特許 6651373 光学面形成方法および光学デバイス作製用のエッチング基板の製造方法および押し型および光学デバイスの製造方法。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6651373

(24)【登録日】2020年1月24日

(45)【発行日】2020年2月19日

(54)【発明の名称】光学面形成方法および光学デバイス作製用のエッチング基板の製造方法および押し型および光学デバイスの製造方法。

(51)【国際特許分類】

   B29C 59/02 20060101AFI20200210BHJP

   B29C 33/42 20060101ALI20200210BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20200210BHJP

   G02B 3/04 20060101ALI20200210BHJP

   G02B 3/06 20060101ALI20200210BHJP

【ＦＩ】

   B29C59/02 B

   B29C33/42

   G02B3/00 A

   G02B3/04

   G02B3/06

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-22941(P2016-22941)

(22)【出願日】2016年2月9日

(65)【公開番号】特開2017-140746(P2017-140746A)

(43)【公開日】2017年8月17日

【審査請求日】2018年12月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】514274487

【氏名又は名称】リコーインダストリアルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100127111

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 修一

(74)【代理人】

【識別番号】100067873

【弁理士】

【氏名又は名称】樺山 亨

(74)【代理人】

【識別番号】100090103

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 章悟

(72)【発明者】

【氏名】菊池 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】夏井 雄亮

(72)【発明者】

【氏名】南川 直人

【審査官】 ▲来▼田 優来

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１０６３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２９５５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ３３／４２，５９／０２

Ｇ０２Ｂ３／００，３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学材料による基板の表面に、微細な凸部の配列による２次元領域を光学面として１以上形成する方法であって、
前記基板の前記表面に、未硬化状態の光硬化性樹脂による樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
前記表面に形成された前記樹脂層を、前記光学面に対応する光学転写面と、該光学転写面に枠状に外接した外枠領域転写面とを型面として有する押し型と、前記基板とにより挟持し、加圧して前記樹脂層を前記型面の形状に倣わせる型押し工程と、
該型押し工程により前記押し型と前記基板とに挟まれた状態の前記樹脂層を光照射により硬化させる樹脂硬化工程と、
該樹脂硬化工程後に、前記押し型を離形する離形工程と、
該離形工程後に、前記樹脂層の側から異方性のエッチングを行って、前記基板の表面形状として、前記１以上の光学面と、該光学面に外接する外枠領域を形成するエッチング工程と、
を有し、
前記型押し工程において、前記外枠領域転写面の転写による前記光硬化性樹脂のヒケ防止機能を持つヒケ防止部を、前記光学転写面の形状を転写された凸部の基部の、前記基板の表面からの高さより大きい高さに形成する光学面形成方法。

【請求項2】

請求項１記載の光学面形成方法であって、
前記押し型が前記光硬化性樹脂を硬化させる光に対して透明であり、前記樹脂硬化工程を、前記押し型を介して前記樹脂層に前記光を照射する光学面形成方法。

【請求項3】

請求項１または２記載の光学面形成方法であって、
前記樹脂硬化工程において、仮硬化を行い、
前記離形工程後、前記エッチング工程前に、本硬化を行う本硬化工程を有する光学面形成方法。

【請求項4】

請求項１ないし３の何れか１項に記載の光学面形成方法の実施に用いられる押し型であって、
１以上の光学面に対応する光学転写面と、該光学転写面に枠状に外接した外枠領域転写面とを型面として有する押し型。

【請求項5】

請求項１記載の光学面形成方法における、樹脂層形成工程と、型押し工程と、樹脂硬化工程と、離形工程とを有し、
前記光学転写面の形状を転写され、前記型押し工程により転写されたヒケ防止部が硬化した硬化ヒケ防止部を有する光学デバイス作製用のエッチング基板の製造方法。

【請求項6】

請求項３記載の光学面形成方法における、前記離形工程後に本硬化工程を有し、
前記光学転写面の形状を転写され、前記型押し工程により転写されたヒケ防止部が硬化した硬化ヒケ防止部を有する光学デバイス作製用のエッチング基板の製造方法。

【請求項7】

請求項５または６に記載の製造方法により製造されたエッチング基板に対して、異方性のエッチングを行い、前記光学材料による基板の表面に、前記硬化した光硬化性樹脂の表面形状を転写する光学デバイスの製造方法。

【請求項8】

前記光学デバイスがマイクロレンズアレイである請求項７記載の光学デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、光学面形成方法および光学デバイス作製用のエッチング基板の製造方法
および押し型および光学デバイスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光学材料による基板の表面に、微細な凸部の配列による２次元領域を光学面として有する光学デバイスは、マイクロレンズアレイ等として種々の光学装置や光学システムに関連して知られている。
例えば、マイクロレンズアレイは、液晶パネルのブラックマトリックスの開口配置に合わせたマイクロレンズ配列を有するものが従来から広く知られているが、近時、ヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」とも言う。）やレーザプロジェクタにおいて、走査光ビームを拡散させる所謂「拡散板」等としても使用されている。

【0003】

光学材料による基板の表面に、微細な凸部の配列による２次元領域を光学面として形成する光学面形成方法は、従来から種々の方法が知られているが、光硬化性樹脂とエッチングとを組み合わせた方法が提案されている（特許文献１）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この発明は、光硬化性樹脂とエッチングとを組み合わせた新規な光学面形成方法の実現を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この発明の光学面形成方法は、光学材料による基板の表面に、微細な凸部の配列による２次元領域を光学面として１以上形成する方法であって、前記基板の前記表面に、未硬化状態の光硬化性樹脂による樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、前記表面に形成された前記樹脂層を、前記光学面に対応する光学転写面と、該光学転写面に枠状に外接した外枠領域転写面とを型面として有する押し型と、前記基板とにより挟持し、加圧して前記樹脂層を前記型面の形状に倣わせる型押し工程と、該型押し工程により前記押し型と前記基板とに挟まれた状態の前記樹脂層を光照射により硬化させる樹脂硬化工程と、該樹脂硬化工程後に、前記押し型を離形する離形工程と、該離形工程後に、前記樹脂層の側から異方性のエッチングを行って、前記基板の表面形状として、前記１以上の光学面と、該光学面に外接する外枠領域を形成するエッチング工程と、を有し、前記型押し工程において、前記外枠領域転写面の転写による前記光硬化性樹脂のヒケ防止機能を持つヒケ防止部を、前記光学転写面の形状を転写された凸部の基部の、前記基板の表面からの高さより大きい高さに形成する。

【発明の効果】

【0006】

この発明によれば、光硬化性樹脂とエッチングとを組み合わせた新規な光学面形成方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】光学デバイスに関する用語を説明するための図である。

【図2】光学面形成方法を説明するための図である。

【図3】光学面形成方法の工程の流れを模式的に示す図である。

【図4】ヒケ防止部と、その技術的意義を説明するための図である。

【図5】ヒケ防止部を説明するための図である。

【図6】ヒケによる形状欠損を説明するための図である。

【図7】ヒケ防止部の異なる形状の例を示す図である。

【図8】光学装置の１例としてのＨＵＤを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施の形態を説明する。
光学面製造方法の各工程の説明に先立って、図１を参照して用語等を説明する。
図１（ａ）において、符号１０００及び符号ＭＬＡは共に「光学デバイス」を示している。図１（ａ）に示す如く、光学デバイス１０００は、複数の光学デバイスＭＬＡが配列された構成となっている。以下の説明において、光学デバイスＭＬＡとして「マイクロレンズアレイ」を例示する。從って、以下において、光学デバイスＭＬＡをマイクロレンズアレイＭＬＡとも称する。
図１（ａ）の光学デバイス１０００は、複数のマイクロレンズアレイＭＬＡを配列した構成となっている。
個々のマイクロレンズアレイＭＬＡは「製品としての光学デバイス」である。光学デバイス１０００は、マイクロレンズアレイを所謂「多数個どり」で製造するときに、同一の基板に多数のマイクロレンズアレイＭＬＡを配列形成したものである。
この明細書においては、光学デバイス１０００のように「複数のマイクロレンズアレイ（光学デバイス）を形成されたもの」も光学デバイスと呼ぶ。
製品となるマイクロレンズアレイＭＬＡは、光学デバイス１０００に配列形成されているマイクロレンズアレイＭＬＡの個々をダイシングにより分割することにより得られる。

【0009】

図１（ａ）に示す例のように、光学デバイス１０００に複数の光学デバイスＭＬＡが形成されている場合、光学デバイス１０００と光学デバイスＭＬＡを区別する場合は、光学デバイスＭＬＡを「製品としての光学デバイス」と呼ぶ。
図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるマイクロレンズアレイＭＬＡの配列の、上から２行目の３つのマイクロレンズＭＬＡが並んでいる部分を示し、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の「ｃ−ｃ断面図」を、説明図的に簡略化して示す図である。
図１（ｃ）に簡略化して示すように、個々のマイクロレンズアレイＭＬＡは、光学面ＳＯＰと、外枠領域ＣＤを有する。
光学面ＳＯＰは、光学材料による基板１００の表面に形成された「微細な凸部ＭＬの配列による２次元領域」である。説明中の例では、微細な凸部ＭＬは個々のマイクロレンズのレンズ面である。
即ち、図１（ａ）に即して言えば、光学デバイス１０００には、複数の光学面ＳＯＰが配列形成されている。図１（ｃ）において、外枠領域ＣＤは、個々の光学面ＳＯＰを縁取るように光学面ＳＯＰに外接して形成された領域で、この部分は光学機能を持たない。
図１（ｃ）において、符号ＣＤ１は、隣接するマイクロレンズアレイの光学面ＳＯＰの間の外枠領域が連なった部分である。

【0010】

上には、１つの光学デバイス１０００に「製品としての光学デバイスであるマイクロレンズアレイＭＬＡ」が複数個形成されている場合を説明した。
光学デバイスＭＬＡがマイクロレンズアレイである場合、個々のマイクロレンズアレイＭＬＡの大きさは、例えば「５ｍｍ×５ｍｍ」程度から「２０ｍｍ×３０ｍｍ」程度まで種々の大きさが実施されている。

【0011】

図１（ａ）に示す光学デバイス１０００が、例えば、直径：２００ｍｍの円板状である場合を考えると、マイクロレンズアレイを多数個どりで製造する場合、光学デバイス１０００に形成されるマイクロレンズアレイＭＬＡの数は、数十ないし数百個になる。
光学デバイスは、そのサイズによっては「個々の光学デバイスを個別に製造」する場合もある。例えば、図１（ａ）における１個のマイクロレンズアレイＭＬＡのサイズが大きく、光学デバイス１０００に１個のマイクロレンズアレイＭＬＡが形成される場合が考えられる。この場合、光学デバイス１０００は１個のマイクロレンズアレイＭＬＡを有することになり、光学デバイスとマイクロレンズアレイとを共に「光学デバイス」と呼ぶことに問題はない。
以上、用語として「光学デバイス」、「光学面」、「外枠領域」を説明した。また、光学面ＳＯＰが「光学材料による基板１００の表面」に形成されることも説明した。さらに、外枠領域ＣＤが「個々の光学面ＳＯＰを縁取るように光学面ＳＯＰに外接」して形成されることを説明した。

【0012】

補足すると、光学面は「光学機能を持ち、製品としての光学デバイスに対応する面」であり、上述の例では、１つのマイクロレンズアレイＭＬＡにおいて「マイクロレンズ面である微細な凸部ＭＬが配列した２次元領域」である。
図１（ｃ）に示す基板１００は平行平板状であるが、光学材料による基板の形態は平板状に限らず、他の形態として、例えば、プリズム状や楔状であってもよい。
光学面をなす「微細な凸部の配列による２次元領域」における微小な凸部は、凸球面形状や「凸の回転楕円面形状」以外にも、４角形状や６角形形状のように平面的に稠密な配列が可能な多角形形状を縁とする凸面形状であることができる。また、これ以外にも、凸シリンドリカル面形状やプリズム形状を挙げることができる。
凸球面形状等の場合、凸部は２次元的に配列されて２次元的なアレイ配列をなす。凸シリンドリカル形状の場合、長手方向に交わる方向へ配列することにより、凸シリンドリカル面が互いに接して配列した２次元領域を形成することができる。
また、断面形状が三角形形状で、断面に直交する長手方向には均一な形状を持つプリズム面を長手方向に交わる方向へ配列することにより、プリズム面が互いに接して配列した２次元領域を形成することができる。

【0013】

図２を参照して、この発明の光学面形成方法を説明する。
図２（ａ）は、光学面形成方法の基本的な工程を示す図である。
この基本的な工程は、樹脂層形成工程と、型押し工程と、樹脂硬化工程と、離形工程と、エッチング工程とを有する。
「樹脂層形成工程」は、光学材料による基板の「光学面を形成する側の面」に、未硬化状態の光硬化性樹脂による樹脂層を形成する工程である。
「光硬化性樹脂」は、特定の波長の光（電磁波）の照射により光重合して硬化する樹脂であり、粘性と流動性を有し、従来から種々のものが知られ、市販されている。樹脂層として形成する光硬化性樹脂としては、例えば、紫外光の照射により硬化する「ＵＶ硬化樹脂」を用いることができる。
光硬化性樹脂は、スピンコート等の塗布方法で、基板上に層状に塗布されて樹脂層として形成される。

【0014】

「型押し工程」は、樹脂層形成工程により基板表面に形成された樹脂層を、基板と押し型とで挟持して加圧し、挟持した樹脂層の押し型側の面を「押し型の型面の形状」に倣わせる。即ち、型押し工程で、樹脂層の押し型側の部分は、押し型の型面と密着し、型面の形状に倣うように変形する。
押し型の型面は、光学転写面と外枠領域転写面とを有する。
「光学転写面」は、光学面に対応する面形状を有する。例えば、図１（ａ）の如く１６個のマイクロレンズアレイＭＬＡを１つの光学デバイス１０００として形成する場合であれば、１６個のマイクロレンズアレイの個々の光学面に対応して１６面の光学転写面を有する。

【0015】

「外枠領域転写面」は、前記光学転写面に枠状に外接した転写面部分であり、光学デバイスにおける「光学面形状の外側の外枠領域」を形成する部分である。

【0016】

「樹脂硬化工程」は、型押し工程により「押し型と基板とに挟まれた状態の樹脂層」を光照射により硬化させる工程である。樹脂硬化工程において、樹脂層は基板と押し型とに挟持されているので、基板および押し型の少なくとも一方を「照射光（例えば紫外光）に対して透明」な材質で形成し、この材質で形成された基板もしくは押し型を介して光照射を行う。
「離形工程」は、樹脂硬化工程後、硬化した樹脂層から押し型を離形する工程である。

【0017】

「エッチング工程」は、離形工程後に、樹脂層の側から「異方性のエッチング」を行い、基板の表面形状として「１以上の光学面と、該光学面に枠状に外接する外枠領域」を形成する工程である。なお、「異方性のエッチンング」は、エッチングによる侵刻が１方向的に進行するエッチング方式である。

【0018】

図２（ｂ）は（ａ）の変形例であって、離形工程の前に「樹脂硬化工程Ｉ」を行い、離形後のエッチング工程の前に「樹脂硬化工程ＩＩ」を行う。
「樹脂硬化工程Ｉ」による硬化を「仮硬化」、「樹脂硬化工程ＩＩ」による硬化を「本硬化」と呼ぶ。仮硬化後の樹脂層は完全に固化しているが、エッチングに対する耐性としては不十分である。仮硬化後に本硬化を行うことにより、樹脂層のエッチングに対する耐性を十分に高めてからエッチング工程を行う。

【0019】

図２（ａ）の場合も（ｂ）の場合も、図１（ａ）に示す場合のように同一の基板上に複数の光学デバイスＭＬＡを形成する場合には、上記工程で得られた光学デバイス１０００に対して「ダイシング工程」を行い、製品としての光学デバイスＭＬＡに分割する。

【0020】

上に述べた工程の流れを模式的に示す図３を参照して説明する。
図３（ａ）は、光学材料による基板１０を示し、（ｂ）は基板１０の表面に、樹脂層形成工程によって、未硬化状態の光硬化性樹脂による樹脂層１３を形成した状態を示す。

【0021】

図３（ｃ）は、未硬化状態の樹脂層１３を押し型１５と基板１０とで挟持して加圧する型押し工程を行った状態を示す。樹脂層１３は未硬化状態であるので、押し型１５の型面に倣って変形する。

【0022】

図３（ｄ）は、型押し工程後に、押し型１５と基板１０とに挟まれた状態の樹脂層１３を硬化用の光ＬＴの照射により硬化させる樹脂硬化工程を示す。この樹脂硬化工程により、樹脂層１３は固化し、押し型１５に密着する側の面は、押し型の型面の形状に倣って変形した形状を固定される。この説明例では、押し型１５は、硬化用の光ＬＴに対して透明な材質で形成されている。

【0023】

図３（ｅ）は、型押し工程後に離形工程を行って、押し型１５を離形した状態を示している。固化した樹脂層１３が露呈され、その表面は、押し型１５の型面の形状を転写されている。

【0024】

図３（ｆ）は、固化した樹脂層１３の側から「異方性のエッチング」を行うエッチング工程を示している。エッチング工程で行われるエッチングは異方性であるので「ドライエッチング」であり、図中の符号ＥＧは「エッチングガス」を示す。

【0025】

エッチング工程が終了すると、図３（ｇ）に示すように、基板１０の表面に１以上の光学面が形成された「光学デバイス」が得られる。

【0026】

さて、この発明の光学面形成方法の特徴の一端は、型押し工程において「光硬化性樹脂のヒケ防止部」が樹脂層に形成される点にある。ヒケ防止部も、押し型の型面から転写されて形成されるので、前記特徴の一端は「押し型の型面形状」にもある。

【0027】

以下、ヒケ防止部と、その技術的意義を、図４以下を参照して説明する。

【0028】

図４（ａ）は、光学面形成方法における型押し工程後の状態を断面図として模式的に示している。この説明例では、形成する光学面は「マイクロレンズアレイをなすマイクロレンズ面の２次元的な配列」であるが、模式図であるので、マイクロレンズ面は４面に簡略化して図示している。繁雑を避けるため、基板、樹脂層、押し型については、図３におけると同一の符号を用いる。
図４に即して説明するのは、図１に即して説明した如き「製品としての光学デバイスを多数個どり」する製造方法の場合であり、図４（ａ）において符号ＵＮは「製品としての１個の光学デバイス」に対応する部分を示す。

【0029】

多数個どりが行われるため、１個の光学デバイスに対応する部分ＵＮは「実線で示された部分」が破線で示す如く図の左右方向にも、図面に直交する方向にも連なっている。

【0030】

以下、符号ＵＮで示す部分を「ユニット部分」と呼ぶ。多数個どりされる場合の、複数のユニット部分は互いに同一であるので、以下では、図４（ａ）に実線で示すユニット部分ＵＮに即して説明する。
図４（ｂ）は、押し型１５を説明するための図であり、図中、符号ＴＳＵは「ユニット部分ＵＮに対応する型面部分（以下「ユニット型面部分」と言う。）」を示している。
符号ＴＳＯＰＵで示す部分は「１個の光学面に対応する光学転写面」であり、以下「光学転写面ＴＳＯＰＵ」と呼ぶ。説明中の例のように、押し型１５が「多数個どり用」であれば、複数のユニット型面部分ＴＳＵが平面的に配列することになる。

【0031】

図４（ｂ）に符号ＴＣＤ１で示す部分は「外枠領域転写面」であり、光学転写面ＴＳＯＰＵに「枠状に外接」して形成されている。光学転写面ＴＳＯＰＵが隣接する部分では、各光学転写面ＴＳＯＰＵに外接して形成された外枠領域転写面ＴＣＤ１が連接して符号ＴＣＤで示す如くになる。この領域を「外枠領域転写面ＴＣＤ」と呼ぶ。

【0032】

図４（ｃ）は、離形工程後の状態を示す。符号ＵＮ０で示す部分は、基板１０上の樹脂層１３にユニット型面部分ＴＳＵの面形状が転写された部分であり、以下「被エッチングユニットＵＮ０」と称する。
図４（ｃ）において、符号ＯＰ０Ｕは、押し型１５の光学転写面ＴＳＯＰＵの面形状を転写された部分であり、以下「被転写光学面ＯＰ０Ｕ」と呼ぶ。なお、繁雑を避けるため、押し型１５の光学転写面ＴＳＯＰＵの面形状を転写された部分を、樹脂硬化工程の前後に拘らず、被転写光学面ＯＰ０Ｕと呼ぶ。
図４（ｃ）に符号ＨＢ１で示す「樹脂層部分」は、押し型１５の外枠領域転写面ＴＣＤ１の面形状を転写された部分であり、以下、この樹脂層部分を「ヒケ防止部ＨＢ１」と呼ぶ。図４（ｃ）は、上記の如く「離形工程後の状態」であるので、同図に示すヒケ防止部ＨＢ１は「樹脂硬化工程」を経て硬化している。硬化工程後の状態を説明するときは硬化ヒケ防止部ＨＢ１と呼ぶ。

【0033】

図４（ｂ）に示すように、ユニット型面部分ＴＳＵが隣接する部分では、外枠領域転写面ＴＣＤ１が連接して外枠領域転写面ＴＣＤとなる。これに応じて、図４（ｃ）に示すように、硬化ヒケ防止部ＨＢ１が一体となって硬化ヒケ防止部ＨＢとなる。

【0034】

型押し工程において形成されるヒケ防止部ＨＢ１（ＨＢ）は、以下に説明するように、その高さを「光学転写面ＴＳＯＰＵの形状を転写された被転写光学面ＯＰ０Ｕに配列している凸部の基部の基板１０の表面からの高さより大きい高さ」に形成される。

【0035】

図５を参照して、ヒケ防止部ＨＢ１（ＨＢ）を説明する。
図５（ａ）は、型押し工程により、樹脂層１３に押し型１５の型面の形状を転写した状態（樹脂硬化工程より前の状態）を示している。型面の形状を転写された樹脂層１３におけるヒケ防止部ＨＢ１の「基板１０の表面からの高さ：ＨＡは、被転写光学面ＯＰ０Ｕにおける「微細な凸部の基部（凸部の最も低い部分）の基板表面からの高さ：Ｈ０」より大きい。

【0036】

図５（ｂ）は、樹脂硬化工程後の状態を示す。
図５（ｃ）は、図５（ｂ）の状態の被エッチングユニットＵＮ０に対して異方性のエッチングを行い、基板１０の表面形状として、光学面ＳＯＰと、光学面ＳＯＰに枠状に外接する外枠領域ＣＤ１を形成した状態を示している。

【0037】

図５（ｃ）に符号ＵＮＤで示す部分は「製品としての１個の光学デバイス」に対応する部分であり、光学デバイスを「多数個どり」する場合であれば、このような光学デバイスＵＮＤが、外枠領域ＣＤ１（ＣＤ）を介して２次元的に配列形成されることになる。

【0038】

図５（ｂ）、（ｃ）については、後述することとし、先ず「ヒケ」の問題を説明する。 一般に、光硬化性樹脂に光照射して硬化を行うと、樹脂が硬化する過程で「ヒケ」とよばれる現象が発生することが知られている。
光硬化性樹脂の硬化は有限の時間をかけて進行する。即ち、光硬化性樹脂に均一な光照射を行っても、樹脂全体が同時に均一に硬化するのではなく、光による硬化（光重合）が樹脂の一部から全体に広がるように進行する。

【0039】

光重合による硬化の進行途上において、硬化した部分には「樹脂の凝縮」による体積減少が生じる。樹脂の一部が硬化した状態でも、未硬化の部分はなお流動性を有しており、硬化により体積減少した部分に流動して体積減少分を補う。

【0040】

このとき、体積減少分が十分に補填されないと、最終的に固化した部分に「ヒケ」と呼ばれる「形状欠損」が生じる。
この「形状欠損」を、図６を参照して説明する。
図６（ａ）は、型押し工程後の状態を示す図である。押し型１５Ａにより樹脂層１３に形成された転写面で、被転写光学面ＯＰ０Ｕに外接する外枠領域ＣＤ０は、基板１０の表面からの高さ：Ｈ０が、被転写光学面ＯＰ０Ｕをなす凸部の基部の高さと同じである。
この状態では、外枠領域ＣＤ０の部分の樹脂容積が「被転写光学面ＯＰ０Ｕを形成された樹脂部分の容積」に比して小さい。從って、樹脂硬化工程の際に外枠領域ＣＤ０の部分で硬化が先に進み、この部分で体積が減少する。
このとき、被転写光学面ＯＰ０Ｕを形成された樹脂部分では、未だ固化が全体に及んでおらず、内部の流動性を有する樹脂部分が、外枠領域ＣＤ０に生じた体積減少を補填するように移動する。一方、被転写光学面ＯＰ０Ｕを転写された樹脂部分でも硬化の進行と共に体積減少が生じる。この体積減少と、外枠領域ＣＤ０に生じた体積減少の補填のために流出した樹脂分が相まって、図６（ｂ）に示すような「ヒケによる形状欠損ＨＫ」を「あるパーセンテージの範囲」で生じる。

【0041】

形状欠損ＨＫは、図６（ｂ）に示すように、被転写光学面ＯＰ０Ｕを転写された部分の「外枠領域ＣＤ０に隣接する部分」に発生するのが特徴的である。図には強調して描かれているが、形状欠損ＨＫは、１個の凸部の体積の１０％程度である。
図６（ｂ）に示すような形状欠損ＨＫを有する被エッチングユニットＵＮ０に対してエッチング工程を行うと、エッチングの異方性により樹脂層１３の「ヒケによる形状欠損ＨＫ」が基板１０の表面に転写され、図６（ｃ）の如く、製品としての光学デバイスＵＮＤにも形状欠損ＨＫ（混同の恐れは無いと思われるので、樹脂部における形状欠損ＨＫと同じ符号を用いた。）が生じる。形状欠損ＨＫを生じた光学デバイスＵＮＤは製品としては不良品であり、光学デバイス製造における歩留まりが低くなる。例えば、歩留まりは６０％程度に留まる。

【0042】

図５（ａ）に示す被エッチングユニットＵＮ０では、ヒケ防止部ＨＢ１の高さ：ＨＡが高さ：Ｈ０より大きく、ヒケ防止部ＨＢ１の樹脂部分が「十分」な体積をもっている。從って、図６の場合と比較すると、樹脂硬化工程の際にヒケ防止部ＨＢ１の樹脂部分の固化が急速には進行せず、被転写光学面ＯＰ０Ｕを転写された樹脂部分からの「樹脂流入」が有効に阻止される。
また、被転写光学面ＯＰ０Ｕを転写された樹脂部分で固化による体積減少が生じた場合に、ヒケ防止部ＨＢ１内で流動性を保持している樹脂部分が流入して、上記体積減少分を補填するようにすることも可能である。このようにして、樹脂硬化工程後における樹脂層１３における「ヒケによる形状欠損ＨＫの発生」が有効に防止される。
なお、図５（ｂ）では、樹脂硬化工程後の硬化ヒケ防止部ＨＢ１の高さ：ＨＡ１が、図５（ａ）における高さ：ＨＡよりも小さくなっている。これは、樹脂硬化工程の際に「被転写光学面ＯＰ０Ｕを転写された部分へヒケ防止部ＨＢ１から樹脂が流入」した結果、ヒケ防止部ＨＢ１の樹脂量が減少したことに相当している。
樹脂硬化工程後に、樹脂層１３の被転写光学面ＯＰ０Ｕに「ヒケによる形状欠損」が生じないので、図５（ｃ）に示す如く、エッチング工程後の光学デバイスＵＮＤにも、光学面に形状欠損は生じない。

【0043】

「ヒケ防止部」は、上記の如く、樹脂硬化工程における「被転写光学面を有する樹脂部分に、ヒケによる形状欠損が生じるのを防止する機能」を持つものであり、この機能を発現させるためには、前記高さ：Ｈ１が、高さ：Ｈ０よりも大きいことが必要である。高さ：Ｈ１を高さ：Ｈ０に対して「どの程度大きく」するかは、光学デバイス製造の実際の条件に応じて、実験的に決定できる。
ヒケ防止部の形状は、ヒケ防止の機能が果たされる限りにおいて任意であり、種々の形状が許容される。例えば、図７（ａ）に示すヒケ防止部ＨＢ２のような「斜面状」の形状でも良いし、同図（ｂ）に示すヒケ防止部ＨＢ３のような断面三角形状、ヒケ防止部ＨＢ４のような断面半円形状、同図（ｃ）に示すヒケ防止部ＨＢ５のような断面矩形形状等を例示することができる。図７に示すヒケ防止部は、何れも、樹脂硬化工程前の形状である。

【0044】

上の説明で、樹脂硬化工程後における「基板１０上の樹脂層１３が、被転写光学面ＯＰ０Ｕとヒケ防止部ＨＢ１を有する状態」は、エッチング工程を実施できる状態であり、この状態の基板１０と樹脂層１３とを「光学デバイス作製用のエッチング基板」もしくは単に「エッチング基板」と称する。図５（ｂ）に即して説明した「被エッチングユニットＵＮ０」を２次元的に配列したものは、エッチング基板の１例である。
このような「エッチング基板」は、図２（ａ）における樹脂層形成工程から離形工程までの１連の工程により製造される。あるいは、図２（ｂ）における樹脂層形成工程から樹脂硬化工程ＩＩまでの１連の工程により製造される。
また、上述の説明から明らかなように、エッチング基板に対してエッチング工程を施すことにより、光学デバイスが得られる。
「具体例」
以下、光学デバイスの製造方法の具体的な１例を説明する。
この具体例は、図１に即して説明した光学デバイス１０００の製造方法である。
光学デバイス１０００を形成すべき光学材料による基板１００として、直径：２００ｍｍの円形形状で、厚さ：１ｍｍの平行平板状の石英ガラスを用いた。
製品としての光学デバイスＭＬＡは「マイクロレンズアレイ」であり、後述するＨＵＤに拡散板として用いられるものの１例である。
「製品としての光学デバイス」であるマイクロレンズアレイとして、１０ｍｍ×１０ｍｍサイズのものを作製した。即ち、直径：２００ｍｍの基板に、２００個のマイクロレンズアレイを形成した。
マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズは、レンズ径：１００μｍの円形状の微小レンズ面が、１００μｍピッチで１００×１００の正方行列状に配列している。

【0045】

このようなマイクロレンズアレイＭＬＡの製造を、図２（ｂ）に示す工程により実施した。
石英ガラスの基板の片面に、光硬化性樹脂として「ＵＶ硬化樹脂（製品名：ＴＢ３０４２Ｂ 株式会社スリーボンド社製）」を、未硬化状態でスピンコートにより塗布し、厚さ：４μｍの樹脂層として形成した（樹脂層形成工程）。
このように形成された樹脂層を、押し型と基板とで挟持して加圧し、樹脂層の表面を押し型の型面の形状に倣わせた（型押し工程）。
押し型は板状の石英ガラスの片面に「型面」が形成され、他方の面は平坦な面である。

【0046】

型面は「マイクロレンズの２次元的な配列による光学面に対応する光学転写面」と「外枠領域転写面」とを有する。
型押し工程により樹脂層に形成される光学転写面における「微小な凸部」は球面形状であり、その基部からの高さは２μｍである。

【0047】

続いて、押し型の側から、樹脂硬化用の紫外光を、基板の全面に均一照射して樹脂を「仮硬化」させた。紫外光は強度：１５ｍＷ/ｃｍ^２・ｓｅｃであり、１分間の照射で仮硬化を終了させた（樹脂硬化工程Ｉ）。

【0048】

次いで、押し型を離形させる「離形工程」を行った。
更に、強さ：１５ｍＷ/ｃｍ^２・ｓｅｃの紫外光の均一照射を４２０秒間行って樹脂層を「本硬化」させた（樹脂硬化工程ＩＩ）。

【0049】

その後、異方性のエッチングを行って、樹脂層の表面の形状を基板表面に転写した（エッチング工程）。
エッチング工程では、基板のエッチング速度が「樹脂層のエッチング速度に対して大きく」なるように選択比を設定し、エッチング後に、基板の表面に形成されるマイクロレンズのレンズ面の高さが光軸上で４μｍとなるようにした。
エッチング工程後に、ダイシング工程を行って、個々のマイクロレンズアレイを分離した。上記各工程を、押し型の型面における「外枠領域転写面」を異ならせて繰り返した。光学転写面の形状は同一である。

【0050】

外枠領域転写面としては、図５（ａ）のヒケ防止部ＨＢ１のタイプが形成されるものを用い、高さ：ＨＡが「少しずつ段階的に変化」するように外枠領域転写面を形成した。
図５（ａ）に示すヒケ防止部ＨＢ１は、図示の断面形状が、図面に直交する方向へ、被転写光学面の（図面に直交する方向）の長さに亘って均一に連続している。この被転写光学面の長さ：１００ｍｍに、マイクロレンズとなる凸球面状の微細な凸面が、ピッチ：１００μｍで１００個ならんでいる。
ヒケ防止部ＨＢ１の、図５（ａ）に示された断面積をＳＨＢ１とすると、ヒケ防止部ＨＢ１における「１個の凸面当たりの体積：ＶＨＢ」は、ＳＨＢ１×ＰＴであり、これは高さ：ＨＡの関数となる。

【0051】

１個の凸球面状の凸面（図５（ａ）でＨ０より上の部分）の体積をＶＯＰとする。
高さ：ＨＡを変数として、凸面１個当たりの「ヒケ防止部ＨＢ１の体積」に対し、離形工程後における樹脂層に「ヒケによる形状欠損」の生じる条件を調べた。

【0052】

その結果「ＨＡ＞Ｈ０で、且つ、ＶＨＢ≧ＶＯＰ×０．３」のときに、ヒケによる形状欠損の発生を完全に防止できることが分かった。

【0053】

なお、図６（ａ）に符号１５Ａで示す押し型を用い、図６（ａ）における高さ：Ｈ０を変化させて、上記と同様の実験を行った。この場合、高さ：Ｈ０を３μｍ以上に大きくすると、ヒケによる形状欠損の発生を防止できることが分かった。しかし、この場合、樹脂層形成工程で基板上に形成する樹脂層の厚さを７μｍまで厚くする必要があった。

【0054】

最後に、光学デバイスを用いる光学装置の１例としてＨＵＤを説明する。光学装置としてのＨＵＤに用いられる光学デバイスは「製品としての光学デバイス」で、拡散板として用いられるマイクロレンズアレイであり、上に説明した具体例で得られる「ヒケによる形状欠損の無いもの」である。

【0055】

図８は、ＨＵＤを説明図的な模式図として示している。
このＨＵＤは、車載用のＨＵＤである。
レーザ光源８０から、表示すべき２次元画像に從って強度変調されたレーザビームが放射される。放射されたレーザビームは２次元搖動鏡８２に入射し、２次元的に偏向されつつ、凹面鏡８４に向けて反射される。凹面鏡８４は、２次元的に偏向されて入射するレーザビームを拡散板８６に向けて反射する。

【0056】

拡散板８６に入射するレーザビームは、一定の方向を保ちつつ２次元的に平行に移動して拡散板８６に入射し、拡散板８６に「２次元走査像として２次元画像」を形成する。拡散板８６はマイクロレンズアレイであり、透過するレーザビームを発散させる。発散したレーザビームは、上記２次元画像を構成する各画素からの物体光として、凹面鏡８８に入射して反射される。

【0057】

凹面鏡８８は「虚像結像光学系」であって虚像Ｉｍを結像する。虚像Ｉｍを結像するレーザビームはフロントガラス９０により観察者の目ＥＹに向かって反射され、観察者は、フロントガラス９０の「外側」の虚像Ｉｍを視認する。即ち、虚像Ｉｍは上記「表示すべき２次元画像」である。

【0058】

表示すべき２次元画像を構成するレーザビームは、拡散板８６により発散性となっているので、目ＥＹの位置では、２次元的な広がりを有しており、このため目ＥＹが左右上下に少々移動しても、良好な虚像Ｉｍを視認できる。

【0059】

凹面鏡８８に代えて、実像結像用の凹面鏡を用いれば、２次元画像をスクリーン上に表示する「レーザプロジェクタ」を構成することができる。

【0060】

以上に説明したように、この発明によれば、以下の如き光学面形成方法および光学デバイス作製用のエッチング基板の製造方法および押し型および光学デバイスの製造方法を実現できる。

【0061】

［１］
光学材料による基板（１０）の表面に、微細な凸部の配列による２次元領域を光学面として１以上形成する方法であって、前記基板（１０）の前記表面に、未硬化状態の光硬化性樹脂による樹脂層（１３）を形成する樹脂層形成工程と、前記表面に形成された前記樹脂層（１３）を、前記光学面に対応する光学転写面（ＴＳＯＰＵ）と、該光学転写面に枠状に外接した外枠領域転写面（ＴＣＤ１）とを型面（ＴＳＵ）として有する押し型（１５）と、前記基板（１０）とにより挟持し、加圧して前記樹脂層を前記型面の形状に倣わせる型押し工程と、該型押し工程により前記押し型と前記基板とに挟まれた状態の前記樹脂層を光照射により硬化させる樹脂硬化工程と、該樹脂硬化工程後に、前記押し型を離形する離形工程と、該離形工程後に、前記樹脂層の側から異方性のエッチングを行って、前記基板の表面形状として、前記１以上の光学面（ＳＯＰ）と、該光学面に外接する外枠領域（ＣＤ１）を形成するエッチング工程と、を有し、前記型押し工程において、前記外枠領域転写面の転写による前記光硬化性樹脂のヒケ防止機能を持つヒケ防止部（ＨＢ１）を、前記光学転写面の形状を転写された凸部の基部の、前記基板の表面からの高さ（Ｈ０）より大きい高さ（ＨＡ）に形成する光学面形成方法。（図２、図４、図５）
［２］
［１］記載の光学面形成方法であって、前記押し型（１５）が前記光硬化性樹脂を硬化させる光（ＬＴ）に対して透明であり、前記樹脂硬化工程を、前記押し型を介して前記樹脂層に前記光を照射する光学面形成方法。（図３）
［３］
［１］または［２］記載の光学面形成方法であって、前記樹脂硬化工程において、仮硬化（樹脂硬化工程Ｉ）を行い、前記離形工程後、前記エッチング工程前に、本硬化（樹脂硬化工程ＩＩ）を行う光学面形成方法。（図２（ｂ））
［４］
［１］ないし［３］の何れか１に記載の光学面形成方法の実施に用いられる押し型であって、１以上の光学面に対応する光学転写面（ＴＳＯＰＵ）と、該光学転写面に枠状に外接した外枠領域転写面（ＴＣＤ１）とを型面（ＴＳＵ）として有する押し型（１５ 図４）。

【0062】

［５］
［１］記載の光学面形成方法における、樹脂層形成工程と、型押し工程と、樹脂硬化工程と、離形工程とを有し、前記光学転写面（ＴＳＯＰＵ）の形状を転写され、前記型押し工程により転写されたヒケ防止部が硬化した硬化ヒケ防止部（ＨＢ１）を有する光学デバイス作製用のエッチング基板（ＵＮ０）の製造方法。

【0063】

［６］
［３］記載の光学面形成方法における、前記離形工程後に本硬化工程（樹脂硬化工程ＩＩ）を有し、前記光学転写面（ＴＳＯＰＵ）の形状を転写され、前記型押し工程により転写されたヒケ防止部が硬化した硬化ヒケ防止部（ＨＢ１）を有する光学デバイス作製用のエッチング基板（ＵＮ０）の製造方法。

【0064】

［７］
［５］または［６］に記載の製造方法により製造されたエッチング基板に対して、異方性のエッチングを行い、光学材料による基板（１０）の表面に、硬化した光硬化性樹脂の表面形状を転写する光学デバイスの製造方法。

【0065】

［８］
光学デバイス（１０）がマイクロレンズアレイである［７］記載の光学デバイスの製造方法。

【0066】

［７］記載の製造方法で製造されるマイクロレンズアレイは、光学材料による基板の表面に、微細な凸部の配列による２次元領域を光学面（ＳＯＰ）として１以上有し、硬化ヒケ防止部（ＨＢ１）の表面形状の転写形状（ＣＤ１）を有する（図５）。

【0067】

また、光学材料による基板の表面に、微細な凸部の配列による２次元領域を光学面として１面有し、前記硬化ヒケ防止部の表面形状の転写形状を有する。

【0068】

上記の如く製造されるマイクロレンズアレイは、図８に例示されるＨＵＤ等の光学装置に用いることができる。

【0069】

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
上の具体例の説明において言及したが、光学材料による基板に表面形状として形成される光学面の面形状は、離形工程後における樹脂層の表面形状と必ずしも一致しない。
離形工程後における樹脂層の表面形状を「前形状」、エッチング工程後の表面形状を「後形状」とすると、選択比等のエッチング条件の調整により、前形状を適宜に変形して所望形状の「後形状」を実現できる。

【0070】

この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0071】

１０００ 光学デバイス
ＭＬＡ 製品としての光学デバイス（マイクロレンズアレイ）
１０ 光学材料による基板
１３ 光硬化性樹脂による樹脂層
１５ 押し型
ＴＳＵ 押し型の型面（ユニット型面部分）
ＴＳＯＰＵ 光学転写面
ＴＣＤ１ 外枠領域転写面
ＨＢ１ 硬化ヒケ防止部
ＵＮ０ エッチング用基板
ＵＮＤ 光学デバイス

【先行技術文献】

【特許文献】

【0072】

【特許文献1】特許第３６６６９０５号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】