微透鏡的制造方法

專利名稱：微透鏡的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種微透鏡的制造方法。
背景技術：
近年來，出現了具有多個稱為微透鏡的微小透鏡的光學裝置。
作為這樣的光學裝置，包括例如具備激光器的發光裝置、光纖的光互連、以及具有用于聚集入射光的聚光透鏡的固體攝像元件等。
作為這樣的微透鏡的制造方法，正研究采用噴墨法。在該方法中，從形成于噴墨噴頭上的微小噴嘴，向基體噴出包含微透鏡的構成材料的液滴，再進行固化而形成微透鏡(例如，特開2003-240911號公報)。作為該微透鏡的形成材料，可以利用紫外線固化性或者熱固化性的樹脂材料等。
在噴墨法中，為了防止微小噴嘴的堵塞，能噴出的液體(liquidmaterial)被限定在具有50cps(mPa·s)以下的較低粘度的物質。在噴出該低粘度樹脂材料之后緊接著，如果對液滴照射紫外線或者對液滴進行加熱使其固化，則出現液滴直徑不均的問題。與此相伴隨，形成的微透鏡的直徑也變得不均。
該現象即使當微透鏡的形成材料中不含有機溶劑且其幾乎是由紫外線固化性或者熱固化性材料構成時也會發生。對其原因雖然不清楚，但認為在微透鏡的形成材料中含有的聚合引發劑或者單體的蒸發是其一個原因。此外，在被噴出的液滴碰撞到基體時顯示彈性動作也被認為是一個原因。

發明內容
本發明正是為了解決上述問題而完成的發明，其目的在于提供一種能高精度形成微透鏡的微透鏡的制造方法。
為了達到上述目的，提供一種微透鏡的制造方法，是將含有微透鏡的構成材料的液滴從液滴噴出裝置噴出并彈落(land on)在基體(substrate)上，并對彈落的所述液滴實施固化處理而制造微透鏡的方法，其特征在于，在所述液滴彈落下后經過規定時間，再進行所述固化處理。
此外，優選所述規定時間是指所述液滴在所述基體上的直徑變化率下降到規定值以下為止的時間。
一般來說，液滴彈落在基體上之后，馬上隨著時間的推移，液滴直徑減小。其中，彈落之后液滴直徑馬上急劇減小，但在經過規定時間后，液滴直徑的減小變得緩慢。因此，在經過至到液滴的直徑變化率下降到規定值以下的規定時間之后，對液滴實施固化處理，由此不會因固化處理的時間的微小差異而導致固化后的液滴直徑上產生較大偏差。由此，可以高精度形成微透鏡，從而提供能穩定發揮良好的光學特性的微透鏡。
其中，還可以在所有的所述液滴彈落到所述基體上之后，從最后的所述液滴彈落后經過所述規定時間，再對所有的所述液滴進行固化處理。
根據該構成，可以分離液滴噴出工序和固化處理工序，因此能降低設備成本。
其中，還可以對每個噴出到所述基體上的所述液滴，在經過所述規定時間之后依次進行所述固化處理。
根據該構成，可以在短時間內有效地進行液滴噴出工序以及固化處理工序。
此外，優選所述微透鏡的構成材料是紫外線固化性樹脂材料，所述固化處理是通過照射紫外線而進行。
根據該構成，通過對作為固化對象的液滴進行紫外線照射，可以在不給其他液滴造成影響的情況下進行個別固化處理。
此外，在噴出所述液滴之前，優選在所述基體上的除了所述微透鏡形成區域之外的區域上預先實施疏液處理。
根據該構成，能夠抑制液滴的潤濕擴大，因此能進一步高精度地形成微透鏡。


圖1是實施方式的微透鏡制造方法的示意圖。
圖2A、B是液滴噴頭的概略構成圖。
圖3是表示液滴彈落后的經過時間和液滴直徑之間的關系的曲線圖。
圖4是剛彈落后的液滴以及彈落后經過規定時間后的液滴的形狀的示意圖。
圖5是基體的疏液處理的示意圖。
圖6是激光打印機用磁頭的概略構成圖。
具體實施例方式
項目，參照

本發明的實施方式。其中，在以下說明中使用的各附圖中，為了將各部件設定為能夠識別的大小，適當改變了各部件的縮尺。
圖1是表示本實施方式的微透鏡的制造方法的示意圖。本實施方式的微透鏡的制造方法，是將包含透鏡的構成材料的液滴從液滴噴頭噴出并彈落在基體上，并對彈落的液滴實施固化處理而制造微透鏡的方法，其特征在于，從所述液滴彈落后直到進行所述固化處理為止，不實施固化處理而放置規定時間。
作為微透鏡的構成材料(透鏡材料)，可以使用透光性樹脂。可以具體舉出聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸羥基乙酯、聚甲基丙烯酸環己酯等丙烯酸系樹脂，聚雙烯丙基碳酸二乙二醇酯、聚碳酸酯等烯丙基系樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚氨酯系樹脂、聚酯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂、聚乙酸乙烯酯系樹脂、纖維素系樹脂、聚酰胺系樹脂、氟系樹脂、聚丙烯系樹脂、聚苯乙烯系樹脂等熱塑性或者熱固化性樹脂，可以使用其中的一種，或者混合多種使用。
此外，作為所述透光性樹脂，特別優選使用非溶劑系的樹脂。對于該非溶劑系的透光性樹脂，不是使用有機溶劑溶解透光性樹脂而制成液體，而是例如用其單體稀釋該透光性樹脂而液態化，并可以從液滴噴頭噴出。此外，在該非溶劑系的透光性樹脂中，通過配合聯二咪唑系化合物等光聚合引發劑，可以作為放射線照射固化型材料使用。即，通過配合這樣的光聚合引發劑，可以對所述透光性樹脂賦予放射線照射固化性。在這里，放射線是可見光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子射線等的統稱，尤其是通常使用紫外線。
將上述的透鏡材料從液滴噴頭噴出。
圖2A和圖2B是液滴噴頭的概略構成圖。本實施方式的微透鏡的制造裝置具備噴出包含微透鏡的構成材料的液滴的液滴噴頭34。如圖2A所示，該液滴噴頭34具備不銹鋼制的噴嘴板12和振動板13，兩者借助隔離部件(儲存板)14接合。在噴嘴板12和振動板13之間，由隔離部件14形成多個空腔15和儲存部16，且這些空腔15和儲存部16經由流路17相互連通。
在各空腔15和儲存部16的內部充滿有用于噴出的液體(透鏡材料)，在它們之間的流路17發揮從儲存部16將液體提供給空腔15的供給口的功能。此外，在噴嘴板12上，以縱橫排列的狀態形成多個用于從空腔15噴射液體的孔狀噴嘴18。另一方面，在振動板13上形成有向儲存部16內開口的孔19，在該孔19上，借助管(未圖示)連接有液體罐(未圖示)。
此外，在振動板13的與朝向空腔15的面相反側的面上，如圖2B所示，接合有壓電元件20。該壓電元件20被夾持在一對電極21、21之間，并通過通電以向外側突出的方式使其撓曲變形。
在這樣的結構的基礎上，接合有壓電元件20的振動板13與壓電元件20成為一體而同時向外側撓曲變形，由此使空腔15的容積增大。這樣，在空腔15內和儲存部16內連通且在儲存部16內填充有液體的情況下，與空腔15內增大的容積部分相當的液體，借助流路17而從儲存部16流入。
此后，如果在該狀態下解除向壓電元件20的通電，則壓電元件20和振動板13都返回至原來的形狀。由此，由于空腔15也返回至原來的容積，因此空腔15內部的液體的壓力上升，進而從噴嘴18噴出液體的液滴22。
其中，作為液滴噴頭34的噴出機構，除了使用所述壓電元件20的電機械變換體之外，例如還可以采用將能量產生元件用作電機械交換體的方式、或所謂帶電控制型、加壓振動型的連續方式、靜電吸引方式、以及照射激光等電磁波使其發熱并由基于該發熱的作用噴出液體的方式。
其中，作為用作透鏡材料的透光性樹脂的表面張力，優選采用0.02N/m以上且0.07N/m以下的范圍內。當用液滴噴出法噴出墨水時，如果表面張力不到0.02N/m，則墨水對噴嘴的面的潤濕性增大，因此容易產生飛行彎曲。此外，如果表面張力超過0.07N/m，則在噴嘴頂端的彎月面的形狀不穩定，因此很難對噴出量以及噴出時間進行控制。
為了調整表面張力，在不使與基體的接觸角大幅度降低且在不影響折射率等光學特性的范圍內，可以在上述透光性樹脂的分散液中微量添加氟系、硅酮系、非離子系等的表面張力調節劑。非離子系表面張力調節劑起到提高墨水向基體的潤濕性、改進膜的流平性、防止產生膜的微細的凹凸不平的作用。在上述表面張力調節劑中根據需要還可以包含醇、醚、酯、酮等有機化合物。
此外，作為用作透鏡材料的透光性樹脂的粘度，優選是1mPa·s以上且200mPa·s以下。當使用液滴噴出法噴出作為液滴的墨水時，當粘度小于1mPa·s時，由墨水的流出而容易污染噴嘴周圍。此外，當粘度大于50mPa·s時，通過在噴頭或者液滴噴出裝置上設置墨水加熱機構而可以進行噴出，但是在常溫下，噴嘴孔被堵塞的頻率增高，很難順暢地噴出液滴。在為200mPa·s以上的情況下，即使加熱也很難將粘度降低至能噴出液滴的程度。
接著，使從液滴噴頭噴出的透鏡材料的液滴彈落在基體上。
作為基體，可以使用玻璃基體或者半導體基體，進而還可以使用在這些基板上形成各種功能性薄膜或者功能性要素的基體。其中，基體的表面可以是平面，也可以是曲面，進而對基體自身的形狀沒有特別限定而可以采用各種形狀。
如果舉出一例，則作為基體，可以使用在GaAs基體上形成多個表面發射激光器的基體。在該情況下，在各表面發射激光器的射出口周邊形成有由聚酰亞胺樹脂等構成的絕緣層(未圖示)。而且，在各表面發射激光器的成為射出側的面上設有底座部件，在該底座部件的上面使液滴彈落，形成微透鏡。在這里，作為底座部件的形成材料，優選使用具有透光性的材料，即優選使用在從表面發射激光器的發出的光的波長區域中幾乎不引起吸收、從而實質上使該發出的光透過的材料，例如優選使用聚酰亞胺系樹脂、丙烯酸系樹脂、環氧系樹脂、或者氟系樹脂等，其中更優選聚酰亞胺系樹脂。
圖3是表示液滴彈落后的經過時間和點徑(液滴直徑)之間的關系的曲線圖。
根據圖3可知，在液滴彈落到基體上之后，液滴馬上隨著時間的經過而收縮，液滴直徑變小。此外還知道，雖然在彈落之后(例如至彈落之后約100秒)液滴直徑急劇減小，但當經過相當時間后，液滴直徑的減小變得緩慢。另外該現象與透鏡材料中是否包含有機溶劑沒有關系，已確認即使在透鏡材料的幾乎全部由紫外線固化性材料或者熱固化性樹脂等固化性材料占據的情況下也會發生。
歸其原因，認為是液滴中含有的聚合引發劑或者單體的蒸發。即，在剛剛彈落之后由于蒸氣壓較大而使液滴直徑急劇減小，而當經過相當時間后，蒸氣壓降低，使得液滴直徑的減小變得緩慢。此外，作為其他原因，認為是液滴向基體沖撞時顯示的彈性動作。圖4是表示剛彈落后的液滴以及彈落后經過規定時間后的液滴的形狀的示意圖。如圖4所示，剛彈落的液滴28變形成為扁平形狀，但經過規定時間后的液滴24漸漸恢復為半球形狀。因此液滴直徑減小。
在這里，如果在液滴直徑急劇減小的過程中進行固化處理，則由固化處理的時間的微小不同而使固化后的液滴直徑出現很大偏差。由此，微透鏡的直徑會產生很大偏差，無法穩定獲得良好的光學特性。
因此，自液滴彈落到經過規定時間之前，不對液滴實施固化處理。該規定時間是直到液滴直徑的變化率(單位時間之內的變化量)降低到規定值以下的時間，而該變化率可以從應形成的微透鏡的直徑的尺寸允許值計算出。在該規定時間內，只要不進行固化處理即可，可以在此期間進行從液滴噴出平臺(stage)向固化平臺搬送基體的作業，也可以不進行任何作業而放置起來。
在本實施方式中，著眼于微透鏡的直徑的偏差，不實施固化處理直到液滴直徑的變化率下降至規定值以下。與此相對，如果著眼于微透鏡直徑以外的尺寸或者形狀、物性等的偏差，則可以不對液滴實施固化處理，直到液滴直徑以外的尺寸或者形狀、物性等的變化率下降到規定值以下。
接著，在經過規定時間后對液滴進行固化處理。在使用紫外線固化性樹脂材料作為透鏡材料的情況下，作為固化處理主要是使用紫外線照射處理，而當使用熱固化性樹脂材料作為透鏡材料時，則作為固化處理主要是進行加熱處理。
而且，當為了形成多個微透鏡而在基體上的多個位置噴出液滴的情況下，可以在噴出所有的液滴之后經過規定時間，再對所有的液滴進行固化處理。在此情況下，能夠分離液滴噴出工序和固化處理工序，因此能夠降低設備成本。
此外，還可以對各個液滴進行個別的固化處理。在該情況下，對噴出后經過規定時間的液滴開始依次進行固化處理。由此，可以在短時間內有效進行液滴噴出工序和固化處理工序。其中，在使用紫外線固化性樹脂材料作為透鏡材料的情況下，通過向作為固化對象的液滴照射紫外線，能夠在不影響其他液滴的情況下，進行個別地固化處理。
如上所述，在本實施方式的微透鏡的制造方法中，采取自液滴彈落至經過規定時間期間，不對液滴進行固化處理的構成。該規定時間是指直到液滴直徑的變化率降低到規定值以下的時間。根據該構成，不會由固化處理的時間的微小不同而使固化后的液滴直徑出現很大偏差。由此，能夠以良好精度形成微透鏡的直徑，并可以提供能穩定發揮良好的光學特性的微透鏡。
圖5是基體的疏液處理的示意圖。在上述的液滴噴出工序之前，優選在基體5上的微透鏡形成區域3的周圍，預先實施疏液處理。作為該疏液處理，可以采用例如形成自組織化膜(self-assembled film)的方法、或者等離子體處理法等。
在上述的自我組織膜的形成方法中，在應該形成導電膜配線的基體5的表面上，形成由有機分子膜等構成的自組織化膜70。
用于處理基體表面的有機分子膜，具備能與基體5結合的官能團、在其相反側上的稱之為親液基或者疏液基等的對基體5的表面性進行改性(控制表面能)的官能團、和連結這些官能團的碳的直鏈或者一部分分支的碳鏈，從而，與基體5結合并進行自組織化，形成分子膜，例如形成單分子膜。
在這里，自組織化膜70是由能夠與基體5的基底層等的構成原子發生反應的結合性官能團和除此之外的直鏈分子構成、且使通過直鏈分子的相互作用而具備極高的取向性的化合物進行取向而形成的膜。該自組織化膜70是通過對單分子進行取向而形成的，因此能夠使膜厚極薄，而且能在分子水平上成為均勻膜。即，由于有相同分子位于膜的表面，因此能夠向膜的表面賦予均勻且優良的疏液性或者親液性。
作為上述的具有高取向性的化合物，例如通過使用氟烷基硅烷，能夠以使氟烷基位于膜的表面的方式使各化合物進行取向而形成自組織化膜70，從而向膜的表面賦予均勻的疏液性。
作為形成自組織化膜70的化合物，可以例示十七氟-1，1，2，2四氫癸基三乙氧基硅烷、十七氟-1，1，2，2四氫癸基三甲氧基硅烷、十七氟-1，1，2，2四氫癸基三氯硅烷、十三氟-1，1，2，2四氫辛基三乙氧基硅烷、十三氟-1，1，2，2四氫辛基三甲氧基硅烷、十三氟-1，1，2，2四氫辛基三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷等氟烷基硅烷(以下稱為“FAS”)。這些化合物可以單獨使用，也可以組合兩種以上使用。
其中，通過使用FAS，能夠獲得與基體5的密接性以及良好的疏液性。
FAS的一般結構式由RnSiX(4-n)表示。在這里，n表示1以上3以下的整數、X表示甲氧基、乙氧基、鹵素原子等水解基團。此外，R表示氟烷基，且具備(CF3)(CF2)x(CH2)y的(在這里x表示0以上10以下的整數，y表示0以上4以下的整數)構造，并且，當多個R或者X與Si結合時，R或者X可以都相同，也可以都不同。由X表示的水解基團通過水解形成硅烷醇，并與基體(玻璃、硅)5的基底的羥基發生反應，而通過硅氧烷鍵與基體5結合。另一方面，R在表面具有(CF2)等氟代基團(fluoro group)，因此將基體5的基底表面改性為不被潤濕(表面能低)的表面。
關于由有機分子膜等構成的自組織化膜70，通過將上述的原料化合物和基體5放入同一密閉容器中，并在室溫下放置2～3天左右，則可以在基體上形成。此外，通過保持整個密閉容器在100℃，可以在3小時左右形成于基體上。這些是從氣相的形成法，但也可以從液相形成自組織化膜70。例如，在包含原料化合物的溶液中對基體5進行浸漬、清洗、干燥，從而在基體上形成自組織化膜70。
其中，在形成自組織化膜70之前，優選實施對基體表面照射紫外線，或者用溶劑進行清洗等基體表面的前處理。
另一方面，作為等離子體處理法，優選采用例如在大氣氣氛中將四氟甲烷作為處理氣體的等離子體處理法(CF4等離子體處理法)。該CF4等離子體處理法的條件是，例如等離子體功率為50～1000kW、四氟甲烷(CF4)的氣體流量是50～100ml/min、基體5相對等離子放電電極的搬送速度是0.5～1020mm/sec、基體溫度是70～90℃。其中，作為處理氣體，并不僅限于四氟甲烷(CF4)，還可以使用其他的碳氟化合物系氣體。通過進行這樣的疏液化處理，在基體5的表面導入氟基(fluorine-containing groups)，從而賦予高疏液性。
由此，在對微透鏡的形成區域的周圍實施疏液處理的狀態下，如果向微透鏡的形成區域噴出液滴24，則能夠抑制液滴24的潤濕擴大。由此，能夠以更高的精度形成微透鏡的直徑。
此外，如圖4所示，與剛彈落后的液滴28相比，從彈落后經過規定時間后的液滴24的形狀接近球的形狀。其中，如果使微透鏡接近于球狀，則焦距變短。從而，通過使用焦距短的微透鏡形成光學裝置，能夠實現光學裝置的小型化。
圖6是表示激光打印機用磁頭的概略構成圖。圖6的激光打印機用磁頭具備使用本實施方式的微透鏡制造方法而制造出的微透鏡。即，作為該激光打印機用磁頭的光學裝置，形成有將多個表面發射激光器2沿直線配置成的表面發射激光器陣列2a、和相對構成該表面發射激光器陣列2a的各個表面發射激光器2而配設的微透鏡8a。其中，對于表面發射激光器2，設有TFT等驅動元件(未圖示)，另外在該激光打印機用磁頭上設有溫度補償電路(未圖示)。
而且，通過具有這樣結構的激光打印機用磁頭，能構成激光打印機。
作為這樣的激光打印機用磁頭，具備如前所述具有良好光學特性的微透鏡，因此能夠形成描繪特性優良的激光打印機用磁頭。
此外，具備該激光打印機用磁頭的激光打印機，也如前所述具備描繪特性優良的激光打印機用磁頭，因此該激光打印機自身在描繪特性方面也很優良。
其中，本發明的技術范圍并不被上述實施方式所限定，而是在不超出本發明宗旨的范圍內，能夠進行各種變更。
例如，本發明的微透鏡除了所述的用途以外，還可以用于各種光學裝置中，例如，可以用作在固體攝像裝置(CCD)的受光面或者光纖的光結合部、光傳送裝置、投影用屏幕、投影機系統等中設置的光學構件。
以上對本發明的優選實施例進行了說明，但本發明并不限定于這些實施例。在不脫離本發明宗旨的范圍內，可進行構成的附加、省略、置換、以及其他變更。本發明不由上述的說明所限定，而僅由技術方案的范圍所限定。
權利要求
1.一種微透鏡的制造方法，是制造微透鏡的方法，其特征是將包含透鏡的構成材料的液滴從液滴噴出裝置噴出并彈落在基體上，在所述液滴彈落后經過規定時間，再對已彈落的所述液滴實施固化處理。
2.如權利要求1所述的微透鏡的制造方法，其特征是所述規定時間是直到已彈落的所述液滴的直徑的變化率下降到規定值以下的時間。
3.如權利要求1所述的微透鏡的制造方法，其特征是在噴出多個液滴且所有的所述液滴彈落在所述基體上之后，從最后的所述液滴彈落開始經過所述規定時間，再對所有的所述液滴進行固化處理。
4.如權利要求1所述的微透鏡的制造方法，其特征是對每個噴出到所述基體上的所述液滴，在經過所述規定時間后依次進行所述固化處理。
5.如權利要求1所述的微透鏡的制造方法，其特征是所述微透鏡的構成材料是紫外線固化性樹脂材料，所述固化處理是通過照射紫外線而進行。
6.如權利要求1所述的微透鏡的制造方法，其特征是在噴出所述液滴之前，在所述基體上的除所述微透鏡的形成區域之外的區域，預先實施疏液處理。
全文摘要
本發明提供一種微透鏡的制造方法，將包含透鏡的構成材料的液滴從液滴噴出裝置噴出并彈落在基體上，在所述液滴彈落后經過規定時間，再對彈落的所述液滴進行固化處理。
文檔編號B29D11/00GK1721171SQ20051008361
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月13日 優先權日2004年7月16日
發明者長谷井宏宣 申請人:精工愛普生株式會社