JP3931936B2

JP3931936B2 - マイクロレンズアレイ基板及びその製造方法並びに表示装置

Info

Publication number: JP3931936B2
Application number: JP27943998A
Authority: JP
Inventors: 尚男西川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-09-14
Also published as: WO1999059004A1; EP1014114B1; CN1269018A; US20030207484A1; DE69934768D1; KR20010014313A; EP1014114A1; US6623999B1; TW416008B; JP2000035504A; CN100409034C; DE69934768T2; EP1014114A4; US6909121B2; KR100508197B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズアレイ基板及びその製造方法並びに表示装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
これまでに、複数の微小なレンズが並べられて構成されるマイクロレンズアレイが、例えば液晶パネルに適用されてきた。マイクロレンズアレイを適用することで、各レンズによって各画素に入射する光が集光するので、表示画面を明るくすることができる。
【０００３】
また、マイクロレンズアレイを製造する方法として、ドライエッチング法又はウェットエッチング法を適用する方法が知られている。しかし、これらの方法によれば、個々のマイクロレンズアレイを製造する毎に、リソグラフィ工程が必要であってコストが高くなる。
【０００４】
そこで、特開平３−１９８００３号公報に開示されるように、レンズに対応する曲面が形成された原盤に樹脂を滴下し、この樹脂を固化させて剥離することで、マイクロレンズアレイを製造する方法が開発されてきた。
【０００５】
マイクロレンズアレイは表示画面を明るくするものであるが、画素間のコントラストを向上させるものではない。したがって、明るくて鮮やかな画面を表示するには、マイクロレンズアレイに加えて、コントラストを向上させる手段が必要となる。従来のマイクロレンズアレイの製造方法では、コントラストを向上させることが考慮されていなかった。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するもので、その目的は、画面を明るくすることに加えてコントラストを向上させることもできるマイクロレンズアレイ基板及びその製造方法並びに表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、複数の曲面部を有する第１の原盤と、複数の凸部を有する第２の原盤と、の間に基板前駆体を密着させて、前記曲面部にて形成された複数のレンズと、前記凸部にて形成された複数の凹部とを有する基板を形成する工程と、
前記基板から前記第１及び第２の原盤を剥離する工程と、
少なくとも前記第２の原盤が剥離された後に、前記凹部に遮光性材料を充填する工程と、
を含む。
【０００８】
本発明によれば、第１及び第２の原盤の間に基板前駆体を密着させて、第１の原盤の曲面部を転写してレンズを形成する。こうして、複数のレンズが形成されたマイクロレンズアレイ基板を簡単に製造することができる。各レンズによって入射光が集光するので画面を明るくすることができる。また、第１及び第２の原盤は、一旦製造すればその後、耐久性の許す限り何度でも使用できるため、２枚目以降のマイクロレンズアレイ基板の製造工程において省略でき、工程数の減少および低コスト化を図ることができる。
【０００９】
さらに、このマイクロレンズアレイ基板には、第２の原盤の凸部によって、凹部が転写形成されており、この凹部に遮光性材料が充填される。この遮光性材料は、ブラックマトリクスを構成し、画素間のコントラストを向上させることができる。
【００１０】
このように、本発明によれば、画面を明るくすることに加えてコントラストを向上させることもできるマイクロレンズアレイ基板を、転写法によって簡単に製造することができる。
【００１１】
（２）この製造方法において、
前記曲面部の中心を避けた領域に前記凸部を対向させて、前記第１及び第２の原盤の間に、前記基板前駆体を密着させてもよい。
【００１２】
こうすることで、マイクロレンズアレイ基板に形成される凹部は、レンズの中心を避けた領域に形成されるので、レンズの中心を避けてブラックマトリクスを形成することができる。
【００１３】
（３）この製造方法は、
前記凹部に充填された前記遮光性材料及び前記レンズのうち少なくとも一方の上に、保護膜前駆体を載せて、前記保護膜前駆体を固化して保護層を形成する工程を含んでもよい。
【００１４】
（４）前記保護膜前駆体は、エネルギーの付与により硬化可能な物質であってもよい。
【００１５】
（５）前記エネルギーは、光及び熱の少なくともいずれか一方であってもよい。
【００１６】
（６）前記保護膜前駆体は、紫外線硬化型樹脂であってもよい。
【００１７】
（７）この製造方法において、
前記保護膜前駆体上に補強板を載せてから前記保護膜前駆体を固化してもよい。
【００１８】
（８）前記基板前駆体は、エネルギーの付与により硬化可能な物質であってもよい。
【００１９】
このような物質を利用することで、第１及び第２の原盤上の微細部にまで基板前駆体を容易に充填することができ、したがって、第１及び第２原盤上の曲面部及び凸部の形状を精密に転写したマイクロレンズアレイ基板を製造することが可能となる。
【００２０】
（９）前記エネルギーは、光及び熱の少なくともいずれか一方であってもよい。
【００２１】
こうすることで、汎用の露光装置やベイク炉、ホットプレートが利用でき、低設備コスト化、省スペース化が可能である。
【００２２】
（１０）前記基板前駆体は、紫外線硬化型樹脂であってもよい。
【００２３】
紫外線硬化型樹脂としては、アクリル系樹脂が透明性に優れ、様々な市販の樹脂や感光剤を利用することができるため好適である。
【００２４】
（１１）この製造方法において、
前記凹部に、前記遮光性材料をインクジェット方式によって充填してもよい。
【００２５】
インクジェット方式によれば、遮光性材料の充填を高速化できるとともに無駄にすることがない。
【００２６】
（１２）この製造方法において、
前記凹部は、底面よりも開口部の面積が大きくなるように、少なくとも内側面の一部がテーパにて形成されていてもよい。
【００２７】
このように凹部をテーパ状に形成すれば、遮光性材料を確実に凹部に導くことができるため、製造されるマイクロレンズアレイ基板は、特に高解像度の液晶パネルに適している。
【００２８】
（１３）この製造方法において、
前記テーパは、内側面の開口端部のみに形成されていてもよい。
【００２９】
このように凹部を形成すれば、遮光性材料の厚さの差が小さいため、遮光性能が均一化されるので、製造されるマイクロレンズアレイは、鮮明な画像を提供することができる。
【００３０】
（１４）本発明に係るマイクロレンズアレイ基板は、一方の面に複数のレンズが形成されるとともに、他方の面において前記レンズの少なくとも中心を避ける位置に対応して複数の凹部が形成され、前記凹部に遮光性層が形成される。
【００３１】
本発明によれば、各レンズによって入射光が集光するので画面を明るくできることに加えて、凹部に形成される遮光性層がブラックマトリクスとなって、画素間のコントラストを向上させることができる。
【００３２】
（１５）このマイクロレンズアレイ基板において、
前記レンズ及び前記遮光性層の少なくとも一方の上に保護膜を有してもよい。
【００３３】
（１６）このマイクロレンズアレイ基板において、
前記保護膜上に補強板を有してもよい。
【００３４】
（１７）このマイクロレンズアレイ基板において、
前記凹部は、底面よりも開口部の面積が大きくなるように、少なくとも内側面の一部がテーパにて形成されていてもよい。
【００３５】
このマイクロレンズアレイ基板は、凹部の開口部の面積が底面より大きくなっていることから、遮光性材料が確実に凹部に導かれるので、特に高解像度の液晶パネルに適している。
【００３６】
（１８）このマイクロレンズアレイ基板において、
前記テーパは、内側面の開口端部のみに形成されていてもよい。
【００３７】
このように凹部を形成すれば、遮光性材料の厚さの差が小さいために、遮光性能が均一化されるので、鮮明な画像を提供することができる。
【００３８】
（１９）本発明に係るマイクロレンズアレイ基板は、上記方法により製造される。
【００３９】
（２０）本発明に係る表示装置は、上記マイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板に向けて光を照射する光源と、を有し、
前記マイクロレンズアレイ基板は、前記レンズが形成された面を前記光源に向けて配置される。
【００４０】
（２１）前記マイクロレンズアレイ基板を構成する材料の光屈折率ｎa と、前記レンズの外側における光屈折率ｎb とは、ｎa ＞ｎb の関係にあり、前記レンズは凸レンズであってもよい。
【００４１】
屈折率の小さい媒質から、屈折率の大きい媒質に光が入射すると、光は両媒質の界面の法線に近づくように屈折する。したがって、マイクロレンズアレイ基板を構成する材料の光屈折率ｎa と、レンズの外側における光屈折率ｎb とが、
ｎa ＞ｎb
の関係にある場合には、レンズを凸レンズにすることで入射した光を集光させることができる。
【００４２】
（２２）前記マイクロレンズアレイ基板を構成する材料の光屈折率ｎa と、前記レンズの外側における光屈折率ｎb とは、ｎa ＜ｎb の関係にあり、前記レンズは凹レンズであってもよい。
【００４３】
屈折率の大きい媒質から、屈折率の小さい媒質に光が入射すると、光は両媒質の界面の法線から遠ざかるように屈折する。したがって、マイクロレンズアレイ基板を構成する材料の光屈折率ｎa と、レンズの外側における光屈折率ｎb とが、
ｎa ＜ｎb
の関係にある場合には、レンズを凹レンズにすることで入射した光を集光させることができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照にして説明する。
【００４５】
（第１の実施形態）
図１（Ａ）〜図４（Ｂ）は、第１の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【００４６】
まず、図１（Ａ）に示すように、第１の原盤１０及び第２の原盤２０を用意する。第１の原盤１０には、複数の曲面部１２が形成されており、各曲面部１２は、凸レンズの反転パターンとなるように凹状をなしている。一方、第２の原盤２０には、複数の凸部２２が形成されている。複数の凸部２２は、図示しない平面視において、ブラックマトリクスの形状をなす。
【００４７】
第１及び第２の原盤１０、２０は、それぞれの曲面部１２及び凸部２２を対向させて、かつ、各凸部２２が曲面部１２の中心を避けて対向するように配置されている。
【００４８】
そして、原盤１０と原盤２０との間に、基板前駆体３０（第１の光透過性層前駆体）を密着させる。基板前駆体３０は、図１（Ｃ）に示すマイクロレンズアレイ基板３２の材料となる。なお、図１（Ａ）では、原盤１０が下に位置しているが、原盤２０が下であってもよい。
【００４９】
基板前駆体３０としては、マイクロレンズアレイ基板３２となった際に、必要とされる光透過性を有していれば特に限定されるものでなく、種々の物質が利用できるが、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。このような物質は、マイクロレンズアレイ基板３２の形成時には低粘性の液状で取り扱うことが可能となり、常温、常圧下あるいはその近傍においても容易に第１及び第２の原盤１０、２０の微細部にまで容易に充填することができる。
【００５０】
エネルギーとしては、光及び熱の少なくともいずれか一方であることが好ましい。こうすることで、汎用の露光装置やベイク炉、ホットプレートが利用でき、低設備コスト、省スペース化を図ることができる。
【００５１】
このような物質としては、例えば、紫外線硬化型樹脂がある。紫外線硬化型樹脂としては、アクリル系樹脂が好適である。様々な市販の樹脂や感光剤を利用することで、透明性に優れ、また、短時間の処理で硬化可能な紫外線硬化型のアクリル系樹脂を得ることができる。
【００５２】
紫外線硬化型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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、ミヒラーケトン等のラジカル発生化合物が利用できる。
【００５６】
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。
【００５７】
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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、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、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、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、シクロヘキサノン、キシレン、トルエン、ブチルアセテート等から選ばれる一種または複数種の利用が可能である。
【００５８】
このような紫外線硬化型のアクリル系樹脂等からなる基板前駆体３０を、図１（Ａ）に示すように、原盤１０上に所定量滴下する。
【００５９】
そして、図１（Ｂ）に示すように、基板前駆体３０を所定領域まで拡げ、続いて、図１（Ｃ）に示すように、原盤１０、２０の少なくともいずれか一方から紫外線４０を所定量照射して基板前駆体３０を硬化させて、原盤１０、２０の間にマイクロレンズアレイ基板３２（第１の光透過性層）を形成する。マイクロレンズアレイ基板３２の一方の面には、複数の曲面部１２から転写された複数のレンズ３４が形成され、他方の面には、複数の凸部２２から転写された複数の凹部３６が形成されている。複数の凹部３６は、図示しない平面視において、ブラックマトリクスの形状をなす。また、凹部３６は、レンズ３４の中心を避ける領域に対応して形成されている。
【００６０】
基板前駆体３０を所定領域まで拡げるにあたって、必要に応じて所定の圧力を原盤１０、２０の少なくとも一方に加えてもよい。ここでは、基板前駆体３０を原盤１０上に滴下したが、原盤２０に滴下するか、原盤１０、２０の両方に滴下してもよい。また、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法、ロールコート法、バーコート法等の方法を用いて、原盤１０、２０のいずれか一方、または、両方に基板前駆体３０を塗布してもよい。
【００６１】
そして、図２（Ａ）に示すように、原盤２０を、マイクロレンズアレイ基板３２から剥離して、凸部２２から転写された凹部３６を開口させる。
【００６２】
次に、図２（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板３２の凹部３６に遮光性材料４２を充填し、遮光性層３８を形成する。この遮光性層３８は、ブラックマトリクスとなる。
【００６３】
遮光性材料４２は、光透過性のない材料であって耐久性があれば種々の材料を適用可能である。例えば、黒色染料あるいは黒色顔料をバインダー樹脂とともに溶剤に溶かしたものを、遮光性材料４２として用いる。溶剤としては、特にその種類に限定されるものではなく、水あるいは種々の有機溶剤を適用することが可能である。有機溶剤としては、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、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、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、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、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、シクロヘキサノン、キシレン、トルエン、ブチルアセテート等のうち一種または複数種の混合溶液を利用することができる。
【００６４】
凹部３６への遮光性材料４２の充填方法としては、特に限定されるものではないが、インクジェット方式が好適である。インクジェット方式によれば、インクジェットプリンタ用に実用化された技術を応用することで、高速かつインクを無駄なく経済的に充填するとが可能である。
【００６５】
図２（Ｂ）には、インクジェットヘッド４４によって、遮光性材料４２を凹部３６に充填する様子を示してある。詳しくは、凹部３６に対向させてインクジェットヘッド４４を配置し、各遮光性材料４２を各凹部３６に吐出する。
【００６６】
インクジェットヘッド４４は、例えばインクジェットプリンタ用に実用化されたもので、圧電素子の体積変化を利用してインクに圧力を加えて吐出させるピエゾジェットタイプ、あるいはエネルギー発生素子として電気熱変換体を用いて、インクの体積を膨張させたり気化させ、その圧力でインクを吐出するタイプ等が使用可能であり、射出面積および射出パターンは任意に設定することが可能である。
【００６７】
本実施形態では、インクジェットヘッド４４から遮光性材料４２を吐出させる。そのため、遮光性材料４２には、インクジェットヘッド４４からの吐出を可能とするため、流動性を確保する必要がある。
【００６８】
遮光性材料４２を充填するときには、マイクロレンズアレイ基板３２に形成された凹部３６に均一な量で充填されるように、インクジェットヘッド４４を動かす等の制御を行って、打ち込み位置を制御する。凹部３６の隅々にまで均一に遮光性材料４２が満たされたら、充填を完了する。溶剤成分が含まれている場合には、熱処理により遮光性材料４２から溶剤成分を除去する。なお遮光性材料４２は、溶剤成分を除去すると収縮するため、必要な遮光性が確保できる厚みが収縮後でも残される量を充填しておくことが必要である。
【００６９】
次に、図３（Ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板３２上に保護膜前駆体４６（接着層前駆体）を滴下する。保護膜前駆体４６は、上述した基板前駆体３０として使用できる材料から選ぶことができる。そして、補強板４８を保護膜前駆体４６に密着させて、この保護膜前駆体４６を押し拡げる。なお、保護膜前駆体４６は、スピンコート法、ロールコート法等の方法により、マイクロレンズアレイ基板３２上に、或いは補強板４８上に塗り拡げてから、補強板４８を密着させてもよい。
【００７０】
補強板４８としては一般にガラス基板が用いられるが、光透過性や機械的強度等の特性を満足するものであれば特に限定されるものではない。例えば、補強板４８として、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルサルフォン、アモルファスポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート等のプラスチック製の基板あるいはフィルム基板を用いてもよい。
【００７１】
そして、保護膜前駆体４６の組成に応じた硬化処理をすることにより、これを硬化させて、図３（Ｂ）に示すように保護膜５０（接着層）を形成する。紫外線硬化型のアクリル系樹脂が用いられる場合には、紫外線を所定の条件により照射することにより、保護膜前駆体４６を硬化させる。
【００７２】
続いて、図３（Ｃ）に示すように、原盤１０をマイクロレンズアレイ基板３２から剥離する。マイクロレンズアレイ基板３２には、原盤１０の曲面部１２によって、レンズ３４が形成されている。レンズ３４は、凸レンズである。
【００７３】
さらに、図４（Ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板３２のレンズ３４を有する面と、補強板５４との間に保護膜前駆体５２を密着させる。その工程は、図３（Ａ）に示す工程と同様であり、保護膜前駆体５２（第２の光透過性層前駆体）は、保護膜前駆体４６として選択可能な物質の中から選択できる。
【００７４】
こうして、図４（Ｂ）に示すように、両面に、保護膜５０、５６及び補強板４８、５４を備えるマイクロレンズアレイ基板３２が得られる。これによれば、レンズ３４側から入射する光が集光するようになっている。
【００７５】
なお、保護膜５０、５６が、マイクロレンズアレイ基板として要求される機械的強度やガスバリア性、耐薬品性等の特性を満足することが可能であれば、対応する補強板４８、５４は不要である。さらに、マイクロレンズアレイ基板３２自体が十分な強度を有し、遮光性層３８が破損することがなければ、保護膜５０、５６を省略することも可能である。
【００７６】
保護膜５０が形成される場合には、マイクロレンズアレイ基板３２の光屈折率ｎa と、レンズ３４の外側に位置する保護膜５６を構成する保護膜前駆体５２の光屈折率ｎb とは、
ｎa ＞ｎb
の関係にあることが必要である。この条件を満たすことで、屈折率の小さい媒質から、屈折率の大きい媒質に光が入射することになり、光５８は両媒質の界面の法線に近づくように屈折して集光する。そして、画面を明るくすることができる。
【００７７】
本実施形態によれば、第１及び第２の原盤１０、２０の間に基板前駆体３０を密着させて、第１の原盤１０の曲面部１２を転写してレンズ３４を形成する。こうして、複数のレンズ３４を有するマイクロレンズアレイ基板３２を簡単に製造することができる。この製造方法によれば、材料の使用効率が高く、かつ工程数の短縮を図ることができ、コストダウンを図ることができる。また、第１及び第２の原盤１０、２０は、一旦製造すればその後、耐久性の許す限り何度でも使用できるため、２枚目以降のマイクロレンズアレイ基板の製造工程において省略でき、工程数の減少および低コスト化を図ることができる。
【００７８】
さらに、このマイクロレンズアレイ基板には、第２の原盤２０の凸部２２によって、凹部３６が転写形成されており、この凹部３６に遮光性材料４２が充填される。この遮光性材料４２からなる遮光性層３８は、ブラックマトリクスを構成し、画素間のコントラストを向上させることができる。
【００７９】
このように、本実施形態によれば、画面を明るくすることに加えてコントラストを向上させることもできるマイクロレンズアレイ基板を、転写法によって簡単に製造することができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
図５（Ａ）〜図６（Ｃ）は、第２の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【００８１】
まず、図５（Ａ）に示すように、第１の原盤１１０及び第２の原盤２０の間に、基板前駆体１３０を密着させる。第１の原盤１１０には、複数の曲面部１１２が形成されている。曲面部１１２は、凹レンズの反転パターンとなるように凸状をなしている。本実施形態は、曲面部１１２の形状において第１の実施形態と異なる。一方、第２の原盤２０は、第１の実施形態で使用したものであり、基板前駆体１３０も第１実施形態で使用可能な物質から選択することができる。そして、図１（Ｃ）と同様の工程を経て、マイクロレンズアレイ基板１３２を形成する。マイクロレンズアレイ基板１３２には、凸部２２から凹部１３６が転写され、曲面部１１２からレンズ１３４が転写されている。レンズ１３４は、凹レンズである。
【００８２】
次に、図５（Ｂ）に示すように、第２の原盤２０をマイクロレンズアレイ基板１３２から剥離して、図５（Ｃ）に示すように、凹部１３６に遮光性材料を充填して遮光性層１３８を形成する。これらの工程は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す工程と同様である。
【００８３】
続いて、図６（Ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１３２における遮光性層１３８を有する面と補強板１４８との間に保護膜前駆体（接着層前駆体）からなる保護膜１５０（接着層）を形成して、図６（Ｂ）に示すように、第１の原盤１１０をマイクロレンズアレイ基板１３２から剥離する。そして、図４（Ａ）の工程と同様にして、レンズ１３４上に保護膜１５６（第２の光透過性層）及び補強板１５４を形成する。
【００８４】
以上の工程により、図６（Ｃ）に示すように、両面に、保護膜１５０、１５６及び補強板１４８、１５４を備えるマイクロレンズアレイ基板１３２が得られる。これによれば、レンズ３４側から入射する光が集光するようになっている。
【００８５】
なお、その前提として、マイクロレンズアレイ基板１３２の光屈折率ｎa′と、レンズ１３４の外側に位置する保護膜１５６を構成する保護膜前駆体の光屈折率ｎb′とは、
ｎa′＜ｎb′
の関係にあることが必要である。この条件を満たすことで、屈折率の大きい媒質から、屈折率の小さい媒質に光が入射することになり、光１５８は両媒質の界面の法線から離れるように屈折して集光する。そして、画面を明るくすることができる。
【００８６】
本実施形態によっても、凸レンズと凹レンズの違いがあるだけで、第１の実施形態と同じ効果を達成することができる。
【００８７】
（第３の実施形態）
図７〜図９（Ｂ）は、第３の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板及びその製造方法を示す図である。本実施形態では、図７に示すマイクロレンズアレイ基板２００を製造する。マイクロレンズアレイ基板２００は、凹部２０２の形状において、図２（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ基板３２と異なる。すなわち、凹部２０２は、内側面が傾斜したテーパ形状に形成されている。この凹部２０２によれば、底面に比べ開口部が広くなっているので、画素密度が高くなっても、遮光性材料４２（図２（Ｂ）参照）を確実に充填することができる。この形状の凹部２０２を形成するには、断面において台形をなす凸部を有する原盤を使用する。
【００８８】
図８（Ａ）〜図９（Ｂ）は、凹部２０２を形成するための原盤を形成する工程を示す図である。
【００８９】
まず、図８（Ａ）に示すように、基材２１２上にレジスト層２１４を形成する。基材２１２は、表面をエッチングして原盤とするためのもので、エッチング可能な材料であれば特に限定されるものではないが、シリコン又は石英は、エッチングにより高精度の凸部の形成が容易であるため、好適である。
【００９０】
レジスト層２１４を形成する物質としては、例えば、半導体デバイス製造において一般的に用いられている、クレゾールノボラック系樹脂に感光剤としてジアゾナフトキノン誘導体を配合した市販のポジ型のレジストをそのまま利用できる。ここで、ポジ型のレジストとは、所定のパターンに応じて放射線に暴露することにより、放射線によって暴露された領域が現像液により選択的に除去可能となる物質のことである。
【００９１】
レジスト層２１４を形成する方法としては、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法、ロールコート法、バーコート法等の方法を用いることが可能である。
【００９２】
次に、図８（Ｂ）に示すように、マスク２１６をレジスト層２１４の上に配置し、マスク２１６を介してレジスト層２１４の所定領域のみを放射線２１８によって暴露する。マスク２１６は、凸部２２２（図９（Ｂ）参照）の形成に必要とされる領域において、放射線２１８が透過しないようにパターン形成されたものである。マスク２１６における放射線遮蔽部は、ブラックマトリクスの形状に応じた枠状をなしている。ブラックマトリクスの形状は、モザイク配列、デルタ配列又はストライプ配列などの画素配列に応じたものである。
【００９３】
放射線としては波長２００ｎｍ〜５００ｎｍの領域の光を用いることが好ましい。この波長領域の光の利用は、液晶パネルの製造プロセス等で確立されているフォトリソグラフィの技術及びそれに利用されている設備の利用が可能となり、低コスト化を図ることができる。
【００９４】
そして、レジスト層２１４を放射線２１８によって暴露した後に所定の条件により現像処理を行うと、放射線２１８の暴露領域２１７において、レジスト層２１４が選択的に除去され、図８（Ｃ）に示すように、基材２１２の表面が露出し、それ以外の領域はレジスト層２１４により覆われたままの状態となる。
【００９５】
続いて、パターン化されたレジスト層２１４を、加熱して軟化させ、その表面張力によって、図８（Ｄ）に示すように側面を傾斜させる。
【００９６】
次に、図８（Ｄ）に示すように、このレジスト層２１４をマスクとして、エッチャント２２０によって、基材２１２を所定の深さエッチングを行う。詳しくは、異方性エッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングを行う。
【００９７】
ここで、レジスト層２１４は側面が傾斜しているので、エッチングにより、この形状のレジスト層２１４が徐々に小さくなって、基材２１２は徐々に露出していく。この露出した領域が連続的に徐々にエッチングされていく。こうして、基材２１２が連続的に徐々にエッチングされるので、エッチング後の基材２１２の表面には、図９（Ａ）に示すように、台形の凸部２２２が形成される。
【００９８】
そして、凸部２２２上のレジスト層２１４を、必要であれば除去して、原盤２２４が得られる。
【００９９】
本実施形態によれば、原盤２２４の凸部２２２の断面が台形をなす。この原盤２２４を、図１に示す原盤２０の代わりに使用すれば、開口部が底面よりも大きくなるように側面を傾斜させた凹部２０２を形成することができる。この凹部２０２によれば、遮光性材料４２を容易に確実に導き入れることができる。したがって、インクジェットヘッドの制御が容易で、製造上の歩留まりが良くなるという効果を奏する。
【０１００】
この原盤２２４は、本実施形態では、一旦製造すればその後、耐久性の許す限り何度でも使用できるため経済的である。また、原盤２２４の製造工程は、２枚目以降のマイクロレンズアレイの製造工程において省略でき、工程数の減少および低コスト化を図ることができる。
【０１０１】
上記実施の形態では、基材２１２上に凹部２２２を形成するに際し、ポジ型のレジストを用いたが、放射線に暴露された領域が現像液に対して不溶化し、放射線に暴露されていない領域が現像液により選択的に除去可能となるネガ型のレジストを用いても良く、この場合には、上記マスク２１６とはパターンが反転したマスクが用いられる。あるいは、マスクを使用せずに、レーザ光あるいは電子線によって直接レジストをパターン状に暴露しても良い。
【０１０２】
また、現像処理条件を調整することにより、図８（Ｄ）に示すように、パターン化されたレジスト層２１４の側面を傾斜させることが可能な場合には、レジスト層２１４を加熱する工程を省略してもよい。
【０１０３】
あるいは、図１０に、マスクの変形例を示す。同図に示すマスク２４０は、放射線２３８の透過部２４２と、遮蔽部２４４と、半透過部２４６とを有するハーフトーンマスクである。半透過部２４６は、遮蔽部２４４から離れるに従って徐々に放射線２３８の透過率が高くなるように形成されている。同図では、半透過部２４６を形成する遮蔽材の厚みを変化させることで、透過率を変化させているが、濃淡によって透過率を変化させてもよい。このマスク２４０を使用すると、放射線２３８が、半透過部２４６を減衰されながらも通過して、レジスト層２３４を暴露する。詳しくは、透過部２４２から遮蔽部２４４に向けて、減衰率が高くなるように、放射線２３８が半透過部２４６を透過する。その結果、遮蔽部２４４に近づくに従って、放射線２３８による暴露が浅くなり、図１０に示すように、側面が傾斜したレジスト層２３４を残す領域が暴露領域２３７となる。こうすることでも、側面が傾斜したレジスト層のパターン化を行うことができる。
【０１０４】
（第４の実施形態）
図１１〜図１４（Ｃ）は、第４の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板及びその製造方法を示す図である。本実施形態では、図１１に示すマイクロレンズアレイ基板３００を製造する。マイクロレンズアレイ基板３００は、凹部３０２の形状において、図２（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ基板３２と異なる。すなわち、凹部３０２は、内側面のうち開口端部のみがテーパ形状に形成されている。このように開口端部がテーパ形状となった凹部３０２によれば、底面に比べ開口部が広くなっているので、画素密度が高くなっても、遮光性材料４２（図２（Ｂ）参照）を確実に充填することができる。この形状の凹部２０２を形成するには、立ち上がりの基端部において台形と同様に傾斜した側面を有する凸部を有する原盤を使用する。
【０１０５】
図１２（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、凹部３０２を形成するための原盤を形成する工程を示す図である。
【０１０６】
まず、図１２（Ａ）に示すように、基材３１２上にマスク層３１４を形成する。基材３１２は、エッチング可能な材料であれば特に限定されるものではないが、シリコン又は石英は、高精度のエッチングが容易であるため好適である。
【０１０７】
マスク層３１４は、基材３１２に強固に一体化して剥離しにくいものが好ましい。例えば、基材３１２がシリコンで形成されている場合には、その表面を熱酸化させて形成したシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）をマスク層３１４とすることができる。これによれば、マスク層３１４は、基材３１２と強固に一体化する。あるいは、基材３１２が金属、石英、ガラス又はシリコンである場合には、その表面にＡｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｔｉのいずれかで膜を形成し、これをマスク層３１４としてもよい。
【０１０８】
次に、図１２（Ｂ）に示すように、基材３１２上に形成されたマスク層３１４上にレジスト層３１６を形成する。レジスト層３１６の材料及びその形成方法は、上述した第３の実施形態で適用できるものを選択できる。
【０１０９】
続いて、図１２（Ｃ）に示すように、マスク３１８をレジスト層３１６の上に配置し、マスク３１８を介してレジスト層３１６の所定領域のみを放射線３２０によって暴露する。マスク３１８は、最終的に製造される原盤３３２の凸部３３４（図１４（Ｃ）参照）の形成に必要とされる領域において、放射線３２０が透過するようにパターン形成されたものである。マスク３１８における放射線透過部は、ブラックマトリクスの形状に応じた枠状をなしている。ブラックマトリクスの形状は、モザイク配列、デルタ配列又はストライプ配列などの画素配列に応じたものである。放射線としては波長２００ｎｍ〜５００ｎｍの領域の光を用いることが好ましい。
【０１１０】
そして、レジスト層３１６を放射線３２０によって暴露した後に所定の条件により現像処理を行うと、放射線３２０の暴露領域３１７において、レジスト層３１６が選択的に除去され、図１２（Ｄ）に示すように、基材３１２の表面が露出し、それ以外の領域はレジスト層３１６により覆われたままの状態となる。
【０１１１】
続いて、パターン化されたレジスト層３１６を、加熱して軟化させ、その表面張力によって、図１２（Ｅ）に示すように側面を傾斜させる。
【０１１２】
次に、図１２（Ｅ）に示すように、側面が傾斜したレジスト層３１６をマスクとして、エッチャント３２２によって、マスク層３１４をエッチングする。詳しくは、異方性エッチング、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングを行う。
【０１１３】
ここで、レジスト層３１６は側面が傾斜しているので、エッチングにより、この形状のレジスト層３１６が徐々に小さくなって、基材３１２は徐々に露出していく。この露出した領域が連続的に徐々にエッチングされていく。こうして、基材３１２が連続的に徐々にエッチングされるので、マスク層３１４は、図１３（Ａ）に示すように台形をなす。マスク層３１４からは、基材３１２の表面の一部が露出する。詳しくは、マスク層３１４の周囲を囲んで、基材３１２の表面の一部が露出する。この露出部は、ブラックマトリクスの形状に応じた枠状をなしている。ブラックマトリクスの形状は、モザイク配列、デルタ配列又はストライプ配列などの画素配列に応じたものである。また、基材３１２の表面の一部が露出した時点で、エッチングを停止することが好ましい。
【０１１４】
そして、マスク層３１４上のレジスト層３１６を必要であれば除去し、図１３（Ｂ）に示すように、エッチャント３２４によって、基材３１２におけるマスク層３１４から露出した部分をエッチングする。
【０１１５】
ここでは、基材３１２の表面に垂直にエッチングが進む高異方性エッチングであって、基材３１２をエッチングするがマスク層３１４をエッチングしにくい高選択性エッチングが行われる。
【０１１６】
こうして、エッチングがされると、図１３（Ｃ）に示すように、基材３１２に原盤形成用凹部３２６が形成される。原盤形成用凹部３２６は、ブラックマトリクスの形状に応じた枠状をなしている。ブラックマトリクスの形状は、モザイク配列、デルタ配列又はストライプ配列などの画素配列に応じたものである。
【０１１７】
また、原盤形成用凹部３２６にて囲まれる凸部３２５上には、台形のマスク層３１４が残されている。ここで、凸部３２５の側面は垂直に立ち上がり、マスク層３１４の側面は傾斜してテーパ状をなしている。このことから、原盤形成用凹部３２６の側面は、底面から垂直に立ち上がり、開口端部において徐々に径が大きくなる方向に拡がって傾斜するテーパ面となっている。
【０１１８】
続いて、図１４（Ａ）に示すように、基材３１２における原盤形成用凹部３２６が形成されている面上に、金属膜３２８を形成して、その表面を導電（体）化する。金属膜３２８としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）を５００〜１０００オングストローム（１０^-10ｍ）の厚みで形成すればよい。金属膜３２８の形成方法としては、スパッタリング、ＣＶＤ、蒸着、無電解メッキ法等の方法を用いることが可能である。なお、基材３１２の表面が、この後の電気鋳造法による金属層の形成において必要な導電性を有していれば、この導電化は不要である。
【０１１９】
そして、金属膜３２８を陰極とし、チップ状あるいはボール状のＮｉを陽極として電気鋳造法によりさらにＮｉを電着させて、図１４（Ｂ）に示すように、厚い金属層３３０を形成する。電気メッキ液の一例を以下に示す。
【０１２０】
スルファミン酸ニッケル：５５０ｇ／ｌ
ホウ酸：３５ｇ／ｌ
塩化ニッケル：５ｇ／ｌ
レベリング剤：２０ｍｇ／ｌ
続いて、図１４（Ｃ）に示すように、金属膜３２８及び金属層３３０を、基材３１２から剥離し、必要があれば洗浄する等して、原盤３３２が得られる。金属膜３２８は、必要に応じて剥離処理を施して、原盤３３２から除去してもよい。
【０１２１】
原盤３３２には、基材３１２の原盤形成用凹部３２６に対応して、凸部３３４が形成されている。詳しくは、原盤形成用凹部３２６が、開口端部において、外方向に向けて径が大きくなるように傾斜するテーパ状をなしているので、これに対応して、凸部３３４には、基端部において、先端方向に向けて徐々に径が小さくなる方向に傾斜するテーパ面が形成されている。
【０１２２】
本実施形態によれば、原盤３３２の凸部３３４が上述した形状をなす。この原盤３３２を、図１に示す原盤２０の代わりに使用すれば、開口端部において径が大きくなるように傾斜した凹部３０２を形成することができる。この凹部３０２によれば、遮光性材料４２を容易に確実に導き入れることができる。したがって、インクジェットヘッドの制御が容易で、製造上の歩留まりが良くなるという効果を奏する。
【０１２３】
この原盤３３２は、本実施形態では、一旦製造すればその後、耐久性の許す限り何度でも使用できるため経済的である。また、原盤３３２の製造工程は、２枚目以降のマイクロレンズアレイの製造工程において省略でき、工程数の減少および低コスト化を図ることができる。
【０１２４】
図１５は、本発明を適用した液晶プロジェクタの一部を示す図である。この液晶プロジェクタは、上述した第２の実施形態に係る方法により製造されたマイクロレンズアレイ基板１３２を組み込んだライトバルブ１と、光源としてのランプ２とを有する。
【０１２５】
マイクロレンズアレイ基板１３２は、レンズ１３４はランプ２から見て凹状になるように配置されている。そして、ブラックマトリクスとなる遮光層１３８側の補強板１４８上には、透明な共通電極１６２及び配向膜１６４が積層されている。
【０１２６】
ライトバルブ１には、配向膜１６４からギャップをあけて、ＴＦＴ基板１７４が設けられている。ＴＦＴ基板１７４には、透明な個別電極１７０及び薄膜トランジスタ１７２が設けられており、これらの上に配向膜１６８が形成されている。また、ＴＦＴ基板１７４は、配向膜１６８を配向膜１６４に対向させて配置されている。
【０１２７】
配向膜１６４、１６８間には、液晶１６６が封入されており、薄膜トランジスタ１７２によって制御される電圧によって、液晶１６６が駆動されるようになっている。
【０１２８】
この液晶プロジェクタによれば、ランプ２から照射された光３が、各画素毎にレンズ１３４にて集光するので、明るい画面を表示することができる。また、遮光層１３８がブラックマトリクスとなるので、画素間のコントラストを向上させることができる。
【０１２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、第２実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、第２実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図７】図７は、第３の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板を示す図である。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、第３の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、第３の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態で使用されるマスクの変形例を示す図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｅ）は、第４の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は、第４の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、第４の実施形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明を適用して製造されたマイクロレンズアレイ基板が組み込まれた液晶プロジェクタを示す図である。
【符号の説明】
１０原盤
１２曲面部
２０原盤
３０基板前駆体
３２マイクロレンズアレイ基板
３４レンズ
３６凹部
３８遮光性層
４２遮光性材料
４８、５４補強板
５０、５６保護膜
５８光

Claims

複数の曲面部を有する第１の原盤と、複数の凸部を有する第２の原盤と、の間に基板前駆体を密着させて、前記曲面部にて形成された複数のレンズと、前記凸部にて形成された複数の凹部とを有する基板を形成する工程と、
前記基板から前記第１及び第２の原盤を剥離する工程と、
少なくとも前記第２の原盤が剥離された後に、前記凹部に遮光性材料を充填する工程と、
を含むマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項１記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記曲面部の中心を避けた領域に前記凸部を対向させて、前記第１及び第２の原盤の間に、前記基板前駆体を密着させるマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項１又は請求項２記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記凹部に充填された前記遮光性材料及び前記レンズのうち少なくとも一方の上に、保護膜前駆体を載せて、前記保護膜前駆体を固化して保護層を形成する工程を含むマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項３記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記保護膜前駆体は、エネルギーの付与により硬化可能な物質であるマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項４記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記エネルギーは、光及び熱の少なくともいずれか一方であるマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項５記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記保護膜前駆体は、紫外線硬化型樹脂であるマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項３から請求項６のいずれかに記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記保護膜前駆体上に補強板を載せてから前記保護膜前駆体を固化するマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項１から請求項７のいずれかに記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記基板前駆体は、エネルギーの付与により硬化可能な物質であるマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項８記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記エネルギーは、光及び熱の少なくともいずれか一方であるマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項９記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記基板前駆体は、紫外線硬化型樹脂であるマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記凹部に、前記遮光性材料をインクジェット方式によって充填するマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記凹部は、底面よりも開口部の面積が大きくなるように、少なくとも内側面の一部がテーパにて形成されているマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
請求項１２記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、
前記テーパは、内側面の開口端部のみに形成されているマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
一方の面に複数のレンズが形成されるとともに、他方の面において前記レンズの少なくとも中心を避ける位置に対応して複数の凹部が形成され、前記凹部に遮光性層が形成されたマイクロレンズアレイ基板。
請求項１４記載のマイクロレンズアレイ基板において、
前記レンズ及び前記遮光性層の少なくとも一方の上に保護膜を有するマイクロレンズアレイ基板。
請求項１５記載のマイクロレンズアレイ基板において、
前記保護膜上に補強板を有するマイクロレンズアレイ基板。
請求項１４から請求項１６のいずれかに記載のマイクロレンズアレイ基板において、
前記凹部は、底面よりも開口部の面積が大きくなるように、少なくとも内側面の一部がテーパにて形成されているマイクロレンズアレイ基板。
請求項１７記載のマイクロレンズアレイ基板において、
前記テーパは、内側面の開口端部のみに形成されているマイクロレンズアレイ基板。
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法により製造されるマイクロレンズアレイ基板。
請求項１４から請求項１９のいずれかに記載のマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板に向けて光を照射する光源と、を有し、
前記マイクロレンズアレイ基板は、前記レンズが形成された面を前記光源に向けて配置される表示装置。
請求項２０記載の表示装置において、
前記マイクロレンズアレイ基板を構成する材料の光屈折率ｎa と、前記レンズの外側における光屈折率ｎb とは、ｎa ＞ｎb の関係にあり、前記レンズは凸レンズである表示装置。
請求項２０記載の表示装置において、
前記マイクロレンズアレイ基板を構成する材料の光屈折率ｎa と、前記レンズの外側における光屈折率ｎb とは、ｎa ＜ｎb の関係にあり、前記レンズは凹レンズである表示装置。