(57)【要約】【課題】  集光効率が高く、かつ所望の曲率に制御されたマイクロレンズアレーを簡易に作製し得るマイクロレンズアレーの製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】  ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と光半導体薄膜とが順次設けられた膜形成用基板を接触させた状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって形成されたマイクロレンズアレー層を、５０〜２００℃に加熱すると共に０．１〜１００ｋＰａに減圧下で塑性変形させてマイクロレンズアレーとする。【選択図】    図３
2005062304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成工程と、
形成されたマイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱すると共に０．１〜１００ｋＰａの減圧下で塑性変形させる成形工程と、
を有するマイクロレンズアレーの製造方法。
【請求項２】
ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成工程と、
形成されたマイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱すると共に０．１〜１００ｋＰａの減圧下で塑性変形させる成形工程と、
を有するマイクロレンズアレーの製造方法。
【請求項３】
ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、
前記マイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱する加熱手段と、
前記マイクロレンズアレー層を０．１〜１００ｋＰａに減圧して塑性変形させる減圧手段と、
を備えたマイクロレンズアレーの製造装置。
【請求項４】
ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、
前記マイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱する加熱手段と、
前記マイクロレンズアレー層を０．１〜１００ｋＰａに減圧して塑性変形させる減圧手段と、
を備えたマイクロレンズアレーの製造装置。
【請求項５】
加熱時の温度を計測する温度センサと、前記温度センサで計測された温度が５０〜２００℃となるように前記加熱手段を制御する温度制御手段と、を更に備えた請求項３又は４に記載のマイクロレンズアレーの製造装置。
【請求項６】
減圧時の圧力を計測する圧力センサと、前記圧力センサで計測された圧力が０．１〜１００ｋＰａとなるように前記減圧手段を制御する圧力制御手段と、を更に備えた請求項３〜５のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレーの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズアレーの製造方法及び製造装置に関し、特に液晶プロジェクタ等の表示装置や集光レンズ等の光学素子などに好適なマイクロレンズアレーの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズアレーの製造方法としては、フォトリソ工程やドライエッチングなどのエッチング行程や、熱拡散などによる高屈折率材料ドーピング法、さらには予め形成した型にプラスチック材を流し込んでマイクロレンズアレーを形成する方法などがある。しかし、フォトリソ行程では、高解像度で任意のマイクロレンズアレーを形成できるものの、これにより作製されたマイクロレンズは階段形状のエッジで回折現象を生じさせて集光するものであるため、曲面に比べ集光特性が悪い。また、ドライエッチング法は長時間のエッチング時間が必要で生産効率が低く、かつレンズの曲率制御も難しい。熱拡散などによる高屈折率材料ドーピング法は、平板であるという利点はあるが屈折率だけで制御するためにレンズの形状と曲率の制限が多いこと、耐熱性が必要でガラス基材にしか使えないなど機材の制限がある。予め形成した型を用意する方法もあるが、型の微細化に制限があるなどの課題がある。また、いずれの技術も高コストであり簡便で自由度の高いマイクロレンズの作製技術とは言い難い（例えば、特許文献１〜２参照）。
【０００３】
一方、本発明者等は、先に着色材を含む電着材料を用い、低電圧印加で電着あるいは光電着させること（光電着法）により解像度に優れた画像形成方法を提供した（例えば、特許文献１〜６参照）。これらに記載の方法は、簡易に高分子の膜を解像度よく形成することを特長とするものであるが、主として液晶表示装置等の表示装置の分野において応用されている技術である。
【０００４】
また、本発明者等は、前記方法と同様に簡易な方法で高分子の膜を解像度よく形成する光触媒着膜法をも提案した（例えば、特許文献７参照）。
【０００５】
しかしながら、上記の光電着法や光触媒着膜法による膜形成は、光半導体に光照射した際の光起電力を用いて光半導体界面のｐＨを変化させ、電着材料を析出させて膜成長させることにより成膜するものであり、単に光半導体界面の電解液のｐＨ分布を制御して所望の曲率に形成するには限界があった。
【特許文献１】特開平３−１６９０７６号公報、
【特許文献２】特開平４−２８６３６０号公報
【特許文献３】特開平１０−１１９４１４号公報
【特許文献４】特開平１１−１８９８９９号公報
【特許文献５】特開平１１−１５４１８号公報
【特許文献６】特開平１１−１７４７９０号公報
【特許文献７】特開平１１−１３３２２４号公報
【特許文献８】特開平１１−３３５８９４号公報
【特許文献９】特開２００１−１４００９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロレンズアレーは、液晶プロジェクター等の表示装置のほか、集光レンズ等の光学素子として用いられるが、以上のように集光特性に優れた曲面で構成されたマイクロレンズアレーは未だ提供されるに至っていないのが現状であり、また、その製造は一般に感光性材料をフォトリソグラフィー法を含む複雑な工程を経て微細加工することによって行なわれ、複雑な工程を要しない光電着法や光触媒着膜法によって特に簡易、低コストに作製しようとする試みはなされていない。したがって、低コストで集光効率が高く、しかも所望の曲率に容易に制御し得る技術が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み成されたものであり、集光効率が高く、かつ所望の曲率に制御されたマイクロレンズアレーを簡易に作製し得るマイクロレンズアレーの製造方法、及び該マイクロレンズアレーの製造装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
＜１＞  ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液（以下、単に「電解液」ともいう。）に、絶縁性の基板（以下、単に「絶縁性基板」ともいう。）に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成工程と、形成されたマイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱すると共に０．１〜１００ｋＰａの減圧下で塑性変形させる成形工程と、を有するマイクロレンズアレーの製造方法である。
【０００９】
＜２＞  ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液（電解液）に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成工程と、形成されたマイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱すると共に０．１〜１００ｋＰａの減圧下で塑性変形させる成形工程と、を有するマイクロレンズアレーの製造方法である。
【００１０】
＜３＞  ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、前記マイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱する加熱手段と、前記マイクロレンズアレー層を０．１〜１００ｋＰａに減圧して塑性変形させる減圧手段と、を備えたマイクロレンズアレーの製造装置である。
【００１１】
＜４＞  ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、前記マイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱する加熱手段と、前記マイクロレンズアレー層を０．１〜１００ｋＰａに減圧して塑性変形させる減圧手段と、を備えたマイクロレンズアレーの製造装置である。
【００１２】
＜５＞  加熱時の温度を計測する温度センサと、前記温度センサで計測された温度が５０〜２００℃となるように前記加熱手段を制御する温度制御手段と、を更に備えた前記＜３＞又は＜４＞に記載のマイクロレンズアレーの製造装置である。
＜６＞  減圧時の圧力を計測する圧力センサと、前記圧力センサで計測された圧力が０．１〜１００ｋＰａとなるように前記減圧手段を制御する圧力制御手段と、を更に備えた前記＜３＞〜＜５＞のいずれかに記載のマイクロレンズアレーの製造装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、集光効率が高く、かつ所望の曲率に制御されたマイクロレンズアレーを簡易に作製し得るマイクロレンズアレーの製造方法、及び該マイクロレンズアレーの製造装置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】
【００１４】
以下、本発明のマイクロレンズアレーの製造方法及びマイクロレンズアレーの製造装置について詳述する。
【００１５】
［マイクロレンズアレーの製造方法］
本発明は、マイクロレンズアレーを、特開平１０−１１９４１４号公報、特開平１１−１８９８９９号公報、特開平１１−１５４１８号公報、特開平１１−１７４７９０号公報、特開平１１−１３３２２４号公報、特開平１１−３３５８９４号公報等に記載の光電着法、あるいは特開平２００１−１４００９６号公報に記載の光触媒着膜法を用いて形成するものである。
【００１６】
光電着法は、光半導体薄膜に生ずる光起電力を利用するもので、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板上に導電性薄膜及び光半導体薄膜を該基板側から順次積層したもの（膜形成用基板）を前記光半導体薄膜が電解液に接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光を照射することによって前記選択領域の光半導体薄膜と対向電極との間に電圧を印加し、前記光半導体薄膜の選択領域に膜形成材料を析出させる方法である。この光電着法は、従来の電着法に比し低電圧（５Ｖ以下）で均一な膜厚の膜を精度よく形成できることを特徴とするものである。
【００１７】
また、光触媒着膜法は、光半導体薄膜の光触媒機能を利用するもので、特開２００１−１４００９６号公報の段落［0025］〜［0029］に詳細に記載されている。この方法を利用したマイクロレンズアレーの製造方法では、電解液として前記光電着法で用いる電解液と同様のものを用い、膜形成用基板として絶縁性基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜を電解液と導通可能（前記公報の段落［0026］参照）にしたもの（膜形成用基板）を用いる。また更に、この膜形成用基板をその光半導体薄膜が電解液に接触するように配置すると共に、前記導電性薄膜が電解液に導通する（前記公報の段落［0026］参照）状態にし、この状態で光半導体薄膜の選択領域に光を照射して該光半導体薄膜の選択領域に膜形成材料を析出させる方法である。この方法による場合、電着用の別の電極等を必要としないので、より簡易な装置で低コストに膜形成することができる。これにより作製されたマイクロレンズアレーは、光電着法と同等の高品質を有するものである。
【００１８】
本発明のマイクロレンズアレーの製造方法においては、上記の光電着法又は光触媒着膜法を利用することによって、簡便にかつ低コストで集積度の高い（直径３０μｍのマイクロレンズアレーで５万個／ｃｍ2以上）マイクロレンズアレーを製造することができ、この集積度と屈折率も自由に調節可能であると共に、後述するように加熱手段及び減圧手段を設けて塑性変形させることによって、マイクロレンズアレーの集光効率を高め、しかもレンズの曲率を所望に制御することができる。また、複雑なものを含め任意のパターンのマイクロレンズアレーを作製することができる。さらに方法が簡易なため量産化が可能である。従来のように感光性樹脂を用いたマイクロレンズアレーの製造方法では、基板に膜厚を精度よく制御して塗布する必要があるほか、アルカリ廃液が出るなどの問題があったが、本発明においては均一でかつ制御された形状や曲率を持つマイクロレンズを容易に作製できると共に、フォトリソグラフィー法を含む複雑な工程が不要で、環境に対する負荷も小さい。
【００１９】
−膜形成用基板−
光電着法における膜形成用基板は、絶縁性基板上に導電性薄膜と光半導体薄膜とを該基板側から順次積層したものである。絶縁性基板としては、ガラス板、石英板、プラスチックフィルム、エポキシ基板等が、導電性薄膜としては、ＩＴＯ、酸化インジウム、ニッケル、アルミニウム等が、また、光半導体薄膜としては、以下で述べるような酸化チタン薄膜等が好適である。なお、絶縁性基板を通して光半導体薄膜に光照射する場合には、絶縁性基板及び導電性薄膜は光透過性であることが必要である。ただし、電解液を通して光半導体薄膜に光照射する場合はこの限りでない。
【００２０】
また、光触媒着膜法における膜形成用基板の絶縁性基板、導電性薄膜、及び光半導体薄膜（光触媒薄膜）は、光電着法で用いられる膜形成用基板と同様に構成することができる。但し、膜形成用基板の導電性薄膜と光半導体薄膜とが接触していること、及び前記導電性薄膜が電解液と導通可能であることが必要である。
【００２１】
図１に本発明に係る膜形成用基板の一例を示す。図１において、膜形成用基板５は、絶縁性基板１の表面に、絶縁性基板１側から導電性薄膜２と光半導体薄膜３とを順次積層して構成されている。この膜形成用基板５は、光電着法及び光触媒着膜法のいずれにも用いられる。
【００２２】
次に、本発明に係る光半導体薄膜（光触媒薄膜）について説明する。光電着法及び光触媒着膜法に用いられる光半導体薄膜としては、基本的には、光照射により起電力を発生するあるいは光触媒機能を有する（好ましくは透明性の）薄膜半導体であれば全て使用できる。具体的には、ＧａＮ、ダイヤモンド、ｃ−ＢＮ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2などがある。中でも酸化チタンは吸収が４００ｎｍ以下にしかなく、透明で、容易にｎ型半導体を作ることができるため、光学デバイス作製用の基板としてはそのまま使用することが可能である。
【００２３】
基板に酸化チタン半導体薄膜を設ける方法としては、熱酸化法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法（ＥＢ法）、イオンプレーティング法、ゾル・ゲル法などの方法があり、これらの方法によりｎ型半導体として特性のよいものが得られる。
【００２４】
ただし、基板が耐熱性の低いもの、例えばプラスチックフィルムの場合には、プラスチックフィルムに悪影響を与えない成膜法を選択する必要がある。ゾル・ゲル法は光半導体として光学活性が高い酸化チタンを形成できるが、５００℃で焼結させる必要があるため、２００℃程度の耐熱性しかもたないプラスチックフィルム基板上に酸化チタン膜を作製することは困難である。したがって、プラスチックフィルム基板を用いる場合には、なるべく低温で、できれば２００℃以下で製膜することが可能であり、また比較的基板に対するダメージが小さい成膜方法であるスパッタリング法、特にＲＦスパッタリング法が好ましく用いられる。ＲＦスパッタリング法は、光学活性の高いアナタース型の酸化チタン薄膜が得られる点からも好ましい方法である（電子ビーム法やイオンプレーティング法は２００℃前後で基板を加熱するので好ましくない）。
【００２５】
−膜形成工程−
膜形成工程では、前記光電着法又は光触媒着膜法によってパターン状に光照射された選択領域に膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する。具体的な形成方法については後述する。
【００２６】
（水系電解液）
本発明に係る光電着法及び光触媒着膜法における水系電解液は、少なくともｐＨの変化、つまりｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下して、電解液から光半導体薄膜上に析出して着膜する膜形成材料を含む。１種類以上の膜形成材料がこのような着膜性を持っていれば、単体では膜形成能力が無い種々の屈折率制御材料（後述する）を電解液中に分散させても、膜形成時において前記着膜性材料に取り込まれて、マイクロレンズアレー中に固定されることになる。
【００２７】
「ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料」としては、カルボキシル基やアミノ基などのように液のｐＨが変わることにより、そのイオン解離性が変化する基（イオン性基）を分子中に有している物質を含むことが好ましい。しかし、前記材料は必ずしもイオン性基の存在が必須ではない。また、イオンの極性も問わない。
【００２８】
「ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料」は、マイクロレンズアレーの機械的強度等の観点から、このような性質を有する高分子材料であることが好ましい。このような高分子材料としては、上記のようにイオン性基を有する高分子材料（イオン性高分子）が挙げられる。
前記イオン性高分子は、水性液体（ｐＨ調節を行なった水性液体を含む。）に対して十分な溶解性あるいは分散性を有していること、また光透過性を有していることが必要である。
【００２９】
また、ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する機能をもたせるために、分子中に親水基と疎水基を有していることが好ましく、親水基として、カルボキシル基（アニオン性基）、アミノ基（カチオン性基）等のイオン解離する基が導入されていることが好ましい。例えばカルボキシル基を有する高分子材料の場合、ｐＨがアルカリ性領域においてはカルボキシル基が解離状態になって水性液体に溶解し、また酸性領域においては解離状態が消失し溶解度が低下し析出する。また、前記疎水基の存在により、上記のようなｐＨの変化によってイオン解離している基がイオン性を失うこととあいまって、瞬時に膜を析出させるという機能を高分子材料に付与している。この疎水基は、後述する本発明のマイクロレンズアレー製造方法において屈折率制御微粒子を吸着する能力があり、重合体に良好な分散機能を付与する。
【００３０】
具体的には、疎水性基を有するモノマーからの単位（疎水性単位）とイオン解離する基を有するモノマーからの単位（イオン解離単位）を含み、前記疎水性単位とイオン解離性単位の和に対する疎水性単位の割合が５５〜７０％である共重合体（高分子材料）が好ましい。イオン解離する基としてはカルボキシル基、アミノ基、スルホ基、第４アンモニウム基等が挙げられる。
【００３１】
好ましい高分子材料としては例えば、１）アルケン、スチレン及びその誘導体ならびにビニルナフタレン及びその誘導体から選ばれるモノマー（疎水性基を有するモノマー）の１種以上と、２）イオン解離する酸性基を含有するモノマーの１種以上からの各構成単位を含む共重合体が好ましく用いられる。また、前記モノマーの他にさらに他のモノマー、例えばα，β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル（その他のモノマー）の１種以上からの各構成単位を含む共重合体が好ましく用いられる。
【００３２】
前記１）のモノマーである、アルケン、スチレン及びその誘導体ならびにビニルナフタレン及びその誘導体から選ばれるモノマーから構成される単位は疎水性が強く、顔料微粒子を強く吸着して顔料分散を安定化する。さらに前記構成単位はその疎水性により形成画像の耐水性に寄与し、また、画像部に堅牢性を与える。さらに前記構成単位は共重合体のイオン解離する酸性基を含有するモノマーのイオン解離機能の抑制にも影響を与える。
アルケンは炭素数が２〜２０程度のものが好ましく、より好ましくは２〜１０  であり、疎水性が大きく損なわれない限り他の置換基を有していてもよい。
スチレン及びこの誘導体としては、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレンや、これらのスチレン及びその誘導体のベンゼン環に疎水性を大きく損なわない置換基あるいはさらに疎水性を増す置換基が置換したものなどを挙げることができる。また、ビニルナフタレン及びその誘導体としては、ビニルナフタレンのほか、ナフタレン環に疎水性を大きく損なわない置換基あるいはさらに疎水性を増す置換基が置換したビニルナフタレンなどが挙げられる。
中でも、アルケン、スチレン及びその誘導体は、共重合体合成時の制御性が高く有用な疎水性モノマ−である。
【００３３】
前記２）のモノマーである、イオン解離する酸性基を含有するモノマーからの構成単位は、共重合体をアルカリ性の水性媒体に溶解させる機能を有し、該モノマーとしては、α，β−エチレン性不飽和カルボン酸が好ましく挙げられ、例えばメタクリル酸、アクリル酸、無水マレイン酸又はそのモノエステル、フマル酸又はそのモノエステル、イタコン酸又はそのモノエステル、クロトン酸などが挙げられる。特に、メタクリル酸、アクリル酸は前記機能の点からみて好ましい。
【００３４】
他のモノマーである、α，β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステルからの構成単位は共重合体に屈曲性を与える成分である。α，β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステルのアルキル基は炭素数１〜２０が好ましく、より好ましくは２〜１０である。例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル等のマレイン酸エステル類、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル等のフマル酸エステル類等が挙げられる。
【００３５】
また、前記高分子材料は、架橋性基を導入することにより架橋可能な高分子材料とすることができ、マイクロレンズアレーとした後に熱処理を施して架橋させ、マイクロレンズアレーの機械的強度や耐熱性を向上させることができる。前記架橋性基としては、エポキシ基、ブロックイソシアネート基（イソシアネート基に変化しうる基を含む）、シクロカーボネート基、メラミン基等が挙げられる。
この点から、前記高分子材料として、例えば架橋性基を有する重合性モノマーとイオン解離する基を有するモノマーと疎水性基を有するモノマーとを共重合させたものも好適である。
【００３６】
前記架橋性基を有する重合性モノマーとしては、例えば、グリシジル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸アジド、メタクリル酸２−（Ｏ−〔１’−メチルプロピリデンアミノ〕カルボキシアミノ）エチル〔昭和電工（株）製、商品名：カレンズＭＯ１−ＢＮ〕、４−（（メタ）アクリロイルオキシメチル）エチレンカーボネート、（メタ）アクリロイルメラミン、等が挙げられる。これらの架橋性基を有する重合性モノマーは、モノマーの種類によっても異なるが、一般には高分子材料中において１〜２０モル％含まれる。
【００３７】
前記高分子材料の重合度としては、６，０００〜２５，０００の範囲が良好な着膜性能を得る点で好ましい。また、より好ましくは９，０００〜２０，０００である。前記重合度が、６，０００より低いと再溶解し易くなることがあり、２５，０００より高いと水系液体への溶解性が不十分となり、液体が濁ったり沈殿物が生じたりすることがある。
【００３８】
また、前記高分子材料がカルボキシル基等のアニオン性基を有している場合、高分子材料の酸価としては、６０〜３００の範囲が良好な着膜特性が得られる点で好ましい。特に９０〜１９５の範囲がより好ましい。前記酸価が、６０より小さいと水系液体への溶解性が不十分となり、電解液の固形分濃度を適正値まで上げることができなくなったり、液体が濁ったり沈殿物が生じたり、液粘度が上昇したりすることがあり、３００を超えると形成された膜が再溶解しやすくなることがある。
【００３９】
前記高分子材料は、それが溶解している電解液のｐＨ値の変化に応じて、溶解状態あるいは分散状態から上澄みを発生して沈殿を生じる液性変化が、ｐＨ範囲領域２以内で生じることが好ましい。前記ｐＨ範囲領域が２以内であると、急峻なｐＨ変化に対しても瞬時に膜の析出が可能となり、また析出する膜の凝集力が高く、電解液への再溶解速度が低減するなどの効果が優れている。これにより、各マイクロレンズアレーの形が整った高い集積度のマイクロレンズアレーが得られる。また、前記ｐＨ範囲領域が２より大きいと、十分な薄膜構造を得るための着膜速度の低下や、膜の耐水性の欠如（解像度の低下を招く）などが起こりやすい。より好ましい特性を得るには、前記ｐＨ範囲領域が１以内が好ましい。
【００４０】
さらに、前記のごとき高分子材料が溶解した状態の電解液は、ｐＨ値の変化に対して沈殿を生じる状態変化が急峻に生じることのほか、さらに再溶解しにくいという特性を有していることが好ましい。この特性は、いわゆるヒステリシス特性といわれるもので、例えばアニオン性の高分子材料の場合にはｐＨが低下することにより急激に析出が起こるが、ｐＨが上昇しても（例えば電着終了時あるいは光触媒着膜法における光照射停止時など）再溶解が急激に起こらず、析出状態が一定時間保持されることを意味する。一方、ヒステリシス特性を示さないものは、ｐＨがわずかに上昇しても溶解度が上昇し、析出膜が再溶解しやすい。
【００４１】
ヒステリシス特性を有する高分子材料は、親水基（イオン解離する基）と疎水基の種類やバランス、酸価、分子量等を適宜、調節することにより得られる。本発明に係る電解液に含まれる高分子材料は、薄膜形成性を損なわない限り、上記した材料を任意に組合わせて構成することができ、２種類以上のアニオン性分子の混合物のような同極性分子の混合物、あるいはアニオン性分子とカチオン性分子の混合物のような異極性分子の混合物が挙げられる。
【００４２】
（屈折率）
次に、マイクロレンズアレーを形成する際の屈折率制御について説明する。
マイクロレンズアレーは、上記の高分子材料などの膜形成材料のみからなるものでもよいが、この場合の屈折率は１．４〜１．６程度であるため、さらに屈折率の高いマイクロレンズアレーを得るためには電解液に高分子材料のほかに更に光透過性で屈折率の高い無機酸化物微粒子（屈折率制御材料）を分散させ、高分子材料と共に着膜させて膜自体の屈折率を制御することもできる。
【００４３】
前記無機酸化物微粒子としては、屈折率が１．８〜２．８程度のものを用いることが好ましく、例えば、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＺｒＯ2、ＩＴＯ等がいずれも利用可能である。屈折率の制御範囲が大きいことと安定性が高いことからルチル型酸化チタン微粒子が好ましい。また、低屈折率を得る場合に、弗化マグネシウムに代表される弗素化合物が好適に使用できる。該無機酸化物微粒子の数平均粒子径としては、電解液への分散性及びマイクロレンズアレーの透明性の観点から、０．２〜１５０ｎｍが好ましく、２〜２０ｎｍがより好ましい。前記数平均粒子径が、０．２ｎｍ未満であると該微粒子の製造及び電解液製造時のコストが高くなると共に、品質を安定させることが困難となることがあり、１５０ｎｍを超えると例えば通信波長帯である１．５μｍの１／１０を超えるため、透明性の低下や内部乱反射を招いて透過光損失が増大することがある。また、その添加量は、マイクロレンズアレーに要求される屈折率及びマイクロレンズアレーの機械的強度等を考慮に入れて適宜決められる。なお、着膜性の高分子材料に置換基を付けて高分子の屈折率を変えるこも可能である。
【００４４】
（導電率）
電解液の導電率は、着膜スピード、換言すれば着膜量に関連するものであり、導電率が高くなればなるほど一定時間に付着する膜の膜厚が厚くなり約２０ｍＳ／ｃｍで飽和する。したがって、高分子材料だけでは導電率が足りない場合には、着膜に影響を与えないイオン、例えばＮＨ4+イオンやＣｌ-イオンを加えることで着膜スピードをコントロールすることができる。通常、電解液は、支持塩を加えて導電率を高める。電気化学の分野で一般的に使われる支持塩は、ＮａＣｌやＫＣｌ等のアルカリ金属塩や、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、テトラエチルアンモニウムパークロレート（Ｅｔ4ＮＣｌＯ4）等のテトラアルキルアンモニウム塩が用いられる。本発明でもこれらの支持塩を使用できる。
【００４５】
（ｐＨ）
電解液のｐＨも当然ながら薄膜の形成に影響するものである。例えば、着膜前には着膜性分子の溶解度が飽和するような条件で着膜を行えば薄膜形成後には再溶解しにくい。ところが、未飽和状態の溶液のｐＨで膜の形成を行なうと、薄膜が形成されても、光照射を止めた途端に膜が再溶解し始める。したがって、溶解度が飽和するような溶液のｐＨで薄膜の形成を行なう方が望ましいことから、所望のｐＨに酸やアルカリを用いて電解液を調整することができる。
【００４６】
特に、前記光電着法は、上記のように電解液のｐＨと析出開始点との関係を考慮したり、あるいはヒステリシス特性を有する電解液を用いることにより、低電圧での膜形成が可能である。
通常の電着塗装では７０Ｖ以上の印加電圧をかけ、電解液のｐＨ設定は電着材料の析出開始点よりかなり高いｐＨ設定を行ないコルベ反応に基づく不可逆反応を電着基板上で起こさせることにより膜形成を行なっている。しかし、このような高電圧の膜形成においては気泡が発生する結果、電極表面の電界分布が不均一になって膜自体の膜質が不均一になったり、気泡の脱泡現象により膜表面に凹凸が生じたりして、解像度及び平滑性が良好な微細パターンを再現性よく形成することができない。一方、この場合は単に電圧を低くしても、電圧印加を停止すると直ちに膜が再溶解を起こし、解像度のよい微細なパターンを形成することはできない。これに対して、上記のような特性を有する電解液を用いることで、低電圧印加でも容易に析出し、電圧の印加を止めても直ぐに再溶解しないというメリットを有する。ここでいう電圧印加とは、光照射により光半導体薄膜に生ずる光起電力あるいはこれに補助的に足すバイアス電圧の和を意味する。印加電圧は９Ｖ以下が好ましく、より好ましくは５Ｖ以下である。光起電力だけで膜形成が可能な場合にはバイアス電圧の印加は不要である。なお、使用する半導体によっては、半導体のバンドギャップに依存した電圧以上のバイアス電圧を印加すると、光起電力の形成に必要な半導体と溶液の間のショトキーバリアが壊れてしまうという問題があり、印加できるバイアス電圧には限界がある。
【００４７】
本発明のマイクロレンズアレーの製造方法は、既述した光電着法又は光触媒着膜法を利用するものである。これらの方法による着膜は、得られる膜厚が光半導体薄膜に照射された光の量に対応するので、これを利用することで各マイクロレンズアレーの断面形状に対応した膜厚が得られるように、光半導体薄膜の選択領域に所定の調節した量の光を照射する。光電着法又は光触媒着膜法では微細なパターンを解像度よく形成することが可能なため、マイクロレンズアレーの集積度を向上させることができる。
【００４８】
光半導体薄膜への光の選択的照射は、フォトマスクを介しての光照射あるいはレーザー光照射等により行なうことができる。例えば、光が透過する各部分（以下、開口部ということがある。）が円形であるフォトマスクを通して光照射を行なった場合、光半導体薄膜に照射される光強度はフォトマスクの各開口部の円周縁部に相当する部分と中央部に相当する部分とでは、円周縁部に相当する部分の方が中央部に相当する部分よりも光強度が弱くなるという、各パターンにおける露光強度の差が生ずる。したがって、光半導体薄膜に生ずる光起電力においても、円周縁部に相当する部分と中央部に相当する部分とで光起電力に差が生じ、それに対応して形成される膜厚に差が生ずる。すなわち、得られる膜パターンは、円形の平面形状を有し、かつ断面形状における膜厚が円の周縁に向かって減少するレンズ様形状の膜が形成されることになる。
【００４９】
前記フォトマスクにおいて、開口部を通って透過する光強度が開口部中央から円周縁部にかけて小さくなるように諧調性をもたせることにより、各レンズ断面の形状あるいは曲率を自由に制御することができる。例えば、フォトマスクの開口部に光を通さない微少なドットを形成し、このとき開口部の周縁から中心にかけてドットの密度を減少させることにより各開口部を通る光強度を中心から周縁に向けて減少させる方法により行なえる。その際、ドット密度の分布をレンズの曲率に対応した膜厚が形成されるように調節することができる。
【００５０】
また、光半導体薄膜への選択的な光照射をレーザー光により行なった場合、レーザー光の照射強度をレンズ形状あるいは曲率に対応した膜厚が形成されるように変化させて照射することにより、設定したレンズ形状あるいは曲率を有するマイクロレンズアレーが得られるように制御することができる。
【００５１】
また、レーザー光は、所定のレンズ形状パターンにしたがって変化する強度分布を有するもの、例えばレーザー光のガウシアンビーム、すなわちビームの中央部から周縁にかけて光強度が減少するレーザー光ビームをそのまま用いることにより、目的とするレンズ形状のパターンが得られる。ただし、マイクロレンズアレー層の形成を行なう前記光電着法では、光半導体薄膜の光照射された選択領域での界面でｐＨ変化が起きることを利用しており、膜厚方向に方向性を持たせたｐＨ分布を自由に形成できるものではないため、析出形成するマイクロレンズアレーの膜厚には限界がある。しかしながら後述するように、形成されたマイクロレンズアレー層に対して更に加熱すると共に減圧して塑性変形させることで、所望のレンズ形状あるいは曲率を有するマイクロレンズアレーを得ることが可能である。
【００５２】
また、マイクロレンズアレーの透過率を向上させる観点からは、形成されたマイクロレンズアレーの表面に反射防止膜を施すことが好ましい。この反射防止膜の材料には、屈折率が低いＳｉＯ2が好ましく用いられる。また一般的には、空気に接する膜の、膜厚と屈折率の積で表される光学膜厚が、可視帯域の中心近くである波長の１／４又はその整数倍であることが好ましい。したがって、可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）で透明性を得る場合は、中心波長を５５０ｎｍとした場合、屈折率が１．４３のＳｉＯ2の場合には、反射防止膜の膜厚は９６ｎｍ又はその整数倍とすることが好ましい。
【００５３】
膜形成工程では、電解液の液面から水が蒸発し、液面に高分子化合物等の固形分が析出して基板に付着して残渣となったり、該固形分が形成膜内に取りこまれて均一膜の形成を妨げる等の不都合を生ずることがあるので、電解液の液面近傍の相対湿度を５０％以上に保つことが好ましい。また更に、マイクロレンズアレー層を析出形成する間は電解液に接触している側部において接触部分近傍で電解液が乾燥・付着し、薄く狭い帯状の乾燥残渣が残ることがあり、乾燥残渣が残った場合には側部を切除することも可能であるが、切除工程が加わるだけコストアップの要因となるので、膜形成用基板の電解液に接触する部分近傍の相対湿度を高めておくことが好ましい。この場合に乾燥残渣の発生を防止する点を加味すると相対湿度を７０％以上に保つことが好ましい。
すなわち例えば、マイクロレンズアレー層の形成後に更に洗浄を行なう場合には、基板近傍の相対湿度を、少なくとも電着膜を形成した基板を電解液から引き上げる直前から洗浄が終了するまでの間一貫して５０％以上に保つことが好ましい。更には７０％以上に保つことで、基板側部に狭い帯状の乾燥残渣が生ずることも有効に防止することができる。
【００５４】
−洗浄工程−
前記膜形成工程と後述の成形工程の間には洗浄工程を設けることができる。
上記のようにしてマイクロレンズアレー層が形成された膜形成用基板には、表面張力等によって不要な電解液が付着しているので、マイクロレンズアレー層に打撃圧力が加わって損傷が生じたり、乾燥固着することがないように洗浄することが望ましい。
【００５５】
洗浄方法としては、純水等の水系液への浸漬や流水、水系液や加湿空気の噴出・噴射による方法などが挙げられ、好ましくは水系液若しくは加湿空気を０．０１〜１０００ＫＰａの低圧に加圧供給して、膜形成用基板の表面に付着した電解液をノズルを用いて除去するようにすることができる。この詳細については、特開２００２−３１７２９７号公報に記載がある。
【００５６】
−成形工程−
膜形成用基板にマイクロレンズアレー層が形成された後、（場合により洗浄工程を経た後に）さらにマイクロレンズアレー層を加熱すると共に減圧することによって粘性流体状にし、塑性変形させる。本工程により、所望のレンズ形状、曲率に制御されたマイクロレンズアレーに成形することができる。
【００５７】
本工程における加熱は、５０〜２００℃の温度とする。膜形成工程で得られたマイクロレンズアレー層は既述の高分子材料（膜形成材料）を主としてなり、流動開始温度以上に加熱されることで粘弾性系流体となる。ここで、流動開始温度とは、高分子材料試験法（「高分子工学講座１４」３６４〜３６９頁、（社）高分子学会編集、（株）地人書館、昭和３８年発行）に記載されている「流出開始温度」を意味する。本発明で好適な高分子材料は、概ね５０〜２００℃の範囲に流動開始温度を有するものであり、好ましくは８０〜１５０℃の範囲にあるものが望ましい。この場合には、８０〜１５０℃の範囲で加熱することができる。
【００５８】
流動開始温度以上に加熱されたマイクロレンズアレー層は、徐々に粘弾性系流体へと変わり、更に加熱すると弾性が弱まり粘性流体となり、塑性変形がなされる。加熱と共に減圧をも行なうことで、塑性変形を同温度の大気圧下に比べてより速く、しかも形状・曲率等をコントロールしながら行なうことができる。
【００５９】
粘性流体となったマイクロレンズアレー層を構成する膜形成材料（高分子を含む）は、高分子や他の膜形成材料間のファンデルワールス力を受けて表面積を小さくするように流動し、これにより形状変化を生ずると共に更に重力の影響をも受けることを利用して、該マイクロレンズアレー層が、膜形成用基板の重力方向側の面（下面）に形成されているときには重力方向に垂れて突起状、つまり曲率の大きいマイクロレンズアレーに成形することができ、膜形成用基板の重力方向と逆側の面（上面）に形成されているときには扁平な形状、つまり曲率の緩いマイクロレンズアレーに成形することができる。その後、常温に冷却すると共に大気圧に戻すことで形状の変化は停止する。
【００６０】
以上のように、加熱と減圧とによる層の流動性を利用することで、マイクロレンズアレーの前駆形態であるマイクロレンズアレー層から所望のレンズ曲率となった曲率部位を形成できる。そして、温度及び圧力の程度を所望に応じて適宜制御することにより、最終的に形成されるマイクロレンズアレーの形状や曲率を任意に制御し、特に集光効率の高い曲率での成形が可能となる。
【００６１】
上記のように析出形成されたマイクロレンズアレー層が散乱性を有して光透過性が不十分である場合には、マイクロレンズアレー層を構成する高分子材料のガラス転移点以上に加熱するようにしてもよい。これにより、層内の空隙を除去して光透過性を向上させることができる。
【００６２】
上記のように本工程では５０〜２００℃に加熱を行なうが、この加熱温度が、５０℃未満である場合には、本発明で好適な高分子材料の流動開始温度に達せず若しくは弾性状態に留まり、変形が成されない。一方、２００℃を超える場合には、マイクロレンズアレーは焦げて変色するので好ましくない。上記温度範囲の中でも特に、８０〜１５０℃が好ましい。前記加熱温度が、８０℃未満である場合は塑性変形に長時間を要し、製造タクトタイムが長く製造コストが高くなることがあり、１５０℃を超える場合は常温に冷却する際の温度分布から形状バラツキを生じ易くなることがある。
【００６３】
また、上記のように本工程では０．１〜１００ｋＰａに減圧し、これにより変形は加速されるが、前記減圧下での圧力が、０．１Ｐａ未満である場合には、粘性が低過ぎて形状制御が困難であるばかりでなく、減圧に時間が掛かり製造コストが高くなるため現実的でなく、１００ｋＰａを超える場合には、大気圧と変わらない若しくは大気圧に比べ加圧となるために流動効果が得られない。上記範囲の中でも特に１〜１０ｋＰａが好ましく、この範囲に減圧すると粘性が適度で形状制御を行ないやすく好適である。
【００６４】
［マイクロレンズアレーの製造装置］
本発明のマイクロレンズアレーの製造装置は、既述した下記光電着法又は光触媒着膜法によってマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、膜形成手段によって形成されたマイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱する加熱手段と、膜形成手段によって形成されたマイクロレンズアレー層を０．１〜１００ｋＰａに減圧して塑性変形させる減圧手段と、で構成したものである。
【００６５】
前記膜形成手段においては、（１）光電着法による場合には、ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させ、あるいは（２）光触媒着膜法による場合には、ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させることにより、マイクロレンズアレー層が形成される。これにより、既述の通り簡便かつ低コストに集積度の高いマイクロレンズアレーを構成するマイクロレンズアレー層を形成することができる。
【００６６】
膜形成手段は、例えば図２に示すように好適に構成することができる。図２は、光電着法によって光半導体薄膜の選択領域にマイクロレンズアレー層を形成する電着装置の構成例を示す概略断面図である。すなわち、図２に示すように、紫外線を照射するための図示しない光源並びに光源から照射方向に向かって順次設けられ、受けた光を結像するための第二の結像光学レンズ１１及び第一の結像光学レンズ１３を備えた結像光学系と、第一の結像光学レンズ１３と第二の結像光学レンズ１１との間に設けられたフォトマスク１２と、電解液２０を収納する電着漕１４と、バイアス電圧を印加するポテンショスタット１７と、収納された電解液２０と接触可能なように電着漕に配置された対向電極１５及びリファレンス電極としての飽和カロメル電極１６と、で構成することができる。マイクロレンズアレー層が形成される膜形成用基板は電着漕１４の上部開口部に配置され、その導電性薄膜２並びに対向電極１５及び飽和カロメル電極１６は各々ポテンショスタット１７と電気的に接続されている。このとき、膜形成用基板（光半導体薄膜）は、対向電極に対する作用電極として機能している。
また、上記の電着装置は、前記結像光学系に代えてミラー反射光学系を用いて構成することも可能である。
【００６７】
このような構成に図１に示す構成の膜形成用基板５を用いた場合は、マイクロレンズアレー層を形成するための膜形成用基板５を光半導体薄膜３が電解液２０と接触するように電着漕１４に配置すると共にポテンショスタット（印加手段）１７を用いてバイアス電圧を印加し（光起電力のみで必要な電着電圧が得られるときにはバイアス電圧を印加する印加手段は省略することができる。）、この状態で膜形成用基板５の光半導体薄膜３に結像／ミラー反射光学系を通過したパターン光が選択的に結像されると、パターン光が結像された選択領域と対向電極５との間に光起電力が生じて該選択領域にマイクロレンズアレー層が形成される。これにより、短い露光時間で微細なマイクロレンズアレー層を形成することができる。
【００６８】
上記の結像光学系を構成する第二の結像光学レンズ１１と、膜形成用基板５を構成する絶縁性の基板（光透過性）１との距離は、取扱い上の観点から１ｍｍ〜５０ｃｍの範囲が好ましく、また、第二の結像光学レンズの焦点深度としては、精度と取扱い上の点で±１０〜±１００μｍの範囲であるのが好ましい。
【００６９】
また、装置構成上フォトマスクと光半導体薄膜とを近接させることが可能な場合には、上記のような結像光学系やミラー反射光学系を備えた装置を用いる必要はなく、平行光あるいは密着型の露光装置により光照射をすることができる。
【００７０】
光照射に用いる光源としては、例えば、水銀灯、水銀キセノンランプ、高圧水銀ランプ等が挙げられる。また、光源にＨｇ−Ｘｅの均一照射光源を用いる場合は、例えば図２に示す結像／ミラー反射光学系に代えてＨｇ−Ｘｅ均一照射光源を膜形成用基板５の上部に配置し、かつフォトマスクを膜形成用基板５の絶縁性基板１に密着させ、あるいは密着させると共に絶縁性の基板厚を０．２ｍｍ以下することによって、光の回折を防いで集積度の高いマイクロレンズアレー層の形成が可能となる。
【００７１】
長時間にわたる露光が可能な場合には安価な走査型レーザ書き込み装置によっても光照射は可能である。この場合には、図２に示す結像／ミラー反射光学系及びフォトマスクに代えて、Ｈｅ−Ｃｄレーザ等のレーザ光照射のための走査型レーザー書き込み装置を用いることができる。レーザビームとしては、ガウシアンビーム、すなわちビーム中心ほど光強度が強く中心から周縁に広がるに従って弱くなるものを用い、レーザ光をＯＮ／ＯＦＦすることで所定の位置にレーザ光を照射させると、ビーム径に従って曲率等が定まるマイクロレンズがアレー状に形成される。このほか、パターン解像度の許す範囲ならばプロキシミティ型露光装置も使用可能である。
【００７２】
上記では、膜形成用基板５の絶縁性基板１側から光照射を行なう場合を説明したが、光半導体薄膜３側から露光するようにしてもよい。光半導体薄膜側から露光する場合には、膜形成用基板５は電解液中に浸漬されることになるが、本発明に係る電解液は照射される紫外線を吸収しないように構成され、電解液を通して光半導体薄膜３に光照射することができる。しかし、膜成長して膜厚が厚くなってくると光の吸収が無視できなくなりレンズ形状とするのが困難になるため、絶縁性基板側から光照射するようにすることが望ましい。
【００７３】
また一方、光触媒着膜法による場合には、例えば図２に示す電着装置などに設けられた、バイアス電圧を印加するポテンショスタット１７並びに対向電極１５及びリファレンス電極１６を除いて同様に構成することができる。この構成の装置を用いてマイクロレンズアレーを作製するときには、膜形成用基板５を構成する導電性薄膜２と光半導体薄膜３とを接するように設けると共に、導電性薄膜２が電解液に導通するように構成されていることが必要である。
【００７４】
本発明に係る加熱手段は、前記膜形成手段によって形成されたマイクロレンズアレー層を５０〜２００℃に加熱するものである。形成されたマイクロレンズアレー層を構成する成分に応じて、所望の温度に加熱することによってマイクロレンズアレー層を軟化させることができる。
【００７５】
上記温度範囲において、個々の成分構成により好適な温度域は異なるが、マイクロレンズアレー層が軟化する流動開始温度以上であって常圧下では未だ自己流動しない程度に加熱すればよい。この状態にして後述する成形手段により更に減圧することで速やかに塑性変形させることができ、マイクロレンズアレー層を所望の曲率に制御されたマイクロレンズアレーに成形することができる。
【００７６】
加熱手段としては特に制限はなく、ヒータや温風等の公知の加熱器から適宜選択して用いることができる。加熱は、膜形成用基板を直接加熱するようにしてもよいし、好ましくは室内の雰囲気温度を所望の温度域に調節して間接的に加熱するようにすることができる。
【００７７】
本発明に係る減圧手段は、前記膜形成手段によって形成されたマイクロレンズアレー層を上記の加熱下で０．１〜１００ｋＰａに減圧して塑性変形させるものである。膜形成用基板のマイクロレンズアレー層が形成された側を重力方向もしくはその逆方向などの所望の方向に向けて配置した状態で、加熱の程度に応じて所望の圧力に減圧することによってマイクロレンズアレー層を所望の曲率に変形させることができる。
【００７８】
上記減圧範囲において、加熱温度や軟化の程度等により好適な圧力域は異なるが、加熱温度との関係で塑性変形可能なように適宜選択すればよい。減圧手段としては特に制限はなく、ロータリーポンプ等の公知の減圧器から適宜選択して用いることができる。
【００７９】
本発明において、減圧手段を用いた塑性変形は加熱下で行なう必要があるため、加熱手段と減圧手段とは同室内に設けることが好ましい。例えば、一つの室に加熱器と減圧器とを設け、該室内を予め所望の温度に加熱しておき、膜形成手段によりマイクロレンズアレー層が形成された膜形成用基板を加熱された室内に配置した後に密閉すると共に減圧して（必要に応じて加熱しながら）所望の圧力状態とすることができる。
【００８０】
また、加熱手段又は減圧手段が設けられた各室、あるいは加熱手段及び減圧手段が設けられた室には、加熱時の温度を計測する温度センサ、及び温度センサで計測された温度が５０〜２００℃となるように加熱手段を制御する温度制御手段を更に設けることが好ましい。これにより、加熱する空間又は対象を所望の温度にコントロールでき、適正な曲率に容易に制御することが可能となる。
【００８１】
また更に、加熱手段又は減圧手段が設けられた各室、あるいは加熱手段及び減圧手段が設けられた室には、上記の温度センサ及び温度制御手段とは別にあるいはこれらと共に、減圧時の圧力を計測する圧力センサ、及び圧力センサで計測された圧力が０．１〜１００ｋＰａとなるように減圧手段を制御する圧力制御手段を更に設けることが好ましい。これにより、減圧する空間を所望の圧力にコントロールでき、適正な曲率に容易に制御することが可能となる。
【００８２】
上記した温度センサ、温度制御手段、圧力センサ、及び圧力制御手段については、公知のものから適宜選択することができる。
また、これらの温度センサ（26）及び圧力センサ（25）、並びに加熱手段（加熱器28）、減圧手段（減圧器27）、ポテンショスタット（17）、図示しない光源、加湿器（18）、湿度センサ（19）、洗浄装置（21）、及び乾燥装置（22）等は、膜形成工程や成膜工程、洗浄工程等の各工程での動作を制御する制御装置（30）に電気的に接続されており（カッコ内の数字は図３中の符号を示す）、自動制御されて作動するようになっている。なお、膜形成工程や成膜工程などの各工程によりマイクロレンズアレーを製造する具体的な製造方法については、下記実施例にて詳細に説明する。
【００８３】
以下、本発明のマイクロレンズアレーの製造装置の具体的な一例を図３を参照して説明する。
図３に示すマイクロレンズアレーの製造装置は、光電着法による膜形成工程及び洗浄工程を行なう成膜洗浄室１０１と、乾燥工程を行なう乾燥室１０２と、成形工程を行なう成形室１０３とが、各室ごとに区画されると共に、連続的に各工程処理が可能なように配置されて製造ブース１００として構築したものである。なお、製造ブース１００内の成膜洗浄室１０１、乾燥室１０２、及び成形室１０３の各室には、隣接室間で膜形成用基板を搬入出するための搬入出口と該搬入出口を閉塞する扉（いずれも不図示）が設けられている。
【００８４】
成膜洗浄室１０１は、マイクロレンズアレー層を形成する電着装置１０と、膜形成用基板に付着した不要な電解液を除去する洗浄装置２１と、膜形成用基板５近傍の相対湿度を５０％以上に保つための加湿器１８及び湿度センサ１９とで構成されている。加湿器１８及び湿度センサ１９は制御装置３０と接続されており、少なくともマイクロレンズアレー層が形成された膜形成用基板５を電解液から引き上げる直前から洗浄が終了するまでの間において所定の相対湿度（５０％以上）に保ち得るようになっている。
【００８５】
また、電着装置１０は、紫外線を照射するための光源（不図示）並びに光源から照射方向に向かって順次設けられ、受けた光を結像するための第二の結像光学レンズ１１及び第一の結像光学レンズ１３を備えた結像光学系と、第一の結像光学レンズ１３と第二の結像光学レンズ１１との間に設けられたフォトマスク１２と、電解液２０を収納する電着漕１４’と、バイアス電圧を印加するポテンショスタット１７と、収納された電解液２０中に配置された対向電極１５及び飽和カロメル電極（リファレンス電極）１６とで構成されており、その結像光学系、フォトマスク１２及びポテンショスタット１７は製造ブース１００の外側に、電着漕１４’は対向電極１５及び飽和カロメル電極１６と共に製造ブース１００内に配置されている。そして、成膜洗浄室１０１内において電着漕１４’の上部開口部で電解液２０と接触させた状態で配置された膜形成用基板に対して、製造ブース１００に設けられた光透過性窓１０５（少なくとも照射光を透過する合成石英ガラス板等）を通して光照射可能なように構成されている。
【００８６】
電着漕１４’は、ｐＨ（水素イオン濃度）の変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液２０を収納すると共に、その上部開口部において膜形成用基板５をその光半導体薄膜３が電解液２０と接触するように配置可能なようになっている。また、電着漕の底部には、電解液２０に浸漬させて対向電極１５と飽和カロメル電極１６とが設けられており、対向電極１５及び飽和カロメル電極１６並びに膜形成用基板の導電性薄膜２は各々ポテンショスタット１７と電気的に接続され、必要に応じて制御装置３０による制御を受けて適宜バイアス電圧を印加できるようになっている。
【００８７】
この結像光学系は、プロジェクション型露光装置であり、光源からの光は第二の結像光学レンズ１１を通してフォトマスク１２に結像され、フォトマスク１２を介してパターン化された光は、さらに第一の結像光学レンズ１３を介して光透過性窓１０５を通って膜形成用基板５の光半導体薄膜の表面に結像されるように構成されている。
【００８８】
製造ブース１００の成膜洗浄室１０１は、外部と隔離されており、室内に設けられた加湿器１８及び湿度センサ１９によって相対湿度が５０％以上（好ましくは７０％以上）に保持されるようになっている。図３に示すように結像光学系は製造ブース１００の外部に配置されており、製造ブース１００のブース内湿度を高くした場合でもレンズに結露や曇りが生じて光学性能が低下したり、露光器等で用いられている精密部品に錆び等を生じて機器寿命や性能の低下、機器故障などの不具合を来すことがないようになっている。特に製造設備機器は高額であるため、その不具合はそのままコストアップ要因となる。
【００８９】
加湿器１８及び湿度センサ１９は、制御装置３０と接続されており、湿度センサ１９で計測された湿度に基づいて製造ブース１００内を適正な相対湿度範囲に制御できるようになっている。加湿器１８としては、例えば、公知の超音波加湿器、加熱式加湿器、気化式加湿器等から適宜選択して用いることができる。また、加湿器を用いる代わりに、洗浄工程で用いる水系液や加湿空気等の洗浄用流体を用いて、例えばブース内に膜形成用基板を搬入する前に洗浄ノズルから洗浄用流体をブース内に噴出させる等するようにしてもよい。この場合には装置構成がより簡易となる点で有利である。
【００９０】
また、成膜洗浄室１０１の内部には更に洗浄装置２１が併設されており、マイクロレンズアレー層が形成された側の膜形成用基板５の表面に略垂直に噴出して洗浄できるようになっている。洗浄装置２１は、その噴射ノズルから水系液を噴出可能なようになっており、加湿空気等を噴出するようにすることもできる。また図３に示すように、膜形成用基板５は矢印方向Ｂ又はＢ’に、洗浄装置２１は矢印方向Ａ又はＡ’に各々独立して移動可能なように構成されており、膜形成用基板及び洗浄装置の一方を固定して他方を移動させることにより、あるいは両方を異方向に移動させ又は同方向に異なる速度で移動させることにより洗浄することができる。
また、噴出ノズルから水系液を噴出させる場合には、膜形成工程と洗浄工程との間に扉や仕切り（不図示）を設けることができ、このようにして電解液２０に洗浄用の水系液が混入しないようにすることが望ましい。
【００９１】
製造ブース１００には、成膜洗浄室１０１に隣接させて乾燥室１０２が設置されている。乾燥室１０２の下部には、ノズルから気体（窒素ガスや空気など）の送風が可能な乾燥装置２２が設けられており、洗浄された膜形成用基板５のマイクロレンズアレー形成面に送風して乾燥できるようになっている。乾燥装置２２は、洗浄装置２１と同様に移動可能に構成することができる。
【００９２】
また、製造ブース１００には、前記乾燥室１０２の成膜洗浄室１０１が隣接しない側に更に成形室１０３が隣接するように併設されており、この成形室１０３において乾燥後の膜形成用基板に形成されたマイクロレンズアレー層を塑性変形できるようになっている。例えば、膜形成用基板５の搬入前にあらかじめ予備加熱しておき、予備加熱された成形室内に膜形成用基板５が搬入された後に更に所定の温度で加熱すると共に所定の圧力に減圧して塑性変形するようにすることができる。予備加熱をせずに搬入し、その後減圧すると共に加熱するようにすることもできる。
【００９３】
図３に示す成形室１０３には、乾燥室１０２から膜形成用基板５をマイクロレンズアレー層４が形成された側が重力方向と逆方向（上面）となるように配置されるようになっており、その室内には温度センサ２６、加熱器（ヒータ等）２８、圧力センサ２５、及び減圧器（ロータリーポンプ等）２７が設けられている。温度センサ２６、加熱器２８、圧力センサ２５、及び減圧器２７は各々制御装置３０と接続されており、制御装置３０によって各センサから検出された温度及び圧力をもとに所定の温度及び圧力になるよう加熱器、減圧器を制御できるようになっている。なお、膜形成用基板５は、図４に示すようにマイクロレンズアレー層４が形成された側が重力方向（下面）となるように配置することもでき、成形しようとする形状等に合わせて適宜選択することができる。
【００９４】
以上のように、加熱手段及び減圧手段を設けて塑性変形させることによってマイクロレンズアレーが形成されるので、マイクロレンズアレーの集光効率を高めることができ、均一でかつ任意に制御された曲率・形状を持つマイクロレンズアレーを容易に作製することができる。また、複雑なものを含め任意のパターンのマイクロレンズアレーや、任意に制御されたマイクロレンズアレーの量産化が可能である。本発明によれば、従来のような感光性樹脂を用いたマイクロレンズアレーの製造の場合のように、基板に膜厚を精度よく制御して塗布する必要性やアルカリ廃液などの問題が解消され、フォトリソグラフィー法を含む複雑な工程が不要であり、環境に対する負荷も低減できる。
【実施例】
【００９５】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
−膜形成用基板の作製−
まず、厚さ０．４ｍｍの無アルカリガラス基板（７０５９ガラス）にＩＴＯよりなる導電成薄膜をＲＦスパッタリングで７５ｎｍ厚に成膜し、該膜上に更に膜厚１１０ｎｍのアナターゼ型の酸化チタン薄膜（光半導体薄膜）を成膜することにより、図１に示すようにガラス基板１上に順次ＩＴＯ膜２、酸化チタン薄膜３が積層された膜形成用基板５を得た。
【００９６】
−電解液の調製−
次に、ルチル型の酸化チタン微粒子（粒径１０ｎｍ、屈折率２．７）とスチレン−アクリル酸共重合体（分子量１３，０００、疎水基（親水基＋疎水基）のモル比６５％、酸価１５０）とを体積比率で１：５に分散させ、これに更にエチレングリコールを５質量％加えた後、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド及び塩化アンモニウムを用いてｐＨ７．８、導電率６ｍＳ／ｃｍになるように調整し、透明微粒子を含む水分散液（固形分含有率１０質量％）である電解液を調製した。
【００９７】
−マイクロレンズアレーの製造装置の準備−
マイクロレンズアレーの製造装置として、一例として既述した図３に示すものと同様に構成された装置（製造ブース１００）を準備した。この装置は、結像光学系としてプロジェクション型露光装置（結像光学レンズ１３と結像面（酸化チタン薄膜３の露出面）との焦点距離＝１００ｍｍ、焦点深度は±５０μｍ、波長３６５ｎｍの光強度１００ｍＷ／ｃｍ2；ウシオ電気（株）製）を備え、図３に示すように酸化チタン薄膜３が電解液と接するように配置された膜形成用基板５の、該酸化チタン薄膜３の液接触面にマイクロレンズアレー層を形成できるように構成されている。プロジェクション型露光装置は、膜形成用基板５からみて順に、第一の結像光学レンズ１３とフォトマスク１２と第二の結像光学レンズ１１と図示しない光源とが配置されてなる。
【００９８】
本装置において、膜形成用基板５は、ＩＴＯ膜２を介してポテンショスタット（電圧印加手段）１７と接続されると共に、更にポテンショスタット１７は飽和カロメル電極（リファレンス電極）１６及び対向電極１５とも接続された三極式に構成されており、膜形成用基板５（酸化チタン薄膜３）を対向電極（白金電極）１５に対する作用電極として利用する。電着漕１４’には、調製された電解液２０が収納されるようになっている。また、フォトマスク１２は、所定のマイクロレンズが形成されるように、円形状の光透過部分に黒い微小ドットを中央部から円周縁に向かって密度が高くなるように形成されて濃度階調（光透過性の階調）を有するものである。
【００９９】
−マイクロレンズアレーの形成−
（膜形成工程）
成膜洗浄室１０１において膜形成工程を以下のようにして行なった。
まず、飽和カロメル電極１６に対して酸化チタン薄膜３を作用電極として利用し、作用電極に印加するバイアス電圧が１．８Ｖとなるようにポテンショスタット１７から電圧印加し、膜形成用基板５の裏面側（膜形成用基板の酸化チタン薄膜３が設けられていない側）から、酸化チタン薄膜３の液接触面においてパターン光が結像するように紫外線を３０秒間照射した。このとき、酸化チタン薄膜３の表面にはマイクロレンズアレー層４が形成された。続いてこの膜形成用基板５を電解液から離したところ、マイクロレンズアレー層４の周囲及び該層が形成された酸化チタン薄膜３の表面（電着面）に不要な電解液が付着しているため、該電着面が重力方向（下面）となる略水平状態のまま膜形成用基板５を、同じ室内の洗浄装置が設置された洗浄工程へ搬送した。
【０１００】
（洗浄工程）
成膜洗浄室１０１の右下部に配置された洗浄装置２１の噴出ノズルの噴出口と膜形成用基板５の電着面とが対向するように膜形成用基板５を配置した。膜形成用基板５は、図示しない移動機構と接続された保持機構で保持され、矢印方向Ｂ又はＢ’の方向に移動可能であり、洗浄装置２１は矢印方向Ａ又はＡ’に移動可能であり、噴出ノズルのノズル形状はスリット状に構成されている。噴出ノズルの噴出口を電着面に対向するように上方に向け、純水の噴出方向が略水平に配置された膜形成用基板５の電着面の法線方向と略平行となるようにカーテン膜状に噴出させると共に、膜形成用基板５と噴出ノズルとを相互に逆方向に１００ｍ／秒の定速で移動させて１０往復通過させた。このとき、できるだけマイクロレンズアレー層のプロファイルが崩れないように、電着面における純水の打撃圧を２ＫＰａに調整した。
【０１０１】
以上のように洗浄した結果、膜形成用基板５の電着面に付着した電解液は一様に除去され、電着面の選択領域に曲率半径２０μｍ（屈折率１．６５，焦点距離３１μｍ）のマイクロレンズアレー層４が形成されているのを確認した。また、電着面のマイクロレンズアレー層が形成されていない領域及び外縁部にも電解液が固着しできた残渣もなく、良好に洗浄を行なうことができた。
【０１０２】
（乾燥工程）
洗浄後、成膜洗浄室１０１から搬出し、電着面を重力方向に向けたままの状態で膜形成用基板５を乾燥室１０２に搬入し、乾燥室の下部に設けた乾燥装置２２の噴出ノズルと膜形成用基板５の電着面とが対向するように膜形成用基板５を配置した。そして、噴出ノズルから電着面に窒素を吹き付け、水滴を飛ばすようにして乾燥させた。なお、ここでの乾燥はクリーンエアを用いても行なうことが可能であった。
【０１０３】
（成形工程）
乾燥後の膜形成用基板５を乾燥室１０２から搬出し、その後マイクロレンズアレー層４が形成された電着面が重力方向と逆方向（上面）となるように反転して乾燥室１０３に搬入した。成形室１０３は、搬入時に１００℃付近であるように予め室内を予備加熱をしておいた。成形室１０３内では、膜形成用基板５はマイクロレンズアレー層４が形成された電着面を上面にして略水平に配置され、略水平の状態のまま５分間１００℃で加熱すると共に更に１０ｋＰａに減圧した。その後、膜形成用基板５を成形室１０３から搬出し、常温まで冷却した。
【０１０４】
以上のようにして、膜形成用基板５にはマイクロレンズアレー層４が塑性変形してなるマイクロレンズアレー４’が形成されており、形成されたマイクロレンズアレー４’の曲率半径は５１μｍであった（屈折率１．６５，焦点距離７８μｍ）。このようにして、膜形成用基板の酸化チタン薄膜上に所望の曲率よりなるマイクロレンズアレーを作製することができた。
【０１０５】
（実施例２）
実施例１において、製造ブース１００の成形室１０３に膜形成用基板５をその電着面が重力方向（下面）になるようにして搬入し（図４参照）、塑性変形させたこと以外、実施例１と同様にしてマイクロレンズアレーを作製した。
具体的には次の通りである。成形室１０３に膜形成用基板５を搬送し、乾燥室１０２から搬出されたままの向き、すなわち略水平にしたときに膜形成用基板５のマイクロレンズアレー層４が形成された電着面が重力方向（下面）となるように成形室内に配置し、実施例１と同様に５分間加熱すると共に１０ｋＰａに減圧してマイクロレンズアレーとした。形成されたマイクロレンズアレーの曲率半径は１５μｍであった（屈折率１．６５，焦点距離２３μｍ）。
【０１０６】
（比較例１）
実施例２において、製造ブース１００の成形室１０３内を４５℃に予備加熱し、更に４５℃で１５分間加熱したこと以外、実施例２と同様にしてマイクロレンズアレーを作製した。ここで得られたマイクロレンズアレーの曲率半径は２０μｍ（屈折率１．６５，焦点距離３１μｍ）であり、この条件では塑性変形は成されなかった。
【０１０７】
（比較例２）
実施例２において、製造ブース１００の成形室１０３内を減圧しなかったこと以外、実施例２と同様にしてマイクロレンズアレーを作製した。しかしながら、およそ常圧条件下では塑性変形は成されなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明に係る膜形成用基板の構成例を示す概略断面図である。
【図２】本発明のマイクロレンズアレーの製造装置を構成し、光電着法によって選択領域にマイクロレンズアレー層を形成する電着装置の構成例を示す概略断面図である。
【図３】本発明のマイクロレンズアレーの製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】本発明のマイクロレンズアレーの製造装置を構成する成形室の他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１…ガラス基板（絶縁性基板）
２…ＩＴＯ膜（導電性薄膜）
３…酸化チタン薄膜（光半導体薄膜）
４…マイクロレンズアレー層
４’…マイクロレンズアレー
５…膜形成用基板
１０…電着装置（膜形成手段）
２０…水系電解液
２５…圧力センサ
２６…温度センサ
２７…減圧器
２８…加熱器
３０…制御装置（温度制御手段、圧力制御手段）
【図１】
2005062304.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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