KR20220159087A

KR20220159087A - 기능성 광학 소자의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220159087A
Application number: KR1020210066971A
Authority: KR
Inventors: 최학종; 권순근; 임형준; 이재종; 김기홍; 안준형; 최기봉
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2022-12-02
Also published as: KR102607996B1

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은, 제1 미세 패턴이 구비된 제1 스탬프 상에 제1 광학층을 도포하는 단계; 일면에 소정의 높이로 돌출된 제1 돌출부를 갖는 제1 스페이서를 상기 제1 광학층 상에 적층하는 단계; 상기 제1 광학층을 부분 경화시키는 단계; 및 일정한 형태를 갖는 기판 상에 상기 제1 광학층을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

기능성 광학 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING FUNCTIONAL OPTICAL DEVICES}

본 발명은 기능성 광학 소자의 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 임의의 곡면 형태의 기판 상에 기능성 광학층이 전사된 기능성 광학 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 굴절 광학 소자(ROE: Refractive Optical Element)를 넘어서 회절 광학 소자(DOE: Diffractive Optical Element)에 관한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있으며, 더욱이 ROE 및 DOE 기반의 광학 소자를 혼합하여 광학 기능성을 극대화하는 연구가 진행되고 있다.

대부분의 매크로 및 마이크로 광학 부품은 미세 가공, 성형, 소결 등의 공정을 통해 제작되며, 이러한 공정은 나노 광학 ? 광공학 기반의 응용 기술에 적용하기에 부족한 면이 존재한다. 반면, 최근 나노 광학 및 나노 광공학 기반의 광학 소자를 개발하는 연구가 다양하게 시도되고 있다.

하지만 나노 광학 및 나노 광공학 기반의 광학 소자의 개발은 미세 반도체 공정을 기반으로 수행하기 때문에 광학 소자의 개발이 2차원 평면 상에 국한되어 있어, 실제 응용되는 볼록 렌즈나 오목 렌즈와 같은 비평면 기반의 광학용 기판 상에 기능성 광학 부재를 형성하기에는 한계가 있다. 또한 미세 가공을 통해 제작된 광학 소자에 국부적으로 추가적인 기능성 부여를 위한 공정의 부재로 인해 다양한 기능성을 가진 광학 소자의 개발이 제한되는 문제가 있다.

본 발명은 적어도 일부에서 곡면을 갖는 굴곡진 기판 상에 지정된 두께로 마이크로 또는 나노 수준의 패턴을 갖는 기능성 광학층이 형성된 광학 소자를 임프린트 공정을 활용하여 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은, 제1 미세 패턴이 구비된 제1 스탬프 상에 제1 광학층을 도포하는 단계; 상기 제1 스탬프는 상기 제1 미세 패턴이 형성된 일면 상에 상기 제1 미세 패턴에 연장되어 소정의 높이로 돌출된 제1 블록부를 더 포함하고, 상기 제1 블록부의 최상면에 맞추어 상기 도포된 제1 광학층의 최상면을 평탄화하는 단계; 상기 제1 광학층을 부분 경화시키는 단계; 및 일정한 형태를 갖는 기판 상에 상기 제1 광학층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 광학층을 부분 경화시키는 단계에서, 상기 제1 광학층의 부분 경화는 상기 제1 광학층의 일측에서 타측으로 평탄화가 진행된 상기 제1 광학층의 일부에 대하여 상기 평탄화에 후속하여 점진적으로 진행된다.

또한, 상기 일정한 형태를 갖는 기판 상에 상기 제1 광학층을 형성하는 단계는, 상기 제1 스탬프 및 상기 부분 경화된 제1 광학층을 상기 기판 상에 적층하여 상기 부분 경화된 제1 광학층을 상기 일정한 형태로 전사하는 단계, 상기 제1 광학층을 완전 경화시키는 단계, 및 상기 제1 스탬프를 박리하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 제1 광학층을 부분 경화시키는 단계에서, 상기 제1 광학층의 부분 경화는 상기 제1 광학층을 완전 경화시키는데 소요되는 연속 시간의 60% 내지 75%가 소요된다.

또한, 상기 기판이 갖는 상기 일정한 형태는 적어도 일부에서 임의의 곡면 형태를 포함한다.

또한, 상기 제1 광학층의 두께는 상기 제1 돌출부의 소정의 높이에 의해 결정된다.

또한, 제2 미세 패턴이 구비된 제2 스탬프 상에 제2 광학층을 도포하는 단계; 일면에 소정의 높이로 돌출된 제2 돌출부를 갖는 제2 스페이서를 상기 제2 광학층 상에 적층하거나 또는 상기 제2 스탬프는 상기 제2 미세 패턴이 형성된 일면 상에 상기 제2 미세 패턴에 연장되어 소정의 높이로 돌출된 제2 블록부를 더 포함하고, 상기 제2 블록부의 최상면에 맞추어 상기 도포된 제2 광학층의 최상면을 평탄화하는 단계; 상기 제2 광학층을 부분 경화시키는 단계; 및 상기 기판 상에 형성된 상기 제1 광학층 상에 상기 제2 광학층을 형성하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 기판 상에 형성된 상기 제1 광학층 상에 상기 제2 광학층을 형성하는 단계는, 상기 제2 스탬프 및 상기 부분 경화된 제2 광학층을 상기 기판 상에 적층된 상기 제1 광학층 상에 적층하여 상기 부분 경화된 제2 광학층을 상기 일정한 형태로 전사하는 단계, 상기 제2 광학층을 완전 경화시키는 단계, 및 상기 제2 스탬프를 박리하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 제2 광학층을 부분 경화시키는 단계에서, 상기 제2 광학층의 부분 경화는 상기 제2 광학층을 완전 경화시키는데 소요되는 연속 시간의 50% 내지 60%가 소요된다.

또한, 상기 제2 광학층은 상기 제1 광학층과 서로 다른 물질로 이루어진다.

또한, 상기 제2 광학층은 상기 제1 광학층의 최상면에 접촉 형성된다.

또한, 상기 제2 광학층을 부분 경화시키는 단계에서, 상기 제2 광학층의 부분 경화는 상기 제2 광학층을 완전 경화시키는데 소요되는 연속 시간의 60% 내지 75%가 소요된다.

또한, 상기 제1 광학층과 상기 제2 광학층 사이에 적어도 일부에서 공기층이 형성된다.

또한, 상기 제1 스페이서는 상기 일면에 상기 제1 돌출부와 서로 다른 소정의 높이로 돌출된 제3 돌출부를 더 갖는다.

또한, 상기 제2 스페이서는 상기 일면에 상기 제2 돌출부와 서로 다른 소정의 높이로 돌출된 제4 돌출부를 더 갖는다.

또한, 상기 제1 스탬프는 상기 제1 미세 패턴 내의 적어도 일부에서 제1 초미세 패턴을 더 구비한다.

또한, 상기 제2 스탬프는 상기 제2 미세 패턴 내의 적어도 일부에서 제2 초미세 패턴을 더 구비한다.

본 발명에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은, 기능성 광학층의 경화를 단계 별로 조절함으로써 임프린트 공정을 통해 임의의 곡면 형태의 기판 상에 광기능성 패턴 및 특수한 광도파로가 형성된 기능성 광학층이 전사된 기능성 광학 소자를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은, 기 형성된 기능성 광학층 상에 다른 광학적 물성을 갖는 기능성 광학층을 연속적으로 형성할 수 있으며, 이로써 복합 기능성 또는 복수의 파장에 대한 위상차 조절이 가능한 다양한 기능을 갖는 광학 소자를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은, 기능성 광학층의 두께를 국부적으로 서로 다르게 조절함으로써 국부적인 영역 별로 서로 다른 위상 차를 갖는 소자를 제조할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 일 부분을 도시한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 다른 부분을 도시한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 일 부분을 도시한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 다른 부분을 도시한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법을 도시한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법을 도시한다.
도 8은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 일 부분을 도시한다.
도 9는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 다른 부분을 도시한다.
도 10은 도 3의 A를 확대한 것을 예시한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 사용되는 용어들은 본 발명의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래에 개시된 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시 예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

그리고 아래에 개시된 실시 예에서의 “제1”, “제2”, “일면”, “타면” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은 스탬프 상에 광학층을 도포하는 단계(S100), 광학층의 두께를 설정하는 단계(S200), 광학층을 부분 경화시키는 단계(S300) 및 기판 상에 광학층을 형성하는 단계(S400)을 포함한다.

단계 S100에서, 미세 패턴이 구비된 스탬프 상에 광학층이 도포된다. 광학층은 미세 패턴의 틈새에 자리잡고, 후에 경화 과정을 통해 광학층의 일면에 미세 패턴이 전사된다.

단계 S200는 광학층의 두께를 설정하는 단계로서, 제1 실시 예에 따라 일면에 소정의 높이로 돌출된 돌출부를 갖는 스페이서를 광학층이 도포된 스탬프 상에 적층하는 단계 또는 제2 실시 예에 따라 미세 패턴이 형성된 일면 상에 미세 패턴에 연장되어 소정의 높이로 돌출된 블록부를 포함하는 스탬프를 이용하여 블록부의 최상면에 맞추어 광학층의 최상면을 평탄화하는 단계를 포함한다. 단계 S200을 통하여, 광학층은 스페이서의 돌출부의 소정의 돌출 높이만큼 또는 스탬프의 블록부의 소정의 돌출 높이만큼의 두께를 갖게 된다.

이 때 광학층과 접촉하는 스페이서 및 스탬프의 표면은 화학적으로 같은 표면에너지 또는 스페이서 쪽이 더 낮은 표면에너지를 갖는다. 적어도 구조적 특성 및 화학적 특성에서 기인한 총 표면에너지의 값은 스페이서 쪽이 낮은 것이 바람직하다.

단계 S300에서, 광학층은 부분 경화된다. 광학층의 경화는 자외선, 열, 및 마이크로웨이브 등의 다양한 에너지원으로 이루어질 수 있고, 이 중 선택된 경화 에너지원에 의해 이루어지는 경화 시간은 광학층을 이루는 재료의 종류 및 두께 등에 따라 달라진다.

여기서, 광학층의 부분 경화는, 광학층을 이루는 재료가 굳어서 일정한 형태를 영구적으로 유지될 수 있는 완전 경화에 비교하였을 때 일정 기간 동안 형태의 유지가 가능하고, 즉 광학층의 모든 지점에서 두께의 변화가 없고, 광학층이 다른 재료의 표면에 점착할 수 있는 특성을 가지도록 초기 상태에서 완전 경화 상태로 상 변화가 진행되는 과정에서 일 시점의 경화 중인 상태를 의미한다. 따라서, 단계 S300에서 부분 경화된 광학층은, 모든 지점에서 소정의 두께를 유지하고, 곡면 또는 꺾인 면 상에 놓이는 경우 곡면 또는 꺾인 면 상에 점착되어 곡면 또는 꺾인 면의 형태로 변형될 수 있다.

단계 S400은 일정한 형태를 갖는 기판 상에 광학층을 형성하는 단계로서, 스탬프 및 부분 경화된 광학층을 기판 상에 적층하여 부분 경화된 제1 광학층을 기판이 갖는 일정한 형태로 전사하는 단계(S410), 광학층을 완전 경화시키는 단계(S420), 및 스탬프를 박리하는 단계(S430)을 포함한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 일 부분 및 다른 부분을 도시한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은, 제1 스탬프(110) 상에 제1 광학층(120)을 도포하는 단계(S100), 제1 스페이서(130)를 도포된 제1 광학층(120) 상에 적층함으로써 제1 광학층의 두께를 설정하는 단계(S200), 제1 광학층(120)을 부분 경화시키는 단계(S300) 및 기판(140) 상에 제1 광학층(120)을 형성하는 단계(S400)을 포함한다.

단계 S100에서, 제1 미세 패턴(111)이 구비된 제1 스탬프(110) 상에 제1 광학층(120)이 도포된다. 제1 광학층(120)은 제1 미세 패턴의 틈새에 자리잡고, 후에 경화 과정을 통해 제1 광학층(120)의 일면에 제1 미세 패턴(111)과 대응되는 미세 패턴이 전사된다. 제1 스탬프(110) 상에 구비된 제1 미세 패턴(111)에서 전사되는 광학층이 지정된 광학적 물성, 예를 들어, 굴절률, 아베수 및 흡수 계수 등을 보유하도록 패턴의 피치 및 형태 등이 조절된다.

본 실시 예의 단계 S200에서, 일면에 소정의 높이(h1)로 돌출된 제1 돌출부(131)를 갖는 제1 스페이서(130)가 제1 광학층(120)이 도포된 제1 스탬프(110) 상에 적층된다. 이로써, 제1 광학층은 제1 스페이서의 제1 돌출부의 소정의 돌출 높이(h1)만큼의 두께를 갖게 된다.

단계 S300에서, 제1 광학층(120)은 부분 경화된다. 제1 광학층의 경화는 자외선, 열, 및 마이크로웨이브 등의 다양한 에너지원으로 이루어질 수 있고, 이 중 선택된 경화 에너지원에 의해 이루어지는 경화 시간은 제1 광학층을 이루는 재료의 종류 및 두께 등에 따라 달라진다.

단계 S300에서 제1 광학층의 부분 경화는 동일한 제1 광학층을 완전 경화시키는데 소요되는 연속 시간의 60 % 내지 75 %가 소요된다. 예를 들어, 제1 광학층이 감광성 레지스트를 재료로 하는 경우, 제1 광학층의 부분 경화를 위한 자외선 노광 시간은 동일한 재료 및 동일한 두께를 갖는 광학층이 완전 경화하는데 소요되는 연속 시간의 60 % 내지 75 %가 소요된다.

단계 S300에서 제1 광학층은, 모든 지점에서 소정의 두께를 유지하면서 곡면 또는 꺾인 면 상에 놓이는 경우 곡면 또는 꺾인 면 상에 점착되어 곡면 또는 꺾인 면의 형태로 변형될 수 있을 정도의 상태로 부분 경화된다.

단계 S400은 일정한 형태를 갖는 기판(140) 상에 제1 광학층(120)을 형성하는 단계로서, 제1 스탬프(110) 및 부분 경화된 제1 광학층(120)을 기판(140) 상에 적층하여 부분 경화된 제1 광학층(120)을 기판(140)이 갖는 일정한 형태로 전사하는 단계(S410), 제1 광학층을 완전 경화시키는 단계(S420), 및 제1 스탬프를 박리하는 단계(S430)을 포함한다.

도 3을 참조하면, 단계 S410에서 제1 스탬프(110) 및 부분 경화된 제1 광학층(120)이 기판(140) 상에 적층된다. 부분 경화된 제1 광학층(120)은 기판의 최상면에 점착되고 기판(140)이 갖는 일정한 형태로 변형됨으로써 기판(140)이 갖는 일정한 형태로 전사된다. 기판(140)은 적어도 일부에서 임의의 곡면 형태를 포함한다. 상기 곡면은 구면, 타원면 또는 자유 곡면일 수 있다.

단계 S420에서 제1 광학층(120)은 단계 S300에서 부분 경화된 에너지원과 동일한 방식으로 완전 경화된다. 완전 경화된 제1 광학층(120)은, 일면에서 기판(140)의 최상면과 결합하고, 타면에 미세 패턴을 가지고, 기판의 일정한 형태가 전사된 형태를 띄면서 동시에 소정의 균일한 두께를 가진다.

단계 S430에서, 제1 스탬프(110)를 물리적으로 박리시킴으로써 제1 스탬프(110)는 제1 광학층(120)과 분리된다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법에 따라 제조된 광학 소자(150)는, 적어도 일부에서 곡면 또는 꺾인 면을 갖는 일정한 형태를 가지는 기판(140)과 기판의 최상면에 형성된 제1 광학층(120)을 포함한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 일 부분 및 다른 부분을 도시한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은, 제1 스탬프(110) 상에 제1 광학층(120)을 도포하는 단계(S100), 제1 스탬프(110)는 제1 미세 패턴이 형성된 일면 상에 소정의 높이로 돌출된 제1 블록부(112)를 포함하고 제1 블록부(112)의 최상면에 맞추어 제1 광학층(120)의 최상면을 평탄화함으로써 제1 광학층(120)의 두께를 설정하는 단계(S200), 제1 광학층(120)을 부분 경화시키는 단계(S300) 및 기판(140) 상에 제1 광학층(120)을 형성하는 단계(S400)을 포함한다. 상기 제2 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은 상기 제1 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법과 단계 S100 및 단계 S400에서 동일하게 실시되나, 단계 S200 및 단계 S300에서 차이가 있다.

단계 S200에서, 제1 스탬프(110)는 제1 미세 패턴(111)이 형성된 일면 상에 제1 미세 패턴(111)에 연장되어 소정의 높이(h1)로 돌출된 제1 블록부(112)를 더 포함하고, 제1 블록부의 최상면에 맞추어 제1 광학층(120)의 최상면이 평탄화된다. 이로써, 제1 광학층은 제1 스탬프의 제1 블록부의 소정의 돌출 높이(h1)만큼의 두께를 갖게 된다. 여기서 제1 스탬프의 일면 상에 제1 미세 패턴의 단부에 연이어 소정의 높이(h1)로 돌출된 제1 블록부(112)가 형성된다. 결국 제1 블록부(112)는 제1 스탬프의 일면의 가장 자리를 둘러싸도록 형성된다.

단계 S200에서, 제1 광학층(120)의 최상면이 제1 블록부의 최상면에 맞추어 평탄화시키는 작업은 일단부가 제1 블록부의 최상면의 위치에서 이동하는 블레이드(10)에 의해 이루어진다. 도 4에 도시된 바와 같이 블레이드(10)는 일단부가 제1 블록부의 최상면에 위치하고 기울어진 상태에서 제1 스탬프의 일측에서 타측으로 직선 상을 이동한다. 블레이드의 이동에 따라 아직 경화되지 않는 제1 광학층 중에서 제1 블록부의 최상면보다 솟은 일부가 제거되고, 제1 광학층의 최상면은 평탄화되고, 제1 광학층의 두께는 제1 스탬프의 제1 블록부의 소정의 돌출 높이(h1)만큼으로 설정된다. 제2 실시 예에 따른 방법의 제1 광학층의 두께를 설정하는 단계 S200에서 닥터 블레이드법(doctor blade method)이 행해진다.

제2 실시 예에 따른 단계 S300에서 제1 광학층의 부분 경화는 제1 광학층의 일측에서 타측으로 평탄화가 진행된 제1 광학층에 대하여 단계 S200의 평탄화에 후속하여 점진적으로 진행된다. 도시된 바와 같이 경화 에너지원(20)은 블레이드(10)의 후방 측에 배치되고, 블레이드(10)의 이동과 경화 에너지원(20)의 이동은 동기화된다. 이때, 경화 에너지원의 전방 측에 가림막(30)이 구비되고, 가림막(30)에 의해 블레이드(10)에 의한 제1 광학층(120)의 최상면의 평탄화가 이루어지지 않는 부분이 경화 에너지원에서 방사되는 경화 에너지에 의해 경화되는 것을 미연에 방지한다.

도 5를 참조하면, 단계 S410에서 제1 스탬프(110) 및 부분 경화된 제1 광학층(120)이 기판(140) 상에 적층된다. 부분 경화된 제1 광학층(120)은 기판의 최상면에 점착되고 기판(140)이 갖는 일정한 형태로 변형됨으로써 기판(140)이 갖는 일정한 형태로 전사된다. 기판(140)은 적어도 일부에서 임의의 곡면 형태를 포함한다. 상기 곡면은 구면, 타원면 또는 자유 곡면일 수 있다.

단계 S420에서 제1 광학층(120)은 단계 S300에서 부분 경화된 에너지원과 동일한 방식 또는 다른 방식으로 완전 경화된다. 완전 경화된 제1 광학층(120)은, 일면에서 기판(140)의 최상면과 결합하고, 타면에 미세 패턴을 가지고, 기판의 일정한 형태가 전사된 형태를 띄면서 동시에 소정의 균일한 두께를 가진다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법에 따라 제조된 광학 소자(150)는, 적어도 일부에서 곡면 또는 꺾인 면을 갖는 일정한 형태를 가지는 기판(140)과 기판의 최상면에 형성된 제1 광학층(120)을 포함한다.

도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법을 도시한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법에 따라 제조된 광학 소자 상에 상기 단계 S100 내지 단계 S300에 의해 형성된 제2 스탬프(210) 및 부분 경화된 제2 광학층(220)을 이용하여 단계 S400을 통해 제2 광학층(220)을 형성함으로써 적어도 일부에서 곡면 또는 꺾인 면을 갖는 일정한 형태를 가지는 기판(140), 기판의 최상면에 형성된 제1 광학층(120) 및 제2 광학층(220)을 포함하는 기능성 광학 소자(250)가 만들어진다.

단계 S100 내지 단계 S300에 의해 형성된 제2 스탬프(210) 및 부분 경화된 제2 광학층(220)은 단계 S100 내지 단계 S300에 의해 형성된 제1 스탬프(110) 및 부분 경화된 제1 광학층(220)과 하기와 같이 다른 특성을 가질 수 있다. 제2 스탬프(210)에 구비된 제2 미세 패턴(211)은 제1 미세 패턴(111)의 피치, 형태 등과 서로 다른 특성을 지니거나 제2 광학층(220)의 두께는 제1 광학층(120)의 두께와 서로 같거나 다를 수 있다. 또한, 제2 광학층(120)을 이루는 물질은 제1 광학층(120)과 달라서 서로 다른 굴절률을 가진다. 제1 광학층(120) 및 제2 광학층(220)은 상술한 서로 다른 점으로 인해 서로 다른 광학적 물성을 가지게 된다.

단계 S200에서 제2 광학층의 두께가 결정되며, 일면에 소정의 높이로 돌출되는 제2 돌출부를 갖는 제2 스페이서 또는 제2 미세 패턴이 형성된 일면 상에 상기 제2 미세 패턴에 연장되어 소정의 높이로 돌출된 제2 블록부를 더 포함하는 제2 스탬프가 이용된다.

단계 S300은 제2 광학층(220)을 부분 경화시키는 단계로서, 제2 광학층의 부분 경화는 제2 광학층을 완전 경화시키는데 소용되는 연속 시간의 50% 내지 60%가 소요된다. 이로써, 제2 광학층(220)은, 도시된 바와 같이, 제1 광학층(120)의 최상면에 접촉 형성되고, 제1 광학층(120)과 맞닿는 일면의 모든 지점에서 소정의 두께를 유지하면서 제1 광학층의 미세 패턴의 틈새에 점착되어 상기 일면이 제1 광학층의 미세 패턴의 형태로 변형될 수 있을 정도의 상태로 부분 경화된다.

단계 S100 내지 단계 S300에 의해 형성된 제2 광학층(220)이 단계 S100 내지 단계 S400에 의해 형성된 기판(140) 및 기판 상에 형성된 제1 광학층(120) 상에 형성되는 단계 S400이 수행된다.

도 6에 도시된 실시 예에서, 단계 S400은, 제2 스탬프(210) 및 부분 경화된 제2 광학층(220)을 기판(140) 상에 적층된 제1 광학층(120) 상에 적층하여 부분 경화된 제2 광학층을 일정한 형태로 전사하는 단계(S410), 제2 광학층(220)을 완전 경화시키는 단계(S420), 및 제2 스탬프(210)를 박리하는 단계(S430)를 마찬가지로 포함한다.

단계 S420에 의해 완전 경화된 제2 광학층(220)은, 일면에서 제1 광학층(120)의 최상면과 결합하고, 타면에서 제2 미세 패턴과 대응되는 패턴을 가지고, 기판(140)의 일정한 형태가 전사된 형태를 띄면서 동시에 소정의 균일한 두께를 가진다.

본 발명의 제3 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법에 따라 제조된 광학 소자(250)는, 적어도 일부에서 곡면 또는 꺾인 면을 갖는 일정한 형태를 가지는 기판(140), 기판의 최상면에 형성된 기능성 광학층인 제1 광학층(120), 및 제1 광학층(120)의 최상면에 형성된 기능성 광학층인 제2 광학층(220)을 포함하고, 복합적인 기능성을 가진다.

도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법을 도시한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기능성 과학 소자의 제조 방법의 순서를 대부분 그대로 따르지만, 제2 광학층을 부분 경화시키는 단계에서 부분 경화 정도의 차이가 있다.

도 7에 도시된 실시 예에서, 제2 광학층(320)은 제3 미세 패턴(311)이 구비된 제3 스탬프(310)에 적층된 상태에서 부분 경화되며, 제2 광학층(320)의 부분 경화는 제2 광학층(320)을 완전 경화시키는데 소요되는 연속 시간의 60% 내지 75%가 소요된다. 도 6에 도시된 실시 예에 따른 제2 광학층(220)에 비해 도 7에 도시된 실시 예에 따른 제2 광학층(320)이 보다 완전 경화에 가까운 상태이다. 본 실시 예에서, 제2 광학층(320)은 도시된 바와 같이, 제1 광학층(120)의 최상면에 접촉 형성되고, 제1 광학층(120)과 맞닿는 일면의 모든 지점에서 소정의 두께를 유지하면서 제1 광학층의 미세 패턴의 틈새에 점착되지 않고 상기 일면이 제1 광학층에 전사된 기판의 일정한 형태로 변형될 수 있을 정도의 상태로 부분 경화된다.

완전 경화된 제2 광학층(320)은, 일면에서 제1 광학층(140)의 최상면과 결합하되 제1 광학층(140)의 최상면에 형성된 미세 패턴이 전사된 제2 광학층(220)과 달리 기판의 일정한 형태가 상기 일면에 전사되고, 타면에서 제3 미세 패턴(311)과 대응되는 패턴을 가지고, 기판(140)의 일정한 형태가 전사된 형태를 띄면서 동시에 소정의 균일한 두께를 가진다.

이로써 제1 광학층(120)과 제2 광학층(320) 사이에 적어도 일부에서 공기층(330)이 형성된다. 광학 소자 내부에 공기층(330)의 형성을 통해 또 다른 광 기능성이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기능성 광학 소자에 부여될 수 있다.

본 실시 예에서 제3 스탬프(210)에 구비된 제3 미세 패턴(311)은 제1 미세 패턴(111)의 피치, 형태 등과 서로 다른 특성을 지니거나 제2 광학층(320)의 두께는 제1 광학층(120)의 두께와 서로 같거나 다를 수 있다. 또한, 제3 광학층(120)을 이루는 물질은 제1 광학층(120)과 같거나 다를 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법에 따라 제조된 광학 소자(350)는, 적어도 일부에서 곡면 또는 꺾인 면을 갖는 일정한 형태를 가지는 기판(140), 기판의 최상면에 형성된 기능성 광학층인 제1 광학층(120), 제1 광학층(120)의 최상면에 형성된 기능성 광학층인 제2 광학층(320) 및 제1 광학층 및 제2 광학층 사이에 적어도 부분적으로 형성된 공기층(330)을 포함하고, 복합적인 기능성을 가진다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법의 일 부분 및 다른 부분을 도시한다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법은 상술한 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 기능성 과학 소자의 제조 방법의 순서를 대부분 그대로 따르지만, 광학층의 두께를 결정하는 스페이서의 구조에서 차이가 있다.

도 8 내지 도 9에 도시된 실시 예에서, 특히 단계 S200에서, 일면에 소정의 높이(h1)로 돌출된 제1 돌출부(431) 및 제1 돌출부(431) 보다 작은 높이로 돌출된 제2 돌출부(432)를 갖는 제4 스페이서(430)가 제1 광학층(420)이 도포된 제4 스탬프(410) 상에 적층된다. 이로써, 제1 광학층(420)은 제4 스페이서의 제1 돌출부의 소정의 돌출 높이(h1)만큼의 두께(h1)로 형성된 부분 및 제1 돌출부의 소정의 돌출 높이(h1)에서 제3 돌출부(432)의 돌출 높이를 뺀 것만큼의 두께(h2)로 형성된 부분을 포함한다.

본 발명의 제5 실시 예에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법에 따라 제조된 광학 소자(450)는, 적어도 일부에서 곡면 또는 꺾인 면을 갖는 일정한 형태를 가지는 기판(440)과 부분적으로 서로 다른 높이를 갖고 기판의 최상면에 형성된 제1 광학층(420)을 포함하고, 국부적인 영역 별로 서로 다른 위상 차를 갖는 기능성을 가진다.

본 실시 예의 변형 예로서 서로 다른 두께의 기능성 광학층이 반복 형성되는 광학 소자의 구조가 가능하다. 또한 제1 광학층 및 제2 광학층을 포함하는 광학 소자의 제조 방법에서 제2 스페이서는 제1 스페이서와 마찬가지로 제2 돌출부와 서로 다른 소정의 높이로 돌출된 제4 돌출부를 더 가질 수 있다.

도 10은 도 3의 A를 확대한 것을 예시한다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 기능성 과학 소자의 제조 방법에 따라 제조된 광학 소자(150)는 기능성 광학층 상에 형성된 미세 패턴 내에 초미세 패턴(123)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 기능성 광학층 상에 형성된 미세 패턴이 마이크로 미터 수준인 경우 미세 패턴 내에 형성된 초미세 패턴은 나노 미터 수준일 수 있다.

기능성 광학층의 일면 상에 형성된 미세 패턴 내에 초미세 패턴(123)를 형성시키는 하나의 방법으로서 임프린트 공정을 이용하도록 스탬프는 미세 패턴 내의 적어도 일부에서 초미세 패턴을 더 구비한다.

광학층에 기능성을 부여하는 미세 패턴은 요철 형태를 지니며, 볼록부(121)와 오목부(122)가 교대로 배치된다. 즉, 제1 광학층(120)의 일면에는 볼록부(121) 및 오목부(122)가 교대로 배치됨으로써 미세 패턴이 형성된다.

도 10의 (a)는 초미세 패턴이 미세 패턴의 볼록부(121)에만 형성된 경우이고, 이러한 (a)의 광학 소자는 국부적인 반사 방지 기능을 가져서 명암비를 극대화할 수 있고, 또한 초미세 패턴의 주기 등의 조절을 통해 일정한 파장 대의 광을 선택적으로 반사시킬 수 있다.

도 10의 (b)는 초미세 패턴이 미세 패턴의 오목부(122)에만 형성된 경우이고, 이러한 (b)의 광학 소자도 (a)의 광학 소자와 마찬가지로 국부적인 반사 방지 기능을 가져서 명암비를 극대화할 수 있고, 또한 초미세 패턴의 주기 등의 조절을 통해 일정한 파장 대의 광을 선택적으로 반사시킬 수 있다.

도 10의 (c)와 같이 초미세 패턴이 미세 패턴의 볼록부(121) 및 오목부(122)에 모두 형성될 수 있다.

본 발명은 적어도 일부에서 곡면 또는 꺾인 면을 포함하는 다양한 기판 상에 광기능성 패턴 및 특수한 광도파로 등이 형성된 광학층을 형성하는 임프린트 공정 기술에 관한 것으로, 국부적인 위상 변이(Phase shift), 반사 방지, 광경로 제어, 초점거리 조절 등 다양한 기능성을 미세 광학소자 및 부품에 부여할 수 있으며, 향후 디스플레이소자, 의료용 영상기기, 검사장비, 광학용 센서, AR/VR 소자, 홀로그램 소자 등에 응용될 수 있다.

Claims

제1 미세 패턴이 구비된 제1 스탬프 상에 제1 광학층을 도포하는 단계;
일면에 소정의 높이로 돌출된 제1 돌출부를 갖는 제1 스페이서를 상기 제1 광학층 상에 적층하는 단계;
상기 제1 광학층을 부분 경화시키는 단계; 및
일정한 형태를 갖는 기판 상에 상기 제1 광학층을 형성하는 단계;를 포함하는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
제1 미세 패턴이 구비된 제1 스탬프 상에 제1 광학층을 도포하는 단계;
상기 제1 스탬프는 상기 제1 미세 패턴이 형성된 일면 상에 상기 제1 미세 패턴에 연장되어 소정의 높이로 돌출된 제1 블록부를 더 포함하고, 상기 제1 블록부의 최상면에 맞추어 상기 도포된 제1 광학층의 최상면을 평탄화하는 단계;
상기 제1 광학층을 부분 경화시키는 단계; 및
일정한 형태를 갖는 기판 상에 상기 제1 광학층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 광학층을 부분 경화시키는 단계에서, 상기 제1 광학층의 부분 경화는 상기 제1 광학층의 일측에서 타측으로 평탄화가 진행된 상기 제1 광학층의 일부에 대하여 상기 평탄화에 후속하여 점진적으로 진행되는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 일정한 형태를 갖는 기판 상에 상기 제1 광학층을 형성하는 단계는,
상기 제1 스탬프 및 상기 부분 경화된 제1 광학층을 상기 기판 상에 적층하여 상기 부분 경화된 제1 광학층을 상기 일정한 형태로 전사하는 단계,
상기 제1 광학층을 완전 경화시키는 단계, 및
상기 제1 스탬프를 박리하는 단계를 포함하는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 광학층을 부분 경화시키는 단계에서,
상기 제1 광학층의 부분 경화는 상기 제1 광학층을 완전 경화시키는데 소요되는 연속 시간의 60% 내지 75%가 소요되는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 기판이 갖는 상기 일정한 형태는 적어도 일부에서 임의의 곡면 형태를 포함하는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 광학층의 두께는 상기 제1 돌출부 또는 상기 블록부의 소정의 높이에 의해 결정되는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
제2 미세 패턴이 구비된 제2 스탬프 상에 제2 광학층을 도포하는 단계;
일면에 소정의 높이로 돌출된 제2 돌출부를 갖는 제2 스페이서를 상기 제2 광학층 상에 적층하거나 또는 상기 제2 스탬프는 상기 제2 미세 패턴이 형성된 일면 상에 상기 제2 미세 패턴에 연장되어 소정의 높이로 돌출된 제2 블록부를 더 포함하고, 상기 제2 블록부의 최상면에 맞추어 상기 도포된 제2 광학층의 최상면을 평탄화하는 단계;
상기 제2 광학층을 부분 경화시키는 단계; 및
상기 기판 상에 형성된 상기 제1 광학층 상에 상기 제2 광학층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 기판 상에 형성된 상기 제1 광학층 상에 상기 제2 광학층을 형성하는 단계는,
상기 제2 스탬프 및 상기 부분 경화된 제2 광학층을 상기 기판 상에 적층된 상기 제1 광학층 상에 적층하여 상기 부분 경화된 제2 광학층을 상기 일정한 형태로 전사하는 단계,
상기 제2 광학층을 완전 경화시키는 단계, 및
상기 제2 스탬프를 박리하는 단계를 포함하는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제2 광학층을 부분 경화시키는 단계에서,
상기 제2 광학층의 부분 경화는 상기 제2 광학층을 완전 경화시키는데 소요되는 연속 시간의 50% 내지 60%가 소요되는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제2 광학층은 상기 제1 광학층과 서로 다른 물질로 이루어진, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제2 광학층은 상기 제1 광학층의 최상면에 접촉 형성되는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제2 광학층을 부분 경화시키는 단계에서,
상기 제2 광학층의 부분 경화는 상기 제2 광학층을 완전 경화시키는데 소요되는 연속 시간의 60% 내지 75%가 소요되는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 광학층과 상기 제2 광학층 사이에 적어도 일부에서 공기층이 형성되는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 스페이서는 상기 일면에 상기 제1 돌출부와 서로 다른 소정의 높이로 돌출된 제3 돌출부를 더 갖는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 스페이서는 상기 일면에 상기 제2 스페이서가 갖는 제2 돌출부와 서로 다른 소정의 높이로 돌출된 제4 돌출부를 더 갖는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 스탬프는 상기 제1 미세 패턴 내의 적어도 일부에서 제1 초미세 패턴을 더 구비하는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 스탬프는 상기 제2 미세 패턴 내의 적어도 일부에서 제2 초미세 패턴을 더 구비하는, 기능성 광학 소자의 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 따른 기능성 광학 소자의 제조 방법에 의하여 형성되는 기능성 광학 소자.