(57)【要約】【課題】基板間のギャップを高精度に制御することができる光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】第１の基板２、第２の基板８及び２枚の基板間に樹脂を保持した光学素子の製造方法において、第１の基板２の有効部分１の周辺部に第２の基板８の最表面に当接して基板のギャップを調整する突起部３を形成し、第１の基板２と第２の基板８とを貼り合わせる製造工程を備える。【選択図】    図１
2005001313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズアレイが形成された複数の有効部分を有する第１の基板、該第１の基板と所定の間隙を介して対面配置された第２の基板及び前記第１の基板及び第２の基板の間隙に樹脂を保持した間隙制御のための突起物を持った光学素子の製造方法であって、
前記第１の基板の有効部分の周辺部に前記第２の基板の最表面に当接して前記第１の基板と第２の基板との間に所定の間隙を設ける突起部を形成する工程と、
前記第１の基板及び第２の基板とを貼り合わせた際に少なくとも１つの開口部が形成される様に前記第１の基板または第２の基板の周辺部にシールパターンを形成する工程と、
前記第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる工程と、
前記シールパターンを硬化させる工程と、
前記開口部から樹脂を充填する工程と、
前記樹脂を硬化させる工程とを備える
間隙制御のための突起物を持った光学素子の製造方法。
【請求項２】
更に、前記第１の基板、第２の基板及び樹脂を切断する工程を備える
請求項１に記載の間隙制御のための突起物を持った光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２の基板は、マイクロレンズアレイが形成された複数の有効部分が形成され、
前記突起部が前記第２の基板の有効部分の周辺部に当接する
請求項１または請求項２に記載の間隙制御のための突起物を持った光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記突起部は、有機体より成る
請求項１、請求項２または請求項３に記載の間隙制御のための突起物を持った光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の基板は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する光を６０％以上透過する無機体または有機体より成る
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の間隙制御のための突起物を持った光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２の基板は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する光を６０％以上透過する無機体または有機体より成る
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載の間隙制御のための突起物を持った光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶プロジェクタ等の光学機器に搭載されるＬＣＤパネルに使用されるマイクロレンズアレイを用いた光学素子の製造方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロレンズアレイは、サブミクロンオーダの精度を有する微細なレンズを二次元的に多数配列したレンズの集合体であり、マイクロレンズを用いることによって、液晶パネルの画素開口部への集光を通じて液晶プロジェクタの明るさの向上が図れたり、半導体レーザアレイの出射光をファイバアレイに高精度に結合することができたりする等、近年の光学機器には欠かせない技術となっている。
【０００３】
ここで、従来の凸型マイクロレンズの形成方法は、感光性モノマーを紫外線によって重合させ、露光部分と非露光部分との間に生じる浸透圧の差によって露光部分を膨潤させて凸型のレンズ形状を得る膨潤法や、感光性樹脂膜を円形にパターニングした後に、感光性樹脂の融点以上に加熱溶融し、表面張力によってレンズ形状を得る方法等があった。
また、凹型マイクロレンズの形成方法は、ガラス基板上にマスクを形成し、マスク開口部からガラス基板表面をフッ酸等を用いてエッチングして半球状の凹部を形成するガラスエッチング法や基材を機械加工により凹凸のレンズ形状を形成する機械加工法があった。
更に、上記した様な方法で凹型または凸型の原板を形成した後に、この原板により凹凸の反転転写を行うことによってマイクロレンズを形成する方法もあった。
【０００４】
上記の様にして得られたマイクロレンズを有する基板と対向基板（マイクロレンズを有する基板または有しない基板）とをシール剤を用いて貼り合わせ、焦点距離の調整等を目的として２枚の基板との間隙内に樹脂を注入し、硬化することによって光学素子を得ることができるのであるが、注入する樹脂の中に気泡が存在すると空気の屈折率と樹脂の屈折率とが異なるために、光学的には致命的な問題となる。
【０００５】
ここで、樹脂の中の気泡をなくすための接着法として、下面の一部から樹脂が垂れ下がった平板と、上面の一部もしくは全面に樹脂が付与された別の平板とを重ねることにより、両平板を互いに貼り合わせる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この方法は、貼り合わせる上側の平板の下面に付着した樹脂が一本に垂れ下がり、その下端面は表面張力により滑らかな曲面となって下側の平板の上面に付着した樹脂と一点で接触し、互いに接触した樹脂はその表面張力によって点状の接触状態から接触面が次第に周囲へと広がることとなる。こうして樹脂同士の接触面が貼り合わせられて全面に広がり２枚の平板が樹脂によって接合される。この様に、２枚の平板の間で樹脂が点状から面状に次第に広がるために、従来の様に樹脂と貼り合わせを行う平板との間に微小空間ができず、樹脂中に気泡を生じないようにした接着法である。
【０００６】
また、その他の接着法としては、スピンコーターにより固定した基板を一定速度でスピンさせ、中心位置の真上から樹脂を滴下し遠心力により均一に樹脂を塗布し、その後に基板を重ね合わせるスピンコーターを使用する方法や、２枚の円盤基板の中心に樹脂を塗布し、上下から加圧しながらスピンさせ、均一に樹脂を塗布した後に樹脂を硬化させて基板を接着するＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）製造法等がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−２０９０７６号公報  （第２−６頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したいずれの接着法においても基板間のギャップ制御が困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、基板間のギャップを高精度に制御することができる光学素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る間隙制御のための突起物を持った光学素子の製造方法では、マイクロレンズアレイが形成された複数の有効部分を有する第１の基板、該第１の基板と所定の間隙を介して対面配置された第２の基板及び前記第１の基板及び第２の基板の間隙に樹脂を保持した間隙制御のための突起物を持った光学素子の製造方法であって、前記第１の基板の有効部分の周辺部に前記第２の基板の最表面に当接して前記第１の基板と第２の基板との間に所定の間隙を設ける突起部を形成する工程と、前記第１の基板及び第２の基板とを貼り合わせた際に少なくとも１つの開口部が形成される様に前記第１の基板または第２の基板の周辺部にシールパターンを形成する工程と、前記第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる工程と、前記シールパターンを硬化させる工程と、前記開口部から樹脂を充填する工程と、前記樹脂を硬化させる工程とを備える。
【００１１】
ここで、第１の基板の有効部分の周辺部に第２の基板の最表面に当接して第１の基板と第２の基板との間に所定の間隙を設ける突起部を形成することによって、第１の基板と第２の基板間のギャップを高精度に制御することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、図６は本発明を適用した光学素子の製造方法の一例を説明するためのプロセスフローである。
【００１３】
図１は本発明を適用した光学素子の製造方法の一例を説明するための模式的な図であり、本発明を適用した光学素子の製造方法の一例では、先ず、図１（ａ）で示す様に、マイクロレンズアレイの形状をパターニングした複数の有効部分１を有する４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光を６０％以上透過することが可能なベースガラス２に、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、図１（ｂ）で示す様に、有効部の周辺部領域、即ちマイクロレンズアレイ形状がパターニングされていない領域にその高さが最終的に基板ギャップと等しい樹脂から成る突起部３を形成する。
【００１４】
ここで、有効部分は後述する工程でカバーガラスを貼り合わせると共に樹脂を注入することによってマイクロレンズとして機能できれば充分であり、マイクロレンズアレイの形状は、図２（ａ）で示す様なベースガラスに球面または非球面の凹形状、図２（ｂ）で示す様なベースガラスの表面より突出した状態の球面または非球面の凸形状及び図２（ｃ）で示す様なベースガラスの表面から突出しない状態の球面または非球面の凸形状等が考えられる。更に、必ずしもベースガラスをパターニングすることによってマイクロレンズアレイ形状を形成する必要は無く、図２（ｄ）で示す様にベースガラスの上層に形成された有機体（１）４に球面または非球面の凸形状のパターニングを施しても良いし、図２（ｅ）で示す様にベースガラスの上層に形成された有機体（２）５に球面または非球面の凹形状のパターニングを施しても良い。
【００１５】
なお、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光を６０％以上透過することが可能なベースガラスを用いるのは、光学素子となり得るためには４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光を６０％以上透過する必要があるとされるからである。
【００１６】
また、突起部はその高さが基板間のギャップと最終的に等しくなる様に形成され、基板間のギャップを調整することができれば充分であり、必ずしも樹脂によって形成する必要は無く、無機体で形成しても構わないが、貼り合わせの際に多少のギャップ修正が可能であると共に、貼り合わせの際に突起部によるカバーガラスの損傷を低減するために突起部は有機体によって形成する方が好ましい。
【００１７】
次に、図１（ｃ）で示す様に開口部６を有するシールパターンを、０．５〜２０質量％のギャップ制御材（図示せず）及び透湿性制御のための無機材料から成るフィラー（図示せず）を混合した光、熱あるいはその両方によって硬化するエポキシ系、アクリル系あるいはエポキシ系とアクリル系の混合系のシール樹脂７をディスペンサーと称される注射器型シリンジに樹脂を詰めて空気や窒素により押し出しながらパターンを描くディスペンス法やスクリーン印刷によってベースガラスの周囲に塗布する。
【００１８】
ここで、有効部分の周辺領域に形成した突起部によってベースガラスとカバーガラスとのギャップを充分に調整することができる場合にはシール樹脂には必ずしもギャップ制御材を混合する必要は無いが、より一層高精度にベースガラスとカバーガラスとのギャップの調整が行える様にシール樹脂にギャップ制御材が混合された方が好ましい。
【００１９】
続いて、図１（ｄ）で示す様に、ベースガラス及びカバーガラス８に設けられたアライメントマーク９や外形等により位置合わせを行い、ベースガラスに形成した突起部がカバーガラスに当接する様にベースガラスとカバーガラスとの貼り合わせを行う。なお、上記した様に、光学素子となり得るためには４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光を６０％以上透過する必要があるために、カバーガラスもこの条件を満たすものを用いる。
【００２０】
ここで、ベースガラスに貼り合わせるカバーガラスは、後述する工程でベースガラスとカバーガラスとの間隙内に樹脂を注入することによってマイクロレンズとして機能すれば充分であり、カバーガラスの形状は平板であっても良いし、ベースガラスと同様にマイクロレンズアレイ形状がパターニングされていても良い。なお、図２に示す様にカバーガラスのマイクロレンズアレイの形状についても上記したベースガラスと同様に、カバーガラスに球面または非球面の凹形状、カバーガラスの表面より突出した状態の球面または非球面の凸形状及びカバーガラスの表面から突出しない状態の球面または非球面の凸形状等が考えられると共に、カバーガラスの上層に形成された有機体（１）に凸形状のパターニングを施しても良いし、カバーガラスの上層に形成された有機体（２）に凹形状を施しても良い。
【００２１】
また、カバーガラスにもベースガラスと同様にマイクロレンズアレイ形状がパターニングされた場合には、光学有効領域の画素の大きさ、数は同じであり、重ね合わせ精度は±１μｍ以内であることが望ましい。
【００２２】
次に、シール樹脂を光または熱、あるいはその両方で硬化させた後に、減圧雰囲気中に放置する等によって予め脱泡処理を施した樹脂をベースガラスとカバーガラスとの間隙部に真空注入装置を用い、気圧差を利用して充填を行う。
【００２３】
ここで、真空注入装置を形成する真空チャンバ１１は図３（ａ）で示す様に、真空ポンプ１２により減圧がなされ、真空チャンバの内部には、開口部が下向きになる様にベースガラス及びカバーガラスを貼り合わせたセル１３を所要個数セットするテーブルが設けられている。このテーブルには図３（ｂ）で示す様に溶融状態の樹脂１０が山盛り状態で収納された樹脂ポート１４が昇降機１５により昇降可能に設置されている。なお、真空チャンバにはバルブ（図示せず）が設けられており、不活性ガスに類した窒素ガスが出入りすることによって樹脂及びセルの酸化を防止している。
【００２４】
上記の様な真空チャンバを用いて樹脂の注入を行う場合には、１００Ｐａ以下に減圧された環境下で、昇降機により樹脂ポートを上昇させ、溶融状態の樹脂がセルの開口部に接する様にし、その後、真空ポンプを作動させ真空チャンバの内部を昇圧し、その気圧差により樹脂がセルの開口部から侵入し、ベースガラスとカバーガラスの間隙部を充填する。
【００２５】
なお、樹脂の注入は、間隙部を樹脂で満たすのに充分である１００Ｐａ以下の減圧状態から、少なくとも１回以上、任意の気圧にて任意の時間（例えば１分以上）保持し、その後に常圧まで昇圧する多段階昇圧方法を採用することによって、樹脂の充填を徐々に、確実に行うことができる。
【００２６】
ここで、ベースガラスとカバーガラスとの間隙部に樹脂を充填することができればその方法はディスペンス方式等いかなるものであっても良く、上記した真空チャンバを用い、気圧差を利用しての充填方法に限定されることがないのは勿論である。
【００２７】
また、ベースガラスとカバーガラスとの間隙部に充填する樹脂は、ベースガラスやカバーガラスの上層に形成された有機体（１）や有機体（２）の屈折率と比較して高屈折率もしくは低屈折率であり、ベースガラス、カバーガラス、有機体（１）や有機体（２）に形成されたパターン部分を境としての２者間の屈折率の差が０．０５以上となる様な樹脂を選択的に充填し、焦点距離の調整を行う。この樹脂は光または熱、或いはその両方によって硬化する。
【００２８】
即ち、図４（ａ）で示す様な球面または非球面の凹形状をパターニングしたベースガラスに平板のカバーガラスを貼り合わせた場合や図５（ａ）で示す様な球面または非球面の凹形状をパターニングしたベースガラスに球面または非球面の凹形状をパターニングしたカバーガラスを貼り合わせた場合のベースガラスとカバーガラスの間隙内に充填する樹脂（ｃ）１６の屈折率をｎｃとし、図４（ｂ）で示す様なベースガラスの表面より突出した状態の球面または非球面の凸形状をパターニングしたベースガラスに平板のカバーガラスを貼り合わせた場合、図４（ｃ）で示す様なベースガラスの表面から突出しない状態の球面または非球面の凸形状をパターニングしたベースガラスに平板のカバーガラスを貼り合わせた場合、図５（ｂ）で示す様なベースガラスの表面より突出した状態の球面または非球面の凸形状をパターニングしたベースガラスにカバーガラスの表面より突出した状態の球面または非球面の凸部をパターニングしたカバーガラスを貼り合わせた場合、あるいは図５（ｃ）で示す様なベースガラスの表面から突出しない球面または非球面の凸部をパターニングしたベースガラスにカバーガラスの表面から突出しない球面または非球面の凸部をパターニングしたカバーガラスを貼り合わせた場合のベースガラスとカバーガラスの間隙内に充填する樹脂（ｄ）１７の屈折率をｎｄとし、図４（ｄ）で示す様な球面または非球面の凸形状にパターニングが施された有機体（１）がその上層に形成されたベースガラスに平板のカバーガラスを貼り合わせた場合や図５（ｄ）で示す様な球面または非球面の凸形状にパターニングが施された有機体（１）がその上層に形成されたベースガラスに球面または非球面の凸形状にパターニングが施された無機体１８がその上層に形成されたカバーガラスを貼り合わせた場合のベースガラスとカバーガラスの間隙内に充填する樹脂（ｅ）１９の屈折率をｎｅとし、図４（ｅ）で示す様な球面または非球面の凹形状にパターニングが施された有機体（２）がその上層に形成されたベースガラスに平板のカバーガラスを貼り合わせた場合や図５（ｅ）で示す様な球面または非球面の凹形状にパターニングが施された有機体（２）がその上層に形成されたベースガラスに球面または非球面の凹形状にパターニングが施された無機体がその上層に形成されたカバーガラスを貼り合わせた場合のベースガラスとカバーガラスの間隙内に充填する樹脂（ｆ）２０の屈折率をｎｆとし、ベースガラス及びカバーガラスの屈折率をｎ０とし、有機体（１）の屈折率をｎａ、有機体（２）の屈折率をｎｂとすると、
ｎｂ，ｎｅ，ｎｄ＜ｎ０＜ｎａ，ｎｆ，ｎｃ
の関係が成立する様に選択的に樹脂を充填する。
【００２９】
本発明を適用した光学素子の製造方法の一例では、ベースガラスに形成した突起部がカバーガラスに当接してベースガラスとカバーガラスとの間に所定の間隙を形成するために、ベースガラスとカバーガラスとのギャップの均一性を保持することができるために、歩留り及び品質の向上を図ることができる。
【００３０】
即ち、シール樹脂にギャップ材を混入するのみでは、基板のギャップを制御する位置が有効部分から離れてしまう為に、シールパターンから離れた位置では基板のギャップ制御が困難であるという不具合があったのに対して、本発明を適用した光学素子の製造方法では、有効部分の近傍で基板のギャップを制御するために高精度の均一性を担保することができる。
【００３１】
なお、ギャップ制御材をシール樹脂のみならずベースガラスとカバーガラスとの間隙内に充填する樹脂にも混入することによってシール樹脂が塗布されるベースガラス及びカバーガラスの周辺部のみならず、シールパターンの内部領域において基板のギャップを制御することができるとも考えられるが、ギャップ制御材を混入した樹脂をベースガラスとカバーガラスとの間隙内に充填すると、ギャップ制御材が有効部分に入り込む恐れがあるのに対して、本発明を適用した光学素子の製造方法の一例では、有効部分の周辺部に凸部を形成しているために、上記した様な不具合は生じることなく基板間のギャップを制御することができる。
【００３２】
また、予め脱泡処理を施した樹脂を多段階昇圧方式を採用して充填することによって気泡の混入が少なく、高品質で一様な光学素子を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べてきた如く、本発明の光学素子の製造方法では、基板間のギャップを高精度に制御することが可能となり、歩留り及び品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光学素子の製造方法の工程の一例を説明するための模式的な図である。
【図２】マイクロレンズアレイの形状を説明するための模式的な断面図である。
【図３】真空チャンバを説明するための模式的な図である。
【図４】光学素子の断面概略図（１）である。
【図５】光学素子の断面概略図（２）である。
【図６】プロセスフロー概略図である。
【符号の説明】
１    有効部分
２    ベースガラス
３    突起部
４    有機体（１）
５    有機体（２）
６    開口部
７    シール樹脂
８    カバーガラス
９    アライメントマーク
１０    樹脂
１１    真空チャンバ
１２    真空ポンプ
１３    セル
１４    樹脂ポート
１５    昇降機
１６    樹脂（ｃ）
１７    樹脂（ｄ）
１８    無機体
１９    樹脂（ｅ）
２０    樹脂（ｆ）
【図１】
2005001313.tif 000003
【図２】
2005001313.tif 000004
【図３】
2005001313.tif 000005
【図４】
2005001313.tif 000006
【図５】
2005001313.tif 000007
【図６】
2005001313.tif 000008