(57)【要約】【課題】成形型からの部分的な剥離による形状不良を抑制することができ、高精度化を図ることが可能となる微小光学素子の製造方法、微小光学素子、及び該微小光学素子を有する表示素子、表示装置、撮像素子、撮像装置を提供する。【解決手段】成形型を用いて光エネルギー硬化型樹脂をガラス基板上に一体化して微小光学素子を形成する微小光学素子の製造方法または微小光学素子において、前記樹脂により形成される微小凸部の高さをＨ１、該樹脂により形成される平坦部の高さをＨ２とした時、Ｈ２＞Ｈ１／５の関係を満足するように微小光学素子を形成する。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型を用いて光エネルギー硬化型樹脂をガラス基板上に一体化して微小光学素子を形成する微小光学素子の製造方法において、
前記樹脂により形成される微小凸部の高さをＨ１、該樹脂により形成される平坦部の高さをＨ２とした時、該微小凸部の高さＨ１と該平坦部の高さＨ２が、つぎの式を満足するように微小光学素子を形成することを特徴とする微小光学素子の製造方法。
Ｈ２＞Ｈ１／５
【請求項２】
前記微小凸部の高さＨ１が、つぎの式を満足するように微小光学素子を形成することを特徴とする請求項１に記載の微小光学素子の製造方法。
５０μｍ≦Ｈ１≦３００μｍ
【請求項３】
前記微小光学素子が、複合光学素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小光学素子の製造方法。
【請求項４】
光エネルギー硬化型樹脂を用い成形型により形成された微小光学素子において、
前記樹脂により形成される微小凸部の高さをＨ１、前記樹脂により形成される平坦部の高さをＨ２とした時、該微小凸部の高さＨ１と該平坦部の高さＨ２が、つぎの式を満たしていることを特徴とする微小光学素子。
Ｈ２＞Ｈ１／５
【請求項５】
前記微小凸部の高さＨ１が、つぎの式を満たしていることを特徴とする請求項４に記載の微小光学素子。
５０μｍ≦Ｈ１≦３００μｍ
【請求項６】
前記微小光学素子が、複合光学素子であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の微小光学素子。
【請求項７】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の微小光学素子の製造方法によって製造された微小光学素子、または請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の微小光学素子を有することを特徴とする表示素子。
【請求項８】
請求項７に記載の表示素子を有することを特徴とする表示装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の微小光学素子の製造方法によって製造された微小光学素子、または請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の微小光学素子を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小光学素子の製造方法、微小光学素子、及び該微小光学素子を有する表示素子、表示装置、撮像素子、撮像装置に関し、特に表面に微細な形状（凹凸）を有する複合光学素子、例えばマイクロレンズやマイクロプリズム等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子の製造方法にはガラスの研削、研摩や型を用いた精密成形、熱可塑性樹脂の射出成形やプレス成形等があり、機能やコスト、要求精度等により使い分けられている。例えば、カメラ等に使用される結像系のレンズには球面レンズとしては温度、湿度の環境変動に関して性能劣化が少なく、経済的にも有利なガラスの研削、研摩により製造され、非球面レンズに関しては、型を用いたガラスの精密成形により製造される。カメラでもファインダーに使用されるレンズは優れた結像性能を要求されない為、コスト面から樹脂の射出成形により製造される。
【０００３】
また、径が３０ｍｍ以上の非球面レンズや表面に微細な凹凸形状を有する光学素子では、ガラス基材の上に光エネルギー硬化型樹脂の薄層を成形し、硬化させることにより所要の表面形状を形成する方法が用いられる。大きな非球面レンズはガラスの精密成形では形状精度が悪くなり、精度を確保しようとすると成形時間が長くなりコスト高になる。微細な凹凸形状を有する光学素子もガラスでは離型時に凹凸部が破壊し製造できず、樹脂による製造が必須となるが素子全体が樹脂では、環境変動に対する性能劣化が大きく樹脂部を薄層にする上記の方法によりその影響を小さくする。
【０００４】
この光エネルギー硬化型樹脂の成形においては、樹脂の硬化に伴う体積収縮が大きいものでは７〜９％に及ぶ為、この硬化収縮が原因で形状精度悪化や離型性悪化等様々な悪影響を及ぼす。このため、特開平２０００−２８０３号公報にはマイクロレンズの成形に際して、球体部の最も厚い部分の厚みと、残余部（平坦部）との関係を、所定範囲に設定することでガラス基板の反りを小さくする方法が提示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来このような光エネルギー硬化型樹脂による微小光学素子の成形は、一般的には上記した特開平２０００−２８０３号公報にも記載されているように、図８に示すような凹部の形成されたスタンパー（成形型）を用い、該成形型に光エネルギー硬化型樹脂材料をセットし、該樹脂材料の上からベースガラスを押し付け、光エネルギーを照射して該樹脂材料を硬化させた後、該成形型を剥離する。
【０００６】
しかしながら、このような成形型で図１に示すようなマイクロレンズを光エネルギー硬化型樹脂で成形する場合、球体部の高さＨ１に対して、平坦部の高さＨ２が小さいと硬化収縮時、球体部の一部が成形型から剥離してしまい、図２に示すようなクレーター状の形状欠陥が発生し、これにより光学性能が著しく低下する。特に結像系のレンズに用いる場合は致命的な欠陥となる。
【０００７】
上記特開平２０００−２８０３号公報には、図９に示すように樹脂層の厚みにおいて、球体部の最も厚い部分の厚みをｔ１、残余部（平坦部）をｔ２とした場合、５≦ｔ１≦３０μｍ、ｔ２≦６μｍとすることにより、ガラス基板の反りを小さくすることについては言及されているが、上記したクレーター状の形状欠陥の発生を防ぐため、球体部の高さＨ１に対して平坦部の高さＨ２を具体的にどのように定めればよいか等については、解明されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、成形型からの部分的な剥離による形状不良を抑制することができ、高精度化を図ることが可能となる微小光学素子の製造方法、微小光学素子、及び該微小光学素子を有する表示素子、表示装置、撮像素子、撮像装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、つぎの（１）〜（１０）のように構成した微小光学素子の製造方法、微小光学素子、及び該微小光学素子を有する表示素子、表示装置、撮像素子、撮像装置を提供するものである。
（１）成形型を用いて光エネルギー硬化型樹脂をガラス基板上に一体化して微小光学素子を形成する微小光学素子の製造方法において、
前記樹脂により形成される微小凸部の高さをＨ１、該樹脂により形成される平坦部の高さをＨ２とした時、該微小凸部の高さＨ１と該平坦部の高さＨ２が、つぎの式を満足するように微小光学素子を形成することを特徴とする微小光学素子の製造方法。
Ｈ２＞Ｈ１／５
（２）前記微小凸部の高さＨ１が、つぎの式を満足するように微小光学素子を形成することを特徴とする上記（１）に記載の微小光学素子の製造方法。
５０μｍ≦Ｈ１≦３００μｍ
（３）前記微小光学素子が、複合光学素子であることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の微小光学素子の製造方法。
（４）光エネルギー硬化型樹脂を用い成形型により形成された微小光学素子において、
前記樹脂により形成される微小凸部の高さをＨ１、前記樹脂により形成される平坦部の高さをＨ２とした時、該微小凸部の高さＨ１と該平坦部の高さＨ２が、つぎの式を満たしていることを特徴とする微小光学素子。
Ｈ２＞Ｈ１／５
（５）前記微小凸部の高さＨ１が、つぎの式を満たしていることを特徴とする上記（４）に記載の微小光学素子。
５０μｍ≦Ｈ１≦３００μｍ
（６）前記微小光学素子が、複合光学素子であることを特徴とする上記（４）または上記（５）に記載の微小光学素子。
（７）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の微小光学素子の製造方法によって製造された微小光学素子、または上記（４）〜（６）のいずれかに記載の微小光学素子を有することを特徴とする表示素子。
（８）上記（７）に記載の表示素子を有することを特徴とする表示装置。
（９）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の微小光学素子の製造方法によって製造された微小光学素子、または上記（４）〜（６）のいずれかに記載の微小光学素子を有することを特徴とする撮像素子。
（１０）上記（９）に記載の撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記構成を適用して、例えば微小凸部の高さ（マイクロレンズでは球体部の高さ）に対して、平坦部の高さを微少凸部の高さの１／５倍より大きくにすることにより、微小凸部の硬化収縮に伴う応力を平坦部に逃がすことが可能となり、図２に示すような型からの部分的な剥離による形状不良を防ぐことができる。特に微小凸部の高さが５０μｍより大きくなるとこの効果は大きくなる。しかしながら、この微小凸部の高さが所定の大きさ以上になると平坦部の厚さも大きくなるため、その効果は小さくなる。効果が大きいのは微小凸部の高さが５０μｍから３００μｍの範囲であることが、本発明者らが種々の検討をした結果、明らかになった。
このようなことから、光エネルギー硬化型樹脂をガラス基板上に型を用いて成形、硬化し、一体化した微小光学素子においては、樹脂微小凸部の高さをＨ１、平坦部の高さＨ２とした時、Ｈ２＞Ｈ１／５にすることにより樹脂硬化収縮時の形状不良を防止することが可能となる。
また、その際、微小凸部の高さが５０μｍから３００μｍの範囲にすることにより形状不良防止の効果をより大きくすることが可能となる。
【００１１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１におけるマイクロレンズの構成示す概略図である。図１において、１は成形された光エネルギー硬化型樹脂、１ａは光学機能部となる球体部、１ｂは平坦部、２は平板状のガラス基板である。
本実施例では、前述した一般的な光エネルギー硬化型樹脂による微小光学素子の成形方法を用い、光学機能部である１ａの球体部の高さＨ１が１７０μｍ、平坦部の高さＨ２が５０μｍのマイクロレンズを形成した。これによると光学機能部には欠陥もなく、形状精度も良好であった。
【００１２】
（比較例１）
比較例１においては、実施例１と同様の微小光学素子の成形方法を用い、実施例１に対して平坦部の高さを３０μｍにして、マイクロレンズを成形した。これによると、図２に示すように球体部の一部３ｃがクレーター状に変形し、所要の光学性能が得られなかった。
【００１３】
［実施例２］
図３は、本発明の実施例２におけるマイクロプリスムの構成を示す概略図である。
図３において、５は成形された光エネルギー硬化型樹脂、５ａは光学機能部となるプリズム部、５ｂは平坦部、６は平板状のガラス基板である。
本実施例では、前述した一般的な光エネルギー硬化型樹脂による微小光学素子の成形方法を用い、光学機能部である５ａのプリズム部の高さＨ１が２５０μｍ、平坦部の高さＨ２が６０μｍのマイクロプリスムを形成した。これによると光学機能部には欠陥もなく、形状精度も良好であった。
【００１４】
（比較例２）
比較例２においては、実施例２と同様の微小光学素子の成形方法を用い、実施例２に対して平坦部の高さを５０μｍにして、マイクロプリスムを成形した。これによると、図４に示すようにプリズム部の一部７ｃがクレーター状に変形し、所要の光学性能が得られなかった。
【００１５】
［実施例３］
図５は、本発明の実施例３における微小光学素子の構成を示す概略図である。図５において、９は成形された光エネルギー硬化型樹脂、９ａは光学機能部となる格子部、９ｂは平坦部、１０は平板状のガラス基板である。
本実施例では、前述した一般的な光エネルギー硬化型樹脂による微小光学素子の成形方法を用い、光学機能部である９ａの格子部の高さＨ１が２０μｍ、平坦部の高さＨ２が７μｍの微小光学素子を形成した。これによると光学機能部には欠陥もなく、形状精度も良好であった。
【００１６】
（比較例３）
比較例３においては、実施例３と同様の微小光学素子の成形方法を用い、実施例３に対して平坦部の高さを４μｍにして微小光学素子を成形した。これによると図６に示すように格子部側面の一部１１ｃがクレーター状に変形し、所要の光学性能が得られなかった。
【００１７】
［実施例４］
図７は、本発明の実施例４における微小光学素子の構成を示す概略図である。図７において、１３は成形された光エネルギー硬化型樹脂、１３ａは光学機能部となる球体部、１３ｂは平坦部、１４は球状のガラス基板である。
本実施例では、前述した一般的な光エネルギー硬化型樹脂による微小光学素子の成形方法を用い、光学機能部である１３ａの球体部の高さＨ１が２００μｍ、平坦部の高さＨ２が５０μｍの微小光学素子を形成した。これによると光学機能部には欠陥もなく、形状精度も良好であった。
【００１８】
（比較例４）
比較例４においては、実施例４と同様の微小光学素子の成形方法を用い、実施例４に対して平坦部の高さを４０μｍにして微小光学素子成形した。これによると球体部の一部がクレーター状に変形しており、所要の光学性能が得られなかった。
【００１９】
以上の各実施例及び各比較例の結果から明らかなように、平坦部の高さを球体部の高さの１／５倍より大きくすることにより、硬化収縮時の離型不良による欠陥を防ぐことができる。また、このような微小光学素子を用いることにより光学性能の良好な表示素子、表示装置、撮像素子、撮像装置を構成することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、成形型からの部分的な剥離による形状不良を抑制することができ、高精度化を図ることが可能となる微小光学素子の製造方法、微小光学素子、及び該微小光学素子を有する表示素子、表示装置、撮像素子、撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるマイクロレンズの構成を示す概略図。
【図２】比較例１における球体部の不良状態を説明するための概略図。
【図３】本発明の実施例２におけるマイクロプリズムの構成を示す概略図。
【図４】比較例２における球体部の不良状態を説明するための概略図。
【図５】本発明の実施例３における微小光学素子の構成を示す概略図。
【図６】比較例３における球体部の不良状態を説明するための概略図。
【図７】本発明の実施例４における微小光学素子の構成を示す概略図。
【図８】従来の光エネルギー硬化型樹脂による微小光学素子の成形方法を説明するための概略図。
【図９】マイクロレンズの成形に際して、球体部の最も厚い部分の厚みと、残余部（平坦部）との関係を説明するための概略図。
【符号の説明】
１、３、５、７、９、
１１、１３：光エネルギー硬化型樹脂
１ａ、１３ａ：球体部
１ｂ、５ｂ、９ｂ、１３ｂ：平坦部
２、４、６、８、
１０、１２、１４：ガラス基板
５ａ：プリズム部
９ａ：格子部
【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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