KR100624414B1 - 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법 및 ｕｖ 디스펜서 - Google Patents

회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법 및 ｕｖ 디스펜서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법에 관한 것이다. (가) Ni 심을 이용하여 단일 회절 렌즈 몰드를 제조하는 단계; (나) 상기 단일 회절 렌즈 몰드를 장착한 UV 디스펜서를 이용하여 제 1 회절렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계; 및 (다) 상기 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드와 역상을 지닌 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법 및 이에 이용되는 UV 디스펜서를 제공하여, 제조 공정 시간이 짧으며, 회절 렌즈들 사이의 정렬 오차를 크게 감소시킬 수 있다.

Description

회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법 및 ＵＶ 디스펜서{Manufacturing Method of Diffractive Lens Array and UV Dispenser}
도 1은 종래 기술에 의한 회절 렌즈 어레이의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의해 제작된 회절 렌즈 어레이 몰드에 의해 회절 렌즈 어레이를 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 회절 렌즈 어레이 몰드 제조를 위한 단일 회절 렌즈 몰드를 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 UV 디스펜서(dispenser)를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명에 의한 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11... 폴리머 시트 12... 핫 엠보싱 툴
13... Ni 심 14... 회절 렌즈 어레이 몰드
21... 글래스 기판 22... 회절 렌즈 어레이
23... 회절 렌즈 어레이 몰드 31... 회절 렌즈 패턴을 지닌 원판
32... 단일 Si 심 33... 투명 필름
34... 제 1 UV 반응성 폴리머 35... 단일 회절 렌즈 몰드
41... UV 소스 42... UV 밀폐 커버
51... Si 기판 52... 홈
53... 제 2 UV 반응성 폴리머 54... 제 1 회절 렌즈 어레이 금형
55... 투명 필름 56... 제 3 UV 반응성 폴리머
57... 제 2 회절 렌즈 어레이 금형
본 발명은 회절 렌즈 어레이 몰드 제조 공정 및 UV 디스펜서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UV 엠보싱 공정을 이용하여, 정렬 오차가 크게 감소된 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법 및 회절 렌즈 어레이 몰드 제작에 이용되는 UV 디스펜서에 관한 것이다.
핫 엠보싱(hot embossing), 몰딩(molding) 또는 캐스팅(casting)과 같은 복제 기술은 마이크로 구조물의 물리적인 전사 방법은 회절 광학 소자 또는 마이크로, 나노 미터 크기의 패턴을 지닌 마이크로 광학 소자의 양산 공정에 이용되고 있다. 서브 미크론 그래이팅(grating) 구조물의 복제, CD 또는 DVD 미디어의 복제 공정에는 핫 엠보싱이나 사출 성형과 같은 복제 기술이 사용되고 있다. 그러나, 굴절 및 회절 마이크로 렌즈와 같은 패턴 깊이가 더 깊고, 패턴 자체의 크기가 작은 마이크로 구조물의 복제를 위해서는 보다 진보된 기술이 요구된다.
일반적인 복제 공정을 기술하면 다음과 같다. 고 분해능을 지닌 리소그래피 공정에 의해 원판을 패터닝하고, 다음으로 Ni 전주 도금(eletroplating)에 의해 원판을 복수 개로 복제하고, 양산을 위해 복제된 구조물을 어레이로 배열하여 어레이 Ni 심(shim)을 제작한다. 그리고, 이에 대해 열 가소성 또는 UV 반응성(curable) 폴리머를 이용하여 여러 복제 공정을 통해 어레이 형태의 마이크로 패턴을 전사시켜 몰드를 제작하게 된다.
일반적으로 미세 패턴을 지니는 마이크로 구조물을 만들기 위해서는 크게 리소그래피 기술과 다이렉트 머시닝 등의 두가지 공정이 사용되고 있다. 여기서, 다이렉트 머시닝은 공정 시간이 빠르고, 아날로그 곡면 가공이 가능하지만, 미세 패턴의 가공시 정밀도가 떨어지며, 비대칭의 복잡한 형상을 가공하기 어려운 단점이 있다. 따라서, 미세 패턴을 지닌 회절 광학 소자 등의 제작을 위해서는 리소그래피 기술이 주로 사용된다. 리소그래피 기술중 전자빔 리소그래피 기술이 가장 정밀한 패턴의 제작에 유용하다. 그러나, 전자빔 리소그래피 장비의 가격이 비싸고, 공정시간이 길기 때문에 미세 패턴의 회절 광학 소자를 어레이 형태로 제작하는 것은 불가능한 단점이 있다.
어레이 형태의 회절 광학 소자를 만들기 위해서는 전자빔과 같은 리소그래피 기술을 이용하여 정밀하게 원판을 제작하고, Ni 전주 도금에 의해 복수개의 Ni 심을 복제한다. 이와 같이 복제된 복수 개의 Ni 심을 어레이 형태로 배열함으로써 회절 광학 소자 Ni 심 어레이의 제작이 가능하다. 이와 같이 Ni 전주 도금에 의한 복제 시 전사성은 거의 완벽한 것으로 알려져 있으나, 다수의 복제된 Ni 심들 사이의 형상 오차는 무시할 수 없다. 그리고, 공정 시간도 짧지 않고 개개의 Ni 심을 정렬 하여 어레이 구조를 만들 때 큰 정렬 오차가 발생할 수 있다. 특히, 굴절 광학 소자와 회절 광학 소자가 결합된 하이브리드(hybrid) 렌즈의 제작 시에는 회절 광학 소자의 정렬 오차가 광학적으로 심각한 결과를 초래할 수 있다. 하이브리드 렌즈는 광학적 성능이 우수하고, 렌즈의 소형화를 가능케 하는 것으로, 그 제작시 굴절 광학 소자와 회절 광학 소자의 정렬은 매우 중요하게 고려되어야 한다.
종래의 Ni 전주 도금에 의한 단점을 보완하기 위해 핫 엠보싱 공정을 이용하여 어레이 형태의 Ni 심을 제작하는 방법이 제안되었으며, 이를 도 1을 참조하여 설명하고자 한다. 즉, 폴리머 시드(11)에 대해 일정한 간격을 두고, 회절 광학 소자의 패턴을 지닌 핫 엠보싱 툴(12)을 각 회절 광학 소자 어레이의 단위 소자 위치에 대해 압착한다. 이를 원하는 형태의 회절 광학 소자 위치에 압착하여 Ni 심(13)을 형성시킨 뒤, 가압하여 전체적으로 회절 렌즈 어레이 몰드(14)를 제작한다. 그러나, 이와 같이 핫 엠보싱 공정을 이용한 경우에는 미세 패턴을 지닌 회절 광학 소자의 복제에는 한계가 있다.
최근 복제 기술로 각광을 받고 있는 것이 UV 엠보싱 기술이다. 이에 대해 설명하면 다음과 같다. 글래스 등의 기판 상에 UV 반응성 폴리머를 스핀 코팅 등에 의해 도포한다. 그리고, 상기 폴리머에 대해 미리 제작된 회절 렌즈 어레이 등의 금형을 압착시키고, UV를 조사하여 경화시켜 회절 렌즈 어레이를 제조하게 되는 것이다. 이때 사용하는 UV 반응성 폴리머는 다음과 같은 조건을 가져야 한다.
첫째, 약 1.5 이상의 굴절율을 가져야 한다.
둘째, 약 95% 이상의 광투과율을 가져야 한다.
셋째, 글래스 등의 재질과 접착성이 우수해야 한다.
넷째, 경화 후 몰드와의 착탈이 용이해야 한다.
다섯째, 온도 변화에 따른 굴절율의 변화가 작아야 한다.
여섯째, 약 200 내지 300nm 파장 대역에서 UV에 의한 반응성(경화)이 나타나야 한다.
이와 같은 UV 엠보싱 기술은 글래스 기판 등에 UV 반응성 물질을 도포하고 패터닝 하는데 있어서 우수한 전사성을 나타내고 있다. 여러가지 복제 기술 중 전사성이 가장 우수한 편이어서, 고 분해능의 마이크로 구조체에 대한 정확한 복제를 가능케 하는 장점이 있다.
본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 정렬 오차가 거의 없으며, 공정 시간이 짧아 양산성이 뛰어난, 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법 및 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조시 사용되는 UV 디스펜서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위하여, 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법에 있어서,
(가) Ni 심을 이용하여 단일 회절 렌즈 몰드를 제조하는 단계;
(나) 상기 단일 회절 렌즈 몰드를 장착한 UV 디스펜서를 이용하여 제 1 회절렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계;
(다) 상기 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드와 역상을 지닌 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 (가)단계는 전자빔 리소그래피에 의해 회절 렌즈와 역상을 지닌 미세 페턴의 원판을 제조하는 단계;
상기 원판에 대해 Ni 전주 도금을 하여 회절 렌즈 형태의 Ni 심을 형성하는 단계; 및
상기 Ni 심과 역상인 단일의 회절 렌즈 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 단일의 회절 렌즈 몰드를 제조하는 단계는,
투명 필름 상에 제 1 UV 반응성 폴리머를 도포하는 단계;
상기 제 1 UV 반응성 폴리머에 대해 상기 Ni 심을 압착시키는 단계; 및
상기 투명 필름 방향으로 UV를 조사하여 상기 제 1 반응성 폴리머를 경화시키고 상기 Ni 심을 분리하여 단일 회절 렌즈 몰드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 단일 회절 렌즈 몰드를 소정 온도로 가열하고, 상온에서 에이징 하여 상기 단일 회절 렌즈 몰드 및 상기 투명 필름과의 접착성을 향상시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 UV 반응성 폴리머는 상기 투명 필름 상에 스핀 코팅에 의해 도포하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (나) 단계는, Si 기판 상에 소정 깊이를 지니는 다수의 홈을 형성시키기 위해 상기 Si 기판 표면을 에칭하는 단계;
상기 Si 기판 상에 제 2 UV 반응성 폴리머를 도포하는 단계;
상기 단일 회절 렌즈 몰드를 장착한 UV 디스펜서를 상기 Si 기판 표면의 각각의 홈 부위를 압착하고 UV를 조사하여 상기 제 2 UV 반응성 폴리머를 경화시켜 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 UV 반응성 폴리머는 상기 Si 기판 상에 스핀 코팅에 의해 도포되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드를 소정 온도로 가열하고, 상온에서 에이징하여 상기 Si 기판과 상기 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드의 접착성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
본 발명에 있어서, 상기 (다) 단계는,
투명판 상에 제 3 UV 반응성 폴리머를 도포하는 단계;
상기 제 3 UV 반응성 폴리머에 대해 상기 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드를 압착시키고, UV를 조사하여 상기 제 3 UV 반응성 폴리머를 경화시켜 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드를 소정 온도로 가열하고, 상온에서 에이징을 실시하여 상기 투명 필름과 상기 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드와의 접착 특성을 강화시키는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
또한, 본 발명에서는 UV 엠보싱 공정에 사용되는 UV 디스펜서에 있어서
하부에 개구가 형성되며 상기 하부를 제외한 부위는 UV에 대해 차단된 하우징을 지니는 UV 밀폐 커버;
상기 UV 밀폐 커버 내의 상부에 형성된 UV 소스; 및
상기 UV 밀폐 커버의 개구된 하부에 장착된 단일 회절 렌즈 금형;을 포함하는 UV 디스펜서를 제공한다.
도 2에는 본 발명에 의해 제조된 회절 렌즈 어레이 몰드(23)에 의해 회절 렌즈 어레이(22)를 형성하는 것을 나타낸 도면이다. 여기서는 UV 엠보싱 공정을 이용하여 회절 렌즈 어레이를 제조한다. 폴리머가 코팅된 글래스 기판(21)에 대해 회절 렌즈 어레이 몰드(23)로 압착한다. 그리고, UV를 조사하여 폴리머를 경화시킨다. 소정 온도로 가열하게 되면 폴리머가 완전히 경화하여 회절 렌즈 어레이를 제조 할 수 있다. 여기서, 폴리머 대신 SiO2 등에 (Si, Ti)O2의 전구체를 포함한 용액을 사용할 수 있다. 이와 같은 물질은 UV에 의해 경화를 시키면 유리 재질과 비슷한 성질을 나타낸다. 그리고, 상기 전구체의 선택에 따라서, 굴절율의 조절이 가능하므로 광학적인 성능을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 회절 렌즈 어레이를 제조하기 위해서는 원하는 회절 렌즈 어레이 형태와 역상의 형상을 지닌 회절 렌즈 어레이 몰드의 구현이 필수적이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법 및 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조에 이용되는 UV 디스펜서에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명에 의한 회절 렌즈 어레이 제조 공정은 크게 3개의 단계로 이루어진다. 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
첫째, 전자빔 리소그래피 공정에 의해 미소 패턴을 지닌 단위 회절 렌즈 원판을 제조한다. 그리고, Ni 전주 도금에 의해 이를 복제하여 단일 Ni 심을 형성하여 폴리머로 이루어진 단일 회절 렌즈 몰드를 제조한다.
둘째, 상기 회절 렌즈 몰드를 장착한 UV 디스펜서를 이용하여 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조한다.
셋째, 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드를 이용하여 최종적으로 역상의 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조한다. 이와 같이 제조한 회절 렌즈 어레이 몰드를 이용하여 상기 도 2와 같이 회절 렌즈 어레이를 제조할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d를 이용하여 본 발명에 의한 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조하기 위한 단일의 회절 렌즈 몰드를 제조하는 공정에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다.
먼저 도 3a와 같이, 전자빔 리소그래피 공정에 의해 제조하고 하는 회절 렌즈 어레이의 단위 회절 렌즈의 형태의 역상으로 정밀하게 패터닝하여 회절 렌즈 패턴을 지닌 원판(31)을 제조한다. 그리고, 도 3b에 나타낸 바와 같이 이를 복제하여 단일 Ni 심(32)을 제조한다. 이와 같은 단일 Si 심(32)으로 부터 단일 회절 렌즈 몰드를 제조하는 공정은 UV 엠보싱 기술을 이용한다.
도 3c를 참조하면, 투명 필름(33) 상에 제 1 UV 반응성 폴리머(34)를 얇게 도포한다. 예를 들어, 스핀 코팅을 이용하며, 원하는 회절 렌즈의 두께 보다는 두껍게 도포한다. 그리고, 단일 Ni 심(32)을 제 1 UV 반응성 폴리머(34)에 대해 압착한다. 그리하여, 제 1 UV 반응성 폴리머(34)에는 단일 Ni 심(32)과 역상인 회절 렌즈 형태가 나타난다. 이때, 단일 Ni 심(32) 과 제 1 반응성 폴리머(34) 사이에 공기가 함입되어 기포가 발생할 수 있으므로 진공 챔버 내에서 공정하는 것이 바람직하다. 단일 Ni 심(32)을 제 1 UV 반응성 폴리머(34)를 압착하고 나서, 투명 필름(33) 방향으로 UV를 조사한다. 이에 의하여 제 1 UV 반응성 폴리머(34)는 경화하게 된다. 여기에 더하여, 소정 온도로 가열하여 완전히 경화시키게 된다. 필요한 경우에는 투명 필름(33)과 제 1 UV 반응성 폴리머(34)의 접착성을 향상시키기 위해, 상온에서 에이징(aging)하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이에 따라서, 제 1 UV 반응성 폴리머(34)는 단일 회절 렌즈 금형(35)이 된다. 그리고 나서, 도 3d에 나타낸 바와 같이, 단일 회절 렌즈 금형(35)과 제 1 UV 반응성 폴리머(34)를 분리한다.
도 3a 내지 도 3d에서 제작한 단일 회절 렌즈 금형(35)은 본 발명에 의한 회절 렌즈 어레이 금형의 단위 회절 렌즈의 형태와 같다. 이에 의해 회절 렌즈 어레이 금형을 제조하게 된다. 이를 위해, 본 발명에서는 단일 회절 렌즈 금형(35)을 포함하는 UV 디스펜서를 제공한다. 도 4를 참조하면, UV를 차단하는 밀폐 구조의 하우징을 지닌 UV 밀폐 커버(42) 내에 UV 소스(41)이 형성되어 있다. UV 밀폐 커버(42)의 하부는 개구가 형성되어 있으며, 상기 개구는 도 3d의 단일 회절 렌즈 금형(35)이 장착되어 있다. 즉, UV 소스(41)에서 발생시킨 UV는 투명 필름(33) 및 단일 회절 렌즈 몰드(35)를 통해서만 외부로 방출될 수 있다. UV 디스펜서는 상하, 좌우 방향으로 정밀하게 이동이 가능하도록 X,Y,Z 정밀 지그에 의해 운용되며 단위 회절 렌즈 금형(35)이 장착된 UV 밀폐 커버(42) 하방으로만 UV가 조사되도록 설계되어, 자동화 시스템에 의해 운용 가능하다.
도 4와 같은 구조의 UV 디스펜서를 이용하여, 회절 렌즈 어레이 금형을 제작하는 일실시예를 도 5a 내지 도 5h에 도시하였다. 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5a를 참조하면, Si 기판(51) 상에 예를 들어, 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 등에 의해 소정 부위를 식각하여 다수의 홈(52)을 형성시킨다. 이는 원하는 회절 렌즈 어레이에 포함되는 단위 회절 렌즈의 갯수 및 그 크기에 맞춰 정밀하게 식각하며, 개개의 홈(52)의 깊이는 원하는 회절 렌즈의 두께와 비슷하거나 조금 더 깊게 패터닝 한다.
그리고, 도 5b에 나타낸 바와 같이, Si 기판(51) 상에 제 2 UV 반응성 폴리머(52)를 도포한다. 여기서는 예를 들어 스핀 코팅을 이용한다. 이와 같이 코팅된 제 2 반응성 폴리머(52)에 대해 도 5c에 나타낸 바와 같이, UV 디스펜서를 이용하여 단일 회절 렌즈 금형(35) 부위로 압착한다. 이때, 단일 회절 렌즈 금형(35)으로 압착하는 부위는 Si 기판의 홈(52)이 형성된 위치이다. 이때, 단일 회절 렌즈 금형(35)과 제 2 UV 반응성 폴리머(52) 사이에 공기가 함입되어 기포가 형성될 수 있으므로 이러한 공정은 진공 분위기의 챔버 내에서 행해지는 것이 바람직하다.
이와 같이 UV 디스펜서의 단일 회절 렌즈 금형(35)으로 압착한 뒤, 도 5d에 나타낸 바와 같이 UV 디스펜서의 UV 소스(41)에서 UV를 조사한다. 상기한 바와 같 이, 본 발명에 의한 UV 디스펜서는 그 측면 및 상면이 UV 밀폐 구조를 지니기 때문에 UV 소스(41)로 부터 발생된 UV는 단일 회절 렌즈 금형(35) 부위로만 UV 디스펜서 외부로 방출될 수 있다. 따라서, UV 디스펜서에서 방출된 UV에 의해 경화되는 제 2 UV 반응성 폴리머(53)는 단일 회절 렌즈 금형(35)에 의해 압착된 A 영역이다. 도 5e와 같이, UV 조사가 끝난 뒤에는 UV 디스펜서와 제 2 반응성 폴리머(53)를 분리한다. 이와 같은 공정을 홈(52)이 형성된 Si 기판(51) 부위의 제 2 UV 반응성 폴리머(53)에 대해 반복적으로 실시한다. 따라서, 홈(52)이 형성된 부위의 제 2 UV 반응성 폴리머(53)에는 회절 렌즈 형태의 구조로 경화된 상태가 된다.
여기서, Si 기판(51)의 홈(52)과 홈(52) 사이의 제 2 UV 반응성 폴리머 부위는 아직 경화되지 않은 상태이다. 따라서, 도 5f와 같이 전 영역에 대해 다시 UV를 조사하여 경화시키는 공정을 더 추가할 수 있다. 그리고 나서, Si 기판(51)과 회절 렌즈 형태의 어레이 구조를 지닌 제 2 UV 반응성 폴리머(53) 사이의 접착성을 향상시키기 위해 소정 온도로 가열하여 제 2 UV 반응성 폴리머(53)를 경화시키고, 상온에서 에이징 공정을 실시한다. 이에 의하여, 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드(54)를 완성시킬 수 있다.
다음으로 최종적인 회절 렌즈 어레이 몰드를 형성시키는 공정을 설명한다. 데 5g를 참조하면, 투명 필름(55) 상에 제 3 UV 반응성 폴리머(56)를 스핀 코팅 등에 의해 박막으로 도포한다. 그리고, 제 3 UV 반응성 폴리머(56) 부위를 도 5f의 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드를 이용하여 압착시킨다. 이에 따라서, 제 3 UV 반응성 폴리머(56)에는 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드(54)와 역상인 형태가 형성된다. 여기 서, 제 3 UV 반응성 폴리머(56)와 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드(54) 사이에 공기가 함입되어 기포가 형성될 수 있기 때문에 이러한 공정은 진공 분위기의 챔버 내에서 행해지는 것이 바람직하다. 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드(54)로 제 3 UV 반응성 폴리머(56)를 압착시킨 뒤, 투명 필름(55) 방향에서 UV를 조사한다. 그리하여, 제 3 UV 반응성 폴리머(56)는 경화된다. 그리고, 도 5h에 나타낸 바와 같이 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드(54)와 제 3 UV 반응성 폴리머(56)를 분리한다. 투명 필름(55)과 제 3 UV 반응성 폴리머(56) 사이의 접착성을 향상시키기 위해, 소정 온도로 가열하여 제 3 UV 반응성 폴리머(56)를 더욱 경화시키고, 상온에서 에이징 공정을 더 실시할 수 있다.
이와 같은 공정에 의해 최종적인 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드(57)를 제조할 수 있다. 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드(54)로 제 3 UV 반응성 폴리머(56)를 압착하고 UV를 조사하여 경화시킨 뒤, 이를 분리하면 일반적으로 발생하는 횡방향 수축(shrinkage) 현상을 방지할 수 있게된다. 도 5a에서의 Si 기판(51)에 홈(52)을 형성시키는 에칭 공정 및 UV 디스펜서를 제 2 반응성 폴리머(53)를 압착시키는 공정을 정밀하게 조절하여, 회절 렌즈 어레이의 단위 회절 렌즈 사이의 정렬 오차를 최소화 시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조시 사용되는 제 1 UV 반응성 폴리머(34), 제 2 UV 반응성 폴리머(53) 및 제 3 UV 반응성 폴리머(56)의 소재 선정시 필요한 특성을 기술하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 UV 반응성 폴리머(34)의 경우에는 얇은 필름과의 접착성이 좋으 며, UV에 대한 반응성, 즉 경화가 잘 되어야 한다. 일단 경화를 시킨 뒤에 다시 UV를 조사하는 경우에는 반응성이 없으면서, 광 투과성이 좋아야한다. 그리고, 제 2 UV 반응성 폴리머(53)와 접착성이 없어 착탈이 용이해야 한다.
제 2 UV 반응성 폴리머(53)는 Si 기판과의 접착성이 좋으며 자외선에 의한 경화가 되는 특성을 지녀야 한다. 또한, 경화된 뒤에는 제 1 UV 반응성 폴리머(34) 및 제 3 UV 반응성 폴리머(56)와의 접착성이 적어 분리가 용이해야 한다.
마지막으로 제 3 UV 반응성 폴리머(56)의 경우에는 얇은 필름과의 접착성이 좋으며, UV를 조사하면 경화가 되는 특성을 지닌다. 그리고, 일단 경화된 뒤에는 다시 UV를 조사하는 경우 반응성이 없으며, 광투과성이 좋은 것이 바람직하다. 여기서, 제 3 UV 반응성 폴리머(56)는 상기 제 1 UV 반응성 폴리머(34)와 동일한 재료를 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 회절 렌즈 어레이 몰드 제조 방법 및 이에 의해 제작된 회절 렌즈 어레이는 다음과 같은 장점을 지니게 된다.
첫째, UV 엠보싱 공정에 의해 정밀하게 형성되어 원하는 구조의 마이크로 광학 소자의 복제가 가능하다.
둘째, 얇은 필름 위에 필름과의 접착 특성이 좋은 폴리머를 박막으로 코팅하고 경화를 시키게 되므로 일반적으로 발생하는 횡방향 수축 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
세째, UV 디스펜서는 정밀하게 조정되어 회절 렌즈 어레이의 단위 회절 렌즈 들 사이의 정렬 오차를 최소화 할 수 있다.
네째, UV 디스펜서에 의해 회절 렌즈 어레이의 각각의 회절 렌즈에 대한 공정이 이루어지므로, 종래의 복수개의 Ni 심을 제작하고 배열하는 공정에 비해 공정 시간을 크게 단축할 수 있다.
다섯째, 굴절 렌즈 어레이와 회절 렌즈 어레이를 포함하는 하이브리드 렌즈 어레이의 제작시, 극도로 정밀하게 정렬 오차를 조절할 수 있으므로, 광학적 성능이 우수한 회절 렌즈 어레이를 제조할 수 있다.

Claims (13)

  1. 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법에 있어서,
    (가) Ni 심을 이용하여 단일 회절 렌즈 몰드를 제조하는 단계;
    (나) 상기 단일 회절 렌즈 몰드를 장착한 UV 디스펜서를 이용하여 제 1 회절렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계;
    (다) 상기 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드와 역상을 지닌 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (가)단계는,
    전자빔 리소그래피에 의해 회절 렌즈와 역상을 지닌 미세 패턴의 원판을 제 조하는 단계;
    상기 원판에 대해 Ni 전주 도금을 하여 회절 렌즈 형태의 Ni 심을 형성하는 단계; 및
    상기 Ni 심과 역상인 단일의 회절 렌즈 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 단일의 회절 렌즈 몰드를 제조하는 단계는,
    투명 필름 상에 제 1 UV 반응성 폴리머를 도포하는 단계;
    상기 제 1 UV 반응성 폴리머에 대해 상기 Ni 심을 압착시키는 단계; 및
    상기 투명 필름 방향으로 UV를 조사하여 상기 제 1 반응성 폴리머를 경화시키고 상기 Ni 심을 분리하여 단일 회절 렌즈 몰드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 상기 단일 회절 렌즈 몰드를 소정 온도로 가열하고, 상온에서 에이징 하여 상기 단일 회절 렌즈 몰드 및 상기 투명 필름과의 접착성을 향상시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 UV 반응성 폴리머는 상기 투명 필름 상에 스핀 코팅에 의해 도포하는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (나) 단계는,
    Si 기판 상에 소정 깊이를 지니는 다수의 홈을 형성시키기 위해 상기 Si 기판 표면을 에칭하는 단계;
    상기 Si 기판 상에 제 2 UV 반응성 폴리머를 도포하는 단계;
    상기 단일 회절 렌즈 몰드를 장착한 UV 디스펜서를 상기 Si 기판 표면의 각각의 홈 부위를 압착하고 UV를 조사하여 상기 제 2 UV 반응성 폴리머를 경화시켜 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 2 UV 반응성 폴리머는 상기 Si 기판 상에 스핀 코팅에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 UV 반응성 디스펜서는,
    하부에 개구가 형성되며 상기 하부를 제외한 부위는 UV에 대해 차단된 하우징을 지니는 UV 밀폐 커버;
    상기 UV 밀폐 커버 내의 상부에 형성된 UV 소스; 및
    상기 UV 밀폐 커버의 개구된 하부에 장착된 단일 회절 렌즈 금형;을 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드를 소정 온도로 가열하고, 상온에서 에이징하여 상기 Si 기판과 상기 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드의 접착성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 (다) 단계는,
    투명판 상에 제 3 UV 반응성 폴리머를 도포하는 단계;
    상기 제 3 UV 반응성 폴리머에 대해 상기 제 1 회절 렌즈 어레이 몰드를 압착시키고, UV를 조사하여 상기 제 3 UV 반응성 폴리머를 경화시켜 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 3 UV 반응성 폴리머는 스핀 코팅에 의해 상기 투명판 상에 도포하는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드를 소정 온도로 가열하고, 상온에서 에이징을 실시하여 상기 투명 필름과 상기 제 2 회절 렌즈 어레이 몰드와의 접착 특성을 강화시키는 것을 특징으로 하는 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법.
  13. UV 엠보싱 공정에 사용되는 UV 디스펜서에 있어서,
    UV 반응성 디스펜서는,
    하부에 개구가 형성되며 상기 하부를 제외한 부위는 UV에 대해 차단된 하우징을 지니는 UV 밀폐 커버;
    상기 UV 밀폐 커버 내의 상부에 형성된 UV 소스; 및
    상기 UV 밀폐 커버의 개구된 하부에 장착된 단일 회절 렌즈 금형;을 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 디스펜서.
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