(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基板に複数の微小な凹状部を形成する凹状部形成工程と、該凹状部形成工程によって形成された凹状部に前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する充填物質を充填してレンズ部を形成するレンズ部形成工程とを有し、
前記凹状部形成工程は、複数の微小な転写用凹状形状を有する転写層を前記基板上に形成する転写層形成工程と、該転写層の形状を基板に転写して基板に複数の微小な凹状部を形成する転写工程とを有し、
前記転写層形成工程が、マイクロレンズアレイの配列に対応して壁状物を前記基板上に形成し、前記壁状物の間に液状物を供給して転写用凹状形状を有する転写層を形成する工程を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロレンズアレイの形成方法において、前記転写層の形状を基板に転写する転写工程が、ドライエッチングにより行われることを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載のマイクロレンズアレイの形成方法において、前記転写工程におけるドライエッチングの速度が前記基板のドライエッチング速度と前記転写層のドライエッチング速度とで異なることを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの形成方法において、前記基板が、複数の微小な凹状部を形成する凹状部形成基板と、該凹状部形成基板を支持する支持基板とを有することを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの形成方法で形成されたマイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロレンズアレイの形成方法およびマイクロレンズアレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロレンズアレイは数百μｍ以下の微小なレンズが一次元もしくは二次元にアレイ状に配列したものであり、光エレクトロニクス分野において広く知られている。例えば、液晶素子の各画素に対応したマイクロレンズアレイを用いると、ブラックマトリックスによって遮光される光を各画素に集光することができ、光利用効率を向上させることができる。（ＮＩＫＫＥＩ  ＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥＳ，（１２）１２９，（１９９１），青木  正、National Technical Report,36,(3) Jun.116(1990)）。また、アレイ状に配列された光ファイバーと受光素子の結合部にマイクロレンズアレイを使用すると光受光効率を向上させることができる。
【０００３】
このようなマイクロレンズアレイは、基板上に微小な凸形状のレンズを形成するもの、イオンを含む基板を別のイオン源と接触させてイオン交換により生じた屈折率の分布によりレンズの効果を生じさせる屈折率分布型のマイクロレンズアレイ、基板に微小な凹型形状を形成し、この凹型形状内に基板より屈折率の高い充填物質を充填して凸レンズを形成する構造等が提案されている。
【０００４】
基板に微小な凹型形状を形成して凹型に基板より屈折率の高い充填物質を充填して凸レンズを形成する構造は、得られるマイクロレンズアレイの表面自体は平坦に形成できるので、反射防止膜、干渉フィルター、ピンホール等の光学素子との複合化や液晶素子との張合わせ等が容易であり、製造上で極めて有利であるという利点有している。
【０００５】
基板に微小な凹型形状を形成してこの凹部に高屈折率物質を充填して凸レンズを形成するマイクロレンズアレイの形成方法としては、ウエットエッチングによる方法が知られている。この方法はガラス等の基板に微小開口部を有するエッチングマスクを形成し、ふっ酸等のエッチング液中に浸漬し、微小開口部からエッチング液によって等方性ウエットエッチングを行い、ガラス等の基板に半球状凹型形状を形成し、次いでエッチングマスクを除去して、凹型形成部に基板より屈折率の高い充填物質を充填する方法である。なお、この充填物質としては、ポリカーボネートやアクリルスチレン共重合樹脂等の有機物が一般的に知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ウエットエッチングによるマイクロレンズアレイの形成方法では、等方性エッチングのため形成できるマイクロレンズの形状は、微小開口部の大きさで決定され、任意な形状のマイクロレンズアレイの形成は極めて困難である。また、用いる基板もエッチング液によりエッチングできる必要があり、基板を構成する材料も石英ガラス等の限られたものしか使用できない。
【０００７】
本発明は、上述したマイクロレンズアレイ形成方法およびマイクロレンズアレイの問題点に鑑みてなされたものであり、任意な形状を有するマイクロレンズアレイが形成でき、かつ用いる基板の材料も任意な材料が選択できるマイクロレンズアレイの形成方法および光学特性に優れたマイクロレンズアレイを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために第１の発明は、
透明な基板に複数の微小な凹状部を形成する凹状部形成工程と、
該凹状部形成工程によって形成された凹状部に前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する充填物質を充填してレンズ部を形成するレンズ部形成工程とを有し、
前記凹状部形成工程は、複数の微小な転写用凹状形状を有する転写層を前記基板上に形成する転写層形成工程と、該転写層の形状を基板に転写して基板に複数の微小な凹状部を形成する転写工程とを有することを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法である。
【０００９】
第２の発明は、
第１の発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法において、
前記転写層形成工程は、前記転写層を構成する転写物質層を前記基板上に形成し、該転写物質層上にマイクロレンズアレイの配列に応じた微小開口部を形成したレジストマスクを形成し、該レジストマスクを介してエッチングを行うことにより、前記転写物質層に複数の微小な転写用凹状形状を形成して転写層を得る工程を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法である。
【００１０】
第３の発明は、
第１の発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法において、
前記転写層形成工程は、マイクロレンズアレイの配列に対応して壁状物を前記基板上に形成し、前記壁状物の間に液状物を供給して転写用凹状形状を有する転写層を形成する工程を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法である。
【００１１】
第４の発明は、
第１の発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法において、
前記転写層形成工程は、前記基板上に感光性樹脂層を形成し、該感光性樹脂層に、マイクロレンズアレイ形状に対応したパターンが形成されたフォトマスクを用い、該フォトマスクと前記感光性樹脂層との間隔を２０μｍ以上離して露光、現像することにより、複数の微小な転写用凹状形状を有する転写層を形成する工程を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法である。
【００１２】
第５の発明は、
第１の発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法において、
前記転写層形成工程は、前記基板上に感光性樹脂層を形成し、該感光性樹脂層に、マイクロレンズアレイ形状に対応したパターンが形成された階調マスクを用いて露光、現像することにより、複数の微小な転写用凹状形状を有する転写層を形成する工程を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法である。
【００１３】
第６の発明は、
第５の発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法において、
前記階調マスクが微小なドットで形成されてなることを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法である。
【００１４】
第７の発明は、
第１乃至第６のいずれかの発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法において、
前記転写層の形状を基板に転写する転写工程が、ドライエッチングにより行われることを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法である。
【００１５】
第８の発明は、
第７の発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法において、
前記転写工程におけるドライエッチングの速度が前記基板のドライエッチング速度と前記転写層のドライエッチング速度とで異なることを特徴とするマイクロレンズアレイの形成方法である。
【００１６】
第９の発明は、
第１乃至第８のいずれかの発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法において、
前記基板が、複数の微小な凹状部を形成する凹状部形成基板と、該凹状部形成基板を支持する支持基板とを有することを特徴とする請求項１及至特許請求項８記載のマイクロレンズアレイの形成方法である。
【００１７】
第１０の発明は、
第１乃至第１０のいずれかの発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法で形成されたマイクロレンズアレイである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの形成方法の説明図である。この実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの形成方法は、（１）基板上に、該基板に転写する複数の微小な凹状部の形状を有する転写層を形成する転写層形成工程（図１（Ａ）参照）と、（２）この転写層の形状を基板に転写して基板に複数の微小な凹状部を形成する転写工程（図１（Ｂ）参照）と、（３）この転写工程によって形成された凹状部に基板の屈折率よりも高い屈折率を有する充填物質を充填してレンズ部を形成するレンズ部形成工程（図１（Ｃ），（Ｄ）参照）とを有する。以下、図１を参照にしながら実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの形成方法を説明する。
【００１９】
（１）転写層形成工程
この工程は、基板１０上に、該基板１０に転写する複数の微小な凹状の球面あるいは非球面形状を有する転写用凹状形状３０を有する転写層２０を形成する転写層形成工程である。
【００２０】
ここで、基板１０はマイクロレンズアレイに用いる波長に対し透明であることが必要であり、Ａｌ2 ０3 基板やＭｇＯ基板等の金属酸化物からなる基板、ＳｉＣやＳｉＮ，ＭｇＦ等のセラミック基板、シリコン基板やＧａＡｓ基板、石英ガラスやアルミナシリケートガラス等の各種ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネートやポリウレタンやエポキシ樹脂等のプラスチック基板、あるいはこれらの複合基板等が適宜選択される。
【００２１】
転写層２０は、基板１０上に転写物質層２１（図２参照）を形成し、この転写物質層２１に、転写用凹状形状３０を形成したものである。転写物質層２１は、転写用凹状形状３０を形成できるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリピニルアルコールやヒドロキシエチルセルロース等の水溶性高分子等の有機高分子、あるいはこれらの複合材料が適宜選択される。また、Ａｌ2 ０3 やＭｇＯ等の金属酸化物、ＳｉＣやＳｉＮ等のセラミック、シリコン、石英ガラスやアルミナシリケートガラス等の各種ガラス等を用いることも可能である。
【００２２】
転写物質層２１は、基板１０上の全面に形成してもよく、また、マイクロレンズアレイを形成する部位に部分的に形成してもよい。転写物質層２１の形成方法は、スクリーン印刷、スピンコート、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等公知の方法が用いられる。また、形成する転写物質層２１の厚みは、所望するマイクロレンズアレイの形状により適宜決定されるが、０．０５μｍから１００μｍ程度が好ましい。
【００２３】
転写用凹状形状３０の形成方法は、機械加工により形成する方法、凸型を有するプレス型を用いて転写層上に加圧あるいは加熱と加圧により形成する方法、光硬化性樹脂を基板上に載置し凸型を有するプレス型用いて加圧と光照射により光硬化性樹脂を硬化させて形成する方法、凸型を有する射出成形型を用い射出成形により形成する方法、あるいは、微小開口部を有するレジストマスクを用いてエッチングによって形成する方法等が用いられる。特に、微小開口部を有するレジストマスクを用いてエッチングにより形成する方法は、他の方法に比較して高精細な球面状の転写用凹状形状を効率よく形成できる優れた方法である。
【００２４】
図２は微小開口部を有するレジストマスクを用いてエッチングによって転写用凹状形状３０を形成する方法の説明図である。この方法は、まず、基板１０上に転写物質層２１を形成する。次に、この転写物質層２１上にマイクロレンズアレイの配列に応じた微小開口部３を設けたレジストマスク２を形成する（図２（Ａ）参照）。次に、このレジストマスク２をマスクにしてウエットエッチング又はドライエッチングを行い、転写用凹状形状３０を形成する（図２（Ｂ）参照）。次いで、レジストマスク２を除去して基板１０上に転写層２０が形成されたものを得る（図２（Ｃ）参照）。
【００２５】
ここで、レジストマスク２は、微小開口部３を介して微小な転写用球面凹型形状を転写層に形成する工程で侵されない材料を適宜選定され、Ａｕ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ等の金属または、ＩＴＯやＭｇＯやＡｌ2 Ｏ3 等の金属酸化物、エポキシ樹脂やノボラック樹脂等の有機化合物等が用いられる。微小開口部３の形状は所望するマイクロレンズアレイの配置に対応して形成され、その開口部の大きさは、所望するマイクロレンズの径と同じ大きさか、または小さい形状であることが必要である。
【００２６】
微小開口部３の形成方法は、レジストマスク２を形成可能なインクを用い、スクリーン印刷や凹版印刷等の印刷により微小開口部３以外の部位にレジストマスク２を形成する方法、基板１０上全面にレジストマスク２を形成する材料を形成し、フォトリソグラフィーの工程を用い微小開口部３を形成する方法、微小開口部３を形成する部位をあらかじめマスキングした後全面にレジストマスク３を形成する材料を形成し、マスキングした部位を除去し微小開口部３を形成する方法等が用いられる。
【００２７】
微小開口部３を介して行うウエットエッチングは、転写物質層２１はエッチングするがレジストマスク２はエッチングしないエッチング溶液に浸漬し、微小開口部３から転写物質層２１の一部を等方的にエッチングすることによって行う。
【００２８】
この場合のエッチング溶液としては、フッ酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液、塩酸水溶液またはこれらの酸水溶液の混合溶液からなる水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、ヒドラジンやアミン化合物のアルカリ性溶液、アセトンや酢酸ブチル等の有機溶剤等から選定される。
【００２９】
微小開口部３を介して行うドライエッチングは、転写物質層２１をエッチングし、レジストマスク２をエッチングしないエッチングガスを含有する気層中で処理し、微小開口部３から転写層２１の一部が等方エッチングされる工程を行う。このときの気層中のエッチングガスとしては、ＣＦ4 ，ＣＨＦ3 ，ＳＦ6 ，ＮＦ3 ，Ｃｌ2 等の成分を含むプラズマ反応性ガスが好適である。
【００３０】
レジストマスク２を除去する方法は、レジストマスク２を構成する材料により適宜選択され、酸水溶液、アルカリ溶液や有機溶剤によるレジストマスク２の溶解除去やドライエッチングによるレジストマスク２の除去等が用いられる。また、レジストマスク２は必ずしも除去する必要はなく、マイクロレンズアレイの光路に影響しない場合は除去工程は不要である。
【００３１】
図３は転写用凹状形状を有する転写層２０を形成する他の方法の説明図である。図３に示される方法は、基板１０上に、マイクロレンズアレイの配列に対応して壁状物５を形成し（図３（Ａ）参照）、少なくともこれら壁状物５の間に液状物５１を供給し、この液状物を乾燥することにより転写用凹状形状３０を有する転写層２０を形成するものである。
【００３２】
図３（Ａ）において、壁状物５はマイクロレンズアレイの配列に対応して形成され、その形状は４角形、６角形、８角形等の多角形や円形で基板１０上に形成配置される。
【００３３】
壁状物５は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリピニルアルコールやヒドロキシエチルセルロース等の水溶性高分子等の有機高分子、あるいはこれらの複合材料が適宜選択される。また、Ａｌ2 ０3 やＭｇＯ等の金属酸化物、ＳｉＣやＳｉＮ等のセラミック、シリコン、石英ガラスやアルミナシリケートガラス等の各種ガラス等を用いることも可能である。
【００３４】
壁状物５の形成方法は、壁状物５を形成可能なインクを用い、スクリーン印刷や凹版印刷等の印刷により形成する方法、基板１０上全面に壁状物５を形成する材料を形成し、フォトリソグラフィーの工程を用い壁状物５を形成する方法、壁状物５を形成する部位をあらかじめマスキングした後全面に壁状物５を形成する材料を形成しマスキングした部位を除去し壁状物５を形成する方法等が用いられる。
【００３５】
液状物５は、揮発性溶液に不揮発性物質が溶解されてなるものであり、ゾルゲル溶液や有機高分子を溶剤に溶解した溶液が有効である。
【００３６】
また、壁状物５内に液状物５１を供給する方法としては、基板１０上面に液状物を塗布する方法を用いることができる。基板１０上面に液状物を塗布する方法としては、スクリーン印刷、カーテンコート，ディッピング法、スピンコート等の方法が好ましい。液状物を塗布・乾燥することにより、液状物の表面張力により壁状物５の壁面に球面状あるいは非球面状の凹状形状が形成される。なお、その場合、壁状物５の上にも多少の液状物５１が残ってもよい。
【００３７】
マイクロレンズアレイの配列に対応した壁状物５を基板１０上に形成後、該壁状物全面に液状物５１を塗布後乾燥することにより微小な転写用凹状形状を形成する方法をとることにより、凸型を有するプレス型等を用いずに転写用凹状形状３０を形成できるため、高精細な転写用凹状形状が効率よく形成できる。
【００３８】
図４は転写用凹状形状を有する転写層２０を形成するさらに他の方法の説明図である。図４に示される方法は、転写物質層としての感光性樹脂層７が形成された基板１０上にマイクロレンズアレイの配列及び形状に対応した微細パターンが形成されたフォトマスク８３を、基板１０の表面から２０μｍ以上の間隔をおいて載置し、露光した後、現像することにより、転写用凹状形状３０を有する転写層２０を得るものである。
【００３９】
感光性樹脂７はプリント基板や半導体製造工程等で使用されている公知の感光性樹脂が使用でき、基板１０に形成する方法もスクリーン印刷、カーテンコート，ディッピング法、スピンコート等公知の方法が用いられる。フォトマスク８３は、ガラスやプラスチック等の透明支持体に光を透過する部分と遮光する部分を形成したものであり、感光性樹脂層７として光分解性感光性樹脂を用いた場合は、転写用凹状形状３０を形成する部分に光が透過するフォトマスクを用い、光重合性感光性樹脂を用いた場合は、転写用凹状形状３０を形成する部分に光が透過しないフォトマスクを用いる必要がある。
【００４０】
ここで、感光性樹脂層７とフォトマスク８３の間隔を２０μｍ以上開けることにより、透過光が回折し、マイクロレンズを形成する中心部分と周辺部分に光量の差が生じる。上述の様に感光性樹脂層を形成し２０μｍ以上の間隔を開けて露光した感光性樹脂層７を現像液で現像することにより、転写用凹状形状３０が得られる。
【００４１】
ここで、感光性樹脂層７とフォトマスク８３の間隔は２０μｍ以上開ける必要があるが、広く開け過ぎると回折光量が多くなり、転写用凹状形状３０の形状が形成できなくなる。この間隔は用いる露光装置に依存するが、２００μｍ以下にすることが好ましい。この方法によれば、凸型を有するプレス型等を用いずに転写用凹状形状３０を形成できるため、高精細な転写用凹状形状を効率よく形成できる。
【００４２】
図５は転写用凹状形状を有する転写層２０を形成するさらに他の方法の説明図である。図５に示される方法は、転写物質層としての感光性樹脂層７が形成された基板１０上にマイクロレンズアレイの配列及び形状に対応した微細パターンが形成された階調マスク８４を、基板１０の表面に載置し（図５（Ａ）参照）、露光した後、現像することにより、転写用凹状形状３０を有する転写層２０を得る（図５（Ｂ）参照）ものである。
【００４３】
感光性樹脂７は、プリント基板や半導体製造工程等で使用されている公知の感光性樹脂が使用でき、基板１０に形成する方法もスクリーン印刷、カーテンコート，ディッピング法、スピンコート等公知の方法が用いられる。
【００４４】
階調マスク８４は、ガラスやプラスチック等の透明支持体に光を透過する部分と遮光する部分を形成したものであり、図５（Ｃ）に示す様にマイクロレンズアレイの各マイクロレンズに対応する部分が光透過量が段階的に変化する構成である。ここで、光透過率を段階的に変化させる階調マスクは、遮光部を形成するＣｒ等の材料の厚みを変化させ、透過量を段階的に変化させる構成、光透過量が異なる材料を順次形成する構成である。
【００４５】
また、より好ましい階調マスクして、感光性樹脂７の解像度と同程度以下の微小なドットを用い、この微小なドットを形成する密度を順次変化させ、光透過量を段階的に変化させる構成が有効である。
【００４６】
また、階調マスク８４は、感光性樹脂層７として光分解性感光性樹脂を用いた場合は、転写用球面凹型形状３４を形成する部分に段階的に光が透過するフォトマスクを用い、光重合性感光性樹脂を用いた場合は、転写用凹状形状３０を形成する部分に段階的に光が透過しない階調マスクを用いる必要がある。
【００４７】
上述の様に、感光性樹脂層７を形成し、階調マスク８４を用いて露光した感光性樹脂層７を現像液で現像することにより、転写用凹状形状３０が得られる。
【００４８】
この場合、階調マスク８４を用いることにより、光透過量が段階的に変化し、感光性樹脂層７の現像量が段階的に変化し、転写用凹状形状３０が得られる。さらに、階調マスク８４の光透過量の変化を制御することにより、転写用凹状形状３０の形状を球面とすることも非球面とすることも可能である。
【００４９】
上述の階調マスクを用いる方法は、凸型を有するプレス型等を用いずに転写用凹状形状３０を高精度でかつ効率よく形成できるという利点を有するほかに、転写用凹状形状として、球面形状のほかに非球面状のものも容易かつ効率よく形成することを可能にするという優れた利点を有する。
【００５０】
（２）転写工程
この工程は、上述の転写層形成工程で形成された転写層２０の形状を基板１０に転写して基板に複数の微小な凹状部３１（図１（Ｂ）参照）を形成する工程である。ここで、転写用凹状形状３０を基板１０に転写する方法としては、エッチング法、サンドブラスト法、もしくは、イオンミリング等による方法が可能である。
【００５１】
この転写工程に用いる方法としては、特に、ドライエッチング法を用いれば、精度よく、且つ効率的に複数の微小な凹状部３１を基板１０に形成できる。ドライエッチングの中でも、ＣＦ4 ，ＣＨＦ3 ，ＳＦ6 ，ＮＦ3 ，Ｃｌ2 等の反応性ガスを用いるリアクティブイオンエッチングが好適である。この場合、転写用凹状形状３０のドライエッチング速度と基板１０のドライエッチング速度が異なる条件でエッチングすると、転写用凹状形状３０の形状を増幅した微小な凹状部３１を形成することができ、マイクロレンズアレイの光学特性を制御することが可能である。
【００５２】
この点をさらに具体的にいえば、転写用凹状形状３０のドライエッチング速度より基板１０のドライエッチング速度が２倍早い場合、基板１０に形成される微小な凹状部３１の深さは、転写用凹状形状３０の深さの２倍になる。また、転写用凹形状３０のドライエッチング速度に対して基板１０のドライエッチング速度が０．５倍である場合、基板１０に形成される微小な凹状部３１の深さは、転写用凹状形状３０の深さの０．５倍になる。
【００５３】
また、転写用凹状形状３０のドライエッチング速度と基板１０のドライエッチング速度の比をドライエッチング工程で変化させると、非球面な曲率を有する微小な凹状部３１が得られ、非球面なマイクロレンズアレイが形成でき、マイクロレンズアレイの光学特性を制御することが可能である。
【００５４】
ここで、転写用凹状形状３０のドライエッチング速度と基板１０のドライエッチング速度は、用いる基板１０の材質と、転写層２０の材質の組み合わせにより変化させることができる。また、ドライエッチングの方法、使用するガス種等のドライエッチングの条件により変化させることができる。
【００５５】
（３）レンズ部形成工程
この工程は、上記凹状部形成工程によって形成された複数の微小な凹状部３１に基板１０の屈折率よりも高い屈折率を有する充填物質を充填してそれぞれレンズ部３２を形成し、マイクロレンズアレイを形成する工程である。
【００５６】
基板１０より屈折率の高い充填物質は、マイクロレンズアレイに用いる波長に対し、散乱が少なく、透明であることが必要であり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネートやポリウレタンやエポキシ樹脂等のプラスチック、あるいはこれらの複合物質等が適宜選択される。特に、分子鎖中にＳを含んでいる有機物は屈折率が高く有効である。
【００５７】
基板１０より屈折率の高い充填物質を凹状部３１に充填する方法は、用いる充填物質の特性により適宜選択され、液状物質を塗布して硬化する方法、溶融して接着させる方法、モノマーを供給し、熱又は光で重合させる方法等が用いられる。なお、レンズ部３２を形成した後には、形成した面を研磨して平坦にすることも好ましい。
【００５８】
また、充填物質を凹状部３１に充填する態様としては、図１（Ｃ）に示した様に、基板１０の凹状部３１内にのみ充填物質を充填する態様のほかに、図１（Ｄ）に示した様に、凹状部３１内に充填物質を充填すると同時に、基板１０の表面上にも充填物質を塗布し、充填物質による平坦部３３を形成するようにしてもよい。
【００５９】
なお、図６に示したように、基板１０の裏面に、該基板１０の機械的強度を補強するために支持基板１１を取り付けることも好ましい。これによれば、基板１０の材質として機械的強度による制約を受ける事なく、凹状部３１の形成の容易性のみを考慮に入れて選択することができるから、より適切な材料を選ぶことが可能となる。この場合、基板１０及び支持基板１１は、用いる光に透明である必要があり、基板１０は凹状部３１を形成し易い樹脂等の有機高分子材料が好ましく、支持基板１１は機械的強度が強いセラミックスやガラスが好適である。
【００６０】
上述のマイクロレンズアレイの形成方法で形成されたマイクロレンズアレイは、高精度であり、光学特性に優れ、かつ、平板なマイクロレンズアレイが形成でき、他の光学素子との集積化が容易である。本発明のマイクロレンズアレイの形成方法およびマイクロレンズアレイは、液晶素子上に形成されるマイクロレンズアレイや光ファイバーと受光素子の結合部使用されるマイクロレンズアレイ以外にもレーザーディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク等の光ピックアップ用集光レンズ、一次元イメージセンサーやＬＥＤプリンターの結合素子等の光エレクトロニクス分野においても利用できる。
【００６１】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（実施例１）
図７は本発明の実施例１にかかるマイクロレンズアレイの形成方法の説明図である。以下、図７を参照にしながら実施例１を説明する。
【００６２】
厚み１．１ｍｍの無アルカリガラス（ＮＡ４０：ＨＯＹＡ株式会社製）からなる基板１０上に転写層２０としてポリイミド前駆体（商品名：セミコファイン８１１株式会社東レ製）を塗布し、その上にレジストマスク２を構成するフォトレジスト（商品名：ＡＺ１３５０；クラリアントジャパン製）を塗布し、微小開口部形成用フォトマスクを用い露光し、アルカリ現像液で現像することにより、微小開口部３を形成するとともに、この微小開口部３を通じて前記ポリイミド前駆体の転写層２０の一部を前記アルカリ現像液で溶解することにより、転写用凹状形状３０を転写層２０に形成した（図７（Ａ）参照）。
【００６３】
この場合、微小開口部３の配置は、８０μｍピッチで４０ｍｍ角内に格子状に配置されており、形成された転写用凹状形状３０の深さは１μｍであった。次に、酢酸ブチルを用いレジストマスク３を溶解除去させ、深さ１μｍの微小な転写用凹状形状３０が形成された転写層２０を有する基板１０を得た（図７（Ｂ）参照）。
【００６４】
次に、転写層２０の転写用凹状形状３０を形成した面側から、平均粒子径２０μｍのＳｉＣ研磨剤を用いてサンドブラスト装置で全面を研削を行ない、転写用凹状形状３０を保存しながら研削を続け、これを転写層２０がなくなるまで行なうことにより、転写層２０の転写用凹状形状３０を基板１０に転写し、基板１０に、深さ１．５μｍの微小な凹状部３１を多数形成した（図７（Ｃ）参照）。
【００６５】
次に、基板１０の凹状部３１が形成された面に対し、基板１０より屈折率の高い物質からなる充填物質であるポリサルホン（例えば、アモコパフォーマンスプロダクツ社の商品名ＵＤＥＬ  Ｐ−１７００等）を塗布し、２００℃で加熱熔着させ、冷却後形成面を研磨し、図７（Ｄ）に示されるマイクロレンズアレイを得た。
【００６６】
上述のマイクロレンズアレイは焦点距離のばらつきが±１８％で極めて良好なマイクロレンズアレイであった。
【００６７】
（実施例２）
図８は本発明の実施例２にかかるマイクロレンズアレイの形成方法の説明図である。以下、図８を参照にしながら実施例２を説明する。
【００６８】
厚み０．７ｍｍの石英ガラスからなる基板１０上にフォトレジスト（商品名：ＡＺ１３５０；クラリアントジャパン製））を０．８μｍの厚みでスピンコートにより塗布して感光性樹脂層７を形成し、この感光性樹脂層７にマイクロレンズアレイの配列部分が光透過するフォトマスク８３を用いて露光した（図８（Ａ）参照）。
【００６９】
次に、この感光性樹脂層７をアルカリ現像液で現像後、２００℃１時間加熱することによって、幅１μｍ、半径２４μｍ、高さ０．７μｍの円形の壁状物５を得た（図８（Ｂ）参照）。次に、ポリピニルアルコール５ｗｔ％を含む水溶液を壁状物７を形成した基板上１０にディップコートし、６０℃で２時間乾燥し、図８（Ｃ）に示される転写用凹状形状３０を基板１０上に形成した。
【００７０】
次に、基板１０を平行平板型プラズマエッチング装置を用い、ＣＨＦ3 プラズマガス中４０分間エッチングを行い、転写用凹状形状３０の形状を基板１０に転写し微小な多数の凹状部３１を形成した（図８（Ｄ）参照）。この場合、基板１０のエッチングレートは、転写用凹状形状３０のエッチングレートの２．５倍であり、微小な凹状部３１の深さは１，４μｍであった。
【００７１】
次に、微小な凹状部３１を形成した面に対し、基板より屈折率の高い充填物質である熱硬化性クレゾヘルノボラック型エポキシ樹脂を塗布し、マイクロレンズアレイを得た（図８（Ｅ）参照）。このマイクロレンズアレイは焦点距離のばらつきが±８％で極めて良好であった。
【００７２】
（実施例３）
図９は本発明の実施例３にかかるマイクロレンズアレイの形成方法の説明図である。以下、図９を参照にしながら実施例３を説明する。
【００７３】
厚み０．７ｍｍの石英ガラスからなる基板１０上に感光性樹脂（商品名：ＡＺ１３５０；クラリアントジャパン製））を１．２μｍの厚みでスピンコートにより塗布し、マイクロレンズアレイの配列部分が光透過するフォトマスクを用い、フォトマスクと感光性樹脂層との間隔を２２μm 離し、露光後、アルカリ現像液で現像し、幅２μｍ、半径１２μｍの転写用凹状形状３０を得た（図９（Ａ）参照）。
【００７４】
次に、基板１０を平行平板型プラズマエッチング装置を用い、ＣＦ4 プラズマガス中４０分間エッチングを行い、転写用凹状形状３０の形状を基板１０に転写し、微小な凹状部３１を形成した（図９（Ｂ）参照）。基板１０のエッチングレートは、転写用凹状形状３０のエッチングレートの０．８倍であり、微小な球面凹状部３１の深さは０．９６μｍであった。
【００７５】
微小な凹状部３１を形成した面に対し、基板１０より屈折率の高い充填物質であるＳｉをスパッタ法により形成し、形成面を研磨し平滑にし、マイクロレンズアレイを得た（図９（Ｃ）参照）。このマイクロレンズアレイは焦点距離のばらつきは±７％で極めて良好なマイクロレンズアレイが形成できた。
【００７６】
（実施例４）
図１０は本発明の実施例４にかかるマイクロレンズアレイの形成方法の説明図である。以下、図１０を参照にしながら実施例４を説明する。
【００７７】
Ｓｉ支持基板１１上に１００μｍフッ素樹脂からなる基板１０を形成し、その上に感光性樹脂（商品名：ＣＤ−５００；アサヒ化学研究所製）を２．４μｍの厚みでスクリーン印刷により塗布し、感光性樹脂層７を形成し、マイクロレンズアレイの配列部分の光透過率が段階的に変化する階調マスク８４を用いて露光した（図１０（Ａ）参照）。
【００７８】
次に、この基板を、３５℃に加温した１％炭酸ナトリュウム水溶液からなる現像液で現像後し、半径６３μｍ、深さ１．８μｍの転写用凹状形状３０を形成した（図１０（Ｂ）参照）。なお、階調マスク８４は、図１０（Ｅ）に示した様に、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズ配列部分に対し、マイクロレンズ中央１０μm の円部分の光透過率は０％、その外側５μｍの円部分は光透過率は５％、その外側５μm の円部分は光透過率は１０％、その外側５μｍの円部分は光透過率は２０％、その外側５μｍの円部分は光透過率は３０％、その外側５μm の円部分は光透過率は５０％、その外側２μｍの円部分は光透過率は１００％である階調を有する階調マスクである。この階調８４マスクは２μｍのドットの配置密度で透過光量を制御してある。
【００７９】
次に、基板１０を平行平板型プラズマエッチング装置を用い、ＣＨ4 とＣＦ4 混合ガスのプラズマ中４０分間エッチングを行い、転写用凹状形状３０の形状を基板１０に転写し、微小な凹状部３１を形成した（図１０（Ｃ）参照）。基板１０のエッチングレートは、転写用凹状形状３０のエッチングレートの３．８倍であり、微小な凹状部３１の深さは６．８μｍであった。
【００８０】
次に、微小な凹状部３１を形成した面に対し、基板１０より屈折率の高い高屈折充填物質である２，５−ジメチルメルカプト−１，４−ジチアン１Ｍとビドロキシエチルメタクリレート２Ｍ、光開始剤（チバガイギ株式会社製の商品名イルガキュア１８４等）３ｗｔ％からなる光硬化樹脂をスピンコートで塗布し、ガラス板からなる対向基板１２と張合わせて、高圧水灯を用い１Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射し、マイクロレンズアレイを得た（図１０（Ｄ）参照）。このマイクロレンズアレイは焦点距離のばらつきが±７％で極めて良好なものであった。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、透明な基板に複数の微小な凹状部を形成する凹状部形成工程と、該凹状部形成工程によって形成された凹状部に前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する充填物質を充填してレンズ部を形成するレンズ部形成工程とを有し、前記凹状部形成工程は、前記基板に転写する複数の微小な転写用凹状形状を有する転写層を前記基板上に形成する転写層形成工程と、この転写層の形状を基板に転写して基板に複数の微小な凹状部を形成する転写工程とを有することを特徴とするもので、これにより、光学特性に優れ、かつ任意の光学特性を有するマイクロレンズアレイを効率よく形成することを可能にしている。
【００８２】
この場合、転写層形成工程として、転写物質層上にマイクロレンズアレイの配列に応じた微小開口部を形成したレジストマスクを形成し、該微小開口部を介して転写層物質層上に転写用凹状形状を形成する方法を採用することにより効率よく転写用凹状形状を形成することを可能にしている。
【００８３】
また、転写層形成工程として、マイクロレンズアレイの配列に対応した壁状物を基板上に形成後、壁状物全面に液状物を塗布後乾燥して微小な転写用凹状形状を形成する方法を採用することにより効率よく転写用凹状形状を形成することを可能にしている。
【００８４】
さらに、転写層形成工程として、基板上に感光性樹脂層を形成し、マイクロレンズアレイの配列に対応したフォトマスクと該感光性樹脂層との間隔を２０μｍ以上離して露光、現像して微小な転写用凹状形状を形成する方法を採用することにより効率よく転写用凹状形状を形成することを可能にしている。
【００８５】
また、上述の転写用凹状形状を基板に転写する転写工程を、ドライエッチングにより行ない、さらに、転写層のドライエッチング速度と基板のドライエッチング速度とを異ならしめることにより、転写用凹状形状の形状を増幅した微小な凹状部を基板に形成したり、あるいは、非球面な凹状部を形成することができ、マイクロレンズアレイの光学特性を精密に制御することが可能な極めて優れたマイクロレンズアレイの形成方法を得ることを可能にしている。
【００８６】
さらに、前記基板を、微小な凹状部を形成する基板とこれを機械的に支持する支持基板とで構成することにより、微小な凹状部を形成できる基板の材質の選択度を飛躍的に広げることを可能にし、これにより、より高性能なマイクロレンズアレイを得ることを可能にしている。
【００８７】
また、上述のマイクロレンズアレイの形成方法によって形成されたマイクロレンズアレイは光学特性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるマイクロレンズアレイの形成方法の実施の形態の説明図である。
【図２】転写層形成工程の説明図である。
【図３】転写層形成工程の説明図である。
【図４】転写層形成工程の説明図である。
【図５】転写層形成工程の説明図である。
【図６】基板を支持基板で補強した例を示す図である。
【図７】実施例１の説明図である。
【図８】実施例２の説明図である。
【図９】実施例３の説明図である。
【図１０】実施例４の説明図である。
【符号の説明】
１０…基板、２０…転写層、３０…転写用凹状形状、３１…微小な凹状部、３２…レンズ部、８３…フォトマスク、８４…階調マスク。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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