KR20020044154A - Microlens arrays having high focusing efficency - Google Patents

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Abstract

높은 포커싱 효율을 갖는 마이크로렌즈 어레이(105)가 개시된다. 높은 포커싱 효율은 높은 필팩터에서 어레이를 구성하는 개개의 마이크로렌즈를 정확하게 제조함으로써 이루어진다. 포지티브 마이크로렌즈의 어레이는 직접 기록 레이저를 이용하는 포지티브 포토레지스트(21)에서 오목 표면-양각 패턴(101)을 갖는 마스터를 형성함으로써 이루어진다. 이러한 방법을 통하여, 바람직한 마이크로렌즈 프로파일을 갖는 유한한 레이저 빔의 컨벌루션과 관련된 문제는 해결된다. 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이의 포커싱효율은 적어도 75%가 된다.A microlens array 105 with high focusing efficiency is disclosed. High focusing efficiency is achieved by accurately manufacturing the individual microlenses that make up the array at high fill factors. The array of positive microlenses is made by forming a master having a concave surface-embossed pattern 101 in the positive photoresist 21 using a direct write laser. In this way, the problem associated with the convolution of a finite laser beam with the desired microlens profile is solved. The focusing efficiency of the microlens array according to the invention is at least 75%.

Description

높은 포커싱 효율을 갖는 마이크로렌즈 어레이{MICROLENS ARRAYS HAVING HIGH FOCUSING EFFICENCY}Microlens array with high focusing efficiency {MICROLENS ARRAYS HAVING HIGH FOCUSING EFFICENCY}

마이크로렌즈는 단일렌즈로 또는 다수의 빔이 다수의 섬유로 포커싱되는 어레이 형태로, 광을 레이저로부터 섬유로 커플링하는 것과 같은 많은 응용에서 필요하다. 다른 중요한 응용은 광의 확산 및 스크린을 포함한다.Microlenses are required in many applications, such as coupling light from a laser to a fiber, either as a single lens or in the form of an array in which multiple beams are focused onto multiple fibers. Other important applications include light diffusion and screens.

응용에 따라서는, 제어된 초점 특성을 갖는 정밀한 프로파일(profile)의 마이크로렌즈가 필요하며, 어레이의 경우에는 어레이의 대부분의 렌즈에 고품질을 필요로 한다. 효과적으로 광을 포커싱하기 위해, 렌즈 프로파일(또는 새그 함수(sag function))은, 예를 들면 4/λ와 동일하거나 또는 그 이상으로 정확하게 제조되어야 한다. 여기서, λ는 발광원의 파장이다.Depending on the application, precise profile microlenses with controlled focusing characteristics are required, and in the case of arrays, high quality is required for most lenses in the array. In order to focus light effectively, the lens profile (or sag function) must be manufactured precisely, for example equal to or greater than 4 / λ. Is the wavelength of the light emitting source.

또한, 특히 고밀도 커플링, 확산 또는 스크린 응용에 있어서는, 마이크로렌즈는 포커싱이 전 표면에 사용되므로 중요하다. 이러한 방법에서, 필수적으로 모든 입사광은 어레이에 의해 제어될 수 있다. 전체 유효 표면적이 포커싱에 사용될 때, 어레이는 100% 필팩터를 갖는다.Also, especially in high density coupling, diffusion or screen applications, microlenses are important because focusing is used on the entire surface. In this way, essentially all incident light can be controlled by the array. When the total effective surface area is used for focusing, the array has a 100% fill factor.

마이크로렌즈의 밀폐 패킹(close packing)은 필팩터가 100%와 동일하다는 것을 의미하고, 이웃하는 마이크로렌즈들 사이의 내부 경계가 밀접하여 접촉된 것을 의미한다. 밀폐 패킹의 간단한 예는 육각 어레이다. 사각 어레이와 같은 다른 배열 또한 밀접하게 패킹될 수 있다.Close packing of the microlenses means that the fill factor is equal to 100%, and that the inner boundaries between neighboring microlenses are in close contact. A simple example of hermetic packing is a hexagonal array. Other arrangements, such as rectangular arrays, can also be packed closely.

과학 내지 문헌에서, 100% 이하의 필팩터를 갖는 마이크로렌즈 어레이가 발견된다. 도 1에는 마이크로렌즈(12)가 각각의 마이크로렌즈들 사이에 공간을 갖는 유효 기판 면적(11) 위에 규칙적으로 배치되어 있는 어레이가 도시되어 있다. 도 1에서 어레이의 단위셀 중 하나가 점선(13)에 의해 도시되어 있다. 이 어레이의 필팩터는 단지 44%이다.In science to literature, microlens arrays with fill factors of up to 100% are found. 1 shows an array in which microlenses 12 are arranged regularly over an effective substrate area 11 with a space between each microlens. In FIG. 1, one of the unit cells of the array is illustrated by a dotted line 13. The fill factor of this array is only 44%.

마이크로렌즈의 경계가 밀접하게 접촉되는 것을 피하기 위해, 그 에지(edge)가 잘 분리된 고립된 마이크로렌즈 유닛 또는 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 여러 가지 방법이 있다. 인접하는 렌즈의 내부 경계 사이의 유한한 거리가 있기 때문에, 어레이의 필팩터는 1 (또는 100%)보다 필연적으로 적게 된다.In order to avoid close contact of the boundaries of the microlenses, there are various methods of manufacturing isolated microlens units or microlens arrays whose edges are well separated. Since there is a finite distance between the inner boundaries of adjacent lenses, the fill factor of the array will inevitably be less than 1 (or 100%).

종래의 제조방법을 사용하여 효과적으로 밀접하여 패킹된 렌즈 어레이를 얻기가 어려운 것은 마이크로렌즈, 특히 소형의 강한 초점 렌즈에 대한 경계를 정확하게 유지하는 방법이 없기 때문이다.It is difficult to obtain an effectively closely packed lens array using conventional manufacturing methods because there is no way to accurately maintain the boundaries for microlenses, especially small, strong focal lenses.

미국특허 제5,324,623호에 개시된 바와 같이, 열변형을 사용하는 방법은 부피 이완에 기초하고 있으나, 렌즈 사이의 내부 경계에서 물질이 용융되는 것을 제어 할 수 없다. 용융에 의해, 포커싱 능력(focusing capabilities)을 감소시키는 왜곡(distortion)이 생긴다. 따라서, 열변형 방법은 실시하기가 간단하나, 개별적인 마이크로렌즈 구조를 제하하는데 한계가 있다.As disclosed in US Pat. No. 5,324,623, the method of using thermal deformation is based on volume relaxation, but cannot control the melting of the material at the inner boundaries between the lenses. Melting results in distortion, which reduces focusing capabilities. Thus, the thermal deformation method is simple to implement, but has limitations in removing individual microlens structures.

미국특허 제5,300,623호에 개시된 것과 같은 다른 방법에서는 경화액(curable liquids)의 저장소로서 한정되는 기계적 몰드를 생성하는 것을 포함한다. 경화액은 저장소에 주입되고, 표면 장력은 상기 마이크로렌즈로서 역할을 하는 만곡 형태의 표면을 생성한다. 다양한 저장소를 구비한 몰드는 어레이의 배열을 결정한다. 마이크로렌즈 유닛의 형태를 제어하는데 있어서 이러한 방법의 고유한 한계 때문에, 그 효율은 일반적인 응용보다 최적화될 수 없다. 다이아몬드 전환과 같은 개별적인 마이크로렌즈의 직접적 제어에 기초한 다른 기계적 방법들은 어레이보다는 개별적인 마이크로렌즈의 제조에 있어 보다 적합하다.Another method, such as that disclosed in US Pat. No. 5,300,623, involves creating a mechanical mold that is defined as a reservoir of curable liquids. The curing liquid is injected into the reservoir and the surface tension creates a curved surface that acts as the microlens. The mold with the various reservoirs determines the arrangement of the array. Because of the inherent limitations of this method in controlling the shape of the microlens unit, its efficiency cannot be optimized over typical applications. Other mechanical methods based on direct control of individual microlenses, such as diamond conversion, are more suitable for the manufacture of individual microlenses than for arrays.

미국특허 제5,867,321호에서 개시된 것과 같은 그래디언트-인덱스(gradient-index) 어레이를 제공하는 이온 확산 공정에 기초한 방법은 두 개의 인접하는 마이크로렌즈의 영역이 통상 마이크로렌즈 반복 거리(repetition spacing)의 20%가 된다는 점에서 100% 필팩터를 제공할 수 없다. 그래디언트-인덱스 어레이는 본질적으로 느린 확산 과정으로 인해 대량생산에 심각한 제한이 존재한다.A method based on an ion diffusion process that provides a gradient-index array as disclosed in US Pat. No. 5,867,321 shows that regions of two adjacent microlenses typically produce 20% of the microlens repetition spacing. It cannot provide 100% fill factor. Gradient-index arrays are inherently severely limited in mass production due to the slow diffusion process.

포토레지스트에 직접적인 레이저 기록을 사용하여 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 공정은 본 발명 분야에 알려져 있다. PCT 특허공개 WO 99/64929, Gale 등, 미국특허 제4,464,030호 및마이크로-옵틱스(Micro-optics): 소자, 시스템 및 응용(Elements, systems and application), Hans P.Herzig, ed., Taylor & Francis, Bristol, PA, 1997,pp.53-152을 참조하라. 상기 방법에서 포토레지스트의 선택은 네거티브 포토레지스트에 비해 포지티브 포토레지스트가 더 넓게 이용되고, 포토레지스트 제조자들에 의해 보다 철저한 연구와 개발노력이 있었으며, 일반적으로 더 높은 해상도를 갖기 때문에 포지티브 포토레지스트를 선택한다. 그러나 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 본원발명을 하기 전에는 포지티브 포토레지스트를 사용하여 높은 필팩터로 높은 포커싱 효율을 갖는 포지티브 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 것은 가능하지 않았다.Processes for fabricating microlens arrays using laser recording directly to the photoresist are known in the art. PCT Patent Publication WO 99/64929, Gale et al., US Pat. No. 4,464,030 and Micro-optics: Elements, systems and applications , Hans P. Herzig, ed., Taylor & Francis , Bristol, PA, 1997, pp. 53-152. In the above method, the selection of photoresist is positive because photoresist is used more widely than negative photoresist, more thorough research and development efforts by photoresist manufacturers, and generally have higher resolution. do. However, as will be described in detail below, prior to the present invention, it was not possible to produce positive microlens arrays having high focusing efficiency with high fill factor using positive photoresist.

본 발명은 고 필팩터로 정밀한 마이크로렌즈 어레이의 제조를 통하여 높은 포커싱 효율을 갖는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법을 제공함으로써 종래기술에 있는 어려움을 제기하고 있다. 어레이는 사각, 육각 또는 랜덤하게 임의의 방법의 배열될 수 있다. 또한 상기 방법은 임의의 형태뿐만 아니라 상이한 방향에서 포커싱 파워가 변화하는(아나모픽 렌즈) 마이크로렌즈를 제조할 수 있다.The present invention poses a difficulty in the prior art by providing a method of manufacturing a microlens array having high focusing efficiency through the manufacture of a precision microlens array with a high fill factor. The array may be arranged in any way, square, hexagonal or random. The method can also produce microlenses of varying focusing power (anamorphic lens) as well as in any shape.

본 발명은 높은 포커싱 효율을 갖는 마이크로렌즈 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microlens array having a high focusing efficiency and a method of manufacturing the same.

본 발명은 광섬유에 레이저광을 효과적으로 포커싱하고, 광을 확산시키며, 투사 및 전송 디스플레이나 그 밖의 응용에 대해 코히런트 또는 인코히런트 광의 산란을 제어하는데 응용될 수 있다.The invention can be applied to effectively focus laser light on optical fibers, diffuse light, and control the scattering of coherent or incoherent light for projection and transmission displays or other applications.

정의Justice

본 명세서에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.Definitions of terms used in the present specification are as follows.

"마이크로렌즈 어레이"는 마이크로렌즈 어레이 및 각 단위셀에 결합된 하나의 마이크로렌즈를 구비한 결합된 단위셀의 어레이를 말한다. 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이는 원하는 구조를 가질 수 있고, 예를 들면, "광 확산 제어용으로 설계된 스크린(Structured Screens for Controlled Spreading of Light"의 명칭으로 G.Michael Morres와 Tasso R.M.Sales의 이름으로 2000년 7월 31일에 출원된 미국 특허출원 제60/222,033호에 개시된 형태의 지지 "피스톤(piston)"로 제조될 수 있다. 이 내용은 본 명세서에서 전체적으로 참조되어 구체화된다. 따라서, 여기서 사용되는 용어인 "마이크로렌즈(microlens)"는 광을 포커싱할 수 있는 임의의 마이크로 구조를 의미한다."Microlens array" refers to an array of combined unit cells having a microlens array and one microlens coupled to each unit cell. The microlens array according to the present invention may have a desired structure, for example, in the name of "Structured Screens for Controlled Spreading of Light" in the name of G.Michael Morres and Tasso RMSales 2000 It may be made from a support "piston" of the type disclosed in U.S. Patent Application 60 / 222,033, filed on July 31, 19. This content is incorporated herein by reference in its entirety. The term "microlens" refers to any microstructure capable of focusing light.

마이크로렌즈 어레이의 "필팩터(fill factor)"는 단위셀 총 면적에 대한 마이크로렌즈에 의해 점유된 단위셀 내의 총 면적의 비를 말한다.The "fill factor" of a microlens array refers to the ratio of the total area in the unit cell occupied by the microlens to the total area of the unit cell.

마이크로렌즈 어레이의 "포커싱 효율(focusing efficiency)"은 시준된, 실질적으로 공간적인 인코히런트 광원, 예를 들면 시준된 백색광원에 의해 그 광축을 따라 발광되는 어레이에 대해 어레이의 단위셀에 부딪히는 광 강도의 합에 의해 분리된 마이크로렌즈의 초점에서 측정된 광 강도의 총합을 말한다. 본 발명 분야의 기술자에게 인식되듯이, 이것은 포커싱효율의 "스트렐-타입(Strehl-type)" 정의이다.The "focusing efficiency" of a microlens array is the light that strikes the unit cells of the array against an array that is emitted along its optical axis by a collimated, substantially spatial incoherent light source, for example a collimated white light source. Refers to the sum of the light intensities measured at the focus of the microlenses separated by the sum of the intensities. As will be appreciated by those skilled in the art, this is the "Strehl-type" definition of focusing efficiency.

오목 마이크로렌즈는 전형적으로 허 초점을 갖기 때문에(즉, 대기 중의 평오목 크로렌즈는 음의 파워를 갖고, 따라서 시준된 광에 대해 허 초점을 갖는다), 이 경우, 그 강도가 측정될 수 있도록 실 초점을 생성하기 위해서 보조 광 시스템이 사용된다. 적어도 어느 정도까지는, 보조 광 시스템은 실 초점에서 강도가 감소되고, 감소는 허 초점에 대한 강도값을 결정할 때 고려되어져야 한다.Since concave microlenses typically have a halo focus (ie, the chromosome chromatographic lens in the air has a negative power, and therefore a halo focus for collimated light), in this case, the intensity is measured so that the intensity can be measured. An auxiliary light system is used to create the focal point. At least to some extent, the auxiliary light system is reduced in intensity at the real focus, which should be taken into account when determining the intensity value for the virtual focus.

아나모픽(anamorphic) 마이크로렌즈의 경우, 마이크로렌즈의 각 초점의 광 강도는 측정된 광 강도의 합에 포함된다.In the case of anamorphic microlenses, the light intensity of each focal point of the microlens is included in the sum of the measured light intensities.

도 1은 100% 미만의 필팩터를 갖는 렌즈 어레이의 평면도.1 is a plan view of a lens array with a fill factor of less than 100%.

도 2는 표면 상에 침적된 감광성 필름을 구비한 유리 기판을 도시한 도면.2 shows a glass substrate with a photosensitive film deposited on its surface.

도 3은 명료한 화학적 특성(잠상) 영역을 생성하는 감광성 필름 상에 레이저 빔의 주사를 도시한 도면.3 shows the scanning of a laser beam onto a photosensitive film producing a clear chemical property (latent image) region.

도 4a 및 4b는 볼록 구조의 제조에서 컨벌루션 효과를 도시한 도면.4A and 4B illustrate the convolutional effect in the manufacture of convex structures.

도 5a 및 5b는 볼록 어레이 및 오목 어레이 각각에 대해 경질 제조에서의 상호작용을 도시한 도면.5A and 5B illustrate the interaction in hard fabrication for convex and concave arrays, respectively.

도 6은 볼록 어레이의 마이크로렌즈 유닛의 포커싱 효율을 측정하는 방법을 도시한 도면.6 illustrates a method of measuring focusing efficiency of microlens units of a convex array.

도 7a 및 7b는 볼록 및 오목 형태 각각으로 제조된 동일한 마이크로렌즈 프로파일의 실험 도면.7A and 7B are experimental views of the same microlens profile made of convex and concave shapes, respectively.

도 8 및 9는 캐비티(cavities)의 에지 경계(edge boundaries)가 포토레지스트의 상부에 배열된 포지티브 포토레지스트에 형성된 오목 캐비티를 갖는 표면-양각 구조를 도시한 도면.8 and 9 illustrate surface-embossed structures with concave cavities formed in positive photoresist with edge boundaries of cavities arranged on top of the photoresist.

도 10a, 10b 및 10c는 볼록 마이크로렌즈의 최종 어레이를 획득하기 위해 오목 캐비티를 갖는 초기 몰드의 복제를 도시한 도면.10A, 10B, and 10C show replicas of an initial mold with concave cavities to obtain a final array of convex microlenses.

이와 같은 관점에서, 본 발명의 목적은 적어도 다음 중 몇 가지 또는 전체를 포함한다.In this regard, the object of the present invention includes at least some or all of the following.

(1) 고 포커싱 효율을 갖는 볼록 마이크로렌즈의 어레이를 제조하기 위한 제조방법의 제공;(1) providing a manufacturing method for manufacturing an array of convex microlenses having high focusing efficiency;

(2) 75%의 포커싱 효율 이상, 바람직하게는 85%의 포커싱 효율 이상, 가장 바람직하게는 95%의 포커싱 효율 이상을 갖는 볼록 및/또는 오목 마이크로렌즈의 어레이의 제공;(2) providing an array of convex and / or concave microlenses having a focusing efficiency of at least 75%, preferably at least 85% of focusing efficiency, most preferably at least 95% of focusing efficiency;

(3) 높은 필팩터로 볼록 마이크로렌즈의 어레이의 정밀한 제조하기 위한 방법의 제공; 및/또는(3) providing a method for precise fabrication of arrays of convex microlenses with high fill factor; And / or

(4) 기판의 전체 유효 면적이 포커싱 또는, 보다 일반적으로는, 발광 빔의 산란에 사용될 수 있도록 90% 이상의 필팩터, 바람직하게는 95%이상의 필팩터, 가장 바람직하게는 거의 100%의 필팩터를 갖는 정밀하게 제조된 볼록 및/또는 오목 마이크로렌즈의 어레이의 제공.(4) at least 90% fill factor, preferably at least 95% fill factor, and most preferably nearly 100% fill factor such that the total effective area of the substrate can be used for focusing or, more generally, scattering of the light beam. Providing an array of precisely manufactured convex and / or concave microlenses having a.

상기 목적과 관련하여, 본 발명의 또 다른 목적은 어레이의 마이크로렌즈가 어레이 내에서 랜덤하게 변화할 수 있는 임의의 형태(새그 함수)를 갖도록 하는 것이다.In connection with the above object, another object of the present invention is to make the microlenses of the array have any shape (sag function) that can change randomly within the array.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 필팩터로 볼록 마이크로렌즈 어레이를 제조하기 위하여 포지티브 포토레지스트를 사용하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide an improved method of using positive photoresists to fabricate convex microlens arrays with high fill factors.

상기 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 초기 마스터의 표면 구조가 원하는 볼록 마이크로렌즈 어레이의 네거티브 (보충)인 포지티브 포토레지스트에서 초기마스터(초기 몰드)를 제조하기 위해 직접적인 레이저 기록이 사용되는 볼록 마이크로렌즈 어레이를 제조하기 위한 제조방법을 제공한다. 즉, 초기 마스터는 볼록 대신에 오목의 표면 구조를 갖는다. 하기의 상세한 설명되는 바와 같이, 이러한 방법에 의하면, 레이저 빔의 유한한 사이즈 및 볼록 마이크로렌즈의 원하는 프로파일(profiles)을 갖는 빔의 컨벌루션(convolution)으로 인해 야기되는 문제점은 해결된다. 이러한 문제점을 해결함으로써, 고 포커싱 효율을 갖는 볼록 마이크로렌즈 어레이가 달성된다.To achieve the above objects, the present invention provides a convex microlens in which direct laser recording is used to produce an initial master (initial mold) in a positive photoresist where the surface structure of the initial master is the negative (supplement) of the desired convex microlens array. It provides a manufacturing method for manufacturing an array. That is, the initial master has a concave surface structure instead of convex. As detailed below, this method solves the problem caused by the convolution of the beam with the finite size of the laser beam and the desired profiles of the convex microlenses. By solving this problem, a convex microlens array with high focusing efficiency is achieved.

일반적으로, 마이크로렌즈 어레이의 고 포커싱 효율은 2가지 인자에 의존한다: (1) 높은 필팩터, 및 (2) 원하는 렌즈 프로파일의 정밀한 재 생산이다. 두 인자는 동시에 요구되며, 어느 하나의 인자만으로는 불충분하다.In general, the high focusing efficiency of the microlens array depends on two factors: (1) high fill factor, and (2) precise reproduction of the desired lens profile. Both arguments are required at the same time and either argument is insufficient.

따라서, 높은 필팩터는 레지스트 필름(resist film)의 모든 부분을 변경시키는 공정에 의해 달성될 수 있으나, 만일 변경이 원하는 렌즈 프로파일에 대응되지 않는다면, 어레이의 포커싱 효율은 여전히 개선될 수 없고, 이는 부정확한 프로파일을 갖는 레지스트 필름의 일부가 입사광을 적절하게 포커싱시키지 못하기 때문이다. 한편, 이격되어 있는 개별적인 마이크로렌즈를 구비한 원하는 렌즈 프로파일의 정밀한 재 생산은 낮은 포커싱 효율을 초래할 수 있는데, 이 경우 마이크로렌즈 사이의 공간을 통하여 빛이 통과한다.Thus, a high fill factor can be achieved by the process of changing all parts of the resist film, but if the change does not correspond to the desired lens profile, the focusing efficiency of the array still cannot be improved, which is inaccurate. This is because a part of the resist film having one profile does not properly focus incident light. On the other hand, precise reproduction of the desired lens profile with separate microlenses spaced apart can result in low focusing efficiency, in which case light passes through the spaces between the microlenses.

본 발명에 따르면, 상기 두 인자는 포지티브 레지스트에서 볼록 렌즈를 초기에 기록하기 위해 오목 형태를 사용함으로써 처리될 수 있다. 이러한 방법에 따르면, 높은 필팩터로 원하는 렌즈 프로파일의 정밀한 제조를 통하여 고 포커싱 효율이 달성될 수 있다.According to the invention, these two factors can be processed by using the concave shape to initially record the convex lens in the positive resist. According to this method, high focusing efficiency can be achieved through precise manufacture of a desired lens profile with a high fill factor.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 초기 마스터(초기 몰드)를 제조하기 위해 제1 매체를 지지하도록 통상적으로 유리로 제조된 기판을 사용하여 이루어지고, 상기 마스터는 후에 저비용으로 원하는 마이크로렌즈 어레이의 정밀한 복제에 이용된다. 더욱 상세하게는, 감광성 포지티브 레지스트 필름은 최종 마이크로렌즈 어레이를 얻기 위해 원하는 두께를 유지하면서 적절한 두께까지 기판 상에 침적된다. 포지티브 레지스트는 빛에 노출되었을 때 부드럽게 변화하는 표면 양각 프로파일(surface-relief profile)이 생성되도록 낮은 콘트라스트(low-contrast) 종류가 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the present invention is made using a substrate, typically made of glass, to support a first medium for producing an initial master (initial mold), which master is later produced at low cost with the desired microlenses Used for precise replication of arrays. More specifically, the photosensitive positive resist film is deposited on the substrate to an appropriate thickness while maintaining the desired thickness to obtain the final microlens array. The positive resist is preferably of a low-contrast type such that a surface-relief profile is created that changes smoothly when exposed to light.

기판 상에 침적된 후에, 상기 포지티브 레지스트는 적절히 특성화된 프로파일을 갖는 레이저 빔에 노광된다. 소정의 샘플링 비(sampling rate)로, 레지스트 필름 영역은 레이저 빔에 노광된다. 빔 강도의 변화에 의해, 어레이 내의 각 마이크로렌즈의 형태의 보충은 레지스트 내에서 인코드된다. 특히, 레이저 빔 노광은 그 물리적 및 화학적 특성을 조정하여 감광성 필름에 잠상을 생성하게 된다.After being deposited on the substrate, the positive resist is exposed to a laser beam having a properly characterized profile. At a predetermined sampling rate, the resist film area is exposed to the laser beam. By changing the beam intensity, the replenishment of the shape of each microlens in the array is encoded in the resist. In particular, laser beam exposure adjusts its physical and chemical properties to produce a latent image in the photosensitive film.

다음에, 상기 필름은 표면-양각 구조를 생성하기 위해 현상(development)된다. 포지티브 종류의 레지스트 필름에 대해, 현상은 노광되지 않은 영역을 남겨두고 노광된 영역을 제가한다. 초기 마스터에 대한 표면-양각 구조 및 포토레지스트 타입의 상기 조합은 단지 상기 조합을 통해서만 높은 필팩터를 통하여 고 포커싱 효율이 이루어질 수 있고, 유한한 레이저 빔의 컨벌루션 효과가 최소화 될 수 있기 때문에 본 발명에서 아주 중요하다.The film is then developed to create a surface-embossed structure. For a positive kind of resist film, the development subtracts the exposed areas leaving the unexposed areas. The combination of surface-embossed structure and photoresist type for the initial master can be achieved through high fill factor only through the combination, and the convolutional effect of the finite laser beam can be minimized in the present invention. Very important.

유한한 레이저 빔의 컨벌루션 효과는 레이저 빔 노광이 볼록 또는 오목 표면-양각 구조를 생성하든지에 본질적으로 무관하다고 고려되어지는 것이 일반적이다. 본 발명에 따르면, 이는 사실과 다르며, 사실은 오목 표면-양각 구조로서 볼록 마이크로렌즈 어레이용 초기 마스터를 제조함으로써, 높은 필팩터(즉, 필팩터는 100%와 동일하거나 또는 실질적으로 100%와 동일함)와 고 포커싱 효율(즉, 포커싱 효율은 적어도 75% 이상임)이 달성된다. 이러한 컨벌루션 문제를 야기하는 조합의 상세한 설명이 이하에서 설명된다.The convolutional effect of the finite laser beam is generally considered to be essentially irrelevant whether the laser beam exposure produces a convex or concave surface-embossed structure. According to the invention, this is different from the fact, in fact by making an initial master for a convex microlens array as a concave surface-embossed structure, the high fill factor (ie, the fill factor is equal to or substantially equal to 100%). And high focusing efficiency (ie, focusing efficiency is at least 75% or more). Details of the combinations that cause this convolution problem are described below.

레지스트 필름은 일반적으로 대량 복제에 적합하지 않기 때문에, 대량 복제에 적합한 몰드를 제작하기 위해 일반적으로 중간 복제 단계가 필요하다. 예를 들면, 오목 표면-양각 구조는 볼록 형태인 중간 마스터(중간 몰드)를 준비하는데 사용된다. 그 다음, 중간 마스터는 최종 마스터(최종 몰드)를 제공하기 위해 한번 복제되고 오목 형태가 된다. 최종 어레이가 볼록 형태를 갖고 높은 필팩터와 고 포커싱 효율을 제공하도록 하기 위하여, 대량 복제는 최종 오목 마스터로 가능하다.Since resist films are generally not suitable for mass replication, an intermediate replication step is generally required to produce a mold suitable for mass replication. For example, concave surface-embossed structures are used to prepare intermediate masters (intermediate molds) that are convex. The intermediate master is then duplicated and concave once to provide the final master (final mold). In order for the final array to be convex and provide high fill factor and high focusing efficiency, mass replication is possible with the final concave master.

어레이는 사각 또는 육각 어레이와 같이 규칙적으로 주기적 배열에 한정될 필요는 없으나, 설계의 요구에 의해 일반적인 임의의 형태가 될 수 있다. 더욱이, 렌즈 형태는 동일할 필요는 없으나, 사실상 어레이에 있는 각 마이크로렌즈가 다양하게 변할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 기술은 전술한 "광의 퍼짐 제어용 구조 스크린(Structured Screens for Controlled Spreading of Light)"으로 출원된 미국 특허출원에서 설명된 마이크로구조의 배열 및 분포를 제조하는데 이용될 수 있다.The array need not be regularly confined to periodic arrays, such as square or hexagonal arrays, but may be of any general shape as required by the design. Moreover, the lens shape need not be the same, but in fact each microlens in the array can vary widely. For example, the technique according to the invention can be used to fabricate the arrangement and distribution of the microstructures described in the US patent application filed above as "Structured Screens for Controlled Spreading of Light." .

본 발명에서 중요한 점은 포지티브 레지스트 필름에서 형성된 오목 표면-양각 구조의 오목면의 상부가 바람직하게 배열되거나 또는 어느 인접 소자에 대하여 완만하게 변화하는 것이다. 만일 이러한 점이 만족되지 않는다면, 정밀한 프로파일은 단지 어레이의 일부에서만 제조될 수 있고, 어레이의 필팩터 및 포커싱 효율 모두 감소될 것이다.An important point in the present invention is that the top of the concave surface of the concave surface-embossed structure formed in the positive resist film is preferably arranged or gently changes with respect to any adjacent element. If this is not satisfied, a precise profile can only be made in part of the array, and both the fill factor and focusing efficiency of the array will be reduced.

도면을 참조하면, 도 2에는 통상적으로 유리로 제조되는 기판(22) 상에 침적된 낮은 콘트라스트의 감광성 레지스트 필름(21)이 도시되어 있다. 필름의 두께는 렌즈 어레이에 의해 한정되는 전체 깊이 거리보다 같거나 그 이상이어야 한다. 상기 어레이의 전체 두께에 따라 상기 레지스트는 경화(hardening)와 같은 예비 공정이 요구될 수 있다.Referring to the drawings, FIG. 2 shows a low contrast photosensitive resist film 21 deposited onto a substrate 22, which is typically made of glass. The thickness of the film should be equal to or greater than the total depth distance defined by the lens array. Depending on the overall thickness of the array, the resist may require a preliminary process such as hardening.

초기 레지스트 공정 후에, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔은 레지스트 필름에 포커싱되고, 전체 레지스트 표면을 노광시키기 위해 상기 표면을 따라 주사된다. 레이저 빔의 강도는 원하는 볼록 마이크로렌즈의 네거티브의 잠상이 레지스트 물질의 화학적 변형의 형태로 레지스트 내에서 각인되어지는 형식으로 각 점에서 변화한다.After the initial resist process, as shown in FIG. 3, the laser beam is focused onto the resist film and scanned along the surface to expose the entire resist surface. The intensity of the laser beam varies at each point in such a way that the negative latent image of the desired convex microlens is imprinted in the resist in the form of chemical modification of the resist material.

표면-양각 구조를 얻기 위해, 화학적으로 조정되는 레지스트 필름은 현상 공정을 거치는데, 상기 공정은 상기 어레이의 전체 두께를 변화하는 시간 동안 용액, 예를 들면 표준 알칼리 현상액에 노출되는 과정으로 이루어진다. 보다 깊은 어레이는 보다 긴 현상 시간을 필요로 한다. 포지티브형 레지스트에 대해, 현상 공정은 노출되지 않은 영역을 남겨두고 노출된 영역을 제거한다.In order to obtain a surface-embossed structure, a chemically controlled resist film is subjected to a developing process, which consists of exposing the solution, for example a standard alkaline developer, for a time varying the total thickness of the array. Deeper arrays require longer development times. For positive resists, the development process removes the exposed areas, leaving the unexposed areas.

상술한 본 발명에 따르면, 어레이 내의 각 마이크렌즈는 오목 형태의 포지티브 포토레지스트 내에서 제조될 필요가 있다. 단지 이러한 방법만이 마이크로렌즈가 볼록 형태로 제조될 때 나타나는 라운딩 효과(rounding effect)를 현저하게 감소시킬 수 있다. 이것은 제조 공정 그 자체가 원하지 않은 표면-양각 프로파일로 되는 특징을 도입할 수 있기 때문이다.According to the present invention described above, each microlens in the array needs to be manufactured in a concave positive photoresist. Only this method can significantly reduce the rounding effect that appears when microlenses are made in convex form. This is because the manufacturing process itself can introduce features that result in unwanted surface-embossed profiles.

원하는 표면-양각 구조와 기록 레이저 빔의 주어진 수학식을 고려하면, 양각 구조는 일반적으로 레이저 빔 함수를 갖는 원하는 표면 함수의 컨벌루션으로서 설명되는 레지스트 필름의 노출로 얻어진다. 컨벌루션의 작동은 하기 수학식 1에 의해 수학적으로 표현된다.Given the desired surface-embossed structure and the given equation of the recording laser beam, the embossed structure is obtained with the exposure of the resist film, which is generally described as the convolution of the desired surface function with the laser beam function. The operation of the convolution is mathematically represented by Equation 1 below.

여기서f는 원하는 표면 양각을 나타내는 수학적 함수를 나타내고,g는 기록 레이저 빔의 수학적 형태를 나타내며,S는 제조되는 표면적, (x,y)는 감광성 필름 표면상의 점을 의미하며,F는 최종적인 표면 형태를 나타낸다.Where f represents a mathematical function representing the desired surface relief, g represents the mathematical form of the recording laser beam, S is the surface area to be produced, ( x, y ) is the point on the photosensitive film surface, and F is the final surface It shows form.

수학식 1의 유용성은 상기 필름의 반응은 레이저 노광 강도와 정비례하고, 다수의 빔의 중첩은 단순한 부가 효과를 갖는다는 점에서 레이저 빔과 감광성 필름의 상호작용은 선형적이라는 가정에 있다. 유용한 접근을 위해 이러한 가정은 옳다고 하면, 볼록 형태, 즉 도 4a 및 4b 에 도시된 바와 같이, 레지스트 표면으로부터 돌출된 구조로 제조된 표면-양각 구조를 관찰할 수 있다.The usefulness of Equation 1 lies in the assumption that the interaction of the laser beam and the photosensitive film is linear in that the reaction of the film is directly proportional to the laser exposure intensity, and the overlap of multiple beams has a simple additive effect. If the assumption is correct for a useful approach, one can observe the convex form, ie, the surface-embossed structure made of the structure protruding from the resist surface, as shown in FIGS. 4A and 4B.

기대된 컨벌루션 효과가 볼록 구조에서 즉시 관찰된다는 사실은 동일한 타입이 오목 형태에 대해서도 일어난다는 일반적인 믿음을 일으킨다. 사실, 만일 수학식 1을 이용한다면, 그리고 오목형상을 얻는 것이 볼록형상에 -1을 곱하는 것 및 상수를 부가하는 것이 필요하다면, 최종적인 형태는 부호의 변화를 제외하면 오목 및 볼록 형태 양자에 대하여 동일하게 될 것이다.The fact that the expected convolutional effect is immediately observed in the convex structure gives rise to the general belief that the same type also occurs for concave shapes. In fact, if using Equation 1, and obtaining a concave shape requires multiplying -1 to a convex shape and adding a constant, the final form is for both concave and convex shapes except for the change of sign. Will be the same.

그러나, 결국 레이저 빔과 감광성 필름의 상호작용이 비선형적이고, 따라서, 컨벌루션 효과는 대략적으로만 제조 공정을 설명할 수 있다. 사실상, 본 발명에 따르면, 레이저 기록 공정은 다이아몬드 기구(diamond tools)과 같은 견고한 기계적 장치의 수단에 의해 제조되는 공정과 유사하다.However, in the end the interaction of the laser beam with the photosensitive film is non-linear, so the convolutional effect can only roughly explain the manufacturing process. In fact, according to the present invention, the laser writing process is similar to the process produced by means of rigid mechanical devices such as diamond tools.

상기 제조 공정에서도 여전히 컨벌루션 효과는 존재하나, 잠상 및 중첩 효과가 나타나지 않는다는 점에서 레이저 빔에 의한 것과는 다른 면이 있다. 상기 표면 양각을 생성하는 것은 제어된 표면과 기계적 기구의 접촉에 의해서다. 그러나 상기 오목 및 볼록 구조의 기계적 제조에서는 본질적으로 비대칭이 존재한다. 기구의 유한한 크기 때문에 두 인접하는 구조의 사이의 좁은 영역을 관통할 수 없으나, 두 오목 구조의 뾰족한 접촉점을 생성하는데는 어려움이 없게 된다. 이것은 도 5a 및 5b에 도시되어 있다.In the manufacturing process, there is still a convolutional effect, but it is different from that of the laser beam in that latent image and overlapping effect are not shown. Producing the surface relief is by contact of a controlled surface with a mechanical mechanism. However, there is essentially asymmetry in the mechanical manufacture of such concave and convex structures. Due to the finite size of the instrument it is not possible to penetrate the narrow area between two adjacent structures, but there is no difficulty in creating the pointed contact points of the two concave structures. This is shown in Figures 5a and 5b.

본 발명에 따르면, 레이저 기록 공정은 유사한 원리에 따라 작동되고, 볼록 및 오목 형태를 고려할 때 유사한 비대칭을 보여준다는 것을 알 수 있다. 이러한 놀라운 결과는 완전히 패킹된 배열에서 상기 어레이의 어퍼춰(aperture)의 일부에서 정밀한 프로파일을 보증할 수 있는 종전의 방법과는 달리 완전 패킹된 볼록 마이크로렌즈 어레이를 제조할 수 있게 된다.According to the invention, it can be seen that the laser recording process operates according to similar principles and shows similar asymmetry when considering convex and concave shapes. This surprising result makes it possible to produce a fully packed convex microlens array, unlike conventional methods, which can guarantee a precise profile in part of the array's aperture in a fully packed arrangement.

중요하게도, 오목 표면-양각 구조를 제조하기 위해 이용된 레이저 기록 공정은 오목 구조를 위한 기계적 제어 장치의 이점뿐만 아니라 기계적 제어 방법의 이점을 능가하는 중요한 능력을 부여하고 있다. 예를 들면, 레이저 기록 공정에 의해 가공된 마이크로렌즈의 크기나 형상은 실제로 제한이 없다. 또한, 기계적 기구의 크기 자체는 인접하는 마이크로렌즈 사이의 경계영역 범위를 결정하나, 레이저 기록에 의하면 상기 영역은 줄어들 수 있다.Importantly, the laser recording process used to produce the concave surface-embossed structure confers an important ability to surpass the advantages of the mechanical control method as well as the advantages of the mechanical control device for the concave structure. For example, the size or shape of the microlenses processed by the laser recording process is practically unlimited. In addition, the size of the mechanical mechanism itself determines the range of the boundary area between adjacent microlenses, but according to laser recording the area can be reduced.

상기 구조의 정점에서 인접 오목면의 경계의 맨 끝단까지 오목 표면-양각 형태를 유지하기 위한 능력은 고 포커싱효율의 볼록 마이크로렌즈의 어레이 구조에 고려된다. 최종 볼록 마이크로렌즈가 완전 패킹된 배열을 갖기 때문이다. 대조적으로, 만일 어레이가 직접 볼록 형태로 제조된다면, 기계적 기구, 레이저 기구, 또는 다른 공정을 이용하는지에 무관하게 두 인접하는 마이크로렌즈의 경계는 포커싱에 이용될 수 없고, 따라서 어레이는 감소된 포커싱 효율을 가질 것이다.The ability to maintain the concave surface-embossed shape from the apex of the structure to the extreme end of the boundary of the adjacent concave surface is considered for the array structure of convex microlenses with high focusing efficiency. This is because the final convex microlenses have a fully packed arrangement. In contrast, if the array is manufactured directly in convex form, the boundary of two adjacent microlenses cannot be used for focusing, regardless of whether mechanical, laser, or other processes are used, so the array has a reduced focusing efficiency. Will have

기계적 또는 레이저 기구에 의하든지 무관하게 볼록 형태로 어레이를 제조하는데 있어서의 결점이 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서, 원하는 마이크로렌즈의 형태는 파라미터 A로 표시된 포커싱 면적을 가진 곡선(61)이 된다. 그러나, 제조에 의해, 실제 마이크로렌즈 형태는 파라미터 B로 도시된 포커싱 면적을 갖는 곡선(62)이 된다. 마이크로렌즈 경계에서 관찰된 라운딩 효과는 마이크로렌즈의 초점 이외에 입사 조명을 변환시키므로 단지 면적 B만이 포커싱에 유용하게 된다. 상기 방법에 의하면 측정된 마이크로렌즈의 포커싱효율은 다음과 같다.The drawbacks of manufacturing the array in convex form, whether mechanical or laser, are shown in FIG. 6. In FIG. 6, the shape of the desired microlens becomes a curve 61 with the focusing area indicated by parameter A. FIG. However, by manufacture, the actual microlens shape becomes a curve 62 with the focusing area shown by parameter B. The rounding effect observed at the microlens boundary transforms incident illumination in addition to the focal point of the microlens, so only area B is useful for focusing. According to the method, the focusing efficiency of the measured microlenses is as follows.

종래 기술에 의하면, 포커싱 효율이 100% 이하가 되도록 B는 언제나 A보다 작다. 본 발명에 따르면, 초기 표면-양각 구조는 렌즈간 뾰족한 경계가 최종적인 마이크로 어레이에서 바람직하게 가공되도록 오목 형태로 기록된다. 오목 마스터가 복제되면, B는 본질적으로 A와 동일한 볼록 어레이를 얻을 수 있다. 따라서, 포커싱효율은 100%가 된다.According to the prior art, B is always smaller than A so that the focusing efficiency is 100% or less. According to the present invention, the initial surface-embossed structure is recorded in concave shape such that the sharp edges between the lenses are preferably processed in the final micro array. Once the concave master is replicated, B can essentially get the same convex array as A. Therefore, the focusing efficiency is 100%.

상기 분석은, 특히 광이 큰 각에서 포커싱될 때 높은 개구수(numerical aperture)(패스트 렌즈)의 볼록 마이크로렌즈에서 실험적으로 인정되고 있다. 도 7a는 볼록 모드에서 제조된 직경 50 ㎛의 마이크로렌즈 어레이의 경우를 도시한 것이다. 마이크로렌즈 사이의 경계는 분명히 라운딩되어 있고, 포커싱에 사용하기에 효율적이지 않다. 본 어레이에서 각 마이크로렌즈에 대한 효율은 50%이다.This analysis has been experimentally recognized, especially in convex microlenses of high numerical aperture (fast lens) when light is focused at large angles. FIG. 7A shows the case of a microlens array having a diameter of 50 μm manufactured in the convex mode. The boundaries between the microlenses are clearly rounded and are not efficient for use in focusing. The efficiency for each microlens in this array is 50%.

반면, 도 7b에서 도시한 바와 같이, 동일한 어레이가 오목 형태에서 가공될 때 보다 바람직한 결과가 얻어진다. 상기 어레이의 포커싱 효율은 100%가 된다. 또한, 상기 오목 표면-양각 구조체 효율의 손실 없이 완전히 패킹될 수 있다. 볼록 어레이의 직접 기록은 이와 같이 효율의 손실 없이 패킹에 이를 수 없다.On the other hand, as shown in Fig. 7B, more preferable results are obtained when the same array is processed in concave shape. The focusing efficiency of the array is 100%. It can also be fully packed without loss of the concave surface-embossed structure efficiency. Direct writing of the convex array cannot reach packing without this loss of efficiency.

본 발명에 있어 또 다른 중요한 요소는, 도 8에 도시된 바와 같이 포지티브 포토레지스트에서 형성된 오목 표면-양각 구조의 오목면이 상기 레지스트의 표면에 정렬된 말단부를 가진다는 것이다. 바람직한 배열로부터의 변화는 저 전송 효율을 초래하는 극한의 마이크로렌즈의 초과적 라운딩을 피하기 위해 충분히 완만해야 한다. 기계적 룰링과 레이저 기록 사이의 유사성은 "광의 퍼짐 제어용 구조 스크린(Structured Screens for Controlled Spreading of Light)"으로 명명된 미 특허출원에서의 "피스톤(piston)" 처럼 인접하는 오목면이 상대적인 수직 오프셋에 존재할 때 차이를 보인다. 몇몇 스크린 응용 타입에 있어서, 감소된 효율은 허용된다. 그러나, 다른 경우에는, 포커싱 효율 감소는 허용될 수 없다.Another important element in the present invention is that the concave surface of the concave surface-embossed structure formed in the positive photoresist, as shown in FIG. 8, has distal ends aligned with the surface of the resist. The change from the preferred arrangement should be sufficiently gentle to avoid excessive rounding of the extreme microlenses leading to low transmission efficiency. The similarity between mechanical ruling and laser recording is that adjacent concave surfaces, such as "pistons" in the US patent application named "Structured Screens for Controlled Spreading of Light," exist at relative vertical offsets. When it seems the difference. For some screen application types, reduced efficiency is allowed. However, in other cases, a reduction in focusing efficiency cannot be tolerated.

도 9를 참조하면, 오목 표면-양각 구조의 오목면의 상부 사이의 배열의 요구는 개개의 마이크로렌즈의 포커싱 특성이 랜덤하게 변하는 어레이를 요구하는 것과 양립된다. 이 경우 오목면의 정점들은 정렬되어지는 것이 요구되지는 않는다. 유사원리는 2차원 어레이에서도 적용된다.Referring to Fig. 9, the requirement of the arrangement between the tops of the concave surfaces of the concave surface-embossed structure is compatible with requiring an array in which the focusing characteristics of the individual microlenses vary randomly. In this case, the vertices of the concave surface are not required to be aligned. Similar principles apply to two-dimensional arrays.

현상 후 레이저 노광에 의해 얻어진 표면-양각 구조는 복제에 이용될 수 있는 초기 몰드를 공급한다. 감광성 필름을 구성하는 물질이 복제에 적합하면 마스터의 복제는 볼록 형태로 쉽게 가공될 수 있다. 오목 복제가 요구된다면, 볼록 기구가 요구되는 중간 복제 단계가 필요하며, 이에 의해 오목 어레이가 제조된다. 전형적으로, 감광성 필름은 대량복제에 적당하지 않으므로 몰드는, 예를 들면 보다 강한 플라스틱 수지로 만들어지는 것이 바람직하다.The surface-embossed structure obtained by laser exposure after development supplies an initial mold that can be used for replication. If the material constituting the photosensitive film is suitable for replication, the replica of the master can be easily processed into convex form. If concave replication is required, an intermediate replication step is required, which requires a convex mechanism, thereby producing a concave array. Typically, since the photosensitive film is not suitable for mass replication, the mold is preferably made of, for example, a stronger plastic resin.

도 10a 내지 도 10c는 상기 복제과정을 도시한 도면이다.10A to 10C illustrate the replication process.

도 10a는 정렬된 상부를 구비한 오목형의 최초 표면 양각 구조(101)를 도시한 것이다. 기호 102는 유리기판을 나타낸다. 도 10b는 플라스틱수지(104)가 침전된 다른 기판(103)을 도시한 것이다. 도 10c는 원하는 볼록 마이크로렌즈(105) 의 어레이를 제작하기 위한 도 10b의 중간 복제 기구의 복제 결과를 도시한 도면이다.10A shows a concave initial surface relief structure 101 with aligned tops. Symbol 102 represents a glass substrate. 10B illustrates another substrate 103 on which the plastic resin 104 is deposited. FIG. 10C is a diagram showing the replication result of the intermediate replication mechanism of FIG. 10B for fabricating the desired array of convex microlenses 105.

도 10에 도시된 비슷한 결과는 오목형에서 포지티브 레지스트를 성형하는 최초 표면 양각 구조를 재차 구비하는 오목 마이크로렌즈의 고 효율, 고 필팩터 어레이의 제조에 이용될 수 있다.The similar results shown in FIG. 10 can be used for the fabrication of high efficiency, high fill factor arrays of concave microlenses again having an original surface relief structure for forming positive resists in concave shapes.

본 발명분야의 기술자는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 변형 및 변경을 할 수 있음은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에서 제공되는 본 발명의 변형 및 변경을 포함한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Thus, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (23)

피크과 밸리를 갖는 표면 구조를 갖고 다수의 단위셀 및 단위셀 당 하나의 마이크로렌즈인 다수의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of a microlens array having a surface structure having a peak and a valley and comprising a plurality of unit cells and a plurality of microlenses, one microlens per unit cell, (a) 포지티브 포토레지스트를 제공하는 단계;(a) providing a positive photoresist; (b) 마이크로렌즈 어레이의 표면 구조가 실질적으로 네거티브인 표면 구조를 갖는 마스터를 형성하기 위해 유한한 빔 폭을 갖는 레이저 빔으로 상기 포지티브 포토레지스트를 노광시키는 단계;(b) exposing the positive photoresist with a laser beam having a finite beam width to form a master having a surface structure where the surface structure of the microlens array is substantially negative; (c) (i) 마이크로렌즈 어레이를 제조하고, 및/또는(c) (i) fabricate a microlens array, and / or (ii) 마이크로렌즈 어레이를 형성하는데 사용되는 또 다른 마스크를 제조하며, 및/또는(ii) fabricate another mask used to form the microlens array, and / or (iii) 마이크로렌즈 어레이를 형성하는데 사용되는 제1의 또 다른 일련의 마스터를 제조하기 위해 마스터를 사용하는 단계를 포함하며,(iii) using the master to produce another first series of masters used to form the microlens array, 상기 마이크로렌즈 어레이는 마스터가 인접하는 단위셀에서 적어도 두 개의 오목면을 포함하도록 하기 위해 인접하는 단위셀에서 적어도 두개의 볼록 마이크로 렌크를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.And the microlens array comprises at least two convex microlenses in adjacent unit cells so that the master includes at least two concave surfaces in adjacent unit cells. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 마스터가 단지 오목면만을 포함하도록 하기 위해 단지 볼록 마이크로렌즈만을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.The method of claim 1, wherein the microlens array includes only convex microlenses so that the master includes only concave surfaces. 제2항에 있어서, 상기 마스터는 제 1평면과 제 2평면 사이에 놓여지고, 상기 오목면은 제1평면으로부터 제2평면으로 향하는 방향으로 마스터까지 확장되며, 각 오목면의 최대 새그는 제1평면에 있는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.3. The method of claim 2, wherein the master is placed between the first and second planes, the concave surface extending to the master in a direction from the first plane to the second plane, the maximum sag of each concave surface being the first Method for producing a microlens array, characterized in that the plane. 제2항에 있어서, 상기 마스터는 제1평면과 제2평면 사이에 위치하고, 상기 오목면은 제1평면으로부터 제2평면으로 향하는 방향으로 마스터까지 확장되며, 제1평면에 대한 각 오목면의 최대 새그 위치는 마이크로렌즈 어레이의 포커싱 효율이 75% 이하로 감소되지 않도록 충분히 느리게 적어도 약간의 인접하는 단위셀 사이에서 변화하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.3. The method of claim 2, wherein the master is located between the first plane and the second plane, the concave surface extending to the master in a direction from the first plane to the second plane, the maximum of each concave surface relative to the first plane The sag position varies between at least some adjacent unit cells slowly enough so that the focusing efficiency of the microlens array is not reduced below 75%. 제1항에 있어서, 상기 마스터는 제1평면과 제2평면 사이에 놓여지고, 적어도 두 개의 오목면은 제1평면으로부터 제2평면으로 향하는 방향으로 마스터까지 확장되며, 적어도 두 개의 오목면의 정점과 제1평면 사이의 거리는 서로 다른 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.The method of claim 1, wherein the master lies between the first plane and the second plane, at least two concave planes extending from the first plane to the master in a direction from the first plane to the top of the at least two concave planes. And a distance between the first plane and the first plane is different from each other. 제5항에 있어서, 상기 거리는 랜덤하게 분포되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.The method of claim 5, wherein the distances are randomly distributed. 제1항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 오목면 중 적어도 하나는 아나모픽인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.The method of claim 1, wherein at least one of the at least two concave surfaces is anamorphic. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이는 적어도 75%의 포커싱 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.The method of claim 1, wherein the microlens array has a focusing efficiency of at least 75%. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이는 적어도 85%의 포커싱 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.The method of claim 1, wherein the microlens array has a focusing efficiency of at least 85%. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이는 적어도 95%의 포커싱 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.The method of claim 1, wherein the microlens array has a focusing efficiency of at least 95%. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 필팩터는 적어도 90%인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.The method of claim 1, wherein the fill factor of the microlens array is at least 90%. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 필팩터는 적어도 95%인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법.The method of claim 1, wherein the fill factor of the microlens array is at least 95%. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 필팩터는 실질적으로 100%와동일한 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이의 제조방법The method of claim 1, wherein the fill factor of the microlens array is substantially equal to 100%. 다수의 단위셀과 단위셀 당 하나의 마이크로렌즈인 다수의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이에 있어서, 상기 어레이는 적어도 75%의 포커싱 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.A microlens array comprising a plurality of unit cells and a plurality of microlenses, one microlens per unit cell, wherein the array has a focusing efficiency of at least 75%. 제14항에 있어서, 상기 어레이는 적어도 85%의 포커싱 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.15. The microlens array of claim 14, wherein said array has a focusing efficiency of at least 85%. 제14항에 있어서, 상기 어레이는 적어도 95%의 포커싱 효율을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.15. The microlens array of claim 14, wherein said array has a focusing efficiency of at least 95%. 제14항에 있어서, 상기 어레이의 필팩터는 적어도 90%인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.15. The microlens array of claim 14, wherein the fill factor of the array is at least 90%. 제14항에 있어서, 상기 어레이의 필팩터는 적어도 95%인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.15. The microlens array of claim 14, wherein the fill factor of said array is at least 95%. 제14항에 있어서, 상기 어레이의 필팩터는 실질적으로 100%와 동일한 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.15. The microlens array of claim 14, wherein the fill factor of the array is substantially equal to 100%. 제14항에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 볼록마이크로렌즈인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.15. The microlens array of claim 14, wherein said microlenses are convex microlenses. 제14항에 있어서, 상기 마이크로렌즈의 적어도 일부는 아나모픽인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.15. The microlens array of claim 14, wherein at least some of the microlenses are anamorphic. 제14항에 있어서, 상기 마이크로렌즈의 적어도 2 개는 서로 랜덤하게 상이한 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.15. The microlens array of claim 14, wherein at least two of the microlenses are randomly different from each other. 제14항에 있어서, 상기 단위셀은 밀접하게 패킹되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.The microlens array of claim 14, wherein the unit cells are closely packed.
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