KR20080033532A - 미세 셀 어레이 구조체 및 이러한 미세 셀 어레이 구조체를이용한 미세 복합 구성요소의 제조 방법 - Google Patents

미세 셀 어레이 구조체 및 이러한 미세 셀 어레이 구조체를이용한 미세 복합 구성요소의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

셀 어레이 구조체를 제조하는 방법은, 상면에 복수의 상호 분리된 오목부가 형성되는 기재 상에, 소성변형을 일으킬 수 있는 변형 가능한 층이 복수의 오목부 각각에 상호 격리된 공간을 형성하도록, 상기 변형 가능한 층을 적층하는 제 1 단계와, 변형 가능한 층에 소성변형을 일으켜 복수의 오목부 각각에 공간을 확장시킴으로써, 복수의 오목부에 대응하여 복수의 원주형 셀이 각각 형성되는 제 2 단계를 포함한다.
셀 어레이 구조체, 오목부, 변형 가능한 층, 원주형 셀, 차광부, 렌즈 어레이, 허니콤 구조체, 광섬유 어레이, 셀 벽

Description

미세 셀 어레이 구조체 및 이러한 미세 셀 어레이 구조체를 이용한 미세 복합 구성요소의 제조 방법{MINIATURE CELL ARRAY STRUCTURE AND MANUFACTURING METHOD OF MINIATURIZED COMPOSITE COMPONENT USING SUCH A MINIATURE CELL ARRAY STRUCTURE}
본 발명은 일반적으로 플라스틱 구성요소의 몰딩 기술에 관한 것이며, 보다 구체적으로 복수의 부분으로 형성되는 매우 미세한 플라스틱 복합물의 고정밀 몰딩 기술에 관한 것이다. 본 발명의 기술은 복사기, 팩시밀리, 고체 주사형 프린터 등의 광주사계에 이용되는 미세 플라스틱 렌즈 어레이, 또는 광전송용으로 설계된 미세 렌즈 어레이가 부착된 광도파로의 제조, 디지털 카메라의 렌즈의 제조, 프로젝터 스크린, 터치 패널, 전자 사진 프로세스용 감광체, 디스플레이 장치 등에 이용되는 광섬유 어레이의 제조에 응용될 수 있다.
종래에는, 몰딩에 의해 복수의 미세한 구성요소로 형성된 고정밀 플라스틱 제품을 형성하는 기술이 있다. 보다 구체적으로, (1) 미세 렌즈 어레이; 및 (2) 미세 광섬유 어레이를 형성하는 기술이 있다.
(1) 미세 렌즈 어레이(Miniature Lens Array)에 관한 종래의 기술
미세 렌즈 어레이 또는 마이크로렌즈 어레이에 관한 종래의 기술로는, 일본 특허출원공개 제1-107202호(특허문헌 1), 일본 특허출원공개 제2004-341474호(특허문헌 2), 일본 특허출원공개 제2004-45586호(특허문헌 3)가 있다.
보다 구체적으로, 특허문헌 1은 광축이 미리 정해진 방향으로 정렬되도록 GRIN(경사형 굴절률) 원주형 렌즈를 주형(mold) 내에 배치하는 단계와, 용융 수지를 주형에 주입하여 렌즈 어레이와 수지가 일체화되는 몰딩을 형성하는 단계에 따른 렌즈 어레이의 제조 방법을 개시하고 있다.
또한, 특허문헌 2에는 사출성형 프로세스로 광학 구성요소를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 보다 구체적으로, 특허문헌 2의 기술은 주형의 긴 수명, 왜곡이나 광학적 결함이 없이 렌즈를 형성하는 능력 및 주 장치에 정밀도 높게 렌즈를 용이하게 일체화하는 능력을 특징으로 하는 광학 구성요소의 제조 방법을 목표로 한다.
따라서, 렌즈 유지 부재에 다수의 렌즈 홀(lens hole)이 형성되도록 하부 주형에 렌즈 유지 부재를 배치하고, 렌즈 유지 부재의 각 렌즈 홀에 렌즈를 배치한다. 이로써, 하부 주형 및 상부 주형에는 렌즈 홀의 직경보다도 더 작은 직경의 하부 렌즈 주형면과 상부 렌즈 주형면이 각각 형성되고, 하부 주형 및 상부 주형을 서로 가압함으로써 렌즈가 형성된다. 렌즈 및 렌즈 유지 부재에 상이한 재료를 사용함으로써, 렌즈의 광학적 노이즈를 억제하는 것이 가능해진다. 특히, 렌즈 유지 부재에 금속을 사용함으로써, 납땜에 의해서 렌즈 어레이를 주 장치에 용이하게 장착하는 것이 가능해진다.
또한, 특허문헌 4는 얇은 차광부를 갖는 고정밀 복합 몰딩을 제조하는 방법 을 제공한다. 이 문헌은 2차 몰딩 프로세스를 몰딩된 제품에 적용하여 몰딩된 제품과 몰딩 장치 간의 오정렬의 문제를 해소하고, 치수 및 패턴 전사 정밀도에 있어서 몰딩 프로세스로 정밀도 높게 복합물을 제조할 수 있다. 이 선행 기술에 있어서, 2차 몰딩 프로세스의 초기 설정 시의 상호 정렬을 위해, 제 1 몰딩 프로세스로 제조된 몰딩된 제품과 2차 몰딩 프로세스에 이용되는 주형 각각에는 기준 위치가 정해져 있다. 또한, 1차 몰딩 또는 주형을 팽창 또는 수축시키거나 기계적으로 치수 조정하여 치수 조정을 달성한다. 또한, 1차 몰딩을 2차 몰딩 장치에 유지하는 개시 타이밍은 양자간의 상호 위치 관계를 검출함으로써, 또는 온도를 검출하여 상호 위치 관계를 선형 열팽창 계수에 따라 산출함으로써 제어된다. 한편, 개시 타이밍은 온도 및 치수로부터 계산된 시간에 기초하여 제어될 수 있다. 이로써, 2차 몰딩의 개시 타이밍은 1차 몰딩의 온도가 유리 전이점보다 3-25℃ 만큼 더 높은 온도에 도달한 타이밍으로서 정해진다.
일본 특허 제3,521,469호(특허문헌 5)에는, 투명 수지를 균일한 두께로 도포하여 평면 기재의 일면에 수지층을 형성하는 단계와, 복수의 관통홀(through-hole)이 형성된 차광성 재료의 차광판에 대하여 수지층을 압착하는 단계와, 수지층의 일부를 차광판의 관통홀에 압출시켜 렌즈를 형성하는 단계와, 수지층을 경화시켜 렌즈 어레이 시트를 형성하는 단계와, 수지층에 의해서 기재와 차광판을 고정하는 단계에 따른 수지 렌즈 어레이의 제조 방법이 기재되어 있다.
또한, 일본 특허출원공개 제2004-45586호는, 일면에 마이크로 렌즈와 다른 일면에 투명한 감광층 또는 열가소성 수지층을 갖는 투명한 지지 기재, 흑색으로 착색된 UV 경화 점착성 수지층, 및 보호막 층의 연속적인 적층을 포함하는 마이크로렌즈 어레이 시트에 자외선을 조사함으로써, 렌즈가 형성되는 면에 자외선을 사용하는 단계와, UV 방사선이 마이크로렌즈에 의해 집광되는 부분에 UV 경화 수지층을 경화시켜 그 집광 부분에 대응하는 경화 수지층을 보호막 층에 전사시키는 단계와, 보호막 층을 박리하여 그 집광 부분의 경화 수지층을 투명한 감광층 또는 열가소성 층으로부터 박리하는 단계와, UV 방사선에 노출되지 않고 투명한 감광층에 접촉하여 남아 있는 부분에 대응하여 UV 경화 수지층의 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함하는, 차광층을 갖는 마이크로렌즈 어레이 시트의 제조 방법이 제공된다.
(2) 광섬유 어레이에 관한 종래 기술
광섬유 어레이의 제조에 관한 다양한 종래 기술이 있다.
일본 특허출원공개 제2004-118119호(특허문헌 6)는 플라스틱 광섬유 어레이 및 그 제조 방법에 관한 기술을 개시하고 있다. 이 종래 기술은 매끄러운(smooth) 코어 표면과, 간단한 제조 장치를 사용하면서 단시간에 저비용으로 광전송 손실을 감소시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 어레이의 제조를 가능하게 하고, 바 형상의 핑거의 단부가 용융 수지와 동시에 접촉하도록 액체 상태의 UV 경화 용융 수지 쪽으로 서로 평행하게 연장되는 복수의 바 형상의 핑거를 포함하는 빗살형 몰딩을 하강시키는 단계와, 바 형상의 핑거를 들어올리는 단계와, 상기 단부와 함께 용융 수지로부터 들어 올려진 수지를 경화시켜 복수의 코어 구성요소를 동시에 형성하는 단계와, 전체의 코어 구성요소를 용융된 UV 경화 수지(클래딩 수지 용액)에 침지시킴으로써 클래딩 층을 형성하여 클래딩 층 복합물을 형성하는 단계와, 그렇게 형성 된 클래딩 층 복합물을 낮은 점성의 용융된 열가소성 수지와 함께 용기에 배치하는 단계와, 용융 수지 및 클래딩 층 복합물과 함께 용기를 가열함으로써 전체의 열가소성 수지를 형성하여 보호부를 형성하는 단계와, 바 형상의 핑거의 단부에 빗살형 구성요소를 내부에 포함하도록 형성된 몰딩을 절단하는 단계와, 그렇게 형성된 단부의 단면을 연마하는 단계를 포함한다.
일본 특허출원공개 제8-112873호(특허문헌 7)는 다공체에 관한 기술 및 그 제조 프로세스를 개시하고 있다.
보다 구체적으로, 이 참조문헌은 우수한 단열성 및 압축 강도를 갖는 경량의 다공체를 목적으로 하고 시트 형상의 다공체를 제공하며, 이 다공체는, 열가소성 수지체에 격자 패턴을 형성하는 정사각형의 셀과, 각 셀에 형성되어, 그 셀을 형성하는 열가소성 수지의 20배 만큼 큰 팽창률을 갖는 고팽창성의 열가소성 수지 조성물을 포함한다.
또한, 일본 특허출원공개 제10-80964호(특허문헌 8)는 허니콤 구조체 및 그 제조 기술을 개시하고 있다.
이 참조문헌은 긴 시간 주기 동안의 안정적인 품질의 강한 투명성 허니콤 구조체 및 그 제조 방법을 개시하고 있는데, 허니콤 구조체는 고밀도의 수지에 다각형 단면 형상의 원주형 셀의 3차원 패킹을 포함한다. 이해, 셀 벽 사이에 접합부를 설치하지 않고서 셀이 형성되며, 셀은 3차원의 정배열로 수지에 팽창성 물질을 배치함으로써 그리고 그 팽창성 물질의 팽창을 유도함으로써 형성된다.
특허문헌 1: 일본 특허출원공개 제1-107202호 공보
특허문헌 2: 일본 특허출원공개 제2004-341474호 공보
특허문헌 3: 일본 특허출원공개 제2004-45586호 공보
특허문헌 4: 일본 특허출원공개 제2003-80543호 공보
특허문헌 5: 일본 특허 제3,521,469호
특허문헌 6: 일본 특허출원공개 제2004-118119호 공보
특허문헌 7: 일본 특허출원공개 제8-112873호 공보
특허문헌 8: 일본 특허출원공개 제10-80964호 공보
특허문헌 9: 일본 특허공개 제56-34780호 공보
[렌즈 어레이의 제조상의 문제]
미세 복합 허니콤 구조, 즉 도 1에 나타낸 구조인 전형적인 예를 제조하는 경우, 100개보다 많은 수의 렌즈(72)가 조립되어 몰딩 프로세스에 의해서 격자의 형태로 차광부(71)에 마이크로렌즈 어레이를 형성한다.
이러한 허니콤 구조에 있어서, 다음과 같은 문제를 해결할 필요가 있다:
(a) 가능한 한 얇은 차광부를 형성하는 것, 및
(b) 복합물의 형성 후 고정밀도를 유지하는 것.
렌즈를 배치한 후 차광부가 주입되는 특허문헌 1의 기술의 경우에, 상기 (a)에 관하여 문제가 발생하지 않는다. 한편, 이 기술에는 차광부를 형성한 후 렌즈를 형성할 가능성이 있다. 그러나, 이 경우, 복합물을 주형으로부터 제거할 때에 차광부가 손상될 수 있다.
또한, 마이크로렌즈 어레이가 미세화되고 차광부의 두께가 약 20㎛로 감소되는 경우에, 수지의 점성이 너무 크기 때문에 통상의 사출성형 프로세스로 이렇게 작은 공간을 충전하는 것은 불가능하고, 사출성형 프로세스로 차광부를 형성하는 것이 불가능하다.
위에서 지적한 문제 (b)에 대응하기 위해서, 특허문헌 2에는 차광부에 형성된 구멍에 렌즈를 주입하고 나서 가압하여 렌즈 어레이를 형성하는 프로세스가 기재되어 있다. 그렇지만, 특허문헌 2의 이러한 프로세스는 차광부의 치수에 고정밀도를 그리고 차광부의 정렬에 고정밀도를 요구하는 점에서 결점이 있다.
특허문헌 2의 상기 문제에 대응하기 위해서, 특허문헌 4는 온도 제어에 의한 치수 제어를 제안하고 있다. 그렇지만, 특허문헌 4의 이러한 프로세스는 값비싼 장치를 사용해야 하고 형성 프로세스의 사이클 시간이 길다는 점에서 고가라는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 5는 상기 문제의 해결책을 제안하고 있다. 보다 구체적으로, 특허문헌 5의 프로세스는 투명 시트를 차광부에 압착하고 시트 재료에 소성변형을 일으켜 렌즈부를 형성한다. 이 프로세스가 렌즈와 차광부 간의 오정렬을 해소하는데 효과적이지만, 렌즈 주형의 부재로 인하여 렌즈 형상이 제어될 수 없다는 문제가 있다.
다른 한편, 특허문헌 3은 마이크로렌즈를 형성한 후 차광 패턴을 형성하고, 렌즈의 이면에 접착성 UV 경화 수지층을 배치하고 그 렌즈를 통해 UV 경화 수지에 UV 방사선을 집광시킴으로써 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 렌즈와 차광부 간에 오정렬을 해소하는데 효과적이지만, 차광부의 사이즈 및/또는 형상은 렌즈의 형태에 의해 제한된다. 보다 구체적으로, 이 프로세스는 차광 패턴이 UV 방사선의 집광에 의해 발생하는 경화로 인하여 불가피하게 테이퍼화된 형상을 갖는다는 점에서 결함을 갖는다.
[광섬유 어레이의 제조상의 문제]
플라스틱 광섬유 어레이를 형성하는 방법에 있어서, 광섬유를 하나씩 배치하여 광섬유 어레이를 형성하는데 매우 긴 시간이 걸린다. 이러한 방법은 거의 효과적이지 않다.
따라서, 도 19a에 나타낸 제안은, 연결부(1a)로부터 평행하게 연장된 복수의 바 형상의 핑거(1b)를 갖는 빗살형 몰딩(1)을 형성하고 그 빗살형 몰딩(1)을 용융 수지(2) 쪽으로 하강시켜 바 형상의 핑거(1b)가 용융 수지(2)에 거의 동시에 접촉하게 한다.
그후, 약한 UV 방사선을 조사하면서, 빗살형 몰딩(1)이 도 19b의 단계에서 상방향으로 서서히 들어 올려지고, 이에, 용융 수지(2)도 바 형상의 핑거(1b)와 함께 들어 올려지며, 빗살형 부재(1)의 핑거(1b)에 대응하여 서로 평행하게 연장된 코어(4)가 형성된다.
또한, 도 19c의 단계에서, 코어(4)를 각 위치에 유지하도록 코어(4)의 말단부에 수지 부재(3)가 부착되고, 자외선을 사용하여 그렇게 형성된 코어(4)를 완전히 경화시킨다.
다음으로, 도 19d의 단계에서, 그렇게 형성된 코어(4)는 그 코어(4)가 빗살형 몰딩(1)과 수지 부재(3) 사이에 유지되는 상태에서, 용기에 담긴 수지(6)에 침지되고, 이와 함께, 코어(4) 각각에 클래딩 층(cladding layer)이 형성된다.
또한, 도 19e의 단계에서, 상부에 클래딩 층을 갖고 빗살형 몰딩(1)과 수지 부재(3) 사이에 유지되는 코어(4)를 포함하는 부재를 용기(9)에 담긴 열경화성 수지(8)에 침지한다. 열경화성 수지(8)를 경화시킨 후, 빗살형 몰딩(1)과 수지 부재(3)는 도 19f의 단계에서 분리된다.
이것은 특허문헌 6에 개시되어 있는 기술이다.
한편, 특허문헌 6의 기술에 있어서, 빗살형 부재(1)를 들어올려 코어를 형성하는 원리와 연관하여, 코어(4)가 불가피하게 테이퍼화된 형상을 갖는다는 점에서 문제가 발생한다. 따라서, 이러한 프로세스로 형성된 광섬유 어레이는 광이용률이 낮다는 문제가 있다.
본 발명은 먼저 확장 프로세스로 클래딩 층을 형성하고 나서, 클래딩 층 내부의 빈 공간에 코어 재료를 주입하여 플라스틱 광섬유 어레이를 형성함으로써 전술한 문제를 해결한다.
먼저 클래딩 층을 형성하는 이러한 프로세스에 있어서, 원주형 셀이 나란히 형성되는 셀 어레이 구조를 형성하는 기술을 제공할 필요가 있다.
종래에는, 플라스틱 재료의 탈출공을 갖는 가열 플래튼 사이에 플라스틱 재료를 유지하는 단계와, 플래튼(platen) 사이에 수지를 가압 및 가열하는 단계와, 플래튼을 서로 이격시켜 플라스틱 재료를 팽창시키는 단계를 포함하는 일본 특허공개 제56-34780호(특허문헌 9)에 따른 허니콤 구조를 형성하는 프로세스가 있다. 그런데, 허니콤 구조에 플라스틱 재료를 사용하는 이 종래의 프로세스는 허니콤 구조가 두꺼운 셀 벽을 갖는다는 점에서 결함이 있다.
또한, 열가소성 수지를 사용하기 때문에 특허문헌 7 또는 특허문헌 8에 기재된 기술과 유사한 문제가 발생한다.
한편, 비눗방울의 경우에서와 같이 계면 활성제가 함유된 물을 팽창시켜 매우 얇은 셀 벽의 셀을 형성하는 프로세스가 알려져 있다. 이 프로세스에서는, 수 나노미터 내지 수 미크론의 벽 두께를 갖는 셀을 형성하는 것이 가능하다. 한편, 비눗방울은 정전기 반발력, 소수성 그룹간의 상호 작용, 마란고니 효과(Marangoni effect) 등의 효과를 이용하는데, 이러한 효과는 막이 건조하면 무의미하고, 비눗방울은 결국 붕괴된다. 또한, 플라스틱의 경우에는 이들 효과 모두 무효하다.
허니콤 구조, 또는 가늘고 긴 원주 형상의 셀 어레이 구조를 형성하는 버블링 프로세스에서는, 버블링을 동시에 일으키는 것이 중요하다. 버블이 관련성 없이 하나씩 형성되는 경우, 버블은 구 형상을 취하고 원하는 허니콤 구조는 형성되지 않는다.
특허문헌 7 및 특허문헌 8에서는 가열 방식으로 버블링을 시도하지만, 가열에 의한 이러한 버블의 형성은 가열이 일정한 온도로 이루어지지 않으면 원하는 허니콤 구조를 형성할 수 없다는 것을 주목해야 한다.
또한, 특허문헌 9의 기술은 앞서 지적한 바와 같이 플래튼을 서로 이격시키는 작업에 의해 허니콤 구조를 형성하지만, 이 프로세스에서는 플라스틱의 점성을 균일하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 이 프로세스로 허니콤 구조를 형성하는 것 역시 어렵다.
일 형태에서, 본 발명은 복수의 원주형 셀이 서로 인접 배치되는 셀형 어레이 구조체를 형성하는 방법을 제공하며, 본 방법은,
복수의 오목부가 형성된 기재 상에 변형 가능한 층을 적층하는 제 1 단계로서, 상기 복수의 오목부는 서로 격리된 방식으로 상기 기재에 형성되고, 상기 변형 가능한 층은 상기 오목부가 서로 격리된 각각의 공간을 형성하도록 상기 기재 상에 적층되는 것인 제 1 단계와,
상기 변형 가능한 층에 소성변형을 일으켜 상기 공간이 상기 복수의 오목부에서 팽창하도록 함으로써, 상기 복수의 원주형 셀이 상기 오목부에 대응하여 상기 변형 가능한 층에 각각 형성되는 제 2 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 매우 얇은 두께의 셀 벽에 의해 형성되는 복수의 원주형 셀이 간단하고 신뢰성 있는 프로세스에 의해 서로 인접 배치되는 셀형 어레이 구조체를 형성하는 것이 가능해진다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 복수의 원주형 부재가 매트릭스로 배치되는 미세한 복합 구성요소를 제조하는 방법을 제공하며, 본 방법은,
복수의 오목부가 형성된 기재 상에 변형 가능한 층을 적층하는 제 1 단계로서, 상기 복수의 오목부는 서로 격리된 방식으로 상기 기재에 형성되고, 상기 변형 가능한 층은 상기 오목부가 서로 격리된 각각의 공간을 형성하도록 상기 기재 상에 적층되는 것인 제 1 단계와,
상기 변형 가능한 층에 소성변형을 일으켜 상기 공간이 상기 복수의 오목부에서 팽창하도록 함으로써, 복수의 원주형 셀이 상기 오목부에 대응하여 상기 변형 가능한 층에 각각 형성되는 제 2 단계와,
상기 복수의 원주형 부재를 상기 복수의 원주형 셀에 각각 형성하는 단계를 포함하고,
상기 변형 가능한 부재는 상기 매트릭스를 형성한다.
본 발명에 따르면, 복수의 원주형 부재가 어레이의 형태의 매트릭스로 배치되는 미세한 복합 구성요소를 형성하는 것이 가능해진다. 특히, 본 발명에 있어서 차광부를 형성하는 얇은 셸(shell)로 형성된 마이크로렌즈 어레이의 형태로 원주형 부재를 형성하는 것이 가능해진다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 마이크로렌즈 어레이를 제공하며, 본 마이크로 어레이는,
적어도 일단부에 마이크로렌즈를 각각 갖는 복수의 광투광부와,
상기 광투광부 각각에 제공된 경계부를 포함하고,
상기 복수의 광투광부는 상기 경계부를 가로질러 서로 인접 배치되어 마이크로렌즈 어레이를 형성한다.
본 발명에 따르면, 어레이를 형성하는 각 마이크로렌즈가 측벽 표면상에 수 미크론 이하의 두께의 불투명한 박막을 갖도록 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 것이 가능해진다. 불투명한 박막의 두께가 얇기 때문에, 본 발명의 마이크로렌즈 어레이는 미광(stray light)을 억제하는 동시에 큰 개구를 제공한다.
본 발명의 기타 다른 목적 및 부가적인 특징들은 다음의 상세한 설명을 첨부된 도면과 함께 독해할 때에 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 렌즈 어레이의 일례를 나타내는 사시도.
도 2a∼도 2f는 본 발명의 실시예 1에 따른 렌즈 어레이의 제조 방법을 나타내는 도면.
도 3a∼도 3g는 본 발명의 실시예 2에 따른 렌즈 어레이의 제조 방법을 나타내는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 렌즈 어레이를 단면으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 렌즈 어레이를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 효과를 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 예 3에 따른 광섬유 어레이의 제조 방법을 나타내는 측면도.
도 8은 도 7의 예 3에 따른 원주형 셀 어레이 구조를 형성하는 프로세스를 나타내는 확대 측면도.
도 9는 도 7의 예 3에 따라 형성된 허니콤 구조를 확대 비율로 나타내는 사시도.
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 광섬유 어레이의 제조 방법을 나타내는 측면도.
도 11a 및 도 11b는 변형 가능한 층의 재료를 반구형 오목부가 형성된 기재에 도포할 때 발생하는 문제를 설명하는 도면.
도 12a는 구형 오목부가 형성된 기재를 나타내는 또 다른 측면도.
도 12b는 포토리소그래피에 의해 형성된 빗살 형상의 오목부가 형성된 기재를 나타내는 또 다른 측면도.
도 13a∼도 13d는 몰딩 프로세스에 따른 광섬유 어레이의 제조 프로세스를 나타내는 도면.
도 14a 및 도 14b는 광섬유 어레이를 제조하는 실시예에서 원심 분리기를 사용하여 셀 어레이 구조체에 코어 재료를 충전하는 프로세스를 설명하는 도면.
도 15는 본 발명의 몰딩 프로세스에 따라 제조된 광섬유 어레이를 나타내는 도면.
도 16a∼도 16c는 본 발명의 추가 변형예를 나타내는 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 재사용 가능 전자 종이의 구조를 나타내는 도면.
도 18a∼도 18h는 도 17의 재사용 가능 전자 종이의 제조 프로세스를 나타내는 도면.
도 19a∼도 19f는 관련 기술에 따른 광섬유 어레이의 제조 방법을 설명하는 도면.
[본 발명의 개요]
지금까지 언급한 선행 기술에 비추어, 본 발명은 다음과 같은 주 목적을 갖는다:
(1) 미세한 원주형 셀이 얇은 셀 벽을 가로질러 서로 인접하여 형성되도록 복수의 상호 격리된 셀을 공통의 방향으로 상호 동일한 팽창 시간 및 팽창량으로 팽창시키는 단계와, 각각의 형상을 유지하면서 팽창된 원주형 셀을 즉시 고정시키는 단계를 포함하는, 미세한 원주형 셀 어레이를 내부에 포함하는 미세한 셀 어레이 구조체를 제조하는 방법을 제공하는 것.
또한, 본 발명은 다음과 같은 제 1 부수 목적을 갖는다:
(1.1) 어레이를 형성하는 개개의 미세 렌즈가 고 정밀도를 갖고 개개의 렌즈가 얇은 차광부에 의해 서로 격리되도록 형성되는 미세 렌즈 어레이를 제조하는 간단하고 용이한 방법을 제공하는 것.
또한, 본 발명은 다음과 같은 제 2 부수 목적을 갖는다:
(1.2) 정밀도가 높고 광 이용 효율이 높은 광섬유 어레이를 형성할 수 있는 광섬유 어레이를 제조하는 간단하고 용이한 방법을 제공하는 것.
본 발명의 주 목적은 미세한 셀 어레이 구조체를 제조하는 방법에 의해 달성되고, 본 방법은, 각 위치에 복수의 상호 독립된 오목부가 형성된 제 1 기재를, 각 오목부에 공간이 형성되도록, 소성변형 기능을 갖는 제 1 재료로 덮는 제 1 단계와, 가스 압력에 의해 미리 정해진 방향으로 상기 공간을 동시에 팽창시키도록 하여 얇은 셀 벽에 의해 격리된 가늘고 긴 원주형 셀을 상기 공간에 형성하는 제 2 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 제조 방법에 따르면, 제 1 재료로 덮인 기재 측의 압력을 감소시켜 공간의 가스 압력으로 제 1 재료를 팽창시키는 것이 가능해진다.
여기서, 상술한 "상호 독립된 오목부"는 제 1 재료의 뒷면과 통하지 않거나 다른 오목부와 통하지 않는 각각의 상호 격리된 공간을 형성하는 것을 의미한다는 것을 주목해야 한다.
본 발명의 제 1 부수 목적은 미세한 복합 구성요소를 제조하는 방법에 의해 달성되면, 본 방법은, 각 위치에 복수의 상호 독립된 오목부가 형성된 제 1 기재를, 각 오목부에 공간이 형성되도록, 소성변형의 기능을 갖는 제 1 재료로 덮는 제 1 단계와, 공간의 가스 압력에 의해 복수의 위치에서 동시에 제 1 재료를 팽창시켜 셀이 미리 정해진 공통 방향으로 가늘고 길어지도록 얇은 셀 벽을 갖는 가늘고 긴 셀을 형성하는 제 2 단계와, 제 1 기재로부터 제 1 재료를 이탈시키지 않고 제 2 재료를 주입하여 셀 형상 및 오목부를 형성하는 제 3 단계를 포함한다.
상기 오목부는 렌즈의 형상을 가질 수 있다. 이 경우에, 본 발명은 차광부로서 제 1 재료의 미세 셀 어레이 구조체를 사용하고 렌즈 주형과 미세 셀 어레이 구조체(차광부)를 서로 분리하지 않고 렌즈의 재료를 미세 셀 어레이 구조체에 주입하여 렌즈를 형성함으로써 미세한 복합 구성요소로서 렌즈 어레이를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 2 부수 목적은, 셀 어레이 구조체에, 셀 어레이 구조체의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는 코어 부재가 주입되는 광섬유 플레이트를 제조하는 방법에 의해 달성된다. 이 프로세스에 있어서, 셀 어레이 구조체는 추후에 제거되고, 이렇게 셀 어레이를 제거하여 형성된 갭은 클래딩(cladding) 재료로 충전된다.
제 2 부수 목적을 해결하고 또한 얇은 셀 벽으로 형성된 가늘고 긴 원주형 셀을 내부에 포함하는 미세한 셀 어레이 구조체를 얻기 위해서, 본 발명은 계면 활성제가 첨가된 수용액에 다수의 버블 또는 셀을 배치하고 버블의 형상이 고형화 프로세스 중에 유지되도록 하는 방식으로 버블을 동시 팽창시킨 후 고형화하는 방법을 개시하고 있다.
구체적으로, 본 발명은 기재의 상면에 독립된 오목 공간(오목부)을 설치하며 기재가 배치되는 주변의 압력을 제어하는 수단을 사용한다.
또한, 형상을 훼손하지 않고서 셀 어레이 구조체를 건조시키기 위해서, 본 발명은 변형 가능한 재료에 대한 온도 변화로 졸-겔 전이를 일으키는 젤라틴 용액을 사용하는 방법을 개시하고 있다. 이에 대해서, 젤라틴 용액은 건조 프로세스를 실행하기 전에 강성률을 높이기 위해 겔로 변형된다. 여기서, 상술한 "변형 가능한 재료"는 본 발명에 따라 처리되는 경우 셀 어레이 구조체가 내부에 형성되는 재료를 의미한다는 것을 주목해야 한다.
본 발명에 따르면, 셀 어레이 구조체를 제조하는 방법은, 기재(A)의 상면에 변형 가능한 재료(B)를 도포하여, 미리 정해진 조건 하에서 연성 변형 기능의 변형 가능한 재료(B)를 갖는 미세한 오목부가 고밀도로 형성된 기재(A)의 상면을 덮은 단계와, 복수의 공간이 동시에 가늘고 길도록 또한 마이크로미터 두께를 갖는 얇은 벽에 의해 서로 분리된 상태로 미리 정해진 방향으로 확장되는 다수의 가늘고 긴 셀이 형성되도록 오목부와 변형 가능한 재료(B) 사이에 형성된 폐공간 내의 가스 압력에 의해 변형 가능한 재료(B)를 팽창시키는 단계를 포함하고, 기재(A) 상의 오목부는 서로 격리되게 형성된다.
셀 어레이 구조체의 제조 방법에 관하여, 변형 가능한 재료(B)가 덮인 기재(A) 측의 압력을 낮춤으로써 변형 가능한 재료(B)를 확장시키는 것이 가능해진다.
셀 어레이 구조체를 제조하는 상기 방법에 있어서, 변형 가능한 재료(B)로서, 계면 활성제가 첨가된 젤라틴 수용액을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 셀 어레이 구조체를 제조하는 방법은 변형 가능한 재료(B)가 이면에서부터 건조되도록 변형 가능한 재료(B)의 이면에 환기 공간을 제공하도록 수행될 수 있다.
셀 어레이 구조체를 제조하는 방법에 관하여, 기재(A) 상에 제공된 변형 가능한 재료(B)의 이면에 환기 공간을 형성하고, 부재가 그 이면으로부터 변형 가능한 셀 어레이 구조체와 접촉하게 하여 그 부재에, 변형 가능한 재료(B)에 형성된 원주형 셀의 피치보다 더 작은 피치를 갖는 관통 구멍이 형성되게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 변형 가능한 재료(B)의 건조가 이러한 스루홀(through-hole)을 통하여 수행된다.
또한, 오목부를 발수성(water-repellant) 표면을 갖도록 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 오목부를 상면과 비교하여 기재(A)의 내부에 큰 직경을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 제 2 부수 목적의 해결 수단을 설명한다.
1) 셀 어레이 구조체를 팽창시키는 수단
복수의 원주형 셀이 내부에 나란히 형성되도록 셀 어레이 구조체를 팽창시키 는 수단에 대하여, 기재 상에 형성된 변형 가능한 재료와 각 오목부 사이에 공간이 형성되도록 변형 가능한 재료를 도포하는 수단과 함께, 복수의 오목부가 기재의 표면 상에 형성되는 기재 구조체가 제공된다.
2) 얇은 셀 벽을 형성하는 수단
(1) 얇은 셀 벽을 갖는 원주형 셀을 형성하기 위해서, 본 발명은 계면 활성제를 함유하고 얇은 셀 벽을 형성하는 수단에 대한 온도 변경 시 졸-겔 전이를 일으키는 젤라틴으로 용해된 수용액을 사용한다.
(2) 또한, 본 발명은 건조 수축을 일으키는 수단을 사용한다. 여기서, 건조 수축을 일으키는 이 수단은 압력 제어 장치를 사용하여 수행되는 감압 프로세스를 의미한다는 것을 주목해야 한다. 그 점에서, 젤라틴에 함유된 수분의 증발이 가속되고, 이것으로써, 수분 증발에 따른 셀 벽을 형성하는 재료의 체적의 수축에 의한 셀 벽의 박막화가 촉진된다.
3) 원주형 셀 어레이 구조체를 유지하면서 셀 벽을 고형화하는 수단
(1) 원주형 셀 어레이 구조체를 유지하면서 셀 벽을 고형화하기 위해서, 본 발명은 계면 활성제가 첨가되고 변형 가능한 재료의 재료에 대하여 온도로 졸-겔 전이를 일으키는 젤라틴으로 용해된 수용액을 사용한다.
(2) 또한, 본 발명은 팽창 단계 중에 졸의 상태로 온도를 제어하고 팽창이 완료된 후에 겔의 상태로 온도를 제어한다.
(3) 또한, 본 발명은 팽창을 제한하지 않으면서 변형 가능한 재료의 건조를 촉진하기 위한 공간을 확보한다. 이것으로써, 감압의 결과로서 수분 증발이 촉진되 고, 변형 가능한 재료의 팽창의 결과로서 형성된 셀 어레이 구조체가 건조의 결과로서 고형화된다.
4) 기타 수단
또한, 본 발명은 감압 수단에 의해서 감압하여 셀의 동시 팽창과 변형 가능한 재료의 고속 건조를 동시에 달성한다.
[광섬유 어레이를 제조하는 방법]
또한, 본 발명은 미세한 셀 어레이 구조체를 제조하는 전술한 방법에 기초하여 광섬유 어레이를 제조하는 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명은, 변형 가능한 재료(B)의 굴절률보다 더 높은 굴절률의 코어 재료를, 현재 셀 벽을 형성하고 있는 변형 가능한 재료(B)로 형성된 미세한 셀 어레이 구조체 내의 셀에 주입함으로써 다수의 광섬유가 고밀도 어레이의 형태로 배치되는 광섬유 어레이를 형성한다.
또한, 본 발명은 "광섬유 어레이를 제조하는 방법"을 제공하며, 본 방법은, "미세한 셀 어레이 구조체를 제조하는 방법"에 의해 형성된 미세한 셀 어레이 구조체의 셀에 코어 재료를 주입하는 단계와, 변형 가능한 재료(B)를 제거하는 단계와, 그렇게 형성된 공간에 클래딩 재료를 동시에 충전함으로써, 변형 가능한 재료(B)를 제거하는 단계의 결과로서 형성된 공간에 어레이의 형태로 다수의 광섬유를 형성하는 단계를 포함한다.
(1) 본 발명의 제 1 형태
제 1 형태에 따르면, 본 발명은 미세한 셀 어레이 구조체를 제조하는 방법을 제공하며, 본 방법은, 각각의 미리 정해진 위치에 다수의 상호 독립된 오목부(외부 또는 다른 오목부와 통하지 않는 오목부)가 형성된 제 1 기재의 표면을, 제 1 기재 상의 상기 오목부에 공간을 형성하도록, 미리 정해진 조건 하에서 연성 변형의 기능을 갖는 제 1 재료로 덮는 제 1 단계와, 상기 복수의 공간 내의 가스 압력에 의해 제 1 재료를 동시에 팽창 및 확장시켜 복수의 셀이 미리 정해진 방향으로 평행하게 확장되도록 제 1 재료에 셀의 미세한 어레이를 형성하는 제 2 단계를 포함한다.
제 1 형태에 따르면, 제 1 재료로 형성된 셀 벽에 의해 셀이 격리되도록 다수의 상호 격리된 셀을 고밀도 및 고 정밀도로 동시에 형성하는 것이 가능해진다.
(2) 본 발명의 제 2 형태
본 발명의 제 2 형태에 따르면, 제 1 재료는 공간 내부의 가스 압력에 의해 팽창 및 확장되는 반면, 가스 압력은 제 1 재료로 덮인 제 1 기재 측을 감압시킴으로써 발생한다. 본 발명에 따르면, 간단하고 신속한 프로세스에 의해서, 제 1 재료의 셀 벽에 의해 서로 분리되고 매우 높은 밀도로 형성된 다수의 상호 독립된 셀을 형성하는 것이 가능해진다.
(3) 본 발명의 제 3 형태
본 발명의 제 3 형태에 따르면, 본 발명은 미세한 복합 구성요소를 제조하는 방법을 제공하며, 본 방법은, 각각의 미리 정해진 위치에 다수의 상호 독립된 오목부가 형성된 제 1 기재의 표면을, 제 1 기재 상의 상기 오목부에 공간을 형성하도록, 미리 정해진 조건 하에서 연성 변형의 기능을 갖는 제 1 재료로 덮는 제 1 단계와, 상기 복수의 공간 내의 가스 압력에 의해 제 1 재료를 동시에 팽창 및 확장 시켜 복수의 셀이 미리 정해진 방향으로 평행하게 확장되도록 제 1 재료에 미세한 셀 어레이를 형성하는 제 2 단계와, 제 1 재료와 제 1 기재를 서로 분리하지 않고서 제 2 재료를 복수의 셀에 주입하여 셀이 제 1 기재 상의 오목부에 대응하는 각각의 단부를 갖도록 셀을 형성하는 제 3 단계를 포함한다.
본 발명의 제 3 형태에 따르면, 제 1 단계에서 오목부에 공간이 형성되고 제 2 단계에서 제 1 재료가 팽창 및 확장되며, 따라서, 복수의 셀을 동시에 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 제 3 단계에서 제 2 재료를 셀에 주입함으로써, 각 셀이 제 1 기재 상의 오목부에 대응하는 단부를 포함하도록 복수의 셀을 동시에 형성하는 것이 가능해진다.
구체적으로, 제 1 및 제 2 단계에 연속하여 제 3 단계를 실행함으로써 제 1 재료와 제 1 기재를 서로 분리하지 않고서, 제 1 및 제 2 단계에서 형성된 부분과 제 3 단계에서 형성된 부분 사이의 오정렬 없이, 셀을 제조하는 것이 가능해진다.
(4) 본 발명의 제 4 형태
제 4 형태에 따르면, 본 발명은 미세한 복합 구성요소를 제조하는 방법을 제공하며, 본 방법은, 각각의 미리 정해진 위치에 다수의 상호 독립된 오목부(외부로 통하지 않는 오목부 또는 다른 오목부)가 형성된 제 1 기재의 표면을, 제 1 기재 상의 상기 오목부에 공간을 형성하도록, 미리 정해진 조건 하에서 연성 변형의 기능을 갖는 제 1 재료로 덮는 제 1 단계와, 상기 복수의 공간 내의 가스 압력에 의해 제 1 재료를 동시에 팽창 및 확장시켜 복수의 셀이 미리 정해진 방향으로 평행 하게 확장되도록 제 1 재료에 미세한 셀 어레이를 형성하는 제 2 단계와, 제 1 재료와 제 1 기재를 서로 분리하지 않고서 제 3 재료를 복수의 셀의 셀 벽에 부착하는 제 3 단계와, 제 1 재료와 제 1 기재를 서로 분리하지 않고서 제 2 재료를 복수의 셀에 주입하여 셀이 제 1 기재 상의 오목부에 대응하는 각각의 단부를 갖도록 셀을 형성하는 제 4 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 제 3 및 제 4 단계가 제 1 재료와 제 1 기재를 서로 분리하지 않고서 실행된다는 사실에 비추어 본 발명의 제 3 형태와 유사하게 고 정밀도로 미세한 복합 구성요소를 형성하는 것이 가능해진다.
(5) 본 발명의 제 5 형태
제 5 형태에 따르면, 본 발명은 제 1 재료가 제 1 기재와 제 2 기재 사이에 삽입되는 상태로 제 1 재료의 팽창 및 확장을 수행한다.
제 5 형태에 따르면, 제 2 기재를 사용하여 셀의 형상을 고정밀도로 달성하는 것이 가능해진다. 제 2 기재로서 평평한 슬라브(slab)를 사용함으로써, 균일한 길이를 갖도록 셀을 형성하는 것이 가능해진다.
(6) 본 발명의 제 6 형태
제 6 형태에 따르면, 본 발명은 감압을 일으켜 제 1 단계에서 오목부에 대응하는 공간에 가스 압력을 발생시키는 것이 가능해진다. 감압을 이용하여, 가스 압력은 상기 복수의 오목부에 대응하는 모든 공간에서 언제나 균일해지고, 균일한 체적과 형상을 갖도록 셀을 형성하는 것이 가능해진다.
(7) 본 발명의 제 7 형태
제 7 형태에 따르면 제 2 재료가 감압된 상태에서 셀의 개구부에 도포되고, 그렇게 도포된 제 2 재료는 압력을 대기압 이상으로 증가시킴으로써 셀에 주입된다.
본 발명에 따르면, 가스 압력차를 이용하기 때문에 균일한 정압이 형성되고, 제 2 재료의 주입이 변화없이 균일하게 실행된다. 또한, 제 1 및 제 2 단계는 제조 시에 동일한 장치에서 연속으로 수행될 수 있으며, 미세한 복합 구성요소를 제조하는 비용을 낮추는 것이 가능해진다.
(8) 본 발명의 제 8 형태
제 8 형태에 따르면, 감압된 상태로 셀의 개구부에 제 2 재료를 도포하고 이어서 원심력을 적용하여 제 2 재료를 셀에 주입하는 것이 가능해진다. 원심력을 사용함으로써, 상이한 비중의 물질이 용이하게 분리되고, 따라서, 셀에서 가스를 용이하게 배출하고 액체 상태의 제 2 재료를 셀에 주입하는 것이 가능해진다.
(9) 본 발명의 제 9 형태
제 9 형태에 따르면, 본 발명은 미세한 복합 구성요소로서 미세한 렌즈 어레이(마이크로렌즈 어레이)를 제조할 수 있다.
(10) 본 발명의 제 10 형태
제 10 형태에 따르면, 본 발명은 제 2 기재에 소수성 특성의 슬라브를 사용한다. 이것으로써, 제 2 단계에서 제 1 재료가 제 2 기재로부터 용이하게 분리되고, 따라서, 관통 셀을 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.
(11) 본 발명의 제 11 형태
제 11 형태에 따르면, 제 1 기재 상에 형성된 오목부는 렌즈의 형상을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따르면, 제 1 단계에서 발생한 가스 팽창으로 제 3 형태의 제 3 단계에서 또는 제 4 형태의 제 4 단계에서 렌즈 형상을 셀로 전사시키는 것이 가능해진다. 따라서, 렌즈 형상의 전사는 셀의 형성과 동시에 달성되고, 제 11 형태에 있어서 미세한 복합 구성요소용 렌즈 어레이를 형성하는 것이 가능해진다.
(12) 본 발명의 제 12 형태
제 12 형태에 따르면, 본 발명은 제 2 재료로서 투명 재료를 그리고 제 1 재료로서 불투명 차광 재료를 사용함으로써, 렌즈 어레이를 형성하는 렌즈가 차광 기능을 갖는 제 1 재료에 의해 서로 분리되는 미세 렌즈 어레이를 제공한다. 이것으로써, 플레어 현상이나 미광(迷光)이 렌즈 어레이에서 제거된다.
(13) 본 발명의 제 13 형태
제 13 형태에 따르면, 본 발명의 미세 렌즈 어레이(마이크로렌즈 어레이)는 적어도 격리 기능을 갖는 제 1 재료, 투광 기능을 갖는 제 2 재료, 및 차광 기능을 갖는 제 3 재료로 형성된다. 이것으로써, 미광 또는 플레어 현상이 없는 미세 렌즈 어레이(마이크로렌즈 어레이)를 얻는 것이 가능해진다. 제 13 형태의 미세 렌즈 어레이가 3가지 다른 재료에 의해 상기 3가지 기능을 얻기 때문에, 제 12 형태의 발명과 비교하여 각각의 기능을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 미세 렌즈 어레이의 제조 시에 자유도가 증가한다.
(14) 본 발명의 제 14 형태
제 14 형태에 따르면, 본 발명은 미세한 셀 어레이 구조체를 제조하는 방법 을 제공하며, 본 방법은, 미리 정해진 조건 하에서 연성 변형의 기능을 갖는 변형 가능한 재료(B)로, 미세한 오목부가 고밀도로 형성된 기재(A)의 상면을 덮는 단계와, 복수의 오목부와 변형 가능한 재료에 의해 형성된 복수의 공간 내의 가스 압력에 의해 변형 가능한 재료(B)를 확장시켜, 미크론 두께의 얇은 셀 벽에 의해 서로 분리된 복수의 셀을 형성하도록 미리 정해진 방향으로 복수의 공간을 확장 및 연장하는 단계를 포함하며, 오목부는 기재(A) 상에 독립적으로 형성된다.
본 발명에 따르면, 기재(A) 상의 오목부는 서로 독립적으로 형성되고, 따라서, 팽창 시간 및 팽창량은 감압이 가해지는 경우 복수의 오목부 사이에서 동일해진다. 이로써, 가늘고 긴 원주형 셀은 변형 가능한 재료로 형성된 셀 벽에 의해 서로 분리되어 균일하게 형성된다.
(15) 본 발명의 제 15 형태
제 15 형태에 따르면, 본 발명은 변형 가능한 재료(B)로 덮인 기재(A) 측을 감압하고, 따라서, 팽창 시간 및 팽창량은 인접한 오목부 사이에서 동일해진다. 이로써, 복수의 상호 독립된 원주형 셀로 형성된 셀 어레이를 균일하게 성장시키는 것이 가능해진다.
(16) 본 발명의 제 16 형태
제 16 형태에 따르면, 본 발명은 변형 가능한 재료(B)로서, 계면 활성제가 첨가된 젤라틴 수용액을 사용한다. 따라서, 셀은 매우 얇은 셀 벽을 갖는 비눗방울처럼 성장하며, 그렇게 성장한 셀은 이후 겔로 전이된다. 이로써, 셀은 형상을 유지하면서 건조된다. 또한, 졸-겔 전이의 온도가 약 40℃이기 때문에, 물의 끓음을 억제하면서 낮은 온도로 팽창량을 증가시키는 것이 가능해지고, 셀 어레이 구조체의 성장을 위해 고도의 감압을 이용하는 것이 가능해진다.
(17) 본 발명의 제 17 형태
제 17 형태에 따르면, 본 발명은 변형 가능한 재료(B)로 덮인 기재(A) 쪽에 환기 공간을 제공한다. 이로써, 이쪽으로부터 변형 가능한 재료(B)를 건조시키는 것이 가능해진다.
(18) 본 발명의 제 18 형태
제 18 형태에 따르면, 본 발명은 셀 어레이 구조체에서의 셀의 피치보다 더 작은 피치의 관통 구멍이 형성된 구조체가, 오목부가 형성되는 기재(A)의 상면을 덮은 변형 가능한 재료(B)와 접촉하도록 한다. 이로써, 관통 구멍과 기재(A)에서 그 구조체에 형성된 공간 간의 관계를 제어하는 것이 가능해지고, 기재(A)에 도포된 변형 가능한 재료(B)의 두께는 균일해진다. 또한, 관통 구멍이 변형 가능한 재료(B)에 셀의 피치보다 더 작은 피치로 형성되기 때문에, 셀은 형상을 잃지 않고서 성장할 수 있다. 또한, 관통 구멍을 통해서 변형 가능한 재료(B) 이면의 공간을 환기시킴으로써, 셀은 즉시 고형화된다.
(19) 본 발명의 제 19 형태
제 19 형태에 따르면, 본 발명은 오목부를 소수성으로 하는 프로세스를 적용한다. 이로써, 변형 가능한 재료(B)는 기재(A)의 표면 상에 변형 가능한 재료(B)를 도포할 때에 오목부에 들어가지 않는다.
(20) 본 발명의 제 20 형태
본 발명의 제 20 형태에 따르면, 오목부는 그 직경이 오목부에 의해 기재(A)의 표면 상에 형성된 개구부의 직경보다 더 크도록 기재(A)에 형성된다.
제 20 형태에 따르면, 변형 가능한 재료(B)가 기재(A) 상의 오목부에 실질적으로 침투하도록 하지 않고서 기재(A)의 표면 상에 변형 가능한 재료(B)를 도포하는 것이 가능해진다. 또한, 개구부의 접촉 면적이 감소하기 때문에, 변형 가능한 재료(B)를 도포한 후 오목부로부터의 가스 제거는 줄어들고, 감압 시에 셀에 대하여 최대 팽창시키는 것이 가능해진다.
(21) 본 발명의 제 21 형태
본 발명의 제 21 형태에 따르면, 본 발명은 변형 가능한 재료(B)의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는 코어 재료를 변형 가능한 재료(B)에 형성된 셀에 주입한다. 따라서, 고차원 정밀도 및 광 이용의 고효율로 그리고 저비용 및 고생산 효율로 광섬유 어레이를 제조하는 것이 가능해진다.
(22) 본 발명의 제 22 형태
본 발명의 제 22 형태에 따르면, 본 발명은 코어 재료를 변형 가능한 재료(B)에 형성된 셀에 주입한 후에 변형 가능한 재료(B)를 제거하고, 변형 가능한 재료(B)의 제거로 형성된 갭을 클래딩 재료로 충전한다. 결과적으로, 코어에 다양한 재료를 사용하면서 물에 대한 저항성을 갖는 광섬유 어레이를 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명의 실용적인 예
다음으로, (1) "렌즈 어레이의 제조" 및 (2) 광섬유 플레이트(광섬유 어레 이)의 제조"에 관하여 설명한다.
1. 렌즈 어레이의 제조
[예 1]
먼저, 도 1 및 도 2a∼도 2f를 참조하여 본 발명의 제 3 형태에 관한 처리 방법을 설명한다.
렌즈 주형(제 1 기재)
도 2a를 참조하면, 렌즈 주형(80)(제 1 기재)이 형성될 렌즈 어레이의 렌즈 소자의 피치를 결정하는 주형이라는 것을 주목해야 한다. 또한, 렌즈 주형(80)은, 원주형 셀의 형태로 내부에 공극을 형성하도록 그 주형 위에 제공된 변형 가능한 불투명 재료(82)를 팽창시켜 형성되며 렌즈 어레이의 렌즈 소자를 유지하는데 사용되는 셀 어레이의 기본 구조를 결정한다. 또한, 렌즈 주형(80)은 셀 어레이를 형성한 후에 수행되는 프로세스에서 렌즈 소자의 주형에 사용된다.
예 1에서, 렌즈 주형(80)은 발수성 표면을 갖는 실리콘 고무로 형성되고, 렌즈부(80a)는 200㎛의 피치를 갖는 격자 패턴으로 렌즈 주형(80)에 형성된다. 각 렌즈부(80a)는 180㎛ 반경의 반구형 표면을 갖는데, 169개의 이러한 렌즈부(80a)가 13 행 및 13 열로 렌즈 주형(80) 상에 형성된다.
불투명 재료(제 1 재료)
불투명 재료(82)는 셀 벽에 의해 한정된 가늘고 긴 원주형 셀을 포함하는 셀 어레이 구조체를 형성하는 변형 가능한 재료이다. 이것에 의해 불투명 재료(82)는 광학 소자가 셀에 형성되는 경우 플레어 현상이나 미광을 억제하도록 기능한다. 예 1에서, 1.56의 굴절률의 UV 경화 아크릴 수지가 불투명 재료(82)로서 사용된다. 이것에 의해, 불투명한 차광부로서 기능하기 위해서, 불투명 재료(82)에는 0.5wt%의 양으로 카본 블랙(carbon black) 입자가 첨가된다. 불투명 재료(82)가 셀에 형성될 렌즈와 동일한 굴절률을 갖기 때문에, 광의 전반사는 없고, 광 흡수가 효율적으로 달성된다.
렌즈 재료(제 2 재료)
예 1에 있어서, 1.56의 굴절률의 UV 경화 아크릴 수지가 내부의 원주형 셀에 대응하여 불투명 재료(82)에 형성되는 렌즈(83)에 사용된다.
압력 제어 장치
압력 제어 장치(100)는 가스를 압축 및/또는 배출하고 불투명 재료(82)로 셀 벽을 형성하는 셀 어레이 구조체의 치수, 주로 높이를 제어하는데 사용된다.
[기능]
예 1의 프로세스는 도 2b∼도 2f에 나타낸 바와 같이 진행된다.
(1) 도 2b의 단계에서, 유리 기재(81)가 렌즈 주형(80) 상에 배치되는 상태에서 자외선 투과성이고 고도의 평탄성을 갖는 평유리 기재 상에 불투명 재료(82)가 막 두께 0.1-100㎛로 스핀 코팅된다. 예 1에서 불투명 재료는 20㎛의 두께로 스핀 코팅된다(제 1 단계).
압력 제어 장치(100)는 내부의 주변 압력을 미리 정해진 압력으로 제어할 수 있는 장치이다. 예 1에서, 주변 압력은 보통 0.1MPa로 제어된다. 이 압력이 이어지는 단계에서 발생하는 가스 팽창을 제어하도록 선택된다는 것을 주목해야 한다.
(2) 제 1 단계에서 얻어진 도 2b의 구조는 압력 제어 장치(100)에 편입되고 내부의 주변 압력은 0.003MPa로 감소된다.
이 감압 프로세스에 있어서, 렌즈부(80a)에 대응하는 공간 내의 가스의 팽창이 개시되고, 따라서, 불투명 재료(82)에 변형을 일으켜 내부 가스가 팽창하면서 렌즈부(80a) 내의 공간이 팽창된다.
여기서, 팽창이 렌즈 주형(80) 상의 모든 렌즈부(80a)에서 동시에 발생하고, 따라서, 공간의 측방향 팽창이 인접한 공간의 간섭으로 인하여 제한된다는 것을 주목해야 한다. 따라서, 팽창이 상방향 단독으로 발생하여, 복수의 셀이 기재(81)로부터 상방향으로 서로 평행하게 확장되도록 복수의 원주형 셀이 렌즈부(80a)에 대응하여 변형된 불투명 재료(82)에 서로 인접 형성되는 셀 어레이 구조체가 형성된다. 이것에 의해, 불투명 재료(82)는 내부에 형성된 원주형 셀을 한정하는 불투명한 셀 벽(84)을 형성한다. 도 2c의 상태에서, 그렇게 변형된 불투명 재료(82)를 경화시키기 위해 약 10초 동안 자외선을 인가하고, 이로써, 형성된 불투명한 셀 벽(84)이 고형화되고 셀 어레이 구조체가 고정된다(제 2 단계).
다음으로, 도 2d의 단계에서, 상부에 셀 어레이 구조체를 갖는 기재(81)가 압력 제어 장치(100)로부터 제거된다. 또한, 유리 기재(81)를 제거한 후, 불투명 재료(82)에 셀 어레이를 형성하는 셀에는 렌즈를 형성하는 수지가 주입되는데, 이 수지의 주입은 30초 동안 3000G의 원심력 하에서 원심 분리기에서 수행된다(제 3 단계).
여기서, 렌즈 주형(80) 및 셀 벽(84)이 이 프로세스 중에 서로 분리되지 않 는다는 것이 중요하다.
다음으로, 도 2e의 단계에서, 자외선 투과성 반사판(85)이 도 2d의 구조 상에 배치되고 렌즈 재료(83)를 경화하기 위해 약 10초 동안 자외선이 인가된다. 이로써, 렌즈 소자(86)가 렌즈 어레이의 형태로 셀 어레이 구조체의 셀에 형성된다(제 4 단계).
최종적으로, 렌즈 주형(80) 및 반사판(85)이 제거되고, 마이크로렌즈 소자(86)가 불투명한 셀 벽(84)으로 형성된 가늘고 긴 원주형 셀에 유지되도록 렌즈 어레이가 얻어진다.
도시되지 않았지만, 렌즈 소자(86)에서 또한 셀 벽(84)에서 경화가 완전히 진행되도록 그리고 특히 불투명한 셀 벽(84)에서 경화되지 않은 장소가 남아있지 않도록 얻어진 구조체를 어닐링하는 것이 바람직하다.
[예 2]
예 2는 본 발명의 제 2 형태에 대응하는 실시예이며 도 3a∼도 3g를 참조하여 설명하는 바와 같이 2 단계로 불투명부를 형성한다. 그 점에서, 예 2의 프로세스가 다음과 같은 점에서 예 1의 프로세스와 상이하다는 것이 주목된다:
(a) 예 1의 불투명한 셀 벽(84)에 대응하는 셀 벽(94)은 셀 벽(94b)을 덮는 불투명막(94a)을 포함하는 점과,
(b) 불투명막(제 3 재료)(94a)이 형성되는 동안, 카본 블랙 입자를 셀 벽(94b)에 도포함으로써 아크릴 UV 경화 수지가 셀 벽(94b)의 재료(제 1 재료)에 사용된다는 점.
그 이외에는, 예 2는 예 1과 동일하다.
[기능]
도 3a∼도 3g에 예 2의 프로세스가 도시되어 있으며, 카본 블랙 입자가 휘발성 용매에 분산되는 불투명 액체가 셀 벽(94b)의 형성 후에 도 3d의 단계에서 셀에 주입되는 것을 제외하면 예 1의 프로세스와 차이점이 없다. 도 3a∼도 3g에서, 예 1을 참조하여 앞서 설명한 구성요소에 대응하는 구성요소들은 동일한 참조 부호로 지정되고 그 설명을 생략한다는 것을 주목해야 한다.
이것에 의해, 렌즈 주형(80)이 발수성을 갖기 때문에, 불투명 액체는 셀 벽(94b)에 선택적으로 부착되고, 셀 벽(94b)에 부착된 카본 블랙 입자는 상기 불투명막(94a)을 형성한다(제 3 단계).
예 1의 재료(82)에 대응하는 재료(92)가 예 2에서는 불투명 재료가 아니기 없기 때문에, 도 3c의 UV 경화 프로세스는 효율적으로 진행되고, 셀 벽(94b)의 경화가 단시간 내에 달성된다. 또한, 다량으로 불투명 재료를 사용하는 것이 가능해지기 때문에, 예 2에서는 미광이나 플레어 현상을 제거하는 효과가 향상되며, 렌즈 어레이에서 광 누설을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.
[예 3]
도 4a 및 도 4b에 나타낸 예 3은 예 1 및 예 2의 프로세스를 이용하여 형성된 광섬유 어레이(광섬유 플레이트)를 제공한다.
따라서, 도 4a의 구조에 있어서, 클래딩 층(101)은 셀 어레이 구조체의 셀에 코어(102)를 유지하는 셀 어레이 구조체를 형성하는데, 예 3은 셀 벽을 형성하는 제 1 재료로서 1.45의 굴절률의 UV 경화 메타크릴레이트 수지를 사용하고, 코어(102)로 사용되는 제 2 재료에는 1.56의 굴절률의 UV 경화 아크릴 수지를 사용함으로써 클래딩 층(101)을 형성한다.
이것에 의해, 도 4a에 나타낸 바와 같이 반구형을 갖도록 광섬유 소자를 형성함으로써 광섬유 소자에 렌즈 효과를 제공하는 것이 가능하다.
변형적으로, 도 4b에 나타낸 바와 같이 광을 확산하는 원추형 형상의 단부를 갖도록 광섬유 소자를 형성하는 것이 가능하다.
[예 4]
렌즈 소자가 격자의 형태로 배열되는 도 1의 마이크로렌즈 어레이와 다르게, 도 5에 나타낸 예 4는 렌즈 소자가 지그재그식 어레이(staggered array)로 배열되는 렌즈 어레이를 제공한다.
따라서, 본 발명에 있어서 지금까지 설명한 유사한 프로세스를 이용하면서 도 5에 나타낸 렌즈 소자에 대하여 지그재그식 배열의 미세 렌즈 어레이를 제조하는 것이 가능하다. 이 경우에, 클래딩 층(101)을 형성하는 불투명한 셀 벽이 도 5에 나타낸 바와 같이 6각 기둥 형상의 셀을 내부에 형성하고, 셀에 충전되는 코어(102)는 대응하는 6각 기둥 형상을 갖는다는 것을 주목해야 한다.
다음으로, 도 6을 참조하여 소수성 특성의 제 2 기재를 사용하는 본 발명의 제 8 형태를 설명한다.
(케이스 1) 제 2 기재가 발수성이 아닌 경우
제 2 기재(81)에 발수성이 없는 경우에, 도 6에 나타낸 바와 같이 도 2a∼도 2f의 변형 가능한 재료(82)에 대응하는 제 2 재료(112)의 셀 어레이 구조체에 셀이 형성되는데, 각 셀은 제 2 기재(81)에 대향하는 측에 폐쇄형 단부를 갖는다는 것이 주목된다. 이것은 제 2 재료(112)와 제 2 기재(81) 사이의 높은 습윤성으로 인하여 재료(112)의 막이 제 2 기재(81)와 접촉하여 셀의 단부에 남아 있기 때문이다.
(케이스 2) 제 2 기재가 발수성인 경우
제 2 기재(81)가 발수성인 경우에, 각 셀이 개방형 단부를 갖는 도 2a∼도 2f 또는 도 3a∼도 3g에 나타낸 예 1 및 예 2의 경우와 유사한 셀 어레이 구조체가 나타나 있다. 이러한 구조체는 제 2 재료(112)와 제 2 기재(81) 사이의 불량한 습윤성으로 인하여 제 2 재료(112)의 막이 어디든지 이동하기 때문에 초래된다.
위에서 언급한 케이스 1 및 케이스 2로부터, 셀 어레이 구조체의 제어가 제 2 기재(81)의 발수성 특성에 의해 가능하다는 것을 이해할 것이다.
2. 광섬유 플레이트를 제조하는 예
[예 5] - 원주형의 가늘고 긴 셀의 셀 어레이 구조체를 형성하는 방법
도 7 내지 도 9는 예 5에 따른 광섬유 플레이트(광섬유 어레이)를 제조하는 프로세스를 나타낸다.
도면을 참조하면, 코팅기(coater machine)(21)에 온도 제어 장치(22)가 제공되고, 상면에 다수의 오목부를 고밀도로 갖는 기재(A)가 온도 제어 장치(22)에 탑재된다.
본 실시예에 있어서, 내부에 미세한 원주형 셀을 고밀도로 포함하는 셀 어레이 구조체는 이러한 기재(A) 상에 형성된다.
이하 예 5의 구조 및 동작을 설명한다.
1. 예 5의 구조
(1) 기재(A)
도 7의 기재(A)는 상부에 셀 어레이 구조체를 성장시키는 주형으로 작용하고, 그렇게 형성된 셀 어레이 구조체에서 셀의 피치를 결정한다. 보다 구체적으로, 기재(A)는 실리콘 고무로 형성되고 38㎛의 피치를 갖는 지그재그식 패턴으로 25㎛ 직경의 반구형 형상을 갖는 오목부(23)가 형성된다.
(2) 셀 구조체 재료(B)
도 7의 셀 어레이 구조체 재료(B)는 다수의 원주형의 가늘고 긴 셀이 형성된 셀 어레이 구조의 본체를 형성한다. 셀 어레이 구조체 재료(B)에 대하여, 정제수로 5배 희석되고 1wt%의 계면 활성제(도데실 황산 나트륨)가 첨가된 상업적으로 입수 가능한 젤라틴[상표명 젤라이스(Jellice)]의 수용액을 사용하는 것이 가능하다. 이 경우에, 졸-겔 전이가 약 38℃에서 셀 어레이 구조체의 재료에 대하여 발생한다.
(3) 온도 제어 장치
온도 제어 장치(22)는 셀 구조체 재료(B)의 온도를 제어함으로써 점성(졸-겔 전이)을 제어한다.
(4) 압력 제어 장치
도 7의 압력 제어 장치(24)는 가스를 압축 및 배출하고 셀 어레이 구조체의 치수, 특히 높이를 제어한다. 또한, 압력 제어 장치는 셀 구조체 재료(B)의 건조를 촉진시킨다.
(5) 토출기
도 7의 토출기(25)는 셀 구조체 재료(B)를 미리 정해진 양만큼 기재(A) 상에 토출하는 장치이다.
(6) 코팅기(coater machine)
도 7의 코팅기(21)는 미리 정해진 두께의 막을 형성하도록 토출기(25)로부터 기재(A)의 상면에 토출되는 셀 구조체 재료(B)를 확산시키는 장치이다. 도시된 예에서, 코팅기(21)는 원심력을 이용하는 스핀 코터(spin-coater)이다.
예 1의 동작
(1) 먼저, 코팅기(21)의 주변 압력은 압력 제어 장치(24)를 사용하여 0.1MPa와 같은 미리 정해진 압력으로 제어된다. 이 프로세스는 나중 프로세스에서 가스 팽창량을 제어하기 위해 수행된다.
(2) 기재(A)의 온도는 온도 제어 장치(22)를 사용하여 제어된다. 이렇게, 임의의 가열기, 적외선, 마이크로파 등에 의해 가열이 이루어질 수 있다. 예 1의 경우에, 전기 카트리지 가열기가 온도 제어 장치(22)에 사용된다. 온도는 38℃와 같은 졸-겔 전이 온도에 가깝게 설정될 수 있다. 이 온도는 점성, 결과적으로 셀 구조체 재료(B)의 졸-겔 전이를 제어하기 위해 선택된다.
(3) 토출기(25)를 사용하여 기재(A) 상에 셀 구조체 재료(B)를 토출한다. 거의 동시에, 오목부(23)에 빈 공간이 형성되도록, 토출된 셀 구조체 재료(B)는 스퀴징(squeezing) 또는 스핀 코팅에 의해 기재(A) 상에 확산된다. 이 코팅 단계에서, 셀 구조체 재료(B)는 1-100㎛의 막 두께를 갖는 막을 형성할 수 있다. 실시예 5의 예에서, 셀 구조체 재료(B)는 10㎛ 두께의 막을 형성한다. 토출기(25)로부터의 셀 구조체 재료(B)의 토출은 45℃의 온도에서, 그래서 낮은 점성의 졸의 상태에서 얻어진다.
(4) 셀 구조체 재료(B)에서 겔 전이가 발생하도록 기재(A)의 온도를 낮춘 후에 코팅기(21)의 주변 압력을 낮춘다.
예 5에 있어서, 온도 제어 장치(22)의 제어 온도가 20℃로 내려가고 그 후 주변 압력은 압력 제어 장치(24)를 사용하여 0.03MPa로 낮아진다. 이로써, 오목부의 공간 내의 가스는 팽창을 개시하고 공간은 도 8에 나타낸 바와 같이 확장을 일으킨다.
이것에 의해, 인접한 오목부(23) 내의 동시 팽창으로 인하여, 공간의 측방향 팽창이 제한되고 공간의 팽창이 기재(A)로부터 상방향으로만 발생한다. 따라서, 상호 독립된 가늘고 긴 버블의 형태로 셀 구조체 재료(B)에 다수의 셀(31)이 동시에 형성되고, 그렇게 형성된 버블 또는 셀(31)은 원주형 셀 어레이 구조체(30)를 형성한다.
이후, 기재(A)의 온도는 온도 제어 장치(22)에 의해 낮아지고, 그렇게 셀 어레이 구조체가 형성된 셀 구조체 재료(B)는 그 형상을 유지하면서 고형화 및 건조된다. 이에, 압력 제어 장치(24)를 사용하여 주변을 배기시킴으로써 고형화의 시간은 크게 단축된다.
(5) 다음으로, 압력 제어 장치(24)의 처리 챔버가 개방되고 그렇게 형성된 셀 어레이 구조체에 대응하는 공작물이 외부로 꺼내진다.
도 8은 팽창 프로세스로부터 10분이 경과된 후에 셀 어레이 구조체가 압력 제어 장치(24)로부터 꺼내진 상태에서 그리고 기재(A)가 제거된 상태에서, 형성된 셀 어레이 구조체를 확대 비율로 도시한다.
그렇게 얻어진 구조체가 충분히 건조되고 그 형상을 유지하는 기계적 강도를 갖는다는 것이 확인되었다. 도시된 예에서, 셀 어레이 구조체(30) 내의 각 셀(31)은 35㎛의 직경과 120㎛의 길이, 및 3㎛의 벽 두께를 갖는다.
[예 6] - 본 발명의 제 18 형태에 대응하는 실시예
다음으로, 본 발명의 제 18 형태에 대응하는 실시예를 설명한다.
본 발명의 제 18 형태는 도 10에 나타낸 구조에 대응하며, 이 구조에서 다수의 관통 구멍이 형성된 평평한 슬라브 구조(26)는 기재(A) 상의 변형 가능한 재료(B)에 접촉한다. 이에, 관통 구멍은 셀 어레이 구조체에 셀의 피치보다 더 작은 피치로 형성된다.
200㎛ 두께의 알루미늄 플레이트에서 양극 산화를 일으켜 이러한 미세한 관통 구멍을 0.1㎛ 이하의 직경으로 용이하게 형성할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 관통 구멍이 셀 어레이 구조체에 셀의 피치보다 더 작은 피치로 형성되기 때문에, 슬라브 구조(26)를 변형 가능한 재료(B)의 이면에 접촉시킴으로써 개별 셀(31)의 형상에 손상을 주지 않고서 변형 가능한 재료(B)를 팽창시키는 것이 가능해진다.
[예 7] - 본 발명의 제 12 형태에 대응하는 실시예
도 11a는 반구형 오목부(23)가 형성된 기재(A)의 표면에 변형 가능한 재료(B)가 도포되는 경우 발생할 수 있는 문제를 개략적으로 나타낸다.
보다 구체적으로, 도 11a는 오목부(23) 내의 가스가 변형 가능한 재료(B)에 용해되거나 또는 도면의 좌측 부분에 나타낸 바와 같이 변형 가능한 부재(B)를 통과함으로써 외부로 탈출하는 상황을 나타낸다. 이러한 가스 배출과 연관하여, 도 11a에서 변형 가능한 재료(B)가 일부 오목부(23) 내의 오목부에 침입하는 것을 볼 수 있다.
도 11b는 영-라플라스(Young-Laplace) 방정식을 나타낸다.
영-라플라스 방정식에 따르면, 가스 압력 Pi와 액체 압력 PL 간의 압력차 ΔP는 다음과 같이 액체에 형성된 타원형 형상의 버블로 표현되는데,
ΔP = Pi-PL = σ(1/R1+1/R2),
식에서, R1 및 R2는 각각 부축을 따라 측정된 버블의 반경 및 주축을 따라 측정된 버블의 반경을 나타낸다.
따라서, 상기 방정식은 반경 R1 및 반경 R2가 작아지는 경우 압력차 ΔP가 증가되는 것을 나타낸다. 여기서, σ는 액체의 표면 장력을 나타낸다.
따라서, 오목부(23)의 직경이 30㎛ 이하가 된 경우, 버블의 압력은 영-라플라스 방정식에 따라 증가하여, 액체에 의한 가스의 흡수를 초래한다. 한편, 가스는 변형 가능한 재료(B)를 통과함으로써 오목부(23)로부터 외부로 탈출한다. 이들 경우 중 어느 경우에도, 변형 가능한 재료가 도 11a에 나타낸 바와 같이 오목부(23)로 침투한다는 문제가 발생한다.
따라서, 예 7은 도 12a에 나타낸 바와 같이 기재(A)의 표면에 개방된 오목 부(23)의 면적을 감소시켜 이 문제를 감소시키는데, 여기서 기재(A)에 다수의 구형 공극이 형성되어 각각의 구형 공극이 공극 자체의 직경보다 훨씬 더 작은 직경을 갖는 개구에서 기재(A)의 표면에 노출된다는 것이 주목된다.
도 12a의 구조가, 기재(A)의 표면 상에 폴리스티렌 마이크로스피어(polystyrene microsphere)를 배열하는 단계와, UV 경화 수지층으로 마이크로스피어를 덮는 단계와, 아세톤과 같은 유기 용매에 의해 폴리스티렌 마이크로스피어를 제거하는 단계에 의해 용이하게 얻어진다는 것을 주목해야 한다.
도 12b는 기재(A)에 다수의 깊은 오목부(23b)가 형성되는 기재(A)의 또 다른 예를 나타낸다. 도 12b의 구조는 포토리소그래피에 의해 형성될 수 있다.
[예 8] - 제 20 형태에 대응하는 실시예
도 13a∼도 13d, 도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제 20 형태에 따른 광섬유 어레이를 제조하는 프로세스를 나타낸다.
제 20 형태에 있어서, 다른 대향 단부가 개방되는 동안, 셀이 기재(A) 측에 폐쇄 단부를 갖는 셀 어레이 구조체(30)가 형성된다.
(1) 예 5의 프로세스에서 얻어진 셀 어레이 구조체(30)는 도 13a에 나타낸 바와 같이 상하로 뒤집혀 있고, 투명한 코어 재료(41)가 이 상태로 내부의 셀에 주입된다. 도시된 예에서, 경화되지 않은 UV 경화 수지가 코어 재료(41)로서 사용된다. 보다 구체적으로, 도시된 예는 코어 재료(41)로서 1.56 굴절률의 아크릴 UV 경화 수지를 사용한다.
공극 없이 미세한 셀(31)에 코어 재료(41)를 확실하게 충분히 주입하는 것을 보장하기 위해서, 본 실시예는 도 14a에 나타낸 원심 분리기(50)를 사용하고, 코어 재료(41)는 도 14b의 단계에서 원심 분리기(50)를 작동시켜 30초의 기간 동안 3000G의 압력으로 주입된다.
따라서, 도 14a의 단계에서, 셀 어레이 구조체(30)는 원심 분리기(50)의 회전 드럼(51) 상에 탑재되고 코어 재료(41)는 셀 어레이 구조체(30) 상에 부어진다.
다음으로, 도 14b의 단계에서, 드럼(51)은 고속으로 회전되고 코어 재료(41)는 코어 재료(41)에 작용하는 원심력에 의해 셀(3) 내에 가압된다. 이것에 의해, 셀(41) 내의 임의 기포(52)가 분리되고 셀(31)은 코어 재료(41)로 완전히 충전된다.
(2) 다음으로, 도 13b의 단계에서, 코어 재료(41)를 형성하는 UV 경화 수지가 UV 광을 조사함으로써 경화된다.
(3) 다음으로, 젤라틴의 셀 어레이(30)는 셀 어레이(30)를 형성하는 젤라틴이 물에 대한 불량한 저항성과 비교적 높은 굴절률을 갖는다는 사실에 비추어, 다른 것, 바람직하기로는 차광 기능을 수행할 수 있는 불투명한 재료로 대체된다.
따라서, 도 13b의 광섬유 어레이는 도 13c의 단계에서 젤라틴으로 형성된 셀 벽을 제거하기 위해 물에 침지되고, 이로써, 젤라틴 셀 벽에 대응하여 코어(41) 사이에 갭(42)이 형성된다.
(4) 또한, 도 13c의 단계에서, 클래딩 재료(43)는 코어(41)의 경우와 마찬가지로 도 14a 및 도 14b의 원심 분리기(50)를 사용하여 형성된 갭(42) 내로 주입된다. 도시된 예에서, 1.49의 굴절률을 갖는 폴리메타크릴레이트(PMMA)가 휘발성 용 매에 용해되고 0.5wt%의 양으로 카본 블랙이 첨가된 PMMA 용액이 사용된다.
클래딩 재료(43)를 주입한 후, 클래딩 구조(44)가 도 13d에 나타낸 바와 같이 건조 후에 형성된다.
(5) 상기 프로세스에 있어서, 간단한 프로세스 및 짧은 시간 주기에서 도 13d 또는 도 15에 나타낸 미세한 광섬유 플레이트 또는 광섬유 어레이(40)를 제조하여, 35㎛의 직경을 갖고 3㎛ 두께의 클래딩 층을 갖는 광섬유(45)가 120㎛ 높이의 어레이의 형태로 배치되는 것이 가능하다.
이러한 광섬유 플레이트(40)의 광 이용의 효율이 광원과의 거리가 15㎛ 이하로 설정되는 경우에 22%에 이른다는 것을 주목해야 한다.
[예 9]
이전 실시예에서 사용된 기재 또는 "주형(mold)"이 오목부가 형성된 평평한 상면을 갖지만, 본 발명은 이러한 평평한 기재에 한정되지 않고 도 16a에 나타낸 바와 같은 원통형 기재(201)를 사용하는 것이 또한 가능하다. 도 16a∼도 16c 각각에서, 도면의 오른쪽은 원통형 기재(201) 및 그 위에 형성된 구성요소를 사시도로 나타내고 있는 반면 도면의 왼쪽은 평면 L을 따라 취해진 단면도를 나타내고 있다는 것을 주목해야 한다.
도 16a에 나타낸 바와 같이, 원통형 기재(201)에는 도 2a의 오목부(80a)에 대응하는 다수의 오목부(202)가 형성되고, 변형 가능한 재료(203)는 도 2b의 변형 가능한 재료(82)에 대응하여 기재의 원통형 표면(202) 상에 코팅된다. 이것에 의해, 오목부(202)에 대응하여 원통형 기재(201)의 표면 상에 격리된 공간이 형성된 다.
또한, 도 16c의 단계에서, 주변 압력이 감압되고 오목부(202)에 충전된 가스가 팽창하여, 현재 셀 어레이 구조체를 형성하는 변형 가능한 재료(203)에는 셀(203A)이 기재의 원통형 표면과의 수직 방향으로 정렬되도록 가늘고 긴 셀(203A)이 형성된다.
[예 10]
도 17은 본 발명의 예 10에 따른 재사용 가능 전자 종이(400)를 나타낸다.
도 17을 참조하면, 재사용 가능 전자 종이(400)는 다양한 전극 및 능동 소자를 포함하는 전극층(401B)을 상부에 갖는 기재(401A)로 형성된 후면(401)을 포함하고, 전면(402)은 접착층(403)에 의해 후면(401)에 부착된다.
전면(402)은 상부에 형성된 투명 기재(402A) 및 투명 전극층(402B)을 포함하는데, 투명 전극층(402B)은 셀(402c)을 셀 벽(402d)에 의해 격리하는 방식으로 상호 격리된 셀(402c)을 내부에 포함하는 셀 구조체(402D)에 부착된다. 셀(402c)은 전기영동(electrophoretic) 물질(402e)로 충전되고 밀봉층(402E)으로 덮이는데, 투명 전극층(402B)은 접착층(402C)에 의해서 밀봉층(402E)에 부착된다.
따라서, 후면(401)의 전극층(401B)과 전면(402)의 투명 전극층(402B)에서 전극 패턴의 양단에 전압을 인가함으로써, 셀(402c)에 충전되는 전기영동 물질(402e)에 전기영동 이동이 발생하고, 유도된 전기영동 이동에 의해 화상이 표시된다.
일례에서, 셀 구조체(402D)는 50㎛의 두께 t를 갖고, 각 셀(402c)은 150㎛의 폭 W를 가질 수 있다. 또한, 셀 벽(402d)은 8㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
도 18a∼도 18g는 도 17의 재사용 가능 전자 종이(400)의 제조 프로세스를 나타낸다.
도 18a를 참조하면, 오목부(501A)가 100㎛의 직경과 150㎛의 피치를 갖는 원통형 피트(pit)로 형성되는 점을 제외하면 도 2a의 단계와 마찬가지로 주형(501)에 지그재그식 패턴으로 오목부(501A)가 형성되는, 실리콘 고무로 된 주형(501)이 제공된다.
또한, 0.5wt%의 농도를 갖는 카본 블랙 입자와 혼합된 UV 경화 아크릴 수지가 코팅 프로세스에 의해 기재(501)에 도포되어 도 18a의 단계에서 변형 가능한 층(502)을 형성하고, 도 18b의 단계에서, 변형 가능한 층(502) 이면의 주변은 0.03MPa의 압력으로 배기되어 공간(501A)에 충전된 가스가 팽창한다.
UV 조사에 의해 변형 가능한 재료(502)를 경화시킨 후, 기재(501)가 제거되고, 도 17의 구조체의 셀 구조체(402D)는 경화된 재료(502)에 의해 얻어짐으로써 셀(402c)이 셀 벽(402d)에 의해 서로 격리된 형태로 셀 구조체(402D)에 형성된다. 형성된 셀 구조체는 50-70 ㎛의 두께 t, 150㎛의 셀 피치 Λ, 및 8㎛의 셀 벽 두께 d의 A5 사이즈(148mm×210mm)를 갖는다.
다음으로, 도 18d의 단계에서, 셀(402c)은 통상 티타늄 산화물 입자, 카본 블랙 입자 및 이소파라핀으로 형성된 전기영동 물질로 충전되고, 도 18e의 단계에서, 기포가 남지 않도록 개방된 셀(402c)을 덮기 위해 우레탄 수지의 밀봉층(402E)이 제공된다.
다음으로, 도 18f의 단계에서, 접착층(402C)이 밀봉층(402E)에 도포되고, 도 18e의 단계에서, ITO 등의 투명 전극(402B)을 상부에 갖는 투명 기재(402A)가 상하 뒤집힌 상태로 접착층(402C)에 부착된다.
또한, 도 18g의 단계에서, 도 18e의 구조체는 접착층(403)을 통하여 후면(401)에 부착되고, 도 17의 재사용 가능 전자 종이(400)가 얻어진다.
또한, 본 발명은 결코 지금까지 설명된 실시예에 국한되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 다양한 변화 및 개량이 이루어질 수 있다.
본 발명은 2005년 9월 9일 및 2005년 11월 7일자 각각 출원된 일본 우선권주장출원 제2005-262202호 및 제2005-322493호 기초하며, 이는 참조로 본 명세서에 포함된다.

Claims (20)

  1. 셀 어레이 구조체를 제조하는 방법에 있어서,
    상면에 복수의 상호 분리된 오목부가 형성되는 기재 상에, 소성변형을 일으킬 수 있는 변형 가능한 층이 상기 복수의 오목부 각각에 상호 격리된 공간을 형성하도록 상기 변형 가능한 층을 적층하는 제 1 단계와,
    상기 변형 가능한 층에 소성변형을 일으켜 상기 복수의 오목부 각각에 상기 공간을 확장시킴으로써, 상기 복수의 오목부에 대응하여 복수의 원주형 셀이 각각 형성되게 하는 제 2 단계
    를 포함하는 셀 어레이 구조체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계는 상기 기재 상에 적층된 상기 변형 가능한 층 외부의 공간의 압력을 낮추는 단계를 포함하고, 상기 변형 가능한 층의 상기 소성변형은 상기 복수의 오목부 내의 가스 압력에 의해 유도되는 것인 셀 어레이 구조체의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 셀은 상기 기재의 상기 상면에 전체적으로 수직한 방향으로 확장되는 것인 셀 어레이 구조체의 제조 방법.
  4. 미세한 복합 재료를 제조하는 방법에 있어서,
    상면에 복수의 상호 분리된 오목부가 형성되는 기재 상에, 소성변형을 일으킬 수 있는 변형 가능한 층이 상기 복수의 오목부 각각에 상호 격리된 공간을 형성하도록 상기 변형 가능한 층을 적층하는 제 1 단계,
    상기 변형 가능한 층에 소성변형을 일으켜 상기 복수의 오목부 각각에 상기 공간을 확장시킴으로써, 상기 복수의 오목부에 대응하여 복수의 원주형 셀이 각각 형성되게 하는 제 2 단계와,
    상기 각 원주형 셀에 복수의 원주형 구성요소를 형성하는 제 3 단계
    를 포함하는 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,
    상기 변형 가능한 층을 고형화하여 상기 복수의 원주형 셀이 형성된 상태로 셀 벽을 형성하는 제 1 보조 단계와,
    상기 셀 벽이 상기 기재에 부착되는 상태로 상기 원주형 구성요소의 재료를 상기 복수의 셀에 주입하는 제 2 보조 단계
    를 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,
    상기 변형 가능한 층을 고형화하여 상기 복수의 원주형 셀이 형성된 상태로 셀 벽을 형성하는 제 1 보조 단계와,
    상기 셀 벽에 제 1 재료를 부착시켜 상기 셀 벽을 덮는 상기 제 1 재료의 층을 형성하는 제 2 보조 단계와,
    상기 셀 벽이 상기 제 1 재료로 덮인 후에 상기 원주형 구성요소의 제 2 재료를 상기 셀에 주입하는 제 3 보조 단계
    를 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 재료는 상기 셀 벽에 선택적으로 부착되는 재료이며, 상기 제 3 보조 단계는 상기 제 2 재료가 상기 복수의 셀 각각의 상기 오목부에서 상기 기재와 직접 접촉하도록 수행되는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,
    상기 변형 가능한 층을 고형화하여 상기 복수의 원주형 셀이 형성된 상태로 셀 벽을 형성하는 제 1 보조 단계와,
    상기 원주형 구성요소의 재료를 제 1 재료로서 상기 셀에 주입하는 제 2 보조 단계와,
    상기 제 1 재료를 고형화하여 상기 복수의 셀 각각에 상기 원주형 구성요소를 형성하는 단계와,
    상기 원주형 구성요소에서 상기 셀 벽을 선택적으로 제거하는 단계와,
    상기 복수의 원주형 구성요소 사이에 형성된 갭에 제 2 재료를 충전하는 단계
    를 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 변형 가능한 층은 졸-겔 전이를 일으키는 재료를 포함하고, 상기 변형 가능한 층을 고형화하는 상기 제 1 보조 단계는 상기 변형 가능한 층에서 졸 상태로부터 겔 상태로의 전이를 일으키는 단계를 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 변형 가능한 층은 계면 활성제가 첨가된 젤라틴 용액을 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 재료는 불투명한 물질을 함유하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  12. 제 4 항에 있어서, 상기 변형 가능한 층은 UV 경화 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 변형 가능한 층은 불투명한 물질을 함유하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  14. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,
    상기 셀을 상기 원주형 구성요소의 재료로 충전하는 단계와,
    상기 원주형 구성요소의 상기 재료에 압력을 가하는 단계
    를 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  15. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 단계는,
    상기 셀을 상기 원주형 구성요소의 재료로 충전하는 단계와,
    상기 원주형 구성요소의 상기 재료에 원심력을 가하는 단계
    를 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  16. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 기재로부터 이격된 측에서 상기 변형 가능한 층에 슬라브(slab)를 부착하는 단계와,
    상기 슬라브 이면의 영역을 배기시키는 단계
    를 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 슬라브는 자외선 투과성 유리 슬라브를 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 슬라브는 상기 기재 상의 상기 오목부의 피치보다 더 작은 피치로 형성된 관통 구멍을 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 단계는, 상기 슬라브를 통하여 상기 영역을 환기시키는 단계를 포함하는 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
  20. 제 4 항에 있어서, 상기 기재 상의 상기 오목부는 상기 기재의 상기 상면에 개구를 형성하고, 상기 오목부 내부의 벽 양단의 폭 사이즈는 상기 개구 폭보다 더 큰 것인 미세한 복합 재료의 제조 방법.
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