JP2017523450A - マイクロアレイレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、マイクロアレイレンズの製造方法に関する。【解決手段】本発明は、プローブを用いて基板に凹部を形成し、複数の凹部が形成された基板にレンズ層を蒸着して基板の凹部を精密な非球面形状に製作することができ、レンズの数及びレンズの間隔調節又は変更が容易なマイクロアレイレンズの製造方法を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロアレイレンズの製造方法に関し、より詳細には、プローブを用いて基板に凹部を形成し、複数の凹部が形成された基板にレンズ層を蒸着して基板の凹部を精密な球面又は非球面形状に製作することができ、レンズの数及びレンズの間隔調節又は変更が容易なマイクロアレイレンズの製造方法に関する。

マイクロアレイレンズは、光通信、光情報記憶装置、センサ、ディスプレイなどの次世代光学システムにおいて重要な構成要素である。前記光通信分野において、大容量の光効率を左右するマルチチャンネル送受信モジュールなどに適用され、大容量及び効率、マルチチャンネル化の核心部品として用いられている。

なお、前記光通信分野において、数十μｍ〜数百μｍサイズを有するマイクロアレイガラスレンズに対する要求が急激に増加している。

なお、前記光情報記憶装置分野において、データの記録を担当するＣＤ及びＤＶＤなどの光記録情報分野に適用することができ、センサ領域では、光の感度を向上させることにより、高効率の光学/イメージセンサ応用分野に適用することができる。

なお、ディスプレイ領域では、バックライトの球形部品及びレーザプロジェクションユニットにポリゴンミラーと共に適用され、映像の具現部品分野に利用することができる。このようなマイクロアレイレンズは、特許文献１に開示されている。

図１に示すように、従来のマイクロアレイレンズ１０は、基板１と、前記基板に形成されるレンズ部２とで構成され、前記レンズ部２が突出した構造でなる。これは、前記レンズ部２が外部に突出することにより、外部環境要因によってスクラッチなどが発生することがあり、製品が損なわれる恐れがある。

又、特許文献２には、エッチング方法を用いたマイクロレンズの製造方法が開示されている。これは、ガラス基板を半導体工程でエッチングしてレンズアレイを直接成形するものであって、レンズの曲率半径を自然に形成するため、精密な光学制御のための球面又は非球面形状の製作が難しい。なお、エッチング方法を用いると、マスクを用いてパターンを形成するため、レンズの数及びレンズの間隔調節又は変更が難しいのみでなく、製造コストが増加することになる。

韓国特願第２００５-００４８４０１号公報 韓国特願第２００３-０００５１９７号公報

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、複数の凹部が形成された基板の一面にレンズ層を形成させることにより、レンズ層が突出せず、外部環境要因などによる製品の破損を減らすことができ、又、基板に凹部を精密な球面又は非球面形状に製作することができ、レンズの数及びレンズの間隔調節又は変更が容易であり、製品の製造コストを低減することができるマイクロアレイレンズの製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、凹部が形成された基板の一面に形成された凹部を電子ビームを用いてレンズの原料物質を蒸着するので、蒸着速度を調節することができ、ガラス転移温度（Ｔｇ）とは関係なく、従来に商用化されている様々な屈折率を有するレンズ原料物質を用いることができるマイクロアレイレンズの製造方法を提供することにある。

本発明の又他の目的は、以上で言及した目的に限定されず、言及しない他の目的は、以下の記載から当業者に明確に理解されるだろう。

上述した本発明の目的を達成するために、先ず、本発明は、複数のマイクロレンズを有するマイクロアレイレンズの製造方法において、一面に複数の凹部が形成された基板を準備する基板準備ステップと、前記凹部が形成された基板の一面にレンズ原料物質を蒸着させて前記凹部の形状と対応するレンズ層を形成するレンズ層形成ステップと、を含むことを特徴とするマイクロアレイレンズの製造方法を提供する。

望ましい実施例において、前記基板準備ステップは、基板を予熱するステップと、予熱された前記基板の一面に端部が膨らんだプローブで加圧して、前記プローブの端部形状と対応する複数の凹部を形成する凹部形成ステップと、を含む。

望ましい実施例において、前記プローブの端部は球面又は非球面形状である。

望ましい実施例において、前記基板の材料は、ガラス又はカルコゲナイド（Ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）である。

望ましい実施例において、前記レンズ原料物質は、ガラス又はゲルマニウム（Ｇｅ）である。

望ましい実施例において、前記レンズ層は、前記基板よりも屈折率が少なくとも０.１以上高い。

望ましい実施例において、前記レンズ層形成ステップは、真空チャンバ内にレンズ原料物質を準備するレンズ原料物質準備ステップと、前記レンズ原料物質を電子ビームで気化させる気化ステップと、気化された前記レンズ原料物質を前記基板の一面に蒸着させる蒸着ステップと、を含む。

本発明は、以下のような優れた効果を有する。先ず、本発明のマイクロアレイレンズの製造方法によると、エッチング方法を用いずに、プローブを用いて基板に凹部を形成するので、基板の凹部を精密な球面又は非球面形状に製作することができ、レンズの数及びレンズの間隔調節又は変更が容易であり、マスクを用いないので、製品の製造コストを低減することができる。

又、本発明のマイクロアレイレンズの製造方法によると、凹部が形成された基板の一面に形成された凹部を電子ビームを用いてレンズ原料物質を蒸着するので、凹部に気泡が発生することを減らすことができ、製品の不良率を大幅に減少させることができ、蒸着速度を調節することができ、ガラス転移温度（Ｔｇ）とは関係なく、従来の商用化されている様々な屈折率を有するレンズ原料物質を用いることができる。

本発明の又他の目的は、以上で言及した目的に限定されず、言及しない他の目的は、以下の記載から当業者に明確に理解されるだろう。

従来のマイクロアレイレンズを示す図である。 本発明の一実施例に係るマイクロアレイレンズの製造方法のブロック図である。 本発明の一実施例に係る基板準備ステップで複数の凹部が形成された基板を示す図である。 本発明の一実施例に係るレンズ層形成ステップによって基板にレンズ層が蒸着された状態を示す図である。 本発明の一実施例に係るレンズ層が形成されたマイクロアレイレンズを示す図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい実施例をより詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。明細書全般にわたって本発明を説明するために使われる同一参照番号は同一構成要素を指す。

図２を参照すると、本発明に係るマイクロアレイレンズの製造方法は、レンズ層が突出しない構造でマイクロアレイレンズを製造することができる方法であって、基板準備ステップ（Ｓ１０００）及びレンズ層形成ステップ（Ｓ２０００）を経て製造される。前記基板準備ステップ（Ｓ１０００）は、一面に複数の凹部が形成された基板を準備するステップである。又、前記基板を準備するステップ（Ｓ１０００）は、前記基板を予熱するステップ（Ｓ１１００）及び基板凹部形成ステップ（Ｓ１２００）によって行うことができる。

先ず、前記基板を予熱するステップ（Ｓ１１００）が行われる。前記基板を予熱するステップ（Ｓ１１００）は、前記基板にプローブを用いて凹部１１１をより容易に形成するために行われるステップである。又、前記基板を予熱させる温度は、基板の素材に応じて異なるので、特に制限されない。この際、前記基板は、ガラス又はカルコゲナイドを用いることができる。

次に、図３ａに示すように、予熱された前記基板の一面に端部が膨らんだプローブで加圧して複数の凹部を形成する基板凹部形成ステップが行われる。これは、前記基板１１０に前記プローブの端部形状と対応する複数の凹部１１１を形成するためである。ここで、前記プローブの端部のサイズ及び形状を用途に合わせて調節することにより、レンズのサイズ及び形状を多様に変形させることができる。又、前記凹部１１１の個数は、前記プローブを互いに異なる位置の前記基板に加圧する回数に応じて、自由に調節することができるので、制限されず、前記凹部の中心と隣接する凹部の中心との間隔を容易に調節することができる。この際、前記プローブの端部は、球面又は非球面形状であり、前記プローブの端部が加圧されて形成される前記基板の凹部１１１も球面又は非球面形状に形成される。なお、前記プローブは、前記基板１１０よりも硬度が高い材質を用いることが望ましい。ここで、前記プローブは、超硬素材を用いることができ、より望ましくは、タングステンカーバイド又はシリコンカーバイドを用いる。即ち、予熱された前記基板１１０の互いに異なる位置に前記プローブで加圧を繰り返して、前記プローブの端部形状と対応する複数の凹部１１１を形成することができるようになる。

次に、凹部１１１が形成された前記基板１１０の一面にレンズ層１２０を形成するレンズ層形成ステップ（Ｓ２０００）が行われる。図３ｂに示すように、前記レンズ層形成ステップ（Ｓ２０００）により、前記基板１１０と一体化されたレンズ層１２０が形成されてマイクロアレイレンズ１００が製造される。即ち、複数の凹部１１１が形成された前記基板１１０の一面にレンズ層１２０を平らに形成するので、レンズ層が突出せず、外部環境要因などによる製品の破損を減らすことができるようになる。図４に示すように、前記レンズ層形成ステップ（Ｓ２０００）で少なくとも前記凹部１１１の内部を満たす厚さで前記レンズ層１２０が蒸着されることが望ましい。これは、前記凹部１１１を満たすようにレンズ層１２０を形成することによって、レンズの機能を実現できるためである。又、前記レンズ層形成ステップ（Ｓ２０００）は、電子ビームを用いた蒸着を行うことができ、電子ビームを用いた蒸着は、レンズ原料物質準備ステップ、気化ステップ、蒸着ステップによって行われる。前記レンズ原料物質を真空チャンバ内に準備して前記レンズ原料物質準備ステップが行われる。

次に、前記レンズ原料物質を電子ビームで気化させる気化ステップが行われる。前記気化ステップは、前記レンズ層１２０を形成するための前記レンズ原料物質が溶融して電子ビームによって気体状態で移動するためのステップである。

次に、前記基板１１０の凹部１１１が形成された一面の上に気体状態の前記レンズ原料物質が蒸着される蒸着ステップによってレンズ層１２０が形成される。このように、前記レンズ層１２０を電子ビームを用いて蒸着すると、前記凹部１１１に気泡が発生しないため、製品の不良率を大幅に減らすことができ、ガラス転移温度（Ｔｇ）とは関係なく、従来の商用化されている様々な屈折率を有するレンズ原料物質をそのまま用いることができる。又、前記レンズ層１２０の屈折率は、前記基板１１０の屈折率より高いように設計し、より望ましくは、前記レンズ層１２０の屈折率が前記基板１１０の屈折率よりも少なくとも０.１以上大きい値を有するように設計する。これは、本発明に係るマイクロアレイレンズ１００が基板１１０及びレンズ層１２０からなる二重インデックス（ｉｎｄｅｘ）を有するため、レンズ層の屈折率が前記基板の屈折率よりも少なくとも０.１以上大きい値を有し、使用目的に応じて平行光をコリメートしたり、フォーカシングを行うことができる。なお、前記基板１１０の材料としてカルコゲナイドを用い、前記レンズ層の材料としてゲルマニウムを用いて赤外線波長で使用できる赤外線マイクロアレイレンズを製造することができる。

（１）前記基板を準備するステップ（Ｓ１０００）
（１-１）基板を予熱するステップ（Ｓ１１００）
基板（ガラス材質-ＳＣＨＯＴＴｔ社製ｂｋ-７）を用意し、窒素雰囲気下で３５０℃〜７５０℃の温度に予熱させた。

（１-２）基板凹部形成ステップ（Ｓ１２００）
予熱された前記基板に直径０.２３ｍｍのプローブで加圧して凹部を形成した。この際、前記プローブの加圧を繰り返して４つの凹部を形成し、凹部の中心と隣接する凹部の中心との間隔は０.２５ｍｍで同一に製造した。次に、４つの凹部が形成された基板を徐々に冷却させた。

（２）レンズ層を形成するステップ（Ｓ２０００）
４つの凹部が形成された基板に電子ビームを用いてレンズ層を蒸着させた。

この際、レンズ原料物質（ガラス材質−Ｓｕｍｉｔａ社製ＫＶＣ８９）を用い、蒸着温度２７０℃、真空度３.０Ｘ１０Ｅ−５、蒸着速度２〜３Ａ/ｓｅｃ、回転速度２０〜２５ｒｐｍ/ｍｉｎで凹部が形成された前記基板の一面に蒸着させた。

上述したように、本発明に係るマイクロアレイレンズの製造方法及びマイクロアレイレンズは、レンズ層が突出しない構造であるので、外部環境要因などによる製品の破損を減らすことができる。

なお、本発明に係るマイクロアレイレンズの製造方法及びマイクロアレイレンズは、プローブを用いて基板に複数の凹部を形成するので、基板を加工が困難なガラス又はカルコゲナイド材質を用いることができ、精密な球面又は非球面形状の凹部を基板に形成することができる。

さらに、前記プローブを加圧して基板に複数の凹部を形成するので、レンズの数及びレンズの間隔調節が容易であり、別途のマスクを必要としないため、製品の製造コストを低減させることができる。

本発明に係るマイクロアレイレンズは、光通信、光情報記憶装置、センサ、ディスプレイなどの次世代光学システムに用いることができる。特に、光通信分野において複数のレーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）又はエルイディ（ＬＥＤ）などで構成された光源アレイの前方に配置して出射光をコリメートしてコリメーティングレンズとして用いることができる。

１００ マイクロアレイレンズ
１１０ 基板
１１１ 凹部
１２０ レンズ層

Claims (7)

1. 複数のマイクロレンズを有するマイクロアレイレンズの製造方法において、
   一面に複数の凹部が形成された基板を準備する基板準備ステップと、
   前記凹部が形成された基板の一面にレンズ原料物質を蒸着させて前記凹部の形状と対応するレンズ層を形成するレンズ層形成ステップと、を含むことを特徴とするマイクロアレイレンズの製造方法。
2. 前記基板準備ステップでは、
   基板を予熱するステップと、
   予熱された前記基板の一面に端部が膨らんだプローブで加圧して前記プローブの端部形状と対応する複数の凹部を形成する凹部形成ステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロアレイレンズの製造方法。
3. 前記プローブの端部は、球面又は非球面形状であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロアレイレンズの製造方法。
4. 前記基板の材料は、ガラス又はカルコゲナイド（Ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロアレイレンズの製造方法。
5. 前記レンズ原料物質は、ガラス又はゲルマニウム（Ｇｅ）であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロアレイレンズの製造方法。
6. 前記レンズ層は、前記基板よりも屈折率が少なくと０.１以上高いことを特徴とする請求項２に記載のマイクロアレイレンズの製造方法。
7. 前記レンズ層形成ステップは、
   真空チャンバ内にレンズ原料物質を準備するレンズ原料物質準備ステップと、
   前記レンズ原料物質を電子ビームで気化させる気化ステップと、
   気化された前記レンズ原料物質を前記基板の一面に蒸着させる蒸着ステップと、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロアレイレンズの製造方法。