JP2014031288A - Molding die for microlens array and method and apparatus for manufacturing microlens array - Google Patents

Molding die for microlens array and method and apparatus for manufacturing microlens array Download PDF

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浩平 堀内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molding die for a microlens array capable of forming a smooth optical surface shape without reflecting surface roughness of the molding die, and a method and apparatus for manufacturing the microlens array.SOLUTION: An apparatus for manufacturing a microlens array 21 includes: a molding die 1 for a microlens array having a laminate plate in which a plurality of thin metal plates, in which etching holes are arranged to form penetration etching holes, are laminated to provide through holes, and a separation film formed on at least one side of the laminate plate; a holding vessel 22 which holds the molding die 1 for the microlens array and is divided into a first space 24 formed in a side of a contact surface between the molding die 1 for the microlens array and a glass material 80 and a second space 25 formed in a side of an opposite surface of the contact surface of the molding die 1 for the microlens array; and a pressure control part 23 which generates a differential pressure so that a pressure in the second space 25 becomes lower than that in the first space 24.

Description

本発明は、マイクロレンズアレイ用成形型並びにマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置に係り、特に、凸状のマイクロレンズを滑らかな表面状態で、バラツキのない均一形状で形成可能としたマイクロレンズアレイ用成形型並びにそれを用いたマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置に関する。   The present invention relates to a mold for microlens array and a method and apparatus for manufacturing a microlens array, and in particular, a microlens array capable of forming a convex microlens with a smooth surface and a uniform shape without variation. The present invention relates to a molding die and a microlens array manufacturing method and manufacturing apparatus using the same.

デジタルカメラのイメージセンサー、液晶プロジェクター、光通信用のレーザープロジェクターなどに用いられるマイクロレンズは、通常、マイクロレンズアレイと呼ばれる、マイクロレンズを碁盤目状等に複数個整列させた形態で用いられる。   A microlens used in an image sensor of a digital camera, a liquid crystal projector, a laser projector for optical communication, or the like is usually used in a form called a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged in a grid pattern.

このマイクロレンズアレイは、成形面にマイクロレンズに対応する凹面を複数個整列して形成した上型と成形面を平板状とした下型との間に、成形用のガラス素材を挟みプレスして、1度の成形操作で複数個の整列したマイクロレンズ形状をガラス素材に転写して得られる。   In this microlens array, a glass material for molding is sandwiched and pressed between an upper mold formed by aligning a plurality of concave surfaces corresponding to microlenses on a molding surface and a lower mold having a molding surface in a flat plate shape. A plurality of aligned microlens shapes can be transferred to a glass material by a single molding operation.

ここで用いられる上型の成形面は、成形型とする板状の素材の表面を、先端が球状のパンチ工具により押圧する等によりマイクロレンズアレイに対応する凹面に形成されている。そして、この凹面からなる成形面を有する成形型に、加熱、軟化したガラス素材を押しつけて、上記成形面形状の光学面を有するマイクロレンズアレイを製造する方法が知られている(特許文献1参照)。   The molding surface of the upper mold used here is formed as a concave surface corresponding to the microlens array by pressing the surface of a plate-shaped material serving as a molding die with a punch tool having a spherical tip. A method of manufacturing a microlens array having an optical surface having the above-described molding surface shape by pressing a heated and softened glass material against a molding die having a concave molding surface is known (see Patent Document 1). ).

また、マイクロレンズアレイではないが、凹部を有するガラス物品を製造するにあたって、肉厚の均一化及び面性状の適切化を狙い、成形型において成形面に通じる貫通孔を形成し、この貫通孔を通じて成形面内の圧力を負圧にして軟化したガラスを成形面側に引き込む力を生じさせて成形を行う方法も知られている(特許文献2及び3参照)。   In addition, when manufacturing a glass article having a recess, although not a microlens array, a through hole that leads to the molding surface is formed in the molding die with the aim of uniform thickness and appropriate surface properties. There is also known a method in which molding is performed by generating a force that draws softened glass into the molding surface side by making the pressure in the molding surface negative (see Patent Documents 2 and 3).

しかしながら、特許文献1に記載のマイクロレンズアレイは、その光学面の表面粗さが光学面を形成する凹状の成形面の表面粗さに影響され、特に、レンズ径が小さい場合には、成形面を研磨するのも困難であり、十分に滑らかな光学面が得られなかった。また、特許文献2のガラス物品および特許文献3のガラス成形品においては、成形面内を負圧にして成形を補助しているが、結局、成形面形状をガラス物品またはガラス成形品に転写させており、特許文献1と同様、ガラス物品またはガラス成形品の表面は成形面の表面粗さに影響を受けている。なお、特許文献2はガラス物品であり、また、特許文献3はガラス成形品であり、マイクロレンズアレイのような光学製品ではないため、製品の表面粗さについては特に言及されていない。   However, in the microlens array described in Patent Document 1, the surface roughness of the optical surface is affected by the surface roughness of the concave molding surface forming the optical surface, and particularly when the lens diameter is small, the molding surface It was also difficult to polish the surface, and a sufficiently smooth optical surface could not be obtained. In addition, in the glass article of Patent Document 2 and the glass molded article of Patent Document 3, molding is assisted by forming a negative pressure in the molding surface, but eventually the shape of the molding surface is transferred to the glass article or the glass molded product. As in Patent Document 1, the surface of a glass article or glass molded product is affected by the surface roughness of the molding surface. In addition, since patent document 2 is a glass article and patent document 3 is a glass molded product and is not an optical product such as a microlens array, the surface roughness of the product is not particularly mentioned.

これに対して、マイクロレンズを転写により成形するのではなく、成形型の成形部表面がその光学面と接触しないように凹部を形成しておき、光学面を自由表面として成形する方法が知られている(例えば、特許文献4及び5参照)。   On the other hand, instead of molding the microlens by transfer, a method is known in which a concave portion is formed so that the molded portion surface of the mold does not contact the optical surface, and the optical surface is molded as a free surface. (For example, see Patent Documents 4 and 5).

しかしながら、これら光学面と接触させずに成形を行う方法は、ガラス素材を成形型で挟み込んで、その成形型のプレス圧力を利用しているため、マイクロレンズの全面において均一な圧力を生じさせるのが困難で、圧力が不均一になった場合には個々のレンズ形状にバラツキが生じてしまうという問題がある。また、プレスによる成形の際には圧力がガラス側面側に逃げるため、形状が面頂部に対して左右対称とならなかったり、ガラス素材を成形面に押し込むのに限界があり、光学面の高さの調整が困難となったりするなどの問題がある。   However, the method of molding without contacting these optical surfaces uses a pressing pressure of the molding die by sandwiching the glass material with the molding die, and therefore generates a uniform pressure on the entire surface of the microlens. However, when the pressure becomes non-uniform, there is a problem that the individual lens shapes vary. In addition, since the pressure escapes to the side of the glass during molding by pressing, the shape is not symmetrical with respect to the top of the surface, and there is a limit to pushing the glass material into the molding surface, and the height of the optical surface There are problems such as making adjustment difficult.

本発明者らは、このような問題点を解決するために、マイクロレンズアレイの製造にあたって、成形型の表面粗さを反映することなく滑らかなレンズ形状を形成できると共に、レンズの高さの調整も容易にでき、さらに、マイクロレンズアレイの製造においては、個々のレンズ形状を均一な形状に成形できる光学素子の製造方法及び製造装置について、すでに出願を行っている(特願2011−183976号)。   In order to solve such problems, the inventors of the present invention can form a smooth lens shape without reflecting the surface roughness of the mold and adjust the height of the lens when manufacturing the microlens array. In addition, in the manufacture of microlens arrays, an application has already been filed for an optical element manufacturing method and apparatus capable of forming individual lens shapes into a uniform shape (Japanese Patent Application No. 2011-183976). .

ところで、マイクロレンズの大きさは、成形型に形成された貫通孔の孔径により定まる。そして、このような孔加工の方法としては、例えば、成形型の母材となる板に対して、レーザー加工やドリル加工等による機械加工法が知られている。   By the way, the size of the micro lens is determined by the diameter of the through hole formed in the mold. As such a hole processing method, for example, a machining method by laser processing, drill processing, or the like is known for a plate that is a base material of a mold.

また、マイクロレンズアレイの製造に関するものではないが、エッチングにより金属薄板に複数の細孔を形成し、この細孔の位置合わせを行い積層して、板厚より小径の微細孔を有する金属板も知られている(例えば、特許文献6参照)。   Also, although not related to the production of the microlens array, a metal plate having fine holes smaller in diameter than the plate thickness is formed by forming a plurality of pores in the metal thin plate by etching, aligning the pores, and laminating them. It is known (see, for example, Patent Document 6).

特開平11−277543号公報JP-A-11-277543 特開2007−131499号公報JP 2007-131499 A 特開2011−153051号公報JP 2011-153051 A 特開2007−182372号公報JP 2007-182372 A 特開2006−111491号公報JP 2006-111491 A 特許第3409153号公報Japanese Patent No. 3409153

しかしながら、ドリル加工は比較的大きな径の孔は作製しやすいが、100μm以下の小さい径で、かつ、マイクロレンズアレイ用成形型として強度を確保できる厚さに応じた0.8mm〜5mm程度の深い孔を作製するとなると、ドリル加工はもちろん、レーザー加工であっても、その加工が困難であった。さらに、マイクロレンズアレイは、孔の数が数千にも至る場合があるので、孔の個数が多い成形型を作製するときに、ドリル加工やレーザー加工のように1個ずつ孔加工をする加工方法では、加工に手間がかかってしまう。また、レーザー加工で多数の孔加工をすると、熱歪により板全体の反りが発生し、成形型として必要な平坦度を確保できない問題もある。また、ドリル加工で多数の孔加工をすると、工具摩耗による孔径の変化や、ドリル交換によるピッチのずれが生じるおそれがあり、ドリル貫通側のバリの除去処理も必要となり、高い加工精度が困難となる。さらに、ドリル加工やレーザー加工では、いずれも製造コストが大きくなってしまうという問題もあった。   However, although drilling is easy to produce a hole with a relatively large diameter, it has a small diameter of 100 μm or less and a depth of about 0.8 mm to 5 mm according to the thickness that can ensure strength as a microlens array mold. When producing holes, drilling as well as laser processing was difficult. In addition, since the microlens array can have thousands of holes, when creating a mold with a large number of holes, drilling or laser processing is performed one by one. This method takes time and effort. In addition, when a large number of holes are processed by laser processing, the entire plate is warped due to thermal strain, and there is a problem that flatness necessary for a mold cannot be ensured. In addition, if a large number of holes are drilled, there is a risk that the hole diameter may change due to tool wear or the pitch may be shifted due to drill replacement, and it is necessary to remove burrs on the drill penetration side. Become. Furthermore, in both drilling and laser processing, there is a problem that the manufacturing cost increases.

また、特許文献6の方法で作製される微細孔を有する金属板は、とりわけ、ガラスを対象とした成形型としての取り扱いに関する記載はなく、ガラス製のマイクロレンズアレイに関する記載もない。とくに、マイクロレンズアレイは、マイクロレンズ毎のバラツキが小さい高精度の表面形状が求められることから、ガラス製のマイクロレンズアレイの成形に用いられる成形型にも同様に高い精度が求められる。そして、特許文献6の方法で作製される金属板を、加熱により軟化させたガラスと接触して成形を行う成形型として用いる場合を仮定したとしても、成形後のマイクロレンズアレイの表面を平滑にできない、という問題があった。   In addition, the metal plate having micropores produced by the method of Patent Document 6 has no description regarding handling as a mold for glass, and there is no description regarding a glass microlens array. In particular, since the microlens array is required to have a highly accurate surface shape with little variation for each microlens, high precision is similarly required for a mold used for molding a glass microlens array. Even if it is assumed that the metal plate produced by the method of Patent Document 6 is used as a mold for molding in contact with glass softened by heating, the surface of the microlens array after molding is smoothed. There was a problem that it was not possible.

そこで、本発明は、製造が困難であった孔径を有するガラス製のマイクロレズアレイ用成形型に関して、製造の手間を軽減して、高い精度の多数の微小な孔の加工を実現するとともに、この成形型を使用したマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置の提供を目的とする。   Therefore, the present invention reduces the labor of manufacturing and realizes processing of a large number of minute holes with high accuracy, with respect to a glass mold for micro-les array having a hole diameter that has been difficult to manufacture. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus of a microlens array using a mold.

本発明のマイクロレンズアレイ用成形型は、エッチング孔である貫通エッチング孔が整列して形成された金属薄板が複数枚、前記貫通エッチング孔の位置が一致するように積層されてマイクロレンズ形成用の貫通孔が設けられた積層板と、前記積層板の少なくとも一方の面に形成された離形膜と、を有することを特徴とする。なお、離型膜は貴金属系又は炭素系の材料からなることが好ましい。   The mold for forming a microlens array of the present invention has a plurality of metal thin plates formed by aligning through-etching holes, which are etching holes, and laminated so that the positions of the through-etching holes coincide with each other. It has the laminated board provided with the through-hole, and the release film formed in the at least one surface of the said laminated board, It is characterized by the above-mentioned. The release film is preferably made of a noble metal-based or carbon-based material.

本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、ガラス素材を、上記本発明のマイクロレンズアレイ用成形型と接触させ、前記ガラス素材を加熱により軟化させる加熱工程と、前記加熱工程後、前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面側の第1の空間と、前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面とは反対面側の第2の空間との間に、前記第1の空間よりも前記第2の空間の方が低圧になるように差圧を生じさせ、前記ガラス素材を前記マイクロレンズアレイ用成形型に密接させて貫通孔内に吸引し、前記マイクロレンズアレイ用成形型と接触させずに凸状のマイクロレンズを形成する成形工程と、前記成形工程により所望の形状となったガラス素材を冷却する冷却工程と、を有することを特徴とする。   The method for producing a microlens array of the present invention includes a heating step of bringing a glass material into contact with the mold for microlens array of the present invention and softening the glass material by heating, and after the heating step, the microlens array. Between the first space on the contact surface side with the glass material of the mold for molding and the second space on the opposite surface side to the contact surface with the glass material of the mold for microlens array, A differential pressure is generated so that the second space has a lower pressure than the first space, the glass material is brought into close contact with the mold for microlens array and sucked into a through hole, and the microlens A molding process for forming a convex microlens without contact with a mold for an array; and a cooling process for cooling a glass material having a desired shape by the molding process. That.

本発明のマイクロレンズアレイの製造装置は、上記本発明のマイクロレンズアレイ用成形型と、前記マイクロレンズアレイ用成形型の周縁部を保持し、該マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面側に形成される第1の空間と前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面の反対面側に形成される第2の空間とを分割可能な保持容器と、前記第1の空間よりも第2の空間の方が低圧になるように差圧を生じさせる圧力制御部と、を有することを特徴とする。   An apparatus for manufacturing a microlens array according to the present invention includes a mold for a microlens array according to the present invention, a peripheral portion of the mold for a microlens array, and the glass material of the mold for the microlens array. A holding container capable of dividing the first space formed on the contact surface side and the second space formed on the opposite surface side of the contact surface with the glass material of the mold for microlens array; And a pressure control unit that generates a differential pressure so that the second space has a lower pressure than the first space.

本発明のマイクロレンズアレイ用成形型によれば、製造の手間を軽減し、かつ、高い精度で微小な孔加工がされたマイクロレンズアレイ用成形型を実現できる。さらに、本発明のマイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置によれば、滑らかなレンズ形状を有するマイクロレンズアレイが得られる。さらに、吸引によってマイクロレンズを形成すれば、レンズ高さの調整も容易にでき、レンズ形状のバラツキも抑制できるため、所望の形状及び性能を有するマイクロレンズアレイを安定に、かつ、歩留まり良く製造できる。   According to the mold for microlens array of the present invention, it is possible to realize a mold for microlens array in which the labor of manufacturing is reduced and minute holes are processed with high accuracy. Furthermore, according to the microlens array manufacturing method and manufacturing apparatus of the present invention, a microlens array having a smooth lens shape can be obtained. Furthermore, if the microlens is formed by suction, the lens height can be easily adjusted and the variation in the lens shape can be suppressed, so that a microlens array having a desired shape and performance can be manufactured stably and with a high yield. .

特に、マイクロレンズアレイ用成形型の成形面の製造に手間がかかる、レンズ径が50〜100μm程度のマイクロレンズアレイ用成形型であっても、簡便な操作で、精度の高い成形型が製造できる。そのため、本発明のマイクロレンズアレイ用成形型を用いることで高い精度のマイクロレンズアレイが製造できる。   In particular, even a microlens array mold having a lens diameter of about 50 to 100 μm, which takes time to manufacture the molding surface of the microlens array mold, can be manufactured with high accuracy by a simple operation. . Therefore, a highly accurate microlens array can be manufactured by using the microlens array mold of the present invention.

本発明の一実施形態であるマイクロレンズアレイ用成形型の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the shaping | molding die for microlens arrays which is one Embodiment of this invention. 図1Aのマイクロレンズアレイ用成形型の概略平面図である。1B is a schematic plan view of the microlens array mold of FIG. 1A. FIG. 本発明の他の実施形態であるマイクロレンズアレイ用成形型の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the shaping | molding die for microlens arrays which is other embodiment of this invention. 本発明の一実施形態であるマイクロレンズアレイの製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the manufacturing apparatus of the micro lens array which is one Embodiment of this invention. 図3で示したマイクロレンズアレイの製造装置の変形例を示した図である。It is the figure which showed the modification of the manufacturing apparatus of the micro lens array shown in FIG. 図3で示したマイクロレンズアレイの製造装置の変形例を示した図である。It is the figure which showed the modification of the manufacturing apparatus of the micro lens array shown in FIG. 図3のマイクロレンズアレイの製造装置を用いたマイクロレンズアレイの製造方法(加熱工程)を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method (heating process) of the micro lens array using the manufacturing apparatus of the micro lens array of FIG. 図3のマイクロレンズアレイの製造装置を用いたマイクロレンズアレイの製造方法(成形工程)を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method (molding process) of the micro lens array using the manufacturing apparatus of the micro lens array of FIG. 図3のマイクロレンズアレイの製造装置を用いたマイクロレンズアレイの製造方法(冷却工程)を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method (cooling process) of the micro lens array using the manufacturing apparatus of the micro lens array of FIG. 本発明の他の実施形態であるマイクロレンズアレイの製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the manufacturing apparatus of the micro lens array which is other embodiment of this invention. 例1〜5で得られたマイクロレンズアレイの[セル高さ/貫通エッチング孔の直径]と[マイクロレンズの曲率半径/貫通エッチング孔の半径]との関係を示したグラフである。6 is a graph showing the relationship between [cell height / diameter of through-etching hole] and [curvature radius of microlens / radius of through-etching hole] of the microlens arrays obtained in Examples 1 to 5.

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。   The present invention will be described below with reference to the drawings.

(マイクロレンズアレイ用成形型の第1の実施形態)
図1A及び1Bは、それぞれ、本発明の一実施形態であるマイクロレンズアレイ用成形型の概略断面図と概略平面図を示したものである。ここで示したマイクロレンズアレイ用成形型1は、とくに図1Bの概略平面図に示すように、整列して形成された貫通エッチング孔を有する金属薄板2aを複数枚積層されてなる積層板2と、上記貫通エッチング孔により積層板2に設けられた貫通孔3と、積層板2の表面に形成した離型膜4と、で構成されている。
(First embodiment of mold for microlens array)
1A and 1B are a schematic cross-sectional view and a schematic plan view, respectively, of a microlens array mold that is an embodiment of the present invention. As shown in the schematic plan view of FIG. 1B, the microlens array mold 1 shown here includes a laminated plate 2 formed by laminating a plurality of thin metal plates 2a having through-etching holes formed in alignment. The through-hole 3 provided in the laminated plate 2 by the through-etching hole and the release film 4 formed on the surface of the laminated plate 2 are configured.

このように積層板2は、整列した貫通エッチング孔を有する金属薄板2aが複数枚、積層されてなるが、金属薄板2aを積層するにあたっては、金属薄板2aの貫通エッチング孔の位置が一致するようにして、積層板2に貫通孔3が設けられるようにする。なお、貫通エッチング孔の平面形状は、円形、楕円形、四角形や三角形を含む多角形等、とくに限定されないが、真円に近いマイクロレンズを形成するため、円形であることが好ましい。ここでいう、円形とは、楕円率が0.9以上の形状を指すものと定義する。より具体的には、50〜100μm程度の径を有する円形の貫通エッチング孔を形成する場合には、形成された貫通エッチング孔の近似円からのズレが±2μm以内である形状が好ましい。   As described above, the laminated plate 2 is formed by laminating a plurality of thin metal plates 2a having aligned through-etching holes. When the thin metal plates 2a are laminated, the positions of the through-etching holes of the thin metal plate 2a are matched. Thus, the through holes 3 are provided in the laminated plate 2. The planar shape of the through-etching hole is not particularly limited, such as a circle, an ellipse, a polygon including a square or a triangle, but is preferably a circle in order to form a microlens close to a perfect circle. As used herein, a circle is defined as a shape having an ellipticity of 0.9 or more. More specifically, when a circular through-etching hole having a diameter of about 50 to 100 μm is formed, a shape in which the deviation from the approximate circle of the formed through-etching hole is within ± 2 μm is preferable.

金属薄板2aは、積層するだけの枚数を準備する。このとき金属薄板2aに形成する貫通エッチング孔は、上記のようにエッチングプロセスによって形成されるが、このとき形成される貫通エッチング孔の最小径は、使用する金属薄板2aの板厚によりほぼ定まる。つまり、貫通エッチング孔の最小径をできるだけ小さくする場合、金属薄板2aの板厚を薄くする必要があって、一般的には、板厚と形成される貫通エッチング孔の最小径は同程度の大きさに制限される。なお、貫通エッチング孔の径を板厚よりも大きくする場合には、エッチングの処理条件を調節すればよく、任意の大きさにできる。   The thin metal plates 2a are prepared so as to be stacked. At this time, the through-etching holes formed in the metal thin plate 2a are formed by the etching process as described above, and the minimum diameter of the through-etching holes formed at this time is substantially determined by the thickness of the metal thin plate 2a to be used. That is, in order to make the minimum diameter of the through-etching hole as small as possible, it is necessary to reduce the thickness of the metal thin plate 2a. In general, the minimum thickness of the through-etching hole to be formed is about the same as the plate thickness. Limited. When the diameter of the through-etching hole is made larger than the plate thickness, the etching process condition may be adjusted, and the size can be arbitrarily set.

金属薄板2aの材料としては、マイクロレンズアレイの成形型として、大気雰囲気下または、不活性ガス雰囲気下において、成形温度に耐えうる耐熱性を有する素材が好ましく、例えば、ステンレス(SUS304、316等)、鉄−ニッケル合金(42アロイ等)等が挙げられる。また、この金属薄板2aの厚さは、形成する貫通エッチング孔の径(貫通孔3の径)に応じて適宜選択され、上記のように通常、貫通エッチング孔の径と同程度の厚さとすればよい。例えば、エッチング処理により、100μmの径を有する貫通エッチング孔を形成する場合には、金属薄板2aの厚さは60〜100μmとすればよい。   The material of the metal thin plate 2a is preferably a material having heat resistance capable of withstanding the molding temperature in an air atmosphere or an inert gas atmosphere as a mold of the microlens array. For example, stainless steel (SUS304, 316, etc.) And iron-nickel alloy (42 alloy, etc.). Further, the thickness of the metal thin plate 2a is appropriately selected according to the diameter of the through-etching hole to be formed (diameter of the through-hole 3), and is usually about the same as the diameter of the through-etching hole as described above. That's fine. For example, when a through-etching hole having a diameter of 100 μm is formed by etching, the thickness of the metal thin plate 2a may be 60 to 100 μm.

そして、エッチング処理は、金属薄板2aの貫通エッチング孔を設ける位置にエッチング液を接触させる等の処理であって、1回の処理によって、複数の貫通エッチング孔を形成できる。なお、このとき使用するエッチング液は、金属薄板2aの素材に応じて適宜選択すればよい。例えば、金属薄板2aが、ステンレスや鉄−ニッケル合金である場合、塩化第二鉄を主成分とするエッチング液等を使用できる。   The etching process is a process such as bringing an etching solution into contact with the position where the through-etching holes of the metal thin plate 2a are provided, and a plurality of through-etching holes can be formed by a single process. In addition, what is necessary is just to select the etching liquid used at this time suitably according to the raw material of the metal thin plate 2a. For example, when the metal thin plate 2a is stainless steel or an iron-nickel alloy, an etching solution mainly containing ferric chloride can be used.

このようなエッチング処理により金属薄板2aに形成された複数の貫通エッチング孔は、金属薄板2aの平面からみて整列している。なお、このとき形成する貫通エッチング孔は、所望のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの位置に対応した位置とすればよく、例えば、千鳥配置や碁盤目状等に整列して形成すればよい。なお、以降、貫通エッチング孔の形状はとくに説明がない限り、円形であるものとして説明する。   The plurality of through-etching holes formed in the metal thin plate 2a by such an etching process are aligned as viewed from the plane of the metal thin plate 2a. The through-etching holes formed at this time may be formed at positions corresponding to the positions of the respective microlenses of the desired microlens array. For example, the through-etching holes may be formed in a zigzag arrangement or a grid pattern. Hereinafter, the shape of the through-etching hole will be described as being circular unless otherwise specified.

このように複数個の貫通エッチング孔が整列して設けられた金属薄板2aを複数枚準備して、それぞれの金属薄板2aの各貫通エッチング孔の位置が一致するように積層して積層板2を得る。積層にあたっては、例えば、真空状態の中で約900℃に加熱しながら、加圧して熱圧着させる拡散接合により積層した金属薄板2aを一体化すればよい。なお、積層板2として一体化可能であれば、拡散接合以外の他の方法であってもよい。   A plurality of thin metal plates 2a provided with a plurality of through-etching holes arranged in this manner are prepared, and laminated so that the positions of the through-etching holes of the respective thin metal plates 2a coincide with each other. obtain. In laminating, for example, the metal thin plates 2a may be integrated by diffusion bonding in which a pressure is applied and thermocompression bonded while heating to about 900 ° C. in a vacuum state. In addition, as long as it can be integrated as the laminated plate 2, a method other than diffusion bonding may be used.

なお、図1Aでは、便宜的に金属薄板2aを4枚積層した積層板2の構成を示しているが、当然ながら、この金属薄板の積層枚数はこれに限定されず、所望の厚さとなるように必要な枚数だけ積層すればよい。   In FIG. 1A, for the sake of convenience, the configuration of the laminated plate 2 in which four metal thin plates 2a are laminated is shown. However, the number of laminated metal thin plates is not limited to this, and may be a desired thickness. It is sufficient to stack as many as necessary.

ただし、貫通エッチング孔の孔径をより小さいものとする場合には、上記のように金属薄板2aの厚さをより薄くすることで対応できるが、金属薄板2aがあまりに薄いと、その強度が低いことや、取り扱いの困難さから、積層板2の作製が煩雑になるおそれがある。したがって、金属薄板2aの厚さは20〜50μmが好ましい。そして、このような金属薄板2aを積層し、最終的に得られる積層板2の厚さは、積層板2の強度を確保し、製造の煩雑さを回避し、かつ、成形型製造のコストを抑制できる点を考慮して適宜決定すればよい。   However, when the hole diameter of the through-etching hole is made smaller, it can be dealt with by reducing the thickness of the metal thin plate 2a as described above, but if the metal thin plate 2a is too thin, its strength is low. In addition, the production of the laminate 2 may be complicated due to difficulty in handling. Therefore, the thickness of the thin metal plate 2a is preferably 20 to 50 μm. And the thickness of the laminated plate 2 finally obtained by laminating such metal thin plates 2a ensures the strength of the laminated plate 2, avoids the complexity of production, and reduces the cost of mold production. What is necessary is just to determine suitably the point which can be suppressed.

例えば、マイクロレンズアレイ用成形型として、成形型の表裏に圧力差(差圧)を生じさせて使用する場合、該差圧に耐えられる一定の強度を保つために、積層板2は、金属薄板2aの積層数を増やすことで調整可能である。この場合、積層板2の厚さは、マイクロレンズアレイ成形時の、積層板2のたわみ量をマイクロレンズアレイのセル高さの10%以下と規定し、後述する成形方法による差圧により決めるとよい。このとき、マイクロレンズアレイを形成するための差圧として、0.09MPa以上の差圧に対する強度を保つことができる積層板2の厚さは0.8mm以上が好ましく、0.85mm以上がより好ましい。   For example, when a microlens array mold is used by generating a pressure difference (differential pressure) between the front and back of the mold, the laminated plate 2 is a thin metal plate in order to maintain a certain strength that can withstand the differential pressure. Adjustment is possible by increasing the number of layers 2a. In this case, when the thickness of the laminated plate 2 is determined by the differential pressure by the molding method described later, the deflection amount of the laminated plate 2 at the time of forming the microlens array is defined as 10% or less of the cell height of the microlens array. Good. At this time, as the differential pressure for forming the microlens array, the thickness of the laminated plate 2 capable of maintaining the strength against the differential pressure of 0.09 MPa or more is preferably 0.8 mm or more, and more preferably 0.85 mm or more. .

また、マイクロレンズアレイ成形後に成形型から圧力を加えて離型する場合、そのときに必要な加圧離型力として想定される0.15MPaに十分に耐えられるように、積層板2の厚さは0.9mm以上が好ましい。   When the mold is released by applying pressure from the mold after molding the microlens array, the thickness of the laminated plate 2 is sufficient to withstand 0.15 MPa, which is assumed as the required pressure release force at that time. Is preferably 0.9 mm or more.

ただし、積層板2が厚くなると積層枚数が増えて、単純にその分の手間が増えるだけでなく、積層板形成時の貫通エッチング孔の位置合わせも煩雑になるため、この観点からは積層板2の厚さは5mm以下が好ましく、3mm以下がより好ましく、1.2mm以下がさらに好ましい。   However, as the thickness of the laminated plate 2 increases, the number of laminated layers increases, which not only simply increases the amount of labor, but also makes it difficult to align the through-etching holes when forming the laminated plate. Is preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less, and even more preferably 1.2 mm or less.

上記の点を総合的に考慮すると、積層板2の厚さは、0.8mm〜5mmが好ましく、0.85〜3mmがより好ましく、0.85〜1.2mmが特に好ましい。   Considering the above points comprehensively, the thickness of the laminate 2 is preferably 0.8 mm to 5 mm, more preferably 0.85 to 3 mm, and particularly preferably 0.85 to 1.2 mm.

このようにして得られる積層板2は、金属薄板2aの貫通エッチング孔が孔の深さ方向に連なって形成されているため、貫通エッチング孔の位置に貫通孔3を有してなる。この貫通孔3の径としては、マイクロレンズアレイとしての光の取り出し効率を高める大きさであって、また、マイクロレンズアレイのピッチを考慮して、50〜100μmが好ましく、70〜80μmがより好ましい。また、この貫通孔3は、上記したように整列して設けられているが、そのピッチは、例えば、50〜200μmが好ましく、80〜120μmがより好ましい。また、貫通孔3の(直径/ピッチ)で表される比は、0.1〜0.9が好ましく、0.2〜0.9がより好ましい。なお、貫通孔のピッチとは、隣り合う貫通孔3の開口部の中心間の距離に相当する。この(直径/ピッチ)の比が0.9より大きいと、隣り合う貫通孔3どうしが接触するおそれがある。また、(直径/ピッチ)の比が0.1よりも小さいと、隣り合う貫通孔3が離散しすぎて、マイクロレンズアレイに要求される光学特性を満足しないおそれがある。   The laminated plate 2 obtained in this way has the through holes 3 at the positions of the through etching holes because the through etching holes of the metal thin plate 2a are formed continuously in the depth direction of the holes. The diameter of the through-hole 3 is a size that enhances the light extraction efficiency of the microlens array, and is preferably 50 to 100 μm, more preferably 70 to 80 μm in consideration of the pitch of the microlens array. . Moreover, although this through-hole 3 is arranged and provided as above-mentioned, 50-200 micrometers is preferable, for example, and, as for the pitch, 80-120 micrometers is more preferable. Moreover, 0.1-0.9 are preferable and, as for the ratio represented by (diameter / pitch) of the through-hole 3, 0.2-0.9 are more preferable. The pitch of the through holes corresponds to the distance between the centers of the openings of the adjacent through holes 3. If this (diameter / pitch) ratio is greater than 0.9, adjacent through holes 3 may come into contact with each other. On the other hand, if the (diameter / pitch) ratio is smaller than 0.1, the adjacent through-holes 3 may be too discrete to satisfy the optical characteristics required for the microlens array.

離型膜4は、積層板2の少なくとも一方の面に設けるものであり、この一方の面は、マイクロレンズアレイ用成形型として使用する際に、ガラス素材と接触する面に相当する。このように、離型膜4を設けておくことで、成形操作の後、ガラス素材と成形型とが貼り付くことを防止し、分離を容易にできる。   The release film 4 is provided on at least one surface of the laminated plate 2, and this one surface corresponds to a surface that comes into contact with the glass material when used as a mold for a microlens array. Thus, by providing the release film 4, it is possible to prevent the glass material and the mold from sticking after the molding operation, and to facilitate the separation.

また、図示しないが、ガラス素材と接触する面側だけでなく、その逆側の面にも離型膜4を形成してもよい。このように積層板2の両面に離型膜4を設けておくと、マイクロレンズアレイの成形時に積層板2が空気等と直接接触するのを防止でき、金属製である積層板2が酸化される等の不具合を防止できる。   In addition, although not shown, the release film 4 may be formed not only on the surface contacting the glass material but also on the opposite surface. If the release films 4 are thus provided on both surfaces of the laminated plate 2, it is possible to prevent the laminated plate 2 from coming into direct contact with air or the like during molding of the microlens array, and the laminated plate 2 made of metal is oxidized. It is possible to prevent problems such as

離型膜4としては、マイクロレンズや光学素子等の成形型に使用される離型膜が挙げられ、例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、金(Au)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、レニウム(Re)およびそれらの合金等の貴金属系の材料、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系の材料等が好ましい。これらの離型膜4は、公知の成膜方法により積層板2上に形成すればよく、蒸着、スパッタ等のPVD(物理的気相成長法)、熱CVD、MOCVD、プラズマCVD等のCVD(化学的気相成長法)等の成膜方法が挙げられる。また、形成される離型膜4は、貫通孔3の成形への悪影響を与えず、離型性能を十分に確保できる厚さであればよい。具体的には、離型膜4の膜厚は、0.05μm以上1μm以下が好ましく、典型的には250nm程度である。膜厚が、0.05μm未満であると、離型膜としての機能の低下や耐久性が低下するおそれがあり、1μmを超えると、離型膜積層時の密着不良等が生じるおそれがある。   Examples of the release film 4 include release films used for molds such as microlenses and optical elements. For example, platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), rhodium (Rh), osmium. Preferred are noble metal materials such as (Os), ruthenium (Ru), iridium (Ir), rhenium (Re) and alloys thereof, and carbon materials such as diamond-like carbon. These release films 4 may be formed on the laminate 2 by a known film formation method, such as PVD (physical vapor deposition) such as vapor deposition and sputtering, CVD (such as thermal CVD, MOCVD, plasma CVD). Examples thereof include a chemical vapor deposition method). Moreover, the release film 4 to be formed may have a thickness that does not adversely affect the formation of the through hole 3 and can sufficiently secure the release performance. Specifically, the thickness of the release film 4 is preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less, and typically about 250 nm. If the film thickness is less than 0.05 μm, the function and durability of the release film may be reduced, and if it exceeds 1 μm, poor adhesion may occur when the release film is laminated.

(マイクロレンズアレイ用成形型の第2の実施形態)
さらに、マイクロレンズアレイ用成形型としては、図2に示した態様ともできる。図2に示したマイクロレンズアレイ用成形型11は、整列して形成された貫通エッチング孔を有する金属薄板2a複数枚を、該貫通エッチング孔の位置がそれぞれ一致するように積層し、さらに、その積層した表面に整列して形成された貫通エッチング孔を有する金属薄板2bを積層してマイクロレンズ形成用の貫通孔13を設けた積層板12と、該積層板12のガラス素材との接触面に形成された離型膜14と、を有する。
(Second Embodiment of Micro Lens Array Mold)
Further, the microlens array mold may be in the form shown in FIG. The mold 11 for microlens array shown in FIG. 2 is formed by laminating a plurality of thin metal plates 2a having through-etching holes formed in alignment so that the positions of the through-etching holes coincide with each other. On the contact surface between the laminated plate 12 provided with the through holes 13 for forming the microlens by laminating the thin metal plates 2b having through-etching holes formed in alignment with the laminated surfaces, and the glass material of the laminated plate 12 And a release film 14 formed.

このマイクロレンズアレイ用成形型11は、基本的には図1A,1Bで示したマイクロレンズアレイ用成形型1と同様の構成であるが、唯一異なるのが、積層板12を構成する金属薄板として、形成されている貫通エッチング孔の径が異なる2種類の金属薄板2a、2bを使用している点である。   The microlens array molding die 11 has basically the same configuration as the microlens array molding die 1 shown in FIGS. 1A and 1B, except that the metal thin plate constituting the laminated plate 12 is different. The two thin metal plates 2a and 2b having different through-etching hole diameters are used.

このとき、金属薄板2aの貫通エッチング孔の径よりも金属薄板2bの貫通エッチング孔の径が小さくなっており、金属薄板2bの貫通エッチング孔は、ガラス素材の接触する方に近い側にあり、マイクロレンズアレイを形成するための孔として用いられる。マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの径は、ガラス素材が直接接触する孔の大きさに依存する。この場合、離型膜が形成される金属薄板2bの貫通エッチング孔の径によって定まるため、図2のような積層板構成とすると、より小さい径のマイクロレンズを形成できる。なお、ガラス素材が実際に接触するのは、離型膜14であるが、本明細書では、離型膜14に最も近い金属薄板について、便宜的に、「ガラス素材が接触する側の金属薄板」という場合がある。   At this time, the diameter of the through-etching hole of the metal thin plate 2b is smaller than the diameter of the through-etching hole of the metal thin plate 2a, and the through-etching hole of the metal thin plate 2b is on the side closer to the glass material contact, Used as a hole for forming a microlens array. The diameter of each microlens constituting the microlens array depends on the size of the hole with which the glass material directly contacts. In this case, since it is determined by the diameter of the through-etching hole of the metal thin plate 2b on which the release film is formed, a microlens having a smaller diameter can be formed with the laminated plate configuration as shown in FIG. Note that the glass material is actually in contact with the release film 14. However, in this specification, for convenience, the metal thin plate closest to the release film 14 is referred to as “the metal thin plate on the side in contact with the glass material”. "

すなわち、上記のように、エッチング孔からなる貫通エッチング孔の径は、使用する金属薄板の厚さによってある程度制限されるため、小さい径のマイクロレンズアレイ用成形型を作ろうとする場合、金属薄板の厚さを薄くすればよい。ただし、図1A,1Bに示したように、すべての金属薄板の貫通エッチング孔を同じ径として作製する場合、図2の貫通孔13のような小さい径を形成しようとすると、使用する金属薄板2bがあまりに薄いため、その強度の低さや取り扱いの困難さにより、慎重に取り扱わなければならなかったり、拡散接合時にも孔の位置合わせに時間がかかったりする場合がある。   That is, as described above, the diameter of the through-etching hole formed by the etching hole is limited to some extent by the thickness of the metal thin plate to be used. Therefore, when trying to make a microlens array mold having a small diameter, What is necessary is just to make thickness thin. However, as shown in FIGS. 1A and 1B, when the through-etching holes of all the thin metal plates are made to have the same diameter, the thin metal plate 2b to be used is formed when trying to form a small diameter like the through-hole 13 of FIG. Since it is too thin, it must be handled with care due to its low strength and difficulty in handling, and it may take time to align the holes even during diffusion bonding.

そこで、より小さい径のマイクロレンズアレイを実現できる、マイクロレンズアレイ用成形型を作製するために、積層板12のうち、ガラス素材が接触する側の金属薄板のみ、より小さい径の貫通エッチング孔を有する金属薄板2bとしてもよい。例えば、全ての金属薄板のうち、ガラス素材が接触する側の金属薄板のエッチング孔が最も小さくなるようにしてもよい。そして、それ以外は、より取り扱いが容易であって、マイクロレンズアレイを形成するための貫通孔13が適切に形成できる貫通エッチング孔を有する金属薄板2aとすることで、その成形型の製造をより簡便に効率よくできる。   Therefore, in order to produce a microlens array molding die that can realize a microlens array having a smaller diameter, only a thin metal plate on the side in contact with the glass material of the laminated plate 12 has through-etching holes with a smaller diameter. It is good also as the metal thin plate 2b which has. For example, the etching hole of the metal thin plate on the side in contact with the glass material among all the metal thin plates may be minimized. Other than that, it is easier to handle and the metal thin plate 2a having through-etching holes that can appropriately form the through-holes 13 for forming the microlens array makes it possible to manufacture the mold more. Simple and efficient.

なお、上記のとおり、マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの径は、ガラス素材が接触する側の最表面の金属薄板に形成された貫通エッチング孔の径により決定されるため、それ以外の金属薄板の貫通エッチング孔については、積層板としたときに貫通孔が適切に形成できていれば特に限定されない。例えば、金属薄板2bが複数積層されてなる金属薄板の第1群と、金属薄板2aが複数積層されてなる金属薄板の第2群と、が積層されて積層板12が構成されてもよい。この他に、積層板が、それを形成する金属薄板の貫通エッチング孔の径がそれぞれ異なって積層されている等の構成であっても問題はない。   As described above, the diameter of each microlens constituting the microlens array is determined by the diameter of the through-etching hole formed in the outermost metal thin plate on the side in contact with the glass material. The through-etching hole of the thin plate is not particularly limited as long as the through-hole can be appropriately formed when a laminated plate is used. For example, the laminated plate 12 may be configured by laminating a first group of metal thin plates in which a plurality of metal thin plates 2b are laminated and a second group of metal thin plates in which a plurality of metal thin plates 2a are laminated. In addition, there is no problem even if the laminated plate has a configuration in which the diameters of the through-etching holes of the metal thin plate forming the laminated plate are laminated differently.

また、ガラス素材との接触面側とは反対面側の金属薄板の貫通エッチング孔の径を小さくしておくと、開口部となる孔の開放径を小さくでき、異物などの混入を抑えられる。つまり、図2では、ガラス素材が接触する側の金属薄板2bの貫通エッチング孔の径が、金属薄板2aの貫通エッチング孔の径よりも小さくなっているが、例えば図2において、金属薄板2bより最も離れた金属薄板2aの貫通エッチング孔の径のみ、を金属薄板2bの貫通エッチング孔の径程度に小さくしてもよい。   Further, if the diameter of the through-etching hole of the metal thin plate on the side opposite to the contact surface side with the glass material is made small, the open diameter of the hole serving as the opening can be made small, and contamination with foreign matters can be suppressed. That is, in FIG. 2, the diameter of the through-etching hole of the metal thin plate 2b on the side in contact with the glass material is smaller than the diameter of the through-etching hole of the thin metal plate 2a. Only the diameter of the through-etching hole of the thin metal plate 2a that is the farthest may be made as small as the diameter of the through-etching hole of the metal thin plate 2b.

(マイクロレンズアレイの製造装置の第1の実施形態)
次に、本発明のマイクロレンズアレイの製造装置及び製造方法について説明する。
(First Embodiment of Microlens Array Manufacturing Apparatus)
Next, the manufacturing apparatus and manufacturing method of the microlens array of this invention are demonstrated.

ここで、図3は本発明の一実施形態であるマイクロレンズアレイの製造装置の概略構成を示した図である。なお、成形容器内は断面図として示した。   Here, FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a microlens array manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The inside of the molded container is shown as a cross-sectional view.

この図3に示したマイクロレンズアレイの製造装置21は、上記のマイクロレンズアレイ用成形型1と、該成形型1の周縁部を保持し、該成形型1によって、マイクロレンズアレイ用成形型1のガラス素材80との接触面側とその反対面側に分割される気密空間を形成可能な保持容器22と、保持容器22により分割された気密空間に差圧を生じさせる圧力制御部23と、から構成される。   The microlens array manufacturing apparatus 21 shown in FIG. 3 holds the microlens array molding die 1 and the peripheral edge of the molding die 1, and the molding die 1 makes the microlens array molding die 1. A holding container 22 capable of forming an airtight space divided into the contact surface side with the glass material 80 and the opposite surface side thereof, a pressure control unit 23 for generating a differential pressure in the airtight space divided by the holding container 22, Consists of

ここで、マイクロレンズアレイ用成形型1は、マイクロレンズアレイを成形する際、一方の面、つまり、離型膜を有する面、に成形に用いるガラス素材80を接触させてから圧力差を利用して密接させる。そして、マイクロレンズアレイ用成形型1のうち貫通孔3に相当する部分に位置するガラス素材80を貫通孔3内に吸引し(押出し)、成形型1へ接触させずに凸状のマイクロレンズを形成可能とした。   Here, when the microlens array molding die 1 is molded, the glass material 80 used for molding is brought into contact with one surface, that is, the surface having the release film, and then the pressure difference is used. Close. Then, the glass material 80 located in the portion corresponding to the through hole 3 in the microlens array mold 1 is sucked (extruded) into the through hole 3, and the convex microlens is formed without contacting the mold 1. It was possible to form.

本発明は、このマイクロレンズアレイのようにマイクロレンズの径が小さく、従来の成形型では成形面の鏡面研磨が困難であるような場合に、特に好ましい効果を奏する。詳細は後述するが、本発明によれば、成形面を転写して光学面を形成するものではないため、成形面の鏡面研磨等の操作をする必要が無く、それでいて滑らかな光学面が得られる。   The present invention has a particularly favorable effect when the diameter of the microlens is small like this microlens array and it is difficult to mirror-polish the molding surface with the conventional mold. Although details will be described later, according to the present invention, since the optical surface is not formed by transferring the molding surface, there is no need to perform operations such as mirror polishing of the molding surface, and a smooth optical surface can be obtained. .

保持容器22は、マイクロレンズアレイ用成形型1の周縁部を保持し、かつ、マイクロレンズアレイ用成形型1のガラス素材80との接触面側に形成される第1の空間24と上記接触面の反対面側に形成される第2の空間25とを分割する。図3においては、ガラス素材をマイクロレンズアレイ用成形型1の上面に密接して成形する場合の例を示している。   The holding container 22 holds the peripheral portion of the microlens array mold 1 and the first space 24 formed on the contact surface side with the glass material 80 of the microlens array mold 1 and the contact surface. The second space 25 formed on the opposite side of the second space 25 is divided. FIG. 3 shows an example in which a glass material is molded in close contact with the upper surface of the microlens array mold 1.

この保持容器22は、マイクロレンズアレイ用成形型1を水平になるように保持でき、成形時にそのマイクロレンズアレイ用成形型1の上下を空間的に分割できるものであればよい。また、後述するように分割した空間内に差圧を生じさせるために、この図3では、第1の空間24及び第2の空間25の両方の空間が共に密閉した空間となる例を示している。   The holding container 22 may be any container that can hold the microlens array molding die 1 horizontally and can spatially divide the upper and lower sides of the microlens array molding die 1 during molding. Further, in order to generate differential pressure in the divided spaces as will be described later, FIG. 3 shows an example in which both the first space 24 and the second space 25 are sealed. Yes.

圧力制御部23は、上記したような第1の空間24の圧力と第2の空間25との圧力とを制御するもので、第1の空間24内及び第2の空間25内と接続され、それぞれの空間内の気圧を制御できるようになっている。このとき、圧力制御部23により、マイクロレンズアレイ用成形型1のガラス素材80との接触面側の空間(第1の空間24)よりもその反対面側の空間(第2の空間25)が低圧になるように差圧を生じさせる。   The pressure control unit 23 controls the pressure in the first space 24 and the pressure in the second space 25 as described above, and is connected to the first space 24 and the second space 25. The air pressure in each space can be controlled. At this time, the space (second space 25) on the opposite side of the space (first space 24) on the contact surface side with the glass material 80 of the microlens array mold 1 is pressed by the pressure control unit 23. A differential pressure is generated so as to be a low pressure.

具体的には、第1の空間24の圧力を加圧するには加圧ポンプ等が、第2の空間25の圧力を減圧するには真空ポンプ等が、用いられ、これら両者の空間の差圧が所定の値となるように調整される。   Specifically, a pressure pump or the like is used to increase the pressure in the first space 24, and a vacuum pump or the like is used to decrease the pressure in the second space 25. The differential pressure between these two spaces is used. Is adjusted to a predetermined value.

なお、図3のマイクロレンズアレイの製造装置21は、第1の空間24及び第2の空間25を共に密閉した状態となる場合を示したが、両空間において差圧が生じればよいため、いずれか一方を密閉空間とし、他方を開放した構成を有してもよい。この場合、開放された空間は大気圧となるので、それに対して密閉空間の圧力を負圧とするか正圧とするかはどちらを密閉するかで自ずと決定される。   In addition, although the manufacturing apparatus 21 of the microlens array of FIG. 3 showed the case where the 1st space 24 and the 2nd space 25 will be in the sealed state, since a differential pressure should just arise in both space, Either one may be a sealed space and the other may be open. In this case, since the open space is at atmospheric pressure, whether the pressure in the sealed space is negative or positive is determined depending on which one is sealed.

すなわち、図3の第1の空間24を密閉し、第2の空間25を開放した場合、図4Aに示す装置構成となる。この図4Aに示したマイクロレンズアレイの製造装置31は、マイクロレンズアレイ用成形型1と、該成形型1の周縁部を保持し、該成形型1のガラス素材80との接触面側とその反対面側のそれぞれに形成される空間を分割する保持容器32と、保持容器32により分割された空間に差圧を生じさせる圧力制御部33と、から構成される。   That is, when the first space 24 in FIG. 3 is sealed and the second space 25 is opened, the apparatus configuration shown in FIG. 4A is obtained. The microlens array manufacturing apparatus 31 shown in FIG. 4A holds the peripheral portion of the mold 1 for the microlens array, the contact surface side with the glass material 80 of the mold 1, and its The holding container 32 divides the space formed on each of the opposite surfaces, and the pressure control unit 33 that generates a differential pressure in the space divided by the holding container 32.

ここで、保持容器32は、第1の空間34を密閉し、第2の空間35を開放した状態とするもので、第2の空間35は大気圧であるため、第1の空間34は大気圧よりも高い圧力とする必要がある。そのため、ここで用いられる圧力制御部33は、第1の空間34内を加圧できる加圧ポンプである。   Here, the holding container 32 seals the first space 34 and opens the second space 35. Since the second space 35 is at atmospheric pressure, the first space 34 has a large pressure. The pressure needs to be higher than atmospheric pressure. Therefore, the pressure control unit 33 used here is a pressurizing pump that can pressurize the inside of the first space 34.

また、図3の第2の空間25を密閉し、第1の空間24を開放した場合、図4Bに示す装置構成となる。この図4Bに示したマイクロレンズアレイの製造装置41は、マイクロレンズアレイ用成形型1と、マイクロレンズアレイ用成形型1の周縁部を保持し、マイクロレンズアレイ用成形型1のガラス素材80との接触面側とその反対面側のそれぞれに形成される空間を分割する保持容器42と、保持容器42により分割された空間に差圧を生じさせる圧力制御部43と、から構成される。   Moreover, when the 2nd space 25 of FIG. 3 is sealed and the 1st space 24 is open | released, it becomes an apparatus structure shown to FIG. 4B. The microlens array manufacturing apparatus 41 shown in FIG. 4B holds the peripheral portion of the microlens array molding die 1 and the microlens array molding die 1, and the glass material 80 of the microlens array molding die 1. The holding container 42 that divides the space formed on each of the contact surface side and the opposite surface side thereof, and a pressure control unit 43 that generates a differential pressure in the space divided by the holding container 42.

ここで、保持容器42は、第1の空間44を開放し、第2の空間45を密閉した状態とするもので、第1の空間44は大気圧であるため、第2の空間45は大気圧よりも低い圧力とする必要がある。そのため、ここで用いられる圧力制御部43は、第2の空間45内を減圧できる真空ポンプである。   Here, the holding container 42 opens the first space 44 and seals the second space 45. Since the first space 44 is at atmospheric pressure, the second space 45 is large. The pressure needs to be lower than atmospheric pressure. Therefore, the pressure control unit 43 used here is a vacuum pump that can depressurize the inside of the second space 45.

なお、保持容器42の素材は、マイクロレンズアレイの成形時の温度、圧力に耐性を有するものであればよく、例えば、ステンレス鋼、超硬等が挙げられる。   In addition, the raw material of the holding container 42 should just have the tolerance at the temperature at the time of shaping | molding of a microlens array, and a pressure, For example, stainless steel, a cemented carbide, etc. are mentioned.

次に、本発明のマイクロレンズアレイの製造方法について図5A〜5Cを参照しながら説明する。図5Aは、図3のマイクロレンズアレイの製造装置21を用いた場合を例にしたもので、圧力制御部23は記載を省略している。また、図5B及び5Cは、図5Aにおいて成形条件へと環境を変化させたときにガラス素材80の変化がわかるように、ガラス素材80とマイクロレンズアレイ用成形型1の一部を拡大した図であるが、マイクロレンズアレイ用成形型1を構成する、金属薄板の積層体等については図面中では省略した。なお、以降は、図5B及び5Cを用いて、図1A、1Bに示すマイクロレンズアレイ用成形型1を用いた場合について説明するが、成形型として図2に示すマイクロレンズアレイ用成形型11を用いる場合も、同様に適用できる。   Next, the manufacturing method of the microlens array of this invention is demonstrated, referring FIG. FIG. 5A shows an example in which the microlens array manufacturing apparatus 21 of FIG. 3 is used, and the pressure controller 23 is not shown. 5B and 5C are enlarged views of the glass material 80 and a part of the microlens array mold 1 so that the change of the glass material 80 can be seen when the environment is changed to the molding condition in FIG. 5A. However, the laminated body of the thin metal plate constituting the mold 1 for the microlens array is omitted in the drawing. Hereinafter, the case where the microlens array molding die 1 shown in FIGS. 1A and 1B is used will be described with reference to FIGS. 5B and 5C. However, the microlens array molding die 11 shown in FIG. The same applies when used.

まず、マイクロレンズアレイ用成形型1の上にガラス素材80を載置する。次に、マイクロレンズアレイ用成形型1を成形温度まで加熱し、ガラス素材80も同温度にまで加熱して軟化させる(図5A;加熱工程)。このときの加熱温度は、ガラス素材80が軟化する温度とすればよく、用いるガラス素材によって異なるが、一般に、500〜1100℃程度である。また、このとき、ガラスの粘度をη[dpa・s]として、logηを4.8〜12.37の範囲とすればよく、5〜9が好ましく、5〜7がより好ましい。   First, the glass material 80 is placed on the microlens array mold 1. Next, the microlens array mold 1 is heated to the molding temperature, and the glass material 80 is also heated to the same temperature and softened (FIG. 5A; heating step). The heating temperature at this time may be a temperature at which the glass material 80 is softened, and is generally about 500 to 1100 ° C. although it varies depending on the glass material to be used. At this time, the viscosity of the glass may be η [dpa · s], and log η may be in the range of 4.8 to 12.37, preferably 5 to 9, and more preferably 5 to 7.

ガラス素材80が十分に加熱され、軟化状態となった後、第1の空間24内の圧力(P1)と第2の空間25内の圧力(P2)との関係を、第1の空間24よりも第2の空間25の方が低圧(P1>P2)になるように差圧を生じさせる。   After the glass material 80 is sufficiently heated and softened, the relationship between the pressure (P1) in the first space 24 and the pressure (P2) in the second space 25 is determined from the first space 24. Also, the differential pressure is generated so that the second space 25 has a lower pressure (P1> P2).

このように差圧を生じさせると、軟化状態のガラス素材80が、低圧の第2の空間25側に貫通孔3を通じて吸引され(押出され)、第1の空間24と第2の空間25とがそれぞれ確実に分割され、密閉される。この状態を継続していくと、ガラス素材80は、貫通孔3内に吸引されて凸状のマイクロレンズを形成する(図5B;成形工程)。なお、図5Bにはガラス素材80が成形途中である状態を示している。   When the differential pressure is generated in this way, the softened glass material 80 is sucked (extruded) through the through hole 3 toward the low pressure second space 25 side, and the first space 24 and the second space 25 are Are securely divided and sealed. As this state continues, the glass material 80 is sucked into the through holes 3 to form convex microlenses (FIG. 5B; molding step). FIG. 5B shows a state in which the glass material 80 is being formed.

このとき、マイクロレンズアレイの光学面の面頂高さは、ガラス素材80の粘度、第1の空間24と第2の空間25の差圧(P1−P2)、成形時間の関係によって決定され、これらを所望のレンズ形状が得られる条件に設定する。例えば、粘度、差圧を一定にした場合には、吸引時間を調整することでマイクロレンズの高さを容易に調整できる。   At this time, the top height of the optical surface of the microlens array is determined by the relationship between the viscosity of the glass material 80, the differential pressure (P1-P2) between the first space 24 and the second space 25, and the molding time. These are set to conditions for obtaining a desired lens shape. For example, when the viscosity and the differential pressure are fixed, the height of the microlens can be easily adjusted by adjusting the suction time.

より具体的には、成形時の第1の空間24と第2の空間25の差圧(P1−P2)は、ガラス素材80の変形を十分に、かつ、実用的な時間で達成するため10〜1000kPaが好ましく、50〜800kPaがより好ましい。また、差圧によるガラス素材を変形させる時間は、マイクロレンズアレイとしての機能を損なわないように、かつ、製造の効率性も考慮し、1〜1000秒の範囲が好ましく、1〜150秒がより好ましい。   More specifically, the pressure difference (P1-P2) between the first space 24 and the second space 25 during molding is 10 to achieve sufficient deformation of the glass material 80 in a practical time. -1000 kPa is preferable, and 50-800 kPa is more preferable. In addition, the time for deforming the glass material due to the differential pressure is preferably in the range of 1 to 1000 seconds, more preferably 1 to 150 seconds so as not to impair the function as a microlens array and considering the manufacturing efficiency. preferable.

そして、マイクロレンズが所望の形状となったところで、第1の空間24と第2の空間25との差圧を解消し、ガラス素材80がそれ以上変形しないように第1の空間24と第2の空間25の圧力を同一のものとする。   Then, when the microlens has a desired shape, the differential pressure between the first space 24 and the second space 25 is eliminated, and the first space 24 and the second space so that the glass material 80 is not further deformed. The pressure in the space 25 is the same.

次いで、変形させたガラス素材80を歪点以下まで冷却し、ガラス素材80を固化させる(図5C;冷却工程)。さらに、冷却したガラス素材80を成形型から離型させ、最終的には室温にまで冷却してマイクロレンズアレイを得る。このようにして、球面状のマイクロレンズが等間隔に碁盤目状に整列したマイクロレンズアレイが得られる。なお、マイクロレンズアレイ用成形型1の材料の熱膨張係数とガラス素材80の熱膨張係数とが略等しい場合、マイクロレンズアレイ用成形型1と一体的に冷却して固化し、その後、マイクロレンズアレイ用成形型1と離型してマイクロレンズアレイを得てもよい。   Next, the deformed glass material 80 is cooled to a strain point or less to solidify the glass material 80 (FIG. 5C; cooling step). Further, the cooled glass material 80 is released from the mold, and finally cooled to room temperature to obtain a microlens array. In this way, a microlens array in which spherical microlenses are arranged in a grid pattern at equal intervals is obtained. When the thermal expansion coefficient of the material of the microlens array molding die 1 and the thermal expansion coefficient of the glass material 80 are substantially equal, the microlens array molding die 1 is integrally cooled and solidified, and then the microlens The microlens array may be obtained by releasing from the array mold 1.

このようにして得られるマイクロレンズアレイは、凸球面状であり、各マイクロレンズの曲率半径Rは0.005〜100mmの範囲のものを、上記成形条件を調節して所望の形状にして得られる。また、上記は、曲率半径の絶対的な範囲を示したが、マイクロレンズの半径に対して、成形したマイクロレンズの曲率半径の比についても調整できることが好ましい。とくに、上記の比が小さいと、マイクロレンズアレイとして求められる高い光利用効率が得られるとともに、マイクロレンズアレイが配置されるスペースを小さくできる点で好ましい。また、マイクロレンズの径(半径)は、貫通エッチング孔の径(半径)によりほぼ決定されるので、上記の比について[レンズの曲率半径/貫通エッチング孔の半径]を指標とするとき、吸引時間等の製造条件を調整して得られる値としては、1.8以下が好ましく、1.5以下がより好ましく、1.3以下がさらに好ましい。   The microlens array thus obtained has a convex spherical shape, and each microlens has a radius of curvature R in the range of 0.005 to 100 mm and can be obtained in a desired shape by adjusting the molding conditions. . Moreover, although the above showed the absolute range of the curvature radius, it is preferable that the ratio of the curvature radius of the molded microlens to the radius of the microlens can be adjusted. In particular, a small ratio is preferable in that the high light utilization efficiency required for a microlens array can be obtained and the space in which the microlens array is disposed can be reduced. In addition, since the diameter (radius) of the microlens is substantially determined by the diameter (radius) of the through-etching hole, the suction time is calculated using [the radius of curvature of the lens / the radius of the through-etching hole] as an index for the above ratio. The value obtained by adjusting the production conditions such as is preferably 1.8 or less, more preferably 1.5 or less, and further preferably 1.3 or less.

また、この成形は高温に加熱した状態で実施され、成形型の酸化による劣化を防止するため、例えば、第1の空間24及び第2の空間25の両方を窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気としたり、第2の空間25側(低圧側)を1×10−2Pa以下の真空条件下としたり、するのが好ましい。 In addition, this molding is performed in a state heated to a high temperature, and in order to prevent deterioration due to oxidation of the mold, for example, both the first space 24 and the second space 25 are in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. It is preferable that the second space 25 side (low pressure side) is under vacuum conditions of 1 × 10 −2 Pa or less.

さらに、マイクロレンズアレイ用成形型1及び保持容器22を内部に収容可能なチャンバー(圧力制御部23はチャンバーの外部に配置すればよい)を設けてもよく、この場合、上記成形型の雰囲気の置換が容易で、内部温度も安定させることができ好ましい。   Furthermore, a chamber capable of accommodating the microlens array molding die 1 and the holding container 22 (the pressure control unit 23 may be disposed outside the chamber) may be provided. In this case, the atmosphere of the molding die described above may be provided. Substitution is easy and the internal temperature can be stabilized, which is preferable.

なお、ガラス素材80としては、マイクロレンズアレイが製造できれば特に限定されず、従来公知のガラス素材が挙げられる。加熱前のガラス素材80の形状は、特に限定されないが、平面形状が矩形又は円形の平板状のものが好ましく、そのときプレス前の厚さは0.1mm〜20mmである。また、ガラス素材は上記した平板状だけではなく、球状が潰れた偏平状等の種々の形状のものも使用できる。   The glass material 80 is not particularly limited as long as a microlens array can be manufactured, and conventionally known glass materials can be used. Although the shape of the glass raw material 80 before a heating is not specifically limited, The planar shape has a rectangular or circular flat shape, and the thickness before a press is 0.1 mm-20 mm at that time. Further, the glass material can be used in various shapes such as a flat shape in which the spherical shape is crushed, as well as the flat plate shape described above.

(マイクロレンズアレイの製造装置の第2の実施形態)
図6は本発明の他の実施形態であるマイクロレンズアレイの製造装置の概略構成を示した図である。
(Second Embodiment of Microlens Array Manufacturing Apparatus)
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a microlens array manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

この図6に示したマイクロレンズアレイの製造装置51は、マイクロレンズアレイ用成形型1と、該成形型1の周縁部を保持し、該成形型1のガラス素材との接触面側とその反対面側に分割される空間を形成可能な保持容器52,53と、保持容器52,53により分割された空間に差圧を生じさせる圧力制御部54と、から構成される。さらに、保持容器52,53により形成された空間を気密可能とするためにガスケット56も設けられている。   The microlens array manufacturing apparatus 51 shown in FIG. 6 holds the mold 1 for the microlens array and the peripheral edge of the mold 1, and the contact surface side with the glass material of the mold 1 and vice versa. The holding containers 52 and 53 that can form a space divided on the surface side, and a pressure control unit 54 that generates a differential pressure in the space divided by the holding containers 52 and 53 are configured. Furthermore, a gasket 56 is also provided in order to make the space formed by the holding containers 52 and 53 airtight.

ここで、マイクロレンズアレイ用成形型1は、第1の実施形態におけるマイクロレンズアレイ用成形型1であるので、説明を省略する。また、この実施形態は、ガラス素材80をマイクロレンズアレイ用成形型1の下側から接触させ密接させる例である。本実施形態では、保持容器は下側の保持容器52と上側の保持容器53の2つのパーツに分かれており、この保持容器52,53を重ね合わせた時に中央に形成される空間内にガラス素材80とマイクロレンズアレイ用成形型1が収容される。   Here, since the microlens array molding die 1 is the microlens array molding die 1 in the first embodiment, the description thereof is omitted. In addition, this embodiment is an example in which the glass material 80 is brought into contact with and intimate contact with the microlens array molding die 1. In this embodiment, the holding container is divided into two parts, a lower holding container 52 and an upper holding container 53, and a glass material is formed in a space formed in the center when the holding containers 52 and 53 are overlapped. 80 and the microlens array mold 1 are accommodated.

そして、図6に示した例では、下側の保持容器52は、ガラス素材80及びマイクロレンズアレイ用成形型1を所定の位置に配置できるように段差が設けられ、さらに、ガラス素材80が載置される面は、外部空間と繋がる孔52aが設けられており、第1の空間は開放され大気圧となるように構成されている。一方、上側の保持容器53は、マイクロレンズアレイ用成形型1のガラス素材80との接触面と反対面側における第2の空間55は密閉された空間とされ、この第2の空間55は真空ポンプ54と接続されており、内部の気圧を低減して負圧に調節できるようになっている。   In the example shown in FIG. 6, the lower holding container 52 is provided with a step so that the glass material 80 and the microlens array mold 1 can be placed at predetermined positions, and further the glass material 80 is mounted. The surface to be placed is provided with a hole 52a connected to the external space, and the first space is opened to be at atmospheric pressure. On the other hand, in the upper holding container 53, the second space 55 on the side opposite to the contact surface with the glass material 80 of the mold 1 for microlens array is a sealed space, and the second space 55 is a vacuum. It is connected to a pump 54 so that the internal pressure can be reduced and adjusted to a negative pressure.

ここで説明したマイクロレンズアレイの製造装置51は、ガラス素材80がマイクロレンズアレイ用成形型1の下側から密接させて成形する以外は、基本的に第1の実施形態と同様の操作によりマイクロレンズアレイを製造できる。装置構成としては、図4Bに示したマイクロレンズアレイの製造装置41の上下をひっくり返した構成で、ガラス素材80及びマイクロレンズアレイ用成形型1が下方に落下しないように支持する部材を設けたものである。   The microlens array manufacturing apparatus 51 described here is basically operated in the same manner as in the first embodiment except that the glass material 80 is molded in close contact with the lower side of the microlens array mold 1. A lens array can be manufactured. As the apparatus configuration, the microlens array manufacturing apparatus 41 shown in FIG. 4B is turned upside down, and a member that supports the glass material 80 and the microlens array molding die 1 so as not to drop downward is provided. Is.

以下、本発明を実施例(例1〜例6)によりさらに詳細に説明する。
(例1)
図4Bのマイクロレンズアレイの製造装置を用い、以下のとおりマイクロレンズアレイを製造した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples (Examples 1 to 6).
(Example 1)
The microlens array was manufactured as follows using the microlens array manufacturing apparatus of FIG. 4B.

本実施例に用いたマイクロレンズアレイ用成形型は、金属薄板としてφ20mm、厚さ50μmの円板状の鉄−ニッケル合金(42アロイ;熱膨張係数αは50×10−7/K(at 〜200℃))を拡散接合によって20枚積層して約1mm厚の積層板とした。上記金属薄板は、その中央部の8mm×8mmの領域に、エッチングにより、φ78.1μmの円形の貫通エッチング孔を81×81個、100μmのピッチで碁盤目状に整列して形成したもので、これら貫通エッチング孔の位置を合わせて積層しているため、積層板にはその貫通エッチング孔の配置と同一の配置で貫通孔が形成されている。 The microlens array mold used in this example is a disk-shaped iron-nickel alloy (42 alloy; thermal expansion coefficient α is 50 × 10 −7 / K (at ~ 200 ° C.)) was laminated by diffusion bonding to obtain a laminate having a thickness of about 1 mm. The metal thin plate is formed by etching in a region of 8 mm × 8 mm in the center thereof by arranging 81 × 81 circular through-etching holes of φ78.1 μm in a grid pattern at a pitch of 100 μm, Since these through-etching holes are laminated at the same position, through-holes are formed in the laminated plate in the same arrangement as the through-etching holes.

なお、貫通エッチング孔を有する金属薄板は、次の手順により作製した。まず、孔の開いていない金属薄板の両面にフォトレジストを塗布して、このフォトレジスト表面にパターンフィルム原版に描画された形状を露光して焼き付け、現像処理することで、エッチング孔の形成部分のみの金属表面が露出したエッチングパターンのマスキングを形成した。次に、このマスキング付きの金属板材料にエッチング液を接触させてエッチング処理して、パターン(原版)通りの位置、形状に金属板を加工して、貫通エッチング孔を形成した。最後に、金属薄板表面に残っているフォトレジストによるマスキングを除去し、洗浄・乾燥して、貫通エッチング孔を有する金属薄板とした。   In addition, the metal thin plate which has a through-etching hole was produced in the following procedure. First, a photoresist is applied to both surfaces of a thin metal plate with no holes, and the shape drawn on the pattern film original plate is exposed and baked on the surface of the photoresist. The mask of the etching pattern which exposed the metal surface of was formed. Next, an etching solution was brought into contact with the metal plate material with masking to perform an etching process, and the metal plate was processed into a position and shape according to the pattern (original plate) to form a through-etching hole. Finally, the masking by the photoresist remaining on the surface of the metal thin plate was removed, washed and dried to obtain a metal thin plate having a through-etching hole.

上記のように得られた積層板の片面に、さらに、離型膜として、厚さ250nmのイリジウム−レニウム合金(Ir−Re合金)膜を形成し、マイクロレンズアレイ用成形型を得た。   An iridium-rhenium alloy (Ir-Re alloy) film having a thickness of 250 nm was further formed as a release film on one surface of the laminated plate obtained as described above to obtain a mold for microlens array.

そして、マイクロレンズアレイの製造装置は、図4Bに示したように、保持容器としては、マイクロレンズアレイ用成形型の上方の空間(第1の空間)が開放されており、下方の空間(第2の空間)は保持容器、マイクロレンズアレイ用成形型及びガラス素材で密閉された空間が形成される装置である。また、下方の空間(第2の空間)は減圧・加圧ポンプに接続されている。   In the microlens array manufacturing apparatus, as shown in FIG. 4B, the holding container has an open space (first space) above the microlens array mold, and a lower space (first space). (Space 2) is an apparatus in which a holding container, a mold for microlens array, and a space sealed with a glass material are formed. Further, the lower space (second space) is connected to a decompression / pressurization pump.

まず、この保持容器の上部にマイクロレンズアレイ用成形型を載置、固定し、その成形型の上にガラス素材を載置して、マイクロレンズアレイ用成形型の上下の空間を分割できるようにした。なお、ここで使用したガラス素材は、ホウケイ酸バリウム系の低融点ガラス(ガラス転移点:495℃、屈伏点:542℃、軟化点:591℃、旭硝子社製、商品名:A−BAR12)製のφ15.95mm、厚さ4.4mmの円板状のものである。   First, a microlens array mold is placed and fixed on the holding container, and a glass material is placed on the mold so that the space above and below the microlens array mold can be divided. did. The glass material used here is a barium borosilicate low melting glass (glass transition point: 495 ° C., yield point: 542 ° C., softening point: 591 ° C., manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., trade name: A-BAR12). It has a disk shape of φ15.95 mm and a thickness of 4.4 mm.

次いで、保持容器を加熱し、ガラス素材を587℃にまで昇温させ軟化させた。このときのガラス素材の粘度をη[dpa・s]とするとき、logηは9.04である。十分にガラス素材を加熱し、軟化させた後、減圧・加圧ポンプを稼働させ、下方の空間(第2の空間)を負圧にし、100秒間保持して、ガラス素材を変形させマイクロレンズを成形した。なお、このときの差圧は88kPaであった。   Next, the holding container was heated, and the glass material was heated to 587 ° C. and softened. When the viscosity of the glass material at this time is η [dpa · s], log η is 9.04. After sufficiently heating and softening the glass material, operate the vacuum / pressurization pump to make the lower space (second space) negative pressure and hold it for 100 seconds to deform the glass material and remove the micro lens. Molded. The differential pressure at this time was 88 kPa.

その後、直ちに下方の空間の圧力を開放し大気圧に戻し、ガラス素材を冷却した。ガラス素材が500℃以下になったところで、減圧・加圧ポンプにより下方の空間を正圧(0.15MPa)とし、ガラス素材と成形型とが離型させ、すぐに大気圧に戻した。さらに、ガラス素材を冷却して室温となったところで成形されたガラス素材を取り出し、直径76.4μm、高さ18.0μmのマイクロレンズを整列して有するマイクロレンズアレイを得た。   Thereafter, the pressure in the lower space was immediately released to return to atmospheric pressure, and the glass material was cooled. When the glass material became 500 ° C. or lower, the lower space was set to a positive pressure (0.15 MPa) by a decompression / pressurization pump, the glass material and the mold were released, and immediately returned to atmospheric pressure. Further, when the glass material was cooled to room temperature, the molded glass material was taken out, and a microlens array having microlenses having a diameter of 76.4 μm and a height of 18.0 μm aligned was obtained.

(例2〜5)
次に、成形操作における所定の保持時間を、それぞれ、120秒、240秒、270秒、310秒(順番に、例2〜5とした)とした以外は、例1と同一の操作によりマイクロレンズアレイを製造した。ここで得られたマイクロレンズアレイのマイクロレンズのサイズは、それぞれ、(例2)直径77.8μm、高さ25.0μm、(例3)直径76.5μm、高さ30.3μm、(例4)直径76.2μm、高さ35.3μm、(例5)直径77.5μm、高さ36.5μmであった。
(Examples 2 to 5)
Next, a microlens was obtained by the same operation as in Example 1 except that the predetermined holding times in the molding operation were 120 seconds, 240 seconds, 270 seconds, and 310 seconds (in order, Example 2 to 5). An array was manufactured. The sizes of the microlenses of the microlens array obtained here were (Example 2) diameter 77.8 μm, height 25.0 μm, (Example 3) diameter 76.5 μm, height 30.3 μm, (Example 4). ) Diameter 76.2 μm, height 35.3 μm, (Example 5) Diameter 77.5 μm, height 36.5 μm.

(レンズ形状の確認)
例1〜5で得られたマイクロレンズアレイについて、レンズの成形面形状を非接触三次元測定機(キーエンス社製、商品名:VK9700)により測定した。得られたマイクロレンズアレイは、成形面の表面粗さに影響されず、滑らかな表面形状を有するレンズを形成できた。また、成形型の中央部と外周部での形状のバラツキが極めて小さく、均一な光学面形状を形成できた。
(Lens shape check)
For the microlens arrays obtained in Examples 1 to 5, the shape of the molding surface of the lens was measured with a non-contact three-dimensional measuring machine (trade name: VK9700, manufactured by Keyence Corporation). The obtained microlens array was able to form a lens having a smooth surface shape without being affected by the surface roughness of the molding surface. Further, the variation in shape between the central portion and the outer peripheral portion of the mold was extremely small, and a uniform optical surface shape could be formed.

また、このとき、[レンズの曲率半径/貫通エッチング孔の半径]の関係を調べたところ、成形時間が長くなるほど小さくなっていき(曲率半径が小さくなっていき)、吸引時間によりレンズ形状を制御できることがわかった。この結果を図7に示した。なお、ここで細孔の半径は、マイクロレンズの成形に寄与する最表面の金属薄板の貫通エッチング孔の半径である。   At this time, the relationship of [the radius of curvature of the lens / the radius of the through-etching hole] was examined. As the molding time became longer, the relationship became smaller (the radius of curvature became smaller), and the lens shape was controlled by the suction time. I knew it was possible. The results are shown in FIG. Here, the radius of the pore is the radius of the through-etching hole in the outermost metal sheet that contributes to the formation of the microlens.

代表的に、例3で得られたマイクロレンズアレイについて、中心のマイクロレンズ1点と、外周のマイクロレンズ4点についてそれぞれ、レンズ径、高さ、曲率を調べた結果は以下のとおりである。中心のマイクロレンズ:径/高さ/曲率半径=73μm/29.1μm/41μm、外周のマイクロレンズ−1:径/高さ/曲率半径=78μm/29.0μm/46μm、外周のマイクロレンズ−2:径/高さ/曲率半径=77μm/31.5μm/47μm、外周のマイクロレンズ−3:径/高さ/曲率半径=79μm/31.2μm/47μm、外周のマイクロレンズ−4:径/高さ/曲率半径=76μm/30.2μm/45μm、であり、バラツキが小さいことを確認した。   Typically, with respect to the microlens array obtained in Example 3, the lens diameter, height, and curvature of one central microlens and four outer microlenses were examined. The results are as follows. Central microlens: diameter / height / curvature radius = 73 μm / 29.1 μm / 41 μm, outer microlens-1: diameter / height / curvature radius = 78 μm / 29.0 μm / 46 μm, outer microlens-2 : Diameter / height / curvature radius = 77 μm / 31.5 μm / 47 μm, outer microlens-3: diameter / height / curvature radius = 79 μm / 31.2 μm / 47 μm, outer microlens-4: diameter / high It was confirmed that the thickness / curvature radius = 76 μm / 30.2 μm / 45 μm and the variation was small.

なお、成形時間が270秒(例4)、310秒(例5)となると、一部剥離も生じていたが、これは、貫通孔の内部にガラス素材が吸引されすぎて、離型しにくくなることに起因するものと考えられる。すなわち、離型まで安全に行い、製品歩留まりを向上させるには、[レンズの曲率半径/貫通エッチング孔の半径]の数値は1.18以上とするのが好ましい。   In addition, when the molding time was 270 seconds (Example 4) and 310 seconds (Example 5), some peeling occurred, but this is because the glass material is sucked too much into the inside of the through hole and is difficult to release. It is thought that it originates in becoming. That is, in order to safely perform the mold release and improve the product yield, it is preferable that the value of [the radius of curvature of the lens / the radius of the through-etching hole] is 1.18 or more.

(例6)
本実施例に用いたマイクロレンズアレイ用成形型は、金属薄板としてφ20mm、厚さ50μmの円板状の鉄−ニッケル合金(42アロイ;熱膨張係数αは50×10−7/K(at 〜200℃))を拡散接合によって19枚積層し、そこに、φ20mm、厚さ30μmの円板状の鉄−ニッケル合金(同上)を1層追加し、合計約1mm厚の積層板とした。追加した1層の金属薄板は、ガラスと接する側の最表層に設けられ、その中央部の8mm×8mmの領域に、エッチングにより、φ68.0μmの円形の貫通エッチング孔を81×81個、100μmのピッチで碁盤目状に整列して形成されている。残りの19層の各層の孔径は、φ78.1μmの円形の貫通エッチング孔が、やはり81×81個、100μmのピッチで碁盤目状に整列して形成されている。
そして、使用する全ての金属薄板は、これら貫通エッチング孔の位置を合わせて積層しているため、積層板にはその貫通エッチング孔の配置と同一の配置で貫通孔が形成されている。
(Example 6)
The microlens array mold used in this example is a disk-shaped iron-nickel alloy (42 alloy; thermal expansion coefficient α is 50 × 10 −7 / K (at ~ 19) was laminated by diffusion bonding, and one layer of a disk-shaped iron-nickel alloy (same as above) of φ20 mm and thickness of 30 μm was added thereto to obtain a laminate having a total thickness of about 1 mm. The added one-layer metal thin plate is provided on the outermost layer on the side in contact with the glass. By etching, 8 × 8 mm circular through-holes with a diameter of 68.0 μm are formed in an 8 mm × 8 mm region at the center thereof, and 100 μm. Are arranged in a grid pattern with a pitch of. The remaining 19 layers each have a hole diameter of 81.times.81 circular through-etching holes having a diameter of 78.1 .mu.m and are arranged in a grid pattern at a pitch of 100 .mu.m.
And since all the metal thin plates to be used are laminated by aligning the positions of these through-etching holes, through-holes are formed in the laminated plate in the same arrangement as the through-etching holes.

さらに、得られた積層板の追加した1層側の片面に、厚さ250nmのイリジウム−レニウム合金(Ir−Re合金)膜を形成し、マイクロレンズアレイ用成形型を得た。   Furthermore, an iridium-rhenium alloy (Ir—Re alloy) film having a thickness of 250 nm was formed on one side of the additional layer of the obtained laminated plate, thereby obtaining a mold for a microlens array.

そして、マイクロレンズアレイの製造装置は、図4Bに示したように、保持容器としては、マイクロレンズアレイ用成形型の上方の空間(第1の空間)が開放されており、下方の空間(第2の空間)は保持容器、マイクロレンズアレイ用成形型及びガラス素材で密閉された空間が形成される装置である。また、下方の空間(第2の空間)は減圧・加圧ポンプに接続されている。   In the microlens array manufacturing apparatus, as shown in FIG. 4B, the holding container has an open space (first space) above the microlens array mold, and a lower space (first space). (Space 2) is an apparatus in which a holding container, a mold for microlens array, and a space sealed with a glass material are formed. Further, the lower space (second space) is connected to a decompression / pressurization pump.

まず、この保持容器の上部に上記で作製した最表層の貫通孔の孔径のみ異なるマイクロレンズアレイ用成形型を載置、固定し、その成形型の上にガラス素材を載置して、マイクロレンズアレイ用成形型の上下の空間を分割できるようにした。なお、ここで使用したガラス素材は、ホウケイ酸バリウム系の低融点ガラス(ガラス転移点:495℃、屈伏点:542℃、軟化点:591℃、旭硝子社製、商品名:A−BAR12)製のφ15.95mm、厚さ4.4mmの円板状のものである。   First, a microlens array molding die that differs only in the diameter of the outermost through-hole prepared above is placed and fixed on the upper part of the holding container, and a glass material is placed on the molding die, and the microlens is placed. The space above and below the array mold can be divided. The glass material used here is a barium borosilicate low melting glass (glass transition point: 495 ° C., yield point: 542 ° C., softening point: 591 ° C., manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., trade name: A-BAR12). It has a disk shape of φ15.95 mm and a thickness of 4.4 mm.

次いで、保持容器を加熱し、ガラス素材を587℃にまで昇温させ軟化させた。このときのガラス素材の粘度をη[dPa・s]とするとき、logηは9.04である。十分にガラス素材を加熱し、軟化させた後、減圧・加圧ポンプを稼働させ、下方の空間(第2の空間)を負圧にし、150秒間保持して、ガラス素材を変形させマイクロレンズを成形した。なお、このときの差圧は88kPaであった。   Next, the holding container was heated, and the glass material was heated to 587 ° C. and softened. When the viscosity of the glass material at this time is η [dPa · s], log η is 9.04. After sufficiently heating and softening the glass material, operate the vacuum / pressurization pump to make the lower space (second space) negative pressure and hold it for 150 seconds to deform the glass material and remove the micro lens. Molded. The differential pressure at this time was 88 kPa.

その後、直ちに下方の空間の圧力を開放し大気圧に戻し、ガラス素材を冷却した。ガラス素材が500℃以下になったところで、減圧・加圧ポンプにより下方の空間を正圧(0.15MPa)とし、ガラス素材と成形型とを離型させ、すぐに大気圧に戻した。さらに、ガラス素材を冷却して室温となったところで成形されたガラス素材を取り出し、直径66μm、高さ18.4μmのマイクロレンズを整列して有するマイクロレンズアレイを得た。   Thereafter, the pressure in the lower space was immediately released to return to atmospheric pressure, and the glass material was cooled. When the glass material became 500 ° C. or lower, the lower space was set to a positive pressure (0.15 MPa) by a decompression / pressurization pump, the glass material and the mold were released, and immediately returned to atmospheric pressure. Further, when the glass material was cooled to room temperature, the molded glass material was taken out to obtain a microlens array having microlenses having a diameter of 66 μm and a height of 18.4 μm aligned.

ここで示したように、成形型の孔径を小さくすることで、得られるマイクロレンズの大きさは、孔径に応じて形成されていることが確認でき、成形型の孔径の大きさをコントロールすることで、得られるマイクロレンズアレイの形状も所望の形状とできることが確認できた。   As shown here, by reducing the hole diameter of the mold, it can be confirmed that the size of the obtained microlens is formed according to the hole diameter, and the size of the hole diameter of the mold is controlled. Thus, it was confirmed that the shape of the obtained microlens array could be a desired shape.

以上より、本発明のマイクロレンズアレイ用成形型、マイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置は、滑らかな光学面を有するマイクロレンズアレイを簡便な操作で得ることができる。この、マイクロレンズアレイ用成形型は、貫通エッチング孔の径が小さいものであったり、多数の貫通エッチング孔を有するものであったりしても簡便な操作で製造でき、高精度のマイクロレンズアレイを実現できる。   As described above, the microlens array mold, the microlens array manufacturing method, and the manufacturing apparatus of the present invention can obtain a microlens array having a smooth optical surface by a simple operation. This microlens array mold can be manufactured with a simple operation even if the through-etching hole has a small diameter or a large number of through-etching holes. realizable.

さらに、本願発明のマイクロレンズアレイの製造装置及び製造方法によれば、個々のマイクロレンズの形状バラツキを無くし、均一な特性のマイクロレンズアレイを製造できることがわかった。   Furthermore, according to the microlens array manufacturing apparatus and manufacturing method of the present invention, it has been found that the microlens array having uniform characteristics can be manufactured by eliminating the shape variation of the individual microlenses.

本発明のマイクロレンズアレイ用成形型、マイクロレンズアレイの製造方法及び製造装置は、凸状のマイクロレンズを多数有するマイクロレンズアレイを形成するのに有用である。   The mold for microlens array, the method for manufacturing a microlens array, and the manufacturing apparatus of the present invention are useful for forming a microlens array having a large number of convex microlenses.

1…マイクロレンズアレイ用成形型、2…積層板、3…貫通孔、4…離型膜、21…マイクロレンズアレイの製造装置、22…保持容器、23…圧力制御部、24…第1の空間、25…第2の空間、80…ガラス素材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microlens array shaping | molding die, 2 ... Laminated board, 3 ... Through-hole, 4 ... Release film, 21 ... Microlens array manufacturing apparatus, 22 ... Holding container, 23 ... Pressure control part, 24 ... 1st Space, 25 ... second space, 80 ... glass material

Claims (18)

エッチング孔である貫通エッチング孔が整列して形成された金属薄板が複数枚、前記貫通エッチング孔の位置が一致するように積層されてマイクロレンズ形成用の貫通孔が設けられた積層板と、
前記積層板の少なくとも一方の面に形成された離形膜と、
を有することを特徴とするマイクロレンズアレイ用成形型。
A plurality of metal thin plates formed by aligning through-etching holes as etching holes, a laminated plate provided with through-holes for forming microlenses by being laminated so that the positions of the through-etching holes coincide with each other;
A release film formed on at least one surface of the laminate,
A mold for forming a microlens array, comprising:
前記貫通エッチング孔の孔径が、50〜80μmである請求項1記載のマイクロレンズアレイ用成形型。   The mold for a microlens array according to claim 1, wherein the through-etching hole has a hole diameter of 50 to 80 μm. 前記貫通エッチング孔のピッチが50〜200μmである請求項1又は2記載のマイクロレンズアレイ用成形型。   The mold for a microlens array according to claim 1 or 2, wherein a pitch of the through-etching holes is 50 to 200 µm. 前記貫通エッチング孔が、縦列30〜1000個×横列30〜1000個が整列している請求項1乃至3のいずれか1項記載のマイクロレンズアレイ用成形型。   The mold for microlens array according to any one of claims 1 to 3, wherein the through-etching holes are arranged in 30 to 1000 columns × 30 to 1000 rows. 前記積層板の厚さが、0.8mm〜5mmである請求項1乃至4のいずれか1項記載のマイクロレンズアレイ用成形型。   The mold for a microlens array according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the laminated plate is 0.8 mm to 5 mm. 前記金属薄板の貫通エッチング孔が、積層方向において全て同じ径を有する請求項1乃至5のいずれか1項記載のマイクロレンズアレイ用成形型。   The mold for microlens array according to any one of claims 1 to 5, wherein all the through-etching holes of the metal thin plate have the same diameter in the stacking direction. 前記金属薄板のうち、前記離型膜側の最表面に用いる金属薄板の貫通エッチング孔を、前記金属薄板の貫通エッチング孔のうち最も小さい径とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のマイクロレンズアレイ用成形型。   The through etching hole of the metal thin plate used for the outermost surface by the side of the release film among the said metal thin plates is made into the smallest diameter among the through etching holes of the said metal thin plate. Mold for micro lens array. 前記最表面の金属薄板の貫通エッチング孔の径が50〜75μmで、他の金属薄板の貫通エッチング孔の径が50〜80μmである請求項7記載のマイクロレンズアレイ用成形型。   8. The mold for microlens array according to claim 7, wherein the diameter of the through-etching hole in the outermost metal sheet is 50 to 75 [mu] m, and the diameter of the through-etching hole in the other metal sheet is 50 to 80 [mu] m. 前記離型膜が、貴金属系又は炭素系の材料からなる請求項1乃至8いずれか1項記載のマイクロレンズアレイ用成形型。   The mold for microlens array according to claim 1, wherein the release film is made of a noble metal-based or carbon-based material. ガラス素材を、請求項1乃至9のいずれか1項記載のマイクロレンズアレイ用成形型と接触させ、前記ガラス素材を前記マイクロレンズアレイ用成形型の表裏の圧力差による吸引作用によって、前記ガラス素材の表面にマイクロレンズを成形することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。   A glass material is brought into contact with the mold for microlens array according to any one of claims 1 to 9, and the glass material is sucked by a pressure difference between the front and back surfaces of the mold for microlens array. A microlens array is produced by forming a microlens on the surface of the microlens array. ガラス素材を、請求項1乃至9のいずれか1項記載のマイクロレンズアレイ用成形型と接触させ、前記ガラス素材を加熱により軟化させる加熱工程と、
前記加熱工程後、前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面側の第1の空間と、前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面とは反対面側の第2の空間との間に、前記第1の空間よりも前記第2の空間の方が低圧になるように差圧を生じさせ、前記ガラス素材を前記マイクロレンズアレイ用成形型に密接させて貫通孔内に吸引し、前記マイクロレンズアレイ用成形型と接触させずに凸状のマイクロレンズを形成する成形工程と、
前記成形工程により所望の形状となったガラス素材を冷却する冷却工程と、
を有することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
A heating step of bringing a glass material into contact with the mold for microlens array according to any one of claims 1 to 9 and softening the glass material by heating,
After the heating step, the first space on the contact surface side of the microlens array mold with the glass material and the first surface on the opposite surface side of the contact surface with the glass material of the microlens array mold. A differential pressure is generated between the second space and the second space so that the pressure in the second space is lower than that in the first space, and the glass material is in close contact with the mold for forming the microlens array. A molding step of sucking into the hole and forming a convex microlens without making contact with the microlens array mold, and
A cooling step for cooling the glass material in a desired shape by the molding step;
A method for manufacturing a microlens array, comprising:
前記第1の空間を大気圧に、前記第2の空間を負圧にする請求項11記載のマイクロレンズアレイの製造方法。   The method of manufacturing a microlens array according to claim 11, wherein the first space is set to atmospheric pressure, and the second space is set to negative pressure. 前記第1の空間を正圧に、前記第2の空間を大気圧にする請求項11記載のマイクロレンズアレイの製造方法。   The method of manufacturing a microlens array according to claim 11, wherein the first space is set to a positive pressure and the second space is set to an atmospheric pressure. 前記差圧が、10〜1000kPaである請求項11乃至13のいずれか1項記載のマイクロレンズアレイの製造方法。   The method for manufacturing a microlens array according to any one of claims 11 to 13, wherein the differential pressure is 10 to 1000 kPa. 前記加熱工程において、ガラス素材の粘度をη[dpa・s]とするとき、logηを4.86〜12.37とする請求項11乃至14のいずれか1項記載のマイクロレンズアレイの製造方法。   The method of manufacturing a microlens array according to any one of claims 11 to 14, wherein log η is 4.86 to 12.37 when the viscosity of the glass material is η [dpa · s] in the heating step. 請求項1乃至9のいずれか1項記載のマイクロレンズアレイ用成形型と、
前記マイクロレンズアレイ用成形型の周縁部を保持し、該マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面側に形成される第1の空間と前記マイクロレンズアレイ用成形型の前記ガラス素材との接触面の反対面側に形成される第2の空間とを分割可能な保持容器と、
前記第1の空間よりも第2の空間の方が低圧になるように差圧を生じさせる圧力制御部と、
を有することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造装置。
A microlens array molding die according to any one of claims 1 to 9,
A first space that holds a peripheral portion of the microlens array mold and is formed on the contact surface side of the microlens array mold with the glass material, and the glass material of the microlens array mold A holding container capable of dividing the second space formed on the opposite side of the contact surface with
A pressure control unit that generates a differential pressure so that the second space has a lower pressure than the first space;
An apparatus for manufacturing a microlens array, comprising:
前記圧力制御部が、前記第2の空間と接続された真空ポンプである請求項16記載のマイクロレンズアレイの製造装置。   The microlens array manufacturing apparatus according to claim 16, wherein the pressure control unit is a vacuum pump connected to the second space. 前記圧力制御部が、前記第1の空間と接続された加圧ポンプである請求項16記載のマイクロレンズアレイの製造装置。   The microlens array manufacturing apparatus according to claim 16, wherein the pressure control unit is a pressurizing pump connected to the first space.
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