JP2006010973A - Method for manufacturing micro lens array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に光硬化性樹脂により作製され、フラットパネルディスプレイの明るさを向上させるために用いる光学部材であるマイクロレンズアレイの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a microlens array, which is an optical member that is manufactured using a photocurable resin and is used to improve the brightness of a flat panel display.
従来から、液晶プロジェクターの光利用効率を高める技術として、光源と液晶パネルとの間にマイクロレンズアレイを配置する技術が知られている。マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、液晶パネルの各画素の透過領域と1対1に対応して配置されているため、光源からの光を各マイクロレンズによって各画素の透過領域に集光させ、各画素に選択的に入射させることができる。液晶プロジェクターに用いられる液晶パネルは高解像度であり、各画素の透過領域の開口率が低いため、光源からの光をマイクロレンズにて集光させることにより、明るい表示を実現することができる。 Conventionally, as a technique for improving the light use efficiency of a liquid crystal projector, a technique of arranging a microlens array between a light source and a liquid crystal panel is known. Since each microlens of the microlens array is arranged in a one-to-one correspondence with the transmission region of each pixel of the liquid crystal panel, the light from the light source is condensed on the transmission region of each pixel by each microlens, Each pixel can be selectively incident. Since a liquid crystal panel used for a liquid crystal projector has high resolution and a low aperture ratio of a transmission region of each pixel, a bright display can be realized by condensing light from a light source with a microlens.
また、近年、携帯端末等に用いられている透過反射両用型(半透過型)LCDについても同様に、マイクロレンズを用いることによって光利用効率を高めることが可能となる。この半透過型LCDは、外光を反射させる反射電極と、バックライト光を透過させる透明電極とを1つの画素に有しているため、通常の透過型LCDのように明るい外光下で表示が見にくくなるという欠点がない。さらに、半透過型LCDは、バックライトを消して反射型LCDとして用いることができるという優れた特徴を有しており、その構造の代表的な例が特許文献1に開示されている。
Further, in recent years, it is also possible to increase the light utilization efficiency of a transflective LCD (semi-transmissive) LCD used for portable terminals and the like by using a microlens. Since this transflective LCD has a reflective electrode that reflects external light and a transparent electrode that transmits backlight light in one pixel, it displays under bright external light like a normal transmissive LCD. There is no disadvantage that it becomes difficult to see. Furthermore, the transflective LCD has an excellent feature that it can be used as a reflective LCD with the backlight off, and a typical example of its structure is disclosed in
しかしながら、半透過型LCDにおいては、反射電極を形成した領域は、バックライト光が透過することができないため、明るい外光の無い場所では、パネル輝度が透過型LCDと比較して暗くなってしまう。さらに、市場要求として表示容量は増加する傾向にあるが、高解像度化に伴い開口率が低下していくため、バックライトの透過率が低下し、表示輝度が低下する。 However, in the transflective LCD, the region where the reflective electrode is formed cannot transmit the backlight light, so that the panel brightness becomes darker than the transmissive LCD in a place where there is no bright external light. . Furthermore, although the display capacity tends to increase as a market requirement, the aperture ratio decreases as the resolution increases, so the backlight transmittance decreases and the display brightness decreases.
このような不都合を回避するため、例えば特許文献2の半透過型LCDでは、バックライトとLCDパネルとの間にマイクロレンズアレイを設置することにより、反射電極により遮られるバックライト光を透明電極に集光し、パネル輝度を高めるようにしている。
In order to avoid such inconvenience, for example, in the transflective LCD of
一方、マイクロレンズアレイを製造する技術としては、樹脂を成型してレンズを製造する方法が一般的である。各種レンズの形成方法の一覧を表1に示す。 On the other hand, as a technique for manufacturing a microlens array, a method of manufacturing a lens by molding a resin is generally used. Table 1 shows a list of methods for forming various lenses.
大型基板に低コストでマイクロレンズアレイを形成できる方法としては、露光−現像プロセス(表1の(5))が適している。図12は、従来の露光−現像プロセスによって形成されたマイクロレンズアレイの概略の構成を示している。この露光−現像プロセスでは、まず、基板101上にネガ型レジスト等の光硬化性樹脂102を塗布し、その基板101に対して、開口幅a、開口ピッチcで形成された開口部103aを有するフォトマスク103を介して紫外線露光する。このときの露光は、光硬化性樹脂102とフォトマスク103との間にギャップbを空けた状態で露光する。
An exposure-development process ((5) in Table 1) is suitable as a method for forming a microlens array on a large substrate at low cost. FIG. 12 shows a schematic configuration of a microlens array formed by a conventional exposure-development process. In this exposure-development process, first, a
フォトマスク103の開口部103aで回折した光は、ギャップbを介して、光硬化性樹脂102の膜中ではちょうど所望のレンズ径にまで広がっている。しかも、露光強度は、開口部103aの中心を通る軸を中心とする同心円状に変化し、開口部103aの中心軸が通る部分では最も強く、周辺部すなわちマイクロレンズの外周部に相当する領域では最も弱くなる。結果として、露光後に得られる光硬化性樹脂102の膜厚は、開口部103aの中心軸が通る部分で最も厚く、周辺部すなわちマイクロレンズの外周部で最も薄くなる。露光後に現像処理を行うことにより、光硬化性樹脂102のうちの未硬化部分が除去され、マイクロレンズアレイが得られる。
The light diffracted by the opening 103a of the
この方法を用いれば、ディスプレイパネルに直接レンズを形成することが可能となる。また、ディスプレイパネルに直接レンズを形成する手法を採れば、マイクロレンズアレイを別の基板に形成後、ディスプレイパネルと位置合わせして貼り合せる場合に比べて低コストで済み、位置ずれマージンも小さくできる。 If this method is used, it is possible to form a lens directly on the display panel. In addition, if the lens is directly formed on the display panel, the microlens array can be formed on another substrate, and then the cost can be reduced compared to the case where the microlens array is aligned and bonded to the display panel, and the misalignment margin can be reduced. .
また、露光−現像プロセスの応用として、例えば特許文献3に開示された露光方法がある。この露光方法は、ブラックマスクを利用したセルフアラインの露光方法であり、図13は、その露光方法によって形成されたマイクロレンズアレイを示している。具体的に、この露光方法では、透明基板201上にブラックマスク202を形成した後、その上に平坦層203を形成し、さらにその上に光硬化性樹脂204を塗布する。そして、透明基板201におけるブラックマスク202を形成した面とは反対側から光を照射することにより、光硬化性樹脂204を硬化させ、マイクロレンズアレイを形成する。
As an application of the exposure-development process, for example, there is an exposure method disclosed in Patent Document 3. This exposure method is a self-alignment exposure method using a black mask, and FIG. 13 shows a microlens array formed by the exposure method. Specifically, in this exposure method, after forming the
この露光方法によれば、ブラックマスク202そのものがフォトマスクとして機能するため、別途フォトマスクを設けることが不要となり、別基板にマイクロレンズを形成してパネルと貼り合わせるときのような露光時の位置合わせも必要ない。また、ブラックマスク202と光硬化性樹脂204との間にギャップbが存在するために、ブラックマスク202で回折した光を利用してマイクロレンズをアレイ状に形成することができる。
According to this exposure method, since the
しかしながら、上記のギャップbは、平坦層203の厚みで規定されるため、制御しにくく、レンズの曲率を制御することが困難である。また、厚膜のレンズを形成するためには、ブラックマスク202と光硬化性樹脂204との間に大きなギャップbを空けて露光する必要があり、基板自体が厚くなってしまう欠点も有している。また、液晶パネルに直接レンズを形成する場合は、カラーフィルタ越しに露光を行う必要が生じ、各画素のレンズ形状を均一にすることが困難である。
However, since the gap b is defined by the thickness of the
なお、マイクロレンズアレイの製造には用いられていないが、フォトマスクの透過光にある複素振幅分布をもたせ、基板上で所望の回路パターンを得るための光強度分布となるように露光する露光方法が、例えば特許文献4に開示されている。この露光方法によれば、従来のプロキシミティ露光機を用いて高解像度のパターン転写が可能となっている。
ところで、マイクロレンズの単位形状が円形以外(例えば正六角形や正方形)のマイクロレンズアレイを上述した露光−現像プロセスによって製造する場合、フォトマスクとしては、そのマイクロレンズの形状に対応する形状(例えば正六角形や正方形)の開口部を有するものを使用すればよい。 By the way, when a microlens array whose microlens unit shape is other than a circle (for example, regular hexagon or square) is manufactured by the above-described exposure-development process, the photomask has a shape corresponding to the shape of the microlens (for example, regular hexagon). Those having a square or square opening may be used.
一方、マイクロレンズの充填率を高くしようと思えば、正六角形のマイクロレンズであれば、マイクロレンズを六方最密充填の配置にすればよく、正方形のマイクロレンズであれば、マイクロレンズをマトリクス状に配置すればよい。そのためには、フォトマスクにおいて、正六角形のマイクロレンズに対応して開口部を正六角形で形成し、その開口部を六方最密充填で配置したり、正方形のマイクロレンズに対応して開口部を正方形で形成し、その開口部をマトリクス状に配置すればよいとも思われる。 On the other hand, if you want to increase the filling ratio of the microlenses, if the microlenses are regular hexagons, the microlenses should be arranged in a hexagonal close-packed arrangement, and if they are square microlenses, the microlenses are arranged in a matrix. Should be arranged. For this purpose, in the photomask, openings are formed in regular hexagons corresponding to regular hexagonal microlenses, and the openings are arranged in a hexagonal close-packed manner, or openings are formed in correspondence with square microlenses. It seems that it is only necessary to form a square and arrange the openings in a matrix.
しかし、そのように開口部が配置されたフォトマスクを用いた場合、隣り合う開口部の間隔は、縦、横、斜めで異なる距離を持つため、ある方向では隣り合う開口部が近いために、隣の開口部からの光が干渉し、ある方向では隣り合う開口部が遠いために、開口部で回折した光が届かない領域が生じ、いずれの方向にもレンズとして機能しない領域が形成されることになる。したがって、円形以外のマイクロレンズを形成すべく、上記のように開口部が配置されたフォトマスクを用いて露光を行っても、マイクロレンズの充填率を高くすることができないという問題が生ずる。 However, when using a photomask in which openings are arranged in this way, the intervals between adjacent openings have different distances in the vertical, horizontal, and diagonal directions, so the adjacent openings are close in a certain direction. The light from the adjacent opening interferes, and the adjacent opening is far in a certain direction, so that there is a region where the light diffracted by the opening does not reach, and a region that does not function as a lens is formed in any direction It will be. Therefore, even if exposure is performed using the photomask in which the openings are arranged as described above in order to form a microlens other than a circle, there is a problem that the filling ratio of the microlens cannot be increased.
例えば、図14(a)に示すように、六方最密充填で配置された正六角形状の開口部301aを有するフォトマスク301を用い、このフォトマスク301との間にギャップを設けて基板上の光硬化性樹脂を露光すると、図14(b)に示すように、開口部301aの形状が所定角度(中心角30度)だけ回転した形状でマイクロレンズ302が配置される結果となる。この場合、マイクロレンズ302は、六方最密充填の配置とはならず、マイクロレンズアレイとしては充填率が低下したものとなる。
For example, as shown in FIG. 14A, a
また、例えば、図15(a)に示すように、マトリクス状に配置された正方形状の開口部401aを有するフォトマスク401を用い、このフォトマスク401との間にギャップを設けて基板上の光硬化性樹脂を露光すると、図15(b)に示すように、開口部401aの形状が所定角度(中心角45度)だけ回転した形状でマイクロレンズ402が配置される結果となる。この場合、マイクロレンズ402は、最密配置であるマトリクス状の配置とはならず、マイクロレンズアレイとしては充填率が低下したものとなる。
For example, as shown in FIG. 15A, a
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、開口部を適切に配置したフォトマスクを用いることによって、マイクロレンズを高充填率で配置することのできるマイクロレンズアレイの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to arrange microlenses with a high filling rate by using a photomask in which openings are appropriately arranged. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microlens array.
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、複数の開口部を有するフォトマスクを用いて基板上の光硬化性樹脂に光を照射することにより、前記基板上に多角形状のマイクロレンズをアレイ状に形成するマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記フォトマスクとして、マイクロレンズの形状に対応する多角形状の開口部が、マイクロレンズの最密配置パターンに対応するパターンで配置されたフォトマスクを用いることを特徴としている。 In the method for manufacturing a microlens array of the present invention, a photomask having a plurality of openings is used to irradiate a photocurable resin on a substrate with light so that polygonal microlenses are arrayed on the substrate. A method of manufacturing a microlens array to be formed, wherein a photomask in which polygonal openings corresponding to the shape of the microlens are arranged in a pattern corresponding to the closest arrangement pattern of the microlens is used as the photomask. It is characterized by that.
上記の構成によれば、フォトマスクの開口部は、多角形状のマイクロレンズに対応して多角形状で形成されている。例えば、マイクロレンズ形状として、正六角形、正方形、ひし形を考えた場合、開口部の形状としては、正六角形、正方形、長方形をそれぞれ考えることができる。 According to said structure, the opening part of the photomask is formed in the polygonal shape corresponding to the polygonal microlens. For example, when a regular hexagon, a square, and a rhombus are considered as the microlens shape, a regular hexagon, a square, and a rectangle can be considered as the shape of the opening.
また、フォトマスクの開口部は、マイクロレンズの最密配置パターンに対応するパターンで配置されている。ここで、マイクロレンズの最密配置パターンとは、例えば、マイクロレンズ形状が正六角形、正方形、ひし形であれば、最密配置パターンとしては、六方最密充填の配置パターン、マトリクス状の配置パターン、ひし形の2本の対角線が同一方向を向くようにマイクロレンズを敷き詰めた配置パターンをそれぞれ考えることができる。 The openings of the photomask are arranged in a pattern corresponding to the close-packed arrangement pattern of the microlenses. Here, the close-packed arrangement pattern of the microlens is, for example, if the microlens shape is a regular hexagon, a square, or a rhombus, the close-packed arrangement pattern includes a hexagonal close-packed arrangement pattern, a matrix-like arrangement pattern, An arrangement pattern in which microlenses are arranged so that two diagonal lines of the rhombus face in the same direction can be considered.
そこで、マイクロレンズの最密配置パターンに対応する開口部の配置パターンとは、例えば、マイクロレンズが六方最密充填の配置パターン、マトリクス状の配置パターンの場合は、開口部が個々のマイクロレンズを所定角度(例えば中心角A度)だけ回転させたような形状で並ぶ配置パターンを考えることができる。また、マイクロレンズがひし形で最密配置されている場合は、ひし形のマイクロレンズの2本の対角線のうち、長いほうの対角線の方向に短辺を持ち、短いほうの対角線の方向に長辺を持つ長方形の形状で開口部が並ぶ配置パターンを考えることができる。 Therefore, the arrangement pattern of the opening corresponding to the close-packed arrangement pattern of the microlens is, for example, when the microlens is a hexagonal close-packed arrangement pattern, or in the case of a matrix-like arrangement pattern, the opening includes each microlens. An arrangement pattern arranged in a shape rotated by a predetermined angle (for example, a central angle A degree) can be considered. In addition, when the microlenses are arranged in a close-packed shape with a rhombus, the longer side of the two diagonal lines of the rhombus-shaped microlens has a shorter side in the longer diagonal direction and the longer side in the shorter diagonal direction. An arrangement pattern in which openings are arranged in a rectangular shape can be considered.
このように、フォトマスクの開口部が、マイクロレンズの最密配置パターンに対応するパターンで配置されているので、そのフォトマスクの各開口部を介して基板上の光硬化性樹脂に光を照射したときに、基板上に多角形状のマイクロレンズが最密で配置される。その結果、マイクロレンズを高充填率で配置したマイクロレンズアレイを実現することができる。 In this way, the openings of the photomask are arranged in a pattern corresponding to the close-packed arrangement pattern of the microlenses, so light is irradiated to the photocurable resin on the substrate through each opening of the photomask. When this is done, the polygonal microlenses are arranged in a close-packed manner on the substrate. As a result, a microlens array in which microlenses are arranged with a high filling rate can be realized.
また、本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、複数の開口部を有するフォトマスクを用いて基板上の光硬化性樹脂に光を照射することにより、前記基板上に多角形状のマイクロレンズをアレイ状に形成するマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記フォトマスクとして、最密配置される多角形状のマイクロレンズを所定角度(例えば中心角A度)だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部を有するフォトマスクを用い、そのフォトマスクとの間にギャップを設けて前記光硬化性樹脂に光を照射することを特徴としている。 In addition, the method for manufacturing a microlens array of the present invention includes arraying polygonal microlenses on a substrate by irradiating light onto a photocurable resin on the substrate using a photomask having a plurality of openings. A microlens array manufacturing method for forming a microlens array, wherein, as the photomask, openings that are arranged in a shape in which polygonal microlenses arranged closest to each other are individually rotated by a predetermined angle (for example, a central angle A degree) The photocurable resin is irradiated with light with a gap provided between the photomask and the photomask.
フォトマスクの開口部の形状が多角形状(例えば正六角形や正方形)の場合、フォトマスクと基板上の光硬化性樹脂との間にギャップを設けて、フォトマスクの開口部を介して光硬化性樹脂に光を照射すると、フォトマスクの開口部の形状が所定角度(例えば中心角−A度)だけ回転したパターンで光硬化性樹脂が露光されるような条件が存在する。 When the shape of the opening of the photomask is a polygon (for example, a regular hexagon or a square), a gap is provided between the photomask and the photocurable resin on the substrate, and photocuring is performed through the opening of the photomask. When the resin is irradiated with light, there is a condition that the photocurable resin is exposed with a pattern in which the shape of the opening of the photomask is rotated by a predetermined angle (for example, the central angle -A degrees).
そこで、本発明では、そのことを逆に利用し、フォトマスクとして、最密配置される多角形状(例えば正六角形や正方形)のマイクロレンズを所定角度(例えば中心角A度)だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部を有するフォトマスクを用い、フォトマスクと光硬化性樹脂との間にギャップを設けて光硬化性樹脂に光を照射する。これにより、フォトマスクの開口部の形状が所定角度(例えば中心角−A度)だけ回転したパターンで光硬化性樹脂が露光される結果、基板上に多角形状のマイクロレンズを最密配置で形成することができる。したがって、多角形状のマイクロレンズを高充填率で配置したマイクロレンズアレイを実現することができる。 Therefore, in the present invention, by reversely utilizing this, as a photomask, polygonal lenses (for example, regular hexagons and squares) arranged in a close-packed manner are individually rotated by a predetermined angle (for example, center angle A degrees). A photomask having openings arranged in a different shape is used, and a gap is provided between the photomask and the photocurable resin to irradiate the photocurable resin with light. As a result, the photo-curing resin is exposed in a pattern in which the shape of the opening of the photomask is rotated by a predetermined angle (for example, the central angle −A degrees), and as a result, polygonal microlenses are formed in a close-packed arrangement on the substrate. can do. Therefore, it is possible to realize a microlens array in which polygonal microlenses are arranged at a high filling rate.
ここで、前記所定角度(例えば中心角A度)は、多角形状のマイクロレンズのその形状において隣接する2頂点とその多角形の外接円の中心とを結んでできる中心角の半分の角度であることが望ましい。例えば、マイクロレンズが正六角形状の場合、前記所定角度は30度となり、マイクロレンズが正方形状の場合、前記所定角度は45度となる。この設定により、フォトマスクの開口部を介して光硬化性樹脂を露光したときに、基板上に多角形状のマイクロレンズを確実に最密に配置することができる。その結果、多角形状のマイクロレンズを高充填率で配置したマイクロレンズアレイを確実に実現することができる。 Here, the predetermined angle (for example, center angle A degree) is an angle that is half the center angle formed by connecting two adjacent vertices of the polygonal microlens and the center of the circumscribed circle of the polygon. It is desirable. For example, when the microlens is a regular hexagon, the predetermined angle is 30 degrees, and when the microlens is a square, the predetermined angle is 45 degrees. With this setting, when the photo-curable resin is exposed through the opening of the photomask, the polygonal microlenses can be surely arranged on the substrate in the most dense manner. As a result, it is possible to reliably realize a microlens array in which polygonal microlenses are arranged with a high filling rate.
また、多角形状のマイクロレンズを最密に配置するための露光条件としては、前記フォトマスクと前記光硬化性樹脂との距離を100μm以上400μm以下とした状態で、前記フォトマスクの各開口部を介して前記光硬化性樹脂に光を照射することが望ましく、また、前記フォトマスクとして、開口部の開口径が、形成されるマイクロレンズの直径の40%以上60%以下であるフォトマスクを用いることが望ましい。 Further, as an exposure condition for arranging the polygonal microlenses in a close-packed manner, each opening of the photomask is set in a state where the distance between the photomask and the photocurable resin is set to 100 μm or more and 400 μm or less. The photocurable resin is preferably irradiated with light, and a photomask having an opening diameter of 40% or more and 60% or less of the diameter of the microlens to be formed is used as the photomask. It is desirable.
また、上述した本発明のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記フォトマスクとして、各開口部が正方形状のフォトマスクを用いれば、正方形状のマイクロレンズを最密で配置することができ、前記フォトマスクとして、各開口部が正六角形状のフォトマスクを用いれば、正六角形状のマイクロレンズを最密で配置することができる。 Further, in the method for manufacturing a microlens array of the present invention described above, if each opening has a square photomask as the photomask, the square microlenses can be arranged in a close-packed manner. If a photomask having a regular hexagonal shape for each opening is used as a mask, regular hexagonal microlenses can be arranged in a close-packed manner.
本発明によれば、フォトマスクの開口部の配置パターンを適切に設定することにより、そのフォトマスクを用いて光硬化性樹脂を露光したときに、多角形状のマイクロレンズを最密で配置することができる。その結果、マイクロレンズを高充填率で配置したマイクロレンズアレイを実現することができる。 According to the present invention, by appropriately setting the arrangement pattern of the openings of the photomask, when the photocurable resin is exposed using the photomask, the polygonal microlenses are arranged in a close-packed manner. Can do. As a result, a microlens array in which microlenses are arranged with a high filling rate can be realized.
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
本発明は、マイクロレンズを最密で配置すべく、開口部の形成されたフォトマスクを用いて基板上の光硬化性樹脂を露光するにあたり、フォトマスクの開口部の配置パターンを適切に設定した点に特徴がある。以下、この点を踏まえて説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the present invention, in order to arrange the microlenses in a close-packed manner, when exposing the photocurable resin on the substrate using a photomask in which openings are formed, the arrangement pattern of openings in the photomask is appropriately set. There is a feature in the point. Hereinafter, explanation will be given based on this point.
まず、マイクロレンズアレイの製造に用いられるフォトマスクの構成について説明する。 First, the configuration of a photomask used for manufacturing a microlens array will be described.
図1(a)は、フォトマスク1の概略の構成を示す平面図であり、図1(b)は、そのフォトマスク1を用いて形成されるマイクロレンズ2の配置を示す平面図である。フォトマスク1は、複数の開口部1aを有している。各開口部1aは、マイクロレンズ2の形状に対応する多角形状で形成されている。本実施形態では、例えば正六角形状のマイクロレンズ2を形成すべく、各開口部1aもそれにあわせて正六角形状となっている。
FIG. 1A is a plan view showing a schematic configuration of the
また、開口部1aは、マイクロレンズ2の最密配置パターンに対応するパターンでフォトマスク1に形成されている。ここで、マイクロレンズ2の形状が正六角形の場合、マイクロレンズ2の最密配置パターンは、図1(b)に示すように、六方最密充填の配置パターンとなる。したがって、開口部1aは、図1(a)で示したように、最密配置されるマイクロレンズ2の個々の形状を所定角度(例えば30度)回転させた形状でフォトマスク1に形成されている。
Further, the
次に、上記のフォトマスク1を用いた本発明のマイクロレンズアレイの製造方法ついて説明する。なお、マイクロレンズ2を最密で配置するためには、露光条件を最適化する、つまり、例えばフォトマスク1と光硬化性樹脂との間のギャップを最適化することや、開口部1aの開口径を適切に設定することが必要であるが、この点については後述することとする。
Next, a method for manufacturing the microlens array of the present invention using the
図2(a)(b)(c)は、本実施形態のマイクロレンズアレイの製造工程を示す断面図である。まず、図2(a)に示すように、ガラス基板11上に、マイクロレンズアレイ2の形成材料としての光硬化性樹脂12を厚さ30μmとなるように塗布する。光硬化性樹脂12としては、光重合性モノマーであるウレタン系アクリレート材料(新中村化学工業社製、商品名U−4HA)100重量部に、重合開始剤(チバガイギー社製、商品名:イルガキュア369)を1重量部添加したものを用いた。
2A, 2B, and 2C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the microlens array of this embodiment. First, as shown in FIG. 2A, a
そして、ガラス基板11に塗布した光硬化性樹脂12の表面と、フォトマスク1の対向面との間のギャップbを400μmに保ち、これらを固定する。
And the gap b between the surface of the
ここで、本実施形態では、所望のマイクロレンズ2の直径を約90μm、そのピッチを約100μmとしているため、フォトマスク1としては、開口部1aの開口径aが50μm、開口ピッチcが100μmのものを用いた。フォトマスク1の開口部1aの開口径は、所望のマイクロレンズ2の直径の40%以上60%以下であることが好ましく、所望のマイクロレンズ2の形状に応じて適宜設計することが可能である。
Here, in this embodiment, since the diameter of the desired
次に、水銀灯を用いて、固定したフォトマスク1の各開口部1aを介して光硬化性樹脂12に対して輝度半値角±1.5°のGHI混合線を300mJ/cm2の照射量で照射した。なお、GHI混合線とは、主にg線(波長436nm)、h線(波長405nm)およびi線(波長365nm)からなる光である。この光照射により、図2(b)に示すように、ガラス基板11上には、マイクロレンズ2の形状に対応した硬化部13と、未硬化部14とが形成される。
Next, using a mercury lamp, a GHI mixed line having a luminance half-value angle of ± 1.5 ° is applied to the
続いて、光硬化性樹脂12の未硬化部14を、メチルイソブチルケトン(MIBK)で溶解除去する現像処理を行い、図2(c)に示すように、ガラス基板11上に、硬化部13からなるマイクロレンズアレイを形成する。得られたマイクロレンズアレイは、直径80μmのマイクロレンズ2が連続して多数配列されたものであり、各マイクロレンズ2は、中心部から同心円状に連続的に厚みが変化したレンズ形状で、中心の厚みが20μm、曲率半径が80μm、焦点距離が250μmであった。
Subsequently, the
このように、本実施形態では、マイクロレンズアレイを製造するにあたり、フォトマスク1として、最密配置される多角形状(本実施形態では正六角形状)のマイクロレンズ2を所定角度(例えば30度)だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部1aを有するフォトマスク1を用い、そのフォトマスク1との間にギャップbを設けてガラス基板11上の光硬化性樹脂12に光を照射する。フォトマスク1と光硬化性樹脂12との間にギャップbを設けて光硬化性樹脂12を露光する場合、開口部1aの形状が所定角度(例えば−30度)だけ回転した形状でマイクロレンズ2が形成される露光条件が存在する。したがって、図1(a)に示したようにその回転分だけ予め逆方向に形状を回転させた開口部1aをフォトマスク1に形成しておけば、図1(b)に示すように、露光時に所望の形状、配置パターンでマイクロレンズ2を形成することができる。したがって、本実施形態のフォトマスク1を用いて光硬化性樹脂12を露光することにより、正六角形状のマイクロレンズ2を最密で配置することができる。
As described above, in the present embodiment, when manufacturing the microlens array, the
次に、上述したフォトマスク1を用いて光硬化性樹脂12を露光する際の露光条件の最適化について、以下に説明する。
Next, optimization of exposure conditions when exposing the
フォトマスク1の開口部1aの開口径をa、開口ピッチをc、フォトマスク1と光硬化性樹脂12との間の距離(ギャップ)をbとする。これらa、b、cのパラメータが適切に設定されていれば、フォトマスク1を用いて光硬化性樹脂12を露光したときに、フォトマスク1の開口部1aで回折した光は、ギャップbを介して光硬化性樹脂12の膜中ではちょうど所望のレンズ径にまで広がるため、充填率の高いマイクロレンズアレイを形成することができる。例えば、a=35μm、b=200μm、c=50μmと設定した場合、直径100μm程度のマイクロレンズ2をアレイ状に形成することが可能である。
The opening diameter of the
一方、図3に示すように、フォトマスク1の開口部1aの開口径aが、開口ピッチcに対して大きすぎる場合や、図4に示すように、ギャップbが開口径aに対して大きすぎる場合は、露光後に形成される隣り合うマイクロレンズ2の境界部は、フォトマスク1の隣り合う開口部1aからの光が干渉し合う結果、明確な境界部としては記録されない。つまり、マイクロレンズアレイは、連続的に曲率が変化する波形の断面形状となり、隣り合うマイクロレンズ2の境界部において、レンズとして機能しない領域が形成されることになる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, when the opening diameter a of the
また、図5に示すように、フォトマスク1の開口部1aの開口径aが、開口ピッチcに対して小さすぎる場合、もしくはフォトマスク1と光硬化性樹脂12との間のギャップbが小さすぎる場合は、フォトマスク1で回折した光が届かない領域が生じるため、同様にマイクロレンズ2の境界部において、レンズとして機能しない領域が形成されることになる。これらの結果、得られるマイクロレンズアレイのレンズ充填率が低下する。
Further, as shown in FIG. 5, when the opening diameter a of the
そこで、本実施形態では、以下の考察に基づき、露光条件を最適化した。 Therefore, in this embodiment, the exposure conditions are optimized based on the following considerations.
一般に、フォトマスクを用いた近接露光を行う場合、フォトマスクを透過した光の強度分布は、以下の手順で計算することができる。図6は、フォトマスク1および光硬化性樹脂12の配置を示している。フォトマスク1の開口部1aの開口径をa、マスク面と光硬化樹脂12との間のギャップをb、マスク面の任意の位置をS、光硬化性樹脂12の表面の任意の位置をP、線分SPの長さとギャップbとの差をβ、照射光の波長をλ、開口部1aの面積をσ、S点の微小面積をdσ、S点での光の波動をU0(S)、P点での光の波動をU(P)とすると、U(P)は、次の数1式で表すことができる。
In general, when proximity exposure using a photomask is performed, the intensity distribution of light transmitted through the photomask can be calculated by the following procedure. FIG. 6 shows the arrangement of the
U0(S)を一定とし、開口部1aを矩形開口とすることで、数1式は計算し易い形に置き換えることができる。ここで、マスク面に平行な面内において互いに直交する2方向(X方向、Y方向)を軸とする座標軸において、S点のX座標をξ、S点のY座標をη、P点のX座標をx、P点のY座標をy、開口部1aのX方向の最小位置をξ1、開口部1aのX方向の最大位置をξ2、開口部1aのY方向の最小位置をη1、開口部1aのY方向の最大位置をη2とすると、上記のβは、次の数2式で表すことができ、dσは、次の数3式で表すことができる。
By making U 0 (S) constant and the
U0(S)は、U0で一定とし、数2式および数3式を数1式に代入すれば、数1式のU(P)は、次の数4式で表すことができる。
If U 0 (S) is constant at U 0 and
また、P点での光強度I(P)は、波動振幅の絶対値の二乗として求めることができるため、次の数5式で表すことができる。 Further, since the light intensity I (P) at the point P can be obtained as the square of the absolute value of the wave amplitude, it can be expressed by the following equation (5).
数4式および数5式を用いれば、近接露光における矩形開口パターンの光強度分布を計算することができる。開口部1aが正六角形や正方形のフォトマスク1による近接露光の光強度分布を計算する場合は、それぞれの開口部1aを微小な矩形開口の足し合わせとみなして表現することで容易に計算することができる。
Using Equation 4 and Equation 5, the light intensity distribution of the rectangular aperture pattern in the proximity exposure can be calculated. When calculating the light intensity distribution of the proximity exposure using the
図7は、開口部1aが正六角形状のフォトマスクの概略の構成を示す平面図であり、図8は、数4式および数5式を用いて求めた光強度分布を模式的に示す説明図である。ただし、フォトマスク1の開口部1aの開口径を50μm、フォトマスク1と光硬化性樹脂12との間のギャップbを300μmとした。また、計算に用いた光の平行度は、実際の露光機に合わせるため1.5度とした。また、ここでは、±1.5度の光線を表現するために、13本の異なる入射角を持つ平行光の足し合わせとして近似して計算した。図9は、フォトマスク1と光硬化性樹脂12との間のギャップbを400μmとした場合の光強度分布を模式的に示す説明図である。なお、図8および図9において、濃淡の淡い部分が露光強度の強い部分に対応しており、濃い部分が露光強度の弱い部分に対応している。
FIG. 7 is a plan view showing a schematic configuration of a photomask having an
300μmのギャップbを介して光硬化性樹脂12を露光すると、図7で示したフォトマスク1の開口パターンが、30度回転した正六角形状の光強度分布が得られていることが分かる。ギャップbが300μmの場合、フォトマスク1で回折した光は、隣り合う開口部1aからの光が重なり合うほどには広がっておらず、光硬化性樹脂12に光が届いていない領域が若干存在している。さらに、400μmまでギャップbを広げると、フォトマスク1で回折した光が十分広がるため、光硬化性樹脂12に光が届いていない領域が少なくなり、充填率の高いマイクロレンズアレイが形成できることが分かる。一方、ギャップbが100μm未満では、光硬化性樹脂12に光が届かない領域が多く存在することがわかっており、マイクロレンズの充填率を高くすることができない。
When the
以上より、マイクロレンズの充填率を高くするためには、ギャップbは、100μm以上400μm以下であることが望ましいと言える。特に、ギャップbが300μm以上400μm以下であれば、マイクロレンズの充填率を確実に高くすることができる。 From the above, it can be said that the gap b is desirably 100 μm or more and 400 μm or less in order to increase the filling ratio of the microlens. In particular, when the gap b is 300 μm or more and 400 μm or less, the filling rate of the microlens can be reliably increased.
また、数4式および数5式を用いれば、マイクロレンズの充填率を高くするための、フォトマスク1の開口部1aの開口径aについても最適化することができる。本実施形態では、ギャップbを100μm以上400μm以下の範囲で開口径aを変化させて調べたところ、開口径aが、形成されるマイクロレンズの直径の40%以上60%以下であれば、マイクロレンズの充填率を高めることができることが確認できた。
Further, if the equations (4) and (5) are used, the opening diameter a of the
このように、フォトマスク1の開口部1aの形状と開口径a、フォトマスク1と光硬化性樹脂12との間のギャップb等のパラメータは、上述の計算に基づいて適宜設計することができる。このため、マイクロレンズアレイとして、例えば図10(b)に示す正方形状のマイクロレンズ2を有するもの、図11(b)に示すひし形状のマイクロレンズ2を有するもの、レンズ径が異なるものを製造することもできる。
Thus, parameters such as the shape and opening diameter a of the
例えば、正方形状のマイクロレンズ2を最密で配置する場合は、図10(b)に示すように、正方形状のマイクロレンズ2をマトリクス状で配置すればよい。この場合、フォトマスク1としては、図10(a)に示すように、マイクロレンズ2の形状に対応する正方形状の開口部が、マイクロレンズ2の最密配置パターンに対応するパターンで配置されたもの、より具体的には、最密配置される個々のマイクロレンズ2を所定角度(中心角45度)だけ回転させたような形状で開口部1aが並んでいるものを考えることができる。
For example, when the square-shaped
このような開口形状のフォトマスク1を用いても、フォトマスク1との間にギャップbを設けて光硬化性樹脂12に光を照射すると、開口部1aの形状が所定角度(例えば−45度)だけ回転した形状で形成されるので、図10(a)に示したようにその回転分だけ予め逆方向に形状を回転させた開口部1aをフォトマスク1に形成しておけば、図10(b)に示すように、露光時に所望の形状、配置パターンでマイクロレンズ2を形成することができる。したがって、そのようなフォトマスク1を用いて光硬化性樹脂12を露光することにより、正方形状のマイクロレンズ2を最密で配置することができる。
Even when the
つまり、正六角形状や正方形状のマイクロレンズ2を最密で配置する場合、フォトマスク1として、最密配置される多角形状のマイクロレンズ2を所定角度だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部1aを有するフォトマスク1を用い、そのフォトマスク1との間にギャップbを設けて光硬化性樹脂12に光を照射すればよい。このときの上記所定角度としては、多角形状のマイクロレンズ2のその形状において隣接する2頂点とその多角形の外接円の中心とを結んでできる中心角の半分の角度(マイクロレンズ2が正六角形であれば(60°/2)=30°、マイクロレンズ2が正方形であれば(90°/2)=45°)であればよい。
That is, when the regular hexagonal or
また、フォトマスク1として、各開口部1aが正六角形状のものを用いれば、正六角形状のマイクロレンズ2を最密で配置することができ、各開口部1aが正方形状のものを用いれば、正方形状のマイクロレンズ2を最密で配置することができると言える。
Moreover, if each opening
一方、ひし形状のマイクロレンズ2を最密で配置する場合は、図11(b)に示すように、ひし形の2本の対角線が同一方向を向くようにマイクロレンズ2を敷き詰めて配置すればよい。このとき、マイクロレンズ2の最密配置パターンに対応するフォトマスク1の開口部1aの配置パターンとしては、図11(a)に示すように、マイクロレンズ2の形状であるひし形の2本の対角線のうち、長いほうの対角線の方向に短辺を持ち、短いほうの対角線の方向に長辺を持つ長方形の形状で開口部1aが並ぶ配置パターンを考えることができる。この場合でも、フォトマスク1を用いて光硬化性樹脂12に光を照射したときには、ひし形のマイクロレンズ2を最密で配置することができる。
On the other hand, in the case where the diamond-shaped
1 フォトマスク
1a 開口部
2 マイクロレンズ
11 ガラス基板
12 光硬化性樹脂
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記フォトマスクとして、マイクロレンズの形状に対応する多角形状の開口部が、マイクロレンズの最密配置パターンに対応するパターンで配置されたフォトマスクを用いることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。 A method of manufacturing a microlens array in which a polygonal microlens is formed in an array on a substrate by irradiating light onto a photocurable resin on the substrate using a photomask having a plurality of openings. ,
A method of manufacturing a microlens array, wherein a photomask in which polygonal openings corresponding to the shape of a microlens are arranged in a pattern corresponding to a close-packed arrangement pattern of microlenses is used as the photomask.
前記フォトマスクとして、最密配置される多角形状のマイクロレンズを所定角度だけ個々に回転させた形状で並ぶ開口部を有するフォトマスクを用い、そのフォトマスクとの間にギャップを設けて前記光硬化性樹脂に光を照射することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。 A method of manufacturing a microlens array in which a polygonal microlens is formed in an array on a substrate by irradiating light onto a photocurable resin on the substrate using a photomask having a plurality of openings. ,
As the photomask, a photomask having openings arranged in a shape in which polygonal microlenses arranged closest to each other are rotated by a predetermined angle is used, and the photocuring is performed by providing a gap between the photomasks. A method for producing a microlens array, which comprises irradiating a light-sensitive resin with light.
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JP2007287711A (en) * | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Seiko Epson Corp | Pattern forming method and device manufacturing method |
JP2010169720A (en) * | 2009-01-20 | 2010-08-05 | Toppan Printing Co Ltd | Density distribution mask and device for designing the same, and method for manufacturing array of minute three-dimensional figure |
CN102520576A (en) * | 2011-11-18 | 2012-06-27 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | Data split method and correction method of stepping photoetching mask plate for diagrammed substrate process |
CN112859511A (en) * | 2019-11-26 | 2021-05-28 | 上海仪电显示材料有限公司 | Mask and optical filter |
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Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
JP2007287711A (en) * | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Seiko Epson Corp | Pattern forming method and device manufacturing method |
JP2010169720A (en) * | 2009-01-20 | 2010-08-05 | Toppan Printing Co Ltd | Density distribution mask and device for designing the same, and method for manufacturing array of minute three-dimensional figure |
CN102520576A (en) * | 2011-11-18 | 2012-06-27 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | Data split method and correction method of stepping photoetching mask plate for diagrammed substrate process |
CN102520576B (en) * | 2011-11-18 | 2014-02-05 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | Data split method and correction method of stepping photoetching mask plate for diagrammed substrate process |
CN112859511A (en) * | 2019-11-26 | 2021-05-28 | 上海仪电显示材料有限公司 | Mask and optical filter |
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