KR101042707B1 - 복합기능 마이크로렌즈 어레이 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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본 발명은 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 이 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판은 적외선 차단필터와, 나노구조의 올록볼록한 반사방지 표면을 가지도록 형성된다. 이로써, 광효율의 증대와 선명한 화질의 갖는 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판을 구현할 수 있다.
Figure R1020080115237
마이크로 렌즈 어레이 기판, 반사방지 나노구조, 적외선 차단 필터

Description

복합기능 마이크로렌즈 어레이 기판 및 이의 제조 방법{Multi-functional micro lens array substrate and method of forming the same}

본 발명은 복합기능 마이크로렌즈 어레이 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

고화소 AF(Auto-focus) 카메라모듈의 슬림화 및 실내조명, 자동차 헤드라이트 등에 사용되는 발광다이오드(Light-emitting diode, LED)와 차세대 디스플레이로 각광받고 있는 유기 발광다이오드(OLED)의 광출력 효율 증대를 위해 광결정 구조나 마이크로 렌즈 어레이 기판의 적용이 필요하다.

마이크로 렌즈 어레이 기판은 카메라모듈, 발광다이오드 뿐만 아니라, 광통신, 의료기기, 멀티미디어기기, 전자기기 분야 등의 부품에 다양하게 응용되고 있다. 또한, 마이크로 렌즈 어레이 기판은 반도체 레이저와 광섬유와의 연결 부분이나, LED 확산판(Diffusion plate)이나 키패드 뒷조명(Keypad backlighting)에서 레이저나 LED의 퍼짐을 막는데 사용되며, 광소자의 광출력 효율을 증대시켜 디스플레이의 성능 향상 등에 사용된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광효율의 증대와 선명한 화질을 구현할 수 있는 복합 기능 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 과제는 광효율의 증대와 선명한 화질을 구현할 수 있는 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합 기능 마이크로 렌즈 어레이 기판은, 상부층; 상기 상부층 상에 위치하되, 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 표면을 가지는 복수개의 마이크로렌즈들을 포함한다.

상기 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판은 상기 상부층 하부에 위치하는 적외선 차단필터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 상기 마이크로 렌즈 어레이 기판은, 상기 상부층 하부에 위치하는 하부층; 상기 하부층과 상기 상부층 사이에 개재된 굴절률조화물질층; 및 상기 하부층하부의 소정 부분에 위치하는 발광소자를 더 포함할 수 있다. 상기 마이크로 렌즈들은 상기 발광 소자의 중심과 중첩되는 위치에서 상기 상부층의 표면을 노출할 수 있다.

상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법은 상부층 상에 복수개의 마이크로렌즈들을 형성하는 단계; 및 상기 마이크로렌즈의 표면을 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 형태로 만 드는 단계를 포함한다.

상기 방법은 상기 상부층 하부면에 적외선 차단 필터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 상부층 하부면에 적외선 차단 필터를 형성하는 단계는, 저온 플라즈마 코팅 공정을 포함할 수 있다.

상기 마이크로렌즈의 표면을 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 형태로 만드는 단계는, 나노 크기의 홀들을 가지는 나노 마스크를 이용하여 플라즈마 에칭 공정을 진행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 나노 마스크는 양극 산화에 의해 형성된 나노홀을 포함하는 양극 알루미늄 산화물(Anodized aluminum oxide)을 포함할 수 있다.

상기 마이크로렌즈의 표면을 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 형태로 만드는 단계는, 나노 구체를 상기 마이크로 렌즈 표면에 도포하는 단계; 상기 상부층을 베이킹(baking)하는 단계; 및 상기 나노 구체를 식각 마스크로 이용하여 상기 마이크로 렌즈 표면에 대해 플라즈마 에칭 공정을 진행하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 나노구체는 100nm~500nm의 직경을 가지는 구체일 수 있으며, 고분자 또는 세라믹 물질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판에 포함된 마이크로 렌즈는 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 표면을 가짐으로써, '나방 눈(moth eye) 효과'와 같이 반사 방지 효과를 가지게 된다. 이로써, 선명한 화질과 색상을 구현할 수 있으며, 휘도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판은 적외선 차단필터를 포함함으로써, 카메라 렌즈로 들어오는 빛 또는 발광 소자로부터 발생되는 광선에서 적외선을 걸러내고 가시광선만 입사 또는 방출하게 되어 화질과 색상이 선명해진다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법은 상부층 하부면에 적외선 차단 필터를 형성하고, 상기 상부층 상부면에 위치하는 마이크로렌즈의 표면을 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 형태로 만듦으로써, 선명한 화질을 구현할 수 있는 복합 기능 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제조할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판은 발광 소자의 중심과 중첩되는 위치에서는 마이크로 렌즈가 형성되지 않고 상부층의 표면이 노출되는 중심 공동이 형성된다. 이로써, 전체 시야각에서 광방출 출력을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 다음의 바람직한 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 복합 기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 단 면도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판(100)은 상부층(50) 상에 위치하는 복수개의 마이크로 렌즈(40)들을 포함한다. 상기 마이크로 렌즈(40)은 나노구조(nanostructured)의 올록볼록한 표면(상자 A 속의 참조 번호 42)을 가진다. 여기서 '나노구조의 올록볼록한 표면(42)'은 나노크기(nano-scaled)의 기둥(pillar) 형태들이 모여있는 표면을 의미하며, 여기서 '나노 크기'는 0.1~999.9nm 크기를 의미한다. 상기 마이크로 렌즈(40)가 나노구조의 올록볼록한 표면(42)을 가짐으로써, 반사방지 효과를 가진다.

계속해서, 도 1을 참조하면, 상기 마이크로 렌즈 어레이 기판(100)은 상기 상부층(50) 하부면에 위치하는 적외선 차단 필터(60)를 더 포함할 수 있다. 상기 적외선 차단 필터(60)는 예를 들면, 네오븀과 실리콘 중에 적어도 하나의 이온 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 적외선 차단 필터(60)는 카메라 렌즈로 들어오는 빛 또는 발광소자에서 발생하는 빛으로부터 적외선을 차단시켜 가시광선만을 받거나 내보내 화질과 색상을 선명하게 할 수 있다. 상기 상부층(50)은 각각 유리기판 또는 고분자 기판일 수 있으며, 상기 유리 기판으로는 Quartz 계열, 또는 SiO2 계열일 수 있으며, 상기 고분자 기판으로는 PMMA (polymethylmethacrylate), PC (polycarbonate), COC (cycloolefin copolymer), 또는 PET (polyethylene terephthalate)일 수 있다.

상기 마이크로 렌즈 어레이 기판(100)의 하부에는 아래의 실시예들에서 설명 하는 바와 같이 발광소자가 위치할 수도 있고, 또는 카메라의 이미지 센서의 화소 전극, 칼라필터, 블랙매트릭스등이 위치할 수 있다.

도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제조하는 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들을 나타낸다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 1의 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제조하는 방법을 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 상부층(50) 상에 복수개의 마이크로 렌즈들(40)을 형성한다. 상기 마이크로 렌즈들(40)은 열 리플로우(thermal reflow) 공정이나, PDMS(polydimethylsiloxane) 및 니켈 금형을 이용하여 성형하는 복제 공정에 의해 고분자 물질로 형성될 수 있다. 이외에 상기 마이크로 렌즈들(40)은, 레이저 펄스를 이용한 에칭 방법, 포토레지스트를 사용한 리플로우(reflow) 공정, 건식에칭 방법, 이산화탄소 가스 레이저를 이용한 유리표면 가공 방법, 용해된 유리의 표면장력을 이용하는 방법, 폴리머의 레이저 증착과 이온빔 가공법, 잉크제트 기술, 포토레지스트 가열법, 그레이스케일 마스크법 또는 엠보싱 성형법에 의해 형성될 수 있다. 상기 상부층(50)은 유리 기판 또는 고분자 물질의 플라스틱 기판일 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 상부층(50)의 하부면에 적외선 차단 필터(60)를 형성할 수 있다. 상기 적외선 차단 필터(60)는 예를 들면, 저온 플라즈마 코팅 공정을 통해 네오븀과 실리콘 이온막을 형성함으로써 완성될 수 있다.

도 4를 참조하면, 도 3과 같이 적외선 차단 필터(60)가 형성된 후에 상기 매끄러운 표면(41)을 가지는 상기 마이크로 렌즈(40)에 대해 나노크기의 홀들을 가지 는 나노 마스크(30)를 식각 마스크로 이용하여 플라즈마 에칭 공정(20)을 진행한다. 상기 나노 마스크(30)는 예를 들면 양극 산화에 의해 형성된 양극 알루미늄 산화물을 포함할 수 있다. 상기 나노 마스크(30)를 이용한 플라즈마 에칭 공정(20)에 의해 상기 마이크로 렌즈(40)는 나노구조의 올록볼록한 표면(42)을 가지도록 형성될 수 있다.

또는 도 5를 참조하면, 도 3과 같이 적외선 차단 필터(60)가 형성된 후에 상기 매끄러운 표면(41)을 가지는 상기 마이크로 렌즈(40) 상에 나노 크기를 가지는 나노 구체(10)를 도포한다. 상기 나노 구체(10)는 예를 들면 100~500nm 크기를 가지는 폴리스티렌과 같은 고분자, 또는 실리카와 같은 세라믹 물질의 구체(sphere)일 수 있다. 상기 나노 구체(10)는 예를 들면, 스핀코팅(spin coating) 또는 드랍코팅(drop coating)에 의해 도포될 수 있다. 상기 나노 구체(10)를 도포한 후에, 베이킹(baking) 공정을 진행하여, 상기 나노 구체(10)를 상기 마이크로 렌즈(40)의 표면(41)에 정렬하게 한다. 그리고, 상기 나노 구체(10)를 식각 마스크로 이용하여 플라즈마 에칭 공정(20)을 진행하여 상기 마이크로 렌즈(40)가 나노 구조의 올록볼록한 표면(42)을 가지도록 만든다. 상기 플라즈마 에칭 공정(20)에 의해 상기 나노 구체(10)도 식각되어 없어질 수 있다. 상기 플라즈마 에칭 공정(20)을 진행하기 전에, RIE(Reactive ion etching) 공정 또는 ICP(Inductively coupled plasma)을 진행하여 상기 나노 구체(10)의 간격을 적절하게 넓힐 수 있다.

이로써, 반사방지 기능과 적외선 차단 기능을 가져 광효율 증대와 선명한 화질을 구현할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이 기판(100)을 제조할 수 있다. 상기 방 법에 있어서, 상기 적외선 차단 필터(60)를 형성하는 단계와 상기 나노 구조의 올록볼록한 표면(42)을 만드는 단계의 순서는 서로 바뀔 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 평면도를 나타낸다. 도 7는 도 6을 I-I선으로 자른 단면도를 나타낸다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판(101)은 도 1과 같이, 상부층(50) 상에 나노구조의 올록볼록한 표면(42)을 가지는 복수개의 마이크로 렌즈 어레이(40)를 가지며, 상기 상부층(50) 하부면에는 적외선 차단필터(60)가 형성된다. 상기 적외선 차단 필터(60) 하부에는 굴절률조화물질층(70)과 하부층(80)이 위치하며, 상기 하부층(80) 하부의 소정 영역에는 발광 소자(90)가 위치한다. 상기 발광 소자(90)는 발광 다이오드 또는 유기 발광 다이오드일 수 있다. 상기 상부층(50)과 상기 하부층(80)은 각각 유리기판 또는 고분자 기판일 수 있으며, 상기 유리 기판으로는 Quartz 계열, 또는 SiO2 계열일 수 있으며, 상기 고분자 기판으로는 PMMA (polymethylmethacrylate), PC (polycarbonate), COC (cycloolefin copolymer), 또는 PET (polyethylene terephthalate)일 수 있다. 상기 굴절률 조화 물질층(70)은 상기 상부층(50)과 상기 하부층(80)의 굴절률을 보정할 수 있는 굴절률을 가지는 물질로 이루어지며, 예를 들면 유리의 굴절률과 유사한 오일(oil)일 수 있으며, 굴절률은 예를 들면 약 1.5일 수 있다. 본 실시예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판(101)에서는 발광소자(90)의 중심과 수직으로 중첩되는 위치에 마이크로 렌즈(40)가 위치한다.

이와 같이 도 6과 도 7에서 개시된 마이크로 렌즈 어레이 기판(101)은, 적외선차단필터를 포함하지 않으며 나노구조의 올록볼록한 표면이 아닌 매끄러운 표면을 가지는 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 기판에 비해, 휘도(luminance)가 색의 변화없이 25%까지 향상될 수 있다. 또한 경사각(또는 시야각)에서는, 50도 경사각의 경우, 휘도가 20%까지 향상될 수 있으며, 60도나 80도의 경우, 휘도는 25%~60% 까지 향상될 수 있는 효과를 줄 수 있다.

도 6 및 도 7의 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판(101)을 제조하는 과정은 도 2 내지 도 4 또는 도 2, 3 및 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 상부층(50), 적외선차단필터(60), 마이크로렌즈(40) 및 를 형성한 후에, 상기 적외선 차단 필터(60) 하부에, 하부층(80)을 결합시키고, 상기 적외선 차단 필터(60)과 상기 하부층(80) 사이에 굴절률 조화물질층(70)을 주입할 수 있다. 그 후에 상기 하부층(80)의 하부면에 발광소자(90)를 부착시킨다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 평면도를 나타낸다. 도 9는 도 8을 II-II선으로 자른 단면도를 나타낸다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판(102)에서는 발광 소자(90)의 중심과 중첩되는 위치에서 상부층(50)의 상부 표면이 노출되는 것을 특징으로 한다. 그 외의 구성은 위의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 기판(101)과 동일하다. 상기 마이크로 렌즈 어레이 기판(102)과 같이, 상기 발광 소자(90)의 중심과 중첩되는 위치에서 상기 상부층(50)의 상부 표면이 노출되면, 즉, 마이크로 렌즈들(40) 사이에서, 상기 발광 소자(90)의 중심과 중첩 되는 위치에서 중심 공동(95)이 위치하면, 상기 발광 소자(90)로부터 출력되는 빛이 상기 중심 공동(95)으로 더 많이 출력되어 전체적으로 휘도가 향상될 수 있다. 구체적으로, 이 경우, 전체 시야각에서 휘도가 최대 40%까지 향상될 수 있다.

본 실시예에 따른 상기 마이크로 렌즈 어레이 기판(102)을 형성하는 방법에서는, 상기 발광 소자(90)의 중심과 중첩되는 위치에서 상기 상부층(50)의 표면에 마이크로 렌즈(40)를 형성하지 않는다. 그 외의 형성 과정들은 위의 과정과 동일하다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 복합 기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 단면도를 나타낸다.

도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제조하는 방법을 순차적으로 나타내는 단면도들을 나타낸다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 1의 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판을 제조하는 방법을 나타내는 단면도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 평면도를 나타낸다.

도 7는 도 6을 I-I선으로 자른 단면도를 나타낸다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 평면도를 나타낸다.

도 9는 도 8을 II-II선으로 자른 단면도를 나타낸다.

Claims (11)

  1. 상부층;
    상기 상부층 상에 위치하되, 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 표면을 가지는 복수개의 마이크로렌즈들;
    상기 상부층 하부에 위치하는 하부층;
    상기 하부층과 상기 상부층 사이에 개재된 굴절률조화물질층; 및
    상기 하부층하부의 소정 부분에 위치하는 발광소자를 포함하되,
    상기 마이크로 렌즈들은 상기 발광 소자의 중심과 중첩되는 위치에서 상기 상부층의 표면을 노출하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부층 하부에 위치하는 적외선 차단필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 기판.
  3. 삭제
  4. 상부층 상에 복수개의 마이크로렌즈들을 형성하는 단계; 및
    상기 마이크로렌즈의 표면을 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 형태로 만드는 단계를 포함하되,
    상기 마이크로렌즈의 표면을 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 형태로 만드는 단계는,
    나노 구체를 상기 마이크로 렌즈 표면에 도포하는 단계;
    상기 상부층을 베이킹(baking)하는 단계; 및
    상기 나노 구체를 식각 마스크로 이용하여 상기 마이크로 렌즈 표면에 대해 플라즈마 에칭 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부층 하부면에 적외선 차단 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부층 하부면에 적외선 차단 필터를 형성하는 단계는, 저온 플라즈마 코팅 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
  7. 상부층 상에 복수개의 마이크로렌즈들을 형성하는 단계; 및
    상기 마이크로렌즈의 표면을 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 형태로 만드는 단계를 포함하되,
    상기 마이크로렌즈의 표면을 나노구조의(nanostructured) 올록볼록한 형태로 만드는 단계는, 나노 크기의 홀들을 가지는 나노 마스크를 이용하여 플라즈마 에칭 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 나노 마스크는 양극 산화에 의해 형성된 나노홀을 포함하는 양극 알루미늄 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판 의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 나노구체는 100nm~500nm의 직경을 가지는 구체이며, 고분자 또는 세라믹 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 적외선 차단 필터 하부에, 하부층을 결합시키는 단계;
    상기 적외선 차단 필터와 상기 하부층 사이에 굴절률 조화 물질층을 주입하는 단계; 및
    상기 하부층의 하부면에 발광 소자를 부착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능 마이크로 렌즈 어레이 기판의 제조 방법.
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