JP2002350606A - 樹脂マイクロレンズの製造方法および該樹脂マイクロレンズを備える受発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の受発光部素子基板上への樹脂マイクロ
レンズの製造方法では半球状に満たない凸レンズしか製
造できず、収束力が不足して光量の利用効率が極めて低
いという問題点を生じていた。 【解決手段】 本発明により溶融と硬化とを光反応性熱
硬化樹脂によるレジスト膜２よりも適宜に比重の軽い液
体２３中で、且つ、受発光部素子基板１０を受発光部１
０ａを下向きとする状態で行う樹脂マイクロレンズの製
造方法とし、加えて、受発光部１０ａの周縁には溶融し
た状態のレジスト膜２に対し撥水性を有する部材で形成
された略リング状の撥液（水）性を有する膜２を設ける
ことで、ほぼ真球状のマイクロレンズを正確に受発光部
１０ａに設けることを可能とし課題を解決するものであ
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、受発光素子チップ
の受発光部、或いは、１枚の受発光素子基板上に複数の
受発光部が設けられる受発光アレイなどにおいて、前記
発光部からの発光を放散させることなく効率よく外部に
取り出すため、或いは、効率よく受光部に収束させるた
めに、前記受発光部に設けられる樹脂マイクロレンズに
関するものであり、詳細にはその樹脂マイクロレンズの
製造方法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の樹脂マイクロレンズ８０
の製造方法を示すものが図１０〜図１１であり、ここで
は複数の発光部９０ａが設けられているＬＥＤ基板９０
に実施するときの例で示す。まず、第一工程として、ホ
トリソ（ホトリソグラフィ）法などでそれぞれの発光部
９０ａを覆うように、光反応性を有する熱硬化性の透明
部材によりホトレジスト膜９１を形成する。

【０００３】しかる後に、上記ホトレジスト膜９１をＬ
ＥＤ基板９０ともども、適宜な温度に加熱すると、この
ホトレジスト膜９１は一旦溶融し液状化し、図１１に示
すように表面張力により中高のレンズ状となり、この状
態を保ち更に加熱を継続すると、前記ホトレジスト膜９
１はレンズ形状として熱硬化するものとなる。

【０００４】よって、前記ホトレジスト膜９１を形成す
るときの発光部９０ａに対する位置精度、ホトレジスト
膜９１の形状および膜厚、更には加熱するときの温度な
どを精密に管理すれば、各発光部９０ａには均一な光学
特性の樹脂マイクロレンズ８０が備えられるものとな
る。従って、それぞれの発光部９０ａからの光は同じ条
件で収束するものとなり、均一性が要求されるＬＥＤプ
リンタの書き込みヘッドなどの用途に適するものとな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の樹脂マイクロレンズ８０の製造方法において
は、得られる樹脂マイクロレンズ８０の形状が、ホトレ
ジスト膜９１を形成する部材の表面張力による盛り上が
り以上の曲率は得られないものであり、結果的には半球
状以下の曲率となり焦点距離が長く、図１２に示すよう
に発光部９０ａからの光は樹脂マイクロレンズ８０によ
り収束は行われるものの、依然として放散光であり、例
えば光ファイバーなどに効率よく導入を行うことができ
ず、利用可能な光量は前記発光部９０ａからの発光量の
たかだか１０％程度となり、効率が低い問題点を生じて
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するための具体的手段として、受発光素子基板上に
続く工程で行われる受発光部の周縁への撥液（水）性を
有する膜による成膜に対し不要となる部分をマスキング
するマスキング用ホトレジストをホトリソ手段によりパ
ターニングする第一工程と、前記マスキング用ホトレジ
ストが設けられた部分を含む前記受発光素子のほぼ全面
に撥液（水）性を有する膜の成膜を行う第二工程と、前
記マスキング用ホトレジストをこのマスキング用ホトレ
ジストの上面に設けられた撥液（水）性を有する膜の成
膜を含み除去し必要部分のみを残余させる第三工程と、
前記受光部に対応する位置に光反応性熱硬化樹脂の適量
を適宜形状としてホトリソ手段により付着させる第四工
程と、前記受発光素子基板を前記光反応性熱硬化樹脂よ
りも適宜に比重の軽い浸漬液中に前記受発光部を下向き
とする状態で浸漬して加熱しレンズ形状の形成と固定化
とを行う第五工程と、前記浸漬液中から取り出した前記
受発光素子基板から前記浸漬液を除去する第六工程とか
ら成ることを特徴とする樹脂マイクロレンズの製造方法
を提供することで課題を解決するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明を図に示す実施形
態に基づいて詳細に説明する。図１〜図６に示すもの
は、本発明に係る樹脂マイクロレンズ５の製造方法を工
程の順に示すものであり、この実施形態においても受発
光素子基板１０は、図１（Ａ）に示すように１枚の基板
上に複数の受発光部１０ａが設けられているものとして
説明を行うが、本発明はこれを限定するものではなく、
１つの受発光部１０ａのみが設けられている受発光素子
基板１０に対しても、当然に実施は可能である。また、
図１（Ｂ）に示すように前記受発光部１０ａ側を覆い透
明絶縁膜６が設けられている受発光素子基板１０に対し
ても同様に実施が可能である。

【０００８】図２は本発明に係る樹脂マイクロレンズ５
の製造方法の第一工程であり、この第一工程では、続く
第二工程での撥液（水）性を有する部材による成膜（以
下、撥液（水）性を有する膜２と称する）に備え、この
撥液（水）性を有する膜２が前記ＬＥＤ基板１０の発光
部１０ａの周縁にのみ要求させるものであるので、不要
となる部分に撥液（水）性を有する膜２が形成されない
ようにするためのマスキング用ホトレジスト１のパター
ニング工程である。

【０００９】ここで、前記撥液（水）性を有する膜２は
樹脂マイクロレンズ５の発光部１０ａに対する位置決め
などに重要な要素となるものであるので、このマスキン
グ用ホトレジスト１の精度にも同様な精度が要求される
ものとなり、従って、前記発光部１０ａを位置決めの基
準とするホトリソ法などで形成される。尚、この実施形
態ではマスキング用ホトレジスト１は受発光部１０ａを
取り囲むリング状として説明するが、例えば受発光部１
０ａを取り囲む楕円状など他の形状としても良いもので
ある。

【００１０】図３（Ａ）は第二工程を示すものであり、
上記のようにしてマスキング用ホトレジスト１が設けら
れた受発光部素子基板１０の受発光部１０ａ側の面に
は、前記マスキング用ホトレジスト１が施された部分を
含み、例えばフロロカーボンなど撥液（水）性のある部
材の蒸着、或いは、スパッタリングにより全面に被膜２
ａが成膜される。尚、受発光素子基板１０においては受
発光部１０ａを取り囲み遮光膜が設けられるものもある
が、この場合には、図３（Ｂ）に示すように、金属部材
の薄膜などで所定の位置に遮光膜７を最初に成膜し、続
いて、その遮光膜上に被膜２ａを成膜すればよい。

【００１１】図４は第三工程を示すものであり、上記マ
スキング用ホトレジスト１を例えば溶剤での溶解など適
宜な手段で除去する。このときにマスキング用ホトレジ
スト１の溶解に使用する溶剤は、前記被膜２ａに対して
は溶解作用を持たないものを選択する。このようにする
ことで、前記被膜２ａから必要部分が受発光部素子基板
１０上に残余するものとなり、即ち、撥液（水）性を有
する膜２が得られるものとなる。ここで、図中に符号１
０ｂで示すものは、後に説明する樹脂マイクロレンズの
接着、固定を行うレンズ固定部位である。

【００１２】図５は、第四工程を示すものであり、この
第四工程は後の工程で加熱しレンズ形状を得る光反応性
熱硬化樹脂３の配置であり、この光反応性熱硬化樹脂３
は、後の工程により樹脂マイクロレンズ５としたときの
性能などに大きく関与するものであるので、ホトリソ法
により前記受発光部１０ａに対する位置合わせに精度を
高めると共に、量、形状なども均一なものとし、焦点距
離などに均一な性能の樹脂マイクロレンズ５が得られる
ように配慮する。

【００１３】図６および図７は、本発明の第五工程を示
すものであり、従来は大気中で光反応性熱硬化樹脂３の
加熱を行い溶融させてレンズ形状を得るものとしていた
が、本発明では光反応性熱硬化樹脂３の加熱は液体中で
行うものとしている。更に加えて、従来は加熱を行う際
に前記受発光部素子基板１０は、受発光部１０ａが設け
られていた面の側を上方として行われていたが、本発明
では下方として行う。

【００１４】図６は上記光反応性熱硬化樹脂３の加熱に
用いる加熱浴槽２０を示すものであり、この加熱浴槽
は、ホットプレート２１とバット２２と、前記バット２
２中に保持されるシリコンオイル２３とから成り、ホッ
トプレート２１の調整によりシリコンオイル２３の液温
を自在に調整できるものとされている。

【００１５】ここで、前記受発光部素子基板１０を受発
光部１０ａが設けられた側を下方として加熱を行うとき
の状況を考察してみると、前記光反応性熱硬化樹脂３は
加熱により一旦液化するものであるので、重力により滴
下を生じてしまい、受発光部素子基板１０上にはほとん
ど残余しないものとなってしまう。

【００１６】よって、本発明では上記の事態を防止する
ために、前記シリコンオイル２３中で加熱を行うもので
あり、このシリコンオイル２３は前記光反応性熱硬化樹
脂３よりも僅かに比重の軽いものとしているので、液化
した光反応性熱硬化樹脂３に対して適宜な浮力を与え、
この光反応性熱硬化樹脂３の有する粘性、表面張力など
により滴下を防止すると共に、撥液（水）性を有する膜
２により光反応性熱硬化樹脂３のレンズ固定部位１０ｂ
を除く部分を受発光部素子基板１０から剥離させ、レン
ズ形状を与えるように制御するのである。

【００１７】図７は本発明の第五工程である上記シリコ
ンオイル２３中における光反応性熱硬化樹脂３の加熱の
状態を示すものであり、本発明では、あらかじめ前記受
発光部１０ａの周縁に撥液（水）性を有する膜２を形成
してあるので、前記光反応性熱硬化樹脂３が液化した後
には撥液（水）性を有する膜２の上部に位置していた部
分は、はじかれて剥離が行われる。尚、図７においては
図１（Ｂ）に示した透明絶縁膜６、および、図３（Ｂ）
に示した遮光膜７が存在する状態で図示を行うが、本発
明は両膜６、７或いはその何れかがない状態をも含むも
のであることは言うまでもない。

【００１８】そして、前記光反応性熱硬化樹脂３はシリ
コンオイル２３との比重差により僅かな重力しか受けな
いものとなっているので、重力よりも表面張力が勝り、
表面積が最小となる球形に形状を変化させるものとな
る。従って、上記の球状となった状態で更にシリコンオ
イル２３の温度を適宜に上昇させれば、光反応性熱硬化
樹脂３の硬化は促進され、上記の球状を保ち硬化が行わ
れ、本発明による樹脂マイクロレンズ５が得られるもの
となる。

【００１９】従って、上記の硬化が完了した後には、シ
リコンオイル２３中から受発光部素子基板１０を取り出
し、第六工程としてトルエン、アセトンなどによる洗浄
を行い、前記受発光部素子基板１０および樹脂マイクロ
レンズ５に付着するシリコンオイル２３の除去を行え
ば、図８に示す樹脂マイクロレンズ５を備える受発光部
素子基板１０が得られるものとなる。

【００２０】ここで、上記の製造方法により得られる樹
脂マイクロレンズ５を備える受発光部素子基板１０の作
用効果を説明すれば、前記受発光部１０ａには略真球状
の樹脂マイクロレンズ５が付属するものとできるので、
受発光部１０ａが発する光を、図９に示すように前記樹
脂マイクロレンズ５の適宜な前方に収束させ、焦点ｆを
結ばせることが可能となる。

【００２１】このことは、受発光部１０ａが発する光量
のほぼ全てが焦点ｆに収束するものとなり、例えば前記
焦点ｆの近傍に光ファイバの開口部を位置させれば、ほ
とんど全光量を光ファイバ中に取り込むことが可能とな
り、効率が飛躍的に向上するものとなる。

【００２２】また、前記光反応性熱硬化樹脂３の受発光
部素子基板１０上への配置などをホトリソ法で行い、且
つ、レンズ形状を得るときの光反応性熱硬化樹脂３の加
熱をシリコンオイル２３中で行うことで、それぞれの光
反応性熱硬化樹脂３に対する温度条件などが均一化され
るものとなり、樹脂マイクロレンズ５間におけるバラツ
キも僅少化されるものとなる。

【００２３】また、感光体（ドラム）に文字、図形など
を書き込むために用いられるＬＥＤプリンタヘッドなど
の用途においては、上記のように焦点ｆを有するものと
なったことで、この焦点ｆにより直接に感光体に記入を
行うことが可能となり、従来は前記感光体に焦点を結ば
せるために必要であった光ファイバーレンズなどを不要
とし、この種の受発光部素子基板１０が採用される機器
全体のコストダウンも可能とする。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように本発明により、受
発光素子基板上に続く工程で行われる受発光部の周縁へ
の撥液（水）性を有する膜による成膜に対し不要となる
部分をマスキングするマスキング用ホトレジストをホト
リソ手段によりパターニングする第一工程と、前記マス
キング用ホトレジストが設けられた部分を含む前記受発
光素子のほぼ全面に撥液（水）性を有する膜の成膜を行
う第二工程と、前記マスキング用ホトレジストをこのマ
スキング用ホトレジストの上面に設けられた撥液（水）
性を有する膜の成膜を含み除去し必要部分のみを残余さ
せる第三工程と、前記受光部に対応する位置に光反応性
熱硬化樹脂の適量を適宜形状としてホトリソ手段により
付着させる第四工程と、前記受発光素子基板を前記光反
応性熱硬化樹脂よりも適宜に比重の軽い浸漬液中に前記
受発光部を下向きとする状態で浸漬して加熱しレンズ形
状の形成と固定化とを行う第五工程と、前記浸漬液中か
ら取り出した前記受発光素子基板から前記浸漬液を除去
する第六工程とから成ることを特徴とする樹脂マイクロ
レンズの製造方法としたことで、真球状など種々の形状
の樹脂マイクロレンズをホトリソレベルの精度で受発光
部に設置することを可能とし、この種の樹脂マイクロレ
ンズ付き受発光部素子基板の使用時の光束利用率を向上
させると共に、精度も向上させ、性能向上に極めて優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る樹脂マイクロレンズを設置する
受発光部素子基板を示す断面図である。

【図２】 本発明に係る樹脂マイクロレンズの製造方法
の第一工程を示す断面図である。

【図３】 同じく第二工程を示す断面図である。

【図４】 同じく第三工程を示す断面図である。

【図５】 同じく第四工程を示す断面図である。

【図６】 第五工程に使用する加熱浴槽を示す断面図で
ある。

【図７】 本発明に係る樹脂マイクロレンズの製造方法
の第五工程を示す説明図である。

【図８】 本発明に係る樹脂マイクロレンズの製造方法
により得られる樹脂マイクロレンズを備える受発光部素
子基板を示す断面図である。

【図９】 本発明に係る樹脂マイクロレンズの製造方法
により得られる樹脂マイクロレンズを備える受発光部素
子基板の作用を示す説明図である。

【図１０】 従来例の第一工程を示す断面図である。

【図１１】 従来例の第二工程を示す断面図である。

【図１２】 従来例のマイクロレンズ付き受発光部素子
基板の作用を示す説明図である。

【符号の説明】

１……マスキング用ホトレジスト ２……撥液（水）性を有する膜 ３……光反応性熱硬化樹脂 ５……樹脂マイクロレンズ ６……透明絶縁膜 ７……遮光膜 １０……受発光部素子基板 １０ａ……受発光部 １０ｂ……レンズ固定部位 ２０……加熱浴槽 ２１……ホットプレート ２２……バット ２３……シリコンオイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受発光素子基板上に続く工程で行われる
   受発光部の周縁への撥液（水）性を有する膜による成膜
   に対し不要となる部分をマスキングするマスキング用ホ
   トレジストをホトリソ手段によりパターニングする第一
   工程と、前記マスキング用ホトレジストが設けられた部
   分を含む前記受発光素子のほぼ全面に撥液（水）性を有
   する膜の成膜を行う第二工程と、前記マスキング用ホト
   レジストをこのマスキング用ホトレジストの上面に設け
   られた撥液（水）性を有する膜の成膜を含み除去し必要
   部分のみを残余させる第三工程と、前記受光部に対応す
   る位置に光反応性熱硬化樹脂の適量を適宜形状としてホ
   トリソ手段により付着させる第四工程と、前記受発光素
   子基板を前記光反応性熱硬化樹脂よりも適宜に比重の軽
   い浸漬液中に前記受発光部を下向きとする状態で浸漬し
   て加熱しレンズ形状の形成と固定化とを行う第五工程
   と、前記浸漬液中から取り出した前記受発光素子基板か
   ら前記浸漬液を除去する第六工程とから成ることを特徴
   とする樹脂マイクロレンズの製造方法。
2. 【請求項２】 上記請求項１の製造方法により得られる
   樹脂マイクロレンズを備えることを特徴とする受発光素
   子。