KR20030019654A - 마이크로렌즈 제조용 몰드 및 이를 이용한 마이크로렌즈의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이 화소와 같은 모양을 갖는 실리콘 몰드를 이용하여 저렴한 제조 비용과 용이한 제조 공정으로 퍼펙트한 필 팩터를 갖는 마이크로렌즈의 제조를 가능하게 하는 마이크로렌즈 제조용 몰드 및 이를 이용한 마이크로렌즈의 제조방법을 제공하기 위한 것으로서, 실리콘 기판(1)에 산화막을 형성하고, 이를 포토리소그라피 공정으로 산화막 패터닝하여 마스크(5)를 형성하며, 상기 마스크를 이용 비등방성 식각하여 트렌치(3)를 형성한 후 산화막을 제거하여 실리콘 몰드(7)를 형성하고, 상기 실리콘 몰드를 이용하여 투명기판(9)상에 도포된 렌즈 재료(11)를 가압 성형 및 경화시켜 마이크로렌즈(13)를 제조하는 방법을 제안한다.

Description

마이크로렌즈 제조용 몰드 및 이를 이용한 마이크로렌즈의 제조방법{Mold for making micro lens and Method for processing micro lens used in the same}

본 발명은 디스플레이 화소와 같은 모양을 갖는 실리콘 몰드를 이용하여 저렴한 제조 비용과 용이한 제조 공정으로 퍼펙트한 필 팩터(Fill Factor)를 갖는 마이크로렌즈의 제조를 가능하게 하는 마이크로렌즈 제조용 몰드 및 이를 이용한 마이크로렌즈의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서 마이크로렌즈란, 수밀리정도 이하의 크기를 갖는 미세한 렌즈를 의미하며, 그와 같은 미세한 렌즈가 1차원 또는 2차원적으로 배열된 마이크로렌즈 어레이 및 복수 배치된 렌티큘러 렌즈를 포함하는 것으로 한다.

마이크로렌즈는 광학장치에 있어서 각종 광학소자 또는 광학부품 등과 조합하여 사용되는바 그 용도를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 레이저 디스크, 콤팩트 디스크 및 광자기 디스크 등의 광픽업의 집광수단 또는 수광소자와의 결합을 위한 집광수단, CCD등의 고체 촬상 소자 또는 팩시밀리에 사용되는 1 차원 이미지 센서의 감도를 높이기 위해 입사광을 광진변환영역에 집광시키는 집광수단 또는 결상수단, 액정 프린터나 LED 프린터에 있어서 인지해야할 상을 감광체에 결상시키는 결상수단, 광정보 처리용 필터, 그리고 일본 공개특허 소60-165621에서 165624, 소60-262131 및 국내 등록특허 10-229618호에 공개된 바와 같이 액정디스플레이 등의 비발광 표시영역에 의해 차광되는 빛을 집속하여 휘도 및 개구율을 높이기 위한 수단으로 사용된다.

특히 액정디스플레이에서의 마이크로 렌즈는 액티브 매트릭스형 액정표시소자에서 화면의 고정세화를 위해 화소수를 증대할 경우, 그에 비례하여 블랙매트릭스 면적이 늘어나고 그 결과 개구율 저하 및 화면이 어두워지는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액정표시소자에 설치되어 실효 개구율을 향상시키므로 밝은 화면을 구현한다.

이러한 마이크로렌즈의 제조방법으로는 다음과 같은 방법들이 알려져 있다.

첫째, 이온을 많이 포함하는 기판이 알카리성 염류용액에 침적되고, 상기 이온이 기판상에 형성되는 마스크를 통하여 기판과 상기 염류용액 사이에서 교환되며, 그 결과 마스크의 패턴에 대응하는 굴절율의 분포를 가지는 기판을 얻는 방법("IonExchange Method" Applied Optics 21(6), page 1052(1984), Electron Lett., 17, page 452(1981)).

둘째, 감광모노머(Photosensitive monomer)에 자외선을 조사하여 조사된 부분을 중합하고, 상기 조사된 부분이 조사된 부분과 비조사부분 사이에서 발생하는 침투압력하에 팽윤되게 하여 렌즈를 구성으로 하는 방법("Process of Producing Plastic Microlenses" -24th Micro-Optics Meeting).

세째, 감광수지를 원형으로 패터닝하고, 표면장력에 의해 각 원형패턴의 주변부분이 늘어지게(sag) 되도록 그 연화점 이상으로 가열승온시켜 렌즈형상을 형성하는 방법. 이 방법은 "열늘어뜨림(sagging) 방법이라 불리어진다("Heat Sagging Process" by Zoran D. Popovic외 -APPlied Optics,27page 1281(1988)).

네째, 렌즈기판을 기계적으로 가공하여 렌즈를 형성하는 방법(기계적 가공방법) 등이 있다.

이와 같은 제조방법중에서 특히 액정디스플레이용으로 사용되는 마이크로렌즈는 통상 네번째의 기계적인 가공방법에 의해 제조되고 있다.

예를 들어 일본 공개특허 평3-233417, 평5-134103 그리고 국내 등록특허 10-135922호에는 몰드를 이용하여 마이크로렌즈를 성형 및 양산하는데 유용한 마이크로렌즈의 제조방법이 소개되어 있다.

또 다른 예로서는 기판위에 렌즈 재질을 도포 및 경화하고 이를 건식 식각하여 마이크로렌즈를 제조하는 방법이 있다.

상술한 마이크로렌즈의 제조 방법에서 몰드 성형 방법의 경우, 종래에는 사진식각공정이나 기계적 연마 방법을 이용하여 금속기판에 몰드를 형성한다. 그러나 이와 같이 제작된 몰드는 렌즈 가장자리 모양이 원형에 가까운 형태로 형성되므로, 디스플레이의 사각 화소와 맞추는 필 팩터가 낮아지고 화소 영역과 어긋나 렌즈의 작동 품질을 저하시키게 된다.

또한 식각을 이용한 마이크로렌즈 제조방법의 경우에는 고가의 장비를 필요로 하기 때문에 제품의 가격이 상승하는 문제점이 있고, 렌즈 표면이 거칠어지며, 렌즈의 가장자리 모양을 사각으로 유지하기 어려워 필 팰터가 감소하는 문제점이 있다.

이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 디스플레이 화소와 같은 모양을 갖는 실리콘 몰드를 제조하고, 이를 이용하여 저렴한 제조 비용과 용이한 제조 공정으로 퍼펙트한 필 팩터를 갖는 마이크로렌즈를 제조할수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.

도 1은 본 발명의 마이크로렌즈 제조용 몰드를 도시한 사시도이고,

도 2는 본 발명의 마이크로렌즈 제조용 몰드의 제조방법을 설명하는 공정도이며,

도 3은 본 발명에 의한 마이크로렌즈의 제조방법을 설명하는 공정도이고,

도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 의한 마이크로렌즈의 제조방법을 설명하는 공정도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1-실리콘 기판3-트렌치

5-마스크7-실리콘 몰드

9-투명기판11-렌즈 재료

13,13a,13b-마이크로렌즈15-산화막

17-레지스트층

상기 목적을 실현하기 위한 것으로서, 본 발명은 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판을 식각하여 얻어진 4각 마름모꼴의 5면 트렌치를 포함하는 마이크로렌즈 제조용 몰드을 제한다.

바람직하게 실리콘 기판은 단결정 실리콘으로 형성하는 것이 좋다.

아울러 본 발명에서는 실리콘 기판에 산화막을 형성하고, 이를 포토리소그라피 공정으로 산화막 패터닝하여 마스크를 형성하며, 상기 마스크를 이용하여 비등방성 식각하여 트렌치를 형성한 후 산화막을 제거하여 실리콘 몰드를 형성하는 단계; 투명기판상에 렌즈 재료를 도포하고 상기 실리콘 몰드로 가압하여 성형하는 단계; 그리고 상기 렌즈 재료를 가열하여 리플로우시키고, 경화시켜 마이크로렌즈를 제조하는 단계로 이루어지는 마이크로렌즈 제조용 몰드를 이용한 마이크로렌즈의 제조방법을 제안한다.

본 발명의 다른 예로서 상기 실리콘 몰드의 형성후, 그 트렌치 표면을 산화시키고, 이후 산화막을 제거하여 트렌치의 중심부를 둥글게 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 예로서 실리콘 기판에 산화막을 형성하고, 이를 포토리소그라피 공정으로 산화막 패터닝하여 마스크를 형성하며, 상기 마스크를 이용하여 비등방성 식각하여 트렌치를 형성한 후 산화막을 제거하여 실리콘 몰드를 형성하는단계; 상기 실리콘 몰드의 트렌치에 레지스트층을 회전 도포시켜 형성하는 단계; 상기 실리콘 몰드 상에 렌즈 재료를 도포하고 투명기판을 부착하는 단계; 그리고 상기 렌즈 재료를 경화시키고 레지스트층을 제거하여 마이크로렌즈를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 마이크로렌즈 제조용 몰드를 이용한 마이크로렌즈의 제조방법을 제안한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 마이크로렌즈 제조용 몰드의 구성을 보여주고 있다.

도시한 바와 같이 본 발명의 마이크로렌즈 제조용 몰드는 단결정 실리콘 기판(1)에 4각 마름모꼴의 5면 트렌치(3)를 다수 형성한 구성으로 이루어진다.

트렌치(3)는 양각 렌즈부분을 형성하기 위한 것으로, 그 가장자리는 디스플레이의 화소 모양과 동일하게 4각형으로 되어 있으며, 그에 따라 본 발명의 실리콘 몰드에 의해 형성되는 마이크로렌즈의 렌즈 부분의 필 팩터를 100%로 구현할 수 있다. 또 트렌치(3)는 상측으로 갈수로 좁아지는 마름모꼴의 모양을 갖추고 있다.

이와 같이 구성된 실리콘 몰드의 제조 공정을 도 2에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 먼저 단결정 실리콘 기판(1)을 준비하고, 산화 공정을 통해 산화막을 형성하며 이를 포토리소그라피 공정으로 패터닝하여 산화막 마스크(5)를 형성한다.

이후 상기 마스크(5)를 이용하여 비등방성 습식 식각을 수행하여 트렌치(3)를 형성하고, 산화막 마스크(5)를 제거하여 실리콘 몰드(7)를 형성한다.

이와 같이 제조된 본 발명의 실리콘 몰드(7)는 제조 공정의 단순하고 비용이 저렴한 이점이 있다.

한편 상술한 실리콘 몰드(7)를 이용하여 마이크로렌즈를 제조하는 다수 실시 형태를 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 마이크로렌즈의 제조방법을 보여주고 있다.

도시한 바와 같이 본 발명은 먼저 실리콘 기판(1)에 트렌치(3)를 형성하여 제작된 실리콘 몰드(7)를 준비하여, 상부에 설치하고 프레스를 이용하여 상하 작동될 수 있도록 설치한다.

실리콘 몰드(7)의 하부에는 투명기판(9)을 설치하고, 그 상부에 렌즈 재료(11)를 도포한 후 실리콘 몰드(7)를 가압하여 양각의 렌즈부를 성형한다.

이후 상기 렌즈 재료(11)를 가열하여 리플로우(Reflow)시키고, 경화시켜 마이크로렌즈(13)를 완성한다.

이와 같은 방법으로 완성된 본 발명의 마이크로렌즈(13)는 표면이 매끄럽고 렌즈의 필 팩터가 100% 실현되므로 디스플레이에 적용시 렌즈의 작동 특성을 충분히 향상시킬 수 있다.

실시예 2

도 4는 본 발명의 실시예 2에 의한 마이크로렌즈의 제조방법을 보여주고 있다.

도시한 바와 같이 본 발명은 먼저 실리콘 기판(1)에 트렌치(3)를 형성하여 제작된 실리콘 몰드(7)를 준비하고, 상기 실리콘 몰드(7)를 산화시켜 산화막(15)을 형성한 후 이를 제거하여 트렌치(3)의 중심부가 둥글게 되도록 형성한다.

이렇게 형성된 실리콘 몰드(7)를 상부에 설치하고 프레스를 이용하여 상하 작동될 수 있도록 한다.

실리콘 몰드(7)의 하부에는 투명기판(9)을 설치하고, 그 상부에 렌즈 재료(11)를 도포한 후 실리콘 몰드(7)를 가압하여 양각의 렌즈부를 성형한다.

이후 상기 렌즈 재료(11)를 가열하여 리플로우시키고, 경화시켜 마이크로렌즈(13a)를 완성한다.

이와 같은 방법으로 완성된 본 발명의 마이크로렌즈(13a)는 표면이 매끄럽고, 렌즈의 가장자리가 4각형으로 형성되어 필 팩터가 100% 실현되며, 아울러 렌즈의 중심 부분이 둥글게 원형으로 형성된다.

실시예 3

도 5는 본 발명의 실시예 3에 의한 마이크로렌즈의 제조방법을 보여주고 있다.

도시한 바와 같이 본 발명은 먼저 실리콘 기판(1)에 트렌치(3)를 형성하여 제작된 실리콘 몰드(7)를 준비하고, 상기 실리콘 몰드(7)의 상부 특히 트렌치(3)에 레지스트층(17)을 회전 도포한다.

시켜 형성하는 단계; 상기 실리콘 몰드 상에 렌즈 재료를 도포하고 투명기판을 부착하는 단계; 그리고 상기 렌즈 재료를 경화시키고 레지스트층을 제거하여 마이크로렌즈를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 마이크로렌즈 제조용 몰드를 이용한 마이크로렌즈의 제

이렇게 형성된 실리콘 몰드(7) 및 레지스트층(17)의 상부에 렌즈 재료(11)를 도포하고 투명기판(9)을 부착한다.

이후 상기 렌즈 재료(11)를 경화시키고 레지스트층(17)을 제거하여 마이크로렌즈(13b)를 완성한다.

이와 같은 방법으로 완성된 본 발명의 마이크로렌즈(13b)는 표면이 매끄럽고, 렌즈의 가장자리가 4각형으로 형성되어 필 팩터가 100% 실현되며, 렌즈의 중심 부분이 둥글게 원형으로 형성된다. 아울러 본 실시예에 의하면 마이크로렌즈(13b)가 완전 경화된 후 몰드를 제거하므로 박리시 발생할 수 있는 렌즈 손상을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 구성 및 실시예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 디스플레이 화소와 같은 모양을 갖는 실리콘 몰드를 이용하여 마이크로렌즈를 제조하므로, 제조 비용이 저렴하고 제조가 용이하며 퍼펙트한 필 팩터를 갖는 마이크로렌즈를 제조할 수 있다.

아울러 본 발명에 의하면 고품질의 마이크로렌즈를 제조하므로, 그 결과 디스플레이의 휘도와 콘트라스트를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

한편 본 발명은 상술한 구체적인 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (5)

1. 실리콘 기판과;

   상기 실리콘 기판을 식각하여 얻어진 4각 마름모꼴의 5면 트렌치를 포함하는 마이크로렌즈 제조용 몰드.
2. 제 1 항에 있어서, 실리콘 기판은 단결정 실리콘으로 형성된 것임을 특징으로 하는 액정셀을 이용한 광학렌즈.
3. 실리콘 기판에 산화막을 형성하고, 이를 포토리소그라피 공정으로 산화막 패터닝하여 마스크를 형성하며, 상기 마스크를 이용하여 비등방성 식각하여 트렌치를 형성한 후 산화막을 제거하여 실리콘 몰드를 형성하는 단계;

   투명기판상에 렌즈 재료를 도포하고 상기 실리콘 몰드로 가압하여 성형하는 단계; 그리고

   상기 렌즈 재료를 가열하여 리플로우시키고, 경화시켜 마이크로렌즈를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 마이크로렌즈 제조용 몰드를 이용한 마이크로렌즈의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 실리콘 몰드의 형성후, 그 트렌치 표면을 산화시키고, 이후 산화막을 제거하여 트렌치의 중심부를 둥글게 형성하는 단계를 더 포함하는 마이크로렌즈 제조용 몰드를 이용한 마이크로렌즈의 제조방법.
5. 실리콘 기판에 산화막을 형성하고, 이를 포토리소그라피 공정으로 산화막 패터닝하여 마스크를 형성하며, 상기 마스크를 이용하여 비등방성 식각하여 트렌치를 형성한 후 산화막을 제거하여 실리콘 몰드를 형성하는 단계;

   상기 실리콘 몰드 표면에 레지스트층을 회전 도포시켜 형성하는 단계;

   상기 실리콘 몰드 상에 렌즈 재료를 도포하고 투명기판을 부착하는 단계; 그리고

   상기 렌즈 재료를 경화시키고 레지스트층을 제거하여 마이크로렌즈를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 마이크로렌즈 제조용 몰드를 이용한 마이크로렌즈의 제조방법.