JP2005055758A - Method for manufacturing microlens, microlens, optical apparatus, optical transmission device, head for laser printer, and laser printer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロレンズの製造方法およびマイクロレンズ、光学装置、光伝送装置、レーザプリンタ用ヘッド、レーザプリンタに関する。 The present invention relates to a microlens manufacturing method, a microlens, an optical device, an optical transmission device, a laser printer head, and a laser printer.
近年、マイクロレンズと呼ばれる微小レンズを多数有した光学装置が提供されている。このような光学装置としては、例えばレーザを備えた発光装置や、光ファイバの光インタコネクション、さらには入射光を集めるための集光レンズを有した固体撮像素子などがある。 In recent years, optical devices having a large number of microlenses called microlenses have been provided. Examples of such an optical device include a light emitting device including a laser, an optical fiber optical interconnection, and a solid-state imaging device having a condensing lens for collecting incident light.
ところで、このような光学装置を構成するマイクロレンズは、従来では金型を用いた成形法や、フォトリソグラフィー法によって成形されていた。
また、近年ではプリンタなどに用いられている液滴吐出法を用い、微細パターンであるマイクロレンズを形成するといった提案もなされている(例えば、特許文献1参照。)。
In recent years, a proposal has been made to form a microlens having a fine pattern by using a droplet discharge method used in a printer or the like (see, for example, Patent Document 1).
上述したように、液滴吐出法を用いた従来のマイクロレンズの製造方法においては、透明基板にアルカリ洗浄およびUVオゾン処理、さらにはカップリング材による密着材の付与処理を行って、透明基板上に形成されるマイクロレンズとの密着力を向上させている。しかしながら、透明基板とマイクロレンズとの接触角が小さく、良好な球状のマイクロレンズを形成することは困難であった。 As described above, in the conventional microlens manufacturing method using the droplet discharge method, the transparent substrate is subjected to alkali cleaning and UV ozone treatment, and further, an adhesion material applying treatment with a coupling material is performed on the transparent substrate. The adhesion with the microlenses formed on the substrate is improved. However, the contact angle between the transparent substrate and the microlens is small, and it has been difficult to form a good spherical microlens.
また、透明基板の上面に撥液処理を施すと、透明基板とマイクロレンズとの接触角が大きくなり、良好な球状のマイクロレンズを形成することができるが、透明基板とマイクロレンズとの密着力が低下し、マイクロレンズが取れてしまう可能性が大きくなるという問題があった。 In addition, when a liquid repellent treatment is applied to the upper surface of the transparent substrate, the contact angle between the transparent substrate and the microlens increases, and a good spherical microlens can be formed. There is a problem that the possibility of removing the microlenses increases.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、良好な球状のレンズを形成するとともに、土台から取れ難いレンズを形成することができるマイクロレンズの製造方法およびマイクロレンズ、光学装置、光伝送装置、レーザプリンタ用ヘッド、レーザプリンタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is capable of forming a good spherical lens and forming a lens that is difficult to remove from a base, a microlens, and an optical lens. An object is to provide a device, an optical transmission device, a head for a laser printer, and a laser printer.
上記目的を達成するために、本発明のマイクロレンズの製造方法は、基体上に形成された土台部材上に、液滴吐出ヘッドからレンズ材料である所定個数の液滴を吐出してマイクロレンズを形成するマイクロレンズの製造方法であって、前記液滴を吐出する前に、前記土台部材の側面に撥液処理を施すとともに、前記土台部材の上面に撥液処理を施さないことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a microlens according to the present invention is a method of ejecting a microlens by ejecting a predetermined number of droplets as a lens material from a droplet ejection head onto a base member formed on a substrate. A method of manufacturing a microlens to be formed, wherein the liquid repellent treatment is performed on the side surface of the base member and the top surface of the base member is not subjected to the liquid repellent treatment before discharging the droplets. .
すなわち、本発明のマイクロレンズの製造方法は、土台部材の側面に撥液処理を施しているため、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角を大きくすることができる。これにより土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くすることができ、良好な球状のマイクロレンズを形成することができる。
また、土台部材の上面に撥液処理を施していないため、マイクロレンズと上記上面との密着力を向上させることができ、土台部材から取れ難いマイクロレンズを形成することができる。
That is, since the microlens manufacturing method of the present invention performs the liquid repellent treatment on the side surface of the base member, the contact angle of the discharged and arranged lens material with respect to the top surface of the base member can be increased. Thereby, the amount of the lens material placed on the upper surface of the base member can be increased, and a good spherical microlens can be formed.
Moreover, since the liquid repellent treatment is not performed on the upper surface of the base member, the adhesion between the microlens and the upper surface can be improved, and a microlens that is difficult to remove from the base member can be formed.
上記の構成を実現するために、より具体的には、液滴を吐出する前に土台部材の上面に親液処理を施してもよい。
この構成によれば、土台部材上面に親液処理を施しているため、マイクロレンズと上記上面との密着力をさらに向上させることができ、土台から取れ難いマイクロレンズを形成することができる。
In order to realize the above-described configuration, more specifically, the lyophilic treatment may be performed on the upper surface of the base member before discharging the droplet.
According to this configuration, since the lyophilic treatment is performed on the upper surface of the base member, the adhesion between the microlens and the upper surface can be further improved, and a microlens that is difficult to remove from the base can be formed.
上記の構成を実現するために、より具体的には、液滴を吐出する前に土台部材の上面に親液処理および撥液処理を施さなくてもよい。
この構成によれば、土台部材上面に親液処理および撥液処理を施さないため、マイクロレンズの製造工程を簡略化することができる。
また、マイクロレンズと上記上面との密着力を低下させることがないため、土台から取れ難いマイクロレンズを形成することができる。
In order to realize the above-described configuration, more specifically, the lyophilic treatment and the liquid repellent treatment do not have to be performed on the upper surface of the base member before discharging the droplets.
According to this configuration, since the lyophilic process and the liquid repellent process are not performed on the upper surface of the base member, the manufacturing process of the microlens can be simplified.
In addition, since the adhesion between the microlens and the upper surface is not reduced, a microlens that is difficult to remove from the base can be formed.
上記の構成を実現するために、より具体的には、土台部材の上面の外縁部に撥液処理を施してもよい。
この構成によれば、土台部材の上面外縁部に撥液処理を施しているため、吐出配置されたレンズ材料の土台部材上面に対する接触角を大きくしやすくなる。これにより土台部材上面に載るレンズ材料の量を多くしやすくなり、良好な球状のマイクロレンズを形成しやすくなる。
In order to realize the above configuration, more specifically, a liquid repellent treatment may be performed on the outer edge portion of the upper surface of the base member.
According to this configuration, since the liquid repellent treatment is performed on the outer edge portion of the upper surface of the base member, it becomes easy to increase the contact angle of the lens material discharged and arranged with respect to the upper surface of the base member. Thereby, it becomes easy to increase the amount of the lens material placed on the upper surface of the base member, and it becomes easy to form a good spherical microlens.
本発明のマイクロレンズは、上記本発明のマイクロレンズの製造方法で製造されたことを特徴とする。
このマイクロレンズによれば、土台部材の側面に撥液処理を施しているため、形状が良好な球状であって、土台部材から取れ難いマイクロレンズとすることができる。
The microlens of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a microlens of the present invention.
According to this microlens, since the side surface of the base member is subjected to the liquid repellent treatment, the microlens can be a microlens that has a good spherical shape and is difficult to remove from the base member.
本発明の光学装置は、面発光レーザと、上記本発明のマイクロレンズの製造方法で得られたマイクロレンズとを備え、マイクロレンズを面発光レーザの出射側に配設したことを特徴とする。
この光学装置によれば、前述したように、より良好な球状形状に形成され、土台部材から取れ難いマイクロレンズを上記面発光レーザの出射側に配設している。そのため、このマイクロレンズによって発光レーザからの出射光の平行光化等を良好に行うことが可能になり、良好な発光特性(光学特性)を有するものとなる。
An optical device according to the present invention includes a surface-emitting laser and a microlens obtained by the method for manufacturing a microlens according to the present invention, and the microlens is disposed on the emission side of the surface-emitting laser.
According to this optical device, as described above, the microlens that is formed in a better spherical shape and is difficult to remove from the base member is disposed on the emission side of the surface emitting laser. For this reason, the microlens can satisfactorily collimate the light emitted from the light emitting laser, and has good light emission characteristics (optical characteristics).
本発明の光伝送装置は、上記本発明の光学装置と、受光素子と、光学装置からの出射光を前記受光素子に伝送する光伝送手段とを備えたことを特徴とする。
この光伝送装置によれば、前述したように、良好な発光特性(光学特性)を有する光学装置を備えているので、伝送特性が良好な光伝送装置となる。
An optical transmission device according to the present invention includes the optical device according to the present invention, a light receiving element, and an optical transmission unit that transmits light emitted from the optical device to the light receiving element.
According to this optical transmission apparatus, as described above, since the optical apparatus having a good light emission characteristic (optical characteristic) is provided, the optical transmission apparatus has a good transmission characteristic.
本発明のレーザプリンタ用ヘッドは、上記本発明の光学装置を備えたことを特徴とする。
このレーザプリンタ用ヘッドによれば、前述したように、良好な発光特性(光学特性)を有する光学装置を備えているので、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドとなる。
A laser printer head according to the present invention includes the above-described optical device according to the present invention.
According to this laser printer head, as described above, since the optical device having good light emission characteristics (optical characteristics) is provided, the laser printer head has good drawing characteristics.
本発明のレーザプリンタは、上記本発明のレーザプリンタ用ヘッドを備えたことを特徴とする。
このレーザプリンタによれば、前述したように、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。
A laser printer according to the present invention includes the laser printer head according to the present invention.
According to this laser printer, as described above, since the laser printer head having good drawing characteristics is provided, the laser printer itself has excellent drawing characteristics.
以下、本発明の実施の形態について図1から図8を参照して説明する。
まず、本発明のマイクロレンズの製造方法について説明する。本発明のマイクロレンズの製造方法は、基体上に土台部材を形成する工程と、前記土台部材の上面を撥液処理する工程と、前記撥液処理した土台部材の上面上に液滴吐出法によってレンズ材料を複数ドット吐出し、前記土台部材上にマイクロレンズを形成する工程と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the manufacturing method of the microlens of this invention is demonstrated. The microlens manufacturing method of the present invention includes a step of forming a base member on a base, a step of liquid repellent treatment of the upper surface of the base member, and a droplet discharge method on the upper surface of the liquid repellent base member. And a step of discharging a plurality of dots of lens material to form a microlens on the base member.
ここで、本発明において「基体」とは、前記土台部材を形成できる面を有するものをいい、具体的にはガラス基板や半導体基板、さらにはこれらに各種の機能性薄膜や機能性要素を形成したものをいう。また、前記土台部材を形成できる面については、平面であっても曲面であってもよく、さらに基体自体の形状についても特に限定されることなく種々の形状のものが採用可能である。 Here, the “base” in the present invention means a surface having a surface on which the base member can be formed, specifically, a glass substrate or a semiconductor substrate, and further various functional thin films and functional elements formed on them. What you did. The surface on which the base member can be formed may be a flat surface or a curved surface, and the shape of the substrate itself is not particularly limited, and various shapes can be employed.
図1(a)〜(e)は本発明のマイクロレンズの製造工程図である。
本発明では、図1(a)に示すように例えばGaAs基板1を用い、このGaAs基板1に多数の面発光レーザ2を形成したものを基体3として用意する。そして、この基体3の上面側、すなわち前記面発光レーザ2の出射側となる面上に、土台部材の形成材料を設け、土台部材材料層4を形成する。なお、面発光レーザ2には、その出射口の周辺にポリイミド樹脂等からなる絶縁層(図示せず)が形成されている。ここで、土台部材の形成材料としては、透光性を有する材料、すなわち、前記面発光レーザ2からの発光光の波長域においてほとんど吸収を起こさず、したがって実質的にこの発光光を透過させる材料とするのが好ましく、例えばポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、あるいはフッ素系樹脂等が好適に用いられるが、特にポリイミド系樹脂がより好適に用いられる。
1 (a) to 1 (e) are manufacturing process diagrams of the microlens of the present invention.
In the present invention, as shown in FIG. 1A, for example, a
本実施形態では、土台部材の形成材料としてポリイミド系樹脂を用いるものとする。そして、このポリイミド系樹脂の前駆体を基体3上に塗布し、その後約150℃で加熱処理することにより、図1(a)に示したような土台部材材料層4とする。なお、この土台部材材料層4については、この段階では十分に硬化を進ませず、その形状を保持できる程度の硬さにしておく。
In this embodiment, a polyimide resin is used as the base member forming material. And this polyimide resin precursor is apply | coated on the base |
このようにしてポリイミド系樹脂からなる土台部材材料層4を形成したら、図1(b)に示すようにこの土台部材材料層4上にレジスト層5を形成する。そして、所定のパターンを形成したマスク6をレジスト層5を用いて露光し、さらに現像することにより、図1(c)に示すようにレジストパターン5aを形成する。
When the base member material layer 4 made of polyimide resin is thus formed, a
次いで、レジストパターン5aをマスクとして、例えばアルカリ系溶液を用いたウエットエッチングによって土台部材材料層4をパターニングする。これにより、図1(d)に示すように基体3上に土台部材パターン4aが形成される。ここで、形成する土台部材パターン4aについては、その上面形状を円形あるいは楕円形、もしくは多角形に形成するのが、これの上にマイクロレンズを形成するうえで好ましく、本実施形態では上面形状を円形にしている。また、このような円形の上面の中心位置が、基体3に形成した前記面発光レーザ2の出射口(図示せず)の直上に位置するように形成する。
その後、図1(e)に示すようにレジストパターン5aを除去し、さらに約350℃で熱処理を行うことにより、土台部材パターン4aを十分に硬化させて土台部材4bとする。
Next, using the
Thereafter, as shown in FIG. 1E, the
図2(a)は本発明におけるマイクロレンズの製造工程の断面視した図であり、図2(b)同一工程を平面視した図である。
次いで、図2(a)に示すように、この土台部材4bの側面4cを撥液処理する。この撥液処理としては、例えば、土台部材4bの上面をマスクで覆い、露出している側面4cに自己組織化膜を形成する方法、プラズマ処理法等を採用できる。また、図2(b)に示すように、土台部材4bの上面外縁部4dも側面4cと同様に上面の略中央部4eをマスクで覆い、露出した外縁部4dに撥液処理が施される。上面の略中央部4eは逆に外縁部4dがマスクで覆われ、露出した略中央部4eに親液処理が施される。
2A is a cross-sectional view of the manufacturing process of the microlens according to the present invention, and FIG. 2B is a plan view of the same process.
Next, as shown in FIG. 2A, the
なお、土台部材4bの上面は、その全面が親液処理されてもよいし、あるいは何も処理が施されなくてもよい(親液処理も撥液処理も施されない)。上記上面全面に親液処理するときには、土台部材4b全体を覆うようにマスクをかけ、上記上面が露出するようにマスクを除去してから親液処理を行う。
また、土台部材4b上面に親液処理を施している場合、マイクロレンズと上記上面との密着力をさらに向上させることができ、土台部材4bから取れ難いマイクロレンズを形成することができる。また、土台部材4b上面に親液処理および撥液処理を施さない場合、マイクロレンズの製造工程を簡略化することができる。さらに、マイクロレンズと上記上面との密着力を低下させることがないため、土台部材4bから取れ難いマイクロレンズを形成することができる。
The entire upper surface of the
In addition, when the lyophilic treatment is applied to the upper surface of the
上述した自己組織膜形成法では、導電膜配線を形成すべき基板の表面に、有機分子膜などからなる自己組織化膜を形成する。
基板表面を処理するための有機分子膜は、基板に結合可能な官能基と、その反対側に親液基あるいは撥液基といった基板の表面性を改質する(表面エネルギーを制御する)官能基と、これらの官能基を結ぶ炭素の直鎖あるいは一部分岐した炭素鎖とを備えており、基板に結合して自己組織化して分子膜、例えば単分子膜を形成する。
In the self-organized film forming method described above, a self-assembled film made of an organic molecular film or the like is formed on the surface of a substrate on which conductive film wiring is to be formed.
The organic molecular film for treating the substrate surface has a functional group that can bind to the substrate and a functional group that modifies the surface properties of the substrate, such as a lyophilic group or a liquid repellent group, on the opposite side (controls the surface energy). And a carbon straight chain or a partially branched carbon chain connecting these functional groups, and is bonded to a substrate and self-assembles to form a molecular film, for example, a monomolecular film.
ここで、自己組織化膜とは、基板の下地層等の構成原子と反応可能な結合性官能基とそれ以外の直鎖分子とからなり、直鎖分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物を、配向させて形成された膜である。この自己組織化膜は、単分子を配向させて形成されているので、極めて膜厚を薄くすることができ、しかも、分子レベルで均一な膜となる。すなわち、膜の表面に同じ分子が位置するため、膜の表面に均一でしかも優れた撥液性や親液性を付与することができる。 Here, the self-assembled film is composed of a binding functional group capable of reacting with constituent atoms such as an underlayer of the substrate and other linear molecules, and has extremely high orientation due to the interaction of the linear molecules. It is a film formed by orienting a compound. Since this self-assembled film is formed by orienting single molecules, the film thickness can be extremely reduced, and the film is uniform at the molecular level. That is, since the same molecule is located on the surface of the film, uniform and excellent liquid repellency and lyophilicity can be imparted to the surface of the film.
上記の高い配向性を有する化合物として、例えばフルオロアルキルシランを用いることにより、膜の表面にフルオロアルキル基が位置するように各化合物が配向されて自己組織化膜が形成され、膜の表面に均一な撥液性が付与される。
自己組織化膜を形成する化合物としては、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン(以下「FAS」という)を例示できる。これらの化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
なお、FASを用いることにより、基板との密着性と良好な撥液性とを得ることができる。
By using, for example, fluoroalkylsilane as the compound having high orientation, each compound is oriented so that the fluoroalkyl group is located on the surface of the film, and a self-assembled film is formed. Liquid repellency is imparted.
Examples of compounds that form a self-assembled film include heptadecafluoro-1,1,2,2 tetrahydrodecyltriethoxysilane, heptadecafluoro-1,1,2,2 tetrahydrodecyltrimethoxysilane, heptadecafluoro-1 , 1,2,2 tetrahydrodecyltrichlorosilane, tridecafluoro-1,1,2,2 tetrahydrooctyltriethoxysilane, tridecafluoro-1,1,2,2 tetrahydrooctyltrimethoxysilane, tridecafluoro-1 , 1,2,2 tetrahydrooctyltrichlorosilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, and other fluoroalkylsilanes (hereinafter referred to as “FAS”). These compounds may be used alone or in combination of two or more.
Note that by using FAS, adhesion to the substrate and good liquid repellency can be obtained.
FASは、一般的に構造式RnSiX(4−n)で表される。ここでnは1以上3以下の整数を表し、Xはメトキシ基、エトキシ基、ハロゲン原子などの加水分解基である。またRはフルオロアルキル基であり、(CF3)(CF2)x(CH2)yの(ここでxは0以上10以下の整数を、yは0以上4以下の整数を表す)構造を持ち、複数個のR又はXがSiに結合している場合には、R又はXはそれぞれすべて同じでもよく、異なっていてもよい。Xで表される加水分解基は加水分解によりシラノールを形成して、基板(ガラス、シリコン)の下地のヒドロキシル基と反応してシロキサン結合で基板と結合する。一方、Rは表面に(CF2)等のフルオロ基を有するため、基板の下地表面を濡れない(表面エネルギーが低い)表面に改質する。 FAS is generally represented by the structural formula RnSiX (4-n) . Here, n represents an integer of 1 to 3, and X is a hydrolyzable group such as a methoxy group, an ethoxy group, or a halogen atom. R is a fluoroalkyl group, and has a structure of (CF 3 ) (CF 2 ) x (CH 2 ) y (where x represents an integer of 0 to 10 and y represents an integer of 0 to 4). And when a plurality of R or X are bonded to Si, each R or X may be the same or different. The hydrolyzable group represented by X forms silanol by hydrolysis, reacts with the hydroxyl group of the base of the substrate (glass, silicon), and bonds to the substrate with a siloxane bond. On the other hand, since R has a fluoro group such as (CF 2 ) on the surface, the base surface of the substrate is modified to a surface that does not get wet (surface energy is low).
有機分子膜などからなる自己組織化膜は、上記の原料化合物と基板とを同一の密閉容器中に入れておき、室温で2〜3日程度の間放置することにより基板上に形成される。また、密閉容器全体を100℃に保持することにより、3時間程度で基板上に形成される。これらは気相からの形成法であるが、液相からも自己組織化膜を形成できる。例えば、原料化合物を含む溶液中に基板を浸積し、洗浄、乾燥することで基板上に自己組織化膜が形成される。
なお、自己組織化膜を形成する前に、基板表面に紫外光を照射したり、溶媒により洗浄したりして、基板表面の前処理を施すことが望ましい。
A self-assembled film made of an organic molecular film or the like is formed on a substrate by placing the above raw material compound and the substrate in the same sealed container and leaving them at room temperature for about 2 to 3 days. Further, by holding the entire sealed container at 100 ° C., it is formed on the substrate in about 3 hours. These are formation methods from the gas phase, but a self-assembled film can also be formed from the liquid phase. For example, the self-assembled film is formed on the substrate by immersing the substrate in a solution containing the raw material compound, washing, and drying.
Note that before the self-assembled film is formed, it is desirable to pre-treat the substrate surface by irradiating the substrate surface with ultraviolet light or washing with a solvent.
一方、プラズマ法としては、例えば大気雰囲気中にてテトラフルオロメタンを処理ガスとするプラズマ処理法(CF4プラズマ処理法)が好適に採用される。このCF4プラズマ処理の条件は、例えばプラズマパワーが50〜1000kW、テトラフルオロメタン(CF4)のガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基体3の搬送速度が0.5〜1020mm/sec、基体温度が70〜90℃とされる。なお、処理ガスとしては、テトラフルオロメタン(CF4)に限定されることなく、他のフルオロカーボン系のガスを用いることもできる。このような撥液化処理を行うことにより、土台部材4bの上面にはこれを構成する樹脂中にフッ素基が導入され、これによって高い撥液性が付与される。
On the other hand, as the plasma method, for example, a plasma processing method (CF 4 plasma processing method) using tetrafluoromethane as a processing gas in an air atmosphere is preferably employed. The conditions for this CF 4 plasma treatment are, for example, a plasma power of 50 to 1000 kW, a gas flow rate of tetrafluoromethane (CF 4 ) of 50 to 100 ml / min, and a conveying speed of the
ここで、このような撥液処理については、特に、前記土台部材4bの形成材料で形成された平面に対して後述するレンズ材料を配した際、該レンズ材料の接触角が20°以上となるような撥液性を発揮するように、行うのが好ましい。
すなわち、図7に示すように前記土台部材4bの形成材料(本例ではポリイミド系樹脂)で土台部材材料層4を形成し、その表面を平面とする。そして、この表面に対して前述した撥液処理を施す。次いで、この表面上にレンズ材料7を液滴吐出法によって配する。
Here, with regard to such a liquid repellent treatment, in particular, when a lens material to be described later is disposed on a plane formed of the material for forming the
That is, as shown in FIG. 7, the base member material layer 4 is formed of a material for forming the
すると、レンズ材料7は土台部材材料層4の表面に対する濡れ性に応じた形状の液滴となる。このとき、土台部材材料層4の表面張力をγS、レンズ材料7の表面張力をγL、土台部材材料層4とレンズ材料7との間の界面張力をγSL、土台部材材料層4に対するレンズ材料7の接触角をθとすると、γS、γL、γSL、θの間には以下の式が成立する。
γS=γSL+γL・cosθ
後述するようにマイクロレンズとなるレンズ材料7は、その曲率が、前記の式によって決定される接触角θにより制限を受ける。すなわち、レンズ材料7を硬化させた後に得られるレンズの曲率は、最終的なマイクロレンズの形状を決定する要素の一つである。したがって、本発明においては、得られるマイクロレンズの形状がより球状に近くなるよう、撥液処理によって土台部材材料層4とレンズ材料7との間の界面張力をγSLを大きくすることで、前記接触角θを大きく、すなわち20°以上とするのが好ましいのである。
このように、図7に示した接触角θが20°以上となるような条件による撥液処理を、前記土台部材4bの側面4cに施すことにより、後述するようにこの土台部材4bの上面に吐出配置されるレンズ材料7の、土台部材4b上面に対する接触角θ’が確実に大きくなる。したがって、土台部材上面に載るレンズ材料の量をより多くすることができ、これによりその形状を吐出量(吐出ドット量)で制御することが容易になる。
Then, the
γ S = γ SL + γ L · cos θ
As will be described later, the curvature of the
In this way, by applying the liquid repelling treatment under the condition that the contact angle θ shown in FIG. 7 is 20 ° or more to the
このようにして土台部材4bの側面4cに撥液処理を施したら、この土台部材4b上に液滴吐出法によってレンズ材料7を複数ドット吐出する。ここで、液滴吐出法としては、ディスペンサ法やインクジェット法などが採用可能である。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴を吐出するのに有効な方法である。インクジェット法は、液滴吐出ヘッドを用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置についてμmオーダーの単位で制御することができ、また、吐出する液滴の量もピコリットルオーダーの単位で制御できるため、特に微細なレンズ(マイクロレンズ)の製造に適している。
When the liquid repellent treatment is performed on the
図3(a)、(b)は液滴吐出ヘッドの概略構成図である。
そこで、本実施形態では、液滴吐出法としてインクジェット法を用いることにする。このインクジェット法は、液滴吐出ヘッド34として、例えば図3(a)に示すようにステンレス製のノズルプレート12と振動板13とを備え、両者を仕切部材(リザーバプレート)14を介して接合したものを用いる。ノズルプレート12と振動板13との間には、仕切部材14によって複数のキャビティ15…とリザーバ16とが形成されており、これらキャビティ15…とリザーバ16とは流路17を介して連通している。
3A and 3B are schematic configuration diagrams of the droplet discharge head.
Therefore, in this embodiment, an inkjet method is used as a droplet discharge method. This ink jet method includes a stainless
各キャビティ15とリザーバ16の内部とは吐出するための液状体(レンズ材料)で満たされるようになっており、これらの間の流路17はリザーバ16からキャビティ15に液状体を供給する供給口として機能するようになっている。また、ノズルプレート12には、キャビティ15から液状体を噴射するための孔状のノズル18が縦横に整列した状態で複数形成されている。一方、振動板13には、リザーバ16内に開口する孔19が形成されており、この孔19には液状体タンク(図示せず)がチューブ(図示せず)を介して接続されるようになっている。
Each
また、振動板13のキャビティ15に向く面と反対の側の面上には、図3(b)に示すように圧電素子(ピエゾ素子)20が接合されている。この圧電素子20は、一対の電極21、21間に挟持され、通電により外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたもので、本発明における吐出手段として機能するものである。
Also, a piezoelectric element (piezo element) 20 is joined to the surface of the
このような構成のもとに圧電素子20が接合された振動板13は、圧電素子20と一体になって同時に外側へ撓曲し、これによりキャビティ15の容積を増大させる。すると、キャビティ15内とリザーバ16内とが連通しており、リザーバ16内に液状体が充填されている場合には、キャビティ15内に増大した容積分に相当する液状体が、リザーバ16から流路17を介して流入する。
そして、このような状態から圧電素子20への通電を解除すると、圧電素子20と振動板13はともに元の形状に戻る。よって、キャビティ15も元の容積に戻ることから、キャビティ15内部の液状体の圧力が上昇し、ノズル18から液状体の液滴22が吐出される。
The
When the energization to the
なお、液滴吐出ヘッドの吐出手段としては、前記の圧電素子(ピエゾ素子)20を用いた電気機械変換体以外でもよく、例えば、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いた方式や、帯電制御型、加圧振動型といった連続方式、静電吸引方式、さらにはレーザなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用で液状体を吐出させる方式を採用することもできる。 The discharge means of the droplet discharge head may be other than the electromechanical transducer using the piezoelectric element (piezo element) 20, for example, a method using an electrothermal transducer as an energy generating element, or charging control. It is also possible to adopt a continuous method such as a mold or a pressure vibration type, an electrostatic suction method, or a method in which an electromagnetic wave such as a laser is irradiated to generate heat and a liquid material is discharged by the action of this heat generation.
また、吐出するレンズ材料7、すなわちマイクロレンズとなるレンズ材料7としては、光透過性樹脂が用いられる。具体的には、ポリメチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ポリカーボネートなどのアリル系樹脂、メタクリル樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などの熱可塑性または熱硬化性の樹脂が挙げられ、これらのうちの一種が用いられ、あるいは複数種が混合されて用いられる。
Further, as the
また、レンズ材料7として用いる光透過性樹脂の表面張力としては、0.02N/m以上0.07N/m以下の範囲内であることが好ましい。液滴吐出法によりインクを吐出する際、表面張力が0.02N/m未満であると、インクのノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じやすくなる。また、表面張力が0.07N/mを超えるとノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出量や吐出タイミングの制御が困難になる。表面張力を調整するため、上記光透過性樹脂の分散液には、基板との接触角を大きく低下させず、屈折率などの光学的特性に影響を与えない範囲で、フッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加するとよい。ノニオン系表面張力調節剤は、インクの基板への濡れ性を向上させ、膜のレベリング性を改良し、膜の微細な凹凸の発生などの防止に役立つものである。上記表面張力調節剤は、必要に応じて、アルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでもよい。
The surface tension of the light transmissive resin used as the
さらに、レンズ材料7として用いる光透過性樹脂の粘度としては1mPa・s以上200mPa・s以下であることが好ましい。液滴吐出法を用いてインクを液滴として吐出する際、粘度が1mPa・sより小さい場合にはノズル周辺部がインクの流出により汚染されやすい。また粘度が50mPa・sより大きい場合は、ヘッドもしくは液滴吐出装置にインク加熱機構を設けることで吐出が可能となるが、常温においてはノズル孔での目詰まり頻度が高くなり円滑な液滴の吐出が困難となる。200mPa・s以上の場合、加熱しても液滴を吐出できる程度に粘度を落とすことが難しい。
Furthermore, the viscosity of the light-transmitting resin used as the
また、本発明においては、前記光透過性樹脂として、特に非溶剤系のものが好適に用いられる。この非溶剤系の光透過性樹脂は、有機溶剤を用いて光透過性樹脂を溶解し、液状体とすることなく、例えばこの光透過性樹脂をそのモノマーで希釈することによって液状化し、液滴吐出ヘッド34からの吐出を可能にしたものである。また、この非溶剤系の光透過性樹脂では、ビイミダゾール系化合物などの光重合開始剤を配合することにより、放射線照射硬化型のものとして使用できるようにしている。すなわち、このような光重合開始剤を配合することにより、前記光透過性樹脂に放射線照射硬化性を付与することができるのである。ここで、放射線とは可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子線等の総称であり、特に紫外線が一般的に用いられる。
In the present invention, a non-solvent resin is particularly preferably used as the light transmissive resin. This non-solvent light-transmitting resin dissolves the light-transmitting resin using an organic solvent and does not form a liquid material. For example, the light-transmitting resin is liquefied by diluting the light-transmitting resin with its monomer, and drops This enables ejection from the
図4(a)、(b)は本発明のマイクロレンズの製造工程図である。
このようなレンズ材料7を、前記構成からなる液滴吐出ヘッド34によって図4(a)に示すように土台部材4b上に複数ドット、例えば30ドット吐出し、土台部材4b上にマイクロレンズ前駆体8を形成する。ここで、インクジェット法によってレンズ材料7を吐出していることにより、レンズ材料7を土台部材4b上のほぼ中心部に精度良く配することができる。
また、前述したように土台部材4bの上面外縁部4dおよび側面4cを撥液処理していることにより、吐出されたレンズ材料7の液滴は土台部材4bからこぼれ落ちることなく、土台部材4b上に安定した状態で保持されるようになっている。また、断続的に数ドット(本例では30ドット)が吐出されることにより、この吐出されたレンズ材料7からなるマイクロレンズ前駆体8は、その横断面(土台部材4bの上面と平行な水平面)がついには土台部材4bの上面より大きくなる。
4A and 4B are manufacturing process diagrams of the microlens of the present invention.
As shown in FIG. 4A, the
In addition, as described above, the upper surface
図5(a)〜(c)は本発明のマイクロレンズを示す図である。
すなわち、レンズ材料7の吐出の初期においては、レンズ材料7の吐出量が少ないため、図5(a)に示すように土台部材4bの上面全体に広がった状態では全体としては大きく盛り上がらず、土台部材4bの上面に対する接触角θ’は鋭角となる。
この状態からさらにレンズ材料7の吐出を続けると、後から吐出されたレンズ材料7は当然先に吐出されたレンズ材料7に対する密着性が高いことから、図5(b)に示すようにこれからこぼれ落ちることなく一体化する。すると、この一体化されたレンズ材料7はその体積が大きくなって盛り上がり、これによって土台部材4bの上面に対する接触角θ’が大きくなり、ついには直角を越えるようになる。
さらにこの状態からレンズ材料7の吐出を続けると、特にインクジェット法で吐出していることからドットごとでは大きな量とならないことにより、土台部材4b上での全体としてのバランスが保たれ、結果として図5(c)に示すように接触角θ’が大きな鈍角となり、結果として球に近い状態になる。
5A to 5C are diagrams showing the microlens of the present invention.
That is, at the initial stage of the discharge of the
If the ejection of the
Furthermore, if the discharge of the
このように、土台部材4bの上面外縁部4dおよび側面4cを撥液処理しておき、この上面の上に少量のドットを量及び吐出位置について精度良く吐出することのできるインクジェット法(液滴吐出法)でレンズ材料7を複数ドット配することにより、接触角θ’が比較的小さい鋭角のものから大きな鈍角となるものまで、マイクロレンズ前駆体8の形状を作り分けることができる。すなわち、吐出するドット数を形成するマイクロレンズの形状に合わせて予め適宜に決定しておくことにより、所望の形状のマイクロレンズを形成することができるのである。
In this manner, the upper surface
このようにして所望形状(本実施形態では図5(c)に示したような球形に近い形状とする)のマイクロレンズ前駆体8を形成したら、図4(b)に示すようにこれらマイクロレンズ前駆体8を硬化させ、マイクロレンズ8aを形成する。マイクロレンズ前駆体8の硬化処理としては、前述したようにレンズ材料7として有機溶剤が加えられておらず、放射線照射硬化性が付与されたものを用いることから、特に紫外線(波長λ=365nm)の照射による処理方法が好適に用いられる。
After the microlens precursor 8 having a desired shape (in this embodiment, a shape close to a sphere as shown in FIG. 5C) is formed, these microlenses are formed as shown in FIG. 4B. The precursor 8 is cured to form the
また、このような紫外線照射による硬化処理の後、例えば100℃で1時間程度の熱処理を行うのが好ましい。このような熱処理を行うことにより、紫外線照射による硬化処理の段階で硬化むらが生じてしまっても、この硬化むらを減少させて全体としてほぼ均一な硬化度にすることができる。
このようにしてマイクロレンズ8aを形成したら、必要に応じて基体3を切断し、個片化しあるいはアレイ状に形成することなどにより、所望の形態に作製する。
なお、このようにして製造されたマイクロレンズ8aと、基体3に予め形成した前記面発光レーザ2とから、本発明の一実施形態となる光学装置が得られる。
Moreover, it is preferable to perform the heat processing for about 1 hour, for example at 100 degreeC after the hardening process by such ultraviolet irradiation. By performing such a heat treatment, even if curing unevenness occurs at the stage of the curing process by ultraviolet irradiation, the curing unevenness can be reduced to obtain a substantially uniform curing degree as a whole.
After the
An optical device according to an embodiment of the present invention is obtained from the
上記の構成によれば、土台部材4bの側面4cに撥液処理を施しているため、吐出配置されたレンズ材料7の土台部材4b上面に対する接触角を大きくすることができる。これにより土台部材4b上面に載るレンズ材料7の量を多くすることができ、良好な球状のマイクロレンズ8aを形成することができる。
また、土台部材4bの上面に撥液処理を施していないため、マイクロレンズ8aと上記上面との密着力を向上させることができ、土台部材4bから取れ難いマイクロレンズ8aを形成することができる。
According to said structure, since the liquid-repellent process is performed to the
Moreover, since the liquid repellent treatment is not performed on the upper surface of the
図6(a)〜(c)は本発明のマイクロレンズを示す図である。
すなわち、図6(a)〜(c)に示したように、マイクロレンズ8aの形状が大きくなり良好な球状となると、上面側のレンズに相当する曲面の焦点位置が基体3に形成した面発光レーザ2の出射面に近づく。上記焦点位置が上記出射面に近づくとマイクロレンズ8aの上面側から出射される光をより平行な光とすることができる。
また、逆に面発光レーザ2などの発光源からの光が放射性を有することなく、直進性を有する場合、マイクロレンズ8aを透過させることでこの透過光に放射性を持たせることができる。
6A to 6C are views showing the microlens of the present invention.
That is, as shown in FIGS. 6A to 6C, when the shape of the
On the other hand, when the light from the light emitting source such as the
また、このようにして製造されたマイクロレンズ8aと基体3に形成した前記面発光レーザ2とからなる光学装置にあっては、前述したように大きさや形状が良好に制御されたマイクロレンズ8aを前記面発光レーザ2の出射側に配設しているので、このマイクロレンズ8aによって面発光レーザ2からの出射光の平行光化を良好に行うことができ、したがって良好な発光特性(光学特性)を有するものとなる。
Further, in the optical device comprising the thus produced
なお、前記実施形態では、基体3上に土台部材材料層4を形成してこの土台部材材料層4から土台部材4bを形成するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、例えば基体3の表層部が透光性材料によって形成されている場合などでは、この表層部に土台部材を直接形成するようにしてもよい。
また、土台部材4bの形成方法についても、前述したフォトリソグラフィー法に限定されることなく、他の形成方法、例えば選択成長法や転写法等を採用することができる。
In the above embodiment, the base member material layer 4 is formed on the
Further, the formation method of the
また、土台部材4bの上面形状についても、形成するマイクロレンズに要求される特性に応じて、三角形や四角形など種々の形状にすることが可能であり、さらに土台部材4b自体の形状についても、テーパ型や逆テーパ型など種々の形状にすることが可能である。
また、前記実施形態では、マイクロレンズ8aが、土台部材4b上に形成された状態のままでレンズとして用いられ、機能するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、土台部材4bから適宜な方法で切離しあるいは剥離し、マイクロレンズ8aを単独の光学部品として用いるようにしてもよい。その場合、製造に用いる土台部材4bについては、当然ながら透光性を有する必要はない。
Also, the top surface shape of the
In the above embodiment, the
また、本発明においては、前記の面発光レーザ2とマイクロレンズ8aとからなる光学装置に加えて、この光学装置からの出射光を伝送する光ファイバや光導波路等からなる光伝送手段と、この光伝送手段で伝送された光を受光する受光素子とを備えることにより、光伝送装置として機能させることができる。
このような光伝送装置にあっては、前述したように良好な発光特性(光学特性)を有する光学装置を備えているので、この光伝送装置も良好な伝送特性を有するものとなる。
In the present invention, in addition to the optical device comprising the
Since such an optical transmission device includes an optical device having good light emission characteristics (optical characteristics) as described above, this optical transmission device also has good transmission characteristics.
図8は本発明のレーザプリンタ用ヘッドの概略構成図である。
また、本発明のレーザプリンタ用ヘッドは、前記光学装置を備えてなるものである。すなわち、このレーザプリンタ用ヘッドに用いられた光学装置は、図8に示すように多数の面発光レーザ2を直線的に配してなる面発光レーザアレイ2aと、この面発光レーザアレイ2aを構成する個々の面発光レーザ2に対して配設されたマイクロレンズ8aと、を備えてなるものである。なお、面発光レーザ2に対してはTFT等の駆動素子(図示せず)が設けられており、また、このレーザプリンタ用ヘッドには温度補償回路(図示せず)が設けられている。
さらに、このような構成のレーザプリンタ用ヘッドを備えることにより、本発明のレーザプリンタが構成される。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a head for a laser printer according to the present invention.
The laser printer head of the present invention comprises the optical device. That is, the optical device used in the head for the laser printer includes a surface emitting
Furthermore, the laser printer of the present invention is configured by including the laser printer head having such a configuration.
このようなレーザプリンタ用ヘッドにあっては、前述したように良好な発光特性(光学特性)を有する光学装置を備えているので、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドとなる。
また、このレーザプリンタ用ヘッドを備えたレーザプリンタにあっても、前述したように描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。
Since such a laser printer head includes an optical device having good light emission characteristics (optical characteristics) as described above, the laser printer head has good drawing characteristics.
Further, even a laser printer equipped with this laser printer head has a laser printer head with good drawing characteristics as described above, so that the laser printer itself has excellent drawing characteristics.
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明のマイクロレンズは、前記した用途以外にも種々の光学装置に適用可能であり、例えば固体撮像装置(CCD)の受光面や光ファイバの光結合部などに設けられる光学部品としても使用可能である。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the microlens of the present invention can be applied to various optical devices other than the above-described uses, and for example, as an optical component provided on a light receiving surface of a solid-state imaging device (CCD) or an optical coupling portion of an optical fiber. It can be used.
2・・・面発光レーザ、 3・・・基体、 4b・・・土台部材、 4c・・・側面、 7・・・レンズ材料、 34・・・液滴吐出ヘッド
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記液滴を吐出する前に、前記土台部材の側面に撥液処理を施すとともに、前記土台部材の上面に撥液処理を施さないことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。 A microlens manufacturing method for forming a microlens by discharging a predetermined number of droplets as a lens material from a droplet discharge head onto a base member formed on a substrate,
A method of manufacturing a microlens, wherein a liquid repellent treatment is performed on a side surface of the base member before the droplet is discharged, and a liquid repellent treatment is not performed on an upper surface of the base member.
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