KR20100056633A - 마이크로렌즈 어레이 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

Abstract

복잡한 공정 없이도 곡률반경을 정밀하게 제어할 수 있는 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 방법 및 그 제조장치에 관해 개시한다. 본 발명의 가장 큰 특징은, 균일한 직경의 관통공들을 갖는 기판을 마련하고 그 상부에 폴리머층을 도포한 후, 기판의 하부에 공기가 들어갈 수 있는 공간을 갖게 해주는 성형틀에 기판을 기밀성 있게 고정하고, 상기 기판 하부의 공기를 팽창시켜서 마이크로렌즈 어레이의 형상을 만든다는 것이다.

마이크로렌즈 어레이, 성형틀, 폴리머층, 공기 팽창, 균일도

Description

마이크로렌즈 어레이 제조방법 및 그 제조장치 {Method and apparatus of fabricating microlens arrary}

본 발명은 마이크로렌즈 어레이 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 특히, 캐버티 및 마이크로 관통공을 모두 만들어야 하는 복잡한 공정 없이도 곡률반경을 정밀하게 제어할 수 있는 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로렌즈 어레이는 감광성 폴리머 리플로우 방법, 프록시미티 프린팅 방법 (proximity printing), 마이크로젯 프린팅 방법, 계조 마스크를 이용한 리소그래피 방법 등을 이용하여 제조된다. 이 중에서, 감광성 폴리머 리플로우 방법은 공정이 간단하면서 대량 생산에 용이하기 때문에 많이 이용되고 있다. 도 1은 감광성 폴리머 리플로우 방법에 의해 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 종래의 공정을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1의 (a)를 참조하면, 실리콘 웨이퍼 등의 기판(100) 상에 감광성 폴리머층을 증착한 후 패터닝하여 폴리머 패턴(110)을 형성한다. 그 다음, 리플로우(reflow) 공정에 의해 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 폴리머 패턴을 변형시켜 마이크로 렌즈 어레이의 기초 구조(112)를 만든다. 그런데, 이러한 방법은 간단하면서 대량 생산에 용이하다는 장점을 갖지만, 사용 폴리머에 대한 제한이 있고, 형태의 조절이 어려울 뿐 아니라 외관 결함이 다량 발생한다는 문제점도 갖는다.

따라서, 이를 극복하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 캐버티(cavity)를 이용한 마이크로렌즈 어레이 제조방법이 이미 제안된 바 있다. 도 1의 (a)를 참조하면, 기판(100) 상에 캡 웨이퍼(130)가 접착층(120)에 의해 접착된다. 캡 웨이퍼(130)는, 어레이 형태의 마이크로렌즈가 형성될 위치에 공기가 들어갈 수 있는 캐버티(cavity; 122)와 마이크로 관통공(124)을 가지도록 가공된다. 이어서, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 스핀 코팅(spin coating)에 의해 포토 레지스트 등의 폴리머층(140)을 캡 웨이퍼(130) 상에 도포한다. 그 다음, 기판(100)을 가열하여 캐버티(122) 내의 공기를 팽창시켜서 마이크로 관통공(124)의 상부에 있는 폴리머층(140)이 변형되도록 함으로써, 도 2의 (c)에 도시한 바와 같이, 마이크로렌즈의 형상(142)을 완성한다. 이러한 방법은 마이크로렌즈의 형태 조절을 용이하게 하고 외관 결함의 발생을 줄이는 장점을 가지지만, 캡 웨이퍼(130)가 캐버티(122) 및 마이크로 관통공(124)을 가지도록 해야하기 때문에, 캡 웨이퍼(130)에 대해 복잡한 공정을 거쳐야 한다는 단점을 갖는다. 또한, 캐버티(122)가 균일한 부피를 가지도록 해야 마이크로렌즈의 형상(142)도 높은 균일도 및 정밀하게 제어된 곡률반경을 갖게 되는데, 캐버티(122)가 균일한 부피를 가지도록 만드는 공정이 쉽지 않다는 단점도 갖는다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 캐버티 및 마이크로 관통공을 모두 만들어야 하는 복잡한 공정 없이도 곡률반경을 정밀하게 제어할 수 있는 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 방법 및 그 제조장치를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마이크로렌즈 어레이 제조방법은:

마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치에 대응되며, 균일한 직경의 관통공을 갖는 기판을 마련하는 제1 단계와;;

상기 기판의 하부에 공기가 들어갈 수 있는 공간을 갖게 해주는 성형틀에 상기 기판을 기밀성 있게 고정하는 제2 단계와;

상기 기판의 상부에 폴리머층을 도포하는 제3 단계와;

상기 기판 하부의 공기가 상기 관통공을 통해 상기 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치의 폴리머층을 밀어올려 마이크로렌즈의 형상을 만들어 내게 하는 제4 단계;

를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마이크로렌즈 어레이 제조장치는:

마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치에 대응되는 관통공을 가지면서, 그 상부에 폴리머층이 도포된 기판을 기밀성 있게 고정하되, 상기 기판의 하부에 공기가 들어갈 수 있는 공간을 갖게 해주는 성형틀과;

상기 성형틀과 상기 기판 사이에 기밀성을 유지하기 위한 기밀 유지수단과;

상기 기판 하부의 공기가 상기 관통공을 통해 상기 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치의 폴리머층을 밀어올려 마이크로렌즈의 형상을 만들어 내게 하는 부피 팽창수단;

을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 열 또는 압력을 부피 팽창의 매개체로 사용하여 자유로운 마이크로렌즈 형태나 곡률을 만들 수 있어서 깨끗한 렌즈 표면을 구현할 수 있을 뿐 아니라, 캐버티 및 마이크로 관통공을 모두 만들어야 하는 복잡한 공정을 거치지 않아도 되므로 간단하게 마이크로렌즈 어레이를 만들 수 있다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 제조방법 및 그 제조장치를 설명하기 위한 공정 단면도이다. 도 3의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 제조장치는, 기판(200)의 하부에 공기가 들어갈 수 있는 공간(222)을 갖게 해주는 성형틀(300)을 포함한다. 성형틀(300)은 하부 성형틀(300a)과 상부 성형틀(300b)의 두 부분으로 이루어져 있으며, 하부 성형틀(300a)과 상부 성형틀(300b)은 볼트에 의해 체결되어 있다. 하부 성형틀(300a)과 상부 성형틀(300b) 사이의 체결은 볼트 이외에도 어떤 수단을 사용하여 이루어져도 무방하지만, 하부 오링(O-ring; 210a) 및 상부 오링(210b)과 더불어 기판(200)을 기밀성 있게 고정하면 된다. 이러한 기밀성을 유지하기 위해 본 실시예에서는 오링을 사용하였지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 기판(200)은 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치에 대응되는 관통공(224)을 가지고 있으며, 그 상부에 폴리머층(240)이 도포된다. 이러한 관통공(224)은 기판(200)에서 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치마다 개방된 마스크 패턴으로 기판(200)을 건식 또는 습식 식각함으로써 만들어질 수 있는데, 본 실시예와 같이 기판(200)에 관통공(224)만을 형성하는 경우에는 공정이 단순하지만, 종래기술과 같이 캐버티 및 마이크로 관통공을 모두 만들기 위해서는 복잡한 공정을 거쳐야 한다. 또한, 종래기술에서 캐버티를 만들 경우, 그 크기의 조절이 어려워서 균일도가 떨어지는 크기의 캐버티가 형성되고, 이에 기인하여 만들어지는 마이크로렌즈의 형상에 대한 균일도도 떨어지는 문제가 있었으나, 본 발명의 경우에는 기판에 균일한 직경의 관통공들만을 형성하면 되기 때문에 만 들어지는 마이크로렌즈의 형상에 대한 균일도가 떨어지는 문제를 방지할 수 있다. 기판(200)과 하부 성형틀(300a) 사이에는 약간의 공간(222)을 두어서 공기가 채워질 수 있도록 하였다. 한편, 하부 성형틀(300a) 내부에 히터(320)를 삽입하여 공간(222) 내의 공기가 열팽창할 수 있게 하거나, 하부 성형틀(300a)에 압축공기 분사기(310)를 연결하여 공간(222) 내의 공기가 압력을 가할 수 있도록 하였다. 히터(320)와 압축공기 분사기(310)는 본 발명의 장치에서 동시에 구비하여야 하는 것은 아니며, 선택적으로 하나만 구비하여도 무방하다. 도 3의 (a)와 같은 구성에서, 히터(320) 또는 압축공기 분사기(310)를 통해 공간(222) 내의 공기가 압력을 가할 수 있도록 해주면, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판(200) 하부의 공기가 관통공(224)을 통해 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치의 폴리머층을 밀어올려 마이크로렌즈의 형상(242)을 만들 수 있게 된다. 이와 같은 방법 및 장치를 이용하면, 종래기술에 비해 간단한 공정으로 곡률반경을 정밀하게 제어할 수 있는 마이크로렌즈 어레이를 만들 수 있다.

도 1은 감광성 폴리머 리플로우 방법에 의해 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 종래의 공정을 설명하기 위한 단면도;

도 2는 캐버티(cavity)를 이용한 종래의 마이크로렌즈 어레이 제조방법을 설명하기 위한 단면도; 및

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 제조방법 및 그 제조장치를 설명하기 위한 공정 단면도이다.

* 도면 중의 주요 부분에 대한 참조부호의 설명 *

100, 200: 기판

110: 폴리머 패턴

120: 접착층

122: 캐버티(cavity)

124, 224: 관통공

140, 240: 폴리머층

142: 마이크로렌즈의 형상

210a, 210b: 오링

300: 성형틀

310: 압축공기 분사기

320: 히터

Claims (9)

1. 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치에 대응되며, 균일한 직경의 관통공을 갖는 기판을 마련하는 제1 단계와;

   상기 기판의 하부에 공기가 들어갈 수 있는 공간을 갖게 해주는 성형틀에 상기 기판을 기밀성 있게 고정하는 제2 단계와;

   상기 기판의 상부에 폴리머층을 도포하는 제3 단계와;

   상기 기판 하부의 공기가 상기 관통공을 통해 상기 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치의 폴리머층을 밀어올려 마이크로렌즈의 형상을 만들어 내게 하는 제4 단계;

   를 구비하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제4 단계가, 상기 기판 하부의 공기에 압축 공기를 불어넣음으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제4 단계가, 상기 기판 하부의 공기를 가열함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 단계가, 상기 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치마다 개방된 마스크 패턴으로 상기 기판을 건식 식각함으로써 실행되는 것을 특징 으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 단계가, 상기 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치마다 개방된 마스크 패턴으로 상기 기판을 습식 식각함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조방법.
6. 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치에 대응되는 관통공을 가지면서, 그 상부에 폴리머층이 도포된 기판을 기밀성 있게 고정하되, 상기 기판의 하부에 공기가 들어갈 수 있는 공간을 갖게 해주는 성형틀과;

   상기 성형틀과 상기 기판 사이에 기밀성을 유지하기 위한 기밀 유지수단과;

   상기 기판 하부의 공기가 상기 관통공을 통해 상기 마이크로렌즈 어레이가 형성될 위치의 폴리머층을 밀어올려 마이크로렌즈의 형상을 만들어 내게 하는 부피 팽창수단;

   을 구비하는 마이크로렌즈 어레이 제조장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 기밀 유지수단이 오링인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 부피 팽창수단이 상기 기판 하부의 공기를 가열하는 히터인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 부피 팽창수단이 상기 기판 하부의 공기에 압축공기를 불어넣는 압축공기 분사기인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이 제조장치.

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