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JP2006058720A - Microlens and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2006058720A
JP2006058720A JP2004241890A JP2004241890A JP2006058720A JP 2006058720 A JP2006058720 A JP 2006058720A JP 2004241890 A JP2004241890 A JP 2004241890A JP 2004241890 A JP2004241890 A JP 2004241890A JP 2006058720 A JP2006058720 A JP 2006058720A
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microlens
photosensitive material
thin film
manufacturing
material layer
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Application number
JP2004241890A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriaki Okada
訓明 岡田
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

【課題】 作製が容易で、作製精度および位置精度の高いマイクロレンズ、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 低階調のグレースケールマスク3を用いて感光性樹脂2を露光し、頂上部に平坦部をもつ感光性樹脂層2aを形成する。その後、熱硬化樹脂5をスプレーコーティングし、加熱する。表面張力の効果により、頂上部において、熱硬化樹脂5は中央部が盛り上がって球面状に硬化し、球面状のマイクロレンズ10が形成される。低階調のグレースケールマスクを用いてマイクロレンズ10を形成できるので、マイクロレンズ作製コストを低減できる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microlens that can be easily manufactured and that has high manufacturing accuracy and positional accuracy, and a manufacturing method thereof.
A photosensitive resin 2 is exposed using a gray scale mask 3 having a low gradation to form a photosensitive resin layer 2a having a flat portion at the top. Thereafter, the thermosetting resin 5 is spray coated and heated. Due to the effect of surface tension, at the top, the thermosetting resin 5 rises at the center and hardens into a spherical shape, and a spherical microlens 10 is formed. Since the microlens 10 can be formed using a gray scale mask with a low gradation, the manufacturing cost of the microlens can be reduced.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、マイクロレンズおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a microlens and a manufacturing method thereof.

マイクロレンズは、微小な略半円球状のレンズを配置したものであり、液晶表示装置、受光装置、光通信システムにおけるファイバ間接続等の様々な用途に使用されるようになってきている。マイクロレンズの製造方法については、グレースケールマスクを利用したフォトリソグラフィ技術を用いた製造方法、レジストパターニング後の熱リフロー技術を用いた製造方法、および、2P法を用いた製造方法などが知られている。   The microlens is a lens in which a minute semi-spherical lens is arranged, and has been used for various applications such as a liquid crystal display device, a light receiving device, and an inter-fiber connection in an optical communication system. As for the microlens manufacturing method, a manufacturing method using a photolithography technique using a gray scale mask, a manufacturing method using a thermal reflow technique after resist patterning, a manufacturing method using a 2P method, and the like are known. Yes.

グレースケールマスクを利用したフォトリソグラフィ技術を用いた製造方法については、下記特許文献1に開示されている例がある。グレースケールマスクは、微小な領域ごとに、連続的、あるいは離散的に多値の透過率を持たせることが可能なマスクである。このグレースケールマスクを介して感光性材料を露光すると、微小な領域の露光量を変化させることができる。感光性材料の感光深さは露光量に従って変化するので、露光量の変調により感光性材料で任意の3次元形状を形成することができる。マイクロレンズは曲面で構成されるため、この透過率制御も多階調が必要となる。   An example of a manufacturing method using a photolithography technique using a gray scale mask is disclosed in Patent Document 1 below. The gray scale mask is a mask that can have multi-value transmittance continuously or discretely for each minute region. When the photosensitive material is exposed through the gray scale mask, the exposure amount of a minute region can be changed. Since the photosensitive depth of the photosensitive material changes according to the exposure amount, an arbitrary three-dimensional shape can be formed with the photosensitive material by modulating the exposure amount. Since the microlens is composed of a curved surface, this transmittance control also requires multiple gradations.

一方、レジストパターニング後の熱リフロー技術を用いた製造方法については、下記特許文献2に開示されている例がある。透明基板上に塗布された感光性材料を、フォトリソグラフィにより円板形状にパターニングする。該円板形状の感光性材料を熱処理により球面形状に丸め、ドライエッチングによって基板に形状転写する。熱リフロー技術を用いた製造方法では、間隔を開けて円板形状の感光性材料のパターニングを行なわなければならないため、稠密なマイクロレンズアレイを形成することができず、フィルファクターを高くすることできない。この課題の対策として、熱リフロー後、ディップコートやスピンコートを行なって、フィルファクターを向上させる方法が提案されている。また2P法を用いた製造方法は、透明基板上に光硬化性樹脂を塗布し、レンズ金型を押付け、基板側から光照射して、光硬化性樹脂を光硬化させマイクロレンズを形成するものである。
特開2002−287325号公報 特開2002−122707号公報
On the other hand, there is an example disclosed in Patent Document 2 below regarding a manufacturing method using a thermal reflow technique after resist patterning. The photosensitive material applied on the transparent substrate is patterned into a disk shape by photolithography. The disc-shaped photosensitive material is rounded into a spherical shape by heat treatment, and the shape is transferred to the substrate by dry etching. In the manufacturing method using the thermal reflow technology, it is necessary to pattern the disc-shaped photosensitive material at intervals, so that a dense microlens array cannot be formed and the fill factor cannot be increased. . As a countermeasure for this problem, a method of improving the fill factor by performing dip coating or spin coating after thermal reflow has been proposed. In the manufacturing method using the 2P method, a photocurable resin is applied on a transparent substrate, a lens mold is pressed, light is irradiated from the substrate side, and the photocurable resin is photocured to form a microlens. It is.
JP 2002-287325 A JP 2002-122707 A

グレースケールマスクを利用したフォトリソグラフィ技術を用いた製造方法では、曲面形成において、多くの階調を含むマスクが必要になる。しかし、グレースケールマスクのコストは極めて高く、さらに階調数が増すほどマスク作製コストがはね上がるため、より低階調のグレースケールマスクを利用したレンズ作製方法が望まれている。また、レジストパターニング後の熱リフロー技術を用いた製造方法は、フィルファクターの高いマイクロレンズアレイを作製することが難しく、また高温プロセスが必要なため、用いられるワークが限られてしまう。この2つの製造方法は、フォトリソグラフィ技術を応用したものであるため、あらかじめ基板上に刻まれたパターンに対し、位置決めをしてマイクロレンズを形成するということが可能である。しかし、2P法を用いた製造方法では、レンズ金型と基板との位置合わせが難しく、基板に位置決めしてマイクロレンズを作製するというような用途には適用しにくい。したがって、本発明は、上記背景技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、安価で形状精度、及び位置精度のよいマイクロレンズ、およびその製造方法を提供することにある。   In a manufacturing method using a photolithography technique using a gray scale mask, a mask including many gradations is required for forming a curved surface. However, the cost of the gray scale mask is extremely high, and the cost for manufacturing the mask increases as the number of gradations increases. Therefore, a lens manufacturing method using a gray scale mask with a lower gradation is desired. In addition, in the manufacturing method using the thermal reflow technique after resist patterning, it is difficult to produce a microlens array having a high fill factor, and a high temperature process is required, so that the work to be used is limited. Since these two manufacturing methods apply photolithography technology, it is possible to form a microlens by positioning the pattern previously engraved on the substrate. However, in the manufacturing method using the 2P method, it is difficult to align the lens mold and the substrate, and it is difficult to apply to a use in which a microlens is manufactured by positioning on the substrate. Therefore, the present invention has been made in view of the problems of the background art described above, and its main object is to provide a microlens that is inexpensive and has good shape accuracy and position accuracy, and a method for manufacturing the same. is there.

この発明に基づいたマイクロレンズにおいては、略凸型状の透光性の感光性材料と、上記感光性材料の上に積層された透光性薄膜とにより構成された略凸型状のマイクロレンズであって、当該マイクロレンズの頂上部において、上記透光性薄膜の膜厚さが、上記頂上部を取囲む周囲の膜厚さもよりも厚くなっていることを特徴とする。   In the microlens based on the present invention, a substantially convex microlens composed of a substantially convex translucent photosensitive material and a translucent thin film laminated on the photosensitive material. In the top of the microlens, the translucent thin film is thicker than the surrounding film surrounding the top.

また、この発明に基づいたマイクロレンズの製造方法においては、略凸型状の透光性の感光性材料と、上記感光性材料の上に積層された透光性薄膜とにより構成された略凸型状のマイクロレンズの製造方法であって、感光性材料層を形成する工程と、上記感光性材料層を感光し凸型の3次元形状の露光領域を形成する工程と、上記感光性材料層の未硬化部分を除去する工程と、未硬化部分が除去された上記感光性材料層の上に、スプレーコーティングにより透光性薄膜を形成する工程とを有している。   In the microlens manufacturing method according to the present invention, the substantially convex light-transmitting photosensitive material and the light-transmitting thin film laminated on the photosensitive material are substantially convex. A method of manufacturing a mold-like microlens, the step of forming a photosensitive material layer, the step of exposing the photosensitive material layer to form a convex three-dimensional shaped exposure region, and the photosensitive material layer And a step of forming a translucent thin film by spray coating on the photosensitive material layer from which the uncured portion has been removed.

本発明のマイクロレンズによれば、凸型の感光性材料層と、この感光性材料層の上に設けられた薄膜とにより構成され、薄膜がハードコーティング膜であれば、マイクロレンズの硬度、耐溶剤性が向上する。特に外部との接触機会が多いレンズ頂上部において、ハードコーティング膜が厚くなっているため、硬度向上の効果が高くなる。また、薄膜の材料として有機材料、あるいは無機有機ハイブリッド材料を用いるとスプレーコーティングにより容易に塗布できる。また、凸型の感光性材料層の頂上部に平坦部を形成すると、頂上部における薄膜の膜厚さを容易に厚くすることができる。特に、スプレーコーティングを行なったとき、表面張力の効果により、容易に球面形状を形成することが可能となる。   According to the microlens of the present invention, it is composed of a convex photosensitive material layer and a thin film provided on the photosensitive material layer. If the thin film is a hard coating film, the hardness and resistance of the microlens are improved. Solvent property is improved. In particular, at the top of the lens where there are many opportunities for contact with the outside, the hard coating film is thick, so the effect of improving the hardness is enhanced. Further, when an organic material or an inorganic-organic hybrid material is used as the thin film material, it can be easily applied by spray coating. Further, when a flat portion is formed on the top of the convex photosensitive material layer, the thickness of the thin film on the top can be easily increased. In particular, when spray coating is performed, a spherical shape can be easily formed due to the effect of surface tension.

また、本発明のマイクロレンズの製造方法によれば、感光性材料層をフォトリソグラフィ技術で露光し、その上にスプレーコーティングで薄膜を積層することで形成される。フォトリソグラフィで形成するため、あらかじめパターニングされた基板へのマイクロレンズの位置決め形成が容易であり、またレンズ頂上部については薄膜のスプレーコーティングにより、容易に球面形状を得ることができる。また、フォトリソグラフィには低階調のグレースケールマスクや、通常のフォトマスクを用いるとよい。通常のフォトマスクを用いるときは、フォトマスクへの光の入射角度を変化させて露光することでマイクロレンズを形成することができる。   Further, according to the method for manufacturing a microlens of the present invention, the photosensitive material layer is exposed by a photolithography technique, and a thin film is laminated thereon by spray coating. Since it is formed by photolithography, it is easy to position and form the microlens on a pre-patterned substrate, and a spherical shape can be easily obtained by spray coating of a thin film on the top of the lens. For photolithography, a low gray scale mask or a normal photomask may be used. When an ordinary photomask is used, a microlens can be formed by changing the incident angle of light on the photomask and performing exposure.

以下、この発明に基づいた一実施の形態におけるマイクロレンズおよびその製造方法について、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明するマイクロレンズおよびその製造方法は一例であり、これらの内容に本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, a microlens and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The microlens and the manufacturing method thereof described below are examples, and the present invention is not limited to these contents.

図1を参照しながら、本実施の形態におけるマイクロレンズおよびその製造方法について説明する。まず、図1(A)に示すように、基板1上に感光性樹脂層2を形成する。感光性樹脂層2には、ネガ特性(光照射の部分が残存)、ポジ特性(光未照射の部分が残存)どちらの材料も用いることができる。ここではネガ特性を示す感光性樹脂材料を用いた場合について説明するが、ポジ特性の感光性樹脂材料についても、同様の考え方を適用できる。   With reference to FIG. 1, the microlens and the manufacturing method thereof in the present embodiment will be described. First, as shown in FIG. 1A, a photosensitive resin layer 2 is formed on a substrate 1. The photosensitive resin layer 2 can be made of a material having both negative characteristics (light-irradiated portions remain) and positive characteristics (light-irradiated portions remain). Although a case where a photosensitive resin material exhibiting negative characteristics is used will be described here, the same concept can be applied to a photosensitive resin material having positive characteristics.

次に、図1(B)に示すように、感光性樹脂層2上にグレースケールマスク3を重ね置く。グレースケールマスク3の上方から露光光4を照射し、グレースケールマスク3を透過する光を用いて感光性樹脂層2の露光を行なう。グレースケールマスク3は、微小領域毎に光学濃度を変化させたマスクであり、このマスクによって露光光4は強度変調を受け、強度変調を受けた光によって感光性樹脂層2は露光される。その後、現像処理を行なうと、感光性樹脂層2の残存膜厚は図2(A)に示す感度曲線に従うので、図1(C)に示すように、3次元形状の凸型の感光性樹脂層2aが形成される。   Next, as shown in FIG. 1B, a gray scale mask 3 is placed over the photosensitive resin layer 2. Exposure light 4 is irradiated from above the grayscale mask 3, and the photosensitive resin layer 2 is exposed using light that passes through the grayscale mask 3. The gray scale mask 3 is a mask in which the optical density is changed for each minute region. The exposure light 4 is intensity-modulated by this mask, and the photosensitive resin layer 2 is exposed by the light subjected to the intensity modulation. Thereafter, when the development process is performed, the remaining film thickness of the photosensitive resin layer 2 follows the sensitivity curve shown in FIG. 2A. Therefore, as shown in FIG. 1C, a three-dimensional convex photosensitive resin is used. Layer 2a is formed.

図2(A)に示す感度曲線は、露光量(露光光照度×照射時間)と残存膜厚の特性を表したものである。残存膜厚をH、露光量をE、臨界露光量(感光性樹脂が感光するしきい値)をEthとすると、その関係は下記の式(1)で表される。Aは感度曲線の傾きを表す定数である。また、所望の膜厚Hを得るための露光量Eは下記の式(2)で表される。 The sensitivity curve shown in FIG. 2A represents the characteristics of the exposure amount (exposure light illuminance × irradiation time) and the remaining film thickness. When the remaining film thickness is H, the exposure amount is E, and the critical exposure amount (threshold value at which the photosensitive resin is exposed) is E th , the relationship is expressed by the following formula (1). A is a constant representing the slope of the sensitivity curve. An exposure amount E for obtaining a desired film thickness H is expressed by the following formula (2).

H=A×log(E/Eth)・・・式(1)
E=Eth×exp(H/A)・・・式(2)
所望の膜厚Hを得るための必要露光量Eのグラフを図2(B)に示す。図2(B)より、膜厚Hが薄いところでは必要露光量Eの変化は小さいが、膜厚Hが厚くなると、必要露光量Eの変化が大きくなることがわかる。マイクロレンズのような曲面を有する形状を形成する場合、露光量を連続的に変化させる必要がある。グレースケールマスクでは露光量の変化を離散的にしか与えることができないため、曲面に段差が形成されることがある。しかし、グレースケールマスクのパターンの最小単位領域をレジストの解像度の半値以下程度に設定することにより、滑らかな曲面が得られる。たとえば、レジストの解像度が20μmである場合、グレースケールマスクのパターンについては10μm毎に光学濃度を変化させる。
H = A × log e (E / E th ) (1)
E = E th × exp (H / A) (2)
A graph of the necessary exposure amount E for obtaining a desired film thickness H is shown in FIG. From FIG. 2B, it can be seen that the change in the required exposure E is small where the film thickness H is thin, but the change in the required exposure E increases as the film thickness H increases. When forming a shape having a curved surface such as a microlens, it is necessary to continuously change the exposure amount. Since a change in exposure amount can only be given discretely in a gray scale mask, a step may be formed on the curved surface. However, a smooth curved surface can be obtained by setting the minimum unit area of the gray scale mask pattern to about half or less of the resist resolution. For example, when the resolution of the resist is 20 μm, the optical density of the gray scale mask pattern is changed every 10 μm.

図3(B)に示すような凸型の感光性樹脂層2aを形成する場合、各位置の露光量分布は図3(A)に示すように与える。図3(A)から読み取れるように、感光性樹脂層2aの中央部(頂上部)と周縁部とでは、必要露光量の増分値が異なる。そのためグレースケールマスクにおいて、感光性樹脂層2aの中央部(頂上部)では光学濃度を細かく設定し、周縁部では光学濃度を荒く設定しなければならず、階調数が高く、かつ精度良く光学濃度を調整できるグレースケールマスクが必要となる。しかしながら、多階調のグレースケールマスクは作製コストが高いため、必要階調数の低減が望ましい。ここでは、図4(A)に示すような露光量分布をもつ低階調のグレースケールマスクを用いて露光を行なう。このとき、現像後得られる形状は図4(B)に示すような断面形状のものである。感光性樹脂層2aの中央部(頂上部)の光学濃度が適切に設定されていないため、頂上部に平坦部2tをもつ形状となるが、マスクパターンは簡単になるため、グレースケールマスクの作製コストを低減できる。   When the convex photosensitive resin layer 2a as shown in FIG. 3B is formed, the exposure amount distribution at each position is given as shown in FIG. As can be seen from FIG. 3A, the increment value of the required exposure amount differs between the central portion (top) and the peripheral portion of the photosensitive resin layer 2a. Therefore, in the gray scale mask, the optical density must be finely set at the central portion (top) of the photosensitive resin layer 2a, and the optical density must be set roughly at the peripheral portion, so that the number of gradations is high and the optical accuracy is high. A gray scale mask capable of adjusting the density is required. However, since the multi-tone grayscale mask is expensive to manufacture, it is desirable to reduce the number of required tones. Here, exposure is performed using a gray scale mask of low gradation having an exposure amount distribution as shown in FIG. At this time, the shape obtained after development has a cross-sectional shape as shown in FIG. Since the optical density of the central portion (top) of the photosensitive resin layer 2a is not set appropriately, the shape has a flat portion 2t on the top, but the mask pattern is simplified, so that a gray scale mask is manufactured. Cost can be reduced.

次に、図1(D)に示すように、コーティング剤5をスプレーコーティングする。コーティング剤5には熱硬化性や光硬化性のものを用い、スプレーコーティング後、熱硬化および光照射により硬化させる。ここで用いられるコーティング剤5としては、アクリル系モノマーやエポキシ系モノマーに光開始剤を混合したもの、シリコーン類、エポキシ−シリカハイブリッド材、あるいは有機材料内に無機微粒子を混合したものなどが挙げられる。有機材料や無機有機ハイブリッド材料は、基板1との密着性を高く保つことが容易であり、熱硬化や光硬化といった機能の付加も容易であるため、スプレーコーティング剤5としては有機材料および無機有機ハイブリッド材料を用いるとよい。スプレーコーティングのパラメータには、コーティング剤粘度、コーティング剤流量、スプレー圧力、スプレーノズル−ワーク間距離、ワーク温度等があり、これらを制御して所望の厚みのコーティングを行なう。   Next, as shown in FIG. 1D, the coating agent 5 is spray-coated. As the coating agent 5, a thermosetting or photocurable material is used. After spray coating, the coating agent 5 is cured by heat curing and light irradiation. Examples of the coating agent 5 used here include a mixture of an acrylic monomer or an epoxy monomer with a photoinitiator, a silicone, an epoxy-silica hybrid material, or a mixture of inorganic fine particles in an organic material. . Organic materials and inorganic-organic hybrid materials can easily maintain high adhesion to the substrate 1 and can easily be added with functions such as thermal curing and photo-curing. A hybrid material may be used. The spray coating parameters include coating agent viscosity, coating agent flow rate, spray pressure, spray nozzle-workpiece distance, work temperature, etc., and these are controlled to perform coating with a desired thickness.

このとき、スプレーコーティングにおいて、コーティング剤流量を少なく調整し、マイクロレンズに付着した後のコーティング剤の流動性を抑制するためにワークを加熱することで、感光性樹脂層2aの中央部(頂上部)に成膜されるコーティング剤の膜厚さを厚くコーティングすることができ、平坦部をもつマイクロレンズを球面形状に形成することができる。コーティング剤5の流動性は曲面部より平坦部の方が低いため、平坦部においてコーティング剤5の膜厚が大きくなり、コーティング剤5の表面張力の効果により、頂上部2tにおいて、コーティング剤5は中央部が盛り上がって球面状に硬化し、球面状のマイクロレンズ10が形成される。またこのとき、レンズ間谷部へのコーティング剤5の溜まりも少なく抑制することができる。コーティング剤5として、エポキシ−シリカハイブリッドコーティング剤を用い、スプレー圧力5kg/cm、コーティング剤流量0.5cc/min、スプレーノズル−ワーク間距離70mm、ワーク温度50℃の条件で塗布したところ、図5に示す断面形状のレンズが得られた。図5において、細線はコーティング前、太線がコーティング後の、コーティング剤5の外表面の断面形状である。 At this time, in the spray coating, the flow rate of the coating agent is adjusted to be small, and the workpiece is heated in order to suppress the fluidity of the coating agent after adhering to the microlens. The coating agent to be formed can be thickly coated, and a microlens having a flat portion can be formed into a spherical shape. Since the fluidity of the coating agent 5 is lower in the flat portion than in the curved surface portion, the film thickness of the coating agent 5 is increased in the flat portion. Due to the effect of the surface tension of the coating agent 5, the coating agent 5 is The central portion rises and hardens into a spherical shape, and a spherical microlens 10 is formed. At this time, the accumulation of the coating agent 5 in the lens valleys can also be suppressed. When an epoxy-silica hybrid coating agent was used as the coating agent 5 and applied under the conditions of a spray pressure of 5 kg / cm 2 , a coating agent flow rate of 0.5 cc / min, a spray nozzle-work distance of 70 mm, and a work temperature of 50 ° C. A lens having a cross-sectional shape shown in FIG. 5 was obtained. In FIG. 5, the thin line is the cross-sectional shape of the outer surface of the coating agent 5 before coating and the thick line is after coating.

本発明に基づいた実施の形態におけるマイクロレンズの製造方法によれば、レンズの曲率が小さいタイプのレンズに適用するとよい。レンズ曲率が小さいと、レンズ中央部とレンズ周縁部において曲面の高低の増分値の差が大きくなるため、グレースケールマスクでのフォトリソグラフィがより難しくなる。レンズ幅Wとレンズ曲率半径Rの比W/Rが1/3以上の場合に本実施の形態におけるマイクロレンズの製造方法を適用すると効果的である。 According to the microlens manufacturing method in the embodiment based on the present invention, it may be applied to a type of lens having a small lens curvature. When the lens curvature is small, the difference in the increment value of the curved surface becomes large between the lens central portion and the lens peripheral portion, so that photolithography with a gray scale mask becomes more difficult. The ratio W L / R L of the lens width W L and lens radius of curvature R L is effective when applied to manufacturing a microlens in the present embodiment in the case of more than 1/3.

また、本実施の形態におけるマイクロレンズの製造方法によれば、低階調のグレースケールマスクを用いて形成された凸型パターンの感光性樹脂層と、その上に施されたスプレーコーティング膜との組み合わせにより、安価に高精度にマイクロレンズを形成することができる。また、硬化後にハードコーティング材として機能するコーティング剤を用いると、感光性材料の耐溶剤性、硬度の向上を図ることができる。特に、外部と接触しやすいレンズの頂上部にハードコーティング剤が厚く形成されるので、硬度向上の効果が高い。フォトリソグラフィ技術を利用すると、稠密で位置精度および再現性よくマイクロレンズアレイを作製することができるが、低階調のグレースケールマスクでもマスクコストは高く、またマスク作製にも時間がかかる。通常のフォトマスクを用いて、マイクロレンズアレイを作製することができれば、レンズ作製コストを大幅に低減できる。   Further, according to the microlens manufacturing method of the present embodiment, a photosensitive resin layer having a convex pattern formed using a gray scale mask of low gradation, and a spray coating film applied thereon By combination, a microlens can be formed with high accuracy at low cost. Further, when a coating agent that functions as a hard coating material after curing is used, the solvent resistance and hardness of the photosensitive material can be improved. In particular, since the hard coating agent is formed thick on the top of the lens that is easily in contact with the outside, the effect of improving the hardness is high. When the photolithographic technique is used, a microlens array can be manufactured with high density and high positional accuracy and reproducibility, but the mask cost is high even with a low gray scale mask, and the mask manufacturing takes time. If a microlens array can be manufactured using a normal photomask, the lens manufacturing cost can be greatly reduced.

ここで、通常のフォトマスクを用いてマイクロレンズアレイを作製する露光方法について、図6を参照しながら説明する。ここではレンチキュラーレンズアレイの製造方法について説明する。図6(A)は露光工程を説明するための断面図であり、図6(B)は感光性材料の各位置における露光量を示すグラフである。透明基板1に感光性材料層2を形成し、複数のスリットが形成されたフォトマスク6を配置する。フォトマスク6は透明基板1の感光性材料層2とは反対側に配置し、フォトマスク6、透明基板1を介して、感光性材料層2に露光光4を照射する。露光光4の入射角を変化させると、感光性材料層2の露光される領域の位置が変化する。この入射角を連続的にまたは段階的に変化させながら露光を行なう。   Here, an exposure method for producing a microlens array using a normal photomask will be described with reference to FIG. Here, a method for manufacturing a lenticular lens array will be described. FIG. 6A is a cross-sectional view for explaining the exposure process, and FIG. 6B is a graph showing the exposure amount at each position of the photosensitive material. A photosensitive material layer 2 is formed on a transparent substrate 1 and a photomask 6 having a plurality of slits is disposed. The photomask 6 is disposed on the opposite side of the transparent substrate 1 from the photosensitive material layer 2, and the photosensitive material layer 2 is irradiated with the exposure light 4 through the photomask 6 and the transparent substrate 1. When the incident angle of the exposure light 4 is changed, the position of the exposed region of the photosensitive material layer 2 changes. Exposure is performed while changing the incident angle continuously or stepwise.

露光照射光として平行光を用い、等角速度で照明光の入射角を変化させると、照明光が照射された感光性材料層2上の各ポイントにおける露光量の分布は図6(B)に示したものになる。これに感光性材料層2の感度曲線を重ね合わせると、図6(A)において破線で示す形状の感光性材料層2が得られる。この露光工程では、中心部で露光量が一定となる領域が生じるため、感光性材料層2の中心部で平坦面が形成される。たとえばフォトマスク6のスリット開口部の幅Wが感光性材料層2の幅Wの40%のとき、平坦部の幅Wはレンズ幅Wの20%程度の値となる。このとき、照射光の入射角度θ1とθ2は、凸型の感光性材料層2が隙間なく形成されるよう設定すると稠密なマイクロレンズアレイを得ることを可能としている。 When parallel light is used as the exposure light and the incident angle of the illumination light is changed at a constant angular velocity, the distribution of the exposure amount at each point on the photosensitive material layer 2 irradiated with the illumination light is shown in FIG. It becomes a thing. When the sensitivity curve of the photosensitive material layer 2 is superimposed on this, the photosensitive material layer 2 having a shape indicated by a broken line in FIG. 6A is obtained. In this exposure step, a region where the exposure amount is constant is generated in the central portion, so that a flat surface is formed in the central portion of the photosensitive material layer 2. For example, when the width W A of the slit aperture of the photomask 6 is 40% of the width W L of the photosensitive material layer 2, the width W P of the flat portion becomes a value of about 20% of the lens width W L. At this time, when the incident angles θ1 and θ2 of the irradiation light are set so that the convex photosensitive material layer 2 is formed without a gap, a dense microlens array can be obtained.

次に、照射光のスキャン方法について説明する。なお、本出願において、「スキャン」とは、露光用照射光が照射される領域を2次元的に走査すること、および照射光の入射角度を変化させることを含む。また、「スキャン」は、露光光4と光硬化性樹脂層2との位置関係および角度が相対的に変化すれば良いので、光硬化性樹脂2が塗布された基板1を動かしても良いし、露光光4の光源を動かしてもよい。円開口や矩形開口が形成されたフォトマスク6を用い、直交する2方向に「スキャン」を行なうと、2方向にレンズ効果をもったマイクロレンズも形成することができる。この方法はたとえば、開口部をもつ透過型液晶パネルにマイクロレンズを作製する方法として利用される。すなわち、画素開口部をマスク開口部として、透過型液晶パネルの光源側にマイクロレンズを作製し、光源からの液晶パネルへの光利用効率をあげることができる。形成された凸型レンズは光硬化性樹脂2の頂上部に平坦部をもつが、この後スプレーコーティングを行なうことにより球面形状に形成できる。   Next, an irradiation light scanning method will be described. In the present application, “scan” includes two-dimensional scanning of a region irradiated with exposure irradiation light and changing the incident angle of the irradiation light. In addition, since “scan” only requires that the positional relationship and angle between the exposure light 4 and the photocurable resin layer 2 change relatively, the substrate 1 coated with the photocurable resin 2 may be moved. The light source of the exposure light 4 may be moved. If a “scan” is performed in two orthogonal directions using a photomask 6 in which a circular opening or a rectangular opening is formed, a microlens having a lens effect in two directions can also be formed. This method is used, for example, as a method of manufacturing a microlens in a transmissive liquid crystal panel having an opening. That is, by using the pixel opening as a mask opening, a microlens is manufactured on the light source side of the transmissive liquid crystal panel, and the light use efficiency from the light source to the liquid crystal panel can be increased. The formed convex lens has a flat portion at the top of the photocurable resin 2, but can be formed into a spherical shape by spray coating thereafter.

透過型液晶パネルにマイクロレンズを設けた場合、バックライト側に設けたプリズムシートの周期構造との間でモアレが発生することがあるが、これはマイクロレンズを球面にすることで抑制することが可能である。本実施の形態では、開口を利用した露光法とスプレーコーティングを組み合わせて球面形状のレンズを形成することにより、モアレ抑制に効果のある構造とすることができる。   When a microlens is provided on a transmissive liquid crystal panel, moire may occur with the periodic structure of the prism sheet provided on the backlight side. This can be suppressed by making the microlens spherical. Is possible. In this embodiment, a spherical lens can be formed by combining an exposure method using an aperture and spray coating, whereby a structure effective in suppressing moire can be obtained.

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become the basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the claims. Further, all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims are included.

本発明におけるマイクロレンズおよびその製造方法は、液晶表示装置、受光装置、光通信システムにおけるファイバ間接続等に適用可能である。   The microlens and the manufacturing method thereof according to the present invention can be applied to a liquid crystal display device, a light receiving device, an interfiber connection in an optical communication system, and the like.

(A)〜(D)は、本発明に基づいた実施の形態におけるマイクロレンズの製造方法を説明する第1〜第4工程断面図である。(A)-(D) are 1st-4th process sectional drawing explaining the manufacturing method of the microlens in embodiment based on this invention. (A)は、横軸に「露光量」、縦軸に「残存膜厚」をとった場合の感光性材料の感度曲線を示す図であり、(B)は、横軸に「残存膜厚」、縦軸に「露光量」をとった場合の感光性材料の感度曲線を示す図である。(A) is a figure which shows the sensitivity curve of the photosensitive material when taking a "exposure amount" on a horizontal axis and taking a "remaining film thickness" on a vertical axis | shaft, (B) is a "residual film thickness on a horizontal axis. ] Is a diagram showing a sensitivity curve of a photosensitive material when “exposure amount” is taken on the vertical axis. 多階調のグレースケールマスクを用いた場合の感光性樹脂層の形状を示す図であり、(A)は、「位置」と「必要露光量」との関係を示す図であり、(B)は、(A)に対応した感光性樹脂層の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the photosensitive resin layer at the time of using a multi-tone grayscale mask, (A) is a figure which shows the relationship between "position" and "required exposure amount", (B) These are figures which show the shape of the photosensitive resin layer corresponding to (A). 低階調のグレースケールマスクを用いた場合の感光性樹脂層の形状を示す図であり、(A)は、「位置」と「必要露光量」との関係を示す図であり、(B)は、(A)に対応した感光性樹脂層の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the photosensitive resin layer at the time of using a gray scale mask of a low gradation, (A) is a figure which shows the relationship between "position" and "required exposure amount", (B) These are figures which show the shape of the photosensitive resin layer corresponding to (A). 本発明に基づいた実施の形態におけるマイクロレンズの製造方法で作製したマイクロレンズ(コーティング剤の外表面)の断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of the micro lens (outer surface of a coating agent) produced with the manufacturing method of the micro lens in embodiment based on this invention. 本発明に基づいた実施の形態におけるマイクロレンズを作製するためのフォトリソグラフィの異なる製造方法について説明する図であり、(A)は露光工程を説明するための断面図、(B)は感光性材料の各位置における露光量を示す図である。It is a figure explaining the manufacturing method from which the photolithography for producing the microlens in embodiment based on this invention differs, (A) is sectional drawing for demonstrating an exposure process, (B) is a photosensitive material. It is a figure which shows the exposure amount in each position.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板、2 感光性樹脂層、2a 感光性樹脂層(3次元形状の凸型)、2t 平坦部、3 グレースケールマスク、5 コーティング剤、6 フォトマスク、10 マイクロレンズ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 board | substrate, 2 photosensitive resin layer, 2a photosensitive resin layer (three-dimensional convex type), 2t flat part, 3 gray scale mask, 5 coating agent, 6 photomask, 10 micro lens.

Claims (9)

略凸型状の透光性の感光性材料と、前記感光性材料の上に積層された透光性薄膜とにより構成された略凸型状のマイクロレンズであって、
当該マイクロレンズの頂上部において、前記透光性薄膜の膜厚さが、前記頂上部を取囲む周囲の膜厚さもよりも厚くなっていることを特徴とするマイクロレンズ。
A substantially convex microlens composed of a substantially convex light-transmitting photosensitive material and a light-transmitting thin film laminated on the photosensitive material,
A microlens characterized in that, at the top of the microlens, the thickness of the translucent thin film is larger than the thickness of the surrounding film surrounding the top.
前記透光性薄膜が有機材料、あるいは無機有機ハイブリッド材料で構成されたことを特徴とする、請求項1記載のマイクロレンズ。   The microlens according to claim 1, wherein the translucent thin film is made of an organic material or an inorganic-organic hybrid material. 前記感光性材料により形成された凸型部の頂上部が平坦部を有し、その上に透光性薄膜を積層することにより前記透光性薄膜の外表面が球面状に形成されたことを特徴とする、請求項1、2記載のマイクロレンズ。   The top part of the convex part formed of the photosensitive material has a flat part, and the outer surface of the translucent thin film is formed into a spherical shape by laminating the translucent thin film on the top part. The microlens according to claim 1, wherein the microlens is characterized. 前記マイクロレンズの曲率半径が、レンズ幅の3倍以下であることを特徴とする、請求項1〜3記載のマイクロレンズ。   The micro lens according to claim 1, wherein a radius of curvature of the micro lens is three times or less of a lens width. 略凸型状の透光性の感光性材料と、前記感光性材料の上に積層された透光性薄膜とにより構成された略凸型状のマイクロレンズの製造方法であって、
感光性材料層を形成する工程と、
前記感光性材料層を感光し凸型の3次元形状の露光領域を形成する工程と、
前記感光性材料層の未硬化部分を除去する工程と、
未硬化部分が除去された前記感光性材料層の上に、スプレーコーティングにより透光性薄膜を形成する工程と、
を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
A method for producing a substantially convex microlens composed of a substantially convex translucent photosensitive material and a translucent thin film laminated on the photosensitive material,
Forming a photosensitive material layer;
Exposing the photosensitive material layer to form a convex three-dimensional exposure region;
Removing the uncured portion of the photosensitive material layer;
Forming a light-transmitting thin film by spray coating on the photosensitive material layer from which the uncured portion has been removed;
A method for producing a microlens, comprising:
前記感光性材料層に対し、グレースケールマスクを透過した透過光を用いて感光工程を行なったことを特徴とする、請求項5記載のマイクロレンズの製造方法。   6. The method of manufacturing a microlens according to claim 5, wherein a photosensitive process is performed on the photosensitive material layer using transmitted light that has passed through a gray scale mask. 前記感光性材料層に対し、複数の透明開口が設けられたマスクを用い、透明開口への入射角を変化させながら感光工程を行ったことを特徴とする、請求項5記載のマイクロレンズの製造方法。   The microlens manufacturing method according to claim 5, wherein a photosensitive process is performed while changing an incident angle to the transparent opening using a mask provided with a plurality of transparent openings on the photosensitive material layer. Method. 前記スプレーコーティングの工程において、加熱処理も同時に行うことを特徴とする、請求項5〜7のいずれかに記載のマイクロレンズの製造方法。   The method for manufacturing a microlens according to claim 5, wherein heat treatment is also performed at the same time in the spray coating process. 3次元形状の前記感光性材料層にスプレーコーティングにより透光性薄膜を形成することにより、透光性薄膜の外表面を球面状に形成したことを特徴とする、請求項5〜8記載のマイクロレンズの製造方法。   The micro surface according to claim 5, wherein an outer surface of the light transmissive thin film is formed into a spherical shape by forming a light transmissive thin film by spray coating on the photosensitive material layer having a three-dimensional shape. Lens manufacturing method.
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