JP2005227699A - Method for manufacturing micro-optical element - Google Patents
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Description
本発明は、微小光学素子の製造方法、特に入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置に好適な微小光学素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a micro optical element, and more particularly to a method for manufacturing a micro optical element suitable for a spatial light modulator that modulates incident light according to an image signal.
プロジェクタにおいては、明るい投写像を得るために光の利用効率を向上させることが必要となる。このため、プロジェクタが備える空間光変調装置、特に液晶型の空間光変調装置において、例えばマイクロレンズアレイを用いている。マイクロレンズアレイは、光源部からの照明光を、効率よく空間光変調装置の各画素へ集光する。近年、さらに光の利用効率を向上させるために、マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズ素子は非球面等の複雑な形状を有することが多くなってきている。所望の形状のマイクロレンズ素子を製造するためには、基板をドライエッチングする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、基板をウエットエッチングしてマイクロレンズ素子を製造する方法も考えられる。 In a projector, it is necessary to improve the light use efficiency in order to obtain a bright projected image. For this reason, for example, a microlens array is used in a spatial light modulator provided in a projector, in particular, a liquid crystal spatial light modulator. The microlens array efficiently collects the illumination light from the light source unit on each pixel of the spatial light modulator. In recent years, in order to further improve the light utilization efficiency, the microlens elements constituting the microlens array are increasingly having complicated shapes such as aspheric surfaces. In order to manufacture a microlens element having a desired shape, a method of dry etching a substrate has been proposed (see, for example, Patent Document 1). A method of manufacturing a microlens element by wet etching the substrate is also conceivable.
特許文献1では、まず、レジスト層に所望の非球面形状を形成する。その後、ドライエッチング法を用いて非球面形状をガラス基板に転写する。ドライエッチング法では、複雑な形状を形成できるという利点がある。しかしながら、最終的に得られるマイクロレンズ素子の表面に微細な凹凸が生じてしまう。このような凹凸形状は散乱光を生じてしまうので問題である。また、ドライエッチング法では、チャンバ内に残渣がたまってしまう。この残渣を取り除くためのクリーニングには、酸素やアルゴン等の雰囲気中でプラズマを発生させた上で排気する必要がある。このため、残渣のクリーニングには、多大なランニングコストを要してしまうので問題である。
In
また、ウエットエッチング法により所望の非球面形状を得る方法では、まずガラス基板に、エッチング・レートの異なる層を形成しておく。そして、表面に開口部をパターニングして、ウエットエッチングを行う。ウェットエッチング法では、安価にマイクロレンズ素子を製造できるという利点がある。しかしながら、ウェットエッチング法では、制御できるパラメータ(エッチング・レート)が少ないため、製造できる形状の自由度が少ない。このため、例えば、変曲点を有するような複雑な形状の非球面形状を正確に製造することが困難であるため問題である。 In the method of obtaining a desired aspherical shape by the wet etching method, first, layers having different etching rates are formed on a glass substrate. Then, the opening is patterned on the surface and wet etching is performed. The wet etching method has an advantage that a microlens element can be manufactured at low cost. However, in the wet etching method, since there are few parameters (etching rate) that can be controlled, the degree of freedom of shapes that can be manufactured is small. For this reason, for example, it is a problem because it is difficult to accurately manufacture a complex aspheric shape having an inflection point.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安価に、所望の形状を容易に得ることができる微小光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a micro optical element that can easily obtain a desired shape at low cost.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、第2の形状を縮小して略相似する第1の形状を基板上のレジスト層に形成する第1形状形成工程と、第1の形状の大きさを第2の形状になるまで拡大する形状拡大工程とを含むことを特徴とする微小光学素子の製造方法を提供できる。本発明では、まず、基板上のレジスト層に、最終的に所望する第2の形状を縮小した相似形状を形成する。このため、最初に形成する第1の形状は、最終的に得られる第2の形状に比較して小さくて良い。従って、第2の形状が、例えば変曲点を有する複雑な非球面形状のときでも、小さな領域に容易に第1の形状を形成できる。そして、形状拡大工程により、第1の形状を第2の形状へ拡大する。このため、微小光学素子が複雑な形状のときでも、安価に、所望の形状を容易に得ることができる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a first shape forming step of reducing the second shape and forming a substantially similar first shape on the resist layer on the substrate; And a shape enlarging process for enlarging the size of the first shape until it reaches the second shape. In the present invention, first, a similar shape obtained by reducing the desired second shape is finally formed in the resist layer on the substrate. For this reason, the first shape formed first may be smaller than the second shape finally obtained. Therefore, even when the second shape is a complex aspherical shape having an inflection point, for example, the first shape can be easily formed in a small region. And a 1st shape is expanded to a 2nd shape by a shape expansion process. For this reason, even when the micro optical element has a complicated shape, a desired shape can be easily obtained at low cost.
また、本発明の好ましい態様によれば、形状拡大工程は、ドライエッチング工程と、ウエットエッチング工程とからなることが望ましい。ドライエッチング工程では、第1の形状と略1対1の比率の形状を形成できる。そして、ウエットエッチング工程では、ドライエッチング工程で得られた形状を、最終的な第2の形状にまで拡大する。ドライエッチング工程では、形成された形状に微小な凹凸形状、例えば数十nmの凹凸形状を生じてしまう。そして、ウエットエッチング工程では、このような微小な凹凸形状を平滑化できる。このため、表面が滑らかで散乱光が低減された微小光学素子を得ることができる。また、ウエットエッチング工程では、基板をエッチャントに浸漬するだけで良い。このため、安価に大量に微小光学素子を製造できる。 Moreover, according to a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the shape enlarging step includes a dry etching step and a wet etching step. In the dry etching process, a shape having a ratio of about 1: 1 with the first shape can be formed. In the wet etching process, the shape obtained in the dry etching process is expanded to the final second shape. In the dry etching process, a minute uneven shape, for example, an uneven shape of several tens of nanometers is generated in the formed shape. In the wet etching process, such a minute uneven shape can be smoothed. For this reason, a micro optical element with a smooth surface and reduced scattered light can be obtained. Further, in the wet etching process, it is only necessary to immerse the substrate in the etchant. For this reason, a lot of micro optical elements can be manufactured at low cost.
また、本発明の好ましい態様によれば、基板上に少なくともレジスト層を形成するレジスト層形成工程をさらに含み、ドライエッチング工程は、第1の形状が形成されているレジスト層をエッチングすることにより、第1の形状と略同等の大きさの形状を基板に形成し、ウエットエッチング工程は、基板に形成された形状を第2の形状になるまで拡大することが望ましい。レジスト層には、例えば、レーザ描画法、電子線ビーム描画法、グレースケールリソグラフィ法、面積諧調リソグラフィ法等により、第1の形状を形成する。これらの方法では、正確に所望の複雑な形状を形成できる。また、第1の形状は、第2の形状に比較して面積が小さい。このため、これらの方法を用いたときでも、短時間に第1の形状を形成できる。これにより、第2の形状が複雑な形状のときでも、正確かつ容易に第1の形状を作成できる。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, the method further includes a resist layer forming step of forming at least a resist layer on the substrate, and the dry etching step includes etching the resist layer in which the first shape is formed, It is desirable to form a shape substantially the same size as the first shape on the substrate, and in the wet etching step, the shape formed on the substrate is expanded to the second shape. A first shape is formed on the resist layer by, for example, a laser drawing method, an electron beam drawing method, a gray scale lithography method, an area gradation lithography method, or the like. In these methods, a desired complicated shape can be accurately formed. In addition, the first shape has a smaller area than the second shape. For this reason, even when these methods are used, the first shape can be formed in a short time. Thereby, even when the second shape is a complicated shape, the first shape can be created accurately and easily.
また、本発明の好ましい態様によれば、第2の形状が形成されている基板に光学的透明樹脂を充填する樹脂充填工程をさらに含むことが望ましい。これにより、最終的に得られる第2の形状と、光学的透明樹脂との界面で光を屈折させる微小光学素子を容易に得られる。 Moreover, according to the preferable aspect of this invention, it is desirable to further include the resin filling process which fills the board | substrate with which the 2nd shape is formed with optically transparent resin. Thereby, a micro optical element that refracts light at the interface between the finally obtained second shape and the optical transparent resin can be easily obtained.
また、本発明の好ましい態様によれば、第2の形状が形成されている基板を型として、他の部材に第2の形状を転写する型転写工程をさらに含むことが望ましい。これにより、型転写を用いて、第2の形状と凹凸が反転している形状が形成された他の部材を容易に得ることができる。 In addition, according to a preferable aspect of the present invention, it is desirable to further include a mold transfer step of transferring the second shape to another member using the substrate on which the second shape is formed as a mold. Thereby, the other member in which the 2nd shape and the shape in which the unevenness | corrugation is reversed can be easily obtained using mold transfer.
以下に、本発明に係る光学素子の製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a method for manufacturing an optical element according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.
図1−1〜図1−6は、本発明の実施例1に係る微小光学素子の製造方法の手順を示す。微小光学素子として、変曲点を有する非球面を製造する場合について説明する。図1−1において、石英や硝子等からなる基板101上に保護膜となるマスク102をCVD(Chemical Vapor Deposition)やスパッタリングにより形成する。マスク102は、Cr又はSi、例えばポリSi等で構成する。続いて、レジスト層形成工程において、マスク102上にレジスト層103を塗布する。レジスト層103は、例えば、クラリアント社のAZ4620、AZP4902(商品名)や、シプレイ社のS900(商品名)を用いることができる。
FIGS. 1-1 to 1-6 show the procedure of the method for manufacturing the micro optical element according to the first embodiment of the present invention. A case where an aspherical surface having an inflection point is manufactured as a micro optical element will be described. 1-1, a
図1−2に示す第1形状形成工程において、最終的に所望する第2の形状107(図1−5)を縮小して略相似する第1の形状104を基板101上のレジスト層103に形成する。最初に形成する第1の形状104は、最終的に得られる第2の形状107に比較して小さくて良い。従って、第2の形状107が、例えば変曲点を有する複雑な非球面形状のときでも、小さな領域に容易に第1の形状104を形成できる。レジスト層103には、例えば、レーザ描画法、電子線ビーム描画法、グレースケールリソグラフィ法、面積諧調リソグラフィ法等により、第1の形状104を形成する。第1の形状104は、第2の形状107に比較して面積が小さいため、これらの方法を用いたときでも、短時間に第1の形状104を形成できる。これにより、第2の形状107が複雑な形状のときでも、正確かつ容易に第1の形状104を作成できる。
In the first shape forming step shown in FIG. 1-2, the second shape 107 (FIG. 1-5) that is finally desired is reduced and the
図1−3に示すドライエッチング工程において、第1の形状104が形成されているレジスト層103をドライエッチングする。これにより、第1の形状104と略等倍の形状105を基板101に形成する。ドライエッチングは、例えば、RIE・ICP法を用いる。反応ガスには、Ar、C4F8、XeF2の混合ガスを用いる。Arは、物理的な原子衝突による形状エッチングに作用する。C4F8は、硝子等の基板101の反応エッチングに作用する。XeF2は、ポリSiからなるマスク102の反応エッチングに作用する。このような混合ガスは、エッチングの開始から、Ar、XeF2、C4F8の順番にそれぞれ作用する。そして、各ガスを供給する比率も、Ar、XeF2、C4F8の順番にそれぞれ変えることが望ましい。例えば、以下のステップ1、ステップ2、ステップ3の順に示す条件でRIE法を行う。
(ステップ1)0.665Pa、RFパワー500W、Ar:XeF2:C4F8=1:1:10、2分間
(ステップ2)2.5Pa、RFパワー500W、Ar:XeF2:C4F8=1:5:10、3分間
(ステップ3)6.5Pa、RFパワー1000W、Ar:XeF2:C4F8=1:0:50、8分間
In the dry etching step shown in FIG. 1-3, the
(Step 1) 0.665 Pa, RF power 500 W, Ar: XeF 2 : C 4 F 8 = 1: 1: 10, 2 minutes (Step 2) 2.5 Pa, RF power 500 W, Ar: XeF 2 : C 4 F 8 = 1: 5: 10, 3 minutes (step 3) 6.5 Pa, RF power 1000 W, Ar: XeF 2 : C 4 F 8 = 1: 0: 50, 8 minutes
これにより、図1−3に示すように、レジスト層103に形成された第1の形状104と略等倍の形状105を基板101へ形成できる。好ましくは、混合ガスにさらにO2を付加することが望ましい。これにより、形成された面の表面に残渣が付着することを低減できる。また、ドライエッチング工程では、後述するウエットエッチング工程のためのマスク102の開口部102aが形成される。このようなドライエッチング工程では、従来技術に比較して工程処理時間を低減できる。
As a result, as shown in FIG. 1C, the
図1−4に示すウエットエッチング工程において、ドライエッチング工程で得られた形状105を、最終的な第2の形状107にまで拡大する。ウエットエッチングの条件は、例えば5%フッ酸溶液に弗化アンモニウム溶液30%を添加した溶液に基板101を30分間浸漬、揺動させせる。これにより、略等倍の形状105は、略等方的にエッチングが進行し、その形状が拡大される。弗化アンモニウムは、フッ酸エッチャントの劣化を抑制する機能を有する。これにより、均一なエッチングレートを得られる。また、エチング槽内の温度は、20°C±1°Cの範囲内で、温度の均一化を図ることが望ましい。これにより、エッチングされる面内のエッチング速度を合わせて、基板101内を均一な形状に作りこむことができる。
In the wet etching process shown in FIGS. 1-4, the
ドライエッチング工程では、プラズマによる反応アシストの影響により、加工表面に微小な凹凸形状、例えば数十nmの凹凸形状を生じてしまう。加工表面の凹凸形状は、レンズ表面における散乱光を生ずる。散乱光により、光の利用効率が低下してしまう。ウエットエッチング工程では、このような微小な凹凸を平滑化できる。このため、加工表面が滑らかで散乱光が低減された微小光学素子を得ることができる。さらに好ましくは、エッチャントに界面活性剤を3%添加することで、加工表面の平滑性をさらに向上できる。また、ウエットエッチング工程では、基板をエッチャントに浸漬するだけで良い。このため、安価に大量に微小光学素子を製造できる。また、微小光学素子が変曲点を有する複雑な形状のときでも、第1の形状104を拡大するだけなので、安価に、大量に所望の形状を容易に得ることができる。なお、上述したドライエッチング工程と、ウエットエッチング工程とで形状拡大工程を形成する。
In the dry etching process, a minute uneven shape, for example, an uneven shape of several tens of nanometers, is generated on the processing surface due to the influence of reaction assist by plasma. The uneven shape on the processed surface generates scattered light on the lens surface. The light use efficiency is reduced by the scattered light. In the wet etching process, such minute irregularities can be smoothed. Therefore, it is possible to obtain a micro optical element having a smooth processed surface and reduced scattered light. More preferably, the smoothness of the processed surface can be further improved by adding 3% of a surfactant to the etchant. Further, in the wet etching process, it is only necessary to immerse the substrate in the etchant. For this reason, a lot of micro optical elements can be manufactured at low cost. In addition, even when the micro optical element has a complicated shape having an inflection point, the
図1−6に示す樹脂充填工程において、第2の形状107が形成されている基板101に光学的透明樹脂108を充填する。第2の形状107と、光学的透明樹脂108との界面で光を屈折させる微小光学素子を容易に得られる。この微小光学素子は、高効率、高コントラスト高耐光性という機能を有する。そして、製造された微小光学素子をマイクロレンズ素子として、光学的透明樹脂108上にTFT基板等を形成する。これにより、複数のマイクロレンズ素子からなるマイクロレンズアレイを備える空間光変調装置を構成できる。このような空間光変調装置の詳細は図3を用いて後述する。
In the resin filling step shown in FIGS. 1-6, the optically
また、加工された基板101を対向させて、両基板101の間に光学的透明樹脂を充填することもできる。これにより、両凸形状の非球面レンズを得ることができる。
Further, the processed
さらに、加工された基板101にマイクロレンズ素子を形成する代わりに、第2の形状107が形成されている基板101を型として、他の部材に第2の形状107を転写する型転写工程をさらに含んでも良い。これにより、型転写を用いて、第2の形状107とは凹凸が反転した形状が形成された他の部材を容易に得ることができる。
Further, instead of forming the microlens element on the processed
次に、このような型転写の工程について図2−1〜図2−4に基づいて説明する。図2−1において、前駆体である転写部材151は、低粘性の液状物質であることが好ましい。このような物質は、常温、常圧あるいはその近傍下においても、基板101の表面の形状を転写することが容易である。液状の物質としては、エネルギーの付与により硬化可能な物質であることが好ましい。このような物質を用いると、転写部材151を固化して微小光学素子160とするタイミングを制御しやすくなるため、生産性や精度の向上が容易となり、また、堅牢な微小光学素子160が得られ易い。
Next, such a mold transfer process will be described with reference to FIGS. 2-1 to 2-4. In FIG. 2A, the
また、他の部材である転写部材151として可塑性を有する物質を使用することができる。また、転写部材151は、固化してからその上に形成される構造を支持できる強度を有するものであれば特に限定されるものではないが、樹脂を使用することができる。樹脂は、エネルギー硬化性を有するもの、あるいは可塑性を有するものが容易に得られるので好適である。
Further, a material having plasticity can be used as the
エネルギー硬化性を有する樹脂としては、光及び熱の少なくともいずれかー方の付与により硬化可能であることが望ましい。光や熱の利用は、汎用の露光装置、ベイク炉やホットプレート等の加熱装置を利用することができ、省設備コスト化を図ることが可能である。 It is desirable that the resin having energy curability be curable by applying at least one of light and heat. The use of light and heat can use a general-purpose exposure apparatus, a heating apparatus such as a bake furnace or a hot plate, and can reduce equipment costs.
このようなエネルギー硬化性を有する樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、ポリイミド系樹脂等が利用できる。特に、アクリル系樹脂は、市販品の様々な前駆体や感光剤(光重合開始剤)を利用することで、光の照射で短時間に硬化するものが容易に得られるため好適である。 As such resin having energy curability, for example, acrylic resin, epoxy resin, melamine resin, polyimide resin and the like can be used. In particular, an acrylic resin is suitable because it can be easily cured in a short time by irradiation with light by using various precursors and photosensitizers (photopolymerization initiators) on the market.
光硬化性のアクリル系樹脂の基本組成の具体例としては、プレポリマーまたはオリゴマー、モノマー、光重合開始剤があげられる。 Specific examples of the basic composition of the photocurable acrylic resin include prepolymers or oligomers, monomers, and photopolymerization initiators.
プレポリマーまたはオリゴマーとしては、例えば、エポキシアクリレート類、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、ポリエーテルアクリレート類、スピロアセタール系アクリレート類等のアクリレート類、エポキシメタクリレート類、ウレタンメタクリレート類、ポリエステルメタクリレート類、ポリエーテルメタクリレート類等のメタクリレート類等が利用できる。 Examples of the prepolymer or oligomer include epoxy acrylates, urethane acrylates, polyester acrylates, polyether acrylates, acrylates such as spiroacetal acrylates, epoxy methacrylates, urethane methacrylates, polyester methacrylates, and polyethers. Methacrylates such as methacrylates can be used.
モノマーとしては、例えば、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、N−ビニル−2−ピロリドン、カルビトールアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、1,3−ブタンジオールアクリレート等の単官能性モノマー、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート等の二官能性モノマー、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の多官能性モノマーが利用できる。 Examples of the monomer include 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, N-vinyl-2-pyrrolidone, carbitol acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, isobornyl acrylate, Monofunctional monomers such as dicyclopentenyl acrylate and 1,3-butanediol acrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, 1,6-hexanediol dimethacrylate, neopentyl glycol diacrylate, neopentyl glycol dimethacrylate, ethylene Bifunctional monomers such as glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, pentaerythritol diacrylate, and trimethylo Propane triacrylate, trimethylol propane trimethacrylate, pentaerythritol triacrylate, polyfunctional monomers such as dipentaerythritol hexaacrylate available.
光重合開始剤としては、例えば、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン等のアセトフェノン類、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、p−イソプロピル−α−ヒドロキシイソブチルフェノン等のブチルフェノン類、p−tert−ブチルジクロロアセトフェノン、p−tert−ブチルトリクロロアセトフェノン、α,α−ジクロル−4−フェノキシアセトフェノン等のハロゲン化アセトフェノン類、ベンゾフェノン、N,N−テトラエチル−4,4−ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジル、ベンジルジメチルケタール等のベンジル類、ベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテル等のベンゾイン類、1−フェニル−1,2−プロパンジオン−2−(o−エトキシカルボニル)オキシム等のオキシム類、2−メチルチオキサントン、2−クロロチオキサントン等のキサントン類、ミヒラーケトン、ベンジルメチルケタール等のラジカル発生化合物が利用できる。 Examples of the photopolymerization initiator include acetophenones such as 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, butylphenones such as α-hydroxyisobutylphenone and p-isopropyl-α-hydroxyisobutylphenone, and p-tert-butyl. Halogenated acetophenones such as dichloroacetophenone, p-tert-butyltrichloroacetophenone, α, α-dichloro-4-phenoxyacetophenone, benzophenones such as benzophenone, N, N-tetraethyl-4,4-diaminobenzophenone, benzyl, benzyl Benzyls such as dimethyl ketal, benzoins such as benzoin and benzoin alkyl ether, oximes such as 1-phenyl-1,2-propanedione-2- (o-ethoxycarbonyl) oxime, 2-methyl Thioxanthone, 2-xanthones such as chlorothioxanthone, Michler's ketone, radical generating compounds such as benzyl methyl ketal are available.
なお、必要に応じて、酸素による硬化阻害を防止する目的でアミン類等の化合物を添加したり、塗布を容易にする目的で溶剤成分を添加してもよい。溶剤成分としては、特に限定されるものではなく、種々の有機溶剤、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メトキシメチルプロピオネート、エトキシエチルプロピオネート、エチルラクテート、エチルピルビネート、メチルアミルケトン等が利用可能である。 If necessary, a compound such as amines may be added for the purpose of preventing curing inhibition by oxygen, or a solvent component may be added for the purpose of facilitating coating. The solvent component is not particularly limited, and various organic solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate, methoxymethyl propionate, ethoxyethyl propionate, ethyl lactate, ethyl pyruvate, methyl amyl ketone, etc. Is available.
これらの物質を用いることは、基板101をシリコン又は石英で形成した場合に、この基板101からの離型性が良好であるため好適である。
The use of these substances is preferable because the release from the
また、可塑性を有する樹脂としては、例えば、ポリカーボネート系樹脂、ポリメチルメタクリレート系樹脂、アモルファスポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性を有する樹脂が利用できる。 Moreover, as resin which has plasticity, resin which has thermoplasticity, such as a polycarbonate-type resin, a polymethylmethacrylate-type resin, an amorphous polyolefin-type resin, can be utilized, for example.
そして、図2−2に示すように、上述の基板101を用意する。基板101には、凹部に第2の形状107が形成されている。第2の形状107と転写部材151とを密着させる。なお、転写部材151を第2基板150のほぼ中央部に塊状にして設けておき、第2基板150及び基板101で転写部材151を押し広げてもよい。こうすることで、転写部材151と、第2基板150及び基板101の少なくとも一方と、の間の気泡が外に逃がされて気泡が残りにくくなる。
Then, as shown in FIG. 2B, the above-described
転写部材151は、基板10上に載せる代わりに、基板101に載せるか、第2基板150及び基板101の両方に載せてもよい。また、第2基板150及び基板101のいずれか一方、または、両方に、予め転写部材151を所定領域まで塗り拡げてもよい。また、必要に応じて、第2基板150と基板101とを転写部材151を介して密着させる際に、第2基板150及び基板101の少なくともいずれか一方を介して転写部材151を加圧しても良い。加圧することで、転写部材151が所定領域まで塗れ拡がる時間を短縮できることで作業性が向上し、かつ、基板101の凹部である第2の形状107の間への充填が確実となる。
Instead of placing the
転写部材151を介して基板101と第2基板150を密着させることで、転写部材151には、基板101の凹部である第2の形状107を有する面に対応する形状が転写される。つまり、転写部材151に、複数の凹部の反転形状である微小光学素子160と、凹部である第2の形状107の周囲に形成された平坦面152に対応する平坦面153と、が形成される。
By bringing the
続いて、図2−2に示すように、転写部材151を固化させる。例えば、転写部材151が光硬化性の物質を含む場合には、光155を転写部材151に照射する。その場合には、基板101が光透過性を有することが好ましく、基板101を通して光155を照射することができる。あるいは、軟化点温度以上に加温した可塑化した樹脂を転写部材151として使用する場合には、冷却することにより固化させることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 2-2, the
次に、図2−3に示すように、微小光学素子160から基板101を剥離する。ここで、基板101を剥離するときの離型性を向上させる手順について説明する。微小光学素子160の表面に低密着性層を形成する。低密着性層は、転写部材151をはじく材料で形成される。例えば、転写部材151が親水性であれば、シリコン等の疎水性材料で低密着性層を形成する。転写部材151が疎水性であれば、金属やSiO2等の親水性材料で低密着性層を形成する。あるいは、フッ素(原子(F)を有する化合物)コーティングにより低密着性層を形成すれば、転写部材151が親水性及び疎水性のいずれであってもはじくようになる。例えば、基板101がシリコン系の材料で形成されている場合には、フッ素原子を有するシランカップリング剤で表面処理を行うことで、フッ素コーティングを行うことができる。また、基板101は、図2−4に示すように、HMDS(クラリアントジャパン社のポジ型レジスト密着助剤の商品名)の雰囲気161中に30分以上放置しておく。その後、型転写を行うことで離型性が向上する。
Next, as shown in FIG. 2-3, the
図3−1〜図3−3は、実施例2に係る微小光学素子の製造方法の手順を示す。本実施例では、変曲点を有さない非球面を形成する手順を示す。本実施例は、マスクを用いていない点が上記実施例1と異なる。まず、レジスト層形成工程において、石英や硝子からなる基板111上にレジスト層113を形成する。そして、図3−1に示すように、レジスト層113に、グレースケールリソグラフィ法により所望の非球面形状と略相似で縮小された第1の形状114を形成する。グレースケールリソグラフィ法としては、面積階調マスクや感光性硝子を用いたグレースケールマスクを用いることができる。
3A to 3C illustrate the procedure of the method for manufacturing the micro optical element according to the second embodiment. In the present embodiment, a procedure for forming an aspheric surface having no inflection point is shown. This embodiment differs from the first embodiment in that no mask is used. First, in a resist layer forming step, a resist
図3−2に示すドライエッチング工程において、フッ酸系ガスであるC4F8やSF6を用いてRIE法により基板111に第1の形状114と略等倍の形状115を転写する。形状115には、実施例1で述べたように、ドライエッチング工程の影響により、加工表面に凹凸形状が生じている。
In the dry etching process shown in FIG. 3B, the
図3−3に示すウエットエッチング工程において、基板111をフッ酸溶液(HF3%)と、界面活性剤5%溶液槽に3分間、浸漬して揺動する。これにより、形状115が拡大して第2の形状117を得ることができる。また、凹凸形状も平滑化される。本実施例では、変曲点を有さない非球面を形成するために、ドライエッチング工程からウエットエッチング工程までの過程において等方的にエッチングが進行すれば良い。このため、実施例1とは異なりマスクを必要としない。
In the wet etching step shown in FIG. 3-3, the
(空間光変調装置)
次に、図4に基づいて、上記実施例により得られた微小光学素子であるマイクロレンズ素子203を備える空間光変調装置である液晶パネル520Rについて説明する。液晶パネル520Rは、画像信号に応じて入射光を変調して射出する。液晶パネル520Rは、複数の開口領域APが略直交する格子状に配置されている。画素開口部である開口領域APは、遮光機能を有するブラックマトリックス205に形成されている矩形の開口部である。開口領域APは一つの画素に対応する。図4では、液晶パネル520Rの複数の開口領域APのうち一の開口領域APの部分のみを示す。他の開口領域に対応する液晶パネル520Rの構成は図4に示す構成と同一なので重複する説明は省略する。不図示の超高圧水銀ランプからの赤色光(以下、「R光」という。)は、図4の左側から液晶パネル520Rに入射し、右側から不図示のスクリーンの方向へ射出する。入射側防塵透明プレート201の内側(射出側)には、マイクロレンズアレイ基板202と光学的に透明な接着剤層204とでレンズ部であるマイクロレンズ素子203が形成されている。マイクロレンズ素子203の詳しい構成と作用については、後述する。一のマイクロレンズ素子203は対応する一の開口領域APに対応して設けられている。液晶パネル520Rの全体について見ると、複数のマイクロレンズ素子203が複数の開口領域APに対応して平面上に配列されて屈折光学部であるマイクロレンズアレイを構成する。
(Spatial light modulator)
Next, a
マイクロレンズ素子203の内側(射出側)には、ITO膜からなる透明電極207等を有する対向基板206が形成されている。また、対向基板206と透明電極207との間には、遮光部であるブラックマトリックス205が形成されている。ブラックマトリックス205には、上述したように画素に対応する矩形の開口領域APが設けられている。さらに、透明電極207の射出側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜208が設けられている。配向膜208は、例えばポリイミド膜の透明な有機膜からなる。
A
また、射出側防塵透明プレート213の内側(入射側)にはTFT基板212が形成されている。TFT基板212の内側には、透明電極やTFT(薄膜トランジスタ)形成層211が設けられている。TFT形成層211のさらに内側(入射側)には配向膜210が設けられている。配向膜208のラビング方向と、配向膜210のラビング方向とは略直交するように配置されている。そして、対向基板206とTFT基板212とを対向させて、入射側防塵透明プレート201と射出側防塵透明プレート213とを貼り合わせる。対向基板206とTFT基板212との間には、画像表示のための液晶層209が封入されている。
A
ここで、上記実施例により製造された光学的に透明なマイクロレンズアレイ基板202と、光学的に透明な接着剤層204とで、レンズ部であるマイクロレンズ素子203を構成する。略平行光束である入射光は、マイクロレンズアレイ基板202と接着剤層204との界面で屈折する。マイクロレンズ素子は、正方形形状の開口領域APに対して、例えば4分割された非球面サブレンズから構成される。各非球面レンズは、変曲点を有する形状である。このとき、4つの非球面サブレンズは、それぞれ輪帯状部ごとに焦点位置を制御して設計されている。そして、4つの各非球面サブレンズを配列したときに、光軸AXを中心として合成された合成輪帯状部が形成される。以下、合成された合成輪帯状部を、単に略輪帯状部又は輪帯状部という。
Here, the optically transparent
4つの各非球面サブレンズは、それぞれ輪帯状部が最適化された焦点位置を有するように設計されている。そして、4つの非球面サブレンズを合成したマイクロレンズ素子203は、光軸AXを中心とする複数の略輪帯状部R1、R2ごとに異なる複数の焦点位置を有する1つの非球面レンズとして機能する。このような非球面を加工することにより、例えば、超高圧水銀ランプからの照明光は、効率良く開口領域APを通過でき、開口領域APでけられてしまう光量を低減できる。この結果、高い効率で光を利用できる。さらに、液晶層209近傍において、光線の分布密度を略均一にできる。この結果、液晶層209近傍での光エネルギーの局所的な集中を低減できため、配向膜208、210の劣化を低減できる。従って、長寿命な液晶パネル520Rを得ることができる。
Each of the four aspherical sub-lenses is designed such that the annular portion has an optimized focal position. Then, the
上述した実施例によれば、このような複雑な形状のマイクロレンズ素子203であっても、正確かつ容易に製造できる。そして、マイクロレンズ素子203を備える空間光変調装置は、高効率、高コントラスト、高耐光性を実現できる。
According to the above-described embodiment, even the
(プロジェクタ)
次に、上述の空間光変調装置である液晶パネル520Rを備えるプロジェクタの概略構成を説明する。図5において、光源部である超高圧水銀ランプ501は、第1色光であるR光、第2色光である緑色光(以下、「G光」という。)、及び第3色光である青色光(以下、「B光」という。)を含む光を供給する。インテグレータ504は、超高圧水銀ランプ501からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子505にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばs偏光光に変換される。s偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー506Rに入射する。以下、R光について説明する。R光透過ダイクロイックミラー506Rは、R光を透過し、G光、B光を反射する。R光透過ダイクロイックミラー506Rを透過したR光は、反射ミラー507に入射する。反射ミラー507は、R光の光路を90度折り曲げる。光路を折り曲げられたR光は、第1色光であるR光を画像信号に応じて変調する第1色光用空間光変調装置510Rに入射する。第1色光用空間光変調装置510Rは、R光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、第1色光用空間光変調装置510Rに入射するR光は、s偏光光のままの状態である。
(projector)
Next, a schematic configuration of a projector including the
第1色光用空間光変調装置510Rは、λ/2位相差板523R、ガラス板524R、第1偏光板521R、液晶パネル520R、及び第2偏光板522Rを有する。液晶パネル520Rの詳細な構成については後述する。λ/2位相差板523R及び第1偏光板521Rは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板524Rに接する状態で配置される。これにより、第1偏光板521R及びλ/2位相差板523Rが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図5において、第2偏光板522Rは独立して設けられているが、液晶パネル520Rの射出面や、クロスダイクロイックプリズム512の入射面に接する状態で配置しても良い。
The spatial light modulator for
第1色光用空間光変調装置510Rに入射したs偏光光は、λ/2位相差板523Rによりp偏光光に変換される。p偏光光に変換されたR光は、ガラス板524R及び第1偏光板521Rをそのまま透過し、液晶パネル520Rに入射する。液晶パネル520Rに入射したp偏光光は、画像信号に応じた変調により、R光がs偏光光に変換される。液晶パネル520Rの変調により、s偏光光に変換されたR光が、第2偏光板522Rから射出される。このようにして、第1色光用空間光変調装置510Rで変調されたR光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム512に入射する。
The s-polarized light incident on the first color light spatial
次に、G光について説明する。R光透過ダイクロイックミラー506Rで反射された、G光とB光とは光路を90度折り曲げられる。光路を折り曲げられたG光とB光とは、B光透過ダイクロイックミラー506Gに入射する。B光透過ダイクロイックミラー506Gは、G光を反射し、B光を透過する。B光透過ダイクロイックミラー506Gで反射されたG光は、第2色光であるG光を画像信号に応じて変調する第2色光用空間光変調装置510Gに入射する。第2色光用空間光変調装置510GはG光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。第2色光用空間光変調装置510Gは、液晶パネル520G、第1偏光板521G及び第2偏光板522Gを有する。液晶パネル520Gの詳細に関しては後述する。
Next, the G light will be described. The G light and B light reflected by the R light transmitting
第2色光用空間光変調装置510Gに入射するG光は、s偏光光に変換されている。第2色光用空間光変調装置510Gに入射したs偏光光は、第1偏光板521Gをそのまま透過し、液晶パネル520Gに入射する。液晶パネル520Gに入射したs偏光光は、画像信号に応じた変調により、G光がp偏光光に変換される。液晶パネル520Gの変調により、p偏光光に変換されたG光が、第2偏光板522Gから射出される。このようにして、第2色光用空間光変調装置510Gで変調されたG光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム512に入射する。
The G light incident on the second color light spatial
次に、B光について説明する。B光透過ダイクロイックミラー506Gを透過したB光は、2枚のリレーレンズ508と、2枚の反射ミラー507とを経由して、第3色光であるB光を画像信号に応じて変調する第3色光用空間光変調装置510Bに入射する。第3色光用空間光変調装置510Bは、B光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。
Next, the B light will be described. The B light transmitted through the B light transmitting
なお、B光にリレーレンズ508を経由させるのは、B光の光路の長さがR光及びG光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ508を用いることにより、B光透過ダイクロイックミラー506Gを透過したB光を、そのまま第3色光用空間光変調装置510Bに導くことができる。第3色光用空間光変調装置510Bは、λ/2位相差板523B、ガラス板524B、第1偏光板521B、液晶パネル520B、及び第2偏光板522Bを有する。なお、第3色光用空間光変調装置510Bの構成は、上述した第1色光用空間光変調装置510Rの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。
The reason why the B light passes through the
第3色光用空間光変調装置510Bに入射するB光は、s偏光光に変換されている。第3色光用空間光変調装置510Bに入射したs偏光光は、λ/2位相差板523Bによりp偏光光に変換される。p偏光光に変換されたB光は、ガラス板524B及び第1偏光板521Bをそのまま透過し、液晶パネル520Bに入射する。液晶パネル520Bに入射したp偏光光は、画像信号に応じた変調により、B光がs偏光光に変換される。液晶パネル520Bの変調により、s偏光光に変換されたB光が、第2偏光板522Bから射出される。第3色光用空間光変調装置510Bで変調されたB光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム512に入射する。このように、色分離光学系を構成するR光透過ダイクロイックミラー506RとB光透過ダイクロイックミラー506Gとは、超高圧水銀ランプ501から供給される光を、第1色光であるR光と、第2色光であるG光と、第3色光であるB光とに分離する。
The B light incident on the third color light spatial
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム512は、2つのダイクロイック膜512a、512bをX字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜512aは、B光を反射し、R光、G光を透過する。ダイクロイック膜512bは、R光を反射し、B光、G光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム512は、第1色光用空間光変調装置510R、第2色光用空間光変調装置510G、及び第3色光用空間光変調装置510Bでそれぞれ変調されたR光、G光及びB光を合成する。投写レンズ514は、クロスダイクロイックプリズム512で合成された光をスクリーン516に投写する。これにより、スクリーン516上でフルカラー画像を得ることができる。
The cross
なお、上述のように、第1色光用空間光変調装置510R及び第3色光用空間光変調装置510Bからクロスダイクロイックプリズム512に入射される光は、s偏光光となるように設定される。また、第2色光用空間光変調装置510Gからクロスダイクロイックプリズム512に入射される光は、p偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム512に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム512において各色光用空間光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜512a、512bは、通常、s偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜512a、512bで反射されるR光及びB光をs偏光光とし、ダイクロイック膜512a、512bを透過するG光をp偏光光としている。
As described above, the light incident on the cross
本プロジェク500は、上述した実施例により製造される所望の形状のマイクロレンズ素子203を備える空間光変調装置510R、510G、510Bを有している。このため、プロジェクタ500は、安価で、高効率、高コントラスト、高耐光性を実現できる。
The
101 基板、102 マスク、102a 開口部、103 レジスト層、104 第1の形状、105 略等倍の形状、107 第2の形状、108 光学的透明樹脂、111 基板、113 レジスト層、114 第1の形状、115 略等倍の形状、117 第2の形状、520R 液晶パネル、150 第2基板、151 転写部材、152 平坦面、153 平坦面、155 光、160 微小光学素子、161 雰囲気、201 入射側防塵透明プレート、202 マイクロレンズアレイ基板、203 マイクロレンズ素子、204 接着剤層、205 ブラックマトリックス、206 対向基板、207 透明電極、208 配向膜、209 液晶層、210 配向膜、211 形成層、212 基板、213 射出側防塵透明プレート、501 超高圧水銀ランプ、504 インテグレータ、505 偏光変換素子、506R R光透過ダイクロイックミラー、506G G光透過ダイクロイックミラー、507 反射ミラー、508 リレーレンズ、510R、510G、510B 各色光用空間光変調装置、512 クロスダイクロイックプリズム、512a ダイクロイック膜、512b ダイクロイック膜、514 投写レンズ、516 スクリーン、520R、520G、520B 液晶パネル、521R、521G、521B 第1偏光板、522R、522G、522B 第2偏光板、523R、523B 位相差板、524R、524B ガラス板、AX 光軸 101 substrate, 102 mask, 102a opening, 103 resist layer, 104 first shape, 105 substantially equal shape, 107 second shape, 108 optically transparent resin, 111 substrate, 113 resist layer, 114 first Shape, 115 substantially equal size, 117 second shape, 520R liquid crystal panel, 150 second substrate, 151 transfer member, 152 flat surface, 153 flat surface, 155 light, 160 micro optical element, 161 atmosphere, 201 incident side Dust-proof transparent plate, 202 microlens array substrate, 203 microlens element, 204 adhesive layer, 205 black matrix, 206 counter substrate, 207 transparent electrode, 208 alignment film, 209 liquid crystal layer, 210 alignment film, 211 formation layer, 212 substrate 213 Dust-proof transparent plate on the exit side, 501 super high Mercury lamp, 504 integrator, 505 polarization conversion element, 506R R light transmission dichroic mirror, 506G G light transmission dichroic mirror, 507 reflection mirror, 508 relay lens, 510R, 510G, 510B spatial light modulator for each color light, 512 cross dichroic prism 512a dichroic film, 512b dichroic film, 514 projection lens, 516 screen, 520R, 520G, 520B liquid crystal panel, 521R, 521G, 521B first polarizing plate, 522R, 522G, 522B second polarizing plate, 523R, 523B retardation plate 524R, 524B Glass plate, AX Optical axis
Claims (5)
前記第1の形状の大きさを前記第2の形状になるまで拡大する形状拡大工程とを含むことを特徴とする微小光学素子の製造方法。 A first shape forming step of reducing the second shape and forming a substantially similar first shape on the resist layer on the substrate;
And a shape enlarging step of enlarging the size of the first shape to the second shape.
前記ドライエッチング工程は、前記第1の形状が形成されているレジスト層をエッチングすることにより、前記第1の形状と略同等の大きさの形状を前記基板に形成し、
前記ウエットエッチング工程は、前記基板に形成された前記形状を前記第2の形状になるまで拡大することを特徴とする請求項1又は2に記載の微小光学素子の製造方法。 A resist layer forming step of forming at least a resist layer on the substrate;
The dry etching step forms a shape having a size substantially the same as the first shape on the substrate by etching the resist layer on which the first shape is formed,
3. The method of manufacturing a micro optical element according to claim 1, wherein the wet etching step expands the shape formed on the substrate until the second shape is reached.
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