JP2014089230A - Microlens array manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microlens array manufacturing method which enables manufacturing of a highly light resistant microlens array and provides high molding accuracy in the manufacturing process.SOLUTION: A method of manufacturing a microlens array includes the steps of; forming a plurality of lenticular recesses 21 on an upper surface of a light transmissive substrate 2; forming a first inorganic layer 34, which is light transmissive and has a higher refractive index than the substrate at least at an interface with the substrate, by filling the lenticular recesses and covering the upper surface with a light transmissive inorganic material to a level above the upper surface; forming a mask 5 having a shape corresponding to the plurality of lenticular recesses on a surface of the first inorganic layer using a photolithographic method and etching the first inorganic layer via the mask to form a plurality of lenses which overlaps one on one with the plurality of lenticular recesses in a planar view; and forming a second light transmissive inorganic layer which covers at least the surfaces of the plurality of lenses.

Description

本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a microlens array.

従来、微細なマイクロレンズが基板上に複数配列してなるマイクロレンズアレイが知ら
れている。マイクロレンズアレイは、例えば、液晶プロジェクターにおいて光源と液晶ラ
イトバルブとの間に配置して光量のロスを抑制する、固体撮像素子上に配置して入射光を
増加させる、または光ファイバーを用いた通信手段において光ファイバー内に効果的に信
号を入射させる等、多くの用途に利用されている。
Conventionally, a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged on a substrate is known. The microlens array is, for example, disposed between a light source and a liquid crystal light valve in a liquid crystal projector to suppress loss of light amount, disposed on a solid-state imaging device, to increase incident light, or communication means using an optical fiber Are used for many purposes, such as effectively allowing a signal to enter the optical fiber.

このようなマイクロレンズアレイは、例えば、複数の凹部をそれぞれ有する透明基板に
透明樹脂を充填し、さらに各凹部と対になる凹部または凸部を有する透明基板を重ねて、
透明基板間に透明樹脂を挟み込むことで形成することができる。各透明基板は、スペーサ
ー入りの接着材料(樹脂)で接着される。各透明基板が有する凹部の間、または凹部と凸
部との間に封入された透明樹脂は、複数のマイクロレンズを形成する(例えば、特許文献
1,2参照)。
Such a microlens array is, for example, filling a transparent substrate with transparent substrates each having a plurality of recesses, and further stacking transparent substrates having recesses or projections that are paired with each recess,
It can be formed by sandwiching a transparent resin between transparent substrates. Each transparent substrate is bonded with an adhesive material (resin) containing a spacer. The transparent resin sealed between the concave portions of each transparent substrate or between the concave portions and the convex portions forms a plurality of microlenses (for example, see Patent Documents 1 and 2).

特開2002−14205号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-14205 特開2002−6115号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-6115

しかしながら、上記方法で得られるマイクロレンズアレイは、レンズが樹脂性であるた
め耐光性が低い。また、一対の透明基板の間の離間距離(すなわち、マイクロレンズを形
成するレンズ面の離間距離)は、基板間に配置された球状のスペーサーで制御しているが
、スペーサーの成形精度、変形が離間距離に影響し、設計値を維持することが困難となる
ことがある。さらに、透明樹脂間を樹脂で接着しているため、樹脂が硬化する際の体積変
形により、透明基板の接着位置の位置精度が得られにくい。
However, the microlens array obtained by the above method has low light resistance because the lens is resinous. In addition, the separation distance between the pair of transparent substrates (that is, the separation distance of the lens surface forming the microlens) is controlled by a spherical spacer disposed between the substrates. The distance may be affected, and it may be difficult to maintain the design value. Further, since the transparent resins are bonded with resin, it is difficult to obtain the position accuracy of the bonding position of the transparent substrate due to volume deformation when the resin is cured.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高い耐光性を有し製造時の成
形精度(位置精度)が高いマイクロレンズアレイ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 such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microlens array having high light resistance and high molding accuracy (positional accuracy) during manufacturing.

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、光透過性を有する基板の上面に複数の
レンズ状凹部を形成する工程と、光透過性を有する無機材料を、前記レンズ状凹部に充填
し且つ前記上面を覆って前記上面よりも上方まで積層して、光透過性を備え且つ少なくと
も前記基板との界面において前記基板よりも高い屈折率を有する第1無機層を形成する工
程と、フォトリソグラフィー法を用いて、前記第1無機層の表面に前記複数のレンズ状凹
部に対応したマスクを形成し、前記第1無機層に前記マスクを介してエッチングを施して
、前記複数のレンズ状凹部のそれぞれと1対1で平面的に重なった複数のレンズを有する
レンズを形成する工程と、少なくとも前記レンズの表面を覆って、光透過性を有する第2
無機層を形成する工程と、を有するマイクロレンズアレイの製造方法を提供する。
In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention includes a step of forming a plurality of lens-shaped depressions on an upper surface of a light-transmitting substrate and filling the lens-shaped depressions with a light-transmitting inorganic material. And a step of forming a first inorganic layer that covers the upper surface and is laminated above the upper surface, has a light transmittance, and has a refractive index higher than that of the substrate at least at the interface with the substrate; Using a lithography method, a mask corresponding to the plurality of lens-shaped recesses is formed on the surface of the first inorganic layer, the first inorganic layer is etched through the mask, and the plurality of lens-shaped recesses Forming a lens having a plurality of lenses that are one-to-one and planarly overlapped with each of the first and second lenses, covering at least the surface of the lens and having optical transparency.
And a step of forming an inorganic layer.

基板上に形成される第1無機層は、基板側においては基板のレンズ状凹部に応じた複数
のレンズ(以下、第1レンズという)となる。また、第1無機層の基板とは反対側には、
複数のレンズ(以下、第2レンズという)が形成される。その結果、無機材料を用いて第
1レンズと第2レンズとを有する複数のマイクロレンズ、すなわちマイクロレンズアレイ
が形成される。得られるマイクロレンズアレイは、無機材料を形成材料とするため、高い
耐光性を有することとなる。
The first inorganic layer formed on the substrate becomes a plurality of lenses (hereinafter referred to as first lenses) corresponding to the lens-shaped concave portions of the substrate on the substrate side. Also, on the opposite side of the first inorganic layer from the substrate,
A plurality of lenses (hereinafter referred to as second lenses) are formed. As a result, a plurality of microlenses having a first lens and a second lens using an inorganic material, that is, a microlens array is formed. Since the obtained microlens array uses an inorganic material as a forming material, it has high light resistance.

また、第1無機層の層厚を制御することで第1レンズと第2レンズとの離間距離を容易
に制御可能である。
Further, the distance between the first lens and the second lens can be easily controlled by controlling the thickness of the first inorganic layer.

さらに、マイクロレンズに樹脂材料が含まれないため、樹脂の体積変化に伴う位置ズレ
のおそれがない。
Furthermore, since the resin material is not included in the microlens, there is no possibility of displacement due to the volume change of the resin.

そのため、この方法によれば、高い耐光性を有し製造時の成形精度が高いマイクロレン
ズアレイの製造方法を提供することができる。
Therefore, according to this method, it is possible to provide a method for manufacturing a microlens array having high light resistance and high molding accuracy during manufacturing.

本発明の一態様においては、前記複数のレンズを形成する工程に先立って、前記第1無
機層の表面を平坦化する工程を有することが好ましい。
この構成によれば、複数のレンズを高い寸法精度で形成することができるため、高品質
なマイクロレンズアレイを製造することができる。
In one aspect of the present invention, it is preferable to have a step of planarizing the surface of the first inorganic layer prior to the step of forming the plurality of lenses.
According to this configuration, since a plurality of lenses can be formed with high dimensional accuracy, a high-quality microlens array can be manufactured.

本発明の一態様においては、前記第2無機層を形成する工程の後に、前記第2無機層の
表面を平坦化する工程を有することが好ましい。
この構成によれば、表面の乱反射や屈折の乱れを抑制し、高品質なマイクロレンズアレ
イを製造することができる。
In one aspect of the present invention, it is preferable to have a step of flattening the surface of the second inorganic layer after the step of forming the second inorganic layer.
According to this configuration, it is possible to manufacture a high-quality microlens array while suppressing irregular reflection and refraction disturbance on the surface.

本発明の一態様においては、前記第1無機層を積層する工程では、光透過性を備え且つ
前記基板よりも高い屈折率を有する第1無機材料を用いて少なくとも前記レンズ状凹部を
充填した後に、前記上面を覆って光透過性を備えた第2無機材料を積層することが好まし
い。
この構成によれば、第1無機材料でレンズ状凹部を充填することで第1レンズを形成し
た後、第2無機材料を用いて積層することができるため、設計の自由度が高まる。例えば
、第2無機材料として、第1無機材料よりも積層しやすい材料を選択することで、製造時
間を短縮することができる。
In one aspect of the present invention, in the step of laminating the first inorganic layer, after filling at least the lens-shaped recess using a first inorganic material that has optical transparency and a higher refractive index than the substrate. It is preferable to laminate a second inorganic material that covers the upper surface and has optical transparency.
According to this configuration, since the first lens can be formed by filling the lens-shaped concave portion with the first inorganic material and then laminated using the second inorganic material, the degree of design freedom increases. For example, the manufacturing time can be shortened by selecting a material that is easier to stack than the first inorganic material as the second inorganic material.

本発明の一態様においては、前記複数のレンズと前記第2無機層との界面において、前
記複数のレンズが前記第2無機層よりも高い屈折率を有し、前記複数のレンズの形状が凸
形状であることが好ましい。
この構成によれば、集光作用を有するマイクロレンズアレイを容易に製造することがで
きる。
In one aspect of the present invention, at the interface between the plurality of lenses and the second inorganic layer, the plurality of lenses have a higher refractive index than the second inorganic layer, and the shape of the plurality of lenses is convex. The shape is preferred.
According to this configuration, a microlens array having a light condensing function can be easily manufactured.

本発明の一態様においては、前記複数のレンズと前記第2無機層との界面において、前
記複数のレンズが前記第2無機層よりも高い屈折率を有し、前記複数のレンズの形状が凹
形状であることが好ましい。
この構成によれば、光線束の線幅を減少させる作用を有するマイクロレンズアレイを容
易に製造することができる。
In one aspect of the present invention, at the interface between the plurality of lenses and the second inorganic layer, the plurality of lenses have a higher refractive index than the second inorganic layer, and the shape of the plurality of lenses is concave. The shape is preferred.
According to this configuration, a microlens array having an effect of reducing the line width of the light beam can be easily manufactured.

第1実施形態の製造方法で製造されるマイクロレンズアレイの説明図である。It is explanatory drawing of the micro lens array manufactured with the manufacturing method of 1st Embodiment. 第1実施形態で製造されるマイクロレンズアレイの使用例を示す図である。It is a figure which shows the usage example of the micro lens array manufactured by 1st Embodiment. 第1実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the micro lens array of 1st Embodiment. 第1実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the micro lens array of 1st Embodiment. 第1実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the micro lens array of 1st Embodiment. 第1実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the micro lens array of 1st Embodiment. 第2実施形態の製造方法で製造されるマイクロレンズアレイの説明図である。It is explanatory drawing of the micro lens array manufactured with the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第2実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the micro lens array of 2nd Embodiment. 第2実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the micro lens array of 2nd Embodiment. 第2実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the micro lens array of 2nd Embodiment. 変形例のマイクロレンズアレイを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the microlens array of a modification. 複数のマイクロレンズアレイを製造する工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the process of manufacturing several micro lens array.

[第1実施形態]
以下、図1〜図6を参照しながら、本発明の第1実施形態に係るマイクロレンズアレイ
の製造方法について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくする
ため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a method for manufacturing a microlens array according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In all the drawings below, the dimensions and ratios of the constituent elements are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.

図1は、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法にて製造されるマイクロレンズ
アレイを示す説明図である。図1(a)は概略斜視図、(b)は平面図、(c)は(a)
の線分A−Aにおける矢視断面図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a microlens array manufactured by the method for manufacturing a microlens array of the present embodiment. 1 (a) is a schematic perspective view, (b) is a plan view, and (c) is (a).
It is arrow sectional drawing in line segment AA.

図1(a)〜(c)に示すように、マイクロレンズアレイ1Aは、基板2と、複数のマ
イクロレンズ31を有するレンズ層3と、レンズ層3を覆って設けられた無機層(第2無
機層)4を有している。
As shown in FIGS. 1A to 1C, the microlens array 1A includes a substrate 2, a lens layer 3 having a plurality of microlenses 31, and an inorganic layer (second layer) provided so as to cover the lens layer 3. Inorganic layer) 4 is provided.

基板2は、複数のマイクロレンズ31に対応する複数の凹部(レンズ状凹部)21を有
し、レンズ状凹部21の内部に複数のマイクロレンズ31の形成材料が固着してマイクロ
レンズ31を形成している。
The substrate 2 has a plurality of concave portions (lens-shaped concave portions) 21 corresponding to the plurality of microlenses 31, and a material for forming the plurality of microlenses 31 is fixed inside the lens-shaped concave portions 21 to form the microlenses 31. ing.

基板2は、耐熱性および耐光性が高い無機材料を形成材料としている。例えば、基板2
としては、高い光透過率を有する石英ガラス基板(屈折率(589.3nm):1.46
)やネオセラムガラス基板(屈折率(589.3nm):1.54)などが好適に用いら
れる。
The substrate 2 is made of an inorganic material having high heat resistance and light resistance. For example, substrate 2
As a quartz glass substrate having a high light transmittance (refractive index (589.3 nm): 1.46)
) Or neo-serum glass substrate (refractive index (589.3 nm): 1.54) is preferably used.

レンズ層3は、光透過性を備え、且つ、少なくともレンズ層3が有するマイクロレンズ
31と基板2との界面において基板2より高い屈折率を有している。本実施形態では、レ
ンズ層3全体が、基板2より高い屈折率を有している。レンズ層3は、例えば、Al
(屈折率(589.3nm):1.77)や、SiONなどの無機材料を用いて形成す
ることができる。SiONは、酸素原子(O)と窒素原子(N)との組成(比率)によっ
て、SiO(屈折率(589.3nm):n=1.46)とSi(屈折率(58
9.3nm):n=2.00)との間の屈折率に制御することができる。
The lens layer 3 has optical transparency and has a refractive index higher than that of the substrate 2 at least at the interface between the microlens 31 and the substrate 2 included in the lens layer 3. In the present embodiment, the entire lens layer 3 has a higher refractive index than the substrate 2. The lens layer 3 is made of, for example, Al 2 O
3 (refractive index (589.3 nm): 1.77) or an inorganic material such as SiON. SiON is composed of SiO 2 (refractive index (589.3 nm): n = 1.46) and Si 3 N 4 (refractive index (58) depending on the composition (ratio) of oxygen atoms (O) and nitrogen atoms (N).
9.3 nm): n = 2.00).

第2無機層4は、光透過性を備えた無機材料を形成材料としている。例えば、第2無機
層4としては、SiOやSiONを形成材料とすることができる。
The second inorganic layer 4 is made of an inorganic material having optical transparency. For example, the second inorganic layer 4 can be made of SiO 2 or SiON.

複数のマイクロレンズ31は、光の入射方向と光の出射方向の両方に凸形状を有する両
凸形状を有している。また、隣り合うマイクロレンズ31は、平面視で境界線が接触して
おり、平面視矩形を有している。このような複数のマイクロレンズ31は、マトリクス状
に配列してレンズ部32を構成している。
The plurality of microlenses 31 have a biconvex shape having convex shapes in both the light incident direction and the light emitting direction. The adjacent microlenses 31 are in contact with each other in a plan view and have a rectangular shape in plan view. A plurality of such microlenses 31 are arranged in a matrix to form a lens portion 32.

マイクロレンズ31は、基板2内に固着する部分である第1レンズ31aと、第2無機
層4で覆われた部分である第2レンズ31b、第1レンズ31aと第2レンズ31bとの
間に配置された光路長調整層31cとを有している。光路長調整層は、第1レンズ31a
と第2レンズ31bとの間の光路長を調整するための層である。
The microlens 31 includes a first lens 31a that is fixed to the substrate 2, a second lens 31b that is a portion covered with the second inorganic layer 4, and a space between the first lens 31a and the second lens 31b. The optical path length adjusting layer 31c is disposed. The optical path length adjustment layer includes the first lens 31a.
This is a layer for adjusting the optical path length between the first lens 31b and the second lens 31b.

図2は、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法にて製造されるマイクロレンズ
アレイ1Aの使用例を示す模式図であり、図2(a)は平面図、(b)は線分B−Bにお
ける矢視断面図である。図では、マイクロレンズアレイ1Aをカラーフィルター基板CF
に貼り合わせ、さらに液晶ライトバルブLVに貼り合わせた様子を示している。
2A and 2B are schematic views showing an example of use of the microlens array 1A manufactured by the manufacturing method of the microlens array of the present embodiment, FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a line segment B- It is arrow sectional drawing in B. In the figure, the microlens array 1A is connected to the color filter substrate CF.
And a state of being further bonded to the liquid crystal light valve LV.

図2(a)に示すように、マイクロレンズ31は、カラーフィルター基板CFが有する
ブラックマトリクスBMの平面視形状と同じく平面視矩形を有しており、隣り合うマイク
ロレンズ31同士の境界線がブラックマトリクスBMと平面的に重なるように配置されて
いる。
As shown in FIG. 2A, the microlens 31 has a rectangular shape in plan view similar to the plan view shape of the black matrix BM included in the color filter substrate CF, and the boundary line between adjacent microlenses 31 is black. The matrix BM is arranged so as to overlap with the plane.

図2(b)に示すように、マイクロレンズアレイ1Aは、基板2側の外部から入射され
る光L1を、基板2とマイクロレンズ31との界面、およびマイクロレンズ31と第2無
機層4との界面において屈折させる。さらに、マイクロレンズアレイ1Aは、マイクロレ
ンズ31に含まれる光路長調整層31cおよび第2無機層4で、マイクロレンズ31の焦
点が最適位置になるように調整することにより、カラーフィルター基板CFを介して光L
1を液晶ライトバルブLVに入射させる。
As shown in FIG. 2 (b), the microlens array 1A uses light L1 incident from the outside on the substrate 2 side, the interface between the substrate 2 and the microlens 31, and the microlens 31 and the second inorganic layer 4. Refract at the interface. Furthermore, the microlens array 1A is adjusted via the color filter substrate CF by adjusting the optical path length adjusting layer 31c and the second inorganic layer 4 included in the microlens 31 so that the focal point of the microlens 31 is at the optimum position. Light L
1 enters the liquid crystal light valve LV.

もちろん、図2で示した構成は一例であって、例えばカラーフィルター基板CFを用い
ることなく、液晶ライトバルブLVに直接マイクロレンズアレイ1Aを貼り合せる構成と
してもよい。
Of course, the configuration shown in FIG. 2 is an example. For example, the microlens array 1A may be directly bonded to the liquid crystal light valve LV without using the color filter substrate CF.

次に、図3〜6を用いて本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法について説明す
る。
Next, the manufacturing method of the microlens array of this embodiment is demonstrated using FIGS.

図3は、本実施形態における複数のレンズ状凹部を形成する工程を示している。
まず、図3(a)に示すように、均一な厚さで傷が無く、表面を清浄化した石英ガラス
やネオセラムガラスを形成材料とするガラス基板20を用意し、ガラス基板20の表面に
マスク形成用膜22を形成する。
FIG. 3 shows a process of forming a plurality of lens-shaped recesses in this embodiment.
First, as shown in FIG. 3A, a glass substrate 20 having a uniform thickness, no scratches, and a quartz glass or neo-ceram glass whose surface is cleaned is prepared, and the surface of the glass substrate 20 is prepared. A mask forming film 22 is formed.

このマスク形成用膜22は、後の工程において開口部(初期孔)が形成されることによ
り、マスクとして機能するものである。後述するが、マスク形成用膜22はレーザー照射
により初期孔23が形成され、続いてエッチングにより初期孔23よりガラス基板20へ
凹部を形成する。したがって、マスク形成用膜22は、エッチングに対する耐性を有する
ものであることが好ましい。すなわち、マスク形成用膜22のエッチングレートはガラス
基板20に比べて充分に小さい。
The mask forming film 22 functions as a mask by forming an opening (initial hole) in a later step. As will be described later, an initial hole 23 is formed in the mask forming film 22 by laser irradiation, and then a recess is formed in the glass substrate 20 from the initial hole 23 by etching. Therefore, the mask forming film 22 is preferably resistant to etching. That is, the etching rate of the mask forming film 22 is sufficiently smaller than that of the glass substrate 20.

このことから、マスク形成用膜22の材料としては、例えばCr、Au、Ni、Pt等
の金属、もしくはこれらから選択される2種以上を含む合金、Cr、Au、Ni、Pt等
の酸化物(金属酸化物)、シリコン、樹脂等が用いられる。また、CuとAu、あるいは
酸化CrとCrのように異なる材料からなる複数の積層構造としてもよい。マスク形成用
膜22の形成方法としては、特に限定されることなく、蒸着法、スパッタリング法、CV
D法(Chemical Vapor Deposition、化学気相成長法)などから膜材料に最適な方法が適
宜選択され、用いられる。また、膜厚については、初期孔の形成条件ならびにエッチング
条件によって適宜に設定されるものの、0.01μm〜0.2μm程度に形成するのが好
ましい。
Therefore, as the material of the mask forming film 22, for example, a metal such as Cr, Au, Ni, or Pt, or an alloy containing two or more selected from these, an oxide such as Cr, Au, Ni, or Pt is used. (Metal oxide), silicon, resin and the like are used. Moreover, it is good also as a several laminated structure which consists of a different material like Cu and Au or oxide Cr and Cr. The method for forming the mask forming film 22 is not particularly limited, and includes vapor deposition, sputtering, and CV.
The optimum method for the film material is appropriately selected and used from the D method (Chemical Vapor Deposition). The film thickness is appropriately set according to the initial hole formation conditions and etching conditions, but is preferably about 0.01 μm to 0.2 μm.

次いで、図3(b)に示すように、マスク形成用膜22におけるレンズ状凹部の形成位
置に、初期孔23を形成し、所定の開口パターンを有するマスク24を得る。初期孔23
の形成方法としては、レーザー光照射、エッチング処理などが採用される。特に、位置精
度を高く維持でき、隣接する初期孔23同士の間隔を正確に制御することが可能となるた
め、レーザー光照射が好適に採用される。
Next, as shown in FIG. 3B, an initial hole 23 is formed at the position where the lens-shaped recess is formed in the mask forming film 22 to obtain a mask 24 having a predetermined opening pattern. Initial hole 23
As the forming method, laser light irradiation, etching treatment or the like is employed. In particular, high positional accuracy can be maintained, and the interval between the adjacent initial holes 23 can be accurately controlled. Therefore, laser beam irradiation is preferably employed.

次いで、図3(c)に示すように、マスク24に形成された初期孔23を通じて、エッ
チングによりガラス基板20にレンズ状凹部21を形成する。本実施形態では、ウエット
エッチングによってレンズ状凹部21を形成する。エッチング液としては、特に限定され
ないものの、本実施形態では基板としてガラス基板20を用いているため、フッ酸(フッ
化水素)を含むエッチング液(フッ酸系エッチング液)が好適に用いられる。フッ酸系エ
ッチング液を用いることにより、ガラス基板20をより選択的に食刻することができ、レ
ンズ状凹部21を好適に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 3C, the lens-shaped recess 21 is formed in the glass substrate 20 by etching through the initial hole 23 formed in the mask 24. In the present embodiment, the lens-shaped recess 21 is formed by wet etching. Although the etching solution is not particularly limited, in this embodiment, since the glass substrate 20 is used as the substrate, an etching solution (hydrofluoric acid-based etching solution) containing hydrofluoric acid (hydrogen fluoride) is preferably used. By using a hydrofluoric acid-based etching solution, the glass substrate 20 can be etched more selectively, and the lens-shaped recess 21 can be suitably formed.

マスク24で被覆されたガラス基板20にエッチングを施すことにより、ガラス基板2
0は、マスク24に形成された初期孔23からエッチング液によって等方的にエッチング
され、レンズ状凹部21が形成される。
The glass substrate 2 is etched by etching the glass substrate 20 covered with the mask 24.
0 is isotropically etched from the initial hole 23 formed in the mask 24 with an etching solution, and the lens-shaped recess 21 is formed.

エッチングの時間などを制御することにより、図3(d)に示すように所定深さのレン
ズ状凹部21を形成することができる。なお、このレンズ状凹部21については、形成す
るマイクロレンズの厚さを薄くするために、深さをなるべく浅くすることが好ましい。し
たがって、本実施形態ではレンズ状凹部21を、半球状で、その深さが該半球の半径程度
となるように形成する。
By controlling the etching time and the like, the lens-shaped recess 21 having a predetermined depth can be formed as shown in FIG. In addition, about this lens-shaped recessed part 21, in order to make the thickness of the microlens formed thin, it is preferable to make the depth as shallow as possible. Therefore, in this embodiment, the lens-shaped recess 21 is formed in a hemispherical shape so that its depth is about the radius of the hemisphere.

次いで、図3(e)に示すように、マスク24をエッチング等により除去することによ
り、上面2aに複数のレンズ状凹部21を有する基板2を得る。
Next, as shown in FIG. 3E, the mask 24 is removed by etching or the like to obtain the substrate 2 having a plurality of lens-shaped recesses 21 on the upper surface 2a.

図4は、本実施形態における第1無機層を形成する工程を示している。
図4(a)に示すように、基板2の上面2aに光透過性を有する無機材料を積層して第
1無機層33を形成する。第1無機層33は、基板2に設けられた複数のレンズ状凹部2
1に充填され、さらに、基板2の上面2aを覆って上面2aの上方まで積層して形成され
る。レンズ状凹部21に充填された第1無機層33は、第1レンズ31aとなる。
FIG. 4 shows a step of forming the first inorganic layer in the present embodiment.
As shown in FIG. 4A, the first inorganic layer 33 is formed by laminating a light-transmitting inorganic material on the upper surface 2 a of the substrate 2. The first inorganic layer 33 includes a plurality of lens-shaped recesses 2 provided on the substrate 2.
1, and is further laminated so as to cover the upper surface 2 a of the substrate 2 and above the upper surface 2 a. The 1st inorganic layer 33 with which the lens-shaped recessed part 21 was filled becomes the 1st lens 31a.

このような第1無機層33は、少なくとも基板2との界面において基板2よりも高い屈
折率を有するものである。第1無機層33の形成材料としては、図1に示すレンズ層3の
形成材料として上述した材料を用いることができる。
Such a first inorganic layer 33 has a refractive index higher than that of the substrate 2 at least at the interface with the substrate 2. As the material for forming the first inorganic layer 33, the above-described materials can be used as the material for forming the lens layer 3 shown in FIG.

第1無機層33を形成する方法としては、乾式法および湿式法のどちらも採用すること
ができる。乾式法としては、CVD、スパッタやEB(電子ビーム)蒸着法のような物理
気相成長法を好適に用いることができる。また、湿式法としては、SOG(Spin On Glas
s)や、ガラスフリットの分散液を塗布した後に焼成して形成する方法を採用することが
できる。
As a method for forming the first inorganic layer 33, either a dry method or a wet method can be employed. As the dry method, a physical vapor deposition method such as CVD, sputtering or EB (electron beam) vapor deposition can be suitably used. As a wet method, SOG (Spin On Glas
s) or a method in which a glass frit dispersion is applied and then baked for formation.

さらに図4(b)に示すように、第1無機層(無機材料を積層して得られる層)33の
表面の平坦化処理を行い、表面34aが平坦化された第1無機層34とすることが好まし
い。平坦化処理としては、CMP(Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨
)やエッチングを採用することができる。
Further, as shown in FIG. 4B, the surface of the first inorganic layer (a layer obtained by laminating inorganic materials) 33 is flattened to obtain a first inorganic layer 34 having a flattened surface 34a. It is preferable. As the planarization treatment, CMP (Chemical Mechanical Polishing) or etching can be employed.

もちろん、図4(a)の工程で得られる第1無機層33の表面が設計や加工精度の要求
に対して充分に平坦であれば、平坦化処理を行わなくてもよい。
Of course, if the surface of the first inorganic layer 33 obtained in the process of FIG. 4A is sufficiently flat with respect to the requirements of design and processing accuracy, the planarization process may not be performed.

このような操作を行うことにより、後の製造工程において複数のレンズを高い寸法精度
で形成することができるため、高品質なマイクロレンズアレイを製造することができる。
以下の説明においては、表面の平坦化処理を行った第1無機層34を用いて、目的とする
マイクロレンズアレイを製造することとする。
By performing such an operation, a plurality of lenses can be formed with high dimensional accuracy in a subsequent manufacturing process, and thus a high-quality microlens array can be manufactured.
In the following description, it is assumed that a target microlens array is manufactured using the first inorganic layer 34 subjected to the surface planarization process.

また、平坦化処理によって、第1無機層34の厚さを制御することができる。第1無機
層34の厚さは、形成するマイクロレンズ31の設計に応じて制御することができ、例え
ば、10μm〜100μmである。
Further, the thickness of the first inorganic layer 34 can be controlled by the planarization process. The thickness of the first inorganic layer 34 can be controlled according to the design of the microlens 31 to be formed, and is, for example, 10 μm to 100 μm.

図5は、本実施形態における複数のレンズを形成する工程を示している。
図5(a)に示すように、フォトリソグラフィー法を用いて、第1無機層34の表面3
4aに複数のレンズ状凹部21に対応したマスク5を形成する。図5(a)では、上に凸
形状を有するマスク5を形成することとしている。
FIG. 5 shows a process of forming a plurality of lenses in the present embodiment.
As shown in FIG. 5A, the surface 3 of the first inorganic layer 34 is formed by photolithography.
A mask 5 corresponding to the plurality of lens-shaped recesses 21 is formed on 4a. In FIG. 5A, the mask 5 having a convex shape is formed.

このようなマスク5は、例えば、ポジ型フォトレジストを塗布し、複数のレンズ状凹部
21の境界部と重なる位置に開口パターンを有するフォトマスクを通して露光し現像した
後、残存するフォトレジストの軟化温度にまで基板2、第1無機層34およびフォトレジ
ストを加熱することで成形することができる。
Such a mask 5 is, for example, coated with a positive photoresist, exposed and developed through a photomask having an opening pattern at a position overlapping the boundary portions of the plurality of lens-shaped recesses 21, and then the softening temperature of the remaining photoresist. The substrate 2, the first inorganic layer 34, and the photoresist can be heated up to the above.

次いで、図5(b)に示すように、異方性ドライエッチングしてエッチバックによりマ
スク5の形状を第1無機層34に転写し、第2レンズ31bを形成する。第1無機層34
の厚み方向において、第2レンズ31bが形成されなかった部分は、光路長調整層31c
となる。このようにして、第2レンズ31bおよび光路長調整層31cを形成し、複数の
マイクロレンズ31を有するレンズ部32を形成することで、レンズ層3が得られる。ド
ライエッチングで用いるエッチングガスE1としては、例えば、CF、CHF、C
、SFなどの含フッ素ガスを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 5B, the shape of the mask 5 is transferred to the first inorganic layer 34 by anisotropic dry etching and etch back, thereby forming the second lens 31b. First inorganic layer 34
In the thickness direction, the portion where the second lens 31b is not formed is the optical path length adjusting layer 31c.
It becomes. Thus, the lens layer 3 is obtained by forming the second lens 31b and the optical path length adjustment layer 31c and forming the lens portion 32 having the plurality of microlenses 31. Examples of the etching gas E1 used for dry etching include CF 4 , CHF 3 , and C 2.
Fluorine-containing gases such as F 6 and SF 6 can be used.

または、マスク5の形成の方法として、上述のようなフォトレジストの軟化を利用する
ものではなく、平面視形状が漸次小さくなる層状のレジスト層を積層して、断面視階段状
のマスクを形成することとしてもよい。このようなマスクを用い、ドライエッチングして
マイクロレンズ31を形成することとしても、エッチバックの過程において、マスクが有
する階段状の角部はなだらかに均され、所望のレンズ形状を成形することが可能である。
Alternatively, the method of forming the mask 5 does not use the softening of the photoresist as described above, but forms a stepwise mask in cross section by laminating a layered resist layer that gradually decreases in plan view. It is good as well. Even when the microlens 31 is formed by dry etching using such a mask, the stepped corners of the mask are gently leveled in the etch back process, and a desired lens shape can be formed. Is possible.

図6は、本実施形態における第2無機層を形成する工程を示している。
図6(a)に示すように、レンズ層3の表面3aを覆って(複数の第2レンズ31bの
表面を覆って)、光透過性を有する無機材料を積層し、第2無機層41を形成する。第2
無機層41の形成材料としては、図1に示す第2無機層4の形成材料として上述した材料
を用いることができる。第2無機層41を形成する方法としては、上述した第1無機層3
3を形成する方法と同様の方法を採用することができる。
FIG. 6 shows a step of forming the second inorganic layer in the present embodiment.
As shown in FIG. 6A, the surface 3a of the lens layer 3 is covered (covering the surfaces of the plurality of second lenses 31b), an optically transparent inorganic material is laminated, and the second inorganic layer 41 is formed. Form. Second
As the material for forming the inorganic layer 41, the materials described above as the material for forming the second inorganic layer 4 shown in FIG. 1 can be used. As a method of forming the second inorganic layer 41, the first inorganic layer 3 described above is used.
A method similar to the method of forming 3 can be employed.

さらに図6(b)に示すように、第2無機層(第2無機層の形成材料を積層して得られ
る層)41の表面の平坦化処理を行い、表面4aが平坦化された第2無機層4とすること
が好ましい。平坦化処理としては、CMPやエッチングを採用することができる。このよ
うな操作を行うことにより、表面4aでの光の乱反射や屈折の乱れを抑制し、高品質なマ
イクロレンズアレイを製造することができる。
Further, as shown in FIG. 6B, the surface of the second inorganic layer (layer obtained by laminating the material for forming the second inorganic layer) 41 is planarized, and the second surface 4a is planarized. The inorganic layer 4 is preferable. As the planarization treatment, CMP or etching can be employed. By performing such an operation, irregular reflection of light and refraction disturbance on the surface 4a can be suppressed, and a high-quality microlens array can be manufactured.

もちろん、図6(a)の工程で得られる第2無機層41の表面が設計要求に対して充分
に平坦であれば、平坦化処理を行わなくてもよい。また、平坦化処理によって、第2無機
層4の厚さを制御することができる。これにより、表面4aからマイクロレンズ31の焦
点位置までの距離を制御することができ、表面4aに設けられる液晶ライトバルブなどの
部材において所望の位置に光を集光することができる。
以上のようにして、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を実施し、マイクロ
レンズアレイ1Aを製造することができる。
Of course, if the surface of the second inorganic layer 41 obtained in the process of FIG. 6A is sufficiently flat with respect to the design requirements, the planarization process may not be performed. Further, the thickness of the second inorganic layer 4 can be controlled by the planarization treatment. Thereby, the distance from the surface 4a to the focal position of the microlens 31 can be controlled, and light can be condensed at a desired position in a member such as a liquid crystal light valve provided on the surface 4a.
As described above, the microlens array 1A can be manufactured by carrying out the method for manufacturing the microlens array of the present embodiment.

以上のような構成のマイクロレンズアレイの製造方法によれば、第1無機層34を用い
て製造されるマイクロレンズ31は、無機材料を形成材料とするため、高い耐光性を有す
ることとなる。
According to the method for manufacturing a microlens array having the above-described configuration, the microlens 31 manufactured using the first inorganic layer 34 has high light resistance because it uses an inorganic material as a forming material.

また、第1無機層34の層厚を制御することで第1レンズ31aと第2レンズ31bと
の離間距離(すなわち光路長調整層31cの厚み)を容易に制御可能である。
Further, by controlling the layer thickness of the first inorganic layer 34, the separation distance between the first lens 31a and the second lens 31b (that is, the thickness of the optical path length adjusting layer 31c) can be easily controlled.

さらに、マイクロレンズ31に樹脂材料が含まれないため、樹脂の体積変化に伴う位置
ズレのおそれがない。
Further, since the resin material is not included in the microlens 31, there is no possibility of positional displacement due to the volume change of the resin.

そのため、高い耐光性を有し製造時の成形精度が高いマイクロレンズアレイ1Aを製造
することができる。
Therefore, the microlens array 1A having high light resistance and high molding accuracy at the time of manufacture can be manufactured.

なお、本実施形態においては、製造されるマイクロレンズアレイ1Aが有するマイクロ
レンズ31の平面視形状が矩形であることとしたが、これに限らず、隣り合うマイクロレ
ンズ31が接することなく独立した形状であることとしても構わない。このようなマイク
ロレンズアレイは、例えば、図3におけるエッチングにおいて、図3(c)のような状態
でエッチングを終了することにより製造することができる。この場合、マイクロレンズ3
1の平面視形状は、略円形となる。
In the present embodiment, the planar view shape of the microlens 31 included in the manufactured microlens array 1A is rectangular. However, the shape is not limited to this, and the adjacent microlenses 31 are not in contact with each other. It does not matter as being. Such a microlens array can be manufactured, for example, by ending etching in the state shown in FIG. 3C in the etching shown in FIG. In this case, the microlens 3
The shape of 1 in plan view is substantially circular.

[第2実施形態]
図7〜10は、本発明の第2実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法の説明図
である。本実施形態で製造されるマイクロレンズアレイ1Bは、第1実施形態で製造され
るマイクロレンズアレイ1Aと一部共通しているため、本実施形態において第1実施形態
と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIGS. 7-10 is explanatory drawing of the manufacturing method of the microlens array which concerns on 2nd Embodiment of this invention. Since the microlens array 1B manufactured in the present embodiment is partly in common with the microlens array 1A manufactured in the first embodiment, the same components in the present embodiment as in the first embodiment are the same. Reference numerals are assigned and detailed description is omitted.

図7は、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法にて製造されるマイクロレンズ
アレイ1Bを示す説明図である。図7(a)は概略斜視図であり、図1(a)に対応する
図である。図7(b)は(a)の線分C−Cにおける矢視断面図であり、図1(c)に対
応する図である。図7(c)は作用を説明する図であり、図2(b)に対応する図である
FIG. 7 is an explanatory view showing a microlens array 1B manufactured by the method for manufacturing a microlens array of the present embodiment. Fig.7 (a) is a schematic perspective view, and is a figure corresponding to Fig.1 (a). FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 7A and corresponds to FIG. FIG.7 (c) is a figure explaining an effect | action and is a figure corresponding to FIG.2 (b).

図7(a)(b)に示すように、マイクロレンズアレイ1Bは、基板2と、複数のマイ
クロレンズ61を有するレンズ層6と、レンズ層6を覆って設けられた無機層(第2無機
層)7を有している。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the microlens array 1B includes a substrate 2, a lens layer 6 having a plurality of microlenses 61, and an inorganic layer (second inorganic layer) provided so as to cover the lens layer 6. Layer) 7.

基板2は、複数のマイクロレンズ61に対応する複数の凹部(レンズ状凹部)21を有
し、レンズ状凹部21の内部に複数のマイクロレンズ61の形成材料が固着してマイクロ
レンズ61を形成している。
The substrate 2 has a plurality of concave portions (lens-shaped concave portions) 21 corresponding to the plurality of microlenses 61, and the forming material of the plurality of microlenses 61 is fixed inside the lens-shaped concave portions 21 to form the microlenses 61. ing.

レンズ層6は、光透過性を備え、且つ、少なくともレンズ層6が有するマイクロレンズ
61と基板2との界面において基板2より高い屈折率を有している。レンズ層6の形成材
料としては、第1実施形態のレンズ層3の形成材料と同様のものを用いることができる。
The lens layer 6 is light transmissive and has a refractive index higher than that of the substrate 2 at least at the interface between the microlens 61 and the substrate 2 included in the lens layer 6. As the material for forming the lens layer 6, the same material as the material for forming the lens layer 3 of the first embodiment can be used.

第2無機層7は、光透過性を備えた無機材料を形成材料としている。例えば、第2無機
層7としては、SiOやSiONを形成材料とすることができる。
The second inorganic layer 7 is made of an inorganic material having optical transparency. For example, the second inorganic layer 7 can be made of SiO 2 or SiON.

複数のマイクロレンズ61は、マイクロレンズ61の厚み方向の中心側から見て基板2
側が凸形状を有し、第2無機層7側が凹形状を有する、いわゆるメニスカスレンズとなっ
ている。また、隣り合うマイクロレンズ61は、平面視で境界線が接触しており、平面視
矩形を有している。このような複数のマイクロレンズ61は、マトリクス状に配列してレ
ンズ部62を構成している。
The plurality of microlenses 61 is the substrate 2 as viewed from the center side in the thickness direction of the microlens 61.
This is a so-called meniscus lens having a convex shape on the side and a concave shape on the second inorganic layer 7 side. The adjacent microlenses 61 are in contact with each other in a plan view and have a rectangular shape in plan view. A plurality of such microlenses 61 are arranged in a matrix to form a lens unit 62.

マイクロレンズ61は、基板2内に固着する部分である第1レンズ61aと、第2無機
層7で覆われた部分であり、第2無機層7が充填される凹部である第2レンズ61b、第
1レンズ61aと第2レンズ61bとに挟持された光路長調整層61cとを有している。
The micro lens 61 is a first lens 61 a that is fixed to the substrate 2 and a second lens 61 b that is a portion covered with the second inorganic layer 7 and is a recess filled with the second inorganic layer 7. The optical path length adjusting layer 61c is sandwiched between the first lens 61a and the second lens 61b.

図7(c)に示すように、マイクロレンズアレイ1Bは、基板2側の外部から入射され
る光L2を、基板2とマイクロレンズ61との界面、およびマイクロレンズ61と第2無
機層7との界面において屈折させ、光線束を収束させる作用を有する。すなわち、符号L
aで示す光L2の光線束の幅と、符号Lbで示す光線束の幅とを比べると、La>Lbの
関係となる。このようなマイクロレンズアレイ1Bでは、マイクロレンズ61に含まれる
光路長調整層61cの厚みを制御することにより、収束させた光線束の幅Lbを最適とな
るように調整し、光L2を液晶ライトバルブLVに入射させる。
As shown in FIG. 7C, the microlens array 1 </ b> B transmits light L <b> 2 incident from the outside on the substrate 2 side, the interface between the substrate 2 and the microlens 61, and the microlens 61 and the second inorganic layer 7. The light beam is refracted at the interface to converge the light flux. That is, the code L
When the width of the light bundle of the light L2 indicated by a is compared with the width of the light bundle indicated by the reference Lb, a relationship of La> Lb is established. In such a microlens array 1B, by controlling the thickness of the optical path length adjusting layer 61c included in the microlens 61, the width Lb of the converged light bundle is adjusted to be optimal, and the light L2 is converted into a liquid crystal light. The light enters the valve LV.

次に、図8〜10を用いて本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法について説明
する。
Next, the manufacturing method of the microlens array of this embodiment is demonstrated using FIGS.

図8は、本実施形態における第1無機層を形成する工程を示している。
まず、図8(a)に示すように、第1実施形態の図3で示した方法(複数のレンズ状凹
部を形成する工程)で形成した基板2の上面2aに、第1実施形態と同様に、光透過性を
有する無機材料を積層して第1無機層63を形成する。第1無機層63は、基板2に設け
られた複数のレンズ状凹部21を充填し、さらに、基板2の上面2aを覆って上面2aの
上方まで積層して形成される。レンズ状凹部21に充填された第1無機層63は、第1レ
ンズ61aとなる。
FIG. 8 shows a step of forming the first inorganic layer in the present embodiment.
First, as shown in FIG. 8A, an upper surface 2a of a substrate 2 formed by the method shown in FIG. 3 of the first embodiment (step of forming a plurality of lens-shaped recesses) is the same as that of the first embodiment. In addition, a first inorganic layer 63 is formed by laminating a light-transmitting inorganic material. The first inorganic layer 63 is formed by filling the plurality of lens-shaped concave portions 21 provided on the substrate 2 and further stacking the upper surface 2a of the substrate 2 to the upper side of the upper surface 2a. The 1st inorganic layer 63 with which the lens-shaped recessed part 21 was filled becomes the 1st lens 61a.

このような第1無機層63は、少なくとも基板2との界面において基板2よりも高い屈
折率を有するものである。第1無機層63の形成材料としては、図7に示すレンズ層6の
形成材料として上述した材料を用いることができる。
Such a first inorganic layer 63 has a refractive index higher than that of the substrate 2 at least at the interface with the substrate 2. As a material for forming the first inorganic layer 63, the materials described above can be used as the material for forming the lens layer 6 shown in FIG.

第1無機層63を形成する方法としては、第1実施形態の第1無機層33を形成する方
法と同様の方法を採用することができる。
As a method of forming the first inorganic layer 63, a method similar to the method of forming the first inorganic layer 33 of the first embodiment can be employed.

さらに、図8(b)に示すように、第1無機層(無機材料を積層して得られる層)63
の表面の平坦化処理を行い、表面64aが平坦化された第1無機層64とすることが好ま
しい。平坦化処理としては、CMPやエッチングを採用することができる。
Further, as shown in FIG. 8B, a first inorganic layer (a layer obtained by laminating inorganic materials) 63
It is preferable to perform the surface flattening process of the first inorganic layer 64 with the surface 64a flattened. As the planarization treatment, CMP or etching can be employed.

もちろん、図8(a)の工程で得られる第1無機層63の表面が設計や加工精度の要求
に対して充分に平坦であれば、平坦化処理を行わなくてもよい。
Of course, if the surface of the first inorganic layer 63 obtained in the step of FIG. 8A is sufficiently flat with respect to the requirements of design and processing accuracy, the planarization process may not be performed.

このような操作を行うことにより、後の製造工程において複数のレンズを高い寸法精度
で形成することができるため、高品質なマイクロレンズアレイを製造することができる。
以下の説明においては、表面の平坦化処理を行った第1無機層64を用いて、目的とする
マイクロレンズアレイを製造することとする。また、平坦化処理によって、第1無機層6
4の厚さを制御することができる。
By performing such an operation, a plurality of lenses can be formed with high dimensional accuracy in a subsequent manufacturing process, and thus a high-quality microlens array can be manufactured.
In the following description, it is assumed that a target microlens array is manufactured using the first inorganic layer 64 that has been subjected to surface planarization. Further, the first inorganic layer 6 is obtained by the planarization process.
The thickness of 4 can be controlled.

図9は、本実施形態における複数のレンズを形成する工程を示している。
図9(a)に示すように、第1無機層64の表面64aに、複数のレンズ状凹部21に
対応した位置に初期孔81を有するマスク82を形成する。マスク82の形成材料および
、初期孔81の加工方法としては、第1実施形態の図3に示したマスク24と同様の材料
および方法を採用することができる。
FIG. 9 shows a process of forming a plurality of lenses in the present embodiment.
As shown in FIG. 9A, a mask 82 having initial holes 81 at positions corresponding to the plurality of lens-shaped recesses 21 is formed on the surface 64 a of the first inorganic layer 64. As a forming material of the mask 82 and a processing method of the initial hole 81, the same material and method as those of the mask 24 shown in FIG. 3 of the first embodiment can be adopted.

次いで、図9(b)に示すように、マスク82に形成された初期孔81を通じて、エッ
チングにより第1無機層64を食刻し、第2レンズ61bを形成する。本実施形態では、
ウエットエッチングによって第2レンズ61bを形成する。第1無機層64の厚み方向に
おいて、第2レンズ61bが形成されなかった部分は、光路長調整層61cとなる。この
ようにして、第2レンズ61bおよび光路長調整層61cを形成し、複数のマイクロレン
ズ61を有するレンズ部62を形成することで、レンズ層6が得られる。エッチング液E
2としては、フッ素系エッチング液が好適に用いられる。
Next, as shown in FIG. 9B, the first inorganic layer 64 is etched by etching through the initial hole 81 formed in the mask 82, thereby forming the second lens 61b. In this embodiment,
The second lens 61b is formed by wet etching. In the thickness direction of the first inorganic layer 64, the portion where the second lens 61b is not formed becomes the optical path length adjustment layer 61c. Thus, the lens layer 6 is obtained by forming the second lens 61b and the optical path length adjusting layer 61c and forming the lens portion 62 having the plurality of microlenses 61. Etching solution E
As 2, the fluorine-based etching solution is preferably used.

図10は、本実施形態における第2無機層を形成する工程を示している。
図10(a)に示すように、レンズ層6の表面6aを覆って(複数の第2レンズ61b
の表面を覆って)、光透過性を有する無機材料を積層し、第2無機層71を形成する。第
2無機層71の形成材料としては、図7に示す第2無機層7の形成材料として上述した材
料を用いることができる。第2無機層71を形成する方法としては、上述した第1無機層
63を形成する方法と同様の方法を採用することができる。
FIG. 10 shows a step of forming the second inorganic layer in the present embodiment.
As shown in FIG. 10A, the surface 6a of the lens layer 6 is covered (a plurality of second lenses 61b).
The second inorganic layer 71 is formed by laminating a light-transmitting inorganic material. As a material for forming the second inorganic layer 71, the materials described above can be used as the material for forming the second inorganic layer 7 shown in FIG. As a method of forming the second inorganic layer 71, a method similar to the method of forming the first inorganic layer 63 described above can be employed.

さらに図10(b)に示すように、第2無機層(第2無機層の形成材料を積層して得ら
れる層)71の表面の平坦化処理を行い、表面7aが平坦化された第2無機層7とするこ
とが好ましい。平坦化処理としては、CMPやエッチングを採用することができる。この
ような操作を行うことにより、表面7aでの光の乱反射や屈折の乱れを抑制し、高品質な
マイクロレンズアレイ1Bを製造することができる。
Further, as shown in FIG. 10B, the surface of the second inorganic layer (layer obtained by laminating the material for forming the second inorganic layer) 71 is flattened, and the second surface 7a is flattened. The inorganic layer 7 is preferable. As the planarization treatment, CMP or etching can be employed. By performing such an operation, irregular reflection of light and refraction disturbance on the surface 7a can be suppressed, and a high-quality microlens array 1B can be manufactured.

もちろん、図10(a)の工程で得られる第2無機層71の表面が設計要求に対して充
分に平坦であれば、平坦化処理を行わなくてもよい。
Of course, if the surface of the second inorganic layer 71 obtained in the step of FIG. 10A is sufficiently flat with respect to the design requirements, the planarization process may not be performed.

また、平坦化処理によって、第2無機層7の厚さを制御することができる。これにより
、第1レンズ61aと第2レンズ61bとのレンズ先端距離(図中、符号aで示す)と、
第2レンズ61bと第2無機層7の表面7aとの距離(図中、符号bで示す)との関係を
制御することができる。
Further, the thickness of the second inorganic layer 7 can be controlled by the planarization process. Thereby, the lens tip distance between the first lens 61a and the second lens 61b (indicated by symbol a in the figure),
It is possible to control the relationship between the distance between the second lens 61b and the surface 7a of the second inorganic layer 7 (indicated by symbol b in the figure).

すなわち、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法で製造するマイクロレンズア
レイ1Bは、距離aと距離bとが、b<aで表される関係となることが好ましい。さらに
、距離bは1μm以上10μm以下であることが好ましい。距離bを10μm以下とする
ことで、薄いマイクロレンズアレイとすることができる。
That is, in the microlens array 1B manufactured by the microlens array manufacturing method of the present embodiment, it is preferable that the distance a and the distance b have a relationship represented by b <a. Furthermore, the distance b is preferably 1 μm or more and 10 μm or less. By setting the distance b to 10 μm or less, a thin microlens array can be obtained.

以上のようにして、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を実施し、マイクロ
レンズアレイ1Bを製造することができる。
As described above, the microlens array 1B can be manufactured by implementing the method of manufacturing the microlens array of the present embodiment.

以上のような構成のマイクロレンズアレイの製造方法によっても、高い耐光性を有し製
造時の成形精度が高いマイクロレンズアレイ1Bを製造することができる。
The microlens array 1B having high light resistance and high molding accuracy at the time of manufacture can also be manufactured by the method for manufacturing a microlens array having the above configuration.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、
本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成
部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において
設計要求等に基づき種々変更可能である。
The preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings.
It goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

[変形例]
例えば、第1実施形態においては、第1無機層34を単一の形成材料で形成することと
して図示して説明したが、少なくとも基板2との界面において基板2よりも高い屈折率を
有することとすれば、複数の形成材料を積層して形成することとしてもよい。図11は、
変形例のマイクロレンズアレイを示す説明図であり、第1実施形態の図1(c)に対応す
る図である。
[Modification]
For example, in the first embodiment, the first inorganic layer 34 is illustrated and described as being formed of a single forming material, but has a refractive index higher than that of the substrate 2 at least at the interface with the substrate 2. If so, a plurality of forming materials may be stacked. FIG.
It is explanatory drawing which shows the microlens array of a modification, and is a figure corresponding to FIG.1 (c) of 1st Embodiment.

図11(a)に示すマイクロレンズアレイ1Cにおいて、マイクロレンズ91を有する
レンズ層9Aは、第1層9aと第2層9bとが積層して形成されている。
In the microlens array 1C shown in FIG. 11A, the lens layer 9A having the microlens 91 is formed by laminating a first layer 9a and a second layer 9b.

第1層9aは、光透過性を有し基板2よりも高い屈折率を有する第1無機材料を用いて
形成されている。第1層9aは、基板2のレンズ状凹部21を充填しており、第1レンズ
91aを形成している。
The first layer 9 a is formed using a first inorganic material that is light transmissive and has a higher refractive index than the substrate 2. The first layer 9a fills the lens-shaped recess 21 of the substrate 2 and forms the first lens 91a.

第2層9bは、光透過性を有する第2無機材料を用いて第1層9aの上面を覆って積層
されている。第2層9bは、第2レンズ91bおよび光路長調整層91cを形成している
The second layer 9b is laminated so as to cover the upper surface of the first layer 9a using a second inorganic material having optical transparency. The second layer 9b forms a second lens 91b and an optical path length adjustment layer 91c.

このような構成のマイクロレンズアレイは、まず、光透過性を備え且つ基板2よりも高
い屈折率を有する第1無機材料を用いて少なくともレンズ状凹部21を充填した後に、基
板2の上面を覆って光透過性を備えた第2無機材料を積層することで、第1無機材料と第
2無機材料が積層した第1無機層を形成する。その後、第1実施形態で示した方法でドラ
イエッチングして第2レンズ91bを形成することにより製造することができる。
The microlens array having such a structure first fills at least the lens-shaped concave portion 21 with a first inorganic material having optical transparency and a higher refractive index than that of the substrate 2, and then covers the upper surface of the substrate 2. By laminating the second inorganic material having light transmittance, a first inorganic layer in which the first inorganic material and the second inorganic material are laminated is formed. Thereafter, the second lens 91b can be formed by dry etching by the method shown in the first embodiment.

図11(b)に示すマイクロレンズアレイ1Dにおいて、マイクロレンズ92を有する
レンズ層9Bは、第1層9aと第2層9cと第3層9dとが積層して形成されている。
In the microlens array 1D shown in FIG. 11B, the lens layer 9B having the microlens 92 is formed by laminating a first layer 9a, a second layer 9c, and a third layer 9d.

第1層9aは、図11(a)の第1層9aと同様であり、第1レンズ92aを形成して
いる。
The first layer 9a is the same as the first layer 9a in FIG. 11A, and forms the first lens 92a.

第2層9cは、光透過性を有する第2無機材料を用いて第1層9aの上面を覆って積層
されており、光路長調整層92cを形成している。
The second layer 9c is laminated so as to cover the upper surface of the first layer 9a using a light-transmitting second inorganic material, thereby forming an optical path length adjusting layer 92c.

第3層9dは、光透過性を有する第3無機材料を用いて第2層9cの上面を覆って積層
されており、第2レンズ92bを形成している。
The third layer 9d is laminated so as to cover the upper surface of the second layer 9c using a third inorganic material having optical transparency, thereby forming a second lens 92b.

このような構成のマイクロレンズアレイは、まず、光透過性を備え且つ基板2よりも高
い屈折率を有する第1無機材料を用いて少なくともレンズ状凹部21を充填した後に、基
板2の上面を覆って光透過性を備えた第2無機材料及び第3無機材料を積層することで、
第1〜第3無機材料が積層した第1無機層を形成する。その後、第1〜第3無機材料が積
層した第1無機層を形成した後に、第1実施形態で示した方法でドライエッチングして第
2レンズ92bを形成することにより製造することができる。
The microlens array having such a structure first fills at least the lens-shaped concave portion 21 with a first inorganic material having optical transparency and a higher refractive index than that of the substrate 2, and then covers the upper surface of the substrate 2. By laminating the second inorganic material and the third inorganic material having light transmittance,
A first inorganic layer in which the first to third inorganic materials are stacked is formed. Then, after forming the 1st inorganic layer which laminated | stacked the 1st-3rd inorganic material, it can manufacture by dry-etching by the method shown in 1st Embodiment, and forming the 2nd lens 92b.

第1無機層を構成する複数の層を形成する際には、材料が異なる層を形成する前に、表
面を平坦化することとしてもよい。さらには、図11(b)に示すマイクロレンズアレイ
1Dの製造時には、第2層9cの形成前に行う平坦化処理により、第1層9aおよび基板
2を削ることで、図11(b)では隣接するレンズ状凹部21(第1レンズ92a)を分
離させることとしてもよい。
When forming a plurality of layers constituting the first inorganic layer, the surface may be planarized before forming the layers made of different materials. Further, when the microlens array 1D shown in FIG. 11B is manufactured, the first layer 9a and the substrate 2 are shaved by a planarization process performed before the formation of the second layer 9c. It is good also as separating the adjacent lens-shaped recessed part 21 (1st lens 92a).

このように、複数の異なる材料を用いて複数の層を積層し第1無機層を形成すると、マ
イクロレンズアレイの設計の自由度が高まる。例えば、第2無機材料として、第1無機材
料よりも積層しやすい材料を選択することで、光路長調整層に該当する層の製造時間を短
縮することができる。
As described above, when a plurality of layers are stacked using a plurality of different materials to form the first inorganic layer, the degree of freedom in designing the microlens array is increased. For example, by selecting a material that is easier to stack than the first inorganic material as the second inorganic material, the manufacturing time of the layer corresponding to the optical path length adjusting layer can be shortened.

また、複数の異なる材料を用いて複数の層を積層し第1無機層を形成する場合には、形
成される各層として、基板2に対し基板2の法線方向と直交する方向に圧縮応力を発現す
る無機層(第1の無機層)と、基板2に対し基板2の法線方向と直交する方向に引張応力
を発現する無機層(第2の無機層)と、を交互に積層することとするとよい。
In addition, when a plurality of layers are laminated using a plurality of different materials to form the first inorganic layer, a compressive stress is applied to the substrate 2 in a direction perpendicular to the normal direction of the substrate 2 as the formed layer. The inorganic layer (first inorganic layer) that expresses and the inorganic layer (second inorganic layer) that expresses tensile stress in a direction perpendicular to the normal direction of the substrate 2 with respect to the substrate 2 are alternately laminated. It is good to do.

本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法のように、異なる材料を積層してなる積
層体(マイクロレンズアレイ)を製造する場合、例えば無機膜の成膜中に不可避的に生じ
る基板の加熱や、積層する各層の形成材料や厚みの違いによる各層の熱膨張率の違いなど
に起因して、積層体に反りが生じることがある。
When manufacturing a laminate (microlens array) formed by stacking different materials as in the microlens array manufacturing method of the present embodiment, for example, heating of the substrate inevitably generated during the formation of the inorganic film, The laminated body may be warped due to a difference in thermal expansion coefficient of each layer due to a difference in formation material or thickness of each layer to be laminated.

そのため、複数の異なる材料を用いて複数の層を積層し第1無機層を形成する場合には
、第1無機層を形成する基板2の反りを相殺する方向に基板2を反らせるような応力を発
現する膜を、上述の第1の無機層と第2の無機層の中から選択して基板2の上に積層する
とよい。
Therefore, when a plurality of layers are stacked using a plurality of different materials to form the first inorganic layer, a stress that warps the substrate 2 in a direction that cancels the warp of the substrate 2 forming the first inorganic layer is applied. The film to be expressed may be selected from the first inorganic layer and the second inorganic layer and stacked on the substrate 2.

または、基板2には反りがなくとも、第1無機層を構成する複数の層のうち1つの層を
基板2の上に形成することで反りが生じた場合、生じた反りを相殺する方向に基板2を反
らせるような応力を発現する層を、上述の第1の無機層と第2の無機層の中から選択して
形成するとよい。
Alternatively, even when the substrate 2 is not warped, when warping occurs by forming one of the plurality of layers constituting the first inorganic layer on the substrate 2, the warping that has occurred is offset. A layer that develops stress that warps the substrate 2 may be selected from the first inorganic layer and the second inorganic layer described above.

第1の無機層と第2の無機層とは、例えば、酸化ケイ素(SiO)をプラズマCVD
で成膜する際に、高周波プラズマ源と低周波プラズマ源とのいずれかを選択することによ
り作り分けることができる。具体的には、高周波プラズマ源を用いると、得られるSiO
の膜が粗になり、基板2に対し基板2の法線方向と直交する方向に圧縮応力を発現する
第1の無機層が得られる。また、低周波プラズマ源を用いると、得られるSiOの膜が
緻密になり、基板2に対し基板2の法線方向と直交する方向に引張応力を発現する第2の
無機層が得られる。
For example, the first inorganic layer and the second inorganic layer may be formed by plasma CVD using silicon oxide (SiO 2 ).
When the film is formed in (1), it can be made by selecting either the high-frequency plasma source or the low-frequency plasma source. Specifically, using a high-frequency plasma source, the resulting SiO
The first film becomes rough, and a first inorganic layer that expresses compressive stress in a direction perpendicular to the normal direction of the substrate 2 with respect to the substrate 2 is obtained. When a low frequency plasma source is used, the resulting SiO 2 film becomes dense, and a second inorganic layer that exhibits tensile stress in a direction perpendicular to the normal direction of the substrate 2 with respect to the substrate 2 is obtained.

また、上述の実施形態においては、いずれも、1つのマイクロレンズアレイを製造する
工程について説明したが、これに限らず、大型のガラス基板に対して複数のレンズ部を形
成した後に、分割することで、マイクロレンズアレイを製造することとしてもよい。図1
2は、多面取りにより複数のマイクロレンズアレイを製造する工程を示す説明図である。
In the above-described embodiments, the process of manufacturing one microlens array has been described. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of lens portions are formed on a large glass substrate and then divided. Thus, a microlens array may be manufactured. FIG.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a process of manufacturing a plurality of microlens arrays by multiple chamfering.

例えば、図12(a)に示すように、大型のガラス基板120において、上述の複数の
レンズ状凹部を形成する工程、第1無機層を形成する工程、複数のレンズ部を形成する工
程を、複数個所で行うことにより、複数(図では4か所)のレンズ部32が形成されたレ
ンズ層130を形成する。
For example, as shown in FIG. 12 (a), in the large glass substrate 120, the step of forming the plurality of lens-shaped recesses described above, the step of forming the first inorganic layer, and the step of forming the plurality of lens portions, By performing the process at a plurality of positions, the lens layer 130 in which a plurality of (four positions in the figure) lens portions 32 are formed is formed.

次いで、図12(b)に示すように、レンズ層130の表面を覆って第2無機層140
を形成して、マイクロレンズアレイ1Aが4つ形成された原板100を形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, the second inorganic layer 140 covers the surface of the lens layer 130.
To form the original plate 100 on which four microlens arrays 1A are formed.

その後、符号Xで示す分割線に沿って4つに分割することにより、4つのマイクロレン
ズアレイ1Aを製造することができる。
Thereafter, the four microlens arrays 1A can be manufactured by dividing into four along the dividing line indicated by the symbol X.

また、図12においては、ガラス基板120上に互いに離間した4つのレンズ部32を
形成する構成について示したが、これに限らず、ガラス基板120の上面全面にレンズ部
32を形成して、大型のマイクロレンズアレイとした後に、所定の大きさに分割すること
としても構わない。このような方法によれば、分割後に得られるマクロレンズアレイ単位
では、マイクロレンズが形成されている箇所(以下、形成領域)とマイクロレンズが形成
されていない箇所(以下、非形成領域)とが混在することがない。そのため、マイクロレ
ンズの形状が、非形成領域と形成領域との境界部分における加工精度の乱れの影響を受け
ることがなく、マイクロレンズアレイの端まで高い精度で複数のマイクロレンズを形成す
ることができる。
12 shows a configuration in which the four lens portions 32 that are spaced apart from each other are formed on the glass substrate 120. However, the present invention is not limited to this, and the lens portion 32 is formed on the entire upper surface of the glass substrate 120. After the microlens array is formed, it may be divided into a predetermined size. According to such a method, in the macro lens array unit obtained after the division, there are locations where microlenses are formed (hereinafter, formation regions) and locations where microlenses are not formed (hereinafter, non-formation regions). There is no mixing. For this reason, the shape of the microlens is not affected by the fluctuation in processing accuracy at the boundary between the non-formation region and the formation region, and a plurality of microlenses can be formed with high accuracy up to the end of the microlens array. .

このようなマイクロレンズアレイの原板100を製造した後に分割してマイクロレンズ
アレイを形成する場合、マイクロレンズの形成に位置合わせに用いるアライメントマーク
は、非形成領域に形成するとよい。このようなアライメントマークは、分割時に消失する
位置に形成していてもよく、得られるマイクロレンズアレイの非形成領域に残存すること
としても構わない。
When the microlens array is formed after the microlens array original plate 100 is manufactured, an alignment mark used for alignment for forming the microlens is preferably formed in a non-formation region. Such an alignment mark may be formed at a position where it disappears at the time of division, or may remain in a non-formation region of the obtained microlens array.

1A,1B,1C,1D…マイクロレンズアレイ、2…基板、2a…上面、3a,4a
,6a,7a,34a,64a…表面、4,7,31,41,71,140…第2無機層
、4,7…無機層、4,7…無機層(第2無機層)、5,24,82…マスク、21…レ
ンズ状凹部、21…凹部(レンズ状凹部)、31,61,91,92…マイクロレンズ、
33,34,63,64…第1無機層、41,71…第2無機層(第2無機層の形成材料
を積層して得られる層)、L1,L2…光
1A, 1B, 1C, 1D ... micro lens array, 2 ... substrate, 2a ... upper surface, 3a, 4a
, 6a, 7a, 34a, 64a ... surface, 4, 7, 31, 41, 71, 140 ... second inorganic layer, 4, 7 ... inorganic layer, 4, 7 ... inorganic layer (second inorganic layer), 5, 24, 82 ... mask, 21 ... lenticular recess, 21 ... recess (lens-like recess), 31, 61, 91, 92 ... microlens,
33, 34, 63, 64 ... first inorganic layer, 41, 71 ... second inorganic layer (a layer obtained by laminating the forming material of the second inorganic layer), L1, L2 ... light

Claims (6)

光透過性を有する基板の上面に複数のレンズ状凹部を形成する工程と、
光透過性を有する無機材料を、前記レンズ状凹部に充填し且つ前記上面を覆って前記上
面よりも上方まで積層して、光透過性を備え且つ少なくとも前記基板との界面において前
記基板よりも高い屈折率を有する第1無機層を形成する工程と、
フォトリソグラフィー法を用いて、前記第1無機層の表面に前記複数のレンズ状凹部に
対応したマスクを形成し、前記第1無機層に前記マスクを介してエッチングを施して、前
記複数のレンズ状凹部のそれぞれと1対1で平面的に重なった複数のレンズを形成する工
程と、
少なくとも前記複数のレンズの表面を覆って、光透過性を有する第2無機層を形成する
工程と、を有するマイクロレンズアレイの製造方法。
Forming a plurality of lens-shaped recesses on the upper surface of the substrate having light transparency;
An optically transparent inorganic material is filled in the lens-shaped recess and is laminated to cover the upper surface and above the upper surface so as to have light transmittance and at least at the interface with the substrate is higher than the substrate. Forming a first inorganic layer having a refractive index;
Using a photolithography method, a mask corresponding to the plurality of lens-shaped recesses is formed on the surface of the first inorganic layer, and the first inorganic layer is etched through the mask to form the plurality of lens-shaped Forming a plurality of lenses planarly overlapping with each of the recesses in a one-to-one correspondence;
Forming a second inorganic layer having light permeability so as to cover at least the surfaces of the plurality of lenses.
前記第1無機層を形成する工程では、前記第1無機層の形成材料を積層して得られる層
の表面を平坦化する請求項1に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
2. The method of manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein in the step of forming the first inorganic layer, a surface of a layer obtained by laminating a material for forming the first inorganic layer is flattened.
前記第2無機層を形成する工程では、前記第2無機層の形成材料を積層して得られる層
の表面を平坦化する請求項1または2に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
3. The method for manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein in the step of forming the second inorganic layer, a surface of a layer obtained by laminating the material for forming the second inorganic layer is planarized.
前記第1無機層を形成する工程では、光透過性を備え且つ前記基板よりも高い屈折率を
有する第1無機材料を用いて少なくとも前記レンズ状凹部を充填した後に、前記上面を覆
って光透過性を備えた第2無機材料を積層する請求項1から3のいずれか1項に記載のマ
イクロレンズアレイの製造方法。
In the step of forming the first inorganic layer, at least the lens-shaped concave portion is filled with a first inorganic material that has light transmittance and a higher refractive index than the substrate, and then covers the upper surface to transmit light. The manufacturing method of the micro lens array of any one of Claim 1 to 3 which laminates | stacks the 2nd inorganic material provided with property.
前記複数のレンズと前記第2無機層との界面において、前記複数のレンズが前記第2無
機層よりも高い屈折率を有し、
前記複数のレンズの形状が凸形状である請求項1から4のいずれか1項に記載のマイク
ロレンズアレイの製造方法。
At the interface between the plurality of lenses and the second inorganic layer, the plurality of lenses have a higher refractive index than the second inorganic layer;
The method of manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein the plurality of lenses have a convex shape.
前記複数のレンズと前記第2無機層との界面において、前記複数のレンズが前記第2無
機層よりも高い屈折率を有し、
前記複数のレンズの形状が凹形状である請求項1から4のいずれか1項に記載のマイク
ロレンズアレイの製造方法。
At the interface between the plurality of lenses and the second inorganic layer, the plurality of lenses have a higher refractive index than the second inorganic layer;
The method of manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein the plurality of lenses have a concave shape.
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