專利名稱：微透鏡基板的制作方法和微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微透鏡基板的制作方法和微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，更詳細(xì)地，涉及具有2層結(jié)構(gòu)的微透鏡陣列的投影型液晶顯示裝置用的微透鏡基板的制作方法和使用于該制作方法的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
投影型液晶顯示裝置，如與投影型陰極射線管顯示裝置進(jìn)行比較，由于色再現(xiàn)范圍廣、因小型·輕量而容易搬運(yùn)、不受地磁場(chǎng)影響，而具有不需要進(jìn)行會(huì)聚調(diào)整等的優(yōu)異特征，由于大畫面化也容易，故被認(rèn)為是以后家庭用圖像顯示裝置的主流。
與該投影型液晶顯示裝置相關(guān)連、已知有后面詳細(xì)說(shuō)明的專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2(專利文獻(xiàn)1日本專利特開(kāi)平7-181487號(hào)公報(bào)；專利文獻(xiàn)2日本專利特開(kāi)平9-90336號(hào)公報(bào))。
在使用液晶顯示元件并顯示彩色圖像的投影型液晶顯示裝置中，有根據(jù)光的3基色使用3片液晶顯示元件的3板式液晶顯示裝置和僅使用1片液晶顯示元件的單板式液晶顯示裝置。
前者的3板式液晶顯示裝置，分別獨(dú)立地具有分別將白色光分割成R、G和B的3基色的光學(xué)系統(tǒng)和控制、合成各色光并形成彩色圖像的3片液晶顯示元件，將各色的圖像光學(xué)地重疊而進(jìn)行彩色顯示。
在該3板式液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)中，能有效地利用從白色光源放射的光，并有色純度高的優(yōu)點(diǎn)，但由于如上所述必須有色分離系統(tǒng)和色合成系統(tǒng)，故光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)繁雜、零件個(gè)數(shù)多、低成本化和小型化有困難。
與此相反，單板式液晶顯示裝置，僅使用1片液晶顯示元件的結(jié)構(gòu)，是通過(guò)投影光學(xué)系統(tǒng)對(duì)具有瑪賽克狀、條狀等的3基色彩色濾光鏡圖形的液晶顯示元件進(jìn)行投影的裝置，由于使用的液晶顯示元件為1片就可以，且光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與3板式相比為較簡(jiǎn)單，故適合于低成本、小型的投影型光學(xué)系統(tǒng)。
但是，在單板式液晶顯示裝置的場(chǎng)合，由于產(chǎn)生因彩色濾光鏡引起的光的吸收或反射，故存在僅能利用入射光的約1/3的缺點(diǎn)。
為了解決這樣的缺點(diǎn)，在專利文獻(xiàn)1中，揭示了使用如圖11所示的2層結(jié)構(gòu)的微透鏡陣列的、無(wú)彩色濾光鏡的單板式液晶顯示裝置。
其利用配置成扇形的3個(gè)分色鏡54G、54R、54B，將來(lái)自白色光源51的白色光分割成G、R、B的各色，并分別以不同的入射角度射入配置在液晶顯示元件20的光源側(cè)的2個(gè)微透鏡陣列4·7中。
來(lái)自白色光源51的光，經(jīng)過(guò)曲面鏡52、準(zhǔn)直透鏡53、分色鏡54G、54R、54B，被導(dǎo)向液晶顯示元件20。
而且，通過(guò)第1微透鏡陣列4的各光束，利用第2微透鏡陣列7，使用分光鏡54G、54R、54B分割的G、R、B的主光線折射成大致互相平行的狀態(tài)后，向利用獨(dú)立施加分別對(duì)應(yīng)的色信號(hào)的信號(hào)電極所驅(qū)動(dòng)的液晶部位分配狀地進(jìn)行照射。
通過(guò)液晶顯示元件20的光，經(jīng)過(guò)場(chǎng)透鏡55和投影透鏡56而投影在熒光屏57上。
在該裝置上，由于未使用吸收型的彩色濾光鏡，不僅提高光的利用效率，而且通過(guò)微透鏡陣列4·7后的各色的主光線成為大致平行，因此，至到達(dá)投影透鏡56的各色主光線的擴(kuò)展較小、無(wú)因投影透鏡56的遮光引起的光量下降，故能提供極明亮的圖像。
圖12(a)，是表示如圖11所示的單板式液晶顯示裝置中的像素、第1微透鏡4和第2微透鏡7的配置關(guān)系的俯視圖、圖12(b)是表示第2微透鏡7的透鏡面的形狀的立體圖。
如圖所示，在這些像素被以一定的間距排列成與B成分、R成分、G成分分別對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。而且，在與B成分、R成分、G成分對(duì)應(yīng)的3個(gè)像素的每組中，與第1微透鏡4和第2微透鏡7對(duì)應(yīng)。
第1微透鏡4，其外形為用虛線表示的六角形，是球面或非球面的軸對(duì)稱透鏡。另外，第2微透鏡7，其外形為用實(shí)線表示的矩形，是在X軸方向具有聚光功能的圓柱形透鏡。黑矩陣8，如剖面線所示地制作圖形，并分離成R、G、B的各色成分。
構(gòu)成第1微透鏡4的各透鏡的光軸與構(gòu)成第2微透鏡7的各透鏡的光軸互相平行，第1微透鏡4和第2微透鏡7中的互相相對(duì)的各透鏡的光軸成為互相一致的狀態(tài)。
第1微透鏡4，預(yù)先將具有規(guī)定的角度差并互相分離的3基色的入射光束(B成分、R成分、G成分)向?qū)?yīng)的3像素的各組進(jìn)行聚光。另一方面，第2微透鏡7，夾在互相對(duì)應(yīng)的第1微透鏡4與3像素的組之間，將相對(duì)第2微透鏡7的光軸傾斜的入射光束變換成與該光軸大致平行的入射光束。
第2微透鏡7，由于是如圖12(b)所示的圓柱形透鏡，故使原來(lái)與光軸平行的第1入射光束(R成分)照原樣地直進(jìn)，使向一方傾斜的第2入射光束(B成分)平行化，使向另一方傾斜的第3入射光束(G成分)平行化。
這樣的2層結(jié)構(gòu)的微透鏡陣列，分別使微透鏡陣列與1片玻璃基板的兩面接合而形成?；?，如專利文獻(xiàn)2所揭示，分別制作第1微透鏡陣列和第2微透鏡陣列，使第1微透鏡陣列的透鏡形成面與第2微透鏡陣列的研磨面互相接合而進(jìn)行制作。
但是，在具有2層的微透鏡陣列的以往的微透鏡基板上，如上所述，由于分別將微透鏡陣列與1片玻璃基板的兩面接合而形成、或是使2片微透鏡基板互相貼合地進(jìn)行制作的，故由于以下所述理由，存在光軸的一致較難、制作成本高的問(wèn)題。
也就是說(shuō)，在具有2層的微透鏡的微透鏡基板上，必須有用于使2片微透鏡陣列的光軸一致的工序，為了確保透鏡的光學(xué)特性，必須使2片微透鏡陣列的縱向、橫向和角度(旋轉(zhuǎn)方向)都一致。但是，由于透鏡圖形是微細(xì)的，由于對(duì)于該光軸的一致要求±1μm 程度的精度，故對(duì)于2層結(jié)構(gòu)的微透鏡基板的制作變得極困難。
又，要在2層微透鏡陣列之間加入中間層，也成為使光軸一致變得困難的主要原因之一。即，由于在2層透鏡圖形之間有間隔，故不能同時(shí)對(duì)2層的定位用的定位標(biāo)志的雙方的焦點(diǎn)一致地進(jìn)行觀察。對(duì)每層組成單獨(dú)的定位標(biāo)志觀察系統(tǒng)，使能進(jìn)行光軸的一致，但該場(chǎng)合，定位標(biāo)志觀察系統(tǒng)的光軸的一致也必須嚴(yán)密地進(jìn)行，故存在定位裝置成本上升的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而作成的，其目的在于，提供通過(guò)利用第1微透鏡陣列而對(duì)第2微透鏡陣列的透鏡形狀進(jìn)行制作圖形、使光軸一致簡(jiǎn)單化、并能簡(jiǎn)化制作工序的微透鏡基板的制作方法和微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)。
采用本發(fā)明的1個(gè)觀點(diǎn)，是提供微透鏡基板的制作方法。該方法具有在透明基板上形成層狀的第1微透鏡陣列的工序、在第1微透鏡陣列上依次形成中間層和感光性樹(shù)脂層的工序、通過(guò)第1微透鏡陣列和中間層對(duì)感光性樹(shù)脂層進(jìn)行曝光的工序、對(duì)被曝光后的感光性樹(shù)脂層進(jìn)行顯像而形成第2微透鏡陣列形成用圖形的工序、通過(guò)蝕刻至除去該圖形而在中間層上形成第2微透鏡陣列形成用的凹部的工序、通過(guò)將樹(shù)脂埋入該凹部而形成第2微透鏡陣列的工序，所述曝光工序，使光源射出強(qiáng)度均勻的光，使該光在位于感光性樹(shù)脂層的第1微透鏡陣列的焦點(diǎn)面上成像，并利用第1微透鏡陣列的焦點(diǎn)位置使曝光時(shí)間變化并使感光性樹(shù)脂層進(jìn)行曝光。
在本發(fā)明的微透鏡基板的制作方法中，由于能使用第1微透鏡陣列對(duì)第2微透鏡陣列的透鏡形狀進(jìn)行制作圖形，故不需要使2層的透鏡陣列的光軸一致，又，不會(huì)產(chǎn)生各層的透鏡間隔的偏差，因此，能簡(jiǎn)化2層結(jié)構(gòu)的微透鏡基板的制作工序，并能使制作成本下降。
作為用于本發(fā)明的微透鏡基板的制作方法的、射出強(qiáng)度均勻的光的所述光源，例如是線光源、或尺寸可變的矩形的面光源。
采用這樣的線光源、或尺寸可變的矩形的面光源，就容易控制感光性樹(shù)脂層中的曝光量。
在射出強(qiáng)度均勻的光的所述光源為線光源時(shí)，在第1微透鏡陣列、中間層和感光性樹(shù)脂層形成的透明基板(作為微透鏡基板的板狀體)的感光性樹(shù)脂層上形成線光源的像，感光性樹(shù)脂層被曝光成線狀。這里，感光性樹(shù)脂層的曝光，最好是一邊使線光源的位置變化一邊進(jìn)行曝光、或使線光源的位置固定，使作為微透鏡基板的板狀體可旋轉(zhuǎn)地配置成相對(duì)于從所述線光源射出的光線傾斜的狀態(tài)，一邊使該板狀體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)一邊曝光。這樣，就能容易控制感光性樹(shù)脂層中的曝光量。
在射出強(qiáng)度均勻的光的所述光源為射出面積可變的矩形的面光源時(shí)，在感光性樹(shù)脂層上形成面光源的像，感光性樹(shù)脂層被曝光成矩形。這里，感光性樹(shù)脂層的曝光，最好是通過(guò)使形成矩形開(kāi)口的光圈的開(kāi)口寬度變化而使所述面光源的射出面積進(jìn)行變化。這樣，就能容易控制感光性樹(shù)脂層中的曝光量。
采用本發(fā)明的另一觀點(diǎn)，是提供微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，在透明基板上，將第1微透鏡陣列、中間層和第2微透鏡陣列依次地用于層疊的微透鏡基板的制作，其特征在于，具有射出強(qiáng)度均勻的光的線光源、對(duì)從該線光源射出的光進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡、使通過(guò)該準(zhǔn)直透鏡的光通過(guò)第1微透鏡陣列和中間層成像的感光性樹(shù)脂層形成在中間層上的透明基板。
在這樣的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)中，由于能使用第1微透鏡陣列對(duì)第2微透鏡陣列的透鏡形狀進(jìn)行制作圖形，故不需要使2層的透鏡陣列的光軸一致，且不會(huì)產(chǎn)生各層的透鏡間隔的偏差，因此，能簡(jiǎn)化2層結(jié)構(gòu)的微透鏡基板的制作工序，并能使制作成本下降。
在本發(fā)明的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)中的所述線光源，最好是其位置是可變的。采用這樣的線光源，就能容易使線光源的像的位置變化。在本發(fā)明的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)中的所述板狀體(透明基板)，最好是，由其法線與光線光軸形成的傾斜角是可變的。采用這樣的板狀體，就能容易使線光源的像的位置變化。
本發(fā)明的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，最好是，還具有插入于從所述線光源射出的光的光路中的狹帶域?yàn)V光鏡。在具有這樣的狹帶域?yàn)V光鏡的場(chǎng)合，由于不可能因微透鏡的色像差而產(chǎn)生線狀光的像模糊的情況，故能形成更高精度的結(jié)構(gòu)物。
采用本發(fā)明的又一觀點(diǎn)，是提供微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，在透明基板上，將第1微透鏡陣列、中間層和第2微透鏡陣列依次地用于層疊的微透鏡基板的制作，其特征在于，具有射出強(qiáng)度均勻的光且射出面積可變的矩形的面光源、對(duì)從該面光源射出的光進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直透鏡、使通過(guò)該準(zhǔn)直透鏡的光通過(guò)第1微透鏡陣列和中間層成像的感光性樹(shù)脂層形成在中間層上的透明基板。
在這樣的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)中，由于能使用第1微透鏡陣列對(duì)第2微透鏡陣列的透鏡形狀進(jìn)行制作圖形，故不需要使2層的透鏡陣列的光軸一致，且不會(huì)產(chǎn)生各層的透鏡間隔的偏差，因此，能簡(jiǎn)化2層結(jié)構(gòu)的微透鏡基板的制作工序，并能使制作成本下降。
本發(fā)明的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，最好是，還具有插入于從所述面光源射出的光的光路中的狹帶域?yàn)V光鏡。在具有這樣的狹帶域?yàn)V光鏡的場(chǎng)合，由于不可能因微透鏡的色像差而產(chǎn)生面狀光的像模糊的情況，故能形成更高精度的結(jié)構(gòu)物。


圖1是說(shuō)明對(duì)在使用本發(fā)明的制作方法所形成的微透鏡基板中的保護(hù)層進(jìn)行曝光的方法的原理的剖視圖。
圖2是圖1的微透鏡基板在制作時(shí)所用的曝光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖3是表示使用本發(fā)明的制作方法所形成的微透鏡基板和液晶顯示元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖4(a)～圖4(f)是本發(fā)明的微透鏡基板的制作方法的各工序的剖視圖。
圖5(a)～圖5(b)表示本發(fā)明的微透鏡基板的制作方法的第1實(shí)施例。
圖6表示該第1實(shí)施例中的控制條件。
圖7(a)～圖7(c)表示本發(fā)明的微透鏡基板的制作方法的第2實(shí)施例。
圖8表示該第2實(shí)施例中的控制條件。
圖9(a)～圖9(b)表示本發(fā)明的微透鏡基板的制作方法的第3實(shí)施例。
圖10(a)～圖10(b)表示該第3實(shí)施例中的控制條件。
圖11是表示使用具有微透鏡基板的液晶顯示元件的以往的投影型液晶顯示裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖12(a)～圖12(b)表示構(gòu)成圖11中的微透鏡基板的微透鏡陣列的配置和形狀。
具體實(shí)施例方式
接著，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。又，不是由此對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定。
對(duì)作為用于形成第2微透鏡陣列的透鏡圖形的感光性樹(shù)脂層的保護(hù)層進(jìn)行曝光的方法的原理、用圖1進(jìn)行說(shuō)明。
在本發(fā)明的投影型液晶顯示裝置中，為了提高光利用效率，第1微透鏡陣列102被設(shè)計(jì)成透鏡的焦點(diǎn)大致位于黑矩陣的面上。又，第1微透鏡陣列102與第2微透鏡陣列47盡量距離分開(kāi)地進(jìn)行配置，第2微透鏡陣列47被形成在黑矩陣的附近。
在上述的制作工序中，在貼附中間玻璃層的工序時(shí)的中間玻璃層104的上面，位于與第1微透鏡陣列102的焦點(diǎn)面大致一致的位置。在該中間玻璃層104的上面通過(guò)涂布預(yù)先形成作為感光性樹(shù)脂層的保護(hù)層105，當(dāng)通過(guò)第1微透鏡陣列102照射紫外線平行光時(shí)，該平行光通過(guò)第1微透鏡陣列102在保護(hù)層105上聚光于一點(diǎn)，通過(guò)該聚光點(diǎn)對(duì)保護(hù)層105進(jìn)行曝光。
這里，將相對(duì)透明基板101的紫外線平行光的入射角度設(shè)為θi、將第1微透鏡陣列102的焦點(diǎn)距離設(shè)為f、將從透鏡光軸與焦點(diǎn)面相交的位置至聚光點(diǎn)的間隔設(shè)為r，其間隔r，被表示成r＝f×tanθi因此，通過(guò)使紫外線平行光的入射角度θi變化，能使聚光點(diǎn)的位置改變。
例如，圖1中，當(dāng)將入射角度為θi的紫外線平行光光束45射入時(shí)，通過(guò)3個(gè)微透鏡46a·46b·46c，光束45分別在47a·47b·47c的地點(diǎn)聚光，在這些地點(diǎn)的保護(hù)層105被曝光。
接著，當(dāng)使入射角度θj改變成并將平行光光束48射入時(shí)，通過(guò)3個(gè)微透鏡46a·46b·46c，光束48分別在49a·49b·49c的地點(diǎn)聚光，在這些地點(diǎn)的保護(hù)層105被曝光。
在保護(hù)層105的材料上使用負(fù)保護(hù)層的場(chǎng)合，在強(qiáng)曝光的地點(diǎn)、保護(hù)層105較厚地殘留，在弱曝光的地點(diǎn)、保護(hù)層105變薄。因此，通過(guò)控制紫外線平行光光束的入射角度θi(θj)和曝光時(shí)間(或照射光強(qiáng)度)，能在所需的地點(diǎn)進(jìn)行所需曝光量的曝光，能通過(guò)該工序的反復(fù)在保護(hù)層105上對(duì)所需的圖形進(jìn)行曝光。
又，作為曝光光，當(dāng)使用能以均勻的光強(qiáng)度對(duì)第1微透鏡陣列102整體進(jìn)行照射的紫外線平行光時(shí)，在該照射區(qū)域內(nèi)，由于在第1微透鏡陣列102的各透鏡46a·46b·46c的正下面進(jìn)行上述的曝光，故能形成使形狀一致的第2微透鏡陣列。
接著，對(duì)進(jìn)行上述曝光工序用的曝光光學(xué)系統(tǒng)、參照表示其結(jié)構(gòu)的圖2進(jìn)行說(shuō)明。
圖2中，51表示作為曝光光的光源的超高壓水銀燈。從超高壓水銀燈51射出的i線(波長(zhǎng)365nm)的紫外光，通過(guò)球面鏡52和準(zhǔn)直透鏡53改變成平行光，再通過(guò)強(qiáng)度修正濾光鏡54，被導(dǎo)向作為微透鏡基板的板狀體120。
強(qiáng)度修正濾光鏡54，是具有透過(guò)率分布的濾光鏡，其透過(guò)率分布被設(shè)計(jì)成使透過(guò)后的光束具有均勻的光強(qiáng)度分布。因此，具有均勻的光強(qiáng)度分布的紫外線平行光就對(duì)作為微透鏡基板的板狀體120進(jìn)行照射。
作為微透鏡基板的板狀體120被搭載在2軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)(未圖示)上，通過(guò)該旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角的控制，能對(duì)由作為微透鏡基板的板狀體120的法線與紫外線平行光光軸形成的傾斜角(傾斜)自如地進(jìn)行變化。
在該實(shí)施例中，預(yù)先將紫外線平行光光軸進(jìn)行固定，通過(guò)使作為微透鏡基板的板狀體120相對(duì)X軸和Y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使紫外線平行光的入射角度相對(duì)第1微透鏡陣列102進(jìn)行變化，通過(guò)對(duì)該入射角度、各入射角度的曝光時(shí)間一邊進(jìn)行控制、一邊進(jìn)行曝光，能在保護(hù)層105上形成所需的3維圖形的形狀。
又，在上述說(shuō)明中，是通過(guò)改變?nèi)肷浣嵌榷菇裹c(diǎn)位置改變的，但焦點(diǎn)位置的改變不限于此，也可以采用任何的方法。
又，在上述說(shuō)明中，通過(guò)利用焦點(diǎn)位置對(duì)曝光時(shí)間進(jìn)行控制，獲得所需的3維圖形的形狀，但也有不控制曝光時(shí)間而控制曝光強(qiáng)度的方法。
但是，在超高壓水銀燈那樣的光源中不能進(jìn)行光強(qiáng)度的控制，在外部需要光調(diào)制器。又，即使使用光調(diào)制器，沿曝光區(qū)域的整個(gè)區(qū)域也難以正確地控制曝光強(qiáng)度，不能獲得所需的3維形狀。也就是說(shuō)，與為了獲得所需的3維形狀而控制曝光強(qiáng)度的方法相比，控制曝光時(shí)間的方法的形狀特性較好，控制容易，裝置結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。
以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。
圖3是表示使用本發(fā)明的制作方法所形成的微透鏡基板和液晶顯示元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
液晶顯示元件20具有微透鏡基板10和玻璃基板11，并在微透鏡基板10和玻璃基板11之間封入液晶層13。而且，在位于光射出側(cè)的玻璃基板11的內(nèi)面上，形成為了使液晶層13進(jìn)行相變化的信號(hào)電極12，在位于光入射側(cè)的微透鏡基板10的內(nèi)面上，設(shè)有與信號(hào)電極12正交的掃描電極(未圖示)。信號(hào)電極12和掃描電極由透明電極(ITO)形成。
微透鏡基板10，在透明基板1上通過(guò)形成2層微透鏡陣列4·7而構(gòu)成。折射率不同的2個(gè)透明樹(shù)脂層2·3的界面被形成透鏡圖形的形狀，利用該界面形成第1微透鏡陣列4。這里，對(duì)于樹(shù)脂層3，選擇比樹(shù)脂層2的折射率高的樹(shù)脂層。
在樹(shù)脂層3上，形成第2微透鏡陣列7。即，折射率不同的中間玻璃層5與透明樹(shù)脂層6的界面被刻成透鏡圖形的形狀，利用該界面形成第2微透鏡陣列7。這里，對(duì)于樹(shù)脂層6，選擇比中間玻璃層5的折射率高的樹(shù)脂層。又，在樹(shù)脂層6上形成使各色成分的像素分離的黑矩陣8。
通過(guò)襯墊層14將微透鏡基板10與玻璃基板11貼合，通過(guò)在兩者之間封入液晶層13，完成液晶顯示元件20。
本發(fā)明利用第1微透鏡陣列4，通過(guò)進(jìn)行第2微透鏡陣列7的透鏡形狀的制作圖形，形成2層結(jié)構(gòu)的微透鏡陣列。
下面參照?qǐng)D4(a)～圖4(f)對(duì)該微透鏡基板10的制作方法進(jìn)行說(shuō)明。圖4(a)～圖4(f)是微透鏡基板10的各制作工序的剖視圖。
對(duì)于第1微透鏡陣列4，利用通過(guò)紫外線照射而硬化的紫外線硬化樹(shù)脂的所謂的2P(Photo-Polymerization)法來(lái)形成。
首先，如圖4(a)所示，在石英透明基板1上涂布低折射率紫外線硬化樹(shù)脂2，使壓模21向其上下降。在壓模21的下面形成與第1微透鏡圖形一致的翻轉(zhuǎn)圖形。
使該壓模21與石英透明基板1充分壓貼，在壓模21與石英透明基板1之間將紫外線硬化樹(shù)脂2擠壓擴(kuò)大，在保持該狀態(tài)下，利用紫外線燈等，通過(guò)石英透明基板1對(duì)紫外線硬化樹(shù)脂2照射紫外線。
照射紫外線后的紫外線硬化樹(shù)脂2，由于產(chǎn)生硬化反應(yīng)而硬化，故在紫外線硬化樹(shù)脂2上復(fù)制形成壓模21的翻轉(zhuǎn)圖形。在紫外線硬化樹(shù)脂2硬化后，使壓模21上升，使紫外線硬化樹(shù)脂2與壓模21分離。
接著，如圖4(b)所示，在硬化后的低折射率紫外線硬化樹(shù)脂2上涂布高折射率紫外線硬化樹(shù)脂3并埋沒(méi)低折射率紫外線硬化樹(shù)脂2的凹部。而且，在高折射率紫外線硬化樹(shù)脂3上貼附作為第1微透鏡陣列4和第2微透鏡陣列7的中間層的石英薄板玻璃(中間玻璃層)5。
將中間玻璃層5與石英透明基板1充分地壓貼，通過(guò)中間玻璃層5照射紫外線，使高折射率紫外線硬化樹(shù)脂3硬化。該樹(shù)脂3起到中間玻璃層5的粘接層的作用。然后，在中間玻璃層5的厚度比所需的厚度厚時(shí)，通過(guò)進(jìn)行研磨切削成需要的厚度。
接著，如圖4(c)所示，在中間玻璃層5上通過(guò)涂布形成作為感光性樹(shù)脂層的負(fù)保護(hù)層22。對(duì)該負(fù)保護(hù)層22，通過(guò)第1微透鏡陣列4照射紫外線，對(duì)其進(jìn)行曝光。
微透鏡基板10，被設(shè)計(jì)成，第1微透鏡陣列4的焦點(diǎn)位置來(lái)到保護(hù)層22的內(nèi)部。
這里，由于保護(hù)層22是負(fù)保護(hù)層，在強(qiáng)曝光的地點(diǎn)、保護(hù)層22殘留較厚，而在弱曝光的地點(diǎn)、保護(hù)層22殘留較薄。因此，通過(guò)控制在各地點(diǎn)的曝光量，能控制顯像后的殘膜量，使用保護(hù)層就能形成3維的結(jié)構(gòu)物。對(duì)該曝光工序?qū)⒃诤竺嬖斒觥?br> 當(dāng)在該曝光工序后進(jìn)行顯像處理時(shí)，如圖4(d)所示，在保護(hù)層22上形成第2微透鏡陣列7的透鏡圖形。然后，進(jìn)行后烘焙處理。
接著，如圖4(e)所示，進(jìn)行干蝕刻，并將蝕刻保護(hù)層22后的透鏡圖形的形狀復(fù)制在中間玻璃層5上。作為干蝕刻的方法，有反應(yīng)性離子蝕刻及離子磨削等的方法。
這時(shí)，通過(guò)對(duì)蝕刻條件的選擇，能使刻在保護(hù)層22上的透鏡圖形的厚度擴(kuò)大。例如，當(dāng)選擇保護(hù)層與石英玻璃的蝕刻選擇比為1∶2的蝕刻條件時(shí)，在保護(hù)層22上厚度10μm的透鏡圖形，被擴(kuò)大成在中間玻璃層5上厚度為20μm的透鏡圖形?？淘诒Ｗo(hù)層22上的透鏡圖形的形狀，還對(duì)該蝕刻選擇比進(jìn)行考慮、決定。
接著，如圖4(f)所示，涂布高折射率紫外線硬化樹(shù)脂6，并埋沒(méi)中間玻璃層5的凹部。然后，照射紫外光，使高折射率紫外線硬化樹(shù)脂6硬化。這時(shí)，還對(duì)高折射率紫外線硬化樹(shù)脂6的上面進(jìn)行平坦化處理，平坦化處理的方法有2種。
第1種方法，在高折射率紫外線硬化樹(shù)脂6未硬化的狀態(tài)下，將預(yù)先進(jìn)行脫模處理的石英平面板、從上面進(jìn)行壓貼，照射紫外線而使高折射率紫外線硬化樹(shù)脂6硬化。硬化后，當(dāng)使石英平面板分離時(shí)，能獲得上面平滑的高折射率紫外線硬化樹(shù)脂6。第2種方法，在使高折射率紫外線硬化樹(shù)脂6硬化后進(jìn)行研磨處理，使高折射率紫外線硬化樹(shù)脂6的表面平坦化。
通過(guò)以上工序，完成在第1微透鏡陣列4的上面形成第2微透鏡陣列7的微透鏡基板10。
接著，對(duì)在形成第2微透鏡陣列7的透鏡圖形用的保護(hù)層22上的曝光光學(xué)系統(tǒng)的各實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
第1實(shí)施例圖5(a)是表示本發(fā)明的曝光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的第1實(shí)施例的圖。31是表示作為曝光光的光源的超高壓水銀燈。從超高壓水銀燈31放射出i線(波長(zhǎng)365nm)、h線(波長(zhǎng)405nm)、g線(波長(zhǎng)436nm)等的紫外光。
這些紫外光，利用曲面鏡32進(jìn)行反射、聚光，在利用第1準(zhǔn)直透鏡33改變成平行光后，通過(guò)作為狹帶域?yàn)V光鏡的i線通過(guò)濾光鏡34和作為光圈的可動(dòng)槽板35。
可動(dòng)槽板35，如圖5(b)所示，Y軸方向的開(kāi)口長(zhǎng)度(槽長(zhǎng)度)具有一定長(zhǎng)度LY，并將X軸方向的開(kāi)口寬度(槽寬度)設(shè)定成更狹，使能沿X軸移動(dòng)。
通過(guò)可動(dòng)槽板35的光被導(dǎo)向散射板36而散射。散射板36，起到使透過(guò)可動(dòng)槽板35的光線向所有的方向散射的作用，利用可動(dòng)槽板35和散射板36就形成Y方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)Y的線光源。
然后，長(zhǎng)度LY的線光源的光被導(dǎo)向第2準(zhǔn)直透鏡37。這里，第2準(zhǔn)直透鏡37被配置成使散射板36和第2準(zhǔn)直透鏡37的間隔與第2準(zhǔn)直透鏡37的焦點(diǎn)距離一致。通過(guò)第2準(zhǔn)直透鏡37的光被導(dǎo)向利用涂布形成作為感光性樹(shù)脂層的負(fù)保護(hù)層22的微透鏡基板的板狀體120。
由可動(dòng)槽板35和散射板36形成的線光源，通過(guò)第2準(zhǔn)直透鏡37和第1微透鏡陣列4的各透鏡，以M倍的尺寸在第1微透鏡陣列4的焦點(diǎn)面上成像，對(duì)利用涂布在該面上形成的負(fù)保護(hù)層22進(jìn)行曝光。即，線狀光的像被形成在第1微透鏡陣列4的各透鏡的焦點(diǎn)面上，保護(hù)層22被曝光為線狀。
該線狀曝光區(qū)域的長(zhǎng)度LR，使用槽長(zhǎng)度LY，并定義為L(zhǎng)R＝LY/MM＝fC/fM這里，fC是第2準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)距離，fM是第1微透鏡4的焦點(diǎn)距離，M是光學(xué)系統(tǒng)的倍率。
當(dāng)使可動(dòng)槽板35沿X軸移動(dòng)時(shí)，由于由可動(dòng)槽板35和散射板36構(gòu)成的線光源的位置沿X軸變化，故在各微透鏡的焦點(diǎn)面上形成的線狀光的位置也與其對(duì)應(yīng)地變化。
當(dāng)對(duì)可動(dòng)槽板35的位置和曝光時(shí)間(或照射光強(qiáng)度)一邊控制一邊進(jìn)行曝光時(shí)，由于能控制在各位置的曝光量，故能形成3維的結(jié)構(gòu)物。
例如，當(dāng)將可動(dòng)槽板35的位置X如圖6所示地控制時(shí)，能形成如圖12(b)所示的圓柱形的保護(hù)層圖形。
在該曝光光學(xué)系統(tǒng)的途中設(shè)有的i線通過(guò)濾光鏡34，是對(duì)g線和h線阻斷用的濾光鏡。保護(hù)層的感光區(qū)域?qū)?，在g線(波長(zhǎng))和h線(波長(zhǎng))都感光的場(chǎng)合，在平行光光束中插入i線通過(guò)濾光鏡34而僅取出i線。由此，由于不可能因微透鏡的色像差使線狀光的像模糊，故能形成精度更高的結(jié)構(gòu)物。
在該曝光光學(xué)系統(tǒng)中，由槽板35和散射板36構(gòu)成的線光源的光強(qiáng)度均勻性是重要的。為了提高射出第1準(zhǔn)直透鏡33后的平行光的光強(qiáng)度均勻性，在曲面鏡32與第1準(zhǔn)直透鏡33之間，只要插入改善光強(qiáng)度均勻性的集成器等就可以。
又，在該曝光光學(xué)系統(tǒng)中，必須在線光源上的各點(diǎn)上的放射特性都一樣。當(dāng)設(shè)置蠅眼透鏡代替散射板36時(shí)，線狀光利用蠅眼透鏡被分割成多個(gè)點(diǎn)光源。如使用形狀均勻的蠅眼透鏡，能使各點(diǎn)光源的放射特性均勻，能將曝光面整體上的保護(hù)層圖形的形狀偏差抑制成較小。
在本發(fā)明的微透鏡基板的制作方法中，由于通過(guò)第1微透鏡陣列4對(duì)第2微透鏡陣列7進(jìn)行制作圖形，故能大幅度抑制第1微透鏡陣列4與第2微透鏡陣列7的各透鏡的位置偏差。
第1微透鏡陣列4與第2微透鏡陣列7的各透鏡的光軸偏差，是由用微透鏡陣列基板10面的法線和曝光光光軸形成的傾斜角(光軸傾斜)引起的，而在第1微透鏡陣列的焦點(diǎn)距離為100μm的場(chǎng)合，透鏡之間的光軸偏差，在光軸傾斜角為0.5°以內(nèi)時(shí)可較小地抑制成0.9μm以下。
由于光軸傾斜0.5°以下是可容易實(shí)現(xiàn)的數(shù)字，故采用本發(fā)明的微透鏡基板的制作方法，能將透鏡之間的光軸偏差抑制成較小。
又，在分別制作第1微透鏡陣列4和第2微透鏡陣列7的方法中，通過(guò)各微透鏡陣列4·7制作時(shí)的制作條件的變動(dòng)，有第1微透鏡陣列4的面內(nèi)的透鏡間隔與第2微透鏡陣列7的面內(nèi)的透鏡間隔產(chǎn)生偏差的情況，而在本發(fā)明的制作方法中，由于以第1微透鏡陣列4為基準(zhǔn)形成第2微透鏡陣列7，故還具有各層的透鏡間隔不可能產(chǎn)生偏差的效果。
在上述那樣的微透鏡基板10的制作方法中，由于制作條件的變動(dòng)，在第1微透鏡陣列4的焦點(diǎn)距離相對(duì)設(shè)計(jì)值整體地產(chǎn)生偏差的場(chǎng)合，第2微透鏡陣列7的形狀也與其相應(yīng)地變化。該場(chǎng)合，由于與焦點(diǎn)距離的偏差量一致地對(duì)槽板35的變位速度進(jìn)行控制，故能形成所需形狀的第2微透鏡陣列7。
第2實(shí)施例圖7(a)～圖7(c)，是表示本發(fā)明的曝光光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的第2實(shí)施例的圖。從光源31至第1準(zhǔn)直透鏡33的結(jié)構(gòu)，與第1實(shí)施例相同。
從第1準(zhǔn)直透鏡33射出的平行光光束通過(guò)圓柱形透鏡41向X方向聚光的結(jié)果，形成線光源。該線光源，利用有長(zhǎng)度LY的槽的槽板42，被限定于某一定長(zhǎng)度，利用散射板36進(jìn)行散射。即，在散射板36的面上，就形成長(zhǎng)度LY的線光源。
然后，與第1實(shí)施例同樣，被配置著第2準(zhǔn)直透鏡37和作為微透鏡基板的板狀體120，而作為微透鏡基板的板狀體120，在搭載在以Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上的這一點(diǎn)與第1實(shí)施例不同。第2準(zhǔn)直透鏡37，散射板36與第2準(zhǔn)直透鏡37的間隔，被配置成與第2準(zhǔn)直透鏡37的焦點(diǎn)距離一致。
通過(guò)第2準(zhǔn)直透鏡37的光，被導(dǎo)向通過(guò)涂布形成負(fù)保護(hù)層22的、作為微透鏡基板的板狀體120。負(fù)保護(hù)層22形成在第1微透鏡4的焦點(diǎn)面上。利用第2準(zhǔn)直透鏡37和第1微透鏡陣列4的各透鏡，在負(fù)保護(hù)層22上形成線光源的像，負(fù)保護(hù)層22在各透鏡的正下方被曝光成線狀。
另一方面，作為微透鏡基板的板狀體120，被搭載在以Y軸為旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上，通過(guò)對(duì)該旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角的控制，能使由作為微透鏡基板的板狀體120的法線與光線光軸形成的傾斜角θ自如地變化。而且，能通過(guò)該旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)的旋轉(zhuǎn)使線光源的像的位置變化。
例如，如圖8所示通過(guò)相對(duì)時(shí)間控制旋轉(zhuǎn)角θ，能形成如圖12(b)所示的圓柱形形狀的保護(hù)層結(jié)構(gòu)物。
在該曝光光學(xué)系統(tǒng)中，只要能確保線光源的長(zhǎng)度LY部分相應(yīng)的第2準(zhǔn)直透鏡37的軸外特性就可以。由于圓柱形透鏡形狀的第2微透鏡上的外形的短邊長(zhǎng)度與長(zhǎng)邊長(zhǎng)度之比為1∶3，故例如在第1實(shí)施例中±15°的軸外特性有要求的場(chǎng)合，在第2實(shí)施例中只要能滿足±5°的軸外特性即可，能緩和對(duì)第2準(zhǔn)直透鏡37的要求條件。其結(jié)果，能使用更廉價(jià)的準(zhǔn)直透鏡。
第3實(shí)施例圖9是表示本發(fā)明的曝光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的第3實(shí)施例的圖。從光源31至第1準(zhǔn)直透鏡33的結(jié)構(gòu)，與第1實(shí)施例相同。
從第1準(zhǔn)直透鏡33射出的平行光光束，通過(guò)作為具有開(kāi)口尺寸可變的矩形開(kāi)口(槽)的光圈的槽板44，用散射板36進(jìn)行散射。即，通過(guò)槽板44和散射板36，形成矩形的面光源。
該矩形開(kāi)口的X方向的開(kāi)口寬度成為能變化的結(jié)構(gòu)，也能使面光源的尺寸相對(duì)X軸方向進(jìn)行變化。
即，該開(kāi)口尺寸可變的槽板44，如圖9(b)所示，通過(guò)使遮光板44a與遮光板44b組合而構(gòu)成。遮光板44a與遮光板44b，成為能分別沿X軸移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，利用該可動(dòng)結(jié)構(gòu)能使矩形開(kāi)口的X軸方向的開(kāi)口寬度Wx變化。
然后，面光源的光被導(dǎo)向第2準(zhǔn)直透鏡37。第2準(zhǔn)直透鏡37，散射板36與第2準(zhǔn)直透鏡37的間隔被配置成與第2準(zhǔn)直透鏡37的焦點(diǎn)距離一致。
通過(guò)第2準(zhǔn)直透鏡37的光，被導(dǎo)向通過(guò)涂布形成負(fù)保護(hù)層22的、作為微透鏡基板的板狀體120。從矩形的面光源射出的光，經(jīng)過(guò)第2準(zhǔn)直透鏡37和第1微透鏡4，在第1微透鏡4的焦點(diǎn)面上成像。由于在該焦點(diǎn)面上形成保護(hù)層22，故保護(hù)層22被曝光成矩形。
例如，如圖10(a)所示，當(dāng)將槽板44的矩形開(kāi)口的開(kāi)口寬度Wx逐漸地一邊減小一邊進(jìn)行曝光時(shí)，由于保護(hù)層22上的矩形的像的尺寸也逐漸減小，故在保護(hù)層22上就成為中央部的曝光量多、邊緣區(qū)域的曝光量少。即，如圖10(b)所示，能形成中央部隆起的圓柱形的結(jié)構(gòu)物。
又，在本發(fā)明的上述的各實(shí)施例中，對(duì)負(fù)保護(hù)層22的感光進(jìn)行了說(shuō)明，但對(duì)可視光硬化樹(shù)脂或紫外線硬化樹(shù)脂的硬化，也可以用該曝光光學(xué)系統(tǒng)形成3維結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種微透鏡基板的制作方法，具有在透明基板上形成層狀的第1微透鏡陣列的工序、在第1微透鏡陣列上依次形成中間層和感光性樹(shù)脂層的工序、通過(guò)第1微透鏡陣列和中間層對(duì)感光性樹(shù)脂層進(jìn)行曝光的工序、對(duì)被曝光后的感光性樹(shù)脂層進(jìn)行顯像而形成第2微透鏡陣列形成用的圖形的工序、通過(guò)蝕刻至除去該圖形而在中間層上形成第2微透鏡陣列形成用的凹部的工序、通過(guò)將樹(shù)脂埋入該凹部而形成第2微透鏡陣列的工序，其特征在于，所述曝光工序，使光源射出強(qiáng)度均勻的光，使該光在位于感光性樹(shù)脂層的第1微透鏡陣列的焦點(diǎn)面上成像，并利用第1微透鏡陣列的焦點(diǎn)位置改變曝光時(shí)間使感光性樹(shù)脂層曝光。
2.如權(quán)利要求1所述的微透鏡基板的制作方法，其特征在于，射出強(qiáng)度均勻的光的所述光源是線光源。
3.如權(quán)利要求2所述的微透鏡基板的制作方法，其特征在于，一邊使所述線光源的位置改變一邊對(duì)感光性樹(shù)脂層進(jìn)行曝光。
4.如權(quán)利要求2所述的微透鏡基板的制作方法，其特征在于，固定所述線光源的位置，可旋轉(zhuǎn)地配置形成第1微透鏡陣列、中間層以及感光性樹(shù)脂層的透明基板，使其相對(duì)于從所述線光源射出的光線傾斜，一邊使該透明基板旋轉(zhuǎn)一邊進(jìn)行感光性樹(shù)脂層的曝光。
5.如權(quán)利要求1所述的微透鏡基板的制作方法，其特征在于，射出強(qiáng)度均勻的光的所述光源，是射出面積可變的矩形的面光源。
6.如權(quán)利要求5所述的微透鏡基板的制作方法，其特征在于，通過(guò)使具有形成于所述面光源上的矩形開(kāi)口的光圈的開(kāi)口寬度變化，改變所述面光源的射出面積。
7.一種微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，用于在透明基板上將第1微透鏡陣列、中間層和第2微透鏡陣列依次層疊的微透鏡基板的制作，其特征在于，具有射出強(qiáng)度均勻的光的線光源、使從該線光源射出的光準(zhǔn)直化的準(zhǔn)直透鏡、以及使通過(guò)該準(zhǔn)直透鏡的光通過(guò)第1微透鏡陣列和中間層成像的感光性樹(shù)脂層形成在中間層上的透明基板。
8.如權(quán)利要求7所述的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述線光源，其位置是可變的。
9.如權(quán)利要求7所述的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述透明基板，被可旋轉(zhuǎn)地配置，使其法線與光線的光軸形成的傾斜角可以改變。
10.如權(quán)利要求7～9中任一項(xiàng)所述的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，還具有插入于從所述線光源射出的光的光路中的狹頻帶的濾光鏡。
11.一種微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，用于在透明基板上將第1微透鏡陣列、中間層和第2微透鏡陣列依次層疊的微透鏡基板的制作，其特征在于，具有射出強(qiáng)度均勻的光且射出面積可變的矩形的面光源、使從該面光源射出的光準(zhǔn)直化的準(zhǔn)直透鏡、以及使通過(guò)該準(zhǔn)直透鏡的光通過(guò)第1微透鏡陣列和中間層成像的感光性樹(shù)脂層形成在中間層上的透明基板。
12.如權(quán)利要求11所述的微透鏡曝光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，還具有插入于從所述面光源射出的光的光路中的狹頻帶的濾光鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供通過(guò)利用第1微透鏡陣列而對(duì)第2微透鏡陣列的透鏡形狀進(jìn)行制作圖形，而使光軸的一致簡(jiǎn)單化，并能簡(jiǎn)化制作工序的微透鏡基板的制作方法。對(duì)作成圓柱形形狀的第2微透鏡陣列(7)的透鏡形狀的制作圖形，通過(guò)將紫外光照射在第1微透鏡陣列(4)上來(lái)進(jìn)行。使從可改變位置的線光源射出的光、通過(guò)準(zhǔn)直透鏡(37)和第1微透鏡(4)在微透鏡焦點(diǎn)面上成像，對(duì)通過(guò)涂布在其面上形成的保護(hù)層(22)進(jìn)行曝光。通過(guò)一邊使線光源的位置變化一邊進(jìn)行曝光，能獲得所需圓柱形狀的保護(hù)層圖形。然后，進(jìn)行蝕刻，將保護(hù)層圖形的形狀復(fù)制在中間玻璃層(5)上，用高折射率的紫外線硬化樹(shù)脂埋沒(méi)凹部。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1503039SQ200310116489
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2003年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者岡田訓(xùn)明, 上田稔, 田訓(xùn)明 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社