JP4214723B2 - 微細構造体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネル、半導体基板などに形成される微細な立体構造体を製造するのに適した製造方法に関するものである。特に、液晶パネル等に用いる反射体や光学機器等に用いるマイクロレンズ（微小レンズ）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型の表示装置として、液晶層を透過した光を電極などの反射体を用いて液晶層の方向に反射させ、所望の画像を表示する反射型の液晶パネルが知られている。この反射型の電極などとして実現される反射体の表面（反射面）には、周囲からの光を画像として表示する方向に効率良く反射するために、複数のおわん型やボール型など略点対称で、数μｍ程度、すなわち、主要なサイズが１０^−７〜１０^−５ｍ程度の微細な球面形状の凹状または凸状のパターンが配置されている。さらに、これら凹状または凸状のパターンは、ほぼランダムになるように配置され、表示体である液晶パネルに表示された画像に筋やモアレが生じないようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような反射型の液晶パネルは、省電力で画像を表示できるので、携帯電話機やＰＤＡなどに搭載されている。そして、表示のカラー化が進む中で、さらに明るいものが要求されている。このため、反射型の表示パネルに用いられる電極などの反射面（反射板）は、球面状の基本形状を隙間なく配置するなどの方法で反射効率を向上し、光の利用効率を高めることが検討されている。
【０００４】
反射面に種々の形状を形成して反射効率を向上することが検討されているが、その反射効率を実際に得るためには、反射体を製造する際に設計に基づいた微細な構造を反射面に忠実に再現することが重要である。微細なパターンの１つは、感光性樹脂であるレジストが塗布された原盤を回転させながら、その表面にレーザスポットを径方向に移動させて描画（露光）する方法であり、たとえば、特開２０００−２９２９３４号公報に開示されている。
【０００５】
この方法では、露光時にレーザ光の焦点が位置する部分ではレーザ光束の直径を絞りスポット径を小さくすることにより、照射強度を設計通りに制御することができる。しかしながら、他の部分ではデフォーカスされるので、照射強度を精度良く制御できず、レーザ光露光後の現像工程において、現像が等方的に進行するのに依存した形状となる。したがって、感光性樹脂の深さ方向の形状の全てをレーザ光で制御することができず、中間付近に焦点位置を合わせ、デフォーカスによる解像度の低下を極力抑えるようにしている。すなわち、現像時における形状の歪みなどの影響を最小限に止めるために、レーザ光の焦点位置をレジスト層の中間の深さ程度にセットし、レジスト層の表面から深部にわたる全体の形状の誤差を小さくして設計通りの反射形状を再現しようとしている。しかしながら、現像による形状の歪みなどの影響を無くすことはできない。
【０００６】
反射効率を向上するための凹状や凸状の形状では、その形状が反射面を形成する仮想の平面と交差する開口形状の縁が設計通りに形成されず、隣接する反射形状と一体となったり、隣接する反射形状の影響を受けて形状が変わると所望の反射特性を示す反射形状が得られない。したがって、反射光の角度分布が設計とは異なることとなり、反射効率が低下する要因となる。このため、レーザ照射により所望の反射形状を得ようとすると、各々の反射形状の間隔をある程度開ける必要がある。
【０００７】
一方、隣接する反射形状との間隔をあければ、反射形状に対する影響は避けられるが、反射形状の配置密度が低下するので反射効率が低下する。すなわち、レーザ光を用いて微細構造を形成する方法は、様々な設計の微細構造を効率良く製造する点では優れている。その反面、高密度に配置された反射形状を設計どおりに形成して反射効率を向上するという点では、所望の解像度が得られ難いので適していない。したがって、この製造方法では、設計通りの凹状または凸状の反射形状が高密度で配置された反射効率の高い反射面を形成することは難しく、また、明るく鮮明な画像を表示することができる表示体を提供することが難しい。
【０００８】
さらに、焦点位置近傍では解像度が高いため、スキャニングのトラックの周期で露光分布が発生する、いわゆるトラック筋が出てしまい、滑らかな曲面を必要とする反射面に細かな凹凸が生じて、反射効率が下がってしまうという問題が発生する。
【０００９】
また、感光性樹脂をレーザ光で露光して微細構造を製造する方法は、上記の微細な反射形状を備えた反射体を製造する場合に限らず、マイクロレンズや光スイッチング素子などのミクロンオーダの微細な構造体がほぼ連続して配置されるような微細構造体を製造する際には、同様の問題を持っている。
【００１０】
そこで、本発明では、レーザ光を用いて、設計した微細パターンをより忠実に形成可能な微細構造体の製造方法を提供することを目的としている。そして、設計に従った反射特性を備えた反射形状が高密度で配置された反射体を製造する方法を提供することを目的としている。また、設計に従った特性を備えた形状が高密度で配置されたマイクロレンズを製造する方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述したように、従来は、適当な厚みを備えた感光性樹脂層の中間付近にレーザ光の焦点位置を合わせ、デフォーカスによる解像度の低下を極力抑えるようにしている。しかしながら、全体の形状を忠実に再現することが難しいのは上述したとおりである。そこで、本発明においては、レーザ光を照射して反射形状等の各種形状を形成する際に、全体の形状を忠実に再現するのではなく、レーザ光の焦点位置を開口形状を形成する深さに合わせ、他の部分は現像が等方的に進行する性質を利用して、球面あるいは２次曲面として所望の反射特性が得られるようにしている。
【００１２】
すなわち、本発明の微細構造体の製造方法は、所望の開口形状を構成する凸または凹の面を備えた微細パターンを形成するように強度変調されたレーザ光を感光性樹脂の層に照射する際に、レーザ光の焦点位置を感光性樹脂の層の開口形状が位置する深さに合わせて感光性樹脂の層を露光する工程と、その感光性樹脂層を現像する工程とを備えている。
【００１３】
したがって、本発明の製造方法であれば、レーザ光の焦点位置を感光性樹脂の層の開口形状が位置する深さに合わせるので、開口形状を形成する層あるいはレベルの解像度を確保できる。したがって、レーザ光で感光性樹脂の層をスキャンしながら微細パターンを露光することにより、感光性樹脂の層に開口形状を極めて高い精度で潜像として形成できる。このため、その後、現像したときに開口形状を極めて精度良く再現できる。したがって、開口形状を変形させずに高い密度で配置することができ、反射形状となる微細パターン、特に開口形状が設計通りの形状となったものが高密度で配置された微細構造体を製造できる。
【００１４】
レーザ照射された感光性樹脂の層を現像する際は、強く露光された（露光量の多い）部分は、レーザ光に反応した感光剤の割合が高いため現像が速く進行し、弱く露光された（露光量の少ない）部分は、レーザ光に反応した感光剤の割合が低いため現像がゆっくり進行する。したがって、開口形状の部分は、レーザ光により照射された部分と未照射の部分の露光量が明瞭に異なるので開口形状が精度良く再現される。
【００１５】
一方、レーザ光がフォーカスされてない、デフォーカスな状態で照射された他の部分は、露光量が明瞭には変化しないので、現像がゆっくり進行し、照射強度が強く露光量の多い部分から、照射強度が弱く露光量が小さい部分にかけて等方的に現像が進行する。したがって、レーザ光の高周波成分やトラック筋がフィルタリングされた状態となるので、滑らかな表面に形成される。したがって、デフォーカスな状態で照射された部分も、露光量に応じた深さを得ることができると共に、そこに形成される面は、点対称的な凹状や凸状の滑らかな面になる。このため、本発明では、微細パターンとなる凸または凹の面を球面または曲面、特に回転放物面などの２次曲面となるように設計しておくことにより、レーザ光の焦点位置は感光性樹脂層の開口形状のレベルにセットされるとしても、他のレベルにおいても設計された形状を再現することが可能となる。したがって、レーザ光により微細パターン全体が設計通りに形成された微細構造体を製造することが可能となる。
【００１６】
特に、微細構造体により反射体を製造する場合は、微細パターンが反射形状となるので、面が球面あるいは２次曲面であれば、所望の方向に配光するために適した反射形状となる。したがって、本発明の製造方法は、表面に微細な反射形状が形成された反射体を製造するのに適している。たとえば、微細構造体自体を転写型として反射体を製造することも可能であり、また、転写型を作成するための型として本発明で製造された微細構造体を使用することもできる。例えば、微細構造体の表面にアルミニウム層を形成して反射体としても良く、また、電解メッキなどにより金属層を形成し、転写型となるスタンパ（金型）を形成してから反射体を製造することも可能である。いずれかによって、設計通りの形状で反射性能の高い微細パターンが、高密度で配置された反射体を製造することが可能であり、その反射体を表示体に組み合わせることにより、明るく鮮明な画像を表示できる画像表示体を提供することができる。
【００１７】
したがって、微細パターンが凹の面を備えている場合には、露光する工程では、レーザ光の焦点位置を感光性樹脂の層の表面に合わせることで、開口部分を高精度で形成することができる。一方、微細パターンが凸の面を備えている場合には、露光する工程では、レーザ光の焦点位置を感光性樹脂の層の深部に合わせることで、開口部分を高精度で形成することができる。
【００１８】
本発明の製造方法は、感光性樹脂の層の厚みが、レーザ光の焦点深度よりも大きい場合に適しており、感光性樹脂の層の厚みがレーザ光の焦点深度の３倍以上の場合に好適である。たとえば、感光性樹脂の層の厚みが３μｍ程度で、レーザ光の焦点深度が０．６９μｍ程度の場合には、感光性樹脂の全ての深さにて微細パターンを忠実に再現することはできなくなる。これに対して、本発明の製造方法では、このような場合でも、解像度が必要な開口部分は高精度に形成でき、それ以外の反射面である曲面部分はデフォーカス効果により滑らかに形成することができる。
【００１９】
また、液晶用の反射板を製造する際は、微細構造体の開口形状を、液晶を構成する画素のサイズ、例えば２４０×８０μｍ程度より小さく、可視光領域の波長（０．４〜０．７μｍ程度）よりも大きくすることが望ましい。画素サイズより小さくすることにより、各々の画素に輝度ムラやモアレが生ずるのを防止できる。また、可視光領域の波長よりも開口形状を大きくすることにより、回折による反射ロスの発生を防止できる。
【００２０】
また、微細構造体により反射体を製造する場合には、上述した転写型を樹脂層に押し当てて微細パターンを樹脂層に転写し、その後にこの樹脂層を硬化させることにより反射体を製造することが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、上述した製造方法により製造された微細構造体を用いてマイクロレンズを製造する工程を備えているマイクロレンズの製造方法でもある。より具体的には、上述したマイクロレンズを製造する工程は、微細構造体をエッチングマスクとして用いて原盤（例えば、ガラス原盤）をエッチングし、その微細パターンを原盤に転写して、マイクロレンズを形成するための転写型を製造する工程を備えている。このようにして製造した転写型を用いることにより、設計に従った特性を備えた形状が高密度に配置されたマイクロレンズを製造することが可能となる。
【００２２】
また、マイクロレンズを製造する工程は、上述したマイクロレンズ形成用の転写型を樹脂層に押し当てて微細パターンを樹脂層に転写し、樹脂層を硬化させてマイクロレンズを形成する工程を更に備えていることが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、上述した製造方法によって製造される反射体や、この反射体の製造方法において製造される反射体形成用の転写型でもある。
【００２４】
また、本発明は、上述した製造方法によって製造されるマイクロレンズ、及びこのマイクロレンズの製造方法において製造されるマイクロレンズ形成用の転写型でもある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１に、本発明の反射体を用いた液晶パネルが搭載された端末機器として携帯電話機を示してある。本例の携帯電話機１は透過型の液晶表示装置１０を備えており、液晶表示装置１０は、表示体である液晶セル１２と、その裏面に液晶セル１２の電極も兼ねて設置された反射体２０を備えている。したがって、本例の液晶表示装置１０は、反射型であり、明るい場所では、上方からの自然光または照明光７０を光源として画像を表示できる。したがって、バックライトを省略することができる。また、半透過性の液晶表示装置も同様の構成で実現可能であり、バックライトを必要とする時間を減らすことができるので、薄型で省電力タイプの携帯電話機などの携帯端末に適している。
【００２６】
図２に、本例の液晶表示装置１０の構成を拡大して示してある。液晶セル１２の裏面に配置された反射体２０は、アルミニウム製で、上述したように数μｍから数１０μｍ程度の微細な複数の凹凸が配置された反射面２１を備えている。したがって、液晶セル１２を透過した外部からの光７１を反射面２１で反射し、再び液晶セル１２を通って出射光７２として外部に出力できるようになっている。このため、本例の表示装置１０では、液晶セル１２に表示された所望の画像を外光７１によりユーザ７７は見ることができる。
【００２７】
カラー表示の可能な液晶表示装置では、鮮明な色を表現するために光量の大きな照明が必要であり、多くの液晶表示装置ではバックライトを設けて光量を確保している。これに対し、本例の液晶表示装置１０では、反射体２０により反射される光の方向を適切に制御することにより光の利用効率を向上し、ユーザが見る方向での光量を増すことによりバックライトを用いずに鮮明な色を表現できるようにしている。したがって、低消費電力で、明るいカラー液晶パネルとなっている。
【００２８】
なお、以下では、表示装置（表示パネル）１０は、液晶層（セル）１２と反射電極となる層（反射体）２０が積層された構成として説明するが、透明電極、カラーフィルタなどの公知のカラー液晶パネルを構成する他の構造層をもちろん備えたものであり、それらについての説明は省略する。
【００２９】
図３に示すように、本例の反射体２０の反射面２１には、この反射面２１と交わる部分、すなわち、反射面２１が平面であると仮定したときの仮想面と交差する部分（本明細書では開口）２３の形状が円形となるような反射面２１に、凹の球面２４を備えた複数の反射形状２８が形成されている。これらの反射形状２８は、ある反射形状を基準の形状としたときに、それに相似な形状となっており、サイズの異なる反射形状２８がランダムな位置に配置されている。たとえば、本例では、直径３０μｍ、深さ２．２μｍのサイズの反射形状２８ａと、直径１５μｍ、深さ１．１μｍのサイズの反射形状２８ｂとの２種類の反射形状２８がランダムに配置されている。さらに、これらの反射形状２８ａおよび２８ｂは、重なり合わないように配置されている。
【００３０】
これらの反射形状２８ａおよび２８ｂから出射される光７２の放射角は、空気中にて±１２°程度に集められる。したがって、反射形状２８が向いた反射面２１に垂直な方向の限られた角度範囲に、反射光７２を配光することが可能となるので、その方向の光量を増加することが可能となる。さらに、これらの反射形状２８ａおよび２８ｂは、液晶の画素（２４０×８０μｍ）よりも小さく、可視光波長（０．４〜０．７μｍ）よりも大きい。したがって、反射形状２８ａおよび２８ｂが各画素よりも小さいので輝度ムラやモアレを防止でき、また、可視光波長よりも大きいので回折による反射ロスも防止できる範囲で設計されている。このように、設計された反射形状２８ａおよび２８ｂは、その設計に従った形状に成形されないと、所望の方向に光を集められず光量を上げることができない。また、サイズが変わると、上記のように輝度ムラや反射ロスの原因となる。さらに、反射形状２８ａおよび２８ｂは、重ならない程度に密に反射面２１に配置しないと、平坦な面が増えるので、所望の角度範囲に十分な光を集めることができる設計した反射効率を得られない。したがって、これらの微細な反射形状２８ａおよび２８ｂは、精度良く形成される必要がある。
【００３１】
また、反射形状２８は、集光する方向を反射面２１の正面からずらしたり、期待される入射光７１の向きによって反射形状２８の角度を変えたり、凹面２４を球面から回転放物面等にすることが必要な場合もある。そして、これらの条件を考慮して設計された反射形状２８を精度良く、さらに高密度で反射面２１に形成することが、所望の方向の反射効率が高い反射体２０を製造する上で、非常に重要となっている。
【００３２】
図４に、本例の反射体２１の転写型に微細構造を製造するために用いられるレーザ描画装置９０の概要を示してある。このレーザ描画装置９０は、ターンテーブル９１を有し、この上に被加工体（ワーク）となる円盤状のガラス原盤８１が回転可能なようにセットされる。そして、上方に配置された光学装置９２から、ガラス原盤８１にレーザ光７９が照射される。光学装置９２は、ターンテーブル９１の面に沿った水平方向（矢印Ｈの方向）にスライドする移動光学台９３と、この光学台９３の上で位置関係を保ちながら水平方向に移動することができる光変調器９４、２つのミラー９５および対物レンズ９６とを備えている。したがって、適当な位置に配置されたレーザ装置９９から出射されたレーザ光７９は、光変調器（音響光学変調器）９４を通過することにより光量変調され、さらに、２つのミラー９５と対物レンズ９６によりターンテーブル９１の上のガラス原盤８１の上に集光される。
【００３３】
ガラス原盤８１には、感光性樹脂の層としてフォトレジスト８２が塗布されている。本例のフォトレジスト８２はポジ型で、ノボラック樹脂と感光剤とから成っており、その屈折率ｎは１．６程度である。照射されるレーザ７９は、波長３５１ｎｍのクリプトンガスレーザであり、ＮＡ（Numerical Aperture ： 開口数）が０．９の対物レンズ９６を用いて集光している。したがって、本例のレーザ光７９の焦点Ｆのスポット直径は０．８２λ／ＮＡより０．３２μｍであり、焦点深度はｎ・λ／（ＮＡ）^２より０．６９μｍとなる。
【００３４】
図５に、ガラス原盤８１のフォトレジスト層８２をスキャンしながら微細構造を露光する様子を示してある。ガラス原盤８１はターンテーブル９１と共に一定の回転速度（本例では４５０ｒｐｍ）で回転し、光変調器９４および対物レンズ９６は、移動光学台９３により一定速度でターンテーブル半径の方向に移動する。
【００３５】
この結果、ガラス原盤８１に形成されたフォトレジスト層８２は、図５に矢印で示すようにスパイラル状にレーザ光７９によりスキャニング露光される。レーザ光７９は光変調器９４により変調信号７８に応じた光量となるように変調されているので、その光量に応じたパターン５８が潜像としてフォトレジスト層８２に記録される。スキャンニングのトラックピッチｐは、スポット直径よりも小さい０．２５μｍに設定されており、フォトレジスト層８２の全面を抜けめなくスキャンできるようになっている。
【００３６】
本例のレーザ描画装置９０は、このレーザ光７９の焦点位置をフォトレジスト層８２の厚み内で自由に調整することが可能である。そこで、本例では、図６（ａ）に示すように、フォトレジスト層８２にパターニングする微細形状の開口形状２８が位置する深さ、すなわち、フォトレジスト層８２の表面８２ａに合わせて露光する。したがって、本例ではフォトレジスト層８２の表面８２ａが反射面２１となる。このケースでは、ガラス原盤８１に塗布されているフォトレジスト層８２の厚さは約３μｍとなっており、レーザ光７９の焦点Ｆの焦点深度が０．６９μｍであることを考慮すると、フォトレジスト層８２の内部におけるレーザ光７９の焦点位置が、レーザ光７９により露光される形状（潜像）５８に大きな影響を与えることが分かる。
【００３７】
露光が終了すると、図６（ｂ）に示すように、微細パターンの潜像５８が記録されたフォトレジスト層８２をガラス原盤８１ごとアルカリ溶液中に浸して現像する。これにより、感光量に応じてフォトレジスト層８２の一部が除去され、所望の微細パターン２８がフォトレジスト層８２の表面８２ａに凹凸形状となって現れる。
【００３８】
ここで、本例の現像のメカニズムについて説明する。本例のフォトレジスト層８２は、ポジ型で、ノボラック樹脂と感光剤とから成る。そして、図８（a）および（ｂ）に模式的に示すように、光（レーザ光）７９が照射された破線で示す部分８２ｂの感光剤が反応して現像液（アルカリ溶液）に可溶な特性となる。このため、レーザ光７９により潜像５８が記録されたフォトレジスト８２を、ガラス原盤８１ごと現像液に浸すと、図８（ｂ）に示すように、現像液が露光された部分８２ｂを、その表面から浸食するようにフォトレジスト８２を除去していく。
【００３９】
この際に、フォトレジストの層８２の表面８２ａは、レーザ光７９が集光されているので強い光で露光された部分（露光量が多い部分）となり、光に反応した感光剤の割合が高い。したがって、現像が速く進行する。さらに、表面８２ａのうち、露光されなかった部分は現像液に侵食されない、あるいは侵食速度がかなり異なるので、表面８２ａの形状は明瞭となる。
【００４０】
一方、ガラス原盤８１の近傍となるフォトレジストの層８２の深部８２ｃでは、レーザ光７９がデフォーカスされ、ある程度発散しているので弱い光で露光された部分（露光量が少ない部分）となる。また、レーザ光７９がデフォーカスされているので、表面８２ａよりも広範囲がレーザ光７９により照射されている。したがって、レーザ光に反応した感光剤の割合が低くなり、分散しているので現像は遅く進行する。したがって、露光量の少ない部分では、露光量と共に、現像時間を利用することにより、任意の３次元パターンを加工することが可能となる。そして、露光量が少なく、レーザ光に反応した感光剤が分散して領域では、現像は等方的に（球面状に）進行する。
【００４１】
これらを現像すると、レジスト８２の表面付近８２ａでは、露光強度を制御する変調信号７８で与えられたパターンに応じた形状が、高精度で得られる。したがって、表面８２ａの側に開口形状の潜像５３を形成することにより、エッジの利いた開口形状２３が設計どおりに形成できる。一方、現像が進行したときに形成される深部８２ｃでは、点対称的に現像が進行するため、結果的に鋭角なコーナーなどの細かい形状は現れず、なだらかな、球面や２次曲面形状となる。
【００４２】
図６（ａ）および図６（ｂ）で反射形状２８を露光および現像する場合に、上記の現象を当て嵌めると、図９に示すように、レーザ光７９の焦点Ｆ（焦点位置）が、ほぼフォトレジスト層８２の表面８２ａに合うようにスキャニング露光することにより、表面８２ａの近傍に位置する開口形状５３は縁の部分の段差や鋭角な形状５３ｋがフォーカシングされたレーザ光７９で露光される。その結果、現像されたときに表面８２ａの近傍の形状は精度良く再現され、解像度が高く、エッジの利いた微細構造２８の開口形状２３が設計に従って忠実に形成される。
【００４３】
一方、レジスト８２の深部８２ｃでは、微細構造の曲面部となる潜像５４がデフォーカスな状態で露光される。したがって、この領域では壁面の形成には現像により浸食の効果が大きく現れ、その結果、球面状に浸食された面２４が微細構造２８として現れる。このため、本例の製造方法により得られる微細構造２８は、開口形状２３は設計により自由に設定でき、曲面２４の部分は現像により影響を大きく受け、レーザ光７９の高周波成分やトラック筋がフィルタリングされた、滑らかな表面をもつ球面または２次曲面となる。したがって、円形または楕円形の開口形状２３を持ち、球面または回転放物面などの２次曲面を曲面２４として持つ反射形状２８を設計することにより、設計通りの微細構造である反射形状２８を本例の製造方法により製造することができる。
【００４４】
このような反射形状２８が製造されたフォトレジスト層８２の表面８２ａをアルミニウムなどでコーディングして反射体とすることも可能である。しかしながら、量産するには転写型を形成することが望ましい。このため、本例では、図６（ｃ）に示すように、現像された微細パターン２８を備えたレジスト層８２の表面８２ａにニッケルのＮＥＤ（無電解メッキ）８３を行ってスタンパを製造し、図６（ｄ）に示すように、それを電極にして電鋳（電解メッキ）にてニッケルを板状に成長させる。ニッケル板８４の板厚は３００μｍ程度とすることにより、強度としても十分な転写型５０ができる。したがって、図６（ｅ）に示すように、剥離させると、表面に微細パターン２８を反転した凸状の微細パターン形状２８ｘを備えたニッケル金型（スタンパ）５０ができる。
【００４５】
このスタンパ５０に形成された微細パターン形状２８ｘは、フォトレジストの層８２の表面８２aに形成された微細な反射形状２８を写し取ったものとなるので、開口部分となる凹の部分は精度良く、エッジの利いた形状に仕上がっており、逆に、反射形状２８の曲面２４となる凸の部分は、球面の滑らかな形状となっている。スタンパ５０を製造する際に電気メッキを行うには、合金でない純粋な金属であることが条件となるが、金型としての硬度、耐久性を併せ持つ金属としてはニッケルが現状では最適である。
【００４６】
図７に、スタンパ５０を用いて反射体２０を形成し、さらに、その反射体２０を用いて表示体１０である液晶表示装置を製造する様子を示してある。まず、図７（ａ）に示すように、ガラス基板３０に、紫外線硬化樹脂を厚さ１０μｍ程度塗布し、構造体となる樹脂層３１を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、スタンパ５０の微細パターン２８ｘを樹脂層３１に向けて押し当てた状態で、紫外線（ＵＶ）７６を照射して硬化させる。硬化した後にスタンパ５０を剥がすと、図７（ｃ）に示すように、ガラス基板３０の樹脂層３１に微細な反射形状２８が転写（レプリケーション）される。この樹脂層３１に形成される反射形状２８は、フォトレジスト層８２に設計通りに形成された反射形状２８と同一となるので、開口形状２３の精度が高く、曲面２４は球面となったものとなる。
【００４７】
さらに、図７（ｄ）に示すように、樹脂層３１にアルミニウム３２をスパッタリングにより付着させる。この結果、転写された凹状の反射パターン２８を反映した反射面２１を備えた反射体２０が完成する。この反射面２１には、凹状の反射形状２８がランダムに高密度で配置されている。
【００４８】
このように製造された反射体２０は、図７（ｅ）に示すように、液晶駆動用電極の生成等のプロセスを経て、保護層１３、液晶セル１２およびこれらを覆うカバー１１がこの順番に組立てられ、反射型の液晶表示装置（表示体）１０が完成する。
【００４９】
この反射体２０の反射面２１には、図３に示したように、２種類の反射形状２８ａおよび２８ｂが重なり合わないようにランダムに、そして高密度で配置されている。そして、各々の反射形状２８ａおよび２８ｂは開口形状２３が精度良く再現されているので、隣接する反射形状２８ａあるいは２８ｂの影響を受けずに、ほとんど接するように配置することができる。したがって、所望の反射特性を備えた反射形状２８ａおよび２８ｂを、非常に高い密度で反射面２１に配置することが可能となり、設計通りの明るさを得ることができる。このため、本例の反射体２０を採用することにより、カラー画像であっても鮮明に表示することができる液晶表示装置１０を提供できる。
【００５０】
なお、上記では、反射体２０の表面２１に凹状の反射形状２８を製造する例を説明しているが、逆の凸状の反射形状を製造することも可能である。図１０は、凸状の反射形状の潜像５８を形成する様子を示してある。凸状の反射形状を製造する場合も、隣接する凸状の反射形状と接触する可能性がある開口形状の潜像５３を精度良く再現することが重要である。したがって、この例では、ガラス原盤８１に塗布されたフォトレジスト８２の厚みの中央付近、すなわち深部８２ｃに、レーザ光７９の焦点位置（フォーカス）Ｆを合わせて露光している。このため、フォトレジスト層８２の表面８２ａの側はデフォーカスされたレーザ光７９で露光されるので、現像の影響が強く現れ２次曲面の滑らかな面が形成される。
【００５１】
また、出射方向が反射面２１に垂直な反射形状だけでなく、反射面２１に対して傾いた反射形状を反射体２０に形成する際も上記と同様の製造方法を採用できる。この反射形状を採用すると、パネル表面１０での反射する光の方向と、反射面２１から得られる反射光７２の方向が異なる。したがって、液晶表示装置１０のパネル表面が光って見づらいということもなくなり、さらに鮮明が画像の見やすい液晶表示装置１０を提供できる。
【００５２】
以上では、本発明の製造方法により反射体を製造する例を説明しているが、本発明の製造方法により製造可能な微細構造体は、反射体に限定されるものではない。たとえば、多数の微小レンズ（マイクロレンズ）を規則的に配置して構成されたマイクロレンズアレイ、複数の光スイッチング素子がマトリクス状に配置された光学デバイス、その他のスイッチングデバイスであっても、高精度の微細構造を確実に製造できることが要求されており、本発明の製造方法を適用することができる。
【００５３】
以下、本発明の製造方法を適用してマイクロレンズアレイを製造する場合について詳細に説明する。
【００５４】
図１１は、マイクロレンズアレイを製造するためのガラス型（転写型）の製造工程について説明する説明図である。図１１（ａ）に示すように、ガラス原盤２００上にフォトレジスト層２０２を形成し、このフォトレジスト層２０２に対して、レーザ光２０４によってスキャニング露光を行う。このとき、形成するマイクロレンズの形状（設計した形状）に合わせて、レーザ光２０４の強度（露光パワー）を変調しながら露光を行う（図１１（ａ）上段参照）。
【００５５】
図１２は、図１１に示した露光工程のレーザ光が照射される様子を示す図である。同図に示すように、レーザ光２０４による露光時には、フォトレジスト層２０２にパターニングする微細形状の開口形状２０６をフォトレジスト層２０２の表面側にし、焦点位置もフォトレジスト層２０２の表面に合わせて露光する。レンズ間にある屈曲部は、焦点近くの解像度の高いレーザビームで露光することができるため、高解像度で形状を形成することが可能となる。また、なめらかな曲面が必要なレンズ面は焦点位置から離れたデフォーカス部になるため、スキャニングのトラック毎に生じるトラック筋が発生せず、なめらかな面となる。
【００５６】
このようにして形成したフォトレジスト層２０２を現像すると、図１１（ｂ）に示すように、マイクロレンズのパターンがフォトレジスト層２０２に現れる。本例では、各パターンの間のピッチを１４μｍ、深さを７μｍ、曲率半径は約１０μｍとしている。
【００５７】
次に、図１１（ｃ）に示すように、フォトレジスト層２０２をエッチングマスクとして用いて、ガラス原盤２００に対して反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、フォトレジスト層２０２に形成された微細パターンをガラス原盤２００に転写する。反応性イオンエッチングに用いる反応ガスとしては、例えば、ＣＨＦ_３
が好適である。これにより、図１１（ｄ）に示すように、マイクロレンズアレイの製造に使用可能な微細パターンを有するガラス型２１０が形成される。
【００５８】
次に、上述した方法によって製造されたガラス型２１０を用いてマイクロレンズアレイを製造する方法について説明する。図１３は、マイクロレンズアレイの製造方法について説明する説明図である。本実施形態では、ガラス型２１０を用いて、いわゆる２Ｐ（Photo Polymer）法によってマイクロレンズアレイを製造する。
【００５９】
具体的には、まず図１３（ａ）に示すように、ガラス基板２２０上に紫外線硬化樹脂層２２２を形成する。この紫外線硬化樹脂層２２２は、スピンコート法（回転塗布法）により、１０μｍ程度の厚さに形成することが好適である。
【００６０】
次に、ガラス型２１０及びガラス基板２２０を真空雰囲気中に導入する。そして、図１３（ｂ）に示すように、ガラス型２１０の微細パターンの形成面を紫外線硬化樹脂層２２２に押し当てて、ガラス型２１０の微細パターンを紫外線硬化樹脂層２２２に転写する。次に、ガラス型２１０を押し当てた状態を維持しながら、ガラス基板２２０の裏面側から紫外線（ＵＶ）照射を行い、紫外線硬化樹脂層２２２を硬化させる。その後、ガラス型２１０をガラス基板２２０から剥離する。これにより、図１２（ｃ）に示すように、多数のマイクロレンズ２２４ａを高密度に配置して構成されるマイクロレンズアレイ２２４が形成される。
【００６１】
なお、より好ましくは、ガラス型２１０とガラス基板２２０について、主成分を共通したもの（例えば、石英など）としておくとよい。これにより、ガラス型２１０とガラス基板２２０の熱膨張率が等しくなるので、紫外線硬化樹脂層２２２の硬化時に発生する硬化熱によるガラス型２１０とガラス基板２２０との位置ずれを抑制することが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明では、レーザ光の焦点位置を、解像度が必要な開口形状が位置する深さに合わせるようにしている。これにより、解像度の必要な開口形状付近は解像度が高く形成され、滑らかな表面が必要な曲面部分は、高周波成分やトラック筋がフィルタリングされて形成され、反射効率の高い反射体を得ることができる。したがって、レーザ光による製造方法により、所望の反射性能を備えた反射形状が高密度で配置された反射体を製造することが可能となる。このため、本発明の反射体を採用することにより、反射型または半反射型で、さらに鮮明な画像を表示することができる表示装置を提供することができる。また、本発明では、設計に従った特性や形状等を備えたマイクロレンズを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射体を用いた液晶パネルを備えた携帯電話機の概要を示す図である。
【図２】図１に示した本発明に係る反射体の概要を示す斜視図である。
【図３】図２に示す反射体の一部を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明に係る微細パターンを露光する装置の概要を示す図である。
【図５】図３に示したガラス原盤に露光された潜像の一部を模式的に示す図である。
【図６】本発明に係る反射体を形成する転写型の製造プロセスを模式的に示す図である。
【図７】図６に示した転写型を用いて、反射体および表示体を形成する製造プロセスを模式的に示す図である。
【図８】図８（ａ）は、図６に示した露光工程を説明する図であり、図８（ｂ）は現像工程を説明する図である。
【図９】図６に示した露光工程のレーザ光が照射される様子を示す図である。
【図１０】本発明に係る、異なる微細パターン（凸状）を露光する様子を模式的に示す図である。
【図１１】マイクロレンズを製造するためのガラス型（転写型）の製造工程について説明する説明図である。
【図１２】図１１に示した露光工程のレーザ光が照射される様子を示す図である。
【図１３】マイクロレンズアレイの製造方法について説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 携帯電話機
１０ 表示装置
１２ 液晶セル
２０ 反射体
２１ 反射面、２３ 開口形状
２８ 反射形状
５０ 転写型
５３ 開口形状
５８ 潜像
７０ 光源
７１ 入射光（照明光）
７２ 出射光（反射光）
７９ レーザ光
８１ ガラス原盤
８２ フォトレジスト層

Claims (12)

1. 感光性樹脂層の第１部分にフォーカスの合ったレーザ光を照射し、前記第１部分を第１の光強度で感光し、前記感光性樹脂層の、前記第１部分から離れた第２部分を前記レーザ光をデフォーカスした前記第１の光強度よりも低い第２の光強度の光で感光する第１工程と、
   前記第１部分と前記第２部分とを除去し、曲面状の面を有する凹状又は凸状の構造を形成する第２工程と、を含み、
   形成すべき微細構造体が凹状の構造であるとき、前記第１部分が前記感光性樹脂層の表面であり、前記第２部分が前記区感光性樹脂層の深部であり、
   前記微細構造体が凸状の構造であるとき、前記第１部分が前記感光性樹脂層の深部であり、前記第２部分が前記感光性樹脂層の表面である、
   ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
2. 請求項１に記載の微細構造体の製造方法において、
   前記曲面状の面が球面状の面である、ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の微細構造体の製造方法において、
   前記感光性樹脂層が樹脂と感光剤とを含むものである、ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法において、
   前記レーザ光がレンズにより前記感光性樹脂層に集光されるものである、ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法において、
   前記第２工程において、前記第１部分と前記第２部分とを溶液に溶解することで除去する、ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法において、
   前記第２工程後に、前記感光性樹脂層の前記凹状の構造の上に金属層を形成する第３工程を有する、ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
7. 請求項６に記載の微細構造体の製造方法において、
   前記凹状の構造の開口形状の径が可視光領域の波長よりも大きいものである、
   ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
8. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微細構造体の製造方法において、
   前記第２工程後に、前記感光性樹脂層の前記凹状の構造の上に硬化性樹脂を配置する第４工程を有する、ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
9. 請求項８に記載の微細構造体の製造方法において、
   前記第４工程後に、前記硬化性樹脂を硬化させる第５工程と、
   前記第５工程後に、前記硬化性樹脂を前記感光性樹脂層から剥がす第６工程と、を有する、ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
10. 請求項１に記載の微細構造体の製造方法において、
    前記レーザ光の光強度が形成すべき微細構造体のパターンに対応した変調信号で変調される、ことを特徴とする微細構造体の製造方法。
11. 請求項６又は７に記載の微細構造体の製造方法を用いる、ことを特徴とする反射体の製造方法。
12. 請求項８又は９に記載の微細構造体の製造方法を用いる、ことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。

Images