JP2001194508A

JP2001194508A - 光学基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001194508A
Application number: JP2000001913A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Shimizu; 敦清水; Atsushi Yao; 敦矢尾
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】製造歩留りを低下させることなく、マイクロ
レンズアレイ基板のスタック厚を薄くする。【解決手段】スタンパ２４と紫外線照射を用いてベー
スガラス２２の上にレンズ樹脂層２３を成形した後、レ
ンズ樹脂層２３の上に封止樹脂層２７となる紫外線硬化
型樹脂を滴下する。一方、カバーガラス２８の内面に
は、スピナを用いて未硬化もしくは半硬化の樹脂を塗布
することにより保護膜２９を形成しておく。ついで、ベ
ースガラス２２の上方にカバーガラス２８を重ねて押圧
し、保護膜２９とレンズ樹脂層２３との間に紫外線硬化
型樹脂を挟み込んで拡げ、封止樹脂層２７を形成する。
この後、封止樹脂層２７に紫外線を照射して硬化させる
と共に保護膜２９も完全硬化させ、マイクロレンズアレ
イ基板のウエハ３０を作製する。ついで、ウエハ３０の
両面を研磨して平滑に仕上げる。

Description

【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
レイやマイクロプリズムアレイ等の光学素子アレイを備
えた光学基板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数のマイクロレンズ（微小レンズ）を
配列された光学基板（以下、マイクロレンズアレイ基板
という）の製造方法には、エッチングによる方法やスタ
ンパを用いる方法など種々の方法が提案されている。こ
のうちスタンパを用いる方法は、スタンパで紫外線硬化
型樹脂に型押しすることによってレンズ樹脂層を成形
し、その上にレンズ樹脂層と屈折率の異なる封止樹脂層
を重ねることによって表面を平坦化する方法であり、量
産性に優れ、かつ非球面レンズを製作できるという長所
がある。

【０００３】また、マイクロレンズアレイ基板は、初め
からチップ単体として製作される場合もあるが、一般的
には、ウエハに複数個のマイクロレンズアレイ基板を作
り込んでいる。マイクロレンズアレイ基板を部品（例え
ば、液晶表示素子の部品）として使用する場合には、次
工程で配向膜塗布（未焼成の配向膜の溶液を凸版印刷す
る工程）や、ラビング（液晶の配向方向を特定させるた
め、マイクロレンズアレイ基板上に焼成により形成され
た薄膜状の配向膜を、布地を巻き付けたローラでこする
工程）があるため、チップ単体で工程処理をするよりも
ウエハで実施した方が効率がよいからである。また、ウ
エハの方が製品（＝マイクレンズアレイ基板）とならな
い周辺部があるので、取り扱いが容易であるからであ
る。そのため、マイクロレンズアレイ基板のメーカーで
は、ほとんどの場合、ウエハに複数個のマイクロレンズ
アレイ基板を作り込み、ウエハ状態で出荷している。

【０００４】従来のスタンパ法によるマイクロレンズア
レイ基板の製造工程を図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ｅ）
〜（ｇ）及び図３により説明する。この製造工程では、
まず図１（ａ）に示すように、ベースガラス２の上に未
硬化の紫外線硬化型樹脂３を滴下し、ベースガラス２の
上方からスタンパ４を下降させる。ついで、図１（ｂ）
に示すように、スタンパ４とベースガラス２の間に紫外
線硬化型樹脂３を挟み込んで紫外線硬化型樹脂（以下、
レンズ樹脂層という）３をスタンパ４とベースガラス２
の間に押し広げ、ベースガラス２を通してレンズ樹脂層
３に紫外線を照射し、レンズ樹脂層３を硬化させる。こ
の後、硬化したレンズ樹脂層３からスタンパ４を剥離さ
せると、図１（ｃ）に示すように、レンズ樹脂層３の表
面には、スタンパ４下面の型５が転写されることによ
り、レンズパターン６が形成される。

【０００５】さらに、図１（ｄ）のように、レンズ樹脂
層３の上に屈折率の異なる未硬化の紫外線硬化型樹脂７
を滴下し、レンズ樹脂層３とカバーガラス８の間に未硬
化の紫外線硬化型樹脂（以下、封止樹脂層という）７を
挟み込み、封止樹脂層７を下層のレンズ樹脂層３とカバ
ーガラス８の間に押し広げる。ついで、図２（ｅ）に示
すように、ベースガラス２及びレンズ樹脂層３を通して
封止樹脂層７に紫外線を照射し、封止樹脂層７を硬化さ
せる。この結果、複数枚分のマイクロレンズアレイ基板
を含んだマイクロレンズアレイウエハ（以下、単にウエ
ハという）９が製作され、屈折率の異なるレンズ樹脂層
３と封止樹脂層７の界面にマイクロレンズアレイ１０が
形成される。

【０００６】ウエハ９が製作されると、図２（ｆ）のよ
うに、研磨装置１１によりベースガラス２の下面及びカ
バーガラス８の上面を研磨して表面を平滑にすると共に
ウエハ９の表裏の平行度を得る。図４は、マイクロレン
ズアレイ基板（ウエハ９）の研磨前における各部分の厚
みと研磨後における各部分の厚みの一例を示している。
この例では、マイクロレンズアレイ基板の両面研磨より
カバーガラス８とベースガラス２を同量（４７５μｍ）
だけ研磨して薄くしている。ついで、図２（ｇ）に示す
ように、カバーガラス８の上面に蒸着法によって透明電
極（ＩＴＯ膜）１２を形成する。

【０００７】この後、図３に示すように、アライメント
マーク１３によってウエハ９を位置決めした後、カット
ラインＣでウエハ９をカットして個々のマイクロレンズ
アレイ基板１を得る（図３では、１４枚取りの場合を示
している）。

【０００８】上記のようなマイクロレンズアレイ基板の
製造工程において研磨工程を必要とするのは、透明電極
１２の蒸着面は、表示素子材料（例えば、液晶表示素子
であれば、液晶）の接する面であり、滑らかさを必要と
するから、マイクロレンズアレイ基板１の表面の凹凸を
除去する必要があるためである。さらに、マイクロレン
ズアレイ基板１は高い平坦性を要するので、ウエハ全体
の反りを抑えてマイクロレンズアレイ基板１の平坦性を
確保する必要があるためである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図５に示すように、レ
ンズ樹脂層３（通常は、レンズ樹脂層３のエッジ）から
マイクロレンズアレイ基板１の表面までの光学的距離を
スタック厚Ｔsと呼ぶ。このスタック厚Ｔsを、マイクロ
レンズアレイ基板１の断面の厚み測定から求める場合に
は、カバーガラス８と封止樹脂層７の屈折率を考慮しな
ければならないが、基板の上面から光学的に測定する場
合には、すでに屈折率の影響を受けているので、実測値
を用いることができる。例えば、図４に示した研磨後の
マイクロレンズアレイ基板１では、カバーガラス８の屈
折率が１.４、封止樹脂層７の屈折率が１.７であるとす
ると、そのスタック厚Ｔsは、次式で与えられる。Ｔs ＝（カバーガラスの厚み／カバーガラスの屈折率）
＋（封止樹脂層の厚み／封止樹脂層の屈折率）＝（２５μｍ／１.４）＋（３０μｍ／１.７）≒３５μ
ｍ

【００１０】マイクロレンズアレイ基板１のスタック厚
は、マイクロレンズアレイ基板１のユーザーである例え
ば液晶表示素子メーカーの要望により、近年ますます薄
くなる傾向にある。

【００１１】封止樹脂層７の働きは、レンズ樹脂層３の
凸凹（レンズパターン６）を平坦化するためであるか
ら、特に厚みを必要とするものではない。従って、マイ
クロレンズアレイ基板１のスタック厚を薄くするには封
止樹脂層７の厚みを薄くすればよい。しかし、レンズ樹
脂層３の上に未硬化の紫外線硬化型樹脂を滴下した後、
カバーガラス８で樹脂を強く押圧して封止樹脂層７を薄
くすると、カバーガラス８とレンズ樹脂層３との干渉に
よってレンズ樹脂層３のエッジが潰れ、マイクロレンズ
アレイ基板１が不良品となる恐れがある。

【００１２】また、マイクロレンズアレイ基板１のスタ
ック厚を薄くするためには、厚みの薄いカバーガラス８
を用いればよいが、そのためにはカバーガラス８の厚み
は数１０μｍのオーダーとなる。薄いガラス板を貼り合
わせることは難しく、初めからカバーガラス８の厚みを
薄くしていると、カバーガラス８を搬送したり位置決め
したり、図１（ｄ）ないし図２（ｅ）の工程でカバーガ
ラス８を押圧してベースガラス２に貼り合わせる際、カ
バーガラス８が損傷し易い。

【００１３】そのため従来にあっては、前記のように厚
みのあるカバーガラス８とベースガラス２とを用いてマ
イクロレンズアレイ基板１を作製し、カバーガラス８と
ベースガラス２を貼り合わせた後、カバーガラス８及び
ベースガラス２を研磨している。

【００１４】ところが、カバーガラス８を研磨してマイ
クロレンズアレイ基板１のスタック厚を薄くすると、図
６（ａ）に示すように、レンズ樹脂層３とカバーガラス
８の間で封止樹脂層７が空気を噛み込み、マイクロレン
ズアレイ基板１内に気泡αが生じたとき、図６（ｂ）の
ように気泡位置でカバーガラス８が破損し、カバーガラ
ス８の剥離が発生し易くなる問題があった。

【００１５】特に、このようなカバーガラス８の剥離
は、図７に示すように、マイクロレンズアレイ基板１の
研磨後における超音波洗浄工程で多発する。これは、気
泡位置ではカバーガラス８が封止樹脂層７層によって支
えられていないので、カバーガラス８に亀裂が入り易
く、この亀裂が成長することによって剥離するためであ
る。また、ウエハの表面に透明電極を蒸着させる工程
で、蒸着チャンバ内での真空引きにより気泡αが破裂
し、カバーガラス８が剥離する場合もある。さらに、カ
バーガラス８やベースガラス２の研磨時に発生する摩擦
熱で気泡αが膨張し、気泡αが破裂してカバーガラス８
を破損させることもある。

【００１６】このカバーガラス８の剥離による欠陥は、
ウエハ中の１つのマイクロレンズアレイ基板１に生じた
場合でも、ウエハ全体が不良品となる。さらに、カバー
ガラス８の剥離の発生は突発的であるが、ロット単位で
突発的に発生する（ロットにより発生頻度が違い、多発
ロットはほぼ全滅ということが少なくない。）ために一
度の発生枚数が多い。このため、カバーガラス８の剥離
は、内部異物（レンズ樹脂層３や封止樹脂層７内の異物
や気泡など）と並んでマイクロレンズアレイ基板１の歩
留まりを低下させる最大要因となっており、生産計画の
見込みを大きく狂わすこととなる。

【００１７】また、上記のようなカバーガラス８の剥離
は、封止樹脂層７の内部に発生する気泡αが原因とな
り、気泡αの大きさが大きいほど発生し易くなるが、こ
のほかに誘発要因がある。誘発要因としては、例えばカ
バーガラス８の厚みが薄いこと、封止樹脂層７の厚みが
厚いこと、カバーガラス８と封止樹脂層７の間の密着強
度が小さいことなどがある。

【００１８】カバーガラス８の剥離は、原因（気泡α）
だけで発生するものでなく、ある程度の誘発要因が揃っ
たときに発生するものである。図８は原因及び誘発要因
の有無とカバーガラス８の剥離の発生、非発生との関係
を表形式にまとめたものであって、原因が単独で剥離に
結びつくのではなく、原因があり、かつ、ある程度の誘
発要因がそろったときに剥離が発生することを示してい
る。ただし、気泡αが発生していてもサイズが小さい場
合には、誘発要因が重なっても剥離発生に結びつかない
ので、サイズの小さな気泡αの発生は原因無し（気泡無
し）として扱うことができる。また、原因にも誘発要因
にも、剥離と関連の強い因子（影響度が大きい）や製造
工程として現状では制御が困難な因子がある。

【００１９】よって、カバーガラスの厚みを薄くした場
合には、気泡によってカバーガラスの剥離が生じる恐れ
があり、この剥離発生を抑えるには原因（サイズの大き
な気泡）を取り除くか、誘発要因の中で強い因子を抑え
ればよいことになる。

【００２０】

【発明の開示】本発明は、上記従来例の問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、レンズ
アレイやプリズムアレイ等からなる光学素子アレイ層パ
ターンを潰すことなく封止樹脂層の厚みを薄くすること
により、光学基板のスタック厚もしくは光学基板自体の
厚みを薄くすることにある。

【００２１】また、本発明の別な目的は、封止樹脂層内
にサイズの大きな気泡が発生しないようにすることによ
り、ガラス基板等からなる第２の基材の剥離を防止する
ことにある。

【００２２】この発明による光学基板は、第１の基材の
上方に光学素子アレイ層を積層し、当該光学素子アレイ
層の上方に少なくとも光学素子アレイ層の上方領域を平
坦化する封止樹脂層を積層し、当該封止樹脂層の表面に
前記光学素子アレイ層を保護するための保護膜を積層
し、当該保護膜の上に第２の基材を積層したものであ
る。

【００２３】ここで第２の基材には、ガラス基板や透明
樹脂基板等が含まれるが、さらに、ガラス基板等の表面
に形成された硬質の膜等も含まれていてもよい。また、
光学素子アレイ層を保護するための保護膜とは、第２の
基材側と第１の基材側とを重ね合わせる際に第２の基材
によって光学素子アレイ層が損傷を受けるのを防止する
ための膜であって、第２の基材側と第１の基材側とを重
ね合わせる際に第２の基材よりも柔軟な材質のものであ
る。

【００２４】この光学基板にあっては、光学素子アレイ
層と第２の基材との間に保護膜が存在しているので、圧
力を加えて封止樹脂層を薄く延ばしたとき光学素子アレ
イ層と保護膜が干渉しても光学素子アレイ層は保護膜に
よって保護され（例えば、光学素子アレイ層が保護膜内
に埋まり込む）、光学素子アレイ層の破損が防止され
る。よって、光学素子アレイ層を傷付けることなく封止
樹脂層を薄くすることができ、製品歩留まりを低下させ
ることなく光学基板のスタック厚や光学基板自体の厚み
を薄くすることができる。

【００２５】また、第２の基材に設けておくことにより
保護膜には気泡が発生しないようにすることが可能であ
るから、第１の基材側と第２の基材側とを重ね合わせる
際に空気を噛み込んでも、気泡は封止樹脂層内に制限さ
れ、光学素子アレイ層と第２の基材との間一杯に成長す
ることがない。よって、封止樹脂層の薄膜化が可能にな
るのと相まって、第２の基材の剥離が起きないレベルま
で気泡のサイズを小さくすることが可能になる。しか
も、気泡が生じていても、気泡位置では第２の基材は保
護膜によって裏打ち補強されており、剥離に対する強度
が高くなっている。よって、この光学基板にあっては、
第２の基材の厚みが薄い場合でも、気泡による第２の基
材の剥離発生を抑制することができ、製品歩留まりを低
下させることなく光学基板のスタック厚や光学基板自体
の厚みを薄くすることができる。

【００２６】なお、この光学基板は積層一体化した後、
その両面又は片面を研磨してもよい。研磨を行うことに
より光学基板のスタック厚等をより小さくできるが、こ
のような場合でも第２の基材の剥離を抑制することがで
きる。ただし、この光学基板は研磨工程を必須とするも
のではなく、研磨工程が無くても差し支えない。

【００２７】この発明の一実施形態による光学基板は、
その保護膜の屈折率が、前記封止樹脂層及び前記第２の
基材の屈折率のうち、いずれか一方の屈折率にほぼ等し
くなっているものである。

【００２８】この実施形態では、保護膜の屈折率が封止
樹脂層と第２の基材のうちいずれかの屈折率にほぼ等し
いから、光学的には保護膜は封止樹脂層又は第２の基材
の一部として取り扱うことが可能になり、光学基板の設
計が複雑になることがない。

【００２９】ただし、保護膜の屈折率は絶対制約条件で
はなく、保護膜の屈折率が第２の基材や封止樹脂層の屈
折率と全く異なっていてもよい。その場合はパラメータ
となる因子が一つ増えるだけである。

【００３０】また、この発明による光学基板の製造方法
は、第１の基材の上方に光学素子アレイ層を積層し、第
２の基材の内面に第２の基材よりも柔軟な保護膜を形成
した後、該光学素子アレイ層と該保護膜との間に封止樹
脂層を挟み込むようにして第１の基材と第２の基材とを
積層一体化するものである。ここでも第２の基材には、
ガラス基板や透明樹脂基板等が含まれるが、さらに、ガ
ラス基板等の表面に形成された硬質の膜等も含まれてい
てもよい。

【００３１】この光学基板の製造方法にあっては、第２
の基材の内面に保護膜が形成されているので、第２の基
材に圧力を加えて封止樹脂層を薄く延ばしたとき光学素
子アレイ層と保護膜が干渉しても光学素子アレイ層は保
護膜に埋まり込み、光学素子アレイ層の破損が防止され
る。よって、光学素子アレイ層を傷付けることなく封止
樹脂層を薄くすることができ、製品歩留まりを低下させ
ることなく光学基板のスタック厚や光学基板自体の厚み
を薄くすることができる。

【００３２】また、第２の基材に設けられている保護膜
には気泡を発生させないようにできるので、第１の基材
側と第２の基材側とを重ね合わせる際に空気を噛み込ん
でも、気泡は封止樹脂層内に制限され、光学素子アレイ
層と第２の基材との間一杯に成長することがない。よっ
て、封止樹脂層の薄膜化が可能になるのと相まって、第
２の基材の剥離が起きないレベルまで気泡のサイズを小
さくすることが可能になる。しかも、気泡が生じていて
も、気泡位置では第２の基材は保護膜によって裏打ち補
強されており、剥離に対する強度が高くなっている。よ
って、この光学基板の製造方法にあっては、第２の基材
の厚みが薄い場合でも、気泡による第２の基材の剥離発
生を抑制することができ、製品歩留まりを低下させるこ
となく光学基板のスタック厚や光学基板自体の厚みを薄
くすることができる。

【００３３】なお、この光学基板も積層一体化した後、
その両面又は片面を研磨してもよい。研磨を行うことに
より光学基板のスタック厚等をより小さくできるが、こ
のような場合でも第２の基材の剥離を抑制することがで
きる。ただし、この光学基板は研磨工程を必須とするも
のではなく、研磨工程が無くても差し支えない。

【００３４】さらに、この発明の一実施形態による光学
基板の製造方法では、前記第２の基材の内面側に未硬化
もしくは半硬化状態の保護膜を形成しておき、前記光学
素子アレイ層を形成された第１の基材と保護膜を形成さ
れた第２の基材とを前記封止樹脂層を挟んで積層した
後、当該保護膜を硬化させている。従って、第２の基材
を光学素子アレイ層の上に積層する際には、保護膜は光
学素子アレイ層を保護することができるものでありなが
ら、最終的には硬化して封止樹脂ないし光学素子アレイ
層と第２の基材とを強固に結合させることができる。

【００３５】さらに、この発明の好ましい実施形態によ
る光学基板の製造方法では、前記第２の基材の内面側に
未硬化の前記保護膜を形成した後、該保護膜の硬化反応
を促進させることによって所望の硬さや粘度に半硬化さ
せている。ここで保護膜の硬化反応を促進させる方法
は、例えば未硬化の保護膜が紫外線硬化型樹脂である場
合には紫外線であり、熱硬化型樹脂である場合には熱で
あるが、これ以外の方法でもよい。この実施形態では、
保護膜を封止樹脂と重ねる際に保護膜の硬さや粘度を任
意に調整できるので、封止樹脂を押し広げる硬さと光学
素子アレイ層を保護するための柔軟性を保護膜に持たせ
るように調整できる。

【００３６】また、本発明の一実施形態においては、保
護膜を第２の基材の内面に形成した後、封止樹脂と重ね
る前に、保護膜を仮焼成してもよい。保護膜を仮焼成す
ることにより保護膜の粘度や硬度を調整することができ
るが、さらには保護膜から気泡を除去するのにも役立つ
からである。

【００３７】さらに、この発明の好ましい実施形態によ
る光学基板の製造方法では、前記保護膜の硬化状態にお
ける屈折率が、前記封止樹脂層もしくは前記第２の基材
の屈折率のうち、いずれか一方の屈折率にほぼ等しくな
っている。

【００３８】この実施形態では、保護膜の屈折率が封止
樹脂層と第２の基材のうちいずれかの屈折率にほぼ等し
いから、光学的には保護膜は封止樹脂層又は第２の基材
の一部として取り扱うことが可能になり、光学基板の設
計が複雑になることがない。

【００３９】ただし、保護膜の屈折率は絶対制約条件で
はなく、保護膜の屈折率が第２の基材や封止樹脂層の屈
折率と全く異なっていてもよい。その場合はパラメータ
となる因子が一つ増えるだけである。

【００４０】ここでは、この発明の構成要素を個々に説
明したが、この発明の以上説明した構成要素は、可能な
限り任意に組み合わせることができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明によるマイクロレンズアレ
イ基板の製造工程を図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ｅ）
〜（ｈ）及び図１１（ａ）〜（ｃ）に従って詳しく説明
する。マイクロレンズアレイ基板の製造にあたっては、
図９（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板の
複数枚分の大きさを有する透明なベースガラス２２の上
に未硬化の紫外線硬化型樹脂２３を滴下し、ベースガラ
ス２２の上方からスタンパ２４を下降させてスタンパ２
４とベースガラス２２の間に紫外線硬化型樹脂（以下、
レンズ樹脂層という）２３を挟み込み、スタンパ２４を
ベースガラス２２に押圧させてレンズ樹脂層２３をスタ
ンパ２４とベースガラス２２の間に押し広げる。このス
タンパ２４の下面には、マイクロレンズアレイパターン
の反転型２５が形成されている。ついで、図９（ｂ）に
示すように、ベースガラス２２を通してレンズ樹脂層２
３に紫外線を照射し、レンズ樹脂層２３を硬化させる。
スタンパ２４を剥離させると、図９（ｃ）のように、硬
化したレンズ樹脂層２３の上面にレンズパターン２６が
形成される。

【００４２】一方、カバーガラス２８の内面には、図９
（ｄ）に示すように、カバーガラス２８よりも柔軟な保
護膜２９を形成する。保護膜２９を形成するには、例え
ばスピンコート法による。すなわち、図１１（ａ）に示
すように、カバーガラス２８の上に未硬化の樹脂３４を
滴下し、図１１（ｂ）のようにスピナによりカバーガラ
ス２８を高速回転させ、図１１（ｃ）のように遠心力に
よって樹脂３４をカバーガラス２８の表面全体に均一に
拡げて保護膜２９を形成する。カバーガラス２８の上に
滴下した樹脂３４を押圧によって拡げる場合には、樹脂
にある程度の粘性が求められ、保護膜２９中に気泡が混
入する恐れがあるが、スピンコート法によれば、低粘度
の樹脂３４を用いることができるので、保護膜２９に気
泡がほとんど混入しなくなる。また、保護膜２９として
用いる樹脂３４は、硬化後における屈折率が封止樹脂層
２７の屈折率とほぼ等しいものを用いている。なお、カ
バーガラス２８の上に未硬化の樹脂３４を均一に塗布し
て保護膜２９を形成した後、樹脂３４が硬化しきらない
程度のプリベーク（仮焼成）などを実施し、保護膜２９
を半硬化状態にしておいてもよい。プリベークは、樹脂
３４の粘度や硬度の調整に用いるが、気泡の除去にも役
立つ。

【００４３】ついで、図１０（ｅ）のように、ベースガ
ラス２２に形成されたレンズ樹脂層２３の上に、当該レ
ンズ樹脂層２３と屈折率の異なる未硬化の紫外線硬化型
樹脂２７を滴下し、保護膜２９を貼り合わせ側に向けて
封止樹脂層２７の上方からカバーガラス２８を重ね合わ
せて下層のレンズ樹脂層２３とカバーガラス２８の間に
紫外線硬化型樹脂（以下、封止樹脂層という）２７を挟
み込み、カバーガラス２８を封止樹脂層２７に押圧させ
て封止樹脂層２７を下層のレンズ樹脂層２３とカバーガ
ラス２８（保護膜２９）の間に押し広げる。このとき、
保護膜２９が未硬化もしくは半硬化の樹脂によって形成
されているため、保護膜２９がレンズ樹脂層２３に接触
してもレンズ樹脂層２３が保護膜２９内に埋もれるだけ
でレンズ樹脂層２３のエッジが潰れる恐れがなく、従っ
てマイクロレンズアレイ３１のパターンを潰すことなく
封止樹脂層２７を薄くできる。そして、封止樹脂層２７
を薄くすることによって、マイクロレンズアレイ基板の
スタック厚やマイクロレンズアレイ基板そのものの厚み
を薄くすることができる。

【００４４】図１０（ｆ）に示すように、ベースガラス
２２及びレンズ樹脂層２３を通して封止樹脂層２７に紫
外線を照射し、封止樹脂層２７を硬化させる。また、保
護膜２９もこの工程で完全に硬化させられる。保護膜２
９も紫外線硬化型樹脂で形成されている場合には、封止
樹脂層２７と同時に紫外線照射により硬化させてもよい
が、保護膜２９が熱硬化型樹脂によって形成されている
場合には、加熱硬化させてもよい。

【００４５】こうして複数枚分のマイクロレンズアレイ
基板を含んだマイクロレンズアレイウエハ（以下、ウエ
ハという）３０が製作され、屈折率の異なるレンズ樹脂
層２３と封止樹脂層２７の界面にマイクロレンズアレイ
３１が形成される。

【００４６】ウエハ３０が製作されると、図１０（ｇ）
に示すように、研磨装置３２によりベースガラス２２の
下面とカバーガラス２８の上面を研磨して表面を平滑に
してウエハ３０の表裏の平行度を得ると共にベースガラ
ス２２及びカバーガラス２８の厚みを薄くする。この
後、図１０（ｈ）に示すように、カバーガラス２８の上
面に蒸着法によって透明電極（ＩＴＯ膜）３３を形成す
る。

【００４７】ついで、アライメントマークによってウエ
ハ３０を位置決めした後、ウエハ３０をカットして個々
のマイクロレンズアレイ基板を得る（図３参照）。

【００４８】しかして、本発明によるマイクロレンズア
レイ基板の製造方法によれば、上記のようにカバーガラ
ス２８の貼合わせ面にあらかじめ保護膜２９を設けてい
るので、カバーガラス２８の剥離の原因となる気泡αの
小サイズ化とカバーガラス２８自体の補強により、カバ
ーガラス２８の剥離を防止することができる。すなわ
ち、本発明によれば、カバーガラス２８の内面に保護膜
２９を形成しているので、マイクロレンズアレイ３１の
パターンを壊すことなく封止樹脂層２７を薄くできる。
そのため、カバーガラス２８を重ね合わせる際、図１２
（ａ）のように封止樹脂層２７内に気泡αが発生したと
しても、この気泡αは薄い封止樹脂層２７内に押し込め
られて大きな気泡αに成長することができない。よっ
て、封止樹脂層２７内に仮に気泡αが発生しても、気泡
αのサイズがカバーガラス２８の剥離の原因となるレベ
ルまで大きくなることがなく、図１２（ｂ）のようにカ
バーガラス２８の研磨という強い誘発要因があってもカ
バーガラス２８が破損しにくく、カバーガラス２８の剥
離発生が抑制される。

【００４９】尚、ここでいう気泡αは、もともと紫外線
硬化型樹脂（封止樹脂層２７）内にあるものでなく、紫
外線硬化型樹脂が押されて広がる際にレンズ樹脂層２３
の凹凸（レンズパターン２６）に十分に樹脂が回り込ま
ず気泡αとなるものである。よって、封止樹脂層２７の
厚みを薄くできることは気泡αのサイズを小さくするこ
とに大きく貢献する。これまで封止樹脂層２７の厚みを
薄くできなかったのは、カバーガラス２８を押下しすぎ
ると、カバーガラス２８によってレンズパターン２６を
潰してしまうためであり、本発明では保護膜２９が未硬
化もしくは半硬化の状態であるので、押圧時に保護膜２
９がレンズ樹脂層２３に接触しても保護膜２９内に埋も
れるため、レンズ樹脂層２３が潰れないので、保護膜２
９を設けても従来と同等もしくはそれ以下のスタック厚
が実現可能である。

【００５０】また、カバーガラス２８の内面に保護膜２
９を設けておくことにより、気泡位置におけるカバーガ
ラス２８の強度（耐性）を増大させることができるの
で、気泡サイズの抑制効果と相まってカバーガラス２８
の破損をより良く防止できる。

【００５１】よって、本発明によれば、押圧によって封
止樹脂層２７の厚みを薄くし、かつ研磨によってカバー
ガラス２８の厚みを薄くしてもマイクロレンズアレイ基
板にカバーガラス２８の剥離が発生しにくく、歩留まり
を低下させることなくマイクロレンズアレイ基板のスタ
ック厚や基板厚み自体を薄くすることができる。

【００５２】次に、硬化後における保護膜２９の屈折率
は、封止樹脂層２７の屈折率とほぼ等しくしているの
で、マイクロレンズアレイ基板作製後の保護膜２９は新
しいパラメータを増加させることがなく、光学的には封
止樹脂層２７と同等に取り扱うことができ、マイクロレ
ンズアレイ基板の光学設計を従来よりも複雑にすること
がない。つまり、保護膜２９によって封止樹脂層２７の
厚みが増しただけと考えることができる（この場合に
は、気泡は封止樹脂層の厚み全体に拡がらず、その一部
分に閉じこめられて局在させられることになる。）ので
光学設計（シミュレーション）に及ぼす影響が小さい。

【００５３】なお、同様な理由から、硬化後における保
護膜２９の屈折率は、カバーガラス２８の屈折率とほぼ
等しくしてもよい。この場合には、マイクロレンズアレ
イ基板作製後の保護膜２９は光学的にはカバーガラス２
８と同等に取り扱うことができ、マイクロレンズアレイ
基板の光学設計を従来よりも複雑にすることがない。つ
まり、保護膜２９によってカバーガラスの厚みが増した
だけと考えることができる。

【００５４】次に図１０（ｇ）では、マイクロレンズア
レイ基板のウエハ３０の両面を研磨装置３２によって研
磨し、表面を平滑にしていたが、図１０（ｇ）の工程に
代え、図１３に示すようにウエハ３０の片面（カバーガ
ラス２８）だけを研磨装置３２によって研磨してもよ
い。もっとも、両面研磨と片面研磨とを比較すると、両
面研磨の方が平坦性を出し易いというメリットがある。

【００５５】また、保護膜２９の形成方法もスピンコー
ト法に限るものではなく、図１４に示すように転写法を
用いてもよい。この転写法では、図１４（ａ）に示すよ
うに、樹脂ドラム３７の表面に供給されている未硬化の
樹脂３４をスキージ３６で掻き取ることにより樹脂ドラ
ム３７表面に均一な膜厚の樹脂３４を送り出す。図１４
（ｃ）に示すように、樹脂ドラム３７の周胴面には、所
望の樹脂厚が得られるように螺旋状をした多数の溝３８
が彫り込まれており、溝３８を深くすることで樹脂膜厚
を厚くすることができる。さらに、樹脂ドラム３７の表
面に送り出された樹脂３４は、樹脂ドラム３７と転写ド
ラム３５によって薄く延ばされて一定膜厚となり、転写
ドラム３５へ移って転写ドラム３５からカバーガラス２
８の内面に塗布（転写）され、図１４（ｂ）のように保
護膜２９が形成される。

【００５６】このような転写法では、スピンコート法ほ
ど低粘度の樹脂３４を用いることはできないが、押圧に
よって樹脂３４を拡げる場合よりは低粘度の樹脂３４を
用いることができるので、気泡を噛み込みにくくなる。
しかも、樹脂ドラム３７と転写ドラム３５の間で樹脂を
延ばす際に樹脂３４が脱気されるので、より一層気泡を
噛み込みにくくなる。なお、転写法においても、塗布後
に樹脂３４が硬化しきらない程度にプリベーク（仮焼
成）などを行なってもよい。

【００５７】つぎに、上記マイクロレンズアレイ基板を
複製するためのスタンパ２４の製造方法を図１５を参照
しながら説明する。まず、図１５（ａ）に示すような平
板状のガラス板４４を用意し、図１６に示すようにガラ
ス板４４の表面に、結像レンズ４５で集光させたレーザ
ー光を照射し、レーザー加工（レーザーリトグラフィ）
により２点鎖線で示す形状にガラス板４４を蒸発除去
し、ガラス板４４の表面に所望の凹凸パターン４６を形
成する［図１５（ｂ）］。ここで、上記凹凸パターン４
６とは、任意の平面又は曲面上に各レンズの焦点位置を
合せるため、各レンズ面の曲率を個別に変えたマイクロ
レンズアレイ基板のレンズ樹脂層２３の表面形状と同一
である。前記レーザー加工は、コンピュータにより制御
されているレーザー加工装置を用いて行ない、精密かつ
複雑な形状であってもその形状データを入力しておけ
ば、容易に加工することができる。

【００５８】このように、ガラス板４４の表面に凹凸パ
ターン４６を形成してガラス板４４からなる原盤４７を
作製した後、原盤４７の上にニッケルを堆積させ、ニッ
ケル電鋳法により原盤４７の反転型であるニッケルマス
タ４８を作製し［図１５（ｃ）］、ニッケルマスタ４８
を原盤４７から剥離する［図１５（ｄ）］。ニッケル電
鋳法によりニッケルマスタ４８を作製する際には、その
準備として原盤４７を例えば蒸着法あるいは無電解メッ
キ法で導電化しておき、導電化された原盤４７の表面を
陰極とし、例えばスルファミン酸ニッケル浴で電気メッ
キしてニッケルマスタ４８を作製する。

【００５９】このニッケルマスタ４８をさらにニッケル
電鋳法で複製したものをスタンパ２４（原盤４７の複
製）とする。ニッケルマスタ４８を複製する場合には、
ニッケルマスタ４８の表面に例えば重クロム酸カリ溶液
で酸化膜を作った後、再びニッケル電鋳法により再度凸
凹パターンが反転したスタンパ２４を作製する［図１５
（ｅ）］。こうして、スタンパ２４には、前記凹凸パタ
ーン４６と同一の反転型２５が形成される。

【００６０】また、スタンパ２４を作製する別な方法と
しては、図１７（ａ）〜（ｅ）に示すように、ガラス板
４４の表面に塗布されたレジスト４９をレーザー加工す
ることによって原盤４７を作製してもよい。レジスト４
９を使用する場合には、ガラス板４４とレジスト４９の
密着剤として、例えばシランカップリング剤をガラス板
４４の表面に塗布しておき、レーザー加工した後、露
光、現像及び洗浄の工程を経て、レジスト４９による所
望の凹凸パターン４６がガラス板４４の表面に形成され
る［図１７（ａ）（ｂ）］。レーザー加工は、図１６と
同様に行なわれ、各レンズの曲率を個別に変えた所望の
凹凸パターン４６が形成される。この後の処理は、図１
５（ｃ）以下と同様に行う［図１７（ｃ）〜（ｅ）］。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、レンズアレイやプリズ
ムアレイ等の光学素子アレイを含んだ光学基板におい
て、光学素子アレイのパターンを損傷させることなく封
止樹脂層の厚みを薄くすることができ、光学基板のスタ
ック厚や光学基板そのものの厚みを薄くすることができ
る。

【００６２】また、本発明によれば、光学基板の封止樹
脂層内に大きな気泡が発生するのを防止することによっ
て第２の基材が破損したり剥離したりするのを防止で
き、光学基板の歩留りを向上させることができる。

【００６３】また、本発明によれば、保護膜２９によっ
て第２の基材を補強することができるので、封止樹脂層
内に気泡が混入しても第２の基材が破損したり剥離した
りしにくくなり、光学基板の歩留りを向上させることが
できる。

【００６４】よって、本発明によれば、光学基板の歩留
りを向上させつつ光学基板のスタック厚や光学基板その
ものの厚みを薄くすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は従来のスタンパ法によるマイ
クロレンズアレイ基板の製造工程を示す断面図である。

【図２】（ｅ）〜（ｈ）は図１の続図である。

【図３】図１及び図２の工程により製作されたウエハを
表す平面図である。

【図４】両面研磨の前後におけるマイクロレンズアレイ
基板（ウエハ）とその各部分の厚みを表したものであ
る。

【図５】マイクロレンズアレイ基板のスタック厚の説明
図である。

【図６】（ａ）は内部に気泡が発生したマイクロレンズ
アレイ基板を示す断面図、（ｂ）は気泡の箇所でカバー
ガラスが剥離したマイクロレンズアレイ基板を示す断面
図である。

【図７】カバーガラスの剥離発生工程とその頻度のレベ
ルを表したものである。

【図８】剥離発生とその原因および誘発要因との関係を
示すものである。

【図９】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施形態によるマ
イクロレンズアレイ基板の製造工程を示す断面図であ
る。

【図１０】（ｅ）〜（ｈ）は図９の続図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）はスピンコート法によりカバ
ーガラスの内面に保護膜を形成する工程を示す断面図で
ある。

【図１２】（ａ）は内部に気泡が発生した本発明による
マイクロレンズアレイ基板を示す断面図、（ｂ）は当該
マイクロレンズアレイ基板を両面研磨する様子を示す断
面図である。

【図１３】マイクロレンズアレイ基板を片面研磨する様
子を示す断面図である。

【図１４】（ａ）は転写法によりカバーガラスの内面に
保護膜を形成する工程を示す断面図、（ｂ）は転写法に
より保護膜を形成されたカバーガラスの断面図、（ｃ）
は樹脂ドラムの側面図である。

【図１５】（ａ）〜（ｅ）はスタンパの製造工程を示す
断面図である。

【図１６】レーザー加工により原盤を作製する工程を示
す概略図である。

【図１７】（ａ）〜（ｅ）はスタンパの異なる製造工程
を示す断面図である。

【符号の説明】

２２ベースガラス２３レンズ樹脂層２４スタンパ２７封止樹脂層２８カバーガラス２９保護膜３０ウエハ３１マイクロレンズアレイパターン３２研磨装置３４樹脂 α 気泡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H091 FA21Y FA29Y FC15 FC19 FC23 FC29 FD06 GA16 KA01 LA02 LA11 LA12 4F213 AA44 AD04 AG01 AG03 AH74 WA02 WA53 WA58 WA86 WF27 WF29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基材の上方に光学素子アレイ層を
積層し、当該光学素子アレイ層の上方に少なくとも光学
素子アレイ層の上方領域を平坦化する封止樹脂層を積層
し、当該封止樹脂層の表面に前記光学素子アレイ層を保
護するための保護膜を積層し、当該保護膜の上に第２の
基材を積層したことを特徴とする光学基板。
【請求項２】前記保護膜の屈折率は、前記封止樹脂層
及び前記第２の基材の屈折率のうち、いずれか一方の屈
折率にほぼ等しいことを特徴とする、請求項１に記載の
光学基板。
【請求項３】第１の基材の上方に光学素子アレイ層を
積層し、第２の基材の内面に第２の基材よりも柔軟な保
護膜を形成した後、該光学素子アレイ層と該保護膜との
間に封止樹脂を挟み込むようにして第１の基材と第２の
基材とを積層一体化することを特徴とする光学基板の製
造方法。
【請求項４】前記第２の基材の内面側に、未硬化もし
くは半硬化状態の前記保護膜を形成し、前記光学素子ア
レイ層を形成された第１の基材と保護膜を形成された第
２の基材とを前記封止樹脂を挟んで積層した後、当該保
護膜を硬化させることを特徴とする、請求項３に記載の
光学基板の製造方法。
【請求項５】前記第２の基材の内面側に未硬化の前記
保護膜を形成した後、該保護膜の硬化反応を促進させる
ことによって所望の硬さや粘度に半硬化させることを特
徴とする、請求項３に記載の光学基板の製造方法。
【請求項６】前記保護膜の硬化状態における屈折率
は、前記封止樹脂もしくは前記第２の基材の屈折率のう
ち、いずれか一方の屈折率にほぼ等しいことを特徴とす
る、請求項３に記載の光学基板の製造方法。