KR20050016234A - 마이크로 렌즈 및 마이크로 렌즈의 제조 방법, 광학 장치,광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드, 및 레이저 프린터 - Google Patents

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

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KR20050016234A
KR20050016234A KR1020040063506A KR20040063506A KR20050016234A KR 20050016234 A KR20050016234 A KR 20050016234A KR 1020040063506 A KR1020040063506 A KR 1020040063506A KR 20040063506 A KR20040063506 A KR 20040063506A KR 20050016234 A KR20050016234 A KR 20050016234A
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 형상을 임의로 제어하여 집광 기능 등의 광학 특성을 양호하게 할 수 있는 마이크로 렌즈 및 마이크로 렌즈의 제조 방법, 광학 장치, 광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드 및 레이저 프린터를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 마이크로 렌즈는 액체방울 토출법에 의해 형성된 렌즈 부재를 구비하는 마이크로 렌즈로서, 기체 위에 형성된 토대 부재와, 상기 토대 부재의 상면에 액체방울 토출법에 의해 렌즈 재료가 복수 도트 토출되어 상기 토대 부재의 상기 상면에 형성된 상기 렌즈 부재를 구비하며, 상기 토대 부재의 상기 상면이 오목 볼록한 형상을 갖고, 상기 토대 부재의 상기 상면의 적어도 일부가 발액 처리되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

마이크로 렌즈 및 마이크로 렌즈의 제조 방법, 광학 장치, 광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드, 및 레이저 프린터{MICROLENS AND METHOD OF MANUFACTURING MICROLENS, OPTICAL DEVICE, OPTICAL TRANSMISSION DEVICE, HEAD FOR LASER PRINTER, AND LASER PRINTER}
본 발명은 마이크로 렌즈와 마이크로 렌즈의 제조 방법, 및 이 마이크로 렌즈를 구비한 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 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(예를 들어, 일본국 특개2000-35504호 공보 참조).
또한, 최근에는 프린터 등에 사용되고 있는 액체방울 토출법을 이용하여, 미세(微細) 패턴인 마이크로 렌즈를 형성하는 것도 제안되어 있다(예를 들어, 일본국 특개2000-280367호 공보 참조).
그러나, 금형을 사용한 성형법이나 포토리소그래피법에서는, 마이크로 렌즈 형성을 위해 금형이나 복잡한 제조 공정을 필요로 하기 때문에, 그만큼 비용이 높아지게 되고, 또한 임의의 형상의 마이크로 렌즈를 임의의 위치에 형성하는 것이 곤란하다는 과제가 있었다.
또한, 단순히 액체방울 토출법을 채용하는 것에서는, 마이크로 렌즈를 임의의 위치에 형성하는 것은 용이하지만, 그 형상을 원하는 형상으로 제어하는 것이 곤란했다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 형상을 임의로 제어하여 집광 기능 등의 광학 특성을 양호하게 할 수 있는 마이크로 렌즈 및 마이크로 렌즈의 제조 방법, 광학 장치, 광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드 및 레이저 프린터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 마이크로 렌즈는 액체방울 토출법에 의해 형성된 렌즈 부재를 구비하는 마이크로 렌즈로서, 기체 위에 형성된 토대 부재와, 상기 토대 부재의 상면에 액체방울 토출법에 의해 렌즈 재료가 복수 도트 토출되어 상기 토대 부재의 상기 상면에 형성된 상기 렌즈 부재를 구비하며, 상기 토대 부재의 상기 상면이 오목 볼록한(凹凸) 형상을 갖고, 상기 토대 부재의 상기 상면의 적어도 일부가 발액 처리되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 토대 부재 위에 렌즈 부재를 형성하기 때문에, 토대 부재 상면의 크기나 형상을 적절히 형성함으로써, 얻어지는 렌즈 부재의 크기나 형상을 적절히 형성할 수 있게 된다. 또한, 토대 부재 상면의 적어도 일부를 발액 처리하도록 했기 때문에, 토출 배치된 렌즈 재료의 토대 부재 상면에 대한 접촉각을 크게 할 수 있고, 이것에 의해 토대 부재 상면에 탑재되는 렌즈 재료의 양을 증가시킬 수 있게 된다. 이 경우, 토대 부재 상면에 상기 렌즈 재료를 배치했을 때, 렌즈 재료의 접촉각이 20° 이상으로 되도록 발액 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 토대 부재 상면의 발액 처리는 토대 부재 상면의 전면(全面)일 수도 있으며, 특히 토대 부재 상면의 주변부를 발액 처리하는 것이 바람직하다. 이러한 발액 처리를 실시함으로써, 렌즈 재료는 토대 부재로부터 흘러 내리지 않아, 그 결과, 예를 들어, 구형(球形)에 가까운 형상의 렌즈 부재를 얻는 것도 가능해진다.
한편, 토대 부재의 상면을 발액 처리함으로써, 토대 부재 위에 형성된 렌즈 부재가 토대 부재로부터 박리(剝離)되기 쉬워질 가능성이 있다. 본 발명에서는 토대 부재의 상면이 오목 볼록한 형상을 갖고 있기 때문에, 오목 볼록에 의한 표면적의 증가에 의해 렌즈 부재와 토대 부재의 접촉 면적이 증가하게 된다. 또한, 렌즈 재료의 수축에 의해 오목 볼록한 형상과 렌즈 부재가 밀착하게 되어, 렌즈 부재가 토대 부재로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 신뢰성이 높은 마이크로 렌즈를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 바와 같이 토대 부재 상면에 탑재되는 렌즈 재료의 양을 증가시킬 수 있게 한 상태에서, 렌즈 재료를 복수 도트 토출하도록 하고 있기 때문에, 도트 수를 적절히 조정함으로써 얻어지는 렌즈 부재의 크기나 형상을 양호하게 제어하는 것이 가능해진다. 이 경우, 설정한 형상에 대하여 렌즈 재료의 복수 도트에 의한 토출량의 편차가 20% 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 광학 특성에 주는 영향을 상당히 적게 하고, 도트 양 및 도트 수의 설정에 의해 렌즈 부재의 형상을 제어 가능하게 할 수 있다.
본 발명에서는, 토대 부재의 상면에 볼록부를 구비하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 렌즈 재료의 수축에 의해 렌즈 부재와 볼록부가 밀착하여, 렌즈 부재가 토대 부재로부터 박리되기 어렵게 하는 것이 가능해진다. 이 경우, 토대 부재 상면의 볼록부는 1개 또는 복수일 수도 있으며, 복수로 함으로써 렌즈 부재의 토대 부재로부터의 박리에 대한 방지 효과를 보다 강화하는 것이 가능하다.
또한, 토대 부재 상면의 볼록부는, 렌즈 부재의 볼록부로부터의 이탈을 방지하는 이탈 방지 수단이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 이탈 방지 수단으로서는, 볼록부의 최소 횡단면적 부위와, 토대 부재의 상면에 대하여 상기 최소 횡단면적 부위의 위쪽에서 최소 횡단면적보다 큰 횡단면적의 볼록부 부위로 형성되는 형상이 바람직하다. 즉, 역(逆)테이퍼 형상의 경우, 렌즈 재료의 수축에 의해 볼록부와 렌즈 부재가 서로 맞물린 상태로 되어 박리되는 것을 방지하게 된다. 역테이퍼 형상의 볼록부뿐만 아니라, 볼록부의 도중이 잘록해지듯이 가늘어져 있어도 되고, 볼록부의 최소 횡단면적 부위의 토대 부재 상면에 대한 위쪽에 횡단면적이 큰 부위가 형성되어 있으면 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 볼록부의 이탈 방지 수단으로서 적어도 볼록부의 일부를 친액성으로 하는 것은 더 바람직하고, 렌즈 재료의 수축에 의해 렌즈 부재와 볼록부가 밀착할 때에, 볼록부의 친액성 부분에서 밀착성이 보다 향상되어, 렌즈 부재의 토대 부재로부터의 박리를 방지할 수 있다.
볼록부의 이탈 방지 수단으로서는, 이들에 한정되지 않아, 볼록부가 오목 볼록한 형상을 갖거나, 또는 볼록부가 테이퍼 형상이며 그 일부가 친액성을 갖는 등, 렌즈 부재의 볼록부로부터의 이탈을 방지할 수 있는 형상 및 표면 처리 등이 가능하다.
또한, 본 발명에 있어서, 토대 부재의 상면 형상을 원형 또는 타원형, 혹은 다각형으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 형상으로 하면, 보다 구형에 가까운 렌즈 부재를 형성하는 것이 가능해지고, 따라서, 그 곡률(曲率)을 적절히 형성함으로써 집광 기능 등의 광학 특성을 조정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 토대 부재가 투광성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 토대 부재 측에 발광원(發光源)을 배치하여 사용한 경우에, 이 발광원으로부터의 광을 렌즈 부재의 상면 측으로부터 양호하게 출사시키게 되고, 따라서, 이 상면 측의 곡률 등에 의해 집광 기능 등을 양호하게 발휘하게 된다.
본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법은 액체방울 토출법에 의해 형성된 렌즈 부재를 구비하는 마이크로 렌즈의 제조 방법으로서, 기체 위에 그 상면이 오목 볼록한 형상을 갖는 토대 부재를 형성하는 공정과, 상기 토대 부재의 상기 상면의 적어도 일부를 발액 처리하는 공정과, 상기 토대 부재의 상기 상면에 액체방울 토출법에 의해 렌즈 재료를 복수 도트 토출하여 상기 토대 부재의 상기 상면에 렌즈 부재를 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
이러한 마이크로 렌즈의 제조 방법에 의하면, 임의의 크기나 형상의 마이크로 렌즈를 임의의 위치에 적절히 형성할 수 있고, 액체방울 토출법의 도트 수에 의해 적절히 조정할 수 있으며, 렌즈 부재와 토대 부재가 박리되기 어렵다는 등의 본 발명의 효과가 얻어지는 마이크로 렌즈를 용이하게, 또한 저렴한 비용으로 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명의 광학 장치는 면발광 레이저와, 상기 마이크로 렌즈를 구비하며, 상기 마이크로 렌즈를 상기 면발광 레이저의 출사 측에 배열 설치한 것을 특징으로 하고 있다.
이 광학 장치에 의하면, 상술한 바와 같이 크기나 형상이 양호하게 제어된 마이크로 렌즈를 상기 면발광 레이저의 출사 측에 배열 설치하고 있기 때문에, 이 마이크로 렌즈에 의해 발광 레이저로부터의 출사광의 집광 등을 양호하게 행하는 것이 가능해지고, 따라서, 양호한 발광 특성(광학 특성)을 갖게 된다.
본 발명의 광전송 장치는 상기 광학 장치와, 수광 소자와, 상기 광학 장치로부터의 출사광을 상기 수광 소자로 전송하는 광전송 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
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 광학 장치를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
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 레이저 프린터용 헤드를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
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.
이하, 본 발명에 따른 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
[마이크로 렌즈]
도 1은 본 발명의 실시예의 마이크로 렌즈이며, 다양한 형상의 렌즈 부재(8a)의 요부(要部)를 나타내는 단면도이다. 도 1의 (a)∼(c)에 나타낸 렌즈 부재의 다양한 형상, 즉, 평평한 형상(도 1의 (a))으로부터 측면이 반구형(半球形)에 가까운 형상(도 1의 (b)), 또한 측면이 구형에 가까운 형상(도 1의 (c))을 나타내고 있다.
도 1의 (a)∼(c)에 있어서, 기체(3)는 토대 부재(4b)를 형성할 수 있는 면을 갖는 것이며, 구체적으로는 유리 기판이나 반도체 기판, 더 나아가서는 이들에 각종 기능성 박막이나 기능성 요소를 형성한 것이다. 또한, 토대 부재(4b)를 형성할 수 있는 면에 대해서는, 평면 또는 곡면일 수도 있으며, 기체(3) 자체의 형상에 대해서도 특별히 한정되지 않아 다양한 형상의 것을 채용할 수 있다. 본 실시예에서는, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 GaAs 기판(1)을 사용하고, 이 GaAs 기판(1)에 다수의 면발광 레이저(2)를 형성한 것을 기체(3)로 한다.
이 기체(3)의 상면 측, 즉, 상기 면발광 레이저(2)의 출사 측으로 되는 면 위에 토대 부재(4b)가 형성되어 있다. 또한, 면발광 레이저(2)에는, 그 출사구의 주변에 폴리이미드 수지 등으로 이루어지는 절연층(도시 생략)이 형성되어 있다. 토대 부재(4b)의 형성 재료로서는, 투광성을 갖는 재료, 즉, 발광원으로부터의 발광광의 파장역에서의 광을 거의 흡수하지 않고, 따라서, 실질적으로 이 발광광을 투과시키는 재료로 하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 또는 불소계 수지 등이 적합하게 사용되지만, 특히 폴리이미드계 수지가 보다 적합하게 사용된다. 본 실시예에서는, 토대 부재(4b)의 형성 재료로서 폴리이미드계 수지를 사용하는 것으로 한다.
도 1의 (a)∼(c)에 있어서, 폴리이미드계 수지로 이루어지는 토대 부재(4b)의 상면에는 볼록부(9b)가 형성되어 있다. 이 볼록부(9b)의 형성 재료로서는, 토대 부재(4b)와 동일한 투광성을 갖는 재료가 사용되고, 실시예에서는 동일하게 폴리이미드계 수지로 형성되어 있다.
볼록부(9b)를 포함하는 토대 부재(4b) 위에는 렌즈 부재(8a)가 형성되어 있다. 이 렌즈 재료로서는, 광투과성 수지가 사용된다. 구체적으로는, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리히드록시에틸메타크릴레이트, 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 일종 또는 복수 종류가 혼합되어 사용된다.
또한, 본 발명에 있어서, 렌즈 재료로서 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 장치로부터의 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.
상기 광투과성 수지의 표면장력은 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 구부러짐이 발생하기 쉬워지고, 0.07N/m을 초과하면 노즐 선단에서의 메니스커스 형상이 안정되지 않기 때문에 토출량이나 토출 타이밍의 제어가 곤란해진다. 표면장력을 조정하기 위해, 상기 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 기판으로의 습윤성을 향상시키고, 막의 레벨링성을 개량(改良)하여, 막의 미세한 오목 볼록(凹凸) 발생 등의 방지에 효과적인 것이다. 상기 표면장력 조절제는, 필요에 따라, 알코올, 에테르, 에스테르, 케톤 등의 유기 화합물을 함유할 수도 있다.
상기 광투과성 수지의 점도(粘度)는 1mPa·ｓ 이상 200mPa·ｓ 이하인 것이 바람직하다. 액체방울 토출법을 이용하여 잉크를 액체방울로서 토출할 때, 점도가 1mPa·ｓ보다도 작을 경우에는 노즐 주변부가 잉크의 유출에 의해 오염되기 쉽다. 또한, 점도가 50mPa·ｓ보다도 클 경우는, 헤드 또는 액체방울 토출 장치에 잉크 가열 기구를 설치함으로써 토출이 가능해지지만, 상온(常溫)에서는 노즐 구멍에서의 막힘 빈도가 높아져 원활한 액체방울 토출이 곤란해진다. 200mPa·ｓ 이상인 경우, 가열하여도 액체방울을 토출할 수 있을 정도로 점도를 떨어뜨리는 것이 어렵다.
도 1의 (a)∼(c)에 있어서, 토대 부재(4b)의 상면은 적어도 일부가 발액 처리되어 있으며, 이 발액 처리는 토대 부재(4b)의 상면 전체일 수도 있다. 후술하는 바와 같이, 볼록부(9b)를 제외한 토대 부재(4b)의 상면일 수도 있고, 또한 토대 부재(4b) 상면의 주변부만일 수도 있다. 본 실시예에서는, 볼록부(9b)를 제외한 토대 부재(4b)의 상면 전체가 발액 처리되어 있다.
이렇게 토대 부재(4b)의 상면을 발액 처리함으로써, 토대 부재(4b)의 상면에서 액체방울 토출 장치에 의해 토출되는 렌즈 재료와의 접촉각이 커지고, 렌즈 재료의 적당한 양을 토대 부재(4b) 위에 토출하여 렌즈 부재(8a)를 적절한 크기나 형상으로 형성할 수 있다.
여기서, 발액 처리로서는, 예를 들어, 대기 분위기 중에서 테트라플루오로메탄을 처리 가스로 하는 플라즈마 처리법(CF4 플라즈마 처리법)이 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 온도가 70∼90℃로 된다. 또한, 처리 가스로서는, 테트라플루오로메탄(CF4)에 한정되지 않아, 다른 플루오로카본계의 가스를 사용할 수도 있다.
또한, 밀폐 용기 중에 토대 부재(4b)를 형성한 기체(3)와 플루오로알킬실란을 넣고, 120℃에서 2시간 가열 처리하여 토대 부재(4b) 위에 플루오로알킬실란막을 형성할 수도 있다.
이러한 발액 처리를 행함으로써, 토대 부재(4b)의 상면에는 이것을 구성하는 수지 중에 불소기가 도입되고, 이것에 의해 높은 발액성이 부여된다. 이러한 발액 처리에 대해서는, 특히 상기 토대 부재(4b)의 형성 재료로 형성된 평면에 대하여 렌즈 재료를 배치했을 때, 상기 렌즈 재료의 접촉각이 20° 이상으로 되는 발액성을 발휘하도록 행하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 2에 의거하여 발액 처리의 효과에 대해서 설명한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 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 토출한다.
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, γL, γSL, θ의 사이에는 다음의 식이 성립된다.
γS=γSL+γＬ·cosθ
렌즈 부재(8a)로 되는 렌즈 재료(7)는, 그 곡률이 상기 식에 의해 결정되는 접촉각 θ에 의해 제한을 받는다. 즉, 렌즈 재료(7)를 경화시킨 후에 얻어지는 렌즈의 곡률은 최종적인 렌즈 부재(8a)의 형상을 결정하는 요소의 하나이다. 따라서, 본 발명에서 얻어지는 렌즈 부재(8a)의 형상이 보다 구형에 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 2에 나타낸 접촉각 θ가 20° 이상으로 되는 조건에 의한 발액 처리를 도 1의 (a)∼(c)에 나타낸 상기 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 상면에 탑재되는 렌즈 재료의 양을 보다 증가시킬 수 있고, 이것에 의해 그 형상을 토출량(토출 도트 양)으로 제어하는 것이 용이해진다. 특히, 이 경우, 토출량의 편차를 20% 이하로 함으로써, 도트 양 및 도트 수의 설정에 의해 광학 특성에 주는 영향을 상당히 적게 한 마이크로 렌즈를 적절한 형상으로 형성하는 것이 가능해진다.
즉, 렌즈 재료(7)의 토출량이 적은 경우에 있어서, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 토대 부재(4b)의 상면 전체에 확장된 상태에서는 전체적으로 크게 두꺼워지지 않아, 토대 부재(4b)의 상면에 대한 접촉각 θ'는 예각으로 된다.
이 상태로부터 렌즈 재료(7)의 토출을 더 계속하면, 나중에 토출된 렌즈 재료(7)는 앞서 토출된 렌즈 재료(7)에 대한 밀착성이 높기 때문에, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 토대 부재(4b)로부터 흘러 내리지 않아 일체화된다. 그리하면, 이 일체화된 렌즈 재료(7)는 그 부피가 커져 두꺼워지고, 이것에 의해 토대 부재(4b)의 상면에 대한 접촉각 θ'가 커져, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 결국은 직각을 초과하게 된다.
이 상태로부터 렌즈 재료(7)의 토출을 더 계속하면, 특히 잉크젯법에 의해 토출하고 있기 때문에 도트마다는 큰 양으로 되지 않음으로써, 토대 부재(4b) 위에서 전체적으로 밸런스가 유지되고, 결과적으로 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이 접촉각 θ'가 큰 둔각으로 되어 구형에 가까운 상태로 된다.
도 1의 (a)∼(c)의 각각의 토출량 상태에서, 예를 들어, 방사선 조사 경화되어 렌즈 부재(8a)가 형성되어 있다.
한편, 도 1의 (a)∼(c)에서 토대 부재(4b) 위는 발액 처리가 실시되어 있지만, 볼록부(9b)는 발액 처리되어 있지 않으며, 렌즈 재료가 수축 경화될 때에 볼록부(9b)와 렌즈 부재(8a)의 밀착성이 향상되어, 렌즈 부재(8a)가 토대 부재(4b)로부터 박리되는 것을 방지하고 있다. 특히, 상술한 바와 같이 볼록부(9b)가 발액 처리되어 있지 않을 경우는, 렌즈 부재(8a)와 볼록부(9b)의 밀착성을 더 높여, 렌즈 부재(8a)가 토대 부재(4b)로부터 박리되는 것을 방지하게 된다.
본 실시예의 경우, 기체(3)에 형성한 면발광 레이저(2)로부터의 출사광(발광광)이 토대 부재(4b)를 투과하여 이 토대 부재(4b)와 반대쪽, 즉, 렌즈 부재(8a)의 상면 측으로부터 출사되지만, 도 1의 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이 이 렌즈 부재(8a) 상면 측의 곡률을 적절히 구분하여 제조할 수 있기 때문에, 이 렌즈 부재(8a)의 집광 기능을 미리 설정한 바와 같이 조정할 수 있다.
따라서, 예를 들어, 면발광 레이저(2)로부터의 출사광(발광광)이 방사광으로서 토대 부재(4b)를 투과하여 렌즈 부재(8a)에 입사할 경우에, 미리 방사광의 방사 정도에 따라 렌즈 부재(8a)의 형상, 즉, 렌즈 부재(8a) 상면 측의 곡률을 미리 설정한 곡률로 되도록 형성하여 둠으로써, 면발광 레이저(2)로부터의 방사광(출사광)을, 예를 들어, 도 3의 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이 렌즈 부재(8a)에 의해 양호하게 집광할 수 있다.
또한, 반대로 면발광 레이저(2) 등의 발광원으로부터의 광이 방사성을 갖지 않고 직진성(直進性)을 가질 경우, 렌즈 부재(8a)를 투과시킴으로써 이 투과광에 방사성을 부여할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 것으로서, 도 4는 토대 부재(4b) 위에 볼록부(9b)가 3개 형성된 실시예를 나타내고, 도 5는 토대 부재(4b) 상면 측의 볼록부(9b)의 횡단면적(토대 부재(4b)의 상면과 평행한 수평면)보다 볼록부(9b) 상면의 횡단면적이 큰 구성, 즉, 역테이퍼 형상을 갖는 볼록부(9b)가 3개 형성된 실시예를 나타낸다. 도 4 및 도 5에서는 도 1과 동일한 구성요소를 동일한 부호로 나타내고 있다.
도 4에서는 토대 부재(4b) 위에 볼록부(9b)가 3개 형성되어 있어, 렌즈 부재(8a)와 토대 부재(4b)의 박리에 대한 강도를 보다 높일 수 있게 되어 있다. 도 5에서는 토대 부재(4b) 위의 볼록부(9b)가 역테이퍼 형상으로 형성되어 있고, 렌즈 부재(8a)와 역테이퍼 형상의 볼록부(9b)가 서로 맞물리듯이 형성되어, 토대 부재(4b)로부터 렌즈 부재(8a)가 박리되지 않도록 구성되어 있다. 이러한 볼록부(9b)의 형성은, 예를 들어, 후술하는 바와 같은 포토리소그래피법에 의해 가능하며, 볼록부(9b)의 수나 위치는 사용하는 마스크를 필요한 패턴 형상으로 함으로써 형성할 수 있다. 또한, 역테이퍼 형상의 볼록부(9b)는, 예를 들어, 포토리소그래피법에 의해서도 가능하며, 레지스트를 마스크로 하여 볼록부 재료인 폴리이미드계 수지를 에칭할 때, 오버에칭함으로써 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 오목 볼록부의 다른 실시예이며, 토대 부재(4b)의 상면이 오목 볼록한 형상으로 형성되어 있다. 토대 부재(4b)는 상술한 바와 같이 기체(3) 위에 토대 부재 재료층을 형성한 후, 열처리를 실시함으로써 경화된다. 도 6의 실시예는, 이 토대 부재(4b)의 경화 시에 경화의 조건 설정에 의해, 그 표면이 평탄하지 않게 주변 및 중심에 볼록부를 형성한 것이다. 이러한 형상일지라도, 마찬가지로 렌즈 부재(8a)를 원하는 형상으로 형성할 수 있고, 또한 토대 부재(4b)로부터 렌즈 부재(8a)가 박리되는 것을 방지할 수 있다.
[마이크로 렌즈의 제조 방법]
다음으로, 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법은 기체 위에 그 상면이 오목 볼록한 형상을 갖는 토대 부재를 형성하는 공정과, 토대 부재 상면의 적어도 일부를 발액 처리하는 공정과, 토대 부재의 상면에 액체방울 토출법에 의해 렌즈 재료를 복수 도트 토출하여, 상기 토대 부재 위에 렌즈 부재를 형성하는 공정을 구비하고 있다.
도 7의 (a)∼(e)는 기체(3) 위에 토대 부재(4b)를 형성하는 공정을 나타내고, 도 8의 (a)∼(e)는 도 7의 공정에서 형성한 토대 부재(4b) 위에 볼록부(9b)를 형성하는 공정을 나타내며, 도 9의 (a) 및 (b)는 토대 부재(4b) 위에 렌즈 부재(8a)를 형성하는 공정을 나타낸다.
도 7의 (a)에 있어서, 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 재료로서, 예를 들어, 폴리이미드계 수지를 도포하고, 그 후, 약 150℃에서 가열 처리함으로써 토대 부재 재료층(4)을 형성한다. 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 7의 (b)에 나타낸 바와 같이 이 토대 부재 재료층(4) 위에 레지스트층(5)을 형성한다. 그리고, 소정의 패턴을 형성한 마스크(6)를 사용하여 레지스트층(5)을 노광시키고, 또한 현상함으로써, 도 7의 (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 7의 (d)에 나타낸 바와 같이 기체(3) 위에 토대 부재 패턴(4a)이 형성된다. 여기서, 형성하는 토대 부재 패턴(4a)에 대해서는, 그 상면 형상을 원형 또는 타원형, 혹은 다각형으로 형성하는 것이 토대 부재(4b) 위에 렌즈 부재를 형성하는데 바람직하며, 본 실시예에서는 상면 형상을 원형으로 하고 있다. 또한, 이러한 원형의 상면의 중심 위치가 기체(3)에 형성한 상기 면발광 레이저(2)의 출사구(도시 생략) 바로 위에 위치하도록 형성한다.
그 후, 도 7의 (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 상면에 상술한 바와 같은 방법으로 발액 처리를 실시한다.
다음으로, 도 8의 (a)∼(e)에 나타낸 볼록부(9b)의 형성도 도 7의 (a)∼(e)의 토대 부재(4b) 형성과 동일하게 포토리소그래피법에 의해 형성한다. 도 8의 (a)에서는, 토대 부재(4b)가 형성된 기체(3) 위에 폴리이미드계 수지인 볼록부 재료층(9)을 형성한다. 도 8의 (b)에서는 레지스트층(11)을 형성하고, 마스크(10)에 의해 레지스트층(11)을 노광 및 현상하여, 도 8의 (c)의 레지스트 패턴(11a)을 형성한다. 이어서, 레지스트 패턴(11a)을 마스크로 하여 에칭을 행하여 도 8의 (d)의 볼록부 패턴(9a)을 형성한다. 여기서, 상술한 바와 같이 토대 부재(4b)는 도 7의 (e)에서 열처리에 의해 경화되어 있고, 또한 도 8의 (a)의 폴리이미드계 수지인 볼록부 재료층(9)은 열처리되지만, 그 형상을 유지할 수 있을 정도의 경도로 되어 있다. 따라서, 레지스트 패턴(11a)을 마스크로 하여 볼록부 재료층(9)을 에칭할 때에는, 토대 부재(4b)를 에칭하지 않고 볼록부 재료층(9)만의 선택 에칭이 가능해진다.
다음으로, 레지스트 패턴(11a)을 제거하고, 열처리를 실시하여 도 8의 (e)의 볼록부(9b)가 형성된다.
상기한 바와 같이 토대 부재(4b)와 볼록부(9b)를 형성함으로써, 토대 부재(4b)의 상면은 발액 처리가 실시되고, 볼록부(9b)는 발액 처리가 실시되지 않아 친액성의 상태로 된다. 토대 부재(4b)의 상면이 발액 처리됨으로써, 후술하는 바와 같이 이 토대 부재(4b)의 상면에 토출 배치되는 렌즈 재료의 토대 부재(4b) 상면에 대한 접촉각이 확실히 커진다. 따라서, 토대 부재 상면에 탑재되는 렌즈 재료의 양을 보다 증가시킬 수 있고, 이것에 의해 그 형상을 토출량(토출 도트 양)으로 제어하는 것이 용이해진다.
또한, 볼록부(9b)는 친액성이며, 토대 부재(4b)의 상면에 후술하는 바와 같이 렌즈 부재를 형성하면, 토대 부재(4b) 상면의 볼록부(9b)에 의해 렌즈 재료가 수축될 때에 볼록부(9b)와 렌즈 부재가 밀착하는 동시에, 볼록부(9b)가 친액성인 것에 의해 볼록부(9b)와 렌즈 부재의 밀착성을 보다 강고하게 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 렌즈 부재가 토대 부재(4b)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
이렇게 하여 토대 부재(4b)의 상면에 볼록부(9b)를 형성한 후, 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이 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 잉크젯 헤드를 이용하여 액체방울을 토출하는 방법이며, 액체방울을 토출하는 위치를 ㎛ 오더의 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 잉크젯 헤드(34)로서, 예를 들어, 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이 스테인리스제의 노즐 플레이트(12)와 진동판(13)을 구비하고, 양자를 구획 부재(리저버(reservoir) 플레이트)(14)를 통하여 접합한 것을 사용한다. 노즐 플레이트(12)와 진동판(13) 사이에는 구획 부재(14)에 의해 복수의 캐비티(cavity)(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 충전되게 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 10의 (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)하며, 압전 소자(20)가 접합된 진동판(13)은 압전 소자(20)와 일체로 되어 동시에 외측으로 요곡한다. 이것에 의해 캐비티(15)의 용적이 증대하고, 캐비티(15) 내와 리저버(16) 내가 연통하고 있어, 리저버(16) 내에 액상체가 충전되어 있을 경우에는, 캐비티(15) 내에 증대한 용적 분에 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 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, 잉크젯 헤드의 토출 수단으로서는, 상기 압전 소자(피에조 소자)(20)를 이용한 전기기계 변환체 이외일 수도 있으며, 예를 들어, 에너지 발생 소자로서 전기열 변환체를 이용한 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.
이러한 렌즈 재료(7)를, 상기 구성으로 이루어지는 잉크젯 헤드(34)에 의해 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이 토대 부재(4b) 위에 복수 도트, 예를 들어, 30도트 토출하여, 토대 부재(4b) 위에 렌즈 부재 전구체(前驅體)(8)를 형성한다. 여기서, 잉크젯법에 의해 렌즈 재료(7)를 토출하고 있음으로써, 렌즈 재료(7)를 토대 부재(4b) 위의 대략 중심부에 양호한 정밀도로 배치할 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 어렵게 되어 있고, 따라서, 토대 부재(4b) 위에 배치된 렌즈 재료(7)는 토대 부재(4b)로부터 흘러 내리지 않아, 토대 부재(4b) 위에 안정된 상태로 유지되게 되어 있다. 또한, 단속적(斷續的)으로 복수 도트(본 예에서는 30도트)가 토출됨으로써, 이 토출된 렌즈 재료(7)로 이루어지는 렌즈 부재 전구체(8)는 도 9의 (a)와 같이 구형에 가까운 형상으로 형성하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 토대 부재(4b)의 상면을 발액 처리하여 두고, 이 발액 처리면 위에 소량(少量)의 도트를 토출량 및 토출 위치에 대해서 양호한 정밀도로 토출할 수 있는 잉크젯법(액체방울 토출법)에 의해 렌즈 재료(7)를 복수 도트 배치함으로써, 접촉각이 비교적 작은 예각의 것으로부터 큰 둔각으로 되는 것까지 렌즈 부재 전구체(8)의 형상을 구분하여 제조할 수 있다. 즉, 토출하는 도트 수를 형성하는 렌즈 부재의 형상에 맞추어 미리 적절히 결정하여 둠으로써, 원하는 형상의 렌즈 부재 전구체(8)를 형성할 수 있는 것이다.
이렇게 하여 원하는 형상의 렌즈 부재 전구체(8)를 형성하면, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이 렌즈 부재 전구체(8)를 경화시켜, 렌즈 부재(8a)를 형성한다. 렌즈 부재 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㎚)(115)의 조사에 의한 처리 방법이 적합하게 이용된다.
또한, 이러한 자외선(115)의 조사에 의한 경화 처리 후, 예를 들어, 100℃에서 1시간 정도의 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 이러한 열처리를 행함으로써, 자외선(115)의 조사에 의한 경화 처리 단계에서 경화 불균일이 발생하게 되어도, 이 경화 불균일을 감소시켜 전체적으로 대략 균일한 경화도(硬化度)로 할 수 있다. 또한, 열처리에 의해 렌즈 부재(8a)가 약간 수축되어, 상술한 토대 부재(4b) 위의 볼록부(9b)와 렌즈 부재(8a)의 밀착성을 더 향상시켜, 렌즈 부재(8a)가 토대 부재(4b)로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이렇게 하여 제조된 렌즈 부재(8a)와 기체(3)에 미리 형성한 상기 면발광 레이저(2)로부터, 본 발명의 일 실시예로 되는 광학 장치를 얻을 수 있다.
도 11의 (a)∼(e)는 토대 부재(4b) 위의 볼록부(9b)의 다른 형성 방법으로서, 도 6의 (a)∼(d)와 동일하게 기체(3) 위에 토대 부재(4b)를 형성한 후, 도 6의 (e)와 같이 레지스트 패턴(5a)을 제거하며, 열처리를 실시하지 않고 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이 토대 부재 패턴(4a)을 형성한다. 도 11의 (b)∼(e)의 볼록부(9b) 형성도, 도 8의 (a)∼(e)의 볼록부(9b) 형성과 동일하게 포토리소그래피법에 의해 형성하는 예를 나타내고 있다.
다음으로, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이 레지스트층(11)을 형성한다. 레지스트층(11)을 형성한 후, 볼록부를 형성하는 마스크(10)에 의해 레지스트층(11)을 노광 및 현상하여, 도 11의 (c)에 나타낸 레지스트 패턴(11a)을 형성한다.
이어서, 도 11의 (d)에 나타낸 바와 같이 토대 부재(4b)를 레지스트 패턴(11a)을 마스크로 하여 에칭한다. 이 에칭 시에는, 토대 부재(4b)의 두께 방향에 대하여 전체를 에칭하지 않고, 원하는 볼록부의 높이에 따라 그 높이와 동일한 토대 부재(4b)의 두께를 에칭한다. 그리고, 도 11의 (d)와 같이 볼록부 패턴(9a)을 형성하고, 토대 부재(4b)는 두께가 감소하고 있지만 기체(3) 위에 남아 있다. 이 상태에서 토대 부재(4b) 상면의 발액 처리를 실시한다.
다음으로, 레지스트 패턴(11a)을 제거한 후, 도 11의 (e)에서 열처리를 실시하여 토대 부재(4b) 및 볼록부(9b)가 형성된다. 여기서, 토대 부재(4b) 상면을 발액 처리할 때에, 볼록부(9b)의 표면은 레지스트 패턴(11a)으로 덮여 있으며, 따라서, 볼록부 패턴(9a)의 상면은 친액성을 갖고 있다. 한편, 토대 부재(4b)의 상면 및 볼록부(9b)의 측면은 발액 처리가 실시된 상태로 되어 있다.
도 11의 (a)∼(e)에 나타낸 토대 부재(4b) 및 볼록부(9b)의 형성 방법에 있어서도, 도 9의 (a) 및 (b)의 렌즈 부재(8a) 형성 공정을 행함으로써 동일한 마이크로 렌즈를 제조할 수 있다. 이 경우, 토대 부재(4b)의 상면은 발액 처리되어 있어 원하는 형상의 렌즈 부재(8a)를 형성할 수 있고, 또한 볼록부(9b)가 친액성의 상면을 가져 형성되어 있어, 렌즈 부재(8a)가 토대 부재(4b)로부터 박리되기 어렵게 형성된다. 또한, 도 11의 (a)∼(e)에 의한 볼록부(4b)의 형성을 포함하는 제조 방법에서는, 도 7의 (a)∼(e)에 의한 볼록부(4b)의 형성을 포함하는 제조 방법과 비교하여 제조 공정을 단축할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 기체(3) 위에 토대 부재 재료층(4)을 형성하여 이 토대 부재 재료층(4)으로부터 토대 부재(4b), 마찬가지로 볼록부(9b)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 부재나 볼록부를 직접 형성하도록 할 수도 있다.
또한, 토대 부재(4b)나 볼록부(9b)의 형성 방법에 대해서도, 상술한 포토리소그래피법이나 폴리이미드계 수지의 경화 방법에 의한 것에 한정되지 않아, 다른 형성 방법, 예를 들어, 선택 성장법이나 전사법 등을 채용할 수 있다. 또한, 토대 부재(4b)의 표면을 에칭 등에 의해 거칠게 하여 오목 볼록부를 형성하는 방법일 수도 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 역테이퍼형 등 다양한 형상으로 하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는, 렌즈 부재(8a)가 토대 부재(4b) 위에 형성된 상태에서 마이크로 렌즈로서 이용되어 기능하도록 했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 토대 부재(4b)로부터 적절한 방법으로 분리 또는 박리하여, 렌즈 부재(8a)를 단독의 광학 부품으로서 이용하도록 할 수도 있다. 그 경우, 제조에 사용하는 토대 부재(4b)에 대해서는, 당연히 투광성을 가질 필요는 없다.
[광전송 장치]
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 면발광 레이저(2)와 렌즈 부재(8a)를 포함하는 마이크로 렌즈로 이루어지는 광학 장치에 더하여, 이 광학 장치로부터의 출사광을 전송하는 광섬유나 광도파로(光導波路) 등으로 이루어지는 광전송 수단과, 이 광전송 수단에 의해 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.
[레이저 프린터용 헤드, 레이저 프린터]
본 발명의 레이저 프린터용 헤드는 상기 광학 장치를 구비하여 이루어지는 것이다. 즉, 이 레이저 프린터용 헤드에 이용된 광학 장치는, 도 12에 나타낸 바와 같이 다수의 면발광 레이저(2)를 직선적으로 배치하여 이루어지는 면발광 레이저 어레이(2a)와, 이 면발광 레이저 어레이(2a)를 구성하는 각각의 면발광 레이저(2)에 대하여 배열 설치된 렌즈 부재(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(補償) 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.
또한, 본 발명의 마이크로 렌즈는 상기한 용도 이외에도 다양한 광학 장치에 적용할 수 있으며, 예를 들어, 고체 촬상 장치(CCD)의 수광면이나 광섬유의 광결합부, 수직 캐비티 표면 발광 레이저(VCSEL), 광검파기(photodetector)(PD) 등에 설치되는 광학 부품으로서도 사용할 수 있다.
이상 본 발명에 따르면, 형상을 임의로 제어하여 집광 기능 등의 광학 특성을 양호하게 할 수 있는 마이크로 렌즈 및 마이크로 렌즈의 제조 방법, 광학 장치, 광전송 장치, 레이저 프린터용 헤드 및 레이저 프린터가 제공된다.
도 1의 (a)∼(c)는 본 발명의 마이크로 렌즈의 단면도.
도 2는 발액(撥液) 처리에 의한 렌즈 재료의 접촉각을 설명하기 위한 도면.
도 3의 (a)∼(c)는 마이크로 렌즈의 집광(集光) 기능을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예를 나타내는 마이크로 렌즈의 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 마이크로 렌즈의 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 마이크로 렌즈의 단면도.
도 7의 (a)∼(e)는 본 발명의 마이크로 렌즈의 토대 부재의 제조 공정을 나타내는 도면.
도 8의 (a)∼(e)는 본 발명의 마이크로 렌즈의 토대 부재 상면의 볼록부의 제조 공정을 나타내는 도면.
도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 마이크로 렌즈의 렌즈 부재의 제조 공정을 나타내는 도면.
도 10의 (a) 및 (b)는 잉크젯 헤드의 개략 구성도.
도 11의 (a)∼(e)는 본 발명의 마이크로 렌즈의 다른 토대 부재 상면의 볼록부의 제조 공정을 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 레이저 프린터용 헤드의 개략 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : GaAs 기판
2 : 면발광(面發光) 레이저
3 : 기체(基體)
4 : 토대 부재 재료층
4b : 토대 부재
7 : 렌즈 재료
8 : 렌즈 재료
8a : 렌즈 부재
9 : 토대 부재 상면의 볼록부 재료층
9b : 토대 부재 상면의 볼록부
34 : 잉크젯 헤드

Claims (12)

  1. 액체방울 토출법에 의해서 형성된 렌즈 부재를 구비하는 마이크로 렌즈로서,
    기체(基體) 위에 형성된 토대(土臺) 부재와,
    상기 토대 부재의 상면(上面)에 액체방울 토출법에 의해서 렌즈 재료가 복수 도트 토출되어 상기 토대 부재의 상기 상면에 형성된 상기 렌즈 부재를 구비하며,
    상기 토대 부재의 상기 상면이 오목 볼록한(凹凸) 형상을 가지고, 상기 토대 부재의 상기 상면의 적어도 일부가 발액(撥液) 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토대 부재의 상기 상면에 볼록부가 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 토대 부재의 상기 볼록부에, 상기 렌즈 부재의 상기 볼록부로부터의 이탈을 방지하는 이탈 방지 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이탈 방지 수단이, 상기 볼록부의 최소 횡단면적 부위와, 상기 토대 부재의 상기 상면에 대해서 상기 최소 횡단면적 부위의 위쪽에서 상기 최소 횡단면적보다 큰 횡단면적의 상기 볼록부 부위로 형성되는 상기 볼록부의 형상인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 이탈 방지 수단이, 상기 토대 부재의 상기 볼록부의 적어도 일부에 형성된 친액성(親液性) 부위인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토대 부재의 상기 상면의 형상이 원형 또는 타원형, 혹은 다각형인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 토대 부재가 투광성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈.
  8. 액체방울 토출법에 의해서 형성된 렌즈 부재를 구비하는 마이크로 렌즈의 제조 방법으로서,
    기체 위에 그 상면이 오목 볼록한 형상을 가지는 토대 부재를 형성하는 공정과,
    상기 토대 부재의 상기 상면의 적어도 일부를 발액 처리하는 공정과,
    상기 토대 부재의 상기 상면에 액체방울 토출법에 의해서 렌즈 재료를 복수 도트 토출하여 상기 토대 부재의 상기 상면에 렌즈 부재를 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈의 제조 방법.
  9. 면발광 레이저와, 제 1 항에 기재된 마이크로 렌즈를 구비하며, 상기 마이크로 렌즈를 상기 면발광 레이저의 출사측에 배열 설치한 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제 9 항에 기재된 광학 장치와, 수광 소자와, 상기 광학 장치로부터의 출사광을 상기 수광 소자로 전송하는 광전송 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광전송 장치.
  11. 제 9 항에 기재된 광학 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 헤드.
  12. 제 11 항에 기재된 레이저 프린터용 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 프린터.
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