KR20210003339A - 비대칭형 출광 패턴을 갖는 디퓨져 및 이의 제조 방법 - Google Patents

비대칭형 출광 패턴을 갖는 디퓨져 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디퓨져 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 디퓨져를 통해 방출되는 광이 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 디퓨져 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
실시 형태에 따른 디퓨져는, 레이저 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 디퓨져로서, 베이스부와 상기 베이스부 상에 배치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 마이크로 렌즈 어레이는, 가로 길이와 세로 길이가 서로 다른 밑면과 상기 밑면 상에 배치된 곡면을 포함하는 마이크로 렌즈를 복수로 갖는다.

Description

비대칭형 출광 패턴을 갖는 디퓨져 및 이의 제조 방법{DIFFUSER HAVING ASYMMETRY TYPE LIGHT OUTPUT PATTERN AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 디퓨져 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 디퓨져를 통해 방출되는 광이 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 디퓨져 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
바이오 인식(Biometrics)은 사람 개개인마다 다르게 가진 바이오 정보(얼굴, 음성, 지문, 손등 정맥, 홍채, DNA, 등)를 추출하여 개인의 신분을 확인하는 방법이다. 바이오 인식의 장점은 보안성과 편리성이라고 할 수 있다.
바이오 인식은 인간이 가진 바이오 정보를 이용하여 개개인만을 특정할 수 있는 탁월한 보안성과 별도의 장치를 가지고 다니거나 외울 필요가 없는 편리성을 동시에 만족시킬 수 있다.
바이오 인식은 지문인식에 이어 특히 얼굴 인식에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 얼굴 인식 과정은 크게 얼굴검출 기술과 특징추출 및 매칭을 통한 얼굴인식 기술로 나눌 수 있다. 일단 인식 대상이 되는 영상을 획득하면 영상에서 인식하고자 하는 얼굴 영역만을 따로 분리해 내는 과정을 가진다.
이 과정에서 얼굴 영역이 정확히 추출되어야 높은 인식률의 얼굴 인식 시스템을 구축할 수 있기 때문에 얼굴검출 기술은 시스템의 성능을 좌우하는 중요한 부분이라 할 수 있다.
최근 스마트폰을 비롯한 얼굴 이미지 취득 장치의 소형화 추세에 따라 간단하고 경제적으로 얼굴 이미지를 획득하기 위해서 레이저를 이용하고 있는데, 스마트폰을 사용하는 사용자의 얼굴을 정확히 인식하기 위해서는 방출되는 레이저가 사용자의 얼굴 전체에 입사되어야 한다. 사용자의 얼굴은 일반적으로 가로 방향보다는 세로 방향이 상대적으로 길기 때문에, 사용자의 얼굴 전체를 정확히 인식하기 위해서는 비대칭의 출광 패턴을 갖는 디퓨져가 필요한 실정이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 소정의 레이저 광을 수신하여 비대칭의 출광 패턴을 갖는 레이저를 방출할 수 있는 디퓨져를 제공한다.
또한, 상기 디퓨져의 수율을 향상시키고, 제조 비용을 절감시킬 수 있는 디퓨져의 제조 방법을 제공한다.
실시 형태에 따른 디퓨져는, 레이저 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 디퓨져로서, 베이스부와 상기 베이스부 상에 배치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 마이크로 렌즈 어레이는, 가로 길이와 세로 길이가 서로 다른 밑면과 상기 밑면 상에 배치된 곡면을 포함하는 마이크로 렌즈를 복수로 갖는다.
다른 실시 형태에 따른 디퓨져는, 레이저 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 디퓨져로서, 베이스부와 상기 베이스부 상에 배치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 마이크로 렌즈 어레이는, 가로 길이와 세로 길이가 같은 밑면과 상기 밑면 상에 배치된 곡면을 포함하는 마이크로 렌즈를 복수로 갖는다.
실시 형태에 따른 디퓨져의 제조 방법은, 레이저 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 디퓨져 제조 방법으로서, 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는, 포토레지스트층 형성 단계; 상기 포토레지스트층 상에 소정의 마스크 패턴이 형성된 마스크를 형성하는, 마스크 형성 단계; 상기 마스크로 가로 방향으로의 지향각(beam angle)과 세로 방향으로의 지향각이 동일한 디퓨징된 빛을 조사하여 상기 포토레지스트층에 상기 마스크 패턴에 대응되는 복수의 공동(void)을 형성하는, 공동 형성 단계; 및 디퓨져 형성 물질을 상기 복수의 공동에 형성하여 상기 디퓨져를 형성하는, 디퓨져 형성 단계;를 포함하고, 상기 마스크에 형성된 상기 마스크 패턴에서, 상기 가로 방향으로 배열된 인접한 2개의 패턴 사이의 거리는 상기 세로 방향으로 배열된 인접한 2개의 패턴 사이의 거리와 서로 다르다.
다른 실시 형태에 따른 디퓨져의 제조 방법은, 레이저 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 디퓨져 제조 방법으로서, 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는, 포토레지스트층 형성 단계; 상기 포토레지스트층 상에 소정의 마스크 패턴이 형성된 마스크를 형성하는, 마스크 형성 단계; 상기 마스크로 가로 방향으로의 지향각(beam angle)과 세로 방향으로의 지향각이 서로 다른 디퓨징된 빛을 조사하여 상기 포토레지스트층에 상기 마스크 패턴에 대응되는 복수의 공동(void)을 형성하는, 공동 형성 단계; 및 디퓨져 형성 물질을 상기 복수의 공동에 형성하여 상기 디퓨져를 형성하는, 디퓨져 형성 단계;를 포함하고, 상기 마스크에 형성된 상기 마스크 패턴에서, 상기 가로 방향으로 배열된 인접한 2개의 패턴 사이의 거리는 상기 세로 방향으로 배열된 인접한 2개의 패턴 사이의 거리와 동일하다.
본 발명의 실시 형태들에 따른 디퓨져를 사용하면, 소정의 레이저 광을 수신하여 비대칭형 출광 패턴을 갖는 레이저를 방출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태들에 따른 디퓨져의 제조 방법을 사용하면, 디퓨져의 수율을 향상시키고, 제조 비용을 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1a은 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 디퓨징 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 디퓨져(100)의 변형 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1a에 도시된 디퓨져(100)에서 출광되는 레이저 빔(DL)에 의한 출광패턴을 보여주는 휘도 그래프이다.
도 3의 (a)는 도 2에 도시된 휘도 그래프의 세로 방향(또는 제1 방향)으로의 휘도값 그래프이고, 도 3의 (b)는 도 2에 도시된 휘도 그래프의 가로 방향(또는 제2 방향)으로의 휘도값 그래프이다.
도 4은 도 1a에 도시된 디퓨져(100)의 마이크로 렌즈 어레이(150)의 일 부분에 대한 사시도이다.
도 5는 도 1a에 디퓨져(100)의 마이크로 렌즈 어레이(150)의 일 부분에 대한 정면도이다.
도 6의 (a)는 도 5에 도시된 a-a'로의 단면도이고, 도 6의 (b)는 도 5에 도시된 b-b'으로의 단면도이다.
도 7의 (a) 내지 (d)는 접선의 기울기에 따른 레이저 빔의 퍼짐을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (a) 내지 (c)는 도 1a에 도시된 디퓨져(100)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a) 내지 (f)는 도 1a에 도시된 디퓨져(100)의 다른 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 마스크(850)에 형성된 마스크 패턴(855)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11의 (a) 내지 (b)는 형성되는 공동의 형상을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 도 1a에 도시된 디퓨져(100)의 변형된 실시 형태에 따른 디퓨져의 마이크로 렌즈 어레이(150')의 일 부분에 대한 정면도이다.
도 13의 (a)는 도 12에 도시된 a-a'로의 단면도이고, 도 6의 (b)는 도 5에 도시된 b-b'으로의 단면도이다.
도 14의 (a) 내지 (c)는 도 13에 도시된 디퓨져(100')의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 14에 도시된 마스크(850')에 형성된 마스크 패턴(855')의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 형태에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 형태로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 형태 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1a은 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 디퓨징 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 디퓨징 시스템은, 디퓨져(100) 및 레이저 광원(300)을 포함한다.
레이저 광원(300)은, 소정의 레이저 빔(L)을 방출한다. 레이저 광원(300)은 레이저 빔(L)을 디퓨져(100)로 제공한다.
레이저 광원(300)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser, 또는 VCSEL)를 포함할 수 있다. VCSEL은 상부 표면에 수직한 방향으로 레이저를 방출하는 반도체 레이저 다이오드의 일종이다. 여기서, 레이저 광원(300)이 VCSEL로 한정되는 것은 아니며, 레이저 광원(300)은 일반적인 레이저를 포함할 수 있다.
디퓨져(100)는 레이저 광원(300)으로부터 입사되는 레이저 빔(L)을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성한다. 즉, 디퓨져(100)는 레이저 광원(300)으로부터 입사되는 레이저 빔(L)을 수신하고, 수신된 레이저 빔(L)을 확산하여 확산된 레이저 빔(DL)을 방출한다. 그리고, 확산된 레이저 빔(DL)은 비대칭형 출광 패턴을 갖는다. 도 2 내지 도 3을 참조하여 비대칭형 출광 패턴을 상세히 설명한다.
도 2는 도 1a에 도시된 디퓨져(100)에서 출광되는 레이저 빔(DL)에 의한 출광패턴을 보여주는 휘도 그래프이고, 도 3의 (a)는 도 2에 도시된 휘도 그래프의 세로 방향(또는 제1 방향)으로의 휘도값 그래프이고, 도 3의 (b)는 도 2에 도시된 휘도 그래프의 가로 방향(또는 제2 방향)으로의 휘도값 그래프이다.
도 2를 참조하면, 디퓨져(100)에서 출광되는 레이저 빔(DL)의 출광패턴은 비대칭형 출광 패턴을 갖는다. 여기서, 비대칭형 출광 패턴이란, 조사면에 형성된 출광패턴의 가로폭과 세로폭이 서로 다른 것을 의미한다. 따라서, 비대칭형 출광 패턴은 직사각형 형태의 출광 패턴을 갖는다고 볼 수 있다.
도 3의 (a)와 (b)를 참조하면, 세로 방향(또는 제1 방향) 에서의 패턴폭과 휘도값이 가로 방향(또는 제2 방향)에서의 패턴폭과 휘도값보다 다소 크게 나타남을 확인할 수 있다.
다시, 도 1a을 참조하면, 디퓨져(100)는 베이스부(110)와 베이스부(110) 상에 배치된 마이크로 렌즈 어레이(150)를 포함한다.
베이스부(110)는 마이크로 렌즈 어레이(150)를 지지하는 역할을 한다. 베이스부(110)는 마이크로 렌즈 어레이(150)와 동일한 재질로 형성될 수 있다. 베이스부(110)는 마이크로 렌즈 어레이(150)로부터 방출되는 레이저 빔(DL)을 투과시킬 수 있다.
여기서, 도 1b의 (a)에 도시된 바와 같이, 베이스부(110)와 마이크로 렌즈 어레이(150)는 동일한 재질로 일체로 형성되어 변형된 실시 예인 디퓨져(100')를 구성할 수 있다. 한편, 베이스부(110)와 마이크로 렌즈 어레이(150)는 서로 다른 재질로 형성될 수 있고, 서로 다른 재질의 베이스부(110)와 마이크로 렌즈 어레이(150)는 서로 부착되어 결합될 수도 있다.
여기서, 도 1b의 (b)에 도시된 바와 같이, 다른 변형된 실시 예인 디퓨져(100'')는 베이스부(110), 베이스부(110) 상에 배치된 마이크로 렌즈 어레이(150) 및 베이스부(110) 아래에 배치된 추가 베이스부(170)를 포함할 수 있다. 추가 베이스부(170)는 베이스부(110)와 동일 또는 서로 다른 재질로 구성될 수 있다. 추가 베이스부(170)는 디퓨져(100'')를 외부의 이물질로부터 보호하고, 디퓨져(100'')의 파손이나 손상을 방지할 수 있다.
다시, 도 1a 내지 도 1b를 참조하면, 마이크로 렌즈 어레이(150)는 베이스부(110)의 일 면에 배치될 수 있는데, 특히, 베이스부(110)의 양 면 중 레이저 광원(300)을 바라보는 일 면에 배치될 수 있다.
이하 도 4 내지 6을 참조하여 마이크로 렌즈 어레이(150)를 상세히 설명한다.
도 4은 도 1a에 도시된 디퓨져(100)의 마이크로 렌즈 어레이(150)의 일 부분에 대한 사시도이고, 도 5는 도 1a에 디퓨져(100)의 마이크로 렌즈 어레이(150)의 일 부분에 대한 정면도이고, 도 6의 (a)는 도 5에 도시된 a-a'로의 단면도이고, 도 6의 (b)는 도 5에 도시된 b-b'으로의 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 마이크로 렌즈 어레이(150)는 복수의 마이크로 렌즈(155)들이 세로 방향(또는 제1 방향)과 가로 방향(또는 제2 방향)을 따라 연접(連接)하여 배치됨으로서 구성될 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(155)들은 랜덤하지 않고, 규칙적으로(regularly) 배치될 수 있다.
마이크로 렌즈(155) 각각은 가로 길이(h1)와 세로 길이(v1)가 서로 다른 밑면과, 밑면 상에 배치된 곡면을 포함하는 마이크로 렌즈이다. 도 5와 도 6에서는 세로 길이(v1)가 가로 길이(h1)보다 길게 도시되어 있으나, 반대의 경우도 가능하다.
마이크로 렌즈(155)의 곡면은, 도 5에 도시된 바와 같이, 구면일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(155)를 세로 방향(a-a')으로 잘랐을 때의 마이크로 렌즈(155)의 곡면의 곡률과, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(155)를 가로 방향(b-b')으로 잘랐을 때의 마이크로 렌즈(155)의 곡면의 곡률이 동일하다. 따라서, 마이크로 렌즈(155)는 등방성인 특성을 갖는다. 한편, 도면으로 도시하지 않았지만, 마이크로 렌즈(155)의 곡면은, 비구면일 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(155)들은 가로 방향과 세로 방향으로 연접하여 배치되어 있고, 복수의 마이크로 렌즈(155)들 각각의 밑면의 가로 길이와 세로 길이가 서로 다르다. 따라서, 복수의 마이크로 렌즈(155)들에 있어서, 도 6의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 세로 방향으로 연접한 2개의 마이크로 렌즈 사이의 연결점(connection point, P1)에서의 접선의 기울기(α1)와, 세로 방향으로 연접한 2개의 마이크로 렌즈 사이의 연결점(P2)에서의 접선의 기울기(α2)는 서로 다르다. 좀 더 상세하게는 α1이 α2보다 크다. 한편, 도 6의 (a)와 (b)에서 α1과 α2는 마이크로 렌즈(155)의 밑면을 기준으로 한 각 접선의 기울기로 정의될 수 있다.
서로 다른 α1과 α2에 의해서, 마이크로 렌즈(155)에서 확산되는 레이저 빔의 퍼짐이 결정된다. 구체적으로, 도 7의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 접선의 기울기가 상대적으로 급할수록(또는 클수록) 레이저 빔의 퍼짐이 크고, 접선의 기울기가 상대적으로 완만할수록(또는 작을수록) 레이저 빔의 퍼짐이 작다. 즉, 마이크로 렌즈(155)의 곡면의 각도의 경사에 따라 지향각(beam angle) 또는 방사각이 다르다. 참고로, 도 7의 (d)는 다양한 접선의 기울기들(26°, 35°, 52°, 56°)을 실제로 제작한 경우의 사진들이다.
도 6의 (a) 내지 (b)에서 α1가 α2보다 상대적으로 크기 때문에, 가로 방향보다 세로 방향으로 레이저 빔이 더 퍼진다. 따라서, 이러한 복수의 마이크로 렌즈(155)들을 갖는 마이크로 렌즈 어레이(150)는, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 비대칭형 출광 패턴의 레이저 빔(DL)을 방출할 수 있다.
도 8의 (a) 내지 (c)는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 디퓨져(100, 100', 100'')의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 기판(810) 상에 포토레지스트층(830)을 형성(포토레지스트층 형성 단계)하고, 포토레지스트층(830) 상에 마스크 패턴(855)이 형성된 마스크(850)를 형성(마스크 형성 단계)한다. 그리고, 마스크(855)로 자외선(UV light)과 같은 소정의 빛을 조사하여 포토레지스트층(830)에 마스크 패턴(855)에 대응되는 복수의 공동(void, 835)을 형성(공동 형성 단계)한다.
여기서, 마스크(855)로 조사되는 빛은, 가로 방향으로의 지향각(beam angle)과 세로 방향으로의 지향각이 동일한 빛일 수 있다.
복수의 공동(835)의 형상은, 자외선의 조사량(exposure dose), 마스크(855)와 포토레지스트층(830) 사이(또는 마스크 패턴(855)와 포토레지스트층(830) 사이)의 갭(gap), 및 패턴 어레이(855)의 개구폭(opening width) 중 하나 이상에 의해 조절될 수 있다.
마스크(850) 상에 디퓨징 플레이트(870, diffusing plate (or diffuser))를 배치시킨 후 마스크(850)로 디퓨징된 빛을 조사할 수도 있다. 디퓨징 플레이트(870)은 가로 방향으로의 지향각(beam angle)과 세로 방향으로의 지향각이 동일한 디퓨징된 빛을 방출한다. 이 경우, 복수의 공동(835)의 형상은, 디퓨징 플레이트(870)의 종류(type)에 의해서도 추가로 조절될 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 디퓨져 형성 물질(890)을 복수의 공동(835)이 형성된 포토레지스트층(830) 상에 형성하고, 이를 경화시킨 후, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(830)으로부터 경화된 디퓨져 형성 물질(890)을 분리하여 디퓨져(100)를 형성(디퓨져 형성 단계)할 수 있다.
도 9의 (a) 내지 (f)는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 디퓨져(100, 100', 100'')의 다른 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a) 및 (b)는 도 8의 (a) 및 (b)와 동일하다. 다만, 도 9의 (b)에서 포토레지스트층(830) 상에 형성되는 물질이 제1 몰드 형성 물질(890')로 상이하다. 여기서, 제1 몰드 형성 물질(890')은 금속과 같은 단단한 재질일 수 있다.
다음으로, 도 9의 (c)와 같이, 경화된 제1 몰드 형성 물질(890')을 포토레지스트층(830)으로부터 분리하여 제1 몰드(900)를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 9의 (d)를 참조하면, 제1 몰드(900) 상에 제2 몰드 형성 물질(990)을 형성한다. 여기서, 제2 몰드 형성 물질(990)은 제1 몰드 형성 물질(890')과 다른 물질로서, 제1 몰드 형성 물질(890')보다 무른 재질일 수 있다. 예를 들어, 제2 몰드 형성 물질(990)은 탄성 재질로서, 더욱 상세하게는 PDMS일 수 있다. 제2 몰드 형성 물질(990)을 경화시킨 후 제1 몰드(900)로부터 분리하여 제2 몰드(950')를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 9의 (e)를 참조하면, 제2 몰드(950') 상에 디퓨져 형성 물질(990)을 형성하고, 이를 경화킨 후, 도 9의 (f)에 도시된 바와 같이, 제2 몰드(950')로부터 경화된 디퓨져 형성 물질(990)을 분리하여 도 1a 또는 도 1b에 도시된 디퓨져(100, 100', 100'')를 형성할 수도 있다.
상술한 도 8 및 도 9에 도시된 디퓨져(100)의 제조 방법들에서는, 도 4 내지 도 6에 도시된 등방성의 마이크로 렌즈(155)를 제조하기 위해서, 마스크 패턴(855)이 형성된 마스크(850)를 사용하였다. 이하 마스크(850)에 형성된 마스크 패턴(855)의 형상을 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 도 8 및 도 9에 도시된 마스크(850)에 형성된 마스크 패턴(855)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 마스크 패턴(855)은 복수의 개구(855h)를 가질 수 있다. 복수의 개구(855h)는 가로 방향과 세로 방향을 따라 마스크 패턴(855)에 형성될 수 있다. 복수의 개구(855h) 각각은 사각 형상을 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 여기서, 가로 방향을 따라 형성된 복수의 개구들 사이의 제1 간격(x)은, 세로 방향으로 따라 형성된 복수의 개구들 사이의 제2 간격(y)과 다르다. 구체적으로, 제1 간격(x)은 제2 간격(y)보다 작다.
도 10에 도시된 마스크 패턴(855)을 갖는 마스크(850)을 사용하면, 도 4 내지 도 6에 도시된 복수의 마이크로 렌즈(155)를 갖는 마이크로 렌즈 어레이(150)를 형성할 수 있다. 도 7의 (a) 내지 (c), 도 8 및 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
도 10에 도시된 마스크(850)에서 제1 간격(x)이 제2 간격(y)보다 작게 형성되면, 도 8의 (a)에서 포토레지스트층(830)에 형성되는 복수의 공동(835)의 형상이 포토레지스트층(830)의 가로 방향과 세로 방향에 따라 달라진다. 예를 들어, 제1 간격(x)는 제2 간격(y)보다 상대적으로 작기 때문에, 세로 방향으로 인접한 2개의 공동(835)의 형상은 도 11의 (a)에 도시된 바와 같게 되고, 가로 방향으로 인접한 2개의 공동(835)의 형상은 도 11의 (b)에 도시된 바와 같게 된다.
이러한 상태에서 도 8의 (b) 내지 (c) 과정이 이뤄지면, 생성되는 디퓨져(100)의 형상이 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같은 디퓨져(100)의 형상을 가지게 된다. 제조된 디퓨져(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 가로폭과 세로폭이 다른 비대칭형 출광 패턴을 특정 조사면에 형성할 수 있게 된다.
이와 같이, 마스크(850)의 마스크 패턴(855)에 형성되는 복수의 개구(855h)들 사이의 가로 방향의 간격과 세로 방향의 간격을 서로 다르게 조절함으로써, 비대칭형 출광 패턴을 갖는 디퓨져(100)를 제작할 수 있다.
도 12는 도 1a에 도시된 디퓨져(100)의 변형된 실시 형태에 따른 디퓨져의 마이크로 렌즈 어레이(150')의 일 부분에 대한 정면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 디퓨져는, 베이스부(미도시) 및 베이스부(미도시)의 일 면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이(150')를 포함한다. 마이크로 렌즈 어레이(150')는 복수의 마이크로 렌즈(155')들을 포함한다. 복수의 마이크로 렌즈(155')들은 가로 방향과 세로 방향을 따라 연접하여 배치된다. 복수의 마이크로 렌즈(155')들은 랜덤하지 않고, 규칙적으로(regularly) 배치될 수 있다.
마이크로 렌즈(155') 각각은 가로 길이(q)와 세로 길이(q)와 같은 밑면과, 밑면 상에 배치된 곡면을 포함하는 마이크로 렌즈이다.
마이크로 렌즈(155')의 곡면은, 도 5에 도시된 렌즈(155)와 달리, 가로 방향과 세로 방향에서 서로 다른 곡률 갖는 곡면일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(155')를 세로 방향(a-a')으로 잘랐을 때의 마이크로 렌즈(155')의 곡면의 곡률과, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈(155')를 가로 방향(b-b')으로 잘랐을 때의 마이크로 렌즈(155')의 곡면의 곡률이 서로 다르다. 따라서, 마이크로 렌즈(155')는 비등방성인 특성을 갖는다. 한편, 도면으로 도시하지 않았지만, 마이크로 렌즈(155')의 곡면은, 비구면일 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(155')들은 가로 방향과 세로 방향으로 연접하여 배치되어 있고, 복수의 마이크로 렌즈(155')들 각각의 밑면의 가로 길이와 세로 길이는 동일하다. 따라서, 복수의 마이크로 렌즈(155')들에 있어서, 도 13의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 세로 방향으로 연접한 2개의 마이크로 렌즈 사이의 연결점(connection point, P3)에서의 접선의 기울기(α3)와, 세로 방향으로 연접한 2개의 마이크로 렌즈 사이의 연결점(P4)에서의 접선의 기울기(α4)는 서로 다르다. 좀 더 상세하게는 α4이 α3보다 크다. 한편, 도 13의 (a)와 (b)에서 α3과 α4는 마이크로 렌즈(155')의 밑면을 기준으로 한 각 접선의 기울기로 정의될 수 있다.
서로 다른 α3과 α4에 의해서, 마이크로 렌즈(155')에서 확산되는 레이저 빔의 퍼짐이 결정된다. 구체적으로, 도 7의 (a) 내지 (c)를 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 접선의 기울기가 상대적으로 급할수록(또는 클수록) 레이저 빔의 퍼짐이 크고, 접선의 기울기가 상대적으로 완만할수록(또는 작을수록) 레이저 빔의 퍼짐이 작다. 즉, 마이크로 렌즈(155')의 곡면의 각도의 경사에 따라 지향각 또는 방사각이 다르다.
도 13의 (a) 내지 (b)에서 α4가 α3보다 상대적으로 크기 때문에, 세로 방향보다 가로 방향으로 레이저 빔이 더 퍼진다. 따라서, 이러한 복수의 마이크로 렌즈(155')들을 갖는 마이크로 렌즈 어레이(150')는, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 특정 조사면에 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 레이저 빔(DL)을 방출할 수 있다.
도 14의 (a) 내지 (c)는 도 13에 도시된 디퓨져(100')의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14의 (a)를 참조하면, 기판(810) 상에 포토레지스트층(830)을 형성(포토레지스트층 형성 단계)하고, 포토레지스트층(830) 상에 마스크 패턴(855')이 형성된 마스크(850')를 형성(마스크 형성 단계)한다. 그리고, 마스크(855')로 자외선(UV light)과 같은 소정의 빛을 조사하여 포토레지스트층(830)에 마스크 패턴(855')에 대응되는 복수의 공동(void, 835')을 형성(공동 형성 단계)한다.
여기서, 마스크(855')로 조사되는 빛은, 가로 방향으로의 지향각(beam angle)과 세로 방향으로의 지향각이 서로 다른 빛일 수 있다.
복수의 공동(835')의 형상은, 자외선의 조사량(exposure dose), 마스크(855')와 포토레지스트층(830) 사이(또는 마스크 패턴(855')와 포토레지스트층(830) 사이)의 갭(gap), 및 패턴 어레이(855')의 개구폭(opening width) 중 하나 이상에 의해 조절될 수 있다.
마스크(850') 상에 디퓨징 플레이트(1470, diffusing plate (or diffuser))를 배치시킨 후 마스크(850')로 디퓨징된 빛자외선을 조사할 수도 있다. 디퓨징 플레이트(1470)은 가로 방향으로의 지향각(beam angle)과 세로 방향으로의 지향각이 서로 다른 디퓨징된 빛을 방출한다. 이 경우, 복수의 공동(835')의 형상은, 디퓨징 플레이트(1470)의 종류(type)에 의해서도 추가로 조절될 수 있다.
여기서, 디퓨징 플레이트(1470)는 입사되는 자외선을 수신하여 비대칭형 출광 패턴을 특정 조사면에 형성하는 디퓨져(1470)일 수 있다. 예를 들어, 도 5 또는 도 12에 도시된 디퓨져(100)를 이용하여 디퓨징 플레이트1470)로 사용할 수 있다. 도 5 또는 도 12에 도시된 디퓨져(100)를 이용하여 디퓨징 플레이트(1470)로 사용하게 되면, 디퓨징 플레이트(1470)에서 비대칭형 출광 패턴이 마스크(850')로 조사될 수 있다.
도 14의 (b)를 참조하면, 디퓨져 형성 물질(890)을 복수의 공동(835')에 형성하고, 이를 경화시킨 후, 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(830)으로부터 경화된 디퓨져 형성 물질(890)을 분리하여 도 12에 도시된 디퓨져(100')를 형성(디퓨져 형성 단계)할 수 있다.
한편, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 도 9의 (a) 내지 (f)에 도시된 과정이 도 12에 도시된 디퓨져를 형성하는데 그대로 적용될 수 있음은 당연하다.
상술한 도 14의 (c)에 도시된 디퓨져(100')의 제조 방법에서는, 도 12 내지 도 13에 도시된 비등방성의 마이크로 렌즈(155')를 제조하기 위해서, 마스크 패턴(855')이 형성된 마스크(850')를 사용하였다. 이하 마스크(850')에 형성된 마스크 패턴(855')의 형상을 도 15를 참조하여 설명한다.
도 15는 도 14에 도시된 마스크(850')에 형성된 마스크 패턴(855')의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 마스크 패턴(855')은 복수의 개구(855h')를 가질 수 있다. 복수의 개구(855h')는 가로 방향과 세로 방향을 따라 마스크 패턴(855')에 형성될 수 있다. 복수의 개구(855h') 각각은 사각 형상을 가질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 여기서, 가로 방향을 따라 형성된 복수의 개구들 사이의 간격(z)은, 세로 방향으로 따라 형성된 복수의 개구들 사이의 간격(z)과 같다.
도 15에 도시된 마스크 패턴(855')을 갖는 마스크(850')을 사용하면, 도 12 내지 도 13에 도시된 복수의 마이크로 렌즈(155')를 갖는 마이크로 렌즈 어레이(150')를 형성할 수 있다. 도 14의 (a) 내지 (c) 및 도 15를 참조하여 상세히 설명한다.
도 15에 도시된 마스크(850')에서 제1 간격(z)이 제2 간격(z)이 동일하지만, 포토레지스트층(830)으로 조사되는 자외선의 출광 패턴이 비대칭형 출광 패턴이기 때문에, 도 14의 (a)에서 포토레지스트층(830)에 형성되는 복수의 공동(835')의 곡률이 포토레지스트층(830)의 가로 방향과 세로 방향에 따라 달라진다. 예를 들어, 공동(835')을 세로 방향으로 잘랐을 때의 곡면의 곡률이 공동(835')을 가로 방향으로 잘랐을 때의 곡면의 곡률과 다르게 된다.
이러한 상태에서 도 14의 (b) 내지 (c) 과정이 이뤄지면, 생성되는 디퓨져(100')의 형상이 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같은 디퓨져(100')의 형상을 가지게 된다. 제조된 디퓨져(100')는, 도 2에 도시된 바와 같이, 가로폭과 세로폭이 다른 비대칭의 출광 패턴을 특정 조사면에 형성할 수 있게 된다.
이와 같이, 마스크(850')의 마스크 패턴(855')에 형성되는 복수의 개구(855h)들 사이의 가로 방향의 간격과 세로 방향의 간격을 같더라도, 마스크(850')로 조사되는 디퓨징된 자외선이 가로 방향으로의 지향각(beam angle)과 세로 방향으로의 지향각이 서로 다르기 때문에, 도 12 및 도 13에 도시된 비대칭형 출광 패턴을 갖는 디퓨져(100')를 제작할 수 있다. 특히, 디퓨징 플레이트(1470)를 도 4 내지 도 5에 도시된 일 실시 형태에 따른 디퓨져(100)로 이용하여 도 12 및 도 13에 도시된 비대칭의 출광 패턴을 갖는 디퓨져(100')를 제작할 수 있다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 100': 디퓨져
110: 베이스부
150, 150': 마이크로 렌즈 어레이
155, 155': 마이크로 렌즈
300: 레이저 광원
L: 레이저 빔
DL: 확산된 레이저 빔

Claims (21)

  1. 레이저 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성하고,
    베이스부와 상기 베이스부 상에 배치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는, 가로 길이와 세로 길이가 서로 다른 밑면과 상기 밑면 상에 배치된 곡면을 포함하는 마이크로 렌즈를 복수로 갖는, 디퓨져.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡면을 가로 방향으로 잘랐을 때의 곡률과, 상기 곡면을 세로 방향으로 잘랐을 때의 곡률은 동일한, 디퓨져.
  3. 레이저 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성하고,
    베이스부와 상기 베이스부 상에 배치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는, 가로 길이와 세로 길이가 같은 밑면과 상기 밑면 상에 배치된 곡면을 포함하는 마이크로 렌즈를 복수로 갖는, 디퓨져.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 곡면을 가로 방향으로 잘랐을 때의 곡률과, 상기 곡면을 세로 방향으로 잘랐을 때의 곡률은 서로 다른, 디퓨져.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 비대칭형 출광 패턴은, 가로폭과 세로폭이 서로 다른 사각형상의 패턴인, 디퓨져.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈들은 가로 방향 및 세로 방향으로 서로 연접하여 배치되고 규칙적으로 배열된, 디퓨져.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가로 방향으로 연접하는 두 개의 마이크로 렌즈 사이의 제1 연결점에서의 접선의 기울기는, 상기 세로 방향으로 연접하는 두 개의 마이크로 렌즈 사이의 제2 연결점에서의 접선의 기울기는 서로 다른, 디퓨져.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 베이스부와 상기 마이크로 렌즈 어레이는 동일 물질인, 디퓨져.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 베이스부와 상기 마이크로 렌즈 어레이는 서로 다른 물질인, 디퓨져.
  10. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 베이스부 아래에 배치된 추가 베이스부를 더 포함하는, 디퓨져.
  11. 레이저 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 디퓨져 제조 방법에 있어서,
    기판 상에 포토레지스트층을 형성하는, 포토레지스트층 형성 단계;
    상기 포토레지스트층 상에 소정의 마스크 패턴이 형성된 마스크를 형성하는, 마스크 형성 단계;
    상기 마스크로 가로 방향으로의 지향각(beam angle)과 세로 방향으로의 지향각이 동일한 디퓨징된 빛을 조사하여 상기 포토레지스트층에 상기 마스크 패턴에 대응되는 복수의 공동(void)을 형성하는, 공동 형성 단계; 및
    디퓨져 형성 물질을 상기 복수의 공동에 형성하여 상기 디퓨져를 형성하는, 디퓨져 형성 단계;를 포함하고,
    상기 마스크에 형성된 상기 마스크 패턴에서, 상기 가로 방향으로 배열된 인접한 2개의 패턴 사이의 거리는 상기 세로 방향으로 배열된 인접한 2개의 패턴 사이의 거리와 서로 다른, 디퓨져 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공동 형성 단계와 상기 디퓨져 형성 단계 사이에, 몰드 형성 단계를 더 포함하고,
    상기 몰드 형성 단계는,
    상기 제1 몰드 형성 물질을 상기 복수의 공동에 형성하여 제1 몰드를 형성하는, 제1 몰드 형성 단계; 및
    상기 제1 몰드 상에 상기 제1 몰드 형성 물질과 다른 제2 몰드 형성 물질을 형성하여 제2 몰드를 형성하는, 제2 몰드 형성 단계;를 포함하고,
    상기 디퓨져 형성 단계는, 상기 디퓨져 형성 물질을 상기 제2 몰드 상에 형성하여 상기 디퓨져를 형성하는, 디퓨져 제조 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 공동 형성 단계에서 형성된 상기 복수의 공동 중에서, 상기 가로 방향을 따라 연접한 2개의 공동의 곡률은, 상기 세로 방향을 따라 연접한 2개의 공동의 곡률과 동일하되, 상기 가로 방향을 따라 연접한 2개의 공동의 연결점에서의 접선의 기울기와 상기 세로 방향을 따라 연접한 2개의 공동의 연결점에서의 접선의 기울기는 서로 다른, 디퓨져 제조 방법.
  14. 레이저 광원으로부터 입사되는 레이저 빔을 확산하여 비대칭형 출광 패턴을 형성하는 디퓨져 제조 방법에 있어서,
    기판 상에 포토레지스트층을 형성하는, 포토레지스트층 형성 단계;
    상기 포토레지스트층 상에 소정의 마스크 패턴이 형성된 마스크를 형성하는, 마스크 형성 단계;
    상기 마스크로 가로 방향으로의 지향각(beam angle)과 세로 방향으로의 지향각이 서로 다른 디퓨징된 빛을 조사하여 상기 포토레지스트층에 상기 마스크 패턴에 대응되는 복수의 공동(void)을 형성하는, 공동 형성 단계; 및
    디퓨져 형성 물질을 상기 복수의 공동에 형성하여 상기 디퓨져를 형성하는, 디퓨져 형성 단계;를 포함하고,
    상기 마스크에 형성된 상기 마스크 패턴에서, 상기 가로 방향으로 배열된 인접한 2개의 패턴 사이의 거리는 상기 세로 방향으로 배열된 인접한 2개의 패턴 사이의 거리와 동일한, 디퓨져 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 공동 형성 단계와 상기 디퓨져 형성 단계 사이에, 몰드 형성 단계를 더 포함하고,
    상기 몰드 형성 단계는,
    상기 제1 몰드 형성 물질을 상기 복수의 공동이 형성된 포토레지스트층 상에 형성하여 제1 몰드를 형성하는, 제1 몰드 형성 단계; 및
    상기 제1 몰드 상에 상기 제1 몰드 형성 물질과 다른 제2 몰드 형성 물질을 형성하여 제2 몰드를 형성하는, 제2 몰드 형성 단계;를 포함하고,
    상기 디퓨져 형성 단계는, 상기 디퓨져 형성 물질을 상기 제2 몰드 상에 형성하여 상기 디퓨져를 형성하는, 디퓨져 제조 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 공동 형성 단계에서 형성된 상기 복수의 공동 중에서, 상기 가로 방향을 따라 연접한 2개의 공동의 곡률은, 상기 세로 방향을 따라 연접한 2개의 공동의 곡률과 다르고, 상기 가로 방향을 따라 연접한 2개의 공동의 연결점에서의 접선의 기울기와 상기 세로 방향을 따라 연접한 2개의 공동의 연결점에서의 접선의 기울기는 서로 다른, 디퓨져 제조 방법.
  17. 제 11 항, 제 12 항, 제 14 항, 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동 형성 단계는,
    상기 자외선의 노광량을 조절하여 상기 복수의 공동의 형상을 조절하는, 디퓨져 제조 방법.
  18. 제 11 항, 제 12 항, 제 14 항, 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동 형성 단계는,
    상기 마스크와 상기 포토레지스트층 사이의 거리를 조절하여 상기 복수의 공동의 형상을 조절하는, 디퓨져 제조 방법.
  19. 제 11 항, 제 12 항, 제 14 항, 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동 형성 단계는,
    상기 마스크의 상기 마스크 패턴의 직경 또는 폭을 조절하여 상기 복수의 공동의 형상을 조절하는, 디퓨져 제조 방법.
  20. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 공동 형성 단계는, 상기 마스크 상에 상기 디퓨징된 빛을 조사하기 위한 디퓨징 플레이트를 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 디퓨징 플레이트는, 베이스부와 상기 베이스부 상에 배치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는, 가로 길이와 세로 길이가 서로 다른 밑면과 상기 밑면 상에 배치된 곡면을 포함하는 마이크로 렌즈를 복수로 갖는, 디퓨져 제조 방법.
  21. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 공동 형성 단계는, 상기 마스크 상에 상기 디퓨징된 빛을 조사하기 위한 디퓨징 플레이트를 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 디퓨징 플레이트는, 베이스부와 상기 베이스부 상에 배치된 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈 어레이는, 상기 마이크로 렌즈 어레이는, 가로 길이와 세로 길이가 같은 밑면과 상기 밑면 상에 배치된 곡면을 포함하는 마이크로 렌즈를 복수로 갖는, 디퓨져 제조 방법.
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