KR20140049225A - 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법 - Google Patents

Abstract

마이크로 렌즈 어레이 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법은, 복수 개의 지지바를 일정 간격 이격하여 위치시키는 단계, 복수 개의 지지바 사이에 제1 수지를 충진한 후, 방사선을 조사하는 단계, 제1 수지가 완전 경화되기 전에 곡률을 가지는 압박 부재로 제1 수지의 상부에서 제1 수지를 압박하는 단계, 제1 수지가 완전 경화된 후, 지지바 및 압박 부재를 제거하여 제1 렌즈를 형성하는 단계, 및 복수 개의 제1 렌즈를 상호 접합하여 제1 렌즈 어레이를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

마이크로 렌즈 어레이 제조 방법{FABRICATING METHOD FOR MICROLENS ARRAY}

본 발명의 실시예는 마이크로 렌즈 어레이에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 렌즈들의 직경을 최소화 할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법에 관한 것이다.

노광 장치는 빛에 반응하는 물질(감광액 : Photo Resist)이 코팅된 시료(예를 들어, 반도체 웨이퍼 또는 유리 등)의 상부에 원하는 패턴이 형성된 마스크를 위치시킨 후, 자외선을 조사하여 시료 상의 감광막에 원하는 패턴(예를 들어, 전극 회로 패턴, 컬러 필터 패턴, 블랙 매트릭스 패턴 등)을 전사시키는 장치를 말한다.

한국등록특허공보 제10-1087787(2011.11.30)

선행기술에는 라인 광원의 하부에 장착되어 라인 광원에서 출력되는 빔을 집속하는 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는 노광 장치가 개시되어 있다.

이러한 마이크로 렌즈 어레이는 평면의 투명한 수지 시트에 렌즈 패턴을 기계적으로 직접 커팅하는 방식에 의해 제조하였다. 그러나, 종래의 커팅 방식에 의하면, 마이크로 렌즈 어레이의 각 렌즈 패턴을 동일한 모양 및 규격으로 커팅하는 것이 어렵고, 제조 시간이 오래 걸리게 되며, 마이크로 렌즈 어레이를 대량 생산하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래의 커팅 방식에 의하면, 렌즈 직경을 소형화하는데 어려움이 있게 된다. 즉, 종래의 커팅 방식에 의해 제조할 수 있는 렌즈 직경의 한계는 약 200㎛로, 이러한 렌즈 직경을 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 노광 장치에 사용하면, 렌즈의 집광력이 떨어져 패턴 불량이 발생할 우려가 있고, 수㎛ ~ 수십 ㎛의 미세 패턴은 형성할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 제조 공정을 간소화 하고 렌즈 직경을 최소화 할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법은, 복수 개의 지지바를 일정 간격 이격하여 위치시키는 단계; 복수 개의 지지바 사이에 제1 수지를 충진한 후, 방사선을 조사하는 단계; 상기 제1 수지가 완전 경화되기 전에 곡률을 가지는 압박 부재로 상기 제1 수지의 상부에서 상기 제1 수지를 압박하는 단계; 상기 제1 수지가 완전 경화된 후, 상기 지지바 및 상기 압박 부재를 제거하여 제1 렌즈를 형성하는 단계; 복수 개의 상기 제1 렌즈를 상호 접합하여 제1 렌즈 어레이를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 직경이 지지바들 사이의 간격(W)에 의해 결정되기 때문에, 각 렌즈 직경을 수 ㎛ ~ 수십 ㎛로 소형화 할 수 있게 된다. 이러한 렌즈 직경을 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 노광 장치에 사용하는 경우, 마이크로 렌즈 어레이에 의한 집광력을 향상시켜 시료 상에 원하는 패턴을 온전히 전사시켜 불량률을 줄일 수 있으며, 수 ㎛ ~ 수십 ㎛의 미세 패턴도 형성할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 지지바가 일정 간격 이격된 상태를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법을 나타낸 도면.
도 4는 종래 기술에 의해 제조된 마이크로 렌즈 어레이와 본 발명에 의해 제조된 마이크로 렌즈 어레이를 비교한 사진.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 두 개의 지지바(102)를 일정 간격(W) 이격하여 위치시킨다(도 1의 a). 여기서, 지지바(102)는 도 2에 도시된 바와 같이, 일정 길이를 갖는 사각 기둥의 형태로 형성될 수 있다. 그러나, 지지바(102)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니며, 그 이외의 다양한 형태로 형성될 수 있다.

두 개의 지지바(102) 사이의 간격(W)은 예를 들어, 수 ㎛에서 수십 ㎛가 될 수 있다. 여기서, 두 개의 지지바(102) 사이의 간격(W)이 각 렌즈의 직경이 되게 된다. 이는 후술하는 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법을 통해 명확히 알 수 있게 된다. 이때, 두 개의 지지바(102)를 일정 간격(W) 이격하여 위치시키는 일 실시예로는 다음과 같은 방법이 있다.

두 개의 지지바(102) 사이에 일정 폭(W)을 가지는 스페이스바(미도시)를 위치시키고, 두 개의 지지바(102)를 스페이스바(미도시)에 밀착시킨 후, 스페이스바(미도시)를 제거한다. 그러면, 두 개의 지지바(102)가 일정 간격(W) 이격하여 위치하게 된다. 이 경우, 스페이스바(미도시)의 폭에 따라 두 개의 지지바(102) 사이의 간격(W)을 수 ㎛에서 수십 ㎛의 매우 좁은 간격으로 정확하게 유지할 수 있게 된다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며 그 이외의 다양한 방법을 이용하여 두 개의 지지바(102)를 일정 간격(W) 이격하여 위치시킬 수 있다.

다음으로, 두 개의 지지바(102) 사이에 제1 수지(104)를 충진한다(도 1의 b). 예를 들어, 제1 수지(104)를 두 개의 지지바(102) 상에 인쇄한 후, 블레이드(미도시)를 통해 두 개의 지지바(102) 상부에 남아 있는 제1 수지(104)를 제거할 수 있다. 그러면, 두 개의 지지바(102) 사이의 공간에 제1 수지(104)가 충진된 상태로 남아있게 된다. 제1 수지(104)로는 광투과성 수지가 사용될 수 있다.

이때, 광투과성 수지로는 예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리히드록시에틸메타크릴레이트, 폴리시클로헥실메타크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 폴리디에틸렌글리콜비스아릴카보네이트, 폴리카보네이트 등의 아릴계수지, 메타크릴 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리아세트산비닐계 수지, 셀룰로오스계 수지, 폴리아미드계 수지, 불소계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리스티렌계 수지 등의 열가소성 또는 열경화성 수지가 사용될 수 있다. 여기서, 광투과성 수지에 광중합 개시제를 배합하여 광투과성 수지에 방사선 조사 경화성을 부여할 수 있다.

다음으로, 제1 수지(104)에 방사선을 조사하여 제1 수지(104)를 경화시킨다(도 1의 c). 이때, 방사선은 가시광선, 자외선, 적외선, X선, 전자선 등을 총칭한다. 제1 수지(104)에 방사선을 조사하면 제1 수지(104)가 경화되기 시작한다.

다음으로, 제1 수지(104)가 완전 경화되기 전에 일정 부위에 곡률(曲率)을 가지는 압박 부재(106)로 제1 수지(104)를 압박한다(도 1의 d). 여기서는, 압박 부재(106)로 원기둥 형태의 부재를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 수지(104)와 접촉하는 부분에 곡률을 가지기만 하면 어떤 형태의 부재라도 사용할 수 있다. 이때, 제1 수지(104)와 접촉하는 압박 부재(106)의 곡률은 필요에 따라 다양한 값으로 설정될 수 있다.

다음으로, 제1 수지(104)가 완전 경화된 후, 상기 지지바(102) 및 압박 부재(106)를 제거한다(도 1의 e). 그러면, 상부면이 오목한 오목 렌즈(104')가 형성되게 된다. 이때, 오목 렌즈(104')의 상부면은 압박 부재(106)의 곡률과 대응되는 곡률을 가지게 된다. 여기서, 지지바(102) 및 압박 부재(106)의 오목 렌즈(104')와 접촉하는 부분에는 오목 렌즈(104')로부터 용이하게 제거되도록 표면에 이형 처리가 수행될 수 있다.

다음으로, 복수 개의 오목 렌즈(104')를 일렬로 배열하여 오목 렌즈 어레이(105)를 형성한다(도 1의 f). 예를 들어, 도 1의 a 내지 도 1의 e 과정을 반복하여 복수 개의 오목 렌즈(104')를 형성한다. 그 후, 복수 개의 오목 렌즈(104')들을 접착 수단(예를 들어, 접착제 또는 양면 접착 테이프 등)으로 서로 접착시켜 일렬로 배열한다.

다음으로, 오목 렌즈 어레이(105) 상부에 제2 수지(108)를 도포한 후, 방사선을 조사하여 제2 수지(108)를 경화시킨다(도 1의 g). 여기서, 제2 수지(108)는 제1 수지(104)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 수지(108)는 광투과성 수지에 광중합 개시제가 배합되어 이루어질 수 있다.

다음으로, 오목 렌즈 어레이(105)와 경화된 제2 수지(108)를 분리시킨다(도 1의 h). 그러면, 오목 렌즈 어레이(105)와 대응되는 형상의 볼록 렌즈 어레이(108')가 형성되게 된다. 이때, 오목 렌즈 어레이(105)의 표면에는 경화된 제2 수지(108)로부터 용이하게 분리되도록 이형 처리가 수행될 수 있다.

여기서는, 오목 렌즈 어레이(105)가 볼록 렌즈 어레이(108')의 마스터 금형으로 사용되는 경우를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 오목 렌즈 어레이(105) 자체를 별도의 마이크로 렌즈 어레이로 사용할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 직경이 두 개의 지지바(102) 사이의 간격(W)에 의해 결정되기 때문에, 각 렌즈 직경을 수 ㎛ ~ 수십 ㎛로 소형화 할 수 있게 된다. 이러한 렌즈 직경을 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 노광 장치에 사용하는 경우, 마이크로 렌즈 어레이에 의한 집광력을 향상시켜 시료 상에 원하는 패턴을 온전히 전사시켜 불량률을 줄일 수 있으며, 수 ㎛ ~ 수십 ㎛의 미세 패턴도 형성할 수 있게 된다.

한편, 도 1의 (a) 내지 도 1의 (e)에서는 한 개의 오목 렌즈(104')를 형성하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 복수 개의 오목 렌즈(104')를 한 번에 형성할 수도 있다.

예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 복수 개의 지지바(102)들을 일정 간격(W) 이격하여 위치시킨 후, 지지바(102)들 사이의 공간에 제1 수지(104)를 충진하여 그 이후의 과정(즉, 도 1의 (c) 내지 도 1의 (e))을 수행하면 복수 개의 오목 렌즈(104')를 한 번에 형성할 수 있게 된다. 이 경우, 오목 렌즈 어레이를 제조하는 제조 공정을 간소화 할 수 있으며, 그로 인해 제조 시간을 단축할 수 있게 된다.

도 4는 종래 기술에 의해 제조된 마이크로 렌즈 어레이와 본 발명에 의해 제조된 마이크로 렌즈 어레이를 비교한 사진이다.

도 4를 참조하면, 종래 기술에 의해 제조된 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 직경은 200 ㎛인데 반하여, 본 발명에 의해 제조된 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 직경은 40 ㎛인 것을 확인할 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

102 : 지지바 104 : 제1 수지
104' : 오목 렌즈 105 : 오목 렌즈 어레이
106 : 압박 부재 108 : 제2 수지
108' : 볼록 렌즈 어레이

Claims (4)

1. 복수 개의 지지바를 일정 간격 이격하여 위치시키는 단계;
   복수 개의 지지바 사이에 제1 수지를 충진한 후, 방사선을 조사하는 단계;
   상기 제1 수지가 완전 경화되기 전에 곡률을 가지는 압박 부재로 상기 제1 수지의 상부에서 상기 제1 수지를 압박하는 단계;
   상기 제1 수지가 완전 경화된 후, 상기 지지바 및 상기 압박 부재를 제거하여 제1 렌즈를 형성하는 단계; 및
   복수 개의 상기 제1 렌즈를 상호 접합하여 제1 렌즈 어레이를 형성하는 단계를 포함하는, 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 렌즈 어레이를 형성하는 단계 이후에,
   상기 제1 렌즈 어레이의 상부에 제2 수지를 도포하고, 상기 제2 수지를 경화시키는 단계; 및
   상기 제1 렌즈 어레이로부터 경화된 상기 제2 수지를 분리하여 제2 렌즈 어레이를 형성하는 단계를 더 포함하는, 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   복수 개의 지지바를 일정 간격 이격하여 위치시키는 단계는,
   상기 복수 개의 지지바들 사이에 일정 폭을 가지는 스페이스바를 위치시키는 단계;
   상기 복수 개의 지지바들을 상기 스페이스바에 밀착시키는 단계; 및
   상기 스페이스바를 제거하는 단계를 포함하는, 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 지지바 및 상기 압박 부재는,
   상기 제1 수지와 접촉하는 부분에 이형 처리가 수행되는, 마이크로 렌즈 어레이 제조 방법.
   
   
   
   
   

Images