JP2005078049A - Manufacturing method of micro lens array - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple manufacturing method of a micro lens array, which can freely control an refractive index and a curvature of the lens and which gives the micro lens array a high latitude of design and degree of integration as well as a high strength including solvent resistance, heat resistance, or the like. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the micro lens array comprises a stage in which a substrate having a conductive thin film and a photovoltaic layer thin film laminated in this order on the surface is arranged in a manner that the optical semiconductor thin film comes into contact with a water-based electrolyte containing a film forming material, in which a voltage is applied between the photovoltaic layer thin film and a counter electrode by radiating the selected area of the photovoltaic layer thin film with light, and in which the film forming material is then precipitated on the selected area of the photovoltaic layer thin film to form a micro lens array layer. The method is characterized in that the electrolyte contains a radical generating agent, an acid generating agent, and at least one kind among cross linking agents having a functional group contributing to cross linking. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高い効率で光を集光することができるマイクロレンズをアレー状に集積したマイクロレンズアレーの製造方法に関し、具体的には、フォトリソ法やドライエッチング法のようなエッチングを行う方法や、熱拡散などを利用した高屈折率材料ドーピング法等に代わる簡便な方法で、堅牢なマイクロレンズアレーを製造する方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a microlens array in which microlenses capable of condensing light with high efficiency are integrated in an array, and specifically, a method of performing etching such as a photolithography method or a dry etching method, The present invention also relates to a method for manufacturing a robust microlens array by a simple method in place of a high refractive index material doping method using thermal diffusion or the like.

マイクロレンズアレーの製造方法としては、フォトリソ法やドライエッチング法のようなエッチングを行う方法や、熱拡散などを利用した高屈折率材料ドーピング法、さらには予め形成した型に、プラスチック材料を流し込んでマイクロレンズアレーを作製する方法などがある。   Microlens array manufacturing methods include etching methods such as photolithography and dry etching, high-refractive index material doping using thermal diffusion, and plastic material poured into a pre-formed mold. There is a method for producing a microlens array.

しかし、前記フォトリソ法では、高解像度で任意のマイクロレンズアレーを作製することができるがレンズの曲率制御が難しい。前記ドライエチング法では、長時間のエッチング時間が必要であること、及びレンズの曲率制御が難しいという問題がある。また、熱拡散などを利用した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との制限が多いことと、耐熱性が必要でガラス基材にしか使えないなど基材の制限を受ける。さらに、予め形成した型を用いる方法は、型の微細化に制限があり得られるマイクロレンズアレーの光学特性などに課題がある。加えて、どの技術も高コストであり、大面積化の困難度が高く、簡便で自由度の高いマイクロレンズの形成技術は存在しないのが現状である。   However, with the photolithography method, an arbitrary microlens array can be produced with high resolution, but it is difficult to control the curvature of the lens. The dry etching method has problems that a long etching time is required and that it is difficult to control the curvature of the lens. In addition, the high refractive index material doping method using thermal diffusion has the advantage of being a flat plate, but in order to control only by the refractive index, there are many restrictions on the shape and curvature of the lens, and heat resistance is required. However, it can be used only for glass substrates. Furthermore, the method using a pre-formed mold has a problem in the optical characteristics of a microlens array that can limit the miniaturization of the mold. In addition, all the technologies are expensive, the difficulty of increasing the area is high, and there is currently no microlens forming technology that is simple and highly flexible.

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により、解像度に優れた画像形成方法およびカラーフィルターの製造方法を提供したが(例えば、特許文献1〜6参照)、これらの画像形成方法およびカラーフィルターの製造方法は、簡易な方法で着色膜を解像度よく形成することを特長とするが、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。また、本発明者等は、前記方法と同様に簡易な方法でカラーフィルター等の着色膜を解像度よく形成する光触媒着膜法をも提供している(例えば、特許文献7参照)。   On the other hand, the present inventors have provided an image forming method and a color filter manufacturing method excellent in resolution by using an electrodeposition material containing a colorant and performing electrodeposition or photo-deposition by applying a low voltage. (For example, refer to Patent Documents 1 to 6) These image forming methods and color filter manufacturing methods are characterized in that a colored film is formed with good resolution by a simple method. This technology is applied in the field of devices. In addition, the present inventors also provide a photocatalyst film forming method for forming a colored film such as a color filter with a high resolution by a simple method similar to the above method (see, for example, Patent Document 7).

そして、本発明者等は上記技術を応用し、マイクロレンズアレーを前記フォトリソグラフィー法を含む複雑な工程を用いず、前記光電着を利用して微細加工することにより製造する方法を提案した(例えば、特願2002−18746号明細書参照)。   And the present inventors applied the said technique, and proposed the method of manufacturing a microlens array by carrying out the microfabrication using the said photo electrodeposition, without using the complicated process containing the said photolithography method (for example, And Japanese Patent Application No. 2002-18746).

しかし、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他に、集光レンズ等の光学素子として用いられるものであるため、透明性だけでなく、高い形状の精度等も要求される。これに対し前記製造方法では、電着膜が水系で膜形成されてなるものであるため、上記要求に対し性能的に満足できない場合があった。
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, since the microlens array is used as an optical element such as a condenser lens in addition to a display device such as a liquid crystal projector, not only transparency but also high shape accuracy is required. On the other hand, in the said manufacturing method, since the electrodeposition film | membrane was formed into a film by water system, there existed a case where performance was not satisfied with respect to the said request | requirement.
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

本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを目的とする。
すなわち、本発明は、屈折率とレンズの曲率を自由に制御することができ、簡便で設計の自由度、集積度が高く、耐溶剤性・耐熱性等の堅牢性の高いマイクロレンズアレーの製造方法を提供することを目的とする。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art.
That is, the present invention can freely control the refractive index and the curvature of the lens, and is simple, has a high degree of design freedom, a high degree of integration, and manufactures a microlens array having high robustness such as solvent resistance and heat resistance. It aims to provide a method.

上記課題は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
<1> 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の電解液に対し、基材の表面に導電性薄膜と光起電力層薄膜とがこの順に積層して設けられたマイクロレンズアレー作製基板を、前記光半導体薄膜が電解液に接触するように配置し、前記光起電力層薄膜の選択領域に光を照射することにより光起電力層薄膜と対向電極との間に電圧を印加し、前記光起電力層薄膜の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工程を含む、マイクロレンズアレーの製造方法であって、
前記電解液が、ラジカル発生剤、酸発生剤、及び架橋に寄与する官能基を有する架橋剤のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とするマイクロレンズアレーの製造方法である。
The above-mentioned subject is achieved by the following present invention. That is, the present invention
<1> A conductive thin film and a photovoltaic layer thin film are arranged in this order on the surface of the base material with respect to an aqueous electrolyte solution containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid is reduced by changing pH. A microlens array fabrication substrate provided in a stacked manner is arranged so that the photo-semiconductor thin film is in contact with the electrolytic solution, and light is applied to a selected region of the photovoltaic layer thin film, thereby forming a photovoltaic layer thin film and A method for producing a microlens array, comprising a step of forming a microlens array layer by applying a voltage between a counter electrode and depositing the film forming material on a selected region of the photovoltaic layer thin film,
The method for producing a microlens array is characterized in that the electrolytic solution contains at least one of a radical generator, an acid generator, and a crosslinking agent having a functional group contributing to crosslinking.

<2> 前記光起電力層薄膜の選択領域に、フォトマスクを介して光を照射することを特徴とする<1>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <2> The method for producing a microlens array according to <1>, wherein the selected region of the photovoltaic layer thin film is irradiated with light through a photomask.

<3> 前記フォトマスクが、光透過部に所定のレンズ形状パターンに従った光透過率の階調を有することを特徴とする<2>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <3> The method for producing a microlens array according to <2>, wherein the photomask has a light transmittance gradation in accordance with a predetermined lens shape pattern in the light transmitting portion.

<4> 前記光起電力層薄膜の選択領域に、所定のレンズ形状パターンに従って照射強度を変化させてレーザー光を照射することを特徴とする<1>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <4> The method for producing a microlens array according to <1>, wherein the selected region of the photovoltaic layer thin film is irradiated with laser light with an irradiation intensity changed according to a predetermined lens shape pattern. .

<5> 前記光起電力層薄膜の選択領域に、所定のレンズ形状パターンに従って変化する強度分布を有するレーザー光を照射することを特徴とする<1>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <5> The method for producing a microlens array according to <1>, wherein the selected region of the photovoltaic layer thin film is irradiated with laser light having an intensity distribution that changes in accordance with a predetermined lens shape pattern. .

<6> 前記レーザー光が、ガウシアンエネルギー分布を有するビームであることを特徴とする<5>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <6> The method for producing a microlens array according to <5>, wherein the laser beam is a beam having a Gaussian energy distribution.

<7> 前記光起電力層薄膜が、酸化チタンを含んでいることを特徴とする<1>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <7> The method for producing a microlens array according to <1>, wherein the photovoltaic layer thin film contains titanium oxide.

<8> 前記膜形成材料が、カルボキシル基を有する高分子材料であることを特徴とする<1>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <8> The method for producing a microlens array according to <1>, wherein the film forming material is a polymer material having a carboxyl group.

<9> 前記電解液に、光透過性で屈折率の高い無機化合物微粒子を分散させたことを特徴とする<1>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <9> The method for producing a microlens array according to <1>, wherein inorganic fine particles having a light transmittance and a high refractive index are dispersed in the electrolytic solution.

<10> 前記無機化合物微粒子が、ルチル型酸化チタンを含む微粒子であることを特徴とする<9>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <10> The method for producing a microlens array according to <9>, wherein the inorganic compound fine particles are fine particles containing rutile-type titanium oxide.

<11> 前記光起電力層薄膜の選択領域への光照射を、光を照射するための光源、及び第一の結像光学レンズと第二の結像光学レンズとを有する結像光学系を少なくとも備えた露光装置を用い、前記第二の結像光学レンズとマイクロレンズアレー基板面との距離を1mm〜50cmの範囲として行うことを特徴とする<1>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <11> A light source for irradiating light to a selected region of the photovoltaic layer thin film, and an imaging optical system having a first imaging optical lens and a second imaging optical lens The method for producing a microlens array according to <1>, wherein at least an exposure apparatus is used, and the distance between the second imaging optical lens and the microlens array substrate surface is set in a range of 1 mm to 50 cm. It is.

<12> 前記第二の結像光学レンズの焦点深度が、±10〜±100μmの範囲であることを特徴とする<11>に記載のマイクロレンズアレーの製造方法である。 <12> The method for producing a microlens array according to <11>, wherein the depth of focus of the second imaging optical lens is in a range of ± 10 to ± 100 μm.

本発明のマイクロレンズアレーの製造方法によれば、フォトリソグラフィ工程を一つも使わずに高解像度で光の集光効率が高いマイクロレンズアレーを、低コストで作製することができる。特に、堅牢性の高いレンズで、曲率と屈折率とを自由に設計したマイクロレンズアレーを低コスト容易に作製することができる。   According to the method for manufacturing a microlens array of the present invention, a microlens array having high resolution and high light collection efficiency can be manufactured at low cost without using any photolithography process. In particular, a microlens array in which the curvature and the refractive index are freely designed with a highly robust lens can be easily manufactured at low cost.

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のマイクロレンズアレーの製造方法は、前述の光電着法、あるいは光触媒着膜法を用いてマイクロレンズアレーを製造する方法において、膜形成材料を含む水系の電解液が、ラジカル発生剤、酸発生剤、及び架橋性に寄与する官能基を有する架橋剤のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする。
以下、その製造方法の概要を説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The method for producing a microlens array of the present invention is the method for producing a microlens array using the above-described photodeposition method or photocatalyst deposition method, wherein the aqueous electrolyte containing the film-forming material is a radical generator, an acid It contains at least one of a generator and a crosslinking agent having a functional group that contributes to crosslinkability.
The outline of the manufacturing method will be described below.

前記光電着法は、光起電力層薄膜に生ずる光起電力を利用するものであり、基材の表面に導電性薄膜と光起電力層薄膜とをこの順に積層したものを、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の電解液に対し、前記光起電力層薄膜が該電解液に接触するように配置し、前記電解液中に置いた対向電極と前記導電性薄膜とを電気的に接続した状態で、前記光起電力層薄膜の選択領域に光を照射することにより該選択領域と対向電極との間に電圧を印加し、前記光起電力層薄膜の選択領域に前記膜形成材料を析出させる方法である。この光電着法は、従来の電着法に比べて低電圧(5V以下)で、均一な膜厚の膜が精度よく形成できることを特徴としている。また、前記光触媒着膜法は、光起電力層薄膜の光触媒機能を利用するものであり、前記特開平2001−140096号公報の段落0025〜0029に詳細に記載されている。   The photoelectric deposition method uses the photovoltaic power generated in the photovoltaic layer thin film, and the pH changes when the conductive thin film and the photovoltaic layer thin film are laminated in this order on the surface of the substrate. With respect to the aqueous electrolyte solution containing the film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid is reduced, the photovoltaic layer thin film is disposed so as to contact the electrolyte solution and placed in the electrolyte solution. In a state where the counter electrode and the conductive thin film are electrically connected, a voltage is applied between the selected region and the counter electrode by irradiating light to the selected region of the photovoltaic layer thin film, and the light In this method, the film forming material is deposited on a selected region of the electromotive force layer 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. The photocatalyst deposition method uses the photocatalytic function of the photovoltaic layer thin film, and is described in detail in paragraphs 0025 to 0029 of JP-A-2001-140096.

本発明のマイクロレンズアレーの製造方法では、上記方法を利用し、まず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、マイクロレンズアレー作製基板として、基材表面に導電性薄膜と該導電性薄膜に接して光起電力層薄膜とが設けられ、かつ前記導電性薄膜が電解液と導通可能にしたものが用いられる。そして、前記マイクロレンズアレー作製基板をその光起電力層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状態にし、この状態で、前記光起電力層薄膜の選択領域に光を照射して、前記光起電力層薄膜の選択領域に前記材料を析出させてマイクロレンズアレー層を形成するものである。   In the method for producing a microlens array of the present invention, the above method is used. First, an electrolytic solution similar to the electrolytic solution used in the above-described photo-deposition method is used. A photovoltaic layer thin film is provided in contact with the conductive thin film, and the conductive thin film is made conductive with the electrolytic solution. Then, the microlens array manufacturing substrate is disposed so that the photovoltaic layer thin film is in contact with the electrolytic solution, and the conductive thin film is brought into conduction with the electrolytic solution. In this state, the photovoltaic layer thin film is formed. The selected region is irradiated with light, and the material is deposited on the selected region of the photovoltaic layer thin film to form a microlens array layer.

その結果、本発明によれば、簡便な方法により、低コストでマイクロレンズアレーを製造することができ、また、集積度が高い(直径30μmのマイクロレンズで5万個/cm2以上)マイクロレンズアレーを作製でき、かつ集積度と屈折率とを自由に調節することができる。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、得られるマイクロレンズアレーの集光効率が高い上、簡易な方法であるので、量産化が可能である。加えて、従来の感光性樹脂を用いる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り、またエッチングによりアルカリ廃液を出すなどの問題があったが、本発明によれば、均一な形状のレンズを容易に作製でき、また、パターン形成のためのエッチング処理も不用で環境に対する負荷も小さい。 As a result, according to the present invention, a microlens array can be manufactured at a low cost by a simple method, and the degree of integration is high (50,000 / cm 2 or more for a microlens having a diameter of 30 μm). An array can be produced and the degree of integration and the refractive index can be freely adjusted. In addition, a microlens array having an arbitrary pattern including a complicated one can be manufactured. Furthermore, since the obtained microlens array has high light collection efficiency and is a simple method, it can be mass-produced. In addition, the conventional method for manufacturing a microlens array using a photosensitive resin has a problem that the film thickness needs to be accurately controlled and applied to the substrate, and there is a problem that an alkaline waste liquid is produced by etching. According to the present invention, a lens having a uniform shape can be easily manufactured, an etching process for forming a pattern is unnecessary, and an environmental load is small.

特に本発明においては、膜形成材料を含む電解液中に前記ラジカル発生剤等を含有させることにより、前記マイクロレンズアレー層形成後の加熱処理工程等においても形状を維持することができる。
具体的には、本発明のように水系で膜形成を行った場合には、後述するようにマイクロレンズの透明性を向上させるため、膜中の水分等を除去する目的で前記マイクロレンズアレー層を加熱する必要があるが、この時に膜形成材料中の高分子材料のガラス転移点(Tg)以上に熱せられた場合には、マイクロレンズアレー層の流動が起こりレンズが平坦化方向に形状変化してしまう。その結果、レンズのエッジ部にズレが生じ所望の形状精度を達成することができなくなる。
In particular, in the present invention, the shape can be maintained in the heat treatment step after the formation of the microlens array layer by including the radical generator or the like in the electrolytic solution containing the film forming material.
Specifically, when a film is formed in an aqueous system as in the present invention, the microlens array layer is used for the purpose of removing moisture in the film in order to improve the transparency of the microlens as described later. However, if it is heated above the glass transition point (Tg) of the polymer material in the film-forming material at this time, the microlens array layer flows and the lens changes shape in the flattening direction. Resulting in. As a result, a deviation occurs in the edge portion of the lens, and a desired shape accuracy cannot be achieved.

本発明においては、前記電解液中にラジカル発生剤等の架橋を誘起する化合物及び/または架橋を構成する化合物を含有させることにより、前記加熱時あるいは加熱前にマイクロレンズアレー層における前記高分子材料を架橋させ、マイクロレンズアレー層を硬化させることができるため、前記のように加熱時に高温に熱せられた場合でもレンズの形状を維持することができる。   In the present invention, the polymer material in the microlens array layer at the time of heating or before heating by containing a compound that induces crosslinking such as a radical generator and / or a compound constituting the crosslinking in the electrolytic solution. Since the microlens array layer can be cured, the shape of the lens can be maintained even when heated to a high temperature during heating as described above.

また、このようにして作製されたマイクロレンズアレーは、マイクロレンズアレー層が3次元的に架橋され緻密な状態となっているため、後処理工程や使用時に用いられる溶剤や酸・アルカリ等に対しても侵されることがなく、耐久性に優れたものとすることができる。さらに、機械的な強度という面からも、十分な強度を確保することができる。   In addition, the microlens array produced in this way has a microlens array layer that is three-dimensionally cross-linked and is in a dense state. Even if it is not attacked, it can be excellent in durability. Furthermore, sufficient strength can be ensured from the viewpoint of mechanical strength.

本発明におけるマイクロレンズアレー作製基板は、基材表面に導電性薄膜および光起電力層薄膜をこの順に積層したものである。図1に、本発明において用いるマイクロレンズアレー作製基板1の一例の断面図を示す。図中、10は基材、12は導電性薄膜、14は光起電力層薄膜をそれぞれ示す。   The microlens array production substrate in the present invention is obtained by laminating a conductive thin film and a photovoltaic layer thin film in this order on the surface of a base material. FIG. 1 shows a cross-sectional view of an example of a microlens array manufacturing substrate 1 used in the present invention. In the figure, 10 is a substrate, 12 is a conductive thin film, and 14 is a photovoltaic layer thin film.

上記基材10としては、絶縁性であることが好ましく、ガラス板、石英板、プラスチックフィルム、エポキシ基板等が用いられる。また、前記導電性薄膜12としては、ITO、酸化インジウム、ニッケル、アルミニウム等用いられる。なお、基材10を通して光起電力層薄膜14に光照射する場合には、基材10および導電性薄膜12は光透過性(透明)であることが必要である。ただし、光起電力層薄膜側から電解液を通して光半導体薄膜14に光照射する場合はこの限りでない。なお、前記マイクロレンズアレー作製基板1において、導電性薄膜12と光起電力層薄膜14が接触していること、かつ前記導電性薄膜12が電解液と導通可能であることが必要である。   The substrate 10 is preferably insulating, and a glass plate, a quartz plate, a plastic film, an epoxy substrate, or the like is used. As the conductive thin film 12, ITO, indium oxide, nickel, aluminum, or the like is used. When the photovoltaic layer thin film 14 is irradiated with light through the substrate 10, the substrate 10 and the conductive thin film 12 are required to be light transmissive (transparent). However, this is not the case when light is applied to the optical semiconductor thin film 14 from the photovoltaic layer thin film side through the electrolytic solution. In the microlens array manufacturing substrate 1, it is necessary that the conductive thin film 12 and the photovoltaic layer thin film 14 are in contact with each other and that the conductive thin film 12 can be electrically connected to the electrolytic solution.

次に、本発明における光起電力層薄膜14について説明する。本発明に用いられる光起電力層薄膜14としては、基本的には、光照射により起電力を発生する透明薄膜半導体であれば全て使用できる。具体的には、前記半導体としてGaN、ダイヤモンド、C−BN、SiC、ZnSe、TiO2、ZnO、In23、SnO2などが挙げられる。中でも酸化チタン(TiO2)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 photovoltaic layer thin film 14 in the present invention will be described. As the photovoltaic layer thin film 14 used in the present invention, basically any transparent thin film semiconductor that generates an electromotive force by light irradiation can be used. Specifically, examples of the semiconductor include GaN, diamond, C—BN, SiC, ZnSe, TiO 2 , ZnO, In 2 O 3 , and SnO 2 . In particular, titanium oxide (TiO 2 ) 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.

上記酸化チタン等を半導体薄膜として形成する方法としては、熱酸化法、スッパタリング法、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良いものが得られる。
ただし、基材1が耐熱性の低いもの、たとえば、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。前記ゾル・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度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イルム基材表面に酸化チタン膜を作製することは困難である。
Examples of methods for forming the titanium oxide or the like as a semiconductor thin film include thermal oxidation methods, sputtering methods, electron beam evaporation methods (EB methods), ion plating methods, sol-gel methods, and the like. As a result, an n-type semiconductor having good characteristics can be obtained.
However, when the base material 1 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. The sol-gel method can form titanium oxide having high optical activity as an optical semiconductor, but since it is necessary to sinter at 500 degrees, a titanium oxide film is formed on the surface of a plastic film substrate having heat resistance of about 200 ° C. It is difficult to produce.

したがって、プラスチックフイルム基材を用いる場合には、なるべく低温で、できれば200度以下で製膜することが可能であり、また比較的基材1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。該RFスパッタリング法は、光学活性の高いアナターゼ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℃前後で基材1を加熱するので好ましくない。)   Therefore, when using a plastic film substrate, 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 method, which is a film forming method with relatively little damage to the substrate 1. A sputtering method is preferably used. The RF sputtering method is also preferable from the viewpoint of obtaining an anatase-type titanium oxide thin film having high optical activity. (The electron beam method and the ion plating method are not preferable because the substrate 1 is heated at around 200 ° C.)

本発明に用いる電解液は、少なくとも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、電解液から光起電力層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な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の膜形成材料に取り込まれて、マイクロレンズアレー層中に固定されることになる。   The electrolytic solution used in the present invention includes a film-forming material that deposits and deposits on the photovoltaic layer thin film from the electrolytic solution, since the solubility or dispersibility with respect to the aqueous liquid is lowered at least by changing the pH. 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 an electrolytic solution, Then, it is taken into the film-forming film forming material and fixed in the microlens array layer.

前記pHが変化することにより溶解性等が低下し析出する膜形成材料の一例として、アクリル系とスチレン系の共重合高分子を例にとって説明する。この高分子は、純水(pH6〜8)にほとんど溶解しないが、加熱したりアルカリ性になると容易に溶解する。また、水に対する溶解度の大きなヒステリシスを持ち、溶解していても一度酸性になって析出すると中性や弱アルカリではなかなか再溶解しないという性質を持つ。   As an example of a film-forming material in which solubility or the like decreases due to the change in pH and deposits, an acrylic and styrene copolymer polymer will be described as an example. This polymer hardly dissolves in pure water (pH 6-8), but dissolves easily when heated or becomes alkaline. In addition, it has a large hysteresis in water solubility, and once dissolved, once it becomes acidic and precipitates, it does not readily re-dissolve with neutral or weak alkali.

この高分子の水溶液中に白金電極を浸し通電すると、陽極付近では水溶液中のOH-イオンが消費されてO2になり、水素イオンが増えてpHが低下する。これは、陽極付近でホール(p)とOH-イオンとが結び付く次のような反応が起こるためである。
2OH-+2p+ → 1/2(O2)+H2
この反応が起こるには、一定の電圧が必要であり、反応の進行に伴って水溶液中の水素イオン濃度が増えてpHが低下するのである。従って、ある一定以上の電圧を印加すると、電極の陽極側では高分子の溶解度が低下して不溶化し薄膜が形成されるのである。すなわち一般に、前記薄膜(電着膜)形成にはある一定以上の閾値電圧が必要であり、電流が流れれば必ず電着膜が形成されるわけではない。
When a platinum electrode is immersed in this polymer aqueous solution and energized, OH - ions in the aqueous solution are consumed near the anode to become O 2 , hydrogen ions increase, and the pH decreases. This is because the following reaction occurs in which the hole (p) and the OH ion are combined in the vicinity of the anode.
2OH + 2p + → 1/2 (O 2 ) + H 2 O
In order for this reaction to occur, a certain voltage is required, and as the reaction proceeds, the hydrogen ion concentration in the aqueous solution increases and the pH decreases. Therefore, when a voltage of a certain level or higher is applied, the solubility of the polymer is lowered on the anode side of the electrode, so that it becomes insoluble and a thin film is formed. That is, generally, a threshold voltage of a certain level or more is required for the formation of the thin film (electrodeposition film), and the electrodeposition film is not necessarily formed when a current flows.

上記薄膜形成は、上記一定の閾値電圧を得るのに半導体に光を照射して生じる光起電力を利用するものであるが、薄膜を形成するには光起電力だけでは不十分である。しかし、バイアス電圧を印加してかさ上げして置けば、外部から入力される電圧レベルは小さくてもパターンを形成することが可能である。こうして、電着される基材に光起電力層を設けて、この入力信号に光照射を使用すれば照射光量に応じて、所望する位置に所望する形状の任意の電着膜を形成することができることとなる。それでも一定の電圧(使用する半導体のバンドギャップに依存した電圧)以上になると、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ー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。   The thin film formation uses a photovoltaic force generated by irradiating a semiconductor with light to obtain the constant threshold voltage. However, the photovoltaic power alone is insufficient to form a thin film. However, if a bias voltage is applied and raised, a pattern can be formed even if the voltage level input from the outside is small. In this way, when a photovoltaic layer is provided on the electrodeposited substrate and light irradiation is used for this input signal, an arbitrary electrodeposition film having a desired shape is formed at a desired position in accordance with the amount of irradiation light. Will be able to. Nevertheless, if the voltage exceeds a certain voltage (voltage depending on the band gap of the semiconductor used), there is a problem that the Schottky barrier between the semiconductor and the solution necessary for the formation of photovoltaic power is broken, and the bias voltage that can be applied. Has its limits.

また、一般的に電着用塗装として良く知られている高分子は、電着に必要な電圧が10V以上であることから光起電力を利用した電着技術には利用できない。ところが、前記共重合高分子は水に対する溶解度のヒステリシスを有しているために、低い電圧で薄膜形成が可能であり、種々の半導体で光起電力による電着膜の形成を行うことができる。   In general, polymers well known as electrodeposition coating cannot be used for electrodeposition techniques using photovoltaic power because the voltage required for electrodeposition is 10 V or more. However, since the copolymer polymer has a hysteresis of solubility in water, it can be formed into a thin film at a low voltage, and an electrodeposition film can be formed by photovoltaic power with various semiconductors.

具体的には、一般に半導体の光起電力は比較的大きなSiでもせいぜい0.6Vしか得られない。ところが、0.6Vで電着が可能な材料は限られている。そこで、足りない電圧はバイアス電圧を印加して補う必要がある。印加できるバイアス電圧の上限は、ショトキーバリアーが維持される限界までである。ショトキーバリアーが壊れると、光が当たってない領域も電流が流れて、基材の全領域に電着膜が形成されマイクロレンズアレー層の形成ができなくなる。例えば、2.0Vで電着される材料であれば、1.5Vのバイアス電圧を印加して光を照射すると、光起電力層14の半導体の光起電力0.6Vを足して2.1Vとなり、電着に必要な閾値電圧を越えて、光が照射された選択領域のみに光電着膜が形成される。   Specifically, in general, the photovoltaic power of a semiconductor can be obtained at most 0.6V even with relatively large Si. However, materials that can be electrodeposited at 0.6 V are limited. Therefore, it is necessary to compensate for the insufficient voltage by applying a bias voltage. The upper limit of the bias voltage that can be applied is up to the limit at which the Schottky barrier is maintained. When the Schottky barrier is broken, an electric current flows even in a region where no light is applied, and an electrodeposition film is formed on the entire region of the substrate, so that a microlens array layer cannot be formed. For example, in the case of a material that is electrodeposited at 2.0 V, when a bias voltage of 1.5 V is applied and irradiated with light, the semiconductor photovoltaic power of the photovoltaic layer 14 is increased by 0.6 V to 2.1 V. Thus, a photo-deposited film is formed only in the selected region irradiated with light exceeding the threshold voltage necessary for electrodeposition.

次に、光起電力層に用いる材料(半導体)と電着膜形成能力のある膜形成材料との組合せであるが、これは使用する半導体の極性によって決まる。光起電力薄膜の形成には太陽電池として良く知られているように、半導体と接触した界面に生じたショトキーバリアやpnあるいはpin接合を利用する。一例として、n型半導体を例にとって説明する。n型半導体と溶液との間にショトキーバリアーがある時に、半導体側を負にした場合には電流が流れる順方向であるが、逆に半導体側を正にした時には電流が流れない。ところが、半導体側を正にして電流が流れない状態でも、光を照射するとエレクトロン・ホールペアが発生し、ホールが溶液側に移動して電流が流れる。この場合、半導体電極を正にするのであるから電着される材料は負イオンでなければならない。従って、n型半導体とアニオン性分子との組合せとなり、逆に、p型半導体ではカチオン性分子が電着されることになる。   Next, a combination of a material (semiconductor) used for the photovoltaic layer and a film forming material capable of forming an electrodeposition film is determined by the polarity of the semiconductor used. As is well known as a solar cell, a photovoltaic thin film is formed using a Schottky barrier or a pn or pin junction generated at an interface in contact with a semiconductor. As an example, an n-type semiconductor will be described as an example. When there is a Schottky barrier between the n-type semiconductor and the solution, if the semiconductor side is negative, the current flows in the forward direction, but conversely, when the semiconductor side is positive, no current flows. However, even when the semiconductor side is positive and no current flows, electron-hole pairs are generated when light is irradiated, and the holes move to the solution side and current flows. In this case, since the semiconductor electrode is made positive, the electrodeposited material must be negative ions. Therefore, it becomes a combination of an n-type semiconductor and an anionic molecule, and conversely, in a p-type semiconductor, a cationic molecule is electrodeposited.

本発明における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。   In the present invention, the film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid is lowered by changing the pH, such as carboxyl group or amino group, the ion dissociation property is changed by changing the pH of the solution. It is preferable to include a substance having an ionic 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は、マイクロレンズアレーの機械的強度等の観点からも、上記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、前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。該イオン性高分子は、水系液体(pH調節を行った水系液体を含む。)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 an aqueous liquid is reduced by changing the pH is preferably a polymer material having the above 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 (ionic polymer) as described above. 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、前記高分子材料はその分子中に疎水性基を有するモノマー単位(疎水性単位)とイオン解離する基を有するモノマー単位(イオン解離単位)とを有していることが好ましく、上記イオン解離する基として、カルボキシル基(アニオン性基)、アミノ基(カチオン性基)等のイオン化可能性基が導入されていることが好ましい。たと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。   In addition, in order to have a function of lowering the solubility or dispersibility in aqueous liquid due to a change in pH, the polymer material has a group that ionically dissociates from a monomer unit having a hydrophobic group in the molecule (hydrophobic unit). It is preferable to have a monomer unit (ion dissociation unit) having an ionizable group such as a carboxyl group (anionic group) or an amino group (cationic group) introduced as the ion dissociating group. Preferably it is. For example, in the case of a polymer material having a carboxyl group, the carboxyl group becomes dissociated and dissolves in an aqueous liquid when the pH is in an alkaline region, and the dissociated state disappears and the solubility is lowered and precipitates in an acidic region.

前記高分子材料における上記疎水性単位の存在により、前記のような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相俟って、瞬時に膜を析出させるという機能が高分子材料に付与される。また、この疎水基は、後述する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。また、前記イオン解離する基として、他にヒドロキシ基等を挙げることができる。   The presence of the hydrophobic unit in the polymer material, combined with the fact that the group dissociated by the change in pH as described above loses ionicity, has the function of instantly depositing a film. Given to the material. Moreover, this hydrophobic group has the capability of adsorbing refractive index control fine particles described later, and imparts a good dispersion function to the polymer. In addition, examples of the ion-dissociating group include a hydroxy group.

疎水性単位とイオン解離単位とを有する重合体中の疎水性単位の数としては、疎水性単位とイオン解離単位との総数の30〜80%の範囲にあるものが好ましい。疎水性単位の数がイオン解離単位と疎水性単位との総数の30%未満のものは、形成された膜が再溶解し易く、膜の耐水性や膜強度が不足する場合があり、また、疎水性単位の数がイオン解離単位と疎水性単位との総数の80%より大きい場合は、水系液体への重合体の溶解性が不十分となるため、電解液が濁ったり、材料の沈殿物が生じたり、電解液の粘度が上昇しやすくなる。イオン解離単位と疎水性単位との総数に対する疎水性単位の数は、より好ましくは55%から70%の範囲である。この範囲のものは、特に膜の析出効率が高く、電解液の液性も安定している。また、光起電力の低い電着電位で膜形成ができる。   The number of hydrophobic units in the polymer having hydrophobic units and ion dissociation units is preferably within the range of 30 to 80% of the total number of hydrophobic units and ion dissociation units. When the number of hydrophobic units is less than 30% of the total number of ion dissociation units and hydrophobic units, the formed film is easily re-dissolved, and the water resistance and film strength of the film may be insufficient. When the number of hydrophobic units is larger than 80% of the total number of ion dissociation units and hydrophobic units, the solubility of the polymer in the aqueous liquid becomes insufficient, so that the electrolytic solution becomes cloudy or the material precipitates Or the viscosity of the electrolytic solution tends to increase. The number of hydrophobic units relative to the total number of ion dissociation units and hydrophobic units is more preferably in the range of 55% to 70%. In this range, the film deposition efficiency is particularly high, and the electrolyte solution is stable. In addition, a film can be formed with an electrodeposition potential with low photovoltaic power.

前記高分子材料としては、たとえば、イオン解離する基を有する重合性モノマー、疎水性基を有する重合性モノマーを共重合させたものが挙げられる。
また、イオン解離する基を含む重合性モノマーとしては、メタクリル酸、アクリル酸、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリルアミド、無水マレイン酸、フマル酸、プロピオル酸、イタコン酸など、およびこれらの誘導体が用いられるが、これらに限定されるものではない。中でも特に、メタクリル酸、アクリル酸はpH変化による着膜効率が高く、有用な親水性モノマーである。
Examples of the polymer material include those obtained by copolymerizing a polymerizable monomer having an ion dissociating group and a polymerizable monomer having a hydrophobic group.
Further, as the polymerizable monomer containing an ion dissociating group, methacrylic acid, acrylic acid, hydroxyethyl methacrylate, acrylamide, maleic anhydride, fumaric acid, propiolic acid, itaconic acid, and derivatives thereof are used. It is not limited to these. Among these, methacrylic acid and acrylic acid are useful hydrophilic monomers because of high film deposition efficiency due to pH change.

また、前記疎水性基を有する重合性モノマー材料としては、アルケン、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ラウリルなど、およびこれらの誘導体が用いられるが、これらに限定されるものではない。特に、スチレン、α−メチルスチレンは疎水性が強いために、再溶解に対するヒステリシス特性を得やすく有用な疎水性モノマーである。   Moreover, as the polymerizable monomer material having the hydrophobic group, alkene, styrene, α-methylstyrene, α-ethylstyrene, methyl methacrylate, butyl methacrylate, acrylonitrile, vinyl acetate, ethyl acrylate, butyl acrylate, Although lauryl methacrylate etc. and these derivatives are used, it is not limited to these. In particular, since styrene and α-methylstyrene are highly hydrophobic, they are useful hydrophobic monomers that are easy to obtain hysteresis characteristics against re-dissolution.

本発明のマイクロレンズアレーの製造方法において用いる高分子材料としては、前記イオン解離単位としてアクリル酸またはメタクリル酸を、前記疎水性単位としてスチレンまたはα−メチルスチレンを用いる共重合体が好ましく用いられる。すなわち、上記高分子材料としては、良好な着膜特性が得られるという観点から、カルボキシル基を有するものを用いることが好ましい。該カルボキシル基の含有量としては、上記高分子材料を構成する全単量体中のカルボキシル基を有する単量体の比率として、5〜35モル%の範囲であることが好ましい。   As the polymer material used in the method for producing a microlens array of the present invention, a copolymer using acrylic acid or methacrylic acid as the ion dissociation unit and styrene or α-methylstyrene as the hydrophobic unit is preferably used. That is, as the polymer material, it is preferable to use a material having a carboxyl group from the viewpoint of obtaining good film forming characteristics. The content of the carboxyl group is preferably in the range of 5 to 35 mol% as the ratio of the monomer having a carboxyl group in all monomers constituting the polymer material.

本発明のマイクロレンズアレー製造方法において膜構成材料として利用される高分子材料は、このようなイオン解離する基および疎水性基をそれぞれ含む重合性モノマーを、好ましくは、高分子中のイオン解離する基と疎水性基との数の割合が、前記のごとき比率となるように共重合させた高分子材料であり、各イオン解離する基及び疎水性基の種類は1種に限定されるものではない。   The polymer material used as a film constituent material in the method for producing a microlens array of the present invention preferably dissociates such a polymerizable monomer containing an ion dissociating group and a hydrophobic group, respectively, in the polymer. It is a polymer material copolymerized so that the ratio of the number of groups to hydrophobic groups is the above ratio, and the type of each ion-dissociating group and hydrophobic group is not limited to one type Absent.

また、本発明において用いる高分子材料には、必要により架橋性基を導入することができる。このような架橋性基の導入により、後述する電解液中に含まれる架橋に寄与する官能基を有する架橋剤等による架橋を促進させることができると共に、マイクロレンズアレー作製後においても熱処理等により架橋・硬化させることができ、マイクロレンズアレーの機械的強度や耐熱性をさらに向上させることができる。   Moreover, a crosslinkable group can be introduce | transduced into the polymeric material used in this invention if needed. By introducing such a crosslinkable group, it is possible to promote crosslinking by a crosslinking agent having a functional group that contributes to crosslinking, which is included in the electrolyte solution described later, and also by heat treatment after the microlens array is manufactured. -It can be cured, and the mechanical strength and heat resistance of the microlens array can be further improved.

上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。したがって、前記高分子材料として、たとえば架橋性基を有する重合性モノマー、親水基を有する重合性モノマー、疎水基を有するモノマーを共重合させたものが好適に用いられる。   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. Therefore, for example, a polymer obtained by copolymerizing a polymerizable monomer having a crosslinkable group, a polymerizable monomer having a hydrophilic group, and a monomer having a hydrophobic group is preferably used as the polymer material.

前記架橋性基を有する重合性モノマーとしては、たとえばグリシジル(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。これらの架橋性モノマーは、用いるモノマーの種類によっても異なるが、一般的に高分子化合物中1〜20モル%含まれることが好ましい。尚、ここでいう例えば「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」または「メタクリレート」を意味する。   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 crosslinkable monomers vary depending on the type of monomer used, it is generally preferred that they are contained in the polymer compound in an amount of 1 to 20 mol%. Here, for example, “(meth) acrylate” means “acrylate” or “methacrylate”.

前記高分子材料の重合度は、6,000〜25,000の範囲のものが良好な着膜性を得る高分子材料となる。より好ましくは、重合度が9,000から20,000の材料である。重合度が6,000より低いと再溶解し易くなる場合がある。重合度が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して問題を生じる場合がある。   The polymer material having a degree of polymerization in the range of 6,000 to 25,000 is a polymer material that obtains good film formability. More preferably, the material has a polymerization degree of 9,000 to 20,000. If the degree of polymerization is lower than 6,000, it may be easy to redissolve. When the degree of polymerization is higher than 25,000, the solubility in an aqueous liquid becomes insufficient, and the liquid may become turbid or precipitates may be generated.

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、この高分子材料の酸価は、60〜300の範囲において良好な着膜特性が得られる。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場合がある。また、酸価が300を超えると、形成された膜が再溶解しやすくなる場合がある。   Moreover, when the said polymeric material has anionic groups, such as a carboxyl group, the favorable film formation characteristic is acquired in the acid value of this polymeric material in the range of 60-300. The range of 90-195 is more preferable. If the acid value is less than 60, the solubility in aqueous liquid becomes insufficient, the solid content concentration of the electrolytic solution cannot be raised to an appropriate value, the liquid becomes cloudy or precipitates are formed, and the liquid viscosity is low. May rise. On the other hand, if the acid value exceeds 300, the formed film may be easily dissolved again.

また、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領域範囲が2以内で生じることが好ましい。前記のpH領域範囲が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。そしてこのことにより、各マイクロレンズ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。
前記pH領域範囲が2より大きい場合は、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領域範囲が1以内である。
In addition, the polymer material has a liquidity change that causes precipitation by generating a supernatant from a dissolved state or a dispersed state in accordance with a change in pH value of an electrolyte solution in which the polymer material is dissolved, and the pH range is within 2 Preferably it occurs in When the pH range is within 2, the film can be deposited instantly even with abrupt pH change, the cohesive force of the deposited film is high, and the re-dissolution rate in the electrolyte is reduced. The effect is excellent. As a result, a highly integrated microlens array in which the shape of each microlens is arranged can be obtained.
When the pH range is larger than 2, a decrease in the deposition rate for obtaining a sufficient thin film structure or a lack of water resistance of the membrane is likely to occur. In order to obtain more preferable characteristics, the pH range is within 1.

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他に、前述のように、再溶解しにくいという特性(ヒステリシス特性)を有していることが好ましい。
上記特性を有する高分子材料は、親水基と疎水基の種類、親水基と疎水基のバランス、酸価、分子量等を適宜、調節することにより得られる。本発明の電解液に含まれる膜形成材料としての高分子材料は、薄膜の形成効果を損なわない限りにおいて、以上述べたような材料を任意に組み合わせることができ、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。
Furthermore, the electrolyte solution in a state in which the polymer material is dissolved as described above has a characteristic that it is difficult to re-dissolve as described above, in addition to a sharp change in state that causes precipitation with respect to a change in pH value. It is preferable to have a hysteresis characteristic.
The polymer material having the above characteristics can be obtained by appropriately adjusting the kind of the hydrophilic group and the hydrophobic group, the balance between the hydrophilic group and the hydrophobic group, the acid value, the molecular weight, and the like. The polymer material as the film forming material contained in the electrolytic solution of the present invention can be arbitrarily combined with the above materials as long as the effect of forming the thin film is not impaired. A mixture of homopolar molecules, such as a mixture, or a mixture of heteropolar molecules, such as a mixture of anionic and cationic molecules.

本発明においては、前記電解液がラジカル発生剤、酸発生剤、及び架橋に寄与する官能基を有する架橋剤のうちの少なくとも1種を含有する必要がある。このように、予め電解液中に架橋を誘起する化合物及び/または架橋を構成する化合物を含ませておくことにより、形成されたマイクロレンズアレー層中にこれらの化合物が含まれることとなり、前述の如く、マイクロレンズアレー層を前記加熱処理する場合においても、加熱処理中あるいは加熱処理前に膜形成材料を架橋することができ、該加熱処理による形状変化を低減することができる。   In the present invention, the electrolytic solution needs to contain at least one of a radical generator, an acid generator, and a crosslinking agent having a functional group that contributes to crosslinking. As described above, by previously containing a compound that induces crosslinking and / or a compound that constitutes crosslinking in the electrolytic solution, these compounds are contained in the formed microlens array layer. As described above, even when the microlens array layer is subjected to the heat treatment, the film forming material can be cross-linked during the heat treatment or before the heat treatment, and the shape change due to the heat treatment can be reduced.

前記ラジカル発生剤、酸発生剤とは、熱、光等により各々ラジカル、プロトンを発生させる化合物をいい、生じたラジカルやプロトンが膜構成材料である高分子を攻撃し、水素引き抜きやプロトン供与を行い、その後再結合やイオン的結合等により連鎖間を架橋する。なお、上記ラジカル発生剤、酸発生剤は、共に単に水素引き抜きやプロトン供与を行う(架橋を誘起する)だけでなく、その後に、これらの化合物自体が、架橋の結合部分を構成する(架橋を構成する)場合もある。   The radical generator and the acid generator are compounds that generate radicals and protons by heat, light, etc., respectively, and the generated radicals and protons attack the polymer that is a membrane constituent material, and perform hydrogen abstraction and proton donation. Followed by cross-linking between the chains by recombination or ionic bonding. Both the radical generator and acid generator not only perform hydrogen abstraction or proton donation (inducing cross-linking), but also these compounds themselves constitute a bridging bond (cross-linking). In some cases).

また、前記架橋に寄与する官能基を有する架橋剤とは、文字通りこれらの官能基が膜構成材料である高分子の官能基と反応し化学的結合を成し、その化合物自体が架橋の結合部分を構成して架橋構造を形成するものをいう。   The crosslinking agent having a functional group that contributes to the crosslinking literally reacts with a functional group of a polymer that is a film constituent material to form a chemical bond, and the compound itself is a bonding part of the crosslinking. To form a cross-linked structure.

前記ラジカル発生剤としては、例えばベンゾフェノン系化合物として、2−ベンジル−2,2−ジメチルアミノ−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン、2,2−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、4−〔o−ブロム−p−N,N’−ジ(エトキシカルボニル)アミノフェニル〕−2,6−ジ(トリクロロメチル)−s−トリアジン、7−〔〔4−クロロ−6−(ジエチルアミノ)−s−トリアジン−2−イル〕アミノ〕−3−フェニルクマリンなどを、   Examples of the radical generator include benzophenone compounds such as 2-benzyl-2,2-dimethylamino- (4-morpholinophenyl) butan-1-one, 2,2-bis (2-chlorophenyl) -4, 4 ', 5,5'-tetrakis (4-ethoxycarbonylphenyl) biimidazole, 4- [o-bromo-pN, N'-di (ethoxycarbonyl) aminophenyl] -2,6-di (trichloromethyl) ) -S-triazine, 7-[[4-chloro-6- (diethylamino) -s-triazin-2-yl] amino] -3-phenylcoumarin,

また、トリハロメチル基含有トリアジン誘導体として、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−メチルチオフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンなどを挙げることができる。
これらの中では、2−ベンジル−2,2−ジメチルアミノ−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン、2,2−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)ビイミダゾール、2−(p−クロロフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンが好ましく用いられる。
Further, as trihalomethyl group-containing triazine derivatives, 2-phenyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, 2- (p-chlorophenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine, Examples include 2- (p-methylthiophenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine.
Among these, 2-benzyl-2,2-dimethylamino- (4-morpholinophenyl) butan-1-one, 2,2-bis (2-chlorophenyl) -4,4 ′, 5,5′- Tetrakis (4-ethoxycarbonylphenyl) biimidazole and 2- (p-chlorophenyl) -4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine are preferably used.

前記酸発生剤としては、例えばオニウム塩化合物類として、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスネート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロアセネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホネート、4−メトキシフェニルヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、4−メトキシフェニルヨードニウムトリフルオロアルセネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、4−メトキシフェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロアセネートなどを挙げることができる。
これらの中では、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアルセネート、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホネートが好ましく用いられる。
Examples of the acid generator include onium salt compounds such as diphenyliodonium hexafluorophosphonate, diphenyliodonium trifluoroacenate, diphenyliodonium hexafluoroarsenate, diphenyliodonium-p-toluenesulfonate, 4-methoxyphenyliodonium hexafluoro. Arsenate, 4-methoxyphenyliodonium trifluoroarsenate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium tetrafluoroborate, triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-methoxyphenyldiphenylsulfonium trifluoroacenate it can.
Of these, diphenyliodonium hexafluoroarsenate and diphenyliodonium-p-toluenesulfonate are preferably used.

前記架橋に寄与する官能基を有する架橋剤としては、特に構造的に制限されないが、官能基として水酸基、アミノ基、カルボキシル基、イソシアネート基、エポキシ基などを複数有する化合物が挙げられ、このような官能基を有する化合物としては、ベンゾフェノン系化合物、トリハロメタン基含有トリアジン誘導体などが好ましく用いられる。   The cross-linking agent having a functional group that contributes to the cross-linking is not particularly limited in terms of structure, but examples thereof include compounds having a plurality of functional groups such as a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, an isocyanate group, and an epoxy group. As the compound having a functional group, a benzophenone compound, a trihalomethane group-containing triazine derivative, or the like is preferably used.

本発明においては、以上のラジカル発生剤、酸発生剤、架橋に寄与する官能基を有する架橋剤のうちの少なくとも1種を電解液に含有させることにより、形成されたマイクロレンズアレー層を十分に硬い堅牢な膜とすることができる。また、ラジカル発生剤、酸発生剤、架橋に寄与する官能基を有する架橋剤の各々について2種以上用いてもよい。
上記十分に堅牢な膜とするためのラジカル発生剤等の含有量は、電解液中の固形分濃度で0.005〜20質量%の範囲が好ましく、0.05〜5.0質量%の範囲がより好ましい。
In the present invention, the microlens array layer formed by adding at least one of the above radical generator, acid generator, and crosslinking agent having a functional group that contributes to crosslinking to the electrolyte is sufficiently obtained. It can be a hard and strong film. Two or more types of radical generators, acid generators, and crosslinking agents having functional groups that contribute to crosslinking may be used.
The content of the radical generator or the like for making the sufficiently robust film is preferably in the range of 0.005 to 20% by mass, and in the range of 0.05 to 5.0% by mass in terms of the solid content concentration in the electrolytic solution. Is more preferable.

また、ラジカル発生剤等が含有されたマイクロレンズアレー層を前記加熱処理においてTg以上に熱した場合でも、マイクロレンズアレーが形状を維持できる程度に架橋されるためには、例えば、加熱の場合は120℃で10分間程度、光照射の場合は光強度5mW/cm2の紫外線ランプで4分間程度架橋を行うことが好ましい。なお、この架橋は前記加熱処理と同時に行ってもよいし、加熱処理前に行ってもよい。 In order to crosslink the microlens array so that the shape can be maintained even when the microlens array layer containing a radical generator or the like is heated to Tg or higher in the heat treatment, for example, in the case of heating, Crosslinking is preferably performed at 120 ° C. for about 10 minutes, and in the case of light irradiation, crosslinking is performed with an ultraviolet lamp having a light intensity of 5 mW / cm 2 for about 4 minutes. This crosslinking may be performed simultaneously with the heat treatment, or may be performed before the heat treatment.

次に電解液の導電率について説明する。導電率は着膜スピードいいかえれば、着膜量に関連しており、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10mS/cmで飽和する。従って、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-イオンを加えてや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((C254NClO4)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することができる。 Next, the conductivity of the electrolytic solution will be described. In other words, the conductivity is related to the deposition amount, and the higher the conductivity, the thicker the film deposited in a certain time and saturates at about 10 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. Support salts generally used in electrochemistry include alkali metal salts such as NaCl and KCl, and tetraalkylammonium salts such as ammonium chloride, ammonium nitrate, and tetraethylammonium perchlorate ((C 2 H 5 ) 4 NClO 4 ). Used. These supporting salts can also be used in the present invention.

また、電解液のpHも当然ながら薄膜の形成に影響する。例えば、薄膜形成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で膜の形成を行うと、薄膜が形成されても、光照射をやめた途端に膜が再溶解し始める。従って、溶解度が飽和するような溶液のpHで薄膜の形成を行うほう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必要がある。   In addition, the pH of the electrolytic solution naturally 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 thin film is formed, it is difficult to dissolve again 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 a thin film at a pH of a solution that saturates the solubility, it is necessary to adjust the electrolyte using acid or alkali at the desired pH.

特に、前記光電着法は、既述の如く、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、解像度およ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、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。
In particular, as described above, the photo-deposition 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, or by using an electrolytic solution having hysteresis characteristics. is there.
In normal 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. A film is being formed. However, in the formation of such a high voltage film, as a result of the generation of bubbles, the electric field distribution on the electrode surface becomes non-uniform and the film quality of the film itself becomes non-uniform. As a result, 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 immediately re-dissolves when the voltage application is stopped, and a fine pattern with good resolution cannot be formed.

これに対し、前述のような特性を有する電解液を用いると、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、光照射により光起電力層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。該印加電圧は9V以下、好ましくは5V以下であることが好ましい。光起電力だけで膜形成が可能であれば、バイアス電圧は不要である。   On the other hand, the use of the electrolytic solution having the above-described characteristics has 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 power generated in the photovoltaic layer thin film by light irradiation or the bias voltage supplementarily added thereto. The applied voltage is 9 V or less, preferably 5 V or less. If a film can be formed only by photovoltaic power, a bias voltage is unnecessary.

本発明のマイクロレンズアレーの製造方法は、既述の如く、着膜法(光電着法、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、得られる膜厚が光起電力層薄膜に照射された光の量に対応するので、このことを利用して、各マイクロレンズの断面形状に対応した膜厚が形成されるように、光起電力層薄膜の選択領域に、所定の調節した量の光を照射する。前記着膜法は、微細なパターンを解像度よく形成できるため、本発明のマイクロレンズアレーの製造方法により集積度が高いマイクロレンズアレーが得られる。   The production method of the microlens array of the present invention utilizes a film deposition method (photodeposition method, photocatalyst deposition method) as described above. Since the film thickness obtained by these methods corresponds to the amount of light applied to the photovoltaic layer thin film, the film thickness corresponding to the cross-sectional shape of each microlens is formed by utilizing this fact. As shown, the selected region of the photovoltaic layer thin film is irradiated with a predetermined adjusted amount of light. Since the film deposition method can form a fine pattern with high resolution, a microlens array with a high degree of integration can be obtained by the method for producing a microlens array of the present invention.

光起電力層薄膜の選択領域への光照射は、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われることが好ましい。例えば光が透過する各光透過部(以下において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った場合、光起電力層薄膜に照射される光強度は、フォトマスクの各開口部の周縁部に相当する部分と中央部に相当する部分とでは、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、各パターンに対応して露光強度の差が生ずる。したがって、光起電力層薄膜に生ずる光起電力においても、円の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 light irradiation to the selected region of the photovoltaic layer thin film is preferably performed by light irradiation through a photomask or laser light irradiation. For example, when light irradiation is performed through a photomask in which each light transmitting portion (hereinafter, referred to as an opening) through which light is transmitted is circular, the light intensity applied to the photovoltaic layer thin film depends on each photomask. In the portion corresponding to the peripheral portion of the opening and the portion corresponding to the central portion, the light intensity is weaker in the portion corresponding to the peripheral portion than in the portion corresponding to the central portion. A difference in strength occurs. Therefore, even in the photovoltaic power generated in the photovoltaic layer thin film, there is a difference in photovoltaic power between the portion corresponding to the peripheral portion of the circle and the portion corresponding to the central portion, and the film thickness formed corresponding to the difference. There is a difference. 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.

本発明においては、前記フォトマスクにおいて、開口部(光透過部)を通って透過する光強度が、開口部中央部から周縁部にかけて小さくなるように、開口部に所定のレンズ形状パターンに従った光透過率の階調性をもたせることにより、形成される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、そのドットの密度を開口部周縁から中心にかけて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が採られる。その際、上記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れば、所望のレンズ形状を得ることができる。   In the present invention, in the photomask, the opening follows a predetermined lens shape pattern so that the light intensity transmitted through the opening (light transmitting portion) decreases from the center of the opening to the periphery. By providing gradation of light transmittance, the shape or curvature of each lens cross section to be formed can be freely controlled. For example, by forming minute dots that do not allow light to pass through the openings in the photomask and decreasing the density of the dots from the periphery of the openings to the center, the light intensity passing through each opening decreases from the center toward the periphery. The method to make is taken. At that time, a desired lens shape can be obtained by adjusting the dot density distribution so that a film thickness corresponding to the curvature of the lens is formed.

前記光起電力層薄膜への選択的な光照射をレーザー光により行うこともできる。この際、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。
また、レーザー光は、所定のレンズ形状パターンに従って変化する強度分布を有するものでもよく、たとえば、ガウシアンエネルギー分布を有するビーム、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。
It is also possible to selectively irradiate the photovoltaic layer thin film with laser light. At this time, by controlling the irradiation intensity of the laser light so that a film thickness corresponding to the lens shape or curvature is formed, the microlens array having the set lens shape or curvature is controlled. be able to.
The laser light may have an intensity distribution that changes according to a predetermined lens shape pattern. For example, a beam having a Gaussian energy distribution, that is, a laser light beam whose light intensity decreases from the center to the periphery of the beam as it is. By using it, a target lens-shaped pattern can be obtained.

図2に、以上のような方法により作製されるマイクロレンズアレー2の一例を構成断面図として図示する。図中、10は絶縁性基板、12は導電性薄膜、14は光半導体薄膜、20はマイクロレンズをそれぞれ示す。   FIG. 2 shows an example of a microlens array 2 manufactured by the above method as a sectional view. In the figure, 10 is an insulating substrate, 12 is a conductive thin film, 14 is an optical semiconductor thin film, and 20 is a microlens.

本発明におけるマイクロレンズアレーは、最終的には図2に示すように、マイスロレンズ20が一定間隔に密に配置されたものとなるが、前記選択領域に光照射して膜形成を行う場合には、当初からマイクロレンズ20をすべて膜形成してしまうと、膜形成後のマイクロレンズ間の洗浄等が不充分となり、各マイクロレンズ20の形状精度が低下してしまう。このため、前記選択領域への光照射は1度にすべてのマイクロレンズ20の部分について行うのではなく、例えば、全マイクロレンズ面積の25〜50%の範囲程度ずつ複数回に分けて行うことが好ましい。   In the microlens array in the present invention, as shown in FIG. 2, finally, the micro lenses 20 are densely arranged at regular intervals. When the film is formed by irradiating the selected area with light. If all the microlenses 20 are formed from the beginning, the cleaning between the microlenses after the film formation is insufficient, and the shape accuracy of each microlens 20 is lowered. For this reason, the light irradiation to the selected region is not performed on all the microlens 20 portions at once, but may be performed in multiple steps, for example, in the range of 25 to 50% of the total microlens area. preferable.

マイクロレンズアレー2を構成する膜形成材料は、前記のように高分子材料からなる電着膜だけでもよいが、この場合の屈折率は1.4〜1.6の範囲程度であるので、さらに屈折率が高いマイクロレンズアレーを得るためには、電解液に上記高分子材料の他に、光透過性で屈折率の高い無機化合物微粒子を分散させ、高分子材料とともに着膜させ、膜の屈折率を制御することができる。   The film forming material constituting the microlens array 2 may be only an electrodeposition film made of a polymer material as described above, but the refractive index in this case is in the range of 1.4 to 1.6, In order to obtain a microlens array having a high refractive index, in addition to the above polymer material, inorganic compound fine particles having a high refractive index are dispersed in the electrolytic solution and deposited together with the polymer material. The rate can be controlled.

前記無機化合物微粒子としては、屈折率が1.8〜2.8の範囲程度のものを用いることが好ましく、たとえば、TiO2、ZnO、ZrO2、ITO等がいずれも利用可能である。これらの中では、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。前記微粒子の粒径は、5〜300nmの範囲が好ましく、20〜120nmの程度がより好ましい。また、その添加量は、マイクロレンズアレー2に要求される屈折率およびマイクロレンズアレー2の機械的強度等を考慮に入れて適宜決められる。
なお、着膜性高分子に置換基を付けて、高分子の屈折率を変えるということ可能である。
As the inorganic compound fine particles, those having a refractive index in the range of about 1.8 to 2.8 are preferably used. For example, TiO 2 , ZnO, ZrO 2 , ITO, etc. can be used. Among these, rutile-type titanium oxide fine particles are preferred because they have a large refractive index control range and high stability. The particle diameter of the fine particles is preferably in the range of 5 to 300 nm, more preferably about 20 to 120 nm. The amount of addition is appropriately determined in consideration of the refractive index required for the microlens array 2, the mechanical strength of the microlens array 2, and the like.
It is also possible to change the refractive index of the polymer by attaching a substituent to the film-forming polymer.

また、既述の如く、前記着膜法により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な場合には、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(Tg)以上に加熱すること(加熱処理)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が、本発明におけるマイクロレンズアレー層は、上記加熱処理においても形状変化等を生じることがない。前記加熱処理前後でのマイクロレンズ20の境界のエッジ部(図2におけるA)のズレは、マイクロレンズ20の大きさによっても異なるが、0.05〜10μmの範囲であることが好ましく、0.1〜5μmの範囲であることがより好ましい。   In addition, as described above, when the microlens array layer deposited by the film deposition method has a scattering property and the light transmittance is insufficient, the glass of polymer material constituting the microlens array layer By heating above the transition point (Tg) (heat treatment), the voids in the layer can be removed and the light transmittance can be improved. However, the microlens array layer in the present invention can also be used in the above heat treatment. No change in shape or the like occurs. The deviation of the edge portion (A in FIG. 2) of the boundary of the microlens 20 before and after the heat treatment varies depending on the size of the microlens 20, but is preferably in the range of 0.05 to 10 μm. A range of 1 to 5 μm is more preferable.

さらに、透過率を向上させるために、前記方法で形成したマイクロレンズ20の表面に反射防止膜30を施すことが好ましい。この反射防止膜30の材料には、屈折率が低いSiO2が好ましく用いられる。そして、一般的には、空気に接する膜の、膜厚と屈折率との積であらわされる光学膜厚が、可視帯域の中心近くである波長の1/4またはその整数倍であることが好ましい。従って、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30の膜厚は96nmまたはその整数倍とすることが好ましい。 Furthermore, in order to improve the transmittance, it is preferable to apply the antireflection film 30 to the surface of the microlens 20 formed by the above method. As a material for the antireflection film 30, SiO 2 having a low refractive index is preferably used. In general, the optical film thickness represented by the product of the film thickness and the refractive index of the film in contact with air is preferably 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, in the case of SiO 2 having a refractive index of 1.43, the thickness of the antireflection film 30 is 96 nm or An integer multiple is preferable.

実際のレンズ設計をするに当たっては、膜形成材料(高分子材料、無機化合物微粒子等)の屈折率が用いる材料によって異なるため、アプリケーションに必要な透過率や波長を厳密なシミュレーションを行って決定する必要がある。   When designing an actual lens, the refractive index of the film-forming material (polymer material, inorganic compound fine particles, etc.) varies depending on the material used, so the transmittance and wavelength required for the application must be determined through rigorous simulation. There is.

本発明により作製されるマイクロレンズアレー2において、マイクロレンズ20の大きさは直径が5〜100μmの範囲が好ましく、曲率半径が30〜1000μmの範囲が好ましい。また、各々のマイクロレンズ20の間隔は、1〜20μmの範囲が好ましい。   In the microlens array 2 manufactured according to the present invention, the size of the microlens 20 is preferably in the range of 5 to 100 μm in diameter, and preferably in the range of 30 to 1000 μm in radius of curvature. The interval between the microlenses 20 is preferably in the range of 1 to 20 μm.

次に、本発明に用いるマイクロレンズアレー製造装置について説明する。
図3は、フォトマスクを用い、光電着法によりマイクロレンズアレーを形成するマイクロレンズアレー製造装置を示す概念図である。図3で示すマイクロレンズアレー製造装置は、紫外線を照射するための光源(図示せず)、第一の結像光学レンズ72と、第二の結像光学レンズ73を有する結像光学系、第一の結像光学レンズと第二の結像光学レンズの間に挿入したフォトマスク71、電解液を収納した電着槽80、ポテンショスタットのごとき電圧印加のための手段90、対向電極91、飽和カロメル電極のごときリファレンス電極92を備えている。また、このマイクロレンズアレー製造装置において、前記結像光学系に代え、ミラー反射光学系を使用することも可能である。
Next, a microlens array manufacturing apparatus used in the present invention will be described.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a microlens array manufacturing apparatus that uses a photomask to form a microlens array by photoelectric deposition. The microlens array manufacturing apparatus shown in FIG. 3 includes a light source (not shown) for irradiating ultraviolet rays, an imaging optical system having a first imaging optical lens 72, and a second imaging optical lens 73, A photomask 71 inserted between one imaging optical lens and a second imaging optical lens, an electrodeposition tank 80 containing an electrolyte, means 90 for applying voltage such as a potentiostat, counter electrode 91, saturation A reference electrode 92 such as a calomel electrode is provided. In this microlens array manufacturing apparatus, a mirror reflection optical system can be used instead of the imaging optical system.

そして、図3で示すように、前記製造装置にマイクロレンズアレー作製基板を、電着槽80に光起電力層薄膜14が電解液に接触するように配置させて使用する。前記投影光学系を用いることにより、光起電力層薄膜14にパターン露光を結像させることができ、短い露光時間で微細なマイクロレンズアレーを形成することができる。なお、光起電力だけで必要な電着電圧を得られる場合には、前記電圧印加のための手段を省略できることはいうまでもない。   As shown in FIG. 3, the microlens array fabrication substrate is used in the manufacturing apparatus by placing it in the electrodeposition tank 80 so that the photovoltaic layer thin film 14 is in contact with the electrolytic solution. By using the projection optical system, pattern exposure can be imaged on the photovoltaic layer thin film 14, and a fine microlens array can be formed in a short exposure time. Needless to say, the means for applying the voltage can be omitted when the required electrodeposition voltage can be obtained only by the photovoltaic power.

光源としては、光起電力層薄膜を構成する透明な半導体に感度がある波長を有するものが必要であり、波長が400nm以下である光源で露光することが好ましい。具体的には、水銀灯や水銀キセノンランプなどの350nm〜400nmの波長の光が使われる。   As a light source, what has a wavelength which has a sensitivity to the transparent semiconductor which comprises a photovoltaic layer thin film is required, and it is preferable to expose with a light source whose wavelength is 400 nm or less. Specifically, light having a wavelength of 350 nm to 400 nm such as a mercury lamp or a mercury xenon lamp is used.

前記結像光学系の第二結像光学レンズ73と光透過性の基板面との距離は、1mm〜50cmの範囲とすることが取り扱いの点からみて好ましく、5mm〜50mmの範囲とすることがより好ましい。また、第二結像光学レンズ73の焦点深度は、±10〜±200μmの範囲であることが精度と取り扱いの点から好ましく、±30〜±100μmの範囲とすることがより好ましい。   The distance between the second imaging optical lens 73 of the imaging optical system and the light-transmitting substrate surface is preferably in the range of 1 mm to 50 cm from the viewpoint of handling, and is preferably in the range of 5 mm to 50 mm. More preferred. The depth of focus of the second imaging optical lens 73 is preferably in the range of ± 10 to ± 200 μm from the viewpoint of accuracy and handling, and more preferably in the range of ± 30 to ± 100 μm.

また、フォトマスク71と光起電力層薄膜14とが近接している場合、前記のごとき結像光学系やミラー反射光学系を有する露光装置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。照射光源としてはたとえば、Hg−Xeの均一照射光源を用いることができる。たとえば、フォトマスク71をマイクロレンズアレー作製基板の絶縁性の基板10に密着させ、あるいはこれに加えさらに絶縁性の基材10を0.2mm以下にして光の回折を防ぐことにより、集積度の高いマイクロレンズアレー形成が可能となる。   In addition, when the photomask 71 and the photovoltaic layer thin film 14 are close to each other, it is not necessary to use an apparatus having an exposure apparatus having an imaging optical system or a mirror reflection optical system as described above, and it is not necessary to use parallel light or close contact. Light irradiation can be performed by a mold exposure apparatus. As the irradiation light source, for example, a uniform irradiation light source of Hg—Xe can be used. For example, the photomask 71 is brought into close contact with the insulating substrate 10 of the microlens array manufacturing substrate, or in addition to this, the insulating base material 10 is made 0.2 mm or less to prevent light diffraction, thereby reducing the degree of integration. A high microlens array can be formed.

もちろん、露光時間が長時間でもかまわないならば、安価な走査型レーザー書き込み装置によっても光照射は可能である。図示しないが、図3の露光装置に代えて、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。この際、レーザー光ビームとしてガウシアンビーム、すなわち、ビーム中心ほど光強度が強く周辺に行くに従って弱くなるものを用い、レーザー光をON/OFFすることにより、所定の位置にレーザー光を照射させると、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。
この他に、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。
Of course, if the exposure time may be a long time, light irradiation can be performed by an inexpensive scanning laser writing apparatus. Although not shown, a scanning laser writing apparatus for laser beam irradiation such as a He—Cd laser can be used instead of the exposure apparatus of FIG. At this time, using a Gaussian beam as a laser light beam, that is, a beam whose intensity is stronger toward the center and becomes weaker toward the periphery, and turning on / off the laser light to irradiate the laser light at a predetermined position, Microlenses whose curvature and the like are determined according to the beam diameter are formed in an array.
In addition, a proximity type exposure apparatus can be used as long as the pattern resolution allows.

前述のマイクロレンズアレー製造装置における露光については、マイクロレンズアレー作製基板の絶縁性の基材10側から露光する場合を説明したが、光起電力層薄膜14側から露光してもよい。光起電力層薄膜14側から露光する場合には、前記マイクロレンズアレー作製基板は電解液中に浸漬されることになるが、本発明において用いられる電解液は、照射光として用いられる紫外線を吸収しないため、電解液を通して光起電力層薄膜14に露光することができる。しかし、膜厚が厚くなると光の吸収が無視できなくなりレンズ形状を作るのが困難になるので、絶縁性の基材10側から露光する方が望ましい。また、光電着法において、光起電力層により電着に充分な起電力が得られる場合には、電圧印加装置によりバイアス電圧を印加する必要はない。
なお、前記図3において、電圧印加装置90を導電性薄膜12に連結しているが、光起電力層薄膜14が作用電極として機能している。
Regarding the exposure in the above-described microlens array manufacturing apparatus, the case of exposing from the insulating base material 10 side of the microlens array manufacturing substrate has been described, but the exposure may be performed from the photovoltaic layer thin film 14 side. In the case of exposure from the photovoltaic layer thin film 14 side, the microlens array fabrication substrate is immersed in the electrolytic solution, but the electrolytic solution used in the present invention absorbs ultraviolet rays used as irradiation light. Therefore, the photovoltaic layer thin film 14 can be exposed through the electrolytic solution. However, if the film thickness is increased, light absorption cannot be ignored and it becomes difficult to form a lens shape. Therefore, it is desirable to perform exposure from the insulating base material 10 side. In the photo-deposition method, when an electromotive force sufficient for electrodeposition can be obtained by the photovoltaic layer, it is not necessary to apply a bias voltage by a voltage application device.
In FIG. 3, the voltage application device 90 is connected to the conductive thin film 12, but the photovoltaic layer thin film 14 functions as a working electrode.

光触媒着膜法によりマイクロレンズアレーを作製するための装置としては、前記図3に示す装置から、電圧印加のための手段90、対向電極91およびリファレンス電極92を除いた構成のものを用いればよい。この装置を用いてマイクロレンズアレーを作製する際は、マイクロレンズアレー作製基板の導電性薄膜10が電解液に導通していることが必要である。   As a device for producing a microlens array by the photocatalyst deposition method, a device having a configuration excluding the means 90 for applying voltage, the counter electrode 91 and the reference electrode 92 from the device shown in FIG. 3 may be used. . When a microlens array is manufactured using this apparatus, it is necessary that the conductive thin film 10 of the microlens array manufacturing substrate is electrically connected to the electrolytic solution.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、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)
厚さ0.5mmの石英ガラス基板(基材)の表面に、透明導電層(導電性薄膜)としてITOをスパッタリング法で厚さ0.1μm製膜し、さらに光起電力層薄膜としてTiO2を厚さ0.2μm製膜した。そして、このTiO2の光電流特性を上げるために、水素と窒素との混合気体中で還元処理を行いマイクロレンズアレー作製基板とした。なお、該還元処理は、4%の水素ガスが混合された純窒素ガス中、460℃で10分間アニールすることにより行った。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to these Examples.
(Example 1)
On the surface of a quartz glass substrate (base material) having a thickness of 0.5 mm, ITO is formed as a transparent conductive layer (conductive thin film) by a sputtering method to a thickness of 0.1 μm, and TiO 2 is formed as a photovoltaic layer thin film. A film having a thickness of 0.2 μm was formed. In order to improve the photocurrent characteristics of TiO 2 , reduction treatment was performed in a mixed gas of hydrogen and nitrogen to obtain a microlens array fabrication substrate. The reduction treatment was performed by annealing at 460 ° C. for 10 minutes in pure nitrogen gas mixed with 4% hydrogen gas.

次に、純水中に高分子材料(スチレン−アクリル酸ランダム共重合体、重量平均分子量:19,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比:73モル%、酸価:97、ガラス転移点:75℃、分解点:247℃、析出開始点:pH5.8)を加え、これに無機アルカリを入れてpHを調整し、pHが7.7で固形分濃度が6質量%の水溶液を作製した。この水溶液に、1質量%の2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンのイソプロピルアルコール溶液を、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンが5質量%になるように攪拌しながら加え電解液を作製した。また、その時の電解液の導電率が、3S/cmとなるように無機塩により調整した。   Next, a polymer material (styrene-acrylic acid random copolymer, weight average molecular weight: 19,000, hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio: 73 mol%, acid value: 97 in pure water. Glass transition point: 75 ° C., decomposition point: 247 ° C., precipitation start point: pH 5.8), and an inorganic alkali is added to adjust the pH. The pH is 7.7 and the solid content concentration is 6% by mass. An aqueous solution of was prepared. To this aqueous solution, an isopropyl alcohol solution of 1% by mass of 2-phenyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine was added, and 5-phenyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine was 5%. An electrolytic solution was prepared while stirring to a mass%. Moreover, it adjusted with the inorganic salt so that the electrical conductivity of the electrolyte solution might be set to 3 S / cm.

図3に示す電気化学分野で一般的な三極式の電着装置を用い、電着槽80に上記電解液を入れ、リファレンス電極92としての飽和カロメル電極に対し、前記TiO2の光起電力層薄膜14を作用電極として利用した。この時、第一の結像光学レンズ72からの光は一旦とフォトマスク71に結像し、更に第二の結像光学レンズ73を介して基材10の裏面にあるTiO2薄膜表面に結像するように調節した。第二の結像光学レンズ73と結像面との距離は10cmとし、焦点深度は±50μmとした。
また、フォトマスク71は、所定のマイクロレンズアレーを形成できるようにレンズ1個に相当する光透過部分に黒い微少ドットを中央部から周縁に向かって密度が高くなるように形成し、濃度階調(光透過率の階調)を持たせた。
Using the three-electrode electrodeposition apparatus common in the electrochemical field shown in FIG. 3, the electrolyte is put in the electrodeposition tank 80, and the TiO 2 photovoltaic power is applied to the saturated calomel electrode as the reference electrode 92. The layer thin film 14 was used as a working electrode. At this time, the light from the first imaging optical lens 72 forms an image once on the photomask 71 and further passes through the second imaging optical lens 73 to the TiO 2 thin film surface on the back surface of the substrate 10. Adjusted to image. The distance between the second imaging optical lens 73 and the imaging surface was 10 cm, and the depth of focus was ± 50 μm.
Further, the photomask 71 is formed with black fine dots in a light transmitting portion corresponding to one lens so that a predetermined microlens array can be formed so that the density increases from the central portion toward the peripheral edge, and density gradation (Tone of light transmittance).

そして前記作用電極に1.7Vのバイアス電位を与えて、基材10の裏側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長:365nm、光強度:50mW/cm2)により、マイクロレンズのマスクパターンのフォトマスク71を用いてTiO2の光起電力層薄膜14の選択領域に63秒間前記光を照射した。その結果、光起電力層薄膜表面の透過光が照射された領域に、マイクロレンズ形状のパターンの透明高分子を含む膜(マイクロレンズアレー層)が形成された。なお、この時の膜形成は光起電力層薄膜14の表面に最終的に形成されるマイクロレンズ全体の面積に対し、面積率で50%となるように間隔を置いて行った。その後、純水による水洗と室温の乾燥エアーによる乾燥とを行った。 Then, a bias potential of 1.7 V was applied to the working electrode, and a photo of the mask pattern of the microlens was applied from the back side of the substrate 10 by a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, wavelength: 365 nm, light intensity: 50 mW / cm 2 ). Using the mask 71, the selected region of the TiO 2 photovoltaic layer thin film 14 was irradiated with the light for 63 seconds. As a result, a film (microlens array layer) containing a transparent polymer having a microlens-shaped pattern was formed in the region irradiated with the transmitted light on the surface of the photovoltaic layer thin film. The film formation at this time was performed at an interval so that the area ratio was 50% with respect to the area of the entire microlens finally formed on the surface of the photovoltaic layer thin film 14. Then, washing with pure water and drying with dry air at room temperature were performed.

次いで、前記と同様にして、高分子材料であるスチレン−アクリル酸共重合体水溶液に無機アルカリを入れてpHを調整し、pHが7.8、固形分濃度が6質量%の水溶液を作製し、この水溶液に、1質量%の2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンのイソプロピルアルコール溶液を、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンが5質量%になるように攪拌しながら加え電解液を作製した。また、その時の電解液の導電率が8S/cmとなるように無機塩により調整した。   Next, in the same manner as described above, an inorganic alkali is added to a polymer material styrene-acrylic acid copolymer aqueous solution to adjust the pH, thereby preparing an aqueous solution having a pH of 7.8 and a solid content concentration of 6% by mass. In this aqueous solution, 1% by mass of 2-phenyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine in isopropyl alcohol was dissolved in 2-phenyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine. An electrolyte solution was prepared while stirring so as to be 5% by mass. Moreover, it adjusted with the inorganic salt so that the electrical conductivity of the electrolyte solution at that time might be 8 S / cm.

前記と同様の電着装置の電着槽80に上記電解液を入れ、飽和カロメル電極に対しTiO2の光起電力層薄膜14を作用電極として利用するように同様に配置した。そして作用電極に1.7Vのバイアス電位を与えて基材10の裏側から前記水銀キセノンランプにより、フォトマスク71を用いて光起電力層薄膜14の選択領域に72秒間光を照射した。なお、この時の光照射領域は、前記最初に膜形成を行った領域以外の、残りの面積率で50%の所定のマイクロレンズ形成領域とした。 The electrolyte solution was placed in an electrodeposition tank 80 of the same electrodeposition apparatus as described above, and was similarly arranged so as to use the photovoltaic layer thin film 14 of TiO 2 as a working electrode with respect to a saturated calomel electrode. Then, a bias potential of 1.7 V was applied to the working electrode, and the mercury xenon lamp was used to irradiate the selected region of the photovoltaic layer thin film 14 with light for 72 seconds from the back side of the substrate 10 using the photomask 71. In addition, the light irradiation area | region at this time was set as the predetermined | prescribed micro lens formation area | region of the remaining area ratio 50% other than the area | region which formed the film | membrane initially.

その結果、TiO2の光起電力層薄膜表面の透過光が照射された領域に、マイクロレンズ形状のパターン(マイクロレンズアレー層)が前記と同様に形成され(前記面積率で50%)、すべてのマイクロレンズ形成位置にマイクロレンズが配置されたマイクロレンズアレー層が得られた。その後、純水による水洗と室温の乾燥エアーによる乾燥とを行い、次いで、pHが4.5のpH調整液体で十分にカスケイド洗浄を行い、再度純水による洗浄を行った。 As a result, a microlens-shaped pattern (microlens array layer) was formed in the same manner as described above in the region irradiated with the transmitted light on the surface of the TiO 2 photovoltaic layer thin film (the area ratio was 50%). Thus, a microlens array layer in which microlenses are arranged at the microlens formation positions was obtained. Thereafter, washing with pure water and drying with dry air at room temperature were performed, then cascade cleaning was sufficiently performed with a pH adjusting liquid having a pH of 4.5, and washing with pure water was performed again.

次に、作製した試料を80℃のオーブンで1時間加熱し、電着膜の硬質化処理(架橋)を行なった。またその後、マイクロレンズの透明性を高めるため、その試料を200℃のオーブンで30分間加熱処理し、最終的なマイクロレンズアレーを作製した。   Next, the produced sample was heated in an oven at 80 ° C. for 1 hour to harden the electrodeposition film (crosslinking). Thereafter, in order to increase the transparency of the microlens, the sample was heat-treated in an oven at 200 ° C. for 30 minutes to produce a final microlens array.

上記マイクロレンズアレーには、レンズ直径が30μm、曲率半径が20μmのマイクロレンズが100mm角の基板全面に形成されており(レンズ集積度:6×105個/cm2)、境界のエッジ部のズレは5μm、屈折率は1.55であった。また、有機溶剤(エタノール)による超音波耐久性試験(60時間)を行なったところ、マイクロレンズアレーの形状に変化はなく、膜表面にも何ら変化は見られなかった。 In the microlens array, microlenses having a lens diameter of 30 μm and a radius of curvature of 20 μm are formed on the entire surface of a 100 mm square substrate (lens integration degree: 6 × 10 5 pieces / cm 2 ), and at the boundary edge portion. The deviation was 5 μm and the refractive index was 1.55. In addition, when an ultrasonic durability test (60 hours) with an organic solvent (ethanol) was performed, the shape of the microlens array was not changed, and no change was observed on the film surface.

また、この試料をを50℃の希塩酸溶液中に20日間浸漬し、形成された膜の膜質を観察したが、変化が確認できず、このマイクロレンズアレーは十分な堅牢性を示すことが示された。さらに、この膜は、2Hの鉛筆引っ掻きテストに対しても、傷を生じない硬質膜であることが実証された。   In addition, this sample was immersed in a dilute hydrochloric acid solution at 50 ° C. for 20 days, and the film quality of the formed film was observed, but no change was confirmed, indicating that the microlens array exhibits sufficient robustness. It was. Furthermore, this film was proved to be a hard film that did not cause scratches even for the 2H pencil scratch test.

(実施例2)
厚さ0.5mmのガラス基板(基材)の表面に、透明導電層(導電性薄膜)としてITOをスパッタリング法で厚さ0.1μm製膜し、さらに光起電力層薄膜としてTiO2をゾル−ゲル法で厚さ0.1μm成膜し、500℃で30分間加熱を行なった。そして、このTiO2の光電流特性を上げるために、実施例1と同様、還元処理として5%の水素ガスが混合された純窒素ガス中、360℃で20分間アニールを行い、マイクロレンズアレー作製基板とした。
(Example 2)
On the surface of a glass substrate (base material) having a thickness of 0.5 mm, ITO is formed as a transparent conductive layer (conductive thin film) by a sputtering method to a thickness of 0.1 μm. Further, TiO 2 is sol as a photovoltaic layer thin film. -A 0.1 micrometer-thick film was formed with the gel method, and it heated at 500 degreeC for 30 minutes. Then, in order to improve the photocurrent characteristics of this TiO 2 , as in Example 1, annealing was performed at 360 ° C. for 20 minutes in pure nitrogen gas mixed with 5% hydrogen gas as a reduction treatment to produce a microlens array. A substrate was used.

次に、純水中に高分子材料(スチレン−アクリル酸ランダム共重合体、重量平均分子量:22,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比:73モル%、酸価:100、ガラス転移点:85℃、流動開始点:134℃、分解点:247℃、析出開始点:pH5.9)を加え、これに無機アルカリを入れてpHを調整し、pHが7.8で固形分濃度が6質量%の水溶液を作製した。この水溶液に、2質量%のジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホネートのジオキサン溶液を、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホネートが5質量%になるように攪拌しながら混合して加え電解液を作製した。また、その時の電解液の導電率が、8S/cmとなるように無機塩により調整した。   Next, a polymer material (styrene-acrylic acid random copolymer, weight average molecular weight: 22,000, hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio: 73 mol%, acid value: 100 in pure water. Glass transition point: 85 ° C., flow start point: 134 ° C., decomposition point: 247 ° C., precipitation start point: pH 5.9), and an inorganic alkali is added thereto to adjust the pH, so that the pH is 7.8. An aqueous solution having a solid content concentration of 6% by mass was prepared. To this aqueous solution, a dioxane solution of 2% by mass of diphenyliodonium-p-toluenesulfonate was mixed with stirring so that diphenyliodonium-p-toluenesulfonate was 5% by mass to prepare an electrolytic solution. Moreover, it adjusted with the inorganic salt so that the electrical conductivity of the electrolyte solution might be set to 8 S / cm.

実施例1と同様に、図3に示す電着装置の電着槽80に上記電解液を入れ、同様に前記マイクロレンズアレー作製基板を配置した。そして作用電極に1.8Vのバイアス電位を与えて、基材10の裏側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長:365nm、光強度:50mW/cm2)により、実施例1と同様のマイクロレンズのマスクパターンのフォトマスク71を用いてTiO2の光起電力層薄膜14の選択領域に93秒間前記光を照射した。 In the same manner as in Example 1, the electrolyte solution was placed in the electrodeposition tank 80 of the electrodeposition apparatus shown in FIG. 3, and the microlens array production substrate was similarly arranged. Then, a bias potential of 1.8 V was applied to the working electrode, and the same microlens as in Example 1 was applied from the back side of the substrate 10 by a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, wavelength: 365 nm, light intensity: 50 mW / cm 2 ). The selected region of the TiO 2 photovoltaic layer thin film 14 was irradiated with the light for 93 seconds using the photomask 71 of the mask pattern.

その結果、光起電力層薄膜表面の透過光が照射された領域に、最大厚さが7.5μmのマイクロレンズ形状のパターンの透明高分子を含む膜(マイクロレンズアレー層)が形成された。なお、この時の膜形成は光起電力層薄膜14の表面に最終的に形成されるマイクロレンズ全体の面積に対し、面積率で50%となるように間隔を置いて行った。そして、純水による水洗と室温の乾燥エアーによる乾燥とを行った後、pHが4.5のpH調整液体で十分にカスケイド洗浄を行い、再度純水による洗浄を行った。   As a result, a film (microlens array layer) containing a microlens-shaped pattern of transparent polymer having a maximum thickness of 7.5 μm was formed in the region irradiated with the transmitted light on the surface of the photovoltaic layer thin film. The film formation at this time was performed at an interval so that the area ratio was 50% with respect to the area of the entire microlens finally formed on the surface of the photovoltaic layer thin film 14. Then, after washing with pure water and drying with room-temperature dry air, cascade washing was sufficiently performed with a pH adjusting liquid having a pH of 4.5, and washing with pure water was performed again.

次いで、前記と同様にして、高分子材料であるスチレン−アクリル酸共重合体(重量平均分子量:14,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比:73モル%、酸価:109、ガラス転移点:42℃、分解点:238℃、析出開始点: pH6.3)水溶液に無機アルカリを入れてpHを調整し、pHが7.8、固形分濃度が6質量%の水溶液を作製し、この水溶液に、2質量%のジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホネートのジオキサン溶液を、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホネートが5質量%になるように攪拌しながら加え電解液を作製した。また、その時の電解液の導電率が5mS/cmとなるように無機塩により調整した。   Subsequently, in the same manner as described above, a styrene-acrylic acid copolymer as a polymer material (weight average molecular weight: 14,000, hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio: 73 mol%, acid value: 109, glass transition point: 42 ° C., decomposition point: 238 ° C., precipitation start point: pH 6.3) An inorganic alkali was added to the aqueous solution to adjust the pH, the aqueous solution having a pH of 7.8 and a solid content concentration of 6% by mass. The dioxane solution of 2% by mass of diphenyliodonium-p-toluenesulfonate was added to this aqueous solution while stirring so that the amount of diphenyliodonium-p-toluenesulfonate was 5% by mass to prepare an electrolytic solution. Moreover, it adjusted with the inorganic salt so that the electrical conductivity of the electrolyte solution might be set to 5 mS / cm.

前記と同様の電着装置の電着槽80に上記電解液を入れ、飽和カロメル電極に対しTiO2の光起電力層薄膜14を作用電極として利用するように同様に配置した。そして作用電極に1.8Vのバイアス電位を与えて基材10の裏側から前記水銀キセノンランプにより、フォトマスク71を用いて光起電力層薄膜14の選択領域に106秒間光を照射した。なお、この時の光照射領域は、前記最初に膜形成を行った領域以外の、残りの面積率で50%の所定のマイクロレンズ形成領域とした。 The electrolyte solution was placed in an electrodeposition tank 80 of the same electrodeposition apparatus as described above, and was similarly arranged so as to use the photovoltaic layer thin film 14 of TiO 2 as a working electrode with respect to a saturated calomel electrode. Then, a bias potential of 1.8 V was applied to the working electrode, and the mercury xenon lamp was used to irradiate the selected region of the photovoltaic layer thin film 14 with light for 106 seconds from the back side of the substrate 10 using the photomask 71. In addition, the light irradiation area | region at this time was set as the predetermined | prescribed micro lens formation area | region of the remaining area ratio 50% other than the area | region which formed the film | membrane initially.

その結果、TiO2の光起電力層薄膜表面の透過光が照射された領域に、最大厚さ7.8μmのマイクロレンズ形状のパターン(マイクロレンズアレー層)が前記と同様に形成され(前記面積率で50%)、すべてのマイクロレンズ形成位置にマイクロレンズが配置されたマイクロレンズアレー層が得られた。その後、純水による水洗と室温の乾燥エアーによる乾燥とを行い、次いで、pHが4.8のpH調整液体で十分にカスケイド洗浄を行い、再度純水による洗浄を行った。 As a result, a microlens-shaped pattern (microlens array layer) having a maximum thickness of 7.8 μm was formed in the same manner as described above in the region irradiated with the transmitted light on the surface of the TiO 2 photovoltaic layer thin film (the area described above). A microlens array layer in which microlenses are arranged at all microlens formation positions was obtained. Thereafter, washing with pure water and drying with dry air at room temperature were performed, followed by sufficient cascade washing with a pH adjusting liquid having a pH of 4.8, and washing with pure water again.

その後、190℃の加熱オーブンで熱処理を行ない、電着膜の硬質化処理と、マイクロレンズの透明性を高めるための加熱処理とを同時に行った。
上記マイクロレンズアレーには、レンズ直径が30μm、曲率半径が20μmのマイクロレンズが100mm角の基板全面に形成されており(レンズ集積度:5×105個/cm2)、境界のエッジ部のズレは2μm、屈折率は1.57であった。また、有機溶剤(エタノール)による超音波耐久性試験(60時間)を行なったところ、マイクロレンズアレーの形状に変化はなく、膜表面にも何ら変化は見られなかった。
Thereafter, heat treatment was performed in a heating oven at 190 ° C., and the hardening process of the electrodeposited film and the heat treatment for improving the transparency of the microlens were simultaneously performed.
In the microlens array, microlenses having a lens diameter of 30 μm and a radius of curvature of 20 μm are formed on the entire surface of a 100 mm square substrate (lens integration degree: 5 × 10 5 pieces / cm 2 ), and at the boundary edge portion. The deviation was 2 μm and the refractive index was 1.57. In addition, when an ultrasonic durability test (60 hours) with an organic solvent (ethanol) was performed, the shape of the microlens array was not changed, and no change was observed on the film surface.

また、この試料をを50℃の希塩酸溶液中に20日間浸漬し、形成された膜の膜質を観察したが、変化が確認できず、このマイクロレンズアレーは十分な堅牢性を示すことが示された。さらに、この膜は、2Hの鉛筆引っ掻きテストに対しても、傷を生じない硬質膜であることが実証された。
なお、最終的にはマイクロレンズアレー層の表面に、保護層として透明なエポキシ樹脂を厚さ0.5μmコーティングしてマイクロレンズアレーを完成させた。
In addition, this sample was immersed in a dilute hydrochloric acid solution at 50 ° C. for 20 days, and the film quality of the formed film was observed, but no change was confirmed, indicating that the microlens array exhibits sufficient robustness. It was. Furthermore, this film was proved to be a hard film that did not cause scratches even for the 2H pencil scratch test.
Finally, a microlens array was completed by coating the surface of the microlens array layer with a transparent epoxy resin having a thickness of 0.5 μm as a protective layer.

(実施例3)
厚さ0.2mmのポリスルフォンフィルム(基材)の表面に、透明導電膜(導電性薄膜)としてITOをスパッタリング法で厚さ0.16μm製膜し、さらに光起電力層薄膜としてTiO2を厚さ0.2μm製膜した。そして、このTiO2の光電流特性を上げるために、実施例1と同様、還元処理として4%の水素ガスが混合された純窒素ガス中、170℃で20分間アニールを行い、マイクロレンズアレー作製基板とした。その後、pH4.2のpH調整液体で洗浄した。
(Example 3)
On the surface of a polysulfone film (base material) having a thickness of 0.2 mm, ITO was formed as a transparent conductive film (conductive thin film) by a sputtering method to a thickness of 0.16 μm, and TiO 2 was formed as a photovoltaic layer thin film. A film having a thickness of 0.2 μm was formed. Then, in order to improve the photocurrent characteristics of this TiO 2 , as in Example 1, annealing is performed at 170 ° C. for 20 minutes in pure nitrogen gas mixed with 4% hydrogen gas as a reduction treatment, thereby producing a microlens array. A substrate was used. Thereafter, it was washed with a pH adjusting liquid having a pH of 4.2.

次に、純水中に高分子材料(スチレン−アクリル酸ランダム共重合体、重量平均分子量:13,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比:70モル%、酸価:95、ガラス転移点:46℃、分解点:244℃、析出開始点:pH5.9)を加え、これに無機アルカリを入れてpHを調整し、pHが7.8で固形分濃度が8質量%の水溶液を作製した。この水溶液に、2.5質量%の2−ベンジル−2,2−ジメチルアミノ−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オンのジオキサン溶液を、2−ベンジル−2,2−ジメチルアミノ−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オンが5質量%になるように攪拌しながら混合して加え電解液を作製した。また、その時の電解液の導電率が、12mS/cmとなるように無機塩により調整した。   Next, a polymer material (styrene-acrylic acid random copolymer, weight average molecular weight: 13,000, hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio: 70 mol%, acid value: 95 in pure water. Glass transition point: 46 ° C., decomposition point: 244 ° C., precipitation start point: pH 5.9), and an inorganic alkali is added to adjust the pH. The pH is 7.8 and the solid content concentration is 8% by mass. An aqueous solution of was prepared. To this aqueous solution, 2.5% by mass of 2-benzyl-2,2-dimethylamino- (4-morpholinophenyl) butan-1-one in dioxane was added to 2-benzyl-2,2-dimethylamino- ( 4-Morpholinophenyl) butan-1-one was mixed with stirring so as to be 5% by mass to prepare an electrolytic solution. Moreover, it adjusted with the inorganic salt so that the electrical conductivity of the electrolyte solution might be set to 12 mS / cm.

実施例1と同様に、図3に示す電着装置の電着槽80に上記電解液を入れ、同様に前記マイクロレンズアレー作製基板を配置した。そして作用電極に1.7Vのバイアス電位を与えて、基材10の裏側から水銀キセノンランプ(山下電装製、波長:365nm、光強度:50mW/cm2)により、実施例1と同様のマイクロレンズのマスクパターンのフォトマスク71を用いてTiO2の光起電力層薄膜14の選択領域に102秒間前記光を照射した。 In the same manner as in Example 1, the electrolyte solution was placed in the electrodeposition tank 80 of the electrodeposition apparatus shown in FIG. 3, and the microlens array production substrate was similarly arranged. Then, a bias potential of 1.7 V was applied to the working electrode, and the same microlens as in Example 1 was applied from the back side of the substrate 10 by a mercury xenon lamp (manufactured by Yamashita Denso, wavelength: 365 nm, light intensity: 50 mW / cm 2 ). The selected region of the TiO 2 photovoltaic layer thin film 14 was irradiated with the light for 102 seconds using the photomask 71 having the above mask pattern.

その結果、光起電力層薄膜表面の透過光が照射された領域に、最大厚さが4.8μmのマイクロレンズ形状のパターンの透明高分子を含む膜(マイクロレンズアレー層)が形成された。なお、この時の膜形成は光起電力層薄膜14の表面に最終的に形成されるマイクロレンズ全体の面積に対し、面積率で50%となるように間隔を置いて行った。そして、純水による水洗と室温の乾燥エアーによる乾燥とを行った後、pHが4.5のpH調整液体で十分にカスケイド洗浄を行い、再度純水による洗浄を行った。   As a result, a film (microlens array layer) containing a transparent polymer having a microlens shape pattern with a maximum thickness of 4.8 μm was formed in the region irradiated with the transmitted light on the surface of the photovoltaic layer thin film. The film formation at this time was performed at an interval so that the area ratio was 50% with respect to the area of the entire microlens finally formed on the surface of the photovoltaic layer thin film 14. Then, after washing with pure water and drying with room-temperature dry air, cascade washing was sufficiently performed with a pH adjusting liquid having a pH of 4.5, and washing with pure water was performed again.

次いで、前記と同様にして、高分子材料であるスチレン−アクリル酸共重合体(重量平均分子量:10,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比:68モル%、酸価:130、ガラス転移点:65℃、分解点:240℃、析出開始点: pH5.8)水溶液に無機アルカリを入れてpHを調整し、pHが7.8、固形分濃度が8質量%の水溶液を作製し、この水溶液に、2.5質量%の2−ベンジル−2,2−ジメチルアミノ−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オンのジオキサン溶液を、2−ベンジル−2,2−ジメチルアミノ−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オンが5質量%になるように攪拌しながら混合して加え電解液を作製した。また、その時の電解液の導電率が、4mS/cmとなるように無機塩により調整した。   Subsequently, in the same manner as described above, a styrene-acrylic acid copolymer (weight average molecular weight: 10,000, hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio: 68 mol%, acid value: 130, glass transition point: 65 ° C., decomposition point: 240 ° C., precipitation start point: pH 5.8) An aqueous solution having an inorganic alkali added to the aqueous solution to adjust the pH to a pH of 7.8 and a solid content concentration of 8% by mass. Into this aqueous solution, a dioxane solution of 2.5% by mass of 2-benzyl-2,2-dimethylamino- (4-morpholinophenyl) butan-1-one was added 2-benzyl-2,2- An electrolytic solution was prepared by adding dimethylamino- (4-morpholinophenyl) butan-1-one with stirring so as to be 5% by mass. Moreover, it adjusted with the inorganic salt so that the electrical conductivity of the electrolyte solution might be set to 4 mS / cm.

前記と同様の電着装置の電着槽80に上記電解液を入れ、飽和カロメル電極に対しTiO2の光起電力層薄膜14を作用電極として利用するように同様に配置した。そして作用電極に1.7Vのバイアス電位を与えて基材10の裏側から前記水銀キセノンランプにより、フォトマスク71を用いて光起電力層薄膜14の選択領域に115秒間光を照射した。なお、この時の光照射領域は、前記最初に膜形成を行った領域以外の、残りの面積率で50%の所定のマイクロレンズ形成領域とした。 The electrolyte solution was placed in an electrodeposition tank 80 of the same electrodeposition apparatus as described above, and was similarly arranged so as to use the photovoltaic layer thin film 14 of TiO 2 as a working electrode with respect to a saturated calomel electrode. Then, a bias potential of 1.7 V was applied to the working electrode, and the mercury xenon lamp was used to irradiate the selected region of the photovoltaic layer thin film 14 for 115 seconds from the back side of the substrate 10 using the photomask 71. In addition, the light irradiation area | region at this time was set as the predetermined | prescribed micro lens formation area | region of the remaining area ratio 50% other than the area | region which formed the film | membrane initially.

その結果、TiO2の光起電力層薄膜表面の透過光が照射された領域に、最大厚さ4.9μmのマイクロレンズ形状のパターン(マイクロレンズアレー層)が前記と同様に形成され(前記面積率で50%)、すべてのマイクロレンズ形成位置にマイクロレンズが配置されたマイクロレンズアレー層が得られた。その後、純水による水洗と室温の乾燥エアーによる乾燥とを行い、次いで、pHが4.2のpH調整液体で十分にカスケイド洗浄を行い、再度純水による洗浄を行った。 As a result, a microlens-shaped pattern (microlens array layer) having a maximum thickness of 4.9 μm is formed in the same manner as described above in the region irradiated with the transmitted light on the surface of the TiO 2 photovoltaic layer thin film (the area described above). A microlens array layer in which microlenses are arranged at all microlens formation positions was obtained. Thereafter, washing with pure water and drying with dry air at room temperature were performed, and then cascade cleaning was sufficiently performed with a pH adjusting liquid having a pH of 4.2, followed by washing with pure water again.

その後、170℃の加熱オーブンで熱処理を行ない、電着膜の硬質化処理と、マイクロレンズの透明性を高めるための加熱処理とを同時に行った。
上記マイクロレンズアレーには、レンズ直径が30μm、曲率半径が20μmのマイクロレンズが100mm角の基板全面に形成されており(レンズ集積度:8×105個/cm2)、境界のエッジ部のズレは0.6μm、屈折率は1.61であった。また、有機溶剤(エタノール)による超音波耐久性試験(60時間)を行なったところ、マイクロレンズアレーの形状に変化はなく、膜表面にも何ら変化は見られなかった。
Thereafter, heat treatment was performed in a heating oven at 170 ° C., and the hardening process of the electrodeposition film and the heat treatment for increasing the transparency of the microlens were simultaneously performed.
In the microlens array, microlenses having a lens diameter of 30 μm and a curvature radius of 20 μm are formed on the entire surface of a 100 mm square substrate (lens integration degree: 8 × 10 5 pieces / cm 2 ). The deviation was 0.6 μm and the refractive index was 1.61. In addition, when an ultrasonic durability test (60 hours) with an organic solvent (ethanol) was performed, the shape of the microlens array was not changed, and no change was observed on the film surface.

また、この試料をを50℃の希塩酸溶液中に20日間浸漬し、形成された膜の膜質を観察したが、変化が確認できず、このマイクロレンズアレーは十分な堅牢性を示すことが示された。さらに、この膜は、2Hの鉛筆引っ掻きテストに対しても、傷を生じない硬質膜であることが実証された。   In addition, this sample was immersed in a dilute hydrochloric acid solution at 50 ° C. for 20 days, and the film quality of the formed film was observed, but no change was confirmed, indicating that the microlens array exhibits sufficient robustness. It was. Furthermore, this film was proved to be a hard film that did not cause scratches even for the 2H pencil scratch test.

(実施例4)
厚さ0.4mmの無アルカリガラス基板(コーニング社製:#7059ガラス)の表面に、透明導電層(導電性薄膜)としてITOをRFスパッタ法で厚さ75nm製膜し、さらに光起電力層薄膜としてアナターゼ型TiO2を厚さ110nm製膜した。
Example 4
On the surface of a non-alkali glass substrate having a thickness of 0.4 mm (manufactured by Corning: # 7059 glass), ITO is formed into a film having a thickness of 75 nm by RF sputtering as a transparent conductive layer (conductive thin film), and a photovoltaic layer is further formed. As a thin film, anatase TiO 2 was formed to a thickness of 110 nm.

次に、純水中に無機酸化物微粒子としてルチル型の酸化チタン(平均粒径:23nm、屈折率:2.7)と、高分子材料(スチレン−アクリル酸ランダム共重合体、重量平均分子量:13,000、疎水基/(親水基+疎水基)のモル比:65モル%、酸価:130、ガラス転移点:95℃、分解点:240℃、析出開始点:pH5.9)と、を質量比(酸化チタン/高分子材料)で1/5となるように加え、これに無機アルカリを入れてpHを調整し、pHが7.8で固形分濃度が12質量%の水溶液を作製した。この水溶液に、3.5質量%の2−ベンジル−2,2−ジメチルアミノ−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オンのテトラヒドロフラン溶液を、2−ベンジル−2,2−ジメチルアミノ−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オンが10質量%になるように攪拌しながら混合して加え電解液を作製した。また、その時の電解液の導電率が、3mS/cmとなるように無機塩により調整した。   Next, rutile titanium oxide (average particle size: 23 nm, refractive index: 2.7) as inorganic oxide fine particles in pure water, and a polymer material (styrene-acrylic acid random copolymer, weight average molecular weight: 13,000, molar ratio of hydrophobic group / (hydrophilic group + hydrophobic group): 65 mol%, acid value: 130, glass transition point: 95 ° C., decomposition point: 240 ° C., precipitation start point: pH 5.9), Is added so that the mass ratio (titanium oxide / polymer material) becomes 1/5, and an inorganic alkali is added to adjust the pH to produce an aqueous solution having a pH of 7.8 and a solid content concentration of 12% by mass. did. To this aqueous solution, a tetrahydrofuran solution of 3.5% by mass of 2-benzyl-2,2-dimethylamino- (4-morpholinophenyl) butan-1-one was added 2-benzyl-2,2-dimethylamino- ( 4-Morpholinophenyl) butan-1-one was mixed with stirring so as to be 10% by mass to prepare an electrolytic solution. Moreover, it adjusted with the inorganic salt so that the electrical conductivity of the electrolyte solution might be set to 3 mS / cm.

実施例1と同様に、図3に示す電着装置の電着槽80に上記電解液を入れ、同様に前記マイクロレンズアレー作製基板を配置した。そして作用電極に1.8Vのバイアス電位を与えて、基材10の裏側からHe−Cdレーザー光(波長:330nm、光強度:10mW/cm2)をTiO2の光起電力層薄膜14の選択領域に照射した。上記He−Cdレーザーは、ガルバノスキャナー、AOモジュレーターと連動させており、所定の位置にレーザー光をON/OFFできる。また、該レーザー光は、ガウシアンエネルギー分布を有するビームであるために、中心ほど光強度が強く周辺に行くに従って弱くなっている。 In the same manner as in Example 1, the electrolyte solution was placed in the electrodeposition tank 80 of the electrodeposition apparatus shown in FIG. 3, and the microlens array production substrate was similarly arranged. A bias potential of 1.8 V is applied to the working electrode, and a He—Cd laser beam (wavelength: 330 nm, light intensity: 10 mW / cm 2 ) is selected from the back side of the substrate 10 to select the TiO 2 photovoltaic layer thin film 14. The area was irradiated. The He-Cd laser is linked with a galvano scanner and an AO modulator, and can turn on / off laser light at a predetermined position. Further, since the laser light is a beam having a Gaussian energy distribution, the light intensity is stronger toward the center and becomes weaker toward the periphery.

この装置で前記レーザー光をスキャンさせたところ、最大厚さが4.2μmのマイクロレンズ形状のパターンの透明高分子を含む膜(マイクロレンズアレー層)が形成された。そして、純水による水洗と室温の乾燥エアーによる乾燥とを行った後、そのパターン像をpHが4.2のpH調整水溶液で浸水洗浄を行い、再度純水による洗浄を行った。   When the laser beam was scanned with this apparatus, a film (microlens array layer) containing a transparent polymer having a microlens-shaped pattern with a maximum thickness of 4.2 μm was formed. Then, after washing with pure water and drying with dry air at room temperature, the pattern image was immersed in a pH-adjusted aqueous solution having a pH of 4.2, and then washed with pure water again.

その後、この状態では散乱があり透明性が不十分であるために、150℃に加熱した架橋を行うと共に加熱処理して光学的な透明性を持たせた。次に、190℃の加熱オーブンに作製サンプルを入れ1時間放置し、電着膜の硬質化を完了させた。
上記マイクロレンズアレーには、レンズ直径が40μm、曲率半径が90μmの弧の部分のマイクロレンズが100mm角の基板全面に形成されており(レンズ集積度:5×105個/cm2)、境界のエッジ部のズレは0.5μm、屈折率は1.57であった。また、有機溶剤(エタノール)による超音波耐久性試験(60時間)を行なったところ、マイクロレンズアレーの形状に変化はなく、膜表面にも何ら変化は見られなかった。
Thereafter, since there was scattering in this state and the transparency was insufficient, crosslinking was performed at 150 ° C. and heat treatment was performed to provide optical transparency. Next, the prepared sample was placed in a heating oven at 190 ° C. and left for 1 hour to complete the hardening of the electrodeposition film.
In the microlens array, a microlens of an arc portion having a lens diameter of 40 μm and a curvature radius of 90 μm is formed on the entire surface of a 100 mm square substrate (lens integration degree: 5 × 10 5 pieces / cm 2 ), and the boundary The deviation of the edge portion was 0.5 μm and the refractive index was 1.57. In addition, when an ultrasonic durability test (60 hours) with an organic solvent (ethanol) was performed, the shape of the microlens array was not changed, and no change was observed on the film surface.

また、この試料をを50℃の希塩酸溶液中に20日間浸漬し、形成された膜の膜質を観察したが、変化が確認できず、このマイクロレンズアレーは十分な堅牢性を示すことが示された。さらに、この膜は、2Hの鉛筆引っ掻きテストに対しても、傷を生じない硬質膜であることが実証された。
最後に、反射防止膜として機能するSiO2を、厚さ96nmとなるようにスパッタリングで着膜させ、透過率の高いマイクロレンズアレーとした。各レンズの焦点距離は、60〜85μmの範囲の光学性能であった。
In addition, this sample was immersed in a dilute hydrochloric acid solution at 50 ° C. for 20 days, and the film quality of the formed film was observed, but no change was confirmed, indicating that the microlens array exhibits sufficient robustness. It was. Furthermore, this film was proved to be a hard film that did not cause scratches even for the 2H pencil scratch test.
Finally, SiO 2 functioning as an antireflection film was deposited by sputtering so as to have a thickness of 96 nm, and a microlens array having a high transmittance was obtained. The focal length of each lens was optical performance in the range of 60 to 85 μm.

(比較例1)
実施例1において、電解液に2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジンを加えなかった以外は、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。
(Comparative Example 1)
A microlens array was prepared in the same manner as in Example 1 except that 2-phenyl-4,6-bis (trichloromethyl) -s-triazine was not added to the electrolytic solution.

その結果、形成されたマイクロレンズアレー層の形状は実施例1と同様であったが、加熱処理時に膜の流動が生じ、処理後のエッジ部のズレは8μmであり、屈折率は1.54であった。また、実施例1と同様の有機溶剤による超音波耐久性試験や希塩酸溶液中への浸漬試験を行なったところ、いずれの場合も、マイクロレンズアレーの形状変化や膜質変化(クラックや脱離)が確認された。さらに、この膜は、2Hの鉛筆引っ掻きテストに対しても、耐傷性が不充分であった。   As a result, the shape of the formed microlens array layer was the same as in Example 1, but the film flowed during the heat treatment, the deviation of the edge portion after the treatment was 8 μm, and the refractive index was 1.54. Met. Moreover, when the ultrasonic durability test by the organic solvent similar to Example 1 and the immersion test in the dilute hydrochloric acid solution were performed, in any case, the shape change and film quality change (crack and desorption) of the microlens array were observed. confirmed. Further, this film was insufficient in scratch resistance even for the 2H pencil scratch test.

マイクロレンズアレー作製基板の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a microlens array production board | substrate. マイクロレンズアレーの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a microlens array. マイクロレンズアレー製造装置の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a microlens array manufacturing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロレンズアレー作製基板
2 マイクロレンズアレー
10 基材
12 導電性薄膜
14 光起電力層薄膜
71 フォトマスク
72、73 結像光学レンズ
80 電解槽
90 ポテンショスタット
91 対向電極
92 リファレンス電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microlens array production board | substrate 2 Microlens array 10 Base material 12 Conductive thin film 14 Photovoltaic layer thin film 71 Photomask 72, 73 Imaging optical lens 80 Electrolysis tank 90 Potentiostat 91 Counter electrode 92 Reference electrode

Claims (12)

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の電解液に対し、基材の表面に導電性薄膜と光起電力層薄膜とがこの順に積層して設けられたマイクロレンズアレー作製基板を、前記光半導体薄膜が電解液に接触するように配置し、前記光起電力層薄膜の選択領域に光を照射することにより光起電力層薄膜と対向電極との間に電圧を印加し、前記光起電力層薄膜の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工程を含む、マイクロレンズアレーの製造方法であって、
前記電解液が、ラジカル発生剤、酸発生剤、及び架橋に寄与する官能基を有する架橋剤のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とするマイクロレンズアレーの製造方法。
A conductive thin film and a photovoltaic layer thin film are laminated in this order on the surface of a base material with respect to an aqueous electrolyte solution containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquids decreases as pH changes. The provided microlens array fabrication substrate is arranged so that the photo-semiconductor thin film is in contact with the electrolytic solution, and the photovoltaic layer thin film, the counter electrode, and the counter electrode are irradiated by irradiating light to a selected region of the photovoltaic layer thin film. A method for producing a microlens array, including a step of applying a voltage between and depositing the film forming material on a selected region of the photovoltaic layer thin film to form a microlens array layer,
The method for producing a microlens array, wherein the electrolytic solution contains at least one of a radical generator, an acid generator, and a crosslinking agent having a functional group that contributes to crosslinking.
前記光起電力層薄膜の選択領域に、フォトマスクを介して光を照射することを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   2. The method of manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein light is irradiated to a selected region of the photovoltaic layer thin film through a photomask. 前記フォトマスクが、光透過部に所定のレンズ形状パターンに従った光透過率の階調を有することを特徴とする請求項2に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   The method of manufacturing a microlens array according to claim 2, wherein the photomask has a light transmittance gradation according to a predetermined lens shape pattern in the light transmitting portion. 前記光起電力層薄膜の選択領域に、所定のレンズ形状パターンに従って照射強度を変化させてレーザー光を照射することを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   2. The method of manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein the selected region of the photovoltaic layer thin film is irradiated with laser light while changing an irradiation intensity according to a predetermined lens shape pattern. 前記光起電力層薄膜の選択領域に、所定のレンズ形状パターンに従って変化する強度分布を有するレーザー光を照射することを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   2. The method of manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein the selected region of the photovoltaic layer thin film is irradiated with laser light having an intensity distribution that changes in accordance with a predetermined lens shape pattern. 前記レーザー光が、ガウシアンエネルギー分布を有するビームであることを特徴とする請求項5に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   6. The method of manufacturing a microlens array according to claim 5, wherein the laser light is a beam having a Gaussian energy distribution. 前記光起電力層薄膜が、酸化チタンを含んでいることを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   The method for manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein the photovoltaic layer thin film contains titanium oxide. 前記膜形成材料が、カルボキシル基を有する高分子材料であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   The method for manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein the film forming material is a polymer material having a carboxyl group. 前記電解液に、光透過性で屈折率の高い無機化合物微粒子を分散させたことを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   2. The method for producing a microlens array according to claim 1, wherein inorganic fine particles having a light transmittance and a high refractive index are dispersed in the electrolytic solution. 前記無機化合物微粒子が、ルチル型酸化チタンを含む微粒子であることを特徴とする請求項9に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   The method for producing a microlens array according to claim 9, wherein the inorganic compound fine particles are fine particles containing rutile-type titanium oxide. 前記光起電力層薄膜の選択領域への光照射を、光を照射するための光源、及び第一の結像光学レンズと第二の結像光学レンズとを有する結像光学系を少なくとも備えた露光装置を用い、前記第二の結像光学レンズとマイクロレンズアレー基板面との距離を1mm〜50cmの範囲として行うことを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   At least a light source for irradiating the selected region of the photovoltaic layer thin film with a light source, and an imaging optical system having a first imaging optical lens and a second imaging optical lens 2. The method of manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein an exposure apparatus is used to perform the distance between the second imaging optical lens and the microlens array substrate surface in a range of 1 mm to 50 cm. 前記第二の結像光学レンズの焦点深度が、±10〜±100μmの範囲であることを特徴とする請求項11に記載のマイクロレンズアレーの製造方法。   The method of manufacturing a microlens array according to claim 11, wherein the focal depth of the second imaging optical lens is in a range of ± 10 to ± 100 µm.
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