KR20170110003A

KR20170110003A - 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈 상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법

Info

Publication number: KR20170110003A
Application number: KR1020170017644A
Authority: KR
Inventors: 김종엽
Original assignee: 주식회사 고영테크놀러지; 주식회사 우리옵토
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2017-10-10
Also published as: JP2019516081A; CN109153200B; KR20160039588A; EP3434461B1; US10859789B2; US20190101719A1; KR20170110004A; EP3434461C0; CN109153200A; EP3434461A4; EP3434461A1; KR101906453B1; JP6684361B2

Abstract

평판상에서 제작된 마이크로 패턴을 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 부착함으로써 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 방법은 제1 마이크로 패턴(124)상에 명암비를 증가시키기 위한 공정으로서 제1 마이크로 패턴(124)이 전사된 제1 자외경화수지(123)의 요홈상에 유색의 나노파우더와 자외선 경화수지가 포함되는 인쇄물질(126)을 충진하고 자외선 경화시키는 함침 또는 상기 마이크로 패턴상에 반사층(125) 또는 굴절율이 일정이상 차이가 있는 물질을 코팅하여 마이크로 패턴 시트(12)를 준비하는 단계와, 광학 렌즈(100)의 저면이 움직임없이 밀착되도록 고정하는 렌즈 고정부(140)와 상기 렌즈 고정부(140)의 외측 평면상에 다수 개의 진공흡착홈(142)이 형성된 시트 고정부(144)를 구비하는 마이크로 패턴시트 부착장치(14)의 렌즈 고정부(140)에 상면은 곡면(150)으로 이루어지고 저면은 평면(152)으로 이루어진 광학 렌즈(100)의 저면을 안착시키는 단계와, 마이크로 패턴시트 부착장치(14)의 렌즈고정부(140)에 상기 광학 렌즈(100)가 고정된 상태에서 볼록한 광학 렌즈(100)의 상면과 상기 마이크로 패턴 시트(12)의 투명점착층(120)이 대향하도록 올려 놓고 상기 시트 고정부(140)의 상기 진공흡착홈(142)에 진공을 인가하여 상기 마이크로 패턴 시트(12)를 광학 렌즈(100)의 상면에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

일정 곡률을 가지는 광학 렌즈 상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법{Micro-pattern formaing method on optical lenz having a certain curvature}

본 발명은 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈 상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로 특히 평판 상에서 제작된 마이크로 패턴을 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈 상에 부착함으로써 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈 상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

곡면 내측에 마이크로 패턴을 구비한 광학 렌즈가 의료기 분야에서 사용되고 있다. 이러한 광학 렌즈를 제조하기 위해서는 일일이 광학 렌즈의 볼록한 표면을 가공하여야 하기 때문에 제조 원가가 높다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0144011호에는 마이크로 패턴의 곡면부를 가지는 케이스 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 상기 공개 특허에 따르면 상부 소정의 위치에 양각 형태의 평면 형성부 및 상기 평면 형성부의 각 측면에 하방향으로 절곡된 곡면 형성부를 가지고 상부 표면에 마이크로 패턴이 형성된 하부 스템퍼 금형과 금속 코어를 전주도금용 전해액에 침전시키고, 상기 금속 코어의 표면에 상기 양각 형태의 평면 형성부 및 곡면 형성부와 대응되는 음각 형태의 평면 형성부 및 곡면 형성부를 가지는 전주 도금부를 형성한 후 상기 전주 도금부 및 금속 코어로 이루어진 음각 금형부에 수지를 주입하여 사출하는 방법으로 제조된다. 하지만 상기 공개 특허에 따른 방법은 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈의 오목면에 마이크로 패턴을 형성하는 방법을 제공하지는 못한다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0035241호에는 굴절형 유리 마이크로렌즈 곡면의 정밀 제작방법이 개시되어 있다. 상기 공개 특허에 따르면 기판상에 BPSG유리막을 도포하거나 또한 BPSG유리층을 증착하고 필요에 따라 열처리함으로써, 투명한 유리막을 형성하는 제1단계; 형성된 유리막에 절단톱이나 포토공정, 습식 또는 건식식각을 사용하여 유리막과 기판 일정 깊이까지 도랑 또는 돌출되게 일정 패턴으로 마이크로렌즈 단위셀을 형성하는 제2단계; 마이크로렌즈 단위셀을 가열해 열유동시켜 렌즈구면을 형성하는 제3단계를 거치는 것으로, 마이크로렌즈의 비점수차나 구면수차 등의 렌즈수차들을 교정할 수 있도록, 상기 1단계에서 BPSG 유리층의 깊이에 따른 붕소농도의 분포를 조절하는 방법, 상기 제2단계의 열 유동 과정에서 특별한 모양의 렌즈셀 패턴을 사용하는 방법, 그리고 상기 제3단계에서 스퍼터 에칭을 부가 실시함으로써 렌즈면의 경사각에 따라 렌즈면의 식각률이 변하게 하는 방법 등을 사용하여 렌즈곡면의 형태를 정밀하게 제어하여 구면 또는 비구면 마이크로렌즈 곡면을 제작하는 방법이 제공된다.

하지만 상기 공개 특허에 따른 방법은 굴절형 유리 마이크로렌즈 곡면 정밀 제작과 관련된 것으로 육안상으로 확인되는 정도의 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법을 제공하지는 못한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 육안상으로 확인되는 정도의 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈의 내측 곡면상에 마이크로 패턴을 대량 생산이 용이하게 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 방법은,

일정 곡률을 가지는 광학 렌즈(100)상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법으로서,

(a) 리소그라피 공정 및 메탈라이징 공정에 의하여 제1 마이크로 패턴(124)이 형성된 평판형의 스탬퍼(101)를 준비하는 단계와;

(b) 투명점착층(120)을 구비하는 베이스필름(122)상에 제1 자외경화수지(123)를 도포후 스탬퍼(101)를 사용하여 상기 제1 마이크로 패턴(124)을 전사시키는 단계와;

(c) 상기 (b) 단계에서 전사된 제1 마이크로 패턴(124)상에 명암비를 증가시키기 위한 공정으로서 제1 마이크로 패턴(124)이 전사된 제1 자외경화수지(123)의 요홈상에 유색의 나노파우더와 자외선 경화수지가 포함되는 인쇄물질(126)을 충진하고 자외선 경화시키는 함침 또는 상기 마이크로 패턴상에 반사층(125) 또는 굴절율이 일정이상 차이가 있는 물질을 코팅하여 마이크로 패턴 시트(12)를 준비하는 단계와;

(d) 광학 렌즈(100)의 저면이 움직임없이 밀착되도록 고정하는 렌즈 고정부(140)와 상기 렌즈 고정부(140)의 외측 평면상에 다수 개의 진공흡착홈(142)이 형성된 시트 고정부(144)를 구비하는 마이크로 패턴시트 부착장치(14)의 렌즈 고정부(140)에 상면은 곡면(150)으로 이루어지고 저면은 평면(152)으로 이루어진 광학 렌즈(100)의 저면을 안착시키는 단계와;

(e) 상기 마이크로 패턴시트 부착장치(14)의 렌즈고정부(140)에 상기 광학 렌즈(100)가 고정된 상태에서 볼록한 광학 렌즈(100)의 상면과 상기 마이크로 패턴 시트(12)의 투명점착층(120)이 대향하도록 올려 놓고 상기 시트 고정부(140)의 상기 진공흡착홈(142)에 진공을 인가하여 상기 마이크로 패턴 시트(12)를 광학 렌즈(100)의 상면에 부착하는 단계; 및

(f) 상기 (e) 단계에서 상기 광학 렌즈의 외주연 바깥 부분을 잘라내어 곡면내측에 마이크로패턴을 구비하는 광학 렌즈를 완성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로 패턴 부착장치(14)의 진공흡착홈(142)은 광학렌즈(100)의 외주연에 해당하는 부분에 접하게 형성된 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 진공흡착홈(142) 사이에는 미세 진공흡착홈(145)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마이크로 패턴 부착장치(14)는 상기 광학렌즈(100)의 상부에 열풍을 불어주는 열풍 블로어를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 육안상으로 확인되는 정도의 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈의 내측 곡면상에 마이크로 패턴을 대량 생산이 용이하게 형성할 수 있는 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 흐름도,
도 2는 도 1의 단계(S102)에 의하여 준비된 스탬퍼의 구조를 설명하기 위한 단면도,
도 3은 스탬퍼상에 형성된 제1 마이크로패턴의 전자현미경 사진의 일예를 설명하기 위한 단면도,
도 4는 도 1의 단계(S104)에 의하여 제1 마이크로패턴이 전사되는 과정을 설명하기 위한 단면도,
도 5는 도 1의 단계(S106)에 의하여 유색의 나노파우더를 함침시키는 과정을 설명하기 위한 단면도,
도 6은 마이크로패턴층을 다층으로 형성하고 각 층의 색을 달리하여 컬러로 구현한 실시예를 설명하기 위한 단면도,
도 7은 도 1의 단계(S106)에 의하여 반사층을 코팅하는 과정을 설명하기 위한 단면도,
도 8은 도 1의 단계(S108)에서 마이크로패턴 시트를 광학 렌즈의 상면에 부착하기 위하여 사용될 수 있는 마이크로 패턴시트 부착장치의 구조와 상기 마이크로 패턴시트 부착장치상에 광학 렌즈를 안착시키고 마이크로패턴 시트를 올려놓는 과정을 설명하기 위한 사시도,
도 9는 도 1의 단계(S110)에서 광학 렌즈의 상면과 마이크로패턴 시트의 투명 접착층이 대향하도록 올려 놓고 진공을 인가하여 마이크로 패턴 시트를 광학 렌즈의 상면에 부착하는 과정을 설명하기 위한 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조된 광학 렌즈가 그 곡면 내측에 마이크로 패턴을 구비함으로써 얻어지는 광학적 효과를 설명하기 위한 도면.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법을 흐름도로써 나타내었다. 도 1은 이하에서 수시로 참조된다.

도 2에는 도 1의 단계(S102)에 의하여 준비된 스탬퍼의 구조를 단면도로써 나타내었다. 도 2를 참조하면, 단계(S100)에서 설계된 포토마스크를 사용하여 공지의 리소그라피 및 메탈라이징 공정(단계 S102)에 의하여 스탬퍼(101)가 준비되고 스탬퍼(10)상에는 제1 마이크로 패턴(124)이 구비된다. 도 3에는 스탬퍼상에 형성된 제1 마이크로패턴의 전자현미경 사진의 일예를 나타내었다.

다음으로, 도 4를 참조하면, 투명 점착제(120)를 구비하는 베이스필름(122) 상에 자외경화수지(123)를 도포 후 스탬퍼(101)를 사용하여 제1 마이크로 패턴(124)을 자외경화수지(123)상에 전사시킨다(단계 S106).

도 5에는 도 1의 단계(S106)에 의하여 유색의 나노파우더를 함침시키는 과정을 설명하기 위한 단면도를 나타내었다. 도 5를 참조하면 제1 마이크로패턴(124)의 요홈상에 나노파우더 형태의 유색 카본을 함침시킨다. 이때 제1 마이크로패턴의 요홈 두께는 0.2미크론 미만이면 나노파우더가 함침되기 어렵게 되고 200 미크론을 초과하면 마이크로패턴으로 작용하지 않으므로 마이크로패턴의 깊이는 0.2 미크론 이상 200 미크론 미만으로 설계되어야 한다.

도 6에는 마이크로패턴층을 다층으로 형성하고 각 층의 색을 달리하여 컬러로 구현한 실시예를 설명하기 위한 단면도를 나타내었다. 도 6을 참조하면, 제2 자외경화수지(130)를 도포하고 그 위에 제2 마이크로패턴(134)이 구비된 스탬퍼(131) 및 자외선 조사 장치를 사용하여 제2 마이크로패턴(134)을 제2 자외경화수지(130) 상에 전사시킨다. 본 실시예에 따르면 제1 마이크로 패턴(124)과 제2 마이크로패턴(134)의 요홈에 각기 다른 색의 나노파우더를 적용하고 제1 자외경화수지(122)와 제2 자외경화수지(130)의 두께를 적절히 조절하면 그 수지층에 형성되는 제1 마이크로 패턴(124)과 제2 마이크로패턴(134)이 동일한 초점심도의 범위에 속하게 되어 컬러로 구현하는 것이 가능하다.

한편, 위의 실시예에서와 같이 유색의 나노파우더를 함침시키는 공정 대신에 도 7에 도시한 바와 같이 도 1의 단계(S106)에 의하여 제1 마이크로 패턴(124) 상에 금속과 같은 고반사율 물질을 스퍼터링이나 증착과 같은 건식 공정 또는 은경화와 같은 습식 공정에 의하여 반사층(125)을 코팅함으로써 명암비를 증가시키는 것도 가능하다. 유색의 나노파우더를 함침시키는 공정이나 반사층을 코팅하는 공정이 아닌 굴절율 차등 물질을 코팅함으로써 명암비를 증가시키는 것도 가능하다.

도 8에는 도 1의 단계(S108)에서 마이크로패턴 시트를 광학 렌즈의 상면에 부착하기 위하여 사용될 수 있는 마이크로 패턴시트 부착장치의 구조와 상기 마이크로 패턴시트 부착장치상에 광학 렌즈를 안착시키고 마이크로패턴 시트를 올려놓는 과정을 설명하기 위한 사시도를 나타내었다. 도 8을 참조하면, 마이크로패턴 시트(12)를 광학 렌즈(100)의 상면에 부착하기 위하여 사용될 수 있는 마이크로 패턴시트 부착장치(14)는 광학 렌즈(100)의 저면이 움직임없이 밀착되도록 고정하는 렌즈 고정부(140)와 상기 렌즈 고정부(140)의 외측 평면상에 다수 개의 진공흡착홈(142)이 형성된 시트 고정부(144)를 구비한다. 마이크로 패턴시트 부착장치(14)의 렌즈 고정부(140)에는 상면은 곡면(150)으로 이루어지고 저면은 평면(152)으로 이루어진 광학 렌즈(100)의 저면이 안착된다. 렌즈 고정부(140)는 억지 끼움식으로 구성하는 것도 가능하고 저면에 구비되는 진공흡착홈(142)으로 구성하는 것도 가능하다.

도 9에는 도 1의 단계(S110)에서 광학 렌즈의 상면과 마이크로패턴 시트의 투명 접착층이 대향하도록 올려 놓고 진공을 인가하여 마이크로 패턴 시트를 광학 렌즈의 상면에 부착하는 과정을 단면도로써 나타내었다. 도 9를 참조하면 마이크로 패턴시트 부착장치(14)의 렌즈고정부(140)에 상기 광학 렌즈(100)가 고정된 상태에서 볼록한 광학 렌즈(100)의 상면과 상기 마이크로 패턴 시트(12)의 투명점착층(120)이 대향하도록 올려 놓고 상기 시트 고정부(140)의 상기 진공흡착홈(142)에 진공을 인가하여 마이크로패턴 시트(12)를 광학 렌즈(100)의 상면에 부착한다. 진공흡착홈(142) 사이에는 미세 진공흡착홈(145)을 더 포함하게 구성함으로써 마이크로패턴 시트(12)에 인가되는 진공 흡착이 고르게 분배되어 주름 발생이 되지 않도록 하는 것이 보다 바람직하다.

도 10에 도시한 바와 같이 마이크로패턴 시트(12)에 형성된 마이크로패턴의 인식률을 결정하는 명암비 및 신호대 잡음비율(S/N비 : signal-noise ratio)를 증가시키기 위해서는 반사층(168)을 형성한다. 반사층(168) 상에는 보호층 또는 인쇄층(170)을 형성한다.

10 : 광학 렌즈, 124 : 제1 마이크로 패턴
101 : 스탬퍼, 12 : 마이크로 패턴 시트
120 : 투명점착층, 122 : 베이스필름
123 : 제1 자외경화수지, 126 : 인쇄물질
125 : 반사층
14 : 마이크로 패턴시트 부착장치
140 : 렌즈 고정부, 142 : 다수 개의 진공흡착홈
144 : 시트 고정부
150 : 곡면, 152 : 평면
168 : 반사층
170 : 보호층 또는 인쇄층

Claims

일정 곡률을 가지는 광학 렌즈(100)상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법에 있어서,
(a) 리소그라피 공정 및 메탈라이징 공정에 의하여 제1 마이크로 패턴(124)이 형성된 평판형의 스탬퍼(101)를 준비하는 단계;
(b) 투명점착층(120)을 구비하는 베이스필름(122)상에 제1 자외경화수지(123)를 도포후 스탬퍼(101)를 사용하여 상기 제1 마이크로 패턴(124)을 전사시키는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 전사된 제1 마이크로 패턴(124)상에 명암비를 증가시키기 위한 공정으로서 제1 마이크로 패턴(124)이 전사된 제1 자외경화수지(123)의 요홈상에 유색의 나노파우더와 자외선 경화수지가 포함되는 인쇄물질(126)을 충진하고 자외선 경화시키는 함침 또는 상기 마이크로 패턴상에 반사층(125) 또는 굴절율이 일정이상 차이가 있는 물질을 코팅하여 마이크로 패턴 시트(12)를 준비하는 단계;
(d) 광학 렌즈(100)의 저면이 움직임없이 밀착되도록 고정하는 렌즈 고정부(140)와 상기 렌즈 고정부(140)의 외측 평면상에 다수 개의 진공흡착홈(142)이 형성된 시트 고정부(144)를 구비하는 마이크로 패턴시트 부착장치(14)의 렌즈 고정부(140)에 상면은 곡면(150)으로 이루어지고 저면은 평면(152)으로 이루어진 광학 렌즈(100)의 저면을 안착시키는 단계;
(e) 상기 마이크로 패턴시트 부착장치(14)의 렌즈고정부(140)에 상기 광학 렌즈(100)가 고정된 상태에서 볼록한 광학 렌즈(100)의 상면과 상기 마이크로 패턴 시트(12)의 투명점착층(120)이 대향하도록 올려 놓고 상기 시트 고정부(140)의 상기 진공흡착홈(142)에 진공을 인가하여 상기 마이크로 패턴 시트(12)를 광학 렌즈(100)의 상면에 부착하는 단계; 및
(f) 상기 (e) 단계에서 상기 광학 렌즈의 외주연 바깥 부분을 잘라내어 곡면내측에 마이크로패턴을 구비하는 광학 렌즈를 완성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 마이크로 패턴 부착장치(14)의 진공흡착홈(142)은 광학렌즈(100)의 외주연에 해당하는 부분에 접하게 형성된 것을 특징으로 하는 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 진공흡착홈(142) 사이에는 미세 진공흡착홈(145)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 마이크로 패턴 부착장치(14)는 상기 광학렌즈(100)의 상부에 열풍을 불어주는 열풍 블로어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일정 곡률을 가지는 광학 렌즈상에 마이크로 패턴을 형성하는 방법.