KR20040091021A - 복제 방법에 의한 광 디바이스 제조 방법 - Google Patents

복제 방법에 의한 광 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 기판과 금형 사이의 간격을 액체 광-투과성 폴리머 물질로 채우는 단계와, b) 복제 층을 얻기 위해 폴리머 물질을 경화시키는 단계와, c) 금형을 제거하는 복제 방법에 의해 광학 디바이스를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 큰 NA값을 갖는 렌즈와 같은 광학 디바이스를 제조하기 위해, 본 발명에 따라, 복제 방법은 동일한 또는 서로 다른 금형을 사용하면서 적어도 두 번 반복되며, 기판은 복제 방법의 하나 이상의 이전 작업 동안에 얻어진 하나 이상의 복제 층이 복제 방법의 그 다음 작업을 위한 기판으로서 사용된다는 점이 제안된다.

Description

복제 방법에 의한 광 디바이스 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING AN OPTICAL DEVICE BY MEANS OF A REPLICATION METHOD}
정확한 중심의 구면을 갖는 렌즈를 생성하기 위한 이러한 복제 방법 및 장치가 미국특허번호 제 US 4,615,847호에 상세하게 기술되어 있고, 그 개시물은 본 명세서에서 참조로 병합되어 있다. 복제 기술은 고성능 회절-제한 렌즈를 제조하기 위한 잘 알려진 기술이다. 보통 유리인 구형 및 편평한 기판은 기본 소자로서 사용되며, 그 위에 바람직하게는 수십 미크론 범위의 얇은 폴리머 층, 즉 "복제 층"이도포된다.
종종, 편평한 기판이 가격 및 편리성으로 인해 바람직하다. 이점은 렌즈 배열의 경우에 특히 그렇다. 그러나, 편평한 기판 상의 복제 제한으로는 얻어지는 렌즈의 달성 가능한 개구수(NA: Numeric Aperture)가 있다. 단일 복제 단계 내에서, 최대 달성 가능한 NA는 현재 기껏해야 대략 0.2이다. NA값이 더 커지면 복제 층은 더 큰 두께 변화도를 가지며 더 두껍게 되고, 이러한 층은 비한정된 수축으로 인해 복제 이후 복제 층의 허용 불가능한 큰 형태 변형을 보일 것이다.
본 발명은,
- 기판과 금형(mould) 사이의 간격을 액체 광-투과성 폴리머 물질로 채우는 단계와,
- 복제 층을 얻기 위해 상기 폴리머 물질을 경화시키는 단계와,
- 상기 금형을 제거하는 단계를 포함하는 복제 방법에 의해 광 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 청구항 6에서 한정된 바와 같이 복제 방법에 의해 광 디바이스를 제조하기 위한 장치와, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 청구항 7에 한정된 바와 같은 광 디바이스에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 렌즈 어레이의 측면도.
도 2는 이러한 렌즈 어레이의 평면도.
그러므로, 본 발명의 목적은 광학 디바이스를 제조하기 위한 방법 및 장치와, 더 큰 NA값을 갖는 이러한 광학 디바이스 자체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 이것은 청구항 1에서 한정된 방법에 의해 달성되며, 여기서, 상기 복제 방법은 동일한 또는 다른 금형을 사용하면서 적어도 두 번 반복되며, 여기서, 기판은, 복제 방법의 한번 이상의 이전 작업 동안에 얻어진 하나 이상의 복제 층과 함께 복제 방법의 그 다음 작업을 위한 기판으로서 사용된다. 청구항 6에 한정된 본 발명에 따른 대응하는 제조 장치는 그에 따라 제조 프로세스를 제어하기 위한 제어 수단을 포함한다.
본 발명은 동일한 기판 위에 적어도 두 개 바람직하게는 여러 개의 상대적으로 얇은 복제 층을 도포한다는 아이디어, 즉 각 후속하는 복제 층이 기본 기판은 항상 동일하면서 복제 방법의 이전 작업 동안에 얻어진 복제 층 위에 형성되는 아이디어를 기반으로 한다. 그에 따라, 달성 가능한 NA는 대략 최대 0.5의 NA값까지상당히 증가될 수 있다. 각 얻어진 복제 층은 그 다음 복제 작업을 위한 기본 구성요소로 동작하므로, 복제 층마다 발생하는 형태 변형은 복제 방법의 한 단일 작업 동안에 한 번 전체 복제 층을 도포하는 경우에서보다 훨씬 더 작다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 한정되어 이다. 제 1 바람직한 실시예에 따라, 복제 방법의 후속하는 작업 동안에 사용된 금형은 이 작업 동안 얻어진 복제 층이 서로 다른 두께 및/또는 형태를 갖도록 적응된다.
또 다른 바람직한 실시예에 따라, 기판은 복제 층이 그 위에 복제되는 편평한 또는 볼록한 표면을 갖는다. 본 발명은 바람직하게는 편평한 표면에 사용하는 데 적절하며, 이는 NA값이 단일 복제 작업으로 한정되기 때문이다. 그러나, 기판은 반드시 편평할 필요는 없으며, 모든 종류의 볼록한 표면, 즉 구형 표면도 가능하다.
본 발명은 광학 디바이스를 제조하기 위한 다양한 분야에 적용될 수 있다. 바람직한 적용 분야로는 특히 미소-렌즈, 콜리메이터 렌즈(collimator lenses) 또는 대물 렌즈와 같은 렌즈, 렌즈 어레이, 광섬유 콜리메이터, 광학 스위치, 광학 증폭기, 조정 가능한 레이저다이오드 송신기 및/또는 고출력 펌프 레이저가 있다.
본 발명은 이제 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1에 도시된 렌즈 어레이는 유리로 제조된 편평한 기판(1)과, 버퍼 복제 층(2)과, 이 버퍼 층(2)위의 다수의 미소-렌즈(3)를 포함하며, 이 미소-렌즈(3)는 본 발명에 따라서 제조된다. 도 1의 왼편에는, 버퍼 층(2) 및 기판(1)의 일부와 함께 상기 미소-렌즈(3) 중 하나가 확대되어 도시되어 있다. 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 미소-렌즈(3)는 복제 방법의 후속하는 작업 동안에 제조된 세 개의 복제 층(31, 32, 33)을 포함한다. 제 1 작업 동안에, 복제 층(31)이 버퍼 층(2)의 표면(20) 위에 바로 복제되며, 이 버퍼 층(2)은 기판(1)과 함께 렌즈(3)의 복제를 위한 일종의 또 다른 "기판"을 형성한다. 버퍼 층(2) 그 자체는 또한 이러한 복제 방법에 의해 제조될 수 있다.
제 1 경화되고 안정화된 복제 층(31)이 버퍼 층(2) 상으로 복제된 후, 제 2 복제 층(32)이 제 1 복제 층(31) 위에 복제 방법의 제 2 작업 동안에 제조되며, 이 제 1 복제 층(31)은 버퍼 층(2) 및 기판(1)과 함께 상기 제 2 복제 층(32)을 위한 "기판"을 형성한다. 복제 방법의 제 3 작업에서, 제 3 복제 층(33)이 후속하여 제 2 복제 층(32) 상에 제조된다.
알 수 있는 바와 같이, 복제 층(31, 32, 33)의 두께 및 형태는 서로 다르며, 이것은 이러한 층의 제조 동안에 서로 다른 종류의 금형을 사용함으로써 얻어진다. 그러나, 또한 동일한 금형이 사용될 수 있고, 그 결과로 유사한 또는 동일한 복제 층을 초래할 수 있다. 복제 방법 그 자체에 관해, 본 명세서에서 참조로서 병합되어 있는 미국특허 제 US 4,615,847호를 다시 참조해야 한다. 이 특허에서, 복제 방법의 단계는 상세하게 기술되어 있으며, 상기 복제 방법을 사용하는 제조 장치가기술되어 있다.
도 2는 버퍼 층(2) 위에 네 개의 미소-렌즈(3)를 포함하는 도 1에 도시된 렌즈 어레이의 평면도이다.
이러한 렌즈 어레이의 전형적인 파라미터 값은 미소-렌즈(3)의 높이이며, 버퍼 층(2)의 두께는 50 내지 200㎛의 범위를 갖는다. 기판(1)의 두께는 1 내지 5mm의 범위를 갖는다. 미소-렌즈(3)의 직경은 0.1 내지 2mm의 범위를 갖는다. 미소-렌즈 사이의 거리는 0.01 내지 5mm의 범위를 갖는다. 전체 어레이의 폭 및 길이는 1 내지 10mm의 범위를 갖는다. 복제 층의 굴절값은 1.57이며; 기판의 굴절값은 1.517(Bk7)이다. 그러나, 주목해야 할 점은 이들 파라미터 값이 단지 예라는 점이다.
복제 작업의 수는 달성될 NA값에 따라 서로 다를 것이다. 바람직하게는 폴리머와 유리인 사용될 물질은 관계된 적용 및 최종 설계에 따라 다를 수 있다. 어레이 또는 매트릭스 내의 렌즈의 수는 또한 관계된 적용 및 최종 설계에 따라 다를 수 있다. 요약하면, 더 큰 NA값을 갖는 반도체 광학 디바이스는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있고, 복제 층마다 발생하는 형태 변형은 더 큰 두께를 갖는 단일 복제 층만을 도포하는 경우에서 보다 훨씬 더 작다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 광 디바이스 제조 방법 및 광 디바이스를 에 이용된다.

Claims (7)

  1. 복제 방법에 의해 광학 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    상기 복제 방법은:
    - 기판과 금형 사이의 간격을 액체 광-투과성 폴리머 물질로 채우는 단계와,
    - 복제 층을 얻기 위해 상기 폴리머 물질을 경화시키는 단계와,
    - 상기 금형을 제거하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 복제 방법은 동일한 또는 서로 다른 금형을 사용하면서 적어도 두 번 반복되며, 상기 기판은, 상기 복제 방법의 하나 이상의 이전 작업 동안 얻어진 하나 이상의 복제 층과 함께 상기 복제 방법의 그 다음 작업을 위한 기판으로서 사용되는,
    광학 디바이스 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복제 방법의 후속 작업 동안에 사용된 상기 금형은, 상기 작업 동안에 얻어진 상기 복제 층이 서로 다른 두께 및/또는 형태를 갖도록 적응되는, 광학 디바이스 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 그 위에 상기 복제 층이 복제되는 편평한 또는 볼록한 표면을 갖는, 광학 디바이스 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복제 방법의 제 1 작업에서, 버퍼 층을 형성하는 편평한 복제 층이 상기 기판 상에서 얻어지는, 광학 디바이스 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 방법은 특히 미소-렌즈, 콜리메이터(collimator) 또는 대물 렌즈와 같은 렌즈, 렌즈 어레이, 광섬유 콜리메이터, 광학 스위치, 광학 증폭기, 조정 가능한 레이저다이오드 송신기, 및/또는 레이저를 제조하는데 사용되는, 광학 디바이스 제조 방법.
  6. 복제 방법에 의해 광학 디바이스를 제조하기 위한 장치로서,
    - 기판과 금형 사이의 간격을 액체 광-투과성 폴리머 물질로 채우기 위한 수단과,
    - 복제 층을 얻기 위해 상기 폴리머 물질을 경화시키기 위한 수단과,
    - 상기 금형을 제거하기 위한 수단과,
    - 동일한 또는 서로 다른 금형을 사용하면서 상기 복제 방법을 적어도 두 번 반복하기 위한 제어 수단을 포함하며,
    여기서, 상기 기판은, 상기 복제 방법의 하나 이상의 이전 작업 동안 얻어진 하나 이상의 복제 층과 함께 상기 복제 방법의 그 다음 작업을 위한 기판으로서 사용되는,
    광학 디바이스 제조 장치.
  7. 복제 방법을 사용하여 청구항 1에 기재된 방법에 의해 제조된 특히 미소-렌즈, 콜리메이터 또는 대물 렌즈와 같은 렌즈, 렌즈 어레이, 광섬유 콜리메이터, 광학 스위치, 광학 증폭기, 조정 가능한 레이저 다이오드 송신기, 및/또는 레이저와 같은 광학 디바이스로서,
    상기 복제 방법은:
    - 기판과 금형 사이의 간격을 액체 광-투과성 폴리머 물질로 채우는 단계와,
    - 상기 금형과 상기 기판 사이에 간격이 남아 있도록 상기 기판 상에 상기 금형을 배치하는 단계와,
    - 복제 층을 얻기 위해 상기 폴리머 물질을 경화시키는 단계와,
    - 상기 금형을 제거하는 단계를 포함하며,
    여기서, 상기 복제 방법은 동일한 또는 서로 다른 금형을 사용하면서 적어도 두 번 반복되며, 상기 기판은, 상기 복제 방법의 하나 이상의 이전 작업 동안 얻어진 하나 이상의 복제 층과 함께 상기 복제 방법의 그 다음 작업을 위한 기판으로서 사용되는,
    광학 디바이스.
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