(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発生部に対する駆動周波数の設定により、硬化性光学樹脂液の液滴径を決定し、
前記超音波発生部より発生される超音波エネルギーを前記硬化性光学樹脂液の液面表面に集束させ、
前記液面表面に集束された超音波エネルギーにより前記硬化性光学樹脂液の液滴をノズルを介して基板上に吐出し、
前記液滴の直径が１０μｍ以下であって、前記ノズルと前記基板との離間距離は、前記液滴径の５５倍以下であることを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光コネクタ、液晶プロジェクタ等に用いられる凸形状のマイクロレンズやマイクロレンズアレイの製造方法および該方法に用いられる微小液滴吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のマイクロレンズの製造方法としては、フォトリソプロセスを用いて作製するバイナリーオプティクス、 所望のレンズ形状が凹設された金型を用意して樹脂にレンズ形状を転写する方法、 ガラス表面に開口部を設けてＴｉなどのイオンをガラス中に拡散させるイオン拡散法などが知られているが、いずれの方法も大規模な露光装置やイオン拡散装置を必要としたり、 特定の金型を用意しなければならないためコスト高になるばかりか、多種類のマイクロレンズを製造する場合に簡単に対応することができないという問題がある。
【０００３】
そこで、これらの問題を解決するために、 特開２０００−１０８２１６号公報および特開２０００−１８０６０５号公報では、インクジェットプリンタに用いられるヘッドからＵＶ硬化性光学樹脂を吐出し、その後、該光学樹脂を硬化させて凸レンズを製造する方法が提案されており、これにより、金型や特別大掛かりな設備を必要とせず、 しかもユーザカスタマイズに多種多様のマイクロレンズの製造に対応可能とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光コネクタ用マイクロレンズや液晶ブロジェクタ用マイクロレンズアレイは今後更に小型化に拍車がかかり、 近い将来φ１０μｍ、０．５ｐｌ以下の微小な液滴を吐出できる装置が必要になると予想される。
しかしながら、従来のインクジェット法で吐出される液滴の大きさはノズル径に大きく影響されるため、 ノズルの加工精度から液滴は直径でφ１８μｍ、体積で３ｐｌ（ピコリットル）が小型化の限界といわれている。 したがって、 今後の光コネクタ用マイクロレンズや液晶プロジェクタ用マイクロレンズアレイの小型化に対応するためには、さらに小さな液滴が吐出できる技術が望まれる。
【０００５】
本発明はこのような技術的要請に応えてなされたものであり、金型や特別大掛かりな設備を必要とせず、 しかもユーザカスタマイズに多種多様のマイクロレンズの製造に対応することができるのは勿論のこと、ノズル径に影響されることなく更なる吐出液滴の微細化を実現することができるマイクロレンズの製造方法および該方法に用いる微小液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明のマイクロレンズの製造方法は、超音波エネルギーを硬化性光学樹脂液の液面表面に集束させ、前記液面表面に集束された超音波エネルギーにより前記硬化性光学樹脂液の液滴を前記基板上に吐出することを特徴とする。
【０００７】
本発明のマイクロレンズの製造方法において、前記液滴の直径が１０μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の微小液滴吐出装置は、マイクロレンズを製造するために用いる液滴吐出装置であって、
硬化性光学樹脂液を貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部の一つの面に配置されたノズルと、前記ノズルと対向する前記液体貯留部の面に配置された超音波発生部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の液滴吐出装置において、前記液滴の直径を１０μｍ以下とする前記超音波発生部に対する駆動周波数を、前記超音波エネルギーの集束径に応じて設定したことを特徴とする。
本発明の液滴吐出装置において、前記超音波発生部は、超音波振動子と、前記超音波振動子の前記ノズル側に装着された音響レンズとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例であるインクジェット法による微小液滴吐出装置を説明するための説明的断面図、図２は図１の微小液滴吐出装置を用いて製造したマイクロレンズアレイの全体斜視図、図３は光Ｉ／Ｏチップの光伝送用にマイクロレンズを用いた例を示す概略図、図４〜図６は微小液滴吐出装置の他の実施の形態を説明するための説明的断面図である。
【００１０】
この微小液滴吐出装置はインクジェットプリンタのヘッドに相当するものであり、図１に示すように、超音波発生部を構成する超音波振動子としての圧電素子１を備えている。圧電素子１の両面には電極（図示せず）が装着されてその吐出液体供給側に凹面レンズ（音響レンズ）２が接着されており、該凹面レンズ２の凹面側には所定の間隔を保ってノズルプレート３が配置され、該ノズルプレート３と凹面レンズ２との間の空間に液体貯留部４が形成されている。
【００１１】
液体貯留部４には硬化性光学樹脂の液体４ａが常時供給されるようになっており、また、ノズルプレート３に形成された穴状のノズル５と凹面レンズ２との中心は同軸上に配置されるように設定されている。なお、液体貯留部４に供給される硬化性光学樹脂液４ａとしては、例えば紫外線硬化型エポキシ系光学樹脂液、 紫外線硬化型アクリレート光学樹脂液、 各種熱硬化型光学樹脂液等を採用することができる。
【００１２】
そして、高周波電源制御回路（図示せず）から圧電素子１に高周波交流電圧を選択的に印加して超音波振動を発生させると、その超音波エネルギーは凹面レンズ２により液体貯留部４の液面表面、すなわちノズル位置に集束され、これにより、液面表面に集束されたエネルギーにより硬化性光学樹脂の微小液滴（この実施の形態では、液滴径が１８μｍ未満、好ましくは１０μｍ以下）がノズル５を介してガラス基板１０上に吐出するようになっている。
【００１３】
そして、ヘッドの位置決め制御によってガラス基板１０上の所定位置に微小液滴を複数箇所に吐出して、その後、該光学樹脂を硬化させることにより、図２に示すようなガラス基板１０上に複数のマイクロレンズ１１が配置されたマイクロレンズアレイ２０が製造される。なお、ノズル５からガラス基板１０までの距離は、該ノズル５から吐出する液滴径の５５倍以下が好ましく、５５倍を超えると、吐出液滴に飛行曲がり等が生じてガラス基板１０上の所望の位置に液滴を落下させられなくなる可能性がでてくる。
【００１４】
図３は光Ｉ／Ｏの光伝送用に本発明により製造されたマイクロレンズを用いた例であり、一方のＬＳＩ３０から光源／受光素子３１、マイクロレンズ１１，１１、光道波路３４、マイクロレンズ１１，１１および光源／受光素子３７を介して他方のＬＳＩ４０に光を伝送するものである。
ところで、集束超音波理論（超音波工学便覧、日刊工業新聞社、ｐ１７１）よりノズルから吐出される液滴径（直径）は下記（１）式で決定されることが知られている。
【００１５】
ｄ＝２．４４ＬＣ／Ｄｆ                            …（１）
ｄ：エネルギー集束径、 Ｌ：焦点距離、Ｃ：液中の音速、 Ｄ: レンズ径、 ｆ: 駆動周波数
ここで、 吐出液滴径はエネルギー集束径ｄに線形比例しており、経験的にその係数Ｋは約０．３である。 したがって、 エネルギー集束径ｄが１．８ｍｍの時の吐出液滴径は０．６ｍｍ程度となる。
【００１６】
即ち、焦点距離Ｌ、液中の音速Ｃ、 レンズ径Ｄが決まればあとは駆動周波数のみで液滴径が決定される。
表１および表２に５μｍの液滴を吐出させる場合の口径比（Ｌ（焦点距離）／Ｄ（レンズ径））と駆動周波数ｆとの関係を示す。
【００１７】
【表１】
0004752162.tif 000002
【００１８】
【表２】
0004752162.tif 000003
【００１９】
表１および表２ともに５μｍの液滴を吐出させるべく、上記係数Ｋを例えば０．３としてエネルギー集束径ｄが１６．６７（５μｍ／０．３）となるように口径比（Ｌ／Ｄ）毎に圧電素子の駆動周波数ｆを（１）を用いて算出したものであり、表１は吐出させる硬化性光学樹脂の２０°Ｃにおける音速Ｃが２５００ｍ／ｓとして計算した例であり、表２は吐出させる樹脂がＵＶ硬化型光学樹脂の場合で、この場合、常温では液体なので水と同様に音速Ｃを１５００ｍ／ｓとして計算した例である。なお、口径比（Ｌ／Ｄ）は通常０．５〜１．５であるので、この範囲で圧電素子の駆動周波数を計算した。因みに、口径比＝Ｄ／Ｌ＝１、Ｃ＝１５００ｍ／ｓとしたとき、径５μｍの液滴を吐出するには表２から圧電素子を２１９．５６ＭＨｚで駆動すればよいことになる。
【００２０】
このようにこの実施の形態では、インクジェット法によりマイクロレンズを製造しているため、金型や特別大掛かりな設備を必要とせず、 しかもユーザカスタマイズに多種多様のマイクロレンズやマイクロレンズアレイの製造に対応することができる。
また、従来のインクジェット法では実現できなかった直径１８μｍ未満、特に直径１０μｍ以下の微小液滴を圧電素子１の駆動周波数を選択的に制御することによりノズル径に影響されることなく容易にノズル５から吐出させることができるため、今後更に小型化に拍車がかかる光コネクタ用マイクロレンズや液晶プロジェクタ用マイクロレンズアレイにも容易に対応することができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、説明の便宜上、微小液滴吐出装置を単独ヘッドとした場合を例に採ったが、プリンタで行われているのと同様なマルチヘッド化にして容易にマイクロレンズアレイを製造できるようにしてもよいのは勿論である。
また、上記実施の形態では、音響レンズとして凹面レンズを例に採ったが、これに代えて、フレネルレンズや電子走査レンズなどを採用することができる。
【００２２】
更に、上記実施の形態では、凹面レンズ２とノズル５との間に液体のみを介在させた場合を例に採ったが、例えば、図４〜図６に示すように、凹面レンズ２とノズル５との間に超音波エネルギーの集束を助ける絞り部材７を配置して集束効率を高めるようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、金型や特別大掛かりな設備を必要とせず、 しかもユーザカスタマイズに多種多様のマイクロレンズの製造に対応することができると共に、ノズル径に影響されることなく更なる吐出液滴の微細化を実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である微小液滴吐出装置を説明するための説明的断面図である。
【図２】図１の微小液滴吐出装置を用いて製造したマイクロレンズアレイの全体斜視図である。
【図３】光Ｉ／Ｏチップの光伝送用にマイクロレンズを用いた例を示す概略図である。
【図４】微小液滴吐出装置の他の実施の形態を説明するための説明的断面図である。
【図５】微小液滴吐出装置の他の実施の形態を説明するための説明的断面図である。
【図６】微小液滴吐出装置の他の実施の形態を説明するための説明的断面図である。
【符号の説明】
１…圧電素子（超音波振動子）
２…凹面レンズ（音響レンズ）
４…液体貯留部
４ａ…硬化性光学樹脂液
５…ノズル
１０…ガラス基板
１１…マイクロレンズ
【図１】
0004752162.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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