KR20130071837A - High numerical aperture lens for using fluoro-polymer thin film coating and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고개구수 렌즈 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 렌즈 제작 시 플루오르고분자 박막을 코팅하여 소수성 막을 형성시킴으로써 렌즈의 개구수(Numerical Aperture)를 증가시킬 수 있는 플루오르고분자 박막 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a high-aperture lens and a method of manufacturing the same, and more particularly, by using a fluoropolymer thin film coating that can increase the numerical aperture of the lens by forming a hydrophobic film by coating a fluoropolymer thin film when manufacturing the lens. The present invention relates to a high aperture lens and a method of manufacturing the same.
일반적으로 미세 렌즈(마이크로 렌즈)는 광섬유, 평면 광도파로(Planar Lightwave Circuit; PLC), 레이저 다이오드(LD) 및 포토 다이오드(PD) 등의 광소자들 사이의 접속을 포함한 기타 광통신, 의료기기 및 광센서, 광전자기기 분야 등에서 광학 소자로서 다양하게 사용되고 있다.
In general, micro lenses (microlenses) are commonly used in optical communications, medical devices, and optical devices, including connections between optical devices such as optical fibers, planar lightwave circuits (PLC), laser diodes (LD) Sensors, optoelectronic devices, and the like.
또한, 미세 렌즈의 수광 및 발광 특성을 이용하여 이미지 센서의 수광 효율 증가 또는 디스플레이의 발광 효율을 증가시키는 것이 가능하다.
It is also possible to increase the light receiving efficiency of the image sensor or increase the light emitting efficiency of the display by using the light receiving and light emitting characteristics of the fine lens.
최근에는, 미세 렌즈를 제작하는 방법에 있어서, 고분자 재료의 열가소성 특성에 기반한 열적 리플로우 방법을 이용하여 미세 렌즈를 제작하고 있다. 이러한 열적 리플로우 방법은, 렌즈의 형상제어가 용이하고 대량생산과 정밀가공의 측면에서 효율성을 가지며, 또한 미세 렌즈의 집적화가 용이하고 렌즈의 제작 공정 단계를 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
Recently, in a method of manufacturing a fine lens, a fine lens is manufactured using a thermal reflow method based on the thermoplastic properties of a polymer material. Such a thermal reflow method is advantageous in that it is easy to control the shape of the lens, has efficiency in terms of mass production and precision processing, facilitates the integration of fine lenses, and shortens the manufacturing process steps of the lens.
이러한 미세 렌즈의 제작과 관련하여, 공개특허공보 제206-0017172호는, 자기 정렬 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판상에 칼라필터용 레지스트를 형성하고, 형성된 칼라필터용 레지스트를 리플로우시켜 마이크로 렌즈를 형성하는 방법이 개시되고 있다.
In connection with the fabrication of such a fine lens, Korean Patent Laid-Open Publication No. 206-0017172 relates to a self-aligning image sensor and a method of manufacturing the same, and includes forming a color filter resist on a substrate and reflowing the formed color filter resist. To form a microlens is disclosed.
또한, 공개특허공보 제205-0005357호는, 마이크로렌즈 제작방법 및 이를 이용한 광모듈 제작방법에 관한 것으로, 기판 위에 박막을 형성하고, 박막 위에 포토레지스트 패턴을 형성한 후 식각 공정을 통해 박막 구조물을 형성하며, 이 박막 구조물을 열처리하여 리플로우에 의해 마이크로 렌즈를 형성하는 방법이 개시되고 있다.
In addition, Korean Patent Publication No. 205-0005357 relates to a method for fabricating a microlens and an optical module using the same. A thin film is formed on a substrate, and a photoresist pattern is formed on the thin film. A method of forming a microlens by reflowing by heat-treating the thin film structure is disclosed.
그러나, 종래의 기술에 있어서, 기판에 형성된 레지스트 또는 박막 구조물을 리플로우시키는 경우, 기판의 젖음 특성(wetting condition)에 의해 형성된 미세 렌즈의 곡선의 끝점과 기판 표면의 접촉각이 작아지고, 이로 인하여 양호한 고개구수 렌즈의 특성을 얻는 데에는 한계가 있다.
However, in the related art, when reflowing a resist or a thin film structure formed on a substrate, the contact angle between the end point of the curve of the microlens formed by the wetting condition of the substrate and the surface of the substrate becomes small, which is good. There is a limit to obtaining the characteristics of a high aperture lens.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 원통 실린더 형상의 포토레지스트 패턴이 형성된 기판에 플루오르 고분자를 코팅 처리하여 소수성을 부여하고, 열적 리플로우를 이용하여 미세 렌즈를 형성함으로써, 제작 방법이 간단하고 대면적의 양호한 고개구수 렌즈를 제작할 수 있는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 및 이의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the above problems, by coating a fluorine polymer on a substrate formed with a cylindrical cylindrical photoresist pattern to impart hydrophobicity, by forming a fine lens using thermal reflow, An object of the present invention is to provide a high-aperture lens using a fluoropolymer coating and a method for manufacturing the same, which are simple in manufacturing method and capable of producing a good high-aperture lens having a large area.
또한, 본 발명은 기판에 형성된 미세 렌즈의 곡선의 끝점과 기판 표면의 접촉각을 크게함으로써 고 해상도의 특성을 가지는 고개구수 렌즈를 제작할 수 있는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 및 이의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
In addition, the present invention provides a high-aperture lens using a fluoropolymer coating and a method for manufacturing the same, which can produce a high-resolution lens having a high resolution characteristics by increasing the contact angle between the curved end of the fine lens formed on the substrate and the surface of the substrate. The purpose.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플루오르고분자(fluoropolymer) 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은 기판에 적어도 하나의 원통의 실린더 형상 패턴을 형성하는 단계; 상기 원통의 실린더 형상 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 플루오르 고분자 박막을 코팅하는 단계; 및 상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴에 대해 열처리 공정을 수행하여 미세 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a high numerical aperture lens using a fluoropolymer coating according to the present invention comprises the steps of forming at least one cylindrical cylindrical pattern on the substrate; Coating a fluoropolymer thin film on an upper portion of the cylindrical pattern of the cylinder and a surface of the substrate; And forming a fine lens by performing a heat treatment process on the pattern coated with the fluoropolymer thin film.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은, 상기 실린더 형상 패턴의 수평방향의 단면이 원, 사각형, 육각형 중 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
The high-molecular-number lens manufacturing method using the fluoropolymer coating according to the present invention is characterized in that the cross section in the horizontal direction of the cylindrical pattern has one of a circle, a square, and a hexagon.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은, 상기 플루오르 고분자 박막이, C3F8, C4F8, CHF3, 비닐플루오르화물(Vinyl fluoride), 불화비닐리덴(Vinylidene fluoride), 테트라플루오로에틸렌(Tetrafluoroethylene), 퍼플루오르프로필비닐에테르(Perfluoropropylvinylether), 퍼플루오르메틸비닐에테르(Perfluoromethylvinylether), 클로로트리플루오로에틸렌(Chlorotrifluoroethylene)의 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
According to the present invention, a method for manufacturing a high-aperture lens using a fluoropolymer coating may include the fluorine polymer thin film, C3F8, C4F8, CHF3, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, and tetrafluoroethylene. Perfluoropropylvinylether (Perfluoropropylvinylether), perfluoromethylvinylether (Perfluoromethylvinylether), chlorotrifluoroethylene (Chlorotrifluoroethylene) is characterized in that any one selected from the group consisting of.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은, 상기 플루오르고분자 박막을 코팅하는 단계에서, 상기 패턴 상부 및 기판 표면에 코팅되는 플루오르고분자는 진공 또는 대기 중에서 코팅되는 것을 특징으로 한다.
According to the present invention, a method for manufacturing a high-aperture lens using a fluoropolymer coating is characterized in that in the step of coating the fluoropolymer thin film, the fluoropolymer coated on the pattern top and the substrate surface is coated in a vacuum or air.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은, 상기 열처리 공정을 수행하는 단계에서, 상기 패턴은 진공 또는 대기 중에서 열처리 공정이 수행되는 것을 특징으로 한다.
In the method of manufacturing a high-aperture lens using a fluoropolymer coating according to the present invention, in the step of performing the heat treatment process, the pattern is characterized in that the heat treatment process is performed in vacuum or air.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은, 상기 패턴에 대한 상기 열처리 공정이 전도 또는 대류를 이용하는 것을 특징으로 한다.
The method for producing a high-aperture lens using a fluoropolymer coating according to the present invention is characterized in that the heat treatment process for the pattern uses conduction or convection.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은, 상기 열처리 공정을 수행하여 형성되는 상기 미세 렌즈가 구면 또는 비구면 형태인 것을 특징으로 한다.
The method for producing a high-numbered lens using a fluoropolymer coating according to the present invention is characterized in that the microlenses formed by performing the heat treatment process have a spherical or aspherical shape.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은, 상기 원통의 실린더 형상 패턴이 포토레지스트 또는 폴리머(polymer)로 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
According to the present invention, a method for manufacturing a high-aperture lens using a fluoropolymer coating is characterized in that the cylindrical cylindrical pattern is made of any one of a photoresist or a polymer.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은, 상기 미세 렌즈의 높이에 대한 직경의 비가 적어도 0.4인 것을 특징으로 한다.
The high-numbered lens manufacturing method using the fluoropolymer coating according to the present invention is characterized in that the ratio of the diameter to the height of the fine lens is at least 0.4.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법은, 상기 미세 렌즈의 개구수는 적어도 0.25인 것을 특징으로 한다.
In the method of manufacturing a high-aperture lens using a fluoropolymer coating according to the present invention, the numerical aperture of the microlens is at least 0.25.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈는, 유리, 포토 레지스트(photo resist), 폴리머(polymer), 실리콘(silicon) 또는 - 반도체 재질의 기판; 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 미세 렌즈; 및 상기 미세 렌즈의 표면 및 상기 기판의 표면에 코팅된 플루오르고분자 박막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
A high-aperture lens using a fluoropolymer coating according to the present invention includes a substrate made of glass, photo resist, polymer, silicon or a semiconductor material; At least one microscopic lens formed on the substrate; And a fluoropolymer thin film coated on a surface of the micro lens and a surface of the substrate.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈는, 상기 미세 렌즈가 상기 기판 상에 원통의 실린더 형상 패턴을 형성한 후 열처리 공정을 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
The high-aperture lens using the fluoropolymer coating according to the present invention is characterized in that the microlenses are formed through a heat treatment process after forming a cylindrical cylindrical pattern on the substrate.
본 발명의 플루오르고분자(fluoropolymer) 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 및 이의 제조방법에 따르면, 원통 실린더 형상의 포토레지스트 패턴이 형성된 기판에 플루오르 고분자를 코팅 처리하여 소수성을 부여함으로써, 열적 리플로우를 이용한 미세 렌즈의 형성시 간단한 제작 방법으로 대면적의 양호한 고개구수 렌즈를 제작할 수 있는 이점이 있다.
According to the high-numbered lens using the fluoropolymer coating of the present invention and a manufacturing method thereof, by applying a fluoropolymer to the substrate formed with a cylindrical cylindrical photoresist pattern to impart hydrophobicity, a fine lens using thermal reflow There is an advantage that can be produced a good high-numbered lens of a large area by a simple manufacturing method at the time of formation.
또한, 본 발명에 따르면, 기판에 형성된 미세 렌즈의 곡선의 끝점과 기판 표면의 접촉각을 크게함으로써 고 해상도의 특성을 가지는 고개구수 렌즈를 제작할 수 있는 이점이 있다.
In addition, according to the present invention, by increasing the contact angle between the end point of the curve of the fine lens formed on the substrate and the surface of the substrate, there is an advantage that a high-aperture lens having high resolution characteristics can be manufactured.
또한, 본 발명의 플루오르고분자(fluoropolymer) 코팅을 이용한 고개구수 렌즈에 따르면, 프로젝션 리소그래피, 이미징 렌즈 또는 이미지 센서용 렌즈 등에 다양하게 적용될 수 있는 이점이 있다.
In addition, according to the high aperture lens using the fluoropolymer coating of the present invention, there is an advantage that can be applied to a variety of projection lithography, imaging lens or lens for the image sensor.
도 1a 및 도 1b는 열적 리플로우를 이용한 미세 렌즈의 제작을 나타내는 예시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b의 열적 리플로우 처리에 의한 대면적 미세 렌즈 어레이를 나타내는 현미경 사진의 예시도이다.
도 3a 및 도 3b는 열적 리플로우를 이용한 미세 렌즈의 광 특성 제어를 나타내는 예시도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 플루오르고분자 박막 코팅에 따른 기판의 소수성 특성을 나타내기 위한 현미경 사진의 예시도이다.
도 5는 도 4의 (a) 및 (b)의 플루오르고분자 박막 코팅에 따른 기판의 소수성 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르고분자 박막 코팅을 이용한 고개구수 렌즈의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르고분자 박막 코팅을 이용한 고개구수 렌즈의 제작을 나타내는 예시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르고분자 박막 코팅을 이용한 고개구수 렌즈를 나타내는 예시도이다.FIGS. 1A and 1B are views illustrating the fabrication of a fine lens using thermal reflow.
Figs. 2A and 2B are exemplary views of a micrograph showing a large-area micro-lens array by the thermal reflow process of Figs. 1A and 1B.
3A and 3B are exemplary views illustrating optical property control of a microlens using thermal reflow.
4 (a) and 4 (b) are exemplary views of micrographs for showing hydrophobic properties of a substrate according to fluoropolymer thin film coating.
FIG. 5 is a graph showing hydrophobic characteristics of the substrate according to the fluoropolymer thin film coatings of FIGS. 4A and 4B.
6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a high-aperture lens using a fluoropolymer thin film coating according to an embodiment of the present invention.
7A to 7C are exemplary views illustrating fabrication of a high-aperture lens using a fluoropolymer thin film coating according to an embodiment of the present invention.
8A and 8B are exemplary views showing a high-aperture lens using a fluoropolymer thin film coating according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to a particular disclosed form, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
도 1a 및 도 1b는 열적 리플로우를 이용한 미세 렌즈의 제작을 나타내는 예시도이고, 도 2는 도 1a 및 도 1b의 열적 리플로우에 의한 대면적 미세 렌즈 어레이를 나타내는 예시도이며, 도 3a 및 도 3b는 열적 리플로우를 이용한 미세 렌즈의 광 특성 제어를 나타내는 예시도이다.
1A and 1B are exemplary views illustrating the fabrication of a microlens using thermal reflow, and FIG. 2 is an exemplary view showing a large area microlens array by the thermal reflow of FIGS. 1A and 1B, and FIGS. 3A and 1B. 3b is an exemplary diagram showing optical property control of the fine lens using thermal reflow.
도 1a 및 도 2a에 나타낸 바와 같이, 기판(100)에 원통의 실린더 형상 패턴(200)을 형성한다. 이때, 기판(100)은 유리, 포토 레지스트(photo resist), 폴리머(polymer), 실리콘(silicon) 또는 Ⅲ-Ⅴ 반도체 재질 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 원통의 실린더 형상 패턴(200)은 포토레지스트 또는 고분자(polymer) 패턴으로 단면은 원, 사각형, 육각형 등 다양한 형상을 가지며, 일반적으로 반도체 식각 또는 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다.
As shown in FIGS. 1A and 2A, a cylindrical
상기와 같이 패턴(200)이 형성된 기판(100)에 대해 고온의 리플로우, 즉 열처리(400)를 수행하면, 특히, 포토레지스트 또는 고분자의 유리 전이 온도(Glass Transition Temperature, Tg) 이상의 온도로 가열하면, 도 1b 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 고분자의 표면적이 줄어드는 과정이 발생하면서 구면 형상의 미세 렌즈(300)가 형성된다.
When the high temperature reflow, that is, the
고온의 열처리 과정에서, 패턴에 포함된 용제(solvent)가 기화된 만큼 질량은 줄어들지만 그 변화량은 극히 미소하여 원통의 실린더 형상 패턴(200)은 도 3a에 나타낸 바와 같이, 원통의 실린더 형상 패턴(200)과 구형의 미세 렌즈(300)의 부피는 거의 동일하다. 따라서, 원통의 실린더 형상 패턴(200)의 직경(DC)은 미세 렌즈(300)의 직경(DL)과 동일하고, 렌즈(300)의 최종 높이(tL)는 원통의 실린더 형상 패턴(200)의 높이(tC)보다 1.1 1.7 배의 크기를 갖는다.
In the high temperature heat treatment process, the mass decreases as the solvent contained in the pattern is vaporized, but the amount of change is extremely small, so that the cylindrical
또한, 열처리 공정을 통해 형성된 미세 렌즈(300)에 대한 광 특성은, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 곡률 반경(radius of curvature)(R)은 다음의 식 1을 통해 구한다.
In addition, the optical characteristics of the
[식 1][Formula 1]
여기에서, K는 비구면 상수(aspherical constant)로서 미세 렌즈(300)가 구면인 경우 0의 값을 갖고, 비구면인 경우 elliptic은 (1 < K < 0 또는 K > 0), parabolic은 (K = 1), hyperbolic은 (K < 1)의 값을 가질 수 있다. 또한, hL은 렌즈의 두께, r은 렌즈의 반경을 나타낸다.
Here, K is an aspherical constant (aspherical constant) has a value of 0 when the
상기 식 1을 통해 초점 거리(focal length)(f)는 다음 식 2를 통해 구할 수 있다.Focal length f through Equation 1 can be obtained through
[식 2][Formula 2]
여기에서, n은 굴절률(refractive index), λ는 파장(wavelength)을 나타낸다.
Here, n represents a refractive index and? Represents a wavelength.
다음의 식 3을 통하여 렌즈의 개구수(numerical aperture, NA)를 구할 수 있다.The numerical aperture (NA) of the lens can be obtained from
[식 3][Equation 3]
여기에서, F는 렌즈의 F-수(F-number)를 의미하며, 식과 같이 렌즈의 유효직경을 렌즈의 유효초점거리로 나눈 값이며, F-수가 작으면, 상이 밝아지며 이론적인 공간분해능이 좋아진다.
Here, F means the F-number of the lens, and is the value obtained by dividing the effective diameter of the lens by the effective focal length of the lens as shown in the equation. If F-number is small, the image becomes brighter and the theoretical spatial resolution It gets better.
상기 식을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 패턴의 두께, 즉 렌즈의 두께(hL)가 커지면, 곡률 반경(R)이 작아지고 초점 거리(f)가 작아짐으로써 렌즈의 개구수(NA)가 증가한다. 따라서, 미세 렌즈(300)의 해상도를 증가시킬 수 있다.
As can be seen from the above equation, when the thickness of the pattern, that is, the thickness h L of the lens is increased, the radius of curvature R becomes smaller and the focal length f becomes smaller, do. Therefore, the resolution of the
도 4의 (a) 및 (b)는 플루오르고분자 박막 코팅에 따른 기판의 소수성 특성을 나타내기 위한 현미경 사진의 예시도이고, 도 5는 도 4의 (a) 및 (b)의 플루오르고분자 박막 코팅에 따른 기판의 소수성 특성을 나타내는 그래프이다.
Figure 4 (a) and (b) is an illustration of a micrograph to show the hydrophobic characteristics of the substrate according to the fluoropolymer thin film coating, Figure 5 is a fluoropolymer thin film coating of Figures 4 (a) and (b) Is a graph showing the hydrophobicity of the substrate.
일반적으로, 접촉각(contact angle)(θ)은 고체의 젖음 특성을 나타내는 척도로서 기판에 고착된 물방울을 통해 측정할 수 있다. 이러한 접촉각은 액체-고체-기체의 접합점에서 물방울 곡선의 끝점과 고체 표면의 접촉점으로부터 측정할 수 있다. 또한, 기판 표면의 성질이 소수성인지 친수성인지에 따라 기판에 고착된 물방울의 모양이 달라진다.
Generally, the contact angle ([theta]) is a measure of the wetting property of a solid, and can be measured through water droplets adhering to the substrate. This contact angle can be measured from the point of contact between the end point of the water droplet curve and the solid surface at the junction of the liquid-solid-gas. Also, depending on whether the surface of the substrate is hydrophobic or hydrophilic, the shape of water droplets adhering to the substrate is changed.
도 4a에 나타낸 바와 같이, 일반 실리콘 기판 위에서 물방울은 퍼지는 모양을 나타내고 있다. 반면에, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 플루오르고분자 박막이 코팅된 실리콘 기판에서는 소수성의 특성을 가지므로 물방울 모양이 둥글게 나타나고 도 4a의 물방울에 비하여 접촉각(θ)도 커지는 것을 알 수 있다.
As shown in FIG. 4A, the water droplets spread on the general silicon substrate. On the other hand, as shown in Figure 4b, the silicon substrate coated with a fluoropolymer thin film has a hydrophobic characteristic, so that the water droplets appear round and the contact angle θ is also larger than the droplet of Figure 4a.
도 5는 플루오르고분자, 예를 들어 C4F8 박막이 코팅된 실리콘 기판과 유리 기판의 소수성 특성, 즉 접촉각을 나타내는 그래프이다. 도 5의 그래프에서 세로축은 접촉각, 가로축은 플루오르고분자 박막의 처리 횟수를 나타낸다.
FIG. 5 is a graph showing hydrophobicity, ie, contact angle, of a silicon substrate coated with a fluoropolymer, for example, a C4F8 thin film and a glass substrate. In the graph of FIG. 5, the vertical axis represents the contact angle and the horizontal axis represents the number of treatments of the fluoropolymer thin film.
도 5의 그래프에서 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판과 유리 기판에 동일하게 플루오르고분자 박막을 코팅함으로써, 접촉각(θ)은 100 ∼ 120도 사이의 값을 가지며, 특히, 기판에 무관하게 거의 동일한 접촉각을 갖는 것을 알 수 있다.
As shown in the graph of FIG. 5, by coating the fluoropolymer thin film on the silicon substrate and the glass substrate in the same manner, the contact angle θ has a value between 100 and 120 degrees, and in particular, has almost the same contact angle regardless of the substrate. It can be seen that.
본 발명에 따른 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 및 그 제조방법에 대한 상세한 설명은, 도 6 내지 도 8b를 참조하고, 후술하는 실시예에서 자세히 설명될 것이다.
Detailed description of the high-aperture lens and the manufacturing method using a fluoropolymer coating according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[실시예][Example]
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플루오르고분자 박막 코팅을 이용한 고개구수 렌즈의 제조방법을 나타내는 흐름도이고, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르고분자 박막 코팅을 이용한 고개구수 렌즈의 제작을 나타내는 예시도이다.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a high-aperture lens using a fluoropolymer thin film coating according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 7A to 7C are views of a high-aperture lens using a fluoropolymer thin film coating according to an embodiment of the present invention. It is an exemplary figure which shows production.
도시한 바와 같이, 기판(10), 예를 들어, 유리, 포토 레지스트(photo resist), 폴리머(polymer), 실리콘(silicon) 또는 Ⅲ-Ⅴ 반도체 재질 등으로 이루어진 기판(10)에 다수개의 패턴(20), 예를 들어 원통의 실린더 형상 패턴을 형성한다(S10).
As shown, a plurality of patterns (e.g., a plurality of patterns on the
이때, 형성되는 패턴(20)은, 예를 들어 포토레지스트 또는 폴리머(polymer)로 이루어지고, 일반적인 반도체 식각 또는 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다. 또한, 기판(10)에 형성되는 원통의 실린더 형상 패턴은 수평방향의 단면이 원, 사각형, 육각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
At this time, the
이후, 패턴(20)의 상부면과 기판(10)의 표면에 플루오르고분자(fluoropolymer) 박막(40)을 코팅한다(S20).
Then, a fluoropolymer
플루오르고분자 박막(40)은, C3F8, C4F8, CHF3, 비닐플루오르화물(Vinyl fluoride, VF1), 불화비닐리덴(Vinylidene fluoride, VDF 또는 VF2), 테트라플루오로에틸렌(Tetrafluoroethylene, TFE), 퍼플루오르프로필비닐에테르(Perfluoropropylvinylether, PPVE), 퍼플루오르메틸비닐에테르(Perfluoromethylvinylether, PMVE), 클로로트리플루오로에틸렌(Chlorotrifluoroethylene, CTFE) 등 다양한 전구 물질을 이용하여 구성될 수 있다.
The fluoropolymer
다음에, 플루오르 고분자 박막(40)이 코팅된 패턴(20)에 대해 열적 리플로우 처리로서, 열처리 공정을 수행(S30)함으로써, 플루오르 고분자 박막(40)이 코팅된 미세 렌즈(30)가 형성된다(S40). 이때, 수행되는 열 처리는 유리 전이 온도(Glass Transition Temperature, Tg) 이상의 온도로 패턴을 가열할 수 있다.
Next, a micro-lens 30 coated with the fluoropolymer
열가소성 특성을 갖는 패턴의 유리 전이 온도 및 열전도율(thermal conductivity)은 특성에 따라 열처리 온도 및 시간이 상이할 수 있는 것으로, 열처리 온도는 +100℃로부터 300℃ 사이, 열처리 시간은 1분에서 6시간 사이가 바람직하며, 특히, 본 실시예에서는 열처리 온도를 180℃, 열처리 시간을 30분으로 수행하였다.
The glass transition temperature and thermal conductivity of the pattern having thermoplastic properties may be different from the heat treatment temperature and time depending on the characteristics, the heat treatment temperature is from +100 ℃ to 300 ℃, the heat treatment time is from 1 minute to 6 hours In this embodiment, the heat treatment temperature is preferably 180 ° C. and the heat treatment time is 30 minutes.
또한, 형성되는 미세 렌즈(30)의 높이(두께)에 대한 직경의 비는 0.4 이상인 것이 바람직하고, 또한, 미세 렌즈(30)는 개구수(NA)는 0.25 이상인 것이 바람직하다.
Moreover, it is preferable that ratio of the diameter with respect to the height (thickness) of the formed
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 플루오르 고분자 박막(40)이 코팅된 패턴(20)의 단면도와 주사 전자 현미경(Scanning Elctron Microscope, SEM)의 이미지를 나타내고, 도 8b는 플루오르고분자 박막 코팅을 이용한 미세 렌즈(30)의 단면도와 이 미세 렌즈(30)의 주사 전자 현미경(SEM)의 이미지를 나타낸다.8A is a cross-sectional view of a
도 8a에서의 각 패턴(20)의 두께는 9.18㎛로 측정되었고, 도 8b에 나타낸 미세 렌즈(30)의 두께는 11.08㎛로 측정되었다.
The thickness of each
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 원통 실린더 형상의 포토레지스트 패턴이 형성된 기판에 플루오르고분자를 코팅 처리하여 소수성을 부여함으로써, 열적 리플로우를 이용한 미세 렌즈의 형성시 간단한 제작 방법으로 대면적의 양호한 고개구수 렌즈를 제작할 수 있다.
As described above, according to the embodiment of the present invention, by applying a fluoropolymer to the substrate on which the cylindrical cylindrical photoresist pattern is formed to impart hydrophobicity, a simple manufacturing method in forming a microlens using thermal reflow can be used. It is possible to produce a good high-number lens of the area.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. I will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
10 : 기판 20 : 패턴
30 : 미세 렌즈 40 : 플루오르고분자 박막10: substrate 20: pattern
30: fine lens 40: fluoropolymer thin film
Claims (17)
상기 원통의 실린더 형상 패턴의 상부 및 상기 기판의 표면에 플루오르고분자(fluoropolymer) 박막을 코팅하는 단계; 및
상기 플루오르 고분자 박막이 코팅된 상기 패턴에 대해 열처리 공정을 수행하여 미세 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
Forming at least one cylindrical cylindrical pattern on a substrate made of glass, photo resist, polymer, silicon, or III-V semiconductor material;
Coating a fluoropolymer thin film on the top of the cylindrical pattern of the cylinder and the surface of the substrate; And
Forming a microlens by performing a heat treatment process on the pattern coated with the fluoropolymer thin film; and manufacturing a high-numbered lens using a fluoropolymer coating.
상기 실린더 형상 패턴의 수평방향의 단면은 원, 사각형, 육각형 중 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
The method of claim 1,
The horizontal cross section of the cylindrical pattern has a high-numbered lens manufacturing method using a fluoropolymer coating, characterized in that it has a shape of one of a circle, a square, a hexagon.
상기 플루오르 고분자 박막은,
C3F8, C4F8, CHF3, 비닐플루오르화물(Vinyl fluoride), 불화비닐리덴(Vinylidene fluoride), 테트라플루오로에틸렌(Tetrafluoroethylene), 퍼플루오르프로필비닐에테르(Perfluoropropylvinylether), 퍼플루오르메틸비닐에테르(Perfluoromethylvinylether), 클로로트리플루오로에틸렌(Chlorotrifluoroethylene)의 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
The method of claim 1,
In the fluoropolymer thin film,
C3F8, C4F8, CHF3, Vinyl fluoride, Vinylidene fluoride, Tetrafluoroethylene, Perfluoropropylvinylether, Perfluoromethylvinylether, Chlorotrifluoro Method for producing a high-numbered lens using a fluoropolymer coating, characterized in that it is made of any one selected from the group of chloroethylene (Chlorotrifluoroethylene).
상기 플루오르고분자 박막을 코팅하는 단계에서,
상기 패턴 상부 및 기판 표면에 코팅되는 플루오르고분자는 진공 또는 대기 중에서 코팅되는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of coating the fluoropolymer thin film,
Fluoropolymer coated on the pattern and the substrate surface is a high-numbered lens manufacturing method using a fluoropolymer coating, characterized in that the coating in vacuum or air.
상기 열처리 공정을 수행하는 단계에서,
상기 패턴은 진공 또는 대기 중에서 열처리 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of performing the heat treatment process,
The pattern is a high-numbered lens manufacturing method using a fluoropolymer coating, characterized in that the heat treatment process is performed in a vacuum or air.
상기 패턴에 대한 상기 열처리 공정은 전도 또는 대류를 이용하는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
The method of claim 5, wherein
The heat treatment process for the pattern is a high-numbered lens manufacturing method using a fluoropolymer coating, characterized in that using the conductive or convection.
상기 열처리 공정을 수행하여 형성되는 상기 미세 렌즈는 구면 또는 비구면 형태인 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
The method of claim 1,
The fine lens formed by performing the heat treatment process is a high-numbered lens manufacturing method using a fluoropolymer coating, characterized in that the spherical or aspheric form.
상기 원통의 실린더 형상 패턴은 포토레지스트 또는 폴리머(polymer) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
The method of claim 1,
The cylindrical cylindrical pattern is a high-resistance lens manufacturing method using a fluoropolymer coating, characterized in that consisting of any one of a photoresist or polymer.
상기 미세 렌즈의 높이에 대한 직경의 비는 적어도 0.4인 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
The method of claim 1,
The ratio of the diameter to the height of the fine lens is at least 0.4, characterized in that the high-numbered lens manufacturing method using a fluoropolymer coating.
상기 미세 렌즈의 개구수는 적어도 0.25인 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈 제조방법.
The method of claim 1,
The numerical aperture of the fine lens is at least 0.25, characterized in that the high-numbered lens manufacturing method using a fluoropolymer coating.
상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 미세 렌즈; 및
상기 미세 렌즈의 표면 및 상기 기판의 표면에 코팅된 플루오르고분자(fluoropolymer) 박막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈.
A substrate made of any one of glass, photo resist, polymer, silicon, or III-V semiconductor material;
At least one microscopic lens formed on the substrate; And
And a fluoropolymer thin film coated on the surface of the microlens and the surface of the substrate.
상기 미세 렌즈는 상기 기판 상에 원통의 실린더 형상 패턴을 형성한 후 열처리 공정을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈.
The method of claim 11,
The fine lens is a high-numbered lens using a fluoropolymer coating, characterized in that through the heat treatment process after forming a cylindrical pattern of the cylinder on the substrate.
상기 실린더 형상 패턴의 수평방향의 단면은 원, 사각형, 육각형 중 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈.
The method of claim 11,
The horizontal cross section of the cylindrical pattern has a high-numbered lens using a fluoropolymer coating, characterized in that it has a shape of one of a circle, a square, a hexagon.
상기 미세 렌즈는 포토레지스트 또는 폴리머(polymer) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈.
The method of claim 11,
The high-lens lens using a fluoropolymer coating, characterized in that the fine lens is made of any one of a photoresist or polymer.
상기 미세 렌즈는 개구수가 적어도 0.25인 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈.
The method of claim 11,
And said microlens has a numerical aperture of at least 0.25.
상기 미세 렌즈는,
높이에 대한 직경의 비가 적어도 0.4인 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈.
The method of claim 11,
The fine lens,
A high aperture lens using a fluoropolymer coating, characterized in that the ratio of the diameter to the height is at least 0.4.
상기 플루오르 고분자 박막은,
C3F8, C4F8, CHF3, 비닐플루오르화물(Vinyl fluoride), 불화비닐리덴(Vinylidene fluoride), 테트라플루오로에틸렌(Tetrafluoroethylene), 퍼플루오르프로필비닐에테르(Perfluoropropylvinylether), 퍼플루오르메틸비닐에테르(Perfluoromethylvinylether), 클로로트리플루오로에틸렌(Chlorotrifluoroethylene)의 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플루오르고분자 코팅을 이용한 고개구수 렌즈.
The method of claim 11,
In the fluoropolymer thin film,
C3F8, C4F8, CHF3, Vinyl fluoride, Vinylidene fluoride, Tetrafluoroethylene, Perfluoropropylvinylether, Perfluoromethylvinylether, Chlorotrifluoro A high-aperture lens using a fluoropolymer coating, characterized in that any one selected from the group of chloroethylene (Chlorotrifluoroethylene).
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