JP4133652B2 - Pattern forming method and two-layer structure microlens using the same - Google Patents

Pattern forming method and two-layer structure microlens using the same Download PDF

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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を用いたパターン形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示素子および液晶プロジェクタ、または光通信などの分野においては、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイなどのように、少なくとも一表面部に球面部分またはプリズムなどが形成された透明基板が使用されつつある。
【0003】
例えば、液晶表示素子を用いてカラー画像を表示する投影型液晶表示装置においては、特許文献1に示されるようなマイクロレンズアレイを用いた単板式液晶素子が提案されている。
【0004】
液晶表示素子を用いた投影型カラー画像表示方式では、従来から、三原色に応じて液晶表示素子を三枚用いる三板式と、一枚のみを用いる単板式とがある。前者の三板式は、白色光を赤・緑・青の三原色の色光にそれぞれ分割する光学系と、各色光を制御して画像を形成する三枚の液晶表示素子とをそれぞれ独立に備えており、各色の画像を光学的に重畳してフルカラー表示を行うものである。この三板式の構成では、白色光源から放射される光を有効に利用でき、かつ色の純度も高いという利点があるが、上述のように色分離系と色合成系が必要なため、光学系が繁雑で部品点数が多くなってしまい、低コスト化及び小型化の点では、後述の単板式に比べて一般的に不利である。
【0005】
これに対して、後者の単板式は、液晶表示素子を一枚のみ用いる構成であり、モザイク状、ストライプ状等の三原色カラーフィルタパターンを備えた液晶表示素子を投影光学系によって投影するものがある。単板式は使用する液晶表示素子が一枚ですみ、かつ光学系の構成も三板式に比べて単純になるので、低コスト、小型の投影型システムに適している。
【0006】
このような単板式の液晶表示素子は、上述した特許文献1のように2層構造のマイクロレンズを用いることで、吸収型のカラーフィルタが不要となり、光の利用効率が向上するだけでなく、マイクロレンズアレイを通過した後の各色の主光線が略平行になり、従って、投影レンズに達するまでの各色の主光線の拡がりが小さく、投影レンズでのケラレによる光量低下がなく、極めて明るい画像を提供することができる。
【0007】
この2層構造のマイクロレンズの作製方法としては、1層目のマイクロレンズと2層目のマイクロレンズとを、同一光軸上に配置し、接着、固定する方法がある。
【0008】
また、一般的なパターン形成方法として、感光性樹脂をパターンに応じて露光させることで、所望のパターン形状を形成する方法がある。この場合に、基板上に備えられたマイクロレンズを用いて感光性材料層を露光することで、マイクロレンズの焦点位置に微細な露光分布にて照射し、微細なパターン形成が行われることも知られている。
【0009】
【特許文献1】
特開平7−181487号公報(1995年7月21日公開)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の2層構造のマイクロレンズの作製方法では、組み合わせレンズの収差を小さくするために、1層目のマイクロレンズと2層目のマイクロレンズとの貼り合わせ工程において、1層目のマイクロレンズと2層目のマイクロレンズとの光軸の位置ずれを極力小さくする必要があり、そのためには複雑な調整機構を用いて光軸調整を行わなければならず、生産性に問題があった。
【0011】
また、感光性樹脂を露光してパターン形成する方法においては、所望の3次元のパターン、特に、感光性樹脂が塗布された基板に対して、略垂直な壁面を有するパターンを得る方法は知られていない。
【0012】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の3次元のパターンを得ることができるパターン形成方法を提供することにある。
【0013】
また、本発明は、光軸調整を簡単化し、製造工程の簡略化を実現できる2層マイクロレンズを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成方法は、上記の課題を解決するために、透明基板にマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成工程と、上記マイクロレンズの焦点位置に感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、上記感光性樹脂層に対して、上記マイクロレンズを介して露光することにより、上記感光性樹脂層を上記透明基板に対して略垂直な壁面を有する凹凸形状に硬化させる露光工程と、を含み、上記露光工程において、上記感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凸部の縁となる部分における露光量と、凸部に隣接する凹部となる部分における露光量との差を、所望の凹凸の高さを形成するために必要な露光量の差よりも大きくすることを特徴としている。
【0015】
上記「略垂直な壁面を有する凹凸形状」とは、少なくとも略垂直な壁面を有する形状であればよく、ここでいう凹部は上記壁面に続く面であって壁面より透明基板に近い面であり、凸部は上記壁面に続く面であって壁面より透明基板から遠い面である。
【0016】
なお、上記感光性樹脂層は露光量の対数に比例して、硬化する厚さが変化するものであり、ここで言う「所望の凹凸の高さを形成するために必要な露光量の差」とは、この比例関係から導き出された理論上の値である。
【0017】
上記の構成によれば、マイクロレンズを透過した光を用いてパターン形成がされるため、微細な露光分布で感光性樹脂を露光し、微細なパターンを形成できる。また、このパターンを用いて別のマイクロレンズを形成すれば、2層の同一光軸上に配置されたマイクロレンズを形成することができる。これによれば、複雑な調整機構を必要とせずに、2層のマイクロレンズの光軸調整を高精度で行える。
【0018】
さらに、凹凸形状のパターンを形成する際に、凹部と凸部との境界の内外での露光量の差を、上記所望の凹凸の高さを形成するために必要な露光量の差より大きくすることで、露光量分布の立ち上がり、すなわち露光量の変化がより急峻になるので、パターニングされた凹凸形状の壁面を略垂直とすることが可能となる。
【0019】
また本発明のパターン形成方法は、上記感光性樹脂層がポジ型感光性樹脂からなり、上記露光工程において、上記感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凸部となる部分から凹部となる部分へと露光量を不連続的に増大させ、さらに、凸部に隣接する凹部となる部分における露光量を、凹部となるその他の部分の露光量より増大させることを特徴としている。
【0020】
感光性樹脂としてポジ型感光性樹脂を用いる場合、上記感光性樹脂層は露光量が多い部分ほど厚みが薄くなる。したがって、感光性樹脂層としてポジ型感光性樹脂を用いる場合には、上記感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凸部となる部分から凹部となる部分へと露光量を不連続的に増大させることで、凹凸形状を形成できる。さらに、凸部に隣接する凹部となる部分における露光量を、凹部となるその他の部分の露光量より大きくすれば、露光量分布の立ち上がりが急峻になるので、パターニングされた凹凸の壁面を略垂直とすることが可能となる。
【0021】
また本発明のパターン形成方法は、上記感光性樹脂層がネガ型感光性樹脂からなり、上記露光工程において、感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凹部となる部分から凸部となる部分へと露光量を不連続的に増大させ、さらに、凸部の縁となる部分における露光量を、凸部の中心となる部分の露光量より増大さを特徴としている。
【0022】
感光性樹脂としてネガ型感光性樹脂を用いる場合、上記感光性樹脂層は露光量が多い部分ほど厚くなる。したがって、感光性樹脂としてネガ型感光性樹脂を用いる場合には、感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凹部となる部分から凸部となる部分へと露光量を不連続的に増大させることで、凹凸形状を形成できる。さらに、凸部の縁となる部分における露光量を、凸部の中心となる部分の露光量より大きくすれば、露光量分布の立ち上がりが急峻になるので、垂直な形状をパターニングすることが可能となる。
【0023】
また本発明のパターン形成方法は、上記露光工程において、上記凸部となる部分の平均露光量と、凹部となる部分の平均露光量との差を、所望の突起の高さを形成するために必要な露光量の差と等しくすることを特徴としている。
【0024】
上記のように、凸部に隣接する凹部となる部分、あるいは凸部の縁となる部分における露光量を増大させた場合、凹凸壁面の形状が略垂直に改善されると共に、増大させない場合に比べて露光量の増大分だけ厚さが若干変化する。例えば、凸部の縁となる部分における露光量を増大させた場合、凸部が若干厚くなる。
【0025】
しかし、上記の構成のよれば、露光量増大分を厚さを別の部分で減らして、凸部となる部分の平均露光量と、凹部となる部分の平均露光量との差を、所望の凹凸の高さを形成するために必要な露光量の差と等しくするので、凹凸が所望の厚さとなる。このためには、凸部の縁となる部分における露光量を増大させた場合、凸部の中心付近となる部分における露光量を減少させ、凸部に隣接する凹部となる部分における露光量を増大させた場合は、凹部となるその他の部分の露光量を減少させればよい。これにより、露光量の増大分が相殺されて所望の高さの凹凸形状を得ることができる。
【0026】
また本発明のパターン形成方法は、上記感光性樹脂層形成工程において、感光性樹脂層の厚さを、上記凹凸形状の一番厚い部分の厚さと等しくすることを特徴としている。
【0027】
上記の構成の感光性樹脂層を用いることにより、凸部となる部分は感光性樹脂層の厚さをそのまま保持すればよく、厚さの制御がしやすくなる。例えば、凸部の縁となる部分における露光量を増大させる場合は、露光量をどんなに増大させても得られる凹凸形状は感光性樹脂層の厚さより厚くならないので、凹凸形状の厚さが所望の厚さより大きくなり、盛り上がってしまうことがない。
【0028】
また本発明のパターン形成方法は、上記露光工程において、上記凸部の縁となる部分における露光量を、凸部の中心となる部分の露光量の1.5倍以上4倍以下とすることを特徴としている。
【0029】
上記の構成にて、凸部の縁となる部分における露光量を増大させることで、凹凸形状の壁面が略垂直で、凸部の厚さが均一となる。なお、露光量の増大量が上記範囲より小さいと、凹凸形状の壁面を略垂直とする本発明の効果が十分でなく、壁面が傾斜する。また、露光量の増大量が上記範囲より大きいと、増大した露光量の光を照射した部分が所望の厚さより盛り上がってしまう。
【0030】
また本発明のパターン形成方法は、さらに、上記マイクロレンズと感光性樹脂層との間に中間基板を形成する基板形成工程と、上記露光工程により形成されたパターンをドライエッチングすることにより、上記中間基板に転写する転写工程と、をことを特徴としている。
【0031】
これにより、感光性樹脂層に形成されたパターンを中間基板に転写でき、上記マイクロレンズ表面に形成された所望の材料からなる基板に、パターンを形成することが可能となる。
【0032】
また本発明の2層構造マイクロレンズは、上記パターン形成方法により得られることを特徴としている。
【0033】
これにより、容易に同光軸上に配された、透明基板と略垂直な壁面を有する2層のマイクロレンズが形成できる。
【0034】
【発明の実施の形態】
本発明のパターン形成方法に関する実施の形態について図1〜図7に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施の形態では、投影型の液晶表示装置に使用する2層マイクロレンズアレイ40の形成方法を例に挙げて説明する。
【0035】
まず、上記液晶表示素子を使用した投影型液晶表示装置70について図2を用いて説明する。
【0036】
投影型液晶表示装置70は、白色光源16、球面反射鏡17、コリメートレンズ19、ダイクロイックミラー15G、15R、15B、2層マイクロレンズアレイ(2層構造マイクロレンズ)40、液晶表示素子18、集光レンズ25、投影レンズ20、投影スクリーン21からなる。
【0037】
白色光源16は映像を投影する際の光源となる白色光を発するものである。球面反射鏡17は、この白色光の一部を反射して、コリメートレンズ19に導く。コリメートレンズ19は、白色光源16からの白色光、および球面反射鏡17を介した白色光を通過させ、平行光にし、ダイクロミックミラー15に導く。扇形に配置された3つのダイクロイックミラー15G、15R、15Bは、白色光をG(Green)、R(Red)およびB(Blue)の各色に分割し、それぞれ異なった角度で反射して、2層マイクロレンズアレイ40に導く。2層マイクロレンズアレイ40は、色毎に異なる角度で入射する光束を、色毎に異なる方向に導く。液晶表示素子(TFT基板)18は2層マイクロレンズアレイ40の光源とは反対側に配置され、2層マイクロレンズアレイ40を透過した光を制御する。集光レンズ25は液晶表示素子18からの光を投影レンズ20に集め、投影レンズ20は投影スクリーン21に映像を投影する。
【0038】
ここで、液晶表示素子18と2層マイクロレンズアレイ40とについて、図3を用いてより詳しく説明する。図3は液晶表示素子18と2層マイクロレンズアレイ40との断面図である。
【0039】
2層マイクロレンズアレイ40は、透明基板7に第1マイクロレンズアレイ(マイクロレンズ)1を形成し、さらに中間基板2を積層し、中間基板2に第2マイクロレンズアレイ5を有している。
【0040】
また、液晶表示素子18は、第2マイクロレンズアレイ5に接する側から、液晶層30と基板32を有している。液晶層30の第2マイクロレンズアレイ5側にはブラックマトリックス14がある。また液晶層30の基板32側には画素31がある。
【0041】
第1マイクロレンズアレイ1は、上述したように、あらかじめ所定の角度差を持って互いに分離した3原色の入射光束(R成分、G成分、B成分)を、対応する3画素の各組へ向けて集光する。一方、第2マイクロレンズアレイ5は、互いに対応する第1マイクロレンズアレイ1と3画素の組との間に介在し、第2マイクロレンズアレイ5の光軸に対して傾斜した入射光束を該光軸に略平行な入射光束に変換する。
【0042】
このような2層マイクロレンズアレイ40を用いた装置では、吸収型のカラーフィルタを用いないので、光の利用効率が向上するだけでなく、2層マイクロレンズアレイ40を通過した後の各色の主光線が略平行になり、投影レンズに達するまでの各色の主光線の拡がりが小さく、投影レンズでのケラレによる光量低下がなく、極めて明るい画像を提供することができる。
【0043】
次に、2層マイクロレンズアレイ40を作製する方法について、図4を用いて、本発明の前提となる2層マイクロレンズアレイ40の作製方法を説明する。
【0044】
この方法では、第1マイクロレンズアレイ1を用いて第2マイクロレンズアレイ5のレンズ形状をパターニングする。つまり、第1マイクロレンズアレイ1の焦点位置付近に形成されたレジスト層3を、第1マイクロレンズアレイ1を介した光にて露光してパターンを形成することで第2マイクロレンズアレイ5を作製するのである。これにより、第1マイクロレンズアレイ1を構成する各レンズの光軸と第2マイクロレンズアレイ5を構成する各レンズの光軸とを互いに一致させることができるため、光軸合わせを簡単化し、作製工程を簡略化している。
【0045】
図4は、2層マイクロレンズアレイ40を形成する工程の概略を段階的に表した断面図である。
【0046】
まず、図4(a)に示すように、周知の方法により第1マイクロレンズアレイ1を透明基板7に形成し(マイクロレンズ形成工程)、この透明基板7の第1マイクロレンズアレイ1が形成された面に、中間基板2として石英を貼り付ける。このとき、第1マイクロレンズアレイ1の各マイクロレンズはその焦点位置が、中間基板2の表面に略位置するように設計されている。そして、この中間基板2の表面に感光性材料としてネガ型のフォトレジストを塗布し、レジスト層(感光性樹脂層)3を形成する(感光性樹脂層形成工程)。なお、レジスト層3は、後述する第2マイクロレンズアレイ5の型となるとなるので、レジスト層3の厚さは第2マイクロレンズアレイ5の厚さ以上に設定しておく必要がある。
【0047】
次に、図4(b)に示すように、このレジスト層3に対し、第1マイクロレンズアレイ1を介して紫外光平行光4を照射する(露光工程)。ここで、上述したように、第1マイクロレンズアレイ1のマイクロレンズ焦点は中間基板2の表面(つまり、中間基板2とレジスト層3との境界面)に位置しているので、紫外光平行光4は第1マイクロレンズアレイ1によってレジスト層3で一点に集光される。そして、この集光スポットによってレジスト層3が露光される。
【0048】
このとき、露光時間、あるいは露光光強度を制御することで、集光スポット位置のレジスト層3に所望の露光量を与えることができる。さらに、この集光スポットは第1マイクロレンズアレイ1への紫外光平行光4の入射角を変えることで移動する。したがって、第1マイクロレンズアレイ1に入射する紫外光平行光の入射角を変化させながら、各点における露光量を制御することでレジスト層3内部に所望の露光量分布を与えることができる。これにより、レジスト層3を露光量に応じた所望の形状に硬化させられる。
【0049】
そして、この露光工程の後に現像処理を行うことで、露光量分布に応じた形状がレジスト層3に形成され、マイクロレンズ型5’ができる(図4(c))。
【0050】
さらに、このようにして得られたマイクロレンズ型5’にドライエッチングを行うことで、下地となる中間基板2にマイクロレンズ型5’を転写することができ、これにより第2マイクロレンズアレイ5が形成される(図4(d))。
【0051】
ここで、ドライエッチングの方法としては、反応性イオンエッチングやイオンミリングなどの方法が挙げられる。この時、エッチング条件の選択によって、マイクロレンズ型5’の厚みを拡大することもできる。
【0052】
例えば、マイクロレンズ型5’と中間基板2とのエッチング選択比が1:2となるようなエッチング条件を選択すると、マイクロレンズ型5’の厚みは中間基板2へ転写した後には2倍となる。例えば、中間基板2が石英からなり、レジスト層3と石英のエッチング選択比が1:2となるようなエッチング条件を選択すると、レジスト層3において厚み50μmのマイクロレンズ型5’は、中間基板2においては厚み100μmの第2マイクロレンズアレイ5に拡大される。
【0053】
以上の工程によって、第1マイクロレンズアレイ1の上面に第2マイクロレンズアレイ5が形成される。
【0054】
このように、本実施の形態では、第1マイクロレンズアレイ1を用いて第2マイクロレンズアレイ5のレンズ形状をパターニングしている。すなわち、第1マイクロレンズアレイ1焦点位置付近に形成されたレジスト層3を、第1マイクロレンズアレイ1を介して露光してマイクロレンズ型5’を形成することで、第1マイクロレンズアレイ1を構成する各レンズの光軸とマイクロレンズ型5’の光軸とを互いに一致させることができる。
【0055】
さらに、これらの工程に続いて、マイクロレンズ型5'をエッチングすることで第2マイクロレンズアレイ5を形成する(転写工程)。これにより、容易に第1マイクロレンズアレイ1と第2マイクロレンズアレイ5との光軸を一致させることができる。よって、2層マイクロレンズアレイ40の光軸合わせを簡単化し、作製工程を簡略化することができる。
【0056】
次に、上記露光工程における露光条件について、以下に説明する。なお、ここでは、図5に示す、投影型液晶表示装置用2層マイクロレンズアレイ40を形成する露光方法について説明する。図5の2層マイクロレンズアレイ40の第2マイクロレンズアレイ5の凸部は、互いの直交するX・Y方向において、X方向の断面が台形形状であり、Y方向の断面は矩形形状、つまり凸部が略垂直な壁面47を有している。
【0057】
上述した第1マイクロレンズアレイ1を用いた露光によるパターン形成法においては、露光量の対数に比例して硬化するレジスト層3が厚くなるので、膜厚分布に応じた露光量分布を与えることで、厚さを変化させることができる。この方法は、図5のX方向の断面の形状のような、断面が台形形状となるパターン、あるいは球面など、連続的に厚さが変化するパターン形状については、露光量に応じて正確に厚さを変えて形成することができる。
【0058】
しかし、図5のY方向断面に示すように、透明基板7に対し略垂直な壁面47を有するパターン形状、すなわち、高さが急激に変化するパターン形状を形成することは難しい。つまり、上記方法において、露光量を急激に変化させたとしても、必ずしも露光量分布に応じて急激に高さが変化するパターンが形成できないのである。
【0059】
これは、レジスト層3は第2マイクロレンズアレイ5の形状に応じた厚さが必要であり、このような厚みのあるレジスト層3においては、第1マイクロレンズアレイ1により集光された光スポットがレジスト層3の厚み方向全体に渡って焦点を結ぶことができないためである。これにより、垂直方向に切り立った壁面を有する形状を形成しようとした場合に、厚みが急激に増す壁面部分での露光が十分に行えず、壁が傾斜するという問題が生じてしまう。また壁が傾斜することにより、パターニングされた構造物は先端になるほど幅が細くなり、所望の形状を得ることができないという問題が生じる。
【0060】
具体的に説明すると、図6は、上記のパターン形成方法において、露光量を急激に変化させた露光量分布にてパターンを形成したときの露光量分布(図6(a))と、この露光量分布によって得られたパターンの形状(図6(b))を示したものである。なお、ここではレジスト層3はネガレジスト(ネガ型感光性樹脂)からなるものを使用している。また、図1,6〜8のグラフにおけるX軸は、レジスト層3における位置を示しており、図5における2層マイクロレンズアレイ40のY方向の位置に対応している。そして、Y軸の露光量は、位置に対応する露光量を示しており、Y軸のパターン高さは位置における露光、現像後の凹凸の厚さを示している。
【0061】
透明基板7に垂直な矩形の突起パターンを形成しようとした場合、図6(a)に示すように、X軸の示す位置における凹部となる部分45で一定の露光量Ixを露光し、凸部となる部分46でIxより大きい一定の露光量Isを露光することが考えられる。つまり、2種類の露光量を用いて、凹部と凸部との境で不連続に露光量を増大させる。ここで、露光量IxとIsとの差は、使用した感光性樹脂と露光の光において、露光量と感光性樹脂の硬化する厚さとの関係から導き出された、所望の凹凸の高さを形成するために必要な露光量の差である。
【0062】
しかし、このような露光量分布により実際に得られる凸部パターンは、透明基板7に対して略垂直な壁面を有するパターンではなく、図6(b)に示すように、壁面に傾斜がついた、断面が台形状のパターンである。これは、露光量がIxからIsに切り替わる部分で、露光量の変化がパターン形状に正確に反映されず、凸部のエッジ部分が他よりも低くなるためである。また、このため矩形パターンの上面の幅が本来の設計値よりも小さくなってしまう。
【0063】
そこで、本実施の形態では、図1(a)に示すように、X軸の示す位置における凸部のエッジ部(凸部の縁)となる部分41aにおける露光量を上記Isよりも増加量10だけ増加させたIyとする。これにより、図1(b)に示すように、凹部と凸部との境界の内外で、露光量の差がより大きくなり、露光量分布の立ち上がりが急峻になるため、突起壁部の透明基板7に対する角度が略90度になる。
【0064】
なお、凸部の中心41bとなる部分での露光量Izは、露光量Iyよりも低くする。さらに、凸部のエッジ部41aとなる部分における露光量IyからIzへの変化は連続的なものとすることが好ましい。これにより、凸部のエッジ部41aと凸部の中心41bと間で厚さの差が出にくくなる。
【0065】
この増加量10はレンズの集光特性や焦点位置、あるいはレジストの露光感度や解像度により異なるので、適切な値に設定すればよいが、露光量Iyを露光量Izの1.5倍以上4倍以下とするのが好ましい。このように露光量を設定することで図1(b)に示すように、凸部のエッジ部が低くなることなく透明基板7に垂直な凸部の壁面47を得ることができる。
【0066】
エッジでの露光量IyをIzの1.5倍より小さくすると、壁面47が傾斜してしまう。また、エッジでの露光量IyをIzの4倍より大きくすると、レジスト残膜厚が所望の値より大きくなり、エッジが盛り上がってしまう。
【0067】
なお、このような露光量の補正は矩形断面に限らず、略垂直な壁面を有するパターンを形成する際に共通に応用可能である。
【0068】
また、エッジ部の露光量Iyを増加させた場合、矩形エッジ部の形状が改善されると共に、凸部の上面全体の膜厚が若干増加する。そこで、凸部のエッジ部以外の(凸部中心の)露光量を露光量Isよりも小さい露光量Izとし、凸部となる部分41全体の露光量(図1の凸部となる部分41内における実線で示す露光量)の平均が、上記露光量Is(図1の破線で示された部分)と等しくなるように調整することが好ましい。このように露光量分布を設定することで、露光量の増加量10が相殺されて、所望の高さの凸部を形成することができる。
【0069】
また、感光性材料としてポジレジスト(ポジ型感光性樹脂)を用いても良い。この場合、ポジレジストは露光量が多い部分ほど硬化するレジスト膜3の厚さが減少するので、図7(a)のように、凸部となる部分43の露光量をIxとし、凹部となる部分44の露光量を増加させる。このとき、凸部に隣接する凹部となる部分44aの露光量Iyを、他の凹部となる部分44bの露光量Izよりも大きくする。これにより、凹凸形状の壁面となる部分の内外で露光量の差がより大きくなり、露光量分布の立ち上がりが急峻になるため、突起壁部の透明基板7に対する角度が略90度になる。
【0070】
なお、ポジレジストを用いた場合、上記他の凹部となる部分44bの露光量Izを露光量Isよりも小さい露光量Izとし、凹部となる部分44全体の露光量(図1の凹部となる部分44内における実線で示す露光量)の平均が、上記露光量Is(図1の破線で示された部分)と等しくなるように調整することが好ましい。このように露光量分布を設定することで、露光量の増加量が相殺されて、所望の高さの凸部を形成することができる。
【0071】
ここで、断面が矩形パターンのように、所望のパターン中に凸部のエッジより厚い部分が存在しない場合は、はじめに形成するレジスト層3の厚さを、凸部の高さに等しくすることが好ましい。これにより、凸部の厚さの制御がしやすくなる。特にレジスト層3がネガレジストからなる場合、エッジ部の露光量を増大させても、レジスト層3の厚さより厚くならないので、エッジが盛り上がることはなくなる。この場合、過剰に露光量を増加させても所望の凸部パターンを形成することができるので、上記露光量の制限は必要なくなる。
【0072】
このように露光量を補正することで、レジストパターン凸部のエッジが低くなる現象を回避することができる。これにより壁部47の傾斜も改善され、厚みが急激に変化するパターン形状の作製が可能となる。
【0073】
また本実施の形態では、中間基板7として石英を用いたが、中間基板7は露光が透過するものならば良く、中間基板の上にさらに樹脂や他の無機誘電体(例えばガラス等)の層を形成したものを用いても良い。
【0074】
なお、レジスト層3の感光性材料としては紫外線硬化樹脂を用いることで、転写工程でドライエッチングを行ってパターンを転写することなく、レジスト層3に形成されたパターンをそのままマイクロレンズ等として用いることが可能である。
【0075】
以上、本実施の形態のパターン形成方法は、液晶プロジェクタ用の2層マイクロレンズアレイを作製する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、基板上に備えられたマイクロレンズを介した光を用いて感光性材料の層を露光することで、マイクロレンズの焦点位置に3次元構造物を形成する加工方法全般に利用可能なものである。具体的には、光通信における光導波路や、光記録装置における組み合わせレンズ、またはプリズムシート等の作製にも利用できる。
【0076】
また、本発明のパターン形成方法は、マイクロレンズアレイのような凹凸を有するものを作製する場合にのみ用いられるものでなく、基板に対して略垂直な壁面を有するパターンであれば、例えば、突起や溝部を形成する場合や階段状のパターンを形成する際にも応用可能である。
【0077】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【0078】
また本発明は、透明基板上に、マイクロレンズアレイ、中間基板及び感光性樹脂層を順に形成する工程と、マイクロレンズアレイを介して感光性樹脂層を露光する工程と、上記露光工程によって感光性樹脂層に基板に対して略垂直な壁構造を含んでいる3次元構造の形成方法であって、上記露光工程は、上記壁構造の境界における壁構造上端の露光量と壁構造下端の露光量の差を、壁構造の高さに対応した壁構造上端部の露光量と壁構造下端部の露光量の差よりも増大させることを特徴とする第1の3次元構造物形成方法であると換言できる。
【0079】
また本発明は、上記の特徴に加え、上記感光性樹脂にポジ型感光性樹脂を用いる場合には、上記露光工程は、上記壁構造に隣接する谷部分の露光量を、谷の深さを得るために必要な露光量に対して増加させることを特徴とする3次元構造物形成方法であると換言できる。
【0080】
また本発明は、上記第1の3次元構造物形成方法の特徴に加え、上記感光性樹脂にネガ型感光性樹脂を用いる場合には、上記露光工程は、上記壁構造のエッジ部分の露光量を、壁高さを得るために必要な露光量に対して増加させることを特徴とする3次元構造物形成方法であると換言できる。
【0081】
また本発明は、上記の特徴に加え、上記壁構造の境界部における露光量の増加分だけ、上記境界部以外の露光量の総和を減少させ、3次元構造形成領域全体における露光量の総和を一定に保つことを特徴とする3次元構造物形成方法であると換言できる。
【0082】
また本発明は、上記の特徴に加え、中間基板上に形成する感光性材料層の厚さを、所望の3次元構造物の厚さと等しくすることを特徴とする3次元構造物形成方法であると換言できる。
【0083】
また本発明は、上記の特徴に加え、上記感光性樹脂層としてネガレジストを用いて矩形状の断面を持つ3次元構造物を作製する3次元構造物形成方法として、エッジ部分の露光量を矩形上面の中央部分の露光量の1.5倍以上4倍以下とすることを特徴とする3次元構造物形成方法であると換言できる。
【0084】
また本発明は、上記の特徴に加え、上記感光性樹脂層はネガレジストであり、マイクロレンズアレイを介して上記レジスト層をパターニングし、さらにネガレジスト側からドライエッチングを行うことでネガレジスト層形状を上記中間基板に転写することを特徴とする3次元構造物形成方法であると換言できる。
【0085】
【実施例】
ここで、具体的に図5に示す2層マイクロレンズ40としてY方向の断面形状が図8に示すような壁面が透明基板7に略垂直な凹凸パターンの形成について説明する。ここでは、凸部の厚さを30μm、凸部の幅50を21μm、凹部の厚さ51を5μmとしたパターンの形成を試みた。
【0086】
まず、第1マイクロレンズアレイ1を有する透明基板7に、中間基板2を配した。そして、中間基板2表面に、感光性材料として、市販のネガ型フォトレジスト材料(JSR社製THB−120N)を塗布し、スピンコータで厚さ30μmのレジスト層3を形成した。なお、第1マイクロレンズアレイ1の焦点距離は約30μmで、その焦点は中間基板2の表面からレジスト層3の内側5〜10μmの間に位置している。
【0087】
この条件において、計算上、所望のレジスト厚さ30μmが得られる露光量Isを凸部を形成したい部分に対して均一に露光し、レジスト厚さ5μmが得られる露光量Ixを凹部を形成したい部分に対して均一に露光した場合、得られるパターンの壁面の中間基板2に対する傾斜は約10°の傾斜であった。
【0088】
これに対し、露光量Isを凸部を形成したい部分に対して均一に露光した時と凸部における露光量の総和を変えずに、かつ、凸部のエッジ部分となる個所で凸部の中央部分となる個所の3倍になるように設定したとき、パターンの壁面の中間基板に対する傾斜が約4°と垂直に近くなり、改善された。
【0089】
またエッジ部分の露光量を更に増加させ、凸部の中央部分となる個所の4倍以上とした場合、突起の壁面の下部分の幅が所望の幅より大きくなり、パターン壁面の中間基板に対する傾斜が約8°と大きくなってしまった。よって、この条件においてはエッジ部分における露光量を中央部分における露光量の3倍に設定することが最も効果的であった。
【0090】
【発明の効果】
本発明のパターン形成方法は、以上のように、露光工程において、上記感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凸部の縁となる部分における露光量と、凸部に隣接する凹部となる部分における露光量との差を、所望の凹凸の高さを形成するために必要な露光量の差よりも大きくする方法である。
【0091】
また本発明のパターン形成方法は、上記感光性樹脂層がポジ型感光性樹脂からなり、上記露光工程において、上記感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凸部となる部分から凹部となる部分へと露光量を不連続的に増大させ、さらに、凸部に隣接する凹部となる部分における露光量を、凹部となるその他の部分の露光量より増大させる方法である。
【0092】
また本発明のパターン形成方法は、上記感光性樹脂層がネガ型感光性樹脂からなり、上記露光工程において、感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凹部となる部分から凸部となる部分へと露光量を不連続的に増大させ、さらに、凸部の縁となる部分における露光量を、凸部の中心となる部分の露光量より増大さ方法である。
【0093】
これによれば、2層のマイクロレンズの生産性を向上させるとともに、露光量を切り換える個所での露光量の変化がより急峻になるので、パターニングされた凹凸の壁面を略垂直とすることが可能となる。
【0094】
また本発明の3次元構造物の形成方法は、上記露光工程において、上記凸部となる部分の平均露光量と、凹部となる部分の平均露光量との差を、所望の突起の高さを形成するために必要な露光量の差と等しくする方法である。
【0095】
これにより、露光量分布を設定することで、所望の厚さの凹凸形状を得ることができる。
【0096】
また本発明の2層構造マイクロレンズは、上記パターン形成方法により得られる方法である。
【0097】
これにより、容易に同光軸上に配された、透明基板と略垂直な壁面を有する2層のマイクロレンズが形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の方法により、ネガレジストを用いて2層マイクロレンズを製造する方法を示す図面であり、(a)が露光量分布を示し、(b)がこの露光量分布により得られるパターンを示している。
【図2】本発明の実施の形態に係る2層マイクロレンズを備えた投影型液晶表示装置の概略の構成を示す模式図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る2層マイクロレンズと液晶表示素子とを示す断面図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る2層マイクロレンズの製造工程を示す断面図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る2層マイクロレンズを示す斜視図である。
【図6】ネガレジストを用いて2層マイクロレンズを製造する方法の比較例を示す図面であり、(a)が露光量分布を示し、(b)がこの露光量分布により得られるパターンを示している。
【図7】本発明の実施の形態の方法により、ポジレジストを用いて2層マイクロレンズを製造する方法を示す図面であり、(a)が露光量分布を示し、(b)がこの露光量分布により得られるパターンを示している。
【図8】本実施例に係る2層マイクロレンズのパターンを示す図面である。
【符号の説明】
1 第1マイクロレンズアレイ(マイクロレンズ)
2 中間基板
3 感光性樹脂層(レジスト層)
4 紫外光平行光
5 第2マイクロレンズ
5’第2マイクロレンズ型(凹凸形状)
7 透明基板
14 ブラックマトリックス
15G、15R、15B ダイクロイックミラー
16 白色光源
17 球面反射鏡
18 液晶表示素子
19 コリメートレンズ
20 投影レンズ
21 投影スクリーン
25 集光レンズ
30 液晶層
31 画素
32 基板
40 2層マイクロレンズアレイ
41、43 凸部となる部分
41a 凸部の縁となる部分
41b 凸部の中心となる部分
42、44 凹部となる部分
44a 凸部に隣接する凹部となる部分
44b 凹部となるその他の部分
47 壁面
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern forming method using a microlens array.
[0002]
[Prior art]
In fields such as a liquid crystal display element and a liquid crystal projector, or optical communication, a transparent substrate having a spherical portion or a prism formed on at least one surface portion, such as a microlens and a microlens array, is being used.
[0003]
For example, in a projection-type liquid crystal display device that displays a color image using a liquid crystal display element, a single-plate liquid crystal element using a microlens array as disclosed in Patent Document 1 has been proposed.
[0004]
Conventional projection color image display systems using liquid crystal display elements include a three-plate type using three liquid crystal display elements according to the three primary colors and a single-plate type using only one sheet. The former three-plate type is equipped with an optical system that divides white light into three primary colors of red, green, and blue, and three liquid crystal display elements that control each color light to form an image independently. The full color display is performed by optically superimposing the images of the respective colors. This three-plate configuration has the advantage that light emitted from a white light source can be used effectively and has high color purity. However, as described above, a color separation system and a color synthesis system are required. However, the number of parts is increased and the number of parts is increased, which is generally disadvantageous as compared with a single plate type described later in terms of cost reduction and size reduction.
[0005]
On the other hand, the latter single-plate type uses only one liquid crystal display element, and there is one in which a liquid crystal display element having a three-primary color filter pattern such as a mosaic shape or a stripe shape is projected by a projection optical system. . The single-plate type requires only one liquid crystal display element and the optical system is simpler than the three-plate type, making it suitable for low-cost, small projection systems.
[0006]
Such a single-plate type liquid crystal display element uses a microlens having a two-layer structure as described in Patent Document 1 described above, thereby eliminating the need for an absorption color filter and improving the light utilization efficiency. The chief rays of each color after passing through the microlens array are substantially parallel, so the spread of the chief rays of each color until reaching the projection lens is small, and there is no decrease in the amount of light due to vignetting in the projection lens. Can be provided.
[0007]
As a method of manufacturing the microlens having the two-layer structure, there is a method in which the first-layer microlens and the second-layer microlens are arranged on the same optical axis, and are bonded and fixed.
[0008]
In addition, as a general pattern forming method, there is a method of forming a desired pattern shape by exposing a photosensitive resin according to a pattern. In this case, it is also known that by exposing the photosensitive material layer using a microlens provided on the substrate, the focal position of the microlens is irradiated with a fine exposure distribution to form a fine pattern. It has been.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-181487 (published July 21, 1995)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method for manufacturing a microlens having a two-layer structure, in order to reduce the aberration of the combined lens, the first-layer microlens is bonded in the bonding process of the first-layer microlens and the second-layer microlens. It is necessary to minimize the positional deviation of the optical axis between the lens and the second-layer microlens. To this end, the optical axis must be adjusted using a complicated adjustment mechanism, which has a problem in productivity. .
[0011]
As a method of forming a pattern by exposing a photosensitive resin, a method of obtaining a desired three-dimensional pattern, particularly a pattern having a substantially vertical wall surface with respect to a substrate coated with the photosensitive resin is known. Not.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a pattern forming method capable of obtaining a desired three-dimensional pattern.
[0013]
Another object of the present invention is to provide a two-layer microlens that can simplify the optical axis adjustment and can simplify the manufacturing process.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the pattern forming method of the present invention includes a microlens forming step for forming a microlens on a transparent substrate, and a photosensitive resin layer forming for forming a photosensitive resin layer at a focal position of the microlens. An exposure step of curing the photosensitive resin layer into an uneven shape having a wall surface substantially perpendicular to the transparent substrate by exposing the photosensitive resin layer through the microlens to the photosensitive resin layer; In the exposure step, a difference between an exposure amount in a portion of the photosensitive resin layer that becomes an edge of the concavo-convex convex portion and an exposure amount in a portion that becomes a concave portion adjacent to the convex portion is determined as desired. It is characterized in that it is larger than the difference in exposure amount necessary to form the height of the unevenness.
[0015]
The above-mentioned “concave and convex shape having a substantially vertical wall surface” may be a shape having at least a substantially vertical wall surface, and the concave portion here is a surface that follows the wall surface and is closer to the transparent substrate than the wall surface, The convex portion is a surface that continues from the wall surface and is farther from the transparent substrate than the wall surface.
[0016]
The photosensitive resin layer has a thickness that cures in proportion to the logarithm of the exposure amount. Here, the “difference in the exposure amount necessary to form a desired uneven height” Is a theoretical value derived from this proportional relationship.
[0017]
According to said structure, since pattern formation is performed using the light which permeate | transmitted the micro lens, the photosensitive resin can be exposed by fine exposure distribution, and a fine pattern can be formed. Moreover, if another microlens is formed using this pattern, the microlens arrange | positioned on the same optical axis of two layers can be formed. According to this, the optical axis of the two-layer microlens can be adjusted with high accuracy without requiring a complicated adjustment mechanism.
[0018]
Further, when forming the uneven pattern, the difference in the exposure amount inside and outside the boundary between the concave and convex portions is made larger than the difference in the exposure amount necessary for forming the desired uneven height. Thus, the rising of the exposure amount distribution, that is, the change in the exposure amount becomes steeper, so that the patterned uneven wall surface can be made substantially vertical.
[0019]
Further, in the pattern forming method of the present invention, the photosensitive resin layer is made of a positive photosensitive resin, and in the exposure step, from the portion that becomes the concave and convex portion of the photosensitive resin layer to the portion that becomes the concave portion. The exposure amount is discontinuously increased, and the exposure amount in a portion that becomes a concave portion adjacent to the convex portion is increased more than the exposure amount in other portions that become concave portions.
[0020]
When a positive photosensitive resin is used as the photosensitive resin, the thickness of the photosensitive resin layer decreases as the exposure amount increases. Therefore, when a positive photosensitive resin is used as the photosensitive resin layer, the amount of exposure is increased discontinuously from the convex portion of the concave-convex shape to the concave portion of the photosensitive resin layer. Thus, an uneven shape can be formed. Furthermore, if the exposure amount at the concave portion adjacent to the convex portion is made larger than the exposure amount at the other portions that become the concave portions, the rise of the exposure amount distribution becomes steep, so that the patterned uneven wall surface is substantially vertical. It becomes possible.
[0021]
Further, in the pattern forming method of the present invention, the photosensitive resin layer is made of a negative photosensitive resin, and in the exposure step, from the concave portion of the photosensitive resin layer to the convex portion of the photosensitive resin layer. The exposure amount is increased discontinuously, and the exposure amount at the portion that becomes the edge of the convex portion is characterized by being larger than the exposure amount at the center portion of the convex portion.
[0022]
When a negative photosensitive resin is used as the photosensitive resin, the photosensitive resin layer becomes thicker as the exposure amount increases. Therefore, when a negative photosensitive resin is used as the photosensitive resin, the exposure dose is increased discontinuously from the concave portion to the convex portion of the photosensitive resin layer. Uneven shape can be formed. Furthermore, if the exposure amount at the edge of the convex part is made larger than the exposure amount at the central part of the convex part, the rise of the exposure amount distribution becomes steep, so that a vertical shape can be patterned. Become.
[0023]
Further, in the pattern forming method of the present invention, in the exposure step, the difference between the average exposure amount of the portion to be the convex portion and the average exposure amount of the portion to be the concave portion is formed to form a desired projection height. It is characterized by being equal to the difference in required exposure amount.
[0024]
As described above, when the amount of exposure in the portion that becomes the concave portion adjacent to the convex portion or the portion that becomes the edge of the convex portion is increased, the shape of the concave and convex wall surface is improved substantially vertically, compared to the case where it is not increased As a result, the thickness slightly changes by the increase in the exposure amount. For example, when the exposure amount in the portion that becomes the edge of the convex portion is increased, the convex portion becomes slightly thick.
[0025]
However, according to the above configuration, the amount of increase in the exposure amount is reduced in another portion, and the difference between the average exposure amount of the portion that becomes the convex portion and the average exposure amount of the portion that becomes the concave portion is determined as desired. Since the difference in exposure amount necessary to form the height of the unevenness is made equal, the unevenness has a desired thickness. For this purpose, when the exposure amount at the edge of the convex portion is increased, the exposure amount at the portion near the center of the convex portion is decreased, and the exposure amount at the concave portion adjacent to the convex portion is increased. In such a case, it is only necessary to reduce the exposure amount of the other portions that become the concave portions. As a result, the increase in the exposure amount is canceled out, and a concavo-convex shape having a desired height can be obtained.
[0026]
The pattern forming method of the present invention is characterized in that, in the photosensitive resin layer forming step, the thickness of the photosensitive resin layer is equal to the thickness of the thickest portion of the uneven shape.
[0027]
By using the photosensitive resin layer having the above-described configuration, it is only necessary to maintain the thickness of the photosensitive resin layer as it is in the portion to be a convex portion, and the thickness can be easily controlled. For example, when increasing the exposure amount at the edge of the convex portion, the uneven shape obtained will not be thicker than the photosensitive resin layer no matter how much the exposure amount is increased. It will be larger than the thickness and will not rise.
[0028]
Moreover, the pattern formation method of this invention WHEREIN: In the said exposure process, the exposure amount in the part used as the edge of the said convex part shall be 1.5 times or more and 4 times or less of the exposure amount of the part used as the center of a convex part. It is a feature.
[0029]
With the above configuration, by increasing the exposure amount at the portion that becomes the edge of the convex portion, the wall surface of the concave and convex shape is substantially vertical, and the thickness of the convex portion becomes uniform. If the amount of increase in exposure is smaller than the above range, the effect of the present invention that makes the uneven wall surface substantially vertical is not sufficient, and the wall surface is inclined. Moreover, when the increase amount of exposure amount is larger than the said range, the part irradiated with the light of the increased exposure amount will rise more than desired thickness.
[0030]
The pattern forming method of the present invention further includes a substrate forming step of forming an intermediate substrate between the microlens and the photosensitive resin layer, and dry etching the pattern formed by the exposure step, thereby And a transfer step of transferring to a substrate.
[0031]
Thereby, the pattern formed on the photosensitive resin layer can be transferred to the intermediate substrate, and the pattern can be formed on the substrate made of a desired material formed on the surface of the microlens.
[0032]
Moreover, the two-layer structure microlens of the present invention is obtained by the pattern forming method.
[0033]
As a result, a two-layer microlens having a wall surface substantially perpendicular to the transparent substrate and disposed on the same optical axis can be easily formed.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment relating to the pattern forming method of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the present embodiment, a method for forming a two-layer microlens array 40 used in a projection type liquid crystal display device will be described as an example.
[0035]
First, a projection type liquid crystal display device 70 using the liquid crystal display element will be described with reference to FIG.
[0036]
The projection-type liquid crystal display device 70 includes a white light source 16, a spherical reflecting mirror 17, a collimating lens 19, dichroic mirrors 15G, 15R, and 15B, a two-layer microlens array (two-layer structure microlens) 40, a liquid crystal display element 18, and a condenser. The lens 25, the projection lens 20, and the projection screen 21 are included.
[0037]
The white light source 16 emits white light as a light source when projecting an image. The spherical reflecting mirror 17 reflects a part of the white light and guides it to the collimating lens 19. The collimating lens 19 passes the white light from the white light source 16 and the white light via the spherical reflecting mirror 17, makes it parallel light, and guides it to the dichroic mirror 15. Three dichroic mirrors 15G, 15R, and 15B arranged in a fan shape divide white light into each color of G (Green), R (Red), and B (Blue), and reflect them at different angles. Guide to the microlens array 40. The two-layer microlens array 40 guides light beams incident at different angles for each color in different directions for each color. The liquid crystal display element (TFT substrate) 18 is disposed on the opposite side of the light source of the two-layer microlens array 40 and controls light transmitted through the two-layer microlens array 40. The condenser lens 25 collects the light from the liquid crystal display element 18 on the projection lens 20, and the projection lens 20 projects an image on the projection screen 21.
[0038]
Here, the liquid crystal display element 18 and the two-layer microlens array 40 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the liquid crystal display element 18 and the two-layer microlens array 40.
[0039]
The two-layer microlens array 40 includes a first microlens array (microlens) 1 formed on a transparent substrate 7, an intermediate substrate 2 stacked thereon, and a second microlens array 5 on the intermediate substrate 2.
[0040]
The liquid crystal display element 18 has a liquid crystal layer 30 and a substrate 32 from the side in contact with the second microlens array 5. There is a black matrix 14 on the second microlens array 5 side of the liquid crystal layer 30. A pixel 31 is present on the substrate 32 side of the liquid crystal layer 30.
[0041]
As described above, the first microlens array 1 directs incident light beams (R component, G component, and B component) of the three primary colors that are separated from each other with a predetermined angle difference in advance to each corresponding set of three pixels. And concentrate. On the other hand, the second microlens array 5 is interposed between the first microlens array 1 and the set of three pixels corresponding to each other, and the incident light beam inclined with respect to the optical axis of the second microlens array 5 is transmitted to the light beam. It is converted into an incident light beam substantially parallel to the axis.
[0042]
Such an apparatus using the two-layer microlens array 40 does not use an absorption type color filter, so that not only the light use efficiency is improved, but also the main color of each color after passing through the two-layer microlens array 40. The light rays are substantially parallel, the principal rays of the respective colors until reaching the projection lens are small, and there is no decrease in the amount of light due to vignetting in the projection lens, thereby providing an extremely bright image.
[0043]
Next, a method for manufacturing the two-layer microlens array 40 will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.
[0044]
In this method, the first microlens array 1 is used to pattern the lens shape of the second microlens array 5. That is, the resist layer 3 formed near the focal position of the first microlens array 1 is exposed to light through the first microlens array 1 to form a pattern, thereby producing the second microlens array 5. To do. As a result, the optical axes of the lenses constituting the first microlens array 1 and the optical axes of the lenses constituting the second microlens array 5 can be made to coincide with each other. The process is simplified.
[0045]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the steps of forming the two-layer microlens array 40 step by step.
[0046]
First, as shown in FIG. 4A, the first microlens array 1 is formed on the transparent substrate 7 by a well-known method (microlens forming step), and the first microlens array 1 of the transparent substrate 7 is formed. Quartz is attached as an intermediate substrate 2 to the surface. At this time, each microlens of the first microlens array 1 is designed so that its focal position is substantially located on the surface of the intermediate substrate 2. Then, a negative photoresist is applied as a photosensitive material to the surface of the intermediate substrate 2 to form a resist layer (photosensitive resin layer) 3 (photosensitive resin layer forming step). Since the resist layer 3 becomes a mold of a second microlens array 5 described later, the thickness of the resist layer 3 needs to be set to be equal to or greater than the thickness of the second microlens array 5.
[0047]
Next, as shown in FIG. 4B, the resist layer 3 is irradiated with ultraviolet parallel light 4 through the first microlens array 1 (exposure process). Here, as described above, since the microlens focal point of the first microlens array 1 is located on the surface of the intermediate substrate 2 (that is, the boundary surface between the intermediate substrate 2 and the resist layer 3), the ultraviolet parallel light 4 is condensed at one point by the resist layer 3 by the first microlens array 1. Then, the resist layer 3 is exposed by this condensed spot.
[0048]
At this time, by controlling the exposure time or exposure light intensity, a desired exposure amount can be given to the resist layer 3 at the focused spot position. Further, this condensing spot moves by changing the incident angle of the parallel ultraviolet light 4 to the first microlens array 1. Therefore, a desired exposure amount distribution can be given inside the resist layer 3 by controlling the exposure amount at each point while changing the incident angle of the parallel ultraviolet light incident on the first microlens array 1. Thereby, the resist layer 3 is hardened in a desired shape according to the exposure amount.
[0049]
Then, by performing development processing after this exposure step, a shape corresponding to the exposure amount distribution is formed on the resist layer 3, and a microlens mold 5 ′ can be formed (FIG. 4C).
[0050]
Further, by performing dry etching on the microlens mold 5 ′ thus obtained, the microlens mold 5 ′ can be transferred to the intermediate substrate 2 as a base, whereby the second microlens array 5 is formed. It is formed (FIG. 4D).
[0051]
Here, examples of the dry etching method include reactive ion etching and ion milling. At this time, the thickness of the microlens mold 5 ′ can be increased by selecting the etching conditions.
[0052]
For example, if an etching condition is selected such that the etching selectivity between the microlens mold 5 ′ and the intermediate substrate 2 is 1: 2, the thickness of the microlens mold 5 ′ is doubled after being transferred to the intermediate substrate 2. . For example, when the etching conditions are selected such that the intermediate substrate 2 is made of quartz and the etching selectivity ratio between the resist layer 3 and quartz is 1: 2, the microlens mold 5 ′ having a thickness of 50 μm in the resist layer 3 is Is enlarged to a second microlens array 5 having a thickness of 100 μm.
[0053]
Through the above process, the second microlens array 5 is formed on the upper surface of the first microlens array 1.
[0054]
Thus, in the present embodiment, the lens shape of the second microlens array 5 is patterned using the first microlens array 1. That is, the first microlens array 1 is formed by exposing the resist layer 3 formed near the focal position of the first microlens array 1 through the first microlens array 1 to form the microlens mold 5 ′. It is possible to make the optical axis of each lens constituting the optical axis of the microlens mold 5 ′ coincide with each other.
[0055]
Further, following these steps, the second microlens array 5 is formed by etching the microlens mold 5 '(transfer step). Thereby, the optical axes of the first microlens array 1 and the second microlens array 5 can be easily matched. Therefore, the optical axis alignment of the two-layer microlens array 40 can be simplified and the manufacturing process can be simplified.
[0056]
Next, the exposure conditions in the exposure process will be described below. Here, an exposure method for forming the two-layer microlens array 40 for a projection type liquid crystal display device shown in FIG. 5 will be described. The convex part of the second microlens array 5 of the two-layer microlens array 40 in FIG. 5 has a trapezoidal cross section in the X direction and a rectangular cross section in the Y direction in the X and Y directions orthogonal to each other. The convex portion has a wall surface 47 that is substantially vertical.
[0057]
In the pattern formation method by exposure using the first microlens array 1 described above, the resist layer 3 that hardens in proportion to the logarithm of the exposure dose becomes thicker, so that an exposure dose distribution according to the film thickness distribution is given. The thickness can be changed. In this method, the pattern whose thickness changes continuously, such as a trapezoidal shape such as a cross-sectional shape in the X direction in FIG. It can be formed by changing the thickness.
[0058]
However, as shown in the Y-direction cross section of FIG. 5, it is difficult to form a pattern shape having a wall surface 47 substantially perpendicular to the transparent substrate 7, that is, a pattern shape whose height changes abruptly. That is, in the above method, even if the exposure amount is changed abruptly, it is not always possible to form a pattern whose height changes abruptly according to the exposure amount distribution.
[0059]
This is because the resist layer 3 needs to have a thickness corresponding to the shape of the second microlens array 5. In such a thick resist layer 3, the light spot collected by the first microlens array 1. This is because it is impossible to focus on the entire thickness direction of the resist layer 3. Thereby, when it is going to form the shape which has the wall surface which stood in the perpendicular | vertical direction, exposure in the wall surface part which thickness increases rapidly cannot fully be performed, but the problem that a wall inclines arises. In addition, since the wall is inclined, the patterned structure becomes narrower toward the tip, resulting in a problem that a desired shape cannot be obtained.
[0060]
More specifically, FIG. 6 shows the exposure amount distribution (FIG. 6A) when the pattern is formed with the exposure amount distribution in which the exposure amount is rapidly changed in the above pattern forming method, and this exposure. The pattern shape (FIG. 6B) obtained by the quantity distribution is shown. Here, the resist layer 3 is made of a negative resist (negative photosensitive resin). In addition, the X axis in the graphs of FIGS. 1 and 6 to 8 indicates the position in the resist layer 3, and corresponds to the position in the Y direction of the two-layer microlens array 40 in FIG. The exposure amount on the Y axis indicates the exposure amount corresponding to the position, and the pattern height on the Y axis indicates the thickness of the unevenness after exposure and development at the position.
[0061]
When an attempt is made to form a rectangular projection pattern perpendicular to the transparent substrate 7, as shown in FIG. 6 (a), a constant exposure amount Ix is exposed at a portion 45 which is a recess at the position indicated by the X axis, and a projection It is conceivable to expose a constant exposure amount Is larger than Ix in the portion 46 that becomes. That is, using two kinds of exposure amounts, the exposure amount is increased discontinuously at the boundary between the concave portion and the convex portion. Here, the difference between the exposure amounts Ix and Is forms the desired uneven height derived from the relationship between the exposure amount and the cured thickness of the photosensitive resin in the photosensitive resin used and the exposure light. This is the difference in the amount of exposure necessary to achieve this.
[0062]
However, the convex pattern actually obtained by such an exposure amount distribution is not a pattern having a wall surface substantially perpendicular to the transparent substrate 7, but the wall surface is inclined as shown in FIG. 6B. The cross section is a trapezoidal pattern. This is because at the portion where the exposure amount switches from Ix to Is, the change in the exposure amount is not accurately reflected in the pattern shape, and the edge portion of the convex portion becomes lower than the others. For this reason, the width of the upper surface of the rectangular pattern becomes smaller than the original design value.
[0063]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1A, the exposure amount at the portion 41a that becomes the edge portion of the convex portion (the edge of the convex portion) at the position indicated by the X axis is increased by 10 from the above Is. Let Iy be increased only by. As a result, as shown in FIG. 1B, the difference in the exposure amount becomes larger and the rise of the exposure amount distribution becomes steep at the inside and outside of the boundary between the concave portion and the convex portion. The angle with respect to 7 is approximately 90 degrees.
[0064]
Note that the exposure amount Iz at the portion that becomes the center 41b of the convex portion is set lower than the exposure amount Iy. Furthermore, it is preferable that the change from the exposure amount Iy to Iz in the portion that becomes the edge portion 41a of the convex portion is continuous. Thereby, it becomes difficult to produce a difference in thickness between the edge portion 41a of the convex portion and the center 41b of the convex portion.
[0065]
The amount of increase 10 varies depending on the condensing characteristics of the lens, the focal position, or the exposure sensitivity and resolution of the resist. Therefore, it may be set to an appropriate value, but the exposure amount Iy is 1.5 to 4 times the exposure amount Iz. The following is preferable. By setting the exposure amount in this manner, as shown in FIG. 1B, the convex wall surface 47 perpendicular to the transparent substrate 7 can be obtained without lowering the convex edge.
[0066]
If the exposure amount Iy at the edge is smaller than 1.5 times Iz, the wall surface 47 is inclined. If the exposure amount Iy at the edge is larger than four times Iz, the residual resist film thickness becomes larger than a desired value, and the edge is raised.
[0067]
Such correction of the exposure amount is not limited to a rectangular cross section, and can be commonly applied when forming a pattern having a substantially vertical wall surface.
[0068]
Further, when the exposure amount Iy of the edge portion is increased, the shape of the rectangular edge portion is improved and the film thickness of the entire upper surface of the convex portion is slightly increased. Therefore, the exposure amount other than the edge portion of the convex portion (in the center of the convex portion) is set to an exposure amount Iz smaller than the exposure amount Is, and the exposure amount of the entire portion 41 that becomes the convex portion (inside the portion 41 that becomes the convex portion in FIG. 1) It is preferable to adjust so that the average of the exposure amount indicated by the solid line in FIG. 1 becomes equal to the exposure amount Is (the portion indicated by the broken line in FIG. 1). By setting the exposure amount distribution in this way, the increase amount 10 of the exposure amount is canceled out, and a convex portion having a desired height can be formed.
[0069]
Further, a positive resist (positive photosensitive resin) may be used as the photosensitive material. In this case, since the thickness of the resist film 3 that hardens as the exposure amount of the positive resist increases, the exposure amount of the portion 43 that becomes the convex portion is Ix as shown in FIG. The exposure amount of the portion 44 is increased. At this time, the exposure amount Iy of the portion 44a that becomes a concave portion adjacent to the convex portion is made larger than the exposure amount Iz of the portion 44b that becomes another concave portion. As a result, the difference in the exposure amount becomes larger inside and outside the portion that becomes the uneven wall surface, and the rising of the exposure amount distribution becomes steep, so that the angle of the protruding wall portion with respect to the transparent substrate 7 becomes approximately 90 degrees.
[0070]
When a positive resist is used, the exposure amount Iz of the portion 44b serving as the other concave portion is set to an exposure amount Iz smaller than the exposure amount Is, and the exposure amount of the entire portion 44 serving as the concave portion (the portion serving as the concave portion in FIG. 1). It is preferable to adjust so that the average of the exposure amount indicated by a solid line in 44 is equal to the exposure amount Is (the portion indicated by the broken line in FIG. 1). By setting the exposure amount distribution in this way, the amount of increase in the exposure amount is canceled out, and a convex portion having a desired height can be formed.
[0071]
Here, when there is no portion thicker than the edge of the convex portion in the desired pattern, such as a rectangular pattern, the thickness of the resist layer 3 formed first can be made equal to the height of the convex portion. preferable. Thereby, it becomes easy to control the thickness of the convex portion. In particular, when the resist layer 3 is made of a negative resist, even if the exposure amount of the edge portion is increased, the edge does not rise because it does not become thicker than the thickness of the resist layer 3. In this case, since the desired convex pattern can be formed even if the exposure amount is excessively increased, the above-described restriction of the exposure amount is not necessary.
[0072]
By correcting the exposure amount in this way, it is possible to avoid the phenomenon that the edge of the resist pattern convex portion is lowered. Thereby, the inclination of the wall part 47 is also improved, and it becomes possible to produce a pattern shape whose thickness changes abruptly.
[0073]
In the present embodiment, quartz is used as the intermediate substrate 7. However, the intermediate substrate 7 only needs to transmit light, and a layer of resin or other inorganic dielectric (for example, glass) is further formed on the intermediate substrate. You may use what formed.
[0074]
In addition, by using an ultraviolet curable resin as the photosensitive material of the resist layer 3, the pattern formed on the resist layer 3 can be used as a microlens or the like as it is without transferring the pattern by dry etching in the transfer process. Is possible.
[0075]
As described above, the pattern forming method of the present embodiment has been described by taking as an example the case of producing a two-layer microlens array for a liquid crystal projector. However, the present invention is not limited to this, and via a microlens provided on a substrate. It can be used for all processing methods for forming a three-dimensional structure at the focal position of a microlens by exposing a layer of a photosensitive material with light. Specifically, it can also be used for the production of an optical waveguide in optical communication, a combination lens in an optical recording apparatus, or a prism sheet.
[0076]
In addition, the pattern forming method of the present invention is not used only in the case of producing an uneven surface such as a microlens array. The present invention can also be applied when forming a groove or a stepped pattern.
[0077]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
[0078]
The present invention also includes a step of sequentially forming a microlens array, an intermediate substrate, and a photosensitive resin layer on a transparent substrate, a step of exposing the photosensitive resin layer through the microlens array, and a photosensitivity by the exposure step. A method for forming a three-dimensional structure in which a resin layer includes a wall structure substantially perpendicular to a substrate, wherein the exposure step includes an exposure amount at an upper end of the wall structure and an exposure amount at a lower end of the wall structure at the boundary of the wall structure. The first three-dimensional structure forming method is characterized in that the difference between the exposure amount at the upper end of the wall structure and the exposure amount at the lower end of the wall structure corresponding to the height of the wall structure is increased. In other words.
[0079]
In the present invention, in addition to the above features, when a positive photosensitive resin is used for the photosensitive resin, the exposure step is configured to set the exposure amount of the valley portion adjacent to the wall structure and the depth of the valley. In other words, it is a method for forming a three-dimensional structure characterized by increasing the exposure amount necessary for obtaining.
[0080]
In the present invention, in addition to the feature of the first three-dimensional structure forming method, when a negative photosensitive resin is used as the photosensitive resin, the exposure step includes an exposure amount of an edge portion of the wall structure. In other words, it is a method for forming a three-dimensional structure characterized by increasing the exposure amount necessary to obtain the wall height.
[0081]
In addition to the above features, the present invention reduces the sum of the exposure amount other than the boundary portion by the amount of increase in the exposure amount at the boundary portion of the wall structure, thereby reducing the total exposure amount in the entire three-dimensional structure formation region. In other words, it can be said to be a three-dimensional structure forming method characterized in that it is kept constant.
[0082]
In addition to the above features, the present invention is a three-dimensional structure forming method characterized in that the thickness of the photosensitive material layer formed on the intermediate substrate is equal to the thickness of the desired three-dimensional structure. In other words.
[0083]
In addition to the above features, the present invention provides a three-dimensional structure forming method for producing a three-dimensional structure having a rectangular cross section using a negative resist as the photosensitive resin layer. In other words, it is a three-dimensional structure forming method characterized in that the exposure amount of the central portion of the upper surface is 1.5 times or more and 4 times or less.
[0084]
In addition to the above features, the present invention provides a negative resist layer shape by patterning the resist layer through a microlens array and performing dry etching from the negative resist side in addition to the photosensitive resin layer being a negative resist. In other words, it can be said to be a three-dimensional structure forming method characterized in that is transferred to the intermediate substrate.
[0085]
【Example】
Here, the formation of a concavo-convex pattern in which the wall surface of the two-layer microlens 40 shown in FIG. 5 having a cross-sectional shape in the Y direction as shown in FIG. Here, an attempt was made to form a pattern with a convex portion thickness of 30 μm, a convex portion width 50 of 21 μm, and a concave portion thickness 51 of 5 μm.
[0086]
First, the intermediate substrate 2 was disposed on the transparent substrate 7 having the first microlens array 1. Then, a commercially available negative photoresist material (THB-120N manufactured by JSR) was applied as a photosensitive material on the surface of the intermediate substrate 2, and a resist layer 3 having a thickness of 30 μm was formed by a spin coater. The focal length of the first microlens array 1 is about 30 μm, and the focal point is located between the surface of the intermediate substrate 2 and the inside 5 to 10 μm of the resist layer 3.
[0087]
Under this condition, the amount of exposure Is to obtain a desired resist thickness of 30 μm is uniformly exposed to the portion where the convex portion is to be formed, and the amount of exposure Ix to obtain the resist thickness of 5 μm is the portion where the concave portion is to be formed. When the exposure was uniformly performed, the inclination of the wall surface of the obtained pattern with respect to the intermediate substrate 2 was about 10 °.
[0088]
On the other hand, when the exposure amount Is is uniformly exposed to the portion where the convex portion is to be formed and the sum of the exposure amount in the convex portion is not changed, and the center of the convex portion is at the portion which becomes the edge portion of the convex portion. When it was set to be three times as large as the portion, the inclination of the wall surface of the pattern with respect to the intermediate substrate was nearly 4 °, which was almost vertical, which was improved.
[0089]
Further, when the exposure amount of the edge portion is further increased to be four times or more of the central portion of the convex portion, the width of the lower portion of the projection wall surface becomes larger than the desired width, and the inclination of the pattern wall surface with respect to the intermediate substrate Has increased to about 8 °. Therefore, under these conditions, it is most effective to set the exposure amount at the edge portion to three times the exposure amount at the central portion.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, in the pattern forming method of the present invention, in the exposure step, in the photosensitive resin layer, the exposure amount in the part that becomes the edge of the convex part of the concave and convex shape, and the part that becomes the concave part adjacent to the convex part. In this method, the difference from the exposure amount is made larger than the difference in exposure amount necessary to form the desired uneven height.
[0091]
Further, in the pattern forming method of the present invention, the photosensitive resin layer is made of a positive photosensitive resin, and in the exposure step, from the portion that becomes the concave and convex portion of the photosensitive resin layer to the portion that becomes the concave portion. The amount of exposure is increased discontinuously, and the amount of exposure in a portion that becomes a concave portion adjacent to the convex portion is increased from the amount of exposure in other portions that become concave portions.
[0092]
Further, in the pattern forming method of the present invention, the photosensitive resin layer is made of a negative photosensitive resin, and in the exposure step, from the concave portion of the photosensitive resin layer to the convex portion of the photosensitive resin layer. In this method, the exposure amount is increased discontinuously, and the exposure amount at the portion that becomes the edge of the convex portion is increased from the exposure amount at the portion that becomes the center of the convex portion.
[0093]
According to this, the productivity of the two-layer microlens is improved, and the change in the exposure amount at the point where the exposure amount is switched becomes steeper, so that the patterned uneven wall surface can be made substantially vertical. It becomes.
[0094]
Further, in the method for forming a three-dimensional structure according to the present invention, in the exposure step, the difference between the average exposure amount of the portion that becomes the convex portion and the average exposure amount of the portion that becomes the concave portion is determined by calculating a desired projection height. This is a method in which the difference in exposure amount necessary for forming is made equal.
[0095]
Thereby, the uneven | corrugated shape of desired thickness can be obtained by setting exposure amount distribution.
[0096]
The two-layer structure microlens of the present invention is a method obtained by the pattern forming method.
[0097]
As a result, a two-layer microlens having a wall surface substantially perpendicular to the transparent substrate and disposed on the same optical axis can be easily formed.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a drawing showing a method for producing a two-layer microlens using a negative resist by a method according to an embodiment of the present invention, where (a) shows an exposure dose distribution and (b) shows this exposure dose. The pattern obtained by distribution is shown.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a projection liquid crystal display device including a two-layer microlens according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a two-layer microlens and a liquid crystal display element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the two-layer microlens according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a two-layer microlens according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a drawing showing a comparative example of a method of manufacturing a two-layer microlens using a negative resist, where (a) shows an exposure amount distribution and (b) shows a pattern obtained by this exposure amount distribution. ing.
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing a method of manufacturing a two-layer microlens using a positive resist by the method according to the embodiment of the present invention, in which FIG. 7A shows the exposure dose distribution and FIG. 7B shows the exposure dose. The pattern obtained by distribution is shown.
FIG. 8 is a drawing showing a pattern of a two-layer microlens according to the present example.
[Explanation of symbols]
1 First microlens array (microlens)
2 Intermediate substrate
3 Photosensitive resin layer (resist layer)
4 Ultraviolet parallel light
5 Second micro lens
5 '2nd microlens type (uneven shape)
7 Transparent substrate
14 Black Matrix
15G, 15R, 15B Dichroic mirror
16 White light source
17 Spherical reflector
18 Liquid crystal display elements
19 Collimating lens
20 Projection lens
21 Projection screen
25 condenser lens
30 Liquid crystal layer
31 pixels
32 substrates
40 Two-layer microlens array
41, 43 Projections
41a The part which becomes the edge of a convex part
41b Center part of the convex part
42, 44 Recessed parts
44a The part which becomes a recessed part adjacent to a convex part
44b Other parts to be recessed
47 Wall

Claims (9)

透明基板にマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成工程と、
上記マイクロレンズの焦点位置に感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、
上記感光性樹脂層に対して、上記マイクロレンズを介して露光することにより、上記感光性樹脂層を上記透明基板に対して略垂直な壁面を有する凹凸形状に硬化させる露光工程と、を含み、
上記露光工程において、上記感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凸部の縁となる部分における露光量と、凸部に隣接する凹部となる部分における露光量との差を、所望の凹凸の高さを形成するために必要な露光量の差よりも大きくし、
上記感光性樹脂層がポジ型感光性樹脂からなり、
上記露光工程において、上記感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凸部となる部分から凹部となる部分へと露光量を不連続的に増大させ、さらに、凸部に隣接する凹部となる部分における露光量を、凹部となるその他の部分の露光量より増大させることを特徴とするパターン形成方法。
A microlens formation step of forming a microlens on a transparent substrate;
A photosensitive resin layer forming step of forming a photosensitive resin layer at a focal position of the microlens;
Exposing the photosensitive resin layer through the microlens to cure the photosensitive resin layer into a concavo-convex shape having a wall surface substantially perpendicular to the transparent substrate, and
In the exposure step, a difference between an exposure amount in a portion of the photosensitive resin layer that becomes an edge of the concavo-convex convex portion and an exposure amount in a portion that becomes a concave portion adjacent to the convex portion is determined as a desired concavo-convex height. Larger than the difference in exposure required to form
The photosensitive resin layer is made of a positive photosensitive resin,
In the exposure step, in the photosensitive resin layer, the amount of exposure is increased discontinuously from the concave-convex-shaped convex portion to the concave portion, and further in the concave portion adjacent to the convex portion. A pattern forming method, wherein the exposure amount is increased from the exposure amount of other portions that become concave portions.
上記露光工程において、上記凸部となる部分の平均露光量と、凹部となる部分の平均露光量との差を、所望の突起の高さを形成するために必要な露光量の差と等しくすることを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。 In the exposure step, the difference between the average exposure amount of the portion that becomes the convex portion and the average exposure amount of the portion that becomes the concave portion is made equal to the difference in exposure amount necessary to form a desired projection height. The pattern forming method according to claim 1 . 上記感光性樹脂層形成工程において、感光性樹脂層の厚さを、上記凹凸形状の一番厚い部分の厚さと等しくすることを特徴とする請求項1または2に記載のパターン形成方法。 3. The pattern forming method according to claim 1, wherein in the photosensitive resin layer forming step, the thickness of the photosensitive resin layer is made equal to the thickness of the thickest portion of the uneven shape . 透明基板にマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成工程と、
上記マイクロレンズの焦点位置に感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、
上記感光性樹脂層に対して、上記マイクロレンズを介して露光することにより、上記感光性樹脂層を上記透明基板に対して略垂直な壁面を有する凹凸形状に硬化させる露光工程と、を含み、
上記露光工程において、上記感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凸部の縁となる部分における露光量と、凸部に隣接する凹部となる部分における露光量との差を、所望の凹凸の高さを形成するために必要な露光量の差よりも大きくし、
上記感光性樹脂層がネガ型感光性樹脂からなり、
上記露光工程において、感光性樹脂層における、上記凹凸形状の凹部となる部分から凸部となる部分へと露光量を不連続的に増大させ、さらに、凸部の縁となる部分における露光量を、凸部の中心となる部分の露光量より増大させることを特徴とするパターン形成方法。
A microlens formation step of forming a microlens on a transparent substrate;
A photosensitive resin layer forming step of forming a photosensitive resin layer at a focal position of the microlens;
Exposing the photosensitive resin layer through the microlens to cure the photosensitive resin layer into a concavo-convex shape having a wall surface substantially perpendicular to the transparent substrate, and
In the exposure step, a difference between an exposure amount in a portion of the photosensitive resin layer that becomes an edge of the concavo-convex convex portion and an exposure amount in a portion that becomes a concave portion adjacent to the convex portion is determined as a desired concavo-convex height. Larger than the difference in exposure required to form
The photosensitive resin layer is made of a negative photosensitive resin,
In the exposure step, in the photosensitive resin layer, the exposure amount is discontinuously increased from the concave-convex concave portion to the convex portion, and the exposure amount at the edge of the convex portion is increased. And a pattern forming method characterized by increasing the exposure amount at the center of the convex portion .
上記露光工程において、上記凸部となる部分の平均露光量と、凹部となる部分の平均露光量との差を、所望の突起の高さを形成するために必要な露光量の差と等しくすることを特徴とする請求項4に記載のパターン形成方法。 In the exposure step, the difference between the average exposure amount of the portion that becomes the convex portion and the average exposure amount of the portion that becomes the concave portion is made equal to the difference in exposure amount necessary to form a desired projection height. The pattern forming method according to claim 4 . 上記感光性樹脂層形成工程において、感光性樹脂層の厚さを、上記凹凸形状の一番厚い部分の厚さと等しくすることを特徴とする請求項4または5に記載のパターン形成方法。 6. The pattern forming method according to claim 4 or 5, wherein, in the photosensitive resin layer forming step, the thickness of the photosensitive resin layer is made equal to the thickness of the thickest portion of the concavo-convex shape . 上記露光工程において、上記凸部の縁となる部分における露光量を、凸部の中心となる部分の露光量の1.5倍以上4倍以下とすることを特徴とする請求項4から6の何れか1項に記載のパターン形成方法。 7. The exposure process according to claim 4, wherein, in the exposure step, an exposure amount at a portion serving as an edge of the convex portion is set to be 1.5 times or more and 4 times or less as large as an exposure amount at a center portion of the convex portion. The pattern formation method of any one of Claims 1 . さらに、上記マイクロレンズと感光性樹脂層との間に中間基板を形成する基板形成工程と、Furthermore, a substrate forming step of forming an intermediate substrate between the microlens and the photosensitive resin layer,
上記露光工程により形成されたパターンをドライエッチングすることにより、上記中間基板に転写する転写工程と、を含むことを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to claim 1, further comprising: a transfer step of transferring the pattern formed by the exposure step to the intermediate substrate by dry etching.
請求項1から8の何れか1項に記載のパターン形成方法により得られる2層構造マイクロレンズ。A two-layer structure microlens obtained by the pattern forming method according to claim 1.
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