KR910010090B1 - 블레이즈드 홀로그램(blazed holograms)의 제조방법 - Google Patents

블레이즈드 홀로그램(blazed holograms)의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

블레이즈드 홀로그램(blazed holograms)의 제조방법
제1도는 내지 제3도는 본 발명의 실시예를 나타내는 것으로서,
제1a도는 유리원판의 단면도,
제1b도는 유리원판을 금형내에 세트한 상태를 나타내는 단면도.
제1c도는 아크릴수지 블레이즈드 홀로그램의 단면도.
제2a도 내지 제2c도는 본 발명에서 각각 유리 원판 제조공정의 각 단계를 나타내는 단면도.
제3도는 2광속 간섭법에 있어서 사용되는 광학계를 나타내는 개략구성도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 그림으로서,
제4a도는 유리판원판상에 Ni 박막을 형성한 상태를 나타내는 단면도.
제4b도는 전자주조부재에 의해 전자주조를 행하고 있는 상태를 나타내는 단면도.
제4c도는 금속원판의 단면도.
제4d도는 금속원판을 금형내에 세트한 상태를 나타내는 단면도.
제4e도는 아크를 블레이즈드 홀로그램의 단면도.
제5도 및 제6도는 각각 종래예를 나타내는 것으로서,
제5a도 내지 제5e도는 각각 블레이즈드 홀로그램 제조공정의 각 단계를 나타내는 단면도.
제6a도 내지 제6도는 각각 블레이즈드 홀로그램 제조공정의 각 단계를 나타내는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유리기판 2 : 포토레지스트
5 : 유리원판 6 : 성형용 금형
8a : Ni박막 8b : 전자주조부재
8 : 금속원판 10 : 블레이즈드 홀로그램
11 : 광학계 12 : 레이저광원
13 : 비임엑스팬더 14 : 비임스프리터
15,17 : 집광렌즈 16 : 거울
18 : 원주렌즈 21 : 유리기판
22 : 포토레지스트 22a : 블레이즈드 레지스트 패터언
23 : 블레이즈드 홀로그램 24 : 포토 마스크
본 발명은 광학적으로 기록된 정부의 재생을 행하는 홀리그램 픽업(hologram pick up)의 구성 부품으로 사용되는 블레이즈드 홀로그램의 제조방법에 관한 것이며, 특히 단면 형상이 톱니모양을 하고 있는 블레이즈드 홀로그램의 제조방법에 과한 것이다. 여기서 스며들어갈 수 있는 회절(diffraction)은 단면이 톱니 모양이 되도록 표면에 홈을 판 홀리그램 픽업의 구성부품으로서 블레이즈드 홀로그램이 알려져 있다.
[USP No. 3680945 : ″고효율 블레이즈드 그래이팅 커플러스″ 1976년 9월 1일 응용 물리편 제29권 5번, 및 ″홀리그래픽 그래이팅의 홈 형태 조정″ 1976년 응용 물리편 45권 제7번] 블레이즈드 홀로그램의 단면을 톱니형으로 형성하는 것을 광이용율의 향상을 도모하기 위한 것이며, 이와같이 형성하므로서 광이용율의 개선이 이루어진 것에 대해서는 제48회 응용물리학회 학술강연회에 있어서의 「CD용 홀리그램광 헤드의 높은 광이용율」에 관한 보고에서 명백하게 되어 있다. 상술한 블레이즈드 홀로그램은 종래에는 감광막 수지가 처음 유리원판이나 투명한 프라스틱 원판위에 도포되고, 단면을 톱니모양이 되도록 부식했다. 또한 종래의 방법에서는 이를 복사하기 위해 얻어진 블레이즈드 홀로그램위에 고무재료층을 만드는 것이었다.(USP, No.3680945). 그러나 감광막 수지나 고무재료를 사용한 방법으로 얻어지는 블레이즈드 홀로그램은 회절기능의 내구성 및 형태 안정성 등에서 적절하지 못했다. 최근에 블레이즈드 홀로그램을 얻기위해 유리원판이나 투명프라스틱판의 표면을 톱니모양의 형태로 직접 부식시키는 방법이 이용되어 왔다.
다음에 그 방법에 대해 더욱 상세히 설명한다.
제5a도에 나타내는 바와같이 유리기판(21)을 세정처리를 행한후, 제5b도에 표시하는 바와같이 이 유리기판(21)상에 감광체인 포토레지스트(Phote resist)(22)를 도포한다. 이어서 제5c도 제5d도에 나타내는 바와 같이 2광속 간섭법에 의해 포토레지스트(22)를 감광시킨후 현상해서 블레이즈드 레지스트 패턴언(22a)를 형성한다.
다음에 제5e도에 나타내는 바와같이,상기의 유리기판(21)에 대해 부식을 시행하므로서 블레이즈드 홀로그램(23)이 얻어진다. 또, 다른 방법으로서, 제6a도에 나타내는 바와같이 유리가판(21)에 세정처리를 시행한후, 제6b도에 나타내는 바와같이 이 유리기판(21)상에 감광체인 포토레지스트(22)를 도포한다.
이어서, 제6c도에 나타내는 바와같이 포토마스크(Photomask)(24)를 거쳐 빛을 쬐어 포토레지스트(22)를 감광시킨후, 제6d도에 나타내는 바와같이 현상해서 단면이 구형인 레지스트 패터언(22b)를 형성한다. 그후 제6e도에 나타내는 바와같이 아르곤 가스등을 사용하여 경사면으로부터 이온비임(ion beam)을 쐬어서 부식을 시행함에 따라 제6g도에 나타내는 바와같이 단면이 톱니모양의 블레이즈드 홀로그램(23)이 얻어진다. 투명한 플라스틱 기판을 사용한 경우에는 홀로그램은 상술한 방법으로 비슷하게 얻어진다.
그러나 상기 종래의 방법에서는 블레이즈드 홀로그램(23)을 얻기위해 많은 공정을 필요로 하고, 또 이 때문에 전체 작업시간이 길어지게 되기 때문에, 블레이즈드 홀로그램 1개당의 단가가 높아진다는 문제점을 갖고 있었다. 본 발명에 의하면 블레이즈드 홀로그램의 제조공정은 유리 또는 금속원판에 소망의 블레이즈드 그래이팅 패터언을 대응하는 표면에 단면을 톱니형으로 형성하고, 이어 유리 또는 금속원판이 금형의 내부 표면을 구성하도록 단면이 톱니형인 사출금형으로 배치해서 아크릴 수지를 사출 입력 1500kgf/㎠ 또는, 그 이상의 압력으로 사출성형하고, 유리 또는 금속원판으로부터 성형된 아크릴수지를 분리하므로서 아크릴 블레이즈드 홀로그램을 얻을 수 있다.
본 발명은 유리 또는 금속원판이 블레이즈드 패터언을 갖고 있고 성형 스탬퍼(stamper)로서 이 원판이 특별한 사출성형에 의해 아크릴 수지 블레이즈드 홀로그램을 얻는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 공정에 의하면, 하나의 유리 또는 금속원판을 이용하여 간단한 사출성형 공정으로 재현성이 우수한 아크릴 블레이즈드 홀로그램을 효율적으로 양산할 수 있고, 블레이즈드 홀로그램을 제조하는 공정이 간소화될 수 있고, 생산비용이 절감된다. 또한 금속원판이 블레이즈드 그래이팅 패터언을 갖는 것인 경우에는 유리원판에 비해 보다 큰 기계적 내구성을 갖게 되며, 장기간에 걸쳐 이것을 성형 스탬퍼로 사용하므로서 더욱 생산비용의 절감을 실현할 수가 있다. 본 발명은 상술한 유리 또는 금속원판을 성형용 스탬퍼로 사용하고, 아크릴 수지는 특별한 성형 압력하에서 사출성형되는 것이며, 유리 또는 금속원판의 표면 패터언은 성형된 아크릴 수지에 우수한 재현성으로 옮겨진다는 것을 알아냄으로서 이를 기초로 하여 완성한 것이다.
본 발명의 공정에서는 첫째 소정의 형성되어야 할 블레이즈드 그래이팅 패터언에 대응하는 단면이 톱니형인 표면을 갖는 유리 또는 금속원판을 성형 스탬퍼로 제조하는 것이다. 여기서 상술한 유리 원판은 종래의 블레이즈드 홀로그램을 만드는 것과 같은 방법으로 제조되었다.
상세하게는 유리원판에 포토레지스트를 도포하고, 미리정해진 감광학 패터언을 형성하도록 감광처리 및 현상처리를 행하였다. 그리고, 유리원판의 표면에 포터마스크를 전기한 패터언으로 사용하여 부식처리를 시행하므로서 전기한 유리원판을 얻었다. 다음에 기술하는 실시예에서 한예를 나타낸다. 여기서 사용하는 유리원판은 종래의 블레이즈드 홀로그램에 채용된 석영 유리원판이다. 다른 유리원판(두께 약 1∼3mm) 예를들면 나트륨 유리원판, 붕규산 유리원판 그리고 이와 유사한 것도 사용 가능하다. 원판의 표면에 형성된 블레이즈드 그래이팅 패터언은 소정의 회절의 효율과 회절의 순서에 의해 결정된다. 적당한 패터언은 보통 핏치(pitch)가 1.5∼2.5㎛ 깊이가 0.6∼0.8㎛이다. 톱니모양의 표면부분을 갖는 금속원판은 다음과 같은 공정으로 제조된다.
감광막은 유리원판이나 합성수지 원판위에 덮여있고, 미리 설정한 감광막 패터언이 되도록, 감광처리 및 현상처리한다. 원판의 표면은 유리 또는 합성수지 원판에 톱니형 표면이 되도록 처리한 포터마스크에 의해 나타나는 패터언으로 부식된다. 그러면 엷은 금속 필름이 유리 또는 합성수지 원판의 톱니모양으로 된 표면에 생기고, 엷은 금속층을 형성하도록 전자주조를 행하는 적당한 금속을 사용하여 전자주조하고, 유리 또는 합성수지 원판으로부터 분리하므로서 톱니 모양을 한 표면을 갖는 최종적인 금속원판을 얻을 수가 있다. 엷은 금속필름을 형성하는데 사용하는 금속과 전자주조용 금속을 바람직하게는, Ni.Ni-Co 합금등이다.
또한 합성수지 원판으로서는 폴리메틸 메타크릴레이트, 포릴카보네이트, 등을 들 수 있다. 또한 엷은 금속필름은 스퍼터링(sputtering), 진공 침전으로 500∼2,000Å의 두께로 형성할 수 있다. 전자주조에 의한 금속층의 두께는 0.2∼0.4mm가 적당하다. 본 발명에서는 톱니 모양의 표면을 가진 유리 또는 금속원판은 아크릴수지의 사출성형에 사용된다. 사출성형에 사용될 바람직한 금형은 분리형이며, 평평한 판의 형성에 있어서는 유리 또는 금속원판이 공동안에 배치되드라도 평평한판에 대응하는 적당한 공간을 마련하는 공동을 갖는 것이 좋다. 공동의 크기는 실제적으로 소망하는 블레이즈드 홀로그램의 크기 또는 유리 또는 금속원판의 크기에 따라 결정된다. 성형될 아클리수지는 폴리-저급(탄소수 1∼4)알킬(m-)아크릴레이트가 적당하고 mw104-106정도에서 성형하고, 즉, 폴리메틸아클리레이트, 폴리메틸메타클리레이트, 그리고 폴리부틸메타크릴레이트 등이다. 그중에서 폴리메틸메타클리레이트가 전도도의 면에서 가장 적당하다.
성형 온도는 상기한 아크릴 수지의 녹는 온도보다 높고, 보통은 약 200∼270℃ 바람직하기는 240∼260℃이다. 사출 성형은 1500kgf/㎠ 또는 그 이상의 높은 성형 압력하에서 실행된다. 1500kgf/㎠ 보다 낮은 성형 압력은 블레이즈드 그래이팅 패터언의 효과를 적절히 옮길 수가 없고, 양산에 적합하지 못하다. 1500kgf/㎠ 또는 그 이상의 성형 압력하에서는 브레이즈드 그래이팅 패터언의 효과를 충분히 옮기고 아주 우수한 재현성을 갖는 블레이즈드 홀로그램이 얻어진다. 압력장치에 의한 압력 한계를 고려하면 이 압력은 1500∼3100kgf/㎠의 범위에서 조정된다. 통상 성형시간은 1∼20초, 압력 유지시간 5-30초 냉각시간은 약 20-60초면 충분하다.
상기의 성형 공정에 의해 성형된 아크릴수지는 보통 1에서 3mm의 두께를 갖는 소망하는 블레이즈드 홀로그램을 얻기 위해 유리 또는 금속원판으로부터 분리하게 된다.
이 분리는 아크릴 수지와 유리 또는 금속 원판과의 재료의 상이점에서 오는 어떤 압력이나 충격을 받는 일없이 부드럽게 진행될 수 있다. 그리하여 성형에 의한 어떤 이형제도 쓸 필요가 없다. 하나의 제조된 유리 또는 금속원판으로 상기의 성형공정을 반복하므로서 실질적으로 단하나의 공정(사출성형공정)으로 필요로하는 아크릴 블레이즈드 홀로그램을 양산할 수가 있다.
성형한 블레이즈드 홀로그램은 내부 응력을 제거하기 위해 어니일링(annealing)을 할 필요가 있다.
[실시예 1]
본 발명의 한예를 도면 제1도에서 제3도에 의해 상세히 설명한다. 본 발명의 공정에 의해 얻어진 블레이즈드 홀로그램을 제1c도에 나타내는 바와같이 그 단면이 톱니형으로 되어 있고, 폴리메틸 메타클리레이트로 만들어졌다.
상술한 블레이즈드 홀로그램(10)을 제조하기 위해서는 우선 제1a도에 나타내는 바와같이 블레이즈드 홀로그램의 성형용 스탬퍼가 되는 유리원판(5)을 제조한다. 유리원판(5)의 제조는 종래의 블레이즈드 홀로그램의 제조와 같은 방법으로 행해진다.
즉, 제2a도에 나타내는 바와같이 유리기판(1)을 유기용제로 세정처리한다. 다음 제2b도에 나타내는 바와같이 이 유리기판(1)상에 감광체인 포토레지스터(2)를 도포한다. 그후, 제2c도에 나타내느 바와같이 2광속 간섭법에 의해 포토레지스트(2)를 감광시킨 후 제2d도 나타내는 바와같이 현상해서 블레이즈드 레지스트 패터언을 형성한다. 상기의 2광속 간섭법을 행할때에는 제3도에 나타내는 바와같이 광학계(11)이 사용된다. 레이저광원(12)로부터 조사된 레이저광은 비임 엑스팬더(beam expander)(13)에 의해 직경이 큰 평형광으로 변환된후, 비임스프리터(beam splitter)(14)에 의해 2분할된다. 2분할된 한쪽의 평행광의 광속(A)는 집광렌즈(15)에서 1차 집광된후, 전기 포토레지스트(2)에 조사된다. 그리고 다른쪽의 평행광의 광속(B)는 거울(16)에서 반사된 후, 집광렌즈(17) 및 원주렌즈(18)을 통과해서 비점수차를 갖는 광속이되어 일차 집광된 후, 전기 포토레지스트(2)상에 조사된다.
이것에의해 블레이즈드 레지스트 패터언이 형성되게 된다. 실시예에서는 두께 3mm, 직경 4mm의 석영 유리원판을 유리기판으로서 사용하고 포토레지스트로서 시플리 사제품인 S-1400을 그리고 블레이즈드 레지스트 패터언은 핏치가 12㎛였다. 블레이즈드 레지스트 패터언을 가진 유리기판(1)은 단면이 핏치가 2㎛ 깊이 0.7㎛의 톱니 모양의 표면을 갖는 유리원판(5)가 되도록 제2e도에 나타낸 바와같이 이온 비임엣칭(ion beam etching)에 의해 부식된다.
이어서 제1b도에 나타내는 바와같이 상기 유리원판(5)를 성형품 금형(6)내에 설치하고 이것을 성형용 스탬퍼로하여 이 성형용 금형(6)의 주입구(6a)로 부터 수지 폴리메틸메타클리레이트(MW:15,000∼20,000)(10′)를 주입해서 사출성형을 행한다.
실시예에 있어서의 사출성형의 조건은 다음과 같다.
사출성형의 금형 : 공동용량 2mm ×4mm중(스테인레스스틸)
금형온도 : 90℃
수지온도 : 240∼260℃
사출시간 : 약 2초(10mm/초)
성형압력 : 1,550kgf/㎠
압력유지시간 : 약 15초
냉각시간 : 약 30초
이 사출성형공정과 성형된 수지를 분리하므로서 2×4mm중: 패터언 핏치 2㎛, 깊이 7mm인 폴리메틸메타클리레이트의 블레이즈드 홀로그램(10)이 제조되고, 이 홀로그램은 유리원판(5)의 표면으로부터 패터언이 완전하게 옮겨진 것이 된다.
얻어진 블레이즈드 홀로그램은 75℃에서 1시간동안 어니일링한후 홀로그램 헤드에 적용했다. 이 경우의 광 이용효율은 12%로서 종전의 유리 블레이즈드 홀로그램과 같거나 그 이상의 것이었다. 상기 공정에 의하면 일단 유리원판(5)가 제조되면 블레이즈드 홀로그램은 단 하나의 공정으로 제조되고, 즉, 사출성형에 의해 재현성이 우수한 블레이즈드 홀로그램을 연속적으로 제조할 수가 있다. 그 결과 블레이즈드 홀로그램의 제조공정이 극히 간소화되어 제조비용을 절감할 수 있다.
상기한 실시예에서는 유리원판(5) 2광속 간섭법에 의해 제조될 수 있는 것을 나타내고 있다.
본 발명은 이 방법에만 한정되는 것은 아니고 어떤 패터언을 가진 포토마스크를 사용해서 종전의 예와같이 포토레지스트를 감광하고 현상해서 행하는 방법을 대신 채택할 수도 있다. 그리하여 경사각의 이온비임 엣칭을 행하기 위하여 아르곤가스나, 그와 유사한 가스를 사용하여 유리원판(5)를 제조할 수 있다.
[실시예 2]
제4도에 의해 본 발명의 다른예를 상세히 설명한다. 또한 설명의 편의상 상기 실시예 1과 같은 기능을 갖는 부재에 대해서는 동일한 부호를 부치고 그 설명을 생략하고 있다. 이 실시예에 있어서의 블레이즈드 홀로그램의 제조방법을 제4a도 내지 제4e도에 나타낸다. 우선 실시예 1에서 사용된 유리원판(5)의 톱니모양으로된 표면위에 제4a도에서 보는 바와같이 스퍼터링(sputtering)에 의해 엷은 니켈필름(8a)를 형성한다.
이어 제4b도에 나타내는 바와같이 이 것과 같은 재료인 니켈 전자주조부재(8b)를 사용해서 전자주조를 행한다. 니켈의 엷은필름(8a)의 두께는 약 1,000Å이고, 전자주조에 의한 금속층의 두께는 약 0.3mm이다. 전자주조에 의한 전류밀도는 12A/dm2이다. 제4c도에 나타내는 바와같이 전자주조부재(8b)는 엷은 필름(8a)와 함께 벗겨떼어내서 금속원판(8)을 얻는다.
이후, 전기의 실시예 1과 같이 제4d도에 나타내는 바와같이 금속원판(8)을 성형용 금형(6)내에 설치하고 이 성형용 금형(6)의 주입구(6a)로 부터 수시 폴리메틸메타클리레이트(10′)을 주입해서 사출성형을 행한다. 이것에 의해 제4e도에 나타내는 바와같이 수지 폴리메틸메타클리레이트(10′)를 소재로해서 성형된 블레이즈드 홀로그램(10)이 얻어진다.
상기의 방법으로 얻어진 블레이즈드 홀로그램은 실시예 1과 같은 우수한 광이용 효율을 갖는다. 실시예 1에서 보는 바와같이 이 제조방법에 따르면 블레이즈드 홀로그램의 제조공정은 극히 간소화되고, 제조비용이 절감된다.
더구나 금속원판(8)의 내구성은 유리원판의 내구성보다 더 우수하기 때문에 더한층 가격의 저렴화를 실현할 수가 있다.
본 발명에 의하면 하나의 금속원판으로 적어도 10,000개의 블레이즈드 홀로그램을 생산할 수 있다는 것을 특별히 주목할 필요가 있다.

Claims (10)

  1. 소망하는 블레이즈드 그래이팅 패터언에 대응하는 단면이 톱니모양으로된 표면을 갖는 유리 또는 금속원판을 제조하여 이 유리 또는 금속원판의 단면이 톱니모양으로된 표면을 금형의 내부표면이 되도록 구성하여 이 유리 또는 금속원판을 사출금형내에 배치하고, 성형압력 1500kgf/㎠ 또는 그 이상의 압력으로 아크릴수지를 용해된 형태로 금형내로 주입한후, 아크릴 블레이즈드 홀로그램을 얻기위해 성형된 아크릴수지를 유리 또는 금속원판으로부터 분리하는 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
  2. 제1항의 제조방법에 있어서, 아크릴 수지가 폴리-저급(탄소수∼5)알킬, 아클리레이트, 또는 메타클리레이트인 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
  3. 제1항의 제조방법에 있어서, 아크릴수지가 폴리메틸 메타클리레이트인 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
  4. 제1항의 제조방법에 있어서, 성형압력이 1500∼3,100kgf/㎠인 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
  5. 제1항의 제조방법에 있어서, 아크릴 수지가 약 200∼270℃ 범위의 온도에서 주입되는 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
  6. 제1항의 제조방법에 있어서, 아크릴 블레이즈드 홀로그램의 핏치가 1.5∼2.5㎛ 깊이가 0.6∼0.8㎛인 단면이 톱니모양인 표면을 갖는, 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
  7. 제1항의 제조방법에 있어서, 아크릴 블레이즈드 홀로그램의 두께가 1∼3mm인 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
  8. 제1항의 제조방법에 있어서, 하나의 유리원판이나 금속원판을 사용하여 양산을 위해 성형이 반복되는 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
  9. 제1항의 제조방법에 있어서, 단면이 톱니형으로된 표면을 갖는 유리원판은 포토레지스트 패터언이 도포된 유리기판 표면을 한 번의 부식 처리로 제조한 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
  10. 제1항의 제조방법에 있어서, 단면이 톱니모양으로된 표면을 갖는 금속원판은 단면이 톱니모양으로된 표면을 갖는 유리 또는 합성수지 자재위의 금속을 한 번의 전자주조에 의해 제조한 블레이즈드 홀로그램의 제조방법.
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