(57)【要約】【課題】安価で耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを提供する。【解決手段】平板状のガラス基板と、このガラス基板に多数配列して設けられたマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイにおいて、マイクロレンズはガラス状カーボン製成形型基材とこの基材の表面にエキシマレーザ光により形成された多数の窪みを有するガラス状カーボン製成形型により形成されたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス状カーボン製成形型基材と、この基材の表面にエキシマレーザ光により形成された多数の窪みを有することを特徴とするガラス状カーボン製成形型。
【請求項２】
前記基材は平板状であり、前記窪みは配列して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス状カーボン製成形型。
【請求項３】
平板状のガラス基板と、このガラス基板に多数配列して設けられたマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイにおいて、前記マイクロレンズはガラス状カーボン製成形型基材とこの基材の表面にエキシマレーザ光により形成された多数の窪みを有するガラス状カーボン製成形型により形成されたことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【請求項４】
前記ガラス基板は、シリカガラスであることを特徴とする請求項３に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項５】
加熱された平板状のガラス基板を用意し、ガラス状カーボン製成形型基材とこの基材の表面にエキシマレーザ光により形成された多数の窪みを有するガラス状カーボン製成形型により、前記ガラス基板の表面にマイクロレンズを配列して多数形成することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
前記ガラス基板の加熱は、ランプ加熱方式であることを特徴とする請求項５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、例えばプロジェクタなどの液晶パネルヘの集光に使われるマイクロレンズ、その製造方法、主としてその製造方法に適するエキシマレーザにより加工したガラス状カーボン製成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にプロジェクタなどの液晶パネルヘの集光に使われるマイクロレンズには、樹脂製あるいはガラス製のものが多く用いられている。
【０００３】
樹脂製マイクロレンズアレイ（特許文献１）は、加工性が良く、安価ではあるが、耐久性、光透過性に問題がある。一方、ガラス製マイクロレンズアレイは、加工性が劣り、そのため高価であるが、耐久性、光透過性が非常に良い。
【０００４】
ガラス製マイクロレンズアレイのうち、シリカガラス製マイクロレンズアレイは、高温に強く、熱膨張係数が極端に小さいため、高精度を要するマイクロレンズアレイにとって非常に有効である。特にプロジェクタの製造過程で１０００℃以上の高温に曝される工程を有する場合には、シリカガラスが必須となる。
【０００５】
一般にガラス製マイクロレンズアレイの製造には、半導体製造技術を用いたエッチングが標準的に用いられている。また、ガラスの成形にプレス技術を用いることは一般に行われており（特許文献２）、ガラスの高温プレスで用いられる成形型の材質をガラス状力一ボンにすることも既に行われている。
【０００６】
特に、シリカガラスのプレス加工に用いるガラス状カーボン製成形型の微細加工には、半導体加工技術であるドライエッチングを用いる方法や、放電加工、機械加工を用いる方法が提案されている。
【０００７】
しかしながら、このような従来のマイクロレンズアレイ製造方法は、ガラスが化学的に非常に安定なため、ウエットエッチングやドライエッチングで、長時間の処理が必要である。また、金属マスクやレジスト材などの特殊なマスク材を必要とし、工程も複雑で、コストと環境負荷が非常に高い。さらに、機械加工で直接加工する場合、ガラスが脆性材であるため、チッピングを起こし易く、切り込み量を稼げないため加工時間が非常に長くなり、現実的ではない。
【０００８】
さらに、シリカガラスの高温プレスによる微細加工の場合、いかに成形型となるガラス状カーボンを加工するかが大きな課題であった。上記従来の方法のうち、機械加工では精度と微細化が、放電加工の場合は、精度、微細化並びにチッピングが問題となり、目的とするマイクロレンズアレイの製造が非常に困難であった。
【０００９】
これはガラス状カーボンが脆性材であるため、また非常に熱衝撃に弱いため、チッピングや割れ、カケが発生し易いことに起因している。
【特許文献１】特開２００４−５３８８０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、精度良く加工されガラス製マイクロレンズアレイの製造に適するガラス状カーボン製成形型を提供することを目的とする。
【００１１】
また、安価で耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを提供することを目的とする。
【００１２】
さらに、耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを大量に安価に製造できるガラス製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】
【００１３】
本発明者らは、ガラス状カーボンの様々な加工法を試行する中で、エキシマレーザ加工を用いることで、チッピングの無い非常にきれいな窪み加工が出来ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１４】
すなわち、上述した目的を達成するため、本発明に係るガラス状カーボン製成形型は、ガラス状カーボン製成形型基材と、この基材の表面にエキシマレーザ光により形成された多数の窪みを有することを特徴とする。
【００１５】
好適には、前記基材は平板状であり、前記窪みは配列して形成されている。
【００１６】
また、本発明に係るマイクロレンズアレイは、平板状のガラス基板と、このガラス基板に多数配列して設けられたマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイにおいて、前記マイクロレンズはガラス状カーボン製成形型基材とこの基材の表面にエキシマレーザ光により形成された多数の窪みを有するガラス状カーボン製成形型により形成されたことを特徴とする。
【００１７】
好適には、前記ガラス基板は、シリカガラスである。
【００１８】
また、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法は、加熱された平板状のガラス基板を用意し、ガラス状カーボン製成形型基材とこの基材の表面にエキシマレーザ光により形成された多数の窪みを有するガラス状カーボン製成形型により、前記ガラス基板の表面にマイクロレンズを配列して多数形成することを特徴とする。
【００１９】
好適には、前記ガラス基板の加熱は、ランプ加熱方式である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るガラス状カーボン製成形型によれば、精度良く加工されガラス製マイクロレンズアレイの製造に適するガラス状カーボン製成形型を提供することができる。
【００２１】
また、本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイによれば、安価で耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを提供することができる。
【００２２】
さらに、本発明に係るガラス製マイクロレンズアレイの製造方法によれば、耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを大量に安価に製造できるガラス製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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係るマイクロレンズアレイの一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は本発明に係るマイクロレンズアレイの平面図、図２はその側面図である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本発明に係るマイクロレンズアレイ１は、平板形状で正方形のガラス基板例えばシリカガラス基板２と、このシリカガラス基板２の表面２ａに多数配列して設けられたマイクロレンズ３を有し、後述するように、ガラス状カーボン製成形型基材とこの基材の表面にエキシマレーザ光により形成された多数の窪みを有するガラス状カーボン製成形型により、マイクロレンズ３が形成される。
【００２６】
シリカガラス基板２の厚さは、例えば、数十μｍ〜数ｍｍ、マイクロレンズ３の高さは数μｍ〜数百μｍである。
【００２７】
ガラス基板には、シリカガラスが用いられているので、光透過性に優れ、さらに、耐熱性、耐久性に優れている。従って、本マイクロレンズアレイ１が組み込まれるプロジェクタの製造工程で、マイクロレンズアレイ１が１０００℃以上の高温に曝されても、変形などを生じることがなく、所期の機能を発揮させることができる。
【００２８】
次に本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法に適するガラス状カーボン製成形型とその製造方法について説明する。
【００２９】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本ガラス状カーボン製成形型１１は、平板状で正方形状のガラス状カーボン製成形型基材１２を用意し、この成形型基材１２の表面１２ａに集光レンズ１３により集光されたエキシマレーザ光１４をマスク１５を介して照射し、多数のクレータ状の窪み１３を形成することにより製造する。
【００３０】
成形型基材１２は、予め表面２ａを鏡面加工しておくのが好ましい。また、マスク１５は、必ずしも介設させる必要はないが、介設させることにより、レーザ光の形状を最適に整形できて、精度良く窪み口径を揃えることができ、さらに、一括して多数の窪み１３を同時に形成し、成形型基材１２の移動回数を低減させる或いは移動を全く無くし、加工時間短縮を図ることも可能である。
【００３１】
レーザ光は、炭素の結合エネルギ（Ｃ−Ｃ：３４８ｋＪ／ｍｏｌ、Ｃ＝Ｃ：５８８ｋＪ／ｍｏｌ）よりも高いエネルギを持つＡｒＦエキシマレーザ光の波長１９３ｎｍ（エネルギは６１９ｋＪ／ｍｏｌ）が好ましい。これにより、熱衝撃を抑え、アブレーション現象のみで加工を行ない、ガラス状カーボンをチッピングやカケ、割れの発生なく、精度良く加工することができる。
【００３２】
また、一括して多数の窪み１３を同時に形成せず、レーザ光１４を固定し、ステッピングモーター駆動のワークステージなどを用いて成形型基材１２を移動させてもよく、この場合には、アレイ状に窪み１３を精度良く形成できる。
【００３３】
本ガラス状カーボン製成形型は、マイクロレンズアレイの製造に最適であるが、その用途はこれに限定されるものではない。
【００３４】
また、本発明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。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、プレス２１の下パンチ２２にガラス状カーボン製成形型１１を固定し、さらにその上へ被転写物であるシリカガラス基板２を設置する。しかる後、加熱装置２３による加熱を開始し、所定温度に至ったのを確認した後、上パンチ２４を降下させてシリカガラス基板２を成形型１１に押し当て、転写成形してマイクロレンズアレイ１を製造する。
【００３６】
上記加熱装置２３には金属や炭素の抵抗体による抵抗加熱装置、ランプ加熱装置、誘導加熱装置のいずれの装置を用いてもよいが、生産性の点からランプ加熱装置を用いるのが好ましい。プレスの雰囲気は、不活性雰囲気、温度はガラスの粘度が９．５〜８．５ポイズとなる温度が必要であり、転写性と成形型との反応を考えると８．８〜９．２ポイズ程度が好ましい。
【００３７】
上記製造工程において、マイクロレンズの形状はプレス圧で調整する。必要があればマイクロレンズアレイを高温に上げ、表面張力によるレンズ形状の補正を施す。その際、温度を上げすぎるとアレイ全体が変形するため、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、マイクロレンズ３側表面のみを加熱できるように制御された低火力の火炎研磨処理を行うのが好ましい。また、熱処理で補正しきれない場合は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、マイクロレンズ３側表面をやわらかい研磨布で化学機械研磨するのが好ましい。
【００３８】
上記実施形態のマイクロレンズアレイの製造方法によれば、耐久性、透光性に優れたガラス製マイクロレンズアレイを大量に安価に製造できる。
【実施例】
【００３９】
（試験１）  ダイヤモンド砥粒を用いて片面を鏡面研磨加工したガラス状カーボンの表面にエキシマレーザ光にて、直径２０μｍ、深さ２８μｍの円錐状の窪みを形成し、マイクロレンズアレイ製造用の成形型とした。この成形型を用いて、１４５０℃の不活性雰囲気下で鏡面加工した石英板の表面に１ｋＮ／ｃｍ２の圧力で押し当て転写成形を行った。その結果、高さ７μｍの凸状レンズ形状を得た。
【００４０】
（試験２）  試験１と同様にして製造した直径１２０μｍ、深さ１１０μｍの円錐状の窪みが形成された成形型を用い同条件で転写成形を行った。その結果、高さ２２μｍの凸状レンズ形状を得た。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るマイクロレンズアレイの平面図。
【図２】本発明に係るマイクロレンズアレイの側面図。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に係るガラス状カーボン製成形型の製造方法の工程図。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法の工程図。
【図５】本発明に係るマイクロレンズアレイの製造工程における熱処理工程図。
【図６】本発明に係るマイクロレンズアレイの製造工程における化学機械研磨工程図。
【符号の説明】
【００４２】
１  マイクロレンズアレイ
２  ガラス基板
３  マイクロレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006045029.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006045029.tif 000007
【図６】
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