工程を更に備えている反射体
の製造方法。
【請求項１５】請求項１ないし９のいずれかに記載の
製造方法により製造された前記微細構造体を用いてマイ
クロレンズを製造する工程を備えているマイクロレンズ
の製造方法。
【請求項１６】請求項１５において、前記マイクロレ
ンズを製造する工程は、前記微細構造体をエッチングマ
スクとして用いて原盤をエッチングし、その微細パター
ンを前記原盤に転写して、前記マイクロレンズを形成す
るための転写型を製造する工程を備えているマイクロレ
ンズの製造方法。
【請求項１７】請求項１６において、前記マイクロレ
ンズを製造する工程は、前記転写型を樹脂層に押し当て
て前記微細パターンを前記樹脂層に転写し、前記樹脂層
を硬化させて前記マイクロレンズを形成する工程を更に
備えているマイクロレンズの製造方法。
【請求項１８】請求項１０ないし１４のいずれかに記
載の製造方法によって製造される反射体。
【請求項１９】請求項１５ないし１７のいずれかに記
載の製造方法によって製造されるマイクロレンズ。
【請求項２０】請求項１２に記載の製造方法において
製造される、反射体形成用の転写型。
【請求項２１】請求項１５に記載の製造方法において
製造される、マイクロレンズ形成用の転写型。