KR20130078468A - Method of manufacturing microlens - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing micro lenses is provided to manufacture the micro lenses with desired size and shape without using a high-temperature process or expensive equipment. CONSTITUTION: A step of forming a master (M) with micro lenses (21,23,25) is as follows: a step of preparing a master material layer (20); a step of arranging a micro lens array on the master material layer and irradiating ultraviolet rays; and a step of separating the micro lens array from the master material layer.

Description

마이크로 렌즈 제조 방법{Method of manufacturing microlens}Method of manufacturing microlens

본 개시는 마이크로 렌즈의 제조방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method of manufacturing a micro lens.

마이크로 렌즈는 통상 수 밀리 정도 이하의 크기를 갖는 미세한 렌즈를 의미하며, 광 집속을 위해 다양한 종류의 광학 시스템에 사용될 수 있다. 최근, 광학 시스템은 점차적으로 그 크기가 작아지면서 광전소자 및 광소자의 집적은 필수가 되고 있으며 이에 따라 마이크로 렌즈의 필요성과 응용분야가 점점 증가하고 있다. Microlenses generally refer to fine lenses having a size of several millimeters or less, and can be used in various kinds of optical systems for focusing light. In recent years, as the optical system is gradually reduced in size, the integration of optoelectronic devices and optical devices becomes a necessity, and thus the necessity and application fields of microlenses are gradually increasing.

예를 들어, 광파이버(optical fiber)를 통해 전송, 발사된 광은 일정 각도를 가지고 방사되는데, 이러한 광을 또 다른 광파이버에 집속시키기 위해 마이크로 렌즈가 사용되며, 광경로 집속을 필요로 하는 다양한 미세 광학 시스템에서 마이크로 렌즈가 사용된다. For example, light transmitted and emitted through an optical fiber is emitted at an angle, and microlenses are used to focus this light on another optical fiber, and various micro-optics requiring optical path focusing. Micro lenses are used in the system.

또한, 마이크로 렌즈는 광연결(optical interconnection) 시스템에서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 광도파로와 광전 변환소자의 광결합은 일반적으로 45도 미러에 의해 이루어지는데, 광연결의 구조상 광도파로와 광전 소자의 거리가 멀 경우 광결합 효율이 떨어지므로, 광결합 효율을 향상시키기 위해 마이크로 렌즈가 필요하다. Microlenses can also be used in optical interconnection systems. For example, optical coupling between an optical waveguide and a photoelectric conversion element is generally performed by a 45 degree mirror. When the distance between the optical waveguide and the photoelectric element is far from the optical connection structure, optical coupling efficiency decreases, thereby improving optical coupling efficiency. We need a micro lens to make it work.

최근에는 수직공진 표면발광 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL)가 자체 구조의 장점들로 인하여 병렬 광연결 시스템의 이상적인 광원으로 각광받고 있는데, 표면발광 레이저는 표면으로부터 방출된 레이저빔의 퍼짐이 커 자유공간 광연결 시스템에 응용 시 채널간 크로스토크(crosstalk)를 증가시키고 광전송 거리와 광정렬 허용오차에 제약을 가한다. 또한, 광도파로를 빛의 전달 매질로 갖는 칩간 광연결 시스템에서 광원과 광도파로간의 결합효율도 레이저빔의 퍼짐 현상에 의해 제약을 받는다. 이에, 마이크로 렌즈를 사용하여 레이저빔을 집속함으로써 이러한 제약을 감소시킬 수 있다. Recently, Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) has been spotlighted as an ideal light source for parallel optical coupling system because of its advantages, which is the spread of the laser beam emitted from the surface. The application to this large free-space optical interconnection system increases crosstalk between channels and imposes limitations on optical transmission distance and optical alignment tolerances. In addition, in the chip-to-chip optical coupling system having the optical waveguide as a light transmission medium, the coupling efficiency between the light source and the optical waveguide is also limited by the spread of the laser beam. Thus, this limitation can be reduced by focusing the laser beam using a microlens.

이외에도, 마이크로 렌즈는 광통신시스템에서 광섬유와 광원의 결합효율을 증가시키기 위해 광원에 집적되는 형태로 사용될 수 있고, 광검출기에 집적되어 빛을 광검출기의 활성층에 모이게 함으로써 광검출기의 효율을 증가시키며, 이미지 센서의 칼라 필터 상부에 형성되어 이미지 센서의 광감도를 높여주는 역할을 할 수 있다. 또한, 태양전지에서, 광전 효율 향상을 위해 태양광을 집중하여 태양전지의 표면에 조사시키는 집광수단으로서도 사용되고 있다.In addition, the micro-lens may be used in the form of being integrated into the light source to increase the coupling efficiency of the optical fiber and the light source in the optical communication system, and is integrated into the photodetector to collect light in the active layer of the photodetector, thereby increasing the efficiency of the photodetector. It may be formed on the color filter of the image sensor to increase the light sensitivity of the image sensor. In addition, in solar cells, it is also used as a light collecting means for concentrating sunlight onto the surface of the solar cell to improve photoelectric efficiency.

이러한 마이크로 렌즈는 다양한 방법으로 제조되고 있다. 레이저 펄스를 이용한 에칭 방법, 포토레지스트(Photo Resist)를 사용한 리플로우(reflow) 방법, 건식 에칭 방법, CO2 가스 레이저를 사용한 유리표면 가공 방법, 용해된 유리의 표면장력을 이용한 방법, 폴리머의 레이저 증착과 이온빔 가공법, 잉크제트 기술, PR 가열법, 그레이 스케일 마스크 법, 사출 성형법 및 엠보싱 성형법 등을 들 수 있다.Such microlenses are manufactured in various ways. Etching method using laser pulse, reflow method using photo resist, dry etching method, glass surface processing method using CO 2 gas laser, method using surface tension of molten glass, laser of polymer Vapor deposition, ion beam processing, inkjet technology, PR heating, gray scale masking, injection molding, embossing, and the like.

이러한 공정들은 고온 공정을 필요로 하거나 고가의 공정인 경우가 많으며, 또한, 렌즈 품질등의 제약이 따르는 경우가 있다. These processes often require a high temperature process or are expensive processes, and also have restrictions such as lens quality.

예를 들어, 포토레지스트를 사용한 리플로우 법은 노광 마스크, 노광 장치를 이용하는 포토리소그라피(photo lithography) 공정과, 소성장치를 이용한 열처리 공정을 거치게 되어, 고가의 장비를 사용한 다단계의 공정으로 마이크로 렌즈 제조비용을 상승시키고 있다. For example, the reflow method using a photoresist is subjected to an exposure mask, a photolithography process using an exposure apparatus, and a heat treatment process using a calcination apparatus, thereby producing microlenses in a multi-step process using expensive equipment. Rising costs

본 개시는 저비용, 간단한 방법으로 마이크로 렌즈를 제조하는 방법을 제시하고자 한다.The present disclosure is directed to a method of manufacturing a micro lens in a low cost, simple method.

일 유형에 따르는 마이크로 렌즈 제조방법은 폴리머층을 준비하는 단계; 소정 직경의 초음파 팁을 사용하여 상기 폴리머 층의 표면 형상을 변형하여 렌즈면을 형성하는 단계;를 포함한다. Microlens manufacturing method according to one type comprises the steps of preparing a polymer layer; And forming a lens surface by modifying the surface shape of the polymer layer using an ultrasonic tip of a predetermined diameter.

상기 렌즈면을 형성하는 단계에서 상기 초음파 팁에서 조사되는 초음파의 출력과 상기 초음파 팁이 상기 폴리머층을 누르는 압력을 조절하여 상기 렌즈면의 형상을 조절할 수 있다. In the forming of the lens surface, the shape of the lens surface may be adjusted by controlling the output of the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic tip and the pressure at which the ultrasonic tip presses the polymer layer.

상기 렌즈면을 형성하는 단계에서 다수의 초음파 팁이 어레이된 초음파 팁 어레이를 사용하여, 상기 폴리머층의 표면에 다수의 렌즈면을 형성할 수 있다. In the forming of the lens surface, a plurality of lens surfaces may be formed on the surface of the polymer layer by using an ultrasonic tip array in which a plurality of ultrasonic tips are arranged.

또한, 상기 마이크로 렌즈 제조방법은 상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 몰드 복제하여 상기 렌즈면 형상이 음각된 마스터를 형성하는 단계; 상기 마스터를 이용하여 상기 렌즈면 형상을 복제하는 단계;를 더 포함할 수 있다. The microlens manufacturing method may further include forming a master in which the lens surface is engraved by mold replicating the polymer layer on which the lens surface is formed; The method may further include replicating the lens surface shape using the master.

상기 마스터를 형성하는 단계는 자외선 경화성 물질로 이루어진 마스터물질층을 준비하는 단계; 상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 상기 마스터물질층 위에 배치하고 가압하며, 자외선을 조사하는 단계; 상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 상기 마스터물질층으로부터 분리하는 단계;를 포함할 수 있다. The forming of the master may include preparing a master material layer made of an ultraviolet curable material; Placing and pressing the polymer layer having the lens surface on the master material layer and irradiating ultraviolet rays; And separating the polymer layer on which the lens surface is formed from the master material layer.

또는, 상기 마스터를 형성하는 단계는 열 경화성 물질로 이루어진 마스터물질층을 준비하는 단계; 상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 상기 마스터물질층 위에 배치하고 가압하며, 가열하는 단계; 상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 상기 마스터물질층으로부터 분리하는 단계;를 포함할 수 있다. Alternatively, the forming of the master may include preparing a master material layer made of a thermosetting material; Placing, pressing, and heating a polymer layer having the lens surface formed on the master material layer; And separating the polymer layer on which the lens surface is formed from the master material layer.

또한, 상기 마이크로 렌즈 제조방법은 상기 폴리머층을 광이 출사되는 구조를 가지는 광 집적소자의 광출사면 위에 형성할 수 있다. In addition, the microlens manufacturing method may form the polymer layer on the light exit surface of the optical integrated device having a structure in which light is emitted.

상기 광 집적소자는 상기 광출사면과 나란한 방향으로 광을 전송하는 것으로 클래딩층과 코어층을 구비하는 광도파로와, 상기 코어층을 통해 전송되는 광 경로상에 배치되어, 전송된 광의 경로를 바꾸어 상기 광출사면을 통해 출사되게 하는 반사면을 구비한 구조를 가질 수 있으며, 상기 반사면은 금속반사면 또는 전반사를 이용한 전반사면으로 이루어질 수 있다. The optical integrated device transmits light in a direction parallel to the light exit surface, and is disposed on an optical waveguide including a cladding layer and a core layer, and disposed on an optical path transmitted through the core layer to change the path of the transmitted light. It may have a structure having a reflective surface to be emitted through the light exit surface, the reflective surface may be made of a metal reflection surface or a total reflection surface using a total reflection.

상기 광출사면에서 광이 출사되는 위치에 대응하는 폴리머층의 위치에 상기 초음파 팁을 배치하고 초음파를 인가할 수 있으며, 상기 초음파 팁에서 조사되는 초음파의 출력과 상기 초음파 팁이 상기 폴리머층을 누르는 압력을 조절하여 상기 렌즈면의 형상을 조절할 수 있다. The ultrasonic tip may be disposed at a position of a polymer layer corresponding to a position at which light is emitted from the light exit surface, and an ultrasonic wave may be applied, and the output of the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic tip and the ultrasonic tip press the polymer layer. The shape of the lens surface can be adjusted by adjusting the pressure.

상술한 마이크로 렌즈 제조방법에 따르면 원하는 크기, 형태를 가지는 마이크로 렌즈를 고온 공정이나 고가의 장비를 사용하지 않고 제조할 수 있다.According to the aforementioned microlens manufacturing method, a microlens having a desired size and shape can be manufactured without using a high temperature process or expensive equipment.

또한, 원하는 크기, 형태를 가지는 마이크로 렌즈 제조용 마스터를 용이하게 제작할 수 있으며, 이를 이용하여 마이크로 렌즈를 반복적으로 제조할 수 있다. In addition, it is possible to easily produce a master for manufacturing a micro lens having a desired size, shape, it can be repeatedly manufactured by using the micro lens.

또한, 다양한 종류의 광 집적소자에서 마이크로 렌즈가 필요한 위치에 직접 마이크로 렌즈를 제조할 수 있다. In addition, it is possible to manufacture a micro lens directly in a position where a micro lens is required in various types of optical integrated devices.

도 1a 내지 도 1e는 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 2 및 도 3은 초음파 임프린트 조건에 따라 마이크로 렌즈 형상이 달라지는 것을 실험을 통해 보인 도면들이다.
도 4는 실 제작된 마이크로 렌즈 어레이를 보인 현미경 사진이다.
도 5a 내지 도 5d는 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 6a 내지 6b는 또 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 7a 내지 도 7d는 또 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하는 도면들이다.1A to 1E are diagrams illustrating a method of manufacturing a micro lens, according to an exemplary embodiment.
2 and 3 are diagrams showing through experiments that the microlens shape is changed according to the ultrasonic imprint condition.
4 is a micrograph showing a microlens array fabricated in practice.
5A to 5D are diagrams illustrating a method of manufacturing a micro lens, according to another exemplary embodiment.
6A to 6B are diagrams illustrating a method of manufacturing a micro lens, according to another exemplary embodiment.
7A to 7D are diagrams illustrating a method of manufacturing a micro lens, according to another exemplary embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

도 1a 내지 도 1e는 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하는 도면들이다.1A to 1E are diagrams illustrating a method of manufacturing a micro lens, according to an exemplary embodiment.

실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법은 초음파 에너지를 사용하여 렌즈면을 형성하고 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이 폴리머층(10)을 준비하고, 도 1b와 같이, 초음파 팁(71)을 사용하여 폴리머 층(10)의 표면(10a) 형상을 변형하여 마이크로 렌즈(12)를 형성한다. In the method of manufacturing a micro lens according to the embodiment, the lens surface is formed using ultrasonic energy. For example, as shown in FIG. 1A, the polymer layer 10 is prepared, and as shown in FIG. 1B, the shape of the surface 10a of the polymer layer 10 is deformed using the ultrasonic tip 71 to form a microlens ( 12).

초음파는 인체 또는 동물의 내부를 검사하거나, 금속 또는 플라스틱과 같은 고체의 두께나 내부 결함을 비파괴 방식으로 측정하는 용도로 다양하게 사용되는 것으로, 초음파 장치는 일반적으로 초음파 생성부, 초음파를 대상물에 조사하기 위한 팁, 조사된 초음파에 의한 반사 신호를 수신하는 처리부를 포함하게 된다. 본 발명의 실시예에서, 초음파는 폴리머층(10)의 표면 형태를 변형하기 위해 사용되고 있으며, 일반적인 초음파 장치에서 사용되는 초음파 팁을 사용할 수 있다. 또는, 제조하고자 하는 마이크로 렌즈(12)의 직경에 알맞은 직경을 갖도록 제조된 초음파 팁을 사용할 수 있다. Ultrasound is widely used for inspecting the inside of a human body or an animal or for measuring non-destructively the thickness or internal defect of a solid such as metal or plastic. An ultrasonic device generally irradiates an ultrasonic generator and an ultrasonic wave to an object. To this end, it includes a processing unit for receiving a reflected signal by the irradiated ultrasound. In the embodiment of the present invention, the ultrasonic wave is used to modify the surface shape of the polymer layer 10, it is possible to use the ultrasonic tip used in the general ultrasonic device. Alternatively, an ultrasonic tip manufactured to have a diameter suitable for the diameter of the micro lens 12 to be manufactured may be used.

폴리머층(10)에 초음파(US)를 조사하고, 또한, 이와 함께 폴리머층(10)의 표면(10a)을 소정 힘으로 누르는 압력(P)을 인가할 수 있으며, 이에 따라 폴리머층(10)의 표면 형태가 변하여 마이크로 렌즈(12)가 형성된다. 마이크로 렌즈(12)의 렌즈면 형상은 초음파 팁(71)에서 조사되는 초음파(US)의 출력과 초음파 팁(71)이 폴리머층(10)을 누르는 압력에 따라 조절될 수 있다.The ultrasonic wave US is irradiated to the polymer layer 10, and together with this, a pressure P for pressing the surface 10a of the polymer layer 10 with a predetermined force can be applied. The surface shape of the microlens 12 is formed. The lens surface shape of the microlens 12 may be adjusted according to the output of the ultrasonic wave US emitted from the ultrasonic tip 71 and the pressure at which the ultrasonic tip 71 presses the polymer layer 10.

제조하고자 하는 마이크로 렌즈의 개수에 따라 도 1b의 단계는 도 1c, 도 1d와 같이 반복될 수 있으며, 도 1e와 같이 다수의 마이크로 렌즈(12)(14)(16)가 구비된 마이크로 렌즈 어레이(100)가 제조된다. 마이크로 렌즈 어레이(100)는 같은 형상과 크기의 세 개의 마이크로 렌즈(12)(14)(16)를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이고, 다른 개수로 구성될 수 있으며, 초음파 팁(71)의 직경(d1)이나 조사되는 초음파(US)의 출력, 폴리머층(10)을 누르는 힘을 조절하여 다양한 형상을 가지는 마이크로 렌즈 어레이를 제조할 수 있다. Depending on the number of microlenses to be manufactured, the steps of FIG. 1B may be repeated as shown in FIGS. 1C and 1D, and the microlens array having a plurality of microlenses 12, 14, and 16 as shown in FIG. 100) is made. The microlens array 100 is shown as having three microlenses 12, 14, 16 of the same shape and size, but this is exemplary and can be of a different number, and the ultrasonic tip 71 The microlens array having various shapes can be manufactured by adjusting the diameter d1 of the c), the output of the ultrasonic wave US to be irradiated, and the pressing force of the polymer layer 10.

도 2 및 도 3은 초음파 임프린트 조건에 따라 마이크로 렌즈 형상이 달라지는 것을 실험을 통해 보인 도면들이고 도 4는 실 제작된 마이크로 렌즈 어레이를 보인 현미경 사진이다. 2 and 3 are drawings showing experiments in which the shape of the microlens is changed according to the ultrasonic imprint condition, and FIG. 4 is a micrograph showing the fabricated microlens array.

실험에서, 세라믹 재질로 만들어지고 직경 50um인 초음파 팁을 사용하여, 아크릴레이트(acrylate) 기판상에 초음파 임프린트 조건을 달리하며, 표면 형상의 변화를 관찰하였다. 여기서, 초음파 임프린트 조건은 조사된 초음파의 출력과 인가된 압력을 의미한다.In the experiment, using ultrasonic tips made of a ceramic material and having a diameter of 50 μm, changes in surface shape were observed with different ultrasonic imprint conditions on an acrylate substrate. Here, the ultrasonic imprint condition means the output of the irradiated ultrasonic waves and the applied pressure.

도 2 및 도 3의 그래프에서 실선은 형성된 렌즈면(LS) 형상을 도시하고 있으며, 점선은 곡률 반경을 피팅(fitting)한 그래프이다. In the graphs of FIGS. 2 and 3, the solid line shows the shape of the formed lens surface LS, and the dotted line is a graph fitting the radius of curvature.

도 2는 초음파 출력(sonic power) 0.5W와 80g의 힘(force)을 인가한 경우이고 도 3은 초음파 출력(sonic power) 1W와 112g의 힘(force)을 인가한 경우로서, 각각 곡률 반경이 대략 208.4866um, 80.6006um인 렌즈면(LS)을 형성한 것을 보이고 있다. 이와 같이, 초음파 출력과 힘을 조절하고, 이와 함께 적절한 직경을 가지는 초음파 팁을 선택함에 따라 원하는 다양한 형상의 렌즈면(LS)을 형성할 수 있음이 확인된다. FIG. 2 illustrates a case in which ultrasonic power 0.5 W and 80 g of force are applied, and FIG. 3 illustrates a case in which ultrasonic power 1 W and 112 g of force are applied. It is shown that the lens surface LS of approximately 208.4866um and 80.6006um was formed. As such, it is confirmed that the lens surface LS of various shapes can be formed by adjusting the ultrasonic output and the force, and selecting the ultrasonic tip having the appropriate diameter.

도 5a 내지 도 5d는 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하는 도면들이다.5A to 5D are diagrams illustrating a method of manufacturing a micro lens, according to another exemplary embodiment.

본 실시예에 따르면, 도 1a 내지 도 1e의 단계에 따라 제조된 마이크로 렌즈 어레이(100)가 이와 동일한 형상의 마이크로 렌즈 어레이의 반복 제작을 위한 마스터를 만드는데 사용되고 있다. 즉, 초음파 팁을 사용하여 제조된 마이크로 렌즈 어레이(100)를 몰드 복제하여 마이크로 렌즈 형상이 음각된 마스터를 만들고 이를 이용하여 마이크로 렌즈 어레이를 원하는 수 만큼 반복적으로 제작할 수 있다. According to this embodiment, the micro lens array 100 manufactured according to the steps of FIGS. 1A to 1E is used to make a master for repetitive fabrication of the micro lens array of the same shape. That is, by replicating the microlens array 100 manufactured using the ultrasonic tip, a microlens-shaped engraved master may be made, and the microlens array may be repeatedly manufactured as many times as desired.

도 5a를 참조하면, 마스터물질층(20)을 준비하고, 렌즈면이 형성된 폴리머층, 즉, 마이크로 렌즈 어레이(100)를 마스터물질층(20) 위에 배치한 후, 가압한다. 마스터물질층(20)은 다양한 종류의 폴리머, 예를 들어, 자외선 경화성 레진이나 열경화성 레진으로 이루어질 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(100)를 마스터물질층(20) 위에 배치하고 가압할 때, 마스터물질층(20)의 재질에 따라 자외선 또는 열을 함께 인가할 수 있다. 마스터물질층(20)이 자외선 경화성 물질인 경우, 자외선을 인가하고, 마스터물질층(20)이 열 경화성 물질인 경우, 열을 인가한다. 다음, 마이크로 렌즈 어레이(100)를 마스터물질층(20)으로부터 분리하여, 도 2b와 같이 음각된 마이크로 렌즈(21)(23)(25) 형상이 구비된 마스터(M)가 제조된다. Referring to FIG. 5A, a master material layer 20 is prepared, a polymer layer having a lens surface, that is, a micro lens array 100 is disposed on the master material layer 20, and then pressed. The master material layer 20 may be made of various kinds of polymers, for example, ultraviolet curable resins or thermosetting resins. When the micro lens array 100 is disposed on the master material layer 20 and pressurized, ultraviolet rays or heat may be applied together depending on the material of the master material layer 20. When the master material layer 20 is an ultraviolet curable material, ultraviolet rays are applied, and when the master material layer 20 is a thermosetting material, heat is applied. Next, the micro lens array 100 is separated from the master material layer 20, and thus, the master M having the shape of the engraved micro lenses 21, 23, and 25 is manufactured as shown in FIG. 2B.

제조된 마스터(M)를 이용하여, 마이크로 렌즈 어레이(100)와 같은 형상을 반복적으로 형성할 수 있다. 즉, 도 2c와 같이 마스터(M) 위로 렌즈 재질이 되는 액상의 폴리머 물질(30)을 도포하고, 경화한 후, 마스터(M)를 분리하면, 도 2d와 같이, 마이크로 렌즈(32)(34)(36)가 구비된 마이크로 렌즈 어레이(300)가 제조된다. 제조된 마이크로 렌즈 어레이(300)는 마이크로 렌즈 어레이(100)와 동일한 형태를 갖는다. By using the manufactured master M, the same shape as the micro lens array 100 may be repeatedly formed. That is, as shown in FIG. 2C, when the liquid polymer material 30, which becomes a lens material, is applied onto the master M and cured, and then the master M is separated, as shown in FIG. 2D, the microlenses 32 and 34 are disposed. A microlens array 300 provided with 36 is manufactured. The manufactured micro lens array 300 has the same shape as the micro lens array 100.

도 6a 내지 6b는 또 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하는 도면들이다.6A to 6B are diagrams illustrating a method of manufacturing a micro lens, according to another exemplary embodiment.

도 6a를 참조하면, 본 실시예에서는 다수의 마이크로 렌즈를 형성하기 위해 다수의 초음파 팁(73)(75)(77)이 어레이된 초음파 팁 어레이(70)를 사용하고 있다. 이러한 초음파 팁 어레이(70)는 다수의 마이크로 렌즈를 보다 빠르게 형성하고자 할 때 사용할 수 있다. 도면에서는 초음파 팁(73)(75)(77)은 모두 동일한 직경을 가지는 것으로 도시되고 있으나, 필요에 따라 다른 직경을 가지는 것들로 구성될 수도 있다. 초음파 팁 어레이(70)를 사용하여 폴리머층(40)의 표면(40a)에 초음파(US(를 조사하고, 적절한 압력을 가하여, 도 6b와 같이 다수의 마이크로 렌즈(42)(44)(46)가 구비된 마이크로 렌즈 어레이(400)가 제조된다. 또한, 이와 같이 제조된 마이크로 렌즈 어레이(400)는 이러한 형상을 반복 형성하기 위한 마스터 제작에 사용되는 것도 가능하다. Referring to FIG. 6A, the present embodiment uses an ultrasonic tip array 70 in which a plurality of ultrasonic tips 73, 75, 77 are arrayed to form a plurality of micro lenses. The ultrasonic tip array 70 may be used to form a plurality of micro lenses faster. In the drawings, the ultrasonic tips 73, 75, 77 are all shown to have the same diameter, but may be composed of those having a different diameter as needed. The ultrasonic tip array 70 is used to irradiate the surface 40a of the polymer layer 40 with ultrasonic waves (US) and apply an appropriate pressure to the plurality of microlenses 42, 44, 46 as shown in FIG. 6B. The microlens array 400 is provided with the microlens array 400. The microlens array 400 manufactured as described above may be used for master fabrication to repeatedly form such a shape.

도 7a 내지 도 7d는 또 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 제조방법을 설명하는 도면들이다.7A to 7D are diagrams illustrating a method of manufacturing a micro lens, according to another exemplary embodiment.

도 7a를 참조하면, 본 실시예의 방법은 마이크로 렌즈를 광 집적 소자(510)상의 필요한 위치에 직접 형성하기 위한 것이다. 예시된 광 집적 소자(510)는 클래딩층(512)(516)과 코어층(514)으로 이루어진 광도파로와, 코어층(514)을 통해 전송되는 광 경로상에 배치되어, 전송된 광의 경로를 바꾸어 광출사면을 통해 출사되게 하는 반사면(514a)을 구비한 구조이다. 반사면(514a)은 코어층(514)과 클래딩층(512) 간의 굴절률 차에 의해 전반사를 일으키는 전반사면으로 이루어질 수 있고, 또는, 반사 효율을 보다 높이기 위해 금속층을 코팅한 금속반사면으로 이루어질 수도 있다. 이러한 구조는 복수의 광학 소자간의 광결합을 위해 채용될 수 있는 구조로, 광 집적 소자(510)로부터 출사되는 광을 필요한 위치에 잘 모으기 위해 마이크로 렌즈를 추가적으로 필요로 할 수 있다. 도시된 바와 같이, 광 집적소자(510)의 표면을 통해 광이 입사되고 반사면(514a)에서 경로가 바뀌어 코어층(514)을 통해 전송되고 다른 반사면에서 경로가 바뀌어 광 집적소자(510)의 표면을 통해 광이 출사될 수 있다. 즉, 광 집적소자(510)의 표면은 광 입출사면이 된다. 다만, 도시된 광경로는 예시적인 것이고, 다른 광경로도 가능하다. Referring to FIG. 7A, the method of the present embodiment is for directly forming the microlenses at the required positions on the optical integrated device 510. The illustrated optical integrated device 510 is disposed on an optical waveguide consisting of the cladding layers 512 and 516 and the core layer 514, and on an optical path transmitted through the core layer 514 to provide a path of the transmitted light. In other words, it has a structure provided with a reflecting surface 514a for exiting through the light exit surface. The reflective surface 514a may be made of a total reflection surface that causes total reflection due to the difference in refractive index between the core layer 514 and the cladding layer 512, or may be made of a metal reflection surface coated with a metal layer to improve reflection efficiency. have. Such a structure may be employed for optical coupling between a plurality of optical elements, and may additionally require a micro lens to collect the light emitted from the optical integrated device 510 in a required position. As shown, light is incident on the surface of the optical integrated device 510 and the path is changed at the reflective surface 514a to be transmitted through the core layer 514 and the path is changed at the other reflective surface so that the optical integrated device 510 is changed. Light may be emitted through the surface of the. In other words, the surface of the optical integrated device 510 is a light incident surface. However, the illustrated light paths are exemplary and other light paths are possible.

도 7b를 참조하면, 폴리머층(520)을 광 집적소자(510)의 광 입출사면 위에 형성한다.Referring to FIG. 7B, a polymer layer 520 is formed on the light exit surface of the optical integrated device 510.

다음, 도 7c와 같이, 광 입출사면에서 광이 출사되는 위치에 대응하는 폴리머층(520) 상의 위치에 초음파 팁(79)을 배치하고 초음파(US)를 조사하며 적절한 압력(P)을 가한다. 광 입출사면 상의 복수의 위치에 마이크로 렌즈를 형성하고자 할 때, 초음파 팁(79)을 사용하여 초음파(US)를 조사하는 단계를 위치를 바꾸어 반복할 수 있으며, 또는 도 5a에서 예시한 바와 같이, 복수의 초음파 팁(79)이 구비된 초음파 팁 어레이를 사용하여 다수의 마이크로 렌즈(522)(524)를 형성할 수 있다. 초음파 팁(79)에서 조사되는 초음파(US)의 출력과 초음파 팁(79)이 폴리머층(520)을 누르는 압력을 조절하여 제조되는 렌즈면의 형상을 조절할 수 있으며, 이러한 단계에 따라 도 7d와 같이, 출사광을 필요한 위치에서 집속할 수 있는 마이크로 렌즈(522)(524)가 제조된다. Next, as shown in FIG. 7C, the ultrasonic tip 79 is disposed at the position on the polymer layer 520 corresponding to the position at which the light is emitted from the light exit surface, irradiated with the ultrasonic wave US, and an appropriate pressure P is applied. . When the microlens is to be formed at a plurality of positions on the light exit surface, the step of irradiating the ultrasonic wave US using the ultrasonic tip 79 may be repeated by changing the positions, or as illustrated in FIG. 5A, Multiple microlenses 522 and 524 can be formed using an ultrasonic tip array with a plurality of ultrasonic tips 79. The shape of the lens surface manufactured by adjusting the output pressure of the ultrasonic wave US emitted from the ultrasonic tip 79 and the pressure of the ultrasonic tip 79 pressing the polymer layer 520 may be adjusted. Similarly, microlenses 522 and 524 are manufactured that can focus the exiting light at the required position.

도 7a 내지 도 7d의 설명에서 광 집적소자로 도파로와 반사면을 포함하는 광결합 구조를 구비한 소자를 예시하였으나, 이외에도, 표면발광레이저와 같은 광원, 또는 태양전지의 광입사면, 광검출기의 광입사면이나, 컬러 필터의 광 입출사면, 등, 다양한 광소자의 표면에 상술한 초음파 임프린트 방법에 따라 직접적으로 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다. In the description of FIGS. 7A to 7D, a device having an optical coupling structure including a waveguide and a reflective surface is illustrated as an optical integrated device. In addition, a light source such as a surface emitting laser, or a light incident surface of a solar cell or a photodetector may be used. Microlenses can be formed directly on the surface of various optical elements, such as a light incident surface, a light incident surface of a color filter, and the like by the above-described ultrasonic imprint method.

이러한 본원 발명인 마이크로 렌즈 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Such a method for manufacturing a micro lens of the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings for clarity, but it is merely an example, and those skilled in the art may have various modifications and equivalent embodiments therefrom. I understand that it is possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.

10, 30, 40, 520...폴리머층 20...마스터물질층
12, 14, 16, 32, 34, 36, 42, 44, 46, 522, 524...마이크로 렌즈
71, 73, 75, 77, 79...초음파 팁 70...초음파 팁 어레이
100, 300, 400...마이크로 렌즈 어레이 510...광 집적 소자
512, 516..클래딩층 514...코어층10, 30, 40, 520 Polymer layer 20 Master material layer
12, 14, 16, 32, 34, 36, 42, 44, 46, 522, 524 ... micro lenses
71, 73, 75, 77, 79 ... ultrasonic tips 70 ... ultrasonic tip arrays
100, 300, 400 ... microlens array 510 ... optical integrated devices
512, 516 Cladding layer 514 Core layer

Claims (13)

폴리머층을 준비하는 단계;
소정 직경의 초음파 팁을 사용하여 상기 폴리머 층의 표면 형상을 변형하여 렌즈면을 형성하는 단계;를 포함하는 마이크로 렌즈 제조방법. Preparing a polymer layer;
And modifying the surface shape of the polymer layer using an ultrasonic tip of a predetermined diameter to form a lens surface. 제1항에 있어서,
상기 렌즈면을 형성하는 단계에서
상기 초음파 팁에서 조사되는 초음파 출력과
상기 초음파 팁이 상기 폴리머층을 누르는 압력을 조절하여 상기 렌즈면의 형상을 조절하는 마이크로 렌즈 제조방법.The method of claim 1,
In the step of forming the lens surface
An ultrasonic output irradiated from the ultrasonic tip
And adjusting the pressure of the ultrasonic tip to press the polymer layer to control the shape of the lens surface. 제1항에 있어서,
상기 렌즈면을 형성하는 단계에서
다수의 초음파 팁이 어레이된 초음파 팁 어레이를 사용하여, 상기 폴리머층의 표면에 다수의 렌즈면을 형성하는 마이크로 렌즈 제조방법. The method of claim 1,
In the step of forming the lens surface
A microlens manufacturing method for forming a plurality of lens surfaces on the surface of the polymer layer using an ultrasonic tip array arrayed a plurality of ultrasonic tips. 제1항에 있어서,
상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 몰드 복제하여 상기 렌즈면 형상이 음각된 마스터를 형성하는 단계;
상기 마스터를 이용하여 상기 렌즈면 형상을 복제하는 단계;를 더 포함하는 마이크로 렌즈 제조방법.The method of claim 1,
Mold replicating the polymer layer on which the lens surface is formed to form a master in which the lens surface shape is engraved;
Replicating the lens surface shape using the master; Micro lens manufacturing method further comprising. 제4항에 있어서,
상기 마스터를 형성하는 단계는
자외선 경화성 물질로 이루어진 마스터물질층을 준비하는 단계;
상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 상기 마스터물질층 위에 배치하고 가압하며, 자외선을 조사하는 단계;
상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 상기 마스터물질층으로부터 분리하는 단계;를 포함하는 마이크로 렌즈 제조방법.5. The method of claim 4,
Forming the master
Preparing a master material layer made of an ultraviolet curable material;
Placing and pressing the polymer layer having the lens surface on the master material layer and irradiating ultraviolet rays;
Separating the polymer layer on which the lens surface is formed from the master material layer. 제4항에 있어서,
상기 마스터를 형성하는 단계는
열 경화성 물질로 이루어진 마스터물질층을 준비하는 단계;
상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 상기 마스터물질층 위에 배치하고 가압하며, 가열하는 단계;
상기 렌즈면이 형성된 폴리머층을 상기 마스터물질층으로부터 분리하는 단계;를 포함하는 마이크로 렌즈 제조방법.5. The method of claim 4,
Forming the master
Preparing a master material layer made of a thermosetting material;
Placing, pressing, and heating a polymer layer having the lens surface formed on the master material layer;
Separating the polymer layer on which the lens surface is formed from the master material layer. 제1항에 있어서,
상기 폴리머층을 광이 입사 또는 출사되는 구조를 가지는 광 집적소자의 광 입출사면 위에 형성하는 마이크로 렌즈 제조방법.The method of claim 1,
And forming the polymer layer on a light exit surface of an optical integrated device having a structure in which light is incident or emitted. 제7항에 있어서,
상기 광 집적소자는
상기 광 입출사면과 나란한 방향으로 광을 전송하는 것으로 클래딩층과 코어층을 구비하는 광도파로와,
상기 코어층을 통해 전송되는 광 경로상에 배치되어, 전송된 광의 경로를 바꾸어 상기 광 입출사면을 통해 출사되게 하는 반사면을 구비한 구조를 갖는 마이크로 렌즈 제조방법.The method of claim 7, wherein
The optical integrated device
An optical waveguide including a cladding layer and a core layer to transmit light in a direction parallel to the light exit surface;
And a reflective surface disposed on the optical path transmitted through the core layer, the reflective surface being configured to change the path of the transmitted light so that the light exits through the light exit surface. 제8항에 있어서,
상기 반사면은
금속반사면 또는 전반사를 이용한 전반사면으로 이루어진 마이크로 렌즈 제조방법.9. The method of claim 8,
The reflective surface
Micro lens manufacturing method comprising a total reflection surface using a metal reflection surface or total reflection. 제8항에 있어서,
상기 렌즈면을 형성하는 단계에서
상기 광 입출사면에서 광이 출사되는 위치에 대응하는 폴리머층의 위치에 상기 초음파 팁을 배치하고 초음파를 인가하는 마이크로 렌즈 제조방법.9. The method of claim 8,
In the step of forming the lens surface
The method of claim 1, wherein the ultrasonic tip is disposed at a position of a polymer layer corresponding to a position at which light is emitted from the light exit surface, and ultrasonic waves are applied. 제10항에 있어서,
상기 렌즈면을 형성하는 단계에서
상기 초음파 팁에서 조사되는 초음파의 출력과
상기 초음파 팁이 상기 폴리머층을 누르는 압력을 조절하여 상기 렌즈면의 형상을 조절하는 마이크로 렌즈 제조방법.The method of claim 10,
In the step of forming the lens surface
The output of the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic tip
And adjusting the pressure of the ultrasonic tip to press the polymer layer to control the shape of the lens surface. 제10항에 있어서,
상기 렌즈면을 형성하는 단계에서
다수의 초음파 팁이 어레이된 초음파 팁 어레이를 사용하여, 상기 폴리머층의 표면에 다수의 렌즈면을 형성하는 마이크로 렌즈 제조방법.The method of claim 10,
In the step of forming the lens surface
A microlens manufacturing method for forming a plurality of lens surfaces on the surface of the polymer layer using an ultrasonic tip array arrayed a plurality of ultrasonic tips. 제1항에 있어서,
상기 광 집적소자는 표면발광레이저, 태양전지, 광검출기, 또는 컬러 필터인 마이크로 렌즈 제조방법.The method of claim 1,
The optical integrated device may be a surface light emitting laser, a solar cell, a photodetector, or a color filter.
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