JPH04181201A

JPH04181201A - マイクロレンズアレイ

Info

Publication number: JPH04181201A
Application number: JP31021390A
Authority: JP
Inventors: Zenichi Akiyama; 善一秋山; Yoichiro Miyaguchi; 耀一郎宮口; Satoshi Komori; 小森　敏
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1992-06-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、マイクロレンズに関し、より詳しくは、三次
元分布屈折率平板マイクロレンズに関する。

［従来の技術１従来のマイクロレンズの作成方法には、■第５図　（ａ
）〜（ｅ）に示すように、基板２６にメタルマスク２７
を形成後（第５図（ａ））、ＨＣＩ等でＮａ、　Ｋ、　
Ｃａ等の脱イオン処理し、水洗乾燥後（第５図（ｂ））
、金属イオンを拡散しく第５図（Ｃ））、メタルマスク
２７を除去しく第５図（ｄ））、加熱処理することによ
りマイクロレンズ３０を作成する（第５図（ｅ））イオ
ン交換法、■光感能性ガラスの溶解と部分残留部をフォ
トリソグラフィーで形成する方法、■エツチングによっ
てマイクロレンズをパターン形成する方法がある。

［発明が解決しようとする課題］ところが、前述の■のイオン交換法は、イオン注入もし
くは拡＃！１後の熱アニールによる活性化が必要である
が、アニール温度とイオン交換時の処理条件により拡散
の程度と横広がりが決定され、この拡散の程度と横広が
りによりマイクロレンズの焦点距離とレンズのサイズが
決定される。それ故、熱アニールにより活性化する際に
は、アニール温度分布の均一性、昇温−降温の安定性、
さらにイオン交換の酸処理の均一性、液管理及び洗浄と
煩雑な工程パラメータがある。また屈折率制御のための
イオンドープ量も１０〜２０モル％程度人しており、こ
れは炭酸塩や硝酸塩の形で５５０〜６００℃程度の溶融
塩中で置換するので、ガラスに亀裂やヘアークラックが
起こり易く危険である。

■のフォトリソ法は、光感能性のガラスを使用するため
、材料が高価となり、また取扱いに制限多い。

■のエツチング法は、エツチング工程プロセスと焼成工
程で行われるが、焦点進度、レンズ寸法等の制御性に問
題が多い。

本発明は上記の点を解決しようとするもので、その目的
はサイズや焦点距離を容易に制御でき、かつ簡易なプロ
セスで容易に作製できるマイクロレンズを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］本発明は、透明基板上の所望する箇所を表面改質した後
、ケイ素アルコキシド、金属アルコキシド、またはこれ
と類似の結合を有する化合物を主体とするゲル状材料を
該所望する箇所に付着させ、焼成することを特徴とする
マイクロレンズ、または透明基板上の所望する箇所をエ
ツチングした後、ケイ素アルコキシド、金属アルコキシ
ド、およびこれと類似の結合を有する化合物を主体とす
るゲル状材料を該所望する箇所に付着させ、焼成するこ
とを特徴とするマイクロレンズに関する。

［作用］本発明では、ガラス基板にフォトリソグラフィーにより
所望する箇所（マイクロレンズを形成する部分）にレジ
ストをマスクとして残し、他をフッ素プラズマにより表
面改質を行なった後、ケイ素アルコキシド、金属アルコ
キシドまたはこれと類似の結合を有する化合物を主体と
するゲル状材料を前記所望する箇所に付着させて焼成す
ることにより簡易なプロセスで容易にマイクロレンズを
形成することができる。また、ゲル状材料の塗布量、塗
布回数によりマイクロレンズのサイズおよび曲率を自由
に操作することができ、従って曲率により焦点距離を調
整することができる。

また、ガラス基板にフォトリソグラフィー、エツチング
工程により所望する箇所をエツチングした後、ケイ素ア
ルコキシド、金属アルコキシドまたはこれと類似の結合
を有する化合物を主体とするゲル状材料を前記所望する
箇所に付着させて焼成することにより簡易なプロセスで
容易にマイクロレンズを形成することができる。また、
基板とフォトレジストの密着性によりマイクロレンズの
曲率を自由に操作することができ、従ってマイクロレン
ズの焦点距離を調整することができる。

また、ゲル状材料に金属イオンを分散させることにより
マイクロレンズの屈折率を容易に調整することができる
が、屈折率は金属イオンの種類と濃度により決定される
。さらに屈折率と半球形状により焦点深度を調整するこ
とができる。

さらに、ゲル状材料にイオン発色団材料を添加すること
によりマイクロレンズに着色させることができるので、
カラーフィルタなしでカラーセンサが可能となり、また
使用するイオン発色団材料の種類と量によりカラーを制
御することができる。

さらに、ゲル状材料焼成後、得られたマイクロレンズを
染料、顔料により添加することでカラー化ができ、従っ
て１層のみのコンパクトなカラーマイクロレンズができ
る。

［実施例］次に第１の本発明を実施例に基づいて説明する。

本発明のマイクロレンズの一実施例の作成工程を第１図
に示す。本実施例では、例えば、ＴＥＯ３（Ｓｉ　（Ｑ
Ｃ−Ｈｓ）−）を主成分とし、１５モル％Ｃｓとエタノ
ール希釈Ｈ２０を加えて加水分解縮重合を行なう。Ｃｓ
は硫酸セシウム（ＣｓＮＯｉ）をエチレングリコールに
溶解させ規定量を与える。さらに表面張力を減少させる
ためにジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）を（わえ、こ
の時均−分散させるため超音波を利用しても良い。この
ガラス前駆体を８０℃５時間以上熟成することによりゲ
ル状材料を得る。

脱脂洗浄したガラス基板１（第１図（ａ））にフォトリ
ソグラフィーによりマイクロレンズのレジストパターン
２を形成する。ここでフォトレジストはノボラック系の
東京応化社製０ＦＰＲ８００を使用した。レジストによ
るパターン形成後、フッ素ラジカル３による基板の表面
改質を行なった後（第１図（ｂ））、レジストパターン
２を剥離した（第１図（Ｃ））。これにより、基板の表
面改質された部分の臨界表面張力は２０ｄｙｎ／ｃｍ以
下になるので、起振水性の表面４となる。次に前述のゲ
ル状材料をデイツプ法、スピンナーまたはロールコータ
により塗布し、仮焼きをする。塗布により表面改質を行
ってない部分、すなわちレジストパターン２のあった部
分のみにゲル状材料が凝集する。また、この時クラック
等が生じないように室温から２２０℃まで４８時間かけ
て焼（。この１次同化によりゲル溶媒が乾燥するので半
球状のものが収縮し、さらに３００℃から６００℃の温
度で１時間、焼成固化することによりマイクロレンズ５
が得られる（第１図（ｄ））。

またマイクロレンズ５の曲率を太き（するには、スピン
ナー、ロールコータまたはデイツプ法でさらにゲル状材
料を塗布し焼成する。この操作を繰り返すことにより任
意の曲率のマイクロレンズ５が得られる。

またこの状態ではシラノール基（ＳｉＯＨ）は残ってい
るので絶縁性等の問題があるときは、この上に保護膜Ｓ
ｉＯ□または５ｉＯＮ等を０．５〜１μｍ程度形成する
ことで解決される。

次に、マイクロレンズの屈折率を調整するには、ゲル状
材料調整時に第１表に示した各種イオンを添加するが、
屈折率を大きくしたい場合、イオン半径の大きい材料を
添加することにより得られる。例えば、Ｃｓ”″イオン
を１５モル％程度ゲル状材料に添加すると屈折率は１．
８〜２．０となる。

＼第　　１　　図また、マイクロレンズをカラー化するには、各種のイオ
ン発色材料を選んでゲル状材料に添加することにより各
色のマイクロレンズを得ることができる。イオン発色材
料には、例えば、Ｃｒ責黄）。

Ｃｏ”（青）、ｕ”（１）等がある。またＣｄＳｅ　（
赤）等のような物質はガラス中でイオン結合が熱アニー
ルにより再結合発色させることができるので化合物発色
団も応用できる。但し、これらの発色団も屈折率に寄与
するので注意が必要である。

また、各種のカラーマイクロレンズを同一基板上に形成
する場合、第２図に示すように各種のカラーゲル状材料
を用意しておき、レジスト形成後、表面改質して撥水性
表面７とし、レジストパターンを除去した基板６（第２
図（ａ））にカラーゲル状材料塗布、焼成してマイクロ
レンズ８を形成した（第２図（ｂ））。次に、酸素プラ
ズマ９により処理を行い、撥水性表面７を親水性表面１
０に変え（第２図（Ｃ））、レジストパターン１１を形
成後、フッ素ラジカル１２による基板の表面改質を行な
った（第２図（ｄ））後、レジストパターン１１を除去
し、別色のカラーゲル状材料を塗布、焼成してマイクロ
レンズ１３を形成した（第２図（ｅ））。以下、同様に
して同一基板上に各色のマイクロレンズを形成すること
ができる。

さらに、マイクロレンズをカラー化する方法として、第
１図のゲル化材料の焼成により得られたマイクロレンズ
にフォトリソグラフィーにより所望するビット以外をマ
スクして、染料、顔料により染色することにより、同一
基板に各色のマイクロレンズを得ることができる。

次に第２の本発明を実施例に基づいて説明する。

本発明のマイクロレンズの一実施例の作成工程を第３図
に示す。本実施例では、例えば、ＴＥ０１（Ｓｉ（ＯＣ
Ｊｓ）４）を主成分とし、１５モル％Ｃｓとエタノール
希釈Ｈ，Ｏを加えて加水分解縮重合を行なう。Ｃｓは硫
酸セシウム（ＣｓＮＯｓ）をエチレングリコールに溶解
させ規定量を与える。さらに表面張力を減少させるため
にジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）を加え、この時均
−分散させるため超音波を利用しても良い。このガラス
前駆体を８０℃で５時間以上熟成することによりゲル状
材料を得る。

脱脂洗浄したガラス基板１４（第３図（ａ））をプラズ
マ１５により基板１４の表面改質を行なう（第３図（ｂ
））。基板１４とレジストの密着性を良好にするためで
あり、この密着性はマイクロレンズの曲率に相当しこの
曲率を自由に操作することにより、マイクロレンズの焦
点距離を調整することができる。例えば、フッ素ラジカ
ルによる表面改質では密着性が向上し、酸素プラズマに
よる表面改質では密着性が低下する。また、プラズマに
よる表面改質にほかにシランカップリング剤を使用して
も良い。次に、表面改質した基板１６にフォトリソグラ
フィーによりレジストパターン１７を形成する（第３図
（Ｃ））。ここでフォトレジストはノボラック系の東京
応化社製０ＦＰＲ８００を使用した。レジストパターン
１７を形成後、エツチング工程によりエツチングする。

ここで使用するエツチング液としては、Ｆ−イオンを含
む水溶液、例えば、ＮＨ，Ｆ水溶液（触媒として酢酸、
リン酸を加える。）で室温から５０℃の温度範囲で等方
ウェットエツチングを行なう。その後、レジストパター
ン１７を剥離する（第３図（ｄ））。次に、前述のゲル
状材料をデイツプ法、スピンナーまたはコールコータに
より塗布し仮焼きをする。エツチング部分１８以外の部
分は表面角質されているので、エツチング部分１８のみ
にゲル状材料が凝集する。またこの時、クラック等が生
じないように室温から２２０℃まで４８時間かけて焼（
。この１次固化によりゲル溶媒が乾燥するので半球状の
ものが収縮し、さらに３００℃から６００℃の温度で１
時間、焼成固化することによりマイクロレンズ１９が得
られる（第３図（ｅ））。

また、この状態ではシラノール基（ＳｉＯＨ）は残って
いるので絶縁性等の問題があるときは、この上に保護膜
ＳｉＯ□または５ＬＯＮ等を０．５〜１μｍ程度形成す
ることで解決される。

次に、マイクロレンズの屈折率を調整するには、第１の
本発明と同様にゲル状材料調整時に第１表に示した各種
イオンを添加するが、屈折率を太き（したい場合、イオ
ン半径の大きい材料を添加することにより得られる。

また、マイクロレンズをカラー化するには、第１の本発
明と同様に、各種のイオン発色材料を選んでゲル状材料
に添加することにより各色のマイクロレンズを得ること
ができる。

また、各種のカラーマイクロレンズを同一基板上に形成
する場合、第４図に示すように各種のカラーゲル状材料
を用意しておき、基板２０をエツチングし、カラーゲル
状材料を塗布、焼成してマイクロレンズ２１を得る（第
４図（ａ））。その後、必要とするマイクロレンズ２１
上にレジストパターン２２を形成（第４図（ｂ））後、
必要としないマイクロレンズを除去し、レジストパター
ン２２を除去した後、別色のカラーゲル状材料を塗布、
焼成してマイクロレンズ２３を得る（第４図（Ｃ））。

同様にマイクロレンズ２１とマイクロレンズ２３上にレ
ジストパターン２４を形成（第４図（ｄ））後、必要と
しないマイクロレンズを除去し、レジストパターン２４
を除去した後、別色のカラーゲル状材料を塗布、焼成し
てマイクロレンズ２５を得る（第４図（ｅ））。以下、
同様にして同一基板上に各色のマイクロレンズを形成す
ることができる。

さらに、マイクロレンズをカラー化する方法として、第
１の本発明と同様に、第３図のゲル化材料の焼成により
得られたマイクロレンズにフォトリソグラフィーにより
所望するビット以外をマスクして、染料、顔料により染
色することにより、同一基板に各色のマイクロレンズを
得ることができる。

［発明の効果Ｊ以上の説明が明らかなように本発明によれば、ゲル状材
料を使用することにより、簡易なプロセスで容易に作成
できるマイクロレンズを提供することができる。またマ
イクロレンズのサイズや曲率を自由に操作することがで
きるので、マイクロレンズの焦点距離を容易に調整する
ことができ、さらにマイクロレンズの屈折率やカラーも
自由に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は第１の本発明のマイクロレンズ
の一実施例の作成工程図、第２図（ａ）〜（ｅ）は第１
の本発明のカラーマイクロレンズの一実施例の作成工程
図、第３図は（ａ）〜（ｅ）は第２の本発明のマイクロ
レンズの一実施例の作成工程図、第４図（ａ）〜（ｅ）
は第２の本発明のカラーマイクロレンズの一実施例の作
成工程図、第５図（ａ）〜（ｅ）は従来のマイクロレン
ズの作成工程図である。１・・・基板、２・・・レジストパターン、３・・・フ
ッ素ラジカル、４・・・起振水性表面、５・・・マイク
ロレンズ、６・・・基板、７・・・撥水性表面、８・・
・マイクロレンズ、９・・・酸素プラズマ、ＩＯ・・・
親水性表面、１１・・・レジストパターン、１２・・・
フッ素ラジカル、１３・・・マイクロレンズ、１４・・
・基板、１５・・・フッ素ラジカル、１６・・・表面改
質した基板、１７・・・レジストパターン、１８・・・
エツチング部分、１９・・・マイクロレンズ、２０・・
・基板、２１・・・マイクロレンズ、２２・・・レジス
トパターン、２３・・・マイクロレンズ、２４・・・レ
ジストパターン、２５・・・マイクロレンズ、２６・・
・基板、２７・・・メタルマスク、２８・・・脱イオン
処理面、２９・・・イオン拡散部、３０・・・マイクロ
レンズ。出願人　　株式会社　リ　コ　− （ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｄ）第１図（ａ）（ｂ）（ｃｌ）（ｅ）第２図 ”−＝　　　　　　　　　（’ＪＯＪＣＸＪ！−で−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明基板上の所望する箇所を表面改質した後、ケ
イ素アルコキシド、金属アルコキシド、またはこれと類
似の結合を有する化合物を主体とするゲル状材料を該所
望する箇所に付着させ、焼成することを特徴とするマイ
クロレンズ。
（２）透明基板上の所望する箇所をエッチングした後、
ケイ素アルコキシド、金属アルコキシド、またはこれと
類似の結合を有する化合物を主体とするゲル状材料を該
所望する箇所に付着させ、焼成することを特徴とするマ
イクロレンズ。
（３）前記ゲル状材料に金属イオンを添加することを特
徴とする請求項１または２に記載のマイクロレンズ。
（４）前記ゲル状材料にイオン発色団材料を添加するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロレン
ズ。
（５）前記ゲル状材料焼成後、マイクロレンズを染料ま
たは顔料で着色することを特徴とする請求項１、２、３
または４に記載のマイクロレンズ。