KR19990008438A - 마이크로 릴리프 엘리먼트 및 그 준비 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 릴리프 엘리먼트(micro relief element : MRE) 및 그 준비 방법에 관한 것이다.
마이크로 릴리프 엘리먼트는 다음의 구성 요소를 구비한다:
(가) 제 1 기판의 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 가진 제 1 층;
(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 릴리프 형성 폴리머의 원하는 두께의 오버레이; 및
(다) 상기 릴리이프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 릴리프 피처.
Description
이하에서 언급되는 마이크로 릴리프 엘리먼트는 특정 기능을 수행할 수 있는 원하는 형태의 기판 표면상에 형성된 3차원 구조를 가진다. 일반적으로, 그 구조는 0.1 내지 1000 마이크론의 높이만큼 상기 기판 상으로 돌출되는 반복적인 형태를 가진다. 그러한 마이크로 릴리프 엘리먼트는 마이크로 광학, 마이크로 유체, 마이크로 전기 및 마이크로 기계 장치 내의 능동적인 구성 요소로써 사용될 수 있다. 특히, 그러한 마이크로 릴리프 엘리먼트는 마이크로 광학 엘리먼트(micro-optical element : MOE)로써 사용될 수 있으며 이 경우 그 구조는 0.1 내지 1000 마이크론의 높이를 가지는 일반적으로는 0.1 내지 10 마이크론의 범위에서 한정된다. 만약 마이크로 릴리프 엘리먼트가 마이크로 유체 또는 마이크로 기계 장치 내의 구성 요소이었다면 그 구조는 보통 10 내지 1000 마이크론의 높이를 가지게 된다.
마이크로 광학 엘리먼트는 표면 릴리프 구조를 가지는데 그 이유는 그 구조상에 투사되는 광빔상에 위상 변화를 유도하여서 그 투사되는 빛이 반사 또는 투사될 때 그 빛의 소정의 공간 분배를 가져오게 하는 것이다. 또한, 마이크로 광학 엘리먼트는 상기 릴리프 구조가 광 투사 물질, 이하에서는 예를 들어 침수된 마이크 로렌즈와 같은 침수된 마이크로 광학 엘리먼트 내에 내장되는 구조를 포함한다.
마이크로 광학 엘리먼트는 회절 격자, 렌즈, 빔 어레이 발생기, 레이저 조화 분리기, 포커싱 미러 및 마이크로렌즈 어레이와 같은 다양한 응용 분야에 사용 가능하다.
마이크로렌즈 어레이는 광학 리더, 레이저 다이오드 및 광 섬유사이의 인터페이스, 방상기 스크린, 인테그럴식 포토그래피, 3-d 카메라 및 디스플레이 시스템, 통합형 광 장치 및 이미지 바에 사용할 수 있다.
일반적으로, 마이크로 광학 엘리먼트는 지지 기판상에 코팅된 감광 물질상으로 상기 원하는 표면 릴리프 구조를 노광 및 현상하여서 플라즈마 또는 화학적 에칭 방법을 이용해 상기 기판 상에 상기 표면 릴리프 구조를 전사함으로써 형성된다. 종래의 마이크로 광학 엘리먼트의 설계 및 제조 방법이 엠 알 타그자데, 외(MR Taghizadeh et al)에 의해 광 컴퓨팅 및 프로세싱(Optical Computing and Processing), 1992년, 제 2 권 221-242페이지의 광 인터컨넥트용 합성 회절 엘리먼트(Synthetic diffractive elements for optical interconnects); 제이 얀스 외(J Jahns et al)의해 1990년 애플리케이션 옵트, 제 29(7)판, 931에 박막 침전에 의해 제조된 회절 마이크로렌즈의 2차원적 어레이(Two-dimensional array of diffractive microlenses fabricated by thin film deposition); 엠 티 게일 외(M T Gale et al)에 의해 1993년 애플리케이션 옵트, 제 32(14)판, 2526에 2차원적 어레이 발생을 위한 연속 릴리프 회절 광학 엘리먼트(Continuous-relief diffractive optical elements for two-dimensional array generation); 제이 엠밀러 외(J M Miller et al)에 의해 1993년 애플리케이션 옵트, 제 32(14)판, 2519에 다층 레벨-격자 어레이 발생기 : 제조 에러 분석 및 실험(Multilevel-grating array generators: fabrication error analysis and experiments); 및 엠 비 스텐외(M B Sten et al)에 의해 소형 및 마이크로 광학(Miniature and micro-optics), 1992년, 에스 피 아이 이(SPIE), 제 1751, 85-95페이지의 적외선 및 가시 물질 내의 이성분 광학 제조(Fabricating binary optics in infrared and visible materials)에 논의된 바 있다.
과거에는 마이크로렌즈 어레이는 피 판텔리스(P Pantelis) 및 디 제이 맥카트니(D J McCartney)에 의해 1994년 애플리케이션 옵트, 제 3 판, 103에 폴리커 마이크로렌즈 어레이(Polymer microlens arrays), 디 대레이(D Daley), 알 에프 스티븐(R F Stevens), 엠 시 휴트레이(M C Hutley) 및 엔 데이비스(N Davies)에 의해 1990년 메아스. 씨. 테크로러지, 제 1 판, 759에 포토레지스트 융합에 의해 마이크로렌즈 제조 방법(The manufacture of microlenses by melting photoresist) 및 에이치 더블유 로(H W Lau), 엔 데이비스(N Davies) 및 엠 맥코믹(M McCormick)에 의해 소형화 및 마이크로 광학 : 제조 및 시스템 애플리케이션, 1991년 에스 피 아이 이(SPIE), 제 1544판, 178페이지에 높은 숫자 구를 가진 표면 릴리프에서 제조된 마이크로렌즈 어레이(Microlens array fabricated in surface relief with high numerical aperture)에 개시된 것과 같은 다양한 방법에 의해 제조되었다. 유리 마이크로렌즈는 화학적인 에칭 유리, 성형 유리, 플라즈마 에칭 유리에 의해 형성되어 표면 릴리프 구조를 가지게 된다.
폴리머 마이크로렌즈는 포토레지스트 아이랜드를 용해하거나 또는 레이저 빔으로 감광물질을 직접 라이팅하거나, 전자빔으로 적당한 물질을 직접 라이팅하거나 플라즈마 에칭 또는 성형에 의해 제조되었다.
불행히도, 종래의 마이크로 릴리프 엘리먼트의 제조 방법은 사용될 수 있는 기판의 범위 및 형성되는 릴리프 구조의 복잡도 및 정확도가 제한적이라는 단점이 있다.
본 발명은 마이크로 릴리프 엘리먼트(micro relief element : MRE) 및 그 준비 방법에 관한 것이다.
도 1은 16×16 마이크로 광학 엘리먼트 빔 어레이 발생기에 의해 형성된 이미지 영역을 도시한다.
도 2는 4×4 빔 어레이 발생기에서 온도에서 강도 변화를 도시한다.
도 3a는 마이크로 광학 엘리먼트를 형성하기 위해 사용되는 유연성의 조제층 내의 성형 피처를 준비하기 위한 니켈 심의 일부를 도시한다.
도 3b는 도 3a에 도시된 니켈 심을 이용하여 준비된 유연성의 조제층으로 부터 형성된 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 일부를 도시한다.
도 4a 및 4b는 다양한 표면 릴리프를 보여주는 에스이엠(SEM)이다.
도 5는 마이크로 렌즈 어레이 형태에서 릴리프 피처의 에스이엠이다.
도 6은 마이크로 광학 엘리먼트의 오버레이 두께를 도시한 텐커(Tencor)알파-스텝(Alpha-step) 표면 프로파일 기계 추적 도형이다.
도 1은 예 A에 설명된 마이크로 광학 엘리먼트로부터 형성된다.
도 2에서, 라인 (1)은 예 A에서 설명되는 것으로써의 4×4 빔 어레이 발생기가 갖게 되는 온도 변화를 나타낸다. 라인 (2)는 제시되는 어떤 샘플도 가지지 않은 장치의 광학 응답을 나타낸다. 라인 (3)은 유리 상에 제조된 마이크로 광학 엘리먼트의 광학 응답을 나타낸다. 라인 (4)는 층상에 제조된 마이크로 광학 엘리먼트의 광학 응답을 나타낸다. 라인 (5)는 그것 상에 어떤 마이크로 광학 엘리먼트도 가지지 않은 피이티(PET) 층 영역이 비춰질 때의 광학 응답을 나타낸다.
도 3a는 예 B에서 사용되는 니켈 심의 일부를 도시한다.
도 3b는 유연성 조제층으로부터 예 B에 따라 형성된 마이크로 렌즈 어레이의 일부를 도시하는 데, 여기서 상기 성형 피처는 도 3a에 도시된 니켈 심을 사용하여 형성된다.
도 4a 및 4b는 예 D에서 형성되는 다양한 마이크로 릴리프 엘리먼트를 보여준다.
도 5는 예 E에서 형성되는 125 마이크론 피치 및 204 마이크론 초점 길이를 가진 육각형의 마이크로 렌즈를 도시한다.
도 6은 예 F에 설명된 마이크로 광학 엘리먼트로부터 형성된다. 영역 (1)에서 상기 폴리머 층은 유리로부터 제거되어 기준 레벨을 제공하게 된다.
또한, 본 발명은 다음의 예증들을 참조하여 비제한적인 방식에서 설명될 것이다.
본 발명의 목적은 용이한 마이크로 릴리프 엘리먼트 제조 방법, 특히 다양한 기판 및 복잡한 설계를 통한 마이크로 광학 엘리먼트 제조 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 이점은 동일한 과정을 사용하여서도 광범위한 높이를 가진 표면 릴리프가 형성될 수 있다는 데 있으며, 또 다른 이점은 작은 측면 피처(feature)들이 연속적으로 재생될 수 있다. 한편, 그 과정은 넓은 범위의 마이크로 릴리프 엘리먼트를 형성하기 위해 사용 가능하다.
본 발명의 제 1 양상에 있어서, 마이크로 릴리프 엘리먼트는 다음의 구성 요소를 구비한다:
(가) 제 1 기판의 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 가진 제 1 층;
(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 릴리프 형성 폴리머의 원하는 두께의 오버레이; 및
(다) 상기 릴리이프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 릴리프 피처,
본 발명의 제 2 양상에 있어서, 마이크로 광학 엘리먼트의 적어도 일부분으로써 사용되는 구조는 다음의 구성 요소를 구비한다:
(가) 제 1 굴절률을 가진 광학적으로 투사되는 제 1 기판의 광학적으로 투사되는 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 가진 제 1 층;
(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 제 1 굴절률과 동일하거나 다른 제 2 굴절률을 가진 상기 릴리프 형성 폴리머의 광학적으로 극소의 영향을 가진, 바람직하게 1.5㎛ 이하의 최대 두께를 가진 오버레이; 및
(다) 상기 릴리프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처
본 발명의 제 3 양상에 있어서, 침수형의 마이크로 광학 엘리먼트는 다음의 구성 요소를 구비한다.
(가) 제 1 굴절률을 가진 광학적으로 투사되는 제 1 기판의 광학적으로 투사되는 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 가진 제 1 층;
(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 제 1 굴절률과 동일하거나 다른 제 2 굴절률을 가진 상기 릴리프 형성 폴리머의 광학적으로 극소의 영향을 가진, 바람직하게 1.5㎛ 이하의 최대 두께를 가진 오버레이;
(다) 상기 릴리프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처; 및
(라) 제 1, 제 2 및 제 3 굴절률이 모두 동일하지는 않는 상태에서 상기 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처 상에 중첩되는 상기 제 3 굴절률을 가진 광학적으로 투사되는 제 2 기판의 제 2 층.
본 발명이 제 4 양상에 있어서,
(가) 제 1 기판의 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 가진 제 1 층;
(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 릴리프 형성 폴리머의 원하는 두께의 오버레이; 및
(다) 상기 릴리프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 릴리프 피처를 구비하는 마이크로 릴리프 엘리먼트의 준비방법에 있어서:
(가) 상기 수용성 표면과 유연성의 조제(dispensing) 층 내에 형성된 적어도 하나의 성형 피처 사이의 접선을 형성하는 단계;
(나) 상기 접선을 따라 상기 릴리프 형성 폴리머를 형성하기 위해 경화되는 충분한 레진을 상기 적어도 하나의 성형 피처에 가득 채워지도록 인가하는 단계:
(다) 상기 수용성 표면과 상기 유연성 조제 층을 점차적으로 접촉하게 하여 (1) 상기 접선이 상기 수용성 표면을 지나서 이동하게 하며 (2) 충분한 레진이 상기 성형 피처에 의해 담겨져서 상기 성형 피처에 충분히 채워지며 (3) 상기 오버레이를 형성할 수 있는 레진 량만이 상기 접선을 통과하게 하는 단계:
(라) 상기 적어도 하나의 성형 피처를 채운 상기 레진을 경화하여 적어도 하나의 릴리프 피처를 형성하는 단계로 이루어지는 데, 이 후에 선택적으로
(마) 상기 적어도 하나의 릴리프 피처로부터 상기 유연성 조제층을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 5 양상에 있어서,
(가) 제 1 굴절률을 가진 광학적으로 투사되는 제 1 기판의 광학적으로 투사되는 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 가진 제 1 층;
(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 제 1 굴절률과 동일하거나 다른 제 2 굴절률을 가진 상기 릴리프 형성 폴리머의 광학적으로 극소의 영향을 가진, 바람직하게 1.5㎛이하의 최대 두께를 가진 오버레이; 및
(다) 상기 릴리프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처를 구비하는 마이크로 광학 엘리먼트의 적어도 일부 요소로써 사용되는 구조를 준비하는 방법에 있어서:
(가) 상기 수용성 표면과 유연성의 조제(dispensing) 층 내에 형성된 적어도 하나의 성형 피처 사이의 접선을 형성하는 단계;
(나) 상기 접선을 따라 상기 릴리프 형성 폴리머를 형성하기 위해 경화되는 충분한 레진을 상기 적어도 하나의 성형 피처에 가득 채워지도록 인가하는 단계;
(다) 상기 수용성 표면과 상기 유연성 조제 층을 점차적으로 접촉하게 하여 (1) 상기 접선이 상기 수용성 표면을 지나서 이동하게 하며 (2) 충분한 레진이 상기 성형 피처에 의해 담겨져서 상기 성형 피처에 충분히 채워지며 (3) 상기 오버레이를 형성할 수 있는 레진 량만이 상기 접선을 통과하게 하는 단계:
(라) 상기 적어도 하나의 성형 피처를 채운 상기 레진을 경화하여 상기 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처를 형성하는 단계로 이루어지는 데, 이 후에 선택적으로
(마) 상기 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처로부터 상기 유연성 조제층을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 마이크로 릴리프 엘리먼트는 마이크로 광학, 마이크로 유체, 마이크로 전기 및 마이크로 기계 장치 내의 능동적인 구성 요소로써 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 마이크로 릴리프 엘리먼트에 대해 이하에서 사용되는 주요 용도는 마이크로 광학 엘리먼트로서의 용도이다. 이하에서 본 발명에 따른 마이크로 광학 엘리먼트를 구성하기 위한 특징에 대한 설명은 마이크로 릴리프 엘리먼트는 다른 응용 분야에서도 동일하게 적용되는 특징을 언급할 것이며 따라서 마이크로 광학 엘리먼트에 대한 설명도 마이크로 릴리프 엘리먼트에 관한 것으로써 해석될 수가 있다.
그러한 마이크로 광학 엘리먼트는 한가지 이상의 광기능을 수행할 수가 있다. 예를 들어 다이오드 레이저용 빔 정정 렌즈로써 사용되는 마이크로 광학 엘리먼트는 비점수차 정정, 타원형 정정 및 빔 조준 기능을 결합할 수가 있다.
더욱이, 제 1 지지층과 결합되는 상기 광학적 능동 릴리프 피처는 한가지 이상의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 렌즈 형태의 제 1 층상에 지지된 광학적 능동 릴리프 피처는 색수차 정정 기능을 제공할 수가 있다.
따라서 상기 제 1 층 및 상기 마이크로 릴리프 엘리먼트 또는 마이크로 광학 엘리먼트 및 상기 릴리프 피처는 수행되는 상기 기능에 따라서 어떤 원하는 형태의 배열로 구성될 수가 있다는 것이 분명하게 될 것이다. 예를 들어, 광학지지 기판을 구비하는 상기 제 1 층은 평면, 중공 또는 입체형으로 이루어지거나 또는 렌즈 또는 다른 광학 구성 요소를 구비하여서 상기 릴리프 피처(들)가 그것의 표면상에 적절히 인가되도록 한다. 또는, 상기 릴리프 피처(들)가 예를 들어 렌즈, 직선 또는 경사진 트랙 또는 측면부, 환상 링, 직선 또는 곡선의 회절 격자, 다중 페이스드(피라미드 모양), 또는 다른 광학, 유체, 전기 또는 기계 구조와 같은 하나 이상의 연속적인 계단형 또는 종단형의 구조로 이루어진다.
한편, 상기 마이크로 광학 엘리먼트는 다른 물질로써 코팅이 되어서 상기 마이크로 광학 엘리먼트를 보호(스크래치 보호 코팅)하거나 상기 마이크로 광학 엘리먼트로부터의 반사를 줄이게 된다(반사 감소 코팅). 바람직하게는, 그러한 코팅제는 다층 구조의 코팅제가 된다.
또한, 상기 마이크로 광학 엘리먼트는 투사 기능보다는 반사 기능을 수행한다. 이는 반사성의 제 1 층을 사용하여 상기 마이크로 광학 엘리먼트를 제조함으로써 이루어지거나 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 표면을 코팅하여 그 표면으로부터의 반사력을 향상시킴으로써 이루어진다.
상기 제 1 층은 적절한 지지 기판에 의해서 지지가 되는데 그 기판은 상기 제 1 층으로부터 추후 제거되게 된다. 그러나, 상기 제 1 층은 자기 지지형이거나 또는 원하는 응용 분야에서 원하는 배열의 지지 표면과 결합되도록 한다. 바람직하게 상기 제 1 층은 당해 기술 분야에서 공지된 그 원하는 응용 분야에 적절한 물질로 이루어지는데, 예를 들어, 그 물질은 폴리머 층(특히 PET 또는 PEN과 같은 폴리에스테르, 또는 PVC, 폴리마이드, PE 또는 공지의 생물분해성 폴리머, 예를 들어 폴리(하이드록시 부티르산염)와 같은 다른 폴리머로부터 형성된 층); 일정 파장에서 광 전도성을 가진 선택된 물질 예를 들어 2 및 15 마이크론 이상의 적외선 영역에서 동작가능한 ZnSe 또는 게르마늄; 실리콘; 티타니아 또는 (융합된) 실리카 및 유리와 같은 고온 저항의 부기 금속 산화물 및 세라믹: 또는 나무 펄프 또는 합성 카드 또는 종이와 같은 자연 또는 합성 종이 제품이 될 수도 있다.
예를 들어, 반도체 구성 요소가 상기 마이크로 릴리프 엘리먼트상에 장착되며 이로부터 열을 방산하는 소정 응용 분야에는, 상기 제 1 층은 다이아몬드 층 또는 높은 열 전도성을 가진 유사한 물질로써 코팅될 수가 있다.
또한, 상기 1층은 전기적 도전 층, 예를 들어, 인디움 틴 옥사이드(ITO) 또는 금으로써 코팅될 수가 잇으며, 그 결과 전기적 접촉이 상기 제 1 층의 표면상에 위치한 반도체 구성 요소에 형성되게 된다.
상기 1층의 코팅은 그 층상에 상기 광학적 능동 릴리프 구조(들)를 형성하기 전에 연속 층으로써 달성될 수가 있으나, 유리하게는 상기 광학적 능동 릴리프 구조(들)에 대한 층으로써 달성되는 데 이는 상기 광학적 능동 릴리프 구조(들)의 형성 중에 상기 유연성 조제 층으로부터 복사에 의해 이루어진다.
또한 상기 제 2 층은 적절히, 광학적으로 제거가능한 기판에 의해 지지되게 된다. 상기 제 2 층은 적절한 수단, 예를 들어, 층판에 의해 상기 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처상에 중첩되게 된다. 또한, 상기 제 2 층은 상기 수용성 표면상에 보유된 상기 광학적 투사성 릴리프 형성 폴리머와 동일한 광학적 투사성 폴리머가 성형되는 적어도 하나의 성형 피 처를 구비하게 되는 데, 이는 상기 제 1 층의 상기 성형 피처들의 적어도 일부와 상기 제 2 층의 상기 성형 피처들의 적어도 일부와 매치되도록 배열되도록 하여서 이들이 복합적인 광 구성 요소를 형성할 수 있게 한다.
상기 릴리프 형성 폴리커의 선택은 상기 마이크로 릴리프 엘리먼트의 의도된 용도에 달려 있으며 치과학에서 사용 용도 및 스테레오 석판 인쇄에 의한 신속한 포토타이핑용도의 실리카 충진형의 빛 경화성 레진, UV 경화성 액체 크리스탈 레진, 포토케시오닉(photocathionic) 에폭시 레진 및 이하에서 설명될 광학적 투사성 레진을 포함한다.
상기 광학적 투사성의 릴리프 형성 폴리머가 예를 들어 명칭 LUXTRAK(LUXTRACK는 Zeneca plc의 상표명)하에서 판매된 광학 구성 요소를 결합하는 빛 경화성 접착제로써 개발된 물지를 포함하는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 물질로부터 선택될 때, 이들은 폴리머 광섬유 제조용으로써 개발됐으며 폴리머 포토레지스트를 이용하여 광기록용으로 개발됐다. 특히, 상기 광학적 투사성의 릴리프 형성 폴리머가 예를 들어 할로겐화된 또는 증수소화된 실록산(siloxanes), 스틸렌(styrenes), 이미드(imides), 아크릴레이트(acrylates), 및 에틸렌글리콜(ethyleneglycol), 디메타크릴레이트(dimethacrylate), 테트라플루오르프로필메타크릴레이트(tetrafluoropopylmethacrylate), 펜타플루오르페닐메타크릴레이트(pentafluorophenylmethacrylate), 테트라클로로에틸아크릴레이트(tetrachloroethylacrylate), 다기능 유도체의 트라이진(triazine) 및 포스파진(phosphazene)과 같은 메타크릴레이트(methacrylates)로부터 형성된다. 높은 플루오르화된 지방족 및 방향족을 함유한 레진 및 폴리머가 바람직하다.
바람직하게는, 상기 광학적 투사성의 릴리프 형성 폴리머는 가능한 동일하면서도 상반되는 열 팽창력과 열광학 계수를 가지도록 선택된다. 이 선택의 이점은 그 물질의 열 팽창으로 인해 광로 길이(그로 인한 위상 변화)에서의 증가가 그것의 굴절률에서의 감소만큼 보상되는 데 있다. 이러한 이점은 상기 광학적 투사성의 릴리프 형성 폴리머가 상기 기판 물질로부터 측면상으로 확장하는 것을 억제하도록 하는 것을 요구한다. 이는 상기 오버레이가 작을 때에 행당되는 경우가 될 것이다. 알 모쉬레프라데(R Moshrefzadeh), 엠 디 레드크릴프(M D radcliffe), 티 씨 리(T C Lee) 및 에스 케잇 모하파트라(S K Mohapatra)에 의해 제이 라이트웨이브 테크놀러지 1992년 제 10(4)판, 420의 폴리메릭 도파관의 굴절률의 온도 의존성(Temperature dependence of index of refraction of polymeric waveguides)이라고 명칭된 논문에서는 동일한 크기의 네가티브 열광학 계수, 포지티브 열 팽창 계수를 가진 다수의 폴리커 물질을 보여준다. 예를 들어, PMMA는 -1.1×10-4K-1의 열광학 계수를 가진다.
바람직하게는, 상기 광학적 투사성의 릴리프 형성 폴리머는 예를 들어 상기 제 1 층이 Bk7 붕규산염 유리일 때 633nm에 1.51 또는 상기 제 1 층이 석영일 때 633nm에서 1.46의 제 1 굴절률에 매치되는 굴절률을 가진다.
상기 광학적 투사성의 릴리프 형성 폴리머의 상기 굴절률은 상기 폴리커내에 적절한 첨가물을 포함함으로써 변경이 가능하다. 특히 상기 폴리머의 굴절률은 30%의 중량으로 첨가될 때 0.02의 초과시의 절대치만큼 굴절률(1.32 또는 1.55㎛에서 측정된 굴절률)을 증가할 수 있는 적절량의 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트를 첨가함으로써 조절이 될 수 있다.
더욱이, (설계된 깊이와 비교되는) 상기 광학적 투사성의 릴리프 피처의 깊이상의 에러는 동일한 소량만큼 상기 광학적 투사성의 릴리프 형성 폴리머의 상기 굴절률을 증가 또는 감소시킴으로써 정정이 가능하다.
상기 광학적 투사성의 릴리프 형성 폴리머의 상기 굴절률을 제어하는 또 다른 이점은 그 결과로써 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 동작 파장이 이동될 수 있다는 것이다. 그러므로 일련의 마이크로 광학 엘리먼트는 동일한 유연성의 조제 층으로부터 생성되어서 그 선택된 파장에서 높은 효율성을 가지고 동작하는 하나의 마이크로 광학 엘리먼트를 얻을 수 있게 된다. 예를 들어 633nm에서 동작하도록 설계된 마이크로 광학 에리먼트에 대한 1.45로부터 1.55로의 굴절률 변화는 677nm에서 최대의 동작 효율성을 가져오게 한다.
상기 릴리프 형성 폴리머의 오버레이는 상기 마이크로 릴리프 엘리먼트의 기능에 적절한 두께를 가지도록 재생 가능하게 제어되며 최소의 오버레이가 원하여지는 경우에는 유용하게 상기 수용성 표면을 평면화하도록 한다. 몇몇 경우에는, 즉 마이크로 기계 장치 내에서 비교적 두껍고 균일한 오버레이가 상기 제 1 층에 상기 릴리프 형성 폴리머를 확고하게 고정하도록 하는데 바람직하다. 다른 경우에 있어서, 즉 상기 마이크로 릴리프 엘리먼트가 마이크로 광학 엘리먼트인 경우에, 상기 오버레이의 두께는 최소화하여서 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 광학 기능에 약간의 방해도 하지 못하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 여기서 상기 오버레이는 광학적으로 가치가 없다고 본다. 바람직하게, 상기 광학적으로 무가치한 오버레이는 1.5㎛ 이하의 최대 두께, 바람직하게는 1㎛이하의 두께를 가지며 특히 상기 제 1층의 표면상에서는 0.5㎛이하의 두께를 가진다. 상기 광학적으로 무가치한 오버레이의 평균 두께는 바람직하게는 1㎛이하, 특히 0.5㎛ 이하의 두께를 가진다. 광학적으로 무가치하거나 그렇지 않든 간에 상기 표면을 통과하는 그 오버레이의 두께 변화는 바람직하게 ±0.75㎛이하이며, 특히 ±0.5㎛이하이며 특히 ±0.25㎛이하이다. 이는 파면 에러를 최소화하는 특별한 이점을 가진다.
상기 마이크로 광학 엘리먼트의 광학 실행력은 다른 영역의 상기 표면 릴리프 패턴을 통해 전해지는 일부분의 광빔 사이에서 발생되는 위상 차에 달려 있다. 이 위상 차는 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 표면 아래의 피처의 깊이 및 상기 광학 엘리먼트가 생성되는 그 물질의 굴절률에 의해 정해진다. 상기 제 1 층 및 상기 광학적 능동 릴리프간의 1 마이크론 이하의 오버레이를 가진 이점은 이 높이가 잘 정의될 수 있다는 데 있다. 그러므로 상기 마이크로 광학 엘리먼트는 설계된 것으로써 기능한다. 또한, 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 상기 광학적 능동 릴리프 피처간의 개재된 표면의 명면화가 중요하다. 만약에 그 개재된 표면이 사용되는 빛의 파장보다 더 평면화된다면 향상된 실행력을 가져온다. 최소 오버레이를 통해, 상기 개재 표면은 그 표면상에 생성되는 상기 제 1 층만큼 평면화된다. 최소 오버레이의 또 다른 이점은 상기 표면 릴리프 패턴을 한정하도록 요구되는 물질의 전체 두께를 최소화함으로써 그 물질에 의한 빛의 흡수로부터 야기되는 일부분의 광학 손실을 감소시켜 준다는 데 있다.
낮은 열 팽창계수를 가진 유리 또는 다른 물질 상에 광학적 능동 릴리프 피처를 형성하는 매우 중요한 이점을 상기 마이크로 광학 엘리먼트 구성 성분의 열안정성이 비교적 높은 열팽창 계수를 가진 그 물질의 부피를 최소화함으로써 그러한 광학적 능동 릴리프 피처의 피치를 유지할 만큼 향상되게 된다.
상기 레진의 경화성을 효율화하기 위해서는 이니시에이터(initiator), 예를 들어 열 및/또는 포토이니시에이터 및 특히 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 동작 파장에서 빛을 흡수하지 않는 이니시에이터를 사용하는 것이 바람직하다. 전형적으로, 사용되는 이니시에이터는 0.1 내지 3.0%의 중량, 바람직하게는 0.5 내지 2.0%의 중량의 농도의 상기 레진에서 나타난다. 적절한 포토이니시에이터는 2-메탈(methyl)-1-[4-(메탈시오(methythio))페닐(phenyl))-2-모르포리노프로파노네(morpholinopropanone)-1 (이르가큐어(Iracure) 907), 1-하이드록시(hydroxy)-시크로헥실(cyclohexyl)-페닐 케톤(phenyl ketone) (이르가큐어 184), 이소프로필티옥산손(isopropylthioxanthone)(콴타큐어(Quantacure) ITX), 캠프로키노네(Camphorquinone)/디메틸래미노에틸메타크릴레이트(dimethylaminoethylmethacrylate)를 포함한다. 유사하게 적절한 열 이니시에이터는 터트(tert)-뷰틸페록시(butylperoxy)-2-에틸 헥산노에이트(ethyl hexanoate)(인테록스(Interox) TBPEH)이다.
상기 접선이 상기 제 1 층을 통과하여 이동함에 따라 상기 레진은 상기 표면 을 지나서 효과적으로 밀려져서 상기 적어도 하나의 성형 피터 내로 흐르게 된다.
상기 접선이 상기 표면을 통과하는 진행 속도는 그 레진의 특성에 달려 있다. 일반적으로, 상기 레진은 0.1 내지 100 푸아즈, 전형적으로 10 내지 100 푸아즈의 점성을 가진다.
상기 접선이 상기 성형 피처로부터 이동됨에 따라 상기 레진은 성형 피처 내에 충분히 보유되는 데, 이 경우에 상기 레진은 그 후 적절한 시간에 경화되게 된다. 그러나, 상기 레진은 비경화 형태의 어느 정도의 탄성을 종종 보여주는 데 이 경우 상기 접선이 상기 성형 피처로부터 이동됨에 따라 그 안의 상기 레진은 상기 성형 피처로부터 이완되거나 유출되게 된다. 상기 릴리프 피처가 마이크로 광학 엘리먼트의 일부가 되는 경우, 상기 레진의 이러한 완화는 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 효율성을 절감시킬 수 있다. 이러한 레진의 완화를 극복하기 위해서는 상기 접선이 상기 성형 피처로부터 완전히 이동하기 전에 상기 레진이 경화되도록 하는 것이 바람직하다.
그러므로 용이하게 또한 바람직하게는, 상기 레진은 빛의 특별한 파장, 특히 자외선(UV) 독사에 의해 활성화되는 포토이니시에이터를 포함한다. 적절한 광원이 상기 접선을 따라 인가되는 압력이 해제되며 상기 레진이 상기 보유 피처로부터 완화되기 전에 상기 레진을 경화하도록 사용된다. 특히 상기 유연성 조제층이 사용되는 빛에 투과되며 그 빛이 상기 레진을 향해 상기 유연성 조제층을 통해 조사되는 것이 바람직하다. 경사부분에 빛을 집중시켜서 예를 들어 상기 레진의 조기 경화를 피하기 위해서는, 상기 접선상의 빛의 경사각이 폴리머로부터 폴리머까지 조절되는 것이 필요하다. 그렇지 않으면, 소정의 경사각을 위해 그리고 상기 제 1 층이 적어도 부분적으로 상기 빛에 전달되는 경우에, 상기 제 1 층은 소정의 두께를 가지도록 선택되어서 그 결과 상기 경사된 빛의 내부 굴절이 상기 접선상의 빛을 집중시키게 한다. 또한, 상기 제 1 층이 적어도 부분적으로 상기 빛에 전달되며 소정의 적절한 두께를 가지는 경우에, 미러형의 지지체가 상기 제 1 층 아래에 위치되어서 상기 전사된 빛이 상기 접선으로 다시 반사되도록 한다.
적절한 수단에 의해 상기 접선을 따라 압력이 인가된다. 적절하게는, 그 압력은 상기 표면을 따라 이끌려지는 압력 로드하에서 진입형 바 또는 유연한 블레이드를 이용하거나 또는 상기 유연성 조제층 및 상기 표면간의 상기 바, 블레이드 또는 롤러에 의해 형성된 닙(nip)에 상기 레진을 보유하는 진입 또는 회전 중의 압력로드 하의 롤러를 이용하여 인가된다. 그러므로 상기 레진은 상기 접선이 상기 표면을 지나서 진행됨에 따라 상기 닙에서 경화되는 것이 바람직하다.
바람직하게 상기 유연성의 조제층은 상기 성형 피처가 엠보싱되는 폴리머 층이다. 그러한 엠보싱 처리된 층은 바람직하게 자외선에 투명하게 통과되며 높은 표면 제거 성질을 가지며 상기 성형처리동안에 차원적으로 사운드를 유지할 수 있다. 용이하게는, 그러한 엠보싱 처리된 층은 (가) 상기 요구된 릴리프 구조에 일치되는 등고선형의 메탈화된 표면을 가진 마스터 패턴을 형성하여, (나) 상기 메탈화된 표면상에 제 1 메탈 층을 전기주조사여 메탈 마스터를 형성하여, (다) 상기 마스터 패턴으로부터 상기 메탈 마스터를 제거하여, (라) 상기 전기주조과정을 반복하여 메탈 엠보싱 마스터 심(shim)을 형성하여, (마) 폴리머 층에 상기 릴리프 구조를 엠보싱처리하여 원하는 성형 피처를 형성함으로써 형성된다.
우연적으로, 상기 엠보싱 처리된 층이 투과될 때 광학적으로 정렬되도록 하여서 상기 성형 피처가 상기 제 1 층의 상기 수용성 표면상에 정교하게 배열되게 된다. 그래서, 상기 성형 피처가 상기 수용성 표면상으로, 즉 상기 수용성 표면상에 존재하는 피처의 원하는 축 방향으로 용이하게 향하게 한다. 특히, 상기 제 1 층이 렌즈 자체일 경우에는, 그 렌즈의 광축은 상기 성형 피처를 이용하여 형성된 광학적 능동 릴리프 피처의 광축에 일렬로 정렬되어서 그 결과 상기 복합 구성 요소의 광학 실행력이 극대화되게 된다.
또한, 만약 상기 엠보싱 처리된 층이 상기 수용성 층상에 유지되어진다면, 상기 엠보싱 처리된 층은 추후에 제거가능한 보호층으로써 기능한다.
상기 방법에 의해 상기 마이크로 광학 엘리먼트 제조의 또 다른 이점은 상기 릴리프 형성 폴리머의 굴절률이 변화되어서 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 광학실행력을 개선 또는 변경하도록 하게 한다는 것에 있다. 이는 다른 동작 파장을 갖은 광 구성성분이 동일한 마스터 심으로부터 구성될 수 있기 때문에 또한 이점이 된다.
상기 방법에 의해 상기 마이크로 광학 엘리먼트 제조의 또 다른 이점은 상기 마스터 패턴이 넓은 범위의 물질에서 광범위한 이용 가능한 기술에 의해 형성가능하며 양질의 광 속성을 가진 물질에서 형성되는 데 있어서 제한을 받지 않는다는 데 있다. 예를 들어 원형의 마스터 패턴은 포토레지스트의 직접 전자 빔 패턴닝, 종래의 사진석판, 실리콘 마이크로매시닝(케이 이 피터슨(K E Peterson), Proc IEEE, Vol 70, 420(1982)), 레이저 빔 라이팅(이 씨 하베이(E C Harvey), 피 티 럼스비(P T Rumsby), 엠 씨 고워(M C Gower), 에스 미하이로브(S Mihailov), 디 토마스(D Thomas)에 의한 1994년 2월 다이제스트 제 1994/043호 논문 1의 마이크로엔지니어링 및 광학 상의 아이이이(IEE)의 세미나 절차인 마이크로머시닝을 위한 엑시머 레이저; 디 더블유 토마스 외(D W Thomas et al)에 의한 유럽 매트 레스 소스모노그래프(European Mat Res Soc Monographs), 제 4 권 이드(Ed). 이 포가라시 및 에스 라자레(E Fogarasy and S Lazare), 제 221(1992) 페이지의 전자 물질의 레이저제거; 에이치 쉬미트에 의한 암스테르담 1994년 9월 존문 CMB1의 레이저 및 전자광학에 관한 회의(Conf on Lasers and Electro-optics : CLEO EUROPE 94)상에서의 레이저에의한 마이크로머쉬닝, 플라즈마 에칭(디 엠 마노스(D M Manos) 및 디 엘 플램(D L Flamn)에 의한 런던(1989년) 제 2 장의 아카데믹 프레스사에 의해 소개된 플라즈마 에칭에서 디 엘 플램); 및 단일 포인트 다이아몬트 터닝에 의해 형성될 수가 있다.
상기 방법에 의해 상기 마이크로 광학 엘리먼트 제조의 또 다른 이점은 상기 유연성의 조제 층이 원하는 목적의 적절한 물질, 예를 들어 마스킹 또는 스트린 매체, 플라이밍(priming) 매체, 또는 잉크, 시드(촉매) 매체, 금속 프리커서(precursor), 전기적 전도성(프리커서) 매체, 또는 생물학적 조직 등과 같은 원하는 광학적, 전기적, 기계적 또는 유체 속성을 제공하는 매체로 처리되는데, 이들 매체는 예를 들어 애플리케이션 피직스 레트(Appl. Phys. Lett.) 68(7), 1022-23에 개시된 공지의 기술 변경을 이용하여서, 원한다면 접촉 재생에 의해 상기 제 1 층 또는 상기 오버레이에, 예를 들어, 상기 릴리프 피처 상에 그것의 선택된 영역에 전달된다.
또한 넓은 범위의 종횡비, 예를 들어, 넓은 범위의 너비 율을 가진 상기 릴리프 피처를 포함하는 마이크로렌즈는 예를 들어 상기 릴리프 형성 폴리머 및 상기 릴리프 피처 형상에 의존하여 20까지의 종횡비, 적절하게는 10 또는 15의 종회비로 형성된다.
상기 방법에 의한 마이크로렌즈 어레이의 형태에서 마이크로 광학 엘리먼트제조의 이점은 각각의 렌즈의 표면의 형태가 제조 과정에 의해서가 아닌 상기 성형에 의해서 결정된다는 것이다. 이는 마이크로렌즈를 형성하기 위해 용해 물질의 표면 장력에 의존하는 마이크로렌즈 어레이를 생성하는 종래의 방법과는 대조된다. 종래의 방법은 각 렌즈의 곡률의 최대 반지름을 제한하여서 에프(F) 개수의 렌즈가 생성될 수가 있게 된다. 상기 방법은 예를 들어 향상된 렌즈 실행력(작은 구면 수차)을 제공하는 비구면 렌즈 형태를 생성하는 데 사용할 수가 있다.
상기 방법에 의한 마이크로렌즈 어레이의 형태에서 마이크로 광학 엘리먼트제조의 이점은 예를 들어 제 2 광학적 기능성 표면 또는 회절성 광학 엘리먼트가 상기 렌즈 자체가 내부 표면상에 적절한 표면 프로파일 또는 회절 구조를 가진 성형물의 사용에 의해 제한되는 그 동일한 때에 배열되는 렌즈의 각 표면상에 형성될 수가 있다는 것에 있다. 그 결과 프로파일된 또는 결합된 반사 회절 렌즈가 형성되는 것이다. 그러한 결합 렌즈는 비염색성의 이중 렌즈와 유사한 광학 기능(음성 분산 렌즈와 양성 분산 렌즈와의 결합)을 실행한다.
상기 방법의 또 다른 이점은 한번에 형성되는 넓은 범위의 마이크로 릴리프 어레이, 특히 디스플레이 스크린으로써 사용되는 마이크로렌즈 어레이에 있다. 마이크로 릴리프 어레이는 동일한 또는 다른 릴리프 특징을 가진 반복형의 영역을 포함한다.
상기 방법의 서브마이크론으로 인해, 작은 직경 및 높이를 가진 마이크로 렌즈가 형성된다.
상기 방법의 또 다른 이점은 실질적으로 동일한 구조 세트가 형성된다는 데 있다. 이들은 결합 또는 비결합되는 배열구조에서 사용된다.
마이크로렌즈 어레이를 사용하는 광시스템에서 상기 마이크로렌즈 어레이의 초점 길이에 대하여 고정된 거리만큼 분리되며, 연속적으로 위치하여 서로에 대해 정렬된 두 개의 동일한 마이크로렌즈 어레이로 이루어진 광학 엘리먼트에 대한 요구가 때때로 발생한다. 상기 방법의 떠 다른 이점은 동일한 성형물이 각 어레이를 형성하기 위해 사용될 수 있기 때문에 상기 두 개의 어레이가 동일할 것이라는 데 있다. 상기 두 개의 어레이의 정확한 분리는 상기 개재된 제 1 층의 두께 및 각 어레이의 초점 길이를 제어하거나 그 어레이를 분리하는 거리가 실질적으로 그들의 전체 초점 길이가 될 때까지 상기 제 2 어레이의 굴절률을 변화시킴으로써 조정될 수가 있다. 더욱이, 상기 방법이 광학적으로 투명성이 유연한 조제층을 사용할 수 있기 때문에, 상기 제 2 마이크로렌즈 어레이는 상기 유연성의 조제층을 통해 조사됨으로써 상기 제 1 층의 후부상에 정확히 배열될 수가 있게 된다.
다른 방법에 의해 제조되는 통합형 회절 마이크로렌즈를 가진 발광 다이오드 어레이 제조의 개념 및 응용 분야가 B Dhoedt, P D Dobbelaere, J Blondelle, P V Daele, P Demeester, H Neefs, J V Campenhout, R Baets에 의한 레이저 및 전자광학에 관한 회의(CLEO Europe 94)에서 암스테르담, 8월 28일부터 9월 2일, 논문 CThI64(1994)의 보드 대 보드 인터커넥트 애플리케이션, 디자인, 모델링 및 실험평가를 위한 통합형 회절 마이크로 렌즈를 가진 발광 다이오드 어레이에서 최근에 개시된 바가 있다. 또한 상기 방법은 투명성의 엠보싱 층을 가지고 빛을 발산 또는 검출하는 반도체 장치를 이미 가진 기판의 표면상에 마이크로 광학 엘리먼트를 형성하도록 하여서(예를 들어, 레이저 다이오드, 발광 다이오드, 포토다이오드 및 수직 공동 레이저) 상기 마이크로 광학 엘리먼트 피처가 상기 반도체 장치에 정확하게 정렬되도록 한다.
또한 상기 방법은 액정 셀에 대해 정렬 층들을 가진 마이크로 릴리프 엘리먼트를 형성하기 위해 사용된다. 몇 가지 형태의 액정 물질, 특히 강유전성의 액정은 소정 방향으로 상기 액정을 향하도록 하는 셀 내의 정렬 층들을 필요로 하게 된다. 종래에는, 그 정렬층은 유리 표면을 물리적으로 패턴화시켜서 예를 들어 그 요구된 방향으로 상기 표면을 마찰시킴으로써 형성될 수가 있었다. 또는 그렇지 않으면, MgF2와 같은 얇은 층을 가진 물질이 상기 표면상에 증착되도록 한다. 이러한 정렬 층의 목적은 상기 표면에 대해 평균보다 더 작은 기울기를 가진 액정물질을 배열하는 데 있다. 이러한 증착 각도를 변화시킴으로써, 상기 기울기의 각도가 변화될 수가 있다. 이러한 방법의 현재의 단점은 그 표면 영역이 상기 증착실의 크기에 의해 제한된다는 것이다. 상기 과정의 장점은 몇 개의 마스터 심으로부터 준비되는 엠보싱 처리된 층을 이용하여 보다 넓은 표면 영역이 형성된다는 것이다. 그렇지 않으면, 액정물질에 대한 정렬 구조는 예를 들어 200nm의 높이 및 20nm의 너비의 다수 개의 높은 종횡비를 가진 마이크로 릴리프 엘리먼트의 닮은 릴리프 머리털(hairs)의 형태에서 형성될 수가 있다. 한편, 그 오버레이를 최소화하는 능력은 전계를 상기 액정 셀에 인가하여서 낮은 스위칭력을 가져오는 전극을 덮는 적은 량의 물질에 있다.
본 발명은 다음의 첨부된 도면을 참조하여 제한되지 않은 방식에서 설명될 것이다.
엠보싱 처리딘 층 형태에서 유연성의 조제층 준비
[예 1.1]
다음의 예는 제거 처리되는 표면을 가진 엠보싱된 폴리머 층의 준비를 설명한다.
20㎛ 두께의 플루오르화된 디메타크릴레이트 레진의 습성의 코팅제가 100㎛ 두께의 폴리에스테르 기판(메리넥스(Melinex) 등급 506)에 인가한다. 상기 코팅제는 300W/인치를 이송하는 피손스(Fisons) F300 자외선 램프 시스템으로부터 2s동안에 자외선 조사(대기 중에서)에 노광됨으로써 부분적으로 경화된다.
그 다음에, 그 코팅된 폴리에스테르는 표면 릴리프 마이크로구조(예를 들어 125㎛ 피치 아미크로 렌즈 어레이)를 포함하는 니케 엠보싱 심을 이송하는 400mn 직경의 강철 롤러와 70 소어(shore) 경도의 실리콘 러버와 마주보는 150mn 직경의 롤러 사이의 닙에 공급된다. 이 코팅된 폴리에스테르는 그 닙에 들어가서 그 코팅된 측면이 그 심에 대향하여 로드된다. 그 닙 로드는 400mm의 페이스 너비에 대해 150kg(350 1b)로 제어된다. 이 400mm 직격 드럼의 속도는 3.3cm.s-1로 설정된다.
그 닙을 빠져나가자, 그 코팅된 폴리에스테르와 니켈 심은 그 엠보싱처리된 폴리머 층을 형성하기 위해 그 심과 접촉하는 중에 그 코팅제를 충분히 경화시키는 상기에서 언급한 바가 있는 자외선 소스를 통과한다. 그런 다음, 이 엠보싱처리된 층은 상기 니켈 심으로부터 벗겨져서 오븐에서 16시간 동안 80℃에서 구워지게 된다.
제거 물질, 프리코트(Freekote) 에프알피(FRP)(덱스터 주식회사(Dexter Corporation))의 제거층이 제거 물질의 용액으로 세정되어 압력 공기에서 건조되어서 그 엠보싱처리된 층에 인가된다. 이 과정은 4회 반복된다.
[예 1.2]
다음의 예는 내부 제거물질을 함융한 엠보싱처리된 층의 준비를 설명한다.
20㎛ 두께의 습성의 코팅제가 다음의 공식에 의해 100㎛ 두께의 폴리에스테르 기판(메리넥스(Melinex) 등급 506)에 인가한다.
97.5 파트(parts) 에베르크릴(Ebercryl) 150(에폭시 아크릴레이트 엑스(ex) 유시비(UCB) 리미티드)
2.5 파트 에베르크릴 350 (실리콘 아크릴레이트 엑스 유시비 리미티드)
20 파트 엘지(LG)156 (피엠엠에이)(PMMA)
2 파트 이르가큐어(Irgacure) 651
이들은 엠이케이(MEK)내에서 20% w/w 용액에서 혼합된다. 이는 건조한 20㎛의 두께를 생성한다.
이 코팅된 기판은 그 제거 물질의 굽기 및 후속 응용 방법은 별개로 하고 상기 예 1.1에 언급한 바와 동일한 방식으로 처리된다.
[예 2.1]
다음의 예는 예 1.1 에 따라 이전에 준비된 엠보싱처리된 층을 이용하여 단단한 기판상이 마이크로 릴리프 엘리먼트 준비를 설명한다.
단단한 유리 기판이 물에 30% 데콘(Dekon) 90 용액, 온수 린스, 아세톤 세정액 및 최종적으로 이소프로파놀 세정액에 완전히 세정하여 준비된다. 이 기판은 그런 다음 15분 동안 150℃에서 오븐에서 건조된다.
다음, 상기 기판은 평평한 어셈블리 베드상에 위치하여 진공에 의해 고정된다.
상기 어셈블리 베드는 그 베드의 길이를 따라 닙 롤러를 덮는 75mm의 직경을 가진 러버를 횡단하는 수단을 가지는 데, 이는 자외선 소스가 집중되는 진행 닙 영역을 형성한다.
예 1.1에서 언급된 엠보싱처리된 층은 상기 유리 기판의 상단에 엎어진 상태로 높이게 되어 일면 접착 테이프에 의해 그 일단이 고정된다.
엠보싱처리된 폴리머내에 상기 성형 피처를 채우기에 충분한 소정 량의 레진(LUXTRAK 0208)이 상기 어셈블리 베드의 진행 방향을 통과하여 그 엠보싱처리된 층의 고정된 말단에서의 용구로써 상기 유리 기판과 상기 엠보싱처리된 폴리머 사이에 위치한다. 그런 다음, 그 횡단 롤러는 상기 레진 용구의 앞 3mm에 위치하여 인가된 80mm의 페이스 너비를 통과하여 40kg의 하향 로드를 가지게 된다.
상기 자외선 소스 량이 줄어들고 상기 닙 롤러가 그 엠보싱처리된 층/유리기판을 통과하여 상기 어셈블리 베드를 따라 1cm.s-1의 비율로진행된다. 상기 레진은 상기 성형 피처 내로 넣어져서 상기 자외선 소스에 의해 경화된다. 경화 후에, 그 엠보싱처리된 폴리머는 경화된 레진을 상기 유리 기판에 부착된 상태로 둔 채 벗겨지게 된다. 비록 몇 개의 잔여 제거 물질의 자국이 분명하게 남아 있을지라도 100%의 전사가 이루어진다.
[예 2.2]
예 2.1이 예 1.2에서 준비된 엠보싱처리된 층, 예 2.1에서 설명된 바가 있는 LUXTRAK 레진 및 다음 공식의 플루오르화된 디메타크릴레이트 레진을 이용하여 반복된다.
플루오르디메타크릴레이트 : 97 wt%
포토이니시에이터(이르가큐어 651) : 2 wt%
열 이니시에이터(인테록스 TBPEH) : 1 wt%
LUXTRAK 레진에 대해서는 100% 전사가 이루어지며 플루오르폴리머 레진에 대해서는 약 80 내지 90%의 전사가 이루어진다. 어떤 분명한 자국도 남아 있지는 않는다.
[예 A]
예 2.2에 설명된 바가 있는 방법을 이용하여, 컴퓨터 발생 할로그램으로써 일반적으로 알려진 다수의 합성 마이크로 광학 엘리먼트가 유리 기판상에 LUXTRAK LCR 0208 내에 0.6 마이크로의 깊이와 1.5 마이크론의 가장 작은 측면 치수로 제조된다.
상기 선택된 마이크로 광학 엘리먼트는 670nm 파장의 레이저 빔에 조사됐을 때에 그 엘리먼트 뒤의 먼 전계에 거의 동일한 광전원 스포트 어레이를 생성하게 되도록 설계된다. 상기 레이저 빔은 다이오드 레이저로부터 파생되나 다른 형태의 레이저 소스에 의해 형성될 수도 있다.
상기 마스터 패턴의 제조는 M R Taghizadeh 및 J Turunen에 의해 광 컴퓨팅 및 프로세싱, 1992년 제 2(4)판, 221 내지 242 페이지의 광 인터커넥트용 합성 회절 엘리먼트(Synthetic diffractive elements for optical interconnects)에 개시된 바가 있다. 이는 석영 웨이퍼에서 형성된 2진 (2 레벨) 표면 릴리프 구조로 이루어진다. 이 웨이퍼의 직경은 각 15mm의 크기의 12개의 마이크로 광학 엘리먼트가 하나의 웨이퍼 표면상에 한정되도록 충분히 크다. 상기 석영 마스터의 표면은 60nm 두께층의 실버에 이어 10nm 두께 층의 크롬상에 증착됨에 따라 전도되게 된다. 니켈 심은 전기주조 과정에 의해 상기 석영 마스터로부터 형성되게 된다.
형성된 각각의 마이크로 광학 엘리먼트의 기능은 2×2, 4×2, 4×4, 8×8, 8×16, 16×16 및 16×32 빔 어레이 발생기이다. 도 1은 16×16 마이크로 광학 엘리먼트가 676nm 파장에서 다이오드 레이저로부터 빔에 의해 조사될 때 발생되는 패턴을 보여준다. 이 이미지는 화상 감지 시스템에 연결된 엘렉트로피직스 마이크론 뷰어(Electrophysics Micronviewer) 비디콘(vidicon) 카메라를 이용하여 감지될 수가 있다.
온도 기능으로써 유리 기판상에 LUXTRAK LCR 0208 레진에서 제조된 4×4 빔 어레이 발생기 마이크로 광학 엘리먼트의 제 1 순서의 회절 패턴에서 그 빔의 하나의 강도는 메리넥스(Melinex) 층 기판 상의 우레탄 아크릴레이트(하르코스(Harcoss) 레진 6217)에서 제조된 동일한 마이크로 광학 엘리먼트의 것과 비교된다. 도 2는 그 실험 결과를 보여준다. 상기 층상에서 제조된 상기 마이크로 광학 엘리먼트로부터 회절된 그 빔은 25℃ 내지 85℃의 온도에서 10% 정도 변화한다. 비교에 있어서, 상기 유리상에서 제조된 상기 마이크로 광학 엘리먼트로부터 회절된 그 빔은 거의 소수의 퍼센트만이 변화한다. 또한 상기 빔이 그 패턴화된 영역의 외부에서 그 층을 통과했을 때는 많은 변화가 관찰될 수 있었다. 이는 상기 기판의 열 기계학적 움직임이 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 실행력에 상당한 영향을 미친다는 것을 의미한다.
[예 B]
예 A는 제조된 상기 마이크로 광학 엘리먼트가 마이크로 렌즈 어레이로써 기능한다는 점을 제외하고는 반복 실행된다. 이 예에서, 원래의 마스터가 석영내에 패턴을 건조 에칭한 뒤에 따르는 포토레지스트의 직접적인 전바 빔 라이팅에 의해 형성된다. 상기 마이크로 광학 엘리먼트는 16가지 레벨의 표면 릴리프(16개의 위상레벨)를 포함하여서 연속적인 표면 프로파일에 정확히 가깝게 된다. 이것의 이점은 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 광 효율성이 이진 위상 마이크로 광학 엘리먼트보다 더 높다는 데 있다. 여분의 위상 레벨로 인해 그 표면 릴리프내의 가작 작은 측면 피처 사이즈는 약 200nm이 된다. 이는 이진 표면 릴리프상의 가장 작은 표면 측면 피처 사이즈보다 상당히 작은 것이다. 상기 마이크로 광학 엘리먼트를 제조하기 위해 사용되는 자외선 엠보싱 과정은 요구되는 매우 작은 피처를 정확히 재생하게 하는 능력을 가진다. 이는 다른 형태의 엠보싱 방법(예를 들어, 핫 롤 엠보싱 또는 주사 몰딩)보다도 상당히 중요한 이점이 된다. 도 3은 니켈 심상의 800 마이크론 구경 마이크로 렌즈와 100 마이크론 두께의 아이시아이(ICI) 메리넥스(Melinex) 층상의 2 마이크론 두께의 우레탄 아크릴레이트 레진(하르크로스 6217)에서 형성된 동일한 렌즈의 비교를 보여준다.
[예 C]
예 A는 제조된 상기 마이크로 광학 엘리먼트가 시간 1.1㎛(0.55㎛의 가장 작은 피처 사이즈) 및 깊이 130nm의 표면 릴리프 회절 격자라는 점을 제외하고는 반복 실행된다. 이 격자 패턴은 약 30mm의 직경과 약 2mm의 너비의 환상으로 이루어진다. 상기 마이크로 광학 엘리먼트의 표면은 증착에 의해 70nm의 알루미늄으로 코팅되어서 매우 잘 반사되게 된다. 상기 격자의 표면은 633nm에서 헤-네(He-Ne) 레이저로부터의 빛을 이용하여 유리 기판을 통해 조사된다. 제 1 회절 순서중의 한 순서에서 상기 격자로부터 반영된 빛의 조사가 측정되고 어떤 격자도 없는 마이크로 광학 엘리먼트상에 근접한 메탈화된 영역으로부터 반영된 빛의 양과 비교된다. 효율성으로써 또한 알려진 이 비율은 39±0.5%에서 나타난다. 이 실험은 동일한 방식으로 제조된 두 개의 다른 샘플을 이용하여 반복 실험된다. 이들의 회절 효율성은 각각 39±0.5% 및 37±0.5%에서 측정되었다. 이 효율성은 정확도와 직접적으로 관계가 있으며 이를 가지고 복사 과정이 그 격자 구조의 시간 및 깊이를 재생하게 된다. 상기 표면 릴리프의 불량 복사는 10%이하이다.
상기 오버레이의 두께는 텐커(Tencor) 알파-스텝(Alpha-step) 표면 프로파일기계를 이용하여 측정된다. 이 두께는 0.5㎛이 된다.
이 실험은 유리(예를 들어, 이전 샘플)상의 복사 제조시에 사용된 내부 제거 코팅된 폴리머 심(예 1.1에서 설명된 바가 있음)을 이용하여 동일한 격자 패턴을 가지고 반복된다. 일단 그 샘플이 배열되어 그 기판을 통해서 리드된다. 이 회절 효율정도는 37% 정도로 측정된다.
이 실험은 중간에 폴리머 심의 사용으로 인해 효율성 측면에서 측정이 가능한 감소는 없다는 것을 보여준다.
이 실험은 175㎛ 두께의 피이티(PET) 층(ICI MELINEX) 및 자외선 엠보싱 상에 2㎛ 두께의 우레탄 아크릴레이트(하르크로스 6217) 코팅제를 코팅함으로써 제조되는 샘플을 이용하여 동일한 격자 패턴을 가지고 반복된다. 이 회절 효율정도는 36±0.5% 정도로 측정된다. 이 실험은 상기 폴리머 심 물질을 공식화하여 내부 제거제를 포함함으로써 효율성 측면에서 어떤 감소도 없다는 것을 보여준다.
이 실험은 기판으로써 0.5mm 두께의 폴리카보네이트 쉬트(LEXAN)를 이용하여 동일한 격자 패턴을 가지고 반복된다. 이 회절 효율정도는 36±0.5% 정도로 측정된다. 이 실험은 단단한 기판 물질이 사용 가능하다 하나 그 결과로부터 효율성 측면에서 많은 감소도 없다는 것을 보여준다.
상기의 모든 실험에서, 이 예에서 형성된 마이크로 광학 엘리먼트의 효율성은 핫 엠보싱(효율성 11%) 및 주사 몰딩(효율성 4%) 의 기술에 의해 동일한 마스터니켈 심으로부터 제조된 동일한 표면 릴리프 격자 구조로부터 측정된 효율성보다도 상당히 높게 측정된다.
[예 D]
상기에서 언급된 예 1.1의 방법을 이용하여, 다수의 연속 표면 릴리프 마이크로구조를 가진 엠보싱처리된 층이 제조된다. 그 구조는 12 마이크론의 높은 계단, 다양한 크기의 피라미드, 홈, 트랙, 경사면, 반구 구조 및 골을 포함한다. 도 4는 유리상의 LUXTRAK LCR 0208로써 예 2.2에 따라서 형성된 몇 개의 구조의 에스이엠(SEM) 사진을 보여준다. 그러한 깊은 릴리프 구조를 준비할 수 있는 능력은 많은 위상 정보가 그것으로부터 회절된 빛 상에 남기 때문에 그 릴리프 구조의 광기능을 향상시키기 때문에 이점이 된다.
[예 E]
니켈 엠보싱 심이 다음의 방법에 의해 만들어진다:
100mm 제곱의 유리가 세척되어 건조된다. 상기 유리 기판이 2분 동안 쉬프리(Shipley) 마이크로포지트(Microposit) 프라이머 용액의 증기탕에 위치하여서 추후의 포토레지스트 층의 접착을 향상시키도록 한다. AZ4562 포토레지스트느 20s 동안 2000rpm의 속도에서 상기 유리 기판상에 스핀 코팅되며 그 샘플은 전열기내에서 90℃에서 10분 동안 연하게 구워지게 된다. 이 포토레지스트 층의 두께는 텐커 알파-스텝 기계를 이용하여서 9.9 마이크론으로 측정이 된다. 이 샘플은 직경 120 마이크론의 125 마이크론 피치 마이크로렌즈 패턴을 가지는 포토마스크를 통한 접촉으로 인해 35s 동안 노광되게 된다. 이 레지스트 이미지는 AZ 현상 용액과 물의 1 : 4 혼합에서 7.5분 동안 현상된다. 이러한 노광 및 현상 조건은 모든 포토레지스트가 각 마이크로 렌즈 아이랜드 사이에서 제거된다는 것이 보장되는 것을 만족하도록 선택되어진다. 최종적으로, 상기 마이크로렌즈는 그 샘플을 45s 동안 150℃에서 전열기상에 위치함으로써 형성된다. 그렇게 함으로써, 상기 레지스트 물질이 용해되며 표면 장력이 그 레지스트 아이랜드를 반구형의 마이크로렌즈로 끌게된다.
상기 마이크로렌즈 샘플의 표면이 얇은 막의 크롬과 실버를 그 표면상에서 증착함으로써 전도성을 띠게 된다. 그런 다음, 니켈 마스터는 상기 샘플로부터 전기주조된다. 상기 니켈 마스터는 상기에서 언급한 바가 있는 엠보싱처리된 층을 형성하는 엠보싱 심을 형성하도록 한다.
전기한 바가 있는 적층방식을 이용하여, 도 5에 도시한 바와 같이 마이크로 광학 렌즈 어레이가 플루오르화된 디메타크릴레이트 레진을 이용하여 2mm 두께의 유리 기판상에 형성된다.
[예 F]
마이크로렌즈 어레이는 예 E에서 언급한 엠보싱 심을 이용하여 1.1mm 두께의 붕규산염 유리 기판(B270 유리) 상에 형성된다. 사용된 물질은 Luxtrax LCR 0208 UV 경화 아크릴레이트 레진이다. 유리 복사상에 상기 레진의 광 특성은 원래의 용해된 포토레지스트 렌즈와의 광 실행력을 비교하기 위해서 측정됐다. 70mm 영역의 마이크로렌즈 초점 길이는 1.5㎛의 표준 편차를 갖는 204.4㎛이다. 스트렐(Strehl)율은 0.82(1 스트렐율은 회절 제한방식의 실행력을 나타냄)로 측정됐다. 이 렌즈의 형태는 633nm의 빛으로 조사될 때 구형으로부터 단지 0.55의 파장 편차를 보여주게 된다. 이러한 파라미터는 그 수차가 복사과정에서가 아닌 상태에서 발생되나 용해 포토레지스트 마이크로렌즈에 나타난 수차로부터 신뢰할 정도로 재생됨에 따라 그 유사한 용해 포토레지스트 마이크로렌즈에서 측정된 것과 비교할 만한 가치가 있다.
이러한 샘플에서 상기 오버레이어의 두께는 텐커 알파-스텝 프로파일링 기계를 이용하여서 측정이 된다. 도 6은 이렇게 구해진 추적 자국을 보여준다. 이 두께는 0.4㎛ 이하로 측정이 됐다(릴리프 구조 높이가 벗겨진 유리 레벨로 되돌아온다라는 사실을 참조(폴리머는 경계선 릴리프 구조에 근접한 유리로부터 제거된 상태임)).
[예 G]
예 E에서 언급한 니켈 엠보싱 심과 방법은 25mm 직경의 평철 유리 렌즈의 평면측상에 마이크로렌즈를 형성하기 위해 사용된다. 엠보싱/적층 과정동안에 상기 렌즈를 안정적으로 위치시키기 위해서는, 렌즈와 동일한 반지름을 가진 곡률을 가진 도구를 이용하여 그것내에 기계처리된 홈을 가진 폴리프로필렌 장착 플레이트내에서 어레이 상태로 장착된다. 이러한 투명성의 폴리머 심의 사용은 그 엠보싱처리된 패턴이 개개의 렌즈상에 정확히 중심에 자리잡도록 해준다. 이러한 방법의 또 다른 이점은 그 합성된 부분이 더 이상의 커팅을 요구하지 않는다는 것이다.
[예 H]
예 E에서 언급한 방법은 300㎛ 두께의 유리 기판상에 마이크로렌즈 어레이를 형성하도록 사용된다. 이러한 두께의 기판은 그 마이크로렌즈 어레이의 초점평면이 상기 유리 기판의 후면과 일치하도록 결정된다. 유리상의 이 렌즈 어레이의 초점 길이는 기판의 굴절률(이 경우에는 약 1.5) 만큼 증가된 대기중의 초점 길이(204㎛)와 동일한다. 이러한 초점 길이의 작은 변화는 그 공식에 인덱스 변경제를 추가함에 의해 상기 폴리머 레진의 굴절률을 변화함으로써 발생될 수가 있게 된다. 그러나, 유리 상의 초점 길이가 약 300㎛이 됨에 따라 이 예에서 이것은 요구되지 않는다.
두 개의 샘플이 만들어지고 상기 렌즈 어레이가 위치하여서 이들의 코팅되지 않은 측면이 접촉하게 된다. 상기 마이크로렌즈는 서로의 상단 부분상에 겹치게 되도록 이들 어레이를 배열함에 따라, 그 결합된 렌즈 어레이는 1 : 1 릴레이 렌즈로서 역할하며 그들 아래에 위치한 물체의 이미지를 형성할 수 있게 된다.
얇은 유리는 다루기가 어려우며 쉽게 깨지기 쉬우므로 고도의 기술을 요구하는 과정을 이용하여서 본 예를 달성하기가 어려울 것이다.
[예 I]
마이크로렌즈 어레이는 예 E에서 상세히 설명된 것과 같은 동일한 방식으로 준비된다. 그런 다음, 상기 마이크로렌즈 어레이는 평면의 어셈블리 베드 상에 위치하여 진공에 의해서 고정되어서 그 마이크로렌즈는 그 상부 표면상에 위치하게 된다. 상기 어셈블리 베드는 그 어셈블리 베드의 길이를 따라 닙 롤러를 덮은 75mm의 직경을 가진 러버를 횡단하는 수단을 가지는 데, 이는 자외선 소스가 집중되는 진행 닙 영역을 형성한다.
메리넥스(Melinex) 등급 400의 폴리에스테르 적층 기판은 상기 마이크로렌즈 상단상에 위치하여 일면 접착 테이프에 의해 그 일단이 고정된다. 25wt%의 플루오르디메타크릴레이트가 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트를 첨가한 경우에, 상기 마이크로렌즈를 캡슐하기 충분할 정도의 다른 굴절률을 가진 레진이 그 어셈블리 베드의 진행 방향을 가로지르며 그 적층의 고정된 말단부분에서의 용구에서 상기 마이크로렌즈와 상기 폴리에스테르 적층 구조사이에 위치한다.
그런 다음, 그 횡단 롤러는 상기 레진 용구의 앞 3mm에 위치하며 80mm의 페이스 너비를 통과하여 40kg의 하향 로드가 인가된다. 상기 자외선 소스가 스위치 온되며 그 닙 롤러가 그 적층을 지나서 상기 어셈블리 베드를 따라 0.6m.minute-1의 비율로 진행된다. 상기 레진은 상기 마이크로렌즈 적층 기판 사이에 형성된 공간을 채워서 상기 자외선 소스에 의해 경화된다. 경화 후에 그 적층 기판이 벗겨지게 된다.
이러한 동작의 목적은 더 높은 인덱스 물질에 마이크로렌즈를 침수시켜서 대기중의 마이크로렌즈 초점 길이에 비교되는 마이크로렌즈 초점 길이를 증가시키려는 데 있다.
[예 J]
500 마이크론 피치의 마이크로렌즈 어레이를 이송하는 엠보싱처리된 층이 예 1.1에서 언급한 방법을 이용하여 준비된다. 상기 니켈 엠보싱 심이 웅성(male)이 되고 엠보싱처리된 층이 자성(female)이 된다. 상기 엠보싱처리된 층은 잉크로 코팅되어서 그 잉크가 상기 성형 피처 사이로 연장되는 개재 영역까지 전사된다. 그런 다음, 상기 엠보싱처리된 층은 상기한 바완 같이 상기 마이크로렌즈를 준비하기 위해 사용된다. 동시에 상기 유리 기판상에 마이크로렌즈를 형성함에 따라, 잉크는 상기 마이크로렌즈 사이의 비점유된 유리 표면으로 전사된다.
이 과정의 이점은 상기 렌즈가 광시스템에서 사용될 때 상기 마이크로렌즈간의 혼선이 감소된다는 데에 있다.
Claims (18)
- (가) 제 1 기판의 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 갖은 제 1 층;(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 릴리프 형성 폴리머의 원하는 두께의 오버레이; 및(다) 상기 릴리이프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 릴리프 피처를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 릴리프 엘리먼트.
- (가) 제 1 굴절률을 가진 광학적으로 투사되는 제 1 기판의 광학적으로 투사되는 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 가진 제 1 층;(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 제 1 굴절률과 동일하거나 다른 제 2 굴절률을 가진 상기 릴리프 형성 폴리머의 광학적으로 극소의 영향을 가진, 바람직하게 1.5㎛ 이하의 최대 두께를 가진 오버레이; 및(다) 상기 릴리프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 엘리먼트의 적어도 일부분으로써 사용되는 구조.
- (가) 제 1 굴절률을 가진 광학적으로 투사되는 제 1 기판의 광학적으로 투사되는 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 가진 제 1 층;(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 제 1 굴절률과 동일하거나 다른 제 2 굴절률을 갖은 상기 릴리프 형성 폴리머의 광학적으로 극소의 영향을 가진, 바람직하게 1.5㎛ 이하의 최대 두께를 가진 오버레이;(다) 상기 릴리프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처; 및(라) 제 1, 제 2 및 제 3 굴절률이 모두 동일하지는 않는 상태에서 상기 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처 상에 중첩되는 상기 제 3 굴절률을 갖은 광학적으로 투사되는 제 2 기판의 제 2 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 침수형의 마이크로 광학 엘리먼트.
- 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,동일하거나 다른 릴리프 피처의 반보고디는 구간을 선택적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 넓은 영역의 마이크로 릴리프 어레이 구조.
- 제 1 항 내지 제 4 항의 어느 한 항에 있어서,상기 오버레이는 선택적으로 상기 수용성 표면을 평면화하도록 제어가능한 두께를 가지며, 바람직하게는 ±0.75㎛ 이하의 두께 변화를 가지는 것을 특징으로 하는 구조.
- 제 1 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,상기 릴리프 피처(들)는 원하는 배열 형태로 이루어지며 예를 들어 렌즈, 직선 또는 경사진 트랙 또는 측면부, 환상 링, 직선 또는 곡선의 회절 격자, 다중 페이스드(피라미드 모양), 또는 다른 광학, 유체, 전기 또는 기계 구조와 같은 하나 이상의 연속적인 계단형 또는 종단형의 구조로 이루어지며 상기 릴리프 피처(들)가 20의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 구조.
- 제 1 항 내지 제 6 항의 어느 한 항에 있어서,임의의 지지 기판을 구비하는 상기 제 1 층은 평면, 중공 또는 입체형으로 이루어지거나, 또는 렌즈 또는 다른 광학 구성요소를 구비하며 적절한 물질로 이루어지는 데, 예를 들어, 그 물질은 폴리머 층, ZnSe 또는 게르마늄과 같은 선택적으로 투명 물질, 실리콘, 티타니아 또는 (융합된) 실리카 및 유리와 같은 고온 저항의 무기 금속 산화물 및 세라믹, 또는 나무 펄프 또는 합성 카드 또는 종이와 같은 자연 또는 합성 종이 제품으로 구성됨을 특징으로 하는 구조.
- 제 1 항 내지 제 7 항의 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 층 및/또는 상기 오버레이는 선택되거나 예를 들어 상기 제 1 층 및/또는 상기 오버레이 물질의 선택에 의하거나 상기 제 1 층 및/또는 오버레이의 코팅에 의해 본딩, (내부) 제거, 항반사, 열 방산, 열 팽창 및/또는 열광학, 전기적 전도, 광학적 변경, 반사, 또는 다른 적절한 특징을 제공하는 것을 특징으로 하는 구조.
- 실질적으로 동일하며 예를 들어 등을 맞대고 위치한 두 개의 거의 동일한 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 결합 또는 비결합 배열상태에 있는 제 1 항 내지 제 8 항의 어느 한 항의 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 하나의 구조 세트.
- (가) 제 1 기판의 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 갖은 제 1 층;(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 릴리프 형성 폴리머의 원하는 두께의 오버레이; 및(다) 상기 릴리프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 릴리프 피처를 구비하는 마이크로 릴리프 엘리먼트에 있어서,(가) 상기 수용성 표면과 유연성의 조제(dispensing) 층 내에 형성된 적어도 하나의 성형 피처 사이의 접선을 형성하는 단계;(나) 상기 접선을 따라 상기 릴리프 형성 폴리머를 형성하기 위해 경화되는 충분한 레진을 상기 적어도 하나의 성형 피처에 가득 채워지도록 인가하는 단계:(다) 상기 수용성 표면과 상기 유연성 조제 층을 점차적으로 접촉하게 하여 (1) 상기 접선이 상기 수용성 표면을 지나서 이동하게 하며 (2) 충분한 레진이 상기 성형 피처에 의해 담겨져서 상기 성형 피처에 충분히 채워지며 (3) 상기 오버레이를 형성할 수 있는 레진 량만이 상기 접선을 통과하게 하는 단계:(라) 상기 적어도 하나의 성형 피처를 채운 상기 레진을 경화하여 적어도 하나의 릴리프 피처를 형성하는 단계로 이루어지는 데, 이 후에 선택적으로(마) 상기 적어도 하나의 릴리프 피처로부터 상기 유연성 조제층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 릴리프 엘리먼트 준비 방법.
- (가) 제 1 굴절률을 가진 광학적으로 투사되는 제 1 기판의 광학적으로 투사되는 릴리프 형성 폴리머를 보유할 수 있는 수용성의 표면을 가진 제 1 층;(나) 상기 수용성의 표면상에 상기 제 1 굴절률과 동일하거나 다른 제 2 굴절률을 가진 상기 릴리프 형성 폴리머의 광학적으로 극소의 영향을 가진, 바람직하게 1.5㎛이하의 최대 두께를 가진 오버레이; 및(다) 상기 릴리프 형성 폴리머로부터 형성되며 상기 오버레이 위로 돌출되는 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처를 구비하는 마이크로 광학 엘리먼트의 적어도 일부 요소로써 사용되는 구조에 있어서:(가) 상기 수용성 표면과 유연성의 조제(dispensing) 층 내에 형성된 적어도 하나의 성형 피처 사이의 접선을 형성하는 단계;(나) 상기 접선을 따라 상기 릴리프 형성 폴리머를 형성하기 위해 경화되는 충분한 레진을 상기 적어도 하나의 성형 피처에 가득 채워지도록 인가하는 단계:(다) 상기 수용성 표면과 상기 유연성 조제 층을 점차적으로 접촉하게 하여 (1) 상기 접선이 상기 수용성 표면을 지나서 이동하게 하며 (2) 충분한 레진이 상기 성형 피처에 의해 담겨져서 상기 성형 피처에 충분히 채워지며 (3) 상기 오버레이를 형성할 수 있는 레진 량만이 상기 접선을 통과하게 하는 단계:(라) 상기 적어도 하나의 성형 피처를 채운 상기 레진을 경화하여 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처를 형성하는 단계로 이루어지는 데, 이 후에 선택적으로(마) 상기 적어도 하나의 광학적 능동 릴리프 피처로부터 상기 유연성 조제층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 광학 엘리먼트의 적어도 일부 요소로써 사용되는 구조 준비 방법.
- 제 10 항 또는 제 11 항의 어느 한 항에 있어서,상기 유연성 조제층은 상기 형성 피처가 엠보싱처리되는 폴리머 층을 구비하며, 바람직하게는 자외선에 투과되며, 높은 표면 제거 특성을 가지며, 성형 과정중에 차원적으로 사운드를 유지할 수 있음을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항 내지 제 12 항의 어느 한 항에 있어서,엠보싱처리된 층을 구비하는 상기 유연성 조제층은 (가) 요구된 릴리프 구조에 일치되는 등고선형의 메탈화된 표면을 갖은 마스터 패턴을 형성하여, (나) 상기 메탈화된 표면상에 제 1 메탈 층을 전기 주조하여 메탈 마스터를 형성하여, (다) 상기 마스터 패턴으로부터 상기 메탈 마스터를 제거하여, (라) 상기 전기주조과정을 반복하여 메탈 엠보싱 마스터 심(shim)을 형성하여, (마) 폴리머 층에 상기 릴리프 구조를 엠보싱처리하여 원하는 성형 피처를 가지는 엠보싱처리된 층을 제공하여 형성됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 10 항 내지 제 13 항의 어느 한 항에 있어서,적절한 수단에 의해 예를 들어, 상기 표면을 따라 이끌려지는 압력 로드 하에서 진입형 바 또는 유연한 블레이드를 이용하거나 또는 상기 표면을 따라 회전하는 압력 로드하의 롤러를 이용하여 상기 접선을 따라 압력이 인가됨을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 내지 10 항의 어느 한 항의 구조를 제조하기에 적합한 성형 피처를 가진 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 제 10 항 내지 제 14 항의 어느 한 항의 방법에서 사용되는 장치.
- 제 14 항 또는 15항의 롤러의 표면에 임의적으로 고정되며 제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항의 구조를 제조하기에 적합한 성형 피처를 구비하는 것을 특징으로 하는 제 10 항 내지 제 13 항의 어느 한 항에 있어서 엠보싱처리된 폴리머 층 또는 유연성 조제 층.
- 마이크로 광학, 마이크로 유체, 마이크로 전기 또는 마이크로 기계 장치에서 사용 가능한 제 1 항 내지 제 16 항의 어느 한 항에서 전기한 바가 있는 구조 또는 방법.
- 설명과 예들을 참조하여 전기한 바가 있는 구조, 방법 또는 장치.
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