KR20040044149A - 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법 및 마이크로 렌즈 노광광학계 - Google Patents

마이크로 렌즈 기판의 제작 방법 및 마이크로 렌즈 노광광학계 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상의 패터닝을 행함으로써 광축 맞춤을 간단화하고, 제작 공정을 간략화할 수 있는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법을 제공하는 것이다.
실린더 형상을 한 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 렌즈 형상의 패터닝을 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)에 자외광을 조사함으로써 행한다. 위치가 바뀌는 선광원으로부터 출사된 빛을 콜리메이트 렌즈(37)와 제1 마이크로 렌즈(4)에 의해 마이크로 렌즈 초점면에 결상하고, 그 면에 도포에 의해 형성된 레지스트층(22)을 노광한다. 선광원의 위치를 변화시키면서 노광을 행함으로써, 원하는 실린더 형상의 레지스트 패턴을 얻을 수 있다. 그 후, 엣칭을 행하여 중간 유리층(5)에 레지스트 패턴을 형상 전사하고, 오목부를 고굴절률의 자외선 경화 수지로 매립한다.

Description

마이크로 렌즈 기판의 제작 방법 및 마이크로 렌즈 노광 광학계{METHOD OF MANUFACTURING MICROLENS SUBSTRATE, AND MICROLENS EXPOSURE OPTICAL SYSTEM}
본 발명은, 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법 및 마이크로 렌즈 노광 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2층 구조의 마이크로 렌즈 어레이를 구비한 투영형 액정 표시 장치용 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법 및 이 제작 방법에 이용되는 마이크로 렌즈 노광 광학계에 관한 것이다.
투영형 액정 표시 장치는 투영형 브라운관 표시 장치와 비교하면, 색재현 범위가 넓고, 소형 및 경량이므로 운반이 쉽고, 지자기에 영향을 받지 않으므로 수렴 조정이 불필요한 등의 우수한 특징을 가지며, 대화면화도 용이하므로 앞으로, 가정용 영상 표시 장치의 주류가 될 것이라 생각된다.
이 투영형 액정 표시 장치에 관련하여 이후에 상세하게 설명되는 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 것이 알려져 있다.
[특허문헌 1]
일본 특허 공개 평7-181487호 공보
[특허문헌 2]
일본 특허 공개 평9-90336호 공보
액정 표시 소자를 이용하여 컬러 화상을 표시하는 투영형 액정 표시 장치에는 빛의 3원색에 따라서 액정 표시 소자를 3매 이용하는 3판식 액정 표시 장치와, 액정 표시 소자를 1매만 이용하는 단판식 액정 표시 장치가 있다.
전자의 3판식 액정 표시 장치는 백색광을 R, G 및 B의 3원색으로 각각 분할하는 광학계와, 각 색광을 제어하여 합성하여 컬러 화상을 형성하는 3매의 액정 표시 소자를 각각 독립적으로 구비하고 있고, 각 색의 화상을 광학적으로 중첩하여 풀 컬러 표시를 행하는 것이다.
이 3판식 액정 표시 장치의 구성에서는 백색 광원으로부터 방사되는 빛을 유효하게 이용할 수 있고, 또한 색의 순도도 높다는 이점이 있지만, 상기한 바와 같이 색분리계와 색합성계가 필요하므로, 광학계의 구성이 복잡하고 부품 개수가 많아지므로 저비용화 및 소형화가 곤란하다.
이에 대해 단판식 액정 표시 장치는 액정 표시 소자를 1매만 이용하는 구성이며, 모자이크형, 스트라이프형 등의 3원색 컬러 필터 패턴을 구비한 액정 표시 소자를 투영 광학계에 의해 투영하는 것으로, 사용하는 액정 표시 소자가 1매이면 되고, 또한 광학계의 구성도 3판식에 비해 단순해지므로 저비용이고 소형인 투영형 시스템에 적합하다.
그러나, 단판식 액정 표시 장치의 경우에는 컬러 필터에 의한 빛의 흡수 또는 반사가 일어나므로 입사광의 약 1/3밖에 이용할 수 없는 결점이 있다.
이와 같은 결점을 해결하기 위해, 특허문헌 1에 있어서, 도11에 도시한 바와 같은 2층 구성의 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 컬러 필터가 없는 단판식 액정 표시 장치가 개시되어 있다.
이는 부채형으로 배치된 3개의 다이클로익 미러(54Gㆍ54Rㆍ54B)에 의해 백색 광원(51)으로부터의 백색광을 G, R 및 B의 각 색으로 분할하고, 액정 표시 소자(20)의 광원측에 배치되는 2개의 마이크로 렌즈 어레이(4ㆍ7)에 각각 다른 각도에서 입사시키는 것이다.
백색 광원(51)으로부터의 빛은 곡면 미러(52), 콜리메이트 렌즈(53), 다이클로익 미러(54Gㆍ54Rㆍ54B)를 경유하여 액정 표시 소자(20)로 유도된다.
그리고, 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)를 통과한 각 광속은 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)에 의해, 다이클로익 미러(54Gㆍ54Rㆍ54B)에서 분할된 G, R 및 B의 주광선이 서로 대략 평행해지도록 굴절된 후에, 각각에 대응한 색 신호가 독립되어 인가되는 신호 전극에 의해 구동되는 액정 부위로 분배형으로 조사된다.
액정 표시 소자(20)를 통과한 빛은 필드 렌즈(55) 및 투영 렌즈(56)를 경유하여 스크린(57) 상에 투영된다.
이 장치에서는 흡수형의 컬러 필터를 이용하지 않으므로, 빛의 이용 효율이 향상될 뿐만 아니라, 마이크로 렌즈 어레이(4ㆍ7)를 통과한 후의 각 색의 주광선이 대략 평행해지고, 따라서 투영 렌즈(56)에 도달하기까지의 각 색의 주광선의 확산이 작고, 투영 렌즈(56)에서의 주변 흐림에 의한 광량 저하가 없어 매우 밝은 화상을 제공할 수 있다.
도12의 (a)는 도11에 도시하는 단판식 액정 표시 장치에 있어서의 화소, 제1 마이크로 렌즈(4) 및 제2 마이크로 렌즈(7)의 배치 관계를 나타내는 평면도이고, 도12의 (b)는 제2 마이크로 렌즈(7)의 렌즈면의 형상을 도시하는 사시도이다.
도시한 바와 같이, 이들 화소는 B성분, R성분 및 G성분에 각각 대응하도록 일정한 피치로 배열되어 있다. 그리고, B성분, R성분 및 G성분에 대응한 3개의 화소의 세트마다 제1 마이크로 렌즈(4) 및 제2 마이크로 렌즈(7)가 대응하고 있다.
제1 마이크로 렌즈(4)는 그 외형이 파선으로 나타낸 바와 같이 육각 형상이고, 구면 혹은 비구면의 축대칭 렌즈이다. 한편, 제2 마이크로 렌즈(7)는 그 외형이 실선으로 나타낸 바와 같이 직사각 형상이고, X축 방향에 집광 기능을 갖는 실린드리컬 렌즈이다. 블랙 매트릭스(8)는 해칭으로 나타낸 바와 같이 패터닝되어 있고, R, G, B의 각 색성분을 분리한다.
제1 마이크로 렌즈(4)를 구성하는 각 렌즈의 광축과 제2 마이크로 렌즈(7)를 구성하는 각 렌즈의 광축은 서로 평행하게 되고 있고, 제1 마이크로 렌즈(4) 및 제2 마이크로 렌즈(7)에 있어서의 대향 각 렌즈끼리의 광축은 서로 일치하도록 되어 있다.
제1 마이크로 렌즈(4)는 미리 소정의 각도차를 갖고 서로 분리된 3원색의 입사 광속(R성분, G성분, B성분)을 대응하는 3화소의 각 세트를 향해 집광한다. 한편, 제2 마이크로 렌즈(7)는 서로 대응하는 제1 마이크로 렌즈(4)와 3화소의 세트 사이에 개재되고, 제2 마이크로 렌즈(7)의 광축에 대해 경사진 입사 광속을 상기 광축에 대략 평행한 입사 광속으로 변환한다.
제2 마이크로 렌즈(7)는, 도12의 (b)에 도시한 바와 같은 실린드리컬 렌즈이므로 본래 광축에 평행한 제1 입사 광속(R성분)을 그대로 직진시켜 한 쪽으로 경사진 제2 입사 광속(B성분)을 평행화하고, 다른 쪽으로 경사진 제3 입사 광속(G성분)을 평행화한다.
이와 같은 2층 구조의 마이크로 렌즈 어레이는 1매의 유리 기판의 양면에 각각 마이크로 렌즈 어레이를 접합하여 형성된다. 혹은, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 제2 마이크로 렌즈 어레이를 따로 제작하여 제1 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형성면과 제2 마이크로 렌즈 어레이의 연마면을 서로 접합하여 제작된다.
그러나, 2층의 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 종래의 마이크로 렌즈 기판에서는, 상기한 바와 같이 1매의 유리 기판의 양면에 각각 마이크로 렌즈 어레이를 접합하여 형성하거나, 혹은 2매의 마이크로 렌즈 기판끼리를 접합하여 제작하고 있었으므로, 이하에 서술하는 이유로부터 광축 맞춤이 어려워 제작 비용이 상승하게 되는 문제가 있었다.
즉, 2층의 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 기판에서는 2매의 마이크로 렌즈 어레이를 광축 맞춤하기 위한 공정이 요구되고, 렌즈의 광학 특성을 확보하는 위해서는 2매의 렌즈 어레이의 종방향, 횡방향 및 각도(회전 방향)를 전부 일치시켜야만 한다. 그러나, 렌즈 패턴이 미세하기 때문에, 이 광축 맞춤에는 ±1 ㎛ 정도의 정밀도가 요구되므로, 2층 구조의 마이크로 렌즈 기판의 제작은 매우 곤란했었다.
또한, 2층의 마이크로 렌즈 어레이 사이에 중간층이 들어가는 것도 광축 맞춤이 곤란해지는 요인 중 하나이다. 즉, 2층의 렌즈 패턴 사이에 갭이 있으므로 2층의 위치 결정용 얼라인먼트 마크의 양쪽에 동시에 핀트를 맞추어 관찰할 수 없었다. 각 층마다 별개의 얼라인먼트 마크 관찰계를 조립하여 광축 맞춤을 행하는 것은 가능하지만, 그 경우, 얼라인먼트 마크 관찰계의 광축 맞춤도 엄밀하게 행할 필요가 있어 위치 결정 장치의 비용 상승의 원인이 되었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 제1 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상의 패터닝을 행함으로써, 광축 맞춤을 간단화하여 제작 공정을 간략화할 수 있는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법 및 마이크로 렌즈 노광 광학계를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도1은 본 발명의 작성 방법을 이용하여 형성되는 마이크로 렌즈 기판에 있어서의 레지스트층을 노광하는 방법의 원리를 설명하는 단면도.
도2는 도1의 마이크로 렌즈 기판을 제작하는 데 이용되는 노광 광학계의 구성을 도시하는 단면도.
도3은 본 발명의 작성 방법을 이용하여 형성되는 마이크로 렌즈 기판 및 액정 표시 소자의 구성을 도시하는 단면도.
도4의 (a) 내지 도4의 (f)는 본 발명에 관한 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법을 나타내는 각 공정에 있어서의 단면도.
도5의 (a) 및 도5의 (b)는 본 발명에 관한 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법의 제1 실시예를 나타내는 도면.
도6은 상기 제1 실시예에 있어서의 제어 조건을 나타내는 도면.
도7의 (a) 내지 도7의 (c)는 본 발명에 관한 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법의 제2 실시예를 나타내는 도면.
도8은 상기 제2 실시예에 있어서의 제어 조건을 나타내는 도면.
도9의 (a) 및 도9의 (b)는 본 발명에 관한 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법의 제3 실시예를 나타내는 도면.
도10의 (a) 및 도10의 (b)는 상기 제3 실시예에 있어서의 제어 조건을 나타내는 도면.
도11은 마이크로 렌즈 기판을 구비한 액정 표시 소자를 이용한 종래의 투영형 액정 표시 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도12의 (a) 및 도12의 (b)는 도11 있어서의 마이크로 렌즈 기판을 구성하는 마이크로 렌즈 어레이의 배치 및 형상을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 투명 기판
4 : 제1 마이크로 렌즈 어레이
5 : 중간 유리층(중간층)
7 : 제2 마이크로 렌즈 어레이
10 : 마이크로 렌즈 기판
20 : 액정 표시 소자
22 : 레지스트층(감광성 수지층)
31 : 초고압 수은 램프(광원)
32 : 곡면 미러
33 : 제1 콜리메이트 렌즈
34 : i선 패스 필터(좁은 대역 필터)
35 : 가동 슬릿판(조리개)
36 : 산란판
37 : 제2 콜리메이트 렌즈
41 : 실린드리컬 렌즈
42 : 고정 슬릿판
44 : 개구폭 가변 슬릿판(조리개)
본 발명의 하나의 관점에 따르면, 투명 기판 상에 층형 제1 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 공정과, 제1 마이크로 렌즈 어레이 상에 중간층 및 감광성 수지층을 차례로 형성하는 공정과, 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 중간층을 거쳐서 감광성 수지층을 노광하는 공정과, 노광된 감광선 수지층을 현상하여 제2 마이크로 렌즈 어레이 형성용 패턴을 형성하는 공정과, 그 패턴이 제거될 때까지 엣칭함으로써 중간층에 제2 마이크로 렌즈 어레이 형성용 오목부를 형성하는 공정과, 그 오목부에 수지를 매립함으로써 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 공정을 포함하고 있는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법이며,
상기 노광 공정은 광원으로부터 강도가 균일한 빛을 출사시켜 그 빛을 감광성 수지층에 위치하는 제1 마이크로 렌즈 어레이의 초점면에 결상시키고, 또한 제1 마이크로 렌즈 어레이의 초점 위치에 의해 노광 시간을 변화시켜 감광성 수지층을 노광하는 것으로 이루어지는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법이 제공된다.
본 발명에 관한 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법에 있어서는, 제1 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상의 패터닝을 행할 수 있으므로, 2층의 렌즈 어레이의 광축 맞춤이 불필요이고, 또한 각 층의 렌즈 간격의 어긋남도 생기는 일이 없고, 따라서 2층 구조의 마이크로 렌즈 기판의 제작 공정을 간략화할 수 있는 동시에, 제작 비용을 저감할 수 있다.
본 발명에 관한 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법에 이용되는 강도가 균일한 빛을 출사시키는 상기 광원으로서는, 예를 들어 선광원, 혹은 사이즈가 가변인 직사각 형상의 면광원이 있다.
이와 같은 선광원, 혹은 사이즈가 가변인 직사각 형상의 면광원에 따르면, 감광성 수지층에서의 노광량을 제어하는 것이 용이해진다.
강도가 균일한 빛을 출사시키는 상기 광원이 선광원일 때에는 제1 마이크로 렌즈 어레이, 중간층 및 감광성 수지층이 형성된 투명 기판(마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재)의 감광성 수지층에 선광원의 상이 형성되고, 감광성 수지층은 선형으로 노광된다. 여기서, 감광성 수지층의 노광은 선광원의 위치를 변화시키면서 행하거나, 혹은 선광원의 위치를 고정하여 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재를 상기 선광원으로부터 출사된 광선에 대해 경사지도록 회전 가능하게 배치하고, 그판형 부재를 회전시키면서 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 감광성 수지층에서의 노광량을 용이하게 제어할 수 있다.
강도가 균일한 빛을 출사시키는 상기 광원이, 출사 면적이 가변인 직사각 형상의 면광원일 때에는 감광성 수지층에 면광원의 상이 형성되고, 감광성 수지층은 직사각 형상으로 노광된다. 여기서, 감광성 수지층의 노광은 상기 면광원의 출사 면적을 직사각형 개구가 형성된 조리개의 개구폭을 변화시킴으로써 변화시켜 행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 감광성 수지층에서의 노광량을 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 투명 기판 상에 제1 마이크로 렌즈 어레이, 중간층 및 제2 마이크로 렌즈 어레이가 차례로 적층된 마이크로 렌즈 기판의 제작에 이용되는 마이크로 렌즈 노광 광학계이며, 강도가 균일한 빛을 출사시키는 선광원과, 이 선광원으로부터 출사된 빛을 콜리메이트하는 콜리메이트 렌즈와, 이 콜리메이트 렌즈를 통과한 빛이 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 중간층을 거쳐서 결상하는 감광성 수지층이 중간층 상에 형성된 투명 기판을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 노광 광학계가 제공된다.
이와 같은 마이크로 렌즈 노광 광학계에 있어서는 제1 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상의 패터닝을 행할 수 있으므로, 2층의 렌즈 어레이의 광축 맞춤이 불필요하고, 또한 각 층의 렌즈 간격의 어긋남도 생기는 일이 없고, 따라서 2층 구조의 마이크로 렌즈 기판의 제작 공정을 간략화할 수 있는 동시에, 제작 비용을 저감할 수 있다.
본 발명에 관한 마이크로 렌즈 노광 광학계에 있어서의 상기 선광원은 그 위치가 가변인 것이 바람직하다. 이와 같은 선광원에 따르면, 선광원의 상의 위치를 용이하게 변화시킬 수 있다.
본 발명에 관한 마이크로 렌즈 노광 광학계에 있어서의 상기 판형 부재(투명 기판)는 그 법선과 광선 광축으로 형성되는 경사각이 가변인 것이 바람직하다. 이와 같은 판형 부재에 따르면, 선광원의 상의 위치를 용이하게 변화시킬 수 있다.
본 발명에 관한 마이크로 렌즈 노광 광학계는 상기 선광원으로부터 출사된 빛의 광로 중에 삽입된 좁은 대역 필터를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 좁은 대역 필터를 구비하고 있는 경우에는, 마이크로 렌즈의 색수차에 의해 선형광의 상이 흐려지게 될 우려가 없어지므로, 보다 정밀도가 높은 구조물을 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 투명 기판 상에 제1 마이크로 렌즈 어레이, 중간층 및 제2 마이크로 렌즈 어레이가 차례로 적층된 마이크로 렌즈 기판의 제작에 이용되는 마이크로 렌즈 노광 광학계이며, 강도가 균일한 빛을 출사시키고 또한 출사 면적이 가변인 직사각형의 면광원과, 이 면광원으로부터 출사된 빛을 콜리메이트하는 콜리메이트 렌즈와, 이 콜리메이트 렌즈를 통과한 빛이 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 중간층을 거쳐서 결상하는 감광성 수지층이 중간층 상에 형성된 투명 렌즈 기판을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 노광 광학계가 제공된다.
이와 같은 마이크로 렌즈 노광 광학계에 있어서는, 제1 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상의 패터닝을 행할 수 있으므로 2층의 렌즈 어레이의 광축 맞춤이 불필요하고, 또한 각 층의 렌즈 간격의 어긋남도 생기는 일이 없고, 따라서 2층 구조의 마이크로 렌즈 기판의 제작 공정을 간략화할 수 있는 동시에, 제작 비용을 저감할 수 있다.
본 발명에 관한 마이크로 렌즈 노광 광학계는 상기 면광원으로부터 출사된 빛의 광로 중에 삽입된 좁은 대역 필터를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 좁은 대역 필터를 구비하고 있는 경우에는, 마이크로 렌즈의 색수차에 의해 면형광의 상이 흐려지게 될 우려가 없어지므로 보다 정밀도가 높은 구조물을 형성할 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 패턴을 형성하기 위한 감광성 수지층으로서의 레지스트층을 노광하는 방법의 원리에 대해 도1을 이용하여 설명한다.
본 발명의 투영형 액정 표시 장치에서는 광이용 효율을 향상시키기 위해, 제1 마이크로 렌즈 어레이(102)는 렌즈의 초점이 블랙 매트릭스인 면에 대략 위치하도록 설계되어 있다. 또한, 제1 마이크로 렌즈 어레이(102)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(47)는 가능한 한 거리를 두고 배치되고, 제2 마이크로 렌즈 어레이(47)는 블랙 매트릭스의 근방에 형성되어 있다.
상기한 제작 공정에 있어서는 중간 유리층 접착 공정시의 중간 유리층(104)의 상면은 제1 마이크로 렌즈 어레이(102)의 초점면에 대략 일치하도록 위치하고있다. 이 중간 유리층(104)의 상면에 감광성 수지층으로서의 레지스트층(105)을 도포에 의해 형성해 두고, 제1 마이크로 렌즈 어레이(102)를 통해 자외광 평행광을 조사시키면 그 평행광은 제1 마이크로 렌즈 어레이(102)에 의해 레지스트층(105)에서 일점으로 집광되고, 이 집광 스폿에 의해 레지스트층(105)이 노광된다.
여기서, 투명 기판(101)에 대한 자외광 평행광의 입사 각도를 θi, 제1 마이크로 렌즈 어레이(102)의 초점 거리를 f, 렌즈 광축과 초점면이 교차하는 위치로부터 집광 스폿까지의 간격을 r이라 하면, 그 간격은
r ＝ f × tanθi
로 표시된다.
따라서, 자외광 평행광의 입사 각도(θi)를 변화시킴으로써 집광 스폿의 위치를 바꿀 수 있다.
예를 들어, 도1에 있어서 입사 각도가 θi인 자외광 평행광 광속(45)을 입사시키면, 3개의 마이크로 렌즈(46aㆍ46bㆍ46c)에 의해 광속(45)은 각각 47aㆍ47bㆍ47c의 지점으로 집광되어 이들 지점에 있어서의 레지스트층(105)이 노광된다.
다음에, 입사 각도를 θj로 바꾸어 평행광 광속(48)을 입사시키면, 3개의 마이크로 렌즈(46aㆍ46bㆍ46c)에 의해 광속(48)은 각각 49aㆍ49bㆍ49c의 지점에 집광되어 이들 지점에 있어서의 레지스트층(105)이 노광된다.
레지스트층(105)의 재료에 네거티브 레지스트를 이용한 경우, 강하게 노광된 지점에서는 레지스트층(105)이 두껍게 남고, 약하게 노광된 지점에서는레지스트층(105)은 얇아진다. 따라서, 자외광 평행광 광속의 입사 각도(θi, θj)와 노광 시간(혹은 조사광 강도)을 제어함으로써 원하는 지점에서 원하는 노광량의 노광을 행할 수 있고, 이 공정을 반복하여 레지스트층(105)에 원하는 패턴을 노광할 수 있다.
또한, 노광광으로서, 제1 마이크로 렌즈 어레이(102) 전체를 균일한 광강도로 조사할 수 있는 자외광 평행광을 이용하면, 그 조사 영역 내에 있어서 제1 마이크로 렌즈 어레이(102)에 있어서의 각각의 렌즈(46aㆍ46bㆍ46c)의 바로 아래에서 상기한 노광이 행해지기 때문에 형상이 구비된 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성할 수 있다.
다음에, 상기한 노광 공정을 행하기 위한 노광 광학계에 대해 그 구성을 도시하는 도2를 참조하면서 설명한다.
도2에 있어서, 부호 51은 노광광의 광원이 되는 초고압 수은 램프를 나타낸다. 초고압 수은 램프(51)로부터 출사된 i선(파장 365 ㎚)의 자외광은 구면 미러(52)와 콜리메이트 렌즈(53)에 의해 평행광으로 변환되고, 또한 강도 보정 필터(54)를 거쳐서 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)로 유도된다.
강도 보정 필터(54)는 투과율 분포를 갖게 한 필터로, 투과 후의 광속이 균일한 광강도 분포를 갖도록 그 투과율 분포가 설계되어 있다. 따라서, 균일한 광강도 분포를 가진 자외광 평행광이 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)를 조사하게 된다.
마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)는 2축 회전의 회전 스테이지(도시하지 않음)에 탑재되어 있고, 이 회전 스테이지의 회전각의 제어에 의해, 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)의 법선과 자외광 평행광 광축으로 형성되는 경사각(기울기)을 자유자재로 변화시킬 수 있다.
본 실시예에서는 자외광 평행광 광축을 고정해 두고, 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)측을 X축 및 Y축에 대해 회전시킴으로써 제1 마이크로 렌즈 어레이(102)에 대한 자외광 평행광의 입사 각도를 변화시키고, 그 입사 각도와, 각 입사 각도에 있어서의 노광 시간을 제어하면서 노광을 행함으로써 레지스트층(105)에 원하는 3차원 패턴 형상을 형성할 수 있다.
또한, 상기 설명에서는 입사 각도를 바꿈으로써 초점 위치를 변경하도록 하였지만, 초점 위치의 변경은 이에 한정되지 않고, 어떠한 방법에 의한 것이라도 좋다.
또한, 상기 설명에서는 초점 위치에 의해 노광 시간을 제어함으로써 원하는 3차원 패턴 형상을 얻었지만, 노광 시간을 제어하는 일 없이 노광 강도를 제어하는 방법도 있다.
그러나, 초고압 수은 램프와 같은 광원에서는 광강도의 제어를 행할 수 없어 외부에 광변조기가 요구된다. 또한 광변조기를 이용해도 노광 영역 전체 영역에 걸쳐서 정확하게 노광 강도를 제어하는 것이 어려워 원하는 3차원 형상을 얻을 수 없다. 즉, 원하는 3차원 형상을 얻기 위해 노광 강도를 제어하는 것보다도 노광 시간을 제어하는 쪽이 형상 특성이 좋고, 제어가 용이하고, 장치 구성도 간단하다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도3은 본 발명의 제작 방법을 이용하여 형성되는 마이크로 렌즈 기판 및 액정 표시 소자의 구성을 도시하는 단면도이다.
액정 표시 소자(20)는 마이크로 렌즈 기판(10)과 유리 기판(11)을 가지며, 마이크로 렌즈 기판(10)과 유리 기판(11) 사이에 액정층(13)이 봉입되어 있다. 그리고, 광출사측에 위치하는 유리 기판(11)의 내면에는 액정층(13)을 상변화시키기 위한 신호 전극(12)이 형성되어 있고, 광입사측에 위치하는 마이크로 렌즈 기판(10)의 내면에는 신호 전극(12)과 직교하는 주사 전극(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 신호 전극(12) 및 주사 전극은 투명 전극(ITO)에 의해 형성되어 있다.
마이크로 렌즈 기판(10)은 투명 기판(1) 상에 2층의 마이크로 렌즈 어레이(47)를 형성함으로써 구성되어 있다. 굴절률이 다른 2개의 투명 수지층(2ㆍ3)의 경계면은 렌즈 패턴 형상으로 성형되어 있고, 이 경계면에 의해 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)가 형성되어 있다. 여기서, 수지층(3)에는 수지층(2)보다도 굴절률이 높은 것이 선택되어 있다.
수지층(3) 상에는 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)가 형성되어 있다. 즉, 굴절률이 상이한 중간 유리층(5)과 투명 수지층(6)의 경계면이 렌즈 패턴 형상으로 새겨져 있고, 이 경계면에 의해 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)가 형성되어 있다. 여기서, 수지층(6)에는 중간 유리층(5)보다도 굴절률이 높은 것이 선택되어 있다. 또한, 수지층(6) 상에는 각 색성분의 화소를 분리하는 블랙 매트릭스(8)가 형성되어 있다.
이 마이크로 렌즈 기판(10)과 유리 기판(11)을 스페이서층(14)을 거쳐서 접합하고, 양자 사이에 액정층(13)을 봉입함으로써 액정 표시 소자(20)가 완성된다.
본 발명은 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)를 이용하여 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 렌즈 형상의 패터닝을 행함으로써 2층 구조의 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 것이다.
이 마이크로 렌즈 기판(10)의 제작 방법을 도4의 (a) 내지 도4의 (f)를 기초로 하여 설명한다. 도4의 (a) 내지 도4의 (f)는 마이크로 렌즈 기판(10)의 각 제작 공정에 있어서의 단면도이다.
제1 마이크로 렌즈 어레이(4)에 대해서는 자외선 조사에 의해 경화되는 자외선 경화 수지를 이용한, 소위 2P(Photo-Polymerization)법에 의해 성형된다.
우선, 도4의 (a)에 도시한 바와 같이, 석영 투명 기판(1) 상에 저굴절률 자외선 경화 수지(2)를 도포하고, 그 위에 스탬퍼(21)를 강하시킨다. 스탬퍼(21)의 하면에는 제1 마이크로 렌즈 패턴에 합치하는 반전 패턴이 형성되어 있다.
이 스탬퍼(21)를 석영 투명 기판(1)에 충분히 압박하여 스탬퍼(21)와 석영 투명 기판(1) 사이에 자외선 경화 수지(2)를 눌러 넓히고, 그 상태로 유지하여 자외선 램프 등에 의해 석영 투명 기판(1)을 통해 자외선 경화 수지(2)에 자외선을 조사한다.
자외선이 조사된 자외선 경화 수지(2)는 경화 반응을 일으켜 경화하므로, 자외선 경화 수지(2)에 스탬퍼(21)의 반전 패턴이 전사 성형된다. 자외선 경화 수지(2)의 경화 후, 스탬퍼(21)를 상승시켜 자외선 경화 수지(2)와 스탬퍼(21)를 분리한다.
다음에, 도4의 (b)에 도시한 바와 같이, 경화된 저굴절률 자외선 경화 수지(2) 상에 고굴절률 자외선 경화 수지(3)를 도포하여 저굴절률 자외선 경화 수지(2)의 오목부를 매립한다. 그리고, 고굴절률 자외선 경화 수지(3) 상에 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 중간층이 되는 석영 박판 유리(중간 유리층, 5)를 접착한다.
중간 유리층(5)을 석영 투명 기판(1)에 충분히 압박하여 중간 유리층(5)을 통해 자외선을 조사하여 고굴절률 자외선 경화 수지(3)를 경화시킨다. 이 수지(3)는 중간 유리층(5)의 접착층의 역할도 감당한다. 그 후, 중간 유리층(5)의 두께가 원하는 두께보다도 두꺼운 경우에는 연마를 행함으로써 필요한 두께까지 깎는다.
다음에, 도4의 (c)에 도시한 바와 같이, 중간 유리층(5) 상에 도포에 의해 감광성 수지층으로서의 네거티브 레지스트층(22)을 형성한다. 이 네거티브 레지스트층(22)에 대해 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)를 통해 자외선을 조사하여 그 노광을 행한다.
마이크로 렌즈 기판(10)은 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)의 초점 위치가 레지스트층(22)의 내부에 오도록 설계되어 있다.
여기서, 레지스트층(22)은 네거티브 레지스트이므로 강하게 노광된 지점에서는 레지스트층(22)이 두껍게 남고, 약하게 노광된 지점에서는 레지스트층(22)이 얇게 남는다. 따라서, 각 지점에서의 노광량을 제어함으로써 현상 후의 잔막량을 제어할 수 있고, 레지스트를 이용하여 3차원적인 구조물을 형성할 수 있다. 이 노광 공정의 상세한 사항은 후술된다.
이 노광 공정의 후에 현상 처리를 행하면, 도4의 (d)에 도시한 바와 같이 레지스트층(22)에 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 렌즈 패턴이 형성된다. 그 후, 포스트 베이크 처리를 행한다.
다음에, 도4의 (e)에 도시한 바와 같이, 드라이 엣칭을 행하여 레지스트층(22)에 새겨진 렌즈 패턴의 형상을 중간 유리층(5)에 전사한다. 드라이 엣칭의 방법으로서는, 반응성 이온 엣칭이나 이온 밀링 등의 방법이 있다.
이 때, 엣칭 조건의 선택에 의해, 레지스트층(22)에 새겨진 렌즈 패턴의 두께를 확대할 수 있다. 예를 들어, 레지스트와 석영 유리의 엣칭 선택비가 1 : 2가 되는 엣칭 조건을 선택하면, 레지스트층(22)에 있어서 두께 10 ㎛의 렌즈 패턴은 중간 유리층(5)에 있어서는 두께 20 ㎛의 렌즈 패턴으로 확대된다. 레지스트층(22)에 새기는 렌즈 패턴의 형상은 이 엣칭 선택비도 고려하여 결정된다.
다음에, 도4의 (f)에 도시한 바와 같이, 고굴절률의 자외선 경화 수지(6)를 도포하여 중간 유리층(5)의 오목부를 매립한다. 그 후, 자외광을 조사하여 고굴절률 자외선 경화 수지(6)를 경화시킨다.
이 때, 고굴절률 자외선 경화 수지(6)의 상면의 평탄화 처리도 행한다. 평탄화 처리의 방법은 2가지가 있다.
제1 방법은, 고굴절률 자외선 경화 수지층(6)이 미경화의 상태에서 상면으로부터 미리 이형 처리를 실시한 석영 평면판을 압박하고, 자외선을 조사하여 고굴절률 자외선 경화 수지(6)를 경화시키는 것이다. 경화 후, 석영 평면판을 분리하면상면이 평활한 고굴절률 자외선 경화 수지층(6)을 얻을 수 있다. 제2 방법은, 고굴절률 자외선 경화 수지(6)를 경화시킨 후에 연마 처리를 행하여 고굴절률 자외선 경화 수지(6)의 표면을 평탄화하는 것이다.
이상의 공정에 의해, 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)의 상면에 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)가 형성된 마이크로 렌즈 기판(10)이 완성된다.
다음에, 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 렌즈 패턴을 형성하기 위한 레지스트층(22)에 있어서의 노광 광학계의 각 실시예에 대해 설명한다.
〔제1 실시예〕
도5의 (a)는 본 발명에 관한 노광 광학계 구성의 제1 실시예를 나타내는 도면이다. 부호 31은 노광광의 광원이 되는 초고압 수은 램프를 나타내고 있다. 초고압 수은 램프(31)로부터는 i선(파장 365 ㎚), h선(파장 405 ㎚), g선(파장 436 ㎚) 등의 자외광이 방사된다.
이들 자외광은 곡면 미러(32)에 의해 반사, 집광되어 제1 콜리메이트 렌즈(33)에 의해 평행광으로 변환된 후에, 좁은 대역 필터로서의 i선 패스 필터(34)와, 조리개로서의 가동 슬릿판(35)을 통과한다.
가동 슬릿판(35)은, 도5의 (b)에 도시한 바와 같이 Y축 방향의 개구 길이(슬릿 길이)가 일정 길이(LY)를 갖고, X축 방향의 개구폭(슬릿폭)이 보다 좁아지도록 설정되어 있고, X축에 따라서 이동할 수 있다.
가동 슬릿판(35)을 통과한 빛은 산란판(36)으로 유도되어 산란된다.산란판(36)은 가동 슬릿판(35)을 투과한 광선을 모든 방향으로 산란시키는 역할을 감당하여 가동 슬릿판(35)과 산란판(36)에 의해 Y 방향의 길이가 LY인 선광원이 형성되게 된다.
이 후, 길이(LY)의 선광원의 빛은 제2 콜리메이트 렌즈(37)로 유도된다. 여기서, 제2 콜리메이트 렌즈(37)는 산란판(36)과 제2 콜리메이트 렌즈(37)의 간격이 제2 콜리메이트 렌즈(37)의 초점 거리에 일치하도록 배치되어 있다. 제2 콜리메이트 렌즈(37)를 통과한 빛은 감광성 수지층으로서의 네거티브 레지스트층(22)이 도포에 의해 형성된 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)로 유도된다.
가동 슬릿판(35)과 산란판(36)으로 형성된 선광원은 제2 콜리메이트 렌즈(37)와 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)의 각 렌즈에 의해, 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)의 초점면에 M배의 사이즈로 결상하고, 그 면에 도포에 의해 형성되어 있는 네거티브 레지스트층(22)을 노광한다. 즉, 선형광의 상이 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)의 각 렌즈의 초점면에 형성되어 레지스트층(22)이 선형으로 노광된다.
이 선형 노광 영역의 길이(LR)는 슬릿 길이(LY)를 이용하여,
LR＝ LY/M
M ＝ fC/fM
으로 정의된다. 여기서, fC는 제2 콜리메이트 렌즈(37)의 초점 거리, fM은 제1 마이크로 렌즈(4)의 초점 거리, M은 광학계의 배율이다.
가동 슬릿판(35)을 X축에 따라서 이동시키면, 가동 슬릿판(35)과 산란판(36)으로 구성되는 선광원의 위치가 X축에 따라서 변화되므로 각 마이크로 렌즈의 초점면에 형성되는 선형광의 위치도 그에 따라서 변화된다.
가동 슬릿판(35)의 위치와 노광 시간(혹은 조사광 강도)을 제어하면서 노광을 행하면, 각 위치에서 노광량을 제어할 수 있으므로, 3차원적인 구조물을 형성할 수 있다.
예를 들어, 가동 슬릿판(35)의 위치(X)를 도6과 같이 제어하면, 도12의 (b)에 도시한 바와 같은 실린더 형상의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
이 노광 광학계의 도중에 설치된 i선 패스 필터(34)는 g선 및 h선을 컷트하기 위한 것이다. 레지스트의 감광 대역이 넓어 g선(파장) 및 h선(파장) 모두 감광하는 경우에는 평행광 광속 중에 i선 패스 필터(34)를 삽입하여 i선만을 취출한다. 이와 같이 하면, 마이크로 렌즈의 색수차에 의해 선형광의 상이 흐려지게 될 우려가 없어지므로 보다 정밀도가 높은 구조물을 형성할 수 있다.
이 노광 광학계에 있어서는 슬릿판(35)과 산란판(36)으로 구성되는 선광원의 광강도 균일성이 중요하다. 제1 콜리메이트 렌즈(33)를 출사한 후의 평행광의 광강도 균일성을 향상시키기 위해서는 곡면 미러(32)와 제1 콜리메이트 렌즈(33) 사이에 광강도 균일성을 개선하기 위한 인티그레이터 등을 삽입하면 된다.
또한, 이 노광 광학계에 있어서는 선광원 상의 각 점에 있어서의 방사 특성도 같을 필요가 있다. 산란판(36) 대신에 플라이아이 렌즈를 두면, 선형광은 플라이아이 렌즈에 의해 복수의 점광원으로 분할된다. 형상이 균일한 플라이아이 렌즈를 이용하면, 각 점광원의 방사 특성을 균일하게 할 수 있고, 노광면 전체에 있어서의 레지스트 패턴의 형상 변동을 작게 억제할 수 있다.
본 발명에 관한 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법에서는 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)를 거쳐서 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 패터닝을 행하기 때문에, 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 각 렌즈의 위치 어긋남을 대폭으로 억제할 수 있다.
제1 마이크로 렌즈 어레이(4)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 각 렌즈의 광축 어긋남은 마이크로 렌즈 어레이 기판(10)면의 법선과 노광광 광축으로 형성되는 경사각(광축 기울기)에 의해 야기되지만, 제1 마이크로 렌즈 어레이의 초점 거리가 100 ㎛인 경우에는, 렌즈간 광축 어긋남은 광축 기울기 0.5°이내에서 0.9 ㎛ 이하로 작게 억제된다.
광축 기울기 0.5°이하는 쉽게 실현할 수 있는 숫자이므로, 본 발명에 관한 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법에 따르면, 렌즈 사이의 광축 어긋남을 작게 억제할 수 있다.
또한, 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)를 따로 제작하는 방법에서는 각 마이크로 렌즈 어레이(4ㆍ7) 제작시의 제작 조건의 변동에 의해, 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)의 면 내의 렌즈 간격과 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 면 내의 렌즈 간격이 어긋나는 경우가 있지만, 본 발명의 제작 방법에서는 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)를 기준으로 하여 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)가 형성되므로 각 층의 렌즈 간격이 어긋나게 될 우려가 생기지 않는다는 효과도 있다.
상기와 같은 마이크로 렌즈 기판(10)의 제작 방법에서는 제작 조건의 변동에 의해, 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)의 초점 거리가 설계치에 대해 전체적으로 어긋난 경우, 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)의 형상도 그에 따라서 변화된다. 이 경우, 초점 거리의 어긋남량에 맞추어 슬릿판(35)의 변위 속도를 제어함으로써, 원하는 형상의 제2 마이크로 렌즈 어레이(7)를 형성할 수 있다.
〔제2 실시예〕
도7의 (a) 내지 도7의 (c)는 본 발명에 관한 노광 광학계 구성의 제2 실시예를 나타내는 도면이다. 광원(31)으로부터 제1 콜리메이트 렌즈(33)까지의 구성은 제1 실시예와 동일하다.
제1 콜리메이트 렌즈(33)로부터 출사된 평행광 광속이 실린드리컬 렌즈(41)에 의해 X 방향으로 집광되는 결과, 선광원이 형성된다. 이 선광원은 길이(LY)의 슬릿이 있는 슬릿판(42)에 의해 일정 길이로 제한되어 산란판(36)에 의해 산란된다. 즉, 산란판(36)의 면에 있어서 길이(LY)의 선광원이 형성되게 된다.
이 후, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 콜리메이트 렌즈(37)와 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)가 배치되지만, 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)는 Y축을 회전축으로 하는 회전 스테이지에 탑재되어 있는 점에서 제1 실시예와 다르다. 제2 콜리메이트 렌즈(37)는 산란판(36)과 제2 콜리메이트 렌즈(37)의 간격이 제2 콜리메이트 렌즈(37)의 초점 거리에 일치하도록 배치된다.
제2 콜리메이트 렌즈(37)를 통과한 빛은 네거티브 레지스트층(22)이 도포에 의해 형성된 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)로 유도된다. 네거티브 레지스트층(22)은 제1 마이크로 렌즈(4)의 초점면에 형성되어 있다. 제2 콜리메이트 렌즈(37)와 제1 마이크로 렌즈 어레이(4)의 각 렌즈에 의해 네거티브 레지스트층(22)에 선광원의 상이 형성되고, 네거티브 레지스트층(22)은 각 렌즈의 바로 아래에 있어서 선형으로 노광된다.
한편, 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)는 Y축을 회전 중심으로 하는 회전 스테이지에 탑재되어 있고, 이 회전 스테이지의 회전각의 제어에 의해 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)의 법선과 광선 광축으로 형성되는 경사각(θ)을 자유자재로 변화시킬 수 있다. 그리고, 이 회전 스테이지의 회전에 의해 선광원의 상의 위치를 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 도8과 같이 시간에 대해 회전각(θ)을 제어함으로써, 도12의 (b)에 도시한 바와 같은 실린더 형상의 레지스트 구조물을 형성할 수 있다.
이 노광 광학계에서는 선광원의 길이(LY)만큼만 제2 콜리메이트 렌즈(37)의 축외 특성을 확보할 수 있으면 된다. 실린더 형상의 제2 마이크로 렌즈에 있어서의 외형의 짧은 변 길이 대 긴 변 길이의 비는 1 : 3이므로, 예를 들어 제1 실시예에 있어서 ±15°의 축외 특성이 요구되는 경우라도 제2 실시예에 있어서는 ±5°의 축외 특성을 만족시킬 수 있으면 좋고, 제2 콜리메이트 렌즈(37)에의 요구 조건이 완화된다. 그 결과, 보다 저렴한 콜리메이트 렌즈를 사용하는 것이 가능해진다.
〔제3 실시예〕
도9의 (a)는 본 발명에 관한 노광 광학계 구성의 제3 실시예를 나타내는 도면이다. 광원(31)으로부터 제1 콜리메이트 렌즈(33)까지의 구성은 제1 실시예와 동일하다.
제1 콜리메이트 렌즈(33)로부터 출사된 평행광 광속은 개구 사이즈가 가변인 직사각형 개구(슬릿)를 갖는 조리개로서의 슬릿판(44)을 통과하여 산란판(36)에서 산란된다. 즉, 슬릿판(44)과 산란판(36)에 의해 직사각 형상의 면광원이 형성된다.
이 직사각형 개구의 X 방향의 개구폭은 변화시킬 수 있는 구조로 되어 있고, 면광원의 사이즈도 X축 방향에 대해 변화시킬 수 있다.
즉, 이 개구 사이즈가 가변인 슬릿판(44)은, 도9의 (b)에 도시한 바와 같이 차광판(44a)과 차광판(44b)의 조합에 의해 구성되어 있다. 차광판(44a)과 차광판(44b)은 각각 X축에 따라서 이동할 수 있는 구조로 되어 있고, 이 가동 구조에 의해 직사각형 개구의 X축 방향의 개구폭(WX)을 변화시킬 수 있다.
이 후, 면광원의 빛은 제2 콜리메이트 렌즈(37)로 유도된다. 제2 콜리메이트 렌즈(37)는 산란판(36)과 제2 콜리메이트 렌즈(37)의 간격이 제2 콜리메이트 렌즈(37)의 초점 거리와 일치하도록 배치되어 있다.
제2 콜리메이트 렌즈(37)를 통과한 빛은 네거티브 레지스트층(22)이 도포에의해 형성된 마이크로 렌즈 기판이 되는 판형 부재(120)로 유도된다. 직사각 형상의 면광원으로부터 출사된 빛은 제2 콜리메이트 렌즈(37) 및 제1 마이크로 렌즈(4)를 경유하여 제1 마이크로 렌즈(4)의 초점면에 결상한다. 이 초점면에는 레지스트층(22)이 형성되어 있으므로, 레지스트층(22)은 직사각 형상으로 노광된다.
예를 들어, 도10의 (a)에 도시한 바와 같이, 슬릿판(44)의 직사각형 개구의 개구폭(WX)을 서서히 작게 하면서 노광을 행하면 레지스트층(22) 상에 있어서의 직사각 형상의 상의 사이즈도 서서히 작아지므로, 레지스트층(22) 상에 있어서 중앙부의 노광량이 많고, 모서리 영역의 노광량이 적어진다. 즉, 도10의 (b)에 도시한 바와 같이 중앙부가 불룩한 실린더 형상의 구조물을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 상기한 각 실시예에서는 네거티브 레지스트층(22)의 감광에 대해 서술하였지만, 가시광 경화 수지 혹은 자외선 경화 수지의 경화에 이 노광 광학계를 이용하여 3차원 구조를 형성해도 좋다.
본 발명에 따르면, 마이크로 렌즈 기판 제작 및 마이크로 렌즈 노광 광학계에 있어서, 제1 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 제2 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 형상의 패터닝을 행함으로써, 광축 맞춤을 간단화하여 제작 공정을 간략화할 수 있다.

Claims (12)

  1. 투명 기판 상에 층형의 제1 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 공정과, 제1 마이크로 렌즈 어레이 상에 중간층 및 감광성 수지층을 차례로 형성하는 공정과, 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 중간층을 거쳐서 감광성 수지층을 노광하는 공정과, 노광된 감광성 수지층을 현상하여 제2 마이크로 렌즈 어레이 형성용 패턴을 형성하는 공정과, 그 패턴이 제거될 때까지 엣칭함으로써 중간층에 제2 마이크로 렌즈 어레이 형성용 오목부를 형성하는 공정과, 그 오목부에 수지를 매립함으로써 제2 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 공정을 포함하고 있는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법이며,
    상기 노광 공정은 광원으로부터 강도가 균일한 빛을 출사시켜 그 빛을 감광성 수지층에 위치하는 제1 마이크로 렌즈 어레이의 초점면에 결상시키고, 또한 제1 마이크로 렌즈 어레이의 초점 위치에 의해 노광 시간을 변화시켜 감광성 수지층을 노광하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 강도가 균일한 빛을 출사시키는 상기 광원은 선광원인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 선광원의 위치를 변화시키면서 감광성 수지층의 노광을 행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 선광원의 위치를 고정하여 제1 마이크로 렌즈 어레이, 중간층 및 감광성 수지층이 형성된 투명 기판을 상기 선광원으로부터 출사된 광선에 대해 경사지도록 회전 가능하게 배치하고, 그 투명 기판을 회전시키면서 감광성 수지층의 노광을 행하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법.
  5. 제1항에 있어서, 강도가 균일한 빛을 출사시키는 상기 광원은 출사 면적이 가변인 직사각 형상의 면광원인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 면광원의 출사 면적을 상기 면광원에 형성된 직사각형 개구를 갖는 조리개의 개구폭을 변화시킴으로써 변화시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 기판의 제작 방법.
  7. 투명 기판 상에 제1 마이크로 렌즈 어레이, 중간층 및 제2 마이크로 렌즈 어레이가 차례로 적층된 마이크로 렌즈 기판의 제작에 이용되는 마이크로 렌즈 노광 광학계이며,
    강도가 균일한 빛을 출사시키는 선광원과, 이 선광원으로부터 출사된 빛을 콜리메이트하는 콜리메이트 렌즈와, 이 콜리메이트 렌즈를 통과한 빛이 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 중간층을 거쳐서 결상하는 감광성 수지층이 중간층 상에 형성된투명 기판을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 노광 광학계.
  8. 제7항에 있어서, 상기 선광원은 그 위치가 가변인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 노광 광학계.
  9. 제7항에 있어서, 상기 투명 기판은 그 법선과 광선 광축으로 형성되는 경사각이 가변이 되도록 회전 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 노광 광학계.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선광원으로부터 출사된 빛의 광로 중에 삽입된 좁은 대역 필터를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 노광 광학계.
  11. 투명 기판 상에 제1 마이크로 렌즈 어레이, 중간층 및 제2 마이크로 렌즈 어레이가 차례로 적층된 마이크로 렌즈 기판의 제작에 이용되는 마이크로 렌즈 노광 광학계이며,
    강도가 균일한 빛을 출사시키고 또한 출사 면적이 가변인 직사각형의 면광원과, 이 면광원으로부터 출사된 빛을 콜리메이트하는 콜리메이트 렌즈와, 이 콜리메이트 렌즈를 통과한 빛이 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 중간층을 거쳐서 결상하는 감광성 수지층이 중간층 상에 형성된 투명 렌즈 기판을 구비하여 이루어지는 것을특징으로 하는 마이크로 렌즈 노광 광학계.
  12. 제11항에 있어서, 상기 면광원으로부터 출사된 빛의 광로 중에 삽입된 좁은 대역 필터를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 노광 광학계.
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