JP2005062304A - Method for manufacturing micro lens array and manufacturing apparatus - Google Patents

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JP2005062304A JP2003289792A JP2003289792A JP2005062304A JP 2005062304 A JP2005062304 A JP 2005062304A JP 2003289792 A JP2003289792 A JP 2003289792A JP 2003289792 A JP2003289792 A JP 2003289792A JP 2005062304 A JP2005062304 A JP 2005062304A
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Kazutoshi Tanida
和敏 谷田
Takashi Shimizu
敬司 清水
Shigemi Otsu
茂実 大津
Hidekazu Akutsu
英一 圷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a micro lens array and a manufacturing apparatus for easily manufacturing a micro lens array having high light condensing efficiency and being controlled to have desired curvature. <P>SOLUTION: While a film forming substrate having a conductive thin film and an optical semiconductor thin film consecutively deposited on an insulating substrate is kept in contact with an aqueous electrolyte liquid containing a film forming material the solubility or dispersibility of which with an aqueous liquid decreases by changes in the pH, a selected region of the optical semiconductor thin film is irradiated with light to form a micro lens array layer. The layer is heated at 50 to 200°C and subjected to plastic deformation under reduced pressure of 0.1 to 100 kPa to obtain the micro lens array. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、マイクロレンズアレーの製造方法及び製造装置に関し、特に液晶プロジェクタ等の表示装置や集光レンズ等の光学素子などに好適なマイクロレンズアレーの製造方法及び製造装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a microlens array, and more particularly to a method and apparatus for manufacturing a microlens array suitable for a display device such as a liquid crystal projector and an optical element such as a condenser lens.

マイクロレンズアレーの製造方法としては、フォトリソ工程やドライエッチングなどのエッチング行程や、熱拡散などによる高屈折率材料ドーピング法、さらには予め形成した型にプラスチック材を流し込んでマイクロレンズアレーを形成する方法などがある。しかし、フォトリソ行程では、高解像度で任意のマイクロレンズアレーを形成できるものの、これにより作製されたマイクロレンズは階段形状のエッジで回折現象を生じさせて集光するものであるため、曲面に比べ集光特性が悪い。また、ドライエッチング法は長時間のエッチング時間が必要で生産効率が低く、かつレンズの曲率制御も難しい。熱拡散などによる高屈折率材料ドーピング法は、平板であるという利点はあるが屈折率だけで制御するためにレンズの形状と曲率の制限が多いこと、耐熱性が必要でガラス基材にしか使えないなど機材の制限がある。予め形成した型を用意する方法もあるが、型の微細化に制限があるなどの課題がある。また、いずれの技術も高コストであり簡便で自由度の高いマイクロレンズの作製技術とは言い難い(例えば、特許文献1〜2参照)。   The manufacturing method of the microlens array includes an etching process such as a photolithography process and dry etching, a high refractive index material doping method by thermal diffusion, and a method of forming a microlens array by pouring a plastic material into a preformed mold. and so on. However, in the photolithography process, an arbitrary microlens array can be formed with high resolution. However, the microlens produced by this process collects light by producing a diffraction phenomenon at the staircase-shaped edge, and therefore is more concentrated than a curved surface. Poor light characteristics. The dry etching method requires a long etching time, has low production efficiency, and is difficult to control the curvature of the lens. The high-refractive-index material doping method by thermal diffusion has the advantage of being a flat plate, but because it is controlled only by the refractive index, there are many restrictions on the shape and curvature of the lens, heat resistance is required, and it can only be used for glass substrates There are restrictions on equipment, such as no. Although there is a method of preparing a pre-formed mold, there is a problem that there is a limit to miniaturization of the mold. In addition, it is difficult to say that any of these techniques is a high-cost, simple and highly flexible microlens manufacturing technique (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

一方、本発明者等は、先に着色材を含む電着材料を用い、低電圧印加で電着あるいは光電着させること(光電着法)により解像度に優れた画像形成方法を提供した(例えば、特許文献1〜6参照)。これらに記載の方法は、簡易に高分子の膜を解像度よく形成することを特長とするものであるが、主として液晶表示装置等の表示装置の分野において応用されている技術である。   On the other hand, the present inventors have provided an image forming method excellent in resolution by using an electrodeposition material containing a coloring material in advance and performing electrodeposition or photo-deposition by applying a low voltage (photo-deposition method) (for example, Patent References 1 to 6). The methods described in these methods are characterized in that a polymer film is easily formed with high resolution, but are mainly applied in the field of display devices such as liquid crystal display devices.

また、本発明者等は、前記方法と同様に簡易な方法で高分子の膜を解像度よく形成する光触媒着膜法をも提案した(例えば、特許文献7参照)。   The present inventors have also proposed a photocatalyst deposition method in which a polymer film is formed with high resolution by a simple method similar to the above method (see, for example, Patent Document 7).

しかしながら、上記の光電着法や光触媒着膜法による膜形成は、光半導体に光照射した際の光起電力を用いて光半導体界面のpHを変化させ、電着材料を析出させて膜成長させることにより成膜するものであり、単に光半導体界面の電解液のpH分布を制御して所望の曲率に形成するには限界があった。
特開平3−169076号公報、 特開平4−286360号公報 特開平10−119414号公報 特開平11−189899号公報 特開平11−15418号公報 特開平11−174790号公報 特開平11−133224号公報 特開平11−335894号公報 特開2001−140096号公報
However, the film formation by the above-mentioned photo-deposition method or photo-catalyst film formation method changes the pH of the optical semiconductor interface by using the photoelectromotive force when the optical semiconductor is irradiated with light, and deposits the electrodeposition material to grow the film. Therefore, there is a limit in simply forming the desired curvature by controlling the pH distribution of the electrolyte solution at the optical semiconductor interface.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-169076, JP-A-4-286360 Japanese Patent Laid-Open No. 10-119414 JP 11-189899 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-15418 JP-A-11-174790 JP-A-11-133224 JP-A-11-335894 JP 2001-140096 A

マイクロレンズアレーは、液晶プロジェクター等の表示装置のほか、集光レンズ等の光学素子として用いられるが、以上のように集光特性に優れた曲面で構成されたマイクロレンズアレーは未だ提供されるに至っていないのが現状であり、また、その製造は一般に感光性材料をフォトリソグラフィー法を含む複雑な工程を経て微細加工することによって行なわれ、複雑な工程を要しない光電着法や光触媒着膜法によって特に簡易、低コストに作製しようとする試みはなされていない。したがって、低コストで集光効率が高く、しかも所望の曲率に容易に制御し得る技術が望まれていた。   The microlens array is used as an optical element such as a condensing lens in addition to a display device such as a liquid crystal projector. However, a microlens array composed of curved surfaces having excellent condensing characteristics as described above is still provided. At present, the production of the photosensitive material is generally carried out by microfabrication of the photosensitive material through complicated processes including the photolithography method, and the photo-deposition method and the photocatalytic film-forming method which do not require complicated steps. Therefore, no attempt has been made to make the device particularly simple and low-cost. Therefore, there has been a demand for a technique that is low in cost, has high light collection efficiency, and can be easily controlled to a desired curvature.

本発明は、上記に鑑み成されたものであり、集光効率が高く、かつ所望の曲率に制御されたマイクロレンズアレーを簡易に作製し得るマイクロレンズアレーの製造方法、及び該マイクロレンズアレーの製造装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above, a method of manufacturing a microlens array capable of easily producing a microlens array having high light collection efficiency and controlled to a desired curvature, and a method for manufacturing the microlens array. It aims at providing a manufacturing apparatus and makes it a subject to achieve this objective.

前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1> pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液(以下、単に「電解液」ともいう。)に、絶縁性の基板(以下、単に「絶縁性基板」ともいう。)に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成工程と、形成されたマイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱すると共に0.1〜100kPaの減圧下で塑性変形させる成形工程と、を有するマイクロレンズアレーの製造方法である。
Specific means for solving the above problems are as follows.
<1> An aqueous substrate containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid decreases due to a change in pH (hereinafter also simply referred to as “electrolytic solution”) and an insulating substrate (hereinafter simply referred to as “insulation”). In a state where a film forming substrate in which a conductive thin film and an optical semiconductor thin film having a photovoltaic function are sequentially provided from the substrate side is arranged so that the optical semiconductor thin film is in contact, A film forming step of forming a microlens array layer by irradiating a selected region of the optical semiconductor thin film with light to apply a voltage between the selected region and a counter electrode, and depositing the film forming material on the selected region And a molding step of heating the formed microlens array layer to 50 to 200 ° C. and plastically deforming under reduced pressure of 0.1 to 100 kPa.

<2> pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液(電解液)に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成工程と、形成されたマイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱すると共に0.1〜100kPaの減圧下で塑性変形させる成形工程と、を有するマイクロレンズアレーの製造方法である。   <2> An aqueous electrolyte solution (electrolyte solution) containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid decreases due to a change in pH, an electrically conductive thin film on a conductive substrate, and a photovoltaic film in contact with the conductive thin film An optical semiconductor thin film having a power function is sequentially provided from the substrate side, and the conductive thin film is disposed so that at least the optical semiconductor thin film is in contact with the aqueous electrolyte and the conductive semiconductor thin film is in contact with the conductive thin film. A film forming step of forming a microlens array layer by depositing the film forming material in the selected region by irradiating the selected region of the optical semiconductor thin film with light while the conductive thin film is energized to the aqueous electrolyte solution; A microlens array layer having a molding step in which the formed microlens array layer is heated to 50 to 200 ° C. and plastically deformed under a reduced pressure of 0.1 to 100 kPa. It is the law.

<3> pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、前記マイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱する加熱手段と、前記マイクロレンズアレー層を0.1〜100kPaに減圧して塑性変形させる減圧手段と、を備えたマイクロレンズアレーの製造装置である。   <3> An aqueous electrolyte containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid decreases due to a change in pH, an electrically conductive thin film and an optical semiconductor thin film having a photovoltaic function on an insulating substrate A voltage is applied between the selected region and the counter electrode by irradiating the selected region of the optical semiconductor thin film with light applied to the film forming substrate sequentially provided from the side in a state where the optical semiconductor thin film is in contact with the substrate. Film forming means for depositing the film forming material in the selected region to form a microlens array layer, heating means for heating the microlens array layer to 50 to 200 ° C., and setting the microlens array layer to 0. A pressure reducing means for reducing the pressure to 1 to 100 kPa and plastically deforming the microlens array.

<4> pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、前記マイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱する加熱手段と、前記マイクロレンズアレー層を0.1〜100kPaに減圧して塑性変形させる減圧手段と、を備えたマイクロレンズアレーの製造装置である。   <4> A water-based electrolyte containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid decreases due to a change in pH has a conductive thin film and a photovoltaic function in contact with the conductive thin film on an insulating substrate An optical semiconductor thin film is sequentially provided from the substrate side, and the conductive thin film is disposed so that at least the optical semiconductor thin film is in contact with the aqueous electrolyte solution and the conductive thin film is in contact with the aqueous thin film. Film forming means for forming a microlens array layer by depositing the film forming material in the selected region by irradiating the selected region of the optical semiconductor thin film with light applied to the aqueous electrolyte, and the microlens array A heating means for heating the layer to 50 to 200 ° C., and a decompression means for reducing the pressure of the microlens array layer to 0.1 to 100 kPa and plastically deforming the microlens array layer. It is a manufacturing apparatus of Nzuare.

<5> 加熱時の温度を計測する温度センサと、前記温度センサで計測された温度が50〜200℃となるように前記加熱手段を制御する温度制御手段と、を更に備えた前記<3>又は<4>に記載のマイクロレンズアレーの製造装置である。
<6> 減圧時の圧力を計測する圧力センサと、前記圧力センサで計測された圧力が0.1〜100kPaとなるように前記減圧手段を制御する圧力制御手段と、を更に備えた前記<3>〜<5>のいずれかに記載のマイクロレンズアレーの製造装置である。
<5> The temperature sensor for measuring a temperature at the time of heating, and a temperature control means for controlling the heating means so that the temperature measured by the temperature sensor is 50 to 200 ° C. Alternatively, the microlens array manufacturing apparatus according to <4>.
<6> The pressure sensor according to <3>, further comprising: a pressure sensor that measures a pressure during decompression; and a pressure control unit that controls the decompression means so that the pressure measured by the pressure sensor is 0.1 to 100 kPa. >-<5> The manufacturing apparatus of the microlens array in any one of.

本発明によれば、集光効率が高く、かつ所望の曲率に制御されたマイクロレンズアレーを簡易に作製し得るマイクロレンズアレーの製造方法、及び該マイクロレンズアレーの製造装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the microlens array which can produce easily the microlens array with high condensing efficiency and controlled to the desired curvature, and the manufacturing apparatus of this microlens array can be provided. .

以下、本発明のマイクロレンズアレーの製造方法及びマイクロレンズアレーの製造装置について詳述する。   The microlens array manufacturing method and microlens array manufacturing apparatus of the present invention will be described in detail below.

[マイクロレンズアレーの製造方法]
本発明は、マイクロレンズアレーを、特開平10−119414号公報、特開平11−189899号公報、特開平11−15418号公報、特開平11−174790号公報、特開平11−133224号公報、特開平11−335894号公報等に記載の光電着法、あるいは特開平2001−140096号公報に記載の光触媒着膜法を用いて形成するものである。
[Microlens array manufacturing method]
In the present invention, a microlens array is disclosed in JP-A-10-119414, JP-A-11-189899, JP-A-11-15418, JP-A-11-174790, and JP-A-11-133224. It is formed by using a photo-deposition method described in Kaihei 11-335894 or the like, or a photocatalyst deposition method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-140096.

光電着法は、光半導体薄膜に生ずる光起電力を利用するもので、pHが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板上に導電性薄膜及び光半導体薄膜を該基板側から順次積層したもの(膜形成用基板)を前記光半導体薄膜が電解液に接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光を照射することによって前記選択領域の光半導体薄膜と対向電極との間に電圧を印加し、前記光半導体薄膜の選択領域に膜形成材料を析出させる方法である。この光電着法は、従来の電着法に比し低電圧(5V以下)で均一な膜厚の膜を精度よく形成できることを特徴とするものである。   The photo-deposition method uses a photovoltaic force generated in an optical semiconductor thin film, and an insulating substrate is added to an aqueous electrolyte solution containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid decreases due to a change in pH. A conductive thin film and an optical semiconductor thin film stacked sequentially from the substrate side (film forming substrate) are arranged in a selected region of the optical semiconductor thin film in a state where the optical semiconductor thin film is in contact with the electrolytic solution. In this method, a voltage is applied between the photo-semiconductor thin film and the counter electrode in the selected region by irradiating light to deposit a film forming material on the selected region of the photo-semiconductor thin film. This photo-deposition method is characterized in that a film having a uniform film thickness can be accurately formed at a lower voltage (5 V or less) than the conventional electrodeposition method.

また、光触媒着膜法は、光半導体薄膜の光触媒機能を利用するもので、特開2001−140096号公報の段落[0025]〜[0029]に詳細に記載されている。この方法を利用したマイクロレンズアレーの製造方法では、電解液として前記光電着法で用いる電解液と同様のものを用い、膜形成用基板として絶縁性基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜を電解液と導通可能(前記公報の段落[0026]参照)にしたもの(膜形成用基板)を用いる。また更に、この膜形成用基板をその光半導体薄膜が電解液に接触するように配置すると共に、前記導電性薄膜が電解液に導通する(前記公報の段落[0026]参照)状態にし、この状態で光半導体薄膜の選択領域に光を照射して該光半導体薄膜の選択領域に膜形成材料を析出させる方法である。この方法による場合、電着用の別の電極等を必要としないので、より簡易な装置で低コストに膜形成することができる。これにより作製されたマイクロレンズアレーは、光電着法と同等の高品質を有するものである。   The photocatalyst deposition method utilizes the photocatalytic function of the photo semiconductor thin film and is described in detail in paragraphs [0025] to [0029] of JP-A-2001-140096. In the manufacturing method of the microlens array using this method, the same electrolytic solution as that used in the above-mentioned photo-deposition method is used as the electrolytic solution, and the conductive thin film and the conductive thin film are in contact with the insulating substrate as the film forming substrate. The optical semiconductor thin film is provided in order from the substrate side, and the conductive thin film is made conductive (see paragraph [0026] in the above publication) (film forming substrate). Furthermore, the film forming substrate is disposed so that the optical semiconductor thin film is in contact with the electrolytic solution, and the conductive thin film is in conduction with the electrolytic solution (see paragraph [0026] of the publication). In this method, a selected region of the optical semiconductor thin film is irradiated with light to deposit a film forming material on the selected region of the optical semiconductor thin film. In the case of this method, since no separate electrode for electrodeposition is required, a film can be formed at a low cost with a simpler apparatus. The microlens array produced in this way has a high quality equivalent to that of the photoelectric deposition method.

本発明のマイクロレンズアレーの製造方法においては、上記の光電着法又は光触媒着膜法を利用することによって、簡便にかつ低コストで集積度の高い(直径30μmのマイクロレンズアレーで5万個/cm2以上)マイクロレンズアレーを製造することができ、この集積度と屈折率も自由に調節可能であると共に、後述するように加熱手段及び減圧手段を設けて塑性変形させることによって、マイクロレンズアレーの集光効率を高め、しかもレンズの曲率を所望に制御することができる。また、複雑なものを含め任意のパターンのマイクロレンズアレーを作製することができる。さらに方法が簡易なため量産化が可能である。従来のように感光性樹脂を用いたマイクロレンズアレーの製造方法では、基板に膜厚を精度よく制御して塗布する必要があるほか、アルカリ廃液が出るなどの問題があったが、本発明においては均一でかつ制御された形状や曲率を持つマイクロレンズを容易に作製できると共に、フォトリソグラフィー法を含む複雑な工程が不要で、環境に対する負荷も小さい。 In the manufacturing method of the microlens array of the present invention, by using the above-described photo-deposition method or photocatalyst film formation method, the integration degree is simple and low-cost and highly integrated (50,000 / 30 μm in the micro-lens array having a diameter of 30 μm). cm 2 or more) A microlens array can be manufactured, and its degree of integration and refractive index can be freely adjusted. As will be described later, a heating means and a decompression means are provided to cause plastic deformation, thereby forming a microlens array. In addition, it is possible to increase the light collection efficiency and to control the curvature of the lens as desired. In addition, a microlens array having an arbitrary pattern including a complicated one can be manufactured. Furthermore, since the method is simple, mass production is possible. In the conventional method for producing a microlens array using a photosensitive resin, it is necessary to apply the film thickness to the substrate with high accuracy, and there is a problem that an alkaline waste liquid is produced. Can easily produce a microlens having a uniform and controlled shape and curvature, does not require a complicated process including a photolithography method, and has a small environmental load.

−膜形成用基板−
光電着法における膜形成用基板は、絶縁性基板上に導電性薄膜と光半導体薄膜とを該基板側から順次積層したものである。絶縁性基板としては、ガラス板、石英板、プラスチックフィルム、エポキシ基板等が、導電性薄膜としては、ITO、酸化インジウム、ニッケル、アルミニウム等が、また、光半導体薄膜としては、以下で述べるような酸化チタン薄膜等が好適である。なお、絶縁性基板を通して光半導体薄膜に光照射する場合には、絶縁性基板及び導電性薄膜は光透過性であることが必要である。ただし、電解液を通して光半導体薄膜に光照射する場合はこの限りでない。
-Substrate for film formation-
The film forming substrate in the photo-deposition method is obtained by sequentially laminating a conductive thin film and an optical semiconductor thin film on an insulating substrate from the substrate side. Insulating substrates include glass plates, quartz plates, plastic films, epoxy substrates, etc., conductive thin films include ITO, indium oxide, nickel, aluminum, etc., and optical semiconductor thin films as described below. A titanium oxide thin film or the like is suitable. In the case where light is irradiated to the optical semiconductor thin film through the insulating substrate, the insulating substrate and the conductive thin film need to be light transmissive. However, this is not the case when the optical semiconductor thin film is irradiated with light through the electrolytic solution.

また、光触媒着膜法における膜形成用基板の絶縁性基板、導電性薄膜、及び光半導体薄膜(光触媒薄膜)は、光電着法で用いられる膜形成用基板と同様に構成することができる。但し、膜形成用基板の導電性薄膜と光半導体薄膜とが接触していること、及び前記導電性薄膜が電解液と導通可能であることが必要である。   In addition, the insulating substrate, the conductive thin film, and the optical semiconductor thin film (photocatalytic thin film) of the film forming substrate in the photocatalytic film forming method can be configured in the same manner as the film forming substrate used in the photodeposition method. However, it is necessary that the conductive thin film of the film forming substrate and the optical semiconductor thin film are in contact with each other and that the conductive thin film can be electrically connected to the electrolytic solution.

図1に本発明に係る膜形成用基板の一例を示す。図1において、膜形成用基板5は、絶縁性基板1の表面に、絶縁性基板1側から導電性薄膜2と光半導体薄膜3とを順次積層して構成されている。この膜形成用基板5は、光電着法及び光触媒着膜法のいずれにも用いられる。   FIG. 1 shows an example of a film forming substrate according to the present invention. In FIG. 1, a film forming substrate 5 is configured by sequentially laminating a conductive thin film 2 and an optical semiconductor thin film 3 on the surface of an insulating substrate 1 from the insulating substrate 1 side. This film-forming substrate 5 is used for both the photoelectric deposition method and the photocatalytic deposition method.

次に、本発明に係る光半導体薄膜(光触媒薄膜)について説明する。光電着法及び光触媒着膜法に用いられる光半導体薄膜としては、基本的には、光照射により起電力を発生するあるいは光触媒機能を有する(好ましくは透明性の)薄膜半導体であれば全て使用できる。具体的には、GaN、ダイヤモンド、c−BN、SiC、ZnSe、TiO2、ZnO、In23、SnO2などがある。中でも酸化チタンは吸収が400nm以下にしかなく、透明で、容易にn型半導体を作ることができるため、光学デバイス作製用の基板としてはそのまま使用することが可能である。 Next, the optical semiconductor thin film (photocatalytic thin film) according to the present invention will be described. As the photo semiconductor thin film used for the photo-deposition method and the photo-catalyst film formation method, basically any thin film semiconductor that generates an electromotive force by photoirradiation or has a photo-catalytic function (preferably transparent) can be used. . Specifically, GaN, diamond, c-BN, some SiC, ZnSe, TiO 2, ZnO , and In 2 O 3, SnO 2. Among them, titanium oxide has an absorption of only 400 nm or less, is transparent, and can easily form an n-type semiconductor. Therefore, it can be used as it is as a substrate for manufacturing an optical device.

基板に酸化チタン半導体薄膜を設ける方法としては、熱酸化法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法(EB法)、イオンプレーティング法、ゾル・ゲル法などの方法があり、これらの方法によりn型半導体として特性のよいものが得られる。   As a method for providing a titanium oxide semiconductor thin film on a substrate, there are a thermal oxidation method, a sputtering method, an electron beam evaporation method (EB method), an ion plating method, a sol-gel method, and the like. As a result, a product with good characteristics can be obtained.

ただし、基板が耐熱性の低いもの、例えばプラスチックフィルムの場合には、プラスチックフィルムに悪影響を与えない成膜法を選択する必要がある。ゾル・ゲル法は光半導体として光学活性が高い酸化チタンを形成できるが、500℃で焼結させる必要があるため、200℃程度の耐熱性しかもたないプラスチックフィルム基板上に酸化チタン膜を作製することは困難である。したがって、プラスチックフィルム基板を用いる場合には、なるべく低温で、できれば200℃以下で製膜することが可能であり、また比較的基板に対するダメージが小さい成膜方法であるスパッタリング法、特にRFスパッタリング法が好ましく用いられる。RFスパッタリング法は、光学活性の高いアナタース型の酸化チタン薄膜が得られる点からも好ましい方法である(電子ビーム法やイオンプレーティング法は200℃前後で基板を加熱するので好ましくない)。   However, when the substrate has low heat resistance, for example, a plastic film, it is necessary to select a film forming method that does not adversely affect the plastic film. Although the sol-gel method can form titanium oxide with high optical activity as an optical semiconductor, it needs to be sintered at 500 ° C., so a titanium oxide film is formed on a plastic film substrate having only heat resistance of about 200 ° C. It is difficult. Therefore, when a plastic film substrate is used, it is possible to form a film at a temperature as low as possible, preferably at 200 ° C. or less, and a sputtering method, particularly an RF sputtering method, which is a film forming method with relatively little damage to the substrate. Preferably used. The RF sputtering method is also preferable from the viewpoint that an anatase-type titanium oxide thin film having high optical activity can be obtained (the electron beam method and the ion plating method are not preferable because the substrate is heated at around 200 ° C.).

−膜形成工程−
膜形成工程では、前記光電着法又は光触媒着膜法によってパターン状に光照射された選択領域に膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する。具体的な形成方法については後述する。
-Film formation process-
In the film forming step, a microlens array layer is formed by precipitating a film forming material on a selected region irradiated with light in a pattern by the photo-deposition method or the photocatalyst deposition method. A specific forming method will be described later.

(水系電解液)
本発明に係る光電着法及び光触媒着膜法における水系電解液は、少なくともpHの変化、つまりpHが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下して、電解液から光半導体薄膜上に析出して着膜する膜形成材料を含む。1種類以上の膜形成材料がこのような着膜性を持っていれば、単体では膜形成能力が無い種々の屈折率制御材料(後述する)を電解液中に分散させても、膜形成時において前記着膜性材料に取り込まれて、マイクロレンズアレー中に固定されることになる。
(Aqueous electrolyte)
The aqueous electrolytic solution in the photodeposition method and the photocatalyst deposition method according to the present invention has at least a change in pH, that is, the solubility or dispersibility in an aqueous liquid is lowered due to the change in pH. A film forming material that is deposited on the film and deposited. If one or more kinds of film forming materials have such a film forming property, even when various refractive index control materials (which will be described later) having no film forming ability alone are dispersed in the electrolytic solution, Then, it is taken into the film-forming material and fixed in the microlens array.

「pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料」としては、カルボキシル基やアミノ基などのように液のpHが変わることにより、そのイオン解離性が変化する基(イオン性基)を分子中に有している物質を含むことが好ましい。しかし、前記材料は必ずしもイオン性基の存在が必須ではない。また、イオンの極性も問わない。   “Film-forming materials whose solubility or dispersibility in aqueous liquids decreases due to changes in pH” include groups (ion ions) whose ion dissociation properties change as the pH of the liquid changes, such as carboxyl groups and amino groups. It is preferable to include a substance having a functional group) in the molecule. However, the presence of an ionic group is not necessarily essential for the material. Moreover, the polarity of ion is not ask | required.

「pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料」は、マイクロレンズアレーの機械的強度等の観点から、このような性質を有する高分子材料であることが好ましい。このような高分子材料としては、上記のようにイオン性基を有する高分子材料(イオン性高分子)が挙げられる。
前記イオン性高分子は、水性液体(pH調節を行なった水性液体を含む。)に対して十分な溶解性あるいは分散性を有していること、また光透過性を有していることが必要である。
The “film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid decreases due to a change in pH” is preferably a polymer material having such properties from the viewpoint of the mechanical strength of the microlens array. Examples of such a polymer material include a polymer material having an ionic group as described above (an ionic polymer).
The ionic polymer must have sufficient solubility or dispersibility in an aqueous liquid (including an aqueous liquid whose pH has been adjusted) and must have light transmission properties. It is.

また、pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する機能をもたせるために、分子中に親水基と疎水基を有していることが好ましく、親水基として、カルボキシル基(アニオン性基)、アミノ基(カチオン性基)等のイオン解離する基が導入されていることが好ましい。例えばカルボキシル基を有する高分子材料の場合、pHがアルカリ性領域においてはカルボキシル基が解離状態になって水性液体に溶解し、また酸性領域においては解離状態が消失し溶解度が低下し析出する。また、前記疎水基の存在により、上記のようなpHの変化によってイオン解離している基がイオン性を失うこととあいまって、瞬時に膜を析出させるという機能を高分子材料に付与している。この疎水基は、後述する本発明のマイクロレンズアレー製造方法において屈折率制御微粒子を吸着する能力があり、重合体に良好な分散機能を付与する。   Further, in order to have a function of lowering solubility or dispersibility in aqueous liquid due to pH change, it is preferable that the molecule has a hydrophilic group and a hydrophobic group, and the hydrophilic group includes a carboxyl group (anionic group). ), An ion-dissociating group such as an amino group (cationic group) is preferably introduced. For example, in the case of a polymer material having a carboxyl group, the carboxyl group is dissociated and dissolved in an aqueous liquid when the pH is alkaline, and the dissociated state disappears and the solubility is lowered and precipitates in the acidic region. In addition, the presence of the hydrophobic group gives the polymer material the function of instantly depositing a film, coupled with the loss of ionicity of the ion-dissociated group due to the change in pH as described above. . This hydrophobic group has the ability to adsorb refractive index control fine particles in the microlens array manufacturing method of the present invention described later, and imparts a good dispersion function to the polymer.

具体的には、疎水性基を有するモノマーからの単位(疎水性単位)とイオン解離する基を有するモノマーからの単位(イオン解離単位)を含み、前記疎水性単位とイオン解離性単位の和に対する疎水性単位の割合が55〜70%である共重合体(高分子材料)が好ましい。イオン解離する基としてはカルボキシル基、アミノ基、スルホ基、第4アンモニウム基等が挙げられる。   Specifically, it includes a unit from a monomer having a hydrophobic group (hydrophobic unit) and a unit from a monomer having a group capable of ion dissociation (ion dissociation unit), with respect to the sum of the hydrophobic unit and ion dissociation unit. A copolymer (polymer material) having a hydrophobic unit ratio of 55 to 70% is preferred. Examples of the ion dissociating group include a carboxyl group, an amino group, a sulfo group, and a quaternary ammonium group.

好ましい高分子材料としては例えば、1)アルケン、スチレン及びその誘導体ならびにビニルナフタレン及びその誘導体から選ばれるモノマー(疎水性基を有するモノマー)の1種以上と、2)イオン解離する酸性基を含有するモノマーの1種以上からの各構成単位を含む共重合体が好ましく用いられる。また、前記モノマーの他にさらに他のモノマー、例えばα,β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル(その他のモノマー)の1種以上からの各構成単位を含む共重合体が好ましく用いられる。   Preferred polymer materials include, for example, 1) one or more monomers selected from alkenes, styrene and derivatives thereof, and vinyl naphthalene and derivatives thereof (monomers having a hydrophobic group), and 2) an ion-dissociating acidic group. A copolymer containing each structural unit from one or more monomers is preferably used. In addition to the above-mentioned monomers, other monomers, for example, a copolymer containing each structural unit from one or more of α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acid alkyl ester (other monomers) are preferably used.

前記1)のモノマーである、アルケン、スチレン及びその誘導体ならびにビニルナフタレン及びその誘導体から選ばれるモノマーから構成される単位は疎水性が強く、顔料微粒子を強く吸着して顔料分散を安定化する。さらに前記構成単位はその疎水性により形成画像の耐水性に寄与し、また、画像部に堅牢性を与える。さらに前記構成単位は共重合体のイオン解離する酸性基を含有するモノマーのイオン解離機能の抑制にも影響を与える。
アルケンは炭素数が2〜20程度のものが好ましく、より好ましくは2〜10 であり、疎水性が大きく損なわれない限り他の置換基を有していてもよい。
スチレン及びこの誘導体としては、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレンや、これらのスチレン及びその誘導体のベンゼン環に疎水性を大きく損なわない置換基あるいはさらに疎水性を増す置換基が置換したものなどを挙げることができる。また、ビニルナフタレン及びその誘導体としては、ビニルナフタレンのほか、ナフタレン環に疎水性を大きく損なわない置換基あるいはさらに疎水性を増す置換基が置換したビニルナフタレンなどが挙げられる。
中でも、アルケン、スチレン及びその誘導体は、共重合体合成時の制御性が高く有用な疎水性モノマ−である。
Units composed of monomers selected from alkene, styrene and derivatives thereof, and vinyl naphthalene and derivatives thereof, which are monomers of 1), are highly hydrophobic and strongly adsorb pigment fine particles to stabilize pigment dispersion. Further, the structural unit contributes to the water resistance of the formed image due to its hydrophobicity, and also gives the image portion fastness. Furthermore, the structural unit also affects the suppression of the ion dissociation function of the monomer containing an acidic group capable of ion dissociation of the copolymer.
Alkenes preferably have about 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms, and may have other substituents as long as the hydrophobicity is not significantly impaired.
Styrene and its derivatives include styrene, α-methyl styrene, α-ethyl styrene, and the benzene ring of these styrene and its derivatives substituted with substituents that do not significantly impair the hydrophobicity or further increase the hydrophobicity. And so on. Examples of vinyl naphthalene and derivatives thereof include vinyl naphthalene, vinyl naphthalene in which the naphthalene ring is substituted with a substituent that does not significantly impair the hydrophobicity, or a substituent that further increases hydrophobicity.
Among them, alkene, styrene and derivatives thereof are useful hydrophobic monomers having high controllability during copolymer synthesis.

前記2)のモノマーである、イオン解離する酸性基を含有するモノマーからの構成単位は、共重合体をアルカリ性の水性媒体に溶解させる機能を有し、該モノマーとしては、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸が好ましく挙げられ、例えばメタクリル酸、アクリル酸、無水マレイン酸又はそのモノエステル、フマル酸又はそのモノエステル、イタコン酸又はそのモノエステル、クロトン酸などが挙げられる。特に、メタクリル酸、アクリル酸は前記機能の点からみて好ましい。   The constitutional unit from the monomer containing an acidic group capable of ion dissociation, which is the monomer of 2), has a function of dissolving the copolymer in an alkaline aqueous medium, and the monomer includes α, β-ethylenic monomers. Unsaturated carboxylic acid is mentioned preferably, for example, methacrylic acid, acrylic acid, maleic anhydride or its monoester, fumaric acid or its monoester, itaconic acid or its monoester, crotonic acid and the like. In particular, methacrylic acid and acrylic acid are preferable from the viewpoint of the above functions.

他のモノマーである、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステルからの構成単位は共重合体に屈曲性を与える成分である。α,β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステルのアルキル基は炭素数1〜20が好ましく、より好ましくは2〜10である。例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル等のマレイン酸エステル類、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル等のフマル酸エステル類等が挙げられる。   The structural unit from the α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acid alkyl ester, which is another monomer, is a component that imparts flexibility to the copolymer. The alkyl group of the α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acid alkyl ester preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms. For example, methacrylic acid esters such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate and butyl methacrylate, acrylic acid esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate and butyl acrylate, maleic acid esters such as dimethyl maleate and diethyl maleate And fumaric acid esters such as dimethyl fumarate and diethyl fumarate.

また、前記高分子材料は、架橋性基を導入することにより架橋可能な高分子材料とすることができ、マイクロレンズアレーとした後に熱処理を施して架橋させ、マイクロレンズアレーの機械的強度や耐熱性を向上させることができる。前記架橋性基としては、エポキシ基、ブロックイソシアネート基(イソシアネート基に変化しうる基を含む)、シクロカーボネート基、メラミン基等が挙げられる。
この点から、前記高分子材料として、例えば架橋性基を有する重合性モノマーとイオン解離する基を有するモノマーと疎水性基を有するモノマーとを共重合させたものも好適である。
In addition, the polymer material can be a polymer material that can be crosslinked by introducing a crosslinkable group. After the microlens array is formed, the polymer material is subjected to a heat treatment to be crosslinked, so that the mechanical strength and heat resistance of the microlens array are increased. Can be improved. Examples of the crosslinkable group include an epoxy group, a blocked isocyanate group (including a group that can be changed to an isocyanate group), a cyclocarbonate group, and a melamine group.
From this point, for example, a polymer material obtained by copolymerizing a polymerizable monomer having a crosslinkable group, a monomer having an ion dissociating group, and a monomer having a hydrophobic group is preferable.

前記架橋性基を有する重合性モノマーとしては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アジド、メタクリル酸2−(O−〔1’−メチルプロピリデンアミノ〕カルボキシアミノ)エチル〔昭和電工(株)製、商品名:カレンズMO1−BN〕、4−((メタ)アクリロイルオキシメチル)エチレンカーボネート、(メタ)アクリロイルメラミン、等が挙げられる。これらの架橋性基を有する重合性モノマーは、モノマーの種類によっても異なるが、一般には高分子材料中において1〜20モル%含まれる。   Examples of the polymerizable monomer having a crosslinkable group include glycidyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid azide, 2- (O- [1′-methylpropylideneamino] carboxyamino) ethyl methacrylate [Showa Denko]. Product name: Karenz MO1-BN], 4-((meth) acryloyloxymethyl) ethylene carbonate, (meth) acryloylmelamine, and the like. Although these polymerizable monomers having a crosslinkable group vary depending on the type of monomer, they are generally contained in an amount of 1 to 20 mol% in the polymer material.

前記高分子材料の重合度としては、6,000〜25,000の範囲が良好な着膜性能を得る点で好ましい。また、より好ましくは9,000〜20,000である。前記重合度が、6,000より低いと再溶解し易くなることがあり、25,000より高いと水系液体への溶解性が不十分となり、液体が濁ったり沈殿物が生じたりすることがある。   The degree of polymerization of the polymer material is preferably in the range of 6,000 to 25,000 in terms of obtaining good film forming performance. Moreover, More preferably, it is 9,000-20,000. If the degree of polymerization is lower than 6,000, it may be easily re-dissolved, and if it is higher than 25,000, solubility in an aqueous liquid may be insufficient, and the liquid may become cloudy or precipitate may be formed. .

また、前記高分子材料がカルボキシル基等のアニオン性基を有している場合、高分子材料の酸価としては、60〜300の範囲が良好な着膜特性が得られる点で好ましい。特に90〜195の範囲がより好ましい。前記酸価が、60より小さいと水系液体への溶解性が不十分となり、電解液の固形分濃度を適正値まで上げることができなくなったり、液体が濁ったり沈殿物が生じたり、液粘度が上昇したりすることがあり、300を超えると形成された膜が再溶解しやすくなることがある。   In addition, when the polymer material has an anionic group such as a carboxyl group, the acid value of the polymer material is preferably in the range of 60 to 300 in terms of obtaining good film forming characteristics. The range of 90-195 is more preferable. If the acid value is less than 60, the solubility in an aqueous liquid becomes insufficient, the solid content concentration of the electrolytic solution cannot be increased to an appropriate value, the liquid becomes cloudy or precipitates are formed, and the liquid viscosity is low. If it exceeds 300, the formed film may be easily dissolved again.

前記高分子材料は、それが溶解している電解液のpH値の変化に応じて、溶解状態あるいは分散状態から上澄みを発生して沈殿を生じる液性変化が、pH範囲領域2以内で生じることが好ましい。前記pH範囲領域が2以内であると、急峻なpH変化に対しても瞬時に膜の析出が可能となり、また析出する膜の凝集力が高く、電解液への再溶解速度が低減するなどの効果が優れている。これにより、各マイクロレンズアレーの形が整った高い集積度のマイクロレンズアレーが得られる。また、前記pH範囲領域が2より大きいと、十分な薄膜構造を得るための着膜速度の低下や、膜の耐水性の欠如(解像度の低下を招く)などが起こりやすい。より好ましい特性を得るには、前記pH範囲領域が1以内が好ましい。   The polymer material has a liquidity change within the pH range 2 in which a supernatant is generated from a dissolved state or a dispersed state to cause precipitation in accordance with a change in pH value of an electrolytic solution in which the polymer material is dissolved. Is preferred. When the pH range is within 2, the film can be instantly deposited even when abrupt pH changes, the cohesive force of the deposited film is high, and the re-dissolution rate in the electrolyte solution is reduced. The effect is excellent. Thereby, a highly integrated microlens array in which the shape of each microlens array is arranged is obtained. On the other hand, if the pH range is larger than 2, the film formation speed for obtaining a sufficient thin film structure, the lack of water resistance of the film (deteriorating the resolution) and the like are likely to occur. In order to obtain more preferable characteristics, the pH range is preferably 1 or less.

さらに、前記のごとき高分子材料が溶解した状態の電解液は、pH値の変化に対して沈殿を生じる状態変化が急峻に生じることのほか、さらに再溶解しにくいという特性を有していることが好ましい。この特性は、いわゆるヒステリシス特性といわれるもので、例えばアニオン性の高分子材料の場合にはpHが低下することにより急激に析出が起こるが、pHが上昇しても(例えば電着終了時あるいは光触媒着膜法における光照射停止時など)再溶解が急激に起こらず、析出状態が一定時間保持されることを意味する。一方、ヒステリシス特性を示さないものは、pHがわずかに上昇しても溶解度が上昇し、析出膜が再溶解しやすい。   In addition, the electrolyte solution in which the polymer material is dissolved as described above has characteristics that precipitation changes with respect to changes in pH value abruptly occurs, and further, it is difficult to re-dissolve. Is preferred. This characteristic is referred to as a so-called hysteresis characteristic. For example, in the case of an anionic polymer material, precipitation occurs abruptly as the pH decreases, but even if the pH increases (for example, at the end of electrodeposition or photocatalysis) This means that re-dissolution does not occur abruptly and the precipitation state is maintained for a certain time). On the other hand, those that do not exhibit hysteresis characteristics have increased solubility even when the pH is slightly increased, and the deposited film tends to be redissolved.

ヒステリシス特性を有する高分子材料は、親水基(イオン解離する基)と疎水基の種類やバランス、酸価、分子量等を適宜、調節することにより得られる。本発明に係る電解液に含まれる高分子材料は、薄膜形成性を損なわない限り、上記した材料を任意に組合わせて構成することができ、2種類以上のアニオン性分子の混合物のような同極性分子の混合物、あるいはアニオン性分子とカチオン性分子の混合物のような異極性分子の混合物が挙げられる。   A polymer material having hysteresis characteristics can be obtained by appropriately adjusting the type and balance of the hydrophilic group (ion-dissociating group) and the hydrophobic group, the acid value, the molecular weight, and the like. The polymer material contained in the electrolytic solution according to the present invention can be composed of any combination of the above materials as long as the thin film formability is not impaired, and can be the same as a mixture of two or more types of anionic molecules. Mention may be made of mixtures of polar molecules or mixtures of heteropolar molecules such as mixtures of anionic and cationic molecules.

(屈折率)
次に、マイクロレンズアレーを形成する際の屈折率制御について説明する。
マイクロレンズアレーは、上記の高分子材料などの膜形成材料のみからなるものでもよいが、この場合の屈折率は1.4〜1.6程度であるため、さらに屈折率の高いマイクロレンズアレーを得るためには電解液に高分子材料のほかに更に光透過性で屈折率の高い無機酸化物微粒子(屈折率制御材料)を分散させ、高分子材料と共に着膜させて膜自体の屈折率を制御することもできる。
(Refractive index)
Next, the refractive index control when forming the microlens array will be described.
The microlens array may be made of only a film-forming material such as the above-described polymer material, but since the refractive index in this case is about 1.4 to 1.6, a microlens array having a higher refractive index is used. In order to obtain this, in addition to the polymer material, in addition to the polymer material, inorganic oxide fine particles (refractive index control material) that are light transmissive and have a high refractive index are dispersed, and deposited together with the polymer material so that the refractive index of the film itself is increased. It can also be controlled.

前記無機酸化物微粒子としては、屈折率が1.8〜2.8程度のものを用いることが好ましく、例えば、TiO2、ZnO、ZrO2、ITO等がいずれも利用可能である。屈折率の制御範囲が大きいことと安定性が高いことからルチル型酸化チタン微粒子が好ましい。また、低屈折率を得る場合に、弗化マグネシウムに代表される弗素化合物が好適に使用できる。該無機酸化物微粒子の数平均粒子径としては、電解液への分散性及びマイクロレンズアレーの透明性の観点から、0.2〜150nmが好ましく、2〜20nmがより好ましい。前記数平均粒子径が、0.2nm未満であると該微粒子の製造及び電解液製造時のコストが高くなると共に、品質を安定させることが困難となることがあり、150nmを超えると例えば通信波長帯である1.5μmの1/10を超えるため、透明性の低下や内部乱反射を招いて透過光損失が増大することがある。また、その添加量は、マイクロレンズアレーに要求される屈折率及びマイクロレンズアレーの機械的強度等を考慮に入れて適宜決められる。なお、着膜性の高分子材料に置換基を付けて高分子の屈折率を変えるこも可能である。 As the inorganic oxide fine particles, those having a refractive index of about 1.8 to 2.8 are preferably used. For example, TiO 2 , ZnO, ZrO 2 , ITO and the like can be used. Rutile-type titanium oxide fine particles are preferred because they have a large refractive index control range and high stability. Moreover, when obtaining a low refractive index, a fluorine compound typified by magnesium fluoride can be preferably used. The number average particle diameter of the inorganic oxide fine particles is preferably from 0.2 to 150 nm, more preferably from 2 to 20 nm, from the viewpoint of dispersibility in the electrolyte and transparency of the microlens array. When the number average particle diameter is less than 0.2 nm, the production costs of the fine particles and the electrolyte solution may increase, and it may be difficult to stabilize the quality. Since it exceeds 1/10 of 1.5 μm which is a band, the loss of transmitted light and internal diffuse reflection may be caused and the transmitted light loss may increase. The amount of addition is appropriately determined in consideration of the refractive index required for the microlens array, the mechanical strength of the microlens array, and the like. It is also possible to change the refractive index of the polymer by attaching a substituent to the film-forming polymer material.

(導電率)
電解液の導電率は、着膜スピード、換言すれば着膜量に関連するものであり、導電率が高くなればなるほど一定時間に付着する膜の膜厚が厚くなり約20mS/cmで飽和する。したがって、高分子材料だけでは導電率が足りない場合には、着膜に影響を与えないイオン、例えばNH4 +イオンやCl-イオンを加えることで着膜スピードをコントロールすることができる。通常、電解液は、支持塩を加えて導電率を高める。電気化学の分野で一般的に使われる支持塩は、NaClやKCl等のアルカリ金属塩や、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、テトラエチルアンモニウムパークロレート(Et4NClO4)等のテトラアルキルアンモニウム塩が用いられる。本発明でもこれらの支持塩を使用できる。
(conductivity)
The conductivity of the electrolyte is related to the deposition speed, in other words, the amount of deposition, and the higher the conductivity, the thicker the film deposited in a given time and saturates at about 20 mS / cm. . Therefore, when the electrical conductivity is insufficient with the polymer material alone, the deposition speed can be controlled by adding ions that do not affect the deposition, such as NH 4 + ions or Cl ions. Usually, the electrolytic solution increases the conductivity by adding a supporting salt. Supporting salts generally used in the field of electrochemistry include alkali metal salts such as NaCl and KCl, and tetraalkylammonium salts such as ammonium chloride, ammonium nitrate, and tetraethylammonium perchlorate (Et 4 NClO 4 ). These supporting salts can also be used in the present invention.

(pH)
電解液のpHも当然ながら薄膜の形成に影響するものである。例えば、着膜前には着膜性分子の溶解度が飽和するような条件で着膜を行えば薄膜形成後には再溶解しにくい。ところが、未飽和状態の溶液のpHで膜の形成を行なうと、薄膜が形成されても、光照射を止めた途端に膜が再溶解し始める。したがって、溶解度が飽和するような溶液のpHで薄膜の形成を行なう方が望ましいことから、所望のpHに酸やアルカリを用いて電解液を調整することができる。
(PH)
Naturally, the pH of the electrolyte also affects the formation of the thin film. For example, if the film is deposited under the condition that the solubility of the film-forming molecule is saturated before the film is deposited, it is difficult to redissolve after the thin film is formed. However, when the film is formed at the pH of the unsaturated solution, even if a thin film is formed, the film starts to redissolve as soon as light irradiation is stopped. Therefore, since it is desirable to form the thin film at a pH of the solution that saturates the solubility, it is possible to adjust the electrolyte using acid or alkali at the desired pH.

特に、前記光電着法は、上記のように電解液のpHと析出開始点との関係を考慮したり、あるいはヒステリシス特性を有する電解液を用いることにより、低電圧での膜形成が可能である。
通常の電着塗装では70V以上の印加電圧をかけ、電解液のpH設定は電着材料の析出開始点よりかなり高いpH設定を行ないコルベ反応に基づく不可逆反応を電着基板上で起こさせることにより膜形成を行なっている。しかし、このような高電圧の膜形成においては気泡が発生する結果、電極表面の電界分布が不均一になって膜自体の膜質が不均一になったり、気泡の脱泡現象により膜表面に凹凸が生じたりして、解像度及び平滑性が良好な微細パターンを再現性よく形成することができない。一方、この場合は単に電圧を低くしても、電圧印加を停止すると直ちに膜が再溶解を起こし、解像度のよい微細なパターンを形成することはできない。これに対して、上記のような特性を有する電解液を用いることで、低電圧印加でも容易に析出し、電圧の印加を止めても直ぐに再溶解しないというメリットを有する。ここでいう電圧印加とは、光照射により光半導体薄膜に生ずる光起電力あるいはこれに補助的に足すバイアス電圧の和を意味する。印加電圧は9V以下が好ましく、より好ましくは5V以下である。光起電力だけで膜形成が可能な場合にはバイアス電圧の印加は不要である。なお、使用する半導体によっては、半導体のバンドギャップに依存した電圧以上のバイアス電圧を印加すると、光起電力の形成に必要な半導体と溶液の間のショトキーバリアが壊れてしまうという問題があり、印加できるバイアス電圧には限界がある。
In particular, the photodeposition method can form a film at a low voltage by considering the relationship between the pH of the electrolytic solution and the deposition start point as described above, or by using an electrolytic solution having hysteresis characteristics. .
In ordinary electrodeposition coating, an applied voltage of 70 V or more is applied, and the pH of the electrolyte is set to be considerably higher than the deposition start point of the electrodeposition material, thereby causing an irreversible reaction based on the Kolbe reaction on the electrodeposition substrate. Film formation is performed. However, in the formation of such a high voltage film, bubbles are generated, resulting in non-uniform electric field distribution on the electrode surface, non-uniform film quality, and irregularities on the film surface due to bubble defoaming. Or a fine pattern with good resolution and smoothness cannot be formed with good reproducibility. On the other hand, in this case, even if the voltage is simply lowered, the film re-dissolves immediately when the voltage application is stopped, and a fine pattern with good resolution cannot be formed. On the other hand, by using the electrolytic solution having the above characteristics, there is an advantage that it easily deposits even when a low voltage is applied and does not immediately re-dissolve even when the voltage application is stopped. The voltage application referred to here means the sum of the photovoltaic voltage generated in the optical semiconductor thin film by light irradiation or the bias voltage supplementarily added thereto. The applied voltage is preferably 9 V or less, more preferably 5 V or less. In the case where a film can be formed only by photovoltaic power, it is not necessary to apply a bias voltage. Depending on the semiconductor to be used, when a bias voltage higher than the voltage depending on the semiconductor band gap is applied, there is a problem that the Schottky barrier between the semiconductor and the solution necessary for the formation of photovoltaic power is broken, There is a limit to the bias voltage that can be applied.

本発明のマイクロレンズアレーの製造方法は、既述した光電着法又は光触媒着膜法を利用するものである。これらの方法による着膜は、得られる膜厚が光半導体薄膜に照射された光の量に対応するので、これを利用することで各マイクロレンズアレーの断面形状に対応した膜厚が得られるように、光半導体薄膜の選択領域に所定の調節した量の光を照射する。光電着法又は光触媒着膜法では微細なパターンを解像度よく形成することが可能なため、マイクロレンズアレーの集積度を向上させることができる。   The manufacturing method of the microlens array of the present invention uses the photodeposition method or the photocatalyst deposition method described above. Since the film thickness obtained by these methods corresponds to the amount of light irradiated to the optical semiconductor thin film, the film thickness corresponding to the cross-sectional shape of each microlens array can be obtained by using this film. Then, a predetermined adjusted amount of light is irradiated to a selected region of the optical semiconductor thin film. Since the photo-deposition method or the photocatalyst deposition method can form fine patterns with high resolution, the degree of integration of the microlens array can be improved.

光半導体薄膜への光の選択的照射は、フォトマスクを介しての光照射あるいはレーザー光照射等により行なうことができる。例えば、光が透過する各部分(以下、開口部ということがある。)が円形であるフォトマスクを通して光照射を行なった場合、光半導体薄膜に照射される光強度はフォトマスクの各開口部の円周縁部に相当する部分と中央部に相当する部分とでは、円周縁部に相当する部分の方が中央部に相当する部分よりも光強度が弱くなるという、各パターンにおける露光強度の差が生ずる。したがって、光半導体薄膜に生ずる光起電力においても、円周縁部に相当する部分と中央部に相当する部分とで光起電力に差が生じ、それに対応して形成される膜厚に差が生ずる。すなわち、得られる膜パターンは、円形の平面形状を有し、かつ断面形状における膜厚が円の周縁に向かって減少するレンズ様形状の膜が形成されることになる。   The selective irradiation of light to the optical semiconductor thin film can be performed by light irradiation through a photomask or laser light irradiation. For example, when light irradiation is performed through a photomask in which each portion through which light is transmitted (hereinafter also referred to as an opening) is circular, the light intensity applied to the optical semiconductor thin film is the light intensity of each opening in the photomask. There is a difference in exposure intensity in each pattern that the light intensity is weaker in the part corresponding to the circular peripheral part than the part corresponding to the central part in the part corresponding to the circular peripheral part and the part corresponding to the central part. Arise. Therefore, even in the photovoltaic power generated in the optical semiconductor thin film, a difference occurs in the photovoltaic power between the portion corresponding to the circumferential edge portion and the portion corresponding to the central portion, and the corresponding film thickness is generated. . That is, the obtained film pattern has a circular planar shape, and a lens-like film is formed in which the film thickness in the cross-sectional shape decreases toward the periphery of the circle.

前記フォトマスクにおいて、開口部を通って透過する光強度が開口部中央から円周縁部にかけて小さくなるように諧調性をもたせることにより、各レンズ断面の形状あるいは曲率を自由に制御することができる。例えば、フォトマスクの開口部に光を通さない微少なドットを形成し、このとき開口部の周縁から中心にかけてドットの密度を減少させることにより各開口部を通る光強度を中心から周縁に向けて減少させる方法により行なえる。その際、ドット密度の分布をレンズの曲率に対応した膜厚が形成されるように調節することができる。   In the photomask, the shape or curvature of each lens cross section can be freely controlled by providing gradation so that the intensity of light transmitted through the opening decreases from the center of the opening to the periphery of the circle. For example, a minute dot that does not transmit light is formed in the opening of the photomask, and at this time, the light intensity passing through each opening is directed from the center to the periphery by decreasing the density of the dots from the periphery to the center of the opening. This can be done by a method of decreasing. At that time, the distribution of the dot density can be adjusted so that a film thickness corresponding to the curvature of the lens is formed.

また、光半導体薄膜への選択的な光照射をレーザー光により行なった場合、レーザー光の照射強度をレンズ形状あるいは曲率に対応した膜厚が形成されるように変化させて照射することにより、設定したレンズ形状あるいは曲率を有するマイクロレンズアレーが得られるように制御することができる。   In addition, when selective light irradiation to the optical semiconductor thin film is performed with laser light, setting is performed by changing the irradiation intensity of the laser light so that a film thickness corresponding to the lens shape or curvature is formed. It is possible to control so as to obtain a microlens array having a lens shape or curvature.

また、レーザー光は、所定のレンズ形状パターンにしたがって変化する強度分布を有するもの、例えばレーザー光のガウシアンビーム、すなわちビームの中央部から周縁にかけて光強度が減少するレーザー光ビームをそのまま用いることにより、目的とするレンズ形状のパターンが得られる。ただし、マイクロレンズアレー層の形成を行なう前記光電着法では、光半導体薄膜の光照射された選択領域での界面でpH変化が起きることを利用しており、膜厚方向に方向性を持たせたpH分布を自由に形成できるものではないため、析出形成するマイクロレンズアレーの膜厚には限界がある。しかしながら後述するように、形成されたマイクロレンズアレー層に対して更に加熱すると共に減圧して塑性変形させることで、所望のレンズ形状あるいは曲率を有するマイクロレンズアレーを得ることが可能である。   Further, the laser light has an intensity distribution that changes according to a predetermined lens shape pattern, for example, a Gaussian beam of laser light, that is, a laser light beam whose light intensity decreases from the center to the periphery of the beam as it is, A target lens-shaped pattern is obtained. However, the photo-deposition method for forming a microlens array layer utilizes the fact that a pH change occurs at the interface of a light-irradiated selected region of the optical semiconductor thin film, and provides directionality in the film thickness direction. Since the pH distribution cannot be freely formed, there is a limit to the film thickness of the microlens array to be deposited. However, as will be described later, it is possible to obtain a microlens array having a desired lens shape or curvature by further heating and reducing the pressure to plastically deform the formed microlens array layer.

また、マイクロレンズアレーの透過率を向上させる観点からは、形成されたマイクロレンズアレーの表面に反射防止膜を施すことが好ましい。この反射防止膜の材料には、屈折率が低いSiO2が好ましく用いられる。また一般的には、空気に接する膜の、膜厚と屈折率の積で表される光学膜厚が、可視帯域の中心近くである波長の1/4又はその整数倍であることが好ましい。したがって、可視域(400nm〜700nm)で透明性を得る場合は、中心波長を550nmとした場合、屈折率が1.43のSiO2の場合には、反射防止膜の膜厚は96nm又はその整数倍とすることが好ましい。 Further, from the viewpoint of improving the transmittance of the microlens array, it is preferable to provide an antireflection film on the surface of the formed microlens array. As a material for the antireflection film, SiO 2 having a low refractive index is preferably used. In general, it is preferable that the optical film thickness represented by the product of the film thickness and the refractive index of the film in contact with air is ¼ of the wavelength near the center of the visible band or an integer multiple thereof. Therefore, when obtaining transparency in the visible region (400 nm to 700 nm), when the center wavelength is 550 nm, and SiO 2 having a refractive index of 1.43, the thickness of the antireflection film is 96 nm or an integer thereof. It is preferable to double.

膜形成工程では、電解液の液面から水が蒸発し、液面に高分子化合物等の固形分が析出して基板に付着して残渣となったり、該固形分が形成膜内に取りこまれて均一膜の形成を妨げる等の不都合を生ずることがあるので、電解液の液面近傍の相対湿度を50%以上に保つことが好ましい。また更に、マイクロレンズアレー層を析出形成する間は電解液に接触している側部において接触部分近傍で電解液が乾燥・付着し、薄く狭い帯状の乾燥残渣が残ることがあり、乾燥残渣が残った場合には側部を切除することも可能であるが、切除工程が加わるだけコストアップの要因となるので、膜形成用基板の電解液に接触する部分近傍の相対湿度を高めておくことが好ましい。この場合に乾燥残渣の発生を防止する点を加味すると相対湿度を70%以上に保つことが好ましい。
すなわち例えば、マイクロレンズアレー層の形成後に更に洗浄を行なう場合には、基板近傍の相対湿度を、少なくとも電着膜を形成した基板を電解液から引き上げる直前から洗浄が終了するまでの間一貫して50%以上に保つことが好ましい。更には70%以上に保つことで、基板側部に狭い帯状の乾燥残渣が生ずることも有効に防止することができる。
In the film formation process, water evaporates from the liquid surface of the electrolytic solution, and solids such as polymer compounds are deposited on the liquid surface and adhere to the substrate to form residues, or the solids are taken into the formed film. In rare cases, it may cause inconveniences such as preventing the formation of a uniform film. Therefore, it is preferable to maintain the relative humidity in the vicinity of the electrolyte surface at 50% or more. Furthermore, during the deposition of the microlens array layer, the electrolyte may dry and adhere near the contact portion on the side that is in contact with the electrolyte, leaving a thin, narrow strip of dry residue. If it remains, it is possible to cut the side, but since the cost increases as the cutting process is added, the relative humidity in the vicinity of the part in contact with the electrolyte of the film forming substrate should be increased. Is preferred. In this case, it is preferable to keep the relative humidity at 70% or higher in consideration of preventing the generation of dry residue.
That is, for example, when further cleaning is performed after the microlens array layer is formed, the relative humidity in the vicinity of the substrate is consistently maintained at least from immediately before the substrate on which the electrodeposited film is formed is lifted from the electrolytic solution until the cleaning is completed. It is preferable to keep it at 50% or more. Furthermore, by maintaining the ratio at 70% or more, it is possible to effectively prevent the formation of a narrow strip-like residue on the side of the substrate.

−洗浄工程−
前記膜形成工程と後述の成形工程の間には洗浄工程を設けることができる。
上記のようにしてマイクロレンズアレー層が形成された膜形成用基板には、表面張力等によって不要な電解液が付着しているので、マイクロレンズアレー層に打撃圧力が加わって損傷が生じたり、乾燥固着することがないように洗浄することが望ましい。
-Washing process-
A cleaning step can be provided between the film forming step and a molding step described later.
The film forming substrate on which the microlens array layer is formed as described above has an unnecessary electrolytic solution attached due to surface tension or the like, so that the impact pressure is applied to the microlens array layer, resulting in damage, It is desirable to wash so as not to dry and stick.

洗浄方法としては、純水等の水系液への浸漬や流水、水系液や加湿空気の噴出・噴射による方法などが挙げられ、好ましくは水系液若しくは加湿空気を0.01〜1000KPaの低圧に加圧供給して、膜形成用基板の表面に付着した電解液をノズルを用いて除去するようにすることができる。この詳細については、特開2002−317297号公報に記載がある。   Examples of the cleaning method include immersion in pure water or other aqueous liquids, flowing water, and a method of jetting or jetting aqueous liquids or humidified air. Preferably, the aqueous liquid or humidified air is applied to a low pressure of 0.01 to 1000 KPa. By supplying pressure, the electrolytic solution adhering to the surface of the film forming substrate can be removed using a nozzle. Details thereof are described in JP-A No. 2002-317297.

−成形工程−
膜形成用基板にマイクロレンズアレー層が形成された後、(場合により洗浄工程を経た後に)さらにマイクロレンズアレー層を加熱すると共に減圧することによって粘性流体状にし、塑性変形させる。本工程により、所望のレンズ形状、曲率に制御されたマイクロレンズアレーに成形することができる。
-Molding process-
After the microlens array layer is formed on the film formation substrate, the microlens array layer is further heated and depressurized to form a viscous fluid and plastically deformed (possibly after a cleaning step). By this step, it can be formed into a microlens array controlled to have a desired lens shape and curvature.

本工程における加熱は、50〜200℃の温度とする。膜形成工程で得られたマイクロレンズアレー層は既述の高分子材料(膜形成材料)を主としてなり、流動開始温度以上に加熱されることで粘弾性系流体となる。ここで、流動開始温度とは、高分子材料試験法(「高分子工学講座14」364〜369頁、(社)高分子学会編集、(株)地人書館、昭和38年発行)に記載されている「流出開始温度」を意味する。本発明で好適な高分子材料は、概ね50〜200℃の範囲に流動開始温度を有するものであり、好ましくは80〜150℃の範囲にあるものが望ましい。この場合には、80〜150℃の範囲で加熱することができる。   The heating in this step is set to a temperature of 50 to 200 ° C. The microlens array layer obtained in the film forming step is mainly composed of the above-described polymer material (film forming material), and becomes a viscoelastic fluid by being heated to a flow start temperature or higher. Here, the flow start temperature is described in a polymer material test method (“Polymer Engineering Course 14”, pages 364 to 369, edited by the Society of Polymer Science, Jinjinshokan, published in 1963). It means “outflow start temperature”. The polymer material suitable for the present invention has a flow initiation temperature in the range of approximately 50 to 200 ° C, preferably in the range of 80 to 150 ° C. In this case, it can heat in the range of 80-150 degreeC.

流動開始温度以上に加熱されたマイクロレンズアレー層は、徐々に粘弾性系流体へと変わり、更に加熱すると弾性が弱まり粘性流体となり、塑性変形がなされる。加熱と共に減圧をも行なうことで、塑性変形を同温度の大気圧下に比べてより速く、しかも形状・曲率等をコントロールしながら行なうことができる。   The microlens array layer heated to the flow start temperature or more gradually changes into a viscoelastic fluid, and when further heated, the elasticity becomes weak and becomes a viscous fluid, which is plastically deformed. By performing pressure reduction as well as heating, plastic deformation can be performed faster than under atmospheric pressure at the same temperature, and while controlling the shape, curvature, and the like.

粘性流体となったマイクロレンズアレー層を構成する膜形成材料(高分子を含む)は、高分子や他の膜形成材料間のファンデルワールス力を受けて表面積を小さくするように流動し、これにより形状変化を生ずると共に更に重力の影響をも受けることを利用して、該マイクロレンズアレー層が、膜形成用基板の重力方向側の面(下面)に形成されているときには重力方向に垂れて突起状、つまり曲率の大きいマイクロレンズアレーに成形することができ、膜形成用基板の重力方向と逆側の面(上面)に形成されているときには扁平な形状、つまり曲率の緩いマイクロレンズアレーに成形することができる。その後、常温に冷却すると共に大気圧に戻すことで形状の変化は停止する。   The film-forming materials (including polymers) that make up the microlens array layer that has become a viscous fluid flow to reduce the surface area by receiving van der Waals forces between the polymer and other film-forming materials. By utilizing the fact that the microlens array layer is formed on the surface (lower surface) on the gravity direction side of the film forming substrate by utilizing the fact that the microlens array layer is also affected by gravity due to the shape change caused by It can be formed into a microlens array with protrusions, that is, a large curvature, and when formed on the surface (upper surface) opposite to the direction of gravity of the film forming substrate, it becomes a flat shape, that is, a microlens array with a loose curvature. Can be molded. Thereafter, the shape change is stopped by cooling to room temperature and returning to atmospheric pressure.

以上のように、加熱と減圧とによる層の流動性を利用することで、マイクロレンズアレーの前駆形態であるマイクロレンズアレー層から所望のレンズ曲率となった曲率部位を形成できる。そして、温度及び圧力の程度を所望に応じて適宜制御することにより、最終的に形成されるマイクロレンズアレーの形状や曲率を任意に制御し、特に集光効率の高い曲率での成形が可能となる。   As described above, by utilizing the fluidity of the layer by heating and decompression, a curvature portion having a desired lens curvature can be formed from the microlens array layer which is a precursor form of the microlens array. And by appropriately controlling the degree of temperature and pressure as desired, the shape and curvature of the microlens array to be finally formed can be arbitrarily controlled, and molding with a particularly high light collection efficiency is possible. Become.

上記のように析出形成されたマイクロレンズアレー層が散乱性を有して光透過性が不十分である場合には、マイクロレンズアレー層を構成する高分子材料のガラス転移点以上に加熱するようにしてもよい。これにより、層内の空隙を除去して光透過性を向上させることができる。   When the microlens array layer deposited as described above has scattering properties and light transmission is insufficient, the microlens array layer is heated above the glass transition point of the polymer material constituting the microlens array layer. It may be. Thereby, the space | gap in a layer can be removed and light transmittance can be improved.

上記のように本工程では50〜200℃に加熱を行なうが、この加熱温度が、50℃未満である場合には、本発明で好適な高分子材料の流動開始温度に達せず若しくは弾性状態に留まり、変形が成されない。一方、200℃を超える場合には、マイクロレンズアレーは焦げて変色するので好ましくない。上記温度範囲の中でも特に、80〜150℃が好ましい。前記加熱温度が、80℃未満である場合は塑性変形に長時間を要し、製造タクトタイムが長く製造コストが高くなることがあり、150℃を超える場合は常温に冷却する際の温度分布から形状バラツキを生じ易くなることがある。   As described above, in this step, heating is performed at 50 to 200 ° C. When the heating temperature is lower than 50 ° C., the flow starting temperature of the polymer material suitable for the present invention is not reached or the elastic state is achieved. Stays and does not deform. On the other hand, when it exceeds 200 ° C., the microlens array is burnt and discolored, which is not preferable. Among the above temperature range, 80 to 150 ° C. is particularly preferable. When the heating temperature is less than 80 ° C., it takes a long time for plastic deformation, the production tact time may be long and the production cost may be high, and when it exceeds 150 ° C., the temperature distribution at the time of cooling to room temperature It may become easy to produce shape variation.

また、上記のように本工程では0.1〜100kPaに減圧し、これにより変形は加速されるが、前記減圧下での圧力が、0.1Pa未満である場合には、粘性が低過ぎて形状制御が困難であるばかりでなく、減圧に時間が掛かり製造コストが高くなるため現実的でなく、100kPaを超える場合には、大気圧と変わらない若しくは大気圧に比べ加圧となるために流動効果が得られない。上記範囲の中でも特に1〜10kPaが好ましく、この範囲に減圧すると粘性が適度で形状制御を行ないやすく好適である。   In addition, as described above, in this step, the pressure is reduced to 0.1 to 100 kPa, whereby the deformation is accelerated. However, when the pressure under the reduced pressure is less than 0.1 Pa, the viscosity is too low. Not only is shape control difficult, but it is not realistic because it takes a long time to reduce pressure and the manufacturing cost increases, and when it exceeds 100 kPa, it flows because it is not different from atmospheric pressure or is pressurized compared to atmospheric pressure. The effect is not obtained. Among these ranges, 1 to 10 kPa is particularly preferable. When the pressure is reduced to this range, the viscosity is moderate and shape control is easy to perform.

[マイクロレンズアレーの製造装置]
本発明のマイクロレンズアレーの製造装置は、既述した下記光電着法又は光触媒着膜法によってマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、膜形成手段によって形成されたマイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱する加熱手段と、膜形成手段によって形成されたマイクロレンズアレー層を0.1〜100kPaに減圧して塑性変形させる減圧手段と、で構成したものである。
[Microlens array manufacturing equipment]
The apparatus for producing a microlens array of the present invention includes a film forming unit for forming a microlens array layer by the following photodeposition method or photocatalyst deposition method described above, and a microlens array layer formed by the film formation unit by 50 to 50. A heating means for heating to 200 ° C. and a pressure reducing means for plastically deforming the microlens array layer formed by the film forming means by reducing the pressure to 0.1 to 100 kPa.

前記膜形成手段においては、(1)光電着法による場合には、pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させ、あるいは(2)光触媒着膜法による場合には、pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させることにより、マイクロレンズアレー層が形成される。これにより、既述の通り簡便かつ低コストに集積度の高いマイクロレンズアレーを構成するマイクロレンズアレー層を形成することができる。   In the film forming means, (1) in the case of the photo-deposition method, the electrolysis method is applied to an insulating substrate containing an aqueous electrolyte solution containing a film forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid is lowered due to a change in pH. The selected region of the optical semiconductor thin film is irradiated with light in a state where the film forming substrate in which the thin film and the optical semiconductor thin film having a photovoltaic function are sequentially provided from the substrate side is arranged so that the optical semiconductor thin film is in contact As a result, a voltage is applied between the selected region and the counter electrode to deposit the film forming material on the selected region, or (2) in the case of the photocatalytic film deposition method, dissolution in an aqueous liquid is caused by a change in pH. A conductive electrolyte thin film and an optical semiconductor thin film having a photovoltaic function in contact with the conductive thin film are sequentially provided from the substrate side in an aqueous electrolyte containing a film-forming material with reduced properties or dispersibility. And The photoconductive semiconductor thin film is disposed in a state in which the electroconductive thin film is placed in a state where at least the photoconductive thin film is in contact with the electroconductive thin film and the electroconductive thin film is energized with the aqueous electrolyte. By irradiating the selected region with light, the film forming material is deposited on the selected region, thereby forming a microlens array layer. As a result, a microlens array layer that constitutes a highly integrated microlens array can be formed easily and at low cost as described above.

膜形成手段は、例えば図2に示すように好適に構成することができる。図2は、光電着法によって光半導体薄膜の選択領域にマイクロレンズアレー層を形成する電着装置の構成例を示す概略断面図である。すなわち、図2に示すように、紫外線を照射するための図示しない光源並びに光源から照射方向に向かって順次設けられ、受けた光を結像するための第二の結像光学レンズ11及び第一の結像光学レンズ13を備えた結像光学系と、第一の結像光学レンズ13と第二の結像光学レンズ11との間に設けられたフォトマスク12と、電解液20を収納する電着漕14と、バイアス電圧を印加するポテンショスタット17と、収納された電解液20と接触可能なように電着漕に配置された対向電極15及びリファレンス電極としての飽和カロメル電極16と、で構成することができる。マイクロレンズアレー層が形成される膜形成用基板は電着漕14の上部開口部に配置され、その導電性薄膜2並びに対向電極15及び飽和カロメル電極16は各々ポテンショスタット17と電気的に接続されている。このとき、膜形成用基板(光半導体薄膜)は、対向電極に対する作用電極として機能している。
また、上記の電着装置は、前記結像光学系に代えてミラー反射光学系を用いて構成することも可能である。
The film forming means can be suitably configured, for example, as shown in FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electrodeposition apparatus for forming a microlens array layer in a selected region of an optical semiconductor thin film by a photoelectric deposition method. That is, as shown in FIG. 2, a light source (not shown) for irradiating ultraviolet rays and a second image-forming optical lens 11 and a first light source that are sequentially provided from the light source toward the irradiation direction and image the received light. An imaging optical system including the imaging optical lens 13, a photomask 12 provided between the first imaging optical lens 13 and the second imaging optical lens 11, and the electrolytic solution 20 are accommodated. An electrodeposition electrode 14, a potentiostat 17 for applying a bias voltage, a counter electrode 15 disposed on the electrodeposition electrode so as to be in contact with the stored electrolyte 20, and a saturated calomel electrode 16 as a reference electrode. Can be configured. The film-forming substrate on which the microlens array layer is formed is disposed in the upper opening of the electrodeposition electrode 14, and the conductive thin film 2, the counter electrode 15, and the saturated calomel electrode 16 are each electrically connected to the potentiostat 17. ing. At this time, the film forming substrate (photo semiconductor thin film) functions as a working electrode for the counter electrode.
Further, the above electrodeposition apparatus can be configured using a mirror reflection optical system instead of the imaging optical system.

このような構成に図1に示す構成の膜形成用基板5を用いた場合は、マイクロレンズアレー層を形成するための膜形成用基板5を光半導体薄膜3が電解液20と接触するように電着漕14に配置すると共にポテンショスタット(印加手段)17を用いてバイアス電圧を印加し(光起電力のみで必要な電着電圧が得られるときにはバイアス電圧を印加する印加手段は省略することができる。)、この状態で膜形成用基板5の光半導体薄膜3に結像/ミラー反射光学系を通過したパターン光が選択的に結像されると、パターン光が結像された選択領域と対向電極5との間に光起電力が生じて該選択領域にマイクロレンズアレー層が形成される。これにより、短い露光時間で微細なマイクロレンズアレー層を形成することができる。   When the film forming substrate 5 having the structure shown in FIG. 1 is used in such a structure, the optical semiconductor thin film 3 is in contact with the electrolytic solution 20 on the film forming substrate 5 for forming the microlens array layer. A bias voltage is applied by using a potentiostat (applying means) 17 while being placed on the electrodeposition electrode 14 (the application means for applying the bias voltage may be omitted when a necessary electrodeposition voltage can be obtained only by photovoltaic power). In this state, when the pattern light that has passed through the imaging / mirror reflection optical system is selectively imaged on the optical semiconductor thin film 3 of the film forming substrate 5, the selected region on which the pattern light is imaged A photovoltaic force is generated between the counter electrode 5 and a microlens array layer is formed in the selected region. Thereby, a fine microlens array layer can be formed in a short exposure time.

上記の結像光学系を構成する第二の結像光学レンズ11と、膜形成用基板5を構成する絶縁性の基板(光透過性)1との距離は、取扱い上の観点から1mm〜50cmの範囲が好ましく、また、第二の結像光学レンズの焦点深度としては、精度と取扱い上の点で±10〜±100μmの範囲であるのが好ましい。   The distance between the second imaging optical lens 11 constituting the imaging optical system and the insulating substrate (light transmissive) 1 constituting the film forming substrate 5 is 1 mm to 50 cm from the viewpoint of handling. In addition, the depth of focus of the second imaging optical lens is preferably in the range of ± 10 to ± 100 μm in terms of accuracy and handling.

また、装置構成上フォトマスクと光半導体薄膜とを近接させることが可能な場合には、上記のような結像光学系やミラー反射光学系を備えた装置を用いる必要はなく、平行光あるいは密着型の露光装置により光照射をすることができる。   In addition, when the photomask and the optical semiconductor thin film can be brought close to each other due to the device configuration, it is not necessary to use a device equipped with an imaging optical system or a mirror reflection optical system as described above, and parallel light or close contact Light irradiation can be performed by a mold exposure apparatus.

光照射に用いる光源としては、例えば、水銀灯、水銀キセノンランプ、高圧水銀ランプ等が挙げられる。また、光源にHg−Xeの均一照射光源を用いる場合は、例えば図2に示す結像/ミラー反射光学系に代えてHg−Xe均一照射光源を膜形成用基板5の上部に配置し、かつフォトマスクを膜形成用基板5の絶縁性基板1に密着させ、あるいは密着させると共に絶縁性の基板厚を0.2mm以下することによって、光の回折を防いで集積度の高いマイクロレンズアレー層の形成が可能となる。   Examples of the light source used for light irradiation include a mercury lamp, a mercury xenon lamp, and a high-pressure mercury lamp. When a Hg—Xe uniform irradiation light source is used as the light source, for example, instead of the imaging / mirror reflection optical system shown in FIG. 2, an Hg—Xe uniform irradiation light source is arranged on the upper part of the film forming substrate 5, and A photomask is brought into close contact with the insulating substrate 1 of the film-forming substrate 5, and the insulating substrate thickness is reduced to 0.2 mm or less, thereby preventing light diffraction and providing a highly integrated microlens array layer. Formation is possible.

長時間にわたる露光が可能な場合には安価な走査型レーザ書き込み装置によっても光照射は可能である。この場合には、図2に示す結像/ミラー反射光学系及びフォトマスクに代えて、He−Cdレーザ等のレーザ光照射のための走査型レーザー書き込み装置を用いることができる。レーザビームとしては、ガウシアンビーム、すなわちビーム中心ほど光強度が強く中心から周縁に広がるに従って弱くなるものを用い、レーザ光をON/OFFすることで所定の位置にレーザ光を照射させると、ビーム径に従って曲率等が定まるマイクロレンズがアレー状に形成される。このほか、パターン解像度の許す範囲ならばプロキシミティ型露光装置も使用可能である。   When exposure over a long period of time is possible, light irradiation is possible even with an inexpensive scanning laser writing apparatus. In this case, instead of the imaging / mirror reflection optical system and the photomask shown in FIG. 2, a scanning laser writing device for laser beam irradiation such as a He—Cd laser can be used. As the laser beam, a Gaussian beam, that is, a beam whose intensity is stronger at the center of the beam and becomes weaker as it spreads from the center to the periphery, and when the laser beam is irradiated to a predetermined position by turning on / off the laser beam, Accordingly, microlenses whose curvature and the like are determined are formed in an array. In addition, a proximity type exposure apparatus can be used as long as the pattern resolution allows.

上記では、膜形成用基板5の絶縁性基板1側から光照射を行なう場合を説明したが、光半導体薄膜3側から露光するようにしてもよい。光半導体薄膜側から露光する場合には、膜形成用基板5は電解液中に浸漬されることになるが、本発明に係る電解液は照射される紫外線を吸収しないように構成され、電解液を通して光半導体薄膜3に光照射することができる。しかし、膜成長して膜厚が厚くなってくると光の吸収が無視できなくなりレンズ形状とするのが困難になるため、絶縁性基板側から光照射するようにすることが望ましい。   Although the case where light irradiation is performed from the insulating substrate 1 side of the film forming substrate 5 has been described above, the exposure may be performed from the optical semiconductor thin film 3 side. In the case of exposure from the optical semiconductor thin film side, the film-forming substrate 5 is immersed in the electrolytic solution, but the electrolytic solution according to the present invention is configured so as not to absorb the irradiated ultraviolet rays. The optical semiconductor thin film 3 can be irradiated with light. However, as the film grows and becomes thicker, light absorption cannot be ignored and it becomes difficult to form a lens shape. Therefore, it is desirable to irradiate light from the insulating substrate side.

また一方、光触媒着膜法による場合には、例えば図2に示す電着装置などに設けられた、バイアス電圧を印加するポテンショスタット17並びに対向電極15及びリファレンス電極16を除いて同様に構成することができる。この構成の装置を用いてマイクロレンズアレーを作製するときには、膜形成用基板5を構成する導電性薄膜2と光半導体薄膜3とを接するように設けると共に、導電性薄膜2が電解液に導通するように構成されていることが必要である。   On the other hand, in the case of the photocatalyst deposition method, for example, the same configuration except for the potentiostat 17 for applying a bias voltage, the counter electrode 15 and the reference electrode 16 provided in the electrodeposition apparatus shown in FIG. Can do. When a microlens array is manufactured using an apparatus having this configuration, the conductive thin film 2 and the optical semiconductor thin film 3 constituting the film forming substrate 5 are provided in contact with each other, and the conductive thin film 2 is electrically connected to the electrolytic solution. It is necessary to be configured as follows.

本発明に係る加熱手段は、前記膜形成手段によって形成されたマイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱するものである。形成されたマイクロレンズアレー層を構成する成分に応じて、所望の温度に加熱することによってマイクロレンズアレー層を軟化させることができる。   The heating means according to the present invention heats the microlens array layer formed by the film forming means to 50 to 200 ° C. The microlens array layer can be softened by heating to a desired temperature in accordance with the components constituting the formed microlens array layer.

上記温度範囲において、個々の成分構成により好適な温度域は異なるが、マイクロレンズアレー層が軟化する流動開始温度以上であって常圧下では未だ自己流動しない程度に加熱すればよい。この状態にして後述する成形手段により更に減圧することで速やかに塑性変形させることができ、マイクロレンズアレー層を所望の曲率に制御されたマイクロレンズアレーに成形することができる。   In the above temperature range, a suitable temperature range differs depending on the individual component structure, but it may be heated to a temperature not lower than the flow start temperature at which the microlens array layer is softened and still not self-flowing under normal pressure. In this state, it is possible to quickly plastically deform by further reducing the pressure by a molding means described later, and the microlens array layer can be molded into a microlens array controlled to a desired curvature.

加熱手段としては特に制限はなく、ヒータや温風等の公知の加熱器から適宜選択して用いることができる。加熱は、膜形成用基板を直接加熱するようにしてもよいし、好ましくは室内の雰囲気温度を所望の温度域に調節して間接的に加熱するようにすることができる。   There is no restriction | limiting in particular as a heating means, It can select suitably from well-known heaters, such as a heater and a warm air, and can use. The heating may be performed by directly heating the film-forming substrate, or preferably by indirectly adjusting the room temperature to a desired temperature range.

本発明に係る減圧手段は、前記膜形成手段によって形成されたマイクロレンズアレー層を上記の加熱下で0.1〜100kPaに減圧して塑性変形させるものである。膜形成用基板のマイクロレンズアレー層が形成された側を重力方向もしくはその逆方向などの所望の方向に向けて配置した状態で、加熱の程度に応じて所望の圧力に減圧することによってマイクロレンズアレー層を所望の曲率に変形させることができる。   The decompression unit according to the present invention is a unit that plastically deforms the microlens array layer formed by the film formation unit by reducing the pressure to 0.1 to 100 kPa under the above heating. The microlens is depressurized to a desired pressure in accordance with the degree of heating in a state where the side on which the microlens array layer is formed of the film forming substrate is arranged in a desired direction such as the gravity direction or the opposite direction. The array layer can be deformed to a desired curvature.

上記減圧範囲において、加熱温度や軟化の程度等により好適な圧力域は異なるが、加熱温度との関係で塑性変形可能なように適宜選択すればよい。減圧手段としては特に制限はなく、ロータリーポンプ等の公知の減圧器から適宜選択して用いることができる。   In the above-described reduced pressure range, a suitable pressure range varies depending on the heating temperature, the degree of softening, etc., but may be appropriately selected so that plastic deformation is possible in relation to the heating temperature. There is no restriction | limiting in particular as a decompression means, It can select suitably from well-known decompressors, such as a rotary pump, and can use.

本発明において、減圧手段を用いた塑性変形は加熱下で行なう必要があるため、加熱手段と減圧手段とは同室内に設けることが好ましい。例えば、一つの室に加熱器と減圧器とを設け、該室内を予め所望の温度に加熱しておき、膜形成手段によりマイクロレンズアレー層が形成された膜形成用基板を加熱された室内に配置した後に密閉すると共に減圧して(必要に応じて加熱しながら)所望の圧力状態とすることができる。   In the present invention, since the plastic deformation using the decompression means needs to be performed under heating, the heating means and the decompression means are preferably provided in the same chamber. For example, a heater and a decompressor are provided in one chamber, the chamber is heated to a desired temperature in advance, and the film forming substrate on which the microlens array layer is formed by the film forming means is placed in the heated chamber. After placement, it can be sealed and depressurized (with heating if necessary) to achieve a desired pressure state.

また、加熱手段又は減圧手段が設けられた各室、あるいは加熱手段及び減圧手段が設けられた室には、加熱時の温度を計測する温度センサ、及び温度センサで計測された温度が50〜200℃となるように加熱手段を制御する温度制御手段を更に設けることが好ましい。これにより、加熱する空間又は対象を所望の温度にコントロールでき、適正な曲率に容易に制御することが可能となる。   Further, in each chamber provided with heating means or decompression means, or in a chamber provided with heating means and decompression means, a temperature sensor that measures the temperature during heating, and the temperature measured by the temperature sensor is 50 to 200. It is preferable to further provide a temperature control means for controlling the heating means so that the temperature becomes ° C. Thereby, the space or object to be heated can be controlled to a desired temperature, and can be easily controlled to an appropriate curvature.

また更に、加熱手段又は減圧手段が設けられた各室、あるいは加熱手段及び減圧手段が設けられた室には、上記の温度センサ及び温度制御手段とは別にあるいはこれらと共に、減圧時の圧力を計測する圧力センサ、及び圧力センサで計測された圧力が0.1〜100kPaとなるように減圧手段を制御する圧力制御手段を更に設けることが好ましい。これにより、減圧する空間を所望の圧力にコントロールでき、適正な曲率に容易に制御することが可能となる。   Furthermore, in each chamber provided with heating means or pressure reducing means, or in a chamber provided with heating means and pressure reducing means, the pressure at the time of pressure reduction is measured separately from or together with the above temperature sensor and temperature control means. It is preferable to further provide a pressure sensor that controls the pressure reducing means so that the pressure measured by the pressure sensor is 0.1 to 100 kPa. Thereby, the space to be depressurized can be controlled to a desired pressure, and can be easily controlled to an appropriate curvature.

上記した温度センサ、温度制御手段、圧力センサ、及び圧力制御手段については、公知のものから適宜選択することができる。
また、これらの温度センサ(26)及び圧力センサ(25)、並びに加熱手段(加熱器28)、減圧手段(減圧器27)、ポテンショスタット(17)、図示しない光源、加湿器(18)、湿度センサ(19)、洗浄装置(21)、及び乾燥装置(22)等は、膜形成工程や成膜工程、洗浄工程等の各工程での動作を制御する制御装置(30)に電気的に接続されており(カッコ内の数字は図3中の符号を示す)、自動制御されて作動するようになっている。なお、膜形成工程や成膜工程などの各工程によりマイクロレンズアレーを製造する具体的な製造方法については、下記実施例にて詳細に説明する。
The above-described temperature sensor, temperature control means, pressure sensor, and pressure control means can be appropriately selected from known ones.
These temperature sensors (26) and pressure sensors (25), heating means (heater 28), pressure reducing means (pressure reducing device 27), potentiostat (17), light source not shown, humidifier (18), humidity The sensor (19), cleaning device (21), drying device (22), etc. are electrically connected to the control device (30) that controls the operation in each process such as the film forming process, film forming process, and cleaning process. (The numbers in parentheses indicate the symbols in FIG. 3), and are automatically controlled to operate. In addition, the specific manufacturing method which manufactures a microlens array by each process, such as a film formation process and a film-forming process, is demonstrated in detail in the following Example.

以下、本発明のマイクロレンズアレーの製造装置の具体的な一例を図3を参照して説明する。
図3に示すマイクロレンズアレーの製造装置は、光電着法による膜形成工程及び洗浄工程を行なう成膜洗浄室101と、乾燥工程を行なう乾燥室102と、成形工程を行なう成形室103とが、各室ごとに区画されると共に、連続的に各工程処理が可能なように配置されて製造ブース100として構築したものである。なお、製造ブース100内の成膜洗浄室101、乾燥室102、及び成形室103の各室には、隣接室間で膜形成用基板を搬入出するための搬入出口と該搬入出口を閉塞する扉(いずれも不図示)が設けられている。
A specific example of the microlens array manufacturing apparatus of the present invention will be described below with reference to FIG.
The microlens array manufacturing apparatus shown in FIG. 3 includes a film formation cleaning chamber 101 that performs a film formation process and a cleaning process by a photo-deposition method, a drying chamber 102 that performs a drying process, and a molding chamber 103 that performs a molding process. Each room is partitioned and arranged so that each process can be continuously performed, and the manufacturing booth 100 is constructed. It should be noted that the film forming cleaning chamber 101, the drying chamber 102, and the molding chamber 103 in the manufacturing booth 100 are closed with a loading / unloading port for loading and unloading a film forming substrate between adjacent chambers. A door (both not shown) is provided.

成膜洗浄室101は、マイクロレンズアレー層を形成する電着装置10と、膜形成用基板に付着した不要な電解液を除去する洗浄装置21と、膜形成用基板5近傍の相対湿度を50%以上に保つための加湿器18及び湿度センサ19とで構成されている。加湿器18及び湿度センサ19は制御装置30と接続されており、少なくともマイクロレンズアレー層が形成された膜形成用基板5を電解液から引き上げる直前から洗浄が終了するまでの間において所定の相対湿度(50%以上)に保ち得るようになっている。   The film-forming cleaning chamber 101 includes an electrodeposition apparatus 10 that forms a microlens array layer, a cleaning apparatus 21 that removes unnecessary electrolytic solution adhering to the film-forming substrate, and a relative humidity of 50 near the film-forming substrate 5. It is comprised with the humidifier 18 and the humidity sensor 19 for keeping at% or more. The humidifier 18 and the humidity sensor 19 are connected to the control device 30, and at least a predetermined relative humidity between immediately before the film forming substrate 5 on which the microlens array layer is formed is pulled up from the electrolytic solution until the cleaning is completed. (50% or more) can be maintained.

また、電着装置10は、紫外線を照射するための光源(不図示)並びに光源から照射方向に向かって順次設けられ、受けた光を結像するための第二の結像光学レンズ11及び第一の結像光学レンズ13を備えた結像光学系と、第一の結像光学レンズ13と第二の結像光学レンズ11との間に設けられたフォトマスク12と、電解液20を収納する電着漕14’と、バイアス電圧を印加するポテンショスタット17と、収納された電解液20中に配置された対向電極15及び飽和カロメル電極(リファレンス電極)16とで構成されており、その結像光学系、フォトマスク12及びポテンショスタット17は製造ブース100の外側に、電着漕14’は対向電極15及び飽和カロメル電極16と共に製造ブース100内に配置されている。そして、成膜洗浄室101内において電着漕14’の上部開口部で電解液20と接触させた状態で配置された膜形成用基板に対して、製造ブース100に設けられた光透過性窓105(少なくとも照射光を透過する合成石英ガラス板等)を通して光照射可能なように構成されている。   In addition, the electrodeposition apparatus 10 is provided with a light source (not shown) for irradiating ultraviolet rays, a second imaging optical lens 11 for sequentially imaging the received light, and a second imaging optical lens 11 provided in order from the light source toward the irradiation direction. An image forming optical system including one image forming optical lens 13, a photomask 12 provided between the first image forming optical lens 13 and the second image forming optical lens 11, and an electrolytic solution 20 are accommodated. The electrodeposition electrode 14 ', a potentiostat 17 for applying a bias voltage, and a counter electrode 15 and a saturated calomel electrode (reference electrode) 16 disposed in the stored electrolyte 20 are connected to each other. The image optical system, the photomask 12 and the potentiostat 17 are arranged outside the production booth 100, and the electrodeposition electrode 14 ′ is arranged inside the production booth 100 together with the counter electrode 15 and the saturated calomel electrode 16. Then, a light-transmitting window provided in the manufacturing booth 100 with respect to the film-forming substrate disposed in a state in which the electrodeposition electrode 14 ′ is in contact with the electrolytic solution 20 in the film-forming cleaning chamber 101. It is configured to be able to irradiate light through 105 (at least a synthetic quartz glass plate that transmits the irradiating light).

電着漕14’は、pH(水素イオン濃度)の変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液20を収納すると共に、その上部開口部において膜形成用基板5をその光半導体薄膜3が電解液20と接触するように配置可能なようになっている。また、電着漕の底部には、電解液20に浸漬させて対向電極15と飽和カロメル電極16とが設けられており、対向電極15及び飽和カロメル電極16並びに膜形成用基板の導電性薄膜2は各々ポテンショスタット17と電気的に接続され、必要に応じて制御装置30による制御を受けて適宜バイアス電圧を印加できるようになっている。   The electrodeposition electrode 14 'contains an aqueous electrolyte solution 20 containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid decreases due to a change in pH (hydrogen ion concentration), and a film-forming substrate in an upper opening thereof. 5 can be arranged so that the optical semiconductor thin film 3 is in contact with the electrolytic solution 20. Further, a counter electrode 15 and a saturated calomel electrode 16 are provided at the bottom of the electrodeposition electrode so as to be immersed in the electrolytic solution 20, and the counter electrode 15 and the saturated calomel electrode 16 and the conductive thin film 2 of the film forming substrate are provided. Are electrically connected to the potentiostat 17 so that a bias voltage can be appropriately applied under the control of the control device 30 as necessary.

この結像光学系は、プロジェクション型露光装置であり、光源からの光は第二の結像光学レンズ11を通してフォトマスク12に結像され、フォトマスク12を介してパターン化された光は、さらに第一の結像光学レンズ13を介して光透過性窓105を通って膜形成用基板5の光半導体薄膜の表面に結像されるように構成されている。   This imaging optical system is a projection type exposure apparatus, and light from a light source is imaged on a photomask 12 through a second imaging optical lens 11, and light patterned through the photomask 12 is further An image is formed on the surface of the optical semiconductor thin film of the film forming substrate 5 through the light transmissive window 105 through the first imaging optical lens 13.

製造ブース100の成膜洗浄室101は、外部と隔離されており、室内に設けられた加湿器18及び湿度センサ19によって相対湿度が50%以上(好ましくは70%以上)に保持されるようになっている。図3に示すように結像光学系は製造ブース100の外部に配置されており、製造ブース100のブース内湿度を高くした場合でもレンズに結露や曇りが生じて光学性能が低下したり、露光器等で用いられている精密部品に錆び等を生じて機器寿命や性能の低下、機器故障などの不具合を来すことがないようになっている。特に製造設備機器は高額であるため、その不具合はそのままコストアップ要因となる。   The film formation cleaning chamber 101 of the manufacturing booth 100 is isolated from the outside so that the relative humidity is maintained at 50% or more (preferably 70% or more) by the humidifier 18 and the humidity sensor 19 provided in the chamber. It has become. As shown in FIG. 3, the imaging optical system is disposed outside the manufacturing booth 100, and even when the booth humidity in the manufacturing booth 100 is increased, condensation or fogging occurs on the lens, resulting in a decrease in optical performance or exposure. This prevents rust and the like from being produced on precision parts used in containers, etc., resulting in problems such as equipment life, performance degradation, and equipment failure. In particular, since manufacturing equipment is expensive, the defects directly increase costs.

加湿器18及び湿度センサ19は、制御装置30と接続されており、湿度センサ19で計測された湿度に基づいて製造ブース100内を適正な相対湿度範囲に制御できるようになっている。加湿器18としては、例えば、公知の超音波加湿器、加熱式加湿器、気化式加湿器等から適宜選択して用いることができる。また、加湿器を用いる代わりに、洗浄工程で用いる水系液や加湿空気等の洗浄用流体を用いて、例えばブース内に膜形成用基板を搬入する前に洗浄ノズルから洗浄用流体をブース内に噴出させる等するようにしてもよい。この場合には装置構成がより簡易となる点で有利である。   The humidifier 18 and the humidity sensor 19 are connected to the control device 30, and the inside of the production booth 100 can be controlled within an appropriate relative humidity range based on the humidity measured by the humidity sensor 19. As the humidifier 18, for example, a known ultrasonic humidifier, heating humidifier, vaporizer humidifier, or the like can be appropriately selected and used. Also, instead of using a humidifier, using a cleaning fluid such as an aqueous liquid or humidified air used in the cleaning process, for example, before the film forming substrate is carried into the booth, the cleaning fluid is supplied from the cleaning nozzle into the booth. You may make it eject. This is advantageous in that the device configuration is simpler.

また、成膜洗浄室101の内部には更に洗浄装置21が併設されており、マイクロレンズアレー層が形成された側の膜形成用基板5の表面に略垂直に噴出して洗浄できるようになっている。洗浄装置21は、その噴射ノズルから水系液を噴出可能なようになっており、加湿空気等を噴出するようにすることもできる。また図3に示すように、膜形成用基板5は矢印方向B又はB’に、洗浄装置21は矢印方向A又はA’に各々独立して移動可能なように構成されており、膜形成用基板及び洗浄装置の一方を固定して他方を移動させることにより、あるいは両方を異方向に移動させ又は同方向に異なる速度で移動させることにより洗浄することができる。
また、噴出ノズルから水系液を噴出させる場合には、膜形成工程と洗浄工程との間に扉や仕切り(不図示)を設けることができ、このようにして電解液20に洗浄用の水系液が混入しないようにすることが望ましい。
In addition, a cleaning device 21 is further provided inside the film cleaning chamber 101 so that it can be cleaned by being ejected substantially perpendicularly to the surface of the film forming substrate 5 on the side where the microlens array layer is formed. ing. The cleaning device 21 can eject the aqueous liquid from the ejection nozzle, and can eject humidified air or the like. Further, as shown in FIG. 3, the film forming substrate 5 is configured to be independently movable in the arrow direction B or B ′, and the cleaning device 21 is configured to be independently movable in the arrow direction A or A ′. Cleaning can be performed by fixing one of the substrate and the cleaning apparatus and moving the other, or by moving both in different directions or at different speeds in the same direction.
Further, when the aqueous liquid is ejected from the ejection nozzle, a door or partition (not shown) can be provided between the film forming process and the cleaning process, and thus the aqueous liquid for cleaning is added to the electrolytic solution 20 in this way. It is desirable to prevent contamination.

製造ブース100には、成膜洗浄室101に隣接させて乾燥室102が設置されている。乾燥室102の下部には、ノズルから気体(窒素ガスや空気など)の送風が可能な乾燥装置22が設けられており、洗浄された膜形成用基板5のマイクロレンズアレー形成面に送風して乾燥できるようになっている。乾燥装置22は、洗浄装置21と同様に移動可能に構成することができる。   In the manufacturing booth 100, a drying chamber 102 is installed adjacent to the film forming and cleaning chamber 101. A drying device 22 capable of blowing gas (nitrogen gas, air, etc.) from a nozzle is provided at the lower part of the drying chamber 102, and is blown to the microlens array forming surface of the cleaned film forming substrate 5. It can be dried. Similarly to the cleaning device 21, the drying device 22 can be configured to be movable.

また、製造ブース100には、前記乾燥室102の成膜洗浄室101が隣接しない側に更に成形室103が隣接するように併設されており、この成形室103において乾燥後の膜形成用基板に形成されたマイクロレンズアレー層を塑性変形できるようになっている。例えば、膜形成用基板5の搬入前にあらかじめ予備加熱しておき、予備加熱された成形室内に膜形成用基板5が搬入された後に更に所定の温度で加熱すると共に所定の圧力に減圧して塑性変形するようにすることができる。予備加熱をせずに搬入し、その後減圧すると共に加熱するようにすることもできる。   In addition, the production booth 100 is provided with a molding chamber 103 adjacent to the side of the drying chamber 102 where the film forming and cleaning chamber 101 is not adjacent. In the molding chamber 103, a substrate for film formation after drying is provided. The formed microlens array layer can be plastically deformed. For example, preheating is performed in advance before the film forming substrate 5 is carried in, and after the film forming substrate 5 is carried into the preheated molding chamber, the film forming substrate 5 is further heated at a predetermined temperature and reduced to a predetermined pressure. It can be made to plastically deform. It is also possible to carry it in without carrying out preheating, and then reduce the pressure and heat it.

図3に示す成形室103には、乾燥室102から膜形成用基板5をマイクロレンズアレー層4が形成された側が重力方向と逆方向(上面)となるように配置されるようになっており、その室内には温度センサ26、加熱器(ヒータ等)28、圧力センサ25、及び減圧器(ロータリーポンプ等)27が設けられている。温度センサ26、加熱器28、圧力センサ25、及び減圧器27は各々制御装置30と接続されており、制御装置30によって各センサから検出された温度及び圧力をもとに所定の温度及び圧力になるよう加熱器、減圧器を制御できるようになっている。なお、膜形成用基板5は、図4に示すようにマイクロレンズアレー層4が形成された側が重力方向(下面)となるように配置することもでき、成形しようとする形状等に合わせて適宜選択することができる。   In the molding chamber 103 shown in FIG. 3, the film forming substrate 5 from the drying chamber 102 is arranged so that the side on which the microlens array layer 4 is formed is opposite to the direction of gravity (upper surface). In the room, a temperature sensor 26, a heater (such as a heater) 28, a pressure sensor 25, and a decompressor (such as a rotary pump) 27 are provided. The temperature sensor 26, the heater 28, the pressure sensor 25, and the decompressor 27 are each connected to the control device 30, and are adjusted to a predetermined temperature and pressure based on the temperature and pressure detected from each sensor by the control device 30. It is possible to control the heater and the decompressor. The film-forming substrate 5 can also be arranged so that the side on which the microlens array layer 4 is formed is in the direction of gravity (lower surface) as shown in FIG. You can choose.

以上のように、加熱手段及び減圧手段を設けて塑性変形させることによってマイクロレンズアレーが形成されるので、マイクロレンズアレーの集光効率を高めることができ、均一でかつ任意に制御された曲率・形状を持つマイクロレンズアレーを容易に作製することができる。また、複雑なものを含め任意のパターンのマイクロレンズアレーや、任意に制御されたマイクロレンズアレーの量産化が可能である。本発明によれば、従来のような感光性樹脂を用いたマイクロレンズアレーの製造の場合のように、基板に膜厚を精度よく制御して塗布する必要性やアルカリ廃液などの問題が解消され、フォトリソグラフィー法を含む複雑な工程が不要であり、環境に対する負荷も低減できる。   As described above, since the microlens array is formed by providing the heating means and the decompression means and plastically deforming, it is possible to increase the light collection efficiency of the microlens array, and the curvature can be controlled uniformly and arbitrarily. A microlens array having a shape can be easily produced. In addition, it is possible to mass-produce a microlens array having an arbitrary pattern including a complicated one or an arbitrarily controlled microlens array. According to the present invention, as in the case of manufacturing a microlens array using a photosensitive resin as in the prior art, problems such as the necessity of coating with a precise film thickness on the substrate and alkaline waste liquid are eliminated. In addition, a complicated process including a photolithography method is unnecessary, and the burden on the environment can be reduced.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
−膜形成用基板の作製−
まず、厚さ0.4mmの無アルカリガラス基板(7059ガラス)にITOよりなる導電成薄膜をRFスパッタリングで75nm厚に成膜し、該膜上に更に膜厚110nmのアナターゼ型の酸化チタン薄膜(光半導体薄膜)を成膜することにより、図1に示すようにガラス基板1上に順次ITO膜2、酸化チタン薄膜3が積層された膜形成用基板5を得た。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.
(Example 1)
-Production of substrate for film formation-
First, a conductive thin film made of ITO is formed to a thickness of 75 nm by RF sputtering on a non-alkali glass substrate (7059 glass) having a thickness of 0.4 mm, and an anatase-type titanium oxide thin film having a thickness of 110 nm is further formed on the film. As shown in FIG. 1, a film-forming substrate 5 in which an ITO film 2 and a titanium oxide thin film 3 were sequentially laminated on a glass substrate 1 was obtained.

−電解液の調製−
次に、ルチル型の酸化チタン微粒子(粒径10nm、屈折率2.7)とスチレン−アクリル酸共重合体(分子量13,000、疎水基(親水基+疎水基)のモル比65%、酸価150)とを体積比率で1:5に分散させ、これに更にエチレングリコールを5質量%加えた後、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド及び塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率6mS/cmになるように調整し、透明微粒子を含む水分散液(固形分含有率10質量%)である電解液を調製した。
-Preparation of electrolyte solution-
Next, rutile type titanium oxide fine particles (particle size 10 nm, refractive index 2.7) and styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 13,000, hydrophobic group (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio 65%, acid 150) was added at a volume ratio of 1: 5, and 5% by mass of ethylene glycol was further added thereto. Then, tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride were further used to adjust the pH to 7.8 and the conductivity to 6 mS / cm. Thus, an electrolyte solution that is an aqueous dispersion (solid content: 10% by mass) containing transparent fine particles was prepared.

−マイクロレンズアレーの製造装置の準備−
マイクロレンズアレーの製造装置として、一例として既述した図3に示すものと同様に構成された装置(製造ブース100)を準備した。この装置は、結像光学系としてプロジェクション型露光装置(結像光学レンズ13と結像面(酸化チタン薄膜3の露出面)との焦点距離=100mm、焦点深度は±50μm、波長365nmの光強度100mW/cm2;ウシオ電気(株)製)を備え、図3に示すように酸化チタン薄膜3が電解液と接するように配置された膜形成用基板5の、該酸化チタン薄膜3の液接触面にマイクロレンズアレー層を形成できるように構成されている。プロジェクション型露光装置は、膜形成用基板5からみて順に、第一の結像光学レンズ13とフォトマスク12と第二の結像光学レンズ11と図示しない光源とが配置されてなる。
-Preparation of microlens array manufacturing equipment-
As a microlens array manufacturing apparatus, an apparatus (manufacturing booth 100) having the same configuration as that shown in FIG. This apparatus is a projection type exposure apparatus (focusing distance between the imaging optical lens 13 and the imaging surface (exposed surface of the titanium oxide thin film 3) = 100 mm, the focal depth is ± 50 μm, and the light intensity is 365 nm as the imaging optical system. 100 mW / cm 2 ; manufactured by Ushio Electric Co., Ltd.), and the liquid contact of the titanium oxide thin film 3 of the film forming substrate 5 arranged so that the titanium oxide thin film 3 is in contact with the electrolytic solution as shown in FIG. A microlens array layer can be formed on the surface. In the projection type exposure apparatus, a first imaging optical lens 13, a photomask 12, a second imaging optical lens 11, and a light source (not shown) are arranged in order from the film forming substrate 5.

本装置において、膜形成用基板5は、ITO膜2を介してポテンショスタット(電圧印加手段)17と接続されると共に、更にポテンショスタット17は飽和カロメル電極(リファレンス電極)16及び対向電極15とも接続された三極式に構成されており、膜形成用基板5(酸化チタン薄膜3)を対向電極(白金電極)15に対する作用電極として利用する。電着漕14’には、調製された電解液20が収納されるようになっている。また、フォトマスク12は、所定のマイクロレンズが形成されるように、円形状の光透過部分に黒い微小ドットを中央部から円周縁に向かって密度が高くなるように形成されて濃度階調(光透過性の階調)を有するものである。   In this apparatus, the film forming substrate 5 is connected to a potentiostat (voltage applying means) 17 through the ITO film 2, and the potentiostat 17 is also connected to a saturated calomel electrode (reference electrode) 16 and a counter electrode 15. The film forming substrate 5 (titanium oxide thin film 3) is used as a working electrode for the counter electrode (platinum electrode) 15. The prepared electrolytic solution 20 is accommodated in the electrodeposition electrode 14 '. Further, the photomask 12 is formed such that black micro dots are formed in a circular light transmission portion so as to increase in density from the central portion toward the peripheral edge of the circle so that a predetermined microlens is formed. Light-transmitting gradation).

−マイクロレンズアレーの形成−
(膜形成工程)
成膜洗浄室101において膜形成工程を以下のようにして行なった。
まず、飽和カロメル電極16に対して酸化チタン薄膜3を作用電極として利用し、作用電極に印加するバイアス電圧が1.8Vとなるようにポテンショスタット17から電圧印加し、膜形成用基板5の裏面側(膜形成用基板の酸化チタン薄膜3が設けられていない側)から、酸化チタン薄膜3の液接触面においてパターン光が結像するように紫外線を30秒間照射した。このとき、酸化チタン薄膜3の表面にはマイクロレンズアレー層4が形成された。続いてこの膜形成用基板5を電解液から離したところ、マイクロレンズアレー層4の周囲及び該層が形成された酸化チタン薄膜3の表面(電着面)に不要な電解液が付着しているため、該電着面が重力方向(下面)となる略水平状態のまま膜形成用基板5を、同じ室内の洗浄装置が設置された洗浄工程へ搬送した。
-Formation of microlens array-
(Film formation process)
The film forming process was performed in the film forming cleaning chamber 101 as follows.
First, the titanium oxide thin film 3 is used as a working electrode with respect to the saturated calomel electrode 16, a voltage is applied from the potentiostat 17 so that the bias voltage applied to the working electrode is 1.8 V, and the back surface of the film forming substrate 5. From the side (side on which the titanium oxide thin film 3 of the film forming substrate is not provided), ultraviolet rays were irradiated for 30 seconds so that the pattern light was imaged on the liquid contact surface of the titanium oxide thin film 3. At this time, the microlens array layer 4 was formed on the surface of the titanium oxide thin film 3. Subsequently, when the film-forming substrate 5 is separated from the electrolytic solution, unnecessary electrolytic solution adheres to the periphery of the microlens array layer 4 and the surface (electrodeposited surface) of the titanium oxide thin film 3 on which the layer is formed. Therefore, the film-forming substrate 5 was transported to the cleaning process in which the cleaning apparatus was installed in the same room while the electrodeposition surface was in a substantially horizontal state in which the electrodeposition surface was in the direction of gravity (lower surface).

(洗浄工程)
成膜洗浄室101の右下部に配置された洗浄装置21の噴出ノズルの噴出口と膜形成用基板5の電着面とが対向するように膜形成用基板5を配置した。膜形成用基板5は、図示しない移動機構と接続された保持機構で保持され、矢印方向B又はB’の方向に移動可能であり、洗浄装置21は矢印方向A又はA’に移動可能であり、噴出ノズルのノズル形状はスリット状に構成されている。噴出ノズルの噴出口を電着面に対向するように上方に向け、純水の噴出方向が略水平に配置された膜形成用基板5の電着面の法線方向と略平行となるようにカーテン膜状に噴出させると共に、膜形成用基板5と噴出ノズルとを相互に逆方向に100m/秒の定速で移動させて10往復通過させた。このとき、できるだけマイクロレンズアレー層のプロファイルが崩れないように、電着面における純水の打撃圧を2KPaに調整した。
(Washing process)
The film-forming substrate 5 was disposed so that the ejection port of the ejection nozzle of the cleaning device 21 disposed in the lower right portion of the film-forming cleaning chamber 101 and the electrodeposition surface of the film-forming substrate 5 face each other. The film forming substrate 5 is held by a holding mechanism connected to a moving mechanism (not shown), can move in the direction of arrow B or B ′, and the cleaning device 21 can move in the direction of arrow A or A ′. The nozzle shape of the ejection nozzle is configured as a slit. The outlet of the ejection nozzle is directed upward so as to face the electrodeposition surface, and the ejection direction of pure water is substantially parallel to the normal direction of the electrodeposition surface of the film forming substrate 5 arranged substantially horizontally. The film was ejected in the form of a curtain film, and the film-forming substrate 5 and the ejection nozzle were moved in 10 directions reciprocally in opposite directions at a constant speed of 100 m / sec. At this time, the striking pressure of pure water on the electrodeposition surface was adjusted to 2 KPa so that the profile of the microlens array layer did not collapse as much as possible.

以上のように洗浄した結果、膜形成用基板5の電着面に付着した電解液は一様に除去され、電着面の選択領域に曲率半径20μm(屈折率1.65,焦点距離31μm)のマイクロレンズアレー層4が形成されているのを確認した。また、電着面のマイクロレンズアレー層が形成されていない領域及び外縁部にも電解液が固着しできた残渣もなく、良好に洗浄を行なうことができた。   As a result of the cleaning as described above, the electrolytic solution adhering to the electrodeposition surface of the film-forming substrate 5 is uniformly removed, and a radius of curvature of 20 μm (refractive index 1.65, focal length 31 μm) is selected on the electrodeposition surface. It was confirmed that the microlens array layer 4 was formed. Further, there was no residue in which the electrolytic solution could be adhered to the region where the microlens array layer on the electrodeposited surface was not formed and the outer edge portion, and it was possible to perform the cleaning well.

(乾燥工程)
洗浄後、成膜洗浄室101から搬出し、電着面を重力方向に向けたままの状態で膜形成用基板5を乾燥室102に搬入し、乾燥室の下部に設けた乾燥装置22の噴出ノズルと膜形成用基板5の電着面とが対向するように膜形成用基板5を配置した。そして、噴出ノズルから電着面に窒素を吹き付け、水滴を飛ばすようにして乾燥させた。なお、ここでの乾燥はクリーンエアを用いても行なうことが可能であった。
(Drying process)
After cleaning, the film forming substrate 5 is taken out from the film forming and cleaning chamber 101, the film forming substrate 5 is carried into the drying chamber 102 with the electrodeposition surface facing in the direction of gravity, and the ejection of the drying device 22 provided at the lower portion of the drying chamber. The film forming substrate 5 was disposed so that the nozzle and the electrodeposition surface of the film forming substrate 5 face each other. Then, nitrogen was blown onto the electrodeposition surface from the ejection nozzle, and drying was performed so as to blow off water droplets. In addition, it was possible to perform the drying here using clean air.

(成形工程)
乾燥後の膜形成用基板5を乾燥室102から搬出し、その後マイクロレンズアレー層4が形成された電着面が重力方向と逆方向(上面)となるように反転して乾燥室103に搬入した。成形室103は、搬入時に100℃付近であるように予め室内を予備加熱をしておいた。成形室103内では、膜形成用基板5はマイクロレンズアレー層4が形成された電着面を上面にして略水平に配置され、略水平の状態のまま5分間100℃で加熱すると共に更に10kPaに減圧した。その後、膜形成用基板5を成形室103から搬出し、常温まで冷却した。
(Molding process)
The dried film forming substrate 5 is unloaded from the drying chamber 102, and then loaded into the drying chamber 103 so that the electrodeposition surface on which the microlens array layer 4 is formed is opposite to the direction of gravity (upper surface). did. The molding chamber 103 was preliminarily heated in advance so that it was around 100 ° C. at the time of loading. In the molding chamber 103, the film-forming substrate 5 is disposed substantially horizontally with the electrodeposition surface on which the microlens array layer 4 is formed as an upper surface, and is heated at 100 ° C. for 5 minutes while maintaining a substantially horizontal state, and further 10 kPa. The pressure was reduced. Thereafter, the film forming substrate 5 was carried out of the molding chamber 103 and cooled to room temperature.

以上のようにして、膜形成用基板5にはマイクロレンズアレー層4が塑性変形してなるマイクロレンズアレー4’が形成されており、形成されたマイクロレンズアレー4’の曲率半径は51μmであった(屈折率1.65,焦点距離78μm)。このようにして、膜形成用基板の酸化チタン薄膜上に所望の曲率よりなるマイクロレンズアレーを作製することができた。   As described above, the microlens array 4 ′ formed by plastic deformation of the microlens array layer 4 is formed on the film forming substrate 5. The radius of curvature of the formed microlens array 4 ′ is 51 μm. (Refractive index 1.65, focal length 78 μm). In this way, a microlens array having a desired curvature could be produced on the titanium oxide thin film of the film forming substrate.

(実施例2)
実施例1において、製造ブース100の成形室103に膜形成用基板5をその電着面が重力方向(下面)になるようにして搬入し(図4参照)、塑性変形させたこと以外、実施例1と同様にしてマイクロレンズアレーを作製した。
具体的には次の通りである。成形室103に膜形成用基板5を搬送し、乾燥室102から搬出されたままの向き、すなわち略水平にしたときに膜形成用基板5のマイクロレンズアレー層4が形成された電着面が重力方向(下面)となるように成形室内に配置し、実施例1と同様に5分間加熱すると共に10kPaに減圧してマイクロレンズアレーとした。形成されたマイクロレンズアレーの曲率半径は15μmであった(屈折率1.65,焦点距離23μm)。
(Example 2)
In Example 1, the film forming substrate 5 was carried into the molding chamber 103 of the production booth 100 so that the electrodeposition surface thereof was in the direction of gravity (bottom surface) (see FIG. 4) and was plastically deformed. A microlens array was prepared in the same manner as in Example 1.
Specifically, it is as follows. The electrodeposition surface on which the microlens array layer 4 of the film-forming substrate 5 is formed when the film-forming substrate 5 is transported to the molding chamber 103 and oriented in the direction of being unloaded from the drying chamber 102, that is, substantially horizontal. It arrange | positioned in a molding chamber so that it might become a gravitational direction (lower surface), and it heated for 5 minutes similarly to Example 1, and reduced pressure to 10 kPa, and was set as the microlens array. The curvature radius of the formed microlens array was 15 μm (refractive index 1.65, focal length 23 μm).

(比較例1)
実施例2において、製造ブース100の成形室103内を45℃に予備加熱し、更に45℃で15分間加熱したこと以外、実施例2と同様にしてマイクロレンズアレーを作製した。ここで得られたマイクロレンズアレーの曲率半径は20μm(屈折率1.65,焦点距離31μm)であり、この条件では塑性変形は成されなかった。
(Comparative Example 1)
In Example 2, a microlens array was produced in the same manner as in Example 2 except that the inside of the molding chamber 103 of the production booth 100 was preheated to 45 ° C. and further heated at 45 ° C. for 15 minutes. The curvature radius of the microlens array obtained here was 20 μm (refractive index 1.65, focal length 31 μm), and plastic deformation was not achieved under these conditions.

(比較例2)
実施例2において、製造ブース100の成形室103内を減圧しなかったこと以外、実施例2と同様にしてマイクロレンズアレーを作製した。しかしながら、およそ常圧条件下では塑性変形は成されなかった。
(Comparative Example 2)
In Example 2, a microlens array was produced in the same manner as in Example 2 except that the pressure in the molding chamber 103 of the production booth 100 was not reduced. However, plastic deformation was not achieved under normal pressure conditions.

本発明に係る膜形成用基板の構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of the board | substrate for film formation which concerns on this invention. 本発明のマイクロレンズアレーの製造装置を構成し、光電着法によって選択領域にマイクロレンズアレー層を形成する電着装置の構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structural example of the electrodeposition apparatus which comprises the manufacturing apparatus of the microlens array of this invention, and forms a microlens array layer in a selection area | region by the photodeposition method. 本発明のマイクロレンズアレーの製造装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the manufacturing apparatus of the micro lens array of this invention. 本発明のマイクロレンズアレーの製造装置を構成する成形室の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the molding chamber which comprises the manufacturing apparatus of the micro lens array of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…ガラス基板(絶縁性基板)
2…ITO膜(導電性薄膜)
3…酸化チタン薄膜(光半導体薄膜)
4…マイクロレンズアレー層
4’…マイクロレンズアレー
5…膜形成用基板
10…電着装置(膜形成手段)
20…水系電解液
25…圧力センサ
26…温度センサ
27…減圧器
28…加熱器
30…制御装置(温度制御手段、圧力制御手段)
1 ... Glass substrate (insulating substrate)
2 ... ITO film (conductive thin film)
3. Titanium oxide thin film (photo semiconductor thin film)
4 ... microlens array layer 4 '... microlens array 5 ... film forming substrate 10 ... electrodeposition apparatus (film forming means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Water-system electrolyte solution 25 ... Pressure sensor 26 ... Temperature sensor 27 ... Depressurizer 28 ... Heater 30 ... Control apparatus (temperature control means, pressure control means)

Claims (6)

pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成工程と、
形成されたマイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱すると共に0.1〜100kPaの減圧下で塑性変形させる成形工程と、
を有するマイクロレンズアレーの製造方法。
An aqueous electrolyte containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquids decreases due to a change in pH, an electrically conductive thin film and an optical semiconductor thin film having a photovoltaic function on an insulating substrate sequentially from the substrate side A voltage is applied between the selected region and the counter electrode by irradiating the selected region of the optical semiconductor thin film with light in a state where the provided film forming substrate is arranged so that the optical semiconductor thin film is in contact therewith, Forming a microlens array layer by depositing the film forming material in the selected region; and
A molding step of heating the formed microlens array layer to 50 to 200 ° C. and plastically deforming under a reduced pressure of 0.1 to 100 kPa,
A method of manufacturing a microlens array having
pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成工程と、
形成されたマイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱すると共に0.1〜100kPaの減圧下で塑性変形させる成形工程と、
を有するマイクロレンズアレーの製造方法。
An aqueous electrolytic solution containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid decreases due to a change in pH, an electrically conductive thin film on an insulating substrate, and an optical semiconductor thin film having a photovoltaic function in contact with the electrically conductive thin film Are disposed in order from the substrate side, and the conductive thin film is disposed so that at least the photo-semiconductor thin film is in contact with the aqueous electrolytic solution and the conductive thin film is in contact with the aqueous electrolytic solution. A film forming step of forming a microlens array layer by depositing the film forming material in the selected region by irradiating the selected region of the optical semiconductor thin film with light in
A molding step of heating the formed microlens array layer to 50 to 200 ° C. and plastically deforming under a reduced pressure of 0.1 to 100 kPa,
A method of manufacturing a microlens array having
pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられた膜形成用基板を前記光半導体薄膜が接触するように配置した状態で前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、
前記マイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱する加熱手段と、
前記マイクロレンズアレー層を0.1〜100kPaに減圧して塑性変形させる減圧手段と、
を備えたマイクロレンズアレーの製造装置。
An aqueous electrolyte containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquids decreases due to a change in pH, an electrically conductive thin film and an optical semiconductor thin film having a photovoltaic function on an insulating substrate sequentially from the substrate side A voltage is applied between the selected region and the counter electrode by irradiating light to the selected region of the optical semiconductor thin film in a state where the provided film forming substrate is arranged so that the optical semiconductor thin film is in contact with the substrate, Film forming means for forming a microlens array layer by depositing the film forming material in a selected region;
Heating means for heating the microlens array layer to 50 to 200 ° C .;
Pressure reducing means for reducing the pressure of the microlens array layer to 0.1 to 100 kPa and plastically deforming;
A microlens array manufacturing apparatus comprising:
pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系電解液に、絶縁性の基板に導電性薄膜と該導電性薄膜に接した光起電力機能を有する光半導体薄膜とが該基板側から順次設けられ、かつ前記導電性薄膜が水系電解液と通電可能な膜形成用基板を少なくとも前記光半導体薄膜が接触するように配置すると共に前記導電性薄膜が前記水系電解液に通電する状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光照射することによって前記選択領域に前記膜形成材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成する膜形成手段と、
前記マイクロレンズアレー層を50〜200℃に加熱する加熱手段と、
前記マイクロレンズアレー層を0.1〜100kPaに減圧して塑性変形させる減圧手段と、
を備えたマイクロレンズアレーの製造装置。
An aqueous electrolytic solution containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid decreases due to a change in pH, an electrically conductive thin film on an insulating substrate, and an optical semiconductor thin film having a photovoltaic function in contact with the electrically conductive thin film Are disposed in order from the substrate side, and the conductive thin film is disposed so that at least the photo-semiconductor thin film is in contact with the aqueous electrolytic solution and the conductive thin film is in contact with the aqueous electrolytic solution. Film forming means for forming a microlens array layer by depositing the film forming material in the selected region by irradiating the selected region of the optical semiconductor thin film with light applied to
Heating means for heating the microlens array layer to 50 to 200 ° C .;
Pressure reducing means for reducing the pressure of the microlens array layer to 0.1 to 100 kPa and plastically deforming;
A microlens array manufacturing apparatus comprising:
加熱時の温度を計測する温度センサと、前記温度センサで計測された温度が50〜200℃となるように前記加熱手段を制御する温度制御手段と、を更に備えた請求項3又は4に記載のマイクロレンズアレーの製造装置。   The temperature sensor which measures the temperature at the time of a heating, The temperature control means which controls the said heating means so that the temperature measured with the said temperature sensor may be 50-200 degreeC was further provided. Microlens array manufacturing equipment. 減圧時の圧力を計測する圧力センサと、前記圧力センサで計測された圧力が0.1〜100kPaとなるように前記減圧手段を制御する圧力制御手段と、を更に備えた請求項3〜5のいずれか1項に記載のマイクロレンズアレーの製造装置。   The pressure sensor which measures the pressure at the time of pressure reduction, The pressure control means which controls the said pressure reduction means so that the pressure measured with the said pressure sensor may be 0.1-100 kPa, The further provided of Claims 3-5 The microlens array manufacturing apparatus according to any one of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2011135979A1 (en) * 2010-04-28 2013-07-18 コニカミノルタ株式会社 Method for manufacturing imaging lens
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