JP2006171753A

JP2006171753A - 微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシート及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006171753A
Application number: JP2005359147A
Authority: JP
Inventors: Young-Joo Yee; 泳柱李; Hyuk Kwon; 赫權; Chang-Hoon Oh; 昌勳呉; Tae-Sun Lim; 泰宣林; Ki-Won Park; 紀垣朴; Dong-Mug Seong; 東黙成; Keun Woo Lee; 根雨李
Original assignee: LG Electronics Inc; LG Micron Ltd
Current assignee: LG Electronics Inc; LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2006-06-29
Also published as: CN1834696A; EP1672393A1; KR20060067271A; KR100717851B1; US20060126185A1

Abstract

【課題】従来のマイクロレンズアレイシートの製造工程において発生する光損失現象を改善して光効率を向上させるとともに、マイクロレンズの視野角を制御可能にするマイクロレンズアレイシート及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、マイクロレンズアレイシートであって、隣接するレンズの間に境界溝を有する曲面を含む凹凸形状のマイクロレンズアレイ及び前記マイクロレンズアレイの上部に積層されるギャップ充填膜を包含する。本発明によれば、従来の半導体一貫工程によって製作される方法と比べてレーザー微細加工技術を用いることにより、工程の段階を減少することができるため、生産性の向上を図ることができ、使用者の望む３次元微細形状のマイクロレンズシートの製作が可能になり、精密な表面形状が要求されるディスプレーシステムの光シートへの応用が可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、微細加工技術を利用して製作するマイクロレンズアレイシート及びその製造方法に関する。

レーザー微細加工技術は、複雑な３次元構造物を、既存の半導体加工技術を利用する場合より比較的容易に製造可能であり、設備が相対的に簡単というメリットがあるため、多くの関心を惹いている。また、レーザー加工技術は半導体の材料のみならず、セラミックス、金属、ポリマーなどのような多様な素材の加工が可能である長所もある。

レーザーを利用する３次元構造物の製造技術の中、代表的な例としては、レーザービームの位置で局所的に蒸着を誘導して該蒸着物が３次元構造を形成するようにする蒸着加工、蝕刻液やガスの中でレーザービームが照射された領域だけが蝕刻(etching)されることによって少しずつ削られる蝕刻加工、或は光ポリマー（photopolymer）にレーザービームを照射して光に露出されたポリマー溶液のみが硬化されるようにする光造形法などがある。

レーザー微細加工技術によって製造可能な３次元構造物の形状は、主に直線構造と曲線構造の複合でなっているため、正確な加工のためには精密な直線移送(linear translation)および回転(rotation)移送が必須的である。直線移送の場合、０．１ｍｍまで反復精密度の確保が可能であり、回転移送においては５０ｍｒａｄの角度分解能を得ることができる。

なお、一般的に半導体素子、光素子、液晶表示素子、微細電気機械(MEMS)素子などは、半導体一貫工程によって製作される。前記半導体一貫工程は、所定のパターンが形成されているマスクまたはレチクルを用いた写真工程の後、露出された領域を選択的に除去する蝕刻加工を反復的に行うことによってなる。このように半導体一貫工程は、パターンが固定されているマスクやレチクルを使用しなければならないので、パターンが変化するに従って必然的に新しく製作しなければならない。従って、これによる生産費用及び生産時間の追加は不可避となる。また、開発時間及び商品のライフサイクルが短い素子を半導体一貫工程を利用して製作する場合には、前記のような要因によってコストアップと迅速な新製品への対応が難しくなる問題がある。さらに、露光工程を利用するパターンの製作は、光源の限界によって一定水準以下のパターン微細化が難しいという短所がある。

しかし、最近、レーザー微細加工技術の発展に伴い、複雑な３次元微細形状の加工が可能となった。レーザー微細加工技術のメリットは、３次元の微細形状を一度の工程によって製作することができ、マスクやレチクルの製作が不要であり、半導体露光装置に比べて相対的に短い波長のレーザーを用いることによって微細パターンへの対応が可能である。特に、ビームプロファイルの最適化のためのレーザー制御装置及び形成パターンの品質向上のためのステージ駆動部の高精密化を通じて微細パターンを大面積に形成することが可能となった。

しかし、レーザー微細加工によって製作されたパターンの境界領域はレーザー加工方式の特性上、９０℃の垂直形状を得ることができなく、ディスプレーシステムの光シートに適用する場合、パターンの境界領域は、光損失を発生させる要因として作用することになる。

本発明の目的は、前記のような従来技術が有する問題を解決するべく案出された発明であって、マイクロレンズアレイシートの製造工程において発生する光損失現象を改善して光効率を向上させ、マイクロレンズの視野角を制御可能にするマイクロレンズアレイシート及びその製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、マイクロレンズアレイシートであって、隣接するレンズの間に境界溝を有する曲面を含む凹凸形状のマイクロレンズアレイ及び前記マイクロレンズアレイの上部に積層されるギャップ充填膜を包含する。

本発明において、前記マイクロレンズアレイを形成するマイクロレンズは、レンチキュラーレンズ、ハニカム形レンズを含む多角形レンズ、円形または楕円形レンズの中から選択される１種のレンズで形成されることが好ましい。

また、本発明において、前記マイクロレンズアレイを形成するマイクロレンズは、光を透過させる有機物または無機物であることが好ましい。

また、本発明において、前記マイクロレンズアレイを形成するマイクロレンズは、境界溝の高さを調節することによって、マイクロレンズの視野角が調節されることが好ましい。

本発明は、微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシートの製造方法であって、ａ）レーザー微細加工技術を用いて、隣接するレンズの間に境界溝を有する曲面を含む凹凸形状のマイクロレンズアレイを製作する段階と、ｂ）前記マイクロレンズアレイの上部にギャップ充填膜を形成する段階とを包含する微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシートの製造方法を提供する。

本発明において、前記段階ｂ）のギャップ充填膜を形成する方法は、電解めっき法又は、無電解めっき法、スパッタリング、昇華蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコーティング或はスプレイコーティング法を用いることが好ましい。

前述のように、本発明によれば、従来の半導体一貫工程によって製作される方法と比べてレーザー微細加工技術を用いることによって、工程段階が減少され生産性の向上を図ることができ、使用者が望む３次元微細形状のマイクロレンズシートの製作が可能であるため、精密な表面形状が要求されるディスプレーシステムの光シートへの応用が可能である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。なお、下記の各構成要素等に与える符号は、同一の構成要素に対しては他の図面に表示される場合にもなるべく同一の符号を与えるようにし、本発明の要旨を混同させると判断される公知技術や構成に対する詳細な説明は省略する。

図２は、本発明の一実施形態による微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシートの断面図である。

前記実施形態において、マイクロレンズアレイシートはマイクロレンズアレイ１及びギャップ充填膜４を包含する。

前記実施形態の図２は、マイクロレンズアレイ１に境界溝３を形成する方法を概略的に示すものである。

図２を参照すると、レーザー微細加工の短点であるマイクロレンズ境界領域の光損失を最小化するために、マイクロレンズ配列のレーザー微細加工の段階で境界溝３を有し、ギャップ充填膜４をさらに追加して光効率を極大化させる。

前記マイクロレンズアレイ１の上部に形成された個々の隣接するレンズの間をレーザー微細加工によって曲面を含む凹凸形状に製作する。

前記マイクロレンズは、平面凸レンズ（planar-convex）で形成されることが好ましい。前記マイクロレンズの形状はその方向に応じて光出射角を制御することができるように水平と垂直の曲率が異なる形態を有することになり、マイクロレンズの配列は、ハニカム形、直六角形を含む六角形、ダイアモンド形態の菱形、直四角形、三角形の形態を有することが効果的である。また、前記基板に配列された隣接するマイクロレンズの間の間隔はほとんどない、つまり、ギャップの充填率が１００％に近いため、光効率を極大化することができる。本発明では、レーザー微細加工技術を用いてマイクロレンズ及び隣接するマイクロレンズの間のギャップを形成した後、ギャップ充填膜をさらに追加してギャップの充填率を１００％にすることが可能である。一方、前記基板に形成されたマイクロレンズの配列は、隣接するマイクロレンズの周縁が互いに重なるように構成することもできる。この際、周縁が重なるように構成された前記マイクロレンズの境界面の切断面は任意の曲率を有するように形成されることが好ましい。さらに、光特性を決定するマイクロレンズの断面形状は用途に従って球面又は非球面にすることができる。

なお、前記マイクロレンズの光出射角の範囲は、レンズ平面の法線に対して横軸に左右出射角は３０度以上、縦軸に上下出射角は１０度以上に形成することが好ましい。光出射角は、正面利得(gain)値を基準にして半分を得る角度をいう。

また、前記基板は、レンズ成形の際に必要とする支えの役割をするものは重合体(polymer)材質で形成されることが効果的であり、ＰＥＴなどを材料に使用することが好ましい。マイクロレンズ配列を形成する樹脂と支え役割のシート材料は高い透過度を有し、屈折率は１.５以上のものを使用することが好ましい。

前記マイクロレンズは、楕円形、六角形又は四角形形態の単位マイクロレンズが、２次元的に配列され構成された平面凸レンズで、球面又は非球面形態のマイクロレンズで構成されることもできる。隣接する単位マイクロレンズは、約１５０μｍ以下のピッチで配列される。前記ピッチのサイズはモアレの防止を考慮して設計することが好ましい。

また、前記マイクロレンズは、光出射角を調節するためにレンズの上下左右の曲率が異なるように形成されたことを特徴とし、マイクロレンズの曲率は前述のようにマイクロレンズの上下左右のそれぞれの長さを含めてマイクロレンズの高さ(sag)及び夫々の非球面常数値によって決定される。

前記マイクロレンズアレイ１の上部にはギャップ充填膜４が形成される。

前記ギャップ充填膜４は、一般的な薄膜形成方法によって形成されることができるが、電解めっきや無電解めっきなどで形成されることができ、スパッタリングや昇華蒸着法で形成されることができ、化学気相蒸着法やスピンコーティング或はスプレイコーティング法によって形成されることもできる。

以上のようなマイクロレンズアレイシートの製造方法は、大量生産の製造方法として使用されることができ、この大量生産のための原版を形成するための製造方法として使用されることもできる。前記のような方法を通じて製造された原版マイクロレンズアレイシートの構造は、金型（master）を製造するためのモールド(mold)として使用されることができるため、これを原版として、金型の複製及び射出などの技術を利用して同様の構造のマイクロレンズアレイシートの複製品を大量に生産することができる。

図３は、本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイシートの製作ステップ図である。

図３を参照すると、前記マイクロレンズの製作ステップは、隣接するレンズの間の境界溝を有する曲面を含む凹凸形状のマイクロレンズアレイを製作する段階(Ｓ３０１)と、前記マイクロレンズアレイ上部にギャップ充填膜を形成する段階(Ｓ３０２)とを包含する。前記それぞれの段階は、上述と同様であるため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明したが、当該分野の当業者であれば、別添特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び要旨の領域範囲内で多様に修正・変更が可能であることは言うまでもない。

従来のマイクロレンズアレイシートの断面図である。本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイシートの断面図である。本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイシートの製作ステップ図である。

符号の説明

１・・・マイクロレンズアレイ、２・・・マイクロレンズ境界、３・・・境界溝、４・・・ギャップ充填膜

Claims

隣接するレンズの間に境界溝を有する曲面を含む凹凸形状のマイクロレンズアレイ及び前記マイクロレンズアレイの上部に積層されるギャップ充填膜を包含する微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシート。
前記マイクロレンズアレイをなすマイクロレンズは、レンチキュラーレンズ、ハニカム形レンズを含む多角形レンズ、円形または楕円形レンズの中から選択される１種のレンズで形成されることを特徴とする微細加工技術を用いた請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
前記マイクロレンズアレイをなすマイクロレンズは、平面凸レンズであることを特徴とする微細加工技術を用いた請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
前記マイクロレンズアレイをなすマイクロレンズは、水平と垂直の曲率が異なることを特徴とする微細加工技術を用いた請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
前記マイクロレンズアレイをなす隣接するマイクロレンズ間の間隔はギャップ充填率が１００％に近いことを特徴とする微細加工技術を用いた請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
前記マイクロレンズアレイをなす隣接するマイクロレンズの周縁が互いに重なることを特徴とする微細加工技術を用いた請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
前記マイクロレンズアレイをなす隣接するマイクロレンズの境界面の切断面は球面又は非球面であることを特徴とする微細加工技術を用いた請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
前記マイクロレンズアレイをなすマイクロレンズの光出射角の範囲は、レンズ平面の法線に対して横軸に左右出射角が３０度以上であることを特徴とする微細加工技術を用いた請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
前記マイクロレンズアレイをなすマイクロレンズの光出射角の範囲は、レンズ平面の法線に対して縦軸に上下出射角が１０度以上であることを特徴とする微細加工技術を用いた請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
前記マイクロレンズアレイをなすマイクロレンズは、１５０μｍ以下のピッチで配列されることを特徴とする微細加工技術を用いた請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
ａ）隣接するレンズの間に境界溝を有する曲面を含む凹凸形状のマイクロレンズアレイを製作する段階と、
ｂ）前記マイクロレンズアレイの上部にギャップ充填膜を形成する段階と
を含む微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシートの製造方法。
前記段階ｂ）のギャップ充填膜を形成する方法は、電解めっき法、無電解めっき法を用いることを特徴とする請求項１１に記載の微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシートの製造方法。
前記段階ｂ）のギャップ充填膜を形成する方法は、スパッタリング、昇華蒸着法を用いることを特徴とする請求項１１に記載の微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシートの製造方法。
前記段階ｂ）のギャップ充填膜を形成する方法は、化学気相蒸着法を用いることを特徴とする請求項１１に記載の微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシートの製造方法。
前記段階ｂ）のギャップ充填膜を形成する方法は、スピンコーティング或はスプレイコーティング法を用いることを特徴とする請求項１１に記載の微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシートの製造方法。
レーザー微細加工技術を用いて隣接するレンズの間に境界溝を有する曲面を含む凹凸形状のマイクロレンズアレイ及び前記マイクロ構造物配列の上部に積層されるギャップ充填膜を包含する、微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシートを複製するための金型。