KR101724189B1

KR101724189B1 - 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101724189B1
Application number: KR1020147032239A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 카스트
Original assignee: 에베 그룹 에. 탈너 게엠베하
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2017-04-06
Also published as: US9817216B2; EP2855131A1; KR20150003342A; WO2013178263A1; CN104364069B; US20150130095A1; JP6022044B2; CN104364069A; JP2015524083A; EP2855131B1; SG2014012967A

Abstract

본 발명은 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈(10)를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은:
- 마이크로렌즈(10)를 엠보싱하기 위하여 제공된 렌즈 재료, 특히 경화성 유체(2), 바람직하게는 유체 형태의 폴리머를, 마이크로렌즈(10)를 엠보싱하기 위해 제1 다이(3)의 제1 엠보싱 면(3o) 위에 분포된 복수의 제1 렌즈 몰드(5)에 제공하는 단계;
- 제1 다이(3) 및 상기 제1 다이(3)의 맞은편에 배열되며 특히 X-Y 평면에서 평행하게 위치된 제2 다이(4)를, 특히, 위치 조절에 의해, X-Y 평면에 대해 실질적으로 수직으로 형성된 Z-방향에서 서로를 향해 이동시키는 단계;
- 렌즈 재료의 형태를 형성하고 경화시킴으로써 마이크로렌즈(10)를 엠보싱하는 단계를 포함하며,
상기 형태를 형성하는 단계는 제1 및 제2 엠보싱 면(3o, 4o)을 렌즈 재료의 두께(D₁)까지 서로를 향해 이동시킴으로써 수행되는데, 각각의 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료는, 적어도 경화 단계 동안, X-Y 평면에서 인접한 각각의 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료로부터 분리되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A PLURALITY OF MICROLENSES}

본 발명은 청구항 제1항에 따른 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 제8항에 따른 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

마이크로렌즈는 주로, 예를 들어, 휴대폰 카메라와 같은 광학 초점 장치(optical focusing apparatus)를 필요로 하는 장치들에서 이용된다. 소형화하려는 요구 때문에, 마이크로렌즈의 기능 영역(functional area)은 점점 더 작아지고 있다. 마이크로렌즈가 더욱더 소형화될수록, 광학적으로 정밀하게 제조하는 것은 점점 더 어려워지는데, 마이크로렌즈를 이상적으로 대량 생산하기 위한 비용이 현저하게 증가하기 때문이다. 종래 기술에 의하면, 마이크로렌즈는 예를 들어, 제 US 6,846,137 B1 호, 제 US 5,324,623호, 제 US 5,853,960호 및 제 US 5,871,888호에 설명된 제조 방법들에 의해 캐리어 기질(carrier substrate) 위에서 생산된다. 상기 방법들에 의하면, 원리에 따라 특정 두께가 요구되고, 마이크로렌즈를 통과하는 광선(light)은 렌즈를 통과할 뿐만 아니라 캐리어 기질도 통과해야 한다. 고품질 및 고해상도와 함께, 광학 축(optical axis), 따라서 빔 경로(beam path)를 따라 형성되는 광학 장치(optics)의 개수 및 두께에 의존하는 높은 휘도가 동시에 요구되기 때문에, 마이크로렌즈는 추가로 최적화되어야 한다.

마이크로렌즈의 정밀한 형상이 특히 중요하다. 상기 정밀한 형상은, 다이(die)와 정확하게 반대 구성(negative)이 되어야 하는 마이크로렌즈로서 정의된다. 마이크로렌즈가 경화되는 공정(curing process) 동안에 매우 자주 마이크로렌즈의 정밀한 형상은 유지되지 않는 데, 이는 마이크로렌즈와 다이 사이에서 마이크로렌즈가 수축(shrinkage)하고 이에 따라 부피 차(differential volume)가 발생하기 때문이다.

우수한 마이크로렌즈의 또 다른 중요한 특성은 광학 축(optical axis)이다. 마이크로렌즈가 정확한 광학 축을 형성하려면 캐리어에 대한 다이의 웨지 오차(wedge fault)를 제거하는 것이 중요한데, 엠보싱(embossing) 과정 동안에 웨지 오차가 존재하면 광학 축이 캐리어에 대해 수직으로 정확하게 형성될 수 없기 때문이다.

본 발명의 목적은, 마이크로렌즈(microlense)를 특히 대량 생산 방식으로 제조하고 높은 제조 정밀도, 특히, 정확한 형상 및 정밀하게 정렬된 광학 축을 형성하는 장치 및 방법을 제시하는 것이다.

상기 목적은, 청구항 제1항 및 제8항의 특징들로 구현된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에 제공된다. 본 명세서의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및/또는 도면들에 제공된 특징들 중 2개 이상을 조합해도 본 발명의 범위 내에 있게 된다. 제공된 값 범위에서, 표시된 한계(limit) 내에 있는 값들은 경계값들로서 기재되며 이들을 임의로 조합해도 청구될 수 있을 것이다.

본 발명의 기본 개념은 (마이크로렌즈 분야의) 한 방법에 따라 제조된 복수의 마이크로렌즈를 동시에 엠보싱하고 경화시키는 것이며, 경화 공정을 위해 개별 마이크로렌즈가 공간적으로 서로 분리되어야 한다. 이런 방식으로, 경화 및 엠보싱과정 동안 형성된 임의의 오차(fault)는 개별 마이크로렌즈에만 국한되며 누적되지(cumulative) 않는다. 또한, 마이크로렌즈를 서로 분리하기 위한 분리 단계가 생략될 수 있는 긍정적인 효과가 제공된다. 종종 시스템에 따라 상기 분리 단계는, 다이에 의해 공간적으로 분리되거나 개별적인 제공(separate application)에 의해 수행된다.

또한, 모든 마이크로렌즈의 정확한 형태를 보장하기 위하여 본 발명에 따라 마이크로렌즈를 서로 분리시키는 것은, 능동적인(active) 힘-조절 다이 조절장치를 필요로 한다. 마이크로렌즈가 서로 분리되지 않으면, 마이크로렌즈가 경화되고 이에 따라 시작되는 수축 공정(shrinkage process) 동안에 재료가 웨이퍼(wafer)의 전체 길이에 걸쳐 수축되며, 따라서 위치에 따라 서로 상이한 강도(intensity)의 수축이 발생되며, 이와 같은 수축은 전체 웨이퍼에 걸쳐 적어도 보상(compensated)될 수 없다.

경화 과정이 완전히 종료되어 마이크로렌즈의 형상변화가 더이상 발생하지 않을 때까지 경화과정 동안 다이가 능동적으로 따라서 제어된 상태로 계속해서 엠보싱 공정을 수행할 때 윤곽 정밀도(contour accuracy)가 구해질 수 있다.

본 발명을 따르는 실시예의 방법을 위한 단계들은 하기 순서로 제공된다.

마이크로렌즈를 엠보싱(embossing)하기 위하여 제공된 렌즈 재료, 특히 경화성 유체(curable material), 바람직하게는 유체 형태의 폴리머(polymer)를, 마이크로렌즈를 엠보싱하기 위해 제1 다이(die)의 제1 엠보싱 면(embossing side) 위에 분포된(distributed) 복수의 제1 렌즈 몰드(lense mold)에 제공하는 단계,

제1 다이 및 상기 제1 다이의 맞은편에 배열되며 특히 X-Y 평면에서 실질적으로 평행하게 배열된 제2 다이를, X-Y 평면에 대해 실질적으로 수직으로 형성된 Z-방향을 따라 서로 상하로(on top of one another) 이동시키는 단계,

엠보싱 재료(embossing material)를 렌즈 몰드에 완전히 채운(filling) 후에 엠보싱 공정이 개시될 때, 2개의 다이들 중 한 개의 다이를 제어하는 3개 이상의 액츄에이터(actuator)로부터 측정된 평균 힘 값을 기록하는 단계,

경화공정이 개시될 때 결정된 힘의 크기가 경화공정 동안 동일하게 유지되거나 적어도 크게 유지되어 서로 아래위에 위치한 다이들의 이동에 의해 렌즈 재료가 임의로 수축되는 것이 보상될(compensated) 수 있도록 렌즈 재료를 경화시키고 동시에 2개의 다이들을 서로 상하로 추가로 이동시켜서 2개의 다이들이 가지는 상대 거리를 재조정한다.

본 발명을 따르는 장치는 하기 특징들을 가진다.

제1 다이의 제1 엠보싱 면 위에 분포된 제1 렌즈 몰드를 가진 제1 다이,

상기 제1 엠보싱 면으로부터 멀어지도록 향하는(face away from) 제1 수용 면 위에 제1 다이를 수용하는 제1 수용 장치,

엠보싱 면으로부터 멀어지도록 향하는 수용 면 위에 제2 다이를 수용하는 제2 수용 장치,

마이크로렌즈를 엠보싱하기 위하여 제공된 렌즈 재료, 특히 경화성 유체, 바람직하게 유체 형태의 폴리머를 제1 렌즈 몰드에 제공하기 위한 제공 수단(application means),

렌즈 재료를 성형하고(shaping) 경화시켜서 마이크로렌즈를 엠보싱하기 위한 엠보싱 수단(embossing means)을 포함하며, 상기 성형 단계는, 특히 제1 다이와 제2 다이를 서로에 대해 위치 제어(position control)하여 제1 다이와 제2 다이가 Z-방향을 따라 서로 상하로 이동하고 특히, 렌즈 재료의 두께(D₁)까지 이동하여 수행되고, 엠보싱 단계 동안 엠보싱 힘(embossing force)을 측정하기 위한 측정 수단(measurement means)이 제공되며, 상기 측정 수단에 의해 적어도 경화 단계 동안 상기 제1 다이와 제2 다이가 힘 제어(force control) 및 위치 제어(position control)되어 엠보싱 과정이 제어될 수 있다.

본 발명에서, 전체적으로, 다이는 유체와 접촉하고 유체를 성형하고 경화할 수 있는 요소(element)로서 정의된다. 따라서, 특히, 심지어 아직 구성되지 않았다 하더라도, Si, 유리 또는 그 외의 다른 재료로 구성된 단순한 평면 웨이퍼(planar wafer)가 다이로서 고려될 수도 있다.

본 발명의 장치 및 방법에 따르면, 적어도 경화 단계 동안 각각의 마이크로렌즈의 렌즈 재료가, X-Y 평면에서 각 마이크로렌즈와 인접한 렌즈 재료로부터 분리되는 것을 특징으로 한다. 제1 엠보싱 면에 의해 형성되는 X-Y 평면의 X-방향이 X-Y 평면의 Y-방향에 대해 수직으로 형성된다.

본 발명의 특징을 따르는 제어는, 본 발명의 장치에 포함되거나 바람직하게 상기 장치와 일체로 형성된(integrated) 제어 장치에 의해 수행된다. 상기 제어 장치는, 제어 장치를 위해 제공된 센서 또는 감지 수단(detection means)으로부터 신호를 수신하고 상응하는 제어 신호를 본 발명에 따른 방법을 수행하는 장치의 요소들로 전송한다.

일체로 형성된 제어 장치는, 2개의 다이들이 서로 상하로 이동하여 따라서 상대 운동(relative movement)이 가능하도록 2개의 다이들 중 하나 이상을 이동시킬 수 있는 위치 제어기(position controller)로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 두 개의 다이들의 엠보싱 면에 형성된 표면 압력 및 표면 힘을 결정하기 위해 세 개 이상의 힘 트랜스듀서(force transducer)들이 본 발명의 장치내에 설치된다.

적어도 경화 과정 동안 위치제어뿐만 아니라 힘 제어가 수행되고 경화 과정 동안 렌즈 재료의 수축을 보상하는 엠보싱 힘이 형성되도록 상기 표면 힘이 제어된다. 상기 렌즈 재료의 수축은 엠보싱 힘의 제어에 의해 보상되도록 상기 엠보싱 힘은 경화과정 동안 동일하게 유지되거나 위치에 의존하거나 시간에 의존하는 제어에 의해 증가되는 것이 바람직하다.

마이크로렌즈의 형상은, 한편으로 제1 렌즈 몰드에 의해 결정되고, 다른 한편으로 본 발명에 따라 특히 제2 렌즈 몰드를 가지는 제2 다이에 의해 결정될 수 있다. 제1 렌즈 몰드는, 특히, 볼록하거나 또는 오목하게 굽어지며, 제2 다이는 평면의(planar) 엠보싱 표면을 가진다. 따라서, 렌즈 몰드 또는 다이는 마이크로렌즈의 반대 구성(negative)을 가진다.

본 발명에 따르면, 마이크로렌즈의 렌즈 재료는, 각각의 마이크로렌즈에 대해 제공 단계(application)로부터 경화 단계까지, 바람직하게 본 발명에 따른 전체 방법 단계 동안, 개별적으로 배열된다(arranged separately). 달리 말하면, 본 발명에 따르면, 마이크로렌즈의 렌즈 재료는 서로 직접 연결되지 않는다.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치 및 방법에 따라, 경화 단계 동안, 2개의 다이가 서로를 향해 힘 제어 및 위치 제어되어 이동하여, 마이크로렌즈의 수축은 재압축된 재료(recompressed material)에 의해 보상된다.

상기 실시예 외에도 또는 대안으로, 한 바람직한 실시예에 따르면, 경화 단계 및/또는 엠보싱 단계 동안, 제2 엠보싱 면에 대해 제1 엠보싱 면이 X-Y 평면에서 정렬(alignment)된다. 이를 위해 상기 장치는, 다이들이 서로를 향해 병진운동(translational movement)할 뿐만 아니라 회전 운동을 하는 측정 테이블(calibration table)을 포함한 수용 장치를 가진다.

상기 실시예 외에도 또는 대안으로, 한 바람직한 실시예에 따르면, 경화 단계 전에 및/또는 엠보싱 단계 전에 엠보싱 면들을 평행하게 정렬(parallel alignment)하기 위한 웨지 오차 보상 수단(wedge fault compensation means)이 제공된다. 상기 웨지 오차 보상 수단에 의해 각각의 마이크로렌즈의 광학 축은 정확하며 재형성될 수 있고 정밀한 수직 위치가 형성된다.

상기 웨지 오차 보상 또는 정렬 또는 Z-보정(correction)은, 다이의 제1 엠보싱 면과 제2 엠보싱 면 사이의 거리의 특정 값에 도달할 때까지(after falling short of) 연속으로 수행된다. 본 발명에 따라, 렌즈 웨이퍼의 엠보싱 또는 경화 단계 바로 직전에 정렬 또는 보정 또는 보상이 수행되는 것이 바람직하며, 경화 단계 동안에, 마주보는 두 개의 엠보싱 면들사이에 최소 가능 거리(minimum possible distance)가 존재하며, 엠보싱 면에 대해 견고한(rigid) 위치 감지 장치를 사용하여, 엠보싱 면의 위치가 매우 정밀하게 감지되고, 따라서, 웨이퍼와 다이의 위치가 매우 정밀하게 감지될 수 있다. 서로에 대한 각각의 엠보싱 면과 다이의 위치를 감지함으로써, 보상 수단과 다이들의 정렬수단이 정밀하게 제어될 수 있다. 이에 따라, 성형 단계(shaping)는 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라 위치 제어 또는 힘 제어 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 커패시터(capacitive) 및/또는 유도(inductive) 거리 미터(distance meter) 및/또는 광학 장치, 가령, 간섭계(interferometer)에 의해 위치 감지가 수행될 수 있다.

바람직하게, 다이의 적어도 주변 변부(peripheral edge) 에서 상기 제2 엠보싱 면(4o)에 대해 제1 엠보싱 면을 X-Y 평면에서 정렬하거나 제2 엠보싱 면(4o)과 제1 엠보싱 면을 서로 평행하게 정렬하기 위하여, 다이가 해당 정렬 마크(alignment mark)를 가지면 엠보싱 면의 위치를 보다 더 정밀하게 감지할 수 있고, 정렬 마크를 엠보싱 면에 배열시키고, 특히, 엠보싱 면 내에 일체로 구성하여 수평으로 배열시켜서 정렬 마크들 사이의 거리가 가능한 최소가 된다. 따라서, 본 발명을 따르는 감지 수단, 특히 광학 장치 형태의 감지 수단, 바람직하게, 현미경에 의해 수행되는 위치 감지의 정밀도(accuracy)가 실질적으로 증가된다.

렌즈 재료가 전자기 광선(electromagnetic ray), 특히, 광선(light)에 대해 투명하여, 이에 따라 정렬 과정 동안 렌즈 재료를 통해 위치 감지가 수행되며 렌즈 아래에 마크가 위치하는 것이 바람직하다. 이후, 이것은, 액체-내 정렬(in-liquid alignment)로 지칭되며, 이러한 측정(measure)은 다이의 엠보싱 면과 정렬 마크의 위치를 감지하기 위해 본 발명에 따라 제공된 위치 감지 수단, 특히, 광학 장치의 초점(focus)의 일정 범위의 깊이를 제공하고, 상기 범위는 특히, 멀티플라이어(multiplier)로서 유체의 굴절(refraction) 지수에 의해 확대된다(enlarged).

그 결과, 상기 제2 엠보싱 면에 대해 제1 엠보싱 면을 X-Y 평면에서 정렬하거나 제2 엠보싱 면과 제1 엠보싱 면을 서로 평행하게 정렬하기 위하여, 광학 위치 감지 수단, 특히, 광학 장치가 있는 경우에, 제2 엠보싱 면에 대해 제1 엠보싱 면을 X-Y 평면에서 정렬하거나 제2 엠보싱 면과 제1 엠보싱 면을 서로 평행하게 정렬하는 동안, 제1 다이의 엠보싱 면 또는 정렬 마크 및 제2 다이의 엠보싱 면 또는 정렬 마크는 동시에 특히, 다이에 대해 견고하게 형성된 광학 위치 감지 수단의 초점 깊이(focus depth)의 범위에 위치된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 위치 감지 동안 또는 정렬 및 형태 성형 단계 동안에 위치 감지 수단을 변경(shift)시킬 필요가 없고, 이에 따라 위치 감지 수단 자체는 제2 다이에 대한 제1 다이의 상대 위치에 영향을 미치지 않으며 따라서 추가적인 오차발생(fault source)이 제거된다. 종래 기술에서는, 더 넓은 범위의 초점 깊이를 가진 견고한 위치 감지 수단 또는 더 좁은 범위의 초점 깊이를 가진 이동가능한 위치 감지 수단이 사용되어야 하는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점은 본 발명에 따라 상기와 같이 해결된다.

Z-방향에서 제1 다이의 엠보싱 면(또는 정렬 마크)과 제2 다이의 엠보싱 면(또는 정렬 마크) 사이의 거리가 0보다 더 크고 이와 동시에 위치 감지 동안 Z-방향에서 초점 깊이의 범위보다는 더 작기 때문에, 감지 정밀도(detection accuracy)가 개선되고 향상된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 액적(droplet)의 제공(application)에 의해 렌즈 재료가 제공되는 장치 및/또는 방법이 제공되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 장치에 따라 액적 제공 수단, 특히, 액적 디스펜서(droplet dispenser)가 제공된다. 이러한 액적 제공 수단을 사용하면, 각각의 마이크로렌즈에 대해 각각의 렌즈 재료의 양을 정확하게 측정하는 것이 조절될 수 있다. 이러한 조절은 제어 장치에 의해 수행된다.

마이크로렌즈 분야의 각각의 마이크로렌즈의 렌즈 재료의 분리는, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라, 경화 단계 동안 인접한 마이크로렌즈의 렌즈 재료의 분리를 위해 제1 렌즈 몰드를 적어도 부분적으로 둘러싸거나, 특히 완전히 둘러싸는 자유 공간(free space)에 의해 수행된다. 따라서, 마이크로렌즈의 렌즈 재료는 공간에서 서로 적어도 대부분 분리되거나, 바람직하게 서로 완전히 분리된다.

본 발명에 따르면, 경화 단계 동안 마이크로렌즈의 수축(shrinkage)은
특히 제2 엠보싱 면에 대해 제1 엠보싱 면을 X-Y 평면에서 정렬하기 위한 수단 및/또는 제2 엠보싱 면과 제1 엠보싱 면을 서로 평행하게 정렬하기 위한 수단 및/또는 Z-보정 및/또는 위치 감지 수단에 의해 보상되며, 마이크로렌즈의 정밀도가 현저하게 증가된다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 장치 및/또는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조되고 하기 특징들을 포함하는 마이크로렌즈 분야에 관한 것이다.

제2 다이가 특히 평평한 기판(flat substrate), 바람직하게는 웨이퍼로서 형성되며, 제2 다이는 상기 제2 다이로부터 경화되고 엠보싱되며 제2 다이 위에서 서로 분리되어 위치되는 복수의 마이크로렌즈를 포함한다.

특히, 제2 다이는, 특히 엠보싱 면 위에서, 바람직하게 적어도 제2 다이의 주변 변부(edge)에서 제2 엠보싱 면에 대해 제1 엠보싱 면을 X-Y 평면에서 정렬하거나 제2 엠보싱 면과 제1 엠보싱 면을 서로 평행하게 정렬하거나 Z-보정을 하기 위한 정렬 마크를 가진다.

엠보싱 재료와 2개 다이 중 하나 사이에 형성되는 접착(adhesion)은 다른 다이보다 더 큰 것이 바람직하다. 이에 따라 다이 중 하나를 제거함으로써 몰드로부터 렌즈를 제거하는 것이 보장되며, 마이크로렌즈는 한 다이 위에만 접착된 상태로 유지된다. 마이크로렌즈가 유지되는 다이가 하부 다이(lower die)인 것이 바람직하다.

형태의 성형(shaping) 단계 후에, 상이한 방식으로 렌즈의 추가적인 처리(processing)가 수행된다.

추후 공정에서 제거될 수 있도록 하기 위하여 렌즈가 이송되는(transported) 하부 다이로서 임시 캐리어(temporary carrier)를 사용하는 것이 바람직하고 고려될 수 있다.

예를 들어, 렌즈를 수용하고 렌즈를 또 다른 웨이퍼 위에 배열시키기 위하여 플립-칩 본더(flip-chip bonder)가 사용될 수 있다. 이에 따라, 렌즈가 적재될 수 있으며(stacked) 렌즈에는 구멍(aperture) 등이 제공될 수도 있다.

또 다른 가능성은, 마이크로렌즈가 영구적으로 유지되는 하부 다이로서 투명 웨이퍼(transparent wafer)를 사용하는 것이다. 또 다른 단계에서, 상응하는 "백본(backbone)" 베이스로 몇몇 개별 마이크로렌즈를 얻기 위하여 개별 구성요소 영역의 절단(cutting) 단계가 수행된다.

또한, 본 발명의 방법에 따라 기술된 특징들은 본 발명의 장치에 따라 기술된 것으로 간주되어야 하며, 그 반대로서, 본 발명의 장치에 따라 기술된 특징들은 본 발명의 방법에 따라 기술된 것으로도 간주되어야 한다.

본 발명의 그 외의 다른 이점, 특징 및 세부 내용들은 첨부된 도면들을 참조하여 밑에서 기술한 본 발명의 대표적인 바람직한 실시예들로부터 자명하게 될 것이다.

도 1a는 본 발명에 따라 마이크로렌즈 분야에서 신규한 마이크로렌즈를 제조하기 위해 렌즈 재료 제공 방법의 제1 단계에 있는 본 발명의 장치를 개략적으로 도시한 측단면도.
도 1b는 본 발명에 따른 위치 감지 수단에 의해 본 발명에 따라 X-Y 평면내에서 정렬되는 방법 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 1c는, 엠보싱 수단을 이용한 본 발명의 엠보싱 방법 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 1d는, 경화 수단을 이용한 본 발명의 경화 방법 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 1e는 본 발명에 따라 엠보싱되고 경화된 마이크로렌즈 영역을 개략적으로 도시한 도면.

도면에서, 본 발명의 실시예들에 따라 상기 특징부들을 식별하도록 본 발명의 특징부들이 도면부호로 표시되며, 동일한 기능 또는 동일한 효과가 있는 기능을 가진 구성요소 또는 특징부들은 동일한 도면부호로 표시된다.

도 1a 내지 1e는, 렌즈 재료, 특히 경화성 유체(2), 이 경우 폴리머로부터 복수의 마이크로렌즈(10)(도 1e 참조)를 제조하기 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따라 본 발명에서 청구되는 방법 단계들을 도시한다.

도 1a는 도시되지 않은 제1 수용 장치에 수용되는 제1 다이(3)를 도시하며, 상기 제1 수용 장치는 제1 엠보싱 면(3o)으로부터 멀어지도록 향하는 한 수용 면(3a) 위에 제1 다이(3)를 수용한다. 상기 제1 수용 장치가 이동하고 따라서 제1 다이(3)가 이동하는 것은 도시되지 않은 컨트롤 장치에 의해 제어된다.

도 1a을 참고할 때 마이크로렌즈(10)를 엠보싱하기 위한 경화성 유체(2)의 제공 방법의 제1 단계에서, 액적 디스펜서(droplet dispenser)(1)를 이용하여 경화성 유체(2)가 경화성 유체(2)의 중량에 의해 제공될 수 있도록 제1 엠보싱 면(3o)은 상부 방향을 향하여 배열된다.

상기 제공 단계는, 유체 내에서, 제1 엠보싱 면(3o) 위에 분배된 복수의 제1 렌즈 몰드(5)에 비-경화 형태(uncured form)로 수행된다. 예시된 대표적인 실시예에서 제1 렌즈 몰드(5)의 엠보싱 표면(5o)은 제조되어야 하는 마이크로렌즈(10)에 대해 반대 구성(negative)으로서 오목한 형태를 가진된다(shaped concavely). 경화성 유체(2)는 액적 디스펜서(1)에 의해 각각의 마이크로렌즈(10)가 각각의 제1 렌즈 몰드(5)에 제조될 수 있도록 개별적으로 제공된다. 액적 디스펜서(1)는 컨트롤 장치에 의해 조절되며 정확하게 정해진 양의 경화성 유체(2)가 각각의 제1 렌즈 몰드(5)에 제공된다.

도 1b에 도시된 그 다음 방법 단계에서, 제1 다이(3)는 180°만큼 회전(플립)되어 수용 면(3a)이 위를 향하게 된다. 제1 다이의 회전은, 예를 들어, 각각의 장치로서 사용되는 로봇 암에 의해 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 제1 다이(3)는 회전되지 않으며 상부로부터 다이(4)에 접근하는 것도 고려해 볼 수 있다.

제1 다이(3)는 제2 다이(4)의 제2 엠보싱 면(4o)의 맞은편에 위치되며, 상기 제2 엠보싱 면은 위를 향하며, 제1 다이(3)는 상응하는 제1 다이(3)의 제1 정렬 마크(6, 6') 및 제2 다이(4)의 제2 정렬 마크(7, 7')에 의해 정렬된다.

정렬 마크(6, 6', 7, 7')는 제1 및 제2 다이(3, 4)의 한 주변 에지(3u, 4u) 위에 위치하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 제1 렌즈 몰드(5)에 의해 덮히는 영역의 외측면에 위치된다.

이를 위하여, 제1 다이(3)를 제2 다이(4)에 대해 정렬하기 위해, 정렬수단들 및 2개의 현미경(8,9) 형태의 감지 수단이 제공된다. 상기 정렬 수단은 제1 다이(3) 또는 제2 다이(4)를 하나의 X-방향, 하나의 Y-방향 및 하나의 회전 방향으로 정렬시키고 수평면(X-Y 평면)에 대한 제1 다이 및 제2 다이의 각위치(angular position)를 정렬시킨다. 상기 각위치는 웨지 오차 보상 수단(wedge fault compensation means)에 의해 정렬되며, 상기 웨지 오차 보상 수단은 제1 및 제2 엠보싱 면(3o, 4o)들을 이상적으로 평행하게 정렬하기 위해 제공된다. 제1 다이(3) 및 제2 다이(4)의 상대 위치 및/또는 절대 위치를 감지하는 감지 수단 및 선택적인 다른 센서들의 값들이 제공되는 제어 장치에 의해 제2 엠보싱 면(4o)에 대해 제1 엠보싱 면(3o)이 X-Y 평면에서 정렬되거나 제2 엠보싱 면(4o)과 제1 엠보싱 면(3o)이 서로 평행하게 정렬된다.

제2 다이(4)는 도시되지 않은 수용 장치에 의해 수용된다. 제1 및 제2 수용 장치는, 특히, 제1 및/또는 제2 다이(3 또는 4)를 고정하는 흡입 경로(suction path)가 있는 척(chuck)으로서 형성될 수 있다. 제1 및/또는 제2 다이(3, 4)는, 특히, 웨이퍼로서 형성될 수 있는데, 예시된 대표적인 실시예에서 제2 다이(4)는 평면의 제2 엠보싱 면(4o)을 가진다. 본 발명에 따르면, 제2 엠보싱 면(4o)은 제1 다이(3)의 제1 렌즈 몰드(5)에 대해 상응하는 위치들에 위치된 제2 렌즈 몰드를 가질 수 있다.

다음에, 제1 다이(3)와 제2 다이(4)가 Z-방향을 따라 서로를 향해 이동한다. 제1 다이와 제2 다이가 서로를 향해 이동하는 동안 특히, 연속적으로 이동하는 동안, 또 다른 다이들의 정렬 및/또는 웨지 오차 보상 단계가 수행된다.

상기와 같이 서로를 향해 이동하는 것은 경화성 유체(2)의 두께(D₁)까지 수행되며, 상기 두께는 해당 제1 및 제2 정렬 마크(6, 7 또는 6', 7') 사이의 거리(d_A)를 측정하거나 다이의 표면(4o, 3o)이 평평한 그 외의 다른 적절한 위치에서 감지되는 것이 바람직하다(도 1c 참조).

도 1d에 도시된 방법 단계에서, 경화성 유체(2)는 제1 다이(3) 및/또는 제2 다이(4)를 통과하는 (UV 광선 형태의)경화 수단에 의해 경화된다. 본 발명에 따르면, 경화 단계 동안 서로에 대한 두 다이의 재-조절 위치 및 힘이 측정되는데, 상기 힘은 동일하게 유지되거나 적어도 증가한다.

경화 단계는 임의 타입의 전자기 방사선(electromagnetic radiation) 특히, UV 광선에 의해 수행될 수 있다. 열경화(thermal curing) 또는 그 외의 다른 또 다른 타입의 경화 단계도 고려해 볼 수 있다. 경화 단계의 타입은 사용되는 재료에 대부분 좌우되며 당업자 모두에게 알려져있다.

다이들의 정렬 및 웨지 오차 보상 이외에, 특히, X-방향 및 Y-방향으로 수축시키는 것뿐만 아니라 경화성 유체(2)를 적어도 Z-방향으로 수축(shrinkage)시키는 단계가 고려되며, 마이크로렌즈(10)가 완벽한 광학 특성을 가지고 수축에 의해 어떠한 덴트(dent) 또는 오차(fault)도 형성되지 않도록 마이크로렌즈(10)의 두께(D₂)가 설정된다.

두께(D₁ 및 D₂)는, 특히, Z-방향으로의 렌즈의 최대 두께에 상응한다.

경화 단계가 종료되는 즉시, 제1 다이(3)는 제2 다이(4)로부터 분리되며(detached) 본 발명에 따라 서로 분리되어 있던 마이크로렌즈(10)는 제2 다이(4) 위에 유지된다. 본 발명에 따르면, 경화 단계 후에, 기계적 분리(mechanical separation) 단계는 생략될 수 있다.

마이크로렌즈의 분리는, 엠보싱 표면(5o)들 사이의 거리(A)에 의해 수행되며, 상기 거리(A)는, 도 1e에 도시된 단계에서 경화성 유체(2)의 경화 및 엠보싱 후에, 엠보싱되고 경화된 마이크로렌즈(10)들 사이에 거리(B)가 되도록 분리 크기가 결정된다(dimensioned).

따라서, 전체 방법 순서 동안, 마이크로렌즈(10)를 위해 제공된 경화성 유체(2)와 각각의 마이크로렌즈(10)의 주변(periphery) 위에는, 경화성 유체(2)가 특정 한계 내로 수축되거나 혹은 팽창될(spread) 수 있는 자유 공간(11)이 제공된다. 따라서 광학 장치(optics)에서 결정적인 마이크로렌즈(10)의 영역(region)은 해당 성형과정에 의해 부정적인 영향을 받지 않아서, 광학 장치에서 결정적으로 중요한 마이크로렌즈(10)의 중앙 영역에서 경화성 유체(2)가 경화된 후에 상기 마이크로렌즈(10)는 각 마이크로렌즈(10)의 광학 축과 최적 형상을 가지며 상기 광학 축은 Z- 방향과 완전히 일치한다.

1 : 액적 디스펜서 2 : 경화성 유체
3 : 제1 다이 3a : 수용 면
3o : 제1 엠보싱 면 3u : 주변 에지
4 : 제2 다이 4a : 수용 면
4o : 제2 엠보싱 면 4u : 주변 에지
5 : 제1 렌즈 몰드 5o : 엠보싱 표면
6, 6' : 제1 정렬 마크 7, 7' : 제2 정렬 마크
8 : 현미경 9 : 현미경
10 : 마이크로렌즈 11 : 자유 공간
A : 거리 B : 거리
D₁ : (최대) 두께 D₂ : (최대) 두께
X : X-방향 Y : Y-방향
Z : Z-방향

Claims

렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈(10)를 제조하기 위한 방법에 있어서,
마이크로렌즈(10)를 엠보싱하기 위하여 복수의 제1 렌즈 몰드(5)들이 제1 다이(3)의 제1 엠보싱 면(3o) 위에 분포하며 상기 제1 엠보싱 면으로부터 멀어지는 방향을 향하는 제1 수용 면(3a)을 가지고, 상기 제1 렌즈 몰드(5)들에 유체 형태의 렌즈 재료가 제공되는 단계,
상기 제1 수용 면(3a)이 상부를 향하도록 상기 제1 다이(3)를 180°로 회전시키는 단계,
상기 제1 엠보싱 면(3o)에 의해 X-Y 평면이 형성되고, 상기 X-Y 평면의 X- 방향은 X-Y 평면의 Y- 방향과 수직이며 상기 X-Y 평면에 대해 수직으로 Z- 방향이 형성되고, 상기 제1 다이(3)와 마주보게 배열되고 상기 X-Y 평면과 평행하게 위치한 제2 다이(4)와 상기 제1 다이(3)가 상기 Z- 방향을 따라 서로를 향해 이동하는 단계,
상기 렌즈 재료를 성형하고 경화시켜서 상기 마이크로렌즈(10)를 엠보싱하고, 상기 제1 다이와 마주보는 상기 제2 다이의 제2 엠보싱 면(4o) 및 상기 제1 엠보싱 면(3o)이 서로를 향해 이동하여 상기 마이크로렌즈가 성형되는 단계를 포함하며, 엠보싱 과정 동안 제1 다이(3)와 제2 다이(4)를 Z- 방향을 따라 서로 상하로 이동시키는 엠보싱 힘(embossing force)이 측정 수단에 의해 측정되고, 상기 엠보싱 힘을 측정하여 엠보싱과정이 제어되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 재료가 경화되는 동안 각각의 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료는, X-Y 평면에서 각 마이크로렌즈(10)와 인접한 렌즈 재료로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 경화 단계 또는 엠보싱 단계 동안 제2 엠보싱 면(4o)에 대해 제1 엠보싱 면(3o)이 X-Y 평면에서 정렬되고, 상기 제2 엠보싱 면에 대해 제1 엠보싱 면을 X-Y 평면에서 정렬하기 위해 상기 제1 다이(3) 및 제2 다이(4)는 서로 일치하는 정렬 마크(6, 6', 7, 7')를 가지는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 렌즈 재료는 액적(droplet)을 제공함으로써 제공되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료가 경화되는 동안 각 마이크로렌즈의 렌즈재료가 마이크로렌즈와 인접한 렌즈 재료로부터 분리하기 위하여, 제1 렌즈 몰드(5)를 부분적으로 둘러싸는 자유 공간(11)이 제공되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료가 경화되는 동안, 마이크로렌즈(10)의 수축(shrinkage)이 보상되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 방법.
렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈(10)를 제조하기 위한 장치에 있어서,
제1 렌즈 몰드(5)들을 가진 제1 다이(3)를 포함하고, 상기 제1 렌즈 몰드들은 제1 다이(3)의 제1 엠보싱 면(3o) 위에 분포하며,
상기 제1 엠보싱 면(3o)으로부터 멀어지도록 향하는 제1 수용 면(3a) 위에서 상기 제1 다이(3)를 수용하는 제1 수용 장치를 포함하고,
상기 제1 수용 면(3a)이 상부를 향하도록 상기 제1 수용장치에 수용된 상기 제1 다이(3)가 로봇 암에 의해 180°로 회전되며,
제2 수용면(4a)위에서 제2 다이(4)를 수용하는 제2 수용 장치를 포함하고, 상기 제2 수용면은 제2 다이의 제2 엠보싱 면(4o)으로부터 멀어지도록 향하며,
마이크로렌즈(10)를 엠보싱하기 위하여 유체 형태의 렌즈 재료를 상기 제1 렌즈 몰드(5)들에 제공하기 위한 제공 수단을 포함하고,
상기 제1 엠보싱 면(3o)에 의해 X-Y 평면이 형성되고, 상기 X-Y 평면의 X- 방향은 X-Y 평면의 Y- 방향과 수직이며 상기 X-Y 평면에 대해 수직으로 Z- 방향이 형성되고, 상기 렌즈 재료를 성형하고 경화시켜서 상기 마이크로렌즈(10)를 엠보싱하기 위한 엠보싱 수단을 포함하고, 상기 제2 다이(4) 및 제1 다이(3)가 상기 Z- 방향을 따라 서로를 향해 이동하여 렌즈 재료가 성형되며,
엠보싱 과정 동안 제1 다이(3)와 제2 다이(4)를 Z- 방향을 따라 서로 상하로 이동시키는 엠보싱 힘을 측정하기 위한 측정 수단을 포함하고, 상기 엠보싱 힘을 측정하여 엠보싱 과정이 제어되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치.
제8항에 있어서, 상기 렌즈 재료가 경화되는 동안 각각의 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료가 X-Y 평면에서 각 마이크로렌즈(10)와 인접한 렌즈 재료로부터 분리되도록 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료가 상기 제공 수단에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서, 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료가 경화되거나 엠보싱되는 동안 상기 제2 엠보싱 면(4o)에 대해 제1 엠보싱 면(3o)이 X-Y 평면에서 정렬되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치.
제10항에 있어서, 상기 제2 엠보싱 면(4o)에 대해 제1 엠보싱 면(3o)을 X-Y 평면에서 정렬하거나 제2 엠보싱 면(4o)과 제1 엠보싱 면(3o)을 서로 평행하게 정렬하기 위해 상기 제1 다이(3)는 상기 제2 다이(4)의 제2 정렬 마크(7,7')와 일치하도록 배열된 제1 정렬 마크(6,6')를 가지는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제공 수단은 액적 제공 수단(droplet application means)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서, 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료가 경화되는 동안 인접한 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료를 분리하기 위하여, 제1 렌즈 몰드(5)를 부분적으로 둘러싸는 자유 공간(11)이 제공되는 것을 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서, 마이크로렌즈(10)의 렌즈 재료가 경화되는 동안, 마이크로렌즈(10)의 수축을 보상하기 위한 보상 수단을 가지는 특징으로 하는 렌즈 재료로부터 복수의 마이크로렌즈를 제조하기 위한 장치.