JP2004198514A - 光学部品およびその製造方法、マイクロレンズ基板、表示装置、撮像素子、光素子、光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含み、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品およびその製造方法、ならびにマイクロレンズ基板、光素子、光モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の光学部品100は、基体上方に設けられた第1光学部材18と、第1光学部材18上に設けられ、所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材12と、土台部材12の上面12a上に設けられた第2光学部材14と、を含む。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明の光学部品100は、基体上方に設けられた第1光学部材18と、第1光学部材18上に設けられ、所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材12と、土台部材12の上面12a上に設けられた第2光学部材14と、を含む。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含み、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品およびその製造方法、ならびに該光学部品を含む光素子および光モジュールに関する。
【0002】
また、本発明は、マイクロレンズ基板およびその製造方法、光素子、光モジュールに関する。
【0003】
【背景技術】
例えばレンズなどの光学部材を製造する方法の一つとして、液体材料からなる液滴を基体上に吐出した後に硬化させる方法が知られている。しかしながら、この方法においては、液滴と基体との間の接触角によって、得られる光学部材の形状が制約されるため、出射光の焦点距離が適度に調整された光学部材を得るのが難しかった。
【0004】
また、例えば、基体表面の濡れ性を調整することで、所望の形状の光学部材を形成する方法がある(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平2−165932号公報
【0006】
【特許文献2】
特開2000−280367号公報
しかしながら、この方法では、光学部材の形状、大きさおよび設置位置を厳密に制御するためには十分ではなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含み、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品およびその製造方法、ならびに該光学部品を含む光素子および光モジュールを提供することにある。
【0008】
また、本発明の目的は、光学部品の設置位置、形状および大きさが良好に制御されたマイクロレンズ基板、ならびに該マイクロレンズ基板を備えた表示装置、撮像素子を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
1.第1の光学部品
本発明の第1の光学部品は、
基体上方に設けられた第1光学部材と、
前記第1光学部材上に設けられた媒質層と、
前記媒質層上に設けられた第2光学部材と、を含み、
前記媒質層は、所定波長の光を通過させる材質からなり、かつ、前記第1および第2光学部材と異なる屈折率を有する。
【0010】
この場合、前記媒質層の屈折率は、前記第1および第2光学部材の屈折率より小さくできる。また、この場合、前記媒質層の屈折率は、前記第1および第2光学部材の屈折率より大きくできる。
【0011】
本発明によれば、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品を得ることができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【0012】
2.第2の光学部品
本発明の第2の光学部品は、
基体上方に設けられた第1光学部材と、
前記第1光学部材上に設けられ、所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた第2光学部材と、を含む。
【0013】
ここで、「基体」とは、前記第1の光学部材を設置できる面を有する物をいう。前記第1の光学部材を設置できる面は、前記第1の光学部材を設置できる限り、平面であってもよいし曲面であってもよい。したがって、このような面を有していれば、前記基体自体の形状は特に限定されない。
【0014】
また、「土台部材」は、前記第2の光学部材を設置できる上面を有する部材であり、「土台部材の上面」とは、前記第2光学部材が設置される面をいう。前記土台部材の上面は、前記第2光学部材を設置できる限り、平面であってもよいし曲面であってもよい。さらに、「光学部材」とは、光の性質や進行方向を変える機能を有する部材をいう。
【0015】
さらに、「所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材」とは、前記土台部材に入射した光が、該土台部材から出射することをいい、前記土台部材に入射した光がすべて該土台部材から出射する場合だけでなく、前記土台部材に入射した光の一部のみが該土台部材から出射する場合を含む。
【0016】
本発明によれば、上記構成を有することにより、前記第1および第2光学部材の形状や大きさ等を制御することによって、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品を得ることができる。また、前記土台部材の上面の形状や高さ等を制御することによって、設置位置、形状および大きさが良好に制御された第2の光学部材を含む光学部品を得ることができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【0017】
本発明の第2の光学部品は、以下の態様(A)〜(G)をとることができる。
【0018】
(A)前記土台部材の屈折率を、前記第1および第2光学部材の屈折率より小さくすることができる。
【0019】
(B)前記土台部材の屈折率を、前記第1および第2光学部材の屈折率より大きくすることができる。
【0020】
(C)前記土台部材の上面を、前記基体において前記第1光学部材が設置されている面とほぼ平行にすることができる。
【0021】
(D)前記土台部材の上面は、円形または楕円形のいずれかであることができる。
【0022】
(E)前記土台部材の上面は、曲面であることができる。
【0023】
(F)前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角であることができる。この構成によれば、液滴を吐出して、前記第2光学部材の前駆体を形成した後硬化させて前記第2光学部材を形成する場合、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する第2光学部材を確実に形成することができる。
【0024】
(G)前記土台部材の上部は、逆テーパ状に形成できる。ここで、「前記土台部材の上部」とは、前記土台部材のうち前記上面近傍の領域をいう。この構成によれば、液滴を吐出して、前記第2光学部材の前駆体を形成した後硬化させて前記第2光学部材を形成する場合、前記土台部材の安定性を保持しつつ、前記土台部材の上面と側面とのなす角をより小さくすることができる。これにより、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する第2光学部材を、より確実に形成することができる。
【0025】
3.本発明の第1および第2の光学部品は、以下の態様(1)〜(4)をとることができる。
【0026】
(1)前記第1および第2光学部材の少なくとも一方は、円球状または楕円球状であることができる。あるいは、前記第1および第2光学部材の少なくとも一方は、切断円球状または切断楕円球状であることができる。ここで、「切断円球状」とは、円球を一平面で切断して得られる形状をいい、該円球は完全な円球のみならず、円球に近似する形状をも含む。また、「切断楕円球状」とは、楕円球を一平面で切断して得られる形状をいい、楕円球は完全な楕円球のみならず、楕円球に近似する形状をも含む。
【0027】
この場合、前記第1および第2光学部材の断面は、円または楕円であることができる。また、この場合、前記第1および第2光学部材に、レンズまたは偏向素子としての機能を付与することができる。
【0028】
(2)前記第1および第2光学部材は、エネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成できる。
【0029】
この場合、前記第1および第2光学部材は、紫外線硬化型樹脂からなることができる。あるいは、この場合、前記第1および第2光学部材は、熱硬化型樹脂からなることができる。
【0030】
(3)前記第2光学部材と前記土台部材との接合部を、封止材で埋め込むことができる。これにより、前記第2光学部材を、前記土台部材の上面上に確実に固定することができる。
【0031】
(4)前記基体上方に凸部が設けられ、前記第1光学部材を、前記凸部の上面上に設けることができる。
【0032】
4.第1の光学部品の製造方法
本発明の第1の光学部品の製造方法は、
(a)基体上方に第1光学部材を形成し、
(b)前記第1光学部材上に、所定波長の光を通過させる材質からなり、かつ、前記第1および第2光学部材と異なる屈折率を有する媒質層を形成し、
(c)前記媒質層上に第2光学部材を形成すること、を含む。
【0033】
本発明によれば、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品を、簡便な方法にて得ることができる。
【0034】
5.第2の光学部品の製造方法
本発明の第2の光学部品の製造方法は、
(a)基体上方に第1光学部材を形成し、
(b)前記第1光学部材上に、所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材を形成し、
(c)前記土台部材の上面に対して液滴を吐出して、第2光学部材の前駆体を形成し、
(d)前記前駆体を硬化させて、第2光学部材を形成すること、を含む。
【0035】
本発明によれば、前記(b)において前記土台部材を形成する際に、前記土台部材の上面の形状や高さおよび設置位置等を調整し、前記(c)において前記液滴を吐出する際に、前記液滴の吐出量を調整すること等によって、前記第2光学部材の設置位置、形状および大きさを良好に制御することができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【0036】
本発明の第2の光学部品の製造方法は、以下の態様(A)〜(C)をとることができる。
【0037】
(A)前記(c)において、前記液滴の吐出を、インクジェット法により行なうことができる。この方法によれば、前記液滴の吐出量の微妙な調整が可能であるため、微細な前記第2光学部材を、前記土台部材の上面上に簡便に設置することができる。
【0038】
(B)さらに、前記(c)より前に、(e)前記液滴に対する前記土台部材の上面の濡れ性を調整することができる。これにより、所望の形状および大きさを有する第2光学部材を形成することができる。ここで、例えば、前記土台部材の上面に、前記液滴に対して親液性または撥液性を有する膜を形成することにより、前記液滴に対する前記土台部材の上面の濡れ性を制御することができる。
【0039】
(C)さらに、(f)前記第2光学部材と前記土台部材との接合部を封止材で埋め込むこと、を含むことができる。これにより、前記土台部材の上面上に前記第2光学部材を簡便な方法にて固定することができる。
【0040】
6.マイクロレンズ基板
本発明のマイクロレンズ基板は、前記光学部品が複数配列されて構成されている。
【0041】
本発明のマイクロレンズ基板によれば、上記構成を有することにより、設置位置、形状および大きさが良好に制御された前記第2光学部材を含むマイクロレンズ基板を得ることができる。
【0042】
7.光素子
本発明の光素子は、前記光学部品が、出射面または入射面上に設置されている。光素子としては、例えば、半導体レーザ、発光ダイオード、EL素子等の発光素子や、フォトダイオード、固体撮像素子(CCD)等の受光素子が例示できる。
【0043】
本発明の光素子には、前記光学部品が設置されている。このため、この光素子を、例えば光ファイバと光学的に結合するに際して、例えば本発明の光素子が発光素子である場合には、前記光学部品にて、この発光素子から出射した光の焦点距離を調整し、かつ収差を小さくした後、この光を光ファイバへと導入させることができる。あるいは、本発明の光素子が受光素子である場合には、前記光学部品にて、光ファイバから出射した光の焦点距離を調整し、かつ収差を小さくした後、この光をこの受光素子へと導入させることができる。
【0044】
8.光モジュール
本発明の光モジュールは、前記光素子と、前記光学部品を介して該光素子と光学的に結合される光ファイバと、を含む。
【0045】
本発明の光モジュールによれば、前記光素子には前記光学部品が設けられているため、例えば前記光素子が発光素子である場合には、前記光学部品にて、この発光素子から出射した光の焦点距離を調整し、かつ収差を小さくした後、この光を光ファイバへと導入させることができる。あるいは、前記光素子が受光素子である場合には、前記光学部品にて、光ファイバから出射した光の焦点距離を調整し、かつ収差を小さくした後、この光をこの受光素子へと導入させることができる。
【0046】
9.表示装置
本発明の表示装置は、前記本発明のマイクロレンズ基板を備えている。このような表示装置としては、例えば、液晶表示体、液晶プロジェクタ、EL表示体を挙げることができる。
【0047】
10.撮像素子
本発明の撮像素子は、前記本発明のマイクロレンズ基板を備えている。このような撮像素子としては、例えば、固体撮像素子が例示できる。
【0048】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0049】
1.光学部品の構造
図1は、本発明を適用した一実施の形態に係る光学部品100を模式的に示す断面図である。図2は、図1に示す光学部品100を模式的に示す平面図である。なお、図1は、図2のA−A線における断面を示す図である。
【0050】
また、図8,図10および図12はそれぞれ、図1に示す光学部品100の土台部材12の形状を変えた変形例を模式的に示す断面図であり、図9,図11および図13はそれぞれ、図8,図10および図12に示す光学部品110,120,130を模式的に示す平面図である。
【0051】
本実施の形態の光学部品100は、基体10の上方に設けられた第1光学部材18と、第1光学部材18の上に設けられた土台部材(媒質層)12と、土台部材12の上面12a上に設けられた第2光学部材14とを含む。第1および第2光学部材18,14は、例えば、入射した光を集光、偏向、または分光する機能を有することができる。以下、主に図1および図2を参照して、本実施の形態の光学部品100の各構成要素について説明する。
【0052】
[基体]
基体10の材質は特に限定されないが、例えばシリコン基板やGaAs基板等の半導体基板や、ガラス基板等が挙げられる。
【0053】
[土台部材]
(A)材質
本実施の形態の光学部品100においては、土台部材12は、所定波長の光を通過させる材質からなる。具体的には、土台部材12は、第1光学部材18または第2光学部材14から入射した光を通過させることができる材質からなる。例えば、土台部材12は、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、あるいはフッ素系樹脂を用いて形成することができる。
【0054】
また、土台部材12は、基体10と一体化して形成されたものであってもよい。すなわち、この場合、土台部材12は基体10と同一の材料から形成される。このような土台部材12は、例えば、基体10をパターニングすることにより形成できる。
【0055】
(B)立体形状
図1および図2に示す土台部材12の立体形状を変えた変形例(光学部品110,120,130)を図8〜図13に示す。図1,図2および図8〜図13に示すように、土台部材の立体形状は特に限定されるわけではないが、少なくともその上面上に第2光学部材を設置することができる構造であることが必要とされる。例えば図1に示すように、光学部品100の土台部材12では、上面12a上に第2光学部材14を設置することができる。
【0056】
また、土台部材12の上面12aは、基体10において第1光学部材18が設置されている面、すなわち基体10の上面10aとほぼ平行である。
【0057】
さらに、図1および図2に示すように、土台部材12の上面12aと側面12bとのなす角θを鋭角にすることができる。ここで、土台部材12の側面12bとは、土台部材12の側部において上面12aに接する面をいう。図1および図2に示す光学部品100においては、土台部材12の上部12cが逆テーパ状、すなわちにひさし状に形成されている場合を示している。
【0058】
第2光学部材14は、土台部材12の上面12aに対して液滴を吐出して、第2光学部材の前駆体(後述する)を形成した後、この前駆体を硬化させることにより形成される。したがって、土台部材12の上面12aと側面12bとのなす角θが鋭角であることにより、土台部材12の上面12aに対して液滴を吐出する際に、土台部材12の側面12bが液滴で濡れるのを防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14を確実に形成することができる。
【0059】
特に、図1および図2に示す光学部品100においては、土台部材12の上部12cが逆テーパ状であることにより、土台部材12の安定性を保持しつつ、土台部材12の上面12aと側面12bとのなす角θをより小さくすることができる。これにより、土台部材12の側面12bが液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14をより確実に形成することができる。
【0060】
(C)上面の形状
土台部材の上面の形状は、土台部材の上面上に形成される第2光学部材の機能や用途によって定められる。言い換えれば、土台部材の上面の形状を制御することによって、第2光学部材の形状を制御することができる。
【0061】
例えば、光学部品100(図1および図2参照)では、土台部材12の上面12aの形状は円である。また、本実施の形態の変形例の光学部品110,120,140〜160(図8〜図11および図14〜図16参照)においても、土台部材の上面の形状が円である場合を示す。
【0062】
本実施の形態の光学部品を、例えばレンズまたは偏向素子として用いる場合、土台部材の上面の形状を円にする。これにより、第2光学部材の立体形状を、円球状または切断円球状に形成することができ、得られた光学部品をレンズまたは偏向素子として用いることができる。詳しくは、光学部材の欄で説明する。
【0063】
また、図示しないが、光学部材を、例えば異方性レンズまたは偏向素子として用いる場合、土台部材の上面の形状を楕円にする。これにより、第2光学部材の立体形状を、楕円球状または切断楕円球状に形成することができ、得られた光学部材を異方性レンズまたは偏向素子として用いることができる。
【0064】
なお、土台部材12(図1および図2参照),22(図8および図9参照),32(図10および図11参照)はいずれも、その上面が平面からなる場合を示したが、図12および図13に示すように、土台部材42の上面42aは、曲面であってもよい。これにより、図12および図13に示す光学部品130においては、ほぼ円球状の光学部材24を、土台部材42の上面42a上に設置することができる。
【0065】
[第1および第2光学部材]
(A)立体形状
第1および第2光学部材18,14は、その用途および機能に応じた立体形状を有する。第1および第2光学部材18,14の立体形状については、[土台部材]の欄で併せて説明したので、詳しい説明は省略する。
【0066】
(B)材質
第1および第2光学部材18,14は、例えば熱または光等のエネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成される。具体的には、第2光学部材14は、土台部材12の上面12aに対して、前記液体材料からなる液滴を吐出して、第2光学部材の前駆体(後述する)を形成した後、この前駆体を硬化させることにより形成される。また、第1光学部材18も、第2光学部材14と同様に、液滴を吐出することにより形成することができる。すなわち、基体10の表面に対して、前記液体材料からなる液滴を吐出して、第1光学部材の前駆体(図示せず)を形成した後、この前駆体を硬化させることにより形成することができる。
【0067】
前記液体材料としては、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体が挙げられる。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、熱硬化型のポリイミド系樹脂が例示できる。
【0068】
第1および第2光学部材18,14の屈折率は、光学部品100の用途に応じて適宜設定することができる。第1および第2光学部材18,14、ならびに土台部材12の屈折率を調整することにより、光学部品100から出射する光の焦点距離を制御し、かつ収差を小さくすることができる。具体的には、第1および第2光学部材18,14の材質を適宜選択することにより、第1および第2光学部材18,14の屈折率を調整することができる。
【0069】
例えば、第1および第2光学部材18,14の屈折率を、土台部材12の屈折率より大きくする。これにより、第1光学部材18に入射した後第2光学部材14から出射する光(あるいは、第2光学部材14に入射した後第1光学部材18から出射する光)の焦点距離をより長くすることができる。
【0070】
この場合において、図1および図2に示す光学部品100をレンズとして適用した例を図3に示す。この場合、図3に示すように、第1光学部材18によって光が集光された後、第2光学部材14によって光が再度集光される。
【0071】
また、図1および図2に示す光学部品100を偏向素子として適用した例を図4に示す。この場合、図4に示すように、第1および第2光学部材18,14によって光の進行方向を変化させることができる。
【0072】
あるいは、例えば、第1および第2光学部材18,14の屈折率を、土台部材12の屈折率より小さくする。これにより、第1光学部材18に入射した後第2光学部材14から出射する光(あるいは、第2光学部材14に入射した後第1光学部材18から出射する光)の焦点距離をより短くすることができる。
【0073】
2.光学部品の製造方法
次に、図1および図2に示す光学部品100の製造方法について、図5〜図7を参照して説明する。図5(a)〜図5(c)、図6(a)〜図6(e)、および図7(a)および図7(b)はそれぞれ、図1および図2に示す光学部品100の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【0074】
(1)第1光学部材18の形成
まず、基体10上に第1光学部材18を形成する(図5(a)〜図5(c)参照)。第1光学部材18は、図5(a)に示すように、液滴18bを吐出して第1光学部材18の前駆体18aを形成する。次いで、この前駆体18aに対して、熱または光等のエネルギー15を付加することにより、この前駆体18aを硬化させる。これにより、第1光学部材18を得る。
【0075】
液滴18bを構成する液体材料は、エネルギー15を付加することによって硬化可能な性質を有する。また、液滴18bを吐出する方法や、前駆体18aを硬化させる方法は、後述する第2光学部材14を形成する際に用いる方法と同様の方法を用いることができる。また、液滴18bを構成する液体材料の種類を適宜選択して、第1光学部材18の屈折率が所定の値になるように調整する。
【0076】
(2)土台部材12の形成
次いで、基体10上に土台部材12を形成する(図6(a)〜図6(e)参照)。土台部材12の形成は、土台部材12の材質や形状ならびに大きさに応じて適切な方法(例えば選択成長法、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、リフトオフ法、転写法等)を選択することができる。ここでは、土台部材12をポリイミド樹脂で形成する場合について説明する。
【0077】
まず、第1光学部材18を覆うように、ポリイミド前駆体を塗布した後、レジストを変質させない程度の温度(例えば130℃)で熱処理を行なう(図6(a)参照)。これにより、樹脂層12xを形成する。ここで、樹脂層12xは、形状を保持できる状態であるものの、完全に硬化していない状態である。また、この熱処理においては、樹脂層12xの上面の上方から熱を加えることにより、樹脂層12xのうち基体10に近い部分よりも、樹脂層12xのうち上面に近い部分(樹脂層12xのうちレジスト層R1に近い部分)の硬化の度合いを大きくする。
【0078】
次に、樹脂層12x上にレジスト層R1を形成した後、所定のパターンのマスク13を用いてフォトリソグラフィ工程を行なう(図6(b)参照)。これにより、所定のパターンのレジスト層R1が形成される(図6(c)参照)。この場合、樹脂層12xの下には第1光学部材18が形成されているため、フォトリソグラフィ工程において、この第1光学部材18を、レジスト層R1の位置合わせに用いることができる。
【0079】
次いで、レジスト層R1をマスクとして、例えばアルカリ系溶液を用いて、樹脂層12xをウエットエッチングする(図6(d)参照)。この工程において、レジスト層R1の直下部分すなわち樹脂層12xの上部は、他の部分と比較してエッチャントの侵入速度が遅いためエッチングされにくい。また、前記熱処理により、樹脂層12xの上面に近い部分の硬化の度合いが基体10に近い部分の硬化の度合いよりも大きくなっている。これにより、樹脂層12xの上面に近い部分は、基体10に近い部分よりもウエットエッチングにおけるエッチングレートが小さい。このため、該ウエットエッチング時において、樹脂層12xの上面に近い部分は、基体10に近い部分に比較してエッチング速度が遅いため、樹脂層12xの上面に近い部分は、基体10に近い部分と比較してより多く残存する。これにより、逆テーパ状の上部12cを有する樹脂層12xを得ることができる(図6(d)参照)。次いで、レジスト層R1を除去した後、約350℃で熱処理を行なうことにより、樹脂層12xを完全に硬化させる。これにより、土台部材12が得られる(図6(e)参照)。
【0080】
(3)第2光学部材14の形成
次いで、第2光学部材14を形成する(図7(a)および図7(b)参照)。具体的には、土台部材12の上面12aに対して、第2光学部材14を形成するための液体材料の液滴14bを吐出して、第2光学部材の前駆体14aを形成する。前述したように、この液体材料は、エネルギー15を付加することによって硬化可能な性質を有する。付加するエネルギー15の量は、前駆体14aの形状、大きさおよび材質によって適宜調整する。
【0081】
ここで、土台部材12の上部12cは逆テーパ状に形成されている。この場合、土台部材12の上面12aと、側面12bとのなす角θが鋭角であるため、土台部材12の側面12bが液滴で濡れるのを確実に防止することができる。これにより、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14をより確実に形成することができる。
【0082】
液滴14bを吐出する方法としては、例えば、ディスペンサ法またはインクジェット法が挙げられる。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴14bを吐出する場合に有効である。また、インクジェット法は、インクジェットヘッドを用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置についてμmオーダーの単位で制御が可能である。また、吐出する液滴の量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造の光学部材を作製することができる。
【0083】
なお、液滴14bを吐出する前に、必要に応じて、土台部材12の上面12aに親液性処理または撥液性処理を行なうことにより、液滴14bに対する上面12aの濡れ性を制御することができる。これにより、所定の形状および大きさを有する第2光学部材14を形成することができる。
【0084】
次いで、第2光学部材の前駆体14aを硬化させて、第2光学部材14を形成する(図7(b)参照)。具体的には、この前駆体14aに対して、熱または光等のエネルギーを付与する。この前駆体14aを硬化する際は、前記液体材料の種類により適切な方法を用いる。具体的には、例えば、熱エネルギーの付加、あるいは紫外線またはレーザ光等の光照射が挙げられる。以上の工程により、第2光学部材14が得られる。以上の工程により、光学部品100が得られる(図1および図2参照)。
【0085】
3.作用効果
本実施の形態に係る光学部品およびその製造方法は、以下に示す作用効果を有する。
【0086】
(1)第1に、光学部品100から出射する光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品100を得ることができる。一般に、レンズの曲率が大きいほど、レンズの収差は大きくなる。これに対して、本実施の形態の光学部品100によれば、光学部品100に入射した光は、第1および第2光学部材18,14によって集光されるため、第1および第2光学部材18,14の曲率を大きくせずに、光をより効率的に集めることができる。これにより、光学部品100から出射する光の焦点距離を短くすることができる。さらに、第1および第2光学部材18,14の形状および大きさを調整することによって、出射光の焦点距離や収差を適宜設定することができるため、設計の自由度を大きくすることができる。例えば、第1および第2光学部材18,14の形状および大きさを調整することにより、光学部品100から出射する光の収差が小さくなるように調整することができる。
【0087】
(2)第2に、第2光学部材14の大きさおよび形状を厳密に制御することができる。すなわち、第2光学部材14の形状は、液滴14bの吐出量によって制御することができる。これにより、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14を含む光学部品100を得ることができる。その理由について、以下説明する。
【0088】
本実施の形態に係る光学部品の製造方法によれば、図7(b)に示すように、第2光学部材の前駆体14aは、土台部材12の上面12a上に形成される。これにより、土台部材12の側面12bが前駆体14aで濡れない限り、前駆体14aには土台部材12の表面張力は作用せず、前駆体14aの表面張力が主に作用する。このため、前駆体14aを形成するための液滴14bの量を調整することによって、前駆体14aの形状を制御することができる。これにより、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14を得ることができる。
【0089】
(3)第3に、第2光学部材14の設置位置を厳密に制御することができる。前述したように、第2光学部材14は、土台部材12の上面12aに対して液滴14bを吐出して、前駆体14aを形成した後、この前駆体14aを硬化させて形成される(図7(b)参照)。一般に、吐出された液滴の着弾位置を厳密に制御するのは難しい。しかしながら、この方法によれば、特に位置合わせを行なうことなく土台部材12の上面12a上に第2光学部材14を形成することができる。すなわち、土台部材12の上面12a上に単に液滴14bを吐出することによって、位置合わせを行なうことなく第2光学部材の前駆体14aを形成することができる。言い換えれば、土台部材12を形成する際のアライメント精度にて第2光学部材14を形成することができる。これにより、設置位置が制御された第2光学部材14を簡易に得ることができる。
【0090】
(4)第4に、土台部材12の上面12aの形状を適宜設定することによって、第2光学部材14の形状を適宜設定することができる。すなわち、土台部材12の上面12aの形状を適宜選択することによって、所定の機能を有する第2光学部材14を形成することができる。したがって、土台部材12の上面12aの形状を変えることによって、異なる機能を有する光学部材を同一の基体の上方に複数設置することもできる。
【0091】
(5)第5に、土台部材12の高さを制御することにより、基体10と第2光学部材14との距離を制御することができる。これにより、基体10の上面10aから第2光学部材14までの距離を変化させることができる。この結果、設置位置が制御された第2光学部材14を簡便な方法にて形成することができる。
【0092】
[変形例]
次に、本実施の形態の光学部品100の別の変形例について説明する。図14〜図18はそれぞれ、図1に示す光学部品100の変形例1〜5の光学部品140〜180を模式的に示す断面図である。なお、各変形例において、本実施の形態の光学部品100と同様の構成を有する部分については、詳しい説明は省略する。
【0093】
(1)変形例1
図14は、変形例1の光学部品140を模式的に示す断面図である。図14に示す光学部品140においては、土台部材12と第2光学部材14との接合部が封止材19で覆われている。なお、他の変形例および後述する他の実施形態の光学部品においても同様に、必要に応じて、封止材19によって、土台部材と第2光学部材との接合部を覆うことができる。また、封止材160の材質は、第2光学部材14を土台部材12上に確実に固定することができるのであれば特に限定されないが、例えば樹脂を用いることができる。
【0094】
(2)変形例2
図15は、変形例2の光学部品150を模式的に示す断面図である。図15に示す光学部品150では、第1光学部材18が、基体10上に設けられた凸部52の上面52a上に設けられている。ここで、第1光学部材18は、第2光学部材14と同様の方法にて形成することができる。すなわち、第1光学部材18を形成する工程において、凸部52は、第2光学部材14を形成する際の土台部材12と同様の機能を有する。なお、図15に示す光学部品150では、この凸部52が基体10上に形成されている場合について示しているが、この凸部52は、基体10に一体化して形成されていてもよい。
【0095】
(3)変形例3
図16は、変形例3の光学部品160を模式的に示す断面図である。変形例3の光学部品160は、2つの第1光学部材18と、1つの第2光学部材14との3つの光学部材を含む。具体的には、基体10上に形成された第1光学部材18の上に土台部材12が形成され、その上に、第1光学部材18と土台部材12が形成されている。さらに、その土台部材12の上面12a上に第2光学部材14が設けられている。このように、第1光学部材18を複数設けることができる。このように、第1光学部材および土台部材を複数設けることにより、出射する光の収差をより精密に調整することができるうえ、第2光学部材14から基体10までの距離を調整することができる。
【0096】
(4)変形例4
図17は、変形例4の光学部品170を模式的に示す断面図である。この光学部品170は、基体10上に設けられた第1光学部材18と、第1光学部材18上に設けられた媒質層112と、媒質層112上に設けられた第2光学部材34とを含む。図17に示すように、この光学部品170においては、媒質層112の上面112aの少なくとも一部に第2光学部材34が形成されている場合について示している。
【0097】
媒質層112は、所定波長の光を通過させる材質からなり、かつ、第1および第2光学部材18,34と異なる屈折率を有する。媒質層112の屈折率は、光学部品100の用途に応じて適宜設定することができる。第1および第2光学部材18,34の屈折率とともに、媒質層112の屈折率を調整することにより、出射する光の焦点距離および収差を調整することができる。具体的には、第1および第2光学部材18,34ならびに媒質層112の材質を適宜選択することにより、これらの層の屈折率を調整することができる。
【0098】
例えば、媒質層112の屈折率を、第1および第2光学部材18,34の屈折率より小さくする。これにより、第1光学部材18に入射した後第2光学部材34から出射する光(あるいは、第2光学部材34に入射した後第1光学部材18から出射する光)の焦点距離をより長くすることができる。
【0099】
あるいは、例えば、媒質層112の屈折率を、第1および第2光学部材18,34の屈折率より小さくする。これにより、第1光学部材18に入射した後第2光学部材34から出射する光(あるいは、第2光学部材34に入射した後第1光学部材18から出射する光)の焦点距離をより短くすることができる。
【0100】
(5)変形例5
図18は、変形例5の光学部品180を模式的に示す断面図である。この光学部品180は、基体10上に設けられた第1光学部材18と、第1光学部材18上に設けられた媒質層212と、媒質層212上に設けられた第2光学部材34とを含む。光学部品180は、媒質層212に凸部62が設けられており、この凸部62の上面62a上に第1光学部材34が設けられている点以外は、図17に示す光学部品170と同様の構成を有する。このため、図18に示す光学部品180について、光学部品170と同様の構成を有する箇所については、詳しい説明は省略する。
【0101】
図18に示す凸部62は、図1および図2に示す光学部品100の土台部材12と同様の機能を有する。具体的には、凸部62の上面62a上に第2光学部材34を形成する工程において、凸部62は、土台部材12と同様の機能を有する。
【0102】
(第2の実施の形態)
1.マイクロレンズ基板
図19は、本発明の第2の実施の形態のマイクロレンズ基板を模式的に示す断面図である。図20は、図19に示すマイクロレンズ基板を模式的に示す平面図である。また、図19は、図20のA−A線に沿った断面を模式的に示す図である。
【0103】
本実施の形態は、第1の実施の形態の光学部品100をマイクロレンズ基板に適用した例を示している。マイクロレンズ基板は例えば、液晶ディスプレイパネルの画素部、固体撮像装置(CCD)の受光面、光ファイバの光結合部に設置される。
【0104】
図19および図20に示すように、マイクロレンズ基板200は、基体210と、基体210の上方に設置された複数の光学部品100とを含む。この複数の光学部品100は、所定の方向に配列されている。基体210は、例えばガラス基板やプラスチック基板からなる。
【0105】
また、このマイクロレンズ基板200においては、複数の光学部品100が格子状に配列している場合について説明したが、光学部品100の配列方式はこれに限定されるわけではなく、例えば、千鳥状等、種々の配列方式が適用可能である。
【0106】
なお、本実施の形態においては、マイクロレンズ基板200が、第1の実施の形態の光学部品100を含む場合について説明したが、この光学部品100のかわりに、前述した変形例の光学部品(図8〜図18参照)を用いることもできる。
【0107】
2.作用効果
本実施の形態のマイクロレンズ基板200は、前述した第1の実施の形態の光学部品100と同様の作用効果を有する。
【0108】
(第3の実施の形態)
1.光素子
図21は、本発明の第3の実施の形態の光素子を模式的に示す断面図である。図22は、図21に示す光素子を模式的に示す平面図である。また、図22は、図21のA−A線に沿った断面を模式的に示す図である。
【0109】
本実施の形態の光素子300には、出射面108の上に光学部品190が設けられている。この光学部品190は、第1の実施の形態の光学部品100と同様の構成を有する。すなわち、この光学部品190は、光素子300の出射面108上に設けられている点以外は、第1の実施の形態の光学部品100と同様の構成を有する。
【0110】
光素子300は、n型GaAsからなる半導体基板101と、半導体基板101上に形成された共振器140とを含む。
【0111】
共振器140には柱状部130が形成されている。ここで、柱状部130とは、共振器140の一部であって、少なくとも第2ミラー104を含む柱状の半導体堆積体をいう。この柱状部130は絶縁層106で埋め込まれている。すなわち、柱状部130の側面は絶縁層106で取り囲まれている。さらに、この絶縁層106の上面106aは、出射面108よりも上部に形成されている。また、柱状部130上には第1電極107が形成されている。
【0112】
共振器140は、例えば、n型Al0.9Ga0.1As層とn型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した40ペアの分布反射型多層膜ミラー(以下、「第1ミラー」という)102、GaAsウエル層とAl0.3Ga0.7Asバリア層からなり、ウエル層が3層で構成される量子井戸構造を含む活性層103、およびp型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した25ペアの分布反射型多層膜ミラー(以下、「第2ミラー」という)104が順次積層されて構成されている。なお、第1ミラー102、活性層103、および第2ミラー104を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
【0113】
第2ミラー104は、例えばCがドーピングされることによりp型にされ、第1ミラー102は、例えばSiがドーピングされることによりn型にされている。したがって、第2ミラー104、不純物がドーピングされていない活性層103、および第1ミラー102により、pinダイオードが形成される。
【0114】
また、共振器140のうち出射面108の上方から第1ミラー102の途中にかけての部分が、出射面108の上方から見て円形の形状にエッチングされて、柱状部130が形成されている(図22参照)。なお、本実施の形態では、柱状部130の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることが可能である。
【0115】
さらに、第2ミラー104を構成する層のうち活性層103に近い領域に、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層105が形成されている。この電流狭窄層105は、リング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層105は、図1におけるX−Y平面に平行な面で切断した場合における断面が同心円状である形状を有する。
【0116】
また、本実施の形態に係る面発光型発光素子100においては、柱状部130の側面ならびに第1ミラー102の上面を覆うようにして、絶縁層106が形成されている。絶縁層106は、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂からなるのが望ましく、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂からなるのが望ましい。
【0117】
また、柱状部130および絶縁層106の上面106aには、第1電極107が形成されている。さらに、柱状部130上面の中央部には、第1電極107が形成されていない部分(開口部)が設けられている。この部分の底面が出射面108であり、レーザ光の出射口となる。第1電極107は、例えばAuとZnの合金とAuとの積層膜からなる。
【0118】
さらに、半導体基板101の裏面には、第2電極109が形成されている。すなわち、図21および図22に示す面発光型発光素子100では、柱状部130上で第1電極107と接合し、かつ、半導体基板101の裏面101bで第2電極109と接合し、この第1電極107および第2電極109によって活性層103に電流が注入される。第2電極109は、例えばAuとGeの合金とAuとの積層膜からなる。なお、第1および第2電極107,109を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えばTiやPtなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
【0119】
この光素子300では、絶縁層106の上面106aが、出射面108よりも高い位置に形成されている。したがって、光学部品190の第1光学部材118は、絶縁層106と出射面108とによって形成される凹部に、第1電極107を介して形成されている。すなわち、第1光学部材118が前記凹部に形成されていることにより、安定した状態で第1光学部材118を出射面108上に設置することができる。
【0120】
なお、本実施の形態においては、光素子300として、面発光型半導体レーザを用いた場合について説明するが、本実施の形態の光素子に適用可能なデバイスはこれに限定されるわけではなく、例えば、フォトダイオード等の受光素子や、発光ダイオードやEL装置等の発光素子を用いることができる。この場合、受光素子の場合は、入射面上に本発明の光学部品を設置することができ、発光素子の場合は、出射面上に本発明の光学部品を設置することができる。
【0121】
2.作用効果
本実施の形態の光素子300は、前述した第1の実施の形態の光学部品100と同様の作用効果を有する。
【0122】
(第4の実施の形態)
1.光素子
図23は、本発明の第4の実施の形態の光素子を模式的に示す断面図である。図24は、図23に示す光素子を模式的に示す平面図である。また、図23は、図24のA−A線に沿った断面を模式的に示す図である。
【0123】
本実施の形態の光素子400には、出射面108の上に、第1の実施の形態の一変形例である光学部品110(図8および図9参照)が設けられている。また、光素子400の各構成要素(光学部品110を除く)は、絶縁層106が出射面108とほぼ同じ高さに形成され、同一平面を構成している点以外は、第3の実施の形態の光素子300と同様であるため、詳しい説明は省略する。
【0124】
2.作用効果
本実施の形態の光素子400は、前述した第1の実施の形態の光学部品100と同様の作用効果を有する。
【0125】
(第5の実施の形態)
1.光モジュール
図25は、本発明の第5の実施の形態の光モジュールを模式的に示す図である。光モジュールは一般に、光通信システムを構成する光デバイスであり、発光素子や受光素子等の光素子と、光ファイバと、これらを光学的に結合させるレンズとから構成される。
【0126】
本実施の形態の光モジュール500は、モジュール本体524と、光ファイバ510とからなる。モジュール本体524は、光素子300と、集光レンズ522とを含む。この光素子300および集光レンズ522は、パッケージ524に設置されている。パッケージ524には不活性ガス等が封入されており、かつ、内部に、ペルチェ素子等からなるヒートシンク12が設けられている。ヒートシンク12上の前方には、第3の実施の形態の光素子300が、ヒートシンク12上の後方には、光検出器523が、それぞれ搭載されている。また、光素子300と光ファイバ510との間の光路上には、集光レンズ522が設けられている。集光レンズ522は、光素子300と光ファイバ510とを光学的に結合させる機能を有する。
【0127】
光素子300を駆動させると、光素子300の出射面108(図21および図22参照)からレーザ光が出射する。このレーザ光は、光学部品190へと入射した後、光学部品190によって集光される。この光学部品190によって、レーザ光の伝搬方向が調整された後、光学部品190の外部へと出射する。この出射光は、集光レンズ522によって集光された後、光ファイバ510のコア511に入射する。
【0128】
なお、本実施の形態において、光素子300のかわりに光素子400を用いることもできる。すなわち、本実施の形態で用いられる光素子は、本発明の光学部品が適用されているものであればよい。
【0129】
2.作用効果
本実施の形態の光モジュール500は、前述した第1の実施の形態の光学部品100と同様の作用効果を有する。
【0130】
さらに、本実施の形態の光素子300においては、光素子300の出射面108から出射した光は、光学部品190によって、伝搬方向が調整された後、外部へと出射される。このため、集光レンズ522に導入される前に、別の光学部材によって光の伝搬方向を調整する必要がない。これにより、装置の簡素化を図ることができる。
【0131】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る光学部品を模式的に示す断面図である。
【図2】図1に示す光学部品を模式的に示す平面図である。
【図3】図1および図2に示す光学部品がレンズとして機能する場合を模式的に示す断面図である。
【図4】図1および図2に示す光学部品が偏向素子として機能する場合を模式的に示す断面図である。
【図5】図5(a)〜図5(c)は、図1および図2に示す光学部品の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図6】図6(a)〜図6(e)は、図1および図2に示す光学部品の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図7】図7(a)および図7(b)は、図1および図2に示す光学部品の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図8】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図9】図8に示す光学部品を模式的に示す平面図である。
【図10】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図11】図10に示す光学部品を模式的に示す平面図である。
【図12】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図13】図12に示す光学部品を模式的に示す平面図である。
【図14】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図15】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図16】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図17】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図18】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図19】第2の実施の形態のマイクロレンズ基板を模式的に示す断面図である。
【図20】図19に示すマイクロレンズ基板を模式的に示す平面図である。
【図21】第1の実施の形態の光学部品が設置された光素子を模式的に示す断面図である。
【図22】図21に示す光素子を模式的に示す平面図である。
【図23】第1の実施の形態の光学部品が設置された光素子を模式的に示す断面図である。
【図24】図23に示す光素子を模式的に示す平面図である。
【図25】第3の実施の形態の光学部品が設置された光モジュールを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
10,210 基体、 10a 基体の上面、 12,22,32,42,62,122 土台部材、 12a,22a,32a,42a,122a 土台部材の上面、 12b 土台部材の側面、 12c 土台部材の上部、 12x 樹脂層、 13 マスク、 14,24,34,114 第2光学部材、 14a 第2光学部材の前駆体、 14b 液滴、 15 エネルギー、 16 ガス、 17 液滴吐出口、 18,118 第1光学部材、 18a 第1光学部材の前駆体、 18b 液滴、 19 封止材、 52 凸部、 52a 凸部の上面、 100,110,120,130,140,150,160,170,180,190 光学部品、 101 半導体基板、 101a 半導体基板の表面、 101b 半導体基板の裏面、 102 第1ミラー、 103 活性層、 104 第2ミラー、 105 酸化狭窄層、 106 絶縁層、 106a 絶縁層の上面、 107 第1電極、 108 出射面、 109 第2電極、 112,212 媒質層、 112a 媒質層の上面、 130 柱状部、 140 共振器、 200 マイクロレンズ基板、 300,400光素子、 500 光モジュール、 510 光ファイバ、 511 コア、512 クラッド、 520 モジュール本体、 521 ヒートシンク、 522 集光レンズ、 523 光検出器、 524 パッケージ本体、 R1
レジスト層
【発明の属する技術分野】
本発明は、設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含み、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品およびその製造方法、ならびに該光学部品を含む光素子および光モジュールに関する。
【0002】
また、本発明は、マイクロレンズ基板およびその製造方法、光素子、光モジュールに関する。
【0003】
【背景技術】
例えばレンズなどの光学部材を製造する方法の一つとして、液体材料からなる液滴を基体上に吐出した後に硬化させる方法が知られている。しかしながら、この方法においては、液滴と基体との間の接触角によって、得られる光学部材の形状が制約されるため、出射光の焦点距離が適度に調整された光学部材を得るのが難しかった。
【0004】
また、例えば、基体表面の濡れ性を調整することで、所望の形状の光学部材を形成する方法がある(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平2−165932号公報
【0006】
【特許文献2】
特開2000−280367号公報
しかしながら、この方法では、光学部材の形状、大きさおよび設置位置を厳密に制御するためには十分ではなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含み、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品およびその製造方法、ならびに該光学部品を含む光素子および光モジュールを提供することにある。
【0008】
また、本発明の目的は、光学部品の設置位置、形状および大きさが良好に制御されたマイクロレンズ基板、ならびに該マイクロレンズ基板を備えた表示装置、撮像素子を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
1.第1の光学部品
本発明の第1の光学部品は、
基体上方に設けられた第1光学部材と、
前記第1光学部材上に設けられた媒質層と、
前記媒質層上に設けられた第2光学部材と、を含み、
前記媒質層は、所定波長の光を通過させる材質からなり、かつ、前記第1および第2光学部材と異なる屈折率を有する。
【0010】
この場合、前記媒質層の屈折率は、前記第1および第2光学部材の屈折率より小さくできる。また、この場合、前記媒質層の屈折率は、前記第1および第2光学部材の屈折率より大きくできる。
【0011】
本発明によれば、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品を得ることができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【0012】
2.第2の光学部品
本発明の第2の光学部品は、
基体上方に設けられた第1光学部材と、
前記第1光学部材上に設けられ、所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた第2光学部材と、を含む。
【0013】
ここで、「基体」とは、前記第1の光学部材を設置できる面を有する物をいう。前記第1の光学部材を設置できる面は、前記第1の光学部材を設置できる限り、平面であってもよいし曲面であってもよい。したがって、このような面を有していれば、前記基体自体の形状は特に限定されない。
【0014】
また、「土台部材」は、前記第2の光学部材を設置できる上面を有する部材であり、「土台部材の上面」とは、前記第2光学部材が設置される面をいう。前記土台部材の上面は、前記第2光学部材を設置できる限り、平面であってもよいし曲面であってもよい。さらに、「光学部材」とは、光の性質や進行方向を変える機能を有する部材をいう。
【0015】
さらに、「所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材」とは、前記土台部材に入射した光が、該土台部材から出射することをいい、前記土台部材に入射した光がすべて該土台部材から出射する場合だけでなく、前記土台部材に入射した光の一部のみが該土台部材から出射する場合を含む。
【0016】
本発明によれば、上記構成を有することにより、前記第1および第2光学部材の形状や大きさ等を制御することによって、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品を得ることができる。また、前記土台部材の上面の形状や高さ等を制御することによって、設置位置、形状および大きさが良好に制御された第2の光学部材を含む光学部品を得ることができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【0017】
本発明の第2の光学部品は、以下の態様(A)〜(G)をとることができる。
【0018】
(A)前記土台部材の屈折率を、前記第1および第2光学部材の屈折率より小さくすることができる。
【0019】
(B)前記土台部材の屈折率を、前記第1および第2光学部材の屈折率より大きくすることができる。
【0020】
(C)前記土台部材の上面を、前記基体において前記第1光学部材が設置されている面とほぼ平行にすることができる。
【0021】
(D)前記土台部材の上面は、円形または楕円形のいずれかであることができる。
【0022】
(E)前記土台部材の上面は、曲面であることができる。
【0023】
(F)前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角であることができる。この構成によれば、液滴を吐出して、前記第2光学部材の前駆体を形成した後硬化させて前記第2光学部材を形成する場合、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する第2光学部材を確実に形成することができる。
【0024】
(G)前記土台部材の上部は、逆テーパ状に形成できる。ここで、「前記土台部材の上部」とは、前記土台部材のうち前記上面近傍の領域をいう。この構成によれば、液滴を吐出して、前記第2光学部材の前駆体を形成した後硬化させて前記第2光学部材を形成する場合、前記土台部材の安定性を保持しつつ、前記土台部材の上面と側面とのなす角をより小さくすることができる。これにより、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する第2光学部材を、より確実に形成することができる。
【0025】
3.本発明の第1および第2の光学部品は、以下の態様(1)〜(4)をとることができる。
【0026】
(1)前記第1および第2光学部材の少なくとも一方は、円球状または楕円球状であることができる。あるいは、前記第1および第2光学部材の少なくとも一方は、切断円球状または切断楕円球状であることができる。ここで、「切断円球状」とは、円球を一平面で切断して得られる形状をいい、該円球は完全な円球のみならず、円球に近似する形状をも含む。また、「切断楕円球状」とは、楕円球を一平面で切断して得られる形状をいい、楕円球は完全な楕円球のみならず、楕円球に近似する形状をも含む。
【0027】
この場合、前記第1および第2光学部材の断面は、円または楕円であることができる。また、この場合、前記第1および第2光学部材に、レンズまたは偏向素子としての機能を付与することができる。
【0028】
(2)前記第1および第2光学部材は、エネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成できる。
【0029】
この場合、前記第1および第2光学部材は、紫外線硬化型樹脂からなることができる。あるいは、この場合、前記第1および第2光学部材は、熱硬化型樹脂からなることができる。
【0030】
(3)前記第2光学部材と前記土台部材との接合部を、封止材で埋め込むことができる。これにより、前記第2光学部材を、前記土台部材の上面上に確実に固定することができる。
【0031】
(4)前記基体上方に凸部が設けられ、前記第1光学部材を、前記凸部の上面上に設けることができる。
【0032】
4.第1の光学部品の製造方法
本発明の第1の光学部品の製造方法は、
(a)基体上方に第1光学部材を形成し、
(b)前記第1光学部材上に、所定波長の光を通過させる材質からなり、かつ、前記第1および第2光学部材と異なる屈折率を有する媒質層を形成し、
(c)前記媒質層上に第2光学部材を形成すること、を含む。
【0033】
本発明によれば、光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品を、簡便な方法にて得ることができる。
【0034】
5.第2の光学部品の製造方法
本発明の第2の光学部品の製造方法は、
(a)基体上方に第1光学部材を形成し、
(b)前記第1光学部材上に、所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材を形成し、
(c)前記土台部材の上面に対して液滴を吐出して、第2光学部材の前駆体を形成し、
(d)前記前駆体を硬化させて、第2光学部材を形成すること、を含む。
【0035】
本発明によれば、前記(b)において前記土台部材を形成する際に、前記土台部材の上面の形状や高さおよび設置位置等を調整し、前記(c)において前記液滴を吐出する際に、前記液滴の吐出量を調整すること等によって、前記第2光学部材の設置位置、形状および大きさを良好に制御することができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【0036】
本発明の第2の光学部品の製造方法は、以下の態様(A)〜(C)をとることができる。
【0037】
(A)前記(c)において、前記液滴の吐出を、インクジェット法により行なうことができる。この方法によれば、前記液滴の吐出量の微妙な調整が可能であるため、微細な前記第2光学部材を、前記土台部材の上面上に簡便に設置することができる。
【0038】
(B)さらに、前記(c)より前に、(e)前記液滴に対する前記土台部材の上面の濡れ性を調整することができる。これにより、所望の形状および大きさを有する第2光学部材を形成することができる。ここで、例えば、前記土台部材の上面に、前記液滴に対して親液性または撥液性を有する膜を形成することにより、前記液滴に対する前記土台部材の上面の濡れ性を制御することができる。
【0039】
(C)さらに、(f)前記第2光学部材と前記土台部材との接合部を封止材で埋め込むこと、を含むことができる。これにより、前記土台部材の上面上に前記第2光学部材を簡便な方法にて固定することができる。
【0040】
6.マイクロレンズ基板
本発明のマイクロレンズ基板は、前記光学部品が複数配列されて構成されている。
【0041】
本発明のマイクロレンズ基板によれば、上記構成を有することにより、設置位置、形状および大きさが良好に制御された前記第2光学部材を含むマイクロレンズ基板を得ることができる。
【0042】
7.光素子
本発明の光素子は、前記光学部品が、出射面または入射面上に設置されている。光素子としては、例えば、半導体レーザ、発光ダイオード、EL素子等の発光素子や、フォトダイオード、固体撮像素子(CCD)等の受光素子が例示できる。
【0043】
本発明の光素子には、前記光学部品が設置されている。このため、この光素子を、例えば光ファイバと光学的に結合するに際して、例えば本発明の光素子が発光素子である場合には、前記光学部品にて、この発光素子から出射した光の焦点距離を調整し、かつ収差を小さくした後、この光を光ファイバへと導入させることができる。あるいは、本発明の光素子が受光素子である場合には、前記光学部品にて、光ファイバから出射した光の焦点距離を調整し、かつ収差を小さくした後、この光をこの受光素子へと導入させることができる。
【0044】
8.光モジュール
本発明の光モジュールは、前記光素子と、前記光学部品を介して該光素子と光学的に結合される光ファイバと、を含む。
【0045】
本発明の光モジュールによれば、前記光素子には前記光学部品が設けられているため、例えば前記光素子が発光素子である場合には、前記光学部品にて、この発光素子から出射した光の焦点距離を調整し、かつ収差を小さくした後、この光を光ファイバへと導入させることができる。あるいは、前記光素子が受光素子である場合には、前記光学部品にて、光ファイバから出射した光の焦点距離を調整し、かつ収差を小さくした後、この光をこの受光素子へと導入させることができる。
【0046】
9.表示装置
本発明の表示装置は、前記本発明のマイクロレンズ基板を備えている。このような表示装置としては、例えば、液晶表示体、液晶プロジェクタ、EL表示体を挙げることができる。
【0047】
10.撮像素子
本発明の撮像素子は、前記本発明のマイクロレンズ基板を備えている。このような撮像素子としては、例えば、固体撮像素子が例示できる。
【0048】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0049】
1.光学部品の構造
図1は、本発明を適用した一実施の形態に係る光学部品100を模式的に示す断面図である。図2は、図1に示す光学部品100を模式的に示す平面図である。なお、図1は、図2のA−A線における断面を示す図である。
【0050】
また、図8,図10および図12はそれぞれ、図1に示す光学部品100の土台部材12の形状を変えた変形例を模式的に示す断面図であり、図9,図11および図13はそれぞれ、図8,図10および図12に示す光学部品110,120,130を模式的に示す平面図である。
【0051】
本実施の形態の光学部品100は、基体10の上方に設けられた第1光学部材18と、第1光学部材18の上に設けられた土台部材(媒質層)12と、土台部材12の上面12a上に設けられた第2光学部材14とを含む。第1および第2光学部材18,14は、例えば、入射した光を集光、偏向、または分光する機能を有することができる。以下、主に図1および図2を参照して、本実施の形態の光学部品100の各構成要素について説明する。
【0052】
[基体]
基体10の材質は特に限定されないが、例えばシリコン基板やGaAs基板等の半導体基板や、ガラス基板等が挙げられる。
【0053】
[土台部材]
(A)材質
本実施の形態の光学部品100においては、土台部材12は、所定波長の光を通過させる材質からなる。具体的には、土台部材12は、第1光学部材18または第2光学部材14から入射した光を通過させることができる材質からなる。例えば、土台部材12は、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、あるいはフッ素系樹脂を用いて形成することができる。
【0054】
また、土台部材12は、基体10と一体化して形成されたものであってもよい。すなわち、この場合、土台部材12は基体10と同一の材料から形成される。このような土台部材12は、例えば、基体10をパターニングすることにより形成できる。
【0055】
(B)立体形状
図1および図2に示す土台部材12の立体形状を変えた変形例(光学部品110,120,130)を図8〜図13に示す。図1,図2および図8〜図13に示すように、土台部材の立体形状は特に限定されるわけではないが、少なくともその上面上に第2光学部材を設置することができる構造であることが必要とされる。例えば図1に示すように、光学部品100の土台部材12では、上面12a上に第2光学部材14を設置することができる。
【0056】
また、土台部材12の上面12aは、基体10において第1光学部材18が設置されている面、すなわち基体10の上面10aとほぼ平行である。
【0057】
さらに、図1および図2に示すように、土台部材12の上面12aと側面12bとのなす角θを鋭角にすることができる。ここで、土台部材12の側面12bとは、土台部材12の側部において上面12aに接する面をいう。図1および図2に示す光学部品100においては、土台部材12の上部12cが逆テーパ状、すなわちにひさし状に形成されている場合を示している。
【0058】
第2光学部材14は、土台部材12の上面12aに対して液滴を吐出して、第2光学部材の前駆体(後述する)を形成した後、この前駆体を硬化させることにより形成される。したがって、土台部材12の上面12aと側面12bとのなす角θが鋭角であることにより、土台部材12の上面12aに対して液滴を吐出する際に、土台部材12の側面12bが液滴で濡れるのを防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14を確実に形成することができる。
【0059】
特に、図1および図2に示す光学部品100においては、土台部材12の上部12cが逆テーパ状であることにより、土台部材12の安定性を保持しつつ、土台部材12の上面12aと側面12bとのなす角θをより小さくすることができる。これにより、土台部材12の側面12bが液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14をより確実に形成することができる。
【0060】
(C)上面の形状
土台部材の上面の形状は、土台部材の上面上に形成される第2光学部材の機能や用途によって定められる。言い換えれば、土台部材の上面の形状を制御することによって、第2光学部材の形状を制御することができる。
【0061】
例えば、光学部品100(図1および図2参照)では、土台部材12の上面12aの形状は円である。また、本実施の形態の変形例の光学部品110,120,140〜160(図8〜図11および図14〜図16参照)においても、土台部材の上面の形状が円である場合を示す。
【0062】
本実施の形態の光学部品を、例えばレンズまたは偏向素子として用いる場合、土台部材の上面の形状を円にする。これにより、第2光学部材の立体形状を、円球状または切断円球状に形成することができ、得られた光学部品をレンズまたは偏向素子として用いることができる。詳しくは、光学部材の欄で説明する。
【0063】
また、図示しないが、光学部材を、例えば異方性レンズまたは偏向素子として用いる場合、土台部材の上面の形状を楕円にする。これにより、第2光学部材の立体形状を、楕円球状または切断楕円球状に形成することができ、得られた光学部材を異方性レンズまたは偏向素子として用いることができる。
【0064】
なお、土台部材12(図1および図2参照),22(図8および図9参照),32(図10および図11参照)はいずれも、その上面が平面からなる場合を示したが、図12および図13に示すように、土台部材42の上面42aは、曲面であってもよい。これにより、図12および図13に示す光学部品130においては、ほぼ円球状の光学部材24を、土台部材42の上面42a上に設置することができる。
【0065】
[第1および第2光学部材]
(A)立体形状
第1および第2光学部材18,14は、その用途および機能に応じた立体形状を有する。第1および第2光学部材18,14の立体形状については、[土台部材]の欄で併せて説明したので、詳しい説明は省略する。
【0066】
(B)材質
第1および第2光学部材18,14は、例えば熱または光等のエネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成される。具体的には、第2光学部材14は、土台部材12の上面12aに対して、前記液体材料からなる液滴を吐出して、第2光学部材の前駆体(後述する)を形成した後、この前駆体を硬化させることにより形成される。また、第1光学部材18も、第2光学部材14と同様に、液滴を吐出することにより形成することができる。すなわち、基体10の表面に対して、前記液体材料からなる液滴を吐出して、第1光学部材の前駆体(図示せず)を形成した後、この前駆体を硬化させることにより形成することができる。
【0067】
前記液体材料としては、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体が挙げられる。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、熱硬化型のポリイミド系樹脂が例示できる。
【0068】
第1および第2光学部材18,14の屈折率は、光学部品100の用途に応じて適宜設定することができる。第1および第2光学部材18,14、ならびに土台部材12の屈折率を調整することにより、光学部品100から出射する光の焦点距離を制御し、かつ収差を小さくすることができる。具体的には、第1および第2光学部材18,14の材質を適宜選択することにより、第1および第2光学部材18,14の屈折率を調整することができる。
【0069】
例えば、第1および第2光学部材18,14の屈折率を、土台部材12の屈折率より大きくする。これにより、第1光学部材18に入射した後第2光学部材14から出射する光(あるいは、第2光学部材14に入射した後第1光学部材18から出射する光)の焦点距離をより長くすることができる。
【0070】
この場合において、図1および図2に示す光学部品100をレンズとして適用した例を図3に示す。この場合、図3に示すように、第1光学部材18によって光が集光された後、第2光学部材14によって光が再度集光される。
【0071】
また、図1および図2に示す光学部品100を偏向素子として適用した例を図4に示す。この場合、図4に示すように、第1および第2光学部材18,14によって光の進行方向を変化させることができる。
【0072】
あるいは、例えば、第1および第2光学部材18,14の屈折率を、土台部材12の屈折率より小さくする。これにより、第1光学部材18に入射した後第2光学部材14から出射する光(あるいは、第2光学部材14に入射した後第1光学部材18から出射する光)の焦点距離をより短くすることができる。
【0073】
2.光学部品の製造方法
次に、図1および図2に示す光学部品100の製造方法について、図5〜図7を参照して説明する。図5(a)〜図5(c)、図6(a)〜図6(e)、および図7(a)および図7(b)はそれぞれ、図1および図2に示す光学部品100の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【0074】
(1)第1光学部材18の形成
まず、基体10上に第1光学部材18を形成する(図5(a)〜図5(c)参照)。第1光学部材18は、図5(a)に示すように、液滴18bを吐出して第1光学部材18の前駆体18aを形成する。次いで、この前駆体18aに対して、熱または光等のエネルギー15を付加することにより、この前駆体18aを硬化させる。これにより、第1光学部材18を得る。
【0075】
液滴18bを構成する液体材料は、エネルギー15を付加することによって硬化可能な性質を有する。また、液滴18bを吐出する方法や、前駆体18aを硬化させる方法は、後述する第2光学部材14を形成する際に用いる方法と同様の方法を用いることができる。また、液滴18bを構成する液体材料の種類を適宜選択して、第1光学部材18の屈折率が所定の値になるように調整する。
【0076】
(2)土台部材12の形成
次いで、基体10上に土台部材12を形成する(図6(a)〜図6(e)参照)。土台部材12の形成は、土台部材12の材質や形状ならびに大きさに応じて適切な方法(例えば選択成長法、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、リフトオフ法、転写法等)を選択することができる。ここでは、土台部材12をポリイミド樹脂で形成する場合について説明する。
【0077】
まず、第1光学部材18を覆うように、ポリイミド前駆体を塗布した後、レジストを変質させない程度の温度(例えば130℃)で熱処理を行なう(図6(a)参照)。これにより、樹脂層12xを形成する。ここで、樹脂層12xは、形状を保持できる状態であるものの、完全に硬化していない状態である。また、この熱処理においては、樹脂層12xの上面の上方から熱を加えることにより、樹脂層12xのうち基体10に近い部分よりも、樹脂層12xのうち上面に近い部分(樹脂層12xのうちレジスト層R1に近い部分)の硬化の度合いを大きくする。
【0078】
次に、樹脂層12x上にレジスト層R1を形成した後、所定のパターンのマスク13を用いてフォトリソグラフィ工程を行なう(図6(b)参照)。これにより、所定のパターンのレジスト層R1が形成される(図6(c)参照)。この場合、樹脂層12xの下には第1光学部材18が形成されているため、フォトリソグラフィ工程において、この第1光学部材18を、レジスト層R1の位置合わせに用いることができる。
【0079】
次いで、レジスト層R1をマスクとして、例えばアルカリ系溶液を用いて、樹脂層12xをウエットエッチングする(図6(d)参照)。この工程において、レジスト層R1の直下部分すなわち樹脂層12xの上部は、他の部分と比較してエッチャントの侵入速度が遅いためエッチングされにくい。また、前記熱処理により、樹脂層12xの上面に近い部分の硬化の度合いが基体10に近い部分の硬化の度合いよりも大きくなっている。これにより、樹脂層12xの上面に近い部分は、基体10に近い部分よりもウエットエッチングにおけるエッチングレートが小さい。このため、該ウエットエッチング時において、樹脂層12xの上面に近い部分は、基体10に近い部分に比較してエッチング速度が遅いため、樹脂層12xの上面に近い部分は、基体10に近い部分と比較してより多く残存する。これにより、逆テーパ状の上部12cを有する樹脂層12xを得ることができる(図6(d)参照)。次いで、レジスト層R1を除去した後、約350℃で熱処理を行なうことにより、樹脂層12xを完全に硬化させる。これにより、土台部材12が得られる(図6(e)参照)。
【0080】
(3)第2光学部材14の形成
次いで、第2光学部材14を形成する(図7(a)および図7(b)参照)。具体的には、土台部材12の上面12aに対して、第2光学部材14を形成するための液体材料の液滴14bを吐出して、第2光学部材の前駆体14aを形成する。前述したように、この液体材料は、エネルギー15を付加することによって硬化可能な性質を有する。付加するエネルギー15の量は、前駆体14aの形状、大きさおよび材質によって適宜調整する。
【0081】
ここで、土台部材12の上部12cは逆テーパ状に形成されている。この場合、土台部材12の上面12aと、側面12bとのなす角θが鋭角であるため、土台部材12の側面12bが液滴で濡れるのを確実に防止することができる。これにより、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14をより確実に形成することができる。
【0082】
液滴14bを吐出する方法としては、例えば、ディスペンサ法またはインクジェット法が挙げられる。ディスペンサ法は、液滴を吐出する方法として一般的な方法であり、比較的広い領域に液滴14bを吐出する場合に有効である。また、インクジェット法は、インクジェットヘッドを用いて液滴を吐出する方法であり、液滴を吐出する位置についてμmオーダーの単位で制御が可能である。また、吐出する液滴の量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造の光学部材を作製することができる。
【0083】
なお、液滴14bを吐出する前に、必要に応じて、土台部材12の上面12aに親液性処理または撥液性処理を行なうことにより、液滴14bに対する上面12aの濡れ性を制御することができる。これにより、所定の形状および大きさを有する第2光学部材14を形成することができる。
【0084】
次いで、第2光学部材の前駆体14aを硬化させて、第2光学部材14を形成する(図7(b)参照)。具体的には、この前駆体14aに対して、熱または光等のエネルギーを付与する。この前駆体14aを硬化する際は、前記液体材料の種類により適切な方法を用いる。具体的には、例えば、熱エネルギーの付加、あるいは紫外線またはレーザ光等の光照射が挙げられる。以上の工程により、第2光学部材14が得られる。以上の工程により、光学部品100が得られる(図1および図2参照)。
【0085】
3.作用効果
本実施の形態に係る光学部品およびその製造方法は、以下に示す作用効果を有する。
【0086】
(1)第1に、光学部品100から出射する光の焦点距離が良好に調整され、かつ収差が小さい光学部品100を得ることができる。一般に、レンズの曲率が大きいほど、レンズの収差は大きくなる。これに対して、本実施の形態の光学部品100によれば、光学部品100に入射した光は、第1および第2光学部材18,14によって集光されるため、第1および第2光学部材18,14の曲率を大きくせずに、光をより効率的に集めることができる。これにより、光学部品100から出射する光の焦点距離を短くすることができる。さらに、第1および第2光学部材18,14の形状および大きさを調整することによって、出射光の焦点距離や収差を適宜設定することができるため、設計の自由度を大きくすることができる。例えば、第1および第2光学部材18,14の形状および大きさを調整することにより、光学部品100から出射する光の収差が小さくなるように調整することができる。
【0087】
(2)第2に、第2光学部材14の大きさおよび形状を厳密に制御することができる。すなわち、第2光学部材14の形状は、液滴14bの吐出量によって制御することができる。これにより、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14を含む光学部品100を得ることができる。その理由について、以下説明する。
【0088】
本実施の形態に係る光学部品の製造方法によれば、図7(b)に示すように、第2光学部材の前駆体14aは、土台部材12の上面12a上に形成される。これにより、土台部材12の側面12bが前駆体14aで濡れない限り、前駆体14aには土台部材12の表面張力は作用せず、前駆体14aの表面張力が主に作用する。このため、前駆体14aを形成するための液滴14bの量を調整することによって、前駆体14aの形状を制御することができる。これにより、所望の形状および大きさを有する第2光学部材14を得ることができる。
【0089】
(3)第3に、第2光学部材14の設置位置を厳密に制御することができる。前述したように、第2光学部材14は、土台部材12の上面12aに対して液滴14bを吐出して、前駆体14aを形成した後、この前駆体14aを硬化させて形成される(図7(b)参照)。一般に、吐出された液滴の着弾位置を厳密に制御するのは難しい。しかしながら、この方法によれば、特に位置合わせを行なうことなく土台部材12の上面12a上に第2光学部材14を形成することができる。すなわち、土台部材12の上面12a上に単に液滴14bを吐出することによって、位置合わせを行なうことなく第2光学部材の前駆体14aを形成することができる。言い換えれば、土台部材12を形成する際のアライメント精度にて第2光学部材14を形成することができる。これにより、設置位置が制御された第2光学部材14を簡易に得ることができる。
【0090】
(4)第4に、土台部材12の上面12aの形状を適宜設定することによって、第2光学部材14の形状を適宜設定することができる。すなわち、土台部材12の上面12aの形状を適宜選択することによって、所定の機能を有する第2光学部材14を形成することができる。したがって、土台部材12の上面12aの形状を変えることによって、異なる機能を有する光学部材を同一の基体の上方に複数設置することもできる。
【0091】
(5)第5に、土台部材12の高さを制御することにより、基体10と第2光学部材14との距離を制御することができる。これにより、基体10の上面10aから第2光学部材14までの距離を変化させることができる。この結果、設置位置が制御された第2光学部材14を簡便な方法にて形成することができる。
【0092】
[変形例]
次に、本実施の形態の光学部品100の別の変形例について説明する。図14〜図18はそれぞれ、図1に示す光学部品100の変形例1〜5の光学部品140〜180を模式的に示す断面図である。なお、各変形例において、本実施の形態の光学部品100と同様の構成を有する部分については、詳しい説明は省略する。
【0093】
(1)変形例1
図14は、変形例1の光学部品140を模式的に示す断面図である。図14に示す光学部品140においては、土台部材12と第2光学部材14との接合部が封止材19で覆われている。なお、他の変形例および後述する他の実施形態の光学部品においても同様に、必要に応じて、封止材19によって、土台部材と第2光学部材との接合部を覆うことができる。また、封止材160の材質は、第2光学部材14を土台部材12上に確実に固定することができるのであれば特に限定されないが、例えば樹脂を用いることができる。
【0094】
(2)変形例2
図15は、変形例2の光学部品150を模式的に示す断面図である。図15に示す光学部品150では、第1光学部材18が、基体10上に設けられた凸部52の上面52a上に設けられている。ここで、第1光学部材18は、第2光学部材14と同様の方法にて形成することができる。すなわち、第1光学部材18を形成する工程において、凸部52は、第2光学部材14を形成する際の土台部材12と同様の機能を有する。なお、図15に示す光学部品150では、この凸部52が基体10上に形成されている場合について示しているが、この凸部52は、基体10に一体化して形成されていてもよい。
【0095】
(3)変形例3
図16は、変形例3の光学部品160を模式的に示す断面図である。変形例3の光学部品160は、2つの第1光学部材18と、1つの第2光学部材14との3つの光学部材を含む。具体的には、基体10上に形成された第1光学部材18の上に土台部材12が形成され、その上に、第1光学部材18と土台部材12が形成されている。さらに、その土台部材12の上面12a上に第2光学部材14が設けられている。このように、第1光学部材18を複数設けることができる。このように、第1光学部材および土台部材を複数設けることにより、出射する光の収差をより精密に調整することができるうえ、第2光学部材14から基体10までの距離を調整することができる。
【0096】
(4)変形例4
図17は、変形例4の光学部品170を模式的に示す断面図である。この光学部品170は、基体10上に設けられた第1光学部材18と、第1光学部材18上に設けられた媒質層112と、媒質層112上に設けられた第2光学部材34とを含む。図17に示すように、この光学部品170においては、媒質層112の上面112aの少なくとも一部に第2光学部材34が形成されている場合について示している。
【0097】
媒質層112は、所定波長の光を通過させる材質からなり、かつ、第1および第2光学部材18,34と異なる屈折率を有する。媒質層112の屈折率は、光学部品100の用途に応じて適宜設定することができる。第1および第2光学部材18,34の屈折率とともに、媒質層112の屈折率を調整することにより、出射する光の焦点距離および収差を調整することができる。具体的には、第1および第2光学部材18,34ならびに媒質層112の材質を適宜選択することにより、これらの層の屈折率を調整することができる。
【0098】
例えば、媒質層112の屈折率を、第1および第2光学部材18,34の屈折率より小さくする。これにより、第1光学部材18に入射した後第2光学部材34から出射する光(あるいは、第2光学部材34に入射した後第1光学部材18から出射する光)の焦点距離をより長くすることができる。
【0099】
あるいは、例えば、媒質層112の屈折率を、第1および第2光学部材18,34の屈折率より小さくする。これにより、第1光学部材18に入射した後第2光学部材34から出射する光(あるいは、第2光学部材34に入射した後第1光学部材18から出射する光)の焦点距離をより短くすることができる。
【0100】
(5)変形例5
図18は、変形例5の光学部品180を模式的に示す断面図である。この光学部品180は、基体10上に設けられた第1光学部材18と、第1光学部材18上に設けられた媒質層212と、媒質層212上に設けられた第2光学部材34とを含む。光学部品180は、媒質層212に凸部62が設けられており、この凸部62の上面62a上に第1光学部材34が設けられている点以外は、図17に示す光学部品170と同様の構成を有する。このため、図18に示す光学部品180について、光学部品170と同様の構成を有する箇所については、詳しい説明は省略する。
【0101】
図18に示す凸部62は、図1および図2に示す光学部品100の土台部材12と同様の機能を有する。具体的には、凸部62の上面62a上に第2光学部材34を形成する工程において、凸部62は、土台部材12と同様の機能を有する。
【0102】
(第2の実施の形態)
1.マイクロレンズ基板
図19は、本発明の第2の実施の形態のマイクロレンズ基板を模式的に示す断面図である。図20は、図19に示すマイクロレンズ基板を模式的に示す平面図である。また、図19は、図20のA−A線に沿った断面を模式的に示す図である。
【0103】
本実施の形態は、第1の実施の形態の光学部品100をマイクロレンズ基板に適用した例を示している。マイクロレンズ基板は例えば、液晶ディスプレイパネルの画素部、固体撮像装置(CCD)の受光面、光ファイバの光結合部に設置される。
【0104】
図19および図20に示すように、マイクロレンズ基板200は、基体210と、基体210の上方に設置された複数の光学部品100とを含む。この複数の光学部品100は、所定の方向に配列されている。基体210は、例えばガラス基板やプラスチック基板からなる。
【0105】
また、このマイクロレンズ基板200においては、複数の光学部品100が格子状に配列している場合について説明したが、光学部品100の配列方式はこれに限定されるわけではなく、例えば、千鳥状等、種々の配列方式が適用可能である。
【0106】
なお、本実施の形態においては、マイクロレンズ基板200が、第1の実施の形態の光学部品100を含む場合について説明したが、この光学部品100のかわりに、前述した変形例の光学部品(図8〜図18参照)を用いることもできる。
【0107】
2.作用効果
本実施の形態のマイクロレンズ基板200は、前述した第1の実施の形態の光学部品100と同様の作用効果を有する。
【0108】
(第3の実施の形態)
1.光素子
図21は、本発明の第3の実施の形態の光素子を模式的に示す断面図である。図22は、図21に示す光素子を模式的に示す平面図である。また、図22は、図21のA−A線に沿った断面を模式的に示す図である。
【0109】
本実施の形態の光素子300には、出射面108の上に光学部品190が設けられている。この光学部品190は、第1の実施の形態の光学部品100と同様の構成を有する。すなわち、この光学部品190は、光素子300の出射面108上に設けられている点以外は、第1の実施の形態の光学部品100と同様の構成を有する。
【0110】
光素子300は、n型GaAsからなる半導体基板101と、半導体基板101上に形成された共振器140とを含む。
【0111】
共振器140には柱状部130が形成されている。ここで、柱状部130とは、共振器140の一部であって、少なくとも第2ミラー104を含む柱状の半導体堆積体をいう。この柱状部130は絶縁層106で埋め込まれている。すなわち、柱状部130の側面は絶縁層106で取り囲まれている。さらに、この絶縁層106の上面106aは、出射面108よりも上部に形成されている。また、柱状部130上には第1電極107が形成されている。
【0112】
共振器140は、例えば、n型Al0.9Ga0.1As層とn型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した40ペアの分布反射型多層膜ミラー(以下、「第1ミラー」という)102、GaAsウエル層とAl0.3Ga0.7Asバリア層からなり、ウエル層が3層で構成される量子井戸構造を含む活性層103、およびp型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した25ペアの分布反射型多層膜ミラー(以下、「第2ミラー」という)104が順次積層されて構成されている。なお、第1ミラー102、活性層103、および第2ミラー104を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
【0113】
第2ミラー104は、例えばCがドーピングされることによりp型にされ、第1ミラー102は、例えばSiがドーピングされることによりn型にされている。したがって、第2ミラー104、不純物がドーピングされていない活性層103、および第1ミラー102により、pinダイオードが形成される。
【0114】
また、共振器140のうち出射面108の上方から第1ミラー102の途中にかけての部分が、出射面108の上方から見て円形の形状にエッチングされて、柱状部130が形成されている(図22参照)。なお、本実施の形態では、柱状部130の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることが可能である。
【0115】
さらに、第2ミラー104を構成する層のうち活性層103に近い領域に、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層105が形成されている。この電流狭窄層105は、リング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層105は、図1におけるX−Y平面に平行な面で切断した場合における断面が同心円状である形状を有する。
【0116】
また、本実施の形態に係る面発光型発光素子100においては、柱状部130の側面ならびに第1ミラー102の上面を覆うようにして、絶縁層106が形成されている。絶縁層106は、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂からなるのが望ましく、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂からなるのが望ましい。
【0117】
また、柱状部130および絶縁層106の上面106aには、第1電極107が形成されている。さらに、柱状部130上面の中央部には、第1電極107が形成されていない部分(開口部)が設けられている。この部分の底面が出射面108であり、レーザ光の出射口となる。第1電極107は、例えばAuとZnの合金とAuとの積層膜からなる。
【0118】
さらに、半導体基板101の裏面には、第2電極109が形成されている。すなわち、図21および図22に示す面発光型発光素子100では、柱状部130上で第1電極107と接合し、かつ、半導体基板101の裏面101bで第2電極109と接合し、この第1電極107および第2電極109によって活性層103に電流が注入される。第2電極109は、例えばAuとGeの合金とAuとの積層膜からなる。なお、第1および第2電極107,109を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えばTiやPtなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
【0119】
この光素子300では、絶縁層106の上面106aが、出射面108よりも高い位置に形成されている。したがって、光学部品190の第1光学部材118は、絶縁層106と出射面108とによって形成される凹部に、第1電極107を介して形成されている。すなわち、第1光学部材118が前記凹部に形成されていることにより、安定した状態で第1光学部材118を出射面108上に設置することができる。
【0120】
なお、本実施の形態においては、光素子300として、面発光型半導体レーザを用いた場合について説明するが、本実施の形態の光素子に適用可能なデバイスはこれに限定されるわけではなく、例えば、フォトダイオード等の受光素子や、発光ダイオードやEL装置等の発光素子を用いることができる。この場合、受光素子の場合は、入射面上に本発明の光学部品を設置することができ、発光素子の場合は、出射面上に本発明の光学部品を設置することができる。
【0121】
2.作用効果
本実施の形態の光素子300は、前述した第1の実施の形態の光学部品100と同様の作用効果を有する。
【0122】
(第4の実施の形態)
1.光素子
図23は、本発明の第4の実施の形態の光素子を模式的に示す断面図である。図24は、図23に示す光素子を模式的に示す平面図である。また、図23は、図24のA−A線に沿った断面を模式的に示す図である。
【0123】
本実施の形態の光素子400には、出射面108の上に、第1の実施の形態の一変形例である光学部品110(図8および図9参照)が設けられている。また、光素子400の各構成要素(光学部品110を除く)は、絶縁層106が出射面108とほぼ同じ高さに形成され、同一平面を構成している点以外は、第3の実施の形態の光素子300と同様であるため、詳しい説明は省略する。
【0124】
2.作用効果
本実施の形態の光素子400は、前述した第1の実施の形態の光学部品100と同様の作用効果を有する。
【0125】
(第5の実施の形態)
1.光モジュール
図25は、本発明の第5の実施の形態の光モジュールを模式的に示す図である。光モジュールは一般に、光通信システムを構成する光デバイスであり、発光素子や受光素子等の光素子と、光ファイバと、これらを光学的に結合させるレンズとから構成される。
【0126】
本実施の形態の光モジュール500は、モジュール本体524と、光ファイバ510とからなる。モジュール本体524は、光素子300と、集光レンズ522とを含む。この光素子300および集光レンズ522は、パッケージ524に設置されている。パッケージ524には不活性ガス等が封入されており、かつ、内部に、ペルチェ素子等からなるヒートシンク12が設けられている。ヒートシンク12上の前方には、第3の実施の形態の光素子300が、ヒートシンク12上の後方には、光検出器523が、それぞれ搭載されている。また、光素子300と光ファイバ510との間の光路上には、集光レンズ522が設けられている。集光レンズ522は、光素子300と光ファイバ510とを光学的に結合させる機能を有する。
【0127】
光素子300を駆動させると、光素子300の出射面108(図21および図22参照)からレーザ光が出射する。このレーザ光は、光学部品190へと入射した後、光学部品190によって集光される。この光学部品190によって、レーザ光の伝搬方向が調整された後、光学部品190の外部へと出射する。この出射光は、集光レンズ522によって集光された後、光ファイバ510のコア511に入射する。
【0128】
なお、本実施の形態において、光素子300のかわりに光素子400を用いることもできる。すなわち、本実施の形態で用いられる光素子は、本発明の光学部品が適用されているものであればよい。
【0129】
2.作用効果
本実施の形態の光モジュール500は、前述した第1の実施の形態の光学部品100と同様の作用効果を有する。
【0130】
さらに、本実施の形態の光素子300においては、光素子300の出射面108から出射した光は、光学部品190によって、伝搬方向が調整された後、外部へと出射される。このため、集光レンズ522に導入される前に、別の光学部材によって光の伝搬方向を調整する必要がない。これにより、装置の簡素化を図ることができる。
【0131】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る光学部品を模式的に示す断面図である。
【図2】図1に示す光学部品を模式的に示す平面図である。
【図3】図1および図2に示す光学部品がレンズとして機能する場合を模式的に示す断面図である。
【図4】図1および図2に示す光学部品が偏向素子として機能する場合を模式的に示す断面図である。
【図5】図5(a)〜図5(c)は、図1および図2に示す光学部品の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図6】図6(a)〜図6(e)は、図1および図2に示す光学部品の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図7】図7(a)および図7(b)は、図1および図2に示す光学部品の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図8】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図9】図8に示す光学部品を模式的に示す平面図である。
【図10】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図11】図10に示す光学部品を模式的に示す平面図である。
【図12】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図13】図12に示す光学部品を模式的に示す平面図である。
【図14】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図15】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図16】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図17】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図18】第1の実施の形態の光学部品の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図19】第2の実施の形態のマイクロレンズ基板を模式的に示す断面図である。
【図20】図19に示すマイクロレンズ基板を模式的に示す平面図である。
【図21】第1の実施の形態の光学部品が設置された光素子を模式的に示す断面図である。
【図22】図21に示す光素子を模式的に示す平面図である。
【図23】第1の実施の形態の光学部品が設置された光素子を模式的に示す断面図である。
【図24】図23に示す光素子を模式的に示す平面図である。
【図25】第3の実施の形態の光学部品が設置された光モジュールを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
10,210 基体、 10a 基体の上面、 12,22,32,42,62,122 土台部材、 12a,22a,32a,42a,122a 土台部材の上面、 12b 土台部材の側面、 12c 土台部材の上部、 12x 樹脂層、 13 マスク、 14,24,34,114 第2光学部材、 14a 第2光学部材の前駆体、 14b 液滴、 15 エネルギー、 16 ガス、 17 液滴吐出口、 18,118 第1光学部材、 18a 第1光学部材の前駆体、 18b 液滴、 19 封止材、 52 凸部、 52a 凸部の上面、 100,110,120,130,140,150,160,170,180,190 光学部品、 101 半導体基板、 101a 半導体基板の表面、 101b 半導体基板の裏面、 102 第1ミラー、 103 活性層、 104 第2ミラー、 105 酸化狭窄層、 106 絶縁層、 106a 絶縁層の上面、 107 第1電極、 108 出射面、 109 第2電極、 112,212 媒質層、 112a 媒質層の上面、 130 柱状部、 140 共振器、 200 マイクロレンズ基板、 300,400光素子、 500 光モジュール、 510 光ファイバ、 511 コア、512 クラッド、 520 モジュール本体、 521 ヒートシンク、 522 集光レンズ、 523 光検出器、 524 パッケージ本体、 R1
レジスト層
Claims (31)
- 基体上方に設けられた第1光学部材と、
前記第1光学部材上に設けられた媒質層と、
前記媒質層上に設けられた第2光学部材と、を含み、
前記媒質層は、所定波長の光を通過させる材質からなり、かつ、前記第1および第2光学部材と異なる屈折率を有する、光学部品。 - 請求項1において、
前記媒質層の屈折率は、前記第1および第2光学部材の屈折率より小さい、光学部品。 - 請求項1において、
前記媒質層の屈折率は、前記第1および第2光学部材の屈折率より大きい、光学部品。 - 基体上方に設けられた第1光学部材と、
前記第1光学部材上に設けられ、所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた第2光学部材と、を含む、光学部品。 - 請求項4において、
前記土台部材の上面は、前記基体において前記第1光学部材が設置されている面とほぼ平行である、光学部品。 - 請求項4または5において、
前記土台部材の屈折率は、前記第1および第2光学部材の屈折率より小さい、光学部品。 - 請求項4または5において、
前記土台部材の屈折率は、前記第1および第2光学部材の屈折率より大きい、光学部品。 - 請求項1ないし7のいずれかにおいて、
前記第1および第2光学部材は、レンズとしての機能を有する、光学部品。 - 請求項1ないし7のいずれかにおいて、
前記第1および第2光学部材は、偏向素子としての機能を有する、光学部品。 - 請求項1ないし9のいずれかにおいて、
前記第1および第2光学部材の少なくとも一方は、円球状または楕円球状である、光学部品。 - 請求項1ないし9のいずれかにおいて、
前記第1および第2光学部材の少なくとも一方は、切断円球状または切断楕円球状である、光学部品。 - 請求項1ないし11のいずれかにおいて、
前記第1および第2光学部材の断面は、円または楕円である、光学部品。 - 請求項1ないし12のいずれかにおいて、
前記第1および第2光学部材は、エネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成された、光学部品。 - 請求項13において、
前記第1および第2光学部材は、紫外線硬化型樹脂からなる、光学部品。 - 請求項13において、
前記第1および第2光学部材は、熱硬化型樹脂からなる、光学部品。 - 請求項4ないし15のいずれかにおいて、
前記土台部材の上面は、円形または楕円形のいずれかである、光学部品。 - 請求項4ないし15のいずれかにおいて、
前記土台部材の上面は、曲面である、光学部品。 - 請求項4ないし17のいずれかにおいて、
前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角である、光学部品。 - 請求項4ないし18のいずれかにおいて、
前記土台部材の上部は、逆テーパ状に形成されている、光学部品。 - 請求項1ないし19のいずれかにおいて、
前記第2光学部材と前記土台部材との接合部は、封止材で埋め込まれた、光学部品。 - 請求項1ないし20のいずれかにおいて、
前記基体上方に凸部が設けられ、
前記第1光学部材は、前記凸部の上面上に設けられた、光学部品。 - 請求項1ないし21のいずれかに記載の光学部品が複数配列されて構成された、マイクロレンズ基板。
- 請求項22に記載のマイクロレンズ基板を備えた表示装置。
- 請求項23に記載のマイクロレンズ基板を備えた撮像素子。
- 請求項1ないし24のいずれかに記載の光学部品が、出射面または入射面上に設置された、光素子。
- 請求項25に記載の光素子と、前記光学部品を介して該光素子と光学的に結合される光ファイバと、を含む、光モジュール。
- (a)基体上方に第1光学部材を形成し、
(b)前記第1光学部材上に、所定波長の光を通過させる材質からなり、かつ、前記第1および第2光学部材と異なる屈折率を有する媒質層を形成し、
(c)前記媒質層上に第2光学部材を形成すること、を含む、光学部品の製造方法。 - (a)基体上方に第1光学部材を形成し、
(b)前記第1光学部材上に、所定波長の光を通過させる材質からなる土台部材を形成し、
(c)前記土台部材の上面に対して液滴を吐出して、第2光学部材の前駆体を形成し、
(d)前記前駆体を硬化させて、第2光学部材を形成すること、を含む、光学部品の製造方法。 - 請求項28において、
前記(c)において、前記液滴の吐出は、インクジェット法により行なわれる、光学部品の製造方法。 - 請求項28または29において、
さらに、前記(c)より前に、(e)前記液滴に対する前記土台部材の上面の濡れ性を調整すること、を含む、光学部品の製造方法。 - 請求項28ないし30のいずれかにおいて、
さらに、(f)前記第2光学部材と前記土台部材との接合部を封止材で埋め込むこと、を含む、光学部品の製造方法。
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JP2002364048A JP2004198514A (ja) | 2002-12-16 | 2002-12-16 | 光学部品およびその製造方法、マイクロレンズ基板、表示装置、撮像素子、光素子、光モジュール |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN100561757C (zh) * | 2005-08-15 | 2009-11-18 | 中华电信股份有限公司 | 一种提高光电元件及其阵列光学耦合容忍度的封装方法 |
-
2002
- 2002-12-16 JP JP2002364048A patent/JP2004198514A/ja not_active Withdrawn
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