JP2007249158A

JP2007249158A - Optical component array element, microlens array, and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP2007249158A
Application number: JP2006148754A
Authority: JP
Inventors: Bunkei Ko; 黄文奎; ▲葛▼祖榮; Soei Katsu; Hochu Chin; 陳方中
Original assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Chunghwa Picture Tubes Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2007-09-27
Also published as: TWI315321B; TW200736303A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost manufacturing method of a microlens array. <P>SOLUTION: A self-organization monolayer film is formed on a substrate, liquid material is applied on the substrate after forming a hydrophilic area and a hydrophobic area determined by relation of the self-organization monolayer film with a coat area, the applied liquid material is condensed to form a plurality of liquid microlenses in the hydrophilic area, the liquid microlenses are hardened by using ultraviolet irradiation or heat irradiation to form a plurality of microlenses. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、光部品アレイとその製造方法に関する。より詳細には、この発明は、マイクロレンズアレイとその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical component array and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a microlens array and a manufacturing method thereof.

近年、マイクロレンズの応用が大きな注目を集めているが、それは、特に発光素子、光検出器、太陽電池、光ファイバ通信、および微小光電気機械システム等の分野において、マイクロレンズが光電子素子の性能を著しく改善できるためである。従来の技術では、発光ダイオードの表面上にマイクロレンズアレイを製造することで、光出射結合効率を５０％上昇させることが提案されている。従来の技術では、光検出器の表面上にマイクロレンズアレイを製造することで、光電流を１１％向上させることが提案されている。マイクロレンズアレイを衛星の太陽電池内で用いることで、太陽電池の光利用効率を改善することもできる。従って、我々は、マイクロレンズアレイを経済的に効果的に製造しなければならない。 In recent years, the application of microlenses has attracted a great deal of attention, especially in the fields of light-emitting elements, photodetectors, solar cells, optical fiber communications, and micro opto-mechanical systems. This is because remarkably improvement can be achieved. In the prior art, it has been proposed to increase the light emission coupling efficiency by 50% by manufacturing a microlens array on the surface of a light emitting diode. In the prior art, it has been proposed to improve the photocurrent by 11% by manufacturing a microlens array on the surface of the photodetector. By using the microlens array in the solar cell of the satellite, the light utilization efficiency of the solar cell can be improved. Therefore, we must economically and effectively manufacture the microlens array.

マイクロレンズを製造するには、例えば、インクジェット印刷、フォトレジスト・リフロー、成型、ハーフトーン・マスク・リソグラフィ、およびレーザ直接描画など多くの方法がある。インクジェット印刷は主にインクジェットヘッドを用いて、等価な量の液体マイクロレンズ材料を基板上に押し付ける。それから、液体マイクロレンズ材料は、表面張力で半球状の液滴に自然に凝集し、それから硬化して、基板の表面上にマイクロレンズを形成する。マイクロレンズの形状は、液体マイクロレンズ材料の体積と基板の表面特性を制御することで調整できる。さらに、マイクロレンズの位置は、インクジェット印刷技術によって正確に制御できる。しかし、インクジェット印刷の欠点は、装置コストが高く時間がかかることである。 There are many ways to manufacture microlenses, such as inkjet printing, photoresist reflow, molding, halftone mask lithography, and laser direct writing. Ink jet printing primarily uses an ink jet head to press an equivalent amount of liquid microlens material onto a substrate. The liquid microlens material then spontaneously aggregates into hemispherical droplets with surface tension and then cures to form microlenses on the surface of the substrate. The shape of the microlens can be adjusted by controlling the volume of the liquid microlens material and the surface properties of the substrate. Furthermore, the position of the microlens can be accurately controlled by inkjet printing technology. However, a drawback of ink jet printing is that the equipment cost is high and time consuming.

フォトレジスト・リフロー法は主に、フォトレジストの膜厚を制御するためにスピンコーティングを用い、フォトレジストの形状と位置を規制するためにリソグラフィック法を用い、それからフォトレジストが液状になるまで加熱する。この時点で、液体フォトレジストは表面張力下で半球状に凝集し、液体半球フォトレジストを室温で硬化させる。それから、ドライエッチングを行って、フォトレジストを基板の表面上で所望の形状にパターンニングする。固定型のマイクロレンズベースの場合、フォトレジストの膜厚はマイクロレンズの形状と所望の変換関係を有する。しかし、フォトレジスト・リフローの欠点はリソグラフィック装置が高価で、製造方法が複雑なことである。 The photoresist reflow method mainly uses spin coating to control the film thickness of the photoresist, uses a lithographic method to regulate the shape and position of the photoresist, and then heats until the photoresist is liquid. To do. At this point, the liquid photoresist aggregates into a hemisphere under surface tension and cures the liquid hemisphere photoresist at room temperature. Then, dry etching is performed to pattern the photoresist into a desired shape on the surface of the substrate. In the case of a fixed microlens base, the film thickness of the photoresist has a desired conversion relationship with the shape of the microlens. However, the disadvantage of photoresist reflow is that the lithographic apparatus is expensive and the manufacturing method is complicated.

成型では主に、微小機械的方法およびダイヤモンド研磨を用いて、金属バルク材料の表面上にマイクロレンズの凹状のメス型を製造する。それから、射出成型または機械的プレスを用いて、マイクロレンズの形状を規制する。しかし、成型の欠点は製造コストが高く、マイクロレンズの小型化が難しいことである。 Molding mainly uses a micromechanical method and diamond polishing to produce a concave female mold of microlenses on the surface of the metal bulk material. Then, the shape of the microlens is regulated using injection molding or a mechanical press. However, the drawbacks of molding are high manufacturing costs and it is difficult to reduce the size of the microlens.

ハーフトーン・マスク・リソグラフィは、主にハーフトーン・マスクを用いて光束量を制御し、高分子をマイクロレンズ材料として導入する。紫外光は結合部を切断することで、高分子をより小さな分子に切断でき、より小さな分子は現像液に溶解可能で、光束量が大きいほどエッチングは深くなる。マスク・リソグラフィの欠点は、ハーフトーン・マスクの製造コストが高く、製造方法が複雑なことである。 Halftone mask lithography mainly uses a halftone mask to control the amount of light flux, and introduces a polymer as a microlens material. The ultraviolet light can cut the bonding portion to cut the polymer into smaller molecules, and the smaller molecules can be dissolved in the developer. The larger the amount of light flux, the deeper the etching. The disadvantages of mask lithography are the high manufacturing cost of the halftone mask and the complicated manufacturing method.

レーザ直接描画は、主にエキシマレーザを用いて基板を直接蒸発させ、マイクロレンズ形状を構成する。レーザ直接描画の欠点はエキシマレーザの装置が高価で、工作物の表面上に残った微粒子がマイクロレンズの光学特性に悪影響を与えることである。 In direct laser writing, a substrate is directly evaporated mainly using an excimer laser to form a microlens shape. The disadvantage of direct laser writing is that the excimer laser device is expensive and the fine particles remaining on the surface of the workpiece adversely affect the optical properties of the microlens.

以上の観点において、この発明の目的は、マイクロレンズアレイを製造する低コストな方法を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a low-cost method for manufacturing a microlens array.

この発明の以上の目的および他の目的に従って、この発明はマイクロレンズアレイの製造方法を提供する。まず、基板上に自己組織化単層膜を形成し、親水性領域と疎水性領域を形成する。基板上に液体材料を塗布すると、親水性領域に複数の液体マイクロレンズが凝集する。それから、液体マイクロレンズを硬化し、マイクロレンズを形成する。 In accordance with the above and other objects of the present invention, the present invention provides a method of manufacturing a microlens array. First, a self-assembled monolayer film is formed on a substrate to form a hydrophilic region and a hydrophobic region. When a liquid material is applied on the substrate, a plurality of liquid microlenses are aggregated in the hydrophilic region. The liquid microlens is then cured to form a microlens.

この発明の一実施例では、自己組織化単層膜によって被覆される領域は疎水性領域であり、自己組織化単層膜によって露出される領域は親水性領域である。 In one embodiment of the present invention, the region covered by the self-assembled monolayer is a hydrophobic region, and the region exposed by the self-assembled monolayer is a hydrophilic region.

この発明の一実施例では、自己組織化単層膜によって被覆される領域は親水性領域であり、自己組織化単層膜によって露出される領域は疎水性領域である。 In one embodiment of the present invention, the region covered by the self-assembled monolayer is a hydrophilic region and the region exposed by the self-assembled monolayer is a hydrophobic region.

この発明の一実施例では、自己組織化単層膜を形成する方法は、第一鋳型上に接着層を形成し、接着層を硬化して第二鋳型を形成し、第一および第二鋳型を分離し、第二鋳型による微小接触印刷を介して、基板上に自己組織化単層膜を形成することを含んでいる。 In one embodiment of the present invention, a method for forming a self-assembled monolayer film includes: forming an adhesive layer on a first mold; curing the adhesive layer to form a second mold; And forming a self-assembled monolayer on the substrate through microcontact printing with a second mold.

この発明の一実施例では、接着層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である。 In one embodiment of the invention, the adhesive layer is polydimethylsiloxane (PDMS).

この発明の一実施例では、液体マイクロレンズを硬化するステップでは、紫外線照射または熱照射を用いる。 In one embodiment of the invention, the step of curing the liquid microlens uses ultraviolet radiation or heat radiation.

以上の観点において、この発明は自己組織化単層膜を導入し、基板の表面特性を変化させ、親水性領域と疎水性領域を形成する。その後、表面張力下で、親水性領域上に液体マイクロレンズ材料を凝集させることで、液体マイクロレンズを形成する。従って、この発明の方法は、マイクロレンズアレイの大量生産に適用することができる。マイクロレンズアレイの製造コストは、効果的に低減できる。 In view of the above, the present invention introduces a self-assembled monolayer, changes the surface characteristics of the substrate, and forms a hydrophilic region and a hydrophobic region. Thereafter, a liquid microlens is formed by aggregating the liquid microlens material on the hydrophilic region under surface tension. Therefore, the method of the present invention can be applied to mass production of microlens arrays. The manufacturing cost of the microlens array can be effectively reduced.

この発明の以上の目的および他の目的、特徴および利点を理解可能にするために、図面と共に好ましい実施例を以降で詳しく説明する。 In order to make the aforementioned and other objects, features and advantages of the present invention comprehensible, preferred embodiments accompanied with figures are described in detail below.

図１は、この発明の一実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法の流れ図である。図２Ａ〜２Ｇは、この発明の一実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法のステップを示す断面図である。図１を参照すると、まず、ステップＳ１１０で、基板上に自己組織化単層膜を形成し、親水性領域と疎水性領域を形成する。次に、ステップＳ１２０で、基板上に液体材料を塗布し、親水性領域上に複数の液体マイクロレンズを凝集させる。次に、ステップＳ１３０で、液体マイクロレンズを硬化し、複数のマイクロレンズを形成する。 FIG. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention. 2A to 2G are cross-sectional views illustrating steps of a method for manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, first, in step S110, a self-assembled monolayer film is formed on a substrate to form a hydrophilic region and a hydrophobic region. Next, in step S120, a liquid material is applied on the substrate, and a plurality of liquid microlenses are aggregated on the hydrophilic region. Next, in step S130, the liquid microlens is cured to form a plurality of microlenses.

この実施例では、自己組織化単層膜を形成する方法は、微小接触印刷または他の適切な方法を含んでいる。 In this example, the method of forming a self-assembled monolayer includes microcontact printing or other suitable method.

図２Ａを参照すると、微小接触印刷において、基板１１０とその上に配置した支柱構造１２０を備えた第一鋳型１００を提供する。この発明の一実施例によると、基板１１０はシリコンウェハであってもよい。基板１１０をパターンニングして、その上に支柱構造１２０を形成することもでき、支柱構造１２０は列状であってもプリズム状であってもよい。しかし、当然のことながら、支柱構造１２０は基板１１０上に材料層を形成し、それから材料層をパターンニングして、基板１１０上に支柱構造１２０を形成することもできる。 Referring to FIG. 2A, a first mold 100 having a substrate 110 and a post structure 120 disposed thereon is provided in microcontact printing. According to one embodiment of the present invention, the substrate 110 may be a silicon wafer. The substrate 110 may be patterned to form the support structure 120 thereon, and the support structure 120 may be in the form of a row or a prism. However, it will be appreciated that the post structure 120 may form a material layer on the substrate 110 and then pattern the material layer to form the post structure 120 on the substrate 110.

図２Ｂを参照すると、第一鋳型１００上には接着層２１０が形成されている。接着層２１０は、ＰＤＭＳであってもよい。特に、接着層２１０はＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ社が製造したシリコンエラストマ１８４であってもよく、ここでは主成分（試薬Ａ）と開始剤（試薬Ｂ）を１０：１の割合で混合し、均一な混合物が得られるまで５〜１０分かき混ぜる。その後、混合物を約１時間放置し、かき混ぜるステップ中に生じた気泡を消失させる。その後、混合物を第一鋳型１００の表面上に均一に塗布する。例えば、接着層２１０の厚さはおよそ数ｍｍとすることができる。 Referring to FIG. 2B, an adhesive layer 210 is formed on the first mold 100. The adhesive layer 210 may be PDMS. In particular, the adhesive layer 210 may be a silicon elastomer 184 manufactured by Dow Corning, in which the main component (reagent A) and the initiator (reagent B) are mixed at a ratio of 10: 1 to form a uniform mixture. Stir for 5-10 minutes until obtained. The mixture is then allowed to stand for about 1 hour to eliminate any bubbles generated during the stirring step. Thereafter, the mixture is uniformly applied on the surface of the first mold 100. For example, the thickness of the adhesive layer 210 can be approximately several mm.

図２Ｃを参照すると、接着層２１０を硬化し、第二鋳型２００を形成する。それから、第一鋳型１００と第二鋳型２００を分離する。特に、接着層２１０は、加熱温度約６０〜８０℃で約１〜２時間、加熱ランプで加熱する。接着層２１０を硬化した後、第一鋳型１００と第二鋳型２００を機械的手段によって分離する。 Referring to FIG. 2C, the adhesive layer 210 is cured to form the second mold 200. Then, the first mold 100 and the second mold 200 are separated. In particular, the adhesive layer 210 is heated with a heating lamp at a heating temperature of about 60-80 ° C. for about 1-2 hours. After the adhesive layer 210 is cured, the first mold 100 and the second mold 200 are separated by mechanical means.

硬化後、例えばＰＤＭＳからなる第二鋳型２００は高機械的強度および化学的安定性を備えたエラストマであり、第一鋳型１００内に設けた所望の形状に構成する。同様に、同じ第一鋳型１００によって複数の第二鋳型２００を成型でき、その結果、製造コストを効果的に低減できる。 After curing, the second mold 200 made of PDMS, for example, is an elastomer having high mechanical strength and chemical stability, and is formed into a desired shape provided in the first mold 100. Similarly, a plurality of second molds 200 can be molded by the same first mold 100, and as a result, the manufacturing cost can be effectively reduced.

図２Ｄを参照すると、第二鋳型２００の表面上に自己組織化単層膜材料を均一に塗布し、自己組織化単層膜３１０を形成する。第二鋳型２００の突出部は微小な穴を有し、第二鋳型２００は毛管作用を介して、自己組織化単層膜材料を吸収する。これ以降、自己組織化単層膜３１０を製造する構成要素および方法を詳細に例示する。 Referring to FIG. 2D, a self-assembled monolayer film material is uniformly applied on the surface of the second mold 200 to form a self-assembled monolayer film 310. The protrusion of the second mold 200 has a minute hole, and the second mold 200 absorbs the self-assembled monolayer film material through capillary action. Hereinafter, components and methods for manufacturing the self-assembled monolayer 310 will be illustrated in detail.

好ましくは、自己組織化単層膜３１０の構成要素は、適切な体積濃度またはモル濃度で有機溶剤に希釈したシラン化合物またはチオレン（thiolene）化合物である。シラン化合物およびチオレン化合物は空気中の水分および酸素と容易に反応することができるので、溶液は水分や酸素のない環境でかき混ぜるべきである。シラン化合物またはチオレン化合物の希釈に用いられる溶剤は、溶液の性質が劣化しないように高純度とすべきである。 Preferably, the component of the self-assembled monolayer 310 is a silane compound or a thiolene compound diluted in an organic solvent at an appropriate volume or molar concentration. Since silane compounds and thiolene compounds can easily react with moisture and oxygen in the air, the solution should be stirred in an environment free of moisture and oxygen. The solvent used for diluting the silane compound or thiolene compound should be highly pure so that the properties of the solution do not deteriorate.

特に、自己組織化単層膜３１０は一般的な化学構造Ｘ−Ｒ−Ｙを備えた材料であってもよく、ここでＸ官能基は基板との結合に適し、Ｒは炭化水素主鎖であり、Ｙ官能基は基板の表面特性の変化に適したものである。Ｒは−（ＣＨ２）ｎ−であってもよく、ここでｎは２以上である。 In particular, the self-assembled monolayer 310 may be a material having a general chemical structure X—R—Y, where the X functional group is suitable for bonding to the substrate, and R is a hydrocarbon backbone. Yes, the Y functional group is suitable for changing the surface characteristics of the substrate. R may be-(CH2) n-, where n is 2 or more.

Ｘ官能基は、対称または非対称シラン化合物、−ＳｉＣｌ３、−ＳｉＯＣＨ３、−Ｒ’ＳＳＲ、−ＲＳＳＲ、−Ｒ’ＳＲ、−ＲＳＲ、−Ｒ’Ｓｅ−ＳｅＲ、Ｒ’ＳｅＲ、−ＲＳｅＲ、セレノール（−ＳｅＨ）、−ＲＳＨ、−ＣＮ、イソニトリル、三価のリン化合物、イソチオシアネート、キサンテート、チオレン化合物、フォスフィン、チオ酸、ジチオ酸、カルボン酸、ヒドロキシ酸、またはヒドロキサム酸からなる。さらに、上記のＲおよびＲ’は炭化水素から構成され、ＮまたはＦ等の異質元素を含む炭化水素の長鎖構造を有する。さらに、好ましくは、ＲおよびＲ’は分子の不規則な構成を避けるために、側鎖を持たない。 X functional groups include symmetric or asymmetric silane compounds, -SiCl3, -SiOCH3, -R'SSR, -RSSR, -R'SR, -RSR, -R'Se-SeR, R'SeR, -RSeR, selenol (- SeH), -RSH, -CN, isonitrile, trivalent phosphorus compound, isothiocyanate, xanthate, thiolene compound, phosphine, thioacid, dithioacid, carboxylic acid, hydroxy acid, or hydroxamic acid. Further, R and R ′ described above are composed of hydrocarbons and have a long-chain structure of hydrocarbons containing foreign elements such as N or F. Furthermore, preferably R and R 'do not have side chains in order to avoid an irregular configuration of the molecule.

Ｙ官能基は、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、アルデヒド基、ヒドラジド基、フルオロ基、フェニル基、カルボニルを含む金属化合物、エポキシ基、またはビニル基である。 The Y functional group is a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, an aldehyde group, a hydrazide group, a fluoro group, a phenyl group, a metal compound containing a carbonyl, an epoxy group, or a vinyl group.

図２Ｅを参照すると、第二鋳型２００を用いて、微小接触印刷によって基板４１０上に自己組織化単層膜３１０を形成する。この発明の一実施例では、基板４１０は、金属薄膜、金属酸化物、半導体材料または高分子材料を有する。金属薄膜の例には、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、ジルコニウム、または白金が含まれる。半導体材料の例には、シリコン、二酸化シリコン、ガラス、または水晶が含まれる。高分子材料の例には、ポリエチレン−テレフタレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、セロファン、チルセルロース、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースプロピオネート、セルローストリアセテート等のセルロース高分子、またはポリエチレン、ポリエチレン−ビニルアセテート共重合体、アイオノマ（エチレン高分子）、ポリエチレン−ナイロン共重合体、ポリプロピレン、メチルペンテン高分子、ポリビニルフッ化物、および芳香族ポリスルホンが含まれる。 Referring to FIG. 2E, the self-assembled monolayer film 310 is formed on the substrate 410 by microcontact printing using the second mold 200. In one embodiment of the invention, the substrate 410 comprises a metal thin film, metal oxide, semiconductor material, or polymer material. Examples of metal thin films include gold, silver, copper, aluminum, iron, nickel, zirconium, or platinum. Examples of semiconductor materials include silicon, silicon dioxide, glass, or quartz. Examples of polymer materials include polyethylene-terephthalate, acrylonitrile-butadiene-styrene, acrylonitrile-methyl acrylate copolymer, cellophane, chilled cellulose, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose propionate, cellulose triacetate, etc. Molecular or polyethylene, polyethylene-vinyl acetate copolymer, ionomer (ethylene polymer), polyethylene-nylon copolymer, polypropylene, methylpentene polymer, polyvinyl fluoride, and aromatic polysulfone.

例えば、親水性、疎水性、および液体接触角等の基板４１０の表面の物理的特性は、自己組織化単層膜３１０と基板４１０の間の共有結合によって修正できる。従って、親水性領域４１０ａと疎水性領域３１０ａを基板４１０上に規制できる。この発明の一実施例では、基板４１０の表面特性が親水性、自己組織化単層膜３１０の表面特性が疎水性になるので、自己組織化単層膜３１０を基板４１０上に塗布したとき、図２Ｅに示したように、自己組織化単層膜３１０によって被覆される領域が疎水性領域３１０ａになり、自己組織化単層膜３１０によって被覆されない領域が親水性領域４１０ａになる。 For example, physical properties of the surface of the substrate 410 such as hydrophilicity, hydrophobicity, and liquid contact angle can be modified by covalent bonding between the self-assembled monolayer 310 and the substrate 410. Therefore, the hydrophilic region 410a and the hydrophobic region 310a can be regulated on the substrate 410. In one embodiment of the present invention, the surface characteristics of the substrate 410 are hydrophilic and the surface characteristics of the self-assembled monolayer film 310 are hydrophobic, so that when the self-assembled monolayer film 310 is applied on the substrate 410, As shown in FIG. 2E, the region covered by the self-assembled monolayer film 310 becomes the hydrophobic region 310a, and the region not covered by the self-assembled monolayer film 310 becomes the hydrophilic region 410a.

図２Ｆを参照すると、基板４１０上に液体材料を塗布すると、親水性領域４１０ａ上に複数の液体マイクロレンズを凝集させる。基板４１０の表面は疎水性領域３１０ａと親水性領域４１０ａに規制されているので、基板４１０上に液体材料を塗布すると、液体材料は表面張力下で、親水性領域４１０ａ上の複数の液体マイクロレンズに凝集される。特に、液体マイクロレンズ材料はフリーフロー特性を有し、液体材料が小さな表面エネルギで疎水性領域３１０ａと接触すると、液体材料は反発力下のより大きな表面エネルギで親水性領域４１０ａに向かって流れる。さらに、液体材料を半円球状に凝集させ、表面張力下で液体マイクロレンズを形成する。 Referring to FIG. 2F, when a liquid material is applied on the substrate 410, a plurality of liquid microlenses are aggregated on the hydrophilic region 410a. Since the surface of the substrate 410 is regulated by the hydrophobic region 310a and the hydrophilic region 410a, when a liquid material is applied onto the substrate 410, the liquid material is subjected to a plurality of liquid microlenses on the hydrophilic region 410a under surface tension. Agglomerated. In particular, the liquid microlens material has free flow characteristics, and when the liquid material contacts the hydrophobic region 310a with a small surface energy, the liquid material flows toward the hydrophilic region 410a with a larger surface energy under repulsive force. Further, the liquid material is aggregated into a semispherical shape, and a liquid microlens is formed under surface tension.

その後、紫外線照射または熱照射法を行って、液体マイクロレンズを硬化し、複数のマイクロレンズ３２０を形成する。上記のマイクロレンズ３２０は透明であり、高い機械的強度、高い化学的安定性を有し、この発明による比較的簡単な方法を行うことで容易に製造できる。従って、マイクロレンズアレイのコストを効果的に低減できる。マイクロレンズ３２０の屈折率は、１〜２の間である。例えば、マイクロレンズ３２０は、エポキシ樹脂、アクリレート、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ペルフルオロシクロブテン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタンまたはＰＤＭＳであってもよい。 Thereafter, ultraviolet irradiation or heat irradiation is performed to cure the liquid microlens and form a plurality of microlenses 320. The microlens 320 is transparent, has high mechanical strength and high chemical stability, and can be easily manufactured by performing a relatively simple method according to the present invention. Therefore, the cost of the microlens array can be effectively reduced. The refractive index of the microlens 320 is between 1 and 2. For example, the microlens 320 may be an epoxy resin, acrylate, polysiloxane, polyimide, polyetherimide, perfluorocyclobutene, benzocyclobutene (BCB), polycarbonate, polymethyl methacrylate (PMMA), polyurethane, or PDMS.

図３Ａは、この発明の一実施例による光部品アレイ素子の平面図であり、図３Ｂは図３ＡのラインＡ−Ａ’における断面図を示している。図３Ａと３Ｂを参照すると、光部品アレイ素子５００は、光部品アレイ素子本体５１０とマイクロレンズアレイ５２０を有する。光部品アレイ素子本体５１０は、例えば、表示装置、発光ダイオード、光検出器、または太陽電池である。さらに、マイクロレンズアレイ５２０は、光部品アレイ素子本体５１０の表面上に配置する。マイクロレンズアレイ５２０は自己組織化単層膜５２２と複数のマイクロレンズ５２４を有し、ここで自己組織化単層膜５２２は光部品アレイ素子本体５１０の表面上に配置し、その上に親水性領域５１０ａと疎水性領域５２２ａを規制する。さらに、マイクロレンズ５２４は、親水性領域５１０ａ上に配置する。 3A is a plan view of an optical component array element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 3A. Referring to FIGS. 3A and 3B, the optical component array element 500 includes an optical component array element body 510 and a microlens array 520. The optical component array element body 510 is, for example, a display device, a light emitting diode, a photodetector, or a solar cell. Further, the microlens array 520 is disposed on the surface of the optical component array element body 510. The microlens array 520 includes a self-assembled monolayer film 522 and a plurality of microlenses 524, where the self-assembled monolayer film 522 is disposed on the surface of the optical component array element body 510 and is hydrophilic on the surface. The region 510a and the hydrophobic region 522a are restricted. Further, the microlens 524 is disposed on the hydrophilic region 510a.

この発明の一実施例では、光部品アレイ素子本体５１０の表面が疎水性の場合、ＵＶオゾンまたはＯ２プラズマ等の表面処理を用いて、親水性表面を得ることができる。例えば、光部品アレイ素子本体５１０の表面が疎水性であり、自己組織化単層膜５２２の表面が親水性の場合、自己組織化単層膜５２２によって被覆される領域が親水性領域５２２ａであり、自己組織化単層膜５２２によって被覆されない領域が疎水性領域５１０ａとなる。 In one embodiment of the present invention, when the surface of the optical component array element body 510 is hydrophobic, a hydrophilic surface can be obtained by using a surface treatment such as UV ozone or O 2 plasma. For example, when the surface of the optical component array element body 510 is hydrophobic and the surface of the self-assembled monolayer film 522 is hydrophilic, the region covered by the self-assembled monolayer film 522 is the hydrophilic region 522a. The region not covered with the self-assembled monolayer film 522 becomes the hydrophobic region 510a.

当然のことながら、上記のマイクロレンズアレイの製造方法は、表示装置、発光ダイオード、光検出器、または太陽電池上のマイクロレンズアレイの製造に適用されるだけでなく、様々な光部品アレイ素子の表面上のマイクロレンズアレイの製造にも適用できる。 Of course, the above-described method for manufacturing a microlens array is not only applied to the manufacture of a microlens array on a display device, a light emitting diode, a photodetector, or a solar cell, but also a variety of optical component array elements. It can also be applied to the production of microlens arrays on the surface.

発光ダイオードの場合、マイクロレンズアレイは全反射の可能性を低減できるだけでなく、導波路構造およびマイクロキャビティ効果を遮断し、発光効率を改善することもできる。 In the case of light emitting diodes, the microlens array can not only reduce the possibility of total reflection, but can also block the waveguide structure and microcavity effect and improve luminous efficiency.

光検出器の場合、マイクロレンズアレイは信号光を光検出領域に集束し、それによって光利用効率、光検出器の信号対雑音比を向上させ、さらに応答時間を改善し、それによって歪みを低減できる。 In the case of a photodetector, the microlens array focuses the signal light into the light detection region, thereby improving the light utilization efficiency, the signal-to-noise ratio of the photodetector, and further improving the response time, thereby reducing distortion. it can.

太陽電池の場合、マイクロレンズアレイは、環境光の吸収効率を向上できる。さらに、太陽電池の製造コストは非常に高いので、太陽電池の表面上にマイクロレンズアレイを追加することで、素子のサイズを効率的に低減できる。 In the case of a solar cell, the microlens array can improve the absorption efficiency of ambient light. Furthermore, since the manufacturing cost of the solar cell is very high, the size of the element can be efficiently reduced by adding a microlens array on the surface of the solar cell.

要約すると、この発明によるマイクロレンズアレイの製造方法は、発光ダイオード、光検出器および太陽電池等の光部品アレイ素子内で用いられ、光電効率を改善できる。さらに、上記のマイクロレンズアレイの製造方法では、高価な機械および複雑な方法が必要とされる。従って、この発明の方法は好ましくは、実質的により低いコストでマイクロレンズアレイの産業用の大量生産に適用できる。 In summary, the method for manufacturing a microlens array according to the present invention can be used in optical component array elements such as light emitting diodes, photodetectors, and solar cells, and can improve photoelectric efficiency. Furthermore, the above-described manufacturing method of the microlens array requires expensive machines and complicated methods. Accordingly, the method of the present invention is preferably applicable to industrial mass production of microlens arrays at substantially lower cost.

この発明は好ましい実施例によってこれまで開示されてきたが、それは発明を限定するものではない。当業者は、発明の精神および範囲から逸脱することなく、いくつかの修正および変形を行うことができる。従って、この発明の保護範囲は、添付の請求項にあるものとする。 While this invention has been disclosed above by preferred embodiments, it is not intended to limit the invention. Those skilled in the art can make several modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention shall be defined in the appended claims.

この発明の一実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法の流れ図である。3 is a flowchart of a method for manufacturing a microlens array according to an embodiment of the present invention. この発明の一実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法のステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the step of the manufacturing method of the micro lens array by one Example of this invention. この発明の一実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法のステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the step of the manufacturing method of the micro lens array by one Example of this invention. この発明の一実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法のステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the step of the manufacturing method of the micro lens array by one Example of this invention. この発明の一実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法のステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the step of the manufacturing method of the micro lens array by one Example of this invention. この発明の一実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法のステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the step of the manufacturing method of the micro lens array by one Example of this invention. この発明の一実施例によるマイクロレンズアレイの製造方法のステップを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the step of the manufacturing method of the micro lens array by one Example of this invention. この発明の一実施例による光部品アレイ素子の平面図である。It is a top view of the optical component array element by one Example of this invention. 図３ＡのラインＡ−Ａ’における断面図である。It is sectional drawing in line A-A 'of FIG. 3A.

Explanation of symbols

１００第一鋳型
１１０基板
１２０支柱構造
１８４シリコンエラストマ
２００第二鋳型
２１０接着層
３１０自己組織化単層膜
３１０ａ疎水性領域
３２０マイクロレンズ
４１０基板
４１０ａ親水性領域
５００光部品アレイ素子
５１０光部品アレイ素子本体
５１０ａ親水性領域（疎水性領域）
５２０マイクロレンズアレイ
５２２自己組織化単層膜
５２２ａ疎水性領域（親水性領域）
５２４マイクロレンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 1st casting_mold | template 110 board | substrate 120 support | pillar structure 184 silicon | silicone elastomer 200 2nd casting_mold | template 210 adhesive layer 310 self-organization monolayer film 310a hydrophobic region 320 510a Hydrophilic region (hydrophobic region)
520 Microlens array 522 Self-assembled monolayer 522a Hydrophobic region (hydrophilic region)
524 micro lens

Claims

Forming a self-assembled monolayer on the substrate, forming a hydrophilic region and a hydrophobic region,
Applying a liquid material on the substrate, aggregating the applied liquid material to form a plurality of liquid microlenses in the hydrophilic region,
A method of manufacturing a microlens array, wherein a liquid microlens is cured to form a plurality of microlenses.

The method for producing a microlens array according to claim 1, wherein the region covered with the self-assembled monolayer film is a hydrophobic region, and the region not covered with the self-assembled monolayer film is a hydrophilic region.

The method for producing a microlens array according to claim 1, wherein the region covered with the self-assembled monolayer film is a hydrophilic region, and the region not covered with the self-assembled monolayer film is a hydrophobic region.

A method of forming a self-assembled monolayer is
Forming an adhesive layer on the first mold,
Curing the adhesive layer to form a second mold,
Separating the first mold from the second mold,
The method for producing a microlens array according to claim 1, further comprising forming a self-assembled monolayer film on the substrate through microcontact printing using the second mold.

The method for manufacturing a microlens array according to claim 4, wherein the adhesive layer has PDMS.

The method of manufacturing a microlens array according to claim 1, wherein the step of curing the liquid microlens includes using ultraviolet irradiation or heat irradiation.