(57)【要約】【課題】半導体工程を用いて製造することによって精密性を向上させてマイクロ単位のレンズを作ることができ、多様な形態を有する多重層マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを提供する。【解決手段】本発明は、同心円パターンを有するマスクを製造した後、フォトレジストのコーティングされた基板上に上記マスクを整列させて露光し、上記露光された基板を現像してトーラス形態を有するフォトレジストの同心円パターンを得る。その次、上記現像された基板に対してリフロー工程を遂行して上記トーラス形態のフォトレジストを湾曲させ、上記トーラス形態のフォトレジストからなる同心円パターンを陰刻したスタンパを製作した後、上記スタンパを金型として用いて上記同心円パターンを有するレンズ及びレンズアレイパターンを成形する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心円パターンを有するマスクを製造する第１ステップ；
フォトレジストのコーティングされた基板上に上記マスクを整列させて露光する第２ステップ；
上記露光された基板を現像してトーラス形態を有するフォトレジストの同心円パターンを得る第３ステップ；
上記現像された基板に対してリフロー工程を遂行して上記トーラス形態のフォトレジストを湾曲させる第４ステップ；
上記トーラス形態のフォトレジストからなる同心円パターンを陰刻したスタンパを製作する第５ステップ；及び
上記スタンパを金型として用いて上記同心円パターンを有するレンズを射出する第６ステップを含む、同心円パターンを有するレンズの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記マスクは、フィルムマスクまたはクロムマスクであることを特徴とする、同心円パターンを有するレンズの製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
上記第５ステップは、上記基板上に金属薄膜をコーティングするステップと、上記金属薄膜上にニッケル電気メッキを遂行して上記ニッケル電気メッキした部分と上記基板を分離させるステップ、及び、上記ニッケル電気メッキした部分を上記スタンパとするステップを含むことを特徴とする、同心円パターンを有するレンズの製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
上記金属薄膜コーティングでクロムをコーティングすることを特徴とする、同心円パターンを有するレンズの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
上記第５ステップは、上記クロムをコーティングした後、金を追加にコーティングすることを特徴とする、同心円パターンを有するレンズの製造方法。
【請求項６】
請求項１において、
上記マスクの同心円パターンをなす各トーラスは、相異する厚さを有することを特徴とする、同心円パターンを有するレンズの製造方法。
【請求項７】
請求項１において、
上記第６ステップで射出されたレンズの同心円は、所定間隔をおいて形成されたことを特徴とする、同心円パターンを有するレンズの製造方法。
【請求項８】
請求項１において、
上記第６ステップで射出されたレンズの同心円は、隣接するトーラスと接触された形態であることを特徴とする、同心円パターンを有するレンズの製造方法。
【請求項９】
光の通過できなく形成された遮断領域の形態が円形である第１のマスクを、フォトレジストのコーティングされた基板上に整列させて露光する第１ステップ；
上記露光された基板を現像して円柱形態を有するフォトレジストを得る第２ステップ；
上記現像された基板に対してリフロー工程を遂行して上記フォトレジストを球面レンズ形態に作る第３ステップ；
上記球面レンズ形態が陰刻された第１のスタンパを製作する第４ステップ；
上記第１のスタンパを用いて上記球面レンズ形態が陽刻された第２のスタンパを製作する第５ステップ；
上記第１のマスクに形成された上記遮断領域の大きさより小さい遮断領域を有する第２のマスクを、フォトレジストのコーティングされた第２のスタンパ上に整列させて露光する第６ステップ；
上記露光により上記第２のスタンパの球面レンズ上に形成されたフォトレジストを現像してリフロー工程処理する第７ステップ；
上記球面レンズ上に形成されたフォトレジストからなる２重層形態を陰刻とする第３のスタンパを製作する第８ステップ；及び
上記第３のスタンパを金型として上記球面レンズ上に形成されたフォトレジストからなる２重層形態を陽刻とするレンズ製品を射出する第９ステップを含む、多重層マイクロレンズ製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、
上記第１のマスクは、フィルムマスクまたはクロムマスクであることを特徴とする、多重層マイクロレンズ製造方法。
【請求項１１】
請求項９において、
上記第１のマスクは、複数の遮断領域がアレイされていることを特徴とする、多重層マイクロレンズ製造方法。
【請求項１２】
請求項１０において、
上記第２のマスクは、クロムマスクであることを特徴とする、多重層マイクロレンズ製造方法。
【請求項１３】
請求項９において、
上記第４ステップ、第５ステップ及び第８ステップは、金属薄膜をコーティングするステップと、上記金属薄膜上にニッケル電気メッキを遂行して上記ニッケル電気メッキした部分のみを剥がされるステップ、及び、上記ニッケル電気メッキした部分を上記スタンパとするステップを含むことを特徴とする、多重層マイクロレンズ製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
上記金属薄膜コーティングは、クロムコーティングであることを特徴とする、多重層マイクロレンズ製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
上記金属薄膜コーティングは、上記クロムをコーティングした後、金を追加にコーティングすることからなることを特徴とする、多重層マイクロレンズ製造方法。
【請求項１６】
光の通過できなく形成された遮断領域の形態が円形である第１のマスクを、フォトレジストのコーティングされた基板上に整列させて露光する第１ステップ；
上記露光された基板を現像して円柱形態を有するフォトレジストを得る第２ステップ；
上記現像された基板に対してリフロー工程を遂行して上記フォトレジストを球面レンズ形態に作る第３ステップ；
上記球面レンズ形態が陰刻された第１のスタンパを製作する第４ステップ；
上記第１のスタンパを金型として用いて上記球面レンズ形態が陽刻された透明プラスチック材質の第２のスタンパを製作する第５ステップ；
上記第２のスタンパ上にグレイティング用物質をコーティングし、その上にフォトレジストをコーティングする第６ステップ；
上記第１のマスクに形成された上記遮断領域の大きさより小さい遮断領域を有し、上記遮断領域がグレイティング形態を有する第２のマスクを、フォトレジストのコーティングされた第２のスタンパ上に整列させて露光する第７ステップ；
上記露光により上記第２のスタンパの球面レンズ上に形成されたフォトレジストを現像し、上記薄膜をエッチング処理し、上記球面レンズ上にグレイティング形状を作る第８ステップを含む、グレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
上記第１のマスクは、フィルムマスクまたはクロムマスクであることを特徴とする、グレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法。
【請求項１８】
請求項１６において、
上記第２のマスクは、クロムマスクであることを特徴とする、グレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法。
【請求項１９】
請求項１６において、
上記グレイティング用材料は、金属であることを特徴とする、グレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法。
【請求項２０】
請求項１６において、
上記グレイティング用材料は、酸化物であることを特徴とする、グレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法。
【請求項２１】
請求項１６において、
上記グレイティング用材料は、凹凸形態であることを特徴とする、グレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法。
【請求項２２】
請求項１６において、
上記第４ステップは、金属薄膜をコーティングするステップ、上記金属薄膜上にニッケル電気メッキを遂行して上記ニッケル電気メッキした部分のみを剥がされるステップ、及び、上記ニッケル電気メッキした部分を上記スタンパとするステップを含むことを特徴とする、グレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法。
【請求項２３】
請求項２２において、
上記金属薄膜コーティングは、クロムコーティングであることを特徴とする、グレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法。
【請求項２４】
請求項２３において、
上記金属薄膜コーティングは、上記クロムをコーティングした後、金を追加にコーティングすることからなることを特徴とする、グレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ(Lens)及びレンズアレイ(Lens Array)製造方法に関し、より詳しくは、同心円パターンをなす各トーラス(還元体；torus)が球面レンズの機能をする上記同心円パターンを有するレンズ、数十マイクロ単位のレンズ上にマイクロ単位のレンズを形成した多重層マイクロレンズ及びマイクロレンズ上にグレイティングが形成されたマイクロレンズの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、レンズは全体表面を滑らかに加工して負の屈折率を有する形態または正の屈折率を有するように製造され、また、レンズに入射される全体光の経路のうち特定部分の光の経路を補正したり平行光を作る等の特殊用途のためにレンズ表面に特定パターンを形成させる形態に製造することもする。
【０００３】
特殊用途のために製造されたレンズのうち本発明のように同心円パターンを有するフレネルレンズ(Fresnel Lens)が図１に示されている。図１において、(ａ)はフレネルレンズの平面図であり、(ｂ)はフレネルレンズの垂直断面図である。
【０００４】
図１に示すように、フレネルレンズは、球形レンズの歪曲を補正しつつ厚さを縮めるために、凸レンズを平面設計した集光レンズであって、レンズの中央を中心として相異する直径を有する同心円の帯状を形成して各帯にプリズム(prism)作用を有するようにして数次を小さくしたものである。このようなフレネルレンズは灯台用としてむかしから用いられ、プラスチック材料を用いてカメラのファインダを明るくするピント板に用いられたりオーバーヘッドプロジェクタ、自動車の尾灯などに用いられており、平行光を作る等の多様な応用が可能である。
【０００５】
然しながら、フレネルレンズのように同心円パターンの形成されたレンズは機械的加工を介して製造されている。従って、従来技術によって同心円パターンのレンズ、特にマイクロレンズを製造すると、時間がかかり費用も高い問題があり、機械的加工で製造するため精密性が落ちたり所望の形態を製作できない問題がある。
【０００６】
また、従来のマイクロレンズアレイは、多数の半球形形態のマイクロレンズを特定パターンに配置した形態からなり、このような上記マイクロレンズアレイはプロジェクションＴＶ、導光板等に主に用いられ、光経路を集光または分散させる。
【０００７】
然しながら、従来のマイクロレンズアレイをなすマイクロレンズは、製造時、曲率に対する制限が多いため多様な光学的特性を有するマイクロレンズの製造が難しい問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来の問題を解決するためのものであって、同心円パターンを有するレンズの製造時、製造過程を単純化させ精密性を向上させて所望の形態のパターンを有するレンズ製造方法を提供することにその目的がある。
【０００９】
また、本発明は、従来の問題点を解決するためのものであって、数十マイクロ単位のマイクロレンズ上に、さらに、マイクロ単位のレンズを形成する多重層マイクロレンズ製造方法及びこれによる多重層マイクロレンズを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、従来の問題点を解決するためのものであって、マイクロ単位のマイクロレンズ上にグレイティング形状を形成させるグレイティングが形成されたマイクロレンズ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】
【００１１】
上記の技術的課題を達成するための本発明は、同心円パターンを有するマスクを製造する第１ステップ；フォトレジストのコーティングされた基板上に上記マスクを整列させて露光する第２ステップ；上記露光された基板を現像してトーラス形態を有するフォトレジストの同心円パターンを得る第３ステップ；上記現像された基板に対してリフロー工程を遂行して上記トーラス形態のフォトレジストを湾曲させる第４ステップ；上記トーラス形態のフォトレジストからなる同心円パターンを陰刻したスタンパを製作する第５ステップ；及び、上記スタンパを金型として用いて上記同心円パターンを有するレンズを射出する第６ステップを含む同心円パターンを有するレンズの製造方法を提供する。
【００１２】
また、上記のマスクは、フィルムマスクまたはクロムマスクであるのが望ましい。
【００１３】
また、上記第３ステップは、ＡＺ系列の４００Ｋを現像液として用いて、現像液温度２３℃に６分間ディッピングする方式を用いるのが望ましい。
【００１４】
また、上記第５ステップは、上記基板上に金属薄膜をコーティングするステップ、上記金属薄膜上にニッケル電気メッキを遂行して上記ニッケル電気メッキした部分と上記基板を分離させるステップ、及び、上記ニッケル電気メッキした部分を上記スタンパとするステップを含み、上記金属薄膜コーティングによりクロムをコーティングするのが望ましい。また、上記第５ステップは、上記クロムをコーティングした後、金を追加にコーティングするのが望ましい。
【００１５】
また、上記目的を達成するための本発明は、光の通過できなく形成された遮断領域の形態が円形である第１のマスクを、フォトレジストのコーティングされた基板上に整列させて露光する第１ステップ；上記露光された基板を現像して円柱形態を有するフォトレジストを得る第２ステップ；上記現像された基板に対してリフロー工程を遂行して上記フォトレジストを球面レンズ形態に作る第３ステップ；上記球面レンズ形態が陰刻された第１のスタンパを製作する第４ステップ；上記第１のスタンパを用いて上記球面レンズ形態が陽刻された第２のスタンパを製作する第５ステップ；上記第１のマスクに形成された上記遮断領域の大きさより小さい遮断領域を有する第２のマスクを、フォトレジストのコーティングされた第２のスタンパ上に整列させて露光する第６ステップ；上記露光により上記第２のスタンパの球面レンズ上に形成されたフォトレジストを現像してリフロー工程処理する第７ステップ；上記球面レンズ上に形成されたフォトレジストからなる２重層形態を陰刻とする第３のスタンパを製作する第８ステップ；及び、上記第３のスタンパを金型として上記球面レンズ上に形成されたフォトレジストからなる２重層形態を陽刻とするレンズ製品を射出する第９ステップを含む多重層マイクロレンズ製造方法を提供する。
【００１６】
また、上記目的を達成するための本発明は、光の通過できなく形成された遮断領域の形態が円形である第１のマスクを、フォトレジストのコーティングされた基板上に整列させて露光する第１ステップ；上記露光された基板を現像して円柱形態を有するフォトレジストを得る第２ステップ；上記現像された基板に対してリフロー工程を遂行して上記フォトレジストを球面レンズ形態に作る第３ステップ；上記球面レンズ形態が陰刻された第１のスタンパを製作する第４ステップ；上記第１のスタンパを用いて上記球面レンズ形態が陽刻された第２のスタンパを製作する第５ステップ；上記第２のスタンパ上に金属をコーティングし、その上にフォトレジストをコーティングする第６ステップ；上記第１のマスクに形成された上記遮断領域の大きさより小さい遮断領域を有して上記遮断領域がグレイティング形態を有する第２のマスクを、フォトレジストのコーティングされた第２のスタンパ上に整列させて露光する第７ステップ；上記露光により上記第２のスタンパの球面レンズ上に形成されたフォトレジストを現像し、上記薄膜をエッチング処理し、上記球面レンズ上にグレイティング形状を作る第８ステップを含むグレイティングが形成されたマイクロレンズ製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
上述した他の実施形態によると、本発明は、半導体工程を用いて製造することによって精密性を向上させてマイクロ単位のレンズを作ることができる効果がある。また、本発明は多様な形態を有する多重層マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを提供する効果がある。
【００１８】
本発明は、導光板(Light Guiding Plate)及び多様な光学部品及び回折素子(Diffractive Optical Element)などに応用されて光経路を変換させることができ、製造工程が簡単であるため製造原価を減らすことができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して本発明に係る望ましい実施形態を説明する。下記において、本発明を説明することにおいて、関連した公知機能または構成に対する具体的な技術は、本発明の要旨を不必要に曇るおそれがあると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。また、後述される用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であって、これは使用者、運用者の意図または慣例などによって変わることができる。従って、その定義は本明細書の全般にわたる内容に基づいたものである。
【００２０】
本発明のために、まず、同心円パターンを形成するためのマスク(１２１)を製作する。図２には本発明の同心円パターンを形成するためのマスクの一例が示されている。
【００２１】
図２に示すように、マスク(１２１)は、光の通過する部分(１２２)と光の通過できない部分(１２３)とを有する。製作者は、マスク(１２３)の製作時、製造しようとするレンズの形態に応じて光の通過できない部分(１２３)の形態、及び、この部分(１２３)のパターンを決定するようになる。ここで、本発明は、球面レンズ形態を有するマイクロレンズを優先的に製造すべきであるため、光の通過できない部分(１２３)を同心円形態に作る。また、マスク(１２１)に形成された同心円パターンの各トーラスの厚さを異にする。
【００２２】
ここで、上記マスク(１２１)はパターンの精密度に応じてフィルムマスクやクロムマスクなどが決定される。クロムマスクを用いると、１μｍ程度の精密度に製作が可能である。
【００２３】
一方、図３のように、スピンコーター(Spin Coater)装備を用いてガラスまたはシリコンウエハ基板(１３０)上に感光剤であるＰＲ(Photoresist；１３１)をコーティングする。このとき、用いられるＰＲ(１３１)の種類は厚さに応じて多様に定めることができ、厚い(Thick)ＰＲであるＡＺ系列の９２６０を用いると、コーディングされたＰＲの厚さは１０μｍとなる。
【００２４】
コーティングが終わると、オーブン器に入れ、コーティングされた基板(１３０)をソフトベーキング(Soft baking)をする。このとき、ベーキング条件は温度１４５℃に時間は３０分程度であるのが望ましい。
【００２５】
ソフトベーキングが終わると、図４に示すように、マスク(１２１)をＰＲコーティングされた基板(１３０)上にアライン(align)キー(key)に合わせてアラインさせ、決まった時間で露光工程を実施する。このとき、図４に示すように、マスク(１２１)の同心円パターンにおいて各トーラス(ａ、ｂ、ｃ、ｄ)は相異する厚さを有する。即ち、中央の円(ａ)の厚さが最も厚く、順次的に最も外郭の円(ｄ)の厚さが最もうすい。
【００２６】
露光工程が終わると、現像作業をする。このとき、現像液種類は、ＡＺ系列の４００Ｋであり、現像条件は現像液温度２３℃に６分間ディッピング(Dipping)する方式を取る。現像をすると、図５に示すように、マスク(１２１)を通過した光を受けたＰＲ部分は溶解され、光を受けない部分(１３２)はそのまま残る。即ち、円柱形態であるトーラス構造が同心円形態に残る。このとき、光を受けない部分(１３２)の各トーラスはマスクの同心円パターンと同じ厚さ及び形態を有する。このような理由で説明を容易にするためにマスクのトーラスと露光後のトーラスに同じ図面符号を付与する。結局、露光により得た各トーラス(a、b、c、d)の厚さはａ＞ｂ＞ｃ＞ｄの順となる。
【００２７】
現像作業を終えると、ホット(hot)プレート(Plate)装備を用いてリフロー(Reflow)工程を遂行し、図６に示すようなトーラスが湾曲された同心円パターンのＰＲ(１３３)を形成する。上記リフロー工程はトーラス構造のＰＲ(１３３)に熱を加えて上記感光剤(即ち、ＰＲ)が熱を受けて溶けるようにする工程である。このとき、リフロー条件は製造形状に応じて変わり、温度１００〜２００℃で数分間実施する。
【００２８】
上述のように図５に示したＰＲであるトーラス(ａ、ｂ、ｃ、ｄ)をリフロー工程処理すると、図６のような湾曲されたトーラス(ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１)が製造され、図５のトーラス(ａ、ｂ、ｃ、ｄ)間隔よりも図６のトーラス間隔が縮まる。このような理由はトーラスをなすＰＲ(１３３)のリフロー工程時、隣接するＰＲ側に流れたためである。もし、リフロー工程の時間を延ばすか、またはトーラス間の間隔を狭めると、リフロー工程により作られるＰＲの形態は図１０に示す形態のように湾曲された形態を有するか又は隣接するＰＲと接する形態となる。
【００２９】
ここで、リフロー工程により図５のトーラス(ａ、ｂ、ｃ、ｄ)が変わるのは、トーラス間の間隔だけでなく、トーラスの高さも変わるようになる。リフロー工程により変わるトーラスの高さはリフロー前トーラスの初期厚さに基づくようになる。トーラス(ａ、ｂ、ｃ、ｄ)を例にとると、リフロー後のトーラス(ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１)の高さはａ１＞ｂ１＞ｃ１＞ｄ１の順となる(図１１参照)。
【００３０】
このように、リフロー工程後の湾曲形状及びＰＲの高さを変化させることができるため、本発明はトーラスの高さ比率を設計及び決定することによって多様な形態のマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを設計及び製作できる。
【００３１】
上記リフロー工程後の基板(１３０)を垂直に切った基板の垂直断面図が図７に示されている。図７は球面レンズ形態間に所定間隔を有する場合に対するものである。図７を見ると、湾曲されたトーラス(１３３)はその断面が球面レンズの形態を有するマイクロレンズになったことが分かる。
【００３２】
リフロー工程を介して各トーラスをなすＰＲをマイクロレンズの形態に作ると、図７に示すように、基板(１３０)上に金属薄膜(１４１)をコーティングする。このとき、上記金属薄膜(１４１)コーティングは普通クロム(Ｃｒ)コーティングをし、金(Ａｕ)を追加にコーティングすることもする。
【００３３】
上記金属薄膜コーティングが終わると、基板(１３０)をメッキ装備に装着して図８に示すようにニッケル電気メッキを実施する。このとき、供給される電流は各ステップに応じて数アンペアを流し、これによるメッキ厚さは４００〜４５０μｍとなり(４インチウエハ基準)、ニッケルメッキされた部分がスタンパ(stamper；１４２)となる。
【００３４】
上記ニッケル電気メッキが終わると、基板(１３０)とスタンパ(１４２)を分離させる。このとき、 分離されたスタンパ(１４２)は球面レンズ形態間に間隔がないと図９のような形態を有するようになり、球面レンズ形態間に間隔があると、図９の図面において各トーラス間が隔たる形態となる。また、スタンパ(１４２)には同心円パターン(１４３)のＰＲが陰刻で転写された形態を有する。即ち、スタンパ(１４２)には同心円パターンが陰刻で彫られている。
【００３５】
本発明は、上記同心円パターンが陰刻で彫られたスタンパ(１４２)を金型として用いて、金型を介して図１０のように射出された平板レンズ(１５１)を得る(図１０のレンズはリフローにより隣接するトーラスが接するようになった場合に該当)。上記平板レンズ(１５１)は透明なプラスチック材質であるのが望ましい。このように得られた平板レンズ(１５１)において同心円レンズ(即ち、パターン)の距離は図１１に示すように約３０〜２００μｍ程度となる。図１１を見ると、各トーラスはその厚さの差により各々の高さが変わった。本発明は、このように、約３０〜２００μｍ程度の直径を有するマイクロレンズに、相異する高さと幅を有するパターンを形成できる。
【００３６】
図１２には上記同心円パターンを有するレンズを導光板(１７１)に応用した実施形態が示されている。導光板はＬＣＤバックライトに用いられる部品として、本発明の同心円パターンを有する平板レンズ(１５１)を応用することによって光の経路を調節できる。
【００３７】
本発明の他の実施形態において、本発明は、１次的に数十マイクロ単位の球面レンズを形成した後、２次的に上記数十マイクロ単位の球面レンズ上にマイクロ単位の多様なレンズ構造を形成するものである。
【００３８】
まず、１次的に数十マイクロ単位の球面レンズを製造する工程を説明する。
まず、球面レンズの下辺の広さを考慮して図１４に示すようにマスク(２２１)を製造する。図１４は本発明に用いられるマスクの斜視図である。球面レンズの広さと高さは、下辺の広さとコーティングされる感光剤の高さと関連されている。
【００３９】
マスクの製作時、本発明は一つのマイクロレンズに対するマスクを製作することができるが、一般的にマイクロレンズがアレイ形態で用いられているため、マスクの製作時マイクロレンズアレイ形態に製作する。当業者であれば、以下で説明する本発明のマイクロレンズアレイ製造工程を介して、本発明のマイクロレンズを容易に製造できることは自明であるため、単一マイクロレンズに対する製造方法は説明しないことにする。
【００４０】
図１４を見ると、マスク(２２１)は、光の通過する多数の部分(２２２)と光の通過できない部分(２２３)とに分かれ、光の通過できない部分(２２３)の各々はアレイ形態を有するように特定パターンに配列されており、円の形態を有する。
【００４１】
ここで、上記マストはパターンの精密度に応じてフィルムマスクやクロムマスクなどが決定される。クロムマスクを用いると、１μｍ程度の精密度に製作が可能である。
【００４２】
一方、図１５のように、スピンコーター装備を用いてガラスまたはシリコンウエハ基板(２３１)上に感光剤であるＰＲ(２２３)をコーティングする。このとき、用いられるＰＲ(２３２)の種類は厚さに応じて多様に定めることができ、厚いＰＲであるＡＺ系列の９２６０を用いると、コーティングされたＰＲの厚さは１０μｍとなる。
【００４３】
コーティングが終わると、オーブン器に入れ、コーティングされた基板(２３１)をソフトベーキングをする。このとき、ベーキング条件は温度１４５℃に時間は３０分程度であるのが望ましい。
【００４４】
ソフトベーキングが終わると、図１６に示すように、マスク(２２１)をＰＲコーティングされた基板(２３１)上にアラインキーに合わせてアラインさせ、決まった時間で露光工程を実施する。
【００４５】
露光工程が終わると、現像作業をする。このとき、現像液種類は、ＡＺ系列の４００Ｋであり、現像条件は現像液温度２３℃に６分間ディッピングする方式を取る。現像をすると、図１７に示すように、マスク(２２１)を通過した光を受けたＰＲ部分は溶解され、光を受けない部分はそのまま残る。結局、基板(２３１)に残るものは光を受けない部分のＰＲ(２３４)であり、マスク(２２１)に形成された光を通過させない部分の形態が円の形態であるためＰＲ(２３４)は円柱の形状となる。
【００４６】
現像作業を終えると、ホットプレート装備を用いてリフロー工程を遂行してＰＲ(２３４)を湾曲させ、図１９に示した断面のように球面レンズ形態(２３５)に作る。上記リフロー工程は、ＰＲ(２３４)に熱を加えて上記感光剤(即ち、ＰＲ)が熱を受けて溶けるようにする工程である。このとき、リフロー条件は製造形状に応じて変わり、温度１００〜２００℃で数分間実施する。
【００４７】
上記リフロー工程後の基板(２３１)を垂直に切った基板の垂直断面図が図１９に示されている。図１９に示すように湾曲されたＰＲ(２３４)はその断面が球面レンズの形態を有するマイクロレンズ(２３５)になったことが分かる。
【００４８】
リフロー工程を介してＰＲをマイクロレンズの形態に作ると、図１９に示すように、基板(２３１)上に金属薄膜(２４１)をコーティングする。このとき、上記金属薄膜(２４１)コーティングは普通クロム(Ｃｒ)コーティングをし、金(Ａｕ)を追加にコーティングすることもする。
【００４９】
上記金属薄膜コーティングが終わると、基板(２３１)をメッキ装備に装着し、図２０に示すように、ニッケル電気メッキを実施する。このとき、供給される電流は各ステップに応じて数アンペアを流し、これによるメッキ厚さは４００〜４５０μｍとなり(４インチウエハ基準)、ニッケルメッキされた部分がスタンパ(stamper；２４２)となる。
【００５０】
上記ニッケル電気メッキが終わると、基板(２３１)とスタンパ(２４２)を分離させる。分離されたスタンパ(２２)は球面レンズアレイ形態が陰刻で転写された形態を有する。即ち、スタンパ(２４２)には球面レンズ形態のアレイパターンが陰刻(２４４)で彫られている。
【００５１】
上記のように、球面レンズ形態のアレイが陰刻されたスタンパ(２４２)を製作すると、上記スタンパ(２４２)に新しいニッケルメッキをした後、新しいニッケルメッキ部分をスタンパ(２４２)と分離させる。このようにスタンパ(２４２)と分離された新しいニッケルメッキ部分は、図２２に示すようにスタンパ(２４２)の陰刻パターンに対応して陽刻の球面レンズ形態のアレイを有するスタンパ(２５１)となる。
【００５２】
上記のように、陽刻のパターンを有するスタンパ(２５１)が製作されると、図２３に示すようにスタンパ(２５１)上に感光剤であるＰＲ(２６３)をコーティングする。また、上述した図１６のように、２重層のために製作された２重層用マスクを上記スタンパ(２５１)上に整列させた後、露光し現像して図２４のように球面レンズ上に露光/現像による円形柱のＰＲ(２６４)を形成させる。上記２重層用マスクはクロムマスクであるのが望ましい。
【００５３】
円形柱のＰＲ(２６４)が形成されると、再びリフロー工程を遂行し、円形柱のＰＲ(２６３)が、図２５のように湾曲された球面レンズ形状(２６５)に作る。ここで、図２５のように一定間隔に、球面レンズ形状(２６５)はマスクパターン間隔を狭めたりリフロー時間を延長すると、球面レンズ形状間の間隔がなくなり互いに接するように形成される。即ち、エンボシング形態となる。
【００５４】
上記図２５のようにＰＲ(２６４)により２中層のマイクロレンズを有するスタンパ(２５１)を用いて金型を製作するために、上述した図１９と図２０に説明した通り、金属箔膜をコーティングしてニッケル電気メッキをする。このようにニッケル電気メッキをすると、図２１のようにニッケル電気メッキした部分は、２重層マイクロレンズアレイ形態が陰刻されたスタンパとなる。
【００５５】
本発明は陰刻で２重層マイクロレンズアレイ形態が形成されたスタンパを金型として用い、上記金型を介して図２９に示すように陽刻で２重層マイクロレンズアレイを射出する。このとき、２重層マイクロレンズアレイは透明なプラスチック材質であるのが望ましい。
【００５６】
ここで、図２２のように、一次的にマイクロレンズアレイを形成した後、上記マイクロレンズアレイの各球面レンズ(２７１)に形成されるレンズの形態を図２５のように球面レンズでない図２６に示すようにフレネルレンズの役割をする同心円パターン(２７２)に製造できる。また、図２７に示すように、球面レンズ(２８１)に方向性を有するシリンダレンズ(２８２)を形成でき、図２８に示すように、図２７の構造を発展させた球面レンズ(２９１)に相互直交するシリンダレンズ(２９２)を形成できる。
【００５７】
上記のように、球面レンズ上に各々の形態のレンズを形成できるものは、図２４に用いられるマスクのパターン、即ち、光の通過しない部分を球面レンズ上に形成するレンズの形態に合うように製作すればよい。
【００５８】
本発明のレンズの構造において、１次レンズの大きさは約３０〜２００μｍ程度となり、２次レンズの大きさは約１〜１０μｍ程度の大きさである。
【００５９】
図３０には本発明の２重層マイクロレンズを応用した一例示図が示されている。図３０は本発明の２重層マイクロレンズを導光板(２１１２)に応用した例示図である。上記導光板(２１１２)はＬＣＤバックライトに用いられる部品であって、本発明の２重層マイクロレンズを応用することによって光の経路を調節できる。
【００６０】
本発明の他の実施形態において、本発明は、１次的にマイクロ単位の球面レンズを形成した後、２次的に球面レンズ上にグレイティングを形成するものである。
【００６１】
まず、１次的にマイクロ単位の球面レンズを製造する工程を説明する。
まず、球面レンズの下辺の広さを考慮して図３２に示すようにマスク(３２１)を製造する。球面レンズの広さと高さは、下辺の広さとコーティングされる感光剤の高さと関連されている。
【００６２】
マスクの製作時、本発明は一つのマイクロレンズに対するマスクを製作できるが、一般的にマイクロレンズがアレイ形態に用いられているため、マスクの製作時マイクロレンズアレイ形態に製作する。当業者であれば、以下で説明する本発明のマイクロレンズアレイ製造工程を介して本発明のマイクロレンズを容易に製造できることは自明であるため、単一マイクロレンズに対する製造方法は説明しないことにする。
【００６３】
図３２を見ると、マスク(３２１)は、光の通過する部分(３２２)と光の通過できない部分(３２３)とに分かれ、光の通過できない部分(３２３)の各々はアレイ形態を有するように特定パターンに配列されており、円の形態を有する。
【００６４】
ここで、上記マスクはパターンの精密度に応じてフィルムマスクやクロムマスクなどが決定される。クロムマスクを用いると、１μｍ程度の精密度に製作が可能である。
【００６５】
一方、図３３のようにスピンコーター装備を用いてガラスまたはシリコンウエハ基板(３３１)上に感光剤であるＰＲ(３３２)をコーティングする。このとき、用いられるＰＲ(３３２)の種類は厚さに応じて多様に定めることができ、厚いＰＲであるＡＺ系列の９２６０を用いると、コーティングされたＰＲの厚さは１０μｍとなる。
【００６６】
コーティングが終わると、オーブン器に入れ、コーティングされた基板(３３１)をソフトベーキングをする。このとき、ベーキング条件は温度１４５℃に時間は３０分である。
【００６７】
ソフトベーキングが終わると、図３４に示すように、マスク(３２１)をＰＲコーティングされた基板(３３１)上にアラインキーに合わせてアラインさせ、決まった時間で露光工程を実施する。
【００６８】
露光工程が終わると、現像作業をする。このとき、現像液種類はＡＺ系列の４００Ｋであり、現像条件は現像液温度２３℃に６分間ディッピングする方式を取る。現像をすると、図３５に示すように、マスク(３２１)を通過した光を受けたＰＲ部分は溶解され、光を受けない部分はそのまま残る。結局、基板(３３１)に残るものは光を受けない部分のＰＲ(３３４)であり、マスク(３２１)に形成された光を通過させない部分の形態が円の形態であるため、ＰＲ(３３４)は円柱の形状となる。
【００６９】
現像作業を終えると、ホットプレート装備を用いてリフロー工程を遂行する。リフロー工程により円柱のＰＲ(３３４)は図３６に示すように湾曲されて球面レンズ形態(３３５)となる。結局、基板(３３１)は、多数の球面レンズ形状のＰＲ(３３４)がアレイされた形態を有するようになる。上記において、リフロー工程は、ＰＲ(３３４)に熱を加えて上記感光剤(即ち、ＰＲ)が熱を受けて溶けるようにする工程である。このとき、リフロー条件は製造形状に応じて変わり、温度１００〜２００℃で数分間実施する。
【００７０】
上記リフロー工程後の基板(３３１)を垂直に切った基板の垂直断面図が図３７に示されている。図３７を見ると、上述のようにＰＲ(３３４)はリフロー工程によりその断面が球面レンズ形態(３３５)になったことが分かる。
【００７１】
リフロー工程を介してＰＲを球面レンズ(即ち、マイクロレンズ)の形態に作ると、図３７に示すように、基板(３３１)上に金属薄膜(３４１)をコーティングする。このとき、上記金属薄膜(３４１)コーティングは普通クロム(Ｃｒ)コーティングをし、金(Ａｕ)を追加にコーティングすることもする。
【００７２】
上記金属薄膜コーティングが終わると、基板(３３１)をメッキ装備に装着し、図３８に示すようにニッケル電気メッキを実施する。このとき、供給される電流は各ステップに応じて数アンペアを流し、これによるメッキ厚さは４００〜４５０μｍとなり(４インチウエハ基準)、ニッケルメッキされた部分がスタンパ(３４２)となる。
【００７３】
上記ニッケル電気メッキが終わると、基板(３３１)とスタンパ(３４２)を分離させる。このとき、分離されたスタンパ(３４２)は図３９のような形態を有するようになる。図３９に示すように、基板(３３１)からスタンパ(３４２)を分離すると、スタンパ(３４２)には球面レンズアレイ形態が陰刻で形成された形態(３４４)を有する。即ち、スタンパ(３４２)には球面レンズ形態のアレイパターンが陰刻で彫られている。
【００７４】
上記のように、球面レンズ形態のアレイが陰刻されたスタンパ(３４２)に新しいニッケルメッキをした後、新しいニッケルメッキ部分をスタンパ(３４２)と分離すると、分離された新しいニッケルメッキ部分は図４０に示すようにスタンパ(３４２)の陰刻パターンに対応して陽刻の球面レンズ形態(３５２)のアレイを有するスタンパ(３５１)となる。
【００７５】
結局、上記球面レンズ形態のアレイが陰刻されたスタンパ(３４２)を金型として、透明なプラスチック材料を上記スタンパ(３４２)を介して射出すると、スタンパ(３５１)と同じ形態を有する透明プラスチックのマイクロレンズアレイが製造される。このように透明プラスチックのマイクロレンズアレイが製造されると、マイクロレンズアレイをなすマイクロレンズ上にグレイティングを形成する。
【００７６】
ここで、グレイティング(grating)を形成する方法は、レンズ構造に光の通過する部分と通過しない部分とを形成するものである。従って、光の通過しない部分を形成するために金属グレイティングを形成させる。
【００７７】
以下では、上記スタンパ(３４２)を金型として射出した透明プラスチックマイクロレンズに半導体工程を用いて金属グレイティングを作る工程を説明する。上記透明プラスチックのマイクロレンズアレイは上記スタンパ(３５１)に該当するため、同じ図面符号を適用する。
【００７８】
上記のように、透明プラスチックのマイクロレンズアレイ(３５１)が製作されると、図４１に示すようなマイクロレンズアレイ(３５１)のプラスチック板(３５３)に図４２に示すように金属(３６３)をコーティングする。
【００７９】
その次、マスク露光作業をするために、図４３に示すようにコーティングされた金属(３６３)上に感光剤であるＰＲ(３６４)をコーティングする。また、グレイティングパターン形成のために製作されたグレイティング用マスクを上記スタンパ(３５１)上に整列させた後、露光し現像して図４４のように球面レンズ上に露光/現像による円形柱のＰＲ(３６５)を形成させる。ここで、上記グレイティング用マスクはクロムマスクであるのが望ましい。
【００８０】
以後、形成された円形柱のＰＲ(３６５)に応じてコーティングされた金属(３６３)をエッチングした後、残っている感光剤であるＰＲを剥がして図４５のように金属(３６３)によるグレイティング(３６６)を形成する。このように製造されたグレイティングの形成されたマイクロレンズアレイの一例が図４６に示されている。図４６を見ると球面レンズ(３７１)上に同心円パターン(３７２)のグレイティングが形成されている。
【００８１】
一方、上述した工程を遂行する中、金属の代りに屈折率が異なる物質をコーティングすると、干渉効果によりグレイティング効果のあるマイクロレンズアレイを製造できる。即ち、マイクロレンズアレイにＳｉＯ２等酸化物薄膜やＳｉ３Ｎ４のような窒化物薄膜として透明な特徴を有している薄膜をコーティングし、グレイティング構造のようにエッチングをすると、屈折率の異なる特性のグレイティングが形成される。普通酸化物薄膜などの屈折率は２〜３の間が多く、ＰＭＭＡのようなプラスチックの屈折率は４を越えるため、２つの材料の屈折率の差による干渉によってグレイティング効果が現れる。
【００８２】
もう一つの方法としては、スタンパにマイクロレンズアレイ形状に突出部を作って射出をすることによって、図４７のようにプラスチックマイクロレンズアレイ(３８１)に凹凸構造の突出部(３８２)のあるレンズ構造を作ることができる。このように、凹凸構造の突出部(３８２)のあるレンズ構造をマイクロレンズ上に形成するようになると、マイクロレンズと突出部による光経路の長さの差が生じるようになって光の特性である干渉効果が現れるグレイティング特性を作ることができる。このようなレンズの構造において、１次レンズの大きさは約３０〜２００μｍ程度となり、グレイティングの大きさは各々数μｍ程度の大きさである。
【００８３】
上記図４７に示した凹凸形状(３８２)のグレイティングレンズ構造は導光板に応用できる。導光板は、ＬＣＤバックライトに用いられる部品であって、このようなグレイティングレンズ構造を応用することによって光の経路を調節できる。
【００８４】
以上、本発明に対する技術思想を添付図面と共に述べたが、これは本発明の望ましい実施形態を例示的に説明したことであり、本発明を限定するのではない。また、この技術分野の通常の知識を有する者であれば、誰でも本発明の技術思想の範ちゅうを逸脱しない範囲内で多様な変形及び摸倣が可能であるのは明白な事実である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】一般的なフレネルレンズの平面図及び垂直断面図である。
【図２】本発明の実施形態による同心円パターンが形成されたマスクの正面図である。
【図３】マスクを用いて同心円パターンを基板に形成する工程図である。
【図４】マスクを用いて同心円パターンを基板に形成する工程図である。
【図５】マスクを用いて同心円パターンを基板に形成する工程図である。
【図６】マスクを用いて同心円パターンを基板に形成する工程図である。
【図７】上記製造された同心円状レンズの構造を用いてスタンパを作った工程図である。
【図８】上記製造された同心円状レンズの構造を用いてスタンパを作った工程図である。
【図９】上記製造された同心円状レンズの構造を用いてスタンパを作った工程図である。
【図１０】本発明によって製造された同心円パターンを有するレンズの形状図である。
【図１１】図１０に示したレンズの同心円パターンの総距離を示した図である。
【図１２】本発明に係る同心円パターンを有するレンズを導光板に応用した一例示図である。
【図１３】従来のマイクロレンズアレイを示した斜視図である。
【図１４】本発明に用いられるマスクの斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態による基板上に球面レンズ形状を形成する工程を示した工程図である。
【図１６】本発明の実施形態による基板上に球面レンズ形状を形成する工程を示した工程図である。
【図１７】本発明の実施形態による基板上に球面レンズ形状を形成する工程を示した工程図である。
【図１８】本発明の実施形態による基板上に球面レンズ形状を形成する工程を示した工程図である。
【図１９】本発明の実施形態による球面レンズ形状を有するスタンパを製作する工程を示した工程図である。
【図２０】本発明の実施形態による球面レンズ形状を有するスタンパを製作する工程を示した工程図である。
【図２１】本発明の実施形態による球面レンズ形状を有するスタンパを製作する工程を示した工程図である。
【図２２】本発明の実施形態による球面レンズ形状が陽刻されたスタンパの斜視図である。
【図２３】本発明の実施形態によるスタンパの球面レンズ上にマイクロレンズを形成する工程を示した工程図である。
【図２３】本発明の実施形態によるスタンパの球面レンズ上にマイクロレンズを形成する工程を示した工程図である。
【図２５】本発明の実施形態によるスタンパの球面レンズ上にマイクロレンズを形成する工程を示した工程図である。
【図２６】本発明の実施形態による球面レンズ上に同心円レンズが形成された２重層マイクロレンズの斜視図である。
【図２７】本発明の実施形態による球面レンズ上にシリンダレンズが形成された２重層マイクロレンズの斜視図である。
【図２８】本発明の実施形態による球面レンズ上に相互直交するシリンダレンズが形成された２重層マイクロレンズの斜視図である。
【図２９】本発明の実施形態による球面レンズ上に多数の球面レンズが形成された２重層マイクロレンズの斜視図である。
【図３０】本発明の実施形態による２重層マイクロレンズを導光板に応用した斜視図である。
【図３１】従来のマイクロレンズアレイを示した斜視図である。
【図３２】本発明に用いられるマスクの斜視図である。
【図３３】本発明の実施形態による基板上に球面レンズ形状を形成する工程を示した工程図である。
【図３４】本発明の実施形態による基板上に球面レンズ形状を形成する工程を示した工程図である。
【図３５】本発明の実施形態による基板上に球面レンズ形状を形成する工程を示した工程図である。
【図３６】本発明の実施形態による基板上に球面レンズ形状を形成する工程を示した工程図である。
【図３７】本発明の実施形態による球面レンズ形状を有するスタンパを製作する工程を示した工程図である。
【図３８】本発明の実施形態による球面レンズ形状を有するスタンパを製作する工程を示した工程図である。
【図３９】本発明の実施形態による球面レンズ形状を有するスタンパを製作する工程を示した工程図である。
【図４０】本発明の実施形態による球面レンズ形状が陽刻されたスタンパの斜視図である。
【図４１】本発明の実施形態によるスタンパの球面レンズ上にグレイティングを形成する工程を示した工程図である。
【図４２】本発明の実施形態によるスタンパの球面レンズ上にグレイティングを形成する工程を示した工程図である。
【図４３】本発明の実施形態によるスタンパの球面レンズ上にグレイティングを形成する工程を示した工程図である。
【図４４】本発明の実施形態によるスタンパの球面レンズ上にグレイティングを形成する工程を示した工程図である。
【図４５】本発明の実施形態によるスタンパの球面レンズ上にグレイティングを形成する工程を示した工程図である。
【図４６】本発明の実施形態による球面レンズ上に同心円のグレイティングが形成されたマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図４７】本発明の実施形態による球面レンズ上にグレイティングが凹凸されたマイクロレンズアレイの斜視図である。
【符号の説明】
【００８６】
１２１、２２１、３２１  マスク
１２２、２２２、３２２  光の通過する部分
１２３、２２３、３２３  光の通過できない部分
１３０、２３１、３３１  基板
１３１、１３３、２３２、２３４、２６３、２６４、３３２、３３４、３６４、３６５  ＰＲ
１４１、２４１、３４１  金属薄膜
１４２、２４２、２５１、３４２、３５１  スタンパ
１５１  平板レンズ
１７１  導光板
２３５  マイクロレンズ
２４１、３４１  金属薄膜
２７１、２９１、３７１  球面レンズ
２７２、３７２  同心円パターン
２８２  シリンダレンズ
３５３  プラスチック板
３６６  グレイティング
３８２  突出部
２１１２  導光板
【図１】
2009507669.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009507669.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009507669.tif 000009
【図８】
2009507669.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2009507669.tif 000012
【図１１】
2009507669.tif 000013
【図１２】
2009507669.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2009507669.tif 000016
【図１５】
2009507669.tif 000017
【図１６】
2009507669.tif 000018
【図１７】
2009507669.tif 000019
【図１８】
2009507669.tif 000020
【図１９】
2009507669.tif 000021
【図２０】
2009507669.tif 000022
【図２１】
2009507669.tif 000023
【図２２】
2009507669.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2009507669.tif 000030
【図２９】
2009507669.tif 000031
【図３０】
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【図３１】
2009507669.tif 000033
【図３２】
2009507669.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【国際調査報告】
2009507669.tif 000050
2009507669.tif 000051
2009507669.tif 000052