KR20060123678A

KR20060123678A - 마이크로 렌즈의 제조 장치

Info

Publication number: KR20060123678A
Application number: KR1020060105770A
Authority: KR
Inventors: 히로노리 하세이
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2006-12-04
Also published as: US20060012058A1; TW200604568A; KR20060050075A; TWI294526B; JP2006030633A; JP4239915B2; KR100695792B1; KR100766990B1; CN1721170A

Abstract

마이크로 렌즈를 제조하는 방법은 마이크로 렌즈의 구성 재료를 함유하는 액적(液滴)을 액적 토출 헤드로부터 토출해서 기체(基體) 위에 착탄(着彈)시키고, 상기 액적의 토출 후로부터 착탄 직후까지의 사이에, 적어도 1 회 상기 액적에 자외선을 조사(照射)한다. 또한 마이크로 렌즈의 제조 장치는 마이크로 렌즈의 구성 재료를 함유하는 액적을 토출하는 액적 토출 헤드와, 마이크로 렌즈를 형성해야 할 기체(基體)를 탑재하는 테이블과, 상기 액적 토출 헤드로부터 상기 기체를 향해서 비행 중인 상기 액적 또는 상기 기체에 착탄한 후의 상기 액적에 대하여 자외선을 조사하는 자외선 조사 수단을 구비한다.

헤드, 토출, 착탄, 자외선 조사, 비행

Description

마이크로 렌즈의 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING MICROLENS}

도 1은 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 제조 장치의 설명도.

도 2는 착탄 후에서의 액적의 확장 습윤의 비교도.

도 3은 기체의 발액 처리의 설명도.

도 4의 (a)는 액적 토출 헤드의 개략적인 사시도.

도 4의 (b)은 액적 토출 헤드의 단면도.

도 5의 (a) 및 (b)는 마이크로 렌즈의 제조 장치의 평면도.

도 6은 레이저 프린터용 헤드의 개략적인 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

5 : 기체(基體)

22 : 액적(液滴)

34 : 액적 토출 헤드

50 : 테이블

60 : 레이저 광원(光源)

62 : 자외선

본 발명은 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 마이크로 렌즈의 제조 장치에 관한 것이다.

최근, 마이크로 렌즈라고 불리는 미소 렌즈를 다수 구비하는 광학 장치가 제공되고 있다.

이러한 광학 장치로서는, 예를 들면 레이저를 구비한 발광 장치나, 광파이버의 광(光) 인터커넥션, 또한 입사광을 모으기 위한 집광 렌즈를 갖는 고체 촬영 소자 등이 있다.

이러한 마이크로 렌즈의 제조 방법으로서, 잉크젯법의 채용이 검토되고 있다. 이것은 잉크젯 헤드에 형성된 미세 노즐로부터, 마이크로 렌즈의 구성 재료를 함유하는 액적을 기체 위에 토출하고, 경화시켜서 마이크로 렌즈를 형성하는 것이다.

잉크젯법에서는 미세 노즐의 막힘을 방지하기 위해서, 토출할 수 있는 액상체는 50 cps(mPa·s) 이하의 비교적 저점도의 것에 한정되어 있다. 그런데, 저점도의 액상체에서는 액적이 기체로 착탄한 후에 확장 습윤되므로, 형성되는 마이크로 렌즈는 직경이 큰 것이 된다.

그래서, 기체 위의 표면 에너지를 조정함으로써, 착탄 후의 액적 직경을 조정하는 방법이 검토되고 있다. 구체적으로는 기체 위에 발액 처리를 실시함으로써, 착탄 후의 액적의 확장 습윤을 제한한다(예를 들면 일본국 특개 2003-240911 호 공보 참조). 이에 따라 직경이 작은 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 가능해진다.

그러나, 기체 위의 표면 에너지를 조정하는 방법에서는 마이크로 렌즈의 형상이 기체의 표면 에너지에 크게 의존하게 되어 설계의 자유도가 작다. 또한 발액 처리를 실시한 기체 위에 마이크로 렌즈가 형성되므로, 마이크로 렌즈와 기체의 밀착성을 확보하는 것이 곤란해진다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 행해진 것으로서, 마이크로 렌즈와 기체와의 밀착성을 확보하면서, 마이크로 렌즈를 소형화하는 것이 가능한, 마이크로 렌즈의 제조 방법 및 마이크로 렌즈의 제조 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 방법은 마이크로 렌즈의 구성 재료를 함유하는 액적을 액적 토출 헤드로부터 토출하여 기체 위에 착탄시켜서 마이크로 렌즈를 제조하는 방법으로서, 상기 액적의 토출 후로부터 착탄 직후까지의 사이에, 적어도 1 회, 상기 액적에 자외선을 조사한다.

이 구성에 의하면, 토출 전의 액상체가 저점도이더라도, 토출 후의 액적에 자외선을 조사함으로써, 그 점도를 급격하게 상승시킬 수 있다. 이에 따라 기체에 착탄한 후의 액적의 확장 습윤이 작아져서, 소형의 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 가능해진다. 그 때, 기체의 표면 에너지를 조정할 필요가 없으므로, 마이크로 렌즈와 기체와의 밀착성을 확보하는 것도 가능해진다.

또한 상기 마이크로 렌즈의 구성 재료는 자외선 경화성 수지 재료를 주성분 으로 하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 자외선 경화성 수지 재료는 에폭시 수지인 것이 바람직하다.

마이크로 렌즈의 구성 재료로서, 자외선 경화성 수지 재료를 채용하면, 토출 후의 액적에 자외선을 조사함으로써 그 점도를 급격하게 상승시킬 수 있다. 특히 에폭시 수지는 양이온 중합에 의해 경화하기 때문에, 자외선 조사에 의한 경화 속도가 비교적 빠르고, 토출 후의 액적에 자외선을 조사함으로써 그 점도를 급격하게 상승시킬 수 있다. 또한 에폭시 수지는 경화 수축이 비교적 작고, 경화 후의 선(線) 팽창 계수도 비교적 작다. 따라서, 자외선 경화성 수지 재료로서 에폭시 수지를 채용함으로써, 마이크로 렌즈를 정밀도가 양호하게 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 마이크로 렌즈의 제조 장치는 마이크로 렌즈의 구성 재료를 함유하는 액적을 토출하는 액적 토출 헤드와, 마이크로 렌즈를 형성해야 할 기체를 탑재하는 테이블과, 상기 액적 토출 헤드로부터 상기 기체를 향해서 비행 중인 상기 액적 또는 상기 기체에 착탄한 후의 상기 액적에 대하여 자외선을 조사하는 자외선 조사 수단을 갖는다.

이 구성에 의하면, 기체와의 밀착성을 확보하면서, 소형의 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 사용하는 각 도면에서는 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 때문에, 각 부재의 축척을 적당히 변경하고 있다.

[마이크로 렌즈의 제조 방법]

도 1은 본 실시예에 따른 마이크로 렌즈의 제조 방법의 설명도이다. 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법은 마이크로 렌즈의 구성 재료를 함유하는 액적(22)을 액적 토출 헤드(34)로부터 토출하여 기체(5) 위에 착탄시켜서 마이크로 렌즈를 제조하는 방법으로서, 액적(22)을 토출한 후로부터 착탄 직후까지의 사이에, 적어도 1 회, 토출된 액적(22)에 자외선(62)을 조사하는 것이다.

[마이크로 렌즈의 구성 재료]

마이크로 렌즈의 구성 재료(렌즈 재료)로서, 자외선 경화성을 갖는 광 투과성 수지가 사용된다. 이 광 투과성 수지로서, 특히 비용제(non-solvent)의 것이 적절하게 사용된다. 이 비용제계의 광 투과성 수지는 유기 용제를 이용하여 광 투과성 수지를 용해시켜 액상체로 하지 않고, 예를 들면 이 광 투과성 수지를 그 모노머(monomer)로 희석함으로써 액상화하고, 액적 토출 헤드로부터의 토출을 가능하게 한 것이다. 또한, 이 비용제계의 광 투과성 수지에서는 비이미다졸계 화합물 등의 광 중합 개시제를 배합함으로써, 방사선 조사 경화형의 것으로서 사용할 수 있도록 하고 있다. 즉, 이러한 광 중합 개시제를 배합함으로써, 상기 광 투과성 수지에 방사선 조사 경화성을 부여할 수 있는 것이다. 여기서 방사선은, 가시광선, 자외선, 원자외선, X선, 전자선 등의 총칭이며, 특히 자외선이 일반적으로 사용된다.

이러한 광 투과성 수지로서, 구체적으로는 아크릴 수지나 에폭시 수지 등을 채용하는 것이 가능하다. 특히, 에폭시 수지를 채용하는 것이 바람직하다. 아크릴 수지는 래디컬 중합에 의해 경화하기 때문에, 자외선 조사에 의한 경화 속도가 비교적 늦고, 또한 경화 수축이 비교적 커진다. 이에 대하여 에폭시 수지는 양이온 중합에 의해 경화하기 때문에, 자외선 조사에 의한 경화 속도가 비교적 빠르고, 또한 경화 수축이 비교적 작기 때문이다. 또한, 경화 후의 아크릴 수지와 에폭시 수지를 비교하면, 굴절률이나 광 투과율은 동등하지만, 선 팽창계수는 아크릴 수지가 비교적 크고, 에폭시 수지가 비교적 작다. 따라서, 마이크로 렌즈의 구성 재료로서 에폭시 수지를 채용함으로써, 마이크로 렌즈를 정밀도가 양호하게 형성할 수 있다.

또한, 렌즈 재료로서 사용하는 광 투과성 수지의 표면장력으로서는 0.02 N/m 이상 0.07 N/m 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 액적 토출법에 의해 잉크를 토출할 때, 표면장력이 0.02 N/m 미만이면, 잉크의 노즐면에 대한 흡습성이 증대하기 때문에 비행 굴곡(bend)이 발생하기 쉬워진다. 또한, 표면장력이 0.07 N/m를 초과하면 노즐 선단에서의 메니스커스의 형상이 안정적이지 않기 때문에 토출량이나 토출 타이밍의 제어가 곤란해진다.

표면장력을 조정하기 위해서, 상기 광 투과성 수지의 분산액에는 기체(5)와의 접촉각을 크게 저하시키지 않고, 굴절률 등의 광학적 특성에 영향을 주지 않는 범위에서, 불소계, 실리콘계, 비이온계 등의 표면장력 조절제를 미량 첨가하면 좋다. 비이온계 표면장력 조절제는 잉크의 기체(5)로의 흡습성을 향상시키고, 막의 레벨링성을 개량하며, 막의 미세한 요철의 발생 등의 방지에 도움이 되는 것이다. 상기 표면장력 조절제는 필요에 따라, 알코올, 에테르, 에스테르, 케톤 등의 유기 화합물을 포함해도 좋다.

또한, 렌즈 재료로서 사용하는 광 투과성 수지의 점도로서는 1 mPa·s 이상 200 mPa·s 이하인 것이 바람직하다. 액적 토출법을 이용하여 잉크를 액적으로서 토출할 때, 점도가 1 mPa·s보다 작은 경우에는 노즐 주변부가 잉크의 유출에 의해 오염되어지기 쉽다. 또한 점도가 50 mPa·s보다 큰 경우에는 헤드 또는 액적 토출 장치에 잉크 가열 기구를 설치함으로써 토출이 가능해지지만, 상온에서는 노즐 구멍에서의 막힘 빈도가 높아져 원활한 액적의 토출이 곤란해진다. 200 mPa·s 이상의 경우, 가열해도 액적을 토출할 수 있는 정도로 점도를 줄이는 것이 어렵다.

[액적 토출 공정, 자외선 조사 공정]

상술한 렌즈 재료를 함유하는 액적을 후술하는 액적 토출 헤드로부터 토출하여 기체(5) 위에 착탄시킨다.

기체(5)로서, 유리 기판이나 반도체 기판, 또한 이들에 각종 기능성 박막이나 기능성 요소를 형성한 것을 사용할 수 있다. 또한, 기체(5)의 표면에 대해서는 평면이라도 좋고 곡면이라도 좋으며, 또한 기체 자체의 형상에 대해서도 특별하게 한정되지 않아 다양한 형상의 것이 채용 가능하다.

일례를 들면, GaAs 기판에 다수의 면 발광 레이저를 형성한 것을 기체로서 사용할 수 있다. 이 경우, 각 면 발광 레이저의 출사구 주변에는 폴리이미드 수지 등으로 이루어지는 절연층이 형성되어 있다. 그리고, 각 면 발광 레이저의 출사측이 되는 면 위에 토대 부재를 설치하고, 그 토대 부재의 상면에 렌즈 재료의 액적을 착탄시켜서 마이크로 렌즈를 형성한다. 여기서, 토대 부재의 형성 재료로서는 투광성을 갖는 재료, 즉 면 발광 레이저(2)로부터의 발광 광의 파장 영역에서 거의 흡수를 일으키지 않고, 따라서 실질적으로 이 발광 광을 투과시키는 재료로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 또는 불소계 수지 등이 적합하게 사용되지만, 특히 폴리이미드계 수지가 보다 적합하게 사용된다.

[자외선 조사 공정]

본 실시예에서는 액적을 토출한 후로부터 착탄 직후까지의 적어도 어느 시기에 토출된 액적(22)에 자외선(62)을 조사한다. 자외선(62)의 파장은 액적에 충분한 에너지를 부여하기 위해서 200 nm 이상 400 nm 이하인 것이 바람직하다. 특히 254 nm 이상 365 nm 이하인 것이, 자외선 조사 수단인 레이저 광원(60)의 확보의 용이성에서 바람직하다.

도 2는 착탄 후에서의 액적의 확장 습윤의 비교도이다. 일반적으로 액적 토출 헤드로부터 액적을 안정적으로 토출하기 위해서는 저점도의 액상체를 채용할 필요가 있다. 그러나 토출 전의 액상체가 저점도이더라도 토출 후의 액적에 자외선을 조사함으로써 그 점도를 급격하게 상승시킬 수 있다. 그 이유는 자외선 조사에 의해 렌즈 재료인 자외선 경화성 수지의 일부가 경화하기 때문이며, 또한 액적에 포함되는 광 중합 개시제나 모노머의 일부가 경화하기 때문이다. 그리고 액적의 점도를 상승시킴으로써 기체(5)에 착탄한 후의 액적의 확장 습윤을 억제하는 것이 가능해진다. 일례를 들면, 체적 5 pL의 액적을 기체 위에 토출할 경우 자외선 조사를 행하지 않은 액적(28)의 착탄 후의 직경은 약 60 ㎛ 정도였지만, 자외선 조사를 행한 액적(24)의 착탄 후의 직경은 약 40 ㎛였다. 또한 조사하는 자외선의 강도를 조정함으로써 착탄 후의 액적의 직경을 제어하는 것도 가능하다.

그 후 착탄한 액적에 다시 자외선 조사 등을 행하고, 액적을 완전히 경화시켜서 마이크로 렌즈를 형성한다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법에서는 액적의 토출 후로부터 착탄 직후까지의 적어도 어느 시기에, 액적에 자외선을 조사하는 구성으로 했다. 이에 따라, 착탄 후에서의 액적의 확장 습윤을 억제할 수 있으므로, 마이크로 렌즈를 소형화할 수 있다. 그 때, 기체(5) 위의 표면 에너지를 조정하지 않고, 즉 기체(5)의 표면을 발액 처리하지 않고 마이크로 렌즈를 형성할 수 있으므로, 마이크로 렌즈와 기체(5)의 밀착성을 확보하는 것도 가능하다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 자외선(62)의 조사는 액적(22)이 토출되는 기체(5)와 평행하게 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 기체(5)에 대하여 자외선(62)이 조사되지 않으므로, 기체(5) 위의 표면 에너지의 변화를 방지할 수 있다. 또한, 토출된 액적(22)의 전체가 자외선(62)의 빔 직경의 내부를 통과하도록, 자외선(62)을 조사하는 것이 바람직하다. 이 경우, 액적(22) 전체의 점도를 균등하게 증가시키는 것이 가능해지고, 착탄 후의 액적을 대칭 형상으로 할 수 있다. 이에 따라 대칭 형상의 마이크로 렌즈를 형성하는 것이 가능해지고, 양호한 광학 특성을 발휘시킬 수 있다.

[발액 처리 공정]

도 3은 기체의 발액 처리의 설명도이다. 상술한 액적 토출 공정 전에, 기체(5) 위에서의 마이크로 렌즈의 형성 영역(3) 주위에, 미리 발액 처리를 실시해 두는 것이 바람직하다. 이 발액 처리로서, 예를 들면 자기 조직화막을 형성하는 방법이나, 플라즈마 처리법 등을 채용하는 것이 가능하다.

상술한 자기 조직막 형성법에서는 도전막 배선을 형성해야 할 기체(5)의 표면에, 유기 분자막 등으로 이루어지는 자기 조직화막(70)을 형성한다.

기체 표면을 처리하기 위한 유기 분자막은 기체(5)에 결합 가능한 관능기와, 그 반대측에 친액기 또는 발액기인 기체(5)의 표면성을 개질(표면 에너지를 제어)하는 관능기와, 이들 관능기를 연결하는 탄소의 직쇄(直鎖) 또는 일부 분기한 탄소 사슬을 구비하고 있으며, 기체(5)에 결합하여 자체 조직화해서 분자막, 예를 들면 단분자막을 형성한다.

여기서, 자기 조직화막(70)은 기체(5)의 하지층 등의 구성 원자와 반응 가능한 결합성 관능기와 그 이외의 직쇄 분자로 이루어지고, 직쇄 분자의 상호 작용에 의해 극히 높은 배향성을 갖는 화합물을 배향시켜서 형성된 막이다. 이 자기 조직화막(70)은 단분자를 배향시켜서 형성되어 있으므로, 막 두께를 매우 얇게 할 수 있고, 또한 분자 레벨에서 균일한 막이 된다. 즉, 막 표면에 동일한 분자가 위치하기 때문에, 막 표면에 균일하고, 또한 뛰어난 발액성이나 친액성을 부여할 수 있다.

상기의 높은 배향성을 갖는 화합물로서, 예를 들면 플루오로알킬실란을 사용 함으로써, 막 표면에 플루오로알킬기가 위치하도록 각 화합물이 배향되어서 자기 조직화막(70)이 형성되고, 막 표면에 균일한 발액성이 부여된다.

자기 조직화막(70)을 형성하는 화합물로서는 헵타데카플루오로-1, 1, 2, 2테트라히드로데실트리에톡시실란, 헵타데카플루오로-1, 1, 2, 2테트라히드로데실트리메톡시실란, 헵타데카플루오로-1, 1, 2, 2테트라히드로데실트리클로로실란, 트리데카플루오로-1, 1, 2, 2테크라히드로옥틸트리에톡시실란, 트리데카플루오로-1, 1, 2, 2테트라히드로옥틸메톡시실란, 트리데카플루오로-1, 1, 2, 2테트라히드로옥틸트리클로로실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란 등의 플루오로알킬실란(이하, "FAS"라 한다)을 예시할 수 있다. 이들 화합물은 단독으로 사용해도 좋고, 2 종 이상을 조합시켜서 사용해도 좋다.

또한 FAS를 사용함으로써 기체(5)와의 밀착성과 양호한 발액성을 얻을 수 있다.

FAS는 일반적으로 구조식 RnSiX(4-n)으로 나타낸다. 여기에서 n은 1 이상 3 이하의 정수를 나타내고, X는 메톡시기, 에톡시기, 할로겐 원자 등의 가수분해기이다. 또한, R은 플루오로알킬기이며, (CF3)(CF2)x(CH2)y(여기에서 x는 0 이상 10 이하의 정수를, y는 0 이상 4 이하의 정수)의 구조를 갖고, 여러 개의 R 또는 X가 Si에 결합하고 있는 경우에는 R 또는 X는 각각 전부 동일해도 좋고, 달라도 좋다. X로 나타내는 가수분해기는 가수분해에 의해 실라놀을 형성하고, 기체(유리, 실리콘)(5) 하지의 히드록실기와 반응해서 실록산 결합으로 기체(5)와 결합한다. 한편, R은 표면에 (CF2) 등의 플루오로기를 갖기 때문에, 기체(5) 하지 표면을 젖지 않 는(표면 에너지가 낮은) 표면으로 개질한다.

유기 분자막 등으로 이루어지는 자기 조직화막(70)은 상기의 원료 화합물과 기체(5)를 동일한 밀폐 용기 중에 넣어 두고, 실온에서 2∼3 일 정도간 방치함으로써 기체 위에 형성된다. 또한 밀폐 용기 전체를 100 ℃로 유지함으로써, 3 시간 정도로 기체 위에 형성된다. 이들은 기상으로부터의 형성법이지만, 액상으로부터도 자기 조직화막(70)을 형성할 수 있다. 예를 들면 원료 화합물을 포함하는 용액 중에 기체(5)를 침적하고, 세정, 건조함으로써 기체 위에 자기 조직화막(70)이 형성된다.

또한 자기 조직화막(70)을 형성하기 전에, 기체 표면에 자외광을 조사하거나, 용매에 의해 세정해서 기체 표면의 사전 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

한편 플라즈마 처리법으로서는, 예를 들면 대기 분위기 중에서 테트라플루오로메탄을 처리 가스로 하는 플라즈마 처리법(CF4 플라즈마 처리법)이 적절하게 채용된다. 이 CF4 플라즈마 처리 조건은, 예를 들면 플라즈마 파워를 50∼100O kW, 테트라플루오로메탄(CF4)의 가스 유량을 50∼10O ml/min, 플라즈마 방전 전극에 대한 기체(5)의 반송 속도를 0.5∼1020 mm/sec, 기체 온도를 70∼90 ℃로 한다. 또한 처리 가스로서는 테트라플루오로메탄(CF4)에 한정되지 않고, 다른 탄화불소계의 가스를 사용할 수도 있다. 이러한 발액화 처리를 행함으로써, 기체(5) 표면에 불소기가 유입되고, 이에 따라 높은 발액성이 부여된다.

이와 같이, 마이크로 렌즈의 형성 영역 주위에 발액 처리를 부여한 상태에서, 마이크로 렌즈의 형성 영역에 액적(24)을 토출하면, 액적(24)의 확장 습윤을 억제할 수 있다. 이에 따라 마이크로 렌즈의 직경을 더욱 정밀도가 양호하게 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 자외선 조사를 행하지 않은 액적(28)에 비해서, 자외선 조사를 행한 액적(24)은 그 형상이 구(球)에 가깝게 되어 있다. 또한 마이크로 렌즈를 구 형상에 근접시키면, 초점 거리가 짧아진다. 그리고 초점 거리가 짧은 마이크로 렌즈를 이용하여 광학 장치를 형성함으로써, 광학 장치를 소형화할 수 있다.

[마이크로 렌즈의 제조 장치]

다음에, 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 장치밖에 대해서, 도 1, 도 4의 (a) 내지 도 5의 (b)를 사용하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 장치는 마이크로 렌즈의 구성 재료를 함유하는 액적(22)을 토출하는 액적 토출 헤드(34)와, 마이크로 렌즈를 형성해야 할 기체(5)를 탑재하는 테이블(50)과, 액적 토출 헤드(34)로부터 기체(5)를 향해서 비행 중인 액적(22) 또는 기체(5)에 착탄한 후의 액적에 대하여 자외선(62)을 조사하는 레이저 광원(60)을 갖는 것이다.

도 4의 (a) 및 도 4의 (b)는 액적 토출 헤드의 개략적인 구성도이다.

본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 장치는 마이크로 렌즈의 구성 재료를 함유하는 액적을 토출하는 액적 토출 헤드(34)를 구비하고 있다. 이 액적 토출 헤드(34)는, 예를 들면 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 스테인리스제의 노즐 플레이 트(12)와 진동판(13)을 구비하고, 양자를 구획 부재(리저버 플레이트)(14)를 통해서 접합한 것을 사용한다. 노즐 플레이트(12)와 진동판(l3)과의 사이에는 구획 부재(14)에 의해 복수의 캐비티(15)와 리저버(16)가 형성되어 있으며, 이들 캐비티(15)와 리저버(16)는 유로(17)를 통해서 연통하고 있다.

각 캐비티(15)와 리저버(16)의 내부는 토출하기 위한 액상체(렌즈 재료)로 채워지도록 되어 있으며, 이들 사이의 유로(17)는 리저버(16)로부터 캐비티(15)에 액상체를 공급하는 공급 구로서 기능하게 되어 있다. 또한, 노즐 플레이트(12)에는 캐비티(15)로부터 액상체를 분사하기 위한 구멍 형상의 노즐(18)이 종횡으로 정렬한 상태로 복수 형성되어 있다. 한편, 진동판(13)에는 리저버(16) 내에 개구하는 구멍(19)이 형성되어 있으며, 이 구멍(19)에는 액상체 탱크(도시 생략)가 튜브(도시 생략)를 통해서 접속되도록 되어 있다.

또한, 진동판(13)의 캐비티(15)를 향하는 면과 반대측의 면 위에는 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이 압전 소자(피에조 소자)(20)가 접합되어 있다. 이 압전 소자(20)는 한 쌍의 전극(21, 21) 사이에 끼워지고, 통전(通電)에 의해 외측으로 돌출하도록 하여 요곡(撓曲)하도록 구성된 것이다.

이러한 구성을 기초로 압전 소자(20)가 접합된 진동판(13)은 압전 소자(20)와 일체가 되어서 동시에 외측으로 요곡하고, 이에 따라 캐비티(15)의 용적을 증대시킨다. 그렇게 하면, 캐비티(15) 내와 리저버(16) 내가 연통하고 있으며, 리저버(16) 내에 액상체가 충전되어 있는 경우에는 캐비티(15) 내에 증대한 용적만큼에 상당하는 액상체가 리저버(16)로부터 유로(17)를 통해서 유입된다.

그리고, 이러한 상태로부터 압전 소자(20)로의 통전을 해제하면, 압전 소자(20)와 진동판(13)은 모두 원래의 형상으로 되돌아 간다. 따라서, 캐비티(15)도 원래의 용적으로 되돌아가므로, 캐비티(15) 내부의 액상체의 압력이 상승하고, 노즐(18)로부터 액상체의 액적(22)이 토출된다.

또한, 액적 토출 헤드(34)의 토출 수단으로서는 상기의 압전 소자(피에조 소자)(20)를 사용한 전기 기계 변환체 이외라도 좋고, 예를 들면 에너지 발생 소자로서 전기 열 변환체를 사용한 방식이나, 대전 제어형, 가압 진동형의 연속 방식, 정전 흡인 방식, 또한 레이저 등의 전자파를 조사해서 발열시키고, 이 발열에 의한 작용으로 액상체를 토출시키는 방식을 채용할 수도 있다.

도 1로 되돌아와서, 상술한 액적 토출 헤드(34)의 노즐 플레이트와 대향하도록, 마이크로 렌즈를 형성해야 할 기체(5)를 탑재하는 테이블(50)이 배치되어 있다. 이 액적 토출 헤드(34) 및 테이블(50)은 도시되지 않은 구동 수단에 의해, 3차원적으로 상대적으로 이동 가능하게 되어 있다. 액적 토출 헤드(34) 및 테이블(50)을 수평면 내에서 상대적으로 이동 가능하게 함으로써, 기체(5) 위의 임의의 위치에 액적을 토출할 수 있도록 되어 있다. 또한, 액적 토출 헤드(34) 및 테이블(50)을 수직 방향으로 상대적으로 이동 가능하게 함으로써, 액적(22)의 비행 거리를 조정하는 것이 가능해지고, 기체(5) 위의 소정 위치에 대하여 정확하게 액적을 토출할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 액적 토출 헤드(34) 및 테이블(50)의 옆쪽에는 자외선 조사 수단인 레이저 광원(60)이 배열 설치되어 있다. 이 레이저 광원(60)은 액적 토출 헤드(34) 로부터 기체(5)를 향해서 비행 중인 액적(22) 또는 기체(5)에 착탄 직후의 액적에 대하여, 자외선(62)을 조사하는 것이다. 레이저 광원(60)으로서, 파장 200nm 이상 400nm 이하의 자외선 레이저 광원을 채용하는 것이 바람직하다. 특히, 파장 254nm 이상 365nm 이하의 자외선 레이저 광원은 저비용으로 용이하게 조달할 수 있다. 또한 레이저 광원(60)으로서, 조사 광의 빔 직경이 액적 토출 헤드(34)로부터 토출되는 액적(22)의 직경보다 큰 것을 채용하는 것이 바람직하다.

그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 레이저 광원(60)은 테이블(50)에 탑재한 기체(5)와 평행하게 자외선을 조사할 수 있도록 배열 설치되어 있다. 이에 따라, 기체(5)에 대한 자외선의 조사를 방지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 레이저 광원(60)은 반드시 테이블(50)측에 고정할 필요는 없고, 액적 토출 헤드(34)측에 고정되어 있어도 좋다.

도 5의 (a) 및 (b)에, 마이크로 렌즈의 제조 장치의 평면도를 나타낸다. 상술한 액적 토출 헤드(34)에는 복수의 노즐(18)이 정렬 배치되고, 각 노즐(18)로부터 동시 또는 이시(異時)에 액적을 토출할 수 있도록 구성되고, 복수의 마이크로 렌즈의 효율적인 형성이 가능하게 되어 있다. 그래서, 복수의 노즐(18)로부터 동시에 토출된 액적에 대하여 자외선을 조사할 수 있도록 하기 위해서, 예를 들면 레이저 광원(60)을 이하와 같이 구성 및 배치하는 것이 바람직하다.

제 1 예로서, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 노즐수와 동일한 수의 광선(64)을 조사 가능한 레이저 광원(60)을 채용한다. 그리고, 레이저 광원(60)으로부터 조사되는 각 광선(64)의 광축이, 각 노즐(18)로부터 토출되는 액적의 비행로 를 각각 가로지르도록 각 노즐(18)의 배열 방향에 대하여 수직 방향으로 레이저 광원(60)을 배치한다. 이에 따라 복수의 노즐(18)로부터 동시에 액적이 토출된 경우에도, 각 액적에 대하여 자외선을 조사할 수 있다.

제 2 예로서, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 광선(66)을 면 형상으로 조사가능한 레이저 광원(60)을 채용해도 좋다. 이 경우에는 액적의 비행로와 광선의 광축과의 정밀한 위치 맞춤을 필요로 하지 않고, 복수의 노즐(18)로부터 동시에 토출된 액적에 대하여 자외선을 조사할 수 있다.

상술한 마이크로 렌즈의 제조 장치를 사용함으로써, 액적 토출 헤드로부터 토출된 액적의 점도를 급격하게 상승시키는 것이 가능해지고, 기체에 착탄한 후의 액적의 확장 습윤이 작아져서, 소형의 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다. 그 때, 기체의 표면 에너지를 조정할 필요가 없으므로, 마이크로 렌즈와 기체와의 밀착성을 확보하는 것도 가능해진다.

그런데, 도 2에 나타낸 바와 같이 자외선 조사를 행한 액적(24)에서는 자외선 조사를 행하지 않은 액적(28)에 비해서 착탄 후의 확장 습윤이 억제되므로, 그 형상이 구에 가까워지고 있다. 또한, 마이크로 렌즈를 구 형상에 근접시키면, 초점 거리가 짧아진다. 그리고, 초점 거리가 짧은 마이크로 렌즈를 이용하여 광학 장치를 형성함으로써, 광학 장치를 소형화할 수 있다.

[레이저 프린터용 헤드]

도 6은 레이저 프린터용 헤드의 개략적인 구성도이다. 도 6의 레이저 프린터 용 헤드는 본 실시예의 마이크로 렌즈의 제조 방법을 이용하여 제조한 마이크로 렌즈를 구비하고 있다. 즉, 이 레이저 프린터용 헤드의 광학 장치로서, 다수의 면 발광 레이저(2)를 직선적으로 배합해서 이루어지는 면 발광 레이저 어레이(2a)와, 이 면 발광 레이저 어레이(2a)를 구성하는 각각의 면 발광 레이저(2)에 대하여 배열 설치된 마이크로 렌즈(8a)가 형성되어 있다. 또한, 면 발광 레이저(2)에 대해서는 TFT 등의 구동 소자(도시 생략)가 설치되어 있으며, 또한 이 레이저 프린터용 헤드에는 온도 보상 회로(도시 생략)가 설치되어 있다.

그리고, 이러한 구성의 레이저 프린터용 헤드에 의해, 레이저 프린터가 구성된다.

이러한 레이저 프린터용 헤드에서는 상술한 바와 같이 양호한 광학 특성을 갖는 마이크로 렌즈를 구비하고 있으므로, 묘화 특성이 양호한 레이저 프린터용 헤드가 된다.

또한, 이 레이저 프린터용 헤드를 구비한 레이저 프린터에서는, 상술한 바와 같이 묘화 특성이 양호한 레이저 프린터용 헤드를 구비하고 있으므로, 이 레이저 프린터 자체가 묘화 특성이 뛰어난 것이 된다.

또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다.

예를 들면, 본 발명의 마이크로 렌즈는 상기한 용도 이외에도 다양한 광학 장치에 적용 가능하고, 예를 들면 고체 촬상 장치(CCD)의 수광면이나 광파이버의 광 결합부, 광 전송 장치, 프로젝션용 스크린, 프로젝터 시스템 등에 설치되는 광 학 부품으로서도 사용 가능하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환 및 기타의 변경이 가능하다. 본 발명은 상술한 설명에 의해 한정되지 않고, 첨부한 청구 범위에 의해서만 한정된다.

본 발명에 따르면 마이크로 렌즈와 기체와의 밀착성을 확보하면서, 마이크로 렌즈를 소형화할 수 있으며, 또한 상기 마이크로 렌즈의 광학 특성이 우수하므로 그 묘화 특성도 우수하다는 효과가 있다.

Claims

마이크로 렌즈의 구성 재료를 함유하는 액적을 토출하는 액적 토출 헤드와,

마이크로 렌즈를 형성해야 할 기체를 탑재하는 테이블과,

상기 액적 토출 헤드로부터 상기 기체를 향해서 비행(飛行) 중인 상기 액적 또는 상기 기체에 착탄한 후의 상기 액적에 대하여, 상기 액적의 직경보다 큰 빔 직경으로 자외선을 조사하는 자외선 조사 수단을 갖는 마이크로 렌즈의 제조 장치.