JP3947279B2 - 凹凸パターンの形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は凹凸パターンの形成方法に係り、特に2種以上の厚みを有する凹凸パターンを簡便に形成するための形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板上に凹凸パターンを形成したものとして、例えば、基板上にマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレーが従来から知られている。マイクロレンズアレーは、近年普及しているバックライト方式のカラー液晶ディスプレイ(LCD)において、照明用光源からの光を効率良く画素部に集光するための手段として使用されている(特開昭60−165623号等)。また、CCD等を使用したカラーイメージセンサーにおいて、有効開口率を上げるために各受光セルに対応して受光面に配設され使用されている(特開昭61−67003号)。さらに、近年、光通信等で使用が増大している光ファイバにおいても、光の結合を行う場合にマイクロレンズが組み合わされて使用されている(特開昭61−153602号)。
【0003】
また、カラー液晶ディスプレイに使用されるカラーフィルタにおいても液晶層の厚みを最適なものとするために凹凸パターンの形成が行われている。これは、カラー液晶ディスプレイでは、本来、液晶層の厚みにムラがあると、輝度ムラ、色ムラが生じ、表示品質を著しく損なうことになるので、液晶層の厚みはできる限り均一であることが望ましいが、カラーフィルタの画素の色(R、G、B)によって光透過率が異なるため、画素の色(R、G、B)に対応して液晶層の厚みを最適化することが要求されるためである。そして、カラーフィルタを構成する着色層を凹凸パターンとして形成して各色(R、G、B)毎の厚みに変化をもたせたり、着色層上に設ける保護膜を凹凸パターンとして形成して各色(R、G、B)に対応した厚みを持たせることによって、液晶層の厚みの制御が行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、基板の一方の面に凹凸パターンであるマイクロレンズを形成してマイクロレンズアレーとするには、▲1▼金型によってプラスチックあるいはガラスの表面をレンズ状の凹凸に成型する方法、▲2▼熱可塑性樹脂を用いてレンズの平面形状にパターン化し、その後、熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱して流動させることによりパターンエッジにダレを生じさせて凸レンズを形成する方法(特開昭60−38989号等)、▲3▼感光性樹脂にプロキシミティ露光を施してパターンエッジにボケを生じさせ、このボケに応じて光反応生成物の量に分布をもたせて凸レンズ形状を得る方法(特開昭61−153602号)、▲4▼感光性ガラスに対する光照射によって生じる結晶化に伴った収縮を利用して凸レンズを形成する方法(Applied Optics Vol.24,No.16,PP2520(1985))、▲5▼感光性樹脂をアライナーを用いて所望のパターン状に露光すると、非露光部から露光部に未反応のモノマーが移動して露光部が盛り上がるという現象を利用した凸レンズ形成方法(応用物理学会光学懇話会微小光学研究グループ機関誌 Vol.5,No.2,PP118(1987),同 Vol.6,No.2,PP87(1988))等がある。
【0005】
しかしながら、上述のいずれの凹凸パターン形成方法も、工程が煩雑であったり、歩留りが低い等の問題があり、所望の凹凸パターンをより簡便に形成できる方法の開発が望まれている。
【0006】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、所望の形状、特性を備えた凹凸パターンを簡便に形成することが可能な凹凸パターンの形成方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の凹凸パターンの形成方法は、親水性基の導入量のみが異なる2種以上の樹脂を用いて、基板上に所望の形状で親水性の異なるパターン領域を2種以上有する樹脂層を形成する第1の工程と、所定の親水性を有するパターン形成用の組成物を前記各パターン領域を覆うように塗布し、該塗布膜を加熱して流動させることにより、前記塗布膜と前記各パターン領域との親水性の程度差に応じてパターン領域毎に塗布膜を所望の厚みにした後、前記塗布膜を硬化させて凹凸パターンを形成する第2の工程、を有するような構成とした。
【0008】
このような本発明では、塗布膜が、基板上の2種以上のパターン領域が有する親水性の程度に応じた表面張力の差により厚みに変化を生じ、その後、この塗布膜を硬化させることによって所望の凹凸形状を有するパターンが形成される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
【0010】
図1は本発明の凹凸パターンの形成方法の一実施形態を示す工程図である。
【0011】
本発明の凹凸パターンの形成方法では、まず、第1の工程として、基板2上に樹脂層3を形成する(図1(A))。この樹脂層3は、所定の親水性を備えるパターン領域3aと、このパターン領域3aとは親水性が異なるパターン領域3bの2種の領域からなり、パターン領域3aおよびパターン領域3bは、それぞれ所望の形状に形成されている。
【0012】
このような樹脂層3は、例えば、公知のポジ型あるいはネガ型の感光性樹脂組成物を基板2上に塗布し、所定のフォトマスクを介して露光し現像することにより形成することができる。
【0013】
また、樹脂層3の各パターン領域3a、3bの親水性は、後述のパターン形成用の組成物からなる塗布膜の表面の親水性、各パターン領域3a、3b上に形成する凹凸パターンの厚み等を考慮して設定することができる。例えば、各パターン領域3a、3bの親水性と塗布膜の親水性を、▲1▼塗布膜>3a>3bの順、あるいは、▲2▼塗布膜<3a<3bの順とすることができる。樹脂層3の各パターン領域3a、3bの親水性の制御は、例えば、樹脂層3の形成に使用する樹脂成分に導入するカルボキシル基、水酸基、アルキル基等の導入基の量を適宜変える方法、表面に対して選択的に酸処理、紫外線/オゾン(UV/O3 )処理、あるいは界面活性剤処理等を施す方法等により行うことができる。
【0014】
上述のような樹脂層3を形成する基板2は、凹凸パターンの使用目的等に応じて任意に選択することができる。例えば、凹凸パターンの使用目的がマイクロレンズアレーの場合、基板2は、ガラス基板、石英基板、エンジニアリング用プラスチック基板等を使用できる。また、凹凸パターンの使用目的がカラーフィルタの場合、基板2としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のないリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有するフレキシブル材を用いることができる。
【0015】
次に、第2の工程として、まず、樹脂層3を覆うようにパターン形成用の組成物を用いて塗布膜4を形成する(図1(B))。パターン形成用の組成物としては、例えば、感光性アクリル樹脂、感光性エポキシ樹脂、感光性ウレタン樹脂、スチルバゾリウムキノリウム基を導入したポリビニルアルコール樹脂等の感光性樹脂の1種または2種以上を使用し、これに硬化剤、溶剤等を適宜添加したものを使用することができる。尚、使用する感光性樹脂は、水酸基に適宜カルボキシル基等を反応させる方法等によって所望の親水性を具備させたものを使用することができる。
【0016】
この段階の塗布膜4の厚みは均一であり、各パターン領域3a、3b毎に所定の厚みをもって形成される凹凸パターンの最終形状等を考慮して塗布膜4の厚みを設定することができ、例えば、0.5〜5.0μm程度の範囲で設定することができる。
【0017】
上述のように形成した塗布膜4は、溶剤を除去することによってある程度の形状安定性を付与した後、樹脂層3の各パターン領域3a、3bが有する親水性と塗布膜4が有する親水性との関係から塗布膜4に作用する表面張力の差によって、塗布膜4が流動するような温度に加熱される。この加熱温度は、樹脂層3の各パターン領域3a、3bの親水性と塗布膜4の親水性、および、塗布膜4を構成する樹脂成分等を考慮して設定することができ、例えば、70〜150℃程度の範囲で設定することができる。尚、使用するパターン形成用の組成物によっては、塗布膜4を形成した後、乾燥工程を経ることなく所定の温度に加熱して塗布膜4の流動を生じさせてもよい。
【0018】
上述のような操作により、塗布膜4は樹脂層3の各パターン領域3a、3b毎に所定の厚みをもつことになる(図1(C))。図示例では、樹脂層3のパターン領域3a上の塗布膜4aの厚みが、パターン領域3b上の塗布膜4bの厚みよりも大きくなっている。
【0019】
次に、塗布膜4を冷却し、必要に応じて所定のフォトマスクを介しての露光・現像等により塗布膜4を硬化させて、樹脂層3の各パターン領域3a、3b上に凹凸パターン5を形成する。形成された凹凸パターン5は、樹脂層3のパターン領域3aに対応する厚みの大きい箇所と、樹脂層3のパターン領域3bに対応する厚みの小さい箇所の2種の厚みを有するように構成されている。
【0020】
上述の実施形態では、基板2上に樹脂層3を設け、この樹脂層3の各パターン領域3a、3bの親水性と、パターン形成用の組成物を用いて形成した塗布膜4の親水性との関係から塗布膜4に作用する表面張力の差によって塗布膜4を流動させて膜厚差を生じさせているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図2に示すように、基板2の表面を処理することによって、基板2上に所定の親水性を備えるパターン領域2aと、このパターン領域2aとは親水性が異なるパターン領域2bの2種の所望のパターン領域を形成し、上述の実施形態における樹脂層3の各パターン領域3a、3bの代わりに、基板2上の各パターン領域2a、2bを使用して基板上に直接凹凸パターンを形成することもできる。この場合、例えば、基板2として、ガラス基板、石英ガラス基板、エンジニアリング用プラスチック基板等の基板を使用し、所望の親水性を付与するための表面処理として、表面に対して選択的に酸処理、紫外線/オゾン(UV/O3 )処理、界面活性剤処理等を行うことができる。尚、基板2の有する親水性を利用し、基板2の表面を所望の形状で残してパターン領域としてもよいことは勿論である。
【0021】
また、図1に示される上述の実施形態では、形成された凹凸パターン5は、樹脂層3のパターン領域3aに対応する厚みの大きい箇所と、樹脂層3のパターン領域3bに対応する厚みの小さい箇所の2種の厚みを有するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。ここで、図3を参照して3種の厚みを有する凹凸パターンの形成方法の一例を説明する。まず、基板12上に親水性の異なる3種のパターン領域13a、13b、13cからなる樹脂層13を形成する(図3(A))。この樹脂層13の形成は、上述の実施形態の樹脂層3と同様にして行うことができる。次に、この樹脂層13上にパターン形成用の組成物を塗布して塗布膜14を形成する。この場合、例えば、樹脂層13の各パターン領域13a、13b、13cの親水性と塗布膜14の親水性を、▲1▼13a>13b>13c>塗布膜14の順、あるいは、▲2▼13a<13b<13c<塗布膜14の順とすることができる。そして、塗布膜14の親水性と樹脂層13の各パターン領域13a、13b、13cが有する親水性との関係から塗布膜に作用する表面張力の差によって膜厚差を生じさせる(図3(B))。図示例では、樹脂層13のパターン領域13a上の塗布膜14aの厚みが最も小さく、パターン領域13b上の塗布膜14b、パターン領域13c上の塗布膜14cの順に厚みが大きくなっている。その後、塗布膜14を硬化させて、樹脂層13の各パターン領域13a、13b、13c上に凹凸パターン15を形成することができる(図3(C))。形成された凹凸パターン15は、樹脂層13のパターン領域13a、13b、13cの親水性に対応する3種の厚みを有するものとなっている。
【0022】
本発明では、基板上に所望の形状で設ける2種以上のパターン領域の親水性と、パターン形成用の組成物を用いて形成する塗布膜の親水性との関係から塗布膜に作用する表面張力の差によって塗布膜に膜厚差を生じさせるので、親水性の程度の差、塗布膜の流動性等を適宜調整することによってパターンの凹凸形状は任意に設定することができる。
【0023】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【0024】
まず、下記組成の2種の感光性樹脂組成物A、Bを調製した。これらの感光性樹脂組成物は、使用する感光性樹脂の水酸基をカルボキシル基に交換することによって所定の親水性が付与されている。
【0025】
また、パターン形成用の組成物として、下記組成の組成物Cを調製した。
【0026】
上述の感光性樹脂組成物A、Bおよびパターン形成用の組成物Cの親水性の程度は、C<A<Bの順となっている。
【0027】
次に、レンズ用基板として10cm角の石英ガラス基板(厚み1.1mm、屈折率1.46)を準備し、このレンズ用基板上に感光性樹脂組成物Aをスピンコート法(回転数800r.p.m.)により塗布して乾燥し、所定の開口を有するフォトマスクを介して露光・現像し、50μm×50μmのパターンA(厚み1.0μm)を60μmピッチで形成した。同様にして、感光性樹脂組成物Bを用いて、パターンAの形成されていない領域にパターンBを形成した(図1(A)に相当)。
【0028】
次いで、パターンAとパターンBからなる樹脂層を形成したレンズ用基板上に上記のパターン形成用の組成物Cをスピンコート法(回転数700r.p.m.)により塗布し、70℃で2分間乾燥して塗布膜を形成した(図1(B)に相当)。その後、レンズ用基板を120℃に5分間保持し、樹脂層のパターンA、パターンBが有する親水性と塗布膜が有する親水性との関係から塗布膜に作用する表面張力の差によって塗布膜を流動させ膜厚差を発生させた(図1(C)に相当)。
【0029】
次に、レンズ用基板を室温まで冷却した後、フォトマスクを使用したアライナーにより3.0kWの超高圧水銀ランプを用いて樹脂層の形成領域およびその周辺部の塗布膜に紫外線を10秒間照射した。その後、0.05%水酸化カリウム水溶液(液温23℃)に1分間浸漬してアルカリ現像を行い、塗布膜の未硬化部分を除去し、更に、180℃で60分間の熱処理を行って凹凸パターンを形成した(図1(D)に相当)。これにより、約55μm角、焦点距離150μmのマイクロレンズが複数配列されたマイクロレンズアレーが得られた。
【0030】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば第1の工程において基板上に所望の形状で親水性の異なるパターン領域を2種以上形成し、第2の工程において、まず、形成されたパターン領域を覆うようにパターン形成用の組成物を用いて塗布膜を形成するので、形成された塗布膜が上記の各パターン領域が有する親水性の程度に応じて厚みに変化を生じ、その後、この塗布膜を硬化させて凹凸パターンを形成するので、形成された凹凸パターンは、上記パターン領域毎に所望の厚みを有するものとなり、これにより、所望の凹凸形状を有するパターンを簡便に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の凹凸パターンの形成方法の一実施形態を示す工程図である。
【図2】本発明の凹凸パターンの形成方法の他の実施形態を示す図である。
【図3】本発明の凹凸パターンの形成方法の他の実施形態を示す工程図である。
【符号の説明】
2,12…基板
3,13…樹脂層
2a,2b,3a,3b,13a,13b,13c…親水性の異なるパターン領域
4,14…塗布膜
5,15…凹凸パターン
Claims (1)
- 親水性基の導入量のみが異なる2種以上の樹脂を用いて、基板上に所望の形状で親水性の異なるパターン領域を2種以上有する樹脂層を形成する第1の工程と、
所定の親水性を有するパターン形成用の組成物を前記各パターン領域を覆うように塗布し、該塗布膜を加熱して流動させることにより、前記塗布膜と前記各パターン領域との親水性の程度差に応じてパターン領域毎に塗布膜を所望の厚みにした後、前記塗布膜を硬化させて凹凸パターンを形成する第2の工程、を有することを特徴とする凹凸パターンの形成方法。
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