KR20220037756A

KR20220037756A - 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법

Info

Publication number: KR20220037756A
Application number: KR1020200120612A
Authority: KR
Inventors: 박종운; 이진영; 김성민
Original assignee: 김성민
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2022-03-25

Abstract

제안기술은 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬롯 다이 헤드 또는 니들을 이용하여 모아레(Moire) 현상을 제거하기 위한 선 형태의 마이크로 렌즈를 제조하는 방법에 관한 발명이다.

Description

모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법{Method of manufacturing micro lens for moire removal}

일반적으로 모아레 현상은 반복되는 패턴이 겹치는 경우 발생하는 저주파 간섭 무늬의 일종이다.

도 1에는 종래의 모니터를 촬영할 경우 발생하는 모아레(Moire) 현상의 예시도가 도시되어 있다. 모아레 현상은 카메라를 이용하여 모니터 등의 디스플레이 장치를 촬영하는 경우 발생하며, 이는 촬영된 이미지의 품질을 저하시키는 심각한 문제를 발생시키게 된다.

도 2에는 종래의 CCD(Charge Coupled Device) 센서와 디스플레이 장치의 비발광 영역의 겹침으로 발생하는 모아레의 개념도가 도시되어 있다.

모아레 현상은 카메라 내부에 이미지 저장을 위한 CCD(Charge Coupled Device) 센서와 피사체인 디스플레이 장치의 픽셀 사이의 비발광 영역의 겹침에 의해 발생한다.

영화 등의 촬영 시 예전에는 실외 촬영 위주로 진행되었으나, 비용 상의 문제가 발생하기 때문에 LED 스크린을 이용하여 실내에서 진행되는 경우가 증가하고 있다.

따라서 모아레 패턴을 제거할 수 있는 관련 기술이 요구되고 있다.

한국등록특허 제10-1449633호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 모아레(Moire) 현상이 제거된 렌즈의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법에 있어서,

코팅부재를 이용하여 기판 상에 일정 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제1차 코팅 단계;

제1차 코팅 단계에서 코팅된 패턴을 건조부재를 이용하여 일정 온도로 건조시키는 제1차 건조 단계;

코팅부재를 이용하여 제1코팅 단계에서 코팅된 패턴 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제n차 코팅 단계;

제n차 코팅 단계에서 코팅된 패턴을 제1차 건조 단계에서와 동일한 온도로 상기 건조부재를 이용하여 건조시키는 제n차 건조 단계;

제1차 건조 단계에서의 온도보다 높은 온도로 Thermal reflow 공정을 진행하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 모아레(Moire) 현상이 제거된 렌즈의 제조 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 모니터를 촬영할 경우 발생하는 모아레(Moire) 현상의 예시도.
도 2는 종래의 CCD(Charge Coupled Device) 센서와 디스플레이 장치의 비발광 영역의 겹침으로 발생하는 모아레의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제1실시예의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제2실시예의 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 제조 방법 중 제1실시예에서의 반복 코팅 횟수에 따른 렌즈의 형상과 두께.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 제조 방법 중 제1실시예에서의 패턴의 단면 프로파일.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 제조 방법 중 제2실시예에서의 반복 코팅 횟수에 따른 렌즈의 형상과 두께.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 제조 방법 중 제3실시예에서의 반복 코팅 속도 제어에 의한 렌즈의 형상과 두께.
도 9는 본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈에 의해 산란되는 광 경로.
도 10은 본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제3실시예의 개념도.
도 11은 도 10에 의해 제조된 마이크로 렌즈의 개념도.
도 12는 본 발명에 따른 오목한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 개념도.
도 13은 본 발명에 따른 오목한 선 형태의 마이크로 렌즈에 의해 산란되는 광 경로.
도 14는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 렌즈의 광 확산 현상 실험 실시예.
도 15는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 렌즈의 적용 실시예.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬롯 다이 헤드(6) 또는 니들(4)을 이용하여 모아레(Moire) 현상을 제거하기 위한 선형 마이크로 렌즈를 제조하는 방법에 관한 발명이다.

본 발명에서의 마이크로 렌즈 제조 방법은 크게 두 가지로, 라인 코팅을 이용하여 기판(2)에 볼록하게 솟아오른 선 형태의 렌즈를 제조하는 방법과 토출 및 흡입을 이용하여 기판(2)을 오목하게 파낸 선 형태의 렌즈를 제조하는 방법을 포함한다.

먼저, 라인 코팅을 이용하는 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제1실시예의 개념도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제2실시예의 개념도가 도시되어 있다.

상기 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제1실시예는 니들(4)일 수 있으며, 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제2실시예는 슬롯 다이 헤드(slot die head)(6) 일 수 있다.

상기 니들(4)과 상기 슬롯 다이 헤드(6)는 200~300um 수준의 미세 폭 스트라이프를 제조할 수 있어야 한다.

하기에서는 상기 니들(4) 또는 상기 슬롯 다이 헤드(6) 중 어느 하나를 이용하는 마이크로 렌즈 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.

상기 니들(4) 또는 상기 슬롯 다이 헤드(6) 중 어느 하나를 이용한 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제1실시예는,

코팅부재를 이용하여 기판(2) 상에 일정 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴(8)을 코팅하는 제1차 코팅 단계;

상기 제1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴(8)을 건조부재를 이용하여 일정 온도로 건조시키는 제1차 건조 단계;

상기 코팅부재를 이용하여 상기 제1코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴(8) 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴(8)을 코팅하는 제n차 코팅 단계;

상기 제n차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴(8)을 상기 제1차 건조 단계에서와 동일한 온도로 상기 건조부재를 이용하여 건조시키는 제n차 건조 단계;

상기 제1차 건조 단계에서의 온도보다 높은 온도로 Thermal reflow 공정을 진행하는 단계;를 포함하여 진행된다.

상기 코팅부재로는 상기 니들(4) 또는 상기 슬롯 다이 헤드(6) 중 어느 하나가 사용된다.

먼저, 상기 제1차 코팅 단계에서 상기 코팅부재를 이용하여 상기 기판(2) 상에 300um 이하의 미세한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴(8)을 1차로 코팅하게 된다. 이때, 상기 코팅부재의 위치는 변하지 않으며, 상기 기판(2)이 상기 코팅부재에 대해 x축 방향으로 이동하면서 상기 코팅부재에 의한 스트라이프 형상의 패턴(8)이 형성된다.

이후, 80도의 온도에서 상기 패턴(8)을 일정 시간 건조시키게 되며, 상기 패턴(8)의 건조는 상기 패턴(8)의 코팅 이후 즉시 진행된다.

이후, 상기 제n차 코팅 단계에서 상기 코팅부재를 이용하여 1차 코팅된 상기 패턴(8) 상에 동일한 폭을 갖는 스프라이프 형상의 패턴(8)을 2차 코팅한 후, 상기 제n차 건조 단계에서 상기 건조부재를 이용하여 상기 제1차 건조 단계에서와 동일한 온도 및 시간으로 상기 패턴(8)을 건조시키게 된다.

상기 패턴(8)의 1회 코팅 시 렌즈를 형성할 수 있는 충분한 두께가 형성되지 않기 때문에 동일한 위치에서 반복 코팅하는 공정이 요구된다. 따라서 상기 제n차 코팅 단계 및 상기 제n차 건조 단계는 반복 진행되며, 반복되는 횟수는 제작자의 의도에 의해 변경될 수 있다.

본 발명에 따른 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제1실시예에서 상기 제n차 코팅 단계 및 상기 제n차 건조 단계는 2회 반복하여 진행되었으며, 따라서 상기 패턴(8)은 총 3개의 층으로 코팅되었다.

도 5에는 본 발명에 따른 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법 중 제1실시예에서의 반복 코팅 횟수에 따른 렌즈의 형상과 두께가 도시되어 있고, 도 6(a)에는 본 발명에 따른 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제1실시예에서 1회 코팅 후 건조된 패턴(8)의 단면 프로파일이 도시되어 있고, 도 6(b)에는 본 발명에 따른 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제1실시예에서 Thermal reflow 공정이 적용된 패턴(8)의 단면 프로파일이 도시되어 있다.

기본적으로 Thermal reflow 효과가 나타나려면 상기 패턴(8)의 중심부 두께가 3um 이상이 되어야 한다. 그러나 상기 패턴(8)의 제1차 코팅 후 건조 단계 시, 커피링 현상이 발생하여 상기 패턴(8)의 중심부의 두께는 비교적 얇고, 양측 가장자리의 두께는 비교적 두꺼운 프로파일이 관찰된다.

상기 패턴(8)의 제1차 코팅 단계 이후 상기 제1차 건조 단계가 진행되지 않고 상기 Thermal reflow 공정이 진행되는 경우, 비교적 두꺼운 양측 가장자리 부분의 두께는 일정 두께 감소하고, 상기 패턴(8)의 폭이 일정 폭 증가하면서 중심부의 평탄한 영역의 폭이 감소하게 된다. 즉, 볼록한 형태의 렌즈로 성형되지 않는다.

따라서 상기 패턴(8)의 코팅과 건조를 일정 횟수 반복 진행한 후 상기 Thermal reflow 공정을 진행하게 된다.

상기 패턴(8)의 제2차 코팅 후 건조 단계 시, 상기 제1차 코팅 단계에서 비교적 얇은 두께로 건조되었던 상기 중심부에 코팅용액에 주로 적층되면서 상기 중심부의 두께가 3um 이상이 되며, 상기 패턴(8)의 중심부와 양측 가장자리의 두께 차이가 감소하고, 전체적인 두께가 증가하게 된다.

상기 패턴(8)의 제2차 코팅 단계 이후 상기 제2차 건조 단계가 진행되지 않고 상기 Thermal reflow 공정이 진행되는 경우, 렌즈 형상으로 성형되긴 하지만 원하는 중심부의 두께를 얻기엔 부족하다.

따라서 상기 패턴(8)의 코팅을 n차 반복 진행하게 된다.

상기 패턴(8)의 제3차 코팅 후 상기 Thermal reflow 공정 진행 시, 상기 패턴(8)은 전체적으로 두꺼워지며, 원하는 중심부 두께를 갖는 렌즈 형상으로 성형된 것을 확인할 수 있다.

즉, 상기 Thermal reflow 공정 전에는 커피링 현상으로 인해 상기 패턴(8)의 양측 가장자리가 중심부 보다 솟아오른 형상이었으나, 상기 Thermal reflow 공정이 진행될수록 커피링 현상이 사라지면서 상기 패턴(8)이 전체적으로 볼록해지는 것을 확인할 수 있다.

이때, 상기 코팅용액은 주로 상기 중심부에 모이기 때문에 상기 패턴(8)의 폭 변화는 거의 없으며, 상기 패턴(8)의 두께는 거의 선형적으로 증가하게 된다.

상기 Thermal reflow 공정은 150도의 온도에서 60분간 진행된다.

상기 Thermal reflow 공정을 진행하는 단계가 완료되면 상기 코팅부재는 상기 기판(2)에 대해 y축 방향으로 일정 간격 이동하게 된다.

상기 기판(2)에 대한 상기 코팅부재의 y축 방향 이동은 상기 기판(2)의 일단으로부터 타단에 이르기까지 일정 간격 이격된 복수 개의 상기 패턴(8)이 형성되었을 때 종료된다.

상기 코팅부재가 y축 방향으로 일정 간격 이동한 위치에서 상기 제1차 코팅 단계 내지 상기 Thermal reflow 공정을 진행하는 단계가 재진행된다.

이때, 상기 기판(2)의 x축 방향에 대한 상기 코팅부재의 위치에 따라 상기 기판(2)은 -x축 또는 +x축 방향으로 이동하게 된다.

예를 들어, 상기 기판(2)의 y축 방향으로 형성된 어느 하나의 패턴(8)이 상기 기판(2)의 +x축 방향 이동에 의해 형성되었다면, 상기 코팅부재는 상기 기판(2)의 -x축 방향 일단에 위치하게 된다.

따라서, 상기 기판(2)의 +x축 방향 이동에 의한 상기 어느 하나의 패턴(8) 형성 이후 상기 코팅부재가 y축 방향으로 일정 간격 이동하여 형성하는 다른 하나의 패턴(8)은 상기 기판(2)의 -x축 방향 이동에 의해 형성될 수 있다.

상기 패턴(8)의 코팅 시 사용된 용액은 용매인 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve)에 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)가 녹아 제조되는 것으로, 비점(boiling point)은 171도가 된다.

상기 코팅부재로 상기 니들(4)이 사용되는 경우, 상기 니들(4)의 지름은 50um으로 적용될 수 있다.

상기 패턴(8)의 코팅 시 코팅 속도는 6mm/s이며, 상기 기판(2)과 상기 코팅 부재 사이의 간격인 코팅갭은 50um이 된다.

상기 건조부재로는 핫플레이트(hotplate)가 적용될 수 있다.

하기에서는 상기 니들 또는 상기 슬롯 다이 헤드(6) 중 어느 하나를 이용한 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제2실시예에 대해 설명하도록 한다.

상기 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제2실시예는 상기 제1실시예와 비교하여 상기 Thermal reflow 공정을 진행하지 않으며, 상기 제1실시예에서의 코팅용액과는 건조 속도 및 점도가 다른 용매가 적용된 코팅용액을 사용하게 된다.

선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제2실시예는,

상기 제1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 스트라이프 형상의 패턴(8)을 건조시키는 제1차 건조 단계;

상기 코팅부재를 이용하여 상기 제1코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴(8)을 코팅하는 제n-1차 코팅 단계;

상기 제n-1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴(8)을 건조시키는 제n-1차 건조 단계;

상기 코팅부재를 이용하여 상기 제n-1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴(8) 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴(8)을 코팅하는 제n차 코팅 단계;

상기 제n차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴(8)을 건조시키는 제n차 건조 단계;를 포함하여 진행된다.

도 7에는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 제조 방법 중 제2실시예에서의 반복 코팅 횟수에 따른 렌즈의 형상과 두께가 도시되어 있다.

먼저, 상기 제1차 코팅 단계에서 상기 코팅부재를 이용하여 상기 기판(2) 상에 300um 이하의 미세한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴(8)을 1차로 코팅하게 된다.

이때, 상기 코팅부재의 위치는 변하지 않으며, 상기 기판(2)이 상기 코팅부재에 대해 x축 방향으로 이동하면서 상기 코팅부재에 의한 스트라이프 형상의 패턴(8)이 형성된다.

상기 패턴(8)을 코팅시키는 코팅용액의 용매로 휘발성이 높은 용매만 사용하는 경우, 상기 패턴(8)의 건조가 매우 빨라 상기 패턴(8)의 코팅 도중 상기 코팅용액이 건조되는 문제가 있다. 반면에 상기 코팅용액의 용매로 휘발성이 낮은 용매만 사용하는 경우, 상기 패턴(8)의 코팅 후 상기 코팅용액이 상기 기판(2) 상에 자유롭게 퍼지면서 스트라이프 형태가 유지되지 않는다.

따라서 상기 제2실시예에서 상기 코팅용액의 용매는 휘발성이 서로 다른 복수 개의 용매를 포함하는 것으로, 일 실시예로는 비교적 휘발성이 높은 용매인 톨루엔(toluene)과 비교적 휘발성이 낮은 용매인 에틸 벤조에이트(ethyl benzoate)를 3:7 비율로 섞어 사용하게 된다.

상기 코팅용액은 톨루엔(toluene)과 에틸 벤조에이트(ethyl benzoate)를 포함하는 혼합 용매에 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)가 녹아 제조될 수 있다.

상기 제1차 코팅 단계 이후, 상기 제1차 건조 단계 진행 시 상기 패턴(8)은 상온 대기압 상태에서 약 5분간 건조된다.

상기 제1차 건조 단계에서 핫플레이트 등의 건조부재를 이용하여 상기 패턴(8)을 즉시 건조 시킬 경우, 빠른 건조 속도로 인해 커피링 현상이 발생할 수 있다. 따라서 패턴(8)의 코팅 이후 즉시 건조시키지 않고 상온 대기압 상태에서 건조시킴으로써 커피링 현상을 억제하게 된다.

이에 따라 상기 패턴(8)의 중심부와 양측 가장자리의 두께 편차가 크게 감소하게 된다.

상기 패턴(8)을 원하는 두께로 성형하기 위해 상기 패턴(8)의 코팅 및 건조를 반복 진행하게 된다.

따라서, 제n-1차 코팅 단계에서는 상기 1차 코팅된 상기 패턴 상에 동일한 폭을 갖는 스프라이프 형상의 패턴(8)을 2차 코팅하게 된다. 상기 패턴(8)의 2차 코팅 이후, 상기 제n-1차 건조 단계 진행 시 상기 패턴(8)은 상온 대기압 상태에서 약 5분간 2차 건조된다.

상기 패턴(8)의 반복 코팅 시 중심부의 두께는 선형적으로 크게 증가하지만, 상기 패턴(8)의 2차 코팅만으로는 상기 렌즈를 형성할 수 있는 충분한 두께가 얻어지지 않기 때문에 상기 패턴(8)을 반복 코팅하는 제n차 코팅 단계가 진행된다.

상기 제n차 코팅 단계의 반복 횟수는 제작자에 의해 변경 가능하다.

상기 제n차 코팅 단계에서는 상기 2차 코팅된 상기 패턴(8) 상에 동일한 폭을 갖는 스프라이프 형상의 패턴(8)을 3차 코팅하게 된다.

상기 패턴(8)의 3차 코팅 이후 상기 제n차 건조 단계 진행 시, 상기 패턴(8)은 상기 건조부재를 이용하여 일정 시간 동안 건조된다.

상기 패턴(8)의 반복 코팅 시 도 8에 도시된 바와 같이 상기 Thermal reflow 공정을 진행하지 않고도 원하는 두께의 렌즈 형상을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있다.

상기 제2실시예에서는 상기 제1실시예와 비교하여 코팅용액의 점도가 상대적으로 낮고, 커피링 효과가 없어 상기 코팅용액의 일부가 상기 패턴(8)의 양측 가장자리로 흘러내려 상기 패턴(8)의 폭이 비교적 증가하는 것을 확인할 수 있다.

상기 제n차 건조 단계가 완료되면 상기 코팅부재는 상기 기판(2)에 대해 y축 방향으로 일정 간격 이동하게 된다.

상기 코팅부재가 y축 방향으로 일정 간격 이동한 위치에서 상기 제1차 코팅 단계 내지 상기 제n차 건조 단계가 재진행된다.

상기 패턴(8)의 코팅 시 코팅 속도는 6mm/s이며, 상기 기판(2)과 상기 코팅 부재 사이의 간격인 코팅갭은 20um이 된다.

하기에서는 상기 니들(4) 또는 상기 슬롯 다이 헤드(6) 중 어느 하나를 이용한 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제3실시예에 대해 설명하도록 한다.

상기 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제3실시예는 상기 패턴(8)의 코팅을 반복 진행함에 있어서, 코팅의 공정 속도를 서로 다르게 제어하게 된다.

선 형태의 마이크로 렌즈 제조 방법의 제3실시예는,

상기 코팅부재를 이용하여 상기 제1코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴(8) 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴(8)을 코팅하는 제n-1차 코팅 단계;

도 8에는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 제조 방법 중 제3실시예에서의 반복 코팅 속도 제어에 의한 렌즈의 형상과 두께가 도시되어 있다.

이때, 상기 코팅부재의 위치는 변하지 않으며, 상기 기판(2)이 상기 코팅부재에 대해 x축 방향으로 이동하게 된다.

상기 패턴(8)의 최종 폭은 1회차 코팅에 의해 주로 결정된다. 따라서 상기 제1차 코팅 단계에서는 최대한 빠른 속도로 상기 패턴(8)의 코팅을 진행하여 폭이 좁은 상기 패턴(8)이 형성되도록 한다.

상기 패턴(8)의 1회차 코팅 시 코팅 속도는 6mm/s일 수 있다.

상기 제1차 코팅 단계 이후, 상기 제1차 건조 단계 진행 시 상기 패턴(8)은 상온 대기압 상태에서 약 5분간 건조된다. 상기 제1차 건조 단계에서 핫플레이트 등의 건조부재를 이용하여 상기 패턴(8)을 즉시 건조 시킬 경우, 빠른 건조 속도로 인해 커피링 현상이 발생할 수 있다. 따라서 상기 패턴(8)의 코팅 이후 즉시 건조시키지 않고 상온 대기압 상태에서 건조시킴으로써 커피링 현상을 억제하게 된다.

따라서, 제n-1차 코팅 단계에서는 상기 1차 코팅된 상기 패턴(8) 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴(8)을 2차 코팅하게 된다.

상기 패턴(8)의 2차 코팅은 상기 패턴(8)의 1차 코팅 보다 상대적으로 느린 속도로 진행된다. 상기 패턴(8)의 2차 코팅 시 속도가 너무 느릴 경우 상기 패턴(8)의 코팅용액이 상기 패턴(8)의 1차 코팅 영역을 벗어나 흘러내리기 때문에 상기 패턴(8)의 폭이 넓어지므로 적절한 코팅 속도를 유지해야 한다.

상기 패턴(8)의 2회차 코팅 시 코팅 속도는 5mm/s일 수 있다.

상기 패턴(8)의 2차 코팅 이후, 상기 제n-1차 건조 단계 진행 시 상기 패턴(8)은 상온 대기압 상태에서 약 5분간 2차 건조된다.

스트라이프 형상의 패턴(8)을 3차 코팅하게 된다.

상기 제n차 코팅 단계에서는 2차 코팅된 상기 패턴(8) 상에 동일한 폭을 갖는 스프라이프 형상의 패턴(8)을 3차 코팅하게 된다.

상기 패턴(8)의 3차 코팅은 상기 패턴(8)의2차 코팅 보다 상대적으로 느린 속도로 진행된다.

상기 패턴(8)의 3차 코팅 이후 상기 제n차 건조 단계 진행 시, 상기 패턴(8)은 핫플레이트 등의 건조부재를 이용하여 일정 시간 동안 건조된다.

도 8을 참조하여 보면, 상기 패턴(8)의 반복 코팅 시 제3실시예에서와 같이 서로 다른 코팅 속도로 2회 반복하여 진행한 경우, 서로 동일한 코팅 속도로 2회 반복하여 코팅한 경우보다 상기 패턴(8)의 폭은 10um 감소하고 두께는 0.2um 증가한 것을 확인할 수 있다.

상기 제3실시예에서 상기 코팅용액의 용매는 휘발성이 서로 다른 복수 개의 용매를 포함하는 것으로, 일 실시예로는 비교적 휘발성이 높은 용매인 톨루엔(toluene)과 비교적 휘발성이 낮은 용매인 에틸 벤조에이트(ethyl benzoate)를 3:7 비율로 섞어 사용하게 된다.

상기 기판(2)과 상기 코팅 부재 사이의 간격인 코팅갭은 20um이 된다.

도 9(a)에는 렌즈가 적용되지 않은 경우의 광 경로가 도시되어 있고, 도 9(b)에는 본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈에 의해 산란되는 광 경로가 도시되어 있다.

상기에서 설명한 제1실시예, 제2실시예 및 제3실시예의 방법으로 렌즈 형상을 제작한 후, 레이저 포인터 등의 직선의 광원을 적용하여 빛이 확산되는 현상에 대한 시뮬레이션을 진행하였다.

평면의 기판에 렌즈 형상을 도입함으로써 직선의 빛을 굴절시키고 이로 인해 빛이 측면으로 산란되는 것을 확인할 수 있다.

도 10에는 본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제3실시예의 개념도가 도시되어 있고, 도 11에는 도 10에 의해 제조된 마이크로 렌즈의 개념도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제1실시예 및 제2실시예에서는 기판(2)이 상기 코팅 부재에 대해 x축 방향으로 이동하면서 상기 패턴의 코팅이 진행되었다.

하지만 본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제3실시예는 상기 코팅 부재가 상기 기판(2)에 대해 y축으로 이동하면서 상기 패턴(8)의 코팅이 진행된다.

본 발명에 따른 볼록한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 제3실시예는 y축 이동형 슬롯 다이 헤드(14)인 것으로, 복수 개의 마이크로 팁(μ-tip)(18)을 포함하여 구성된다.

보다 자세하게는 상호 대향되게 배치되는 제1본체와 제2본체 사이에 2개의 팁 플레이트(16)가 삽입된다.

상기 팁 플레이트(16) 중 어느 하나의 팁 플레이트(16)에는 복수 개의 마이크로 팁(18)이 형성되며 서로 일정 간격 이격되어 배치된다. 다른 하나의 팁 플레이트(16) 또한 복수 개의 마이크로 팁(18)이 형성되며 서로 일정 간격 이격되어 배치된다.

이때, 다른 하나의 팁 플레이트(16)에 형성된 상기 마이크로 팁(18)은 상기 어느 하나의 팁 플레이트(16)에 형성된 2개의 마이크로 팁(18) 사이에 배치된다.

상기 다른 하나의 팁 플레이트(16)에 형성된 상기 마이크로 팁(18)과 상기 어느 하나의 팁 플레이트(16)에 형성된 상기 마이크로 팁(18) 사이의 간격은 상기 마이크로 팁(18) 하나의 폭보다 커야 한다.

상기 y축 이동형 슬롯 다이 헤드(14)를 이용한 렌즈 제조 시, 상기 슬롯 다이 헤드(14)의 위치는 변하지 않으며, 상기 기판(2)이 상기 슬롯 다이 헤드에 대해 x축 방향 이동하면서 상기 기판(2) 상에 상기 코팅부재에 의한 스트라이프 형상의 패턴(8)이 형성된다.

이후, 상기 슬롯 다이 헤드(14)를 상기 기판(2)에 대해 y축 방향으로 일정 간격 이동시키게 된다. 이때, 상기 슬롯 다이 헤드(14)는 상기 마이크로 팁(18)의 폭보다 큰 간격으로 이동하게 되며, y축 방향으로 이동한 상기 마이크로 팁(18)은 어느 하나의 패턴(8)과 다른 하나의 패턴(8) 사이에 위치하게 된다.

상기 슬롯 다이 헤드(14)가 y축 방향으로 이동한 위치에서 상기 기판(2)이 x축 방향으로 이동하면서 상기 기판(2) 상에 상기 패턴(8)을 코팅시킴으로써 상기 기판(2)에 대한 상기 렌즈의 배치 밀도가 증가하게 된다.

도 12(a)에는 본 발명에 따른 오목한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치에서 기판(2) 상에 코팅된 막의 개념도가 도시되어 있고, 도 12(b)에는 본 발명에 따른 오목한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치의 개념도가 도시되어 있다.

하기에서는 토출 및 흡입을 이용하여 기판(2)을 오목하게 파낸 선 형태의 렌즈를 제조하는 방법에 대해 설명하도록 한다.

상기 오목한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치는 식각액을 토출하는 토출구(10)와, 상기 토출구(10)의 진행 방향으로 후방에는 토출된 상기 식각액을 흡입하는 흡입구(12)가 형성된다.

상기 토출구(10)는 니들(4) 또는 슬롯 다이 헤드일 수 있으며, 상기 흡입구(12)는 상기 토출구(10)로부터 일정 간격 이격되어 위치하게 된다.

상기와 같이 구성되는 오목한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치를 이용한 마이크로 렌즈 제조 방법은,

기판(2) 상에 막을 코팅하고 건조시키는 단계;

상기 막(22)을 용해시키는 식각액을 일정 폭의 스트라이프 형상으로 도포하는 단계;

상기 식각액에 의해 용해된 상기 막(22)을 흡입하는 단계;를 포함하여 진행된다.

먼저, 스핀 코팅 방식 등 대면적 코팅 방식을 적용하여 상기 기판(2)의 상면 전체에 상기 렌즈가 형성될 막을 형성한 후, 상기 막(22)을 건조시키게 된다.

이후 상기 기판(2)을 상기 흡입구(12) 및 상기 토출구(10)에 대해 x축 방향으로 이동시키게 된다.

상기 기판(2)에 이동에 따라 상기 막(22) 상에는 상기 토출구(10)에서 토출된 식각액이 300um 이하의 미세한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴(20)으로 도포된다.

상기 토출구(10)에서 토출된 식각액에 의해 상기 막(22)은 상기 패턴(20)의 형상으로 식각된다.

상기 토출구(10) 후방의 상기 흡입구(12)는 상기 식각액에 의해 용해된 상기 막(22)을 흡입하게 된다.

상기 흡입구(12)에 의해 상기 막이 흡입된 부분에는 오목한 선 형태의 마이크로 렌즈(20)가 형성된다.

상기 막(22)이 식각되는 폭 및 깊이는 상기 기판(2)의 이동 속도나 상기 식각액의 토출량을 제어하여 조절되며, 제작자는 이를 제어하여 원하는 크기의 렌즈를 성형하게 된다.

상기 식각액에 의해 용해된 상기 막(22)을 흡입하는 단계가 완료되면, 상기 토출구(10)와 상기 흡입구(12)는 상기 기판(2)에 대해 y축 방향으로 일정 간격 이동하게 된다.

상기 기판(2)에 대한 상기 코팅부재의 y축 방향 이동은 상기 기판(2)의 일단으로부터 타단에 이르기까지 일정 간격 이격된 복수 개의 상기 패턴(20)이 형성되었을 때 종료된다.

상기 기판(2)에 대한 상기 토출구(10)와 상기 흡입구(12)의 y축 방향 이동은 상기 기판(2)의 일단으로부터 타단에 이르기까지 일정 간격 이격된 복수 개의 상기 패턴(20)이 형성되었을 때 종료된다.

상기 코팅부재가 y축으로 일정 간격 이동한 위치에서 상기 막(22)을 용해시키는 식각액을 일정 폭의 스트라이프 형상으로 도포하는 단계와 상기 식각액에 의해 용해된 상기 막(22)을 흡입하는 단계가 재진행된다.

이때, 상기 기판(2)의 x축 방향에 대한 상기 토출구(10)와 상기 흡입구(12)의 위치에 따라 상기 기판(2)은 -x축 또는 +x축 방향으로 이동하게 된다.

예를 들어, 상기 기판(2)의 y축 방향으로 형성된 어느 하나의 패턴(20)이 상기 기판(2)의 +x축 방향 이동에 의해 형성되었다면, 상기 토출구(10)와 상기 흡입구(12)는 상기 기판(2)의 -x축 방향 일단에 위치하게 된다.

따라서, 상기 기판(2)의 +x축 방향 이동에 의한 상기 어느 하나의 패턴(20) 형성 이후 상기 토출구(10)와 상기 흡입구(12)가 y축 방향으로 일정 간격 이동하여 형성하는 다른 하나의 패턴(20)은 상기 기판(2)의 -x축 방향 이동에 의해 형성될 수 있다.

상기 막(22)을 형성하는 코팅용액은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 또는 PR 등 고분자 물질을 사용하며, 건조 후 높은 투과도를 확보할 수 있는 고투과율 재료를 사용하게 된다.

또한, 상기 막(22)의 코팅 후 용매에 의해 재용해도가 우수한 재료를 사용하게 된다.

도 13에는 본 발명에 따른 오목한 선 형태의 마이크로 렌즈에 의해 산란되는 광 경로가 도시되어 있다.

상기 오목한 선 형태의 마이크로 렌즈 제조 장치를 이용하여 렌즈 형상을 제작한 후, 레이저 포인터 등의 직선의 광원을 적용하여 빛이 확산되는 현상에 대한 시뮬레이션을 진행하였다.

오목한 형태의 렌즈의 표면에서 굴절에 의해 빛이 측면으로 산란되는 것을 확인할 수 있다.

상기 라인 코팅 또는 토출 및 흡입을 이용하여 렌즈를 형성하는 경우, 코팅 용액 또는 식각액의 토출 속도, 기판(2)의 이동 속도 등 코팅 및 식각액 토출에 대한 공정 변수를 일부 제어할 수 있다.

도 14(a)에는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 렌즈의 광 확산 현상 실험 방법의 개념도가 도시되어 있고, 도 14(b)에는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 렌즈의 광 확산 현상 실험 시 마이크로 렌즈가 형성되지 않은 기판에서의 광 확산 개념도가 도시되어 있고, 도 14(c)에는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 렌즈의 광 확산 현상 실험 시 마이크로 렌즈가 형성된 기판(2)에서의 광 확산 개념도가 도시되어 있다.

마이크로 렌즈가 형성되지 않은 깨끗한 유리 기판과 마이크로 렌즈가 형성된 기판(2)에 각각 레이저 포인터를 비추었을 때, 마이크로 렌즈가 형성되지 않은 기판(2)에서는 원형의 레이저 포인터가 그대로 확인되지만, 마이크로 렌즈가 형성된 기판(2)에서는 빛이 측면으로 강하게 확산되어 4.1cm까지 빛이 퍼지는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 마이크로 렌즈에 의한 광 확산 효과가 있음을 확인할 수 있다.

도 15(a)에는 본 발명의 제조 방법에 의해 렌즈가 형성된 필름의 모아레 현상 실험 방법의 개념도가 도시되어 있고, 도 15(b)에는 본 발명의 제조 방법에 의해 렌즈가 형성된 필름의 모아레 현상 실험 시 렌즈가 형성된 필름을 적용하지 않고 카메라로 모니터를 촬영할 때 나타나는 모아레 패턴의 개념도가 도시되어 있으며, 도 15(c)에는 본 발명의 제조 방법에 의해 렌즈가 형성된 필름의 모아레 현상 실험 시 렌즈가 형성된 필름을 적용한 후 카메라로 모니터를 촬영할 때의 개념도가 도시되어 있다.

도 16에서의 마이크로 렌즈는 메쉬(mesh) 형태로 형성되었다.

렌즈가 형성된 필름을 적용하지 않고 카메라로 모니터를 촬영하는 경우 모아레 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있다.

모니터에서 모아레 현상이 나타나는 지점 앞에 본 발명의 제조 방법에 의해 렌즈가 형성된 필름을 위치시킬 경우 모아레 현상이 사라지는 것을 확인할 수 있다.

반복적인 코팅 공정 또는 토출 및 흡입 공정 시 반복 단계 별로 상기의 공정 변수를 제어하여 상기 렌즈의 길이 방향 위치 별 또는 상기 기판(2)의 y축 방향 렌즈 별 형상을 다르게 형성할 수 있다.

이로 인해 하나의 기판(2) 상에 형성되는 렌즈의 형상이 기판(2)의 위치 별로 동일하지 않고 랜덤한 형태로 형성될 수 있게 된다. 이러한 경우 렌즈에 의한 빛의 산란이 더욱 효과적이다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 기판
4 : 니들
6 : 슬롯 다이 헤드
8 : 볼록한 형태의 마이크로 렌즈(패턴)
10 : 토출구
12 : 흡입구
14 : y축 이동형 슬롯 다이 헤드
16 : 팁 플레이트
18 : 마이크로 팁
20 : 오목한 형태의 마이크로 렌즈(패턴)
22 : 막

Claims

마이크로 렌즈 제조 방법에 있어서,
코팅부재를 이용하여 기판 상에 일정 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제1차 코팅 단계;
상기 제1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴을 건조부재를 이용하여 일정 온도로 건조시키는 제1차 건조 단계;
상기 코팅부재를 이용하여 상기 제1코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제n차 코팅 단계;
상기 제n차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴을 상기 제1차 건조 단계에서와 동일한 온도로 상기 건조부재를 이용하여 건조시키는 제n차 건조 단계;
상기 제1차 건조 단계에서의 온도보다 높은 온도로 Thermal reflow 공정을 진행하는 단계;를 포함하는 것
을 특징으로 하는 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 패턴을 코팅시키는 용액은, 용매인 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve)에 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)가 녹아 제조되는 것을 특징으로 하는 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법.
마이크로 렌즈 제조 방법에 있어서,
코팅부재를 이용하여 기판 상에 일정 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제1차 코팅 단계;
상기 제1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 스트라이프 형상의 패턴을 건조시키는 제1차 건조 단계;
상기 코팅부재를 이용하여 상기 제1코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제n-1차 코팅 단계;
상기 제n-1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴을 건조시키는 제n-1차 건조 단계;
상기 코팅부재를 이용하여 상기 제n-1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제n차 코팅 단계;
상기 제n차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴을 건조시키는 제n차 건조 단계;를 포함하며,
상기 제1차 건조 단계와 상기 제n-1차 건조 단계는 상온 대기압 상태에서 일정 시간 동안 진행되며,
상기 제n차 건조 단계는 건조부재를 이용하여 일정 시간 동안 진행되는 것
을 특징으로 하는 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 패턴을 코팅시키는 용액의 용매는 휘발성이 서로 다른 복수 개의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 패턴을 코팅시키는 용액은, 톨루엔(toluene)과 에틸 벤조에이트(ethyl benzoate)를 포함하는 혼합 용매에 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)가 녹아 제조되는 것을 특징으로 하는 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법.
마이크로 렌즈 제조 방법에 있어서,
코팅부재를 이용하여 기판 상에 일정 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제1차 코팅 단계;
상기 제1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 스트라이프 형상의 패턴을 건조시키는 제1차 건조 단계;
상기 코팅부재를 이용하여 상기 제1코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제n-1차 코팅 단계;
상기 제n-1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴을 건조시키는 제n-1차 건조 단계;
상기 코팅부재를 이용하여 상기 제n-1차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴 상에 동일한 폭을 갖는 스트라이프 형상의 패턴을 코팅하는 제n차 코팅 단계;
상기 제n차 코팅 단계에서 코팅된 상기 패턴을 건조시키는 제n차 건조 단계;를 포함하며,
상기 제1차 코팅 단계, 상기 제n-1차 코팅 단계 및 상기 제n차 코팅 단계에서의 코팅 속도는 서로 다른 것
을 특징으로 하는 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 제1차 코팅 단계에서의 코팅 속도는 상기 제n-1차 코팅 단계에서의 코팅 속도보다 빠르며,
상기 제n-1차 코팅 단계에서의 코팅 속도는 상기 제n차 코팅 단계에서의 코팅 속도보다 빠른 것
을 특징으로 하는 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법.
마이크로 렌즈 제조 방법에 있어서,
기판 상에 막을 코팅하고 건조시키는 단계;
상기 막을 용해시키는 식각액을 일정 폭의 스트라이프 형상으로 도포하는 단계;
상기 식각액에 의해 용해된 상기 막을 흡입하는 단계;를 포함하는 것
을 특징으로 하는 모아레 제거용 마이크로 렌즈 제조 방법.