KR20230131106A - 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치 - Google Patents

고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치 Download PDF

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조영태
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박서림
오승민
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창원대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치는, 투명 기판, 상기 투명 기판의 일면에 도포되어 빛에 의해 경화되는 광경화성 레진, 상기 광경화성 레진을 경화시키기 위하여 상기 투명 기판의 타면에 빛을 제공하는 광원, 및 상기 광원과 상기 투명 기판의 사이에 배치되고 상기 광원의 빛을 상기 투명 기판의 타면에 집속시켜 상기 광경화성 레진을 SPPW(self-propagating polymer waveguide) 공정에 따라 고종횡비와 고해상도의 미세패턴으로 경화시키는 렌즈 부재를 포함한다.

Description

고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치 {APPARATUS FOR MANUFACTURING FINE PATTERN OF HIGH-ASPECT-RATIO AND HIGH RESOLUTION}
본 발명은 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고종횡비의 미세패턴을 제조하기 위한 SPPW(self-propagating photopolymer waveguide) 공정에 렌즈 기술의 집속 현상을 융합하여 고종횡비의 미세패턴을 고해상도로 제작할 수 있는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고종횡비(high-aspect-ratio)를 가지는 미세패턴은 높은 비표면적과 광전자 거동제어 등의 구조적인 효과로 인하여 우수한 물리적/화학적 특성을 구현하고 있다.
상기와 같은 고종횡비의 미세패턴에 대한 특성은 미래 모빌리티, 에너지/환경, 나노바이오 등 다양한 분야의 핵심 소자에 대한 성능 한계를 극복할 수 있는 핵심기술에 해당한다.
예를 들면, 고종횡비의 미세패턴은 큰 비표면적에 의해서 바이오 센서나 가스 센서 등의 민감도를 향상하거나 태양광 패널 등의 에너지 효율을 향상시키는 등에 적용되고 있다.
또는, 최근에는 발수, 발유, 방오, 방빙 등의 특수한 기능이 구현된 제품의 필요성이 날로 증가되고 있는 추세인데, 미세패턴 구조물을 표면에 생성하여 구조적 특성에 의해 발수나 발유 등의 기능성 필름을 제작하고 있다. 상기와 같은 발수나 발유 등의 기능성 필름은 모든 종류의 액체를 밀어내는 초발수성 및 초발유성을 갖는 옴니포빅(omniphobic) 표면을 제공하는 것이 가능하다.
하지만, 기존의 고종횡비를 갖는 미세패턴은, 포토리소그래피와 에칭 등의 다양한 공정을 통해 마이크로 크기의 수준으로 제작되고 있지만, 이를 나노 크기의 수준으로 미세하게 제작하여 미세패턴의 성능을 높이는 것이 매우 어려운 실정이다.
미국등록특허 제9116428호 (2015.08.25 등록)
본 발명의 실시예는, 고종횡비의 미세패턴을 제조하기 위한 SPPW 공정에 렌즈 기술의 집속 현상을 융합하여 고종횡비의 미세패턴을 고해상도로 제작할 수 있는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 마이크로렌즈 어레이(MLA: micro lens array)를 SPPW 공정에 적용하여 나노 수준의 미세패턴을 대면적의 기판에 원활하게 제조할 수 있고, 나노 수준의 미세패턴에 대한 생산 효율을 극대화시킬 수 있는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 투명 기판, 상기 투명 기판의 일면에 도포되어 빛에 의해 경화되는 광경화성 레진, 상기 광경화성 레진을 경화시키기 위하여 상기 투명 기판의 타면에 빛을 제공하는 광원, 및 상기 광원과 상기 투명 기판의 사이에 배치되고 상기 광원의 빛을 상기 투명 기판의 타면에 집속시켜 상기 광경화성 레진을 SPPW(self-propagating polymer waveguide) 공정에 따라 고종횡비와 고해상도의 미세패턴으로 경화시키는 렌즈 부재를 포함하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 렌즈 부재는, 상기 투명 기판에 대응하는 기판 형상으로 마련되어 상기 투명 기판의 타면에 배치되는 마이크로렌즈 어레이(MLA)로 제공될 수 있다.
바람직하게, 상기 마이크로렌즈 어레이는, 상기 광원의 빛을 상기 투명 기판의 집속 위치로 집속하기 위한 적어도 하나의 렌즈부를 포함할 수 있다.
상기 렌즈부는, 상기 투명 기판의 집속 위치에 초점을 형성하는 비구면 렌즈로 마련될 수 있다.
상기 렌즈부는 상기 마이크로렌즈 어레이에 복수개가 미리 설정된 배치패턴으로 배열될 수 있다. 그에 따라, 상기 광원의 빛은 상기 렌즈부들의 배치패턴에 대응하는 상기 투명 기판의 집속 위치들에 각각 조사될 수 있다. 이때, 상기 광경화성 레진은 상기 투명 기판의 집속 위치들에서 각각 경화되어 상기 미세패턴들이 고종횡비와 고해상도로 형성될 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치는, 상기 렌즈 부재와 상기 광원에 연결되고 상기 렌즈 부재와 상기 광원을 상기 투명 기판의 타면을 따라 이동시키는 이송 스테이지를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 렌즈 부재는 상기 투명 기판에 대응하는 기판 형상으로 마련되어 상기 투명 기판의 타면에 배치되는 마이크로렌즈 어레이(MLA)로 제공될 수 있고, 상기 투명 기판은 상기 마이크로렌즈 어레이보다 더 넓은 면적으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 이송 스테이지는, 상기 미세패턴을 상기 투명 기판의 일면 전체에 형성하기 위하여 상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 광원을 상기 투명 기판의 타면을 따라 이송시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 투명 기판에는 상기 마이크로렌즈 어레이의 면적에 따라 복수개의 분할 영역이 구획될 수 있다. 상기 이송 스테이지는, 상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 광원을 상기 투명 기판의 분할 영역들을 따라 순차적으로 이동시키면서 상기 미세패턴을 상기 투명 기판의 일면에 영역 별로 형성할 수 있다.
상기와 다르게, 상기 이송 스테이지는, 상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 광원을 상기 투명 기판의 일부 영역에서 다른 영역으로 이동시키면서 상기 미세패턴을 상기 투명 기판의 일면에 연속적으로 형성할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치는, 고종횡비의 미세패턴을 제조하기 위한 SPPW 공정에 렌즈 기술의 집속 현상을 융합하여 고종횡비의 미세패턴을 고해상도로 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치는, 마이크로렌즈 어레이(MLA: micro lens array)를 SPPW 공정에 적용하여 나노 수준의 미세패턴을 대면적의 기판에 한 번의 공정으로 원활하게 제조할 수 있으며, 그에 따라 나노 수준의 미세패턴에 대한 생산 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치는, SPPW 공정에 사용되는 투명 기판과 광원의 사이에 마이크로렌즈 어레이를 배치하는 간단한 구조로 이루어질 수 있고, 마이크로렌즈 어레이에 구비된 렌즈부들의 배열을 다양한 패턴으로 변경하여 고종횡비와 고해상도의 미세패턴을 다양한 패턴으로 간편하게 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치가 도시된 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 미세패턴 제조장치의 SPPW 공정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 도 1에 도시된 마이크로렌즈 어레이의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4와 도 5는 도 3에 도시된 마이크로렌즈 어레이가 적용된 미세패턴 제조장치를 각각 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치가 도시된 도면이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치(100)가 도시된 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 미세패턴 제조장치(100)의 SPPW 공정을 설명하기 위한 참고도이며, 도 3은 도 1에 도시된 마이크로렌즈 어레이(142)의 일례를 나타낸 도면이다. 도 4와 도 5는 도 3에 도시된 마이크로렌즈 어레이(142)가 적용된 미세패턴 제조장치(100)를 각각 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치(100)는, 투명 기판(110), 광경화성 레진(120), 광원(130) 및 렌즈 부재(140)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치(100)는, 고종횡비의 미세패턴(150)을 고해상도로 제작하기 위한 장치이다. 이를 위하여, 본 실시예의 미세패턴 제조장치(100)는 고종횡비의 미세패턴(150)을 제작하기 위한 SPPW 공정에 렌즈 기술의 집속 현상을 융합한 구조로 형성될 수 있다.
즉, 본 실시예의 미세패턴 제조장치(100)는, 렌즈 부재(140)를 이용하여 광원(130)의 빛(L)을 마이크로 이하의 수준으로 집광시킬 수 있고, 그 집광된 빛을 광경화성 레진(120)에 조사하여 광경화성 레진(120)을 더 미세하게 경화시킬 수 있다. 그로 인하여, 본 실시예에서는 광경화성 레진(120)을 고해상도로 경화시켜 고종횡비의 미세패턴(150)을 나노 크기의 수준으로 획득할 수 있다.
한편, 도 1에는 본 실시예에 따른 미세패턴 제조장치(100)의 개념도가 개략적으로 도시되어 있으며, 이를 이용하여 본 발명의 상세 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 1를 참조하면, 본 실시예의 투명 기판(110)은, 고종횡비와 고해상도의 미세패턴(150)이 형성되는 투명 재질의 얇은 기판으로서, 빛의 투과율이 우수하면서 빛의 굴절률과 반사율이 작은 소재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 본 실시예에서는 투명 기판(110)이 유리 소재로 형성된 얇은 두께의 유리 기판으로 제공될 수 있다.
도 1를 참조하면, 본 실시예의 광경화성 레진(120)은, 광원(130)의 빛(L)에 의해 경화되는 레진으로서, 광원(130)의 빛(L)과 반응되어 미세패턴(150)으로 경화될 수 있다. 예를 들면, 본 실시예에서는 자외선에 의해 경화되는 자외선 경화용 레진이되, 빛의 투과가 가능한 투명 재질로 형성될 수 있다.
여기서, 광경화성 레진(120)은 액체 상태로 투명 기판(110)의 일면에 충분한 두께로 도포될 수 있다. 상기와 같은 액체 상태의 광경화성 레진(120)은 광원(130)의 빛(L)에 경화 반응되어 고체 상태의 미세패턴(150)으로 형성될 수 있다. 따라서, 미세패턴(150)도 광경화성 레진(120)과 마찬가지로 투명 기판(110)의 일면에 배치될 수 있다.
그리고, 광경화성 레진(120)은, 액체 상태에서 빛(L)의 굴절률(refractive index)보다 고체 상태에서 빛(L)의 굴절률이 상대적으로 높은 재질로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(130)의 빛(L)이 액체 상태의 광경화성 레진(120)으로 조사됨에 따라 광경화성 레진(120)이 고체로 경화되면서 미세패턴(150)이 형성될 수 있고, 이런 미세패턴(150)의 경화가 진행됨에 따라 빛(L)의 경로가 미세패턴(150)으로 집중되면서 SPPW 공정을 통해 고종횡비의 미세패턴(150)이 형성될 수 있다. 상기와 같은 SPPW 공정 기술은 아래에서 다시 상세하게 설명하기로 한다.
도 1를 참조하면, 본 실시예의 광원(130)은, 광경화성 레진(120)을 경화시키기 위하여 투명 기판(110)의 타면에 빛(L)을 제공할 수 있다. 일례로, 본 실시예의 광원(130)으로는 투명 기판(110)의 타면 전체에 직진성의 빛(L)을 일정하게 조사할 수 있는 디지털 디스플레이가 사용될 수 있다. 이를 위하여, 광원(130)에는 빛(L)을 평행광으로 만드는 콜리메이션 렌즈(미도시)가 마련될 수 있다.
도 1과 도 3를 참조하면, 본 실시예의 렌즈 부재(140)는, 광원(130)의 빛(L)을 투명 기판(110)의 타면에 집속시키는 부재로서, 광원(130)과 투명 기판(110)의 사이에 배치될 수 있다. 상기와 같은 렌즈 부재(140)는 투명 재질의 렌즈 구조로 형성될 수 있다. 즉, 렌즈 부재(140)가 광원(130)의 빛(L)을 집속한 후 투명 기판(110)의 원하는 위치에 집속하면, SPPW(self-propagating polymer waveguide) 공정을 통해 광경화성 레진(120)으로부터 고종횡비와 고해상도의 미세패턴(150)을 원활하게 획득할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈 부재(140)는 광원(130)의 빛(L)을 투명 기판(110)의 타면으로 집속하기 위한 볼록 렌즈로 제공될 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 렌즈 부재(140)가 도 3에 도시된 마이크로렌즈 어레이(MLA)(142)로 제공되는 것으로 설명한다. 즉, 마이크로렌즈 어레이(142)는 마이크로 크기의 빛(L)으로 집속하여 투명 기판(110)의 복수 위치에 제공할 수 있다. 상기와 같은 마이크로렌즈 어레이(142)는 투명 기판(110)에 대응하는 기판 형상으로 마련되어 투명 기판(110)의 타면에 배치될 수 있다.
참고로, 마이크로렌즈 어레이(142)는, 입사광을 고정밀도로 집광시킴으로써 밝기를 크게 향상시킬 수 있고, 뿐만 아니라 광속과 편광 및 파장이라고 하는 모든 빛(L)의 물성 제어가 가능하기 때문에 크기를 줄이거나 용도에 따라 기능을 집적화하여 새로운 부가가치를 창출할 수 있다. 예를 들면, 광원(130)에서 조사되는 빛(L)의 필요한 밝기가 높을수록 광원(130)의 크기가 커지거나 고성능의 광원(130)이 사용되는 문제가 있지만, 마이크로렌즈 어레이(142)가 적용되면 나란히 정렬하는 것이 가능해 미세패턴 제조장치(100)의 사이즈를 동일하게 유지할 수 있는 동시에 광원(130)의 빛(L)을 원하는 복수의 위치에 중복시켜 해당 위치에 빛(L)을 집광시킬 수 있다.
도 3에는 본 실시예의 미세패턴 제조장치(100)에 적용된 마이크로렌즈 어레이(142)의 일례가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 마이크로렌즈 어레이(142)는 어레이 몸체(144), 렌즈부(146) 및 렌즈 커버(148)를 포함할 수 있다.
어레이 몸체(144)는 투명 기판(110)에 대응하는 기판 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 어레이 몸체(144)는 렌즈부(146)와 동일한 투명 재질로 형성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 어레이 몸체(144)가 투명 기판(110)과 동일한 형상으로 제조된 것으로 설명한다.
렌즈부(146)는 광원(130)의 빛(L)을 투명 기판(110)의 집속 위치(P)로 집속시킬 수 있다. 렌즈부(146)는 어레이 몸체(144)에 적어도 하나가 형성될 수 있지만, 이하에서는 어레이 몸체(144)에 복수개가 일정 거리로 이격되게 배열된 것으로 설명한다.
여기서, 렌즈부(146)는 투명 기판(110)의 집속 위치(P)에 초점을 형성하는 비구면 렌즈로 마련될 수 있다. 즉, 렌즈부(146)는 투명 기판(110)의 타면과 마주보는 어레이 몸체(144)의 표면에 반구 형상으로 함몰된 일체형 구조로 형성될 수 있다.
그리고, 렌즈부(146)는 어레이 몸체(144)에 복수개가 미리 설정된 배치패턴으로 배열될 수 있다. 그에 따라서, 광원(130)의 빛(L)은 렌즈부(146)들의 배치패턴에 대응하는 투명 기판(110)의 집속 위치(P)들에 각각 조사될 수 있다. 이때, 광원(130)의 빛(L)은 투명 기판(110)의 집속 위치(P)에 나노 크기의 수준로 집속될 수 있고, 광경화성 레진(120)은 투명 기판(110)의 집속 위치(P)들에서 광경화되면서 해당 집속 위치(P)들에 고종횡비와 고해상도의 미세패턴(150)이 각각 형성될 수 있다.
렌즈 커버(148)는 렌즈부(146)들을 덮을 수 있도록 렌즈부(146)들이 형성된 어레이 몸체(144)의 표면에 장착될 수 있다. 렌즈 커버(148)는 투명 기판(110)과 같이 빛의 투과율이 우수하면서 빛의 굴절률과 반사율이 작은 소재로 형성될 수 있고, 렌즈부(146)들의 내부로 이물질이 침입하는 문제도 미연에 방지될 수 있다.
한편, 본 실시예의 미세패턴(150)은, 마이크로렌즈 어레이(142)의 렌즈부(146)들에 의해 집속된 광원(130)의 빛(L)에 의해 투명 기판(110)의 집속 위치(P)들에서 나노 크기로 길게 형성될 수 있다. 상기와 같은 미세패턴(150)들은 나노 크기의 기둥 구조로 투명 기판(110)의 타면에 돌출 형성되되, 고종횡비와 고해상도를 갖도록 얇은 두께와 높은 높이로 길게 형성될 수 있다.
도 2에는 본 실시예에 따른 미세패턴 제조장치(100)의 SPPW 공정을 통해 고종횡비의 미세패턴(150)을 형성하는 방법이 개략적으로 도시되어 있다. 참고로, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 광원(130)이 투명 기판(110)의 타면에 밀착되는 것으로 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고종횡비의 미세패턴(150)을 제조하기 위한 SPPW 공정은, 광경화성 레진(120)에서 경화가 발생할 때 경화된 고체 부분(예컨대, 미세패턴)과 비경화된 액체 부분에 대한 미세한 굴절률의 차이가 발생할 수 있고, 그에 따른 렌즈 효과(lensing effect)에 의해서 진행하는 빛(L)이 퍼지지 않으면서 자가 집중(self-focusing) 효과, 즉 비선형(nonlinear) 효과가 발생할 수 있다. (도 2의 (a)와 (b) 참조)
그런 빛(L)의 비선형 효과를 통해, 광경화성 레진(120)이 빛(L)의 진행 방향을 따라 도파로(waveguide)처럼 경화되면서 미세패턴(150)이 길게 성장되는 현상이 발생할 수 있다. (도 2의 (c) 참조)
이때, 액체 상태의 광경화성 레진(120) 및 고체 상태의 미세패턴(150) 사이의 굴절률 변화 및 빛(L)의 파장에서 가능한 최대 투명도를 제어하여 마이크로 수준 이하의 크기 및 높은 종횡비를 갖는 미세패턴(150)을 형성할 수 있다.
결론적으로, 본 실시예의 SPPW 공정 기술은, 광중합 반응을 통해 발생하는 미세한 굴절률의 변화에 의한 광도파로(optical waveguide) 효과를 이용하여 빛(L)의 진행 방향으로 광중합 반응이 정렬되는 비선형 광학 현상을 활용함으로써 고종횡비와 고해상도의 미세패턴(150)을 제조할 수 있다.
도 4와 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이(142)가 서로 다른 방식으로 적용된 미세패턴 제조장치(100)가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 도 4의 렌즈부(146)들은 초점 길이가 매우 길게 형성될 수 있고, 이런 경우에는 렌즈부(146)들의 초점 길이에 대응하여 마이크로렌즈 어레이(142)가 투명 기판(110)의 타면에서 소정 거리 이격된 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 미세패턴 제조장치(100)에서는 렌즈부(146)들의 초점 길이에 따라 마이크로렌즈 어레이(142)의 설치 위치가 결정되므로, 마이크로렌즈 어레이(142)의 렌즈부(146)들에 대한 설계 조건과 상황에 따라 마이크로렌즈 어레이(142)와 투명 기판(110)의 설계 위치를 적절하게 설정해야만 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도 5의 렌즈부(146)들은 마이크로렌즈 어레이(142)와 접촉된 투명 기판(110)의 타면에 초점이 위치하도록 형성될 수 있다. 상기와 같이 렌즈부(146)들을 형성하면, 마이크로렌즈 어레이(142)는 투명 기판(110)의 타면에 접촉 상태로 배치될 수 있다. 그에 따라서, 마이크로렌즈 어레이(142)는 도 4에 도시된 미세패턴 제조장치(100)보다 투명 기판(110)의 타면에 더 간편하고 안정적으로 배치시킬 수 있는 이점이 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 미세패턴 제조장치(100)는, 마이크로렌즈 어레이(142)의 렌즈부(146)들의 초점 거리에 따라 마이크로렌즈 어레이(142)와 투명 기판(110)의 배치 위치를 다양하게 변경할 수 있으며, 마이크로렌즈 어레이(142)에 배열되는 렌즈부(146)들의 배열 패턴을 변경하는 간단한 방법만으로 투명 기판(110)에 형성되는 빛(L)의 집속 위치(P)를 다양한 패턴으로 설정할 수 있다.
특히, 본 실시예의 미세패턴 제조장치(100)에서는, 렌즈부(146)의 집속 능력, 광원(130)에서 조사하는 빛(L)의 파장, 렌즈부(146)와 광경화성 레진(120) 등의 재료 물성 등을 변경하여 미세패턴(150)의 해상도를 다양하게 조절할 수 있다. 또한, 본 실시예의 미세패턴 제조장치(100)에서는, 마이크로렌즈 어레이(142)와 투명 기판(110) 사이의 이격 거리를 조정하여 투명 기판(110)의 집속 위치(P)에 조사되는 빛(L)의 조사면적과 조사량을 변경하는 것도 가능하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치(100)에 대한 작동 및 작용 효과를 살펴보면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 광원(130)이 마이크로렌즈 어레이(142)의 렌즈부(146)들에 빛(L)을 조사하고, 마이크로렌즈 어레이(142)의 렌즈부(146)들은 투명 기판(110)의 집속 위치(P)들로 빛(L)을 집속한다.
상기와 같이 집속 위치(P)들에 집속된 빛(L)은 투명 기판(110)을 통과한 후 광경화성 레진(120)에서 투명 기판(110)의 집속 위치(P)들과 대응되는 부위에 각각전달시킨다.
집속 위치(P)들에 조사되는 빛(L)에 의해서 광경화성 레진(120)이 경화되기 시작하면, 광경화성 레진(120)의 집속 위치(P)들에 대응하는 부위에서 SPPW 공정을 통해 미세패턴(150)들이 형성되고, 해당 미세패턴(150)들은 빛(L)의 전달이 지속됨에 따라 점진적으로 길게 성장된다.
상기와 같이 SPPW 공정 기술에서는 고종횡비의 미세패턴(150)을 형성하기 위해서 마이크로렌즈 어레이(142)를 이용하여 광경화성 레진(120)에 제공되는 빛(L)의 크기를 매우 작게 집속하는 것이 가능하다. 즉, 빛(L)이 광경화성 레진(120)에 조사되기 이전에 마이크로렌즈 어레이(142)를 통과하는 구조이므로, 마이크로렌즈 어레이(142)의 렌즈부(146)들에 의해 빛(L)이 집속되어 광경화성 레진(120)의 경화 부위가 매우 좁게 형성되고, 광경화성 레진(120)에 조사되는 빛(L)의 세기가 증가된다.
이를 이용하여, 본 실시예에서는, SPPW 공정 기술에 마이크로렌즈 어레이(142)를 적용함으로써, 미세패턴(150)이 기존의 최소 마이크로 단위보다 더 작은 나노 단위의 미세패턴(150)을 간편하게 제작할 수 있고, 나노 단위의 미세패턴(150)을 투명 기판(110)의 일면에 고해상도로 제작할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 마이크로렌즈 어레이(142)를 교체하는 간단한 방법을 통하여 렌즈부(146)들의 배열 패턴을 변경할 수 있고, 이를 통하여 투명 기판(110)에 형성되는 미세패턴(150)의 패턴 형상을 다양하게 변경할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 실시예에서는, 마이크로렌즈 어레이(142)의 렌즈부(144) 형상으로 변경하거나, 렌즈부(144)와 투명 기판(110) 및 광경화성 레진(120) 등의 재료 물성을 변경하거나, 또는 광원(130)에서 조사되는 빛(L)의 파장을 변경함으로써 투명 기판(110)에 형성되는 미세패턴(150)의 해상도를 원하는 수준으로 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치(200)가 도시된 도면이다.
도 6에서 도 1 내지 도 5에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 도 1 내지 도 5에 도시된 미세패턴 제조장치(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치(200)가 도 1 내지 도 5에 도시된 미세패턴 제조장치(100)와 상이한 점은, 렌즈 부재(140)와 광원(130)을 투명 기판(110)의 타면을 따라 이동시키는 이송 스테이지(210)를 더 포함한다는 점에 차이가 있다.
즉, 본 실시예의 이송 스테이지(210)는, 렌즈 부재(140)와 광원(130)을 동시에 지지한 상태에서 투명 기판(110)의 원하는 위치로 이동시키도록 마련될 수 있다. 상기와 같은 이송 스테이지(210)에는 렌즈 부재(140)와 광원(130)이 착탈 가능하게 연결될 수 있다.
여기서, 렌즈 부재(140)는 기판 형상의 마이크로렌즈 어레이(MLA)(142)로 제공될 수 있고, 이송 스테이지(210)는 기판 형상의 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)를 투명 기판(110)의 타면에 대해 정밀 이송이 가능한 모든 종류의 스테이지 장치가 사용될 수 있다.
상기와 같은 이송 스테이지(210)에는 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)이 착탈 가능하게 설치되기 위한 별도의 마운트부가 형성될 수 있다. 이송 스테이지(210)는 투명 기판(110)의 타면을 따라 수평 방향으로 마운트부를 이동시킬 수 있지만, 미세패턴 제조장치(200)의 설계 조건 및 상황에 따라서는 투명 기판(110)의 타면에 대해 수직 방향으로 마운트부를 이동시킬 수도 있다.
또한, 본 실시예의 투명 기판(110)은 마이크로렌즈 어레이(142)보다 더 넓은 대면적으로 형성될 수 있다. 이때, 본 실시예의 이송 스테이지(210)는 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)을 투명 기판(110)의 타면을 따라 정밀하게 이동시키도록 작동될 수 있다.
따라서, 이송 스테이지(210)가 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)을 투명 기판(110)의 타면을 따라 이송시키면, 미세패턴(150)을 형성하기 위한 공정을 여러 번 반복하여 미세패턴(150)을 투명 기판(110)의 일면 전체에 형성하는 것이 가능하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 투명 기판(110)의 일면에는, 마이크로렌즈 어레이(142)의 면적에 대응하는 복수개의 분할 영역(S1, S2, S3)으로 구획될 수 있다. 예를 들면, 투명 기판(110)은 제1 분할 영역(S1), 제2 분할 영역(S2), 제3 분할 영역(S3)으로 구획될 수 있고, 마이크로렌즈 어레이(142)는 이송 스테이지(210)에 의해 제1 분할 영역(S1)과 제2 분할 영역(S2) 및 제3 분할 영역(S3)을 따라 순차적으로 이동될 수 있다.
본 실시예의 이송 스테이지(210)는, 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)을 투명 기판(110)의 분할 영역(S1, S2, S3)들 중 어느 하나에 선택적으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)이 분할 영역(S1, S2, S3)들에 선택적으로 위치한 상태에서 미세패턴 제조장치(200)를 작동시키면, 미세패턴(150)을 분할 영역(S1, S2, S3)들에 차례로 형성될 수 있고, 그 결과로 미세패턴(150)들이 고종횡비의 기둥 구조로 투명 기판(110)의 일면 전체에 고해상도로 배열될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 고종횡비와 고해상도의 미세패턴(150)을 대면적의 투명 기판(110)에 원활하게 형성시킬 수 있고, 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)의 크기를 투면 기판(110)보다 작게 형성하더라도 미세패턴(150)을 투명 기판(110)에 형성하기 때문에 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)의 제조 단가를 절감할 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 이송 스테이지(210)와 다르게, 이송 스테이지(210)가 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)을 투명 기판(110)의 일부 영역에서 다른 영역으로 연속 이동시킬 수도 있다. 즉, 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)이 투명 기판(110)의 타면을 따라 적절한 속도로 슬라이딩 이동하면서 미세패턴(150)을 투명 기판(110)의 일면에 연속적으로 형성할 수 있다. 따라서, 길게 연장된 구조의 미세패턴(150)들이 투명 기판(110)의 일면 전체에 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 도 6과 같이 이송 스테이지(210)가 마이크로렌즈 어레이(142)와 광원(130)을 분할 영역(S1, S2, S3)들에 선택적으로 이동시키는 것으로 설명한다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 200: 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치
110: 투명 기판
120: 광경화성 레진
130: 관원
140: 렌즈 부재
142: 마이크로 어레이
144: 어레이 몸체
146: 렌즈부
148: 렌즈 커버
150: 미세패턴
210: 이송 스테이지
L: 빛
P: 집속 위치
S1, S2, S3: 제1,2,3 분할 영역

Claims (9)

  1. 투명 기판;
    상기 투명 기판의 일면에 도포되어 빛에 의해 경화되는 광경화성 레진;
    상기 광경화성 레진을 경화시키기 위하여 상기 투명 기판의 타면에 빛을 제공하는 광원; 및
    상기 광원과 상기 투명 기판의 사이에 배치되고, 상기 광원의 빛을 상기 투명 기판의 타면에 집속시켜 상기 광경화성 레진을 SPPW(self-propagating polymer waveguide) 공정에 따라 고종횡비와 고해상도의 미세패턴으로 경화시키는 렌즈 부재;
    를 포함하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 부재는,
    상기 투명 기판에 대응하는 기판 형상으로 마련되어 상기 투명 기판의 타면에 배치되는 마이크로렌즈 어레이(MLA: micro lens array)로 제공되는 것을 특징으로 하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈 어레이는,
    상기 광원의 빛을 상기 투명 기판의 집속 위치로 집속하기 위한 적어도 하나의 렌즈부;
    를 포함하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈부는,
    상기 투명 기판의 집속 위치에 초점을 형성하는 비구면 렌즈로 마련되는 것을 특징으로 하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 마이크로렌즈 어레이에 복수개가 미리 설정된 배치패턴으로 배열되고,
    상기 광원의 빛은 상기 렌즈부들의 배치패턴에 대응하는 상기 투명 기판의 집속 위치들에 각각 조사되며,
    상기 광경화성 레진은 상기 투명 기판의 집속 위치들에서 각각 경화되어 상기 미세패턴들이 고종횡비와 고해상도로 형성되는 것을 특징으로 하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 부재와 상기 광원에 연결되고, 상기 렌즈 부재와 상기 광원을 상기 투명 기판의 타면을 따라 이동시키는 이송 스테이지;
    를 더 포함하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 렌즈 부재는, 상기 투명 기판에 대응하는 기판 형상으로 마련되어 상기 투명 기판의 타면에 배치되는 마이크로렌즈 어레이(MLA)로 제공되며,
    상기 투명 기판은, 상기 마이크로렌즈 어레이보다 더 넓은 면적으로 형성되고,
    상기 이송 스테이지는, 상기 미세패턴을 상기 투명 기판의 일면 전체에 형성하기 위하여 상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 광원을 상기 투명 기판의 타면을 따라 이송시키는 것을 특징으로 하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 투명 기판에는 상기 마이크로렌즈 어레이의 면적에 따라 복수개의 분할 영역이 구획되며,
    상기 이송 스테이지는,
    상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 광원을 상기 투명 기판의 분할 영역들을 따라 순차적으로 이동시키면서 상기 미세패턴을 상기 투명 기판의 일면에 영역 별로 형성하는 것을 특징으로 하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이송 스테이지는,
    상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 광원을 상기 투명 기판의 일부 영역에서 다른 영역으로 이동시키면서 상기 미세패턴을 상기 투명 기판의 일면에 연속적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고종횡비와 고해상도의 미세패턴 제조장치.
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