KR101002212B1 - 미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법 - Google Patents

미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 광원에서 나온 빛을 넓고 균등하게 분산시키는 미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법에 관한 것으로, 소정의 곡률을 가지는 렌즈의 일면에 단면이 원 또는 다각형인 돌출부가 하나 이상 배열된 미세복합패턴이 형성되고, 렌즈 내부에 광 고분자 나노입자를 포함하여 구성되어, 미세복합패턴에 의해 보다 큰 광방출각을 형성할 수 있어 점광원인 LED 광원을 광균일도가 우수한 면광원으로 전환이 가능하다. 또한, 기존의 백라이트 유닛에 사용되는 광학기판의 복합적층 없이 단일렌즈 하나로 도광판, 프리즘판 및 확산판의 역할을 대체할 수 있는 장점이 있고, 90도에 가까운 LED 광원의 방출각을 160도이상 증가시킬 수 있어 미세패턴의 국부적 변화를 통해 광량의 균일도를 향상기킬수 있는 효과가 있고, 3차원 몰딩기술과 극미세입자 혼합기술을 바탕으로 미세유체관 어레이를 이용해 웨이퍼레벨 제작이 가능하다.
LED, BLU, LENS, MICROPATTERNS, MICROTEMPLATING, NANOPARTICLES, Wide Angle Illumination, 미세복합패턴

Description

미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법{Lens with Micro-Patterned Complex Surface and Making Method of the same}
본 발명은 미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 광원에서 나온 빛을 넓고 균등하게 분산시키는 미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법에 관한 것이다.
현재 미세영역에서의 정교한 MEMS(MicroElectroMechanicalSystem) 공정을 이용하여, 렌즈 표면 변형을 통해 빛을 조절하는 기술들이 많이 개발되고 있다. 그 중에서도 빛을 넓고 균등하게 분산시키는 연구가 최근 크게 주목받고 있다.
특히, 기존의 LCD-TV에 사용되는 백라이트 유닛(Backlight Units, 이하 BLUs) 보다 LED(Light Emitting Diodes) BLUs의 많은 장점이 드러나면서, LED BLUs의 LCD-TV 시장 적용이 활발해지고 있다.
LCD 나 조명 BLUs용 LED 광원의 경우 빛 확산도가 중요해 렌즈 역할이 커지고 있으나 그동안 국내 LED 업체들은 LED 렌즈와 관련하여 유럽이나 일본에서 수입하거나 해외 업체와 공동 개발 방식으로 렌즈를 조달하고 있는 실정으로, 향후 LED 산업의 성장을 주도하기 위해서는 국산 렌즈 기술 개발이 시급한 실정이다. LED에 서 렌즈에 따라 휘도가 좌우되는 등 기술적 비중이 매우 크며 현재는 전체 LED 생산 가격에서 렌즈가 차지하는 비중은 5%이내지만 고출력??LED의 경우 다소 높아질 것으로 예상된다. 특히 LCD BLU 응용의 경우 렌즈의 역할이 매우 중요한데, 얇은 두께를 유지하면서 LED 개수를 더 줄임으로서 저가격화를 달성해야 하는 측면에서 볼 때 넓은 광방사각을 갖는 렌즈의 개발이 요구되고 있다.
종래 LED 위에 설치되는 렌즈는 방출각을 향상시키기에는 가능하나, 광균일도를 제어하는 데 한계가 있고, LED와 같은 점광원을 면광원으로 변환시 별도의 도광판, 프리즘판, 확산판과 같은 다양한 복합 광학기판이 요구되는 문제점이 있었다. 각각의 요소의 제작 공정 단가가 높고, 정밀 패키징이 요구되므로, 전반적인 생산원가 절감에 한계가 있어 일체형 광학 소자가 요구된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 렌즈의 표면에 다양한 형태의 미세복합패턴을 형성하여 보다 큰 광방출각을 형성하는 미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈는 소정의 곡률을 가지는 렌즈의 일면에, 원 또는 다각형의 단면을 가지는 돌출부가 하나 이상 배열된 미세복합패턴이 형성되고, 렌즈 내부에는 광 고분자 나노입자를 포함한다.
여기서, 상기 미세복합형상렌즈는 자외선 경화 고분자, 열경화 고분자 및 세라믹 중 하나 이상으로 형성된다.
또한, 상기 돌출부가 형성된 렌즈의 표면 곡률은 가장자리가 볼록하게 형성되며, 렌즈의 중심부로 갈수록 오목하게 형성될 수 있다.
상기 돌출부의 수평방향의 단면은 원, 사각형, 삼각형, 육각형, 마름모 중 하나의 형상을 가진다.
상기 미세복합형상렌즈는 단면이 원, 사각형, 삼각형, 육각형, 마름모 중 한 개 이상의 형상을 가진 돌출부가 복합적으로 배열된 미세복합패턴이 형성된다.
상기 돌출부의 수직방향의 단면은 사각형, 반원 및 삼각형 하나의 형상을 가진다.
상기 돌출부는 원기둥, 반구형, 원뿔, 사각기둥, 사각뿔, 삼각기둥, 삼각뿔, 육각기둥, 육각뿔 중 하나 이상의 형상을 가진다.
상기 돌출부의 높이 또는 폭은 광의 균등성 조절을 위해 조사하는 광원의 파장이상의 다양성을 가진다.
여기서, 렌즈의 상기돌출부는 큰 광방출각 및 광균일도를 높이기 위해 렌즈의 가장자리는 반구 형태의 돌출부를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 미세복합형상렌즈의 중심부에서 가장자리쪽으로 1/2 되는 지점에서의 렌즈 두께가 중심부에서의 두께보다 크도록 형성될 수 있다.
상기 미세복합형상렌즈는 상기 돌출부와 돌출부 사이 또는 상기 돌출부 위에 상기 돌출부보다 작은 크기를 가지는 극미세패턴의 무반사층이 형성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈 제조 방법은 소정의 곡률을 가지는 렌즈의 일면에, 원 또는 다각형의 단면을 가지는 돌출부가 하나 이상 배열된 미세복합패턴이 형성된 미세복합형상렌즈 제조방법에 있어서, 기판상에 상기 미세복합패턴을 패터닝하여 템플릿을 제작하는 제 1 단계, 상기 미세복합패턴을 덮도록 상기 템플릿 상에 탄성을 가지는 재료로 박막층을 형성하는 제 2 단계, 상기 박막층을 챔버의 개구부에 접착시킨 후 상기 박막층과 상기 템플릿을 분리시키는 제 3 단계, 상기 박막층이 챔버 내부로 오목하게 들어가도록 상기 챔버에 음압을 인가하는 제 4 단계, 상기 박막층의 오목하게 들어간 일면 위에 광 고분자 나노입자가 포함된 충진물을 충진시켜 렌즈를 형성하는 제 5 단계 및 상기 렌즈를 상기 박막층으로부터 분리시키는 제 6 단계를 포함한다.
여기서, 상기 박막층은 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 형성된다.
상기 기판은 실리콘이나 유리 기판이다.
상기 제 2 단계에서 상기 박막층의 두께는 상기 미세복합패턴의 높이보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 단계는 상기 박막층을 상기 챔버에 접착시키기 전에 상기 박막층을 산소 플라즈마 처리하는 과정을 더 수행한다.
상기 제 3 단계에서 상기 템플릿이 제거된 박막층은 상기 미세복합패턴과 상보적인 패턴 구조를 가진다.
상기 제 4 단계는 상기 챔버에 형성된 미세 유체 채널을 통해 챔버 내부의 공기를 배출시켜 음압을 인가한다.
상기 제 5 단계는 상기 박막층의 오목하게 들어간 일면 위에 자외선 경화 고분자, 열경화 고분자 및 세라믹 중 하나 이상의 충진물을 충진시키는 제 1 과정 및 상기 충진물에 자외선 또는 열을 가하여 충진물을 경화시키는 제 2 과정을 포함하여 이루어진다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법은 미세복합패턴에 의해 보다 큰 광방출각을 형성할 수 있어 점광원인 LED 광원을 광균일도가 우수한 면광원으로 전환이 가능하다. 또한, 기존의 백라이 트 유닛에 사용되는 광학기판의 복합적층 없이 단일렌즈 하나로 도광판, 프리즘판 및 확산판의 역할을 대체할 수 있는 장점이 있다.
또한, 90도에 가까운 LED 광원의 방출각을 160도이상 증가시킬 수 있고, 미세패턴의 국부적 변화를 통해 광량의 균일도를 향상기킬수 있는 효과가 있고, 3차원 몰딩기술과 극미세입자 혼합기술을 바탕으로 미세유체관 어레이를 이용해 웨이퍼레벨 제작이 가능하다.
또한, 넓은 광방사각을 가지는 단일 렌즈를 통해 LED 개수를 줄일 수 있어, 제조 원가를 절감할 수 있으며, LED로부터 발생되는 발열을 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용 및 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 구조가 도시된 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈는 렌즈(100)의 표면에 다수의 돌출부(10)로 이루어진 미세복합패턴이 형성되어 있으며, 렌즈(100)를 구성하는 물질이 광 고분자 나노입자를 포함하고 있어, 렌즈 내부를 통과하는 빛이 상기 나노입자(20)와 상기 돌출부(10)에 의해 반사 및 회절되어 렌즈 외부로 빛이 넓고 균등하게 방출되도록 한다.
상기 미세복합형상렌즈는 광감응 고분자인 자외선 경화 고분자(UV Curable epoxy resin), 열경화 고분자 또는 세라믹 등의 재료로 만들어질 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 미세복합패턴의 실시예들이 도시된 도이다.
도 2를 참조하면, 미세복합패턴의 돌출부의 수평방향의 단면이 (a) 원 (b) 사각형 (c) 삼각형 (d) 육각형 (e) 마름모의 형태로 구성될 수 있다.
상기의 형태를 가진 돌출부들이 연속적으로 배열되어 미세복합패턴을 형성한다.
또한, 이 경우 상기 돌출부의 수직방향의 단면은 사각형, 반원, 삼각형 등의 형태로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 돌출부의 입체적인 형상은 원기둥, 반구형, 원뿔, 사각기둥, 사각뿔, 삼각기둥, 삼각뿔 등으로 표현될 수 있다.
여기서, 상기 돌출부의 높이 또는 폭은 광의 균등성 조절을 위해 조사하는 광원의 파장이상의 다양성을 가진다. 회절효율을 높이기 위해 상기 돌출부의 폭은 광원의 파장과 같거나 그 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기에서 서술한 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 돌출부가 렌즈 표면에 형성될 수 있다.
또한, 미세복합형상렌즈의 형태가 볼록렌즈거나 오목렌즈에 한정되지 않으며, 다양한 형태로 제작될 수 있고, 돌출부의 형상이나 크기 등도 다양한 형태가 복합적으로 배열되어 미세복합패턴을 형성할 수도 있다.
도 3 및 도 4를 통하여 다양한 형태의 본 발명의 실시예를 설명하겠다.
도 3은 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제 1 실시예가 도시된 도이다.
도 3의 (a)는 렌즈의 위에서 바라본 모습이 도시된 도이며, 도 3의 (b)는 렌즈의 수직방향으로의 단면이 도시된 단면도이다.
렌즈(100)의 표면에는 다수의 돌출부(10)가 패턴을 이루며 형성된다.
여기서, 상기 돌출부가 형성된 렌즈(100)의 표면 곡률은 볼록렌즈거나 오목렌즈에 한정되지 않으며, 다양한 형태로 제작되고, 한 실시예로 가장자리가 볼록하게 형성되며, 렌즈의 중심부로 갈수록 오목하게 형성될 수 있다.
즉, 위의 실시예를 구체적으로 설명하면 렌즈의 중심부(A)의 두께(H1)는 렌즈의 중심부(A)에서 렌즈의 가장자리(C)까지의 거리의 1/2 되는 지점의 두께(H2)보다 작게 형성된다.
도 4는 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제 2 실시예가 도시된 도이다.
도 4의 (a)는 렌즈 표면에 형성된 미세복합패턴을 수평선을 기준으로 투영한 모습이 도시된 도이며, (b)는 미세복합형상렌즈의 수직방향의 단면이 도시된 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제 2 실시예는 렌즈의 중심부 부근의 표면에는 원기둥 형태의 돌출부(10a)가 형성되며, 렌즈의 가장자리로 갈수록 반구형의 돌출부(10b)가 형성된다.
즉, 두 가지 형상의 돌출부가 복합적으로 패턴을 이루도록 형성된다.
또한, 돌출부의 형상 역시 두 가지 형태의 돌출부가 서로 다르도록 구성된다.
돌출부(10a)의 높이는 돌출부(10b)의 높이보다 높게 형성된다.
상기 설명한 내용은 한 가지 실시예일 뿐이며, 본 발명은 다양한 형태의 돌출부가 복합적으로 배열되어 미세복합패턴을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제 3 실시예가 도시된 도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제 3 실시예는 렌즈(100) 표면에 형성된 미세복합패턴의 돌출부(10) 사이 사이에 상기 돌출부(10)의 폭에 대한 높이비 보다 더 큰 높이비를 가지는 극미세패턴의 무반사층(30)이 형성되도록 구성된다.
여기서 상기 극미세패턴 하나 하나의 폭은 조사되는 광원의 파장(λ)보다 적게 형성되는 것이 바람직하며, 극미세패턴의 높이는
Figure 112008066476045-pat00001
가 되는 것이 바람직하다. 여기서 n 은 0, 1, 2... 이다.
이 경우 상기 무반사층(30)은 미세복합패턴의 돌출부의 위에 형성될 수도 있다.
상기 무반사층의 또 다른 실시예는 상기 극미세패턴 대신 상기 돌출부 및 렌즈 표면을 덮는 미세박막층으로 구성되는 것이다. 이 경우 상기 무반사층은 하나 이상의 미세박막층으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 무반사층의 두께의 일례는 광원 파장의 1/4 이고, 렌즈의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지며, MgF2, Al2O3, ZrO2, 파릴렌(Parylene) 중 하나 이상을 포함하는 재료로 형성된다. 상기 무반사층의 최적의 굴절률은 상기 렌즈의 굴절률의 이제곱근이다.
상기 무반사층(30)은 다중반사로 인한 LED 광원방향으로의 후반사를 최소화시킨다.
도 6은 일반 미세렌즈와 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 빛 투과 모습이 비교 도시된 도이다.
도 6의 (a)는 일반 미세렌즈의 경우인데, 일반 미세렌즈의 경우 렌즈를 통과한 빛은 렌즈의 중심으로 모이게 되는 반면에, 도 6의 (b)와 같이 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 경우에는 돌출부에 의해 다양한 각도로 회절이 이루어져 일반 미세렌즈보다 큰 광방출각을 형성한다.
도 6의 (c)를 참조하면, 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈는 렌즈의 주곡률(P1)과 렌즈 재료의 굴절률(P2), 돌출부(10)의 모양, 크기, 돌출부의 주기, 종횡비 등을 조절하여 최대 광방출각을 만들어낼 수 있다.
도 7은 백색광원이 입사된 경우 일반 미세렌즈와 본 발명에 따른 미세복합형 상렌즈의 광 분포가 촬영된 사진이다.
도 7의 (a)는 볼록한 곡면을 갖는 일반 미세렌즈의 광 분포 이미지이며, 도 7의 (b)는 볼록한 곡면상에 미세복합패턴이 형성된 미세복합형상렌즈의 광 분포 이미지이다.
일반 미세렌즈의 경우보다 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 경우에 광 분포도가 더 넓고 균일하게 분포되는 것을 알 수 있다. 이 경우 미세복합패턴에 의해 유발된 회절패턴에 의해 빛의 최대 세기는 감소하지만 전체적으로 렌즈를 통과한 빛의 균등성은 향상됨을 알 수 있다.
도 8은 일반 미세렌즈와 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 광 세기 분포가 촬영된 사진이다.
일반 미세렌즈의 경우 LED 광원에 의한 세기 분포보다 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 경우 광 세기 분포가 더 균일함을 알 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 돔 형태의 일반 미세렌즈의 경우와 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 경우에 백색광원의 진행과정 및 통과 후 광 분포가 비교 도시된 도이다.
도 9a의 (a)의 경우 일반적인 백색광원이 직진하는 모습이 도시된 도이며, (b)의 경우 일반 미세렌즈를 지나는 빛을 촬영한 모습인데, 렌즈를 지난 빛이 모였다가 다시 흩어지는 것을 볼 수 있으며, (c)의 경우 렌즈의 정면에서 광 분포를 촬 영한 것으로 광이 넓게 퍼지지 않고 모아지는 것을 볼 수 있다.
도 9b의 (a)의 경우 회절 격자를 통과한 빛이 퍼지는 모습이 도시된 도이며, (b)의 경우 미세복합형상렌즈를 지나는 빛을 측면에서 촬영한 것으로 렌즈를 통과한 직후부터 빛이 넓게 퍼지는 것을 알 수 있다. (c)의 경우 렌즈 표면에 형성된 미세복합패턴에 따라 빛이 골고루 넓게 분포되는 것을 알 수 있다.
도 10은 주사전자현미경(SEM)을 통해 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈를 촬영한 모습이 도시된 사진이다.
도 10의 (a)는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 통해 미세복합형상렌즈의 표면을 촬영한 것인데, 아주 미세한 돌출부들이 패턴을 이루고 있는 것을 볼 수 있으며, (b)는 더욱 더 확대한 것으로 돌출부가 미세기둥 형상을 가지고 있는 것을 볼 수 있으며, 돌출부와 돌출부간의 간격이 3㎛ 정도됨을 알 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 돌출부 간의 간격, 돌출부의 폭, 폭과 간격의 복합적인 조건에 따른 광의 세기가 도시된 그래프이다.
(a)의 경우에는 돌출부의 크기는 동일하게 한 채 돌출부와 돌출부간의 간격을 점차 증가시킨 경우로써, 이 경우 돌출부 간의 간격이 좁을수록 광 방출각이 증가하고 광의 세기는 감소됨을 알 수 있다.
(b)의 경우에는 돌출부 간의 간격은 동일하게 한 채 돌출부의 폭을 증가시킨 경우로써, 이 경우 돌출부의 폭이 좁을수록 광 방출각이 증가하고 광의 세기는 감소됨을 알 수 있다.
(c)의 경우에는 돌출부 간의 간격과 폭을 모두 비교한 경우로써, 돌출부의 폭과 간격이 좁을수록 광 방출각이 증가하고 광의 세기는 감소됨을 알 수 있다.
세 가지 경우 모두에서 일반 돔 형태의 미세렌즈의 경우에는 빛의 세기가 강하고, 광 방출각이 작아 균일성이 낮은 것을 알 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제조 방법을 설명하는 제조 과정이 도시된 도이다.
본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제조 방법은 먼저 (a)와 같이 기판(1) 상에 상기 미세복합패턴(2)을 패터닝하여 템플릿을 제작한다. 여기서 상기 기판(1)은 유리 기판이 사용될 수 있다.
다음으로 (b)와 같이 상기 미세복합패턴(2)을 덮도록 상기 템플릿 상에 탄성을 가지는 재료로 박막층(3)을 형성한다. 여기서, 상기 박막층(3)은 일반적으로 합성 수지 등과 같은 탄성을 가지는 고분자 물질이 될 수 있으며, 하나의 예로 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 박막층(3)의 두께는 상기 미세복합패턴(2)을 완전히 덮을 수 있도록 상기 미세복합패턴(2)의 높이보다 크게 한다.
다음으로, (c)와 같이 상기 박막층(3)을 챔버(200)의 개구부에 접착시킨다.
이 경우 상기 박막층을 상기 챔버에 접착시키기 전에 상기 박막층을 산소 플 라즈마 처리하여 이물질을 제거하는 과정을 더 수행할 수 있다.
여기서, 상기 챔버(200)는 내부에 빈 공간(210)이 형성되며 챔버의 일면에는 내부의 빈공간과 연결되는 미세유체채널(220)이 형성된다.
그 후 상기 박막층(3)과 상기 템플릿(1, 2)을 분리시킨다.
여기서, 상기 템플릿이 제거된 박막층은 상기 미세복합패턴과 상보적인 패턴 구조를 가지게 된다.
다음으로, (d)와 같이 상기 미세유체채널(220)을 통해 음압을 인가하여 상기 박막층(3)이 챔버 내부로 오목하게 들어가도록 한다. 여기서, 음압을 인가한다고 하는 것은 챔버 내부의 공기압이 챔버 외부보다 낮게 하는 것으로 내부의 공기를 챔버 외부로 토출시키는 것을 의미한다.
다음으로, (e)와 같이 상기 박막층(3)의 오목하게 들어간 일면 위에 광 고분자 나노입자가 포함된 충진물(100)을 충진시키고, 그 위에 기판(300)으로 덮은 후 자외선이나 열을 가하여 상기 충진물(100)을 경화시킨다.
여기서, 상기 충진물은 자외선 경화 고분자, 열경화 고분자 및 세라믹 등이 될 수 있다.
충진물(100)이 경화되면 이것이 바로 본 발명의 미세복합형상렌즈가 되는데, 이 렌즈를 (f)와 같이 상기 박막층으로부터 분리시킨다.
그 후, 필요에 따라 상기 렌즈 표면 상에 무반사층인 미세박막층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 무반사층은 상기 충진물(100)을 충진하기 전에 상기 박막층(3)상에 얇게 형성시켜 경화시킨 후 상기 충진물(100)을 충진하는 과정을 통해 형성될 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 렌즈 제작 공정 중 렌즈의 몰딩시 사용되는 마스터는 변형이 우수한 실리콘계열의 PDMS를 사용하여 원본 변형 렌즈 마스터를 제작 후 자외선 경화수지 또는 열경화수지를 이용하여 복제후 다시 PDMS로 재복제함으로써 변형마스터에서 고정마스터의 제작이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 렌즈 제조 방법은 미세 몰딩 기술시 변형렌즈 마스터를 미세유체관을 통해 도 13과 같이 연결함으로써 여러 개의 변형마스터를 동시에 같은 압력하에 동일 변형을 갖도록 설계할 수 있고, 이를 바탕으로 웨이퍼레벨공정화 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의한 미세복합형상렌즈 및 미세복합형상렌즈 제조 방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 구조가 도시된 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 미세복합패턴의 실시예들이 도시된 도,
도 3은 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제 1 실시예가 도시된 도,
도 4는 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제 2 실시예가 도시된 도,
도 5는 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제 3 실시예가 도시된 도,
도 6은 일반 미세렌즈와 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 빛 투과 모습이 비교 도시된 도,
도 7은 백색광원이 입사된 경우 일반 미세렌즈와 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 광 분포가 촬영된 사진,
도 8은 일반 미세렌즈와 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 광 세기 분포가 촬영된 사진,
도 9a는 광원과 돔 형태의 일반 미세렌즈의 광 이동경로를 표시한 것과 돔 형태의 일반 미세렌즈를 통과 한 광의 분포가 도시된 도,
도 9b는 확산판과 돔 형태의 미세복잡형상렌즈의 광 이동경로를 표시한 것과 돔 형태의 미세복합형상렌즈를 통과 한 광의 분포가 도시된 도,
도 10은 주사전자현미경(SEM)을 통해 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈를 촬영한 모습이 도시된 사진,
도 11은 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 돌출부 간의 간격, 돌출부의 폭, 폭과 간격의 복합적인 조건에 따른 광의 세기가 도시된 그래프,
도 12는 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈의 제조 방법을 설명하는 제조 과정이 도시된 도,
도 13은 본 발명에 따른 미세복합형상렌즈를 동시에 여러 개를 만들 수 있는 장치가 도시된 도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
1: 기판
2: 미세복합패턴
3: 박막층
10: 돌출부
20: 나노입자
100: 렌즈
200: 챔버

Claims (20)

  1. 소정의 곡률을 가지는 렌즈의 표면에 단일 발광다이오드 칩에 집적 가능한 나노패턴, 마이크로 패턴, 또는, 나노-마이크로 패턴의 계층적 패턴이 형성되어 이루어지는 단일 소형 LED 조명용 미세복합형상렌즈에 있어서,
    상기 렌즈는,
    그 수평방향의 단면이 원, 사각형, 삼각형, 육각형, 마름모 중 하나의 형상을 가지고, 그 수직방향의 단면은 사각형, 반원 및 삼각형 중 하나의 형상을 가지는 원기둥, 반구형, 원뿔, 사각기둥, 사각뿔, 삼각기둥, 삼각뿔, 육각기둥, 육각뿔 중 하나 이상의 형상을 가지는 돌출부가 적어도 하나 이상 배열되어 이루어지는 미세복합패턴이 그 표면에 형성되어 있으며,
    상기 돌출부의 폭은 조사하는 광원의 파장 이상으로 형성되고,
    또한, 상기 렌즈는, 광감응 고분자인 자외선 경화 고분자(UV Curable epoxy resin), 열경화 고분자 또는 세라믹과 같은 광 고분자 나노입자를 포함하는 재료로 형성되며,
    그것에 의해, 상기 렌즈 내부를 통과하는 빛이 상기 나노입자와 상기 돌출부에 의해 반사 및 회절되어 상기 렌즈 외부로 빛이 넓고 균등하게 방출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부가 형성된 렌즈의 표면은 가장자리가 볼록하게 형성되며, 상기 렌즈의 중심부로 갈수록 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 미세복합형상렌즈는 단면이 원, 사각형, 삼각형, 육각형, 마름모 중 두 개 이상의 형상을 가진 돌출부가 복합적으로 배열된 미세복합패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부는 광방출각 및 광균일도를 높이기 위해 렌즈의 가장자리에서는 반구 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 미세복합형상렌즈의 중심부에서 가장자리 쪽으로 1/2 되는 지점에서의 렌즈 두께가 중심부에서의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 미세복합형상렌즈는 상기 돌출부와 돌출부 사이 또는 상기 돌출부 위에 상기 돌출부보다 작은 크기로 형성된 극미세패턴의 무반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 미세복합형상렌즈는 상기 돌출부 및 렌즈 표면을 덮도록 형성된 하나 이상의 미세박막층으로 이루어진 무반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈.
  8. 소정의 곡률을 가지는 렌즈의 표면에, 원 또는 다각형의 단면을 가지는 돌출부가 적어도 하나 이상 배열되어 이루어지는 미세복합패턴을 포함하는 미세복합형상렌즈의 제조방법에 있어서,
    기판상에 상기 미세복합패턴을 패터닝하여 템플릿을 제작하는 제 1 단계와,
    상기 미세복합패턴을 덮도록 상기 템플릿 상에 탄성을 가지는 재료로 박막층을 형성하는 제 2 단계와,
    상기 박막층을 챔버의 개구부에 접착시킨 후 상기 박막층과 상기 템플릿을 분리시키는 제 3 단계와,
    상기 박막층이 챔버 내부로 오목하게 들어가도록 상기 챔버에 음압을 인가하는 제 4 단계와,
    상기 박막층의 오목하게 들어간 일면 위에 광 고분자 나노입자가 포함된 충진물을 충진시켜 렌즈를 형성하는 제 5 단계 및
    상기 렌즈를 상기 박막층으로부터 분리시키는 제 6 단계를 포함하여 구성되고,
    상기 제 4 단계는, 상기 챔버에 형성된 미세 유체 채널을 통해 챔버 내부의 공기를 배출시켜 음압을 인가하며,
    상기 제 5 단계는,
    상기 박막층의 오목하게 들어간 일면 위에 자외선 경화 고분자, 열경화 고분자 및 세라믹 중 하나 이상의 충진물을 충진시키는 제 1 과정 및
    상기 충진물에 자외선 또는 열을 가하여 충진물을 경화시키는 제 2 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 박막층은 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 기판은 유리기판인 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 단계에서, 상기 박막층의 두께는 상기 미세복합패턴의 높이보다 큰 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3 단계는, 상기 박막층을 상기 챔버에 접착시키기 전에 상기 박막층을 산소 플라즈마 처리하는 과정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈 제조방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 제 3 단계에서, 상기 템플릿이 제거된 박막층은 상기 미세복합패턴과 상보적인 패턴 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 미세복합형상렌즈 제조방법.
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