(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて離散的に配された複数の円筒面または球面の曲面突起とそれらの上に設けられたほぼ均一な膜厚の連続膜を有するマイクロ構造体アレイであって、曲面突起と基板との接触角（曲面突起と基板が接する個所での曲面突起に対する接面と基板面とが成す角度であって曲面突起側の角度）が９０度より大きく、連続膜により、隣接する曲面突起同士が曲面の最大直径の位置で繋がっていることを特徴とするマイクロ構造体アレイ。
【請求項２】
前記曲面突起は、基板上に熱可塑材料層を所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて所望の形状でパターニングして、離散状態において前記パターニングした熱可塑材料層を熱処理にて変形させて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項３】
前記連続膜はメッキないし電着層であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項４】
前記連続膜は電気メッキ層であることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項５】
前記連続膜は無電解メッキ層であることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項６】
前記連続膜は化学堆積法（ＣＶＤ）によって形成された層であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項７】
前記連続膜は真空蒸着によって形成された層であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項８】
前記連続膜は無機材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項９】
前記連続膜は有機材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項１０】
前記曲面突起の形状が全て同一に形成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項１１】
前記曲面突起が規則的に配列されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項１２】
前記マイクロ構造体アレイ用の配列領域外のアライメントマーカー領域にもアライメントマーカー用構造用の曲面突起が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項１３】
前記基板、曲面突起及び連続膜が透明であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項１４】
マイクロ構造体アレイはマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項１５】
マイクロ構造体アレイはマイクロ構造体アレイ用金型であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項１６】
マイクロ構造体アレイ用金型はマイクロレンズアレイ用金型であることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ構造体アレイ。
【請求項１７】
マイクロ構造体アレイの作製方法であって、
（１）基板上に所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて離散的に配された複数の円筒面または球面の曲面突起を、曲面突起と基板との接触角（曲面突起と基板が接する個所での曲面突起に対する接面と基板面とが成す角度であって曲面突起側の角度）が９０度より大きくなる様に形成する工程、
（２）曲面突起と基板上に、隣接する曲面突起同士が曲面の最大直径の位置で繋がるように、ほぼ均一な膜厚の連続膜を形成する工程、
を有することを特徴とするマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項１８】
前記工程（１)の曲面突起は、基板上に熱可塑材料層を所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて所望の形状でパターニングして、離散状態において前記パターニングした熱可塑材料層を熱処理にて変形させて形成することを特徴とする請求項１７に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項１９】
前記工程（２）の連続膜をメッキないし電着で形成することを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２０】
前記工程（２）の連続膜を電気メッキによって形成することを特徴とする請求項１９に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２１】
前記工程（２）において、曲面突起上に電極層を形成して電気メッキないし電着を行なうことを特徴とする請求項１９または２０に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２２】
前記工程（２） の連続膜を無電解メッキによって形成することを特徴とする請求項１９に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２３】
前記工程（２） の連続膜を化学堆積法（ＣＶＤ）によって形成することを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２４】
前記工程（２） の連続膜を真空蒸着によって形成することを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２５】
前記連続膜が無機材料からなることを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２６】
前記連続膜が有機材料からなることを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２７】
前記工程（１）において、前記曲面突起の形状が全て同一に形成されることを特徴とする請求項１７乃至２６のいずれかに記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２８】
前記工程（１）において、前記曲面突起が規則的に配列されることを特徴とする請求項１７乃至２７のいずれかに記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項２９】
前記工程（１）において、前記マイクロ構造体アレイ用の配列領域外のアライメントマーカー領域にもアライメントマーカー用構造用の曲面突起を形成することを特徴とする請求項１７乃至２８のいずれかに記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項３０】
前記基板、曲面突起及び連続膜が透明であることを特徴とする請求項１７または１８に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項３１】
マイクロ構造体アレイはマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項３０に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項３２】
マイクロ構造体アレイはマイクロ構造体アレイ用金型であることを特徴とする請求項１７乃至２９の何れかに記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項３３】
マイクロ構造体アレイ用金型はマイクロレンズアレイ用金型であることを特徴とする請求項３２に記載のマイクロ構造体アレイの作製方法。
【請求項３４】
請求項１４に記載のマイクロレンズアレイまたは請求項１７乃至２９の作製方法を利用して作製されたマイクロレンズアレイの各レンズに対応する位置に各受光部を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項３５】
請求項１４に記載のマイクロレンズアレイまたは請求項１７乃至２９の作製方法を利用して作製されたマイクロレンズアレイの各レンズに対応する位置に、遮光層に囲まれた各画素開口部を備えたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光エレクトロニクス分野等で使用されるマイクロレンズアレイなどのマイクロ構造体アレイを作製するための金型（本明細書では、特に区別する場合を除いて、金型と言う場合は金型及び金型マスターを含めた意味で使用する）などの作製方法、マイクロレンズアレイなどのマイクロ構造体アレイ等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロレンズアレイは、直径数μｍから数１００μｍの微小な略半球状のレンズを複数配置したものであり、液晶表示装置、受光装置、光通信システムにおけるファイバー間接続等の様々な用途に使用されるようになってきた。
【０００３】
一方、発光素子間隔を狭くできアレイ化が容易な面発光レーザー等の開発が進み、レンズアレイの間隔を狭くでき開口数（ＮＡ）の大きなマイクロレンズの要求が高まっている。
【０００４】
受光素子においても同様に、半導体プロセス技術の発達に伴い、素子間隔が狭まり、ＣＣＤ等に見られるように、ますます受光素子の小型化がなされている。この結果、ここでも、レンズ間隔の狭い、開口数の大きなマイクロレンズアレイが必要となっている。この様なマイクロレンズでは、レンズ面に入射する光の利用効率が高い高集光率のマイクロレンズが望まれている。
【０００５】
さらに、今後期待される光情報処理分野である光並列処理・演算、光インターコネクション等においても、同様の要望がある。
【０００６】
また、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）等の自発光型のディスプレイ装置の研究開発もさかんに行われ、高精細且つ高輝度のディスプレイの提案がなされている。この様なディスプレイにおいては、小型且つ開口数の大きなマイクロレンズアレイに加えて、低コストで大面積のマイクロレンズアレイの要求がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上の様な状況において、従来、イオン交換法（M. Oikawa, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 20(１) L51-54, 1981）を用いて多成分ガラスからなる基板上の複数の箇所を高屈折率化して、複数のレンズを形成する様にしたマイクロレンズアレイの製造方法が知られている。しかしながら、この方法では、レンズ同士の間隔に比べてレンズの開口径を大きくとれず、開口数の大きなレンズの設計が困難であった。
【０００８】
また、大面積のマイクロレンズアレイを作製するにはイオン拡散装置等の大規模な製造装置が必要とされ、製造が容易でないという問題もあった。また、金型を用いたモールディングに比べてガラス毎にイオン交換工程を施す必要があり、製造装置の作製条件管理を十分に行わないと、レンズの品質、例えば焦点距離のばらつきがロット間で大きくなるという問題があった。また、この方法は、金型を用いた方法に比べて、割高になる。
【０００９】
さらに、イオン交換法では、ガラス基板中に被イオン交換用のアルカリイオンが必須となり、基板材料がアルカリガラスに限定されアルカリイオンフリーを前提とする半導体をベースとする素子との適合性が悪い。さらに、ガラス基板そのものの熱膨張係数が受光装置や発光装置の基板の熱膨張係数と大きく異なる為に、素子の集積密度が増加するに伴い、熱膨張係数の不整合によるミスアライメントが発生する。また、元来、ガラス表面のイオン交換法は、表面に圧縮歪みを残すことが知られており、どうしてもガラス表面の残留応力と反り変形のトレードオフの課題が生じ、マイクロレンズアレイが大判化するに従い受光装置や発光装置の基板との接着・接合が困難となってくる。
【００１０】
他の方法としては、マイクロレンズアレイの原版を作製し、原版にレンズ材料を塗布し、塗布したレンズ材料を剥離して作製する方法がある。原版となる金型の作製に当たっては、電子ビームを用いて描画する方法（特開平１−２６１６０１号公報）、金属板の一部をエッチングし形成する方法（特開平５−３０３００９号公報）がある。これらの方法は、モールディングにてマイクロレンズを複製することができ、ロット毎のばらつきが発生しにくく、また低コストにて作製することが可能である。また、イオン交換法に比べて熱膨張係数差に伴うアライメント誤差の発生や反り等の問題を回避できる。しかしながら、電子ビームを用いる方法では、電子ビーム描画装置が高価であり多額の設備投資が必要となること、描画面積が制限されているために、１０ｃｍ角以上の大面積の原版を作製するのが困難であること等の問題がある。
【００１１】
また、エッチングする方法では、主として化学反応を利用した等方性エッチングを用いるため、金属板の組成や結晶構造がわずかでも変化すると所望の形状にエッチングできなくなるという問題がある。また、エッチングする方法では、所望の形状が得られた時点で直ちに水洗しないとエッチングが継続する。微小なマイクロレンズを形成する場合には、所望の形状が得られた時点から水洗に至るまでの時間に進行するエッチングにより、所望の形状から逸脱する場合がある。
【００１２】
他の方法としては、レジストリフロー法（D. Daly, et al., Proc. Microlens Arrays Teddington., p23-34, 1991）がある。この方法では、基板上に形成した樹脂をフォトリソグラフィプロセスを利用して円筒状にパターニングし、加熱しリフローさせてマイクロレンズアレイを作製する。この方法により、様々な形状のレンズを低コストで作製することが可能である。また、イオン交換法に比べて熱膨張係数や反り等の問題がない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このレジストリフロー法では、隣接するレンズ同士がリフローにより接触すると表面張力により所望のレンズ形状を保つことができなくなる。すなわち、隣接するレンズを触させてレンズ間の光未使用領域を小さくし高集光率化することが困難である。
【００１４】
本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑み成されたものであり、その目的は、
(1)レンズなどのマイクロ構造体の高さを比較的大きくできて曲率が大きくでき、
(2)比較的安価に作製可能で、
(3)隣接するレンズなどのマイクロ構造体間の未使用領域を容易に無くし得る、
マイクロレンズアレイなどのマイクロ構造体アレイ用の金型などであるマイクロ構造体アレイ、及びその作製方法等を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のマイクロ構造体アレイは、基板上に所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて離散的に配された複数の円筒面または球面の曲面突起とそれらの上に設けられたほぼ均一な膜厚の連続膜を有するマイクロ構造体アレイであって、曲面突起と基板との接触角（曲面突起と基板が接する個所での曲面突起に対する接面と基板面とが成す角度であって曲面突起側の角度）が９０度より大きく、連続膜により、隣接する曲面突起同士が曲面の最大直径の位置で繋がっていることを特徴とする。接触角が９０度より大きいので、マイクロ構造体の高さを比較的大きくできて曲率が大きくできる。また、基板と曲面突起にわたり連続膜を形成するので、マイクロ構造体アレイのサイズの面内分布を小さくすることもでき、さらに円筒面または球面の突起が基板に強固に固定されて構造がより強固になる。
【００１６】
上記基本構成において、以下の如きより具体的な態様が可能である。
前記曲面突起の半径をｌとし、曲面突起と基板との接触角をθとし、曲面突起の中心の基板からの高さｈをｈ＝−ｌｃｏｓθとするとき、ｌ、ｈは連続膜の厚みｔ及び曲面突起の配列ピッチｄに対し以下の式
ｄ／２≦ｌ＋ｈ
ｈ≦ｔ、ｒ≧ｄ／２
を満たすようにして、マイクロ構造体間の未使用領域を確実に無くすることができる。
【００１７】
前記曲面突起は、例えば、基板上に熱可塑材料層を所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて所望の形状でパターニングして、離散状態において前記パターニングした熱可塑材料層を熱処理にて変形させて形成され得る。
【００１８】
前記連続膜は、電気メッキ層、無電解メッキ層などのメッキないし電着層であったり、化学堆積法（ＣＶＤ）や真空蒸着によって形成されたりする。また、前記連続膜は、ニッケルなど無機材料や、ＰＳＧなどの有機材料からなったりする。
【００１９】
前記曲面突起の形状は全て同一に形成されたり、また左右、上下に等間隔で配列されるといった様に規則的に配列されてもよいし、不規則的に配列されてもよい。これらは用途に応じて適宜決定すればよい。
【００２０】
前記マイクロ構造体アレイ用の配列領域外のアライメントマーカー領域にもアライメントマーカー用構造用の曲面突起が形成されてもよい。
【００２１】
前記基板、曲面突起及び連続膜が透明であって、マイクロ構造体アレイはマイクロレンズアレイとしてそのまま使用できる様にもできる。
【００２２】
マイクロ構造体アレイは、典型的には、マイクロレンズアレイ用金型などのマイクロ構造体アレイ用金型である。
【００２３】
更に、上記目的を達成する本発明のマイクロ構造体アレイの作製方法は、（１）基板上に所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて離散的に配された複数の円筒面または球面の曲面突起を、曲面突起と基板との接触角（曲面突起と基板が接する個所での曲面突起に対する接面と基板面とが成す角度であって曲面突起側の角度）が９０度より大きくなる様に形成する工程、（２）曲面突起と基板上に、隣接する曲面突起同士が曲面の最大直径の位置で繋がるように、ほぼ均一な膜厚の連続膜を形成する工程を有することを特徴とする。
【００２４】
更に、上記目的を達成する本発明の撮像装置或いは表示装置は、上記のマイクロレンズアレイまたは上記の作製方法を利用して作製されたマイクロレンズアレイの各レンズに対応する位置に、各受光部或いは遮光層に囲まれた各画素開口部を備えたことを特徴とする。
【００２５】
以上が本発明の基本的及びより具体的な構成要素であり、その詳細及び作用について図１の典型的な例に沿って以下に更に説明する。
【００２６】
典型的にはマイクロレンズアレイであるマイクロ構造体アレイ用の金型の作製方法の典型例を示す。ここで、マイクロレンズないしマイクロレンズアレイと言う場合はマイクロ構造体を代表して指すものとする。当然、ここで述べることは他のマイクロ構造体アレイ用金型の作製方法にも適用できる。
【００２７】
本発明の基板材としてはガラス、石英、セラミックス、樹脂、金属、結晶材料等が使用できる。次に、基板２の上に球面ないし円筒面突起3（ここでは球面突起で代表する）が設けられている。球面突起3と基板２との接触角は９０度より大きい。
【００２８】
球面突起3の形成方法としては基板上に熱可塑材料層を形成し、例えば、半導体フォトリソグラフィーとエッチングによって所望のレンズピッチ、個数に応じて熱可塑材料層をエッチングしてパターニングする。ここで、熱可塑材料層にフォトレジストを用いるとエッチング工程が省略できる。また、ここで同時にアライメントマーカー用構造のパターンも形成することができる。また、熱可塑材料層のパターニングをライン状に行なえばレンチキュラーレンズ用の金型も形成することもできる。その他にも、基板上に熱可塑材料の小滴を所望のパターンに従って滴下する方法でもよい。
【００２９】
パターニングされた熱可塑材料層に対して熱変形温度以上のリフロー工程を実行することによって、点在化等された熱可塑材料層は、その熱変形性及び表面張力により略球面形状ないし円筒面形状に変形する。ここで、基板の表面エネルギー（撥水処理によりこれは小さくなり、熱可塑材料はより強く弾かれることになる）及び熱可塑材料層の厚みを制御していれば、自在に熱可塑材料の形状及び曲率を制御することができる。この状態においては、隣接する熱可塑材料のマイクロ構造体同士の間には平面部が存在する。
【００３０】
次に、それらの上に連続膜４を設ける。連続膜４は基板表面及び球面突起表面上にほぼ均一な膜厚で形成されている。このような連続膜を形成する方法としては、電気メッキ、無電解メッキなどのメッキ法、化学堆積法（ＣＶＤ法）、電着（電着液には、電着性有機化合物（アニオン型電着のアクリル系酸樹脂、カチオン型電着のエポキシ系樹脂等）の電着液がある）、真空蒸着法などを用いることができる。連続膜４は、球面突起同士の間の平面部が無くなるまで球面突起及び基板上に形成する。これによって、パターニングによって形成された隣接する球面突起同士の間の平面部は無くなる。これをマイクロレンズアレイ用金型として用いれば、光利用効率の高いマイクロレンズアレイが得られる。
【００３１】
連続膜のメッキ層の形成方法として電気メッキを用いる場合、球面突起及び基板上に電極層を形成する必要があるが、無電解メッキを用いる場合はその必要がない。メッキにおいてはメッキ時間、メッキ温度を制御して曲面形状を容易に制御することが可能である。主なメッキの金属としては、単金属では、Ni,Au,Pt,Cr,Cu,Ag,Zn等、合金では、Cu-Zn,Sn-Co,Ni-Fe,Zn-Ni等がある。メッキが可能な材料であれば、いずれの材料でも用いられる。
【００３２】
球面突起のプロフィールの曲率を精確に維持したいのならば、連続膜の形成方法としては、より等方的な層成長がなされる無電解メッキ、化学堆積法などが好ましい。ここでも、連続膜の厚みを制御することによって、自在にマイクロ構造体の形状及び曲率を制御することができる。
【００３３】
図１に示すように、前記球面突起の半径をｌ、球面突起３と基板２との接触角をθとし、球面突起３の中心の基板２からの高さｈを以下のように定義するときに
ｈ＝−ｌｃｏｓθ、
球面突起ピッチｄに対し
ｄ／２≦ｌ＋ｈ
を満たし、且つ、連続膜４の厚みをｔとしたとき
ｈ≦ｔ
を満たしてレンズ曲率半径ｒに対して
ｒ＝ｌ＋ｔ≧ｄ／２
が成り立つ様に制御すると、曲率の大きなマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型１を得ることができ、さらに隣接するレンズ間における光の未利用領域は確実に無くなる。
【００３４】
球面突起３と基板２との接触角θが９０度より大きいため、隣接する球面突起同士の距離が最も近い点はちょうど球面突起の最大直径の位置であり、さらに
ｄ／２≦ｌ＋ｈ
の関係を満たすため、隣接する球面同士３が繋がり球面同士間の平面部が無くなる厚さまで連続膜４が設けられていれば、球面突起３の最大直径の位置で隣接する球面同士が繋がって
ｒ＝ｌ＋ｔ≧ｄ／２
になる。こうして、曲率の大きなマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型１になる。
【００３５】
またここで、連続膜４の厚みｔが
ｄ／２＝ｌ＋ｔ
であれば、レンズ曲率半径ｒと球面突起ピッチｄとの関係が
ｒ＝ｄ／２
となり、丁度半球形状を有するマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型が実現されることになる。
【００３６】
上記の条件は、連続層４の厚さｔを球面突起３の高さｈ程度の大きさにすれば、丁度球面突起３同士が最も接近している所あたりで連続層４が繋がり、連続層４の厚さｔを大きくしていくに従って連続層４が基板２から次第に上の方の所で繋がる様になるための条件である。
【００３７】
上記した様に、上記作製方法においては、例えば、半導体フォトリソグラフィーを用いて熱可塑性材料層を所望のマイクロ構造体アレイの配列に応じて所望の形状でパターニング後、これらを加熱し熱可塑性材料層の熱変形性及び表面張力を制御することによって球面突起３を形成して球面突起３と基板２との接触角θを９０度より大きくし、そして無電解メッキやＣＶＤなどによって等方的な成長をする成膜法にて連続膜４を形成するという簡単な方法にて、マイクロ構造体アレイを作製できる。こうして、面内分布の小さく均一な大きさの球面マイクロ構造体アレイを有するマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型１を得ることができる。
【００３８】
また、凹型マイクロレンズアレイ用金型は、上記マイクロレンズアレイ用金型マスター（原版）に金型材料を形成した後、金型を剥離することで得られる（各部の材料によっては、上記の構造をそのままマイクロレンズアレイなどのマイクロ構造体アレイとして用いることもできる）。マイクロレンズアレイ用金型は、上記した原版から直接形成できるために、高価な設備を必要とせず、低コストで作製できる。剥離の方法としては、機械的に原版と基板を剥離すればよい。しかしながら、大判化すると剥離時に変形する場合がある為、基板２、球面突起３、連続膜４を順次裏面よりエッチング除去する方法を取ってもよい。
【００３９】
連続膜４上に犠牲層を設けた後に金型を形成する場合には、犠牲層を除去することにより金型と基板を剥離することが可能である。この場合、犠牲層をエッチングするエッチャントにより金型が腐蝕されないような犠牲層の材料を選ぶ。犠牲層をエッチングするエッチャントにより連続膜４及び基板２も腐蝕されない場合、連続膜４を形成した基板を原版として、複数回使用することが可能である。原版が複数回の使用により傷、汚れ等により使用できなくなった場合には、同様の方法により金型マスターを作製すればよい。
【００４０】
マイクロレンズ用金型の材料としては、連続膜４を形成した基板２上に形成でき且つ剥離できるものであれば、樹脂、金属、絶縁体等の何れの材料も用いることができる。簡略な金型の形成方法としては、樹脂や金属、ガラスの溶融または溶解した溶液を連続膜４が形成された基板２上に塗布して、これが硬化した後に、上述した剥離の方法により剥離し形成する。この場合、金型材料としては、基板や連続膜が合金化しない材料を選択する。他の方法としては、基板を陰極として連続膜４上に電極層を形成し、金型を電気メッキして形成する。犠牲層を用いるのであれば、犠牲層上に金型用電極層を形成し該金型用電極層を陰極として電気メッキを行う。
【００４１】
さらに、上記マイクロレンズアレイ用金型上にマイクロレンズとなる材料を形成した後、これを剥離することにより、マイクロレンズアレイを形成することができる。これにより、これにより、低コストで且つ容易に、曲率半径ｒと球面突起ピッチｄとの関係が
ｒ≧ｄ／２
で光未使用領域の無いマイクロレンズアレイを作製することが可能となる。
【００４２】
マイクロレンズの材料としては、マイクロレンズ用金型との剥離性が容易な材料が用いられる。マイクロレンズ材料として樹脂を用いる場合は、光透過性の熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂等をマイクロレンズアレイ用金型上に塗布した後、紫外光照射、電子線照射等により硬化させる。硬化時には、気泡が形成されないようにする。樹脂を塗布する場合には、脱気を行うと良い。
【００４３】
硬化後に、樹脂は金型から剥離されマイクロレンズアレイが形成される。マイクロレンズアレイとなる樹脂としては、マイクロレンズを用いる受光または発光装置が利用する光の波長領域で光透過可能な材料を用いる。上記方法でマイクロレンズを作製する場合には、アルカリガラスが必須とはならず、イオン交換法と比べて、マイクロレンズ、支持基板の材料の制限を少なくできる。樹脂の代わりに溶融したガラスを使用すれば、ガラスのマイクロレンズアレイを作製できる。
【００４４】
勿論、本発明の金型は、適用可能であれば、マイクロレンズアレイに限らず、どのような構造を作製するのにも使用し得る。
【００４５】
【発明の実施の態様】
以下に、図面を参照しつつ発明の実施の態様ないし実施例を詳細に説明する。
【００４６】
(第1実施例)
図２（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１実施例を示す上面図及び断面図である。
【００４７】
図２（ａ）及び（ｂ）において、２インチφのシリコン基板２上に１０2４×７６８個の球面突起3が１８μｍのピッチで形成されており、シリコン基板２上から球面突起３上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜４として形成されている。
【００４８】
本実施例では、球面突起３の半径ｌは８．５μｍ、球面突起中心の基板２からの高さｈは４．２μｍ、球面突起３と基板２との接触角θは１２０度である。また、対角方向の球面突起ピッチｄは２５．４μｍであり、連続膜４の厚さｔは４．２μｍである。
【００４９】
従って、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径ｒ（＝ｌ＋ｔ）と対角方向の球面突起ピッチｄとの関係は
ｒ＝ｄ／２＝１２．７μｍ（＝ｌ＋ｈ）
であり、連続層４の面は丁度半球形状を有している。
【００５０】
続いて、上記構造をマスターとしてマイクロレンズアレイ用金型を作製する方法を説明する。この上に電鋳用離型剤を塗布し、この基板を陰極とし、スルファミン酸ニッケルと臭化ニッケルとほう酸及び光沢剤からなるＮｉメッキ浴を用いて、浴温５０℃、陰極電流密度５Ａ／ｄｍ２でＮｉ電気メッキを行なって電鋳層を形成する。その後、基板から金型を離型してマイクロレンズアレイ用金型を形成する。
【００５１】
このマイクロレンズアレイ用金型を用いてマイクロレンズアレイは次のように作製される。マイクロレンズアレイ用金型に紫外線硬化樹脂を塗布後、支持基板となるガラス基板をその上に載せる。紫外線照射により該樹脂を硬化させた後に剥離することにより、１０2４×７６８個の凸型マイクロレンズアレイが作製できる。ここで得られた凸型マイクロレンズアレイは、隣接するレンズ球面間の平面部が無いため光の未利用領域が無い。また、ここで得られたマイクロレンズアレイは、レンズ曲率半径ｒと対角方向のレンズピッチｄとの関係が
ｒ＝ｄ／２＝１２．７μｍ
であり、丁度半球形状を有していた。
【００５２】
（第２実施例）
図２（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２実施例を示す上面図及び断面図でもある。
【００５３】
図２（ａ）及び（ｂ）において、２インチφのシリコン基板２上に１０2４×７６８個の球面突起３が１８μｍのピッチで形成されており、シリコン基板２上から球面突起３上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜４として形成されている。
【００５４】
本実施例では、球面突起３の半径ｌは６．８μｍ、球面突起中心の基板２からの高さｈは５．９μｍ、球面突起３と基板２との接触角θは１５０度である。また、対角方向のレンズピッチｄは２５．４μｍであり、連続膜４の厚さｔは５．９μｍである。
【００５５】
従って、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径ｒ（＝ｌ＋ｔ）と対角方向の球面突起ピッチｄとの関係は
ｒ＝ｄ／２＝１２．７μｍ（＝ｌ＋ｈ）
であり、丁度半球形状を有している。
【００５６】
本実施例でも、第１実施例と同様に、マイクロレンズアレイ用金型を形成でき、そして１０2４×７６８個の凸型マイクロレンズアレイを作製できる。ここで得られた凸型マイクロレンズアレイも、隣接するレンズ球面間に平面部が無いため光の未利用領域が無い。また、ここで得られたマイクロレンズアレイもレンズ曲率半径ｒと対角方向のレンズピッチｄとの関係が
ｒ＝ｄ／２＝１２．７μｍ
であり、第１実施例と同じマイクロレンズアレイを得ることができた。
【００５７】
（第３実施例）
図２（ｃ）は本発明の第３実施例を示す断面図である。
【００５８】
図２（ｃ）において、２インチφのシリコン基板２上に１０2４×７６８個の球面突起３が１８μｍのピッチで形成されており、シリコン基板２上から球面突起３上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜４として形成されている。
【００５９】
本実施例において、球面突起３の半径ｌは８．５μｍ、球面突起中心の基板２からの高さｈは４．２μｍ、球面突起３と基板２との接触角θは１２０度である。また、対角方向のレンズピッチｄは２５．４μｍであり、連続膜４の厚さｔは５μｍである。
【００６０】
従って、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径ｒ（＝ｌ＋ｔ）は
ｒ＝１３．５μｍ（＞ｄ／２＝ｌ＋ｈ＝１２．７μｍ）
である。第１、第２の実施例に比べて、ここでは、連続層４が高さｌのレベルより若干上のところで繋がっていて（図２（ｃ）参照）、曲率半径ｒが若干大きくなっている。
【００６１】
本実施例でも、第１実施例と同様に、マイクロレンズアレイ用金型を形成でき、そして１０2４×７６８個の凸型マイクロレンズアレイを作製できる。ここで得られた凸型マイクロレンズアレイも、隣接するレンズ球面間に平面部が無いため光の未利用領域が無かった。また、ここで得られたマイクロレンズアレイはレンズ曲率半径ｒが
ｒ＝１３．５μｍ
であった。
【００６２】
（第４実施例）
本実施例でも、２インチφのシリコン基板２上に１０2４×７６８個の球面突起３が１８μｍのピッチで形成されており、シリコン基板上から球面突起上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜４として形成されている。
【００６３】
球面突起３の半径ｌは８．５μｍ、球面突起中心の基板２からの高さｈは４．２μｍ、球面突起３と基板２との接触角θは１２０度である。また、対角方向のレンズピッチｄは２５．４μｍであり、連続膜４の厚さｔは４．２μｍである。
【００６４】
よって、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径ｒ（＝ｌ＋ｔ）と対角方向の球面突起ピッチｄとの関係は
ｒ＝ｄ／２＝１２．７μｍ（＝ｌ＋ｈ）
であり、丁度半球形状を有している。また、これらの球面とは別の位置の同一面内にアライメントマーカー用構造が形成されている。
【００６５】
本実施例でも、第１実施例と同様に、マイクロレンズアレイ用金型を形成でき、そして１０2４×７６８個の凸型マイクロレンズアレイを作製できる。ここで得られた凸型マイクロレンズアレイも、隣接するレンズ球面間の平面部が無いため光の未利用領域が無い。また、ここで得られたマイクロレンズアレイは曲率半径ｒと対角方向のレンズピッチｄとの関係が
ｒ＝ｄ／２＝１２．７μｍ
であり、丁度半球形状を有している。さらに、同一面内にアライメントマーカー５が形成されている（図３）。図３では４隅にアライメントマーカー５がある。
【００６６】
これを用いて、ＴＦＴ液晶基板に形成されたアライメントマーカーに凸型マイクロレンズアレイのマーカー５を合わせ貼り付けることにより、各画素に対応した位置に各マイクロレンズを配置することができた。これらを駆動回路に繋いで液晶プロジェクターとして駆動させたところ、入射光はマイクロレンズによって集光され明るい表示画像を得ることができた。
【００６７】
（第５実施例）
本実施例では、５インチφのシリコン基板２上に、１０2４×７６８個の球面突起３が１８μｍのピッチで形成されており、シリコン基板上から球面突起上にかけて等方的に成長した無電解ニッケルメッキ層が連続膜４として形成されたものが同一面内に８個所１．８ｍｍ間隔で設けられている。さらに、貼り合わせ等の位置合わせに用いるマーカー用構造として、前記１０2４×７６８個領域以外の任意の位置にもアライメントマーカー用のパターン５が形成されている（図４）。図４では、各１０2４×７６８個領域の４隅にアライメントマーカー用構造５が形成されている。
【００６８】
本実施例では、球面突起３の半径ｌは９．５μｍ、球面突起中心の基板２からの高さｈは３．２μｍ、球面突起３と基板２との接触角θは１１０度である。また、対角方向のレンズピッチｄは２５．４μｍであり、連続膜４の厚さｔは３．２μｍである。
【００６９】
よって、このマイクロレンズアレイ用金型の曲率半径ｒ（＝ｌ＋ｔ）と対角方向の球面突起ピッチｄとの関係は
ｒ＝ｄ／２＝１２．７μｍ（＝ｌ＋ｈ）
であり、丁度半球形状を有している。
【００７０】
本実施例でも、第１実施例と同様に、マイクロレンズアレイ用金型を形成でき、アライメントマーカー５と１０2４×７６８個のパターンを同一面内に８個所有するマイクロレンズアレイ用金型が得られる。
【００７１】
このマイクロレンズアレイ用金型を用いて、これに紫外線硬化樹脂を塗布後、支持基板となるガラス基板をその上に載せる。紫外線照射により該樹脂を硬化させた後に剥離して切り取ることにより、一枚の金型から８個の凸型マイクロレンズアレイが作製できた。このマイクロレンズアレイも、隣接するレンズ球面間の平面部が無いため光の未利用領域が無かった。ここで得られたマイクロレンズアレイは、レンズ曲率半径ｒと対角方向のレンズピッチｄとの関係が
ｒ＝ｄ／２＝１２．７μｍ
であり、丁度半球形状を有しており、さらに同一面内にアライメントマーカーが形成されていた。
【００７２】
（第６実施例）
第６実施例では、２４ｍｍ×３８ｍｍ角の石英基板上にポリアミック酸をスピンコートで厚さ１２μｍ塗布し、ベーキングを行なうことによりポリイミド層を形成する。つづいて電子ビーム蒸着法にてアルミニウムを成膜する。その上にフォトレジストを塗布し、半導体フォトリソグラフィーを用いて円形アルミニウムパターンを、隣接するパターンとの間隔を１８μｍで１０６４×８０８個形成する。
【００７３】
次に、反応性イオンエッチングにより円形アルミニウムパターンをマスクとしてポリイミド層をエッチングし、隣接するパターンとの間隔を１８μｍで１０６４×８０８個の円筒状のポリイミドパターンを形成する。
【００７４】
次に、その基板を４５０℃で１５分間ベーキングすることによってポリイミド層をリフローさせ、球面突起を形成する。この時、樹脂球面と基板との接触角は１２０度で、球面突起の半径ｌは８．５μｍ、球面突起中心の基板からの高さｈは４．２μｍである。また、対角方向の球面突起ピッチｄは２５．４μｍである。接触角の制御は、ポリイミド層の厚さ、基板の表面エネルギー等を制御することで行われる。基板の表面エネルギーの制御は、フッ素を有する官能基を持つシランカップリング剤などで基板を表面処理して撥水面とする等の方法で行われ得る
【００７５】
次に、連続膜として３５０℃にて常圧ＣＶＤ法によってＰＳＧ(Phosphosilicate glass)層を形成する。ＰＳＧ層は基板及び樹脂表面上に等方的に形成されていき、隣接する球面同士の間の平面部が無くなるまで行なうため、連続膜の厚さｔは４．２μｍである。また、この場合、ＣＶＤ層（ＰＳＧ連続膜）は等方的な積層をしたためリフロー後形成された樹脂の曲率を保持しており、曲率半径は１５μｍである。
【００７６】
ここで得られた構造はそのままマイクロレンズアレイとして用い得る。このマイクロレンズの曲率半径ｒと対角方向の球面突起ピッチｄとの関係は
ｒ＝ｄ／２＝１２．７μｍ
であり、丁度半球形状を有していた。これによって、曲率半径が１２．７μｍで光の未利用領域の無いマイクロレンズアレイが得られた。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、隣接するレンズなどのマイクロ構造体間の未使用領域を小さくでき、レンズなどのマイクロ構造体の曲率を大きくできるマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型などのマイクロ構造体アレイ、及びその作製方法を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施例及び第３実施例によるマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型の上面図及び断面図である。
【図３】本発明の第４実施例によるマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型の上面図である。
【図４】本発明の第５実施例によるマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ用金型の上面図である。
【符号の説明】
１  マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイ金型
２  基板
３  球面突起
４  連続膜
５  アライメントマーカー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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