(57)【要約】      （修正有）【課題】高い耐光性を有し製造時の成形精度が高いマイクロレンズアレイの製造方法を提供する。【解決手段】光透過性を有する基板２の上面に複数のレンズ状凹部２１を形成する工程と、光透過性を有する無機材料を、レンズ状凹部に充填し且つ上面を覆って上面よりも上方まで積層して、光透過性を備え且つ少なくとも基板との界面において基板よりも高い屈折率を有する第１無機層３４を形成する工程と、フォトリソグラフィー法を用いて、第１無機層の表面に複数のレンズ状凹部に対応したマスク５を形成し、第１無機層にマスクを介してエッチングを施して、複数のレンズ状凹部のそれぞれと１対１で平面的に重なった複数のレンズを形成する工程と、少なくとも複数のレンズの表面を覆って、光透過性を有する第２無機層を形成する工程と、を有するマイクロレンズアレイの製造方法。【選択図】図５
2014089230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する基板の上面に複数のレンズ状凹部を形成する工程と、
光透過性を有する無機材料を、前記レンズ状凹部に充填し且つ前記上面を覆って前記上
面よりも上方まで積層して、光透過性を備え且つ少なくとも前記基板との界面において前
記基板よりも高い屈折率を有する第１無機層を形成する工程と、
フォトリソグラフィー法を用いて、前記第１無機層の表面に前記複数のレンズ状凹部に
対応したマスクを形成し、前記第１無機層に前記マスクを介してエッチングを施して、前
記複数のレンズ状凹部のそれぞれと１対１で平面的に重なった複数のレンズを形成する工
程と、
少なくとも前記複数のレンズの表面を覆って、光透過性を有する第２無機層を形成する
工程と、を有するマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２】
前記第１無機層を形成する工程では、前記第１無機層の形成材料を積層して得られる層
の表面を平坦化する請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項３】
前記第２無機層を形成する工程では、前記第２無機層の形成材料を積層して得られる層
の表面を平坦化する請求項１または２に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
前記第１無機層を形成する工程では、光透過性を備え且つ前記基板よりも高い屈折率を
有する第１無機材料を用いて少なくとも前記レンズ状凹部を充填した後に、前記上面を覆
って光透過性を備えた第２無機材料を積層する請求項１から３のいずれか１項に記載のマ
イクロレンズアレイの製造方法。
【請求項５】
前記複数のレンズと前記第２無機層との界面において、前記複数のレンズが前記第２無
機層よりも高い屈折率を有し、
前記複数のレンズの形状が凸形状である請求項１から４のいずれか１項に記載のマイク
ロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
前記複数のレンズと前記第２無機層との界面において、前記複数のレンズが前記第２無
機層よりも高い屈折率を有し、
前記複数のレンズの形状が凹形状である請求項１から４のいずれか１項に記載のマイク
ロレンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細なマイクロレンズが基板上に複数配列してなるマイクロレンズアレイが知ら
れている。マイクロレンズアレイは、例えば、液晶プロジェクターにおいて光源と液晶ラ
イトバルブとの間に配置して光量のロスを抑制する、固体撮像素子上に配置して入射光を
増加させる、または光ファイバーを用いた通信手段において光ファイバー内に効果的に信
号を入射させる等、多くの用途に利用されている。
【０００３】
このようなマイクロレンズアレイは、例えば、複数の凹部をそれぞれ有する透明基板に
透明樹脂を充填し、さらに各凹部と対になる凹部または凸部を有する透明基板を重ねて、
透明基板間に透明樹脂を挟み込むことで形成することができる。各透明基板は、スペーサ
ー入りの接着材料（樹脂）で接着される。各透明基板が有する凹部の間、または凹部と凸
部との間に封入された透明樹脂は、複数のマイクロレンズを形成する（例えば、特許文献
１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４２０５号公報
【特許文献２】特開２００２−６１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記方法で得られるマイクロレンズアレイは、レンズが樹脂性であるた
め耐光性が低い。また、一対の透明基板の間の離間距離（すなわち、マイクロレンズを形
成するレンズ面の離間距離）は、基板間に配置された球状のスペーサーで制御しているが
、スペーサーの成形精度、変形が離間距離に影響し、設計値を維持することが困難となる
ことがある。さらに、透明樹脂間を樹脂で接着しているため、樹脂が硬化する際の体積変
形により、透明基板の接着位置の位置精度が得られにくい。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高い耐光性を有し製造時の成
形精度（位置精度）が高いマイクロレンズアレイの製造方法を提供することを目的とする
。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、光透過性を有する基板の上面に複数の
レンズ状凹部を形成する工程と、光透過性を有する無機材料を、前記レンズ状凹部に充填
し且つ前記上面を覆って前記上面よりも上方まで積層して、光透過性を備え且つ少なくと
も前記基板との界面において前記基板よりも高い屈折率を有する第１無機層を形成する工
程と、フォトリソグラフィー法を用いて、前記第１無機層の表面に前記複数のレンズ状凹
部に対応したマスクを形成し、前記第１無機層に前記マスクを介してエッチングを施して
、前記複数のレンズ状凹部のそれぞれと１対１で平面的に重なった複数のレンズを有する
レンズを形成する工程と、少なくとも前記レンズの表面を覆って、光透過性を有する第２
無機層を形成する工程と、を有するマイクロレンズアレイの製造方法を提供する。
【０００８】
基板上に形成される第１無機層は、基板側においては基板のレンズ状凹部に応じた複数
のレンズ（以下、第１レンズという）となる。また、第１無機層の基板とは反対側には、
複数のレンズ（以下、第２レンズという）が形成される。その結果、無機材料を用いて第
１レンズと第２レンズとを有する複数のマイクロレンズ、すなわちマイクロレンズアレイ
が形成される。得られるマイクロレンズアレイは、無機材料を形成材料とするため、高い
耐光性を有することとなる。
【０００９】
また、第１無機層の層厚を制御することで第１レンズと第２レンズとの離間距離を容易
に制御可能である。
【００１０】
さらに、マイクロレンズに樹脂材料が含まれないため、樹脂の体積変化に伴う位置ズレ
のおそれがない。
【００１１】
そのため、この方法によれば、高い耐光性を有し製造時の成形精度が高いマイクロレン
ズアレイの製造方法を提供することができる。
【００１２】
本発明の一態様においては、前記複数のレンズを形成する工程に先立って、前記第１無
機層の表面を平坦化する工程を有することが好ましい。
この構成によれば、複数のレンズを高い寸法精度で形成することができるため、高品質
なマイクロレンズアレイを製造することができる。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記第２無機層を形成する工程の後に、前記第２無機層の
表面を平坦化する工程を有することが好ましい。
この構成によれば、表面の乱反射や屈折の乱れを抑制し、高品質なマイクロレンズアレ
イを製造することができる。
【００１４】
本発明の一態様においては、前記第１無機層を積層する工程では、光透過性を備え且つ
前記基板よりも高い屈折率を有する第１無機材料を用いて少なくとも前記レンズ状凹部を
充填した後に、前記上面を覆って光透過性を備えた第２無機材料を積層することが好まし
い。
この構成によれば、第１無機材料でレンズ状凹部を充填することで第１レンズを形成し
た後、第２無機材料を用いて積層することができるため、設計の自由度が高まる。例えば
、第２無機材料として、第１無機材料よりも積層しやすい材料を選択することで、製造時
間を短縮することができる。
【００１５】
本発明の一態様においては、前記複数のレンズと前記第２無機層との界面において、前
記複数のレンズが前記第２無機層よりも高い屈折率を有し、前記複数のレンズの形状が凸
形状であることが好ましい。
この構成によれば、集光作用を有するマイクロレンズアレイを容易に製造することがで
きる。
【００１６】
本発明の一態様においては、前記複数のレンズと前記第２無機層との界面において、前
記複数のレンズが前記第２無機層よりも高い屈折率を有し、前記複数のレンズの形状が凹
形状であることが好ましい。
この構成によれば、光線束の線幅を減少させる作用を有するマイクロレンズアレイを容
易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の製造方法で製造されるマイクロレンズアレイの説明図である。
【図２】第１実施形態で製造されるマイクロレンズアレイの使用例を示す図である。
【図３】第１実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図４】第１実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図５】第１実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図６】第１実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図７】第２実施形態の製造方法で製造されるマイクロレンズアレイの説明図である。
【図８】第２実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図９】第２実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図１０】第２実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図１１】変形例のマイクロレンズアレイを示す説明図である。
【図１２】複数のマイクロレンズアレイを製造する工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
以下、図１〜図６を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ
の製造方法について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくする
ため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００１９】
図１は、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法にて製造されるマイクロレンズ
アレイを示す説明図である。図１（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）
の線分Ａ−Ａにおける矢視断面図である。
【００２０】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、マイクロレンズアレイ１Ａは、基板２と、複数のマ
イクロレンズ３１を有するレンズ層３と、レンズ層３を覆って設けられた無機層（第２無
機層）４を有している。
【００２１】
基板２は、複数のマイクロレンズ３１に対応する複数の凹部（レンズ状凹部）２１を有
し、レンズ状凹部２１の内部に複数のマイクロレンズ３１の形成材料が固着してマイクロ
レンズ３１を形成している。
【００２２】
基板２は、耐熱性および耐光性が高い無機材料を形成材料としている。例えば、基板２
としては、高い光透過率を有する石英ガラス基板（屈折率（５８９．３ｎｍ）：１．４６
）やネオセラムガラス基板（屈折率（５８９．３ｎｍ）：１．５４）などが好適に用いら
れる。
【００２３】
レンズ層３は、光透過性を備え、且つ、少なくともレンズ層３が有するマイクロレンズ
３１と基板２との界面において基板２より高い屈折率を有している。本実施形態では、レ
ンズ層３全体が、基板２より高い屈折率を有している。レンズ層３は、例えば、Ａｌ２Ｏ
３（屈折率（５８９．３ｎｍ）：１．７７）や、ＳｉＯＮなどの無機材料を用いて形成す
ることができる。ＳｉＯＮは、酸素原子（Ｏ）と窒素原子（Ｎ）との組成（比率）によっ
て、ＳｉＯ２（屈折率（５８９．３ｎｍ）：ｎ＝１．４６）とＳｉ３Ｎ４（屈折率（５８
９．３ｎｍ）：ｎ＝２．００）との間の屈折率に制御することができる。
【００２４】
第２無機層４は、光透過性を備えた無機材料を形成材料としている。例えば、第２無機
層４としては、ＳｉＯ２やＳｉＯＮを形成材料とすることができる。
【００２５】
複数のマイクロレンズ３１は、光の入射方向と光の出射方向の両方に凸形状を有する両
凸形状を有している。また、隣り合うマイクロレンズ３１は、平面視で境界線が接触して
おり、平面視矩形を有している。このような複数のマイクロレンズ３１は、マトリクス状
に配列してレンズ部３２を構成している。
【００２６】
マイクロレンズ３１は、基板２内に固着する部分である第１レンズ３１ａと、第２無機
層４で覆われた部分である第２レンズ３１ｂ、第１レンズ３１ａと第２レンズ３１ｂとの
間に配置された光路長調整層３１ｃとを有している。光路長調整層は、第１レンズ３１ａ
と第２レンズ３１ｂとの間の光路長を調整するための層である。
【００２７】
図２は、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法にて製造されるマイクロレンズ
アレイ１Ａの使用例を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、（ｂ）は線分Ｂ−Ｂにお
ける矢視断面図である。図では、マイクロレンズアレイ１Ａをカラーフィルター基板ＣＦ
に貼り合わせ、さらに液晶ライトバルブＬＶに貼り合わせた様子を示している。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、マイクロレンズ３１は、カラーフィルター基板ＣＦが有する
ブラックマトリクスＢＭの平面視形状と同じく平面視矩形を有しており、隣り合うマイク
ロレンズ３１同士の境界線がブラックマトリクスＢＭと平面的に重なるように配置されて
いる。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１Ａは、基板２側の外部から入射され
る光Ｌ１を、基板２とマイクロレンズ３１との界面、およびマイクロレンズ３１と第２無
機層４との界面において屈折させる。さらに、マイクロレンズアレイ１Ａは、マイクロレ
ンズ３１に含まれる光路長調整層３１ｃおよび第２無機層４で、マイクロレンズ３１の焦
点が最適位置になるように調整することにより、カラーフィルター基板ＣＦを介して光Ｌ
１を液晶ライトバルブＬＶに入射させる。
【００３０】
もちろん、図２で示した構成は一例であって、例えばカラーフィルター基板ＣＦを用い
ることなく、液晶ライトバルブＬＶに直接マイクロレンズアレイ１Ａを貼り合せる構成と
してもよい。
【００３１】
次に、図３〜６を用いて本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法について説明す
る。
【００３２】
図３は、本実施形態における複数のレンズ状凹部を形成する工程を示している。
まず、図３（ａ）に示すように、均一な厚さで傷が無く、表面を清浄化した石英ガラス
やネオセラムガラスを形成材料とするガラス基板２０を用意し、ガラス基板２０の表面に
マスク形成用膜２２を形成する。
【００３３】
このマスク形成用膜２２は、後の工程において開口部（初期孔）が形成されることによ
り、マスクとして機能するものである。後述するが、マスク形成用膜２２はレーザー照射
により初期孔２３が形成され、続いてエッチングにより初期孔２３よりガラス基板２０へ
凹部を形成する。したがって、マスク形成用膜２２は、エッチングに対する耐性を有する
ものであることが好ましい。すなわち、マスク形成用膜２２のエッチングレートはガラス
基板２０に比べて充分に小さい。
【００３４】
このことから、マスク形成用膜２２の材料としては、例えばＣｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等
の金属、もしくはこれらから選択される２種以上を含む合金、Ｃｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等
の酸化物（金属酸化物）、シリコン、樹脂等が用いられる。また、ＣｕとＡｕ、あるいは
酸化ＣｒとＣｒのように異なる材料からなる複数の積層構造としてもよい。マスク形成用
膜２２の形成方法としては、特に限定されることなく、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶ
Ｄ法（Chemical Vapor Deposition、化学気相成長法）などから膜材料に最適な方法が適
宜選択され、用いられる。また、膜厚については、初期孔の形成条件ならびにエッチング
条件によって適宜に設定されるものの、０．０１μｍ〜０．２μｍ程度に形成するのが好
ましい。
【００３５】
次いで、図３（ｂ）に示すように、マスク形成用膜２２におけるレンズ状凹部の形成位
置に、初期孔２３を形成し、所定の開口パターンを有するマスク２４を得る。初期孔２３
の形成方法としては、レーザー光照射、エッチング処理などが採用される。特に、位置精
度を高く維持でき、隣接する初期孔２３同士の間隔を正確に制御することが可能となるた
め、レーザー光照射が好適に採用される。
【００３６】
次いで、図３（ｃ）に示すように、マスク２４に形成された初期孔２３を通じて、エッ
チングによりガラス基板２０にレンズ状凹部２１を形成する。本実施形態では、ウエット
エッチングによってレンズ状凹部２１を形成する。エッチング液としては、特に限定され
ないものの、本実施形態では基板としてガラス基板２０を用いているため、フッ酸（フッ
化水素）を含むエッチング液（フッ酸系エッチング液）が好適に用いられる。フッ酸系エ
ッチング液を用いることにより、ガラス基板２０をより選択的に食刻することができ、レ
ンズ状凹部２１を好適に形成することができる。
【００３７】
マスク２４で被覆されたガラス基板２０にエッチングを施すことにより、ガラス基板２
０は、マスク２４に形成された初期孔２３からエッチング液によって等方的にエッチング
され、レンズ状凹部２１が形成される。
【００３８】
エッチングの時間などを制御することにより、図３（ｄ）に示すように所定深さのレン
ズ状凹部２１を形成することができる。なお、このレンズ状凹部２１については、形成す
るマイクロレンズの厚さを薄くするために、深さをなるべく浅くすることが好ましい。し
たがって、本実施形態ではレンズ状凹部２１を、半球状で、その深さが該半球の半径程度
となるように形成する。
【００３９】
次いで、図３（ｅ）に示すように、マスク２４をエッチング等により除去することによ
り、上面２ａに複数のレンズ状凹部２１を有する基板２を得る。
【００４０】
図４は、本実施形態における第１無機層を形成する工程を示している。
図４（ａ）に示すように、基板２の上面２ａに光透過性を有する無機材料を積層して第
１無機層３３を形成する。第１無機層３３は、基板２に設けられた複数のレンズ状凹部２
１に充填され、さらに、基板２の上面２ａを覆って上面２ａの上方まで積層して形成され
る。レンズ状凹部２１に充填された第１無機層３３は、第１レンズ３１ａとなる。
【００４１】
このような第１無機層３３は、少なくとも基板２との界面において基板２よりも高い屈
折率を有するものである。第１無機層３３の形成材料としては、図１に示すレンズ層３の
形成材料として上述した材料を用いることができる。
【００４２】
第１無機層３３を形成する方法としては、乾式法および湿式法のどちらも採用すること
ができる。乾式法としては、ＣＶＤ、スパッタやＥＢ（電子ビーム）蒸着法のような物理
気相成長法を好適に用いることができる。また、湿式法としては、ＳＯＧ（Spin On Glas
s）や、ガラスフリットの分散液を塗布した後に焼成して形成する方法を採用することが
できる。
【００４３】
さらに図４（ｂ）に示すように、第１無機層（無機材料を積層して得られる層）３３の
表面の平坦化処理を行い、表面３４ａが平坦化された第１無機層３４とすることが好まし
い。平坦化処理としては、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨
）やエッチングを採用することができる。
【００４４】
もちろん、図４（ａ）の工程で得られる第１無機層３３の表面が設計や加工精度の要求
に対して充分に平坦であれば、平坦化処理を行わなくてもよい。
【００４５】
このような操作を行うことにより、後の製造工程において複数のレンズを高い寸法精度
で形成することができるため、高品質なマイクロレンズアレイを製造することができる。
以下の説明においては、表面の平坦化処理を行った第１無機層３４を用いて、目的とする
マイクロレンズアレイを製造することとする。
【００４６】
また、平坦化処理によって、第１無機層３４の厚さを制御することができる。第１無機
層３４の厚さは、形成するマイクロレンズ３１の設計に応じて制御することができ、例え
ば、１０μｍ〜１００μｍである。
【００４７】
図５は、本実施形態における複数のレンズを形成する工程を示している。
図５（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー法を用いて、第１無機層３４の表面３
４ａに複数のレンズ状凹部２１に対応したマスク５を形成する。図５（ａ）では、上に凸
形状を有するマスク５を形成することとしている。
【００４８】
このようなマスク５は、例えば、ポジ型フォトレジストを塗布し、複数のレンズ状凹部
２１の境界部と重なる位置に開口パターンを有するフォトマスクを通して露光し現像した
後、残存するフォトレジストの軟化温度にまで基板２、第１無機層３４およびフォトレジ
ストを加熱することで成形することができる。
【００４９】
次いで、図５（ｂ）に示すように、異方性ドライエッチングしてエッチバックによりマ
スク５の形状を第１無機層３４に転写し、第２レンズ３１ｂを形成する。第１無機層３４
の厚み方向において、第２レンズ３１ｂが形成されなかった部分は、光路長調整層３１ｃ
となる。このようにして、第２レンズ３１ｂおよび光路長調整層３１ｃを形成し、複数の
マイクロレンズ３１を有するレンズ部３２を形成することで、レンズ層３が得られる。ド
ライエッチングで用いるエッチングガスＥ１としては、例えば、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２
Ｆ６、ＳＦ６などの含フッ素ガスを用いることができる。
【００５０】
または、マスク５の形成の方法として、上述のようなフォトレジストの軟化を利用する
ものではなく、平面視形状が漸次小さくなる層状のレジスト層を積層して、断面視階段状
のマスクを形成することとしてもよい。このようなマスクを用い、ドライエッチングして
マイクロレンズ３１を形成することとしても、エッチバックの過程において、マスクが有
する階段状の角部はなだらかに均され、所望のレンズ形状を成形することが可能である。
【００５１】
図６は、本実施形態における第２無機層を形成する工程を示している。
図６（ａ）に示すように、レンズ層３の表面３ａを覆って（複数の第２レンズ３１ｂの
表面を覆って）、光透過性を有する無機材料を積層し、第２無機層４１を形成する。第２
無機層４１の形成材料としては、図１に示す第２無機層４の形成材料として上述した材料
を用いることができる。第２無機層４１を形成する方法としては、上述した第１無機層３
３を形成する方法と同様の方法を採用することができる。
【００５２】
さらに図６（ｂ）に示すように、第２無機層（第２無機層の形成材料を積層して得られ
る層）４１の表面の平坦化処理を行い、表面４ａが平坦化された第２無機層４とすること
が好ましい。平坦化処理としては、ＣＭＰやエッチングを採用することができる。このよ
うな操作を行うことにより、表面４ａでの光の乱反射や屈折の乱れを抑制し、高品質なマ
イクロレンズアレイを製造することができる。
【００５３】
もちろん、図６（ａ）の工程で得られる第２無機層４１の表面が設計要求に対して充分
に平坦であれば、平坦化処理を行わなくてもよい。また、平坦化処理によって、第２無機
層４の厚さを制御することができる。これにより、表面４ａからマイクロレンズ３１の焦
点位置までの距離を制御することができ、表面４ａに設けられる液晶ライトバルブなどの
部材において所望の位置に光を集光することができる。
以上のようにして、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を実施し、マイクロ
レンズアレイ１Ａを製造することができる。
【００５４】
以上のような構成のマイクロレンズアレイの製造方法によれば、第１無機層３４を用い
て製造されるマイクロレンズ３１は、無機材料を形成材料とするため、高い耐光性を有す
ることとなる。
【００５５】
また、第１無機層３４の層厚を制御することで第１レンズ３１ａと第２レンズ３１ｂと
の離間距離（すなわち光路長調整層３１ｃの厚み）を容易に制御可能である。
【００５６】
さらに、マイクロレンズ３１に樹脂材料が含まれないため、樹脂の体積変化に伴う位置
ズレのおそれがない。
【００５７】
そのため、高い耐光性を有し製造時の成形精度が高いマイクロレンズアレイ１Ａを製造
することができる。
【００５８】
なお、本実施形態においては、製造されるマイクロレンズアレイ１Ａが有するマイクロ
レンズ３１の平面視形状が矩形であることとしたが、これに限らず、隣り合うマイクロレ
ンズ３１が接することなく独立した形状であることとしても構わない。このようなマイク
ロレンズアレイは、例えば、図３におけるエッチングにおいて、図３（ｃ）のような状態
でエッチングを終了することにより製造することができる。この場合、マイクロレンズ３
１の平面視形状は、略円形となる。
【００５９】
［第２実施形態］
図７〜１０は、本発明の第２実施形態に係るマイクロレンズアレイの製造方法の説明図
である。本実施形態で製造されるマイクロレンズアレイ１Ｂは、第１実施形態で製造され
るマイクロレンズアレイ１Ａと一部共通しているため、本実施形態において第１実施形態
と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６０】
図７は、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法にて製造されるマイクロレンズ
アレイ１Ｂを示す説明図である。図７（ａ）は概略斜視図であり、図１（ａ）に対応する
図である。図７（ｂ）は（ａ）の線分Ｃ−Ｃにおける矢視断面図であり、図１（ｃ）に対
応する図である。図７（ｃ）は作用を説明する図であり、図２（ｂ）に対応する図である
。
【００６１】
図７（ａ）（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１Ｂは、基板２と、複数のマイ
クロレンズ６１を有するレンズ層６と、レンズ層６を覆って設けられた無機層（第２無機
層）７を有している。
【００６２】
基板２は、複数のマイクロレンズ６１に対応する複数の凹部（レンズ状凹部）２１を有
し、レンズ状凹部２１の内部に複数のマイクロレンズ６１の形成材料が固着してマイクロ
レンズ６１を形成している。
【００６３】
レンズ層６は、光透過性を備え、且つ、少なくともレンズ層６が有するマイクロレンズ
６１と基板２との界面において基板２より高い屈折率を有している。レンズ層６の形成材
料としては、第１実施形態のレンズ層３の形成材料と同様のものを用いることができる。
【００６４】
第２無機層７は、光透過性を備えた無機材料を形成材料としている。例えば、第２無機
層７としては、ＳｉＯ２やＳｉＯＮを形成材料とすることができる。
【００６５】
複数のマイクロレンズ６１は、マイクロレンズ６１の厚み方向の中心側から見て基板２
側が凸形状を有し、第２無機層７側が凹形状を有する、いわゆるメニスカスレンズとなっ
ている。また、隣り合うマイクロレンズ６１は、平面視で境界線が接触しており、平面視
矩形を有している。このような複数のマイクロレンズ６１は、マトリクス状に配列してレ
ンズ部６２を構成している。
【００６６】
マイクロレンズ６１は、基板２内に固着する部分である第１レンズ６１ａと、第２無機
層７で覆われた部分であり、第２無機層７が充填される凹部である第２レンズ６１ｂ、第
１レンズ６１ａと第２レンズ６１ｂとに挟持された光路長調整層６１ｃとを有している。
【００６７】
図７（ｃ）に示すように、マイクロレンズアレイ１Ｂは、基板２側の外部から入射され
る光Ｌ２を、基板２とマイクロレンズ６１との界面、およびマイクロレンズ６１と第２無
機層７との界面において屈折させ、光線束を収束させる作用を有する。すなわち、符号Ｌ
ａで示す光Ｌ２の光線束の幅と、符号Ｌｂで示す光線束の幅とを比べると、Ｌａ＞Ｌｂの
関係となる。このようなマイクロレンズアレイ１Ｂでは、マイクロレンズ６１に含まれる
光路長調整層６１ｃの厚みを制御することにより、収束させた光線束の幅Ｌｂを最適とな
るように調整し、光Ｌ２を液晶ライトバルブＬＶに入射させる。
【００６８】
次に、図８〜１０を用いて本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法について説明
する。
【００６９】
図８は、本実施形態における第１無機層を形成する工程を示している。
まず、図８（ａ）に示すように、第１実施形態の図３で示した方法（複数のレンズ状凹
部を形成する工程）で形成した基板２の上面２ａに、第１実施形態と同様に、光透過性を
有する無機材料を積層して第１無機層６３を形成する。第１無機層６３は、基板２に設け
られた複数のレンズ状凹部２１を充填し、さらに、基板２の上面２ａを覆って上面２ａの
上方まで積層して形成される。レンズ状凹部２１に充填された第１無機層６３は、第１レ
ンズ６１ａとなる。
【００７０】
このような第１無機層６３は、少なくとも基板２との界面において基板２よりも高い屈
折率を有するものである。第１無機層６３の形成材料としては、図７に示すレンズ層６の
形成材料として上述した材料を用いることができる。
【００７１】
第１無機層６３を形成する方法としては、第１実施形態の第１無機層３３を形成する方
法と同様の方法を採用することができる。
【００７２】
さらに、図８（ｂ）に示すように、第１無機層（無機材料を積層して得られる層）６３
の表面の平坦化処理を行い、表面６４ａが平坦化された第１無機層６４とすることが好ま
しい。平坦化処理としては、ＣＭＰやエッチングを採用することができる。
【００７３】
もちろん、図８（ａ）の工程で得られる第１無機層６３の表面が設計や加工精度の要求
に対して充分に平坦であれば、平坦化処理を行わなくてもよい。
【００７４】
このような操作を行うことにより、後の製造工程において複数のレンズを高い寸法精度
で形成することができるため、高品質なマイクロレンズアレイを製造することができる。
以下の説明においては、表面の平坦化処理を行った第１無機層６４を用いて、目的とする
マイクロレンズアレイを製造することとする。また、平坦化処理によって、第１無機層６
４の厚さを制御することができる。
【００７５】
図９は、本実施形態における複数のレンズを形成する工程を示している。
図９（ａ）に示すように、第１無機層６４の表面６４ａに、複数のレンズ状凹部２１に
対応した位置に初期孔８１を有するマスク８２を形成する。マスク８２の形成材料および
、初期孔８１の加工方法としては、第１実施形態の図３に示したマスク２４と同様の材料
および方法を採用することができる。
【００７６】
次いで、図９（ｂ）に示すように、マスク８２に形成された初期孔８１を通じて、エッ
チングにより第１無機層６４を食刻し、第２レンズ６１ｂを形成する。本実施形態では、
ウエットエッチングによって第２レンズ６１ｂを形成する。第１無機層６４の厚み方向に
おいて、第２レンズ６１ｂが形成されなかった部分は、光路長調整層６１ｃとなる。この
ようにして、第２レンズ６１ｂおよび光路長調整層６１ｃを形成し、複数のマイクロレン
ズ６１を有するレンズ部６２を形成することで、レンズ層６が得られる。エッチング液Ｅ
２としては、フッ素系エッチング液が好適に用いられる。
【００７７】
図１０は、本実施形態における第２無機層を形成する工程を示している。
図１０（ａ）に示すように、レンズ層６の表面６ａを覆って（複数の第２レンズ６１ｂ
の表面を覆って）、光透過性を有する無機材料を積層し、第２無機層７１を形成する。第
２無機層７１の形成材料としては、図７に示す第２無機層７の形成材料として上述した材
料を用いることができる。第２無機層７１を形成する方法としては、上述した第１無機層
６３を形成する方法と同様の方法を採用することができる。
【００７８】
さらに図１０（ｂ）に示すように、第２無機層（第２無機層の形成材料を積層して得ら
れる層）７１の表面の平坦化処理を行い、表面７ａが平坦化された第２無機層７とするこ
とが好ましい。平坦化処理としては、ＣＭＰやエッチングを採用することができる。この
ような操作を行うことにより、表面７ａでの光の乱反射や屈折の乱れを抑制し、高品質な
マイクロレンズアレイ１Ｂを製造することができる。
【００７９】
もちろん、図１０（ａ）の工程で得られる第２無機層７１の表面が設計要求に対して充
分に平坦であれば、平坦化処理を行わなくてもよい。
【００８０】
また、平坦化処理によって、第２無機層７の厚さを制御することができる。これにより
、第１レンズ６１ａと第２レンズ６１ｂとのレンズ先端距離（図中、符号ａで示す）と、
第２レンズ６１ｂと第２無機層７の表面７ａとの距離（図中、符号ｂで示す）との関係を
制御することができる。
【００８１】
すなわち、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法で製造するマイクロレンズア
レイ１Ｂは、距離ａと距離ｂとが、ｂ＜ａで表される関係となることが好ましい。さらに
、距離ｂは１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。距離ｂを１０μｍ以下とする
ことで、薄いマイクロレンズアレイとすることができる。
【００８２】
以上のようにして、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法を実施し、マイクロ
レンズアレイ１Ｂを製造することができる。
【００８３】
以上のような構成のマイクロレンズアレイの製造方法によっても、高い耐光性を有し製
造時の成形精度が高いマイクロレンズアレイ１Ｂを製造することができる。
【００８４】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、
本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成
部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において
設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００８５】
[変形例]
例えば、第１実施形態においては、第１無機層３４を単一の形成材料で形成することと
して図示して説明したが、少なくとも基板２との界面において基板２よりも高い屈折率を
有することとすれば、複数の形成材料を積層して形成することとしてもよい。図１１は、
変形例のマイクロレンズアレイを示す説明図であり、第１実施形態の図１（ｃ）に対応す
る図である。
【００８６】
図１１（ａ）に示すマイクロレンズアレイ１Ｃにおいて、マイクロレンズ９１を有する
レンズ層９Ａは、第１層９ａと第２層９ｂとが積層して形成されている。
【００８７】
第１層９ａは、光透過性を有し基板２よりも高い屈折率を有する第１無機材料を用いて
形成されている。第１層９ａは、基板２のレンズ状凹部２１を充填しており、第１レンズ
９１ａを形成している。
【００８８】
第２層９ｂは、光透過性を有する第２無機材料を用いて第１層９ａの上面を覆って積層
されている。第２層９ｂは、第２レンズ９１ｂおよび光路長調整層９１ｃを形成している
。
【００８９】
このような構成のマイクロレンズアレイは、まず、光透過性を備え且つ基板２よりも高
い屈折率を有する第１無機材料を用いて少なくともレンズ状凹部２１を充填した後に、基
板２の上面を覆って光透過性を備えた第２無機材料を積層することで、第１無機材料と第
２無機材料が積層した第１無機層を形成する。その後、第１実施形態で示した方法でドラ
イエッチングして第２レンズ９１ｂを形成することにより製造することができる。
【００９０】
図１１（ｂ）に示すマイクロレンズアレイ１Ｄにおいて、マイクロレンズ９２を有する
レンズ層９Ｂは、第１層９ａと第２層９ｃと第３層９ｄとが積層して形成されている。
【００９１】
第１層９ａは、図１１（ａ）の第１層９ａと同様であり、第１レンズ９２ａを形成して
いる。
【００９２】
第２層９ｃは、光透過性を有する第２無機材料を用いて第１層９ａの上面を覆って積層
されており、光路長調整層９２ｃを形成している。
【００９３】
第３層９ｄは、光透過性を有する第３無機材料を用いて第２層９ｃの上面を覆って積層
されており、第２レンズ９２ｂを形成している。
【００９４】
このような構成のマイクロレンズアレイは、まず、光透過性を備え且つ基板２よりも高
い屈折率を有する第１無機材料を用いて少なくともレンズ状凹部２１を充填した後に、基
板２の上面を覆って光透過性を備えた第２無機材料及び第３無機材料を積層することで、
第１〜第３無機材料が積層した第１無機層を形成する。その後、第１〜第３無機材料が積
層した第１無機層を形成した後に、第１実施形態で示した方法でドライエッチングして第
２レンズ９２ｂを形成することにより製造することができる。
【００９５】
第１無機層を構成する複数の層を形成する際には、材料が異なる層を形成する前に、表
面を平坦化することとしてもよい。さらには、図１１（ｂ）に示すマイクロレンズアレイ
１Ｄの製造時には、第２層９ｃの形成前に行う平坦化処理により、第１層９ａおよび基板
２を削ることで、図１１（ｂ）では隣接するレンズ状凹部２１（第１レンズ９２ａ）を分
離させることとしてもよい。
【００９６】
このように、複数の異なる材料を用いて複数の層を積層し第１無機層を形成すると、マ
イクロレンズアレイの設計の自由度が高まる。例えば、第２無機材料として、第１無機材
料よりも積層しやすい材料を選択することで、光路長調整層に該当する層の製造時間を短
縮することができる。
【００９７】
また、複数の異なる材料を用いて複数の層を積層し第１無機層を形成する場合には、形
成される各層として、基板２に対し基板２の法線方向と直交する方向に圧縮応力を発現す
る無機層（第１の無機層）と、基板２に対し基板２の法線方向と直交する方向に引張応力
を発現する無機層（第２の無機層）と、を交互に積層することとするとよい。
【００９８】
本実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法のように、異なる材料を積層してなる積
層体（マイクロレンズアレイ）を製造する場合、例えば無機膜の成膜中に不可避的に生じ
る基板の加熱や、積層する各層の形成材料や厚みの違いによる各層の熱膨張率の違いなど
に起因して、積層体に反りが生じることがある。
【００９９】
そのため、複数の異なる材料を用いて複数の層を積層し第１無機層を形成する場合には
、第１無機層を形成する基板２の反りを相殺する方向に基板２を反らせるような応力を発
現する膜を、上述の第１の無機層と第２の無機層の中から選択して基板２の上に積層する
とよい。
【０１００】
または、基板２には反りがなくとも、第１無機層を構成する複数の層のうち１つの層を
基板２の上に形成することで反りが生じた場合、生じた反りを相殺する方向に基板２を反
らせるような応力を発現する層を、上述の第１の無機層と第２の無機層の中から選択して
形成するとよい。
【０１０１】
第１の無機層と第２の無機層とは、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）をプラズマＣＶＤ
で成膜する際に、高周波プラズマ源と低周波プラズマ源とのいずれかを選択することによ
り作り分けることができる。具体的には、高周波プラズマ源を用いると、得られるＳｉＯ
２の膜が粗になり、基板２に対し基板２の法線方向と直交する方向に圧縮応力を発現する
第１の無機層が得られる。また、低周波プラズマ源を用いると、得られるＳｉＯ２の膜が
緻密になり、基板２に対し基板２の法線方向と直交する方向に引張応力を発現する第２の
無機層が得られる。
【０１０２】
また、上述の実施形態においては、いずれも、１つのマイクロレンズアレイを製造する
工程について説明したが、これに限らず、大型のガラス基板に対して複数のレンズ部を形
成した後に、分割することで、マイクロレンズアレイを製造することとしてもよい。図１
２は、多面取りにより複数のマイクロレンズアレイを製造する工程を示す説明図である。
【０１０３】
例えば、図１２（ａ）に示すように、大型のガラス基板１２０において、上述の複数の
レンズ状凹部を形成する工程、第１無機層を形成する工程、複数のレンズ部を形成する工
程を、複数個所で行うことにより、複数（図では４か所）のレンズ部３２が形成されたレ
ンズ層１３０を形成する。
【０１０４】
次いで、図１２（ｂ）に示すように、レンズ層１３０の表面を覆って第２無機層１４０
を形成して、マイクロレンズアレイ１Ａが４つ形成された原板１００を形成する。
【０１０５】
その後、符号Ｘで示す分割線に沿って４つに分割することにより、４つのマイクロレン
ズアレイ１Ａを製造することができる。
【０１０６】
また、図１２においては、ガラス基板１２０上に互いに離間した４つのレンズ部３２を
形成する構成について示したが、これに限らず、ガラス基板１２０の上面全面にレンズ部
３２を形成して、大型のマイクロレンズアレイとした後に、所定の大きさに分割すること
としても構わない。このような方法によれば、分割後に得られるマクロレンズアレイ単位
では、マイクロレンズが形成されている箇所（以下、形成領域）とマイクロレンズが形成
されていない箇所（以下、非形成領域）とが混在することがない。そのため、マイクロレ
ンズの形状が、非形成領域と形成領域との境界部分における加工精度の乱れの影響を受け
ることがなく、マイクロレンズアレイの端まで高い精度で複数のマイクロレンズを形成す
ることができる。
【０１０７】
このようなマイクロレンズアレイの原板１００を製造した後に分割してマイクロレンズ
アレイを形成する場合、マイクロレンズの形成に位置合わせに用いるアライメントマーク
は、非形成領域に形成するとよい。このようなアライメントマークは、分割時に消失する
位置に形成していてもよく、得られるマイクロレンズアレイの非形成領域に残存すること
としても構わない。
【符号の説明】
【０１０８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…マイクロレンズアレイ、２…基板、２ａ…上面、３ａ，４ａ
，６ａ，７ａ，３４ａ，６４ａ…表面、４，７，３１，４１，７１，１４０…第２無機層
、４，７…無機層、４，７…無機層（第２無機層）、５，２４，８２…マスク、２１…レ
ンズ状凹部、２１…凹部（レンズ状凹部）、３１，６１，９１，９２…マイクロレンズ、
３３，３４，６３，６４…第１無機層、４１，７１…第２無機層（第２無機層の形成材料
を積層して得られる層）、Ｌ１，Ｌ２…光
【図１】
2014089230.tif 000003
【図２】
2014089230.tif 000004
【図３】
2014089230.tif 000005
【図４】
2014089230.tif 000006
【図５】
2014089230.tif 000007
【図６】
2014089230.tif 000008
【図７】
2014089230.tif 000009
【図８】
2014089230.tif 000010
【図９】
2014089230.tif 000011
【図１０】
2014089230.tif 000012
【図１１】
2014089230.tif 000013
【図１２】
2014089230.tif 000014