KR100934542B1 - 회절격자를 사용한 집광 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

회절격자를 사용한 집광 소자 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100934542B1
KR100934542B1 KR1020080020910A KR20080020910A KR100934542B1 KR 100934542 B1 KR100934542 B1 KR 100934542B1 KR 1020080020910 A KR1020080020910 A KR 1020080020910A KR 20080020910 A KR20080020910 A KR 20080020910A KR 100934542 B1 KR100934542 B1 KR 100934542B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
diffraction grating
region
vertical
horizontal
diffraction
Prior art date
Application number
KR1020080020910A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090095775A (ko
Inventor
이차범
이선규
주재영
우도균
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020080020910A priority Critical patent/KR100934542B1/ko
Priority to JP2009049520A priority patent/JP2009217261A/ja
Priority to US12/399,395 priority patent/US8176912B2/en
Priority to CN2009101191698A priority patent/CN101576624B/zh
Publication of KR20090095775A publication Critical patent/KR20090095775A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100934542B1 publication Critical patent/KR100934542B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00365—Production of microlenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1876—Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/188—Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
    • G02B5/1885—Arranged as a periodic array
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
    • G03F7/2059—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a scanning corpuscular radiation beam, e.g. an electron beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

회절격자를 사용한 집광 소자 및 이의 제조방법을 제공한다. 상기 집광 소자는 중앙블록, 상기 중앙블록의 좌우에 각각 위치하는 한 쌍의 수직 회절 격자 블록들, 및 상기 중앙블록의 상하에 각각 위치하는 한 쌍의 수평 회절 격자 블록들을 구비한다. 상기 수직 회절 격자 블록들은 수직축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수직 회절 격자들을 구비하며, 상기 수평 회절 격자 블록들은 수평축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수평 회절 격자들을 구비한다.
회절격자, 집광소자, 태양전지

Description

회절격자를 사용한 집광 소자 및 이의 제조방법 {Light-condensing device using diffraction grating and method for fabricating the same}
본 발명은 광학 소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 집광 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
집광 소자로 일반적으로 사용되는 프레넬 렌즈는 볼록 렌즈와 같은 작용을 하는 반면 두께는 감소된 것으로, 볼록 렌즈의 렌즈면을 동심원 상으로 분할하고, 분할된 렌즈면들을 평판상에 배치한 구조를 갖는다. 상기 분할된 렌즈면을 프레넬면이라고 부른다. 상기 프레넬면들 중 적어도 중앙에 위치한 면은 구면이다.
이러한 프레넬 렌즈를 제작하기 위해서는, 금형 원판을 다이아몬드 바이트를 사용하여 절삭하여 상기 프레넬면에 대응하는 프로파일을 갖는 금형을 제작한 후, 상기 금형을 사용하여 프레넬 렌즈를 몰딩하는 과정을 거친다.
그러나, 이러한 방법을 사용하는 경우에는, 상기 프레넬 렌즈의 크기를 축소시키데 한계가 있다. 반도체 공정 기술을 사용하여 상기 프레넬 렌즈를 형성한다면 렌즈의 크기를 축소시킬 수 있겠으나, 상기 구면의 프레넬면을 반도체 공정 기술을 사용하여 형성하는 것은 매우 어려울 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 공정 기술을 사용하여 제조할 수 있는 초소형의 집광소자 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 집광 소자를 제공한다. 상기 집광 소자는 중앙블록, 상기 중앙블록의 좌우에 각각 위치하는 한 쌍의 수직 회절 격자 블록들, 및 상기 중앙블록의 상하에 각각 위치하는 한 쌍의 수평 회절 격자 블록들을 구비한다. 상기 수직 회절 격자 블록들은 수직축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수직 회절 격자들을 구비하며, 상기 수평 회절 격자 블록들은 수평축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수평 회절 격자들을 구비한다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 집광 소자의 제조방법을 제공한다. 먼저, 중앙영역, 상기 중앙영역의 상하좌우에 각각 위치하는 상부영역, 하부영역, 좌측영역 및 우측영역을 구비하는 몰딩 기판을 제공한다. 상기 좌우측영역들 내에 서로 평행한 수직 트렌치 라인들을 형성하고, 상기 상하부영역들 내에 서로 평행한 수평 트렌치 라인들을 형성한다. 상기 트렌치 라인들을 구비하는 몰 딩 기판 상에 광학수지를 제공하여 중앙블록, 상기 중앙블록의 좌우에 각각 위치하고 수직축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수직 회절 격자들을 구비하는 한 쌍의 수직 회절 격자 블록들, 및 상기 중앙블록의 상하에 각각 위치하고 수평축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수평 회절 격자들을 구비하는 한 쌍의 수평 회절 격자 블록들을 갖는 집광 소자를 형성한다.
본 발명에 따르면, 집광소자가 라인 형태의 회절 격자를 구비하여 반도체 제조 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 따라서, 집광 소자의 집적도를 크게 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광소자를 나타낸 평면도이다. 도 2는 도 1의 절단선 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 집광소자(100)는 중앙블록(C), 상기 중앙블록(C)의 좌우에 각각 위치하는 제1 및 제2 수직 회절 격자 블록들(VB1, VB2), 및 상기 중앙블록(C)의 상하에 각각 위치하는 제1 및 제2 수평 회절 격자 블록들(HB1, HB2)을 포함한다. 상기 집광소자(100)의 재질은 유리, PMMA(polymethylmethacrylate) 또는 폴리카보네이트일 수 있다.
상기 중앙블록(C)은 회절 격자가 형성되지 않은 영역일 수 있다.
상기 한 쌍의 수직 회절 격자 블록들(VB1, VB2)은 이들이 상기 중앙블록(T)과 접하는 경계선들에 평행한 다수 개의 수직 회절 격자들(D_V)을 구비한다. 상기 수직 회절 격자들(D_V)은 서로 평행한 라인 형태일 수 있으며, 상기 수직 회절 격자들(D_V)의 측벽은 상기 수직 회절 격자들의 상부표면에 대해 실질적으로 수직일 수 있다. 상기 수직 회절 격자들(D_V)은 제1 주기(P1)로 배열되며, 상기 수직 회절 격자들(D_V) 각각의 폭은 제1 주기(P1) × 제1 채움 상수(fill factor, F1)로 표현될 수 있다. 여기서, 채움상수는 회절 격자의 단위 주기에 대한 회절 격자가 차지하는 폭의 비율을 의미한다. 일 예로서, 상기 제1 채움 상수(F1)는 0.5일 수 있다.
상기 한 쌍의 수평 회절 격자 블록들(HB1, HB2)은 이들이 상기 중앙블록(C)과 접하는 경계선들에 평행한 다수 개의 수평 회절 격자들(D_H)을 구비한다. 상기 수평 회절 격자들(D_H) 또한 서로 평행한 라인 형태일 수 있으며, 상기 수평 회절 격자들(D_H)의 측벽은 상기 수평 회절 격자들의 상부표면에 대해 실질적으로 수직일 수 있다. 상기 수평 회절 격자들(D_H)은 제2 주기(P2)로 배열되며, 상기 수평 회절 격자들(D_H) 각각의 폭은 제2 주기(P2) × 제2 채움 상수(F2)로 표현될 수 있 다. 일 예로서, 상기 제2 주기(P2)는 상기 제1 주기(P1)와 같을 수 있으며, 상기 제2 채움 상수(F2)는 0.5일 수 있다.
이에 더하여, 상기 중앙블록(C)의 4개의 모서리부들에 인접하여 사선 회절 격자 블록들(DB1, DB2, DB3, DB4)이 위치할 수 있다. 상기 사선 회절 격자 블록들(DB1, DB2, DB3, DB4)은 상기 제1 수직 및 제1 수평 회절 격자 블록들(VB1, HB1) 사이에 위치하는 제1 사선 회절 격자 블록(DB1), 상기 제1 수평 및 제2 수직 회절 격자 블록들(HB1, VB2) 사이에 위치하는 제2 사선 회절 격자 블록(DB2), 상기 제2 수직 및 제2 수평 회절 격자 블록들(VB2, HB2) 사이에 위치하는 제3 사선 회절 격자 블록(DB3) 및 상기 제2 수평 및 제1 수직 회절 격자 블록들(HB2, VB1) 사이에 위치하는 제4 사선 회절 격자 블록(DB4)을 구비할 수 있다.
상기 사선 회절 격자 블록들(DB1, DB2, DB3, DB4)의 각각은 사선 방향으로 인접하여 배열하는 사각 육면체 회절 격자(D_C)를 포함할 수 있다. 상기 사각 육면체 회절 격자(D_C)는 정육면체 즉, 큐브, 직육면체 또는 사각뿔대의 형태를 가질 수 있다. 상기 사선 방향으로 인접하여 배열하는 사각 육면체 회절 격자들(D_C)은 그의 모서리부들의 적어도 일부가 서로 접할 수 있다.
상기 사각 육면체 회절 격자들(D_C)은 수평축(H) 방향으로 제3 주기(PH)로 배열되며, 수직축(V) 방향으로 제4 주기(PV)로 배열된다. 또한, 상기 사각 육면체 회절 격자들(D_C)의 각각의 수평축(H) 방향 폭은 제3 주기(PH) × 제3 채움 상 수(FH)로 표현될 수 있으며, 수직축(V) 방향 폭은 제4 주기(PV) × 제4 채움 상수(FV)로 표현될 수 있다. 일 예로서, 상기 사각 육면체 회절 격자들(D_C)의 각각의 수평축 방향 폭(PH·FH)과 수직축 방향 폭(PV·FV)은 동일할 수 있다. 다시 말해서, 상기 사각 육면체 회절 격자들(D_C)의 상부면은 정사각형일 수 있다. 나아가, 상기 제3 주기(PH)는 상기 제4 주기(PV)와 같을 수 있으며, 제3 및 제4 채움 상수들(FH, FV)의 각각은 0.5일 수 있다.
일 예로서, 상기 집광소자(100)는 3 × 3의 매트릭스 형태일 수 있다. 이 경우에, 상기 3 × 3의 매트릭스 형태로 배열된 블록들의 수평축(H) 방향 폭들은 제1 내지 제3 수평폭들(LH1, LH2, LH3)일 수 있으며, 수직축(V) 방향 폭들은 제1 내지 제3 수직폭들(LV1, LV2, LV3)일 수 있다. 일 예로서, 상기 각 블록들은 정사각형 형태를 가질 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 내지 제3 수평폭들(LH1, LH2, LH3) 및 상기 제1 내지 제3 수직폭들(LV1, LV2, LV3)은 모두 동일 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광소자를 사용하여 광을 집속시키는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 집광소자(100)의 전면(front facet)으로 광(L)이 입사한다. 일 예로서, 상기 입사광(L)은 상기 집광소자(100)의 전면에 수직하게 입사할 수 있다.
상기 중앙블록(C)에 입사한 광(L)은 상기 집광소자(100)의 배면(back facet) 에서 상기 입사광(L)의 진행방향과 동일한 방향으로 출사한다. 따라서, 상기 입사광(L)이 상기 집광소자(100)의 전면에 수직한 경우에, 상기 중앙영역(C)에서 출사하는 출사광(L_S) 또한 상기 집광소자(100)의 배면에 수직할 수 있다.
제1 수직 회절 격자 블록(VB1)에 입사한 광은 상기 집광소자(100)의 배면에서 회절되어 수직축(V)을 중심으로 양측으로 편향된 1차광들(L_VB1)을 생성한다. 또한, 제2 수직 회절 격자 블록(VB2)에 입사한 광은 상기 집광소자(100)의 배면에서 회절되어 수직축(V)을 중심으로 양측으로 편향된 1차광들(L_VB2)을 생성한다. 상기 1차광들(L_VB1, L_VB2)은 중앙블록(C) 하부에서 보강간섭하여 수직축(V) 방향으로 연장되는 수직 집광영역(L_VB)을 형성한다.
이와 유사하게, 제1 및 제2 수평 회절 격자 블록들(HB1, HB2)의 각각에 입사한 광은 상기 집광소자(100)의 배면에서 회절되어 수평축(H)을 중심으로 양측으로 편향된 1차광들(L_HB1, L_HB2)을 생성하고, 상기 1차광들(L_HB1, L_HB2)은 중앙블록(C) 하부에서 보강간섭하여 수평축(H) 방향으로 연장되는 수평 집광영역(L_HB)을 형성한다.
또한, 제1 내지 제4 사선 회절 격자 블록들(DB1, DB2, DB3, DB4)의 각각에 입사한 광은 상기 집광소자(100)의 배면에서 회절되어 네 개의 사선 방향들로 편향된 1차광들(L_DB1, L_DB2, L_DB3, L_DB4)을 생성한다. 상기 제1 및 제3 사선 회절 격자 블록들(DB1, DB3)에서 회절된 1차광들(L_DB1, L_DB3)은 중앙블록(C) 하부에서 보강간섭하여 제1 사선 방향으로 연장되는 제1 사선 집광영역(L_DB13)을 형성하고, 상기 제2 및 제4 사선 회절 격자 블록들(DB2, DB4)에서 회절된 1차광들(L_DB2, L_DB4)은 중앙블록(C) 하부에서 보강간섭하여 제2 사선 방향으로 연장되는 제2 사선 집광영역(L_DB24)을 형성한다.
상기 중앙블록(C)에서 출사한 출사광(L_S), 상기 수직 집광영역(L_VB), 상기 수평 집광영역(L_HB), 상기 제1 사선 집광영역(L_DB13) 및 상기 제2 사선 집광영역(L_DB24)은 상기 중앙블록(C) 하부에서 모두 중첩되어 중앙 집광영역(LC)을 형성한다. 그러나, 상기 제1 내지 제4 사선 회절 격자 블록들(DB1, DB2, DB3, DB4) 내에 회절 격자들이 생성되지 않은 경우에도 중앙 집광영역(LC)은 형성될 수 있다. 다만, 중앙 집광영역(LC)에 집광되는 광의 세기가 낮을 뿐이다.
도면에 표시된 집광영역들(L_VB, L_HB, L_DB13, L_DB24, LC)의 경계면은 이해를 돕기 위해 집광 효율이 일정 수준 이상인 경우를 표시한 것일 뿐, 상기 집광영역들(L_VB, L_HB, L_DB13, L_DB24, LC) 내에만 광이 조명되는 것은 아님은 자명하다. 부연하면, 상기 집광영역들(L_VB, L_HB, L_DB13, L_DB24, LC)에서 주변으로 갈수록 집광 효율은 감소한다.
이러한 집광 소자(100)는 라인 형태 또는 사각 육면체 형태의 회절 격자를 구비하므로, 후술하는 바와 같이 반도체 제조 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 따라서, 집광 소자의 집적도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 4를 참조하면, 태양전지 모듈(200)은 태양전지 셀들(SC)이 배열된 태양전지 셀 어레이 기판(210) 및 상기 태양 전지 셀 어레이 기판(210) 상에 위치한 집광 소자 어레이 기판(220)을 포함한다.
상기 집광 소자 어레이 기판(220)은 다수 개의 단위 집광소자들(U1, U2, U3, U4)을 구비한다. 상기 단위 집광소자들(U1, U2, U3, U4)의 각각은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 집광소자와 같다. 다만, 수평축(H) 방향으로 인접하는 한 쌍의 단위 집광소자들(U1 & U2 또는 U3 & U4)은 하나의 수직 회절 격자 영역(VB2 또는 VB1)을 공유하며, 수직축(V) 방향으로 인접하는 한 쌍의 단위 집광소자들(U1 & U4 또는 U2 & U3)은 하나의 수평 회절 격자 영역(HB1 또는 HB2)을 공유하며, 수평축(H) 및 수직축(V) 방향들로 인접하는 4 개의 단위 집광소자들(U1, U2, U3, U4)은 하나의 사선 회절 격자 영역(DB1, DB2, DB3 또는 DB4)을 공유한다.
태양전지 셀들(SC)은 상기 집광 소자 어레이 기판(220)의 중앙블록들(C)에 대응하여 배열된다.
도 3을 참조하여 설명한 바와 유사하게, 상기 단위 집광소자들(U1, U2, U3, U4)은 그들에 각각 대응하는 태양전지 셀들(SC)에 광을 집중(LC)시킬 수 있다. 상기 집광 소자 어레이 기판(220)은 전술한 바와 같이 라인 형태 또는 사각 육면체 형태의 회절 격자를 구비하므로 반도체 제조 공정을 사용하여 형성할 수 있어, 상기 집광 소자 어레이 기판(220)의 집적도를 현저하게 향상시킬 수 있다. 그 결과, 상기 태양전지 모듈(200)의 집적도 또한 향상시킬 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광소자를 제조하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 몰딩 기판(10) 상에 레지스트층(12)을 형성한다. 상기 몰딩 기판(10)은 실리콘 기판일 수 있다. 일 예로서, 상기 실리콘 기판은 20㎜ × 20㎜의 크기, 500㎛의 두께를 갖는 n형 기판일 수 있다. 상기 몰딩 기판(10)은 중앙영역(10A), 상기 중앙영역(10A)의 상하좌우에 각각 위치하는 상부영역(미도시), 하부영역(미도시), 좌측영역(10L) 및 우측영역(10R)을 구비할 수 있다. 나아가, 상기 몰딩 기판(10)은 상기 중앙영역(10A)의 4 모서리부에 인접하는 중간 영역들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 중앙영역(10A), 상기 상부영역, 상기 하부영역, 상기 좌측영역(10L), 상기 우측영역(10R) 및 상기 중간 영역들은 도 1에 도시한 중앙블록(C), 제1 수평 회절 격자 블록(HB1), 제2 수평 회절 격자 블록(HB2), 제1 수직 회절 격자 블록(VB1), 제2 수직 회절 격자 블록(VB2) 및 사선 회절 격자 블록들(DB1, DB2, DB3, DB4)에 각각 대응할 수 있다.
상기 레지스트층(12)을 포함하는 몰딩 기판(10) 상에 패터닝된 빔(15)을 조사한다. 상기 빔(15)은 전자빔(E-beam)일 수 있고, 이 경우에 상기 레지스트층(12)은 전자빔용 레지스트층일 수 있다. 이 경우에, 상기 전자빔은 포토마스크 없이 직접 쓰기법(direct writing)을 사용하여 조사될 수 있다.
상기 전자빔용 레지스트층은 1000nm의 두께의 ZEP 520 (Nippon Zeon 사)일 수 있고, 상기 레지스트층(12)을 형성한 후 180℃에서 3분동안 프리 베이크(pre-bake)할 수 있다. 또한, 전자빔의 가속전압, 빔 전류, 및 도즈는 각각 30㎸, 10㎀ 및 56μC/㎠일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 빔(15)의 조사한 후 상기 레지스트층(12)을 현상하 면, 상기 몰딩 기판(10) 상에 레지스트 패턴(12a)이 형성된다. 상기 현상은 ZEP 520 현상액 내에 5 분간 침지하고, 메틸 에틸 케톤 용제를 사용하여 30초동안 세정함으로써 수행될 수 있다. 그 후, 110℃에서 3분 동안 포스트 베이크(post-bake)할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 상기 레지스트 패턴(12a)을 마스크로 하여 상기 몰딩 기판(10)을 식각한다. 그 결과, 상기 몰딩 기판(10) 내에 트렌치들(trench)의 형상을 갖는 몰딩 패턴들(10a)이 형성된다. 상기 몰딩 패턴들(10a)은 상기 좌우측 영역들(10L, 10R) 내에서는 서로 평행한 수직 트렌치 라인들일 수 있고, 상기 상하부 영역들 내에서는 서로 평행한 수평 트렌치 라인들(미도시)일 수 있으며, 상기 중간 영역들에서는 사선 방향으로 인접하여 배열된 사각 육면체 트렌치들(미도시)일 수 있다. 상기 수직 및 수평 트렌치 라인들은 도 1의 수직 및 수평 회절 격자들(D_V, D_H)에 각각 대응할 수 있고, 상기 사각 육면체 트렌치들은 도 1의 사각 육면체 회절 격자들(D_C)에 대응하여 형성될 수 있다.
상기 몰딩 기판(10)은 비등방성 식각(anisotropic etch)법을 사용하여 식각할 수 있다. 더 구체적으로는 고속중성입자빔을 사용하여 상기 몰딩 기판(10)을 식각할 수 있다. 상기 고속중성입자빔은 실온에서의 일반적인 운동에너지에 비해 높은 운동에너지를 갖는 중성입자 즉, 고속중성입자를 일 방향으로 유동시켜 빔의 형태로 만든 것을 말한다. 이러한 고속중성입자빔은 방향성이 매우 뛰어나고, 상기 레지스트 패턴(12a)에 대한 상기 몰딩 기판(10)의 식각 선택비가 1:1에 가까워, 비등방성 식각을 효율적으로 수행할 수 있다. 이러한 고속중성입자빔은 고속원자 빔(Fast Atomic Beam; FAB)일 수 있다. 일 예로서, FAB 600ML(ABARA사)를 사용하여 21㎚/min의 조건에서 30분 동안 고속원자빔 에칭법을 수행할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 상기 몰딩 패턴(10a)을 구비하는 몰딩 기판(10) 상에 광학수지(20)를 도포하고, 상기 광학수지(20) 상에 가압판(30)을 배치한다. 상기 광학수지(20) PMMA(polymethylmetacrylate) 또는 폴리카보네이트 수지일 수 있다.
도 5e를 참조하면, 상기 가압판(30)을 상기 몰딩 기판(10) 방향으로 가압하여 몰딩된 광학수지층인 집광소자(100)을 형성한다. 이와 같이, 상기 집광소자(100)는 핫 엠보싱 기술(hot embossing technique)을 사용하여 복제될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 몰딩 패턴들을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진들이다.
도 6a를 참조하면, 서로 평행한 트렌치 라인들(10a_1)이 형성된 것을 알 수 있다. 상기 트렌치 라인들(10a_1)은 1.0㎛의 폭을 가지며 2.0㎛의 주기로 배열된 것을 알 수 있다.
도 6b를 참조하면, 사각 육면체 트렌치들(10a_2)이 사선 방향으로 인접하여 배열하도록 형성된 것을 알 수 있다. 상기 사각 육면체 트렌치들(10a_2), 수평축 방향으로 0.714㎛의 폭을 가지며 1.428㎛의 주기로 배열되고, 수직축 방향으로 0.714㎛의 폭을 가지며 1.428㎛의 주기로 배열됨을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광소자의 회절격자의 깊이 및 회절각을 계산하는 방법에 대해 설명한다.
회절격자의 깊이(d)는 하기 표 1에 도시된 광학적 및 형태학적 조건들을 사용하여 계산할 수 있다.
회절격자주기(P) 채움 상수(F) 굴절율비(n1/n0) 입사광 파장(λ)
2.0 ㎛ 0.5 1.5 0.65 ㎛
n1: PMMA 기판 굴절율, n0: 공기의 굴절율
구체적으로, 표 1의 조건들을 사용하여, 스칼라 방식의 푸리에 변환(Fourier transform)법 및 벡터 방식의 RCWA(rigorous coupled-wave analysis)법을 통해 회절격자의 깊이에 따른 전송 효율을 계산한다. 회절격자의 깊이에 따른 전송효율(transmission efficiency)은 도 7에 나타내었다.
도 7을 참조하면, 스칼라 방식의 분석에 따른 1차 최대 회절 효율은 40.5%로 0.65㎛의 깊이에서 계산되었고(+1st, -1st SC), 벡터 방식의 분석에 따른 1차 최대 회절 효율은 TE모드에서 38.3%로 0.63㎛의 깊이에서 계산되었고(+1st, -1st TE) TM모드에서 38.7%로 0.66㎛의 깊이에서 계산되었음(+1st, -1st TM)을 알 수 있다. 약간의 깊이 차이를 무시하면, 회절격자 깊이(d)는 0.65㎛로 설정할 수 있다.
회절각은 하기 표2에 도시된 광학적 및 형태학적 조건들을 사용하여 계산할 수 있다.
회절격자주기 채움 상수 (F) 회절격자깊이 (d) 굴절율비 (n1/n0) 입사광 파장 (λ)
수평&수직 회절격자 2.0 ㎛ (P1 & P2) 0.5 0.65㎛ 1.5 0.65 ㎛
사각 육면체 회절격자 1.428 ㎛ (PV & PH) 0.5 0.65㎛
비고 n1: PMMA 기판 굴절율, n0: 공기의 굴절율
구체적으로, 표 2의 조건들을 사용하여, 수평 & 수직 회절격자들 및 사각 육면체 회절격자들에 있어서 회절각에 따른 정규화된 회절 세기(Normalized diffraction intensity)를 계산하였고, 이를 도 8a 및 도 8b에 나타내었다. 도 8a를 참조하면, 수평 & 수직 회절격자들은 ±12.6°의 회절각에서 최대 회절 세기를 나타냄을 알 수 있다. 또한, 도 8b를 참조하면, 큐빅 회절격자들은 (±17.7°, ±17.7°)의 회절각에서 최대 회절 세기를 나타냄을 알 수 있다.
이러한 회절각들을 사용하여 계산된 초점거리는 448㎛였다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광소자를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 절단선Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광소자를 사용하여 광을 집속시키는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광소자를 제조하는 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 6a 및 도 6b는 몰딩 패턴들을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진들이다.
도 7은 회절격자의 깊이에 따른 전송효율(transmission efficiency)을 나타낸 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 회절각에 따른 정규화된 회절 세기(Normalized diffraction intensity)를 나타낸 그래프들이다.

Claims (8)

  1. 중앙블록;
    상기 중앙블록의 좌우에 각각 위치하고, 수직축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수직 회절 격자들을 구비하는 한 쌍의 수직 회절 격자 블록들; 및
    상기 중앙블록의 상하에 각각 위치하고, 수평축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수평 회절 격자들을 구비하는 한 쌍의 수평 회절 격자 블록들을 포함하는 집광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙블록의 4개의 모서리부들에 인접하여 위치하는 사선 회절 격자 블록들을 더 포함하는 집광 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사선 회절 격자 블록들의 각각은 사선 방향으로 배열된 사각 육면체 회절 격자들을 구비하는 집광 소자.
  4. 중앙영역, 상기 중앙영역의 상하좌우에 각각 위치하는 상부영역, 하부영역, 좌측영역 및 우측영역을 구비하는 몰딩 기판을 제공하고,
    상기 좌우측영역들 내에 서로 평행한 수직 트렌치 라인들을 형성하고, 상기 상하부영역들 내에 서로 평행한 수평 트렌치 라인들을 형성하는 단계; 및
    상기 트렌치 라인들을 구비하는 몰딩 기판 상에 광학수지를 제공하여 중앙블록, 상기 중앙블록의 좌우에 각각 위치하고 수직축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수직 회절 격자들을 구비하는 한 쌍의 수직 회절 격자 블록들, 및 상기 중앙블록의 상하에 각각 위치하고 수평축 방향으로 연장된 라인 형태의 서로 평행한 수평 회절 격자들을 구비하는 한 쌍의 수평 회절 격자 블록들을 갖는 집광 소자를 형성하는 단계를 포함하는 집광 소자 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 트렌치 라인들을 형성하는 단계는 상기 몰딩 기판 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계 및 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 몰딩 기판을 식각하는 단계를 포함하는 집광 소자 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴은 전자빔 리소그라피법을 사용하여 형성하는 집광 소자 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 몰딩 기판은 고속중성입자빔을 사용하여 식각하는 집광 소자 제조방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 몰딩 기판은 상기 중앙영역의 4개의 모서리부들에 인접하고, 상기 상부영역과 상기 좌측영역의 사이, 상기 상부영역과 상기 우측영역의 사이, 상기 하부영역과 상기 좌측영역의 사이, 및 상기 하부영역과 상기 우측영역의 사이에 각각 위치하는 중간 영역들을 더 포함하고,
    상기 트렌치 라인들을 형성함과 동시에 상기 중간 영역들에 사선 방향으로 인접하여 배열된 사각 육면체 트렌치들을 형성하는 집광 소자 제조방법.
KR1020080020910A 2008-03-06 2008-03-06 회절격자를 사용한 집광 소자 및 이의 제조방법 KR100934542B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080020910A KR100934542B1 (ko) 2008-03-06 2008-03-06 회절격자를 사용한 집광 소자 및 이의 제조방법
JP2009049520A JP2009217261A (ja) 2008-03-06 2009-03-03 回折格子を使用した集光素子及びこれの製造方法｛Ｌｉｇｈｔ−ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇｔｈｅｓａｍｅ｝
US12/399,395 US8176912B2 (en) 2008-03-06 2009-03-06 Light-condensing device and method of fabricating the same
CN2009101191698A CN101576624B (zh) 2008-03-06 2009-03-06 聚光器件及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080020910A KR100934542B1 (ko) 2008-03-06 2008-03-06 회절격자를 사용한 집광 소자 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090095775A KR20090095775A (ko) 2009-09-10
KR100934542B1 true KR100934542B1 (ko) 2009-12-29

Family

ID=41053332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080020910A KR100934542B1 (ko) 2008-03-06 2008-03-06 회절격자를 사용한 집광 소자 및 이의 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8176912B2 (ko)
JP (1) JP2009217261A (ko)
KR (1) KR100934542B1 (ko)
CN (1) CN101576624B (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011029214A1 (zh) * 2009-09-11 2011-03-17 Yuan Jianzhong 太阳能聚光装置
US8553331B2 (en) * 2009-12-16 2013-10-08 Flir Systems, Inc. Selective diffractive optical element and a system including the same
EP2965134A1 (en) * 2013-03-05 2016-01-13 Rambus Inc. Phase gratings with odd symmetry for high-resoultion lensless optical sensing
CN111477703B (zh) * 2020-04-14 2022-01-18 北京工业大学 一种大孔径高速光电探测器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57132130A (en) 1981-02-09 1982-08-16 Canon Inc Focusing screen

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0961610A (ja) * 1994-10-31 1997-03-07 Nippon Steel Corp バイナリーオプティクス及びそれを用いた集光光学系並びにレーザ加工装置
JP2001201627A (ja) * 2000-01-17 2001-07-27 Asahi Optical Co Ltd 回折素子の製造方法
JP2004012791A (ja) * 2002-06-06 2004-01-15 Nikon Corp 補助光投影装置
JP2005166704A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Canon Inc 集光型太陽電池モジュールの製造方法
JP2005215372A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Sony Corp 画像表示素子及び画像プロジェクタ装置
JP2005343022A (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 転写画像形成材料製造用仮支持体及び転写画像形成材料の製造方法
JP4623723B2 (ja) * 2004-06-18 2011-02-02 大日本印刷株式会社 回折光学素子及びこれを利用した光学ローパスフィルター
JP4940759B2 (ja) * 2006-05-29 2012-05-30 凸版印刷株式会社 回折格子
JP2009217123A (ja) * 2008-03-12 2009-09-24 Fujinon Corp 回折格子型ローパスフィルタ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57132130A (en) 1981-02-09 1982-08-16 Canon Inc Focusing screen

Also Published As

Publication number Publication date
US8176912B2 (en) 2012-05-15
JP2009217261A (ja) 2009-09-24
US20090225423A1 (en) 2009-09-10
CN101576624B (zh) 2011-04-13
CN101576624A (zh) 2009-11-11
KR20090095775A (ko) 2009-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7461294B2 (ja) 透過型メタサーフェスレンズ統合
US11275252B2 (en) Device for forming at least one tilted focused beam in the near zone, from incident electromagnetic waves
US6835535B2 (en) Microlens arrays having high focusing efficiency
US20050141090A1 (en) High transmittance sub-wavelength structure polarization module
CN101283453A (zh) 固态成像装置及其制造方法
US8221963B2 (en) Method for producing fine structure
KR100934542B1 (ko) 회절격자를 사용한 집광 소자 및 이의 제조방법
JPH04502233A (ja) 検出器アレイの２進光学マイクロレンズの製造方法
JP7436369B2 (ja) ランバート分布を有する光をバットウィング分布に変換するマイクロ構造
JP2007003969A (ja) 光学素子
CN112327391A (zh) 微透镜阵列的制备方法、微透镜阵列及屏下指纹模组
JP6012692B2 (ja) マイクロレンズアレイの形成方法および固体撮像装置の製造方法
CA3218740A1 (en) Single element dot pattern projector
CN112394428B (zh) 一种微透镜结构及其制作方法、显示器件
JP4573418B2 (ja) 露光方法
WO2016121369A1 (ja) 光学素子及び集光型太陽光発電装置
JPH07113907A (ja) 回折光学素子
CN113056698B (zh) 用于近场聚焦、光束形成和高效远场器件实现的非均质微透镜器件
JP2001296649A (ja) 濃度分布マスクとその製造方法及び表面形状の形成方法
KR20090072462A (ko) 나노렌즈의 제조방법
JP3410813B2 (ja) オプチカル・ホモジナイザー
WO2023182202A1 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
WO2022130707A1 (ja) 受光素子
JPS61122602A (ja) フレネルレンズ
JP2004505307A (ja) 高い集光効率を有するマイクロレンズアレイ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121220

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131223

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141219

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151221

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161221

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171221

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee