KR20050063639A

KR20050063639A - Fabrication method of optical pick-up head using polymer

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Publication number: KR20050063639A
Application number: KR1020040015073A
Authority: KR
Inventors: 류호준; 서동우; 박용우; 백문철; 표현봉
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-06-28

Abstract

본 발명은 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 폴리머를 이용하여 광도파로인 폴리머 코아를 형성한 후, 형성된 폴리머 코아의 상부에 폴리머를 이용하여 굴절률이 상이한 폴리머 평면격자렌즈를 형성함으로써, 모바일 기기 등에 사용될 수 있는 초경량, 초박형 광픽업헤드를 용이하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 저가의 공정을 통해 대량생산이 가능한 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical pickup head using a polymer. In particular, after forming a polymer waveguide, which is an optical waveguide, using a polymer, a polymer planar lattice lens having different refractive indices is formed on the polymer core by using a polymer. Accordingly, the present invention relates to a method of manufacturing an optical pickup head using a polymer that can easily configure an ultra-lightweight and ultra-thin optical pickup head that can be used in a mobile device, and can be mass-produced through a low cost process.

본 발명의 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조방법은, (a) 기판의 상부에 하부 클래드층을 형성하는 단계; (b) 상기 하부 클래드층의 상부에 폴리머를 이용한 폴리머 코아를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 폴리머 코아의 상부에 폴리머를 이용하여 나노 크기를 갖는 다수의 곡선 격자로 구성된 폴리머 평면격자렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.Method of manufacturing an optical pickup head using a polymer of the present invention, (a) forming a lower clad layer on top of the substrate; (b) forming a polymer core using a polymer on the lower clad layer; And (c) forming a polymer planar lattice lens composed of a plurality of curved lattices having a nano size using a polymer on top of the polymer core.

Description

Fabrication method of optical pick-up head using polymer

본 발명은 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 폴리머를 이용하여 광도파로인 폴리머 코아를 형성한 후, 형성된 폴리머 코아의 상부에 폴리머를 이용하여 굴절률이 상이한 폴리머 평면격자렌즈를 형성함으로써, 모바일 기기 등에 사용될 수 있는 초경량, 초박형 광픽업헤드를 용이하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 저가의 공정을 통해 대량생산이 가능한 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical pick-up head using a polymer, and in particular, after forming a polymer waveguide that is an optical waveguide using a polymer, a polymer planar lattice lens having different refractive indices is formed on the formed polymer core by using a polymer. Accordingly, the present invention relates to a method of manufacturing an optical pickup head using a polymer that can easily configure an ultra-lightweight and ultra-thin optical pickup head that can be used in a mobile device, and can be mass-produced through a low cost process.

최근, 폭발적으로 증가하는 개인정보단말기 및 디지털콘텐츠의 영향으로 인하여 개인이 취급하는 정보의 양은 이례없이 확장되고 있다.Recently, due to the explosion of personal information terminals and digital contents, the amount of information handled by individuals has expanded unprecedentedly.

현재 사용되는 정보저장장치로는 레이저를 이용하여 기록과 재생을 하는 광디스크 저장장치, 자화반전을 이용하여 정보를 기록하는 자기디스크 저장장치 및 반도체 메모리를 이용하여 정보를 저장하는 장치 등으로 크게 나뉠 수 있다. 이중에서 특히 광디스크를 이용한 저장장치는 저렴한 가격과 착탈이 용이하여 배포용으로 크게 주목받고 있다.Currently used information storage devices can be broadly classified into optical disk storage devices for recording and reproducing by using laser, magnetic disk storage devices for recording information by using magnetization reversal, and devices for storing information using semiconductor memory. have. Among them, a storage device using an optical disk, in particular, is attracting much attention for distribution because of its low price and easy removal.

이러한 기존의 광디스크는 적색레이저를 사용하며 12cm의 광디스크의 한 면에 대략 700MB를 기록할 수 있도록 고안되어 있다. DVD의 경우에는 같은 크기를 갖는 광디스크에 약 4.7GB를 기록할 수 있는 정도에 이르렀다.This conventional optical disc uses a red laser and is designed to record approximately 700MB on one side of a 12cm optical disc. In the case of a DVD, about 4.7 GB can be recorded on an optical disc of the same size.

한편, 이동성과 휴대성이 점점 더 중요한 고려사항이 됨에 따라 초소형이며 대용량의 광디스크의 필요성도 점차로 증대되고 있다. 따라서, 초소형, 대용량의 광디스크에 적용할 수 있는 초소형이며 초경량인 광픽업헤드의 개발도 촉진되었다.On the other hand, as mobility and portability become more and more important considerations, the necessity of ultra-small and large-capacity optical disks is gradually increasing. Accordingly, development of an ultra-small and ultra-light optical pickup head applicable to an ultra-small and large-capacity optical disk has also been promoted.

기존의 광픽업헤드는 기록과 재생에 사용되는 레이저 빔을 기록매체에 조사하기 위하여 렌즈를 사용하고 있다. 그러나, 이러한 렌즈를 사용함에 따라 광픽업헤드는 그 크기의 소형화에 제한을 받을 수밖에 없다.Conventional optical pickup heads use a lens to irradiate a recording medium with a laser beam used for recording and reproduction. However, by using such a lens, the optical pickup head is bound to be limited in size miniaturization.

또한, 3차원의 형상을 갖기 때문에 모바일 기기에서 요구하는 박형화에 많은 문제점이 되고 있다. 특히, 근접장을 사용하여 광저장장치를 구성한 경우에는 매체의 착탈 과정에 많은 문제를 야기함으로 현실적인 대안이 될 수 없다.In addition, since it has a three-dimensional shape, there are many problems in thinning required by mobile devices. In particular, when the optical storage device is constructed using the near field, it is not a realistic alternative because it causes many problems in the detachment process of the medium.

따라서, 근접장을 사용하지 않으면서 렌즈가 없는 초경량, 초박형 광픽업헤드는 모바일 기기에서 절실히 요구되고 있다.Therefore, ultra-lightweight, ultra-thin optical pickup heads without lenses without using near-fields are urgently required in mobile devices.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판 상에 형성된 하부 클래드층의 상부에 폴리머를 이용하여 광도파로인 폴리머 코아를 형성한 후, 형성된 폴리머 코아의 상부에 폴리머를 이용하여 굴절률이 상이한 폴리머 평면격자렌즈를 형성함으로써, 모바일 기기 등에 사용될 수 있는 초경량, 초박형 광픽업헤드를 용이하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 저가의 공정을 통해 대량생산이 가능하도록 한 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to form an optical waveguide polymer core using a polymer on top of a lower clad layer formed on a substrate, and then a polymer on top of the formed polymer core By forming a polymer planar lattice lens with different refractive indices, it is possible to easily construct an ultra-lightweight, ultra-thin optical pickup head that can be used in a mobile device, etc., and to use a polymer that enables mass production through a low-cost process. The present invention provides a method for manufacturing a pickup head.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, (a) 기판의 상부에 하부 클래드층을 형성하는 단계; (b) 상기 하부 클래드층의 상부에 폴리머를 이용한 폴리머 코아를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 폴리머 코아의 상부에 폴리머를 이용하여 나노 크기를 갖는 다수의 곡선 격자로 구성된 폴리머 평면격자렌즈를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention to achieve the above object, (a) forming a lower clad layer on top of the substrate; (b) forming a polymer core using a polymer on the lower clad layer; And (c) forming a polymer planar lattice lens composed of a plurality of curved lattices having a nano size using a polymer on the polymer core.

이때, 상기 단계(a)에서 상기 하부 클래드층은 기상 화학 증착법 또는 물리적 증착법에 의해 형성함이 바람직하다. At this time, the lower clad layer in the step (a) is preferably formed by a chemical vapor deposition method or a physical vapor deposition method.

또한, 상기 단계(b)에서 상기 폴리머 코아는 스핀 코팅법에 의해 형성한다.In the step (b), the polymer core is formed by spin coating.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is not intended to limit the scope of the invention, but is presented by way of example only.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 동작원리를 설명하기 위한 개략적인 개념사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머를 이용한 광픽업헤드를 나타낸 측면도이다.1 is a schematic conceptual view illustrating the operation principle of an optical pickup head using a polymer according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a side view showing an optical pickup head using a polymer according to an embodiment of the present invention to be.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머를 이용한 광픽업헤드는, 기판(Substrate)(100)과; 기판(100)의 상부에 형성된 하부 클래드층(Under Cladding Layer)(200)과; 하부 클래드층(200)의 상부에 형성된 폴리머 코아(Polymer Core)(300)와; 폴리머 코아(300)의 상부에 형성된 나노 크기를 갖는 다수의 곡선 격자로 구성된 폴리머 평면격자렌즈(Polymer focusing waveguide grating coupler)(400)를 포함하여 이루어진다.1 and 2, the optical pickup head using a polymer according to an embodiment of the present invention, the substrate (Substrate) (100); An under cladding layer 200 formed on the substrate 100; A polymer core 300 formed on the lower clad layer 200; It comprises a polymer focusing waveguide grating coupler (400) consisting of a plurality of curved gratings having a nano-size formed on top of the polymer core (300).

전술한 구성에서, 본 발명에 적용된 폴리머 평면격자렌즈(400)의 작동원리는 다음과 같다. 먼저, 광이 폴리머 코아(300)에 입사되면 폴리머 코아(300)와 하부 클래드층(200)의 미세한 굴절률의 차이에 의해서 광은 외부로 에너지를 잃지 않고 폴리머 코아(300)를 따라서 진행되게 된다.In the above-described configuration, the operation principle of the polymer planar grating lens 400 applied to the present invention is as follows. First, when light is incident on the polymer core 300, the light travels along the polymer core 300 without losing energy to the outside due to the difference in the minute refractive index of the polymer core 300 and the lower clad layer 200.

이렇게 진행된 광은 폴리머 코아(300)의 상부에 형성된 나노 크기를 갖는 다수의 곡선 격자로 구성된 폴리머 평면격자렌즈(400)를 만나 회절에 의해서 폴리머 평면격자렌즈(400)의 상부로 광의 진행방향을 바꾸게 된다. 이러한 작용에 의해서 평면으로 진행하던 광의 경로를 진행방향과 일정한 각도를 갖는 방향으로 변화시킴과 동시에 초점을 형성하게 된다.The advanced light meets the polymer planar lattice lens 400, which is composed of a plurality of curved lattices having a nano size formed on the polymer core 300, and changes the light propagation direction to the upper part of the polymer plane lattice lens 400 by diffraction. do. By this action, the path of the light traveling in the plane is changed to a direction having a constant angle with the traveling direction and the focal point is formed.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조과정을 설명하기 위해 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.3A to 3B are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing an optical pickup head using a polymer according to an embodiment of the present invention.

도 3a는 본 발명에 적용된 기판(100)의 상부에 하부 클래드층(200)이 형성된 상태를 나타낸 단면도로서, 먼저, 기판(100)의 상부에 하부 클래드층(200)을 형성한다. 이때, 하부 클래드층(200)은 폴리머 코아(도 3b참조, 300)와 미세한 굴절률의 차이를 나타내도록 층의 형성과정을 통해 굴절률을 조절한다.3A is a cross-sectional view illustrating a state in which a lower clad layer 200 is formed on an upper portion of the substrate 100 applied to the present invention. First, a lower clad layer 200 is formed on an upper portion of the substrate 100. In this case, the lower clad layer 200 controls the refractive index through the formation of the layer to show a difference between the polymer core (see FIG. 3B and 300) and the fine refractive index.

한편, 하부 클래드층(200)은 입사된 광이 단일모드를 형성할 수 있도록 약 5∼10㎛정도의 두께로 기상 화학 증착법 또는 물리적 증착법에 의해 형성할 수 있다.On the other hand, the lower clad layer 200 may be formed by a vapor deposition or physical vapor deposition to a thickness of about 5 ~ 10㎛ so that the incident light can form a single mode.

도 3b는 본 발명에 적용된 하부 클래드층(200)의 상부에 폴리머 코아(300)가 형성된 상태를 나타낸 단면도로서, 상기 형성된 하부 클래드층(200)의 상부에 폴리머(Polymer)를 이용하여 예컨대, 스핀 코팅법(Spin Coating)에 의해 약 2㎛ 정도의 두께가 되도록 폴리머 코아(300)를 형성한다. 이때, 폴리머 코아(300)는 적절한 굳기를 갖도록 약 120∼150℃의 온도에서 2분∼3분 동안 가열처리를 하여 폴리머의 중합과정을 유도할 수 있다.3B is a cross-sectional view illustrating a state in which the polymer core 300 is formed on the lower clad layer 200 applied to the present invention. For example, spin is performed by using a polymer on the formed lower clad layer 200. The polymer core 300 is formed to have a thickness of about 2 μm by spin coating. In this case, the polymer core 300 may be heat-treated for 2 to 3 minutes at a temperature of about 120 to 150 ℃ to induce a suitable hardness to induce the polymerization process of the polymer.

즉, 폴리머 도파로인 폴리머 코아(300)의 유효굴절률은 하부의 버퍼층(buffer layer)인 하부 클래드층(200)과의 미세한 차이를 보이도록 설계되어 광이 도파로내로 유도되도록 한다.That is, the effective refractive index of the polymer core 300, which is a polymer waveguide, is designed to show a minute difference from the lower clad layer 200, which is a buffer layer, so that light is guided into the waveguide.

도 3c는 본 발명에 적용된 폴리머 코아(300)의 상부에 폴리머 평면격자렌즈(400)가 형성된 상태를 나타낸 단면도로서, 폴리머 코아(300)의 형성 후에는 폴리머 코아(300)보다 굴절률이 크며 입사된 광의 방향을 결정짓는 유효굴절률을 갖도록 폴리머(Polymer)를 이용하여 예컨대, 스핀 코팅법에 의해 균일하게 도포한다. 상기 폴리머를 도포한 후에는 전자선 묘화법(e-beam lithography)으로 제작된 스탬퍼(Stamper)(미도시)에 의해 나노 임프린트(nano-imprint)하여 폴리머 평면격자렌즈(400)를 형성한다.3C is a cross-sectional view illustrating a state in which the polymer planar lattice lens 400 is formed on the polymer core 300 applied to the present invention. After the formation of the polymer core 300, the refractive index of the polymer core 300 is greater than that of the polymer core 300. In order to have an effective refractive index which determines the direction of light, it is uniformly applied by, for example, a spin coating method using a polymer. After the polymer is coated, the polymer planar lattice lens 400 is formed by nano-imprinting by a stamper (not shown) manufactured by electron beam writing (e-beam lithography).

이때 형성되는 평면격자렌즈(400)는 수백 나노미터의 광초점을 형성할 수 있도록 적절한 곡률을 갖는 다수의 곡선격자들로 구성되며 격자의 폭과 간격은 약 80㎚∼350㎚정도의 크기를 갖는다.In this case, the planar lattice lens 400 formed is composed of a plurality of curved lattices having an appropriate curvature so as to form optical focus of several hundred nanometers, and the width and spacing of the lattice are about 80 nm to 350 nm. .

전술한 본 발명에 따른 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.Although a preferred embodiment of a method for manufacturing an optical pickup head using a polymer according to the present invention described above has been described, the present invention is not limited thereto, but the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings are various. It is possible to carry out the transformation to this also belongs to the present invention.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 따르면, 기판 상에 형성된 하부 클래드층의 상부에 폴리머를 이용하여 광도파로인 폴리머 코아를 형성한 후, 상기 형성된 폴리머 코아의 상부에 폴리머를 이용하여 굴절률이 상이한 폴리머 평면격자렌즈를 형성하여 기판의 방향과 동일한 방항으로 입사된 광의 방향을 폴리머 평면격자렌즈의 상부로 초점을 형성하도록 변화시키게 함으로써, 모바일 기기 등에 사용될 수 있는 초경량, 초박형 광픽업헤드를 용이하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 저가의 공정을 통해 대량생산이 가능한 이점이 있다.According to the manufacturing method of the optical pickup head using the polymer of the present invention as described above, after forming a polymer wave-in the optical waveguide using the polymer on the upper portion of the lower clad layer formed on the substrate, the upper portion of the formed polymer core Ultra-lightweight that can be used in mobile devices and the like by forming a polymer planar lattice lens having a different refractive index using a polymer to change the direction of incident light to focus on the polymer planar lattice lens in the same direction as the direction of the substrate. Not only can the ultra-thin optical pickup head be easily configured, but it can be mass-produced through a low cost process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머를 이용한 광픽업헤드의 동작원리를 설명하기 위한 개략적인 개념사시도,1 is a schematic conceptual view illustrating the operation principle of an optical pickup head using a polymer according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머를 이용한 광픽업헤드를 나타낸 측면도,2 is a side view showing an optical pickup head using a polymer according to an embodiment of the present invention;

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ****** Explanation of symbols on main parts of drawing ***

100 : 기판, 200 : 하부 클래드층,100: substrate, 200: lower cladding layer,

300 : 폴리머 코아, 400 : 폴리머 평면격자렌즈300: polymer core, 400: polymer planar lattice lens

Claims

(a) forming a lower clad layer on top of the substrate;

(b) forming a polymer core using a polymer on the lower clad layer; And

(c) forming a polymer planar lattice lens composed of a plurality of curved lattices having a nano size using a polymer on top of the polymer core.

The method of claim 1, wherein in the step (a), the lower clad layer is formed by vapor deposition or physical vapor deposition.

The method of claim 1, wherein the polymer core in the step (b) is formed by a spin coating method.

The method of claim 1, wherein in the step (c), the polymer planar lattice lens has a refractive index greater than that of the polymer core and uniformly applies the polymer by spin coating to have an effective refractive index that determines the direction of the incident light. A method of manufacturing an optical pickup head using a polymer, characterized in that the nanoimprinted by a stamper produced by the drawing method.