(57)【要約】【課題】ブラックマトリクスを有するマイクロレンズアレイ基板を容易に製造する方法及びその製造方法を用いて製造した基板を提供する。【解決方法】基板の一方の面に設けられたマイクロレンズアレイの上方から光を照射して、各マイクロレンズを通して基板の反対側の面上に形成した遮光性の膜に集光する。集光した部分（領域）は加熱され、その部分の温度が膜材料の融点を超える温度になることによって溶融し、蒸発して除去される。これにより、遮光性の膜に孔を形成することができる。この孔は、上記マイクロレンズアレイを介して照射された光のみを外部（観測面）に通過させるための、遮光性の膜（ブラックマトリクス）に形成されたピンホールとなる。【選択図】　　　　図１
2004070102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一面上にマイクロレンズを設けることと；
上記基板の他面上に遮光性の膜を設けることと；
上記マイクロレンズを通して上記遮光性の膜に光を集光して、上記膜の所定領域を加熱し、それによって該膜の所定領域にピンホールを形成することを含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ基板を製造する方法。
【請求項２】
上記遮光性の膜が金属膜であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項３】
上記遮光性の膜を設ける際に、基板の他面上に色素材料膜を設け、該色素材料膜上に金属膜を設けることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項４】
上記金属膜がＡｕ−Ｓｎ合金であることを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項５】
上記マイクロレンズの焦点深度内に上記遮光性の膜が存在していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項の製造方法によって製造されたマイクロレンズアレイ基板。
【請求項７】
光透過性基板と；
該基板の一面上に設けられた複数のマイクロレンズと；
該基板の他面上に設けられた色素材料膜と；
該色素材料膜上に設けられた金属膜と；を有し、
上記基板の一面側から各マイクロレンズを通して光照射したときに、各マイクロレンズにより集光された光が透過するピンホールが、上記色素材料膜及び上記金属膜に形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、基板の一方の表面にマイクロレンズアレイが設けられており、他方の面にピンホールが形成された遮光性の膜（ブラックマトリクス）が設けられているマイクロレンズアレイ基板の製造方法、及びその製造方法により製造した基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多くのマイクロレンズアレイを組み合わせた表示素子が開発されている。その一例として、背面投射型スクリーンや液晶ディスプレイに使用される表示素子が挙げられる。マイクロレンズアレイを使用することで、内部の光源からマイクロレンズアレイを通過した光が、外部（観察面）に放出されるときに拡散するため、視野角を広げることができる。最近では、このマイクロレンズアレイにブラックマトリクス（遮光性の膜）を組み合わた素子が開発されている。このブラックマトリクスにより、画像コントラストを向上し、室内照明や太陽光線のような外部からの光を遮光する効果が得られる。
【０００３】
このようなブラックマトリクスは、マイクロレンズアレイが形成されている基板表面に設けられる場合と、マイクロレンズアレイが設けられている面とは反対側の基板表面に設けられる場合がある。前者の場合、各マイクロレンズの周囲がブラックマトリクスで覆われることにより遮光される。これにより、装置内部の光源から照射された光が外部に投射される際、マイクロレンズを透過しない光を遮光することができる。後者の場合には、ブラックマトリクスの各マイクロレンズの焦点位置に孔が設けられる。これにより、装置内部の光源から照射された光のうち、その孔を通過した光のみが外部に投射される。いずれの場合にも長所及び短所を有しているが、画像のコントラストを考慮した場合、後者の場合、即ち、マイクロレンズアレイが形成されている基板面とは反対側の面にブラックマトリクスを形成することが望ましい。このブラックマトリクスを形成する方法が、特開平９−４９９０６号及び特開平１１−３４４６０２号公報に開示されている。特開平９−４９９０６号公報では、先ず装置内部からの光が通過できるような穴を作製したブラックマトリクスを基板上に作製し、これとは反対面に紫外線硬化樹脂を塗布して、穴を通して紫外線を透過させることで、紫外線硬化樹脂をレンズパターンに感光させることによりマイクロレンズアレイを形成する。また、特開平１１−３４４６０２号公報では、まず、マイクロレンズアレイを作製した基板を用意し、そのマイクロレンズアレイとは反対面にレジストを塗布する。次いで、マイクロレンズアレイを介して透過させた紫外線により、このレジスト層を硬化させ、レジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとしてリフトオフ法を用いることにより、ブラックマトリクスを形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−４９９０６号公報に記載の方法では、ブラックマトリクスの穴を透過してくる紫外線の量が少なく、紫外線硬化樹脂を硬化させてマイクロレンズを作製するのに必要な紫外線量の強弱の差をつけることが難しく、所望のマイクロレンズを作製することが困難である。また、特開平１１−３４４６０２号公報に記載の方法では、ブラックマトリクスを得るための工程が複雑である。特に、特開平１１−３４４６０２号公報の方法では、ブラックマトリクスを形成するためにレジストを用いているので、レジスト塗布やレジスト現像等の工程が必要となる。さらに、リフトオフ法を用いているので、レジスト除去の際に、マイクロレンズアレイが形成された基板が有機溶剤に触れることになる。したがって、マイクロレンズアレイ基板の有機溶剤に対する耐食性を考慮すると、基板材料の選択の幅が狭くなる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記従来の技術の問題点を解決するとともに、ブラックマトリクスを有するマイクロレンズアレイ基板を容易に製造する方法及びその製造方法を用いて製造した基板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、基板の一面上にマイクロレンズを設けることと；
上記基板の他面上に遮光性の膜を設けることと；
上記マイクロレンズを通して上記遮光性の膜に光を集光して、上記膜の所定領域を加熱し、それによって該膜の所定領域にピンホールを形成することを含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ基板を製造する方法が提供される。
【０００７】
本発明のマイクロレンズアレイ基板の製造方法では、基板の一方の面に設けられたマイクロレンズアレイの上方から光を照射して、各マイクロレンズを通して基板の反対側の面上に形成した遮光性の膜に集光する。集光した部分（領域）は加熱され、その部分の温度が膜材料の融点を超える温度になることによって溶融し、蒸発して除去される。これにより、遮光性の膜に孔を形成することができる。この孔は、上記マイクロレンズアレイを介して照射された光のみを外部（観測面）に通過させるための、遮光性の膜（ブラックマトリクス）に形成されたピンホールとなる。
【０００８】
本発明では、上記遮光性の膜が金属膜であることが望ましい。ブラックマトリクスを形成する膜を金属膜とすることにより、耐食性を維持しつつ、遮光性をより一層保つことができる。
【０００９】
上記遮光性の膜は、色素材料膜にし得る。色素材料膜は、ピンホール形成用の光に対して吸収帯を有する色素を含む膜が好ましく、例えば、シアニン系色素、スクアリリウム系色素、クロコニウム系色素、アズレニウム系色素、トリアリールアミン系色素、アントラキノン系色素、含金属アゾ系色素、ジチオール金属錯塩系色素、インドアニリン金属錯体系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、分子間ＣＴコンプレックス系色素等を含み得る。かかる色素材料膜を遮光性の膜とすることで、マイクロレンズを介して基板を通過した光が色素材料膜により一層吸収される。このため、金属膜に直接光を集光し加熱した場合に比べ、集光した部分の温度をより高温にすることができ、孔（ピンホール）の形成を促進することができる。上記遮光膜は、多層膜にしてもよく、基板の他面上に色素材料膜と金属膜をそれぞれ形成し得る。こうすることで、色素材料膜によりピンホール形成用の光吸収効率を上げるとともに、金属膜により色素材料膜の耐食性を補完することができる。
【００１０】
本発明では、上記金属膜がＡｕ−Ｓｎ合金であることが望ましい。
【００１１】
本発明では、上記マイクロレンズの焦点深度内に遮光性の膜が存在していることが望ましい。こうすることで、遮光性の膜内に常にマイクロレンズを透過した光の集光点が存在することにより、遮光性の膜を効率的に加熱することができ、遮光性の膜の溶融及び蒸発を促進させる。
【００１２】
本発明によれば、上記製造方法によって製造されたマイクロレンズアレイ基板が提供される。これにより、基板の一方の表面にマイクロレンズアレイを設け、他方の面にピンホールが形成された遮光性の膜（ブラックマトリクス）を設けているマイクロレンズアレイ基板を容易に提供することができる。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、光透過性基板と；
該基板の一面上に設けられた複数のマイクロレンズと；
該基板の他面上に設けられた色素材料膜と；
該色素材料膜上に設けられた金属膜と；を有し、
上記基板の一面側から各マイクロレンズを通して光照射したときに、各マイクロレンズにより集光された光が透過するピンホールが、上記色素材料膜及び上記金属膜に形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明における実施の形態を、図を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１５】
【実施例１】
本発明におけるマイクロレンズアレイ基板は、図１（ａ）に示すように、厚さ０．５ｍｍのＳｉＯ２基板１の一方の面１ａ上に、ＳｉＯ２から形成された複数の平凸レンズ３’からなるマイクロレンズアレイ３を有している。マイクロレンズ３’は、それぞれ直径５０μｍ、曲率半径１６２μｍであり、互いにレンズ間ピッチ（レンズの中心から隣接するレンズの中心までの距離）５０μｍで配置されている。このレンズ及び基板の設計寸法により、各マイクロレンズ３’の焦点はほぼ基板の面１ｂに位置し、焦点深度は約１μｍであった。マイクロレンズアレイ３は、種々の知られた製造方法で形成することができ、この例では、特開平７−１７４９０３号公報に記載されているフォトリソグラフィ手法を用いて形成した。このフォトリソグラフィ手法において、ドライエッチング法を用いたが、ドライエッチング法に代えてウェットエッチング法を用いてもよい。
【００１６】
次いで、図１（ｂ）に示すように、面１ａと反対側の面１ｂ上に、Ａｕ−Ｓｎ合金（モル比８３：１７）を厚さ０．１μｍとなるように蒸着して、Ａｕ−Ｓｎ膜５を形成した。蒸着には、アルバック社製真空蒸着装置ＥＸ―４００を用いた。
【００１７】
次に、マイクロレンズアレイ３の上方に配置した光源（不図示）を用いて、図１（ｃ）に示すように平行光ＬＳ１を照射した。光源として、波長λ＝５３２ｎｍ、出力２４ＷのＹＡＧレーザを用いた。これにより、光ＬＳ２がマイクロレンズアレイ３を介して基板１を透過し、基板１とＡｕ−Ｓｎ膜５の境界面７に集光する。このとき、境界面７における光のスポット径は５０μｍであった。境界面７にレーザ光を集光させることにより、境界面７が加熱される。レーザパワーを調節して境界面７をＡｕ−Ｓｎ膜５の融点を超える温度に加熱することで、Ａｕ−Ｓｎ膜５の光ＬＳ２が照射された部分のみが溶融し、蒸発する。これにより、図１（ｄ）に示すように、Ａｕ−Ｓｎ膜５の各マイクロレンズ３’の焦点位置に直径５０μｍの孔５ａが形成された。このとき、隣り合う孔５ａの間隔は、レンズ間ピッチと同じ５０μｍとなった。こうして得られたマイクロレンズアレイ基板は、内部（マイクロレンズアレイ３側）からマイクロレンズアレイ３に入射した光のみを外部（観測面側）に通過させる。ここで、Ａｕ−Ｓｎ膜５がブラックマトリクス（遮光性の膜）となる。なお、本実施例においては、隣り合う孔５ａの間隔が５０μｍとなるように形成したが、この間隔は任意であり、本マイクロレンズアレイ基板を使用する環境に合わせて変更し得る。
【００１８】
【実施例２】
本発明の別実施例を、図２及び３を用いて説明する。上記実施例における基板１とＡｕ−Ｓｎ膜５との間に下記構造式（１）からなる色素材料の膜を形成した以外は、上記実施例と同様となるように構成した。本実施例のマイクロレンズアレイは、図２（ａ）に示すように、実施例１と同様にして、マイクロレンズアレイ１３が設けられた基板１１を用意した。次いで、図２（ｂ）に示すように、面１１ａと反対側の面１１ｂ上に、色素膜１４を形成した。色素膜１４は、構造式（１）で表わされるアゾ系色素１重量％の濃度の溶液を作製後、スピンコート法により膜厚０．５μｍで塗布し、次いで、７０℃により１時間乾燥することによって得た。なお、上記色素を塗布する際には、テトラフルオロプロパノールを溶媒として用いてアゾ系色素溶媒とし、フィルタで濾過して不溶物を取り除いた。さらに、図２（ｃ）に示すように、膜１４の表面上に、実施例１と同様にして、Ａｕ−Ｓｎ合金（モル比８３：１７）を厚さ５μｍとなるように蒸着し、Ａｕ−Ｓｎ膜１５を形成した。
【００１９】
【化１】
2004070102.tif 000003
【００２０】
次に、図３（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ１３側に配置された光源（不図示）から平行光ＬＳ１１を照射した。これにより、実施例１と同様にして、光ＬＳ１２がマイクロレンズアレイ１３を介して基板１１を透過し、基板１１とＡｕ−Ｓｎ膜１５の境界面１７に集光する。境界面１７にレーザ光を集光させることにより、境界面１７が加熱される。膜１４は色素材料で構成されているので、境界面１７に集光した光の吸収率が上記金属膜に比べて高く、よって膜１４は、上記実施例におけるＡｕ−Ｓｎ膜５以上に高温に加熱される。これにより、図３（ｂ）に示すように、膜１４の光ＬＳ１２が照射された領域１４ａのみが溶融するとともに、照射領域１４ａに接するＡｕ−Ｓｎ膜１５の領域がＡｕ−Ｓｎ膜５の融点を超える温度に加熱され、溶融し蒸発する。これにより、図３（ｃ）に示すように、膜１４及びＡｕ−Ｓｎ膜１５からなる二層膜１９に、直径５０μｍの孔１５ａを、マイクロレンズアレイ１３のマイクロレンズに対応する数だけ形成した。
【００２１】
上記実施例１及び２にてそれぞれ作成したマイクロレンズアレイ基板に関して、金属膜側より光を照射したときと照射しないときとの明暗についてマイクロレンズ側で評価したところ、いずれの実施例においても、その差が明瞭であった。
【００２２】
上記実施例では、フォトリソグラフィ手法を用いてマイクロレンズアレイを作製したが、透明樹脂材料を射出成形することにより作製してもよい。また、フォトポリマー法を用いて作製してもよい。この場合、基板としては、透明な材質、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂等の樹脂やガラス等を用いることが可能である。特に、取り扱いの容易な樹脂として、ポリカーボネート樹脂やポリメタクリル酸メチル樹脂等の透明樹脂材料が望ましい。さらに、ゾル・ゲル法によりマイクロレンズアレイを作製してもよい。この場合、ゾル・ゲル法が使用可能な無機化合物や有機化合物を用いればよく、使用する光源の波長に合わせて材質を種々選択することができる。
【００２３】
上記実施例では、基板の板厚を０．５ｍｍとしたが、マイクロレンズアレイにより決定される焦点深度の範囲内で変更し得る。
【００２４】
上記実施例では、基板材料としてＳｉＯ２を用いたが、使用する光源の波長に合わせて変更し得る。例えば、可視波長領域であれば、上記ＳｉＯ２に加え、Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２等を用いることができる。また、これらを用いた複合材料や、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂等の有機化合物を用いても構わない。
【００２５】
上記実施例では、金属膜としてＡｕ−Ｓｎ合金を用いたが、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｇｅ，Ｎｉ，Ｂｉ，Ｍｇ，Ｐｂ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｔｌ及びＺｎの金属のうち少なくとも一種を含む合金を用いても構わない。遮光性があり、光の吸収率、反射率が高い金属で、且つ、ピンホールを作製するときの光の集光により、金属膜を溶融、蒸発させることができれば、種々の材料を用い得る。また、実施例２では、色素材料としてアゾ系色素を用いたが、ピンホールを作製するときの波長を吸収し、そのことにより、発熱または発熱を伴う分解をし、金属膜を溶融させることができる温度にすることができれば、種々の材料を用い得る。さらに、実施例２における金属膜としてＣｒのような高融点の材料を用いる場合でも、色素材料として光の吸収率が高く、上記融点以上に加熱可能なものを用いることにより、ブラックマトリクスの材料として使用することができる。
【００２６】
上記実施例において、金属膜は真空蒸着を用いて形成したが、スパッタリング法やイオンプレーティング等により成膜することもできる。なお、これらの金属膜の形成方法は、成膜する金属によって種々選択することができる。
【００２７】
上記実施例では、光源としてＹＡＧレーザを用いたが、使用する金属膜の遮光性の割合やマイクロレンズの開口数等に応じて、種々のレーザを用い得る。より小さなピンホールを形成する場合には、短波長のＡｒＦ、Ｆ２レーザ等を用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のマイクロレンズアレイ基板の製造方法を用いることで、マイクロレンズアレイ基板の製造工程を簡略化でき、製造スループットを向上させることができる。また、実施例２に示したように、基板と遮光性の膜との間に色素材料からなる膜を形成し多層構造とすることにより、ピンホールの開孔速度を速くすることができ、マイクロレンズアレイ基板の製造スループットを更に向上させることができる。さらに、遮光性も向上する。
【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アレイ基板の製造方法を説明する図である。
【図２】本発明の実施例２におけるマイクロレンズアレイ基板の製造方法を説明する図である。
【図３】本発明の実施例２におけるマイクロレンズアレイ基板の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１，１１　基板
３，１３　マイクロレンズアレイ
５，１５　Ａｕ−Ｓｎ膜
５ａ，１５ａ　孔
１４　色素材料膜
ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ１１，ＬＳ１２　光
【図１】
2004070102.tif 000004
【図２】
2004070102.tif 000005
【図３】
2004070102.tif 000006