KR100615934B1 - 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 마이크로 렌즈, 광학 장치,광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드, 레이저 프린터 - Google Patents

마이크로 렌즈의 제조 방법 및 마이크로 렌즈, 광학 장치,광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드, 레이저 프린터 Download PDF

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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 액체방울의 착탄 위치 정밀도를 향상시켜, 형상 정밀도가 양호한 마이크로 렌즈를 제조할 수 있는 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 마이크로 렌즈, 광학 장치, 광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드, 레이저 프린터를 제공하는 것을 과제로 한다.
기체(3) 위에 형성된 토대 부재(4b) 위에 액체방울 토출 헤드(34)로부터 렌즈 재료(7)인 소정 방울 수의 액체방울을 토출하여 마이크로 렌즈(8a)를 형성하는 마이크로 렌즈의 제조 방법으로서, 기체(3)와 액체방울 토출 헤드(34)의 상대 이동을 정지시켜, 액체방울 토출 헤드(34)로부터 기체(3) 위의 소정 위치에 액체방울을 복수개 토출하는 것을 특징으로 한다.
착탄, 정밀도, 토출 헤드, 상대 이동.

Description

마이크로 렌즈의 제조 방법 및 마이크로 렌즈, 광학 장치, 광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드, 레이저 프린터{METHOD OF MANUFACTURING MICROLENS AND MICROLENS, OPTICAL DEVICE, OPTICAL TRANSMISSION DEVICE, HEAD FOR LASER PRINTER, AND LASER PRINTER}
도 1은 제 1 실시예의 공정을 나타내는 플로차트.
도 2의 (a)∼(e)는 제 1 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 공정도.
도 3의 (a) 및 (b)는 제 1 실시예의 액체방울 토출 헤드의 개략 구성도.
도 4의 (a) 및 (b)는 제 1 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 공정도.
도 5의 (a)∼(c)는 제 1 실시예의 마이크로 렌즈를 나타내는 도면.
도 6의 (a)∼(c)는 마이크로 렌즈의 평행광화(平行光化) 기능을 나타내는 도면.
도 7은 발액(撥液) 처리에 의한 렌즈 재료의 접촉각을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 레이저 프린터용 헤드의 개략 구성도.
도 9는 제 2 실시예의 공정을 나타내는 플로차트.
도 10의 (a) 및 (b)는 제 2 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 공정도.
도 11은 제 2 실시예의 변형례의 공정을 나타내는 플로차트.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 면발광(面發光) 레이저
3 : 기체(基體)
4b : 토대(土臺) 부재
7 : 렌즈 재료
8a : 마이크로 렌즈
34 : 액체방울 토출 헤드
본 발명은 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 마이크로 렌즈, 광학 장치, 광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드, 레이저 프린터에 관한 것이다.
최근, 마이크로 렌즈라고 불리는 미소(微小) 렌즈를 다수 가진 광학 장치가 제공되어 있다. 이러한 광학 장치로서는, 예를 들어, 레이저를 구비한 발광 장치나, 광섬유의 광 상호접속(interconnection), 더 나아가서는 입사광을 모으기 위한 집광(集光) 렌즈를 가진 고체 촬상(撮像) 소자 등이 있다.
그런데, 이러한 광학 장치를 구성하는 마이크로 렌즈는, 종래에는 금형(金型)을 사용한 성형법이나 포토리소그래피법에 의해 성형되었다.
또한, 최근에는 프린터 등에 이용되고 있는 액체방울 토출법을 이용하여, 미세(微細) 패턴인 마이크로 렌즈를 형성한다는 것도 제안되어 있다(예를 들어, 일본국 특개평11-142608호 공보(2-3 페이지, 제 1 도) 참조).
상술한 바와 같이, 액체방울 토출법을 이용한 종래의 마이크로 렌즈의 제조 방법에서는, 마이크로 렌즈를 형성하는 기판과 액체방울을 토출하는 액체방울 토출 헤드를 상대 이동시키면서 동일한 개소(個所)에 복수의 액체방울을 토출시켜, 1개의 마이크로 렌즈를 제조하였다. 구체적으로는, 기판을 주사(走査)(왕복(往復) 이동)시켜, 기판이 액체방울 토출 헤드의 아래쪽을 통과할 때마다 액체방울 토출 헤드로부터 소정의 장소를 향하여 1도트의 액체방울을 토출시켰다.
그러나, 이러한 방법에서는 기판과 액체방울 토출 헤드가 상대 이동하고 있기 때문에, 액체방울의 착탄(着彈) 위치 정밀도를 향상시키기 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 액체방울의 착탄 위치 정밀도를 향상시켜, 형상 정밀도가 양호한 마이크로 렌즈를 제조할 수 있는 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 마이크로 렌즈, 광학 장치, 광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드, 레이저 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법은 기체 위에 형성된 토대 부재 위에 액체방울 토출 헤드로부터 렌즈 재료인 소정 방울 수의 액체방울을 토출하여 마이크로 렌즈를 형성하는 마이크로 렌즈의 제조 방법으로서, 상기 기체와 상기 액체방울 토출 헤드의 상대 이동을 정지시켜, 상기 액체방울 토출 헤드로부터 상기 기체 위의 소정 위치에 상기 액체방울을 복수개 토출하는 것 을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법은, 상기 기체와 상기 액체방울 토출 헤드가 상대 이동을 정지시킨 상태에서 상기 액체방울을 복수개 토출하고 있기 때문에, 종래의 기체와 액체방울 토출 헤드를 상대 이동시키면서 액체방울을 토출시키는 방법보다도 상기 액체방울의 착탄 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 마이크로 렌즈의 형상 정밀도도 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 액체방울을 복수개 토출하고 있기 때문에, 상기 소정 방울 수의 액체방울을 토출할 때까지 상기 기체와 상기 액체방울 토출 헤드가 상대 이동하는(주사하는) 횟수를 감소시킬 수 있다. 그 때문에, 액체방울의 착탄 위치 편차를 억제할 수 있어, 착탄 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기체와 상기 액체방울 토출 헤드의 상대 이동을 정지시킨 상태에서 토출되는 상기 액체방울의 수를 증가시키면 증가시킬수록 상기 액체방울의 착탄 위치 정밀도를 향상시키기 쉬워진다.
상기 구성을 실현하기 위해, 보다 구체적으로는, 액체방울 토출 헤드로부터 한 번에 연속하여 토출되는 액체방울의 방울 수가 상기 소정 방울 수와 동일하게 할 수도 있다.
이 구성에 의하면, 상기 기체와 상기 액체방울 토출 헤드가 상대 이동을 정지시킨 상태에서, 한 번에 연속하여 액체방울이 상기 소정 방울 수 토출된다. 그 때문에, 액체방울의 착탄 위치 편차를 보다 억제하기 쉽게 할 수 있어, 착탄 위치 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.
상기 구성을 실현하기 위해, 보다 구체적으로는, 액체방울 토출 헤드로부터 한 번에 연속하여 토출되는 액체방울의 방울 수가 소정 방울 수보다 적고, 다음에 동일한 토대 부재 위에 액체방울이 토출될 때까지, 토대 부재 위에 착탄된 렌즈 재료의 가경화를 행할 수도 있다.
이 구성에 의하면, 토대 부재 위에 착탄된 렌즈 재료를 가경화시키고 나서, 다시 액체방울을 토대 부재 위에 토출하고 있다. 가경화를 행함으로써, 가경화를 행하지 않는 경우보다도 보다 많은 렌즈 재료 액체방울을, 마이크로 렌즈의 형상을 손상시키지 않고, 토대 부재 위에 토출시킬 수 있다. 그 때문에, 보다 큰 마이크로 렌즈를 토대 부재 위에 형성할 수 있다.
상기 구성을 실현하기 위해, 보다 구체적으로는, 동일한 토대 부재 위에 토출된 액체방울의 합계 수가 소정 방울 수와 동일해질 때까지, 상대 이동을 정지시킨 상태에서, 동일한 토대 부재 위에 액체방울의 토출을 반복할 수도 있다.
이 구성에 의하면, 토출된 액체방울의 합계 수가 상기 소정 방울 수로 될 때까지 동일한 토대 부재 위에 액체방울을 토출하고 있다. 그 때문에, 액체방울의 토출을 종료할 때까지 상기 토대 부재와 상기 액체방울 토출 헤드의 상대 위치 관계가 일정하게 유지되어, 액체방울의 착탄 위치가 분산되는 것을 억제할 수 있어, 착탄 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 구성을 실현하기 위해, 보다 구체적으로는, 1개의 토대 부재 위에 액체방울을 토출한 후에, 다른 토대 부재의 적어도 1개의 토대 부재 위에 액체방울을 토출하고, 다시 1개의 토대 부재 위에 액체방울을 토출할 수도 있다.
이 구성에 의하면, 다른 토대 부재 위에 액체방울을 토출하고 있는 동안에, 착탄된 렌즈 재료의 가경화를 병행(竝行)하여 행할 수 있기 때문에, 상기 기재(基材) 위에 마이크로 렌즈를 형성하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
상기 구성을 실현하기 위해, 보다 구체적으로는, 액체방울 토출 헤드로부터 한 번에 복수의 토대 부재 위에 액체방울을 토출할 수도 있다.
이 구성에 의하면, 복수의 토대 부재 위에 액체방울을 동시에 토출하기 때문에, 상기 기재 위에 마이크로 렌즈를 형성하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
상기 구성을 실현하기 위해, 보다 구체적으로는, 렌즈 재료가 휘발성 용제(溶劑)에 의해 희석된 재료로서, 착탄된 렌즈 재료를 소정 시간 방치함으로써 가경화가 행하여질 수도 있다.
이 구성에 의하면, 착탄된 렌즈 재료를 소정 시간 방치함으로써, 렌즈 재료 중의 상기 용제를 증발시켜, 렌즈 재료의 점도(粘度)를 증가시킴으로써 가경화를 행하고 있다. 그 때문에, 마이크로 렌즈의 형상을 손상시키지 않고, 토대 부재 위에 보다 많은 렌즈 재료를 토출시킬 수 있어, 보다 큰 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.
상기 구성을 실현하기 위해, 보다 구체적으로는, 렌즈 재료가 자외선에 반응하여 경화되는 재료로서, 착탄된 렌즈 재료에 자외선을 조사함으로써 가경화가 행하여질 수도 있다.
이 구성에 의하면, 착탄된 렌즈 재료에 자외선을 조사함으로써 렌즈 재료의 가경화를 행하고 있다. 그 때문에, 마이크로 렌즈의 형상을 손상시키지 않고, 토 대 부재 위에 보다 많은 렌즈 재료를 토출시킬 수 있어, 보다 큰 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.
본 발명의 마이크로 렌즈는 상기 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
이 마이크로 렌즈에 의하면, 상기 기재와 상기 액체방울 토출 헤드의 상대 이동을 정지시켜 액체방울을 토출하고 있기 때문에, 상기 토대 부재 위에 액체방울을 보다 양호한 정밀도로 착탄시킬 수 있어, 형상 정밀도가 보다 양호한 마이크로 렌즈로 할 수 있다.
또한, 착탄된 렌즈 재료를 가경화시키고 나서 다시 액체방울을 토출 및 착탄시키고 있기 때문에, 상기 토대 부재 위에 탑재되는 렌즈 재료의 양을 증가시킬 수 있어, 보다 큰 마이크로 렌즈로 할 수 있다.
본 발명의 광학 장치는 면발광 레이저와, 상기 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법으로 얻어진 마이크로 렌즈를 구비하고, 마이크로 렌즈를 면발광 레이저의 출사 측에 배열 설치한 것을 특징으로 한다.
이 광학 장치에 의하면, 상술한 바와 같이, 형상 정밀도가 보다 양호하고, 보다 큰 형상으로 형성된 마이크로 렌즈를 상기 면발광 레이저의 출사 측에 배열 설치하고 있기 때문에, 이 마이크로 렌즈에 의해 발광 레이저로부터의 출사광의 평행광화 등을 양호하게 행할 수 있게 되어, 따라서, 양호한 발광 특성(광학 특성)을 갖는 것으로 된다.
본 발명의 광전송 장치는 상기 본 발명의 광학 장치와, 수광 소자와, 광학 장치로부터의 출사광을 상기 수광 소자에 전송하는 광전송 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 광전송 장치에 의하면, 상술한 바와 같이, 양호한 발광 특성(광학 특성)을 갖는 광학 장치를 구비하고 있기 때문에, 전송 특성이 양호한 광전송 장치로 된다.
본 발명의 레이저 프린터용 헤드는 상기 본 발명의 광학 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 프린터용 헤드에 의하면, 상술한 바와 같이, 양호한 발광 특성(광학 특성)을 갖는 광학 장치를 구비하고 있기 때문에, 묘화(描畵) 특성이 양호한 레이저 프린터용 헤드로 된다.
본 발명의 레이저 프린터는 상기 본 발명의 레이저 프린터용 헤드를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 레이저 프린터에 의하면, 상술한 바와 같이, 묘화 특성이 양호한 레이저 프린터용 헤드를 구비하고 있기 때문에, 이 레이저 프린터 자체가 묘화 특성이 우수한 것으로 된다.
[제 1 실시예]
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 대해서 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 공정을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
우선, 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기체 위에 토대 부재를 형성하는 토대 형성 공정(S1)과, 상기 토대 부재의 상면(上面)을 발액 처리하는 기재 발액화 공정(S2)과, 상기 발액 처리한 토대 부재의 상면 위에 액체방울 토출법에 의해 렌즈 재료를 복수 도트 토출하여, 상기 토대 부재 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 토출 공정(S3)과, 자외선을 렌즈 재료에 조사하여 경화시키는 자외선 경화 공정(S4)과, 경화된 마이크로 렌즈에 열처리를 실시하는 큐어(cure) 공정(S5)을 구비하고 있다.
여기서, 본 발명에서의 「기체」는 상기 토대 부재를 형성할 수 있는 면을 갖는 것을 의미하며, 구체적으로는 유리 기판이나 반도체 기판, 더 나아가서는 이들에 각종 기능성 박막이나 기능성 요소를 형성한 것을 의미한다. 또한, 상기 토대 부재를 형성할 수 있는 면에 대해서는, 평면일 수도 있고 곡면일 수도 있으며, 또한 기체 자체의 형상에 대해서도 특별히 한정되지 않아 다양한 형상의 것을 채용할 수 있다.
본 발명에서는, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, GaAs 기판(1)을 사용하고, 이 GaAs 기판(1)에 다수의 면발광 레이저(2)를 형성한 것을 기체(3)로서 준비한다. 그리고, 이 기체(3)의 상면 측, 즉, 상기 면발광 레이저(2)의 출사 측으로 되는 면 위에 토대 부재의 형성 재료를 설치하여, 토대 부재 재료층(4)을 형성한다. 또한, 면발광 레이저(2)에는, 그 출사구의 주변에 폴리이미드 수지 등으로 이루어지는 절연층(도시 생략)이 형성되어 있다. 여기서, 토대 부재의 형성 재 료로서는, 투광성을 갖는 재료, 즉, 상기 면발광 레이저(2)로부터의 발광광의 파장역에서 거의 흡수를 일으키지 않아, 따라서, 실질적으로 이 발광광을 투과시키는 재료로 하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 또는 불소계 수지 등이 적합하게 사용되지만, 특히 폴리이미드계 수지가 보다 적합하게 사용된다.
우선, 토대 형성 공정(S1)에 대해서 설명한다.
본 실시예에서는, 토대 부재의 형성 재료로서 폴리이미드계 수지를 사용하는 것으로 한다. 그리고, 이 폴리이미드계 수지의 전구체(前驅體)를 기체(3) 위에 도포하고, 그 후, 약 150℃에서 가열 처리함으로써, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같은 토대 부재 재료층(4)으로 한다. 또한, 이 토대 부재 재료층(4)에 대해서는, 이 단계에서는 충분히 경화를 진행시키지 않고, 그 형상을 유지할 수 있을 정도의 경도(硬度)로 하여 둔다.
이렇게 하여 폴리이미드계 수지로 이루어지는 토대 부재 재료층(4)을 형성하면, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 이 토대 부재 재료층(4) 위에 레지스트층(5)을 형성한다. 그리고, 소정의 패턴을 형성한 마스크(6)를 레지스트층(5)을 이용하여 노광(露光)시키고, 또한 현상(現像)함으로써, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이 레지스트 패턴(5a)을 형성한다.
이어서, 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하여, 예를 들어, 알칼리계 용액을 사용한 습식 에칭에 의해 토대 부재 재료층(4)을 패터닝한다. 이것에 의해, 도 2의 (d)에 나타낸 바와 같이 기체(3) 위에 토대 부재 패턴(4a)이 형성된다. 여기 서, 형성하는 토대 부재 패턴(4a)에 대해서는, 그 상면 형상을 원형 또는 타원형, 또는 다각형으로 형성하는 것이 이것 위에 마이크로 렌즈를 형성하는데 바람직하고, 본 실시예에서는 상면 형상을 원형으로 하고 있다. 또한, 이러한 원형 상면의 중심 위치가 기체(3)에 형성한 상기 면발광 레이저(2)의 출사구(도시 생략) 바로 위에 위치하도록 형성한다.
그 후, 도 2의 (e)에 나타낸 바와 같이 레지스트 패턴(5a)을 제거하고, 또한 약 350℃에서 열처리를 행함으로써, 토대 부재 패턴(4a)을 충분히 경화시켜 토대 부재(4b)로 한다.
이어서, 이 토대 부재(4b)의 상면을 발액 처리하는 기재 발액화 공정(S2)에 대해서 설명한다.
이 발액 처리로서는, 예를 들어, 기판의 표면에 자기(自己) 조직화막(組織化膜)을 형성하는 방법, 플라즈마 처리법 등을 채용할 수 있다.
자기 조직막 형성법에서는, 도전막 배선을 형성해야 할 기판의 표면에 유기 분자막 등으로 이루어지는 자기 조직화막을 형성한다.
기판 표면을 처리하기 위한 유기 분자막은 기판에 결합 가능한 관능기(官能基)와, 그 반대쪽에 친액기(親液基) 또는 발액기(撥液基)와 같은 기판의 표면성을 개질(改質)하는(표면 에너지를 제어하는) 관능기와, 이들 관능기를 연결하는 탄소의 직쇄(直鎖) 또는 일부 분기(分岐)된 탄소쇄를 구비하고 있으며, 기판에 결합되어 자기 조직화하여 분자막, 예를 들어, 단분자막(單分子膜)을 형성한다.
여기서, 자기 조직화막은 기판의 하지층 등의 구성 원자와 반응 가능한 결합 성 관능기와 그 이외의 직쇄 분자로 이루어지고, 직쇄 분자의 상호작용에 의해 상당히 높은 배향성을 갖는 화합물을 배향시켜 형성된 막이다. 이 자기 조직화막은 단분자를 배향시켜 형성되어 있기 때문에, 막 두께를 상당히 얇게 할 수 있고, 또한 분자 레벨에서 균일한 막으로 된다. 즉, 막의 표면에 동일한 분자가 위치하기 때문에, 막의 표면에 균일하며 우수한 발액성이나 친액성을 부여할 수 있다.
상기 높은 배향성을 갖는 화합물로서, 예를 들어, 플루오로알킬실란을 사용함으로써, 막의 표면에 플루오로알킬기가 위치하도록 각 화합물이 배향되어 자기 조직화막이 형성되고, 막의 표면에 균일한 발액성이 부여된다.
자기 조직화막을 형성하는 화합물로서는, 헵타데카플루오로-1,1,2,2테트라히드로데실트리에톡시실란, 헵타데카플루오로-1,1,2,2테트라히드로데실트리메톡시실란, 헵타데카플루오로-1,1,2,2테트라히드로데실트리클로로실란, 트리데카플루오로-1,1,2,2테트라히드로옥틸트리에톡시실란, 트리데카플루오로-1,1,2,2테트라히드로옥틸트리메톡시실란, 트리데카플루오로-1,1,2,2테트라히드로옥틸트리클로로실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란 등의 플루오로알킬실란(이하, 「FAS」라고 함)을 예시할 수 있다. 이들 화합물은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합시켜 사용할 수도 있다. 또한, FAS를 사용함으로써, 기판과의 밀착성과 양호한 발액성을 얻을 수 있다.
일반적으로, FAS는 구조식 RnSiX(4-n)으로 표시된다. 여기서, n은 1 이상 3 이하의 정수를 나타내고, X는 메톡시기, 에톡시기, 할로겐 원자 등의 가수분해기이 다. 또한, R은 플루오로알킬기이며, (CF3)(CF2)x(CH2)y(여기서 x는 0 이상 10 이하의 정수를, y는 0 이상 4 이하의 정수를 나타냄)의 구조를 갖고, 복수개의 R 또는 X가 Si에 결합되어 있을 경우에는, R 또는 X는 각각 모두 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. X로 표시되는 가수분해기는 가수분해에 의해 시라놀을 형성하여, 기판(유리, 실리콘) 하지(下地)의 히드록실기와 반응하여 실록산 결합으로 기판과 결합한다. 한편, R은 표면에 (CF2) 등의 플루오로기를 갖기 때문에, 기판의 하지 표면을 젖지 않는(표면 에너지가 낮은) 표면으로 개질한다.
유기 분자막 등으로 이루어지는 자기 조직화막은 상기 원료 화합물과 기판을 동일한 밀폐 용기 중에 넣어 두고, 실온에서 2∼3일 정도 방치함으로써 기판 위에 형성된다. 또한, 밀폐 용기 전체를 100℃로 유지함으로써, 3시간 정도로 기판 위에 형성된다. 이들은 기상(氣相)으로부터의 형성법이지만, 액상(液相)으로부터도 자기 조직화막을 형성할 수 있다. 예를 들면, 원료 화합물을 함유하는 용액 중에 기판을 침지(浸漬)하고, 세정, 건조시킴으로써 기판 위에 자기 조직화막이 형성된다.
또한, 자기 조직화막을 형성하기 전에, 기판 표면에 자외광을 조사하거나 용매에 의해 세정하여, 기판 표면의 전처리(前處理)를 실시하는 것이 바람직하다.
한편, 플라즈마법으로서는, 예를 들어, 대기 분위기 중에서 테트라플루오로메탄을 처리 가스로 하는 CF4 플라즈마 처리법이 적합하게 채용된다. 이 CF4 플라즈마 처리의 조건은, 예를 들어, 플라즈마 파워가 50∼1000㎾, 테트라플루오로메탄 (CF4)의 가스 유량(流量)이 50∼100ml/min, 플라즈마 방전 전극에 대한 기체(3)의 반송 속도가 0.5∼1020㎜/sec, 기체(基體) 온도가 70∼90℃로 된다. 또한, 처리 가스로서는, 테트라플루오로메탄(CF4)에 한정되지 않아, 다른 플루오로카본계의 가스를 사용할 수도 있다. 이러한 발액화 처리를 행함으로써, 토대 부재(4b)의 상면에는 이것을 구성하는 수지 중에 불소기가 도입되고, 이것에 의해 높은 발액성이 부여된다.
여기서, 이러한 발액 처리에 대해서는, 특히 토대 부재(4b)의 형성 재료로 형성된 평면에 대하여 후술하는 렌즈 재료를 배치했을 때, 상기 렌즈 재료의 접촉각이 20° 이상으로 되는 발액성을 발휘하도록 행하는 것이 바람직하다.
즉, 도 7에 나타낸 바와 같이 토대 부재(4b)의 형성 재료(본 예에서는 폴리이미드계 수지)로 토대 부재 재료층(4)을 형성하고, 그 표면을 평면으로 한다. 그리고, 이 표면에 대하여 상술한 발액 처리를 실시한다. 이어서, 이 표면 위에 렌즈 재료(7)를 액체방울 토출법에 의해 배치한다.
그리하면, 렌즈 재료(7)는 토대 부재 재료층(4)의 표면에 대한 습윤성에 따른 형상의 액체방울로 된다. 이 때, 토대 부재 재료층(4)의 표면장력을 γS, 렌즈 재료(7)의 표면장력을 γL, 토대 부재 재료층(4)과 렌즈 재료(7) 사이의 계면장력을 γSL, 토대 부재 재료층(4)에 대한 렌즈 재료(7)의 접촉각을 θ로 하면, γS, γ L, γSL, θ의 사이에는 이하의 식이 성립된다.
γS=γSL+γＬ·cosθ
후술하는 바와 같이 마이크로 렌즈로 되는 렌즈 재료(7)는, 그 곡률(曲率)이 상기 식에 의해 결정되는 접촉각 θ에 의해 제한을 받는다. 즉, 렌즈 재료(7)를 경화시킨 후에 얻어지는 렌즈의 곡률은 최종적인 마이크로 렌즈의 형상을 결정하는 요소 중의 하나이다. 따라서, 본 발명에서는 얻어지는 마이크로 렌즈의 형상이 보다 구상(球狀)에 가까워지도록, 발액 처리에 의해 토대 부재 재료층(4)과 렌즈 재료(7) 사이의 계면장력 γSL을 크게 함으로써, 상기 접촉각 θ를 크게, 즉, 20° 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 도 7에 나타낸 접촉각 θ가 20° 이상으로 되는 조건에 의한 발액 처리를 토대 부재(4b)의 상면에 실시함으로써, 후술하는 바와 같이 이 토대 부재(4b)의 상면에 토출 배치되는 렌즈 재료(7)의, 토대 부재(4b) 상면에 대한 접촉각 θ'가 확실히 커진다. 따라서, 토대 부재(4b) 상면에 탑재되는 렌즈 재료의 양을 보다 증가시킬 수 있고, 이것에 의해 그 형상을 토출량(토출 도트의 양)으로 제어하는 것이 용이해진다.
다음으로, 토출 공정(S3)에 대해서 설명한다.
이렇게 하여 토대 부재(4b)의 상면에 발액 처리를 실시하면, 이 토대 부재(4b) 위에 액체방울 토출법에 의해 렌즈 재료(7)를 복수 도트 토출한다. 여기서, 액체방울 토출법으로서는, 디스펜서법이나 잉크젯법 등을 채용할 수 있다. 디스펜서법은 액체방울을 토출하는 방법으로서 일반적인 방법이며, 비교적 넓은 영역에 액체방울을 토출하는데 효과적인 방법이다. 잉크젯법은 액체방울 토출 헤드를 이용하여 액체방울을 토출하는 방법이며, 액체방울을 토출하는 위치에 대해서 ㎛오더(order)의 단위로 제어할 수 있고, 또한 토출하는 액체방울의 양도 피코리터 오더의 단위로 제어할 수 있기 때문에, 특히 미세한 렌즈(마이크로 렌즈)의 제조에 적합하다.
그래서, 본 실시예에서는 액체방울 토출법으로서 잉크젯법을 이용하기로 한다. 이 잉크젯법은 액체방울 토출 헤드(34)로서, 예를 들어, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이 스테인리스제의 노즐 플레이트(12)와 진동판(13)을 구비하고, 양자를 구획 부재(리저버(reservoir) 플레이트)(14)를 통하여 접합시킨 것을 사용한다. 노즐 플레이트(12)와 진동판(13) 사이에는 구획 부재(14)에 의해 복수의 캐비티(15, …)와 리저버(16)가 형성되어 있고, 이들 캐비티(15, …)와 리저버(16)는 유로(流路)(17)를 통하여 연통(連通)하고 있다.
각 캐비티(15)와 리저버(16)의 내부는 토출하기 위한 액상체(렌즈 재료)로 충전되도록 되어 있고, 이들 사이의 유로(17)는 리저버(16)로부터 캐비티(15)에 액상체를 공급하는 공급구로서 기능하게 되어 있다. 또한, 노즐 플레이트(12)에는 캐비티(15)로부터 액상체를 분사하기 위한 구멍 형상의 노즐(18)이 종횡으로 정렬된 상태로 복수 형성되어 있다. 한편, 진동판(13)에는 리저버(16) 내에 개구하는 구멍(19)이 형성되어 있고, 이 구멍(19)에는 액상체 탱크(도시 생략)가 튜브(도시 생략)를 통하여 접속되게 되어 있다.
또한, 진동판(13)의 캐비티(15)를 향하는 면과 반대쪽의 면 위에는, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이 압전 소자(피에조 소자)(20)가 접합되어 있다. 이 압전 소자(20)는 한 쌍의 전극(21, 21) 사이에 삽입되고, 통전(通電)에 의해 외측으로 돌출되도록 하여 요곡(撓曲)하도록 구성된 것이며, 본 발명에서의 토출 수단으로서 기능하는 것이다.
이러한 구성에 의거하여, 압전 소자(20)가 접합된 진동판(13)은 압전 소자(20)와 일체로 되어 동시에 외측으로 요곡하고, 이것에 의해 캐비티(15)의 용적을 증대시킨다. 그리하면, 캐비티(15) 내와 리저버(16) 내가 연통하고 있어, 리저버(16) 내에 액상체가 충전되어 있을 경우에는, 캐비티(15) 내에 증대된 용적분에 상당하는 액상체가 리저버(16)로부터 유로(17)를 통하여 유입된다.
그리고, 이러한 상태로부터 압전 소자(20)로의 통전을 해제하면, 압전 소자(20)와 진동판(13)은 모두 원래의 형상으로 되돌아간다. 따라서, 캐비티(15)도 원래의 용적으로 되돌아가기 때문에, 캐비티(15) 내부의 액상체 압력이 상승하여, 노즐(18)로부터 액상체의 액체방울(22)이 토출된다.
또한, 액체방울 토출 헤드의 토출 수단으로서는, 상기 압전 소자(피에조 소자)(20)를 사용한 전기기계 변환체 이외일 수도 있고, 예를 들어, 에너지 발생 소자로서 전기열 변환체를 사용한 방식이나, 대전 제어형, 가압 진동형과 같은 연속 방식, 정전 흡인 방식, 더 나아가서는 레이저 등의 전자파를 조사하여 발열시키고, 이 발열에 의한 작용으로 액상체를 토출시키는 방식을 채용할 수도 있다.
또한, 토출하는 렌즈 재료(7), 즉, 마이크로 렌즈로 되는 렌즈 재료(7)로서는, 광투과성 수지가 사용된다. 구체적으로는, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리히드 록시에칠메타크릴레이트, 폴리시클로헥실메타크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 폴리디에틸렌글리콜비스아릴카보네이트, 폴리카보네이트 등의 아릴계 수지, 메타크릴 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리아세트산비닐계 수지, 셀룰로오스계 수지, 폴리아미드계 수지, 불소계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리스티렌계 수지 등의 열가소성 또는 열경화성 수지를 들 수 있으며, 이들 중의 일종이 사용되거나, 또는 복수종이 혼합되어 사용된다.
또한, 렌즈 재료(7)로서 사용하는 광투과성 수지의 표면장력으로서는, 0.02N/m 이상 0.07N/m 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 액체방울 토출법에 의해 잉크를 토출할 때, 표면장력이 0.02N/m 미만이면, 잉크의 노즐면에 대한 습윤성이 증대하기 때문에 비행(飛行) 구부러짐이 발생하기 쉬워진다. 또한, 표면장력이 0.07N/m을 초과하면, 노즐 선단(先端)에서의 메니스커스 형상이 안정되지 않기 때문에 토출량이나 토출 타이밍의 제어가 곤란해진다. 표면장력을 조정하기 위해, 상기 광투과성 수지의 분산액에는, 기판과의 접촉각을 크게 저하시키지 않고, 굴절률 등의 광학적 특성에 영향을 주지 않는 범위에서 불소계, 실리콘계, 노니온계 등의 표면장력 조절제를 미량(微量) 첨가하는 것이 좋다. 노니온계 표면장력 조절제는 잉크의 기판에 대한 습윤성을 향상시키고, 막의 레벨링성을 개량(改良)하여, 막의 미세한 요철(凹凸) 발생 등의 방지에 도움이 되는 것이다. 상기 표면장력 조절제는, 필요에 따라, 알코올, 에테르, 에스테르, 케톤 등의 유기 화합물을 함유할 수도 있다.
또한, 렌즈 재료(7)로서 사용하는 광투과성 수지의 점도로서는, 1mPa·ｓ 이 상 200mPa·ｓ 이하인 것이 바람직하다. 액체방울 토출법을 이용하여 잉크를 액체방울로서 토출할 때, 점도가 1mPa·ｓ보다 작을 경우에는 노즐 주변부가 잉크의 유출에 의해 오염되기 쉽다. 또한, 점도가 50mPa·s보다 클 경우는, 헤드 또는 액체방울 토출 장치에 잉크 가열 기구를 설치함으로써 토출이 가능해지지만, 상온에서는 노즐 구멍에서의 막힘 빈도가 높아져 원활한 액체방울의 토출이 곤란해진다. 200mPa·ｓ 이상일 경우, 가열하여도 액체방울을 토출할 수 있을 정도로 점도를 떨어뜨리는 것이 어렵다.
또한, 본 발명에서는 상기 광투과성 수지로서, 특히 비(非)용제계의 것이 적합하게 사용된다. 이 비용제계의 광투과성 수지는 유기 용제를 사용하여 광투과성 수지를 용해시켜 액상체로 하지 않고, 예를 들어, 이 광투과성 수지를 그 모노머로 희석함으로써 액상화하여, 액체방울 토출 헤드(34)로부터의 토출을 가능하게 한 것이다. 또한, 이 비용제계의 광투과성 수지에서는, 비이미다졸계 화합물 등의 광중합 개시제를 배합함으로써, 방사선 조사 경화형의 것으로서 사용할 수 있도록 하고 있다. 즉, 이러한 광중합 개시제를 배합함으로써, 상기 광투과성 수지에 방사선 조사 경화성을 부여할 수 있는 것이다. 여기서, 방사선은 가시광선, 자외선, 원자외선, X선, 전자선 등의 총칭이며, 특히 자외선이 일반적으로 사용된다.
또한, 상기 광투과성 수지로서는 비용제계의 것에 한정되지 않아, 용제계의 상기 광투과성 수지도 사용할 수 있다.
이러한 렌즈 재료(7)를 상기 구성으로 이루어지는 액체방울 토출 헤드(34)에 의해 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 토대 부재(4b) 위에 복수 도트 토출하여, 토 대 부재(4b) 위에 마이크로 렌즈 전구체(8)를 형성한다.
이 때, 토대 부재(4b)는 액체방울 토출 헤드(34)의 아래쪽에서 정지되어 있어, 액체방울 토출 헤드(34)로부터 마이크로 렌즈(8a)를 형성하는데 필요한 양(예를 들어, 20도트)의 렌즈 재료를 한 번에 연속하여 토출한다. 1개의 토대 부재(4b) 위에 20도트의 렌즈 재료(7)를 토출하면, 토대 부재(4b)가 이동하여, 렌즈 재료(7)가 탑재되어 있지 않은 토대 부재(4b)가 액체방울 토출 헤드(34)의 아래쪽에 배치되고, 20도트의 렌즈 재료(7)가 토출된다.
또한, 토대 부재(4b)의 진행 방향에 대하여 액체방울 토출 헤드(34)의 각도를 조절함으로써, 노즐(18)의 피치와 토대 부재(4b)의 피치를 대략 동일하게 하여, 동시에 복수의 노즐(18)로부터 복수의 토대 부재(4b) 위에 렌즈 재료(7)를 토출할 수도 있다. 이와 같이, 복수의 토대 부재(4b) 위에 렌즈 재료(7)를 토출할 수 있으면 복수의 마이크로 렌즈를 동시에 형성할 수 있어, 복수의 마이크로 렌즈를 형성하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 토대 부재(4b)의 상면을 발액 처리하고 있음으로써, 토출된 렌즈 재료(7)의 액체방울은 토대 부재(4b)의 상면 위에서 확장 습윤되기 어려워지고, 따라서, 토대 부재(4b) 위에 배치된 렌즈 재료(7)는 토대 부재(4b)로부터 넘쳐흘러 떨어지지 않아, 토대 부재(4b) 위에 안정된 상태로 유지된다.
또한, 한 번에 연속하여 20도트가 토출됨으로써, 이 토출된 렌즈 재료(7)로 이루어지는 마이크로 렌즈 전구체(8)는, 그 횡단면(토대 부재(4b)의 상면과 평행한 수평면)이 결국은 토대 부재(4b)의 상면보다 커진다.
즉, 렌즈 재료(7)의 토출 초기에는 렌즈 재료(7)의 토출량이 적기 때문에, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 토대 부재(4b)의 상면 전체로 확장된 상태에서는 전체적으로 크게 두꺼워지지 않아, 토대 부재(4b)의 상면에 대한 접촉각 θ'는 예각(銳角)으로 된다.
이 상태로부터 렌즈 재료(7)의 토출을 더 계속하면, 나중에 토출된 렌즈 재료(7)는 당연히 앞서 토출된 렌즈 재료(7)에 대한 밀착성이 높기 때문에, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이 넘쳐흘러 떨어지지 않고 일체화된다. 그리하면, 이 일체화된 렌즈 재료(7)는 그 부피가 커져 두꺼워지고, 이것에 의해 토대 부재(4b)의 상면에 대한 접촉각 θ'가 커져, 결국은 직각을 초과하게 된다.
또한, 이 상태로부터 렌즈 재료(7)의 토출을 더 계속하면, 특히 잉크젯법으로 토출하고 있기 때문에 도트마다에서는 큰 양으로 되지 않음으로써, 토대 부재(4b) 위에서의 전체적인 밸런스가 유지되고, 결과적으로 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이 접촉각 θ'가 큰 둔각(鈍角)으로 되어, 결과적으로 구형(球形)에 가까운 상태로 된다.
다음으로, 자외선 경화 공정(S4)에 대해서 설명한다.
이렇게 하여 원하는 형상(본 실시예에서는 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같은 구형에 가까운 형상으로 함)의 마이크로 렌즈 전구체(8)를 형성하면, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 이들 마이크로 렌즈 전구체(8)를 경화시켜, 마이크로 렌즈(8a)를 형성한다. 마이크로 렌즈 전구체(8)의 경화 처리로서는, 상술한 바와 같이 렌즈 재료(7)로서 유기 용제가 부가되어 있지 않고, 방사선 조사 경화성이 부여된 것을 사용하기 때문에, 특히 자외선(파장 λ=365㎚)의 조사에 의한 처리 방법이 적합하게 이용된다.
그리고, 큐어 공정(S5)에 대해서 설명한다.
이러한 자외선 조사에 의한 경화 처리의 후, 예를 들어, 100℃에서 1시간 정도의 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 이러한 열처리를 행함으로써 ,자외선 조사에 의한 경화 처리의 단계에서 경화 불균일이 발생하여도, 이 경화 불균일을 감소시켜 전체적으로 대략 균일한 경화도로 할 수 있다.
이렇게 하여 마이크로 렌즈(8a)를 형성하면, 필요에 따라 기체(3)를 절단하여 개편화(個片化)하거나, 또는 어레이 형상으로 형성함으로써, 원하는 형태로 제조한다.
또한, 이렇게 하여 제조된 마이크로 렌즈(8a)와, 기체(3)에 미리 형성한 상기 면발광 레이저(2)로부터 본 발명의 일 실시예로 되는 광학 장치가 얻어진다.
이러한 마이크로 렌즈(8a)의 제조 방법에서는, 토대 부재(4b)와 액체방울 토출 헤드(34)가 상대적으로 정지된 상태에서 렌즈 재료(7)를 한 번에 연속하여 20도트 토출하고 있다. 그 때문에, 렌즈 재료(7)를 토대 부재(4b) 위의 대략 중심부에 양호한 정밀도로 배치하는 것, 즉, 착탄 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 토대 부재(4b)의 상면을 발액 처리 하고 있기 때문에, 토출 배치된 렌즈 재료(7)의 토대 부재(4b) 상면에 대한 접촉각 θ'를 크게 할 수 있고, 이것에 의해 토대 부재(4b) 상면에 탑재되는 렌즈 재료(7)의 양을 증가시킬 수 있다.
즉, 마이크로 렌즈(8a)의 크기를 크게 할 수 있고, 도 6의 (a)∼(c)에 나타 낸 바와 같이, 마이크로 렌즈(8a)의 크기가 커지면, 상면 측의 렌즈에 상당하는 곡면의 초점 위치가 기체(3)에 형성한 면발광 레이저(2)의 출사면에 근접한다. 상기 초점 위치가 상기 출사면에 근접하면, 마이크로 렌즈(8a)의 상면 측으로부터 출사되는 광을 보다 평행한 광으로 할 수 있다.
또한, 반대로 면발광 레이저(2) 등의 발광원으로부터의 광이 방사성을 갖지 않고 직진성을 가질 경우, 마이크로 렌즈(8a)를 투과시킴으로써, 이 투과광에 방사성을 부여할 수 있다.
또한, 이렇게 하여 제조된 마이크로 렌즈(8a)와 기체(3)에 형성한 상기 면발광 레이저(2)로 이루어지는 광학 장치에서는, 상술한 바와 같이 크기나 형상이 양호하게 제어된 마이크로 렌즈(8a)를 상기 면발광 레이저(2)의 출사 측에 배열 설치하고 있기 때문에, 이 마이크로 렌즈(8a)에 의해 면발광 레이저(2)로부터의 출사광의 평행광화를 양호하게 행할 수 있고, 따라서, 양호한 발광 특성(광학 특성)을 갖는 것으로 된다.
또한, 상기 실시예에서는 기체(3) 위에 토대 부재 재료층(4)을 형성하여 이 토대 부재 재료층(4)으로부터 토대 부재(4b)를 형성하도록 했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않아, 예를 들어, 기체(3)의 표층부(表層部)가 투광성 재료에 의해 형성되어 있는 경우 등에서는, 이 표층부에 토대 부재를 직접 형성하도록 할 수도 있다.
또한, 토대 부재(4b)의 형성 방법에 대해서도, 상술한 포토리소그래피법에 한정되지 않아, 다른 형성 방법, 예를 들어, 선택 성장법이나 전사법 등을 채용할 수 있다.
또한, 토대 부재(4b)의 상면 형상에 대해서도, 형성하는 마이크로 렌즈에 요구되는 특성에 따라, 삼각형이나 사각형 등 다양한 형상으로 하는 것이 가능하고, 또한 토대 부재(4b) 자체의 형상에 대해서도, 테이퍼형이나 역(逆)테이퍼형 등 다양한 형상으로 하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는, 마이크로 렌즈(8a)가 토대 부재(4b) 위에 형성된 상태에서 렌즈로서 이용되어 기능하도록 했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 토대 부재(4b)로부터 적절한 방법으로 분리시키거나 박리하여, 마이크로 렌즈(8a)를 단독의 광학 부품으로서 이용하도록 할 수도 있다. 그 경우, 제조에 사용하는 토대 부재(4b)에 대해서는, 투광성을 가질 필요는 없다.
또한, 본 발명에서는, 상기 면발광 레이저(2)와 마이크로 렌즈(8a)로 이루어지는 광학 장치에 더하여, 이 광학 장치로부터의 출사광을 전송하는 광섬유나 광도파로(光導波路) 등으로 이루어지는 광전송 수단과, 이 광전송 수단에서 전송된 광을 수광하는 수광 소자를 구비함으로써, 광전송 장치로서 기능시킬 수 있다.
이러한 광전송 장치에서는, 상술한 바와 같이 양호한 발광 특성(광학 특성)을 갖는 광학 장치를 구비하고 있기 때문에, 이 광전송 장치도 양호한 전송 특성을 갖는 것으로 된다.
또한, 본 발명의 레이저 프린터용 헤드는 상기 광학 장치를 구비하여 이루어지는 것이다. 즉, 이 레이저 프린터용 헤드에 이용된 광학 장치는, 도 8에 나타낸 바와 같이 다수의 면발광 레이저(2)를 직선적으로 배치하여 이루어지는 면발광 레 이저 어레이(2a)와, 이 면발광 레이저 어레이(2a)를 구성하는 각각의 면발광 레이저(2)에 대하여 배열 설치된 마이크로 렌즈(8a)를 구비하여 이루어지는 것이다. 또한, 면발광 레이저(2)에 대해서는 TFT 등의 구동 소자(도시 생략)가 설치되어 있고, 또한 이 레이저 프린터용 헤드에는 온도 보상 회로(도시 생략)가 설치되어 있다.
또한, 이러한 구성의 레이저 프린터용 헤드를 구비함으로써, 본 발명의 레이저 프린터가 구성된다.
이러한 레이저 프린터용 헤드에서는, 상술한 바와 같이 양호한 발광 특성(광학 특성)을 갖는 광학 장치를 구비하고 있기 때문에, 묘화 특성이 양호한 레이저 프린터용 헤드로 된다.
또한, 이 레이저 프린터용 헤드를 구비한 레이저 프린터에서도, 상술한 바와 같이 묘화 특성이 양호한 레이저 프린터용 헤드를 구비하고 있기 때문에, 이 레이저 프린터 자체가 묘화 특성이 우수한 것으로 된다.
[제 2 실시예]
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 대해서 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법은 제 1 실시예와 개략적으로 동일하지만, 제 1 실시예와는 렌즈 재료를 토출하는 공정의 부분이 다르다. 따라서, 본 실시예에서는 렌즈 재료를 토출하는 공정의 부분 주변만을 설명하고, 토대 형성 공정 등의 설명을 생략한다.
도 9는 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 개략적인 공정을 나타내는 플로차트이다.
우선, 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법은, 도9에 나타낸 바와 같이, 기체 위에 토대 부재를 형성하는 토대 형성 공정(S1)과, 토대 부재의 상면을 발액 처리하는 기재 발액화 공정(S2)과, 상기 발액 처리한 토대 부재의 상면 위에 액체방울 토출법에 의해 렌즈 재료를 복수 도트 토출하여, 토대 부재 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 토출 공정(S13)과, 자외선을 렌즈 재료에 조사하여 가경화시키는 자외선 경화 공정(S14)과, 경화된 마이크로 렌즈에 열처리를 실시하는 큐어 공정(S5)을 구비하고 있다.
또한, 토대 형성 공정(S1)과, 기재 발액화 공정(S2)과, 큐어 공정(S5)은 제 1 실시예와 동일한 공정이므로, 그 설명을 생략한다.
따라서, 우선, 토출 공정(S13)에 대해서 설명한다.
도 10은 본 실시예에서의 마이크로 렌즈의 제조 공정도이다.
토대 부재(4b)의 상면에 발액 처리를 실시하면, 이 토대 부재(4b) 위에 렌즈 재료(7)를 상기 구성으로 이루어지는 액체방울 토출 헤드(34)에 의해 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이 토대 부재(4b) 위에 먼저 복수 도트 토출한다. 예를 들면, 20도트(형성하고자 하는 마이크로 렌즈(8a)에 필요한 렌즈 재료 양은 100도트)를 한 번에 연속하여 토출하여, 토대 부재(4b) 위에 마이크로 렌즈 전구체(8)를 형성한다. 또한, 렌즈 재료(7)를 토출할 때에는, 토대 부재(4b)와 액체방울 토출 헤드(34)는 상대적으로 정지되어 있다.
다음으로, 자외선 경화 공정(S14)에 대해서 설명한다.
렌즈 재료(7)를 20도트 토출하여 마이크로 렌즈 전구체(8)를 형성하면, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이 마이크로 렌즈 전구체(8)를 가경화시킨다. 가경화의 정도로서는, 가경화된 마이크로 렌즈 전구체(8)에 렌즈 재료(7)가 착탄되어도, 그 형상이 붕괴되어 토대 부재(4b)로부터 떨어지지 않을 정도의 점성(粘性)을 렌즈 재료(7)가 가질 정도로 경화되어 있으면 된다.
마이크로 렌즈 전구체(8)의 가경화 처리로서는, 상술한 바와 같이 렌즈 재료(7)로서 유기 용제가 부가되어 있지 않고, 방사선 조사 경화성이 부여된 것을 사용하기 때문에, 특히 자외선(파장 λ=365㎚)의 조사에 의한 처리 방법이 적합하게 이용된다.
마이크로 렌즈 전구체(8)의 가경화 처리가 종료되면, 다시 토출 공정(S13)으로 되돌아가, 가경화된 마이크로 렌즈 전구체(8) 위에 렌즈 재료(7)가 20도트 토출된다. 그 후, 자외선 경화 공정(S14)의 가경화가 행하여지고, 이 사이클이 토대 부재(4b) 위에 100도트의 렌즈 재료로 이루어지는 마이크로 렌즈 전구체(8)가 형성될 때까지 반복된다(본 실시예에서는 5회 반복된다).
또한, 본 실시예에서는 100도트의 마이크로 렌즈를 제조하는 예를 들어 설명했지만, 100도트의 마이크로 렌즈를 제조하는 방법에 한정되지 않으며, 보다 많은 또는 보다 적은 도트 수로 이루어지는 마이크로 렌즈를 제조하는 방법을 이용할 수도 있다. 또한, 1회의 토출 공정(S13)에서 토출되는 렌즈 재료(7)의 도트 수는 20도트 이외의 도트 수일 수도 있지만, 형성된 마이크로 렌즈 전구체(8)의 형상이 붕 괴되어 떨어지지 않는 도트 수가 바람직하다.
또한, 이들 공정은 1개의 토대 부재(4b) 위에 1개의 마이크로 렌즈가 완성될 때까지 토대 부재(4b)와 액체방울 토출 헤드의 상대 위치 관계를 일정하게 하여 행하여질 수도 있고, 자외선 경화 공정(S14)의 동안에 다른 토대 부재(4b) 위에 렌즈 재료를 토출할 수도 있다.
상기 공정이 1개의 토대 부재(4b) 위에 1개의 마이크로 렌즈가 완성될 때까지 토대 부재(4b)와 액체방울 토출 헤드의 상대 위치 관계를 일정하게 하여 행하여질 경우에는, 마이크로 렌즈가 완성될 때까지 렌즈 재료(7)의 착탄 위치가 분산되는 것을 억제할 수 있어, 형상 정밀도가 양호한 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.
또한, 자외선 경화 공정(S14)의 동안에 다른 토대 부재(4b) 위에 렌즈 재료(7)를 토출할 경우에는, 렌즈 재료(7)의 토출 공정(S13)과 자외선 경화 공정(S14)을 병행하여 행할 수 있어, 마이크로 렌즈를 형성하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
상기 구성에 의하면, 토대 부재(4b) 위에 착탄된 렌즈 재료(7)를 가경화시키고 나서, 다시 렌즈 재료(7)를 가경화된 렌즈 재료 위에 토출하고 있다. 착탄된 렌즈 재료(7)의 가경화를 행함으로써, 많은 렌즈 재료 액체방울을 마이크로 렌즈의 형상을 손상시키지 않고 토대 부재(4b) 위에 토출시킬 수 있다. 그 때문에, 보다 큰 마이크로 렌즈를 토대 부재(4b) 위에 형성할 수 있다.
구체적으로는, 가경화를 행하지 않으면 렌즈 재료(7)가 붕괴되어 토대 부재(4b)로부터 떨어지는 것과 같은 대량의 렌즈 재료를 필요로 하는 큰 마이크로 렌즈 에서도, 정밀도가 양호한 구상(球狀) 형상의 마이크로 렌즈로서 형성할 수 있다.
또한, 렌즈 재료(7)의 가경화에 자외선을 사용하고 있기 때문에, 소정의 타이밍에서 렌즈 재료(7)가 소정의 점도로 되도록 가경화시킬 수 있다. 그 때문에, 마이크로 렌즈의 제조에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 동시에, 형상 정밀도가 양호한 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 한정되지 않아, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경시킬 수 있다.
(패턴 1) 또한, 상기 실시예에서는 A로 구성되어 있는 것에 적용하여 설명했지만, 이 A로 구성되어 있는 것에 한정되지 않아, B 등 기타 각종 B+에 적용할 수 있는 것이다.
(패턴 2) 또한, 상기 실시예에서는 본 발명을 압축기에 적용하여 설명했지만, 본 발명은 압축기에 한정되지 않아, 기타 각종 회전 기계에 적용할 수 있는 것이다.
[제 2 실시예의 변형례]
다음으로, 본 발명에서의 제 2 실시예의 변형례에 대해서 도 11을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법은 제 1 실시예와 개략적으로 동일하지만, 제 1 실시예와는 렌즈 재료를 토출하는 공정의 부분이 다르다. 따라서, 본 실시예에서는 렌즈 재료를 토출하는 공정의 부분 주변만을 설명하고, 토대 형성 공정 등의 설명을 생략한다.
도 11은 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법의 개략적인 공정을 나타내는 플로차트이다.
우선, 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법은, 도 11에 나타낸 바와 같이, 기체 위에 토대 부재를 형성하는 토대 형성 공정(S1)과, 상기 토대 부재의 상면을 발액 처리하는 기재 발액화 공정(S2)과, 상기 발액 처리한 토대 부재의 상면 위에 액체방울 토출법에 의해 렌즈 재료를 복수 도트 토출하여, 토대 부재 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 토출 공정(S23)과, 착탄된 렌즈 재료를 방치하여 가경화시키는 대기(待機) 공정(S24)과, 경화된 마이크로 렌즈에 열처리를 실시하는 큐어 공정(S5)을 구비하고 있다.
또한, 토대 형성 공정(S1)과, 기재 발액화 공정(S2)과, 큐어 공정(S5)은 제 1 실시예와 동일한 공정이므로, 그 설명을 생략한다.
따라서, 우선 토출 공정(S23)에 대해서 설명한다.
본 변형례의 토출 공정(S23)은 제 2 실시예의 토출 공정(S13)과 개략적으로 동일하지만, 사용되는 렌즈 재료(7)에서 다르다. 제 2 실시예에서 렌즈 재료(7)는 특히 비용제계의 것이 적합하게 사용되었지만, 본 변형례에서는 용제계의 렌즈 재료(7)를 적합하게 사용할 수 있다.
그 때문에, 용제계의 렌즈 재료(7)를 사용하는 점을 제외하고는, 제 2 실시예와 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다.
다음으로, 대기 공정(S24)에 대해서 설명한다.
렌즈 재료(7)를 20도트 토출하여 마이크로 렌즈 전구체(8)를 형성하면, 마이크로 렌즈 전구체(8)를 소정 시간 방치하여 가경화시킨다. 마이크로 렌즈 전구체(8)를 소정 시간 방치하면, 렌즈 재료(7)의 용제가 증발되어 그 점성이 증가하여 가경화 상태로 된다. 또한, 방치하는 소정 시간으로서는, 마이크로 렌즈 전구체(8)에 렌즈 재료(7)가 더 착탄되어도, 그 형상이 붕괴되어 토대 부재(4b)로부터 떨어지지 않을 정도의 점성을 렌즈 재료(7)가 가질 정도의 시간이면 된다.
또한, 대기 공정(S24) 중은, 토대 부재(4b)와 액체방울 토출 헤드의 상대 위치 관계를 일정하게 하여(이동시키지 말고) 렌즈 재료(7)를 방치할 수도 있고, 다른 토대 부재(4b) 위에 렌즈 재료(7)를 토출할 수도 있다.
대기 공정(S24) 중에 토대 부재(4b)와 액체방울 토출 헤드의 상대 위치 관계를 일정하게 하고 있을 경우에는, 다음 토출 공정(S23)에서의 렌즈 재료(7)의 착탄 위치가 전회(前回)의 토출 공정에서의 착탄 위치로부터 분산되는 것을 억제할 수 있어, 형상 정밀도가 양호한 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.
또한, 대기 공정(S24)의 동안에 다른 토대 부재(4b) 위에 렌즈 재료(7)를 토출할 경우에는, 렌즈 재료(7)의 토출 공정(S23)과 대기 공정(S24)을 병행하여 행할 수 있어, 마이크로 렌즈를 형성하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
마이크로 렌즈 전구체(8)의 가경화 처리가 종료되면, 다시 토출 공정(S23)으로 되돌아가, 가경화된 마이크로 렌즈 전구체(8) 위에 렌즈 재료(7)가 20도트 토출된다. 그 후, 대기 공정(S24)의 가경화가 행하여지고, 이 사이클이 토대 부재(4b) 위에 100도트의 렌즈 재료로 이루어지는 마이크로 렌즈 전구체(8)가 형성될 때까지 반복된다(본 실시예에서는 5회 반복된다).
상기 구성에 의하면, 토대 부재 위에 착탄된 용제계의 렌즈 재료(7)를 소정 시간 방치함으로써, 렌즈 재료(7)의 점도를 증가시켜 가경화를 행하고 있다. 그 때문에, 렌즈 재료(7)를 가경화시키기 위한 장치를 사용할 필요가 없어, 마이크로 렌즈를 제조하는 장치의 구성을 간략화할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 한정되지 않아, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경시킬 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 마이크로 렌즈는 상기한 용도 이외에도 다양한 광학 장치에 적용할 수 있으며, 예를 들어, 고체 촬상 장치(CCD)의 수광면이나 광섬유의 광결합부 등에 설치되는 광학 부품으로서도 사용할 수 있다.
이상 본 발명에 따르면, 액체방울의 착탄(着彈) 위치 정밀도가 향상되어 형상 정밀도가 양호한 마이크로 렌즈를 제조할 수 있는 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 마이크로 렌즈, 광학 장치, 광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드, 레이저 프린터를 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 기체(基體) 위에 형성된 토대(土臺) 부재 위에 액체방울 토출 헤드로부터 렌즈 재료인 렌즈형성에 필요한 방울 수의 액체방울을 토출하여 마이크로 렌즈를 형성하는 마이크로 렌즈의 제조 방법으로서,
    상기 기체와 상기 액체방울 토출 헤드의 상대 이동을 정지시켜, 상기 액체방울 토출 헤드로부터 상기 기체 위의 소정 위치에 상기 액체방울을 복수개 토출하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체방울 토출 헤드로부터 한 번에 연속하여 토출되는 상기 액체방울의 방울 수가 상기 렌즈형성에 필요한 방울 수와 동일한 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체방울 토출 헤드로부터 한 번에 연속하여 토출되는 상기 액체방울의 방울 수가 상기 렌즈형성에 필요한 방울 수보다 적고,
    다음에 동일한 토대 부재 위에 상기 액체방울이 토출될 때까지, 상기 토대 부재 위에 착탄(着彈)된 렌즈 재료의 가경화(假硬化)가 행하여지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    동일한 토대 부재 위에 토출된 상기 액체방울의 합계 수가 상기 렌즈형성에 필요한 방울 수와 동일해질 때까지, 상기 상대 이동을 정지시킨 상태에서, 동일한 토대 부재 위에 상기 액체방울의 토출을 반복하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    1개의 토대 부재 위에 액체방울을 토출한 후에, 다른 토대 부재의 적어도 1개의 토대 부재 위에 상기 액체방울을 토출하고, 다시 상기 1개의 토대 부재 위에 액체방울을 토출하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체방울 토출 헤드로부터 한 번에 복수의 상기 토대 부재 위에 상기 액체방울을 토출하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 렌즈 재료가 휘발성 용제(溶劑)에 의해 희석된 재료로서,
    상기 가경화가, 착탄된 렌즈 재료를 방치함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 렌즈 재료가 자외선에 반응하여 경화되는 재료로서,
    상기 가경화가, 착탄된 상기 렌즈 재료에 자외선을 조사함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 기재된 마이크로 렌즈의 제조 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈.
  10. 면발광(面發光) 레이저와, 제 1 항에 기재된 마이크로 렌즈의 제조 방법으로 얻어진 마이크로 렌즈를 구비하고, 상기 마이크로 렌즈를 상기 면발광 레이저의 출사(出射) 측에 배열 설치한 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제 10 항에 기재된 광학 장치와, 수광(受光) 소자와, 상기 광학 장치로부터의 출사광을 상기 수광 소자에 전송하는 광전송 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전송 장치.
  12. 제 10 항에 기재된 광학 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 헤드.
  13. 제 12 항에 기재된 레이저 프린터용 헤드를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터.
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