(57)【要約】  【課題】  開口部１ａを適切に配置したフォトマスク１を用いることによって、マイクロレンズ２を高充填率で配置する。  【解決手段】  フォトマスク１として、形成するマイクロレンズ２の形状に対応する多角形状の開口部１ａが、マイクロレンズ２の最密配置パターンに対応するパターンで配置されたものを用いる。より具体的には、フォトマスク１として、最密配置される多角形状（例えば正六角形状）のマイクロレンズ２を所定角度（中心角３０度）だけ個々に回転させた形状で開口部１ａが並ぶものを用いる。そして、そのフォトマスク１との間にギャップを設けてガラス基板上の光硬化性樹脂に光を照射する。これにより、そのフォトマスク１を用いて光硬化性樹脂に光を照射したときに、開口部１ａの形状が所定角度（中心角−３０度）だけ回転した形状のマイクロレンズ２がガラス基板上に形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の開口部を有するフォトマスクを用いて基板上の光硬化性樹脂に光を照射することにより、前記基板上に多角形状のマイクロレンズをアレイ状に形成するマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記フォトマスクとして、マイクロレンズの形状に対応する多角形状の開口部が、マイクロレンズの最密配置パターンに対応するパターンで配置されたフォトマスクを用い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２】
複数の開口部を有するフォトマスクを用いて基板上の光硬化性樹脂に光を照射することにより、前記基板上に多角形状のマイクロレンズをアレイ状に形成するマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記フォトマスクとして、最密配置される多角形状のマイクロレンズを所定角度だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部を有するフォトマスクを用い、そのフォトマスクとの間にギャップを設けて前記光硬化性樹脂に光を照射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３】
前記所定角度は、多角形状のマイクロレンズのその形状において隣接する２頂点とその多角形の外接円の中心とを結んでできる中心角の半分の角度であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
前記フォトマスクと前記光硬化性樹脂との距離を１００μｍ以上４００μｍ以下とした状態で、前記フォトマスクの各開口部を介して前記光硬化性樹脂に光を照射することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項５】
前記フォトマスクとして、開口部の開口径が、形成されるマイクロレンズの直径の４０％以上６０％以下であるフォトマスクを用いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
前記フォトマスクとして、各開口部が正方形状のフォトマスクを用いることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項７】
前記フォトマスクとして、各開口部が正六角形状のフォトマスクを用いることを特徴とする請求項１から５のいずれか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、特に光硬化性樹脂により作製され、フラットパネルディスプレイの明るさを向上させるために用いる光学部材である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】
従来から、液晶プロジェクターの光利用効率を高める技術として、光源と液晶パネルとの間にマイクロレンズアレイを配置する技術が知られている。マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、液晶パネルの各画素の透過領域と１対１に対応して配置されているため、光源からの光を各マイクロレンズによって各画素の透過領域に集光させ、各画素に選択的に入射させることができる。液晶プロジェクターに用いられる液晶パネルは高解像度であり、各画素の透過領域の開口率が低いため、光源からの光をマイクロレンズにて集光させることにより、明るい表示を実現することができる。
【０００３】
また、近年、携帯端末等に用いられている透過反射両用型（半透過型）ＬＣＤについても同様に、マイクロレンズを用いることによって光利用効率を高めることが可能となる。この半透過型ＬＣＤは、外光を反射させる反射電極と、バックライト光を透過させる透明電極とを１つの画素に有しているため、通常の透過型ＬＣＤのように明るい外光下で表示が見にくくなるという欠点がない。さらに、半透過型ＬＣＤは、バックライトを消して反射型ＬＣＤとして用いることができるという優れた特徴を有しており、その構造の代表的な例が特許文献１に開示されている。
【０００４】
しかしながら、半透過型ＬＣＤにおいては、反射電極を形成した領域は、バックライト光が透過することができないため、明るい外光の無い場所では、パネル輝度が透過型ＬＣＤと比較して暗くなってしまう。さらに、市場要求として表示容量は増加する傾向にあるが、高解像度化に伴い開口率が低下していくため、バックライトの透過率が低下し、表示輝度が低下する。
【０００５】
このような不都合を回避するため、例えば特許文献２の半透過型ＬＣＤでは、バックライトとＬＣＤパネルとの間にマイクロレンズアレイを設置することにより、反射電極により遮られるバックライト光を透明電極に集光し、パネル輝度を高めるようにしている。
【０００６】
一方、マイクロレンズアレイを製造する技術としては、樹脂を成型してレンズを製造する方法が一般的である。各種レンズの形成方法の一覧を表１に示す。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
大型基板に低コストでマイクロレンズアレイを形成できる方法としては、露光−現像プロセス（表１の（５））が適している。図１２は、従来の露光−現像プロセスによって形成されたマイクロレンズアレイの概略の構成を示している。この露光−現像プロセスでは、まず、基板１０１上にネガ型レジスト等の光硬化性樹脂１０２を塗布し、その基板１０１に対して、開口幅ａ、開口ピッチｃで形成された開口部１０３ａを有するフォトマスク１０３を介して紫外線露光する。このときの露光は、光硬化性樹脂１０２とフォトマスク１０３との間にギャップｂを空けた状態で露光する。
【０００９】
フォトマスク１０３の開口部１０３ａで回折した光は、ギャップｂを介して、光硬化性樹脂１０２の膜中ではちょうど所望のレンズ径にまで広がっている。しかも、露光強度は、開口部１０３ａの中心を通る軸を中心とする同心円状に変化し、開口部１０３ａの中心軸が通る部分では最も強く、周辺部すなわちマイクロレンズの外周部に相当する領域では最も弱くなる。結果として、露光後に得られる光硬化性樹脂１０２の膜厚は、開口部１０３ａの中心軸が通る部分で最も厚く、周辺部すなわちマイクロレンズの外周部で最も薄くなる。露光後に現像処理を行うことにより、光硬化性樹脂１０２のうちの未硬化部分が除去され、マイクロレンズアレイが得られる。
【００１０】
この方法を用いれば、ディスプレイパネルに直接レンズを形成することが可能となる。また、ディスプレイパネルに直接レンズを形成する手法を採れば、マイクロレンズアレイを別の基板に形成後、ディスプレイパネルと位置合わせして貼り合せる場合に比べて低コストで済み、位置ずれマージンも小さくできる。
【００１１】
また、露光−現像プロセスの応用として、例えば特許文献３に開示された露光方法がある。この露光方法は、ブラックマスクを利用したセルフアラインの露光方法であり、図１３は、その露光方法によって形成されたマイクロレンズアレイを示している。具体的に、この露光方法では、透明基板２０１上にブラックマスク２０２を形成した後、その上に平坦層２０３を形成し、さらにその上に光硬化性樹脂２０４を塗布する。そして、透明基板２０１におけるブラックマスク２０２を形成した面とは反対側から光を照射することにより、光硬化性樹脂２０４を硬化させ、マイクロレンズアレイを形成する。
【００１２】
この露光方法によれば、ブラックマスク２０２そのものがフォトマスクとして機能するため、別途フォトマスクを設けることが不要となり、別基板にマイクロレンズを形成してパネルと貼り合わせるときのような露光時の位置合わせも必要ない。また、ブラックマスク２０２と光硬化性樹脂２０４との間にギャップｂが存在するために、ブラックマスク２０２で回折した光を利用してマイクロレンズをアレイ状に形成することができる。
【００１３】
しかしながら、上記のギャップｂは、平坦層２０３の厚みで規定されるため、制御しにくく、レンズの曲率を制御することが困難である。また、厚膜のレンズを形成するためには、ブラックマスク２０２と光硬化性樹脂２０４との間に大きなギャップｂを空けて露光する必要があり、基板自体が厚くなってしまう欠点も有している。また、液晶パネルに直接レンズを形成する場合は、カラーフィルタ越しに露光を行う必要が生じ、各画素のレンズ形状を均一にすることが困難である。
【００１４】
なお、マイクロレンズアレイの製造には用いられていないが、フォトマスクの透過光にある複素振幅分布をもたせ、基板上で所望の回路パターンを得るための光強度分布となるように露光する露光方法が、例えば特許文献４に開示されている。この露光方法によれば、従来のプロキシミティ露光機を用いて高解像度のパターン転写が可能となっている。
【特許文献１】特許第２９５５２７７号公報
【特許文献２】特許第３２９３５８９号公報
【特許文献３】特開平９−１６６７０１号公報
【特許文献４】特開平４−２１２１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、マイクロレンズの単位形状が円形以外（例えば正六角形や正方形）のマイクロレンズアレイを上述した露光−現像プロセスによって製造する場合、フォトマスクとしては、そのマイクロレンズの形状に対応する形状（例えば正六角形や正方形）の開口部を有するものを使用すればよい。
【００１６】
一方、マイクロレンズの充填率を高くしようと思えば、正六角形のマイクロレンズであれば、マイクロレンズを六方最密充填の配置にすればよく、正方形のマイクロレンズであれば、マイクロレンズをマトリクス状に配置すればよい。そのためには、フォトマスクにおいて、正六角形のマイクロレンズに対応して開口部を正六角形で形成し、その開口部を六方最密充填で配置したり、正方形のマイクロレンズに対応して開口部を正方形で形成し、その開口部をマトリクス状に配置すればよいとも思われる。
【００１７】
しかし、そのように開口部が配置されたフォトマスクを用いた場合、隣り合う開口部の間隔は、縦、横、斜めで異なる距離を持つため、ある方向では隣り合う開口部が近いために、隣の開口部からの光が干渉し、ある方向では隣り合う開口部が遠いために、開口部で回折した光が届かない領域が生じ、いずれの方向にもレンズとして機能しない領域が形成されることになる。したがって、円形以外のマイクロレンズを形成すべく、上記のように開口部が配置されたフォトマスクを用いて露光を行っても、マイクロレンズの充填率を高くすることができないという問題が生ずる。
【００１８】
例えば、図１４（ａ）に示すように、六方最密充填で配置された正六角形状の開口部３０１ａを有するフォトマスク３０１を用い、このフォトマスク３０１との間にギャップを設けて基板上の光硬化性樹脂を露光すると、図１４（ｂ）に示すように、開口部３０１ａの形状が所定角度（中心角３０度）だけ回転した形状でマイクロレンズ３０２が配置される結果となる。この場合、マイクロレンズ３０２は、六方最密充填の配置とはならず、マイクロレンズアレイとしては充填率が低下したものとなる。
【００１９】
また、例えば、図１５（ａ）に示すように、マトリクス状に配置された正方形状の開口部４０１ａを有するフォトマスク４０１を用い、このフォトマスク４０１との間にギャップを設けて基板上の光硬化性樹脂を露光すると、図１５（ｂ）に示すように、開口部４０１ａの形状が所定角度（中心角４５度）だけ回転した形状でマイクロレンズ４０２が配置される結果となる。この場合、マイクロレンズ４０２は、最密配置であるマトリクス状の配置とはならず、マイクロレンズアレイとしては充填率が低下したものとなる。
【００２０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、開口部を適切に配置したフォトマスクを用いることによって、マイクロレンズを高充填率で配置することのできるマイクロレンズアレイの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、複数の開口部を有するフォトマスクを用いて基板上の光硬化性樹脂に光を照射することにより、前記基板上に多角形状のマイクロレンズをアレイ状に形成するマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記フォトマスクとして、マイクロレンズの形状に対応する多角形状の開口部が、マイクロレンズの最密配置パターンに対応するパターンで配置されたフォトマスクを用いることを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、フォトマスクの開口部は、多角形状のマイクロレンズに対応して多角形状で形成されている。例えば、マイクロレンズ形状として、正六角形、正方形、ひし形を考えた場合、開口部の形状としては、正六角形、正方形、長方形をそれぞれ考えることができる。
【００２３】
また、フォトマスクの開口部は、マイクロレンズの最密配置パターンに対応するパターンで配置されている。ここで、マイクロレンズの最密配置パターンとは、例えば、マイクロレンズ形状が正六角形、正方形、ひし形であれば、最密配置パターンとしては、六方最密充填の配置パターン、マトリクス状の配置パターン、ひし形の２本の対角線が同一方向を向くようにマイクロレンズを敷き詰めた配置パターンをそれぞれ考えることができる。
【００２４】
そこで、マイクロレンズの最密配置パターンに対応する開口部の配置パターンとは、例えば、マイクロレンズが六方最密充填の配置パターン、マトリクス状の配置パターンの場合は、開口部が個々のマイクロレンズを所定角度（例えば中心角Ａ度）だけ回転させたような形状で並ぶ配置パターンを考えることができる。また、マイクロレンズがひし形で最密配置されている場合は、ひし形のマイクロレンズの２本の対角線のうち、長いほうの対角線の方向に短辺を持ち、短いほうの対角線の方向に長辺を持つ長方形の形状で開口部が並ぶ配置パターンを考えることができる。
【００２５】
このように、フォトマスクの開口部が、マイクロレンズの最密配置パターンに対応するパターンで配置されているので、そのフォトマスクの各開口部を介して基板上の光硬化性樹脂に光を照射したときに、基板上に多角形状のマイクロレンズが最密で配置される。その結果、マイクロレンズを高充填率で配置したマイクロレンズアレイを実現することができる。
【００２６】
また、本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、複数の開口部を有するフォトマスクを用いて基板上の光硬化性樹脂に光を照射することにより、前記基板上に多角形状のマイクロレンズをアレイ状に形成するマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記フォトマスクとして、最密配置される多角形状のマイクロレンズを所定角度（例えば中心角Ａ度）だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部を有するフォトマスクを用い、そのフォトマスクとの間にギャップを設けて前記光硬化性樹脂に光を照射することを特徴としている。
【００２７】
フォトマスクの開口部の形状が多角形状（例えば正六角形や正方形）の場合、フォトマスクと基板上の光硬化性樹脂との間にギャップを設けて、フォトマスクの開口部を介して光硬化性樹脂に光を照射すると、フォトマスクの開口部の形状が所定角度（例えば中心角−Ａ度）だけ回転したパターンで光硬化性樹脂が露光されるような条件が存在する。
【００２８】
そこで、本発明では、そのことを逆に利用し、フォトマスクとして、最密配置される多角形状（例えば正六角形や正方形）のマイクロレンズを所定角度（例えば中心角Ａ度）だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部を有するフォトマスクを用い、フォトマスクと光硬化性樹脂との間にギャップを設けて光硬化性樹脂に光を照射する。これにより、フォトマスクの開口部の形状が所定角度（例えば中心角−Ａ度）だけ回転したパターンで光硬化性樹脂が露光される結果、基板上に多角形状のマイクロレンズを最密配置で形成することができる。したがって、多角形状のマイクロレンズを高充填率で配置したマイクロレンズアレイを実現することができる。
【００２９】
ここで、前記所定角度（例えば中心角Ａ度）は、多角形状のマイクロレンズのその形状において隣接する２頂点とその多角形の外接円の中心とを結んでできる中心角の半分の角度であることが望ましい。例えば、マイクロレンズが正六角形状の場合、前記所定角度は３０度となり、マイクロレンズが正方形状の場合、前記所定角度は４５度となる。この設定により、フォトマスクの開口部を介して光硬化性樹脂を露光したときに、基板上に多角形状のマイクロレンズを確実に最密に配置することができる。その結果、多角形状のマイクロレンズを高充填率で配置したマイクロレンズアレイを確実に実現することができる。
【００３０】
また、多角形状のマイクロレンズを最密に配置するための露光条件としては、前記フォトマスクと前記光硬化性樹脂との距離を１００μｍ以上４００μｍ以下とした状態で、前記フォトマスクの各開口部を介して前記光硬化性樹脂に光を照射することが望ましく、また、前記フォトマスクとして、開口部の開口径が、形成されるマイクロレンズの直径の４０％以上６０％以下であるフォトマスクを用いることが望ましい。
【００３１】
また、上述した本発明のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記フォトマスクとして、各開口部が正方形状のフォトマスクを用いれば、正方形状のマイクロレンズを最密で配置することができ、前記フォトマスクとして、各開口部が正六角形状のフォトマスクを用いれば、正六角形状のマイクロレンズを最密で配置することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、フォトマスクの開口部の配置パターンを適切に設定することにより、そのフォトマスクを用いて光硬化性樹脂を露光したときに、多角形状のマイクロレンズを最密で配置することができる。その結果、マイクロレンズを高充填率で配置したマイクロレンズアレイを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
本発明は、マイクロレンズを最密で配置すべく、開口部の形成されたフォトマスクを用いて基板上の光硬化性樹脂を露光するにあたり、フォトマスクの開口部の配置パターンを適切に設定した点に特徴がある。以下、この点を踏まえて説明する。
【００３４】
まず、マイクロレンズアレイの製造に用いられるフォトマスクの構成について説明する。
【００３５】
図１（ａ）は、フォトマスク１の概略の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、そのフォトマスク１を用いて形成されるマイクロレンズ２の配置を示す平面図である。フォトマスク１は、複数の開口部１ａを有している。各開口部１ａは、マイクロレンズ２の形状に対応する多角形状で形成されている。本実施形態では、例えば正六角形状のマイクロレンズ２を形成すべく、各開口部１ａもそれにあわせて正六角形状となっている。
【００３６】
また、開口部１ａは、マイクロレンズ２の最密配置パターンに対応するパターンでフォトマスク１に形成されている。ここで、マイクロレンズ２の形状が正六角形の場合、マイクロレンズ２の最密配置パターンは、図１（ｂ）に示すように、六方最密充填の配置パターンとなる。したがって、開口部１ａは、図１（ａ）で示したように、最密配置されるマイクロレンズ２の個々の形状を所定角度（例えば３０度）回転させた形状でフォトマスク１に形成されている。
【００３７】
次に、上記のフォトマスク１を用いた本発明のマイクロレンズアレイの製造方法ついて説明する。なお、マイクロレンズ２を最密で配置するためには、露光条件を最適化する、つまり、例えばフォトマスク１と光硬化性樹脂との間のギャップを最適化することや、開口部１ａの開口径を適切に設定することが必要であるが、この点については後述することとする。
【００３８】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造工程を示す断面図である。まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１１上に、マイクロレンズアレイ２の形成材料としての光硬化性樹脂１２を厚さ３０μｍとなるように塗布する。光硬化性樹脂１２としては、光重合性モノマーであるウレタン系アクリレート材料（新中村化学工業社製、商品名Ｕ−４ＨＡ）１００重量部に、重合開始剤（チバガイギー社製、商品名：イルガキュア３６９）を１重量部添加したものを用いた。
【００３９】
そして、ガラス基板１１に塗布した光硬化性樹脂１２の表面と、フォトマスク１の対向面との間のギャップｂを４００μｍに保ち、これらを固定する。
【００４０】
ここで、本実施形態では、所望のマイクロレンズ２の直径を約９０μｍ、そのピッチを約１００μｍとしているため、フォトマスク１としては、開口部１ａの開口径ａが５０μｍ、開口ピッチｃが１００μｍのものを用いた。フォトマスク１の開口部１ａの開口径は、所望のマイクロレンズ２の直径の４０％以上６０％以下であることが好ましく、所望のマイクロレンズ２の形状に応じて適宜設計することが可能である。
【００４１】
次に、水銀灯を用いて、固定したフォトマスク１の各開口部１ａを介して光硬化性樹脂１２に対して輝度半値角±１．５°のＧＨＩ混合線を３００ｍＪ／ｃｍ2の照射量で照射した。なお、ＧＨＩ混合線とは、主にｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）およびｉ線（波長３６５ｎｍ）からなる光である。この光照射により、図２（ｂ）に示すように、ガラス基板１１上には、マイクロレンズ２の形状に対応した硬化部１３と、未硬化部１４とが形成される。
【００４２】
続いて、光硬化性樹脂１２の未硬化部１４を、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）で溶解除去する現像処理を行い、図２（ｃ）に示すように、ガラス基板１１上に、硬化部１３からなるマイクロレンズアレイを形成する。得られたマイクロレンズアレイは、直径８０μｍのマイクロレンズ２が連続して多数配列されたものであり、各マイクロレンズ２は、中心部から同心円状に連続的に厚みが変化したレンズ形状で、中心の厚みが２０μｍ、曲率半径が８０μｍ、焦点距離が２５０μｍであった。
【００４３】
このように、本実施形態では、マイクロレンズアレイを製造するにあたり、フォトマスク１として、最密配置される多角形状（本実施形態では正六角形状）のマイクロレンズ２を所定角度（例えば３０度）だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部１ａを有するフォトマスク１を用い、そのフォトマスク１との間にギャップｂを設けてガラス基板１１上の光硬化性樹脂１２に光を照射する。フォトマスク１と光硬化性樹脂１２との間にギャップｂを設けて光硬化性樹脂１２を露光する場合、開口部１ａの形状が所定角度（例えば−３０度）だけ回転した形状でマイクロレンズ２が形成される露光条件が存在する。したがって、図１（ａ）に示したようにその回転分だけ予め逆方向に形状を回転させた開口部１ａをフォトマスク１に形成しておけば、図１（ｂ）に示すように、露光時に所望の形状、配置パターンでマイクロレンズ２を形成することができる。したがって、本実施形態のフォトマスク１を用いて光硬化性樹脂１２を露光することにより、正六角形状のマイクロレンズ２を最密で配置することができる。
【００４４】
次に、上述したフォトマスク１を用いて光硬化性樹脂１２を露光する際の露光条件の最適化について、以下に説明する。
【００４５】
フォトマスク１の開口部１ａの開口径をａ、開口ピッチをｃ、フォトマスク１と光硬化性樹脂１２との間の距離（ギャップ）をｂとする。これらａ、ｂ、ｃのパラメータが適切に設定されていれば、フォトマスク１を用いて光硬化性樹脂１２を露光したときに、フォトマスク１の開口部１ａで回折した光は、ギャップｂを介して光硬化性樹脂１２の膜中ではちょうど所望のレンズ径にまで広がるため、充填率の高いマイクロレンズアレイを形成することができる。例えば、ａ＝３５μｍ、ｂ＝２００μｍ、ｃ＝５０μｍと設定した場合、直径１００μｍ程度のマイクロレンズ２をアレイ状に形成することが可能である。
【００４６】
一方、図３に示すように、フォトマスク１の開口部１ａの開口径ａが、開口ピッチｃに対して大きすぎる場合や、図４に示すように、ギャップｂが開口径ａに対して大きすぎる場合は、露光後に形成される隣り合うマイクロレンズ２の境界部は、フォトマスク１の隣り合う開口部１ａからの光が干渉し合う結果、明確な境界部としては記録されない。つまり、マイクロレンズアレイは、連続的に曲率が変化する波形の断面形状となり、隣り合うマイクロレンズ２の境界部において、レンズとして機能しない領域が形成されることになる。
【００４７】
また、図５に示すように、フォトマスク１の開口部１ａの開口径ａが、開口ピッチｃに対して小さすぎる場合、もしくはフォトマスク１と光硬化性樹脂１２との間のギャップｂが小さすぎる場合は、フォトマスク１で回折した光が届かない領域が生じるため、同様にマイクロレンズ２の境界部において、レンズとして機能しない領域が形成されることになる。これらの結果、得られるマイクロレンズアレイのレンズ充填率が低下する。
【００４８】
そこで、本実施形態では、以下の考察に基づき、露光条件を最適化した。
【００４９】
一般に、フォトマスクを用いた近接露光を行う場合、フォトマスクを透過した光の強度分布は、以下の手順で計算することができる。図６は、フォトマスク１および光硬化性樹脂１２の配置を示している。フォトマスク１の開口部１ａの開口径をａ、マスク面と光硬化樹脂１２との間のギャップをｂ、マスク面の任意の位置をＳ、光硬化性樹脂１２の表面の任意の位置をＰ、線分ＳＰの長さとギャップｂとの差をβ、照射光の波長をλ、開口部１ａの面積をσ、Ｓ点の微小面積をｄσ、Ｓ点での光の波動をＵ0（Ｓ）、Ｐ点での光の波動をＵ（Ｐ）とすると、Ｕ（Ｐ）は、次の数１式で表すことができる。
【００５０】
【数１】
2006010973.tif 000004
【００５１】
Ｕ0（Ｓ）を一定とし、開口部１ａを矩形開口とすることで、数１式は計算し易い形に置き換えることができる。ここで、マスク面に平行な面内において互いに直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）を軸とする座標軸において、Ｓ点のＸ座標をξ、Ｓ点のＹ座標をη、Ｐ点のＸ座標をｘ、Ｐ点のＹ座標をｙ、開口部１ａのＸ方向の最小位置をξ１、開口部１ａのＸ方向の最大位置をξ２、開口部１ａのＹ方向の最小位置をη１、開口部１ａのＹ方向の最大位置をη２とすると、上記のβは、次の数２式で表すことができ、ｄσは、次の数３式で表すことができる。
【００５２】
【数２】
2006010973.tif 000005
【００５３】
【数３】
2006010973.tif 000006
【００５４】
Ｕ0（Ｓ）は、Ｕ0で一定とし、数２式および数３式を数１式に代入すれば、数１式のＵ（Ｐ）は、次の数４式で表すことができる。
【００５５】
【数４】
2006010973.tif 000007
【００５６】
また、Ｐ点での光強度Ｉ（Ｐ）は、波動振幅の絶対値の二乗として求めることができるため、次の数５式で表すことができる。
【００５７】
【数５】
2006010973.tif 000008
【００５８】
数４式および数５式を用いれば、近接露光における矩形開口パターンの光強度分布を計算することができる。開口部１ａが正六角形や正方形のフォトマスク１による近接露光の光強度分布を計算する場合は、それぞれの開口部１ａを微小な矩形開口の足し合わせとみなして表現することで容易に計算することができる。
【００５９】
図７は、開口部１ａが正六角形状のフォトマスクの概略の構成を示す平面図であり、図８は、数４式および数５式を用いて求めた光強度分布を模式的に示す説明図である。ただし、フォトマスク１の開口部１ａの開口径を５０μｍ、フォトマスク１と光硬化性樹脂１２との間のギャップｂを３００μｍとした。また、計算に用いた光の平行度は、実際の露光機に合わせるため１．５度とした。また、ここでは、±１．５度の光線を表現するために、１３本の異なる入射角を持つ平行光の足し合わせとして近似して計算した。図９は、フォトマスク１と光硬化性樹脂１２との間のギャップｂを４００μｍとした場合の光強度分布を模式的に示す説明図である。なお、図８および図９において、濃淡の淡い部分が露光強度の強い部分に対応しており、濃い部分が露光強度の弱い部分に対応している。
【００６０】
３００μｍのギャップｂを介して光硬化性樹脂１２を露光すると、図７で示したフォトマスク１の開口パターンが、３０度回転した正六角形状の光強度分布が得られていることが分かる。ギャップｂが３００μｍの場合、フォトマスク１で回折した光は、隣り合う開口部１ａからの光が重なり合うほどには広がっておらず、光硬化性樹脂１２に光が届いていない領域が若干存在している。さらに、４００μｍまでギャップｂを広げると、フォトマスク１で回折した光が十分広がるため、光硬化性樹脂１２に光が届いていない領域が少なくなり、充填率の高いマイクロレンズアレイが形成できることが分かる。一方、ギャップｂが１００μｍ未満では、光硬化性樹脂１２に光が届かない領域が多く存在することがわかっており、マイクロレンズの充填率を高くすることができない。
【００６１】
以上より、マイクロレンズの充填率を高くするためには、ギャップｂは、１００μｍ以上４００μｍ以下であることが望ましいと言える。特に、ギャップｂが３００μｍ以上４００μｍ以下であれば、マイクロレンズの充填率を確実に高くすることができる。
【００６２】
また、数４式および数５式を用いれば、マイクロレンズの充填率を高くするための、フォトマスク１の開口部１ａの開口径ａについても最適化することができる。本実施形態では、ギャップｂを１００μｍ以上４００μｍ以下の範囲で開口径ａを変化させて調べたところ、開口径ａが、形成されるマイクロレンズの直径の４０％以上６０％以下であれば、マイクロレンズの充填率を高めることができることが確認できた。
【００６３】
このように、フォトマスク１の開口部１ａの形状と開口径ａ、フォトマスク１と光硬化性樹脂１２との間のギャップｂ等のパラメータは、上述の計算に基づいて適宜設計することができる。このため、マイクロレンズアレイとして、例えば図１０（ｂ）に示す正方形状のマイクロレンズ２を有するもの、図１１（ｂ）に示すひし形状のマイクロレンズ２を有するもの、レンズ径が異なるものを製造することもできる。
【００６４】
例えば、正方形状のマイクロレンズ２を最密で配置する場合は、図１０（ｂ）に示すように、正方形状のマイクロレンズ２をマトリクス状で配置すればよい。この場合、フォトマスク１としては、図１０（ａ）に示すように、マイクロレンズ２の形状に対応する正方形状の開口部が、マイクロレンズ２の最密配置パターンに対応するパターンで配置されたもの、より具体的には、最密配置される個々のマイクロレンズ２を所定角度（中心角４５度）だけ回転させたような形状で開口部１ａが並んでいるものを考えることができる。
【００６５】
このような開口形状のフォトマスク１を用いても、フォトマスク１との間にギャップｂを設けて光硬化性樹脂１２に光を照射すると、開口部１ａの形状が所定角度（例えば−４５度）だけ回転した形状で形成されるので、図１０（ａ）に示したようにその回転分だけ予め逆方向に形状を回転させた開口部１ａをフォトマスク１に形成しておけば、図１０（ｂ）に示すように、露光時に所望の形状、配置パターンでマイクロレンズ２を形成することができる。したがって、そのようなフォトマスク１を用いて光硬化性樹脂１２を露光することにより、正方形状のマイクロレンズ２を最密で配置することができる。
【００６６】
つまり、正六角形状や正方形状のマイクロレンズ２を最密で配置する場合、フォトマスク１として、最密配置される多角形状のマイクロレンズ２を所定角度だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部１ａを有するフォトマスク１を用い、そのフォトマスク１との間にギャップｂを設けて光硬化性樹脂１２に光を照射すればよい。このときの上記所定角度としては、多角形状のマイクロレンズ２のその形状において隣接する２頂点とその多角形の外接円の中心とを結んでできる中心角の半分の角度（マイクロレンズ２が正六角形であれば（６０°／２）＝３０°、マイクロレンズ２が正方形であれば（９０°／２）＝４５°）であればよい。
【００６７】
また、フォトマスク１として、各開口部１ａが正六角形状のものを用いれば、正六角形状のマイクロレンズ２を最密で配置することができ、各開口部１ａが正方形状のものを用いれば、正方形状のマイクロレンズ２を最密で配置することができると言える。
【００６８】
一方、ひし形状のマイクロレンズ２を最密で配置する場合は、図１１（ｂ）に示すように、ひし形の２本の対角線が同一方向を向くようにマイクロレンズ２を敷き詰めて配置すればよい。このとき、マイクロレンズ２の最密配置パターンに対応するフォトマスク１の開口部１ａの配置パターンとしては、図１１（ａ）に示すように、マイクロレンズ２の形状であるひし形の２本の対角線のうち、長いほうの対角線の方向に短辺を持ち、短いほうの対角線の方向に長辺を持つ長方形の形状で開口部１ａが並ぶ配置パターンを考えることができる。この場合でも、フォトマスク１を用いて光硬化性樹脂１２に光を照射したときには、ひし形のマイクロレンズ２を最密で配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係るマイクロレンズの製造に用いられるフォトマスクの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、そのフォトマスクを用いて形成されるマイクロレンズの配置を示す平面図である。
【図２】（ａ）ないし（ｃ）は、上記マイクロレンズの製造工程を示す断面図である。
【図３】上記フォトマスクの開口部の開口径が、開口ピッチに対して大きすぎる場合に、露光により形成されるマイクロレンズの形状を示す断面図である。
【図４】上記フォトマスクと光硬化性樹脂との間のギャップが、上記フォトマスクの開口部の開口径に対して大きすぎる場合に、露光により形成されるマイクロレンズの形状を示す断面図である。
【図５】上記フォトマスクの開口部の開口径が、開口ピッチに対して小さすぎる場合、もしくは上記フォトマスクと光硬化性樹脂との間のギャップが小さすぎる場合に、露光により形成されるマイクロレンズの形状を示す断面図である。
【図６】上記フォトマスクおよび光硬化性樹脂の配置関係を模式的に示す断面図である。
【図７】開口部が正六角形状のフォトマスクの概略の構成を示す平面図である。
【図８】光硬化性樹脂における光強度分布の一例を示す説明図である。
【図９】光硬化性樹脂における光強度分布の他の例を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は、フォトマスクの他の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、そのフォトマスクを用いて形成されるマイクロレンズの配置を示す平面図である。
【図１１】（ａ）は、フォトマスクのさらに他の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、そのフォトマスクを用いて形成されるマイクロレンズの配置を示す平面図である。
【図１２】従来の露光−現像プロセスにより形成されたマイクロレンズアレイの概略の構成を示す断面図である。
【図１３】従来の他の露光方法によって形成されたマイクロレンズアレイの概略の構成を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は、従来のフォトマスクの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、そのフォトマスクを用いて形成されるマイクロレンズの配置を示す平面図である。
【図１５】（ａ）は、従来のフォトマスクの他の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、そのフォトマスクを用いて形成されるマイクロレンズの配置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    フォトマスク
１ａ  開口部
２    マイクロレンズ
１１    ガラス基板
１２    光硬化性樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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