JP2010274480A - Manufacturing method of three-dimensional structure - Google Patents
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Abstract
【課題】大面積における均一性を高めることが可能な三次元構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】上基材11および下基材12のそれぞれに、樹脂の滴下位置に対応して疎水性領域21を設け、疎水性領域21の外側に親水性領域22を設ける。下基材12に、紫外線硬化樹脂よりなる樹脂30を滴下する。疎水性領域21に接した樹脂30は、下基材12上を濡れ拡がる表面力を受ける一方で、親水性領域22と空気40に接した樹脂30は、その表面エネルギーを最小にするために球形状となる。これにより、樹脂30は下基材12の疎水性領域21に調芯され滴下位置が規定される。樹脂30の上に、上基材11を配置し、樹脂30を硬化させる。
【選択図】図1A method of manufacturing a three-dimensional structure capable of improving uniformity in a large area is provided.
Each of an upper substrate and a lower substrate is provided with a hydrophobic region corresponding to a dropping position of the resin, and a hydrophilic region is provided outside the hydrophobic region. A resin 30 made of an ultraviolet curable resin is dropped on the lower substrate 12. The resin 30 in contact with the hydrophobic region 21 receives a surface force that wets and spreads on the lower substrate 12, while the resin 30 in contact with the hydrophilic region 22 and the air 40 has a spherical shape to minimize its surface energy. It becomes a shape. As a result, the resin 30 is aligned with the hydrophobic region 21 of the lower base 12 to define the dropping position. The upper substrate 11 is disposed on the resin 30 and the resin 30 is cured.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、大面積の基材に構造体を形成する場合に好適な三次元構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a three-dimensional structure suitable for forming a structure on a large-area substrate.
数百nm〜数十μmサイズの任意形状の三次元微細構造体は、厚膜レジストを用いた紫外線リソグラフィ、またはポリイミド樹脂へのレーザ加工等により実現されてきた。 A three-dimensional microstructure having an arbitrary shape with a size of several hundred nm to several tens of μm has been realized by ultraviolet lithography using a thick film resist, laser processing on a polyimide resin, or the like.
しかしながら、これらの従来方法ではいずれも、例えば10インチ以上の大面積においては均一化が難しいという課題が内在していた。すなわち、リソグラフィではフォトマスクとレジストとのプロキシミティ量均一化、現像均一性などの問題があり、レーザ加工ではレーザ出力の不均一、デブリと呼ばれる加工残材除去などが問題となっていた。また、これらの加工手法は所謂減算方法であり使用材料の大半を廃棄するので、環境負荷も多く材料の有効利用の観点からも望ましいものではなかった。 However, any of these conventional methods has a problem that it is difficult to make uniform in a large area of, for example, 10 inches or more. That is, in lithography, there are problems such as uniform uniformity of the photomask and resist and development uniformity, and in laser processing, there is a problem of non-uniform laser output and removal of processing residue called debris. In addition, these processing methods are so-called subtraction methods, and most of the materials used are discarded, so that they have a large environmental load and are not desirable from the viewpoint of effective use of materials.
なお、ちなみに、特許文献1には、導電性紫外線硬化樹脂にエレクトロウェット現象を適用し、紫外線硬化樹脂の位置決め(位置移動)、接触角制御による形状変化を行うことにより、マイクロレンズを形成する方法が記載されている。しかし、この従来方法では、紫外線硬化樹脂に導電性を付与するための樹脂混成が必要であり、透明性、硬化性等の材料諸特性での制約が多いという問題があった。また、エレクトロウェット現象発現のために紫外線硬化樹脂中への電極挿入が必要となるので、後の紫外線照射による紫外線硬化樹脂の硬化時に電極そのものが紫外線硬化樹脂中に内挿されてしまい、マイクロレンズ機能の制約となってしまっていた。更に、紫外線硬化樹脂は基材、空気との三者界面で接触角制御がなされるが、マイクロレンズ直径が毛管長(直径約2mm)以下のサイズとなった場合には、レンズ形状は球形に制約されるため、任意形状の三次元微細構造体を形成することは不可能であった。
Incidentally,
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、大面積の基材を用いた場合に均一性を高めることが可能な三次元構造体の製造方法を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this problem, The objective is to provide the manufacturing method of the three-dimensional structure which can improve a uniformity, when a base material of a large area is used.
本発明による三次元構造体の製造方法は、疎水性の程度の異なる複数の領域を有する下基材に、樹脂を滴下する工程と、樹脂を硬化させる工程とを含むものである。 The method for producing a three-dimensional structure according to the present invention includes a step of dropping a resin on a lower substrate having a plurality of regions having different degrees of hydrophobicity and a step of curing the resin.
本発明の三次元構造体の製造方法によれば、疎水性の程度の異なる複数の領域を有する下基材に、樹脂を滴下して硬化させるようにしたので、滴下された樹脂を、相対的に疎水性の大きい領域に自動的に調芯させ、大面積にわたって均一に樹脂を所望の位置に配置することが可能となる。 According to the method for producing a three-dimensional structure of the present invention, the resin is dropped and cured on the lower substrate having a plurality of regions having different degrees of hydrophobicity. It is possible to automatically align the region having a large hydrophobicity and uniformly dispose the resin at a desired position over a large area.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(下基材に樹脂を滴下したのち、上基材を配置し、樹脂を硬化させる途中で上基材を除去する例)
2.第2の実施の形態(上基材と下基材との間の空間に純水を挿入して接触角を制御する例)
3.第3の実施の形態(上接触角および下接触角をともに90度以下とし、アスペクト比を変化させる例)
4.第4の実施の形態(上接触角および下接触角をともに90度以上とし、アスペクト比を変化させる例)
5.第5の実施の形態(上接触角を90度以下、下接触角を90度以上として樹脂を円錐台形状とする例)
6.第6の実施の形態(上基材の電極を用いて樹脂を円錐台形状にする例)
7.適用例(表示装置および電子機器)
8.変形例1(マイクロレンズ)
9.変形例2(マイクロTASおよび燃料電池)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (an example in which an upper base material is placed after dropping a resin on a lower base material, and the upper base material is removed while curing the resin)
2. Second Embodiment (Example of controlling contact angle by inserting pure water into a space between an upper base material and a lower base material)
3. Third embodiment (an example in which the upper contact angle and the lower contact angle are both 90 degrees or less and the aspect ratio is changed)
4). Fourth embodiment (example in which the upper contact angle and the lower contact angle are both 90 degrees or more and the aspect ratio is changed)
5). Fifth embodiment (example in which the upper contact angle is 90 degrees or less, the lower contact angle is 90 degrees or more, and the resin has a truncated cone shape)
6). Sixth Embodiment (Example in which resin is formed into a truncated cone shape using the electrode of the upper substrate)
7). Application examples (display devices and electronic equipment)
8). Modification 1 (microlens)
9. Modification 2 (Micro TAS and fuel cell)
(第1の実施の形態)
図1ないし図3は、本発明の第1の実施の形態に係る三次元構造体の製造方法を工程順に表したものである。この製造方法は、例えば、下基材に樹脂を滴下する工程と、滴下された樹脂の上に上基材を配置する工程と、樹脂を硬化させる工程とを含んでいる。
(First embodiment)
1 to 3 show a method of manufacturing a three-dimensional structure according to the first embodiment of the present invention in the order of steps. This manufacturing method includes, for example, a step of dropping a resin on the lower substrate, a step of placing the upper substrate on the dropped resin, and a step of curing the resin.
(樹脂を滴下する工程)
まず、図1(A)に示したように、ガラス基板などよりなる上基材11および下基材12のそれぞれに、疎水性の程度の異なる複数の領域を設け、樹脂の滴下位置に対応する領域の疎水性を、それ以外の領域よりも相対的に高くする。具体的には、樹脂の滴下位置に対応して疎水性領域21を設け、この疎水性領域21の外側に、疎水性領域21よりも疎水性の程度の小さい領域、例えば親水性領域22を設ける。
(Process of dripping resin)
First, as shown in FIG. 1A, a plurality of regions having different degrees of hydrophobicity are provided on each of the
疎水性領域21および親水性領域22は、樹脂として紫外線硬化樹脂を用いる場合には、紫外線硬化樹脂の感光波長に対して透明(透過)となる材料により形成することが望ましい。このような疎水性領域21としては、例えばパリレン、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の有機膜を用いることができる。親水性領域22としては、石英ガラス素面等の無機面を用いることができる。
When the ultraviolet curable resin is used as the resin, the
なお、疎水性領域21の疎水性または親水性領域22の親水性は、上述した材料そのものの特性により発現させることが前提となる。ただし、材料表層をプラズマ照射等により粗面化処理を施すことにより、疎水性領域21はより疎水側に、親水性領域22はより親水側への微調整が可能となる。
It is assumed that the hydrophobicity of the
また、疎水性領域21および親水性領域22は、上基材11または下基材12が完成後の三次元構造体の一部として用いられる場合、またはディスプレイデバイス(表示装置)等に用いられる場合には、可視光波長に対して透明(透過)となる処理材料であることが望ましい。
The
疎水性領域21および親水性領域22の組合せおよび平面形状は、特に限定されない。例えば、本実施の形態では、図2に示したように、例えば平面形状が円形の疎水性領域21を行列状に配置し、その外側を親水性領域22とする。疎水性領域21の平面形状は、円形に限らず、六角形または八角形などの正多角形でもよい。
The combination and planar shape of the
次いで、図1(B)に示したように、下基材12に、例えば紫外線硬化樹脂よりなる樹脂30を滴下する。樹脂30の滴下量は、最終的な構造体の体積に同一もしくは擬似する体積Vとして算出制御する。また、樹脂30の滴下数すなわち疎水性領域21の個数は、構造体の用途に応じて必要とされる数となり、下基材12もしくはディスペンサの相対移動により樹脂30の滴下を行うことで大面積展開が容易に可能となる。
Next, as illustrated in FIG. 1B, a
このとき、下基材12の疎水性領域21に接した樹脂30は、下基材12上を濡れ拡がる表面力を受ける一方で、下基材12の親水性領域22と空気40に接した樹脂30は、その表面エネルギーを最小にするために(表面積を最小にするべく)球形状となる。このようにして、樹脂30は下基材12の疎水性領域21に調芯され滴下位置が規定される。
At this time, the
(上基材を配置する工程)
続いて、図1(C)に示したように、滴下された樹脂30の上に、上基材11を配置する。このとき、上基材11と下基材12との間の間隔(ギャップ)Gを、構造体の所望寸法に等しくする。
(Step of placing the upper substrate)
Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, the
このとき、上基材11の疎水性領域21に接した樹脂30は、上基材11上を濡れ拡がる表面力を受ける一方で、上基材11の親水性領域22と空気40に接した樹脂20は、その表面エネルギーを最小にするために(表面積を最小にするべく)球形状となる。これにより、樹脂30は上基材11および下基材12の疎水性領域21に調芯され、上基材11に対する上接触角θ1および下基材12に対する下接触角θ2がそれぞれ規定される。上接触角θ1は、樹脂30と空気40と上基材11との3界面で規定され、下接触角θ2は、樹脂30と空気40と下基材12との3界面で規定される。なお、下基材12の調芯力が十分強い場合は、上基材11の疎水性領域21は不要である。
At this time, the
(樹脂を硬化させる工程)
樹脂30の上接触角θ1および下接触角θ2が所望の角度を満たしている場合には、図3(A)に示したように、この時点で下基材12の裏側から紫外線UVを照射し、樹脂30を硬化させる。ただし、樹脂30が酸素阻害の特性を有している場合には、真空もしくは窒素雰囲気中で硬化を行う。なお、上接触角θ1および下接触角θ2は顕微鏡などを用いて計測可能である。
(Step of curing resin)
When the upper contact angle θ1 and the lower contact angle θ2 of the
得られた構造体の用途として上基材11または下基材12のいずれかが不要となる場合には、同じく図3(A)に示したように、紫外線UVの照射面と反対側の樹脂30の感光レベルが低い状態とする。未硬化の樹脂30界面より上基材11を剥離し、そののち、樹脂30の未硬化部分の本硬化を行えばよい。
When either the
以上により、図3(B)に示したように、下基材12の上に構造体31を有する三次元構造体1が形成される。構造体31は、下基材12の疎水性領域21に調芯されている。
As described above, the three-
このように本実施の形態では、疎水性領域21および親水性領域22を有する下基材12に樹脂30を滴下したのち硬化させるようにしたので、滴下された樹脂30を、疎水性領域21に自動的に調芯させることが可能となる。よって、樹脂30の滴下を多点化することにより、大面積にわたって均一に樹脂30を所望の位置に配置することが可能となる。また、他の部材と組み合わせる場合のアライメント精度を向上させることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, since the
更に、樹脂30をディスペンサ等により下基材12上に滴下するようにしたので、材料使用量が最小限となり、材料の有効利用および環境負荷の低減が可能となる。
Furthermore, since the
(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る三次元構造体の製造方法を工程順に表したものである。この製造方法は、例えば、上基材11を配置したのち樹脂30を硬化させる前に、樹脂30の上接触角θ1および下接触角θ2を調整する工程を含むようにしたことにおいて、上記第1の実施の形態とは異なるものである。よって、第1の実施の形態と重複する工程については、図1ないし図3を参照して説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a method of manufacturing a three-dimensional structure according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. This manufacturing method includes, for example, a step of adjusting the upper contact angle θ1 and the lower contact angle θ2 of the
(樹脂を滴下する工程)
まず、第1の実施の形態と同様にして、図1(A)および図2に示した工程により、上基材11および下基材12のそれぞれに、樹脂の滴下位置に対応して疎水性領域21を設け、疎水性領域21の外側に親水性領域22を設ける。
(Process of dripping resin)
First, in the same manner as in the first embodiment, hydrophobicity corresponding to the dropping position of the resin is applied to each of the
次いで、第1の実施の形態と同様にして、図1(B)に示した工程により、下基材12に樹脂30を滴下する。
Next, in the same manner as in the first embodiment, the
(上基材を配置する工程)
続いて、第1の実施の形態と同様にして、図1(C)に示した工程により、滴下された樹脂30の上に、上基材11を配置する。このとき、上基材11と下基材12との間の間隔(ギャップ)Gを、構造体の所望寸法に等しくする。
(Step of placing the upper substrate)
Subsequently, in the same manner as in the first embodiment, the
(上接触角θ1および下接触角θ2を調整する工程)
樹脂30の上接触角θ1および下接触角θ2が所望の角度を満たしていない場合には、図4(A)に示したように、上基材11と下基材12との間の空間を親水性導電液体、例えば純水41で満たす。純水41の注入量は、形成したい構造体の寸法、上基材11と下基材12との間隙Gの寸法、上基材11および下基材12の面積より算出制御される。
(Step of adjusting the upper contact angle θ1 and the lower contact angle θ2)
When the upper contact angle θ1 and the lower contact angle θ2 of the
これにより、同じく図4(A)に示したように、樹脂30の新たな上接触角θ11および下接触角θ21が規定される。上接触角θ11は、樹脂30と純水41と上基材11との3界面で規定され、下接触角θ21は、樹脂30と純水41と下基材12との3界面で規定される。
Accordingly, as shown in FIG. 4A, new upper contact angle θ11 and lower contact angle θ21 of the
(樹脂を硬化させる工程)
樹脂30の新たな上接触角θ11および下接触角θ21が所望の角度を満たしている場合は、図4(B)に示したように、この時点で紫外線UVを照射し、樹脂30の仮硬化を行う。本実施の形態では、上基材11と下基材12との間の空間が純水41で満たされているので、樹脂30の酸素阻害の要因は十分に回避されており、真空もしくは窒素雰囲気による紫外線UVの照射は不要である。なお、上接触角θ11および下接触角θ21は顕微鏡などを用いて計測可能である。
(Step of curing resin)
When the new upper contact angle θ11 and lower contact angle θ21 of the
得られた構造体の用途として上基材11または下基材12のいずれかが不要となる場合には、同じく図4(B)に示したように、紫外線UVの照射面と反対側の樹脂30の感光レベルが低い状態とする。純水41を除去し、未硬化の樹脂30界面より上基材11を剥離し、そののち、樹脂30の未硬化部分の本硬化を行えばよい。
When either the
以上により、図4(C)に示したように、下基材12の上に構造体32を有する三次元構造体2が形成される。構造体32は、下基材12の疎水性領域21に調芯されている。
As described above, as shown in FIG. 4C, the three-
このように本実施の形態では、上基材11と下基材12との間の空間を親水性導電液体、例えば純水41で満たすことにより上接触角θ1および下接触角θ2を調整するようにしたので、上接触角θ1および下接触角θ2を容易に調整し、任意の上接触角θ1および下接触角θ2を有する構造体32を形成することが可能となる。
Thus, in this embodiment, the upper contact angle θ1 and the lower contact angle θ2 are adjusted by filling the space between the
なお、大面積とした場合、上基材11と下基材12との間隙Gの寸法均一性が必要とされる。そのため、例えば、純水41が満たされる領域で上接触角θ11および下接触角θ21の変動に影響が無い部分に、間座(図示せず)を設けることが望ましい。この場合、間座の使用による純水41の注入量は算出変更されるものとする。樹脂30と純水41と上基材11または下基材12との3界面での表面エネルギーは均一化されており、間座を設けることにより樹脂30および純水41による毛管接着力も均一となり、上基材11と下基材12との間には適度な圧縮応力が発生する。よって、間隙Gの寸法均一性が向上する。
When the area is large, the dimensional uniformity of the gap G between the
(第3の実施の形態)
図5および図6は、本発明の第3の実施の形態に係る三次元構造体の製造方法を表すものである。本実施の形態は、樹脂30の上接触角θ11および下接触角θ21が90°以下の場合に、樹脂30の滴下量を増減させ、または間隙Gの寸法を変化させることにより、アスペクト比を変化させるようにしたものである。このことを除いては、本実施の形態の製造方法は上記第2の実施の形態と同様であるので、重複する工程の説明は省略する。
(Third embodiment)
5 and 6 show a method for manufacturing a three-dimensional structure according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, when the upper contact angle θ11 and the lower contact angle θ21 of the
アスペクト比は、樹脂の幅Wと、間隔Gとによって規定される。従って、例えば図5に示したように、樹脂30の滴下量を増減させることにより、樹脂30の幅Wを幅W1に増減させてアスペクト比を変えることができる。または、図6に示したように上基材11と下基材12との間の間隙Gを間隙G−δと小さくすることによって、樹脂30の幅Wを拡げることができる。このようにしてもアスペクト比を変化させることが可能となる。
The aspect ratio is defined by the width W of the resin and the gap G. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, the aspect ratio can be changed by increasing / decreasing the dropping amount of the
(第4の実施の形態)
図7および図8は、本発明の第4の実施の形態に係る三次元構造体の製造方法を表すものである。この製造方法は、樹脂30の上接触角θ12および下接触角θ22を90°以上とすることにおいて第2の実施の形態とは異なるものである。よって、重複する工程の説明は省略する。
(Fourth embodiment)
7 and 8 show a method for manufacturing a three-dimensional structure according to the fourth embodiment of the present invention. This manufacturing method is different from the second embodiment in that the upper contact angle θ12 and the lower contact angle θ22 of the
本実施の形態では、上基材11および下基材12のそれぞれには、樹脂の滴下位置に対応して疎水性大の領域21Aを設け、疎水性大の領域21Aの外側に疎水性小の領域21Bを設ける。
In the present embodiment, each of the
疎水性大の領域21Aおよび疎水性小の領域21Bは、樹脂として紫外線硬化樹脂を用いる場合には、紫外線硬化樹脂の感光波長に対して透明(透過)となる材料により形成することが望ましい。このような疎水性大の領域21Aは、例えばパリレン、PTFE等の有機膜の表層に対してプラズマ照射等により粗面化処理を施すことにより、より疎水側に微調整したものである。疎水性小の領域21Bとしては、例えばパリレン、PTFE有機膜を用いることができる。
When the ultraviolet curable resin is used as the resin, the large
更に、本実施の形態においても、第3の実施の形態と同様にして、樹脂30の滴下量を増減させ、または間隙Gの寸法を変化させることにより、アスペクト比を変化させることが可能である。すなわち、例えば図7に示したように、樹脂30の滴下量を増減させることにより、樹脂30の幅Wを幅W1に増減させてアスペクト比を変えることができる。または、図8に示したように上基材11と下基材12との間の間隙Gを間隙G−δと小さくすることによって、樹脂30の幅Wを拡げることができる。このようにしてもアスペクト比を変化させることが可能となる。
Furthermore, also in the present embodiment, it is possible to change the aspect ratio by increasing or decreasing the dripping amount of the
(第5の実施の形態)
図9は、本発明の第5の実施の形態に係る三次元構造体の製造方法を表すものである。本実施の形態では、上基材11には疎水性領域21および親水性領域22を設ける一方で、下基材12には疎水性大の領域21Aおよび疎水性小の領域21Bを設けている。これにより、上接触角θ11を90度以下、下接触角θ22を90度以上として、樹脂30を円錐台形状、もしくは側壁角度が徐変した台形状とすることが可能となる。このことを除いては、本実施の形態の製造方法は上記第2の実施の形態と同様であるので、重複する工程の説明は省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 shows a method for manufacturing a three-dimensional structure according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
図10は、本実施の形態の製造方法により得られる三次元構造体の全体構成を表したものである。この三次元構造体5は、下基材12の上に円錐台形状、もしくは側壁角度が徐変した台形状の構造体35を有している。構造体35は、下基材12の疎水性大の領域21Aに調芯されている。
FIG. 10 shows the overall configuration of the three-dimensional structure obtained by the manufacturing method of the present embodiment. The three-
この三次元構造体5は、後述するように、表示装置の輝度向上のための反射板(リフレクタ)として用いられるものである。また、図10に示したような大面積の三次元構造体5を母型として、電鋳等により転写型を製作することも可能である。なお、構造体35のアスペクト比が大きくなった場合、電鋳離型時に構造体35が電鋳転写型との接触抵抗により下基材12界面から剥がれ電鋳転写型内に埋没することがある。この場合は、樹脂30として、低表面エネルギーもしくは膨潤溶解可能な紫外線硬化樹脂を用いることで解決可能である。
As will be described later, the three-
(第6の実施の形態)
図11は、本発明の第6の実施の形態に係る三次元構造体の製造方法を表すものである。
この製造方法は、上基材11に電極を設け、この電極を用いて樹脂30の上接触角および下接触角を制御し、円錐台形状とするものである。
(Sixth embodiment)
FIG. 11 shows a method for manufacturing a three-dimensional structure according to the sixth embodiment of the present invention.
In this manufacturing method, an electrode is provided on the
(樹脂を滴下する工程)
まず、図11(A)に示したように、下基材12に樹脂30を滴下する。下基材12には、第4の実施の形態と同様に、疎水性大の領域21Aと、疎水性小の領域21Bとを設ける。
(Process of dripping resin)
First, as shown in FIG. 11A, the
(上基材を配置する工程)
続いて、同じく図11(A)に示したように、滴下された樹脂30の上に、上基材11を配置する。このとき、上基材11と下基材12との間の間隔(ギャップ)Gを、構造体の所望寸法に等しくする。
(Step of placing the upper substrate)
Subsequently, as shown in FIG. 11A, the
ここで、上基材11には、第4の実施の形態と同様に、疎水性大の領域21Aと、疎水性小の領域21Bとを設ける。更に、本実施の形態では、上基材11と疎水性小の領域との間に、電極23を設ける。
Here, as in the fourth embodiment, the
(上接触角θ1および下接触角θ2を調整する工程)
そののち、同じく図11(A)に示したように、上基材11と下基材12との間の空間を親水性導電液体、例えば純水41で満たす。純水41の注入量は、形成したい構造体の寸法、上基材11と下基材12との間隙Gの寸法、上基材11および下基材12の面積より算出制御される。この時点で、上接触角はθ12、下接触角はθ22となっている。
(Step of adjusting the upper contact angle θ1 and the lower contact angle θ2)
After that, as shown in FIG. 11A, the space between the
上基材11と下基材12との間の空間を純水41で満たしたのち、図11(B)に示したように、上基材11の電極23に負(−)、内挿された純水41に正(+)の電圧を与える。電圧印加に従い、樹脂30と純水41と上基材11との3界面にはエレクトロウェット現象が発現し、上接触角θ12が低下しθ11へと徐変する。エレクトロウェット現象は、電圧印加による純水の表面エネルギー低下が引き起こす濡れ性向上である。下接触角θ22についての変化は発生せず、上基材11と下基材12との間の間隙Gの寸法に従い、滴下された樹脂30の体積を同一とする形状変化が発生する。
After the space between the
(樹脂を硬化させる工程)
このようにして、ある印加電圧で所望の上接触角θ11および下接触角θ22となった円錐台形状の樹脂30に対して、紫外線照射による仮硬化を行う。
(Step of curing resin)
In this manner, temporary curing by ultraviolet irradiation is performed on the truncated cone-shaped
得られた構造体の用途として上基材11または下基材12のいずれかが不要となる場合には、紫外線照射面と反対側の樹脂30の感光レベルが低い状態とする。純水41を除去し、未硬化の樹脂30界面より上基材11を剥離し、そののち、樹脂30の未硬化部分の本硬化を行えばよい。
When either the
以上により、図10に示したように、下基材12の上に円錐台形状の構造体35を有する三次元構造体5が形成される。
As described above, the three-
なお、上述した製造方法では上基材11のみ電極23を設けた場合について説明したが、下基材12にも同様に電極23を形成して下接触角θ22の調整を行うことも可能である。
In the manufacturing method described above, the case where the
このように本実施の形態では、上基材11と疎水性小の領域21Bとの間に電極23を設け、この電極23に負、純水41に正の電圧を与えることにより樹脂30の上接触角θ11を調整するようにしたので、上接触角θ11を自由に調整することが可能となる。よって、上接触角θ11および下接触角θ22を自由に調整して、毛管長以下の構造体サイズで球形のみならず任意形状の構造体35を形成することが可能となる。また、電極23と純水41との間に電圧をかけるので、樹脂30に電極を内挿する必要がなくなり、構造体35の光学的機能の制約を生じることがなくなる。更に、樹脂30に導電性を付与する樹脂混成なしでエレクトロウェット現象の発現が可能となり、透明性、硬化性等の樹脂30の諸特性への影響を小さくすることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
(表示装置)
図12は、図10に示した三次元構造体5を備えた表示装置の構成を表したものである。この表示装置は、モバイル機器などに用いられるものであり、表示パネル50の光取り出し側に、反射板(リフレクター)として三次元構造体5を有している。表示パネル50は、ガラス等の支持基板60の上に配置されている。支持基板60の周縁には、封止枠61および接着層62が設けられている。この接着層62によって表示パネル50と三次元構造体5とが貼り合わせられており、表示パネル10と三次元構造体5との間の空間は真空層70となっている。表示パネル10と封止枠61との間には、シート状またはペースト状などのゲッター80が配置されている。
(Display device)
FIG. 12 illustrates a configuration of a display device including the three-
表示パネル50は、駆動用基板51に、表示素子として、赤色の表示素子光を発生する有機発光素子50Rと、緑色の光を発生する有機発光素子50Gと、青色の光を発生する有機発光素子50Bとが、順に全体としてマトリクス状に配置されている。隣り合う有機発光素子50R,50G,50Bの組み合わせが一つの画素(ピクセル)を構成している。
The
駆動用基板51は、例えばガラス,シリコン(Si)ウェハあるいは樹脂などにより構成されている。駆動用基板51上には、画素駆動回路(図示せず)が設けられている。有機発光素子50R,50G,50Bは、画素駆動回路上に平坦化層(図示せず)を間にして形成され、必要に応じて保護膜52により覆われている。
The driving
三次元構造体5は、有機発光素子50R,50G,50Bからの光取り出し効率を高めて輝度を向上させる反射板としての機能を有するものであり、有機発光素子50R,50G,50Bで発生した光は、構造体35に入射し、構造体35の側面と真空層70との界面により反射して外部へ取り出されるようになっている。
The three-
下基材12の構造体35を除いた領域には、ブラックマトリクスとしての遮光膜13が設けられていることが好ましい。遮光膜13は、有機発光素子50R,50G,50Bおよびその間の配線において反射された外光を吸収し、コントラストを改善するためのものであり、例えば黒色の着色剤を混入した光学濃度が1以上の黒色の樹脂膜、または薄膜の干渉を利用した薄膜フィルタにより構成されている。薄膜フィルタは、例えば、金属,金属窒化物あるいは金属酸化物よりなる薄膜を1層以上積層し、薄膜の干渉を利用して光を減衰させるものである。薄膜フィルタとしては、具体的には、クロムと酸化クロム(III)(Cr2 O3 )とを交互に積層したものが挙げられる。なお、遮光膜13は必ずしも設けなくてもよい。
It is preferable that a
封止枠61および接着層62は、熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂などにより構成されている。なお、表示パネル50の保護膜52と、構造体35の先端面との間には、構造体35を表示パネル50に固定するための固定層(図示せず)が設けられていることが望ましい。この固定層は、例えば熱接着シートまたはポッティング剤により構成されている。なお、固定層の接着方法は必ずしも熱接着である必要はなく、また、固定層はシート状のものに限定されない。
The sealing
ゲッター80の配置箇所や数は特に限定されないが、例えば、表示パネル50の周囲を囲むように配置することが好ましい。このようなゲッター80としては、有機発光素子用の水分ゲッター、具体的には、サエス・ゲッターズ社製「DryFlex(登録商標)」または「GDO(ゲッタードライヤー)」(CaO粉末)を用いることが可能である。なお、ゲッター80としては、MEMSデバイスのパッケージやフラットパネルディスプレイに用いられる焼結多孔質非蒸発型ゲッター、具体的には、チタンとZr−V−Feゲッター合金との混合物であるHPTFゲッター、または、純度90%以上のジルコニウムを水素化粉砕したものを用いることも可能である。
The arrangement location and the number of
なお、真空層70を設けず、構造体35の側面に金属等の反射鏡膜を設けるようにしてもよい。その場合には、必要に応じて、構造体35の周囲を樹脂などの埋込み層で埋め込むようにしてもよい。また、三次元構造体5と表示パネル50とを全面にわたって接着層で貼り合わせるようにしてもよい。
Note that a reflective mirror film of metal or the like may be provided on the side surface of the
この表示装置は、例えば、次のようにして製造することができる。 This display device can be manufactured, for example, as follows.
まず、第5の実施の形態または第6の実施の形態と同様にして、図10に示したような、下基材12の上に円錐台形状の構造体35を有する三次元構造体5を形成する。下基材12の構造体35以外の領域には、必要に応じて遮光膜13を設ける。
First, similarly to the fifth embodiment or the sixth embodiment, a three-
また、駆動用基板51の上に有機発光素子50R,50G,50Bを形成し、必要に応じて保護膜52で覆い、表示パネル50を形成する。
Further, the organic
次いで、図12に示したように、表示パネル10を支持基板60上に配設し、保護膜52の上に例えば熱接着シートよりなる固定層(図示せず)を形成する。また、支持基板60の周縁に沿って封止枠61を形成し、この封止枠61の上に接着層62を形成する。支持基板60上の表示パネル50と封止枠61との間には、シート状またはペースト状などのゲッター80を配置する。
Next, as shown in FIG. 12, the display panel 10 is disposed on the
続いて、同じく図12に示したように、表示パネル50と三次元構造体5とを位置決めして重ね合わせたのち、表示パネル50および三次元構造体5を真空チャンバー(図示せず)に装荷して、真空チャンバー内部を減圧し、真空雰囲気中で加圧および加熱することにより、表示パネル50および三次元構造体5を接着層62により貼り合わせる。これにより、表示パネル50および三次元構造体5の間の空間が真空層70となる。以上により、図12に示した表示装置が完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 12, the
この表示装置では、有機発光素子50R,50G,50Bで発生した光は、構造体35の先端面から入射し、構造体35の側面と真空層70との界面により反射されて外部に取り出される。構造体35の上接触角θ11および下接触角θ22を上記第5の実施の形態または第6の実施の形態で説明したように調節し、構造体35の側面を、全反射条件を満たす形状とするように調整することにより、光を全反射させて取り出すことが可能となり、光取り出し効率および輝度が向上する。
In this display device, light generated by the organic
ここでは、上記第5の実施の形態または第6の実施の形態で説明した三次元構造体5を備えているので、構造体35が下基材12の疎水性大の領域21Aに調芯され、大面積の下基材12を用いた場合にも構造体35の位置精度が高くなっている。よって、有機発光素子50R,50G,50Bと構造体35との光カップリングが面内で均一に行われ、輝度の面内均一性が向上する。
Here, since the three-
(モジュールおよび適用例)
以下、上記実施の形態で説明した表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態の表示装置は、テレビジョン装置,デジタルカメラ,ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなど、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。
(Modules and application examples)
Hereinafter, application examples of the display device described in the above embodiment will be described. The display device according to the above embodiment is an image signal that is input from the outside or is generated internally, such as a television device, a digital camera, a notebook personal computer, a mobile terminal device such as a mobile phone, or a video camera. Alternatively, the present invention can be applied to display devices for electronic devices in various fields that display images.
(モジュール)
上記実施の形態の表示装置は、例えば、図13に示したようなモジュールとして、後述する適用例1〜5などの種々の電子機器に組み込まれる。このモジュールは、例えば、支持基板60の一辺に、三次元構造体5および封止枠61から露出した領域210を設け、この露出した領域210に、信号線駆動回路120および走査線駆動回路130の配線を延長して外部接続端子(図示せず)を形成したものである。外部接続端子には、信号の入出力のためのフレキシブルプリント配線基板(FPC;Flexible Printed Circuit)220が設けられていてもよい。
(module)
The display device according to the above-described embodiment is incorporated into various electronic devices such as application examples 1 to 5 described later, for example, as a module as illustrated in FIG. In this module, for example, a
(適用例1)
図14は、上記実施の形態の表示装置が適用されるテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル310およびフィルターガラス320を含む映像表示画面部300を有しており、この映像表示画面部300は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
(Application example 1)
FIG. 14 illustrates an appearance of a television device to which the display device of the above embodiment is applied. This television apparatus has, for example, a video display screen unit 300 including a front panel 310 and a filter glass 320, and the video display screen unit 300 is configured by the display device according to the above embodiment.
(適用例2)
図15は、上記実施の形態の表示装置が適用されるデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部410、表示部420、メニュースイッチ430およびシャッターボタン440を有しており、その表示部420は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
(Application example 2)
FIG. 15 shows the appearance of a digital camera to which the display device of the above embodiment is applied. The digital camera includes, for example, a flash light emitting unit 410, a display unit 420, a menu switch 430, and a
(適用例3)
図16は、上記実施の形態の表示装置が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体510,文字等の入力操作のためのキーボード520および画像を表示する表示部530を有しており、その表示部530は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
(Application example 3)
FIG. 16 illustrates an appearance of a notebook personal computer to which the display device of the above embodiment is applied. The notebook personal computer has, for example, a main body 510, a
(適用例4)
図17は、上記実施の形態の表示装置が適用されるビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部610,この本体部610の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ620,撮影時のスタート/ストップスイッチ630および表示部640を有しており、その表示部640は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
(Application example 4)
FIG. 17 shows the appearance of a video camera to which the display device of the above embodiment is applied. This video camera has, for example, a main body 610, a subject photographing lens 620 provided on the front side surface of the main body 610, a start /
(適用例5)
図18は、上記実施の形態の表示装置が適用される携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体710と下側筐体720とを連結部(ヒンジ部)730で連結したものであり、ディスプレイ740,サブディスプレイ750,ピクチャーライト760およびカメラ770を有している。そのディスプレイ740またはサブディスプレイ750は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
(Application example 5)
FIG. 18 illustrates an appearance of a mobile phone to which the display device of the above embodiment is applied. For example, the mobile phone is obtained by connecting an
(変形例1)
図19は、本発明の変形例1に係る三次元構造体の製造方法を表したものである。この製造方法は、下基材12に樹脂30を滴下したのち、上基材11を配置することなく、樹脂30を球形のまま紫外線UVを照射するようにしたものである。
(Modification 1)
FIG. 19 shows a method for manufacturing a three-dimensional structure according to
図20は、本変形例1により得られた三次元構造体の構成を表したものである。この三次元構造体7は、下基材12の上に球形状の構造体37を有している。下基材12には、第5の実施の形態と同様に、疎水性大の領域21Aおよび疎水性小の領域21Bが設けられている。構造体37は、下基材12の疎水性大の領域21Aに調芯されており、構造体37の下基材12に対する下接触角θ22は90度以上となっている。この三次元構造体7は、例えば、マイクロレンズとして用いることが可能である。
FIG. 20 shows the configuration of the three-dimensional structure obtained in the first modification. The three-dimensional structure 7 has a
(変形例2)
図21ないし図23は、本発明の変形例2に係る三次元構造体の製造方法を工程順に表したものである。まず、図21に示したように、下基材12に、形成したい流路に応じた平面形状、例えば蛇行形状の疎水性小の領域21B(または親水性領域22)を設け、その外側に疎水性大の領域21A(または疎水性領域21)を設ける。
(Modification 2)
21 to 23 show a method for manufacturing a three-dimensional structure according to
次いで、この下基材12に樹脂30を滴下し、例えば上述した第6の実施の形態と同様にして樹脂30の上接触角および下接触角を制御する。これにより、図22に示したように、樹脂30の側壁30Aを所望側壁角度、例えば垂直にする。なお、図22の工程では、第6の実施の形態と同様に、図11に示した上基材11,純水41および電極23を用いているが、図22ではこれらを省略している。
Next, the
そののち、樹脂30を硬化させると、図23に分解して示したように、下基材12に流路としての構造体37を有する三次元構造体7が得られる。構造体37の流路形状は親水性領域22の平面形状に応じて、蛇行形状のほか、並行流路、放射状など任意である。入口37Aおよび出口37Bは必ずしも一つずつである必要はない。例えば、複数の入口37Aを設け、これら複数の入口27Aの各々から別々の液体を導入することも可能である。
After that, when the
この三次元構造体7は、例えばマイクロTASとして用いることができる。マイクロTASは、ガラス基板あるいはプラスチックフィルムなどの基体に微細な流路を有し、分析装置,化学反応チップまたは生化学実験チップなどとして用いられるものである。この三次元構造体7では、外部システム(図示せず)からの流体が、構造体37の入口37Aに導入され、構造体37内において混合、反応、分離、検出などが行われたのち、出口37Bから導出される。
This three-dimensional structure 7 can be used as, for example, a micro TAS. The micro TAS has a fine flow path in a substrate such as a glass substrate or a plastic film, and is used as an analyzer, a chemical reaction chip, a biochemical experiment chip, or the like. In the three-dimensional structure 7, fluid from an external system (not shown) is introduced into the
また、この三次元構造体7は、構造体37により光を導波させる導波路として用いることも可能である。
The three-dimensional structure 7 can also be used as a waveguide for guiding light by the
あるいは、この三次元構造体7は、例えば図24に示したように、燃料電池の燃料流路に適用することも可能である。この燃料電池は、いわゆる固体電解質燃料電池(PEFC)であり、燃料電極(アノード)91および酸素電極(カソード)92の間に電解質膜93を有している。燃料電極91の外側には、上記変形例2に係る三次元構造体7が設けられており、この三次元構造体7の構造体37を介して、燃料であるメタノールが燃料電極91に供給されるようになっている。なお、燃料電池の場合には三次元構造体7の上基材11は除去されており、構造体37内の燃料が燃料電極91に接触することができるようになっている。酸素電極92の外側には、チタン(Ti)板などの外装部材94が設けられている。
Alternatively, the three-dimensional structure 7 can be applied to a fuel flow path of a fuel cell as shown in FIG. 24, for example. This fuel cell is a so-called solid electrolyte fuel cell (PEFC), and has an electrolyte membrane 93 between a fuel electrode (anode) 91 and an oxygen electrode (cathode) 92. The three-dimensional structure 7 according to
燃料電極91および酸素電極92は、カーボンクロス等の表面に、白金(Pt)またはルテニウム(Ru)等を含む触媒層を形成し、裏面にチタン(Ti)メッシュ等の集電体を設けたものである。電解質膜93は、例えば、ポリパーフルオロアルキルスルホン酸系樹脂(デュポン社製「Nafion(登録商標)」)またはその他のプロトン伝導性を有する樹脂膜により構成されている。燃料電極91,酸素電極92および電解質膜93はガスケット(図示せず)により固定されている。 The fuel electrode 91 and the oxygen electrode 92 are formed by forming a catalyst layer containing platinum (Pt) or ruthenium (Ru) on the surface of carbon cloth or the like and providing a current collector such as titanium (Ti) mesh on the back surface. It is. The electrolyte membrane 93 is made of, for example, a polyperfluoroalkylsulfonic acid resin (“Nafion (registered trademark)” manufactured by DuPont) or another resin membrane having proton conductivity. The fuel electrode 91, the oxygen electrode 92, and the electrolyte membrane 93 are fixed by a gasket (not shown).
この燃料電池は、例えば、次のようにして製造することができる。 This fuel cell can be manufactured, for example, as follows.
まず、上述した材料よりなる燃料電極91と酸素電極92との間に、上述した材料よりなる電解質膜93を挟み、熱圧着により接合する。次いで、図21ないし図23に示した製造方法により、下基材12に構造体37を有する三次元構造体7を形成する。その際、上基材11は除去する。そののち、三次元構造体7を燃料電極91の外側に配設する。酸素電極92の外側には、上述した材料よりなる外装部材94を設ける。以上により、図24に示した燃料電池2が完成する。
First, the electrolyte membrane 93 made of the above-mentioned material is sandwiched between the fuel electrode 91 made of the above-described material and the oxygen electrode 92, and joined by thermocompression bonding. Next, the three-dimensional structure 7 having the
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記第3ないし第5の実施の形態では、純水41注入による接触角制御を行う場合について説明したが、純水41を注入しない空気40とした場合にも同様の接触角傾向を持った形状バリエーションを実現することが可能である。
While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the third to fifth embodiments, the case where the contact angle control is performed by injecting
また、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。 Further, the material and thickness of each layer described in the above embodiment, or the film formation method and film formation conditions are not limited, and other materials and thicknesses may be used, or other film formation methods and film formation. It is good also as conditions.
更に、上記実施の形態では、表示パネル50が、表示素子として有機発光素子50R,50G,50Bを備えている場合について説明したが、表示パネル50は、PDP(Plasma Display Panel)などの他の自発光素子を備えたものでもよい。あるいは、表示パネル50は、表示素子として液晶層およびバックライトを備えた液晶表示パネルでもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the
加えて、図12に示した表示装置は、照明装置など、表示以外の他の目的の発光装置にも適用可能である。 In addition, the display device illustrated in FIG. 12 can be applied to a light-emitting device for other purposes than display, such as a lighting device.
更にまた、本発明の三次元構造体の製造方法は、表示装置用の反射板またはマイクロレンズに限らず、プリズムなど他の光学部品の製造にも適用可能である。 Furthermore, the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention is not limited to a reflector or a microlens for a display device, but can be applied to manufacturing other optical components such as a prism.
11…上基材、12…下基材、21…疎水性領域、21A…疎水性大の領域、21B…疎水性小の領域、22…親水性領域、23…電極、30…樹脂、40…空気、41…純水
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記樹脂を硬化させる工程と
を含む三次元構造体の製造方法。 Dropping the resin on the lower substrate having a plurality of regions having different degrees of hydrophobicity;
A method for producing a three-dimensional structure, comprising: curing the resin.
請求項1記載の三次元構造体の製造方法。 The process of disposing an upper base material having a plurality of regions with different degrees of hydrophobicity between the step of dripping the resin and the step of curing the resin. A method for producing a three-dimensional structure.
請求項2記載の三次元構造体の製造方法。 The method for producing a three-dimensional structure according to claim 2, wherein the lower substrate and the upper substrate have a hydrophobic region corresponding to a dropping position of the resin and a hydrophilic region other than the hydrophobic region.
請求項3記載の三次元構造体の製造方法。 The method for producing a three-dimensional structure according to claim 3, wherein an ultraviolet curable resin is used as the resin, and a plurality of regions having different degrees of hydrophobicity are formed of a material that is transparent with respect to a photosensitive wavelength of the ultraviolet curable resin.
請求項4記載の三次元構造体の製造方法。 First ultraviolet irradiation is performed from the back side of the lower substrate, and after the upper substrate is peeled off in a state where a part of the resin on the upper substrate side is uncured, the second ultraviolet irradiation is performed. The method of manufacturing a three-dimensional structure according to claim 4, wherein all of the resin is cured.
請求項2ないし5のいずれか1項に記載の三次元構造体の製造方法。 The method of adjusting the contact angle with respect to the said upper base material of the said resin and the contact angle with respect to the said lower base material between the process of arrange | positioning the said upper base material, and the process of hardening | curing the said resin is included. The method for producing a three-dimensional structure according to any one of the above.
請求項6記載の三次元構造体の製造方法。 The method for producing a three-dimensional structure according to claim 6, wherein in the step of adjusting a contact angle of the resin, a space between the upper base material and the lower base material is filled with a hydrophilic conductive liquid.
請求項7記載の三次元構造体の製造方法。 The method for producing a three-dimensional structure according to claim 7, wherein, in the step of adjusting the contact angle of the resin, a distance between the upper base material and the lower base material is adjusted.
請求項7または8記載の三次元構造体の製造方法。 The tertiary material according to claim 7 or 8, wherein the lower base material and the upper base material have a large hydrophobic region corresponding to a dropping position of the resin, and a small hydrophobic region other than the large hydrophobic region. A manufacturing method of the original structure.
前記樹脂の接触角を調整する工程において、前記電極に負、前記親水性導電液体に正の電圧を与える
請求項9記載の三次元構造体の製造方法。 An electrode is provided between the upper substrate or the lower substrate and the small hydrophobic region,
The method for producing a three-dimensional structure according to claim 9, wherein in the step of adjusting the contact angle of the resin, a negative voltage is applied to the electrode and a positive voltage is applied to the hydrophilic conductive liquid.
前記下基材は、前記樹脂の滴下位置に対応する疎水性大の領域と、前記疎水性大の領域以外の疎水性小の領域とを有する
請求項7または8記載の三次元構造体の製造方法。 The upper substrate has a hydrophobic region corresponding to the dropping position of the resin, and a hydrophilic region other than the hydrophobic region,
9. The three-dimensional structure according to claim 7, wherein the lower base material has a large hydrophobic region corresponding to a dropping position of the resin, and a small hydrophobic region other than the large hydrophobic region. Method.
請求項6記載の三次元構造体の製造方法。 The method of manufacturing a three-dimensional structure according to claim 6, wherein a spacer is provided between the upper base material and the lower base material in the step of adjusting the contact angle of the resin.
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