(57)【要約】【課題】フォトマスクを用いて露光する際に、フォトマスク形状に高精細に対応した露光を実現できる感光性ガラスペーストを提供すること。【解決手段】本発明にかかる感光性ガラスペーストは、ガラス粉末および感光性樹脂を包含し、ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下である。例えば、この感光性ガラスペーストを透明基板上に塗布し、塗布後の感光性ガラスペーストを、グレイスケールフォトマスクを介して露光し、現像することによりマイクロレンズ形状が形成されたレンズ形成層を形成し、レンズ形成層を焼成することによりマイクロレンズを形成して、マイクロレンズアレイ基板を得る。【選択図】図１
2007183364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス粉末および感光性樹脂を包含する感光性ガラスペーストであって、
上記ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、上記感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とする感光性ガラスペースト。
【請求項２】
透明基板と、上記透明基板上に形成された光学機能部を備えた光学部品のうち、上記光学機能部を形成するために用いられる感光性ガラスペーストであって、
上記ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、上記感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とする感光性ガラスペースト。
【請求項３】
透明基板と、上記透明基板上に形成され、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを備えたマイクロレンズアレイ基板のうち、上記マイクロレンズアレイを形成するために用いられる感光性ガラスペーストであって、
上記ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、上記感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とする感光性ガラスペースト。
【請求項４】
上記ガラス粉末のメジアン径は２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の感光性ガラスペースト。
【請求項５】
上記ガラス粉末のガラス転移点は３００℃以上５５０℃以下であり、且つ、軟化点が４００℃以上６７０℃以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の感光性ガラスペースト。
【請求項６】
上記感光性樹脂は、ネガ型の感光性物質であることを特徴とする請求項２または３に記載の感光性ガラスペースト。
【請求項７】
透明基板と、上記透明基板上に形成された光学機能部を備えた光学部品の製造方法であって、
上記透明基板上に感光性ガラスペーストを塗布するステップと、
上記塗布後の感光性ガラスペーストを、フォトマスクを介して露光し、現像することにより光学機能を生じさせる形状が形成された光学機能形成層を形成するステップと、
上記光学機能形成層を焼成することにより光学機能部を形成するステップとを備え、
上記感光性ガラスペーストは、ガラス粉末および感光性樹脂を包含し、上記ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、上記感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とする光学部品の製造方法。
【請求項８】
上記ガラス粉末のメジアン径は２μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の光学部品の製造方法。
【請求項９】
上記ガラス粉末のガラス転移点は３００℃以上５５０℃以下であり、且つ、軟化点が４００℃以上６７０℃以下であることを特徴とする請求項７に記載の光学部品の製造方法。
【請求項１０】
上記感光性樹脂は、ネガ型の感光性物質であることを特徴とする請求項７に記載の光学部品の製造方法。
【請求項１１】
透明基板と、上記透明基板上に形成され、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを備えたマイクロレンズアレイ基板の製造方法であって、
上記透明基板上に感光性ガラスペーストを塗布するステップと、
上記塗布後の感光性ガラスペーストを、グレイスケールフォトマスクを介して露光し、現像することによりマイクロレンズ形状が形成されたレンズ形成層を形成するステップと、
上記レンズ形成層を焼成することによりマイクロレンズを形成するステップとを備え、
上記感光性ガラスペーストは、ガラス粉末および感光性樹脂を包含し、上記ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、上記感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項１２】
上記ガラス粉末のメジアン径は２μｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項１３】
上記ガラス粉末のガラス転移点は３００℃以上５５０℃以下であり、且つ、軟化点が４００℃以上６７０℃以下であることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項１４】
上記感光性樹脂は、ネガ型の感光性物質であることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光性ガラスペースト、光学部品の製造方法およびマイクロレンズアレイ基板の製造方法に関し、特に、ガラス粉末および感光性樹脂を包含する感光性ガラスペースト、この感光性ガラスペーストを用いた光学部品の製造方法およびマイクロレンズアレイ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置において、高輝度化及び高視野角化を達成するためにマイクロレンズアレイを用いた技術が提案されている。この技術によれば、透明基板の背面側にマイクロレンズアレイを形成することによって、バックライト光を透明基板に形成されたＴＦＴ素子やブラックマトリクスを避けるように集光させることができ、光の利用効率を高め、高輝度化を達成することが可能となる。
【０００３】
特許文献１には、ガラス基板上に、ガラスよりなるマイクロレンズアレイを形成する方法が開示されている。特許文献１に記載された方法では、ガラス粉末と感光性樹脂からなる感光性ガラスペーストの膜を基板上に形成し、フォトマスクを用いて露光し、露光後に現像・熱処理を行うことによってマイクロレンズアレイを形成している。
【特許文献１】特開平８−１６６５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された製造方法により透明基板上にマイクロレンズアレイを形成した場合、フォトマスクを用いた露光工程において、露光光が基板上に形成された感光性ガラスペーストの膜内で拡散され、フォトマスク形状に高精細に対応したレンズ形成ができないという問題が生じた。ここで、露光光が感光性ガラスペーストの膜内で拡散する原因として、主に感光性ガラスペースト内に生じる微小空隙や、感光性ガラスペースト中の感光性樹脂とガラス粉末との界面で、露光光が散乱することが考えられる。微小空隙は、ガラス粉末と感光性樹脂の配合比率やガラス粉末の粒度などにより変化することがわかっている。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、フォトマスクを用いて露光する際に、フォトマスク形状に高精細に対応した露光を実現できる感光性ガラスペースト、光学部品の製造方法およびマイクロレンズアレイ基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、上記目的に適う感光性ガラスペーストを得るべく鋭意研究を重ねた結果、ガラスの組成に工夫を凝らすと共に、適切なガラス粉末の粒度およびガラス薄膜の適切なヘイズ値を選定することにより、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明にかかる感光性ガラスペーストは、ガラス粉末および感光性樹脂を包含する感光性ガラスペーストであって、ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とするものである。このような構成にすることにより、フォトマスクを用いて露光する際に、フォトマスク形状に高精細に対応した露光を実現できる。
【０００８】
また、本発明にかかる感光性ガラスペーストは、透明基板と、透明基板上に形成された光学機能部を備えた光学部品のうち、光学機能部を形成するために用いられる感光性ガラスペーストであって、ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とするものである。このような構成にすることにより、フォトマスクを用いて露光する際に、フォトマスク形状に高精細に対応した露光を実現できる。
【０００９】
また、本発明にかかる感光性ガラスペーストは、透明基板と、透明基板上に形成され、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを備えたマイクロレンズアレイ基板のうち、マイクロレンズアレイを形成するために用いられる感光性ガラスペーストであって、ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とするものである。このような構成にすることにより、フォトマスクを用いて露光する際に、フォトマスク形状に高精細に対応した露光を実現できる。
【００１０】
ここで、ガラス粉末のメジアン径は２μｍ以下であることが好ましい。また、ガラス粉末のガラス転移点は３００℃以上５５０℃以下であり、且つ、軟化点が４００℃以上６７０℃以下であることが好ましい。また、感光性樹脂は、ネガ型の感光性樹脂であることが好ましい。
【００１１】
本発明にかかる光学部品の製造方法は、透明基板と、透明基板上に形成された光学機能部を備えた光学部品の製造方法であって、透明基板上に感光性ガラスペーストを塗布するステップと、塗布後の感光性ガラスペーストを、フォトマスクを介して露光し、現像することにより光学機能を生じさせる形状が形成された光学機能形成層を形成するステップと、光学機能形成層を焼成することにより光学機能部を形成するステップとを備え、感光性ガラスペーストは、ガラス粉末および感光性樹脂を包含し、ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とするものである。このような方法を用いることにより、フォトマスクを用いて露光する際に、フォトマスク形状に高精細に対応した露光を実現できる。ここで、ガラス粉末のメジアン径は２μｍ以下であることが好ましい。また、ガラス粉末のガラス転移点は３００℃以上５５０℃以下であり、且つ、軟化点が４００℃以上６７０℃以下であることが好ましい。また、感光性樹脂は、ネガ型の感光性樹脂であることが好ましい。
【００１２】
本発明にかかるマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、透明基板と、透明基板上に形成され、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを備えたマイクロレンズアレイ基板の製造方法であって、透明基板上に感光性ガラスペーストを塗布するステップと、塗布後の感光性ガラスペーストを、グレイスケールフォトマスクを介して露光し、現像することによりマイクロレンズ形状が形成されたレンズ形成層を形成するステップと、レンズ形成層を焼成することによりマイクロレンズを形成するステップとを備え、感光性ガラスペーストは、ガラス粉末および感光性樹脂を包含し、ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であることを特徴とするものである。このような方法を用いることにより、フォトマスクを用いて露光する際に、フォトマスク形状に高精細に対応した露光を実現できる。また、ガラス粉末のガラス転移点は３００℃以上５５０℃以下であり、且つ、軟化点が４００℃以上６７０℃以下であることが好ましい。また、感光性樹脂は、ネガ型の感光性樹脂であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フォトマスクを用いて露光する際に、フォトマスク形状に高精細に対応した露光を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
発明の実施の形態．
本発明の実施の形態にかかる感光性ガラスペーストは、ガラス粉末および感光性樹脂を包含する感光性ガラスペーストである。また、本発明の実施の形態にかかる感光性ガラスペーストに包含されるガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、上記感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下である。また、好ましくは、本発明の実施の形態にかかる感光性ガラスペーストに包含されるガラス粉末のメジアン径は２μｍ以下とする。
このような感光性ガラスペーストを用いることにより、フォトマスクを用いて露光する際に、フォトマスク形状に高精細に対応した露光を実現できる。
【００１５】
ここで、メジアン径とは、ガラス粉末の粒度を示す一態様であって、体積基準メジアン径ともいう。メジアン径は、ガラス粉末の粒子群の粒子について、粒子径の小さい方から順に体積を積算し、積算体積が全体積の半分になったときの粒子の粒子径を意味し、慣用的にＤ５０などの記号を用いて表示されている。
【００１６】
発明者等は、次に説明するように、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイ基板を製造するのに、適切なガラス粉末の粒度およびガラス薄膜の適切なヘイズ値を選定するに至った。
図１は、マイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
まず、図１（ａ）に示されるように、ガラス製の透明基板１０２を用意した。透明基板１０２は、矩形状の薄板により形成されている。ここで、透明基板１０２は、ガラス中にアルカリ金属酸化物が含有されていると、熱処理時に成膜された半導体物質中にアルカリイオンが拡散し、膜特性の劣化を招くため、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないことが好ましい。
【００１７】
また、透明基板１０２は、フォトエッチング工程において使用される種々の酸、アルカリ等の薬品によって劣化しないような耐薬品性を有することが望ましい。さらに、成膜等の液晶製造工程でガラス基板１０２が熱収縮してパターンずれを起こさないように、高い歪点、具体的には、６００℃以上の歪点を有することが望ましい。さらにまた、ガラス中に基板として好ましくない溶融欠陥が発生しないよう溶融性に優れていることが好ましい。透明基板１０２の熱膨張係数は、ガラス材料の種類によって異なるが、例えば、３０×１０−７（／℃）以上５０×１０−７（／℃）以下とする。なお、図１に示す例では、透明基板１０２の板厚を５００μｍとした。
【００１８】
次に、図１（ｂ）に示されるように、この透明基板１０２の片面の全域に亘って、ガラス粉末および感光性樹脂を包含する感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥することによって、感光性ガラスペーストの薄膜からなるレンズ形成層２０を形成した。感光性ガラスペーストの塗布方法には、スピンコートやスリットコートがある。
【００１９】
ここで、ガラス粉末のメジアン径および感光性ガラスペースト中のガラス粉末の配合比を変えた複数種類の感光性ガラスペーストを用いて、レンズ形成層２０が形成された透明基板１０２の試料を複数個作製した。
このときの各試料のレンズ形成層２０の膜厚は１００μｍとなるようにした。レンズ形成層２０の膜厚を１００μｍとすることにより、最大レンズ径１５０μｍのマイクロレンズに対応したマイクロアレイを作製することができる。
【００２０】
上述の通り、感光性ガラスペーストはガラス粉末（ガラスパウダー）と感光性樹脂（レジスト）を主成分としている。感光性ガラスペーストを作成するためには、まず、ガラスブロックを粉砕し、１０μｍ前後以下に微粒子化して、ガラス粉末を作製した。このとき、メジアン径０．５μｍ〜１０．２μｍの範囲でメジアン径を変えたものを複数種類作製した。なお、ガラス粉末の粒径の測定は、大塚電子株式会社製粒径アナライザーＦＰＡＲ−１０００を用い、ガラス粉末５％の希釈液を動的光散乱法により算出することにより行った。その後、シラン処理を行い、ガラス粉末と感光性樹脂を混錬し、ガラス粉末を感光性樹脂中に分散させた。このとき、感光性ガラスペースト中のガラス粉末の配合比を変えたものを複数種類作製した。これにより感光性ガラスペーストを作成できる。
【００２１】
ここで、感光性樹脂は紫外線硬化性樹脂が好ましい。感光性樹脂として、有機溶媒、アルカリ溶液、水のいずれかで現像できることが好ましい。紫外線硬化性樹脂としては、少なくとも側鎖にカルボキシル基とエチレン性不飽和基を有するアクリル系共重合体と光反応性化合物を含むものであることが好ましい。側鎖にカルボキシル基とエチレン性不飽和基を有するアクリル系共重合体は、ポリマーバインダー成分であり、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物を共重合させて形成したアクリル系共重合体にエチレン性不飽和基を側鎖に付加させることによって製造できる。
【００２２】
また、不飽和カルボン酸は、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸およびこれらの酸無水物などである。エチレン性不飽和化合物は、例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート等である。側鎖のエチレン不飽和基としてはビニル基、アリル基、アクリル基のようなものがある。
【００２３】
グリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物としては、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。感光性ガラスペーストに含まれる感光性樹脂には、ポリマーバインダー成分として上記のアクリル系共重合体以外の感光性ポリマーや非感光性ポリマーを併用することもできる。
【００２４】
感光性ポリマーとしては、光不溶化型のものと光可溶化型のものがあり、光不溶化型のものとしては、１分子に不飽和基などを１つ以上有する官能性モノマーやオリゴマーを適当なポリマーバインダーと混合したもの、芳香族ジアゾ化合物、芳香族アジド化合物、有機ハロゲン化合物などの感光性化合物を適当なポリマーバインダーに混合したもの、既存の高分子に感光性の基をペンダントすることにより得られる感光性高分子あるいはそれを改質したもの、ジアゾ系アミンとホルムアルデヒドとの縮合物などのいわゆるジアゾ樹脂などが挙げられる。また光可溶化型のものとして、ジアゾ化合物の無機塩や有機酸とのコンプレックス、キノンジアジド類などを適当なポリマーバインダーと混合したもの、キノンジアゾ類を適当なポリマーバインダーと結合させた、例えばフェノール、ノボラック樹脂のナフトキノン−１，２−ジアジド−５−スルホン酸エステルなどが挙げられる。
【００２５】
非感光性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、メタクリル酸エステル重合体、アクリル酸エステル重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体、α−メチルスチレン重合体などが挙げられる。
【００２６】
光反応性化合物としては、公知の光反応性を有する炭素−炭素不飽和結合を含有するモノマー、オリゴマーを用いることができる。例えば、光反応性化合物には、アリルアクリレート、ベンジルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、ブトキシトリエチレングリコールアクリレートなどがある。またオリゴマーの代表例としてはポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレートなどが挙げられる。
【００２７】
紫外線硬化性樹脂に使用される光重合開始剤には、例えば、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４，４−ビス（ジメチルアミン）ベンゾフェノン、４，４−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４−ジクロロベンゾフェノンなどの還元剤の組み合わせなどがある。
【００２８】
なお、図１で示す例では、感光性ガラスペースト中の感光性樹脂には、感光部分が硬化する、いわゆるネガ型フォトレジストを用いている。ポジ型フォトレジストと比較すると、ネガ型フォトレジストの方が、多角形からなるマイクロレンズを形成する上で好適である。すなわち、ポジ型フォトレジストを使用した場合には、１５０℃近辺で軟化して流動性が高くなり、溶融したポジ型フォトレジストの表面張力により、形成されたレンズ形状がくずれてくる問題が生じた。
【００２９】
特に、多角形状のレンズを形成する場合、多角形の対辺間の曲率と、多角形の対角線方向の曲率との間で差が生じ、光学特性が良好なレンズ形状を得ることができないという欠点を有する。一方、ネガ型フォトレジストは、ポジ型フォトレジストと異なり、光硬化性を有するため、高温になっても流動性はほとんどなく、レンズ形状が崩れることなく、フォトレジスト樹脂が炭化され、更に焼失される。このため、ポジ型フォトレジストと比べて、ネガ型フォトレジストを使用した場合の方が、光学特性が良好なレンズ形状を得ることができる。
【００３０】
また、図１に示す例では、感光性ガラスペースト中のガラス粉末の光屈折率を１．７１、感光性樹脂の光屈折率を１．６０とした。このときの光屈折率差は０．１１である。ここで、感光性ガラスペースト中のガラス粉末と感光性樹脂との光屈折率差が小さいほど、ガラス粒子と感光性樹脂の界面で生じる露光光の散乱は小さくなり、ヘイズ値も小さくなり、フォトマスク形状に更に高精細に対応した露光を実現できることが確認されている。
【００３１】
一方、感光性ガラスペースト中のガラス粉末と感光性樹脂との光屈折率差が小さくても、感光性ガラスペースト中のガラス粉末の配合比率が高いと、透明基板上に形成した感光性ガラスペーストの乾燥後の薄膜中に微細な空孔が形成されてしまうことから、露光光の散乱が生じ、ヘイズ値が大きくなる傾向にある。従って、感光性ガラスペースト中のガラス粉末の配合比率は、ガラス粉末の粒子サイズに見合った配合比率とする必要がある。
【００３２】
なお、感光性ガラスペースト中のガラス粉末の配合比率が低い場合、露光した後の焼成後における感光性ガラスペーストの収縮率が大きくなる。これに対しては、予め、グレイスケールフォトマスクの透過率パターンを感光性ガラスペーストの収縮に応じて調整することにより、焼成後に所望のレンズ形状を得ることができる。従って、感光性ガラスペースト中のガラス粉末の配合比率は低くても構わない。
【００３３】
また、図１に示す例では、感光性ガラスペースト中のガラス粉末には、転移点４９５℃、軟化点５６５℃のガラス粉末を用いた。一般に、転移点および軟化点が高い方が感光性ガラスペースト中の感光性樹脂を焼失し易く、露光後に焼成した後に形成されるマイクロレンズアレイの耐熱性も高いことが知られている。一方、ガラス粉末の転移点および軟化点をあまりに高くすると、ガラス製の透明基板１０２に変形が生じてしまう恐れがある。このため、ガラス製の透明基板１０２の歪点が一般的に６００℃弱〜約６６５℃であることを考慮して、感光性ガラスペースト中のガラス粉末の転移点を３００℃以上５５０℃以下とし、軟化点を４００℃以上６７０℃以下としている。
【００３４】
次に、ガラス基板上に形成された１００μｍ厚の感光性ガラスペーストの薄膜のヘイズ値を日本工業規格（ＪＩＳ  Ｋ７１０５）に準拠して測定した。ここで、ヘイズ値とは、曇価とも呼ばれ、曇り具合、拡散度合いを表す。
次に、図１（ｃ）に示されるように、レンズ形成層２０を形成した面の反対側に、グレイスケールフォトマスク３０を配置して、レンズ形成層２０を露光する。このとき、グレイスケールフォトマスク３０側から照射された露光光は、グレイスケールフォトマスク３０のレンズ形成用領域によって強度変調が加えられる。
【００３５】
詳細には、レンズ形成用領域の中心部を最大として同心円状に露光強度が減少するように、強度変調が加えられる。グレイスケールフォトマスク３０のレンズ形成用領域によって強度変調の加えられた露光光によって、レンズ形成層２０はレンズ形状に硬化する。
次に、図１（ｄ）に示されるように、レンズ形成層２０の露光が完了した後、レンズ形成層２０を現像することによって未硬化部分を除去する。
さらに、図１（ｅ）に示されるように、ガラスの軟化温度以上の温度で熱処理（焼成）を行った後に徐冷をして、複数のマイクロレンズ２００ａを形成する。焼成工程で感光性樹脂は焼失するので、複数のマイクロレンズ２００ａからなるマイクロレンズアレイ２００はガラスのみの成分で形成される。
【００３６】
このとき、隣接するマイクロレンズ２００ａの間は、このマイクロレンズ２００ａを形成するガラス材料により連成されており、連成部２００ｂが形成されている。ここで、図１（ｄ）と図１（ｅ）とを対比すると、焼成により、レンズ形成層２０がレンズ高さ方向（光軸方向）に収縮しているのがわかる。このとき、マイクロレンズアレイ２００の平面方向（レンズの配列方向）に収縮する力が発生しているが、隣接するレンズは連成部２００ｂにおいて連成されているため、隣接するレンズ間で分離せず、レンズの配列方向の収縮力は、透明基板１０２にレンズの配列方向と平行方向に生じた反力によって緩和される。そのため、レンズの外周部において上方（透明基板１０２から離れる方向）に盛り上がらず、レンズがほぼ均一に高さ方向に収縮するため、レンズの集光特性は劣化しないと分析される。
【００３７】
次に、図１（ｅ）に示されるように、ガラスの軟化温度以上の温度で熱処理（焼成）を行った後に徐冷すると、複数のマイクロレンズ２００ａを有するマイクロレンズアレイ２００が透明基板１０２上に形成される。そして、透明基板１０２と、透明基板１０２上に形成され、複数のマイクロレンズ２００ａを有するマイクロレンズアレイ２００を備えたマイクロレンズアレイ基板５００を得ることができる。ここで、マイクロレンズアレイ基板５００は光学部品であり、マイクロレンズアレイ２００は光学機能部として機能するものである。
【００３８】
次に、マイクロレンズアレイ基板５００のマイクロレンズ２００ａのレンズ形状評価を行う。
図２は、ガラス粉末のメジアン径および配合比率を変化させたときの感光性ガラスペースト薄膜のヘイズ値の測定結果とレンズ形状の評価結果をまとめた図である。具体的には、図２では、感光性ガラスペースト中のガラス粉末のメジアン径および配合比率を変化させて、ガラス透明基板１０２上に形成された１００μｍ厚の感光性ガラスペーストの薄膜（レンズ形成層２０）のヘイズ値を日本工業規格（ＪＩＳ  Ｋ７１０５）に準拠して測定した測定結果と、図１（ｅ）で焼成後に徐冷した後のマイクロレンズ２００ａの形状評価を行った評価結果とをまとめて示している。
【００３９】
ここで、レンズ形状評価では、レンズ形状が極めて良好であって、優れたレンズ機能を果たす場合に◎、レンズ形状が良好であって、レンズ機能を果たす場合に○、レンズ形状が変形するなど不良であって、レンズ機能を果たさない場合に×とした。
図２に示されるように、メジアン径（Ｄ５０）を１０．２μｍとした場合、レンズ内に空洞が生じ、レンズ形状が著しく悪かったため、レンズ形状評価で×の評価とした。また、メジアン径（Ｄ５０）５．０μｍ以下であっても、ヘイズ値が４０％以上の場合、レンズ形状に変形が生じてしまったため、レンズ形状評価で×の評価とした。
【００４０】
一方、メジアン径（Ｄ５０）５．０μｍ以下で且つヘイズ値３０％以下の場合、レンズ形状が良好でレンズ機能を十分に果たす結果を得ることができ、レンズ形状評価で○および◎とした。この中で特にメジアン径（Ｄ５０）２μｍ以下になると、レンズ形状が極めて良好であって、優れたレンズ機能を果たす結果を得ることができ、レンズ形状評価で◎とした。
以上の結果から、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイ基板を製造するのに、適切なガラス粉末の粒度およびガラス薄膜の適切なヘイズ値に関して、ガラス粉末のメジアン径（Ｄ５０）は５μｍ以下（好ましくは２μｍ以下）であり、且つ、ガラス透明基板１０２上に形成された１００μｍ厚の感光性ガラスペーストの薄膜のヘイズ値は３０％以下であることを見出した。
【００４１】
ここで、例えばヘイズ値２５％の場合について考察したところ、図１（ｃ）で示される露光工程において、露光光が感光性ガラスペーストの薄膜（レンズ形成層２０）内で散乱するのが確認されたが、グレイスケールフォトマスク３０の形状に高精細に対応したレンズ球面形状を得ることができた。また、露光後に現像した後では、レンズ形状の表面は滑らかな状態ではなかったが、焼成後においては、レンズ形状の表面は滑らかな状態となった。これは、焼成時に生じるガラスの溶融運動により、球面形状を保持したまま、レンズ形状の表面が円滑化されたためと考えられる。
【００４２】
次に、マイクロレンズアレイ基板５００の適用例について説明する。
図３は複数のマイクロレンズを有する液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。図４はマイクロレンズアレイ基板をマイクロレンズアレイ形成面側から見たときの平面図である。
マイクロレンズアレイ２００の形成には感光性ガラスペーストが用いられ、この感光性ガラスペーストには、ガラス粉末および感光性樹脂を包含し、ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であるものを用いている。
【００４３】
図３に示されるように、一対の透明基板１０１、１０２の間には、液晶層１０３の高さ（セルギャップ）を制御するためのスペーサ１１０が散布されている。透明基板１０１、１０２は、透明基板１０１、１０２の外周縁に沿って塗布されるシール材１１１により貼り合わされている。液晶表示パネル１００の両外面上には、偏光板１０９がそれぞれ取り付けられている。液晶表示パネル１００の前面側の偏光板１０９は、透明基板１０１の外面上に直接貼り付けられ、液晶表示パネル１００の背面側の偏光板１０９は、透明基板１０２の外面上に形成されたリム２０１に貼り付けられている。
【００４４】
図３に示されるように、透明基板１０１は矩形状の薄板により形成されており、透明基板１０１の材料には、透明基板１０２のようにガラスには限定されず、ガラスやポリカーボネートやアクリル樹脂などが用いられる。また、図３に示されるように、透明基板１０１の内面には、カラーフィルタ層１０４、透明電極１０６および配向膜１０７が順次積層されて形成されている。また、カラーフィルタ層１０４の各画素間には、遮光膜としてのブラックマトリックス１０５が形成されている。
【００４５】
図３に示されるように、マイクロレンズアレイ基板５００を構成する透明基板１０２の内面には、ＴＦＴ素子１０８、透明電極１０６および配向膜１０７が順次積層されて形成されている。なお、透明電極１０６の材料には、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が用いられている。配向膜１０７の材料には、例えば、ポリイミド薄膜が用いられている。
【００４６】
また、図３および図４に示されるように、マイクロレンズアレイ基板５００の透明基板１０２の外面上には、マイクロレンズアレイ２００とリム２０１とが形成されている。各マイクロレンズ２００ａは、直径数ｍｍ以下に形成されており、表示パネル１００の画素に対応して設けられている。
図４に示されるように、リム２０１は、マイクロレンズアレイ２００の外周縁に沿って、突出して枠状に形成されている。図３に示されるように、リム２０１はマイクロレンズアレイ２００の凸部頂点と同一またはそれより高く形成されている。このリム２０１は、偏光板１０９を透明基板１０２に取り付けるために設けられている。
【００４７】
なお、図４に示されるように、マイクロレンズアレイ２００のマイクロレンズ２００ａは、千鳥格子状に配列されている。このとき、隣接するマイクロレンズ２００ａは、マイクロレンズ２００ａを形成したガラス材料により連成されている。
そして、ガラス材で連成されたマイクロレンズ２００ａ間の境界部における、透明基板１０２の上面からの厚みδ（焼成後の厚み）は、０．１μｍ≦δ≦２００μｍであることが望ましい。さらに好ましい範囲は、０．５μｍ≦δ≦５０μｍであり、より好ましい範囲は１μｍ≦δ≦１０μｍである。本実施の形態におけるδは１．０μｍであった。δが２００μｍよりも大きい場合には、焼成時に境界部におけるガラス膜の応力によってひび割れを起こすことが確認された。
【００４８】
ここで、マイクロレンズアレイ２００と透明基板１０２の膨張係数は略同一であることが望ましい。具体的には、透明基板１０２の膨張係数をα１とし、マイクロレンズアレイ２００の膨張係数をα２としたとき、０．３×α１＜α２＜１．７×α１であることが好ましい。即ち、α１に対するα１とα２の差の割合が７０％以下であることが望ましい。両者の膨張係数を略同一とすることにより、熱処理によって両者間に応力が発生し、マイクロレンズアレイ２００に亀裂が生じ破損してしまうのを防止できる。
【００４９】
なお、上記実施態様では、感光性ガラスペースト中の感光性樹脂にネガ型フォトレジストを用いたが、感光部分が分解し、溶剤に対する溶解性が向上する、ポジ型フォトレジストを用いてもよい。ただし、多角形からなるマイクロレンズを形成する場合には、成形性の観点から、ネガ型フォトレジストの方が好適である。従って、特に、多角形状レンズであっても高精度を必要としない場合や円形レンズの場合には、ポジ型フォトレジストを用いてもよい。
【００５０】
図５はマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
まず、図５（ａ）に示されるように、ガラス製の透明基板１０２を用意する。次に、図５（ｂ）に示されるように、この透明基板１０２の片面の全域に亘って、感光性ガラスペーストを塗布し、成膜することによって、レンズ形成層２０ａを形成する。このとき、感光性ガラスペーストには、ガラス粉末および感光性樹脂を包含し、ガラス粉末のメジアン径は５μｍ以下であり、且つ、感光性ガラスペーストを薄膜状に塗布した後に乾燥して、膜厚１００μｍの薄膜を形成した場合、当該膜厚１００μｍの薄膜のヘイズ値が３０パーセント以下であるものを用いている。
【００５１】
次に、図５（ｃ）に示されるように、レンズ形成層２０ａの上方に、グレイスケールフォトマスク３１を配置して露光する。グレイスケールフォトマスク３１側から照射された露光光は、グレイスケールフォトマスク３１のレンズ形成用領域によって強度変調が加えられる。詳細には、レンズ形成用領域の中心部を最小として同心円状に露光強度が増加するように、強度変調が加えられる。グレイスケールマスク３１のレンズ形成用領域によって強度変調の加えられた露光光によって、レンズ形成層２０ａは、レンズ形状以外の部分が現像液により分解される。
【００５２】
次に、図５（ｄ）に示されるように、レンズ形成層２０ａの露光が完了した後、レンズ形成層２０ａを現像することによって未硬化部分を除去する。
次に、図５（ｅ）に示されるように、ガラスの軟化温度以上の温度で熱処理（焼成）を行った後に徐冷すると、複数のマイクロレンズ２００ａを有するマイクロレンズアレイ２００が透明基板１０２上に形成される。そして、透明基板１０２と、透明基板１０２上に形成され、複数のマイクロレンズ２００ａを有するマイクロレンズアレイ２００を備えたマイクロレンズアレイ基板５００を得ることができる。
【００５３】
このとき、隣接するマイクロレンズ２００ａの間は、このマイクロレンズ２００ａを形成するガラス材料により連成されており、連成部２００ｂが形成されている。なお、マイクロレンズアレイ基板５００のマイクロレンズ２００形成面と反対側の面上には、図３に示されるように、透明電極１０６、ＴＦＴ素子１０８および配向膜１０７が更に形成される。
このとき、隣接するマイクロレンズ２００ａの間は、このマイクロレンズ２００ａを形成するガラス材料により連成されており、連成部２００ｂが形成されている。
【００５４】
以上の説明は、本発明を実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。
上記実施態様におけるマイクロレンズとは、凸や凹形状の通常のレンズのみならず、シリンドリカルレンズ、フレネルレンズ、プリズムを含む概念である。
上記実施態様では、マイクロレンズアレイ基板５００は、液晶表示装置に用いる説明をしたが、これに限らず、他の用途にも用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】マイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図２】ガラス粉末のメジアン径および配合比率を変化させたときの感光性ガラスペースト薄膜のヘイズ値の測定結果とレンズ形状の評価結果をまとめた図である。
【図３】複数のマイクロレンズを有する液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】マイクロレンズアレイ基板をマイクロレンズアレイ形成面側から見たときの平面図である。
【図５】マイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
２０、２０ａ  レンズ形成層
１００  液晶表示パネル
１０１、１０２  透明基板
１０３  液晶層
１０４  カラーフィルタ層
１０５  ブラックマトリックス
１０６  透明電極
１０７  配向膜
１０８  ＴＦＴ素子
１０９  偏光板
１１０  スペーサ
１１１  シール材
２００  マイクロレンズアレイ
２００ａ  マイクロレンズ
２０１  リム
５００  マイクロレンズアレイ基板
【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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