(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性基の導入量のみが異なる２種以上の樹脂を用いて、基板上に所望の形状で親水性の異なるパターン領域を２種以上有する樹脂層を形成する第１の工程と、
所定の親水性を有するパターン形成用の組成物を前記各パターン領域を覆うように塗布し、該塗布膜を加熱して流動させることにより、前記塗布膜と前記各パターン領域との親水性の程度差に応じてパターン領域毎に塗布膜を所望の厚みにした後、前記塗布膜を硬化させて凹凸パターンを形成する第２の工程、を有することを特徴とする凹凸パターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は凹凸パターンの形成方法に係り、特に２種以上の厚みを有する凹凸パターンを簡便に形成するための形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上に凹凸パターンを形成したものとして、例えば、基板上にマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレーが従来から知られている。マイクロレンズアレーは、近年普及しているバックライト方式のカラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）において、照明用光源からの光を効率良く画素部に集光するための手段として使用されている（特開昭６０−１６５６２３号等）。また、ＣＣＤ等を使用したカラーイメージセンサーにおいて、有効開口率を上げるために各受光セルに対応して受光面に配設され使用されている（特開昭６１−６７００３号）。さらに、近年、光通信等で使用が増大している光ファイバにおいても、光の結合を行う場合にマイクロレンズが組み合わされて使用されている（特開昭６１−１５３６０２号）。
【０００３】
また、カラー液晶ディスプレイに使用されるカラーフィルタにおいても液晶層の厚みを最適なものとするために凹凸パターンの形成が行われている。これは、カラー液晶ディスプレイでは、本来、液晶層の厚みにムラがあると、輝度ムラ、色ムラが生じ、表示品質を著しく損なうことになるので、液晶層の厚みはできる限り均一であることが望ましいが、カラーフィルタの画素の色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）によって光透過率が異なるため、画素の色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応して液晶層の厚みを最適化することが要求されるためである。そして、カラーフィルタを構成する着色層を凹凸パターンとして形成して各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）毎の厚みに変化をもたせたり、着色層上に設ける保護膜を凹凸パターンとして形成して各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応した厚みを持たせることによって、液晶層の厚みの制御が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、基板の一方の面に凹凸パターンであるマイクロレンズを形成してマイクロレンズアレーとするには、▲１▼金型によってプラスチックあるいはガラスの表面をレンズ状の凹凸に成型する方法、▲２▼熱可塑性樹脂を用いてレンズの平面形状にパターン化し、その後、熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱して流動させることによりパターンエッジにダレを生じさせて凸レンズを形成する方法（特開昭６０−３８９８９号等）、▲３▼感光性樹脂にプロキシミティ露光を施してパターンエッジにボケを生じさせ、このボケに応じて光反応生成物の量に分布をもたせて凸レンズ形状を得る方法（特開昭６１−１５３６０２号）、▲４▼感光性ガラスに対する光照射によって生じる結晶化に伴った収縮を利用して凸レンズを形成する方法（Applied Optics Vol.24,No.16,PP2520(1985)）、▲５▼感光性樹脂をアライナーを用いて所望のパターン状に露光すると、非露光部から露光部に未反応のモノマーが移動して露光部が盛り上がるという現象を利用した凸レンズ形成方法（応用物理学会光学懇話会微小光学研究グループ機関誌 Vol.5,No.2,PP118(1987),同 Vol.6,No.2,PP87(1988)）等がある。
【０００５】
しかしながら、上述のいずれの凹凸パターン形成方法も、工程が煩雑であったり、歩留りが低い等の問題があり、所望の凹凸パターンをより簡便に形成できる方法の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、所望の形状、特性を備えた凹凸パターンを簡便に形成することが可能な凹凸パターンの形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の凹凸パターンの形成方法は、親水性基の導入量のみが異なる２種以上の樹脂を用いて、基板上に所望の形状で親水性の異なるパターン領域を２種以上有する樹脂層を形成する第１の工程と、所定の親水性を有するパターン形成用の組成物を前記各パターン領域を覆うように塗布し、該塗布膜を加熱して流動させることにより、前記塗布膜と前記各パターン領域との親水性の程度差に応じてパターン領域毎に塗布膜を所望の厚みにした後、前記塗布膜を硬化させて凹凸パターンを形成する第２の工程、を有するような構成とした。
【０００８】
このような本発明では、塗布膜が、基板上の２種以上のパターン領域が有する親水性の程度に応じた表面張力の差により厚みに変化を生じ、その後、この塗布膜を硬化させることによって所望の凹凸形状を有するパターンが形成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明の凹凸パターンの形成方法の一実施形態を示す工程図である。
【００１１】
本発明の凹凸パターンの形成方法では、まず、第１の工程として、基板２上に樹脂層３を形成する（図１（Ａ））。この樹脂層３は、所定の親水性を備えるパターン領域３ａと、このパターン領域３ａとは親水性が異なるパターン領域３ｂの２種の領域からなり、パターン領域３ａおよびパターン領域３ｂは、それぞれ所望の形状に形成されている。
【００１２】
このような樹脂層３は、例えば、公知のポジ型あるいはネガ型の感光性樹脂組成物を基板２上に塗布し、所定のフォトマスクを介して露光し現像することにより形成することができる。
【００１３】
また、樹脂層３の各パターン領域３ａ、３ｂの親水性は、後述のパターン形成用の組成物からなる塗布膜の表面の親水性、各パターン領域３ａ、３ｂ上に形成する凹凸パターンの厚み等を考慮して設定することができる。例えば、各パターン領域３ａ、３ｂの親水性と塗布膜の親水性を、▲１▼塗布膜＞３ａ＞３ｂの順、あるいは、▲２▼塗布膜＜３ａ＜３ｂの順とすることができる。樹脂層３の各パターン領域３ａ、３ｂの親水性の制御は、例えば、樹脂層３の形成に使用する樹脂成分に導入するカルボキシル基、水酸基、アルキル基等の導入基の量を適宜変える方法、表面に対して選択的に酸処理、紫外線／オゾン（ＵＶ／Ｏ3 ）処理、あるいは界面活性剤処理等を施す方法等により行うことができる。
【００１４】
上述のような樹脂層３を形成する基板２は、凹凸パターンの使用目的等に応じて任意に選択することができる。例えば、凹凸パターンの使用目的がマイクロレンズアレーの場合、基板２は、ガラス基板、石英基板、エンジニアリング用プラスチック基板等を使用できる。また、凹凸パターンの使用目的がカラーフィルタの場合、基板２としては、石英ガラス、パイレックスガラス、合成石英板等の可撓性のないリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有するフレキシブル材を用いることができる。
【００１５】
次に、第２の工程として、まず、樹脂層３を覆うようにパターン形成用の組成物を用いて塗布膜４を形成する（図１（Ｂ））。パターン形成用の組成物としては、例えば、感光性アクリル樹脂、感光性エポキシ樹脂、感光性ウレタン樹脂、スチルバゾリウムキノリウム基を導入したポリビニルアルコール樹脂等の感光性樹脂の１種または２種以上を使用し、これに硬化剤、溶剤等を適宜添加したものを使用することができる。尚、使用する感光性樹脂は、水酸基に適宜カルボキシル基等を反応させる方法等によって所望の親水性を具備させたものを使用することができる。
【００１６】
この段階の塗布膜４の厚みは均一であり、各パターン領域３ａ、３ｂ毎に所定の厚みをもって形成される凹凸パターンの最終形状等を考慮して塗布膜４の厚みを設定することができ、例えば、０．５〜５．０μｍ程度の範囲で設定することができる。
【００１７】
上述のように形成した塗布膜４は、溶剤を除去することによってある程度の形状安定性を付与した後、樹脂層３の各パターン領域３ａ、３ｂが有する親水性と塗布膜４が有する親水性との関係から塗布膜４に作用する表面張力の差によって、塗布膜４が流動するような温度に加熱される。この加熱温度は、樹脂層３の各パターン領域３ａ、３ｂの親水性と塗布膜４の親水性、および、塗布膜４を構成する樹脂成分等を考慮して設定することができ、例えば、７０〜１５０℃程度の範囲で設定することができる。尚、使用するパターン形成用の組成物によっては、塗布膜４を形成した後、乾燥工程を経ることなく所定の温度に加熱して塗布膜４の流動を生じさせてもよい。
【００１８】
上述のような操作により、塗布膜４は樹脂層３の各パターン領域３ａ、３ｂ毎に所定の厚みをもつことになる（図１（Ｃ））。図示例では、樹脂層３のパターン領域３ａ上の塗布膜４ａの厚みが、パターン領域３ｂ上の塗布膜４ｂの厚みよりも大きくなっている。
【００１９】
次に、塗布膜４を冷却し、必要に応じて所定のフォトマスクを介しての露光・現像等により塗布膜４を硬化させて、樹脂層３の各パターン領域３ａ、３ｂ上に凹凸パターン５を形成する。形成された凹凸パターン５は、樹脂層３のパターン領域３ａに対応する厚みの大きい箇所と、樹脂層３のパターン領域３ｂに対応する厚みの小さい箇所の２種の厚みを有するように構成されている。
【００２０】
上述の実施形態では、基板２上に樹脂層３を設け、この樹脂層３の各パターン領域３ａ、３ｂの親水性と、パターン形成用の組成物を用いて形成した塗布膜４の親水性との関係から塗布膜４に作用する表面張力の差によって塗布膜４を流動させて膜厚差を生じさせているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図２に示すように、基板２の表面を処理することによって、基板２上に所定の親水性を備えるパターン領域２ａと、このパターン領域２ａとは親水性が異なるパターン領域２ｂの２種の所望のパターン領域を形成し、上述の実施形態における樹脂層３の各パターン領域３ａ、３ｂの代わりに、基板２上の各パターン領域２ａ、２ｂを使用して基板上に直接凹凸パターンを形成することもできる。この場合、例えば、基板２として、ガラス基板、石英ガラス基板、エンジニアリング用プラスチック基板等の基板を使用し、所望の親水性を付与するための表面処理として、表面に対して選択的に酸処理、紫外線／オゾン（ＵＶ／Ｏ3 ）処理、界面活性剤処理等を行うことができる。尚、基板２の有する親水性を利用し、基板２の表面を所望の形状で残してパターン領域としてもよいことは勿論である。
【００２１】
また、図１に示される上述の実施形態では、形成された凹凸パターン５は、樹脂層３のパターン領域３ａに対応する厚みの大きい箇所と、樹脂層３のパターン領域３ｂに対応する厚みの小さい箇所の２種の厚みを有するものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。ここで、図３を参照して３種の厚みを有する凹凸パターンの形成方法の一例を説明する。まず、基板１２上に親水性の異なる３種のパターン領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃからなる樹脂層１３を形成する（図３（Ａ））。この樹脂層１３の形成は、上述の実施形態の樹脂層３と同様にして行うことができる。次に、この樹脂層１３上にパターン形成用の組成物を塗布して塗布膜１４を形成する。この場合、例えば、樹脂層１３の各パターン領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃの親水性と塗布膜１４の親水性を、▲１▼１３ａ＞１３ｂ＞１３ｃ＞塗布膜１４の順、あるいは、▲２▼１３ａ＜１３ｂ＜１３ｃ＜塗布膜１４の順とすることができる。そして、塗布膜１４の親水性と樹脂層１３の各パターン領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃが有する親水性との関係から塗布膜に作用する表面張力の差によって膜厚差を生じさせる（図３（Ｂ））。図示例では、樹脂層１３のパターン領域１３ａ上の塗布膜１４ａの厚みが最も小さく、パターン領域１３ｂ上の塗布膜１４ｂ、パターン領域１３ｃ上の塗布膜１４ｃの順に厚みが大きくなっている。その後、塗布膜１４を硬化させて、樹脂層１３の各パターン領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ上に凹凸パターン１５を形成することができる（図３（Ｃ））。形成された凹凸パターン１５は、樹脂層１３のパターン領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃの親水性に対応する３種の厚みを有するものとなっている。
【００２２】
本発明では、基板上に所望の形状で設ける２種以上のパターン領域の親水性と、パターン形成用の組成物を用いて形成する塗布膜の親水性との関係から塗布膜に作用する表面張力の差によって塗布膜に膜厚差を生じさせるので、親水性の程度の差、塗布膜の流動性等を適宜調整することによってパターンの凹凸形状は任意に設定することができる。
【００２３】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【００２４】
まず、下記組成の２種の感光性樹脂組成物Ａ、Ｂを調製した。これらの感光性樹脂組成物は、使用する感光性樹脂の水酸基をカルボキシル基に交換することによって所定の親水性が付与されている。
【００２５】
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また、パターン形成用の組成物として、下記組成の組成物Ｃを調製した。
【００２６】
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上述の感光性樹脂組成物Ａ、Ｂおよびパターン形成用の組成物Ｃの親水性の程度は、Ｃ＜Ａ＜Ｂの順となっている。
【００２７】
次に、レンズ用基板として１０ｃｍ角の石英ガラス基板（厚み１．１ｍｍ、屈折率１．４６）を準備し、このレンズ用基板上に感光性樹脂組成物Ａをスピンコート法（回転数８００r.p.m.）により塗布して乾燥し、所定の開口を有するフォトマスクを介して露光・現像し、５０μｍ×５０μｍのパターンＡ（厚み１．０μｍ）を６０μｍピッチで形成した。同様にして、感光性樹脂組成物Ｂを用いて、パターンＡの形成されていない領域にパターンＢを形成した（図１（Ａ）に相当）。
【００２８】
次いで、パターンＡとパターンＢからなる樹脂層を形成したレンズ用基板上に上記のパターン形成用の組成物Ｃをスピンコート法（回転数７００r.p.m.）により塗布し、７０℃で２分間乾燥して塗布膜を形成した（図１（Ｂ）に相当）。その後、レンズ用基板を１２０℃に５分間保持し、樹脂層のパターンＡ、パターンＢが有する親水性と塗布膜が有する親水性との関係から塗布膜に作用する表面張力の差によって塗布膜を流動させ膜厚差を発生させた（図１（Ｃ）に相当）。
【００２９】
次に、レンズ用基板を室温まで冷却した後、フォトマスクを使用したアライナーにより３．０ｋＷの超高圧水銀ランプを用いて樹脂層の形成領域およびその周辺部の塗布膜に紫外線を１０秒間照射した。その後、０．０５％水酸化カリウム水溶液（液温２３℃）に１分間浸漬してアルカリ現像を行い、塗布膜の未硬化部分を除去し、更に、１８０℃で６０分間の熱処理を行って凹凸パターンを形成した（図１（Ｄ）に相当）。これにより、約５５μｍ角、焦点距離１５０μｍのマイクロレンズが複数配列されたマイクロレンズアレーが得られた。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば第１の工程において基板上に所望の形状で親水性の異なるパターン領域を２種以上形成し、第２の工程において、まず、形成されたパターン領域を覆うようにパターン形成用の組成物を用いて塗布膜を形成するので、形成された塗布膜が上記の各パターン領域が有する親水性の程度に応じて厚みに変化を生じ、その後、この塗布膜を硬化させて凹凸パターンを形成するので、形成された凹凸パターンは、上記パターン領域毎に所望の厚みを有するものとなり、これにより、所望の凹凸形状を有するパターンを簡便に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の凹凸パターンの形成方法の一実施形態を示す工程図である。
【図２】本発明の凹凸パターンの形成方法の他の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の凹凸パターンの形成方法の他の実施形態を示す工程図である。
【符号の説明】
２，１２…基板
３，１３…樹脂層
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…親水性の異なるパターン領域
４，１４…塗布膜
５，１５…凹凸パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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