JP4241259B2 - マイクロレンズの製造方法 - Google Patents
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Description
また、近年ではプリンタなどに用いられている液滴吐出法を用い、微細パターンであるマイクロレンズを形成するといった提案もなされている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、このような方法では基板と液滴吐出ヘッドとが相対移動しているため、液滴の着弾位置精度を向上させ難いという問題があった。
また、上記液滴を複数個吐出しているため、上記所定滴数の液滴を吐出するまでに上記基体と上記液滴吐出ヘッドとが相対移動する(スキャンする)回数を減らすことができる。そのため、液滴の着弾位置のばらつきを抑えることができ、着弾位置精度を向上させることができる。
また、上記基体と上記液滴吐出ヘッドとの相対移動を止めた状態で吐出される上記液滴の数を増やせば増やすほど、上記液滴の着弾位置精度を向上させやすくなる。
この構成によれば、上記基体と上記液滴吐出ヘッドとが相対移動を止めた状態で、一度に連続して液滴が上記所定滴数吐出される。そのため、液滴の着弾位置のばらつきをより抑えやすくすることができ、より着弾位置制度を向上させることができる。
この構成によれば、土台部材上に着弾したレンズ材料を仮硬化してから、再び液滴を土台部材上に吐出している。仮硬化を行うことにより、仮硬化を行わない場合よりもより多くのレンズ材料液滴を、マイクロレンズの形状を損なうことなく、土台部材上に吐出させることができる。そのため、より大きなマイクロレンズを土台部材上に形成することができる。
この構成によれば、吐出された液滴の合計数が上記所定滴数となるまで同一土台部材上に液滴を吐出している。そのため、液滴を吐出し終わるまで上記土台部材と上記液滴吐出ヘッドとの相対位置関係が一定に保たれることになり、液滴の着弾位置がばらつくのを抑えることができ、着弾位置精度を向上させることができる。
この構成によれば、他の土台部材上に液滴を吐出している間に、着弾したレンズ材料の仮硬化を平行して行うことができるため、上記基材上にマイクロレンズを形成するのに必要な時間を短縮させることができる。
この構成によれば、複数の土台部材上に液滴を同時に吐出するため、上記基材上にマイクロレンズを形成するのに必要な時間を短縮させることができる。
この構成によれば、着弾したレンズ材料を所定時間放置することで、レンズ材料中の上記溶剤を蒸発させ、レンズ材料の粘度を増加させることにより仮硬化を行っている。そのため、マイクロレンズの形状を損なうことなく、土台部材上により多くのレンズ材料を吐出させることができ、より大きなマイクロレンズを形成することができる。
この構成によれば、着弾したレンズ材料に紫外線を照射することでレンズ材料の仮硬化を行っている。そのため、マイクロレンズの形状を損なうことなく、土台部材上により多くのレンズ材料を吐出させることができ、より大きなマイクロレンズを形成することができる。
このマイクロレンズによれば、上記基材と上記液滴吐出ヘッドとの相対移動を止めて液滴を吐出しているので、上記土台部材上に液滴をより精度よく着弾させることができ、形状精度のよりよいマイクロレンズとすることができる。
また、着弾したレンズ材料を仮硬化させてから再び液滴を吐出、着弾させているので、上記土台部材上に載るレンズ材料の量を多くすることができ、より大きなマイクロレンズとすることができる。
この光学装置によれば、前述したように、より形状精度がよく、より大きな形状に形成されたマイクロレンズを上記面発光レーザの出射側に配設しているので、このマイクロレンズによって発光レーザからの出射光の平行光化等を良好に行うことが可能になり、したがって良好な発光特性(光学特性)を有するものとなる。
この光伝送装置によれば、前述したように、良好な発光特性(光学特性)を有する光学装置を備えているので、伝送特性が良好な光伝送装置となる。
このレーザプリンタ用ヘッドによれば、前述したように、良好な発光特性(光学特性)を有する光学装置を備えているので、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドとなる。
このレーザプリンタによれば、前述したように、描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。
以下、本発明の第1の実施の形態について図1から図8を参照して説明する。
図1は本実施の形態のマイクロレンズの製造方法の工程フローの概略を示す図である。
まず、本実施の形態のマイクロレンズの製造方法について説明する。本発明のマイクロレンズの製造方法は、図1に示すように、基体上に土台部材を形成する土台形成工程(S1)と、前記土台部材の上面を撥液処理する基材撥液化工程(S2)と、前記撥液処理した土台部材の上面上に液滴吐出法によってレンズ材料を複数ドット吐出し、前記土台部材上にマイクロレンズを形成する吐出工程(S3)と、紫外線をレンズ材料に照射して硬化させる紫外線硬化工程(S4)と、硬化したマイクロレンズに熱処理を施すキュア工程(S5)と、を備えている。
本実施形態では、土台部材の形成材料としてポリイミド系樹脂を用いるものとする。そして、このポリイミド系樹脂の前駆体を基体3上に塗布し、その後約150℃で加熱処理することにより、図2(a)に示したような土台部材材料層4とする。なお、この土台部材材料層4については、この段階では十分に硬化を進ませず、その形状を保持できる程度の硬さにしておく。
その後、図2(e)に示すようにレジストパターン5aを除去し、さらに約350℃で熱処理を行うことにより、土台部材パターン4aを十分に硬化させて土台部材4bとする。
この撥液処理としては、例えば、基板の表面に自己組織化膜を形成する方法、プラズマ処理法等を採用できる。
自己組織膜形成法では、導電膜配線を形成すべき基板の表面に、有機分子膜などからなる自己組織化膜を形成する。
基板表面を処理するための有機分子膜は、基板に結合可能な官能基と、その反対側に親液基あるいは撥液基といった基板の表面性を改質する(表面エネルギーを制御する)官能基と、これらの官能基を結ぶ炭素の直鎖あるいは一部分岐した炭素鎖とを備えており、基板に結合して自己組織化して分子膜、例えば単分子膜を形成する。
自己組織化膜を形成する化合物としては、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン(以下「FAS」という)を例示できる。これらの化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
なお、FASを用いることにより、基板との密着性と良好な撥液性とを得ることができる。
なお、自己組織化膜を形成する前に、基板表面に紫外光を照射したり、溶媒により洗浄したりして、基板表面の前処理を施すことが望ましい。
すなわち、図7に示すように土台部材4bの形成材料(本例ではポリイミド系樹脂)で土台部材材料層4を形成し、その表面を平面とする。そして、この表面に対して前述した撥液処理を施す。次いで、この表面上にレンズ材料7を液滴吐出法によって配する。
γS=γSL+γL・cosθ
後述するようにマイクロレンズとなるレンズ材料7は、その曲率が、前記の式によって決定される接触角θにより制限を受ける。すなわち、レンズ材料7を硬化させた後に得られるレンズの曲率は、最終的なマイクロレンズの形状を決定する要素の一つである。したがって、本発明においては、得られるマイクロレンズの形状がより球状に近くなるよう、撥液処理によって土台部材材料層4とレンズ材料7との間の界面張力をγSLを大きくすることで、前記接触角θを大きく、すなわち20°以上とするのが好ましいのである。
このように、図7に示した接触角θが20°以上となるような条件による撥液処理を、土台部材4bの上面に施すことにより、後述するようにこの土台部材4bの上面に吐出配置されるレンズ材料7の、土台部材4b上面に対する接触角θ’が確実に大きくなる。したがって、土台部材4b上面に載るレンズ材料の量をより多くすることができ、これによりその形状を吐出量(吐出ドット量)で制御することが容易になる。
このようにして土台部材4bの上面に撥液処理を施したら、この土台部材4b上に液滴吐出法によってレンズ材料7を複数ドット吐出する。ここで、液滴吐出法としては、ディスペンサ法やインクジェット法などが採用可能である。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を吐出するのに有効な方法である。インクジェット法は、液滴吐出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することができ、また、吐出する液滴の量もピコリットルオーダーの単位で制御できるため、特に微細なレンズ(マイクロレンズ)の製造に適している。
そして、このような状態から圧電素子20への通電を解除すると、圧電素子20と振動板13はともに元の形状に戻る。よって、キャビティ15も元の容積に戻ることから、キャビティ15内部の液状体の圧力が上昇し、ノズル18から液状体の液滴22が吐出される。
なお、上記光透過性樹脂としては非溶剤系のものに限られることなく、溶剤系の上記光透過性樹脂も用いることができる
このとき、土台部材4bは液滴吐出ヘッド34の下方で停止しており、液滴吐出ヘッド34からマイクロレンズ8aを形成するのに必要な量(例えば20ドット)のレンズ材料を一度に連続して吐出する。1つの土台部材4b上に20ドットのレンズ材料7を吐出し終えると、土台部材4bが移動して、レンズ材料7が載っていない土台部材4bが液滴吐出ヘッド34の下方に配置され、20ドットのレンズ材料7が吐出される。
また、一度に連続して20ドットが吐出されることにより、この吐出されたレンズ材料7からなるマイクロレンズ前駆体8は、その横断面(土台部材4bの上面と平行な水平面)がついには土台部材4bの上面より大きくなる。
この状態からさらにレンズ材料7の吐出を続けると、後から吐出されたレンズ材料7は当然先に吐出されたレンズ材料7に対する密着性が高いことから、図5(b)に示すようにこれからこぼれ落ちることなく一体化する。すると、この一体化されたレンズ材料7はその体積が大きくなって盛り上がり、これによって土台部材4bの上面に対する接触角θ’が大きくなり、ついには直角を越えるようになる。
さらにこの状態からレンズ材料7の吐出を続けると、特にインクジェット法で吐出していることからドットごとでは大きな量とならないことにより、土台部材4b上での全体としてのバランスが保たれ、結果として図5(c)に示すように接触角θ’が大きな鈍角となり、結果として球に近い状態になる。
このようにして所望形状(本実施形態では図5(c)に示したような球形に近い形状とする)のマイクロレンズ前駆体8を形成したら、図4(b)に示すようにこれらマイクロレンズ前駆体8を硬化させ、マイクロレンズ8aを形成する。マイクロレンズ前駆体8の硬化処理としては、前述したようにレンズ材料7として有機溶剤が加えられておらず、放射線照射硬化性が付与されたものを用いることから、特に紫外線(波長λ=365nm)の照射による処理方法が好適に用いられる。
このような紫外線照射による硬化処理の後、例えば100℃で1時間程度の熱処理を行うのが好ましい。このような熱処理を行うことにより、紫外線照射による硬化処理の段階で硬化むらが生じてしまっても、この硬化むらを減少させて全体としてほぼ均一な硬化度にすることができる。
このようにしてマイクロレンズ8aを形成したら、必要に応じて基体3を切断し、個片化しあるいはアレイ状に形成することなどにより、所望の形態に作製する。
なお、このようにして製造されたマイクロレンズ8aと、基体3に予め形成した前記面発光レーザ2とから、本発明の一実施形態となる光学装置が得られる。
また、土台部材4bの上面を撥液処理しているので、吐出配置されたレンズ材料7の土台部材4b上面に対する接触角θ’を大きくすることができ、これにより土台部材4b上面に載るレンズ材料7の量を多くすることができる。
また、逆に面発光レーザ2などの発光源からの光が放射性を有することなく、直進性を有する場合、マイクロレンズ8aを透過させることでこの透過光に放射性を持たせることができる。
また、土台部材4bの形成方法についても、前述したフォトリソグラフィー法に限定されることなく、他の形成方法、例えば選択成長法や転写法等を採用することができる。
また、前記実施形態では、マイクロレンズ8aが、土台部材4b上に形成された状態のままでレンズとして用いられ、機能するようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、土台部材4bから適宜な方法で切離しあるいは剥離し、マイクロレンズ8aを単独の光学部品として用いるようにしてもよい。その場合、製造に用いる土台部材4bについては、当然ながら透光性を有する必要はない。
このような光伝送装置にあっては、前述したように良好な発光特性(光学特性)を有する光学装置を備えているので、この光伝送装置も良好な伝送特性を有するものとなる。
さらに、このような構成のレーザプリンタ用ヘッドを備えることにより、本発明のレーザプリンタが構成される。
また、このレーザプリンタ用ヘッドを備えたレーザプリンタにあっても、前述したように描画特性が良好なレーザプリンタ用ヘッドを備えているので、このレーザプリンタ自体が描画特性に優れたものとなる。
次に、本発明の第2の実施形態について図9および図10を参照して説明する。
本実施の形態のマイクロレンズの製造方法は、第1の実施の形態と概略同様であるが、第1の実施の形態とは、レンズ材料を吐出する工程の部分が異なっている。よって、本実施の形態においては、レンズ材料を吐出する工程の部分周辺のみを説明し、土台形成工程等の説明を省略する。
図9は、本実施の形態のマイクロレンズの製造方法の工程フローの概略を示す図である。
なお、土台形成工程(S1)と、基材撥液化工程(S2)と、キュア工程(S5)と、は第1の実施の形態と同じ工程であるので図9に示すに留め、その説明を省略する。
図10は本実施の形態におけるマイクロレンズの製造工程図である。
土台部材4bの上面に撥液処理を施したら、この土台部材4b上にレンズ材料7を、上記構成からなる液滴吐出ヘッド34によって図10(a)に示すように土台部材4b上にまず複数ドット吐出する。例えば20ドット(形成しようとするマイクロレンズ8aに必要なレンズ材料量は100ドット)を一度に連続して吐出し、土台部材4b上にマイクロレンズ前駆体8を形成する。また、レンズ材料7を吐出する際には、土台部材4bと液滴吐出ヘッド34とは相対的に停止している。
レンズ材料7を20ドット吐出してマイクロレンズ前駆体8を形成したら、図10(b)に示すようにマイクロレンズ前駆体8を仮硬化させる。仮硬化の程度としては、仮硬化したマイクロレンズ前駆体8にレンズ材料7が着弾してもその形状が崩れ、土台部材4bから崩れ落ちない程度の粘性をレンズ材料7が持つ程度に硬化されていればよい。
マイクロレンズ前駆体8の仮硬化処理としては、前述したようにレンズ材料7として有機溶剤が加えられておらず、放射線照射硬化性が付与されたものを用いることから、特に紫外線(波長λ=365nm)の照射による処理方法が好適に用いられる。
上記の工程が1つの土台部材4b上に1つのマイクロレンズが完成するまで土台部材4bと液滴吐出ヘッドとの相対位置関係を一定にして行われる場合には、マイクロレンズが完成するまでレンズ材料7の着弾位置がばらつくのを抑えることができ、形状精度の良いマイクロレンズを形成することができる。
また、紫外線硬化工程(S14)の間に他の土台部材4b上にレンズ材料7を吐出する場合には、レンズ材料7の吐出工程(S13)と紫外線硬化工程(S14)とを平行して行うことができ、マイクロレンズを形成するのに必要な時間を短縮させることができる。
具体的には、仮硬化を行わないとレンズ材料7が崩れて土台部材4bから崩れ落ちるような大量なレンズ材料を要する大きなマイクロレンズでも、精度の良い球状形状のマイクロレンズとして形成することができる。
(パターン1)なお、上記の実施の形態においては、Aより構成されているものに適応して説明したが、このAより構成されているものに限られることなく、B等、その他各種のB+に適応することができるものである。
(パターン2)なお、上記の実施の形態においては、この発明を圧縮機に適応して説明したが、この発明は圧縮機に限られることなく、その他各種の回転機械に適応できるものである。
次に、本発明における第2の実施の形態の変形例について図11を参照して説明する。
本実施の形態のマイクロレンズの製造方法は、第1の実施の形態と概略同様であるが、第1の実施の形態とは、レンズ材料を吐出する工程の部分が異なっている。よって、本実施の形態においてはレンズ材料を吐出する工程の部分周辺のみを説明し、土台形成工程等の説明を省略する。
図11は、本実施の形態のマイクロレンズの製造方法の工程フローの概略を示す図である。
なお、土台形成工程(S1)と、基材撥液化工程(S2)と、キュア工程(S5)と、は第1の実施の形態と同じ工程であるので図11に示すに留め、その説明を省略する。
本変形例の吐出工程(S23)は第2の実施の形態の吐出工程(S13)と概略同じであるが、使用されるレンズ材料7において異なる。第2の実施の形態においてレンズ材料7は、特に非溶剤系のものが好適とされたが、本変形例では溶剤系のレンズ材料7を好適に用いることができる。
そのため溶剤系のレンズ材料7を用いる点を除いては、第2の実施の形態と同じであるためその説明を省略する。
レンズ材料7を20ドット吐出してマイクロレンズ前駆体8を形成したら、マイクロレンズ前駆体8を所定時間放置して仮硬化させる。マイクロレンズ前駆体8を所定時間放置すると、レンズ材料7の溶剤が蒸発してその粘性が増加し仮硬化状態となる。また、放置する所定時間としては、マイクロレンズ前駆体8にレンズ材料7がさらに着弾してもその形状が崩れ、土台部材4bから崩れ落ちない程度の粘性をレンズ材料7が持つ程度の時間であればよい。
待機工程(S24)中に土台部材4bと液滴吐出ヘッドとの相対位置関係を一定にしている場合には、次の吐出工程(S23)でのレンズ材料7の着弾位置が前回の吐出工程における着弾位置からばらつくのを抑えることができ、形状精度の良いマイクロレンズを形成することができる。
また、待機工程(S24)の間に他の土台部材4b上にレンズ材料7を吐出する場合には、レンズ材料7の吐出工程(S23)と待機工程(S24)とを平行して行うことができ、マイクロレンズを形成するのに必要な時間を短縮させることができる。
例えば、本発明のマイクロレンズは、前記した用途以外にも種々の光学装置に適用可能であり、例えば固体撮像装置(CCD)の受光面や光ファイバの光結合部などに設けられる光学部品としても使用可能である。
Claims (3)
- 基体上に形成された土台部材上に、液滴吐出ヘッドからレンズ材料である所定滴数の液滴を吐出してマイクロレンズを形成するマイクロレンズの製造方法であって、
前記基体に形成された面発光レーザの出射側となる面上に前記土台部材を形成する土台形成工程と、
前記土台部材の上面を撥液処理する基材撥液化工程と、
前記レンズ材料の前記土台部材の上面に対する接触角が鈍角となり、その横断面の面積が前記土台部材の上面の面積よりも大きくなるように、前記基体と前記液滴吐出ヘッドとの相対移動を止めて、前記液滴吐出ヘッドから前記土台部材の上面に前記液滴を複数個吐出する吐出工程と、
を有することを特徴とするマイクロレンズの製造方法。 - 前記土台形成工程において、透光性を有する材料により前記土台部材を形成すると共に、前記土台部材の上面の中心位置が前記面発光レーザの出射口と重なるように前記土台部材を形成することを特徴とする請求項1記載のマイクロレンズの製造方法。
- 前記基材撥液化工程において、前記土台部材の上面に施す前記撥液処理は、前記土台部材の形成材料で形成された平面に対して前記レンズ材料を配した際に該レンズ材料の接触角が20°以上となるような撥液性を発揮する撥液処理であり、
前記吐出工程において、前記液滴吐出ヘッドから吐出する前記液滴は、表面張力が0.02N/m以上0.07N/m以下であり、かつ粘度が1mPa・s以上20mPa・s以下であることを特徴とする1または請求項2に記載のマイクロレンズの製造方法。
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