KR102289836B1 - 광학 부품의 만곡 표면 상에 (서브)마이크로 구조를 생성하기 위한 방법 및 광학 부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 부품의 만곡 표면 상에 (서브)마이크로 구조를 생성하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 하기 방법 단계들을 포함한다.
- 분리될 수 있는 강화 필름(15)을 포함하는 탄성 캐리어 필름(10)을 공급하는 방법 단계;
- (서브)마이크로 구조(35)를 포함한 모델 객체(30)를 공급하는 방법 단계;
- 캐리어 필름(10)의 전면(11) 상에 성형 필름(20)을 도포하는 방법 단계;
- 구조화된 성형 필름(25)을 형성하면서, 모델 객체(30)의 (서브)마이크로 구조(35)를 성형하는 방법 단계;
- 파지 프레임(45) 내에서, 강화 필름(15)과 함께, 구조화된 성형 필름(25)으로 코팅된 캐리어 필름(10)을 고정하는 방법 단계;
- 구조화된 성형 필름(25) 상에 전사 필름(50)을 도포하는 방법 단계;
- 캐리어 필름(10)의 배면(12)으로부터 강화 필름(15)을 분리하는 방법 단계;
- 구조화된 전사 필름(55)을 형성하면서, 전사 필름(50)으로 코팅된 구조화된 성형 필름(25) 상으로 구조화할 광학 피가공재(70)를 압착하는 방법 단계;
- (서브)마이크로 구조(35)들로 구조화된 광학 부품(75)을 형성하면서, 피가공재(70) 점착되는 구조화된 전사 필름(55)을 경화하는 방법 단계; 및
- 성형 필름(25)에서 구조화된 광학 부품(75)을 떼어내는 방법 단계.
- 분리될 수 있는 강화 필름(15)을 포함하는 탄성 캐리어 필름(10)을 공급하는 방법 단계;
- (서브)마이크로 구조(35)를 포함한 모델 객체(30)를 공급하는 방법 단계;
- 캐리어 필름(10)의 전면(11) 상에 성형 필름(20)을 도포하는 방법 단계;
- 구조화된 성형 필름(25)을 형성하면서, 모델 객체(30)의 (서브)마이크로 구조(35)를 성형하는 방법 단계;
- 파지 프레임(45) 내에서, 강화 필름(15)과 함께, 구조화된 성형 필름(25)으로 코팅된 캐리어 필름(10)을 고정하는 방법 단계;
- 구조화된 성형 필름(25) 상에 전사 필름(50)을 도포하는 방법 단계;
- 캐리어 필름(10)의 배면(12)으로부터 강화 필름(15)을 분리하는 방법 단계;
- 구조화된 전사 필름(55)을 형성하면서, 전사 필름(50)으로 코팅된 구조화된 성형 필름(25) 상으로 구조화할 광학 피가공재(70)를 압착하는 방법 단계;
- (서브)마이크로 구조(35)들로 구조화된 광학 부품(75)을 형성하면서, 피가공재(70) 점착되는 구조화된 전사 필름(55)을 경화하는 방법 단계; 및
- 성형 필름(25)에서 구조화된 광학 부품(75)을 떼어내는 방법 단계.
Description
본 발명은 광학 부품의 만곡 표면 상에 (서브)마이크로 구조를 생성하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 범주에서 방법에 따라서 제조되는 광학 부품들의 실시 변형예들 역시도 명시된다.
본 발명의 범주에서, 마이크로 구조란 용어는, 그 특유의 치수들(dimension)이 1마이크로미터(㎛) 내지 수 마이크로미터(㎛)의 마이크로미터 눈금(micrometer scale)의 크기인 구조를 의미한다. 서브 마이크로 구조는, 하기에서 해당하는 구조들이 1마이크로미터(㎛)보다 더 작고 그 결과로 서브 마이크로미터 눈금인 특유의 치수들을 보유한다는 것으로 해석되어야 한다. 그 결과로, 서브 마이크로 구조에는 특유의 치수 내지 수 나노미터(㎚)의 구조 크기(structure size)를 보유하는 구조들 역시도 함께 포함된다. 하기에서, 나노 구조란 용어는, 해당 구조들이 실질적으로 수 나노미터 내지 10분의 수 나노미터의 범위인 나노미터 눈금의 특유의 길이 치수들을 보유하는 것으로 해석되어야 한다.
하기에서 선택되는 '(서브)마이크로 구조'의 기록 방식은, 상기 유형의 구조들이 어느 경우에든 마이크로미터 눈금 이내이고 대개 몇 마이크로부터의 크기이지만, 그러나 바람직하게는 1마이크로미터보다 더 작은 특유의 치수들을 보유한다는 점을 참조 지시하는 것이다. 그러므로 정의에 따라서 본원에서 선택되는 (서브)마이크로 구조들에는 나노미터 눈금 이내인 구조들 역시도 함께 포함된다. 그와 반대로, 하기에서 매크로 구조(macro-structure)란 용어는, 예컨대 밀리미터(㎜) 눈금 또는 센티미터(㎝) 눈금으로 분명히 상대적으로 더 큰 특유의 치수들을 보유하는 구조들을 위해 선택된다.
3차원 매크로 광학계 상에서 (서브)마이크로 구조는 최근 예컨대 광전자 공학, 포토닉스(Photonics) 또는 이미지 처리 센서 공학 분야들에서 수많은 신규 적용 가능성을 제공한다. 단일의 요소 상에서 다양한 광학 기능들의 조합은 실질적으로 광학 부품들의 소형화, 시스템 내 더 적합한 통합 및 상대적으로 더 낮은 가격에 기여할 수 있다. 그러나 마이크로 구조들 내지 서브 마이크로 구조들이 매크로 구조들 상에 배치되는 것인, 혁신적인 복잡한 3차원 3D 광학 시스템들의 개발에는 필연적으로 설계 및 제조와 관련하여 수많은 도전이 따를 수밖에 없다.
종래 기술로부터는, 이미 오래전부터 확립되어 예컨대 실리콘 웨이퍼와 같은 평면 기판들 상에 마이크로 구조화부들을 생성하는데 이용할 수 있는 방법들은 공지되어 있다. 예시로서 이른바 LIGA 제조 방법이 참조 지시되는데, 독어 약어 LIGA는 방법 단계들인 리소그래피, 갈바닉 및 성형(molding)을 나타낸다. 상기 방법의 경우, 딥 리소그래피(deep lithography), 갈바닉 및 마이크로 성형의 조합에 의해, 플라스틱, 금속 또는 세라믹 재료들을 사용할 경우, 예컨대 1/10 마이크로미터 눈금까지의 치수, 약 3㎜까지의 구조 높이 및 약 50까지의 종횡비(aspect ratio)를 갖는 마이크로 구조들의 생성이 가능해진다. 상기 LIGA 방법의 단점은, 적어도 출발 재료가 평탄한 평면 기판, 예컨대 실리콘 웨이퍼, 또는 금속 또는 기타 경질 재료로 이루어진 연마 디스크(polished disc)이어야 한다는 점이다.
평탄한 평면 기판들 상에서 (서브)마이크로 구조들은 대개 예컨대 레이저빔, 이온빔 또는 전자빔 리소그래피와 같은 직접적인 구조화 방법들에 의해 생성된다. 예컨대 미국 공보 US 2007/0104813 A1호로부터는, 평판 부품들, 예컨대 집적 회로들(IC: integrated circuit)을 임프린팅하기 위한 리소그래피 제조 방법이 공지되어 있으며, 이 경우 스탬프 마스터(stamp master)는 나노 임프린트 리소그래피(NIL: nano imprint lithography)에 의해 준비된다. 스탬프 마스터와 임프린팅할 부품 사이에는 포토레지스트 필름 층이 예컨대 확산 방법에 의해 도포되고 그에 상응하게 분포된다. 그에 이어서, 스탬프 마스터는 장치 내에서 구조화할 부품 위쪽에 놓이고 포토레지스트 필름은 스탬프 마스터에 의해 임프린팅된다. 그런 후에, 포토레지스트 필름 층은 UV 광에 의해 경화되며, 그리고 최종적으로 2단계 에칭 방법에서 성형된 구조들의 종횡비가 약간 확대된다.
그러나 3차원 객체들의 비평면 표면들에 대해 마이크로 구조화를 위한 상기 방법들의 적용은 특히 복잡하고 적어도 기존 제조 설비들 및 신규 제조 전략들의 특별한 적응(adaptation)을 요구한다. 또한, 단점은, 종래 공지된 리소그래피 방법에 의해서는 단지 경질 윤곽 전이부들(transition) 및 강성 측면들(flank)을 포함하여 임프린팅된 구조들만이 생성될 수 있다는 점에 있다. 그러나 광학 부품들 상에서 예컨대 반사 방지 구조들(anti-reflex structure)처럼 특정한 광학 적용 분야를 위한 광학 구조들의 생성을 위해, 리소그래피 방법들에 의해 특히 3차원 부품들 상에서 전혀 생성될 수 없거나 단지 불충분한 품질로만 생성될 수 있는 연질이면서 균일한 윤곽 전이부들의 구조화가 요구될 수 있다.
그러나 광학계의 영역에서, 고성능 광학계들의 소형화를 위해, 매크로스코픽 광학 부품들, 예컨대 광학 렌즈들 상에서 마이크로 광학 구조들, 다시 말해 예컨대 회절, 굴절 및/또는 반사 구조들을 통합할 필요가 있다.
가시 스펙트럼 범위를 위해 유효한 마이크로 광학 요소들을 실현하기 위해, 개별 적용 분야들을 위해, 서브 마이크로미터 눈금 내지 나노미터 눈금까지의 최소 구조 크기들의 이용이 필요할 수 있다.
그러나 동일한 피가공재(workpiece), 예컨대 광학 부품 상에서 매크로 광학계 및 (서브)마이크로 광학계의 조합은, 일반적으로, (서브)마이크로 구조 형태와 (서브)마이크로미터 범위의 구조 크기의 정확도, 및 특히 광학 부품들의 나노미터 범위에서 표면 품질에 대한 요건들이 매우 높게 정해진다는 근거에서 큰 도전을 나타낸다. 이미 부품의 형태 및 크기의 극미한 편차 또는 비광학적으로 매끄러운 표면만으로도 전체 광학 부품의 광학 기능성을 분명하게 악화시킬 수 있다.
3D 매크로 광학계들의 만곡 표면들-예컨대 50㎜ 미만의 곡률 반경을 갖는 표면들-에서 복잡한 서브 마이크로 광학 구조들의 생성은 본원 출원인의 지식수준으로 볼 때 지금까지 직접적인 레이저빔 리소그래피에 의해서뿐만 아니라, 소프트 및 UV 나노 임프린트 리소그래피와 같은 이른바 탑다운(top-down) 방법에 의해서도 불가능하다.
매크로 광학계들의 제조를 위한 종래 기술들은 특히 대개 단지 (예컨대 회전 대칭형 렌즈 또는 볼록 거울을 위해) 상대적으로 단순한 형태를 가지면서 센티미터 범위의 비교적 큰 광학계들의 제조를 위해서만 적합한 연삭 및 밀링 가공이다. 또한, 제조 시간도 매우 길며, 이는 반복적이고 신속한 시제품 제조(prototyping)를 방해한다. 그러므로 여기서 마찬가지로 3D 매크로 광학계들의 대안의 효율적인 제조에 대한 수요가 존재한다.
3D 인쇄 기술은, 설계 시 높은 유연성 외에도, 그에 추가로 복잡한 3D 매크로 객체들을 제조할 뿐만 아니라 비용 효과적인 신속 시제품 제조(rapid prototyping)를 실행하는 가능성도 제공한다. 그러나 3D 인쇄 제품들의 표면 품질은 오늘까지도 광학 적용 분야들을 위한 높은 요건에 부합하지 않는다.
그러므로 공지된 종래 기술에서 앞서 거론한 단점들을 고려하면, 광학 부품들의 만곡 표면들에서 (서브)마이크로 구조들의 생성을 위한, 향상되고 효율적인 방법에 대한 수요는 절박한 사항이다.
이런 새로운 생성 방법은, 예컨대 모델 객체의 원래 구조들(original structure)의 최대한 높은 정밀도 및 매핑 정확성을 갖는 자동차 헤드램프들의 광학 렌즈들과 같은 상대적으로 더 큰 3차원 광학 부품들의 만곡 표면들 상에 마이크로미터 눈금뿐만 아니라 서브 마이크로미터 눈금의 구조들을 매핑하거나 전사하기 위해, 각각 요구되는 구조 형태들 및 구조 크기들의 생성에서 높은 유연성을 보유해야 한다.
또한, 자체의 (서브)마이크로 구조들의 한결같이 높은 품질과 관련하여 비용 효과적으로 생성될 수 있으면서 (서브)마이크로 구조들을 포함하는 고정밀성 광학 부품들에 대한 수요도 존재한다. 특히 광학 부품들의 분야에서, 이를 위해 예컨대 종래의 반사 방지 코팅을 요구하지 않으면서, 오직 자체의 구조화를 기반으로만 예컨대 반사 억제 특성들과 같은 정의된 광학 특성들을 보유하는 광학 부품들을 제조할 수 있도록 하는 수요도 존재한다.
따라서, 본 발명의 과제는, 종래 기술의 기술한 단점들을 방지하는, 광학 부품의 만곡 표면 상에서 (서브)마이크로 구조들의 생성을 위한 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라서, 광학 부품의 만곡 표면들 상에 (서브)마이크로 구조들의 생성을 위한 일반적인 방법에서, 특허 청구항 제1항의 특징부에 명시된 방법 단계들을 통해 해결된다. 본 발명의 특히 바람직한 실시형태들 및 개선예들은 종속 청구항들의 대상이다.
광학 부품의 만곡 표면들 상에서 (서브)마이크로 구조들의 생성을 위한 본 발명에 따른 방법은 하기 방법 단계들을 포함한다.
-a- 캐리어 필름(carrier film)으로부터 분리될 수 있는 강화 필름(intensifying film)을 포함하는 탄성 캐리어 필름을 공급하는 방법 단계;
-b- (서브)마이크로 구조를 포함한 모델 객체를 공급하는 방법 단계;
-c- 강화 필름의 반대 방향으로 향해 있는 캐리어 필름의 전면 상에 성형 필름(molding film)을 도포하는 방법 단계;
-d- 구조화된 성형 필름을 형성하면서, 성형 필름으로 코팅된 캐리어 필름의 전면 상에 모델 객체의 (서브)마이크로 구조를 성형하는 방법 단계;
-e- 파지 프레임(holding frame) 내에서, 강화 필름과 함께, 구조화된 성형 필름으로 코팅된 캐리어 필름을 고정하는 방법 단계;
-f- 구조화된 성형 필름으로 코팅된 캐리어 필름의 전면 상에 경화성 전사 필름(transfer film)을 도포하는 방법 단계;
-g- 캐리어 필름의 배면으로부터 강화 필름을 분리하는 방법 단계;
-h- 구조화된 전사 필름을 형성하면서, 캐리어 필름의 전면에서 전사 필름으로 코팅된 구조화된 성형 필름 상으로 구조화할 광학 피가공재(optical workpiece)의 적어도 하나의 표면 섹션을 압착하는 방법 단계;
-i- (서브)마이크로 구조들로 구조화된 광학 부품을 형성하면서, 광학 피가공재의 적어도 하나의 표면 섹션 상에 점착되는 구조화된 전사 필름을 경화하는 방법 단계; 및
-j- 캐리어 필름 상에 잔존하는 구조화된 성형 필름에서 구조화된 광학 부품을 떼어내는 방법 단계.
따라서, 본 발명에 따른 생성 방법은, 피가공재 또는 블랭크의 문맥에서 출발 재료로서 공급되고 밀리미터(㎜) 눈금 및/또는 센티미터(㎝) 눈금의 매크로 구조들 및 특유의 길이 치수들을 보유하면서 만곡 표면을 포함하는 매크로스코픽 3차원 광학 부품이 마이크로미터(㎛) 눈금 및/또는 나노미터(㎚) 눈금의 마이크로 광학 (서브)마이크로 구조들을 구비하여 구조화될 수 있다는 장점을 제공한다.
이 경우, 상기 (서브)마이크로 구조들 내지 나노 구조들은 이용되는 모델 객체의 (서브)마이크로 구조들의 정확한 형태 일치성 성형부이다.
적합하게는, 방법 단계 -a-에 따라서, 맨 먼저, 캐리어 필름으로부터 분리될 수 있는 강화 필름을 포함하는 고탄성 캐리어 필름이 공급된다. 캐리어 필름으로부터 분리될 수 있는 강화 필름과 함께 캐리어 필름의 적어도 2층 필름 구조는, 우선 성형 필름이 도포되고, 성형 필름의 구조화 후에는 그 상에 또 다른 전사 필름이 도포되는 것인 후속 방법 단계들 -c- 내지 -f-의 실행 시, 캐리어 필름이 그 아래 위치하는 강화 필름에 의해 그에 상응하게 강화된다는 장점이 있다. 이 경우, 강화 필름은 최대한 비탄성이며, 그리고 탄성 캐리어 필름을 위한 하중 지지 능력이 있는 하부 층(under layer)을 형성한다.
구조화할 광학 피가공재의 표면 내지 표면 섹션 상에 구조화된 전사 필름을 성형하는 동안 고탄성 캐리어의 필름의 장점을 활용할 수 있도록 하기 위해, 방법 단계 -e-에 따라서 파지 프레임 내에 캐리어 필름을 고정한 후에, 그리고 그에 이어 방법 단계 -f-에 따라서 경화성 전사 필름을 도포한 후에, 후속 방법 단계 -g-에서 강화 필름은 전사 필름 및 성형 필름의 반대 방향으로 향해 있는 캐리어 필름의 배면으로부터 분리된다.
방법 단계 -b-에 따라서, 성형할, 또는 전사할 (서브)마이크로 구조를 포함하는 모델 객체가 공급된다. 각각의 요건에 따라서, 모델 객체는 각자의 구조화 과정을 위한 일회용 스탬프 또는 일회용 임프린트 툴로서 각각 새로 제공될 수 있다. 그 대안으로, 본 발명에 따른 방법의 범주에서, 모델 객체는 내구성이 있고 내마멸성이면서 형태 안정적인 재료, 예컨대 금속으로 제조되며, 그리고 다수의 구조화 과정을 위해 수회 사용될 수 있다. 바람직하게는, 모델 객체는 실질적으로 평탄하고 평면이며, 그리고 그에 따라 마이크로 광학 (서브)마이크로 구조들은 평평한 2D 모델 객체 상에 특히 정확하고 비교적 간단하게 생성될 수 있다. 모델 객체의 상기 (서브)마이크로 구조들은 차후 완성된 제품, 다시 말해 구조화된 광학 부품의 (서브)마이크로 구조의 포지티브 몰드(positive mold)를 형성한다. 구조화할 광학 피가공재의 복수의 표면 섹션이 구조화되어야 하는 경우, 또는 그러나 구조화할 만곡 표면 섹션들 사이에 에지부들을 포함하는 피가공재들의 경우, 광학 부품을 구조화하기 위해 복수의 모델 객체 역시도 필요할 수 있다.
방법 단계 -d-에서, 성형 필름으로 코팅되는 캐리어 필름의 전면 상에 모델 객체의 (서브)마이크로 구조의 성형을 통해, 성형 필름 내에는 (서브)마이크로 구조의 네거티브 몰드(negative mold)가 성형되거나 임프린팅된다.
구조화된 성형 필름 내 (서브)마이크로 구조의 상기 네거티브 몰드는, 방법 단계 -f-에서, 도포된 경화성 전사 필름 상에 포지티브 몰드로서 전사된다.
그런 다음, 두 방법 단계 -h- 및 -j-에서, 마이크로 광학 (서브)마이크로 구조의 포지티브 몰드를 포함하여 구조화된 전사 필름은, 구조화된 전사 필름을 압착하고 그에 이어 경화하는 것을 통해, 구조화할 광학 피가공재의 블랭크 상에 전사된다.
이 경우, 전사 필름은, 바람직하게는 액상이거나 유동성일 뿐만 아니라 UV 광의 작용 하에 투명하게 경화될 수 있는 UV 기판 매스(substrate mass)로 제조된다. 따라서, 이런 예시의 경우에, 경화는 UV 광의 작용 하에 경우에 따라 실온 이상으로 증가된 온도에서 수행된다. 적합하게는, 이용되는 캐리어 필름 및 성형 필름은 각각 UV 광에 대해 투과성인 투명한 재료로 제조되는데, 그 이유는 경화 동안 성형 필름은 전사 필름을 위한 성형체로서 여전히 캐리어 필름 상에 안착되어 있기 때문이다. 그러므로 광학 피가공재의 하나 또는 복수의 표면 섹션 상에 도포된 전사 필름의 신속한 경화를 달성하기 위해, 캐리어 필름의 배면에서부터도 전사 필름을 UV 광으로 경화시킬 수 있다.
동일하게, 본 발명의 범주에서, 전사 필름을 위해, 압력 영향 및/또는 온도 영향 하에 경화될 수 있는 재료들이 선택된다.
개별 방법 단계들의 순서는 필요한 경우 가변될 수 있다. 이렇게, 예컨대 두 방법 단계 -a- 및 -b-의 순서를 바꿀 수 있다. 또 다른 방법 단계들 -c- 내지 -j-는 적합하게는 명시된 순서로 실행된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법의 경우, 탄성 캐리어 필름은 그 상에 분리 가능하게 배열된 강화 필름과 함께 롤 제품(roll product)으로서 공급될 수 있다. 이런 방법 변형예에서, 제조 방법을 반연속적으로 실행할 수 있고 컨베이어벨트와 같은 탄성 캐리어 필름은 짧은 간격으로, 또는 짧은 중단으로 상응하는 성형 필름들 및 전사 필름들로 코팅할 수 있다. 이런 식으로, 신속하게 연이어 광학 피가공재들은 상응하는 구조화된 전사 필름들로 코팅되어 완전하게 구조화된 광학 부품들로 제조될 수 있다. 이 경우, 캐리어 필름 및 강화 필름은 선택적으로 각각 개별적이고 분리된 롤들로서 공급될 수 있으며, 이런 경우에, 준비하는 방법 단계에서, 캐리어 필름과 이 캐리어 필름의 지지를 위한 강화 필름은 상호 간에 결합된다. 또한, 하나의 공통 롤 제품이 공급되며, 탄성 캐리어 필름은 그 상에 분리 가능하게 배열된 강화 필름과 함께 이미 상호 간에 결합되어 있거나, 또는 상호 간에 접촉하는 방식으로 함께 롤링되어 있다. 이 경우, 캐리어 필름, 및 이 캐리어 필름의 배면 상에 배열된 강화 필름은 바람직하게는 수평 위치에서 안내된다.
적합하게는, 본 발명에 따른 방법의 경우, 강화 필름과 캐리어 필름은 사용 후에 상호 간에 분리되어 롤링되어 경우에 따라 재사용될 수 있다. 이런 방법 변형예는 특히 경제적이며, 그리고 경우에 따라 강화 필름 및/또는 캐리어 필름이 재사용될 수 있음으로써 불필요한 폐기물이 방지될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 방법의 경우, 탄성 캐리어 필름은 실리콘 고무 재료로, 바람직하게는 폴리디메틸실록산으로 제조될 수 있다. 이런 방법 변형예는, 실리콘 고무 재료로 이루어진 캐리어 필름이 특히 탄성적이며, 그로 인해 구조화할 광학 피가공재의 표면 상에 전사 필름의 압착이 특히 균일하고 보호하는 방식으로 수행될 수 있다는 장점을 제공한다. 특히 심하게 만곡된 표면 섹션들을 포함하여 복잡하게 성형되는 광학 피가공재들을 위해, 구조화된 전사 필름의 성형을 위한 상기 캐리어 필름들의 사용이 특히 적합하다. 폴리디메틸실록산(약어: PDMS)으로 이루어진 캐리어 필름들은 약 20 ~ 35 ShoreA인 자신의 낮은 쇼어 경도(Shore hardness) 및 400% 이상의 자신의 높은 탄성을 기반으로 탁월한 재료 특성들을 보유한다. 각각의 적용 사례에 따라서, 예컨대 20㎛ 내지 400㎛의 재료 두께를 보유하는 상기 캐리어 필름들이 제공되며, 그리고 예컨대 Wacker 제조업체로부터 Elastosil® 또는 Silpuran®의 상표명을 갖는 제품으로 구입할 수 있다.
특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법의 경우, 모델 객체는 적어도 (서브)마이크로 구조를 구비한 자신의 윤곽 섹션에서 실질적으로 평탄할 수 있다. 마이크로미터 및/또는 나노미터 눈금의 (서브)마이크로 구조들의 생성은, 3차원으로 만곡되거나 구부러진 모델 객체 상에서보다, 구조 캐리어로서 평탄한 모델 객체 상에서 훨씬 더 간단하게 수행된다. (서브)마이크로 구조의 추가 성형 및 전사 역시도 실질적으로 평탄하거나 평면인 모델 객체를 이용하는 경우 더 간단한데, 그 이유는 상기 모델 객체가 임프린팅 스탬프와 같이 취급될 수 있기 때문이다. 이와 관련하여, 본원에서 이용되는 표현인 "실질적으로 평탄한"이란, 통상의 기술자를 위해, 전사할 (서브)마이크로 구조의 포지티브 몰드를 구비하여 형성되는 모델 객체의 윤곽 섹션들이 자신의 매크로 구조와 관련하여 2차원으로 평탄하게, 또는 평평하게 형성된다는 점을 명료하고 분명하게 정의하기 위해, 의도적으로 선택된 것이다. 그러나 자명하게 상기 윤곽 섹션들은 상응하는 마이크로 광학 (서브)마이크로 구조들을 포함하며, 다시 말해 자신들의 마이크로 구조와 관련하여 매끄러운 것이 아니라, 그에 상응하게 마이크로 구조로 구조화되어 형성된다.
적합하게는, 본 발명의 방법 변형예에서, 성형 필름은 실리콘 고무 재료, 바람직하게는 첨가 양생형(addition-curing) 2성분 실리콘 고무 재료를 함유하는 성형 매스(molding mass)로 형성될 수 있다. 상기 성형 필름은 바람직하게는 정확하면서도 기포 없이 계량 공급(metering)된다. 예컨대 폴리디메틸실록산(약어: PDMS)으로 구성되거나, 또는 폴리디메틸실록산(약어: PDMS)을 함유한 성형 필름 역시도 사용될 수 있다.
특히 적합하게는, 본 발명에 따른 방법은, 모델 객체의 (서브)마이크로 구조가 성형 필름 상에 임프린팅되고, 임프린팅은 바람직하게는 최소한 30초의 기간 동안 실온을 초과하여 증가된 온도에서, 특히 바람직하게는 70℃ 내지 140℃의 온도에서 수행되도록 실행된다. 바람직하게는 첨가 양생형 2성분 실리콘 고무 재료로 구성된 성형 매스는 약 80℃ 내지 120℃의 온도에서 대략 1분 동안 경화되고 양생되어 그에 상응하게 구조화된 성형 필름이 형성되며, 이 성형 필름은 다시금 전사 필름의 수용을 위한 모델로서 이용된다. 이 경우, 캐리어 필름의 배면 상의 강화 필름은 지지부로서 이용된다.
또 다른 적합한 방법 변형예에서, 전사 필름으로 코팅되는 구조화된 성형 필름 상에 구조화할 광학 피가공재의 적어도 하나의 표면 섹션을 압착하는 방법 단계는, 캐리어 필름의 배면에서 초과압을 생성하는 것을 통해, 그리고/또는 캐리어 필름의 전면에서 부압을 생성하는 것을 통해, 바람직하게는 진공화하는 것을 통해 수행될 수 있다. 전사 필름 및 그 아래 위치하는 성형 필름 모두는 캐리어 필름의 전면 내지 상면 상에 배열되는 것으로, 상기 전사 필름 및 성형 필름 상에 광학 피가공재를 압착하는 방법 단계는 적합하게는 캐리어 필름의 인장된 표면 상에서 실질적으로 수직으로 수행된다. 캐리어 필름의 배면에 부압을 인가하는 것을 통해, 그리고/또는 캐리어 필름의 전면에 부압을 생성하는 것을 통해, 구조화할 광학 피가공재의 보호식 압착은 추가로 강화되고 균질화된다. 이렇게, 성형 동안 일어날 수 있는 국소적 압력점들은 성공적으로 방지될 수 있다.
이렇게, 광학 피가공재의 표면에서 예컨대 진공압의 인가를 통해 함몰되는 윤곽 섹션들은 특히 정확하게 전사 필름에 의해 구조화될 수 있는데, 그 이유는 캐리어 필름이 성형 필름 및 전자 필름과 함께 우세한 부압을 통해 상기 함몰되어 위치하는 윤곽 섹션들 안쪽으로도 흡인되고 압착될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시 변형예에서, 광학 피가공재의 적어도 하나의 표면 섹션에 점착되는 구조화된 전사 필름을 경화하는 방법 단계는 UV 광의 작용 하에 바람직하게는 최소한 30초의 기간 동안 실온을 초과하여 증가된 온도에서, 특히 바람직하게는 70℃ 내지 140℃의 온도에서 수행될 수 있다. 도입부에 이미 언급한 것처럼, UV 광 작용 하에 경화될 수 있는 UV 기판 매스로 구성된 전사 필름의 사용은, 전사 필름이 액상 내지 유동성 상태로 앞서 구조화된 성형 필름 상에 도포될 수 있고 이렇게 임프린팅된 (서브)마이크로 구조는 성형 필름의 네거티브 몰드로서 최대한 손실 없이 성형된다는 장점이 있다.
그에 이어서, 성형 필름의 (서브)마이크로 구조의 상기 네거티브 몰드를 전사 필름의 영속하고 오래 지속되는 포지티브 몰드로 변환하기 위해, 이미 구조화된 전사 필름은 UV 광 작용 하에 경화된다. 상대적으로 더 빠른 경화를 가능하게 하기 위해, UV 광 작용은 바람직하게는 최소한 30초의 기간 동안 실온을 상회하는 증가된 온도에서 수행된다. 경화하는 방법 단계는 상기 시간 간격 동안 70℃ 내지 140℃의 더욱 바람직한 온도에서 특히 빠르게 수행된다.
적합하게는, 본 발명에 따른 방법의 경우, 전사 필름은 UV 광 작용 하에 투명하게 경화되는 감압 접착제(pressure-sensitive adhesive)로, 바람직하게는 액상 UV 아크릴레이트로 형성될 수 있다. 상기 경화된 감압 접착제는 적합한 내온성, 그리고 화학약품, 햇빛 및 기후 영향들에 대해 적합한 내성을 보유한다. 또한, 이는 상기 감압 접착제에 의해, 바람직하게는 액상 UV 아크릴레이트 접착제에 의해 가능하다. 따라서, 전사 필름 재료에 의해 형성되어 광학 피가공재의 표면 상에 제공되는 (서브)마이크로 구조들이 영속하는 점이 보장된다.
본 발명의 또 다른 과제는, 방법에 따라 제조되는 광학 부품을 제공하는 것에 있으며, 상기 광학 부품의 본체는 한편으로 예컨대 밀리미터(㎜) 눈금, 또는 그러나 센티미터(㎝) 눈금의 특유의 치수들을 보유하는 매크로 구조들 또는 만곡 표면 섹션들을 포함하며, 다른 한편으로 광학 부품은 만곡 표면 섹션 상에 마이크로미터 및/또는 나노미터 눈금의 앞서 정의한 (서브)마이크로 구조를 포함한다.
본 발명에 따라서, 광학 부품에서 상기 과제는, 특허 청구항 제11항의 특징부에 명시된 특징들을 통해 해결된다.
본 발명에 따른 방법에 따라서 제조되는 광학 부품의 경우, 적어도 광학 부품의 만곡 표면 섹션 상에 경화된 감압 접착제로 구성되어 (서브)마이크로 구조로 구조화된 전사 필름이 적층되며, 광학 부품의 (서브)마이크로 구조는 모델 객체의 형태 일치성 성형부이다. 바람직하게는 본 발명에 따른 방법에 의해, 2차원 모델 객체의 (서브)마이크로 구조의 형태 일치성 임프린트들이 포지티브 몰드로서 3차원 광학 부품 상으로 전사될 수 있다. 경화된 감압 접착제로 구성되어 성형된 (서브)마이크로 구조로 구조화된 전사 필름은 광학 부품의 만곡 표면 상에 영속적으로, 그리고 형태 안정적으로 점착된다. (서브)마이크로 구조를 성형하고 임프린팅하기 위해 하나 또는 복수의 모델 객체의 사용을 통해, 비용 효과적이면서 신속한 방식으로 구조화된 광학 부품들을 양산 제조할 수 있으며, 하나의 시리즈의 각자의 개별 광학 부품의 마이크로 구조로 구조화된 (서브)마이크로 구조는 실질적으로 최대한 높은 형태 일치성으로 동일하게 구조화된다. 그러므로 광학 부품들의 표면 상에 부가되는 (서브)마이크로 구조에 의해 충족되어야 하는 정해진 광학 기능들은 바람직하게 양산 제조되는 모든 광학 부품에 의해 동일하게 높은 품질로 충족될 수 있다. 성형된 (서브)마이크로 구조의 최대한 높은 정밀도를 위해, 본 발명의 범주에서 각자의 개별 광학 부품을 위해 각각 사용되지 않은 모델 객체가 구조 성형을 위해 사용되는 점도 생각해볼 수 있다. 동일하게, 본 발명의 범주에서, 광학 부품 상에 (서브)마이크로 구조의 형태 일치성 성형 및 전사를 보장할 수 있도록 하기 위해, 구조 성형을 위한 모델 객체는 정해진 간격으로 교체되거나 청소될 수 있다. 그러나 양산의 품질 보증을 위한 상기 유형의 조치들은 통상의 기술자에게 충분히 공지되어 있다.
본 발명의 적합한 실시 변형예에서, 광학 부품의 경우, 구조화된 전사 필름의 (서브)마이크로 구조는, (서브)마이크로 구조가 광학 부품의 광학 표면 상에서 반사를 억제하도록 구성될 수 있다. 이렇게, 특히 적합하게는, 반사 방지 구조들이 광학 부품의 표면 상에 성형될 수 있으며, 이때 부품은 보통 대부분 통상적인 반사 방지 코팅층을 구비하지 않아도 된다. 이를 위해, 반사 억제 마이크로 구조들은 예컨대 서브 마이크로미터 눈금의 특유의 길이를 보유하며, 그리고 그 길이는 바람직하게는 약 10㎛ 내지 약 100㎛이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시 변형예에서, 광학 부품의 경우, 구조화된 전사 필름의 (서브)마이크로 구조는 회절성 광학 요소로서 구성될 수 있으며, (서브)마이크로 구조는 광빔 다발을 형성하도록, 그리고/또는 복수의 부분 광빔으로 광빔 다발을 분리하도록 형성된다. 회절성 광학 요소로서 이용되는 상기 (서브)마이크로 구조의 전형적인 특유의 길이는 대개 20㎛ 미만 내지 약 0.2㎛이다.
그 외에도, 본 발명의 범주에서, 광학 부품의 표면 상에 성형된 (서브)마이크로 구조를 이용하여 정해진 광 회절 효과 및 색 효과를 달성할 수 있다. 이를 위해, 자신들의 특유의 길이가 바람직하게는 100㎚보다 더 크며, 특히 바람직하게는 500㎚보다 더 큰 것인 마이크로 구조들이 성형된다.
본 발명의 적합한 개선예에서, 광학 부품의 경우, 광학 부품의 적어도 2개의 만곡 표면 섹션 상에는, 경화된 감압 접착제로 구성되어 각각 (서브)마이크로 구조들로 구조화된 전사 필름들이 적층될 수 있으며, 적어도 2개의 만곡 표면 섹션의 (서브)마이크로 구조들은 각각 동일하게 형성되고, 그리고/또는 동일한 광학 기능을 보유한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해, 예컨대 광학 부품의 전면 및 배면 역시도 유사하게 구조화될 수 있다.
대안의 실시 변형예에서, 본 발명에 따라 제조되는 광학 부품의 경우, 광학 부품의 적어도 2개의 만곡 표면 섹션 상에는, 경화된 감압 접착제로 구성되어 각각 (서브)마이크로 구조들로 구조화된 전사 필름들이 적층될 수 있으며, 적어도 2개의 만곡 표면 섹션의 (서브)마이크로 구조들은 각각 서로 상이하게 형성되고, 그리고/또는 상이한 광학 기능들을 보유한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의해, 광학 부품의 전면 및 배면 역시도 상호 간에 상이하게 구조화될 수 있다.
본 발명의 또 다른 상세내용들, 특징들 및 장점들은 도면들에 개략적으로 도시된 실시예들의 하기 설명에서 분명하게 제시된다.
도 1은 본 발명에 따른 생성 방법의 주요 방법 단계들 내지 방법 단위들을 도시한 개략적 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 권출 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 3은 성형 필름의 성형 매스를 위한, 도 1에 도시된 계량 공급 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 4는 도 1에 도시된 임프린팅 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 5는 전사 필름의 UV 기판 매스를 위한, 도 1에 도시된 계량 공급 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 6은 도 1에 도시된 분리 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 7은 도 1에 도시된 전사 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 7a는 전사 스테이션에 투입하는 방법 단계를 도시한 상세도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 전사 스테이션을 폐쇄하는 방법 단계를 도시한 상세도이다.
도 7c는 광학 부품 상에 (서브)마이크로 구조를 성형하고 전사하는 방법 단계를 도시한 상세도이다.
도 7d는 전사 스테이션을 비우는 방법 단계를 도시한 상세도이다.
도 8은 도 1에 도시된 권취 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 9는 캐리어 필름에서 떼어내기 직전에 (서브)마이크로 구조들로 구조화된 광학 부품을 위에서 비스듬하게 보고 도시한 등거리도(isometric view)이다.
도 10은 캐리어 필름에서 떼어낸 후에 도 9에 도시된 완전하게 구조화된 광학 부품을 앞에서 비스듬하게 보고 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 권출 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 3은 성형 필름의 성형 매스를 위한, 도 1에 도시된 계량 공급 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 4는 도 1에 도시된 임프린팅 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 5는 전사 필름의 UV 기판 매스를 위한, 도 1에 도시된 계량 공급 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 6은 도 1에 도시된 분리 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 7은 도 1에 도시된 전사 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 7a는 전사 스테이션에 투입하는 방법 단계를 도시한 상세도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 전사 스테이션을 폐쇄하는 방법 단계를 도시한 상세도이다.
도 7c는 광학 부품 상에 (서브)마이크로 구조를 성형하고 전사하는 방법 단계를 도시한 상세도이다.
도 7d는 전사 스테이션을 비우는 방법 단계를 도시한 상세도이다.
도 8은 도 1에 도시된 권취 스테이션을 도시한 상세도이다.
도 9는 캐리어 필름에서 떼어내기 직전에 (서브)마이크로 구조들로 구조화된 광학 부품을 위에서 비스듬하게 보고 도시한 등거리도(isometric view)이다.
도 10은 캐리어 필름에서 떼어낸 후에 도 9에 도시된 완전하게 구조화된 광학 부품을 앞에서 비스듬하게 보고 도시한 도면이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 생성 방법의 주요 방법 단계들 내지 방법 단위들이 도해로 설명되어 있고, 광학 부품의 만곡 표면 상에 (서브)마이크로 구조들을 본 발명에 따라 생성하기 위한 장치(1)가 도시되어 있다. 장치(1)는, 실질적으로 탄성 캐리어 필름이 강화 필름과 함께 공급되는 곳인 권출 스테이션(2)과, 성형 필름을 도포하기 위한 계량 공급 스테이션(3)과, 성형 필름을 구조화하기 위한 임프린팅 스테이션(4)과, 구조화된 성형 필름 상에서 전사 필름의 도포를 위한 계량 공급 스테이션(5)과, 그 외에도 강화 필름이 캐리어 필름에서 분리되는 곳인 분리 스테이션(6)과, 전사 스테이션(7)과, 권취 스테이션(8)을 포함한다. 화살표(9)는, 장치(1)가 여기서 반연속 작동 방식으로 처리되는데 이용되는 이송 방향(9)을 상징적으로 표시한 것이다.
도 2에는, 권출 스테이션(2)이 상세하게 도시되어 있다. 화살표(9)는 다시금 또 다른 층들 내지 부품들을 위한 지지면으로서 이용되는 탄성 캐리어 필름(10)의 이송 방향(9)을 지시한다. 여기서, 캐리어 필름(10)은 폴리디메틸실록산(약어: PDMS)으로 구성된 고탄성 실리콘 필름으로 제조되며, 그리고 캐리어 필름(10)의 전면(11)과 이 전면(11)의 반대 방향으로 향해 있는 그 배면(12)을 포함한다. 캐리어 필름(10)은 캐리어 필름 롤(14)로서의 롤 제품으로서 제조된다.
캐리어 필름(10)의 배면(12) 상에 안착되는 방식으로, 캐리어 필름(10)에서부터 분리될 수 있는 강화 필름(15)이 부착되며, 이 강화 필름은 고탄성 캐리어 필름(10)의 안정화 및 강도 증가를 위해 이용된다. 강화 필름(15)은 여기서 캐리어 필름 롤(14) 상에서 캐리어 필름(10)과 함께 공급된다. 또한, 그 대안으로, 강화 필름(15)은 별도로도 자체의 강화 필름 롤(17) 상에서 공급되고 권출 스테이션(2)에서 비로소 그 위에 배열되는 캐리어 필름(10)과 접촉될 수 있다. 2가지 상이한 필름 재료들을 별도로 권출하고 필름 결합체로서 함께 이송하는 상기 방법 변형예는 도면들에 명확하게 도시되어 있지는 않지만, 그러나 통상의 기술자에게는 공지되어 있다.
최대한 비탄성인 강화 필름(15) 상에 캐리어 필름(10)이 안착되는 동안, 캐리어 필름(10)과 그 아래 배열되는 강화 필름(15)으로 구성되는 필름 결합체의 적합한 평탄성(flatness)이 보장된다. 여기서 캐리어 필름(10)은, 적합하게는 캐리어 필름(10)의 전면(11)이 실질적으로 수평 이송 방향(9)으로 이동되는 캐리어 필름의 상면을 형성하도록 안내된다. 또한, 도 2에는 편향 롤러(16)도 도시되어 있다.
도 3에는, 캐리어 필름(10)의 전면(11) 상에 필름 두께(21)로 성형 필름(20)의 도포를 위한 계량 공급 스테이션(3)이 상세하게 도시되어 있다. 계량 공급 스테이션(3) 내에서 캐리어 필름(10)은 이 캐리어 필름(10)의 배면(12) 상에 안착되어 있는 강화 필름(15)에 의해 지지된다. 성형 필름(20)은 여기서는 2성분 실리콘 고무 재료로 구성되어 정확하고 기포 없이 계량 공급될 수 있는 성형 매스(22)를 통해 형성된다.
도 4에는, 임프린팅 스테이션(4)이 도시되어 있으며, 이 임프린팅 스테이션 내에서는 성형 필름(20)이 구조화되며, 그리고 (서브)마이크로 구조의 임프린트에 의해 구조화된 성형 필름(25)으로서 임프린팅 스테이션(4)에서 배출된다. 이를 위해, 앞서 제조된 모델 객체(30)가 공급되되, 상기 모델 객체(30)는 마이크로 광학 (서브)마이크로 구조(35)의 포지티브 몰드를 운반한다. 여기서, 모델 객체(30)의 성형 내지 임프린트 표면은 실질적으로 평탄하며, 그리고 단지 마이크로미터 및/또는 나노미터 눈금의 전술한 (서브)마이크로 구조(35)만을 포함한다. 준비된 모델 객체(30)가 (서브)마이크로 구조(35)의 캐리어로서 그 내에 고정되는 임프린팅 장치(40)에 의해, 상기 (서브)마이크로 구조(35)는, 캐리어 필름(10)에 대해 수직으로 이동될 수 있는 임프린팅 스탬프에 의해, 화살표(41)로 상징적으로 표시된 압력 작용(41)을 통해, 성형 필름(20) 상에 성형된다. 적합하게는, 성형 필름(20)의 임프린팅은 여기서 약 1분의 기간 동안, 그리고 80℃ 내지 120℃의 증가된 온도에서 수행된다. 상기 유형으로 구조화된 성형 필름(25)은 임프린팅 후에 이미 경화되며, 그리고 계속하여 다음 방법 단계를 위한 구조화된 도포면(application surface)으로서 이용될 수 있다.
그에 이어서, 구조화된 성형 필름(25)으로 코팅된 캐리어 필름(10)은 그 아래 안착되어 있는 강화 필름(15)과 함께 파지 프레임(45) 내로 이송되며, 그리고 그 내에서 고정된다. 이는, 이미, 강화 필름(15)이 캐리어 필름(10)에서부터 분리되는 후속하는 방법 단계의 준비를 위해 이용된다. 캐리어 필름(10)을 파지 프레임(45) 내로 이송하여 그 내에서 고정할 수 있도록 하기 위해, 캐리어 필름(10)이 여전히 평탄성으로 강화 필름(15) 상에 안착되는 점이 중요하다.
도 5에는, 전사 필름(50)의 도포를 위한 후속 계량 공급 스테이션(5)이 상세도로 도시되어 있다. 강화 필름(15)과 함께 캐리어 필름(10)은 이미 파지 프레임(45) 내에 고정되어 있다. 이제, 계량 공급 스테이션(5) 내에서는, 그 아래 위치하면서 앞서 이미 구조화되어 캐리어 필름(10)의 전면(11) 상에 안착된 성형 필름(25) 상으로 필름 두께(51)로 전사 필름(50)의 계량 공급식 도포가 수행된다. 전사 필름(50)은 여기서 UV 광 작용 하에 투명하게 경화될 수 있는 UV 기판 매스(52)로서 제공된다.
도 6에는, 강화 필름(15)이 캐리어 필름(10)의 배면(12)으로부터 분리되는 곳인 분리 스테이션(6)이 상세하게 도시되어 있다. 이를 위해, 파지 프레임(45) 내에서 강화 필름(15)의 고정이 풀리며, 그리고 단지 캐리어 필름(10) 만이 파지 프레임(45) 내에서 변함없이 고정된 상태로 유지된다.
도 7에는, 도 1에 도시된 전사 스테이션(7)이 상세하게 도시되어 있다. 전사 스테이션(7)은, 구조화할 광학 피가공재(70)의 수용 및 고정을 위한 부품 파지 장치(61)(component holding device)를 구비한 전사 장치(60)를 포함한다. 부품 파지 장치(61)에는 높이 조정이 가능한 스탬프(62)가 구비되며, 스탬프의 조정 방향은 양방향 화살표(62)로서 상징적으로 표시되어 있다. 부품 파지 장치(61)의 조정 또는 이동 가능한 스탬프(62)는 압착 압력(63)으로 캐리어 필름(10)에 대해 수직 방향으로 밀착될 수 있다. 압착 압력(63)은 화살표(63)를 통해 상징적으로 표시되어 있다. 또한, 전사 장치(60)는 하우징(64)을 포함하며, 그리고 여기서는 제1 노광 챔버(65)(light exposure chamber) 및 제2 노광 챔버를 에워싸며, 이들 노광 챔버에는 각각 부품 파지 장치(61) 및 대응하는 높이 조정 가능한 스탬프(62)가 마련되어 있다. 노광 챔버(65, 66) 각자는 각각 하나의 UV 광원(67)을 포함한다. 본 실시예에서, 예컨대 광학 피가공재(70)는 우선 제1 노광 챔버(65) 내에서 (서브)마이크로 구조(35)에 의해 자신의 전면(74) 상에서 구조화될 수 있으며, 그리고 -노광 파지 장치(61) 내에서 광학 피가공재(70)의 상응하는 뒤집힘 후에- 그에 이어서 제2 노광 챔버(66) 내에서 자신의 배면(72) 또는 또 다른 만곡 표면 섹션(73)에서 동일한 유형이거나 또는 상이한 (서브)마이크로 구조(35)로 구조화될 수 있다.
도 7a에는, 전사 스테이션으로 투입하는 방법 단계가 상세하게 도시되어 있다. 여기에 도시된 전사 장치(60)는 하우징(64)을 포함하며, 그리고 예컨대 노광 챔버(65)를 에워싼다. 하우징(64)은 도 7a에 개방된 상태로 도시되어 있다. 구조화할 광학 피가공재(70)가 그 내에 고정되어 있는 부품 파지 장치(61)는 캐리어 필름(10) 상부에 소정의 이격 간격으로 상승된 위치에 위치되어 있다. 캐리어 필름 상에는 이미 구조화된 성형 필름(25)이 안착되어 있다. 성형 필름(25)은 모델 객체(30)의 (서브)마이크로 구조(35)의 네거티브 몰드를 포함한다. 성형 필름(50)의 상기 네거티브 몰드는 전사 필름(50)으로 코팅되거나 채워져 있다.
도 7b에는, 도 7a에 도시된 전사 스테이션이 폐쇄된 상태로 상세하게 도시되어 있다. 구조화할 광학 피가공재(70)는 부품 파지 장치(61) 상에서 여전히 캐리어 필름(10) 상부에 소정의 이격 간격으로 상승된 위치에 위치되어 있다. 노광 챔버(65)의 하우징(64)은 이미 폐쇄되어 있다.
도 7c에는, 도 7a 및 7b에 도시된 전사 스테이션에 의해 광학 부품 상에 (서브)마이크로 구조를 성형하고 전사하는 방법 단계가 도시되어 있다. 이를 위해, 구조화할 광학 피가공재(70)는 전사 필름(50)으로 코팅된 구조화되어 캐리어 필름(10)의 전면(11) 또는 상면 상에 위치되어 있는 성형 필름(25) 상으로 압착된다. 압착하기 위해, 부품 파지 장치(61) 내에 고정된 광학 피가공재(70)는, 압착 압력(63)에 의해, 캐리어 필름(10) 상으로, 또는 캐리어 필름 상의 구조화된 성형 필름(25) 상에 위치하는 전사 필름(50) 상으로 수직으로 압착된다. 압착하는 것을 통해, 구조화된 성형 필름의 구조는 모델 객체의 (서브)마이크로 구조의 네거티브 몰드로서 액상 또는 유동성 전사 필름(5) 상에 성형되며, 그리고 그런 유형으로 구조화된 전사 필름(55)이 수득된다. 구조화할 광학 피가공재(70)의 표면 섹션 상에 점착되어 여전히 액상이거나 유동성인 구조화된 전사 필름(55)을 경화시키기 위해, UV 광(67)이 사용된다. 전사 필름의 재료로서, 여기서는 UV 광 작용 하에 투명하게 경화될 수 있는 감압 접착제, 예컨대 액상 UV 아크릴레이트가 사용된다.
전사 스테이션 내에서, 상기 감압 접착제는 UV 광 작용 하에 예컨대 1분의 기간 동안 80℃ 내지 120℃의 증가된 온도에서 경화된다. 압착 및 성형 과정 동안 광학 피가공재(70)의 만곡 표면 섹션(73) 상에 작용하는 압축 압력을 균질화하기 위해, 전사 필름(50)으로 코팅된 구조화된 성형 필름(25) 상으로 구조화할 광학 피가공재(70)를 -압착 압력(63)에 대해 화살표(63)로서 상징적으로 표시된- 압축하는 방법 단계는 추가로 캐리어 필름(10)의 배면(12)에서 초과압(68)을 생성하는 것을 통해, 그리고 캐리어 필름(10)의 전면(110에서 부압(69)을 생성하는 것을 통해, 바람직하게는 진공화하는 것을 통해 보조된다. 화살표(68)는 초과압(68)의 생성을 위한 압축 공기 공급 라인(68)을 상징적으로 표시한 것이다. 화살표(69)는 부압 또는 진공압의 생성을 위한 부압 흡입 라인(69)을 상징적으로 표시한 것이다.
도 7d에는, 완전하게 구조화된 광학 부품을 비우는 방법 단계 동안 도 7a ~ 7c에 도시된 전사 스테이션이 도시되어 있다. 이를 위해, 노광 챔버(65)의 하우징(64)은 다시 개방되며, 그리고 부품 파지 장치(61)의 높이 조정이 가능한 스탬프가 캐리어 필름(10)으로 이격되는 화살표 방향(62)으로 상향 이동된다. 그에 이어서, 부품 파지 장치(61)에서 (서브)마이크로 구조(35)로 구조화된 광학 부품(75)이 추출될 수 있다. 완전하게 구조화된 광학 부품(75)은 만곡 표면 섹션(76)을 포함하며, 이 표면 섹션 상에는 (서브)마이크로 구조(35)로 구조화된 전사 필름(55)이 적층되어 있다.
도 8에는, 도 1에 도시된 권취 스테이션(8)이 상세도로 도시되어 있다. 상기 권취 스테이션(8) 내에서는, 구조화된 성형 필름(25)이 캐리어 필름(10)에서 떼어내지며, 그리고 그에 이어서 캐리어 필름(10)은 수집 롤(18)(collecting roll) 상에 롤링된다.
도 9에는, 캐리어 필름(10)에서 떼어내기 직전에 (서브)마이크로 구조(35)로 구조화된 광학 부품(75)이 위에서 비스듬하게 바라본 등거리도로 도시되어 있다. 여기서 광학 부품(75)은 자신의 전면 상에 제1 구조화 만곡 표면 섹션(75)을 포함하며, 그리고 자신의 배면 상에는 제2 구조화 표면 섹션(77)을 포함한다.
도 10에는, 캐리어 필름(10)에서 떼어낸 후에, 도 9에 도시되고 완전하게 구조화된 광학 부품(75)이 앞에서 비스듬하게 바라본 도면으로 도시되어 있다.
1: 만곡 표면 상에 (서브)마이크로 구조를 생성하기 위한 장치
2: 권출 스테이션
3: 성형 필름용 계량 공급 스테이션
4: 임프린팅 스테이션
5: UV 기판 매스용 계량 공급 스테이션
6: 분리 스테이션
7: 전사 스테이션
8: 권취 스테이션
9: 이송 방향(화살표)
10: 캐리어 필름
11: 캐리어 필름의 전면
12: 캐리어 필름의 배면
14: 캐리어 필름 롤
15: 강화 필름
16: 편향 롤러
17: 강화 필름 롤
18: 수집 롤
20: 성형 필름
21: 성형 필름의 필름 두게
22: 성형 매스
25: (서브)마이크로 구조의 임프린트에 의해 구조화된 성형 필름
30: 모델 객체
35: (서브 마이크로 구조
40: 임프린팅 장치
41: 임프린팅 압력(화살표)
45: 파지 프레임
50: 전사 필름
51: 전사 필름의 필름 두께
52: UV 기판 매스
55: (서브)마이크로 구조로 구조화된 전사 필름
60: 전사 장치
61: 부품 파지 장치
62: 부품 파지 장치의 높이 조정이 가능한 스탬프(양방향 화살표)
63: 부품 파지 장치의 압착 압력(화살표)
64: 전사 장치의 하우징
65: 제1 노광 챔버
66: 제2 노광 챔버
67: UV 광원
68: 압축 공기(화살표)
69: 부압 또는 진공압(화살표)
70: 광학 피가공재
71: 광학 피가공재의 전면
72: 광학 피가공재의 배면
73: 광학 피가공재의 만곡 표면 또는 표면 섹션
75: (서브)마이크로 구조로 구조화된 광학 부품
76: 구조화된 광학 부품의 제1 표면 섹션
77: 구조화된 광학 부품의 제2 표면 섹션
2: 권출 스테이션
3: 성형 필름용 계량 공급 스테이션
4: 임프린팅 스테이션
5: UV 기판 매스용 계량 공급 스테이션
6: 분리 스테이션
7: 전사 스테이션
8: 권취 스테이션
9: 이송 방향(화살표)
10: 캐리어 필름
11: 캐리어 필름의 전면
12: 캐리어 필름의 배면
14: 캐리어 필름 롤
15: 강화 필름
16: 편향 롤러
17: 강화 필름 롤
18: 수집 롤
20: 성형 필름
21: 성형 필름의 필름 두게
22: 성형 매스
25: (서브)마이크로 구조의 임프린트에 의해 구조화된 성형 필름
30: 모델 객체
35: (서브 마이크로 구조
40: 임프린팅 장치
41: 임프린팅 압력(화살표)
45: 파지 프레임
50: 전사 필름
51: 전사 필름의 필름 두께
52: UV 기판 매스
55: (서브)마이크로 구조로 구조화된 전사 필름
60: 전사 장치
61: 부품 파지 장치
62: 부품 파지 장치의 높이 조정이 가능한 스탬프(양방향 화살표)
63: 부품 파지 장치의 압착 압력(화살표)
64: 전사 장치의 하우징
65: 제1 노광 챔버
66: 제2 노광 챔버
67: UV 광원
68: 압축 공기(화살표)
69: 부압 또는 진공압(화살표)
70: 광학 피가공재
71: 광학 피가공재의 전면
72: 광학 피가공재의 배면
73: 광학 피가공재의 만곡 표면 또는 표면 섹션
75: (서브)마이크로 구조로 구조화된 광학 부품
76: 구조화된 광학 부품의 제1 표면 섹션
77: 구조화된 광학 부품의 제2 표면 섹션
Claims (15)
- 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법에 있어서,
-a- 캐리어 필름(10)으로부터 분리될 수 있는 강화 필름(15)을 포함하는 탄성 캐리어 필름(10)을 공급하는 방법 단계;
-b- 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조(35)를 포함한 모델 객체(30)를 공급하는 방법 단계;
-c- 상기 강화 필름(15)의 반대 방향으로 향해 있는 상기 캐리어 필름(10)의 전면(11) 상에 성형 필름(20)을 도포하는 방법 단계;
-d- 구조화된 성형 필름(25)을 형성하면서, 상기 성형 필름(20)으로 코팅된 상기 캐리어 필름(10)의 전면(11) 상에 상기 모델 객체(30)의 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조(35)를 성형하는 방법 단계;
-e- 파지 프레임(45) 내에서, 상기 강화 필름(15)과 함께, 상기 구조화된 성형 필름(25)으로 코팅된 상기 캐리어 필름(10)을 고정하는 방법 단계;
-f- 상기 구조화된 성형 필름(25)으로 코팅된 상기 캐리어 필름(10)의 전면(11) 상에 경화성 전사 필름(50)을 도포하는 방법 단계;
-g- 상기 캐리어 필름(10)의 배면(12)으로부터 상기 강화 필름(15)을 분리하는 방법 단계;
-h- 구조화된 전사 필름(55)을 형성하면서, 상기 캐리어 필름(10)의 전면(11)에서 상기 전사 필름(50)으로 코팅된 구조화된 성형 필름(25) 상으로 구조화할 광학 피가공재(70)의 적어도 하나의 표면 섹션(73)을 압착하는 방법 단계;
-i- 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조(35)로 구조화된 광학 부품(75)을 형성하면서, 상기 광학 피가공재(70)의 적어도 하나의 표면 섹션(73) 상에 점착되는 상기 구조화된 전사 필름(55)을 경화하는 방법 단계; 및
-j- 상기 캐리어 필름(10) 상에 잔존하는 상기 구조화된 성형 필름(25)에서 상기 구조화된 광학 부품(75)을 떼어내는 방법 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법. - 제1항에 있어서, 상기 탄성 캐리어 필름(10)은 그 상에 분리 가능하게 배열되는 상기 강화 필름(15)과 함께 롤 제품으로서 공급되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 강화 필름(15)과 상기 캐리어 필름(10)은 사용 후에 상호 간에 분리되어 롤링되어 경우에 따라 재사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 캐리어 필름(10)은 실리콘 고무 재료로, 또는 폴리디메틸실록산으로 제조되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모델 객체(30)는 적어도 상기 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조(35)를 구비한 자신의 윤곽 섹션에서 실질적으로 평탄한 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 필름(20)은 실리콘 고무 재료, 또는 첨가 양생형 2성분 실리콘 고무 재료를 함유하는 성형 매스(22)로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모델 객체(30)의 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조(35)는 상기 성형 필름(20) 상에 임프린팅되고, 임프린팅은 최소한 30초의 기간 동안 실온을 초과하여 증가된 온도에서 수행되거나, 또는 임프린팅은 70℃ 내지 140℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전사 필름(50)으로 코팅되는 상기 구조화된 성형 필름(25) 상에 상기 구조화할 광학 피가공재(70)의 적어도 하나의 표면 섹션(73)을 압착하는 방법 단계는, 상기 캐리어 필름(10)의 배면(12)에서 초과압(68)을 생성하는 것을 통해, 그리고/또는 상기 캐리어 필름(10)의 전면(11)에서 부압(69)을 생성하는 것을 통해, 또는 진공화하는 것을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 피가공재(70)의 적어도 하나의 표면 섹션(73)에 점착되는 상기 구조화된 전사 필름(55)을 경화하는 방법 단계는 UV 광(67)의 작용 하에 최소한 30초의 기간 동안 실온을 초과하여 증가된 온도에서, 또는 70℃ 내지 140℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전사 필름(50)은 UV 광 작용 하에 투명하게 경화되는 감압 접착제로, 또는 액상 UV 아크릴레이트로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 부품의 만곡 표면 상에 서브 마이크로 구조를 포함하는 마이크로 구조를 생성하기 위한 방법.
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP18198459.2 | 2018-10-03 | ||
| EP18198459.2A EP3633453B1 (de) | 2018-10-03 | 2018-10-03 | Verfahren zur herstellung von (sub-)mikrostrukturen auf gewölbten flächen eines optischen bauteils |
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