JP5349595B2 - マイクロレンズアレイの製造装置及びマイクロレンズアレイの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ製造装置及びレンズ製造方法に係り、さらに詳細には、真空チャンバ内の真空条件を調節してマイクロレンズを形成することで、製造が容易であり、多様な規格のマイクロレンズを生産することができるマイクロレンズアレイの製造装置及びその製造方法に関する。

一般的に、デジタルカメラのＣＣＤ（Charge-Coupled Device）、コンピュータ用ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）モニターのようなディスプレイ装置や光通信用部品または発光ダイオード素子などには、光の収斂、拡散、反射などを制御するために、レンズ、特に、マイクロレンズを搭載するが、このようなレンズは、各用途による所望の光学的性質を有するように多様な形状に具現される。

従来、このようなレンズを具現するために、金型を用いる方法を使った。しかし、このような金型を用いる方法は、金型の精巧な加工が必要であるだけではなく、レンズの形状が変化する場合ごとに金型を変更しなければならないという問題点を有する。

特に、凹または凸レンズの球面に、また他の多数の凹または凸状のマイクロレンズが形成された複合構造のマイクロレンズの場合、形状が複雑であって、金型としては弾力的に対応することが非常に難しいという限界を有する。

また、従来の金型を用いる方法によって製造されたレンズは、表面が滑らかではない製品が発生し、また製造工程中にＵＶ光を用いた別途の硬化工程がさらに必要であるという問題がある。

本発明は、前記問題点を勘案して案出されたものであって、製品の表面が滑らかでありながらも、金型の精巧な加工が不要であって、製造が容易であり、またマイクロ単位の多様な形状のレンズを容易に製造することができるマイクロレンズアレイの製造装置及びその製造方法を提供することである。

前記目的を果たすための本発明は、内部に真空空間を備える真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空状態に形成させる真空部と、前記真空チャンバ内に位置し、下側面に基板が装着される上部フレームと、前記上部フレームを昇降させる昇降部と、前記上部フレームの下側に位置する下部フレームと、前記下部フレームの上側に載置され、上部面に多数本の成形溝が形成されるマスタ板と、前記マスタ板の一側面に装着されて、前記マスタ板を加熱させる加熱部と、を含むマイクロレンズアレイの製造装置を提供する。

望ましくは、前記基板は、ポリマー材質からなり、前記加熱部は、前記基板を１００℃〜３００℃に加熱し、レンズの種類によって、前記真空チャンバの真空度または真空チャンバの開放から基板分離までのレンズ形成時間を制御する制御部をさらに含む。

そして、前記制御部は、レンズの曲率が基準値より高い場合、真空チャンバの真空度を基準値より高め、レンズの曲率が低い場合には、真空チャンバの真空度を基準値より低く制御し、前記制御部は、レンズの曲率が基準レンズより大きい場合、基準レンズに対応するレンズ形成時間より前記レンズ形成時間を長く設定し、レンズの曲率が小さな場合には、基準レンズに対応するレンズ形成時間より前記レンズ形成時間を短く設定する。

一方、本発明は、多数本の成形溝が一側面に形成されているマスタ板を真空チャンバの内部に準備するマスタ板準備段階と、前記マスタ板の一側面にレンズの原材料となる基板を準備する基板準備段階と、前記真空チャンバの内部を真空状態に形成する真空形成段階と、前記マスタ板と前記基板とを密着させる密着段階と、前記密着段階後、前記基板を加熱する加熱段階と、前記基板を加熱した後、前記真空チャンバを開放して、真空チャンバ内の真空を解除させる真空解除段階と、前記マスタ板及び前記基板を冷却させた後、前記マスタ板と前記基板とを分離させてレンズを形成するレンズ形成段階と、を含むマイクロレンズアレイの製造方法を提供する。

望ましくは、前記真空形成段階は、前記真空チャンバ内の真空度を調節してレンズの形状を調節し、前記レンズ形成段階は、レンズ形成時間を調節してレンズの形状を調節する。

また他方、本発明は、製造しようとするマイクロレンズアレイの微細パターンに対応する多数の成形溝が一側面に形成されたマスタ板を、温度及び真空度の調節が可能な真空チャンバの内部に準備するマスタ板準備段階と、マイクロレンズアレイの原材料となる基板を前記真空チャンバの内部に準備する基板準備段階と、前記マスタ板と基板とを密着させる密着段階と、密着された前記マスタ板と基板とを加熱して互いに融着させる融着段階と、前記真空チャンバの内部を真空状態に形成する真空形成段階と、圧力差によって、前記基板の一面にマイクロ単位の凹レンズアレイが形成されるレンズ形成段階と、前記真空チャンバを開放して真空を解除させる真空解除段階と、前記マスタ板と基板とを冷却させた後、前記基板を分離させる基板分離段階と、を含むマイクロレンズアレイの製造方法が提供される。

ここで、前記基板は、ポリマー材の高分子フィルムであり、前記融着段階で、前記基板は、前記マスタ板を介して１００℃〜３００℃に加熱されうる。

また前記真空形成段階は、前記真空チャンバ内の真空度を調節して、前記凹レンズの形状を調節することができる。このために、望ましくは、前記凹レンズの曲率が基準値より大きい場合には、前記真空チャンバの真空度を基準値より高め、前記凹レンズの曲率が小さな場合には、前記真空チャンバの真空度を基準値より低く制御することができる。

さらに、前記レンズ形成段階は、レンズ形成時間を調節して、前記凹レンズの形状を調節することができる。このために、望ましくは、前記凹レンズの曲率が基準値より大きい場合には、基準値に対応するレンズ形成時間より前記レンズ形成時間を長く設定し、前記凹レンズの曲率が基準値より小さな場合には、基準値に対応するレンズ形成時間より前記レンズ形成時間を短く設定することができる。

また他方、本発明は、第１微細配列のパターンを有する多数の第１成形溝が一面に形成された第１マスタ板を、温度及び真空度の調節が可能な第１真空チャンバの内部に準備する第１マスタ板準備段階と、レンズの原材料となる基板を前記第１真空チャンバの内部に準備する基板準備段階と、前記第１マスタ板と基板との密着によって密閉されるように形成された前記第１成形溝の空間と前記第１真空チャンバとの圧力差を用いて、前記基板の一面にマイクロ単位の第１レンズが多数個配列された第１レンズアレイ基板を完成する第１レンズ基板完成段階と、前記第１マスタ板と第１レンズアレイ基板とを冷却させた後、前記第１レンズアレイ基板を分離させる第１レンズ基板分離段階と、前記第１成形溝より配列間隔が広くて多数の前記第１成形溝を含むように第２微細配列のパターンを有する多数の第２成形溝が一面に形成された第２マスタ板を、温度及び真空度の調節が可能な第２真空チャンバの内部に準備する第２マスタ板準備段階と、前記第１レンズアレイ基板を前記第２真空チャンバの内部に準備する第１レンズ基板準備段階と、前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板との密着によって密閉されるように形成された前記第２成形溝の空間と前記第２真空チャンバとの圧力差を用いて、前記第１レンズアレイ基板の第１レンズ形成面に、前記第１レンズの多数個を含む複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを完成する複合レンズ完成段階と、前記第２マスタ板と複合レンズアレイとを冷却させた後、前記複合レンズアレイを分離させる複合レンズ分離段階と、を含むマイクロレンズアレイの製造方法が提供される。

ここで、前記第１レンズ基板完成段階は、前記第１真空チャンバの内部を真空状態に形成する第１チャンバ真空形成段階と、前記第１マスタ板と基板とを密着させる基板密着段階と、密着された前記第１マスタ板と基板とを加熱して互いに融着させる基板融着段階と、前記第１真空チャンバを開放して、前記第１真空チャンバ内の真空を解除させる第１チャンバ真空解除段階と、圧力差によって、前記基板の一面にマイクロ単位の凸レンズである第１レンズが多数個配列された第１レンズアレイ基板を形成する第１レンズ形成段階と、を含みうる。

この場合、前記複合レンズ完成段階は、前記第２真空チャンバの内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階と、前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを密着させる第１レンズ基板密着段階と、密着された前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを加熱して互いに融着させる第１レンズ基板融着段階と、前記第２真空チャンバを開放して、前記第２真空チャンバ内の真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階と、圧力差によって、前記第１レンズの多数個を含む凸レンズ状の複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを形成する複合レンズ形成段階と、を含みうる。代案として、複合レンズ完成段階は、前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを密着させる第１レンズ基板密着段階と、密着された前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを加熱して互いに融着させる第１レンズ基板融着段階と、前記第２真空チャンバの内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階と、圧力差によって、前記第１レンズの多数個を含む凹レンズ状の複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを形成する複合レンズ形成段階と、前記第２真空チャンバを開放して真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階と、を含むこともできる。

一方、代案として、前記第１レンズ基板完成段階は、前記第１マスタ板と基板とを密着させる基板密着段階と、密着された前記第１マスタ板と基板とを加熱して互いに融着させる基板融着段階と、前記第１真空チャンバの内部を真空状態に形成する第１チャンバ真空形成段階と、圧力差によって、前記基板の一面に凹レンズである第１レンズが多数個配列された第１レンズアレイ基板を形成する第１レンズ形成段階と、前記第１真空チャンバを開放して、前記第１真空チャンバ内の真空を解除させる第１チャンバ真空解除段階と、を含みうる。

この場合、前記複合レンズ完成段階は、前記第２真空チャンバの内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階と、前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを密着させる第１レンズ基板密着段階と、密着された前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを加熱して互いに融着させる第１レンズ基板融着段階と、前記第２真空チャンバを開放して、前記第２真空チャンバ内の真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階と、圧力差によって、前記第１レンズの多数個を含む凸レンズ状の複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを形成する複合レンズ形成段階と、を含みうる。代案として、前記複合レンズ完成段階は、前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを密着させる第１レンズ基板密着段階と、密着された前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを加熱して互いに融着させる第２レンズ基板融着段階と、前記第２真空チャンバの内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階と、圧力差によって、前記第１レンズの多数個を含む凹レンズ状の複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを形成する複合レンズ形成段階と、前記第２真空チャンバを開放して真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階と、を含むこともできる。

また望ましくは、前記基板は、ポリマー材の高分子フィルムであり、前記融着段階で、前記基板及び／または第１レンズアレイ基板は、前記第１マスタ板及び／または第２マスタ板を介して１００℃〜３００℃に加熱されうる。

さらに、前記真空形成段階は、前記第１及び／または第２真空チャンバ内の真空度を調節して、前記第１レンズ及び／または複合レンズの形状を調節することができる。

そして、前記レンズ形成段階は、レンズ形成時間を調節して、前記第１レンズ及び／または複合レンズの形状を調節することができる。

本発明によれば、真空による差圧を用いてマイクロ単位のレンズアレイを加工することで、レンズアレイの加工のための別途の精巧な金型加工が不要であって、生産効率が向上するという長所を有する。

また、本発明は、真空度を調節して多様にレンズの形状を変更することができるので、多様な形状のレンズをより容易に加工することができるという長所を有する。

そして、本発明は、金型表面によってレンズ表面を加工する方法を脱皮することで、レンズ表面をより滑らかに形成することができるという長所を有する。

本発明の第１実施形態によるレンズ製造装置の基板の昇降前後の構成図である。 本発明の第１実施形態によるレンズ製造装置の基板の昇降前後の構成図である。 本発明の第１実施形態によるレンズ製造方法のフローチャートである。 本発明の第１実施形態によるレンズ製造方法の基板及びマスタ板の加工フローを示す図である。 本発明の第２実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの平面図である。 本発明の第２実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの平面図である。 本発明の第２実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの斜視図である。 本発明の第３実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの平面図である。 本発明の第３実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの平面図である。 本発明の第３実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの斜視図である。 本発明の第４実施形態による凹マイクロレンズアレイの製造方法のフローチャートである。 図１１に示す凹マイクロレンズアレイの製造方法の基板とマスタ板の製造過程を示した工程図である。 図１１に示す凹マイクロレンズアレイの製造方法の基板とマスタ板の製造過程を示した工程図である。 図１１に示す凹マイクロレンズアレイの製造方法の基板とマスタ板の製造過程を示した工程図である。 図１１に示す凹マイクロレンズアレイの製造方法の基板とマスタ板の製造過程を示した工程図である。 図１１に示す凹マイクロレンズアレイの製造方法によって製造された凹マイクロレンズアレイの斜視図である。 本発明の第５実施形態によるマイクロ複合レンズアレイを製造するための製造装置の一例であって、基板または第１レンズアレイ基板の昇降前後を示す構成図である。 本発明の第５実施形態によるマイクロ複合レンズアレイを製造するための製造装置の一例であって、基板または第１レンズアレイ基板の昇降前後を示す構成図である。 本発明の第５実施形態によるマイクロ複合レンズアレイの製造方法の全体フローチャートである。 本発明の第５及び第６実施形態による第１レンズアレイ基板の完成過程を示すフローチャートである。 本発明の第５及び第６実施形態による第１レンズアレイ基板の完成過程を順次に示した工程図である。 本発明の第７及び第８実施形態による第１レンズアレイ基板の完成過程を示すフローチャートである。 本発明の第７及び第８実施形態による第１レンズアレイ基板の完成過程を順次に示した工程図である。 本発明の第５及び第７実施形態による複合レンズアレイの完成過程を示すフローチャートである。 本発明の第６及び第８実施形態による複合レンズアレイの完成過程を示すフローチャートである。 本発明の第５実施形態による複合レンズアレイの完成過程を示す工程図である。 本発明の第５実施形態による完成された複合レンズアレイの写真である。 本発明の第６実施形態による複合レンズアレイの完成過程を示す工程図である。 本発明の第６実施形態による完成された複合レンズアレイの写真である。 本発明の第７実施形態による複合レンズアレイの完成過程を示す工程図である。 本発明の第７実施形態による完成された複合レンズアレイの写真である。 本発明の第８実施形態による複合レンズアレイの完成過程を示す工程図である。 本発明の第８実施形態による完成された複合レンズアレイの写真である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態によるレンズ製造装置及びレンズ製造方法について詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の第１実施形態によるレンズ製造装置の基板の昇降前後の構成図であり、図３は、本発明の第１実施形態によるレンズ製造方法のフローチャートであり、図４は、本発明の第１実施形態によるレンズ製造方法の基板及びマスタ板の加工フローを示す図である。

本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、通常的に、または辞書的な意味として限定して解析されてはならず、発明者は、自身の発明を最も最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づいて、本発明の技術的思想に符合する意味及び概念として解析されなければならない。

したがって、本明細書に記載の実施形態と図面に示された構成は、本発明の最も望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をいずれも代弁するものではないので、本出願時点において、これらは代替しうる多様な均等物と変形例とがあり得るということを理解しなければならない。

図１及び図２に示されたように、本発明の第１実施形態によるレンズ製造装置１００は、真空チャンバ１１０、真空部１２０、昇降部１３０、上部フレーム１４０、下部フレーム１５０、マスタ板１７０を含む。

前記真空チャンバ１１０は、内部に真空空間を形成するように選択的に密閉されうる。そして、前記真空チャンバ１１０の一側面には、真空チャンバ１１０の内部を選択的に真空状態に形成するための真空部１２０が備えられる。このような真空部１２０には、真空圧を形成するための真空ポンプ（図示せず）や空気のような流体の移動のための流体ライン（図示せず）などが備えられうるが、ここでは、詳しい説明を省略する。

前記上部フレーム１４０は、前記真空チャンバ１１０の内部に位置し、ガイド棒１３１に沿って昇降されるように設けられる。

そして、前記上部フレーム１４０の上部には、前記上部フレーム１４０を昇降させる昇降部１３０が装着される。前記昇降部１３０は、昇降シリンダーからなり、昇降シリンダーの上端部は、真空チャンバ１１０の天井部に装着され、前記昇降シリンダーのロッド端部は、前記上部フレーム１４０に装着される。これにより、前記昇降シリンダーのロッド端部が、進退するにつれて、前記上部フレーム１４０は、ガイド棒１３１に沿って昇降される。

そして、前記上部フレーム１４０の下側面には、レンズの原材料である基板１６０が装着される。前記基板１６０は、ポリマー材質からなる。前記基板の材質は、レンズの種類によって選択され、一般的に、ＰＣ（Polycarbonate）、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）、ＰＳ（Polystyrene）などの材質からなる。

前記下部フレーム１５０は、前記上部フレーム１４０の下側に離隔して、前記真空チャンバ１１０の底面に設けられる。前記下部フレーム１５０の上部には、マスタ板１７０が載置して設けられる。

前記マスタ板１７０の上面には、多数本の成形溝１７１が形成される。前記成形溝１７１は、円筒状の溝であり、前記成形溝１７１の深さは、実際製作されるレンズの厚さより大きく形成される。本実施形態では、成形溝を円筒状の溝に限定したが、他の形状の溝も使用可能であるということはいうまでもない。

前記成形溝１７１の個数は、１回当たり製作されるレンズの個数によって決定される。

前記マスタ板１７０の下側の下部フレーム１５０には、前記マスタ板を加熱する加熱部１４１が装着される。

前記加熱部１４１は、熱線ヒーターで構成され、前記加熱部１４１は、前記マスタ板１７０を加熱し、該加熱された前記マスタ板１７０は、マスタ板の上側の基板を１００〜３００℃に加熱する。該加熱された前記マスタ板１７０が、前記基板１６０を１００℃以下に加熱される場合には、レンズ成形段階において、基板の変形が起きず、レンズ成形が円滑にはならないという問題点が発生し、加熱された前記マスタ板１７０が、前記基板１６０を３００℃以上に加熱する場合には、前記基板１６０の変形が過度に多く発生してレンズ成形が正確にはならないという問題点が発生する。

そして、前記真空チャンバ１１０の外側には、制御部１８０が設けられる。前記制御部１８０は、ユーザが入力したレンズの形状によって、前記真空部１２０及び前記昇降シリンダーを制御する。

すなわち、前記制御部１８０は、ユーザが基準型レンズを選択する場合、前記真空部１２０を制御して真空チャンバ１１０の真空度を既設定値で形成させ、また真空解除後、前記昇降部１３０を用いて既設定された時間後に上部フレームを上昇させる。

一方、ユーザが、基準型レンズよりさらに大きい曲率を有するレンズを選択する場合には、前記制御部１８０は、前記真空部１２０を制御して真空チャンバ１１０の真空度を高め、また真空解除後、前記昇降部１３０が、上部フレーム１４０を上昇させる時期を延ばしてレンズ成形時間を延長させる。

逆に、ユーザが、基準型レンズより小さな曲率のレンズを選択する場合には、前記制御部１８０は、前記真空部１２０を制御して真空チャンバ１１０の真空度を低め、真空解除後、昇降部１３０が、上部フレームを上昇させる時期を繰り上げてレンズ成形時間を短縮させる。

以下、前述したように構成される本発明の第１実施形態によるレンズ製造装置は、次のように作動する。

レンズを製造する場合、まず前記真空チャンバ１１０内に設けられた上部フレーム１４０の下側面に基板１６０を装着する。そして、前記下部フレーム１５０の上面には、前記マスタ板１７０を設置する。

次いで、前記真空チャンバ１１０を閉鎖し、前記真空部１２０を用いて、前記真空チャンバ１１０の内部を真空状態に変換させる。

前記真空チャンバ１１０の内部が真空状態になれば、図２に示されたように、前記昇降部１３０は、前記上部フレーム１４０を下部フレーム１５０側に下降させ、前記基板１６０を前記マスタ板１７０の上面に載置させる。

前記基板１６０が、前記マスタ板１７０の上面に載置されて、前記基板と前記マスタ板１７０とが密着されれば、前記加熱部１４１は、前記マスタ板１７０を加熱し、該加熱されたマスタ板１７０は、上側の前記基板１６０を加熱する。

前記真空チャンバ１１０の真空を解除させれば、前記真空チャンバ１１０は、大気圧で維持されるが、前記成形溝１７１の内部は、真空状態に形成して圧力差が発生し、この圧力差は、前記基板１６０と前記マスタ板１７０とをさらに密着させる。

また、この圧力差によって、前記基板１６０は、前記成形溝１７１の内部に凸状に成形されてレンズの形状を形成する。

前記レンズの形状が完成されれば、前記基板１６０及び前記マスタ板１７０を冷却させ、前記基板１６０及び前記マスタ板１７０を分離してレンズを完成させる。

次いで、本発明の第１実施形態によるレンズの製造方法を順序別に説明する。

図３は、本発明の第１実施形態によるレンズ製造方法のフローチャートであり、図４は、本発明の第１実施形態によるレンズ製造方法の基板及びマスタ板の加工フローを示す図である。

図３に示されたように、本発明の第１実施形態によるレンズ製造方法は、マスタ板準備段階（ステップＳ１０）、基板準備段階（ステップＳ２０）、真空形成段階（ステップＳ３０）、密着段階（ステップＳ４０）、加熱段階（ステップＳ４５）、真空解除段階（ステップＳ５０）及びレンズ形成段階（ステップＳ６０）からなる。

前記マスタ板準備段階（ステップＳ１０）は、多数本の成形溝が形成されているマスタ板を真空チャンバの内部に準備する段階であり、前記基板準備段階（ステップＳ２０）は、前記真空チャンバの内部に基板を準備する段階である。

図４（ａ）に示したように、前記マスタ板準備段階（ステップＳ１０）及び前記基板準備段階（ステップＳ２０）が完了すれば、前記真空チャンバの内部を真空状態に形成する真空形成段階（ステップＳ３０）を実行する。前記真空形成段階（ステップＳ３０）は、前記真空部を用いて、前記真空チャンバの内部を真空形成する。この場合、成形しようとするレンズの形状によって、前記真空チャンバの真空圧力を調節する。

このように、前記真空チャンバの内部が真空状態になれば、図４（ｂ）に示したように、前記基板１６０を前記マスタ板と密着させる密着段階（ステップＳ４０）を行い、次いで、前記加熱部を用いて、前記基板を加熱する加熱段階（ステップＳ４５）を行う。

そして、前記真空チャンバを開放して真空チャンバ内の真空状態を解除させる（真空解除段階（ステップＳ５０））。

前記真空が解除されれば、図４（ｃ）に示したように、前記成形溝と前記基板及びマスタ板の外部は、圧力差が発生し、これにより、前記基板は、成形溝側に凸状に変形されてレンズ状に成形される。

前記基板がレンズ状に成形されれば、図４（ｄ）に示されたように、前記基板を冷却させた後、前記基板と前記マスタ板とを最終的に分離すれば、レンズが完成される（レンズ形成段階（ステップＳ６０））。

この場合、前記レンズ形状は、前記真空解除時から前記基板及び前記マスタ板が分離するまでの時間（レンズ形成時間）によって変わるので、レンズの形態によって、前記レンズ形成時間を調節する。

図５及び図６は、本発明の第２実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの平面図であり、図７は、本発明の第２実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの斜視図である。

本発明の第２実施形態は、２μｍのマイクロレンズを製造する方法であって、基本工程は、第１実施形態と同一であり、前記基板をポリカーボネート材質で選択し、加熱段階時の基板温度は、１６０℃に設定し、真空解除以後、レンズ成形時間は２分に設定した。

図８及び図９は、本発明の第３実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの平面図である。図１０は、本発明の第３実施形態によるレンズ製造方法によって製造されたレンズの斜視図である。

本発明の第３実施形態は、１００μｍのマイクロレンズを製造する方法であって、基本工程は、第１実施形態と同一であり、前記基板をポリカーボネート材質で選択し、加熱段階時の基板温度は、１６０℃に設定し、真空解除以後、レンズ成形時間は３分に設定した。

図１１は、本発明の第４実施形態による凹マイクロレンズアレイの製造方法のフローチャートであり、図１２ないし図１５は、図１１に示す凹マイクロレンズアレイの製造方法の基板とマスタ板の製造過程を順次に示した工程図である。

本発明の第４実施形態による凹マイクロレンズアレイの製造方法も、本発明の第１実施形態によるマイクロレンズアレイの製造装置によって具現される。

図１１及び図１２に示されたように、まず製造しようとするマイクロレンズアレイの微細パターンに対応する多数の成形溝４７１が一面に形成されたマスタ板４７０を、温度及び真空度の調節が可能な真空チャンバの内部に準備する（ステップＳ１１０）。

また、マイクロレンズアレイの原材料となる基板４６０を前記真空チャンバの内部に準備する（ステップＳ１２０）。

前記マスタ板４７０と基板４６０とが準備されれば、図１のように、前記真空チャンバ１１０内に設けられた上部フレーム１４０の下側面に基板４６０を装着し、前記下部フレーム１５０の上面には、前記マスタ板４７０を設置する。

次いで、図１１及び図１３に示されたように、前記マスタ板４７０と基板４６０とを密着させる（ステップＳ１３０）。このために、図２のように、前記昇降部１３０は、上部フレーム１４０を下部フレーム１５０側に下降させ、前記基板４６０をマスタ板４７０の上面に載置させた後、互いに密着させる。

前記基板４６０とマスタ板４７０とが密着されれば、前記加熱部１４１は、マスタ板４７０を加熱し、該加熱されたマスタ板４７０は、上側の基板４６０を加熱して互いに融着させる（ステップＳ１４０）。ここで、前記マスタ板４７０を介して加熱される前記基板４６０は、１００〜３００℃に加熱されることが望ましい。前記基板４６０が、１００℃以下に加熱される場合には、レンズ成形段階において、基板の変形が起きず、凹レンズ成形が円滑にはならないという問題点が発生し、前記基板１６０が、３００℃以上に加熱する場合には、前記基板１６０の変形が過度に多く発生して凹レンズの成形が正確にはならないという問題点が発生する。

次いで、前記真空チャンバ１１０を密閉させ、前記真空部１２０を用いて、前記真空チャンバ１１０の内部を真空状態にする（ステップＳ１５０）。この場合、成形しようとする凹レンズの形状によって、前記真空チャンバ１１０の真空圧力を調節する。すなわち、制御部１８０は、ユーザが基準型凹レンズを選択する場合、真空部１２０を制御して真空チャンバ１１０の真空度を既設定された基準値で形成させ、また真空形成後（ステップＳ５０）、前記昇降部１３０を用いて既設定された時間後に上部フレーム１４０を上昇させる。

前記真空チャンバ１１０の内部が真空状態になれば、前記真空チャンバ１１０は、真空で形成されるが、前記成形溝４７１の内部は、大気圧で維持されて圧力差が発生し、このような圧力差によって、前記基板４６０は、前記成形溝４７１の反対方向に凹状に成形されて凹レンズ４６１の形状を形成する。これにより、図１４に示されたように、圧力差によって、前記基板４６０の一面にマイクロ単位の凹レンズ４６１アレイが形成される（ステップＳ１６０）。この場合、前記凹レンズ４６１の形状は、前記真空形成時点から前記基板４６０及びマスタ板４７０が分離されるまでの時間（レンズ形成時間）によって変わるので、レンズの形態によって、前記レンズ形成時間を調節する。

前記凹レンズ４６１の形状が完成されれば、前記真空チャンバ１１０を開放して真空を解除させる（ステップＳ１７０）。

最後に、前記マスタ板４７０と基板４６０とを冷却させた後、図１５に示されたように、前記基板４６０とマスタ板４７０とを分離して（ステップＳ１８０）、マイクロ単位の凹レンズアレイを完成させる。参照のために、図１６には、前記したような製造方法によって製造された凹マイクロレンズアレイの斜視図が示されている。

一方、ユーザが、基準型レンズよりさらに大きい曲率を有する凹レンズ４６１を選択する場合、前記制御部１８０は、前記真空部１２０を制御して真空チャンバ１１０の真空度を高め、また真空形成後、前記昇降部１３０が、上部フレーム１４０を上昇させる時期を延ばしてレンズ成形時間を延長させる。逆に、ユーザが、基準型レンズより小さな曲率の凹レンズ４６１を選択する場合に、前記制御部１８０は、前記真空部１２０を制御して真空チャンバ１１０の真空度を低め、真空形成後、昇降部１３０が、上部フレーム１４０を上昇させる時期を繰り上げてレンズ成形時間を短縮させる。

前述したように、本発明の実施形態による凹マイクロレンズアレイの製造方法によれば、真空による差圧を用いてマイクロ単位の凹レンズアレイを加工することで、凹レンズ加工のための別途の精巧な金型加工が不要となる。また、真空度を調節して凹レンズの形状を変更することができるので、多様な形状の凹マイクロレンズアレイをより容易に加工することができる。さらに、金型表面によってレンズ表面を加工した方法を脱皮することによって、レンズ表面をより滑らかに形成することができるという長所を有しうる。

以下、添付した図面を参照して、本発明の第５実施形態によるマイクロ複合レンズアレイの製造方法について詳細に説明する。

図１７及び図１８は、本発明の第５実施形態によるマイクロ複合レンズアレイを製造するための製造装置の一例であって、基板または第１レンズアレイ基板の下降前後をそれぞれ示す構成図である。

図面を参照すると、本発明の第５実施形態によるマイクロ複合レンズアレイを製造するためのレンズ製造装置５００は、第１真空チャンバ５１０または第２真空チャンバ６１０、真空部５２０、昇降部５３０、上部フレーム５４０、下部フレーム５５０、第１マスタ板５７０または第２マスタ板６７０を含みうる。

前記真空チャンバ５１０または６１０は、内部に真空空間を形成するように選択的に密閉されうる。そして、前記真空チャンバ５１０または６１０の一側面には、真空チャンバ５１０または６１０の内部を選択的に真空状態に形成するための真空部５２０が備えられる。このような真空部５２０には、真空圧を形成するための真空ポンプ（図示せず）及び空気のような流体の移動のための流体ライン（図示せず）などが備えられうるが、ここでは、詳しい説明を省略する。

前記上部フレーム５４０は、前記真空チャンバ５１０または６１０の内部に位置し、ガイド棒５３１に沿って選択的に上昇または下降するように設けられることもある。

前記上部フレーム５４０の上部には、前記上部フレーム５４０を上昇または下降させる昇降部５３０が装着されうる。このために、前記昇降部５３０は、昇降シリンダーを備え、このような昇降シリンダーの上端部は、真空チャンバ５１０または６１０の天井部に固定され、前記昇降シリンダーのロッド端部は、前記上部フレーム５４０に装着されうる。これにより、前記昇降シリンダーのロッド端部が、前進または後退するにつれて、前記上部フレーム５４０は、ガイド棒５３１に沿って上昇または下降される。

前記上部フレーム５４０の下側面には、レンズの原材料である基板５６０または第１レンズアレイ基板６６０が装着される。

前記下部フレーム５５０は、上部フレーム５４０の下側に離隔して、前記真空チャンバ５１０の底面に設けられる。前記下部フレーム５５０の上部には、第１マスタ板５７０または第２マスタ板６７０が載置されるように設けられる。

前記第１マスタ板５７０または第２マスタ板６７０の上面には、多数個の第１成形溝５７１または第２成形溝６７１が形成される。前記第１成形溝５７１または第２成形溝６７１は、円筒状の溝であり、前記第１成形溝５７１または第２成形溝６７１の深さは、実際製作されるレンズより大きく形成される。但し、本実施形態では、前記第１成形溝５７１及び第２成形溝６７１を円筒状の溝に限定したが、これは例示的なものであって、製作されるレンズの用途によって他の形状の溝も使用可能であると言える。ここで、前記第２成形溝６７１は、第１成形溝５７１よりその配列間隔が広く、多数の前記第１成形溝５７１を含むように第１成形溝５７１より大きく形成される。このように、第１成形溝５７１と第２成形溝６７１との配列及びサイズを異にする理由については、後述する。

前記第１マスタ板５７０または第２マスタ板６７０の下側の下部フレーム５５０には、前記第１マスタ板５７０または第２マスタ板６７０を加熱する加熱部５４１が装着されうる。このような加熱部５４１は、熱線ヒーターを含み、まず前記第１マスタ板５７０または第２マスタ板６７０を加熱した後、該加熱された前記第１マスタ板５７０または第２マスタ板６７０が、上側の基板５６０または第１レンズアレイ基板６６０を加熱する。

前記真空チャンバ５１０または６１０の外側には、制御部５８０が設けられる。このような制御部５８０は、ユーザが入力したレンズの形状によって、前記真空部５２０及び昇降シリンダーを制御する。

一方、本発明の実施形態によるマイクロ複合レンズアレイを製造するためには、前記レンズ製造装置５００が複数個必要であるが、場合によっては、一つのレンズ製造装置５００を順次に数回使うこともできる。しかし、前述されたレンズ製造装置５００の構成及び作動原理は、適用される回数の差のみあるだけであり、後述するマイクロ複合レンズアレイの製造方法において、同様に適用可能である。

以下、前述したようなレンズ製造装置５００によって製造されるマイクロ複合レンズアレイの製造方法について添付図面を参照して説明する。

図１９は、本発明によるマイクロ複合レンズアレイの製造方法の全体フローチャートである。

図１７ないし図１９を参照すると、まず第１微細配列のパターンを有する多数の第１成形溝５７１が一面に形成された第１マスタ板５７０を第１真空チャンバ５１０の内部に準備する（ステップＳ２００）。ここで、前記制御部５８０は、加熱部５４１と真空部５２０とを制御して第１マスタ板５７０の温度及び第１真空チャンバ５１０内の真空度を調節することができる。

次いで、複合レンズの原材料となる基板５６０を前記第１真空チャンバ５１０の内部に準備する（ステップＳ３００）。このような基板５６０としては、ポリマー材の高分子フィルムを使うことができる。ここで、前記基板５６０の材質は、レンズの種類によって選択され、一般的に、ポリカーボネート（Polycarbonate；ＰＣ）、ポリメチルメタアクリレート（Polymethyl Methacrylate；ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（Polystyrene；ＰＳ）などの材質が使われる。

その後、前記第１マスタ板５７０と基板５６０との密着によって密閉されるように形成された前記第１成形溝５７１の空間と前記第１真空チャンバ５１０との圧力差を用いて、前記基板５６０の一面にマイクロ単位の第１レンズ５６１（図２１及び図２３参照）が多数個配列された第１レンズアレイ基板６６０（図２１及び図２３参照）を完成する（ステップＳ４００）。これについては、後述する各実施形態で詳しく説明する。

次いで、前記第１マスタ板５７０と第１レンズアレイ基板６６０とを冷却させた後、前記第１レンズアレイ基板６６０を分離させる（ステップＳ５００）。
次いで、前記第１成形溝５７１より配列間隔が広くて多数の前記第１成形溝５７１を含むように、第２微細配列のパターンを有する多数の第２成形溝６７１が一面に形成された第２マスタ板６７０を第２真空チャンバ６１０の内部に準備する（ステップＳ６００）。ここで、前記第２真空チャンバ６１０は、第１真空チャンバ５１０と同一な真空チャンバであるか、別途に設けられた真空チャンバであり得る。また前記第２真空チャンバ６１０も、制御部５８０を通じて加熱部５４１と真空部５２０とを制御して第２マスタ板６７０の温度及びチャンバ内の真空度を調節することが可能である。

次いで、前記したような過程を通じて製作された前記第１レンズアレイ基板６６０を前記第２真空チャンバ６１０の内部に準備する（ステップＳ７００）。

その後、前記第２マスタ板６７０と第１レンズアレイ基板６６０との密着によって密閉されるように形成された前記第２成形溝６７１の空間と前記第２真空チャンバ６１０との圧力差を用いて、前記第１レンズアレイ基板６６０の第１レンズ５６１形成面に、前記第１レンズ５６１の多数個を含む複合レンズ６６１（図２６ないし図３３参照）が多数個配列された複合レンズアレイ６６２（図２６ないし図３３参照）を完成する（ステップＳ８００）。これについても、後述する各実施形態で詳しく説明する。

最後に、前記第２マスタ板６７０と複合レンズアレイ６６２とを冷却させた後、前記複合レンズアレイ６６２を分離させることによって（ステップＳ９００）、最終的なマイクロ複合レンズアレイが得られる。

以下、本発明の各実施形態によるマイクロ複合レンズアレイの製造方法について添付図面を参照して説明する。但し、反復的な説明を避けるために、図１９に示す全体フローチャートで、各実施形態別に差を見せる第１レンズアレイ基板６６０の完成段階（ステップＳ４００）と、複合レンズアレイ６６２の完成段階（ステップＳ８００）とを中心に説明する。

図２０及び図２１は、本発明の第５及び第６実施形態による第１レンズアレイ基板の完成過程を示すフローチャート及びそれを順次に示した工程図であり、図２２及び図２３は、本発明の第７及び第８実施形態による第１レンズアレイ基板の完成過程を示すフローチャート及びそれを順次に示した工程図であり、図２４は、本発明の第５及び第７実施形態による複合レンズアレイの完成過程を示すフローチャートであり、図２５は、本発明の第６及び第８実施形態による複合レンズアレイの完成過程を示すフローチャートであり、図２６ないし図３３は、本発明の第５、第６、第７及び第８実施形態による複合レンズアレイの完成過程を順次に示す工程図及び写真である。

第５実施形態
図１７、図１８、図２０、図２１、図２４、図２６及び図２７を参照して、本発明の第５実施形態による第１レンズアレイ基板６６０ａの完成段階（ステップＳ４００ａ）及び複合レンズアレイ６６２ａの完成段階（ステップＳ８００ａ）を説明する。

図１７、図２０及び図２１に示されたように、本発明の第５実施形態による第１レンズアレイ基板６６０ａを完成するために、前記第１真空チャンバ５１０の内部を真空状態に形成する（ステップＳ４１０ａ）。このために、前記第１真空チャンバ５１０を密閉させ、前記真空部５２０を用いて、前記第１真空チャンバ５１０の内部を真空状態にする。この場合、成形しようとする第１レンズ５６１ａの形状によって、前記第１真空チャンバ５１０の真空圧力を調節する。すなわち、制御部５８０は、ユーザが基準型レンズを選択する場合、真空部５２０を制御して第１真空チャンバ５１０の真空度を既設定された基準値で形成させ、また真空形成後、前記昇降部５３０を用いて既設定された時間後に、上部フレーム５４０を上昇させる。

次いで、前記第１マスタ板５７０と基板５６０とを密着させる（ステップＳ４２０ａ）。このために、前記昇降部５３０は、上部フレーム５４０を下部フレーム５５０側に下降させ、前記基板５６０を第１マスタ板５７０の上面に載置させた後、互いに密着させる。

その後、密着された前記第１マスタ板５７０と基板５６０とを加熱して互いに融着させる（ステップＳ４３０ａ）。すなわち、前記加熱部５４１は、第１マスタ板５７０を加熱し、該加熱された第１マスタ板５７０は、上側の基板５６０を加熱して互いに融着させる。ここで、前記第１マスタ板５７０を介して加熱される前記基板５６０は、１００〜３００℃に加熱されることが望ましい。前記基板５６０が、１００℃以下に加熱される場合には、レンズ成形段階において、基板の変形が起きず、成形が円滑にはならないという問題点が発生し、前記基板５６０が、３００℃以上に加熱する場合には、前記基板５６０の変形が過度に多く発生してレンズの成形が正確にはならないという問題点が発生する。

その次に、前記第１真空チャンバ５１０を開放して、前記第１真空チャンバ５１０内の真空を解除させる（ステップＳ４４０ａ）。

これにより、圧力差によって、前記基板５６０の一面にマイクロ単位の凸レンズである第１レンズ５６１ａが多数個配列された第１レンズアレイ基板６６０ａを形成する（ステップＳ４５０ａ）。さらに敷衍説明すれば、前記第１真空チャンバ５１０は、真空が解除されて大気圧で維持されるが、前記第１成形溝５７１の内部は、真空で維持されて圧力差が発生し、このような圧力差によって、前記基板５６０は、前記第１成形溝５７１の内側方向に凸状に成形されて第１レンズ５６１ａを形成する。これにより、図２１に示されたように、前記基板５６０の一面にマイクロ単位の第１レンズアレイ基板６６０ａが形成される。この場合、前記第１レンズ５６１ａの形状は、前記真空解除時点から前記基板５６０及び第１マスタ板５７０が分離されるまでの時間（レンズ形成時間）によって変わるので、レンズの形態によって、前記レンズ形成時間を調節する。

一方、図１７、図２４、図２６及び図２７に示されたように、本発明の第５実施形態による複合レンズアレイ６６２ａを完成するために、まず第２真空チャンバ６１０の内部を真空状態に形成する（ステップＳ８１０ａ）。このために、前記第２真空チャンバ８１０を密閉させ、前記真空部５２０を用いて第２真空チャンバ６１０の内部を真空状態にする。この場合にも、成形しようとする複合レンズ６６１ａの形状によって、前記第２真空チャンバ６１０の真空圧力を調節する。

その後、前記第１レンズアレイ基板６６０ａの完成段階（ステップＳ４００ａ）によって製作された第１レンズアレイ基板６６０ａと第２マスタ板６７０とを密着させる（ステップＳ８２０ａ）。すなわち、前記昇降部５３０は、上部フレーム５４０を下部フレーム５５０側に下降させ、前記第１レンズアレイ基板６６０ａを第２マスタ板６７０の上面に載置させた後、互いに密着させる。

次いで、密着された前記第２マスタ板６７０と第１レンズアレイ基板６６０ａとを加熱して互いに融着させる（ステップＳ８３０ａ）。このために、前記加熱部５４１は、第２マスタ板６７０を加熱し、該加熱された第２マスタ板６７０は、上側の第１レンズアレイ基板６６０ａを加熱して互いに融着させる。ここでも、前記第２マスタ板６７０を介して加熱される前記第１レンズアレイ基板６６０ａは、１００〜３００℃に加熱されることが望ましい。

その後に、前記第２真空チャンバ６１０を開放して第２真空チャンバ６１０内の真空を解除させる（ステップＳ８４０ａ）。

そうすると、圧力差によって、前記第１レンズ５６１ａの多数個を含む凸レンズ状の複合レンズ６６１ａが多数個配列された複合レンズアレイ６６２ａを形成する（ステップＳ８５０ａ）。敷衍説明すれば、前記第２真空チャンバ６１０は、真空が解除されて大気圧で維持されるが、前記第２成形溝６７１の内部は、真空で維持されて圧力差が発生し、このような圧力差によって、前記第１レンズアレイ基板６６０ａは、前記第２成形溝６７１の内側方向に凸状に成形されて、前記第１レンズ５６１ａの多数個を含む凸レンズ状の複合レンズ６６１ａを形成する。これにより、図２６及び図２７に示されたように、凸レンズ状である第１レンズ５６１ａの多数個を含む凸レンズ状の複合レンズ６６１ａが多数個配列された複合レンズアレイ６６２ａを形成する。この場合にも、前記複合レンズ６６１ａの形状は、前記真空解除時点から前記第１レンズアレイ基板６６０ａ及び第２マスタ板６７０が分離されるまでの時間（レンズ形成時間）に左右される。

前述したように、本発明の第５実施形態によるマイクロ複合レンズアレイの製造方法によれば、結論的に、図２６及び図２７に示されたように、凸レンズの球面にまた他の凸レンズ状を有する多数のマイクロレンズが形成された複合構造の複合レンズアレイ６６２ａが得られる。

第６実施形態
図１７、図２０、図２１、図２５、図２８及び図２９を参照して、本発明の第６実施形態による複合レンズアレイ６６２ｂの完成段階（ステップＳ８００ｂ）を説明する。ここで、第１レンズアレイ基板６６０ａの完成段階（ステップＳ４００ａ）は、図２０及び図２１に示す図面と前述した第５実施形態と同一であるので、反復的な説明は省略する。

本発明の第６実施形態による複合レンズアレイ６６２ｂを完成するために、まず図１７、図２５、図２８及び図２９に示されたように、第２マスタ板６７０と第１レンズアレイ基板６６０ａとを密着させる（ステップＳ８１０ｂ）。このために、前記昇降部５３０は、上部フレーム５４０を下部フレーム５５０側に下降させ、前記第１レンズアレイ基板６６０ａを第２マスタ板６７０の上面に載置させた後、互いに密着させる。

その後、密着された前記第２マスタ板６７０と第１レンズアレイ基板６６０ａとを加熱して互いに融着させる（ステップＳ８２０ｂ）。すなわち、前記加熱部５４１は、第２マスタ板６７０を加熱し、該加熱された第２マスタ板６７０は、上側の第１レンズアレイ基板６６０ａを加熱して互いに融着させる。ここでも、前記第２マスタ板６７０を介して加熱される前記第１レンズアレイ基板６６０ａは、１００〜３００℃に加熱されることが望ましい。

次いで、前記第２真空チャンバ６１０の内部を真空状態に形成する（ステップＳ８３０ｂ）。すなわち、前記第２真空チャンバ６１０を密閉させ、前記真空部５２０を用いて第２真空チャンバ６１０の内部を真空状態にする。この場合にも、成形しようとする複合レンズ６６１ｂの形状によって、前記第２真空チャンバ６１０の真空圧力を調節する。

これにより、圧力差によって、前記第１レンズ５６１ａの多数個を含む凹レンズ状の複合レンズ６６１ｂが多数個配列された複合レンズアレイ６６２ｂを形成する（ステップＳ８４０ｂ）。敷衍説明すれば、前記第２真空チャンバ６１０は、真空が形成されるが、前記第２成形溝６７１の内部は、大気圧を維持して圧力差が発生し、このような圧力差によって、前記第１レンズアレイ基板６６０ａは、前記第２成形溝６７１の反対方向に凹状に成形されて、凸レンズ状である多数の第１レンズ５６１ａを含む凹レンズ状の複合レンズ６６１ｂを形成する。これにより、図２８及び図２９のように、凸レンズ状である第１レンズ５６１ａの多数個を含む凹レンズ状の複合レンズ６６１ｂが多数個配列された複合レンズアレイ６６２ｂを形成する。この場合にも、前記複合レンズ６６１ｂの形状は、前記真空形成時点から前記第１レンズアレイ基板６６０ａ及び第２マスタ板６７０が分離されるまでの時間（レンズ形成時間）に左右される。

最後に、前記第２真空チャンバ６１０を開放して真空を解除させ（ステップＳ８５０ｂ）、複合レンズアレイ６６２ｂを完成する。

前述したように、本発明の第６実施形態によるマイクロ複合レンズアレイの製造方法によれば、結論的に、図２８及び図２９に示されたように、凹レンズの球面に凸レンズ状を有する多数のマイクロレンズが形成された複合構造の複合レンズアレイ６６２ｂが得られる。

第７実施形態
図１７、図２２、図２３、図２４、図３０及び図３１を参照して、本発明の第７実施形態による第１レンズアレイ基板６６０ｂの完成段階（ステップＳ４００ｂ）及び複合レンズアレイ６６２ｃの完成段階（ステップＳ８００ｃ）を説明する。

図１７、図２２及び図２３に示されたように、本発明の第７実施形態による第１レンズアレイ基板６６０ｂを完成するために、まず第１マスタ板５７０と基板５６０とを密着させる（ステップＳ４１０ｂ）。このために、前記昇降部５３０は、上部フレーム５４０を下部フレーム５５０側に下降させ、前記基板５６０を第１マスタ板５７０の上面に載置させた後、互いに密着させる。

その後、密着された前記第１マスタ板５７０と基板５６０とを加熱して互いに融着させる（ステップＳ４２０ｂ）。すなわち、前記加熱部５４１は、第１マスタ板５７０を加熱し、該加熱された第１マスタ板５７０は、上側の基板５６０を加熱して互いに融着させる。ここで、前記第１マスタ板５７０を介して加熱される前記基板５６０は、１００〜３００℃に加熱されることが望ましい。

次いで、前記第１真空チャンバ５１０の内部を真空状態に形成する（ステップＳ４３０ｂ）。このために、前記第１真空チャンバ５１０を密閉させ、前記真空部５２０を用いて、前記第１真空チャンバ５１０の内部を真空状態にする。この場合、成形しようとする第１レンズ５６１ｂの形状によって、前記第１真空チャンバ５１０の真空圧力を調節する。

これにより、圧力差によって、前記基板５６０の一面に凹レンズである第１レンズ５６１ｂが多数個配列された第１レンズアレイ基板６６０ｂを形成する（ステップＳ４４０ｂ）。敷衍説明すれば、前記第１真空チャンバ５１０は、真空が形成されるが、前記第１成形溝５７１の内部は、大気圧を維持して圧力差が発生し、このような圧力差によって、前記基板５６０は、前記第１成形溝５７１の反対方向に凹状に成形されて第１レンズ５６１ｂを形成する。これにより、図２３に示されたように、圧力差によって、前記基板５６０の一面に凹レンズの形状を有するマイクロ単位の第１レンズアレイ基板６６０ｂが形成される。この場合、前記第１レンズ５６１ｂの形状は、前記真空形成時点から前記基板５６０及び第１マスタ板５７０が分離されるまでの時間（レンズ形成時間）によって変わるので、レンズの形態によって、前記レンズ形成時間を調節する。

最後に、前記第１真空チャンバ５１０を開放して、前記第１真空チャンバ５１０内の真空を解除させ（ステップＳ４５０ｂ）、凹レンズ状を有する第１レンズアレイ基板６６０ｂを完成する。

一方、図１７、図１８、図２４、図３０及び図３１に示されたように、本発明の第７実施形態による複合レンズアレイ６６２ｃの完成段階は、前述した第５実施形態の複合レンズアレイ６６２ａを完成する過程と類似しているので、反復的な説明を省略し、簡略に説明する。

本発明の第７実施形態による複合レンズアレイ６６２ｃを完成段階は、第５実施形態と同様に、前記第２真空チャンバ６１０の内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階（ステップＳ８１０ｃ）と、前記第２マスタ板６７０と第１レンズアレイ基板６６０ｂとを密着させる第１レンズ基板密着段階（ステップＳ８２０ｃ）と、密着された前記第２マスタ板６７０と第１レンズアレイ基板８６０ｂとを加熱して互いに融着させる第１レンズ基板融着段階（ステップＳ８３０ｃ）と、前記第２真空チャンバ６１０を開放して、前記第２真空チャンバ６１０内の真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階（ステップＳ８４０ｃ）と、圧力差によって、前記第１レンズ５６１ｂの多数個を含む凸レンズ状の複合レンズ６６１ｃが多数個配列された複合レンズアレイ６６２ｃを形成する複合レンズ形成段階（ステップＳ８５０ｃ）と、を含む。

前述したように、本発明の第７実施形態によるマイクロ複合レンズアレイの製造方法によれば、結論的に、図３０及び図３１に示されたように、凸レンズの球面に凹レンズ状を有する多数のマイクロレンズが形成された複合構造の複合レンズアレイ６６２ｃが得られる。

第８実施形態
図１７、図１８、図２２、図２３、図２５、図３２及び図３３を参照して、本発明の第８実施形態による複合レンズアレイ６６２ｄの完成段階（ステップＳ８００ｄ）を説明する。ここで、第１レンズアレイ基板６６０ｂの完成段階（ステップＳ４００ｂ）は、図２２及び図２３に示す図面と前述した第７実施形態と同一であるので、反復的な説明は省略する。

一方、図１７、図１８、図２５、図３２及び図３３に示されたように、本発明の第８実施形態による複合レンズアレイ６６２ｄの完成段階（ステップＳ８００ｄ）は、前述した第６実施形態の複合レンズアレイ６６２ｂを完成する過程（ステップＳ８００ｂ）と類似しているので、反復的な説明を省略し、簡略に説明する。

本発明の第８実施形態による複合レンズアレイ６６２ｄを完成段階（ステップＳ８００ｄ）は、第６実施形態と同様に、前記第２マスタ板６７０と第１レンズアレイ基板６６０ｂとを密着させる第１レンズ基板密着段階（ステップＳ８１０ｄ）と、密着された前記第２マスタ板６７０と第１レンズアレイ基板６６０ｂとを加熱して互いに融着させる第２レンズ基板融着段階（ステップＳ８２０ｄ）と、前記第２真空チャンバ６１０の内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階（ステップＳ８３０ｄ）と、圧力差によって、前記第１レンズ５６１ｂの多数個を含む凹レンズ状の複合レンズ６６１ｄが多数個配列された複合レンズアレイ６６２ｄを形成する複合レンズ形成段階（ステップＳ８４０ｄ）と、前記第２真空チャンバ６１０を開放して真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階（ステップＳ８５０ｄ）と、を含む。

前述したように、本発明の第８実施形態によるマイクロ複合レンズアレイの製造方法によれば、結論的に、図３２及び図３３に示されたように、凹レンズの球面にまた他の凹レンズ状を有する多数のマイクロレンズが形成された複合構造の複合レンズアレイ６６２ｄが得られる。

前述したように、本発明の実施形態によれば、真空による差圧を利用することによって、複雑な構造を有するマイクロ複合レンズアレイ６６２（６６２ａ、６６２ｂ、６６２ｃ、６６２ｄ）に弾力的に対応することができ、別途の精巧な金型加工が不要であって、生産効率が向上するという長所を有する。

また本発明は、真空度を調節してマイクロ複合レンズの形状を変更することができるので、多様な形状のマイクロ複合レンズアレイをより容易に加工することができるという長所を有する。そして、本発明は、金型表面によってレンズ表面を加工した方法を脱皮することによって、レンズ表面をより滑らかに形成することができるという長所を有する。

本発明は、デジタルカメラのＣＣＤ（Charge-Coupled Device）、コンピュータ用ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）モニターのようなディスプレイ装置や光通信用部品または発光ダイオード素子などには、光の収斂、拡散、反射などを制御するためのマイクロレンズの製造に利用されうる。

Claims (19)

1. 内部に真空空間を備える真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内を真空状態に形成させる真空部と、
   前記真空チャンバ内に位置し、下側面に基板が装着される上部フレームと、
   前記上部フレームを昇降させる昇降部と、
   前記上部フレームの下側に位置する下部フレームと、
   前記下部フレームの上側に載置され、深さが実際製作されるレンズの厚さより大きく形成される多数本の成形溝が上部面に形成されるマスタ板と、
   前記マスタ板の一側面に装着されて、前記マスタ板を加熱させる加熱部と、
   レンズの種類によって、前記真空チャンバの真空度または真空チャンバの開放から基板分離までのレンズ形成時間を制御する制御部と、を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造装置。
2. 前記制御部は、レンズの曲率が基準値より高い場合、真空チャンバの真空度を基準値より高め、レンズの曲率が低い場合には、真空チャンバの真空度を基準値より低く制御することを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造装置。
3. 前記制御部は、レンズの曲率が基準レンズより大きい場合、基準レンズに対応するレンズ形成時間より前記レンズ形成時間を長く設定し、レンズの曲率が小さな場合には、基準レンズに対応するレンズ形成時間より前記レンズ形成時間を短く設定することを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造装置。
4. 製造しようとするマイクロレンズアレイの微細パターンに対応する多数の成形溝が一面に形成されたマスタ板を、温度及び真空度の調節が可能な真空チャンバの内部に準備するマスタ板準備段階と、
   マイクロレンズアレイの原材料となる基板を前記真空チャンバの内部に準備する基板準備段階と、
   前記マスタ板と基板とを密着させる密着段階と、
   密着された前記マスタ板と基板とを加熱して互いに融着させる融着段階と、
   前記真空チャンバの内部を真空状態に形成する真空形成段階と、
   圧力差によって、前記基板の一面にマイクロ単位の凹レンズアレイが形成されるレンズ形成段階と、
   前記真空チャンバを開放して真空を解除させる真空解除段階と、
   前記マスタ板と基板とを冷却させた後、前記基板を分離させる基板分離段階と、を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
5. 前記基板は、ポリマー材の高分子フィルムであり、
   前記融着段階で、前記基板は、前記マスタ板を介して１００℃〜３００℃に加熱されることを特徴とする請求項４に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
6. 前記真空形成段階は、前記真空チャンバ内の真空度を調節して、前記凹レンズの形状を調節することを特徴とする請求項４に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
7. 前記凹レンズの曲率が基準値より大きい場合には、前記真空チャンバの真空度を基準値より高め、前記凹レンズの曲率が小さな場合には、前記真空チャンバの真空度を基準値より低く制御することを特徴とする請求項６に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
8. 前記レンズ形成段階は、レンズ形成時間を調節して、前記凹レンズの形状を調節することを特徴とする請求項４に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
9. 前記凹レンズの曲率が基準値より大きい場合には、基準値に対応するレンズ形成時間より前記レンズ形成時間を長く設定し、前記凹レンズの曲率が基準値より小さな場合には、基準値に対応するレンズ形成時間より前記レンズ形成時間を短く設定することを特徴とする請求項８に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
10. 第１微細配列のパターンを有する多数の第１成形溝が一面に形成された第１マスタ板を、温度及び真空度の調節が可能な第１真空チャンバの内部に準備する第１マスタ板準備段階と、
    レンズの原材料となる基板を前記第１真空チャンバの内部に準備する基板準備段階と、
    前記第１マスタ板と基板との密着によって密閉されるように形成された前記第１成形溝の空間と前記第１真空チャンバとの圧力差を用いて、前記基板の一面にマイクロ単位の第１レンズが多数個配列された第１レンズアレイ基板を完成する第１レンズ基板完成段階と、
    前記第１マスタ板と第１レンズアレイ基板とを冷却させた後、前記第１レンズアレイ基板を分離させる第１レンズ基板分離段階と、
    前記第１成形溝より配列間隔が広くて多数の前記第１成形溝を含むように、第２微細配列のパターンを有する多数の第２成形溝が一面に形成された第２マスタ板を、温度及び真空度の調節が可能な第２真空チャンバの内部に準備する第２マスタ板準備段階と、
    前記第１レンズアレイ基板を前記第２真空チャンバの内部に準備する第１レンズ基板準備段階と、
    前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板との密着によって密閉されるように形成された前記第２成形溝の空間と前記第２真空チャンバとの圧力差を用いて、前記第１レンズアレイ基板の第１レンズ形成面に、前記第１レンズの多数個を含む複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを完成する複合レンズ完成段階と、
    前記第２マスタ板と複合レンズアレイとを冷却させた後、前記複合レンズアレイを分離させる複合レンズ分離段階と、を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
11. 前記第１レンズ基板完成段階は、
    前記第１真空チャンバの内部を真空状態に形成する第１チャンバ真空形成段階と、
    前記第１マスタ板と基板とを密着させる基板密着段階と、
    密着された前記第１マスタ板と基板とを加熱して互いに融着させる基板融着段階と、
    前記第１真空チャンバを開放して、前記第１真空チャンバ内の真空を解除させる第１チャンバ真空解除段階と、
    圧力差によって、前記基板の一面にマイクロ単位の凸レンズである第１レンズが多数個配列された第１レンズアレイ基板を形成する第１レンズ形成段階と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
12. 前記複合レンズ完成段階は、
    前記第２真空チャンバの内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階と、
    前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを密着させる第１レンズ基板密着段階と、
    密着された前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを加熱して互いに融着させる第１レンズ基板融着段階と、
    前記第２真空チャンバを開放して、前記第２真空チャンバ内の真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階と、
    圧力差によって、前記第１レンズの多数個を含む凸レンズ状の複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを形成する複合レンズ形成段階と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
13. 前記複合レンズ完成段階は、
    前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを密着させる第１レンズ基板密着段階と、
    密着された前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを加熱して互いに融着させる第１レンズ基板融着段階と、
    前記第２真空チャンバの内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階と、
    圧力差によって、前記第１レンズの多数個を含む凹レンズ状の複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを形成する複合レンズ形成段階と、
    前記第２真空チャンバを開放して真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
14. 前記第１レンズ基板完成段階は、
    前記第１マスタ板と基板とを密着させる基板密着段階と、
    密着された前記第１マスタ板と基板とを加熱して互いに融着させる基板融着段階と、
    前記第１真空チャンバの内部を真空状態に形成する第１チャンバ真空形成段階と、
    圧力差によって、前記基板の一面に凹レンズである第１レンズが多数個配列された第１レンズアレイ基板を形成する第１レンズ形成段階と、
    前記第１真空チャンバを開放して、前記第１真空チャンバ内の真空を解除させる第１チャンバ真空解除段階と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
15. 前記複合レンズ完成段階は、
    前記第２真空チャンバの内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階と、
    前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを密着させる第１レンズ基板密着段階と、
    密着された前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを加熱して互いに融着させる第１レンズ基板融着段階と、
    前記第２真空チャンバを開放して、前記第２真空チャンバ内の真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階と、
    圧力差によって、前記第１レンズの多数個を含む凸レンズ状の複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを形成する複合レンズ形成段階と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
16. 前記複合レンズ完成段階は、
    前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを密着させる第１レンズ基板密着段階と、
    密着された前記第２マスタ板と第１レンズアレイ基板とを加熱して互いに融着させる第２レンズ基板融着段階と、
    前記第２真空チャンバの内部を真空状態に形成する第２チャンバ真空形成段階と、
    圧力差によって、前記第１レンズの多数個を含む凹レンズ状の複合レンズが多数個配列された複合レンズアレイを形成する複合レンズ形成段階と、
    前記第２真空チャンバを開放して真空を解除させる第２チャンバ真空解除段階と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
17. 前記基板は、ポリマー材の高分子フィルムであり、
    前記融着段階で、前記基板及び／または第１レンズアレイ基板は、前記第１マスタ板及び／または第２マスタ板を介して１００℃〜３００℃に加熱されることを特徴とする請求項１１ないし請求項１６のうち何れか一項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
18. 前記真空形成段階は、前記第１及び／または第２真空チャンバ内の真空度を調節して、前記第１レンズ及び／または複合レンズの形状を調節することを特徴とする請求項１１ないし請求項１６のうち何れか一項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
19. 前記レンズ形成段階は、レンズ形成時間を調節して、前記第１レンズ及び／または複合レンズの形状を調節することを特徴とする請求項１１ないし請求項１６のうち何れか一項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。

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