KR100636349B1 - 마이크로렌즈 배열 시트 및 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 마이크로렌즈 배열 시트 및 그 제작방법에 관한 것으로써, 마이크로렌즈를 배열할 투명 기판과; 상기 투명 기판 상에 형성되며 이후 배치될 마이크로렌즈와 동일한 위치에, 사용자에 의해 결정되는 높이로 형성된 좌대(base)와; 상기 좌대 상부에 형성되는 마이크로렌즈와; 상기 형성된 구조물 상부에 적용되는 공극 채움막을 포함하고, 상시 좌대 상부는 평탄화 과정을 거쳐서 상기 좌대의 높이가 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로렌즈 배열 시트는 a) 투명 지지체 기판 혹은 필름 상부에 사용자가 원하는 형상과 소정의 두께를 가지는 좌대 형성용 몰드를 적층하고 좌대로 사용될 물질을 채우는 단계; b) 상기 좌대가 소정의 높이를 가지고 상부면이 동일하도록 연마를 하며 상기 좌대 형성용 몰드를 제거하는 단계; c) 상기 좌대 상부에 마이크로렌즈를 적층하는 단계; 및 d) 상기 마이크로렌즈 상부에 공극 채움막을 형성하는 단계를 거쳐서 생성된다.

마이크로렌즈 배열 시트, 후방투사, 좌대

Description

마이크로렌즈 배열 시트 및 그 제작방법{Microlens Array Sheet and Manufacturing Method thereof}

도 1은 종래의 마이크로렌즈 배열 시트의 단면도이다.

도 2a는 좌대를 채우는 과정을 나타낸 단면도이다.

도 2b는 좌대를 평탄화 하는 과정을 나타낸 단면도이다.

도 2c는 좌대 형성용 몰드를 제거하는 과정을 나타낸 단면도이다.

도 2d는 마이크로렌즈를 적층하는 과정을 나타낸 단면도이다.

도 2e는 공극채움막을 적층하는 과정을 나타낸 단면도이다.

{도면의 주요부호에 대한 설명}

1 : 투명 지지체 기판 또는 필름 2 : 좌대형성용 몰드

3 : 좌대 4 : 마이크로렌즈

5 : 공극 채움막

본 발명은 향상된 시야각을 갖는 마이크로렌즈 배열 시트 및 그 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 돌출 미세 구조물 상부에 마이크로렌즈를 배열한 후 공극 채움막을 형성하는 마이크로렌즈 배열 시트의 제작에 있어서, 미세 구조물을 형성한 후 물리 화학적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 공정을 실시하는 방법에 의해 제조되는 마이크로렌즈 배열 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

현재, 미세광학 시스템에서 광범위하게 사용되고 있는 마이크로렌즈(microlens)는 광 픽업 헤드(optical pickup head), 이미지 센서 등에 응용되고 있으며, 최근 다양한 디스플레이 시스템에 적용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 마이크로렌즈가 디스플레이 시스템에 적용되는 예들을 좀더 살펴보면, 우선 후방 프로젝션 스크린(rear projection screen)에 적용되어 광원에서 투사된 이미지를 스크린에 확대 투사하는 용도로 사용되고 엘씨디의 액정 패널에 적용되어 화소 대비 성능을 향상시키는데 사용되기도 한다.

상기 예들 중에서, 후방 프로젝션 스크린에 적용하기 위한 마이크로렌즈 배열 시트에 관해 상세히 설명하도록 한다. 먼저, 프로젝션 디스플레이 시스템은 광원에서 투사된 이미지를 스크린에 확대 투사하여 시청자들에게 제공하는 시스템으로서, 여기에 사용되는 후방 프로젝션 스크린의 성능은 이득, 시야각, 콘트라스트, 해상도, 균일성 등과 같은 다양한 특성에 의해 결정된다. 고품질의 영상을 시청하 기 위한 필수 요소인 스크린의 균일성은 제조 공정으로 제어가 가능하다.

도 1은 종래의 후방 프로젝션 스크린에 적용되는 마이크로렌즈 배열 시트의 단면도로서, 도시된 바와 같이 투명 지지체 기판 또는 필름(1) 상에 광 확산 각 구현을 위한 좌대(2) 및 각각의 좌대(2)에 정렬되어 형성된 마이크로렌즈(3)가 배열되어 있으며, 그 상부에 공극 채움막(4)이 형성되어 있다.

상기 좌대의 높이 및 표면 조도의 불균일성은 마이크로렌즈 배열 시트의 광학 품질을 저하시키는 요인이 된다. 좌대 높이의 불균일성은 개별 마이크로렌즈의 광학적 특성을 변동시켜 후방 프로젝션 스크린에 적용되는 경우는 블랙 매트릭스(black matrix)의 형상 및 흑화도에 영향을 주게 되며, 이미지 센서의 광시트에 적용되는 경우는 센서의 정밀도를 저해하게 된다. 또한 표면 조도의 불균일성은 좌대(base) 상부에 형성되는 마이크로렌즈에 영향을 주게 되므로 고품질의 스크린이나 이미지 센서의 제작이 어렵게 된다.

상기한 바와 같이 마이크로렌즈 배열 시트의 제작 중에 발생하는 좌대 높이나 표면 조도의 불균일성은 마이크로렌즈 배열 시트의 광학 성능을 저해하는 요인으로 작용하게 된다. 특히 프로젝션 스크린의 경우, 제조 공정중 좌대의 높이가 불균일하게 되면 개별 마이크로렌즈의 초점 거리가 변하게 되고 마이크로렌즈에 자기정렬(self-align)되어 형성되는 블랙 매트릭스(black matrix)의 형상 및 흑화도(black matrix ratio)에 영향을 주게 된다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 마이크로렌즈 배열 시트의 제조 공정 중에 발생하는 좌대(base)의 높이 및 표면 조도의 불균일성을 개선하여 균일한 광학성능을 가지는 마이크로렌즈 배열 시트 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 바람직한 확산 각을 가지고, 시야 각 특성의 제어가 가능하며, 균일성이 향상된 마이크로렌즈 배열 시트 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 마이크로렌즈 배열 시트는 마이크로렌즈를 배열할 투명 기판과; 상기 투명 기판 상에 형성되며 이후 배치될 마이크로렌즈와 동일한 위치에, 사용자에 의해 결정되는 높이로 형성된 좌대(base)와; 상기 좌대 상부에 형성되는 마이크로렌즈와; 상기 형성된 구조물 상부에 적용되는 공극 채움막을 포함하고, 상시 좌대 상부는 평탄화 과정을 거쳐서 상기 좌대의 높이가 동일한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 마이크로렌즈 배열 시트를 제작하는 방법은, a) 투명 지지체 기판 혹은 필름 상부에 사용자가 원하는 형상과 소정의 두께를 가지는 좌대 형성용 몰드를 적층하고 좌대로 사용될 물질을 채우는 단계; b) 상기 좌대가 소정의 높이를 가지고 상부면이 동일하도록 연마를 하며 상기 좌대 형성용 몰드를 제거하는 단계; c) 상기 좌대 상부에 마이크로렌즈를 적층하는 단계; 및 d) 상기 마이크로렌즈 상부에 공극 채움막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 좌대는 실리콘, 유리, 투명금속, 유기물 폴리머 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 마이크로렌즈 배열에 따른 좌대의 평면 구조는 원형, 타원형, 다각형 또는 임의의 형태를 가지며, 이는 그 상부에 형성될 마이크로렌즈의 하부 형상에 따르는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 공극 채움막은 전해 도금법, 무전해 도금법, 스퍼터링, 승화 증착법, 화학 기상 증착 방법 및 스핀 혹은 스프레이 코팅법 중 선택되는 1종의 방법에 의해서 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2a내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로렌즈 배열 시트의 제작 공정 단면도이다.

상기 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 마이크로렌즈 배열 시트의 제작 공정을 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 좌대(3)를 채우는 과정을 나타낸 도면으로써, 투명 지지체 기판 또는 필름(1) 상부에 사용자가 원하는 형상과 소정의 두께를 가지는 좌대 형성용 몰드(2)를 형성하고, 좌대로 사용되는 물질을 채운다. 상기 좌대(3)는 실리콘, 유리, 투명 금속, 유기물 폴리머 중 적어도 하나의 물질로 형성되고 상기 좌대(base) 형성용 몰드(2)와 선택적으로 식각되는 물질인 것이 바람직하며, 그 평면 구조는 좌대 형성용 몰드(mold)(2)의 형상에 따라 원형, 타원형, 다각형, 또는 임의의 형태를 가질 수 있다.

도 2b는 좌대(3)를 평탄화하는 과정을 나타낸 도면으로써, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 'CMP') 공정으로 좌대(3)를 원하는 두께로 형성한다.

도 2c는 좌대 형성용 몰드(2)를 제거하는 과정을 나타낸 도면으로써, 좌대 형성용 몰드(2)를 선택적으로 제거한다.

도 2d는 마이크로렌즈(4)를 적층하는 과정을 나타낸 도면으로써, 이어서 상기 좌대(3)의 상부에 마이크로렌즈(4)를 형성한다.

도 2e는 공극채움막(5)을 적층하는 과정을 나타낸 도면으로써, 상기 마이크로렌즈(4) 상부에 공극 채움막(5)을 형성하여 마이크로렌즈 배열 시트를 제작한다. 도 2e에 도시된 바와 같이 CMP 공정으로 좌대(3)의 높이를 동일하게 만든 후 각각의 좌대 상부에 마이크로렌즈(4)를 형성하여 균일한 마이크로렌즈 배열을 제작할 수 있다. 또한 CMP 공정으로 마이크로렌즈 시트의 광학 성능을 제어할 수 있다.

도 2e에 도시된 좌대(3)의 높이보다 낮게 설정된 경우에는 공극 채움막(5) 상부 표면의 곡률반경이 늘어나게 되므로 광 시야각은 마이크로렌즈(4)의 곡률반경을 기준으로 설계된 경우에 비해 줄어들게 된다. 즉, 상기 좌대(3)의 높이에 따라 형성될 마이크로렌즈 배열 시트의 광 시야각을 조절할 수 있으므로, 설계자가 원하는 광 시야각에 맞추어 CMP 공정을 실시하여 좌대(3)의 높이를 결정할 수 있다.

그리고, 본 발명에 적용되는 상기 공극 채움막(5)은 일반적인 박막 형성 방법들로 형성될 수 있는데, 전해 도금이나 무전해 도금 등으로 형성될 수 있고, 스퍼터링이나 승화 증착법으로 형성될 수 있으며, 화학 기상 증착 방법이나 스핀 혹은 스프레이 코팅법으로도 형성될 수 있다.

또한, 상기 설명한 마이크로렌즈 배열 시트 제조 방법은 대량 생산을 위한 제조 방법으로 사용될 수 있으며, 대량 생산을 위한 원판을 형성하기 위한 제조 방법으로도 사용될 수 있다. 상기와 같은 방법을 통해 제조된 원판 마이크로렌즈 배열 시트의 미세 구조는 금형(master)을 제조하기 위한 몰드(mold)로 사용될 수 있어, 이를 원판으로 하고 금형 복제 및 사출 등의 기술을 이용하여 동일한 구조의 마이크로렌즈 배열 시트 복제품을 대량으로 생산할 수 있다.

상기의 제조공정으로 만들어진 마이크로렌즈 배열 시트는 후방 프로젝션 스크린, LCD 패널 및 CCD나 CMOS 촬상 소자와 같은 이미지 센서에 적용이 가능하며, 균일한 광학 품질을 제공하고 용이하게 광학 성능을 제어할 수 있으므로 마이크로렌즈 배열 시트의 광학 성능을 크게 개선할 수 있다.

본 발명에 의한 상기의 마이크로렌즈 배열 시트는 후방 투사 스크린 뿐만 아 니라 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 촬상 소자(imaging devices)의 화소(pixel)에 대응되도록 배치하여 감도를 향상시키고 화소 간의 간섭을 완화시키는 광 시트(optical sheet)로 적용되며, LCD(liquid crystal display)의 액정 패널(panel) 화소의 대비(contrast) 성능을 향상시키거나, 출사 광의 확산 각도 분포 조절 및 광 이득 조절 등을 위한 광 시트로 적용 된다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 좌대 형성 후 CMP공정을 더 추가하여 마이크로렌즈 배열을 일정수준으로 균일하게 제작이 가능하여 고품질이 요구되는 디스플레이 시스템의 스크린으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 이미지 센서의 광시트에 적용하여 정밀도를 크게 향상시키는 효과가 있다.

또한 좌대 높이의 조절이 가능하여 마이크로렌즈 배열 시트의 광학 성능을 용이하게 제어할 수 있는 기술을 제공한다.

Claims (8)

1. 마이크로렌즈를 배열할 투명 기판과; 상기 투명 기판 상부에 형성되며 이후 배치될 마이크로렌즈와 동일한 위치에 형성된 복수 개의 좌대(base)와; 상기 좌대 상부에 형성되는 마이크로렌즈와; 상기 형성된 구조물 상부에 적용되는 공극 채움막을 포함하는 마이크로렌즈 배열 시트에 있어서,

   상기 복수 개의 좌대는 높이가 동일한 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 배열 시트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 좌대는 실리콘, 유리, 투명금속, 유기물 폴리머 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 배열 시트.
3. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 배열에 따른 좌대의 평면 구조는 원형, 타원형, 다각형 중 선택되는 1종 이상의 형태를 가지며, 이는 그 상부에 형성될 마이크로렌즈의 하부 형상에 따른 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 배열 시트.
4. 제 1항에 있어서, 상기 공극 채움막은 전해 도금법, 무전해 도금법, 스퍼터링, 승화 증착법, 화학 기상 증착 방법 및 스핀 혹은 스프레이 코팅법 중 선택되는 1종의 방법에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 배열 시트.
5. 마이크로렌즈 배열 시트를 제작하는 방법에 있어서,

   a) 투명 지지체 기판 혹은 필름 상부에 소정의 두께를 가지는 좌대 형성용 몰드를 적층하고 좌대로 사용될 물질을 채우는 단계;

   b) 상기 좌대가 소정의 높이를 가지고 상부면이 동일하도록 연마를 하며 상기 좌대 형성용 몰드를 제거하는 단계;

   c) 상기 좌대 상부에 마이크로렌즈를 적층하는 단계; 및

   d) 상기 마이크로렌즈 상부에 공극 채움막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 배열 시트 제작방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 좌대는 실리콘, 유리, 투명금속, 유기물 폴리머 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 배열 시트 제작방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 배열에 따른 좌대의 평면 구조는 원형, 타원형, 다각형 중 선택되는 1종 이상의 형태를 가지며, 이는 그 상부에 형성될 마이크로렌즈의 하부 형상에 따른 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 배열 시트 제작방법.
8. 제 5항에 있어서, 상기 공극 채움막은 전해 도금법, 무전해 도금법, 스퍼터링, 승화 증착법, 화학 기상 증착 방법 및 스핀 혹은 스프레이 코팅법 중 선택되는 1종의 방법에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 배열 시트 제작방법.

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