KR101042257B1 - Hybrid micro lens array and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초점 거리를 갖는 렌즈 기능에 더하여 반사/지문 방지 기능 및 적외선 필터 기능을 갖는 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이는 적외선 필터 기능을 갖는 유리 또는 고분자 기판과, 상기 기판 상부에 기설정된 초점 거리를 갖도록 형성되며 그 표면에 반사 및 지문 방지 기능을 갖는 나노 표면 구조를 갖는 다수의 렌즈부를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a hybrid micro lens array having a reflection / fingerprint function and an infrared filter function in addition to a lens function having a focal length, and a method of manufacturing the hybrid micro lens array, comprising: a glass or polymer substrate having an infrared filter function; And a plurality of lens parts formed on the substrate to have a predetermined focal length and having a nano-surface structure having reflection and anti-fingerprint functions on the surface thereof.
마이크로 렌즈 어레이, 반사 방지, 지문 방지, 적외선 필터, 나노 표면 구조 Micro Lens Array, Anti-reflective, Anti-fingerprint, Infrared Filter, Nano Surface Structure
Description
본 발명은 초점 거리를 갖는 렌즈 기능에 더하여 반사/지문 방지 기능 및 적외선 필터 기능을 갖는 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid micro lens array having a reflection / fingerprint function and an infrared filter function in addition to a lens function having a focal length, and a manufacturing method thereof.
IT 산업의 핵심 제품인 휴대폰은 최근 들어 디지털 카메라, MP3 플레이어 등과 일체화된 고급 모델에 대한 수요가 급속히 증가하고 있으며, 특히 카메라 모듈을 장착한 카메라폰에 대해서는 고화소화 및 슬림화가 요구된다. 즉, 카메라 모듈에 장착되는 센서의 화소 수가 증가하면서, 자동 초점 (AF: Auto Focusing) 기능을 가지면서 슬림화하는 기술이 필요하다.In recent years, the demand for high-end models integrated with digital cameras, MP3 players, etc., is a key product in the IT industry, and the demand for high-definition and slimmer camera phones is particularly high. That is, as the number of pixels of the sensor mounted on the camera module increases, a technique for slimming while having an auto focusing function (AF) is required.
상기 카메라 모듈에 구비되는 주요 부품으로, 마이크로 렌즈(Micro lens)가 있다.As a main component provided in the camera module, there is a micro lens.
상기 마이크로 렌즈는 카메라 모듈뿐만 아니라, 광통신, 의료기기, 멀티미디 어기기, 전자기기 분야 등의 부품에 다양하게 응용되고 있다. 예를 들면, 마이크로 렌즈는 반도체 레이저와 광섬유와의 연결 부분에서 레이저의 퍼짐을 막는데 사용되거나, 광 감지 센서에서 센서의 효율을 증대시켜 디스플레이의 성능을 향상시키기 위해 사용된다.The microlenses have been applied to various components in the field of optical communication, medical devices, multimedia devices, electronic devices as well as camera modules. For example, the microlenses are used to prevent the spread of the laser in the connection portion between the semiconductor laser and the optical fiber, or to improve the performance of the display by increasing the efficiency of the sensor in the light sensing sensor.
상기 마이크로 렌즈는 다양한 방법으로 제조되고 있다. 예를 들면, 레이저 펄스를 이용한 에칭 방법, PR(Photo Resister)을 사용한 리플로우(reflow) 방법, 건식 에칭 방법, CO2 가스 레이저를 사용한 유리 표면 가공 방법, 용해된 유리의 표면장력을 이용한 방법, 폴리머의 레이저 증착과 이온빔 가공법, 잉크제트 기술, PR 가열법, 그레이스 케일 마스크 법 및 엠보싱 성형법을 들 수 있다. The microlenses are manufactured in various ways. For example, an etching method using a laser pulse, a reflow method using a PR (Photo Resister), a dry etching method, a glass surface processing method using a CO 2 gas laser, a method using a surface tension of the molten glass, Laser deposition of polymers, ion beam processing, inkjet technology, PR heating, grace kale masking and embossing molding.
이 중에서 유리렌즈 가공의 경우에는 고가의 고온성형기를 이용하여 약 섭씨 800도의 고온에서 유리렌즈를 성형하기 때문에, 템플릿(template)의 수명이 문제가 되며, 성형용 유리 재질이 몇 가지로 한정되어 광학계 설계에 제약이 따르는 단점이 있다.In the case of glass lens processing, the glass lens is molded at a high temperature of about 800 degrees Celsius using an expensive high temperature molding machine, so that the life of the template becomes a problem, and the glass material for molding is limited to a few, and thus the optical system There are drawbacks to design constraints.
그리고 현재 가장 많이 사용되는 사출성형 기술을 이용하여 제작된 폴리머 마이크로 렌즈는 상기 유리 렌즈보다, 경량화, 가공의 높은 자유도, 대량 생산의 용이성, 내충격성의 뛰어남과 같은 장점이 있는 반면에, 낮은 내열성, 높은 열 팽창계수, 표면손상의 취약함, 폴리머 종류의 낮은 다양성과 같은 단점도 있다. Polymer microlenses manufactured using injection molding technology, which is currently used the most, have advantages such as light weight, high degree of freedom of processing, ease of mass production, and excellent impact resistance, whereas low heat resistance, There are also disadvantages such as high coefficient of thermal expansion, weak surface damage and low variety of polymer types.
또한, 상기 사출성형 기술은 매우 짧은 시간에 마이크로 렌즈를 성형하는 것이 가능하나, 매우 크고 고가의 장비와 금형이 필요하며, 한 번의 성형으로 많은 마이크로 렌즈를 제작할 수 없다는 단점도 있다.In addition, the injection molding technology is capable of molding a micro lens in a very short time, but requires a very large and expensive equipment and a mold, there is a disadvantage that many micro lenses cannot be manufactured in one molding.
또한, 엠보싱 기술은 열가소성 고분자나 자외선 경화 에폭시(epoxy)를 주로 사용하며, 고분자(플라스틱)에 마이크론 단위의 미세패턴 구조를 매우 정밀하게 형성하는데 매우 유리하여, 사출성형보다는 공정시간이 오래 걸리나, 사출성형보다 수~수십 배 많은 수의 마이크로 렌즈를 어레이 형태로 한번에 성형하는 것이 가능하여, 대량생산을 통한 가격 경쟁력을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 또한 상기 엠보싱 기술은 양면 구조의 마이크로 렌즈 어레이도 제작할 수 있어, 다양한 구조와 형태의 마이크로 렌즈 어레이뿐만 아니라, MEMS소자, 바이어 유체 소자, 디스플레이 소자, 광소자 등을 제작하는데 매우 용이한 기술이다.In addition, the embossing technology mainly uses a thermoplastic polymer or an ultraviolet curing epoxy, and is very advantageous to form micron micropattern structure on the polymer (plastic) very precisely, which takes a longer time than injection molding. It is possible to mold several to several tens of times more microlenses in an array form than molding, and thus, it is possible to secure price competitiveness through mass production. In addition, the embossing technology can also produce a micro-lens array of a double-sided structure, it is a very easy technology to manufacture not only a micro lens array of various structures and shapes, but also MEMS devices, via fluid devices, display devices, optical devices.
그러나 앞서 설명한 바와 같이, 최근 다기능, 고품질의 고급 모델에 대한 수요가 증가하면서, 초점 거리를 갖는 렌즈 기능에 더하여 빛을 반사하지 않게 하여 선명한 투과 창을 형성하는 반사 방지, 기름이나 먼지나 물방울이 렌즈에 맺히지 않도록 하는 지문 방지 기능, 적외선을 차단하는 적외선 필터 기능 등 다양한 기능을 갖는 카메라 모듈에 대한 요구가 발생하고 있다.However, as mentioned earlier, as the demand for multifunctional, high-quality and high-end models has increased in recent years, anti-reflective, oil, dust, or water droplets, which do not reflect light in addition to the lens function with focal length, form a clear transmission window There is a demand for a camera module having various functions such as an anti-fingerprint function and an infrared filter function to block infrared rays.
따라서, 상기 요구된 카메라 모듈의 구현이 가능하도록, 단지 초점 기능만을 갖는 것이 아니라, 반사/지문 방지 및 적외선 차단 등의 다양한 기능을 갖는 하이브리드 형태의 마이크로 렌즈 어레이가 필요하게 되었다.Accordingly, there is a need for a hybrid micro lens array having various functions such as reflection / fingerprint prevention and infrared blocking, instead of only having a focus function, to enable the implementation of the required camera module.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이는, 유리 또는 고분자 기반 적외선 필터 기판; 및 상기 기판 상부에 기설정된 초점거리를 갖도록 형성되며 그 표면에 반사 및 지문 방지 기능을 갖는 나노 표면 구조를 갖는 다수의 렌즈부를 포함하여 이루어진다.As a means for solving the above problems, a hybrid micro lens array according to an aspect of the present invention, glass or polymer based infrared filter substrate; And a plurality of lens units formed on the substrate to have a predetermined focal length and having a nano-surface structure having reflection and anti-fingerprint functions on the surface thereof.
다른 과제 해결 수단으로서, 본 발명의 다른 측면에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법은, 유리 또는 고분자 기반의 적외선 필터 기판 상부에 다수의 렌즈부가 배열되는 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 단계; 및 상기 각 렌즈부의 표면에 반사 및 지문 방지 기능을 갖는 나노 표면 구조를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.As another means for solving the problem, a method of manufacturing a hybrid micro lens array according to another aspect of the present invention includes forming a micro lens array in which a plurality of lens units are arranged on a glass or polymer based infrared filter substrate; And forming a nano surface structure having reflection and anti-fingerprint functions on the surface of each lens unit.
또 다른 과제 해결 수단으로서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법은, 렌즈부의 모양이 음각으로 형성된 제1 마이크로 렌즈 어레이 금형과, 렌즈부의 모양이 양각으로 형성된 제2 마이크로 렌즈 어레이 금형을 제작하는 단계; 유리 또는 고분자 기판을 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이 금형과 제2 마이크로 렌즈 어레이 금형의 사이에 놓고, 열 또는 자외선 엠보싱 공정을 수행하여, 양면 구조의 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 단계; 상기 양면 구조의 마이크로 렌즈 어레이에 반사 및 지분 방지를 위한 나노 표면 구조를 형성하는 단계; 및 상기 양면 구조의 마이크로 렌즈 어레이 표면에 상온 플라스마 코팅에 의한 적외선 필터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.As another means for solving the problem, according to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a hybrid microlens array, including: a first microlens array mold in which the shape of the lens portion is intaglio and a second microlens in which the shape of the lens portion is embossed Manufacturing an array mold; Placing a glass or polymer substrate between the first micro lens array mold and the second micro lens array mold, and performing a thermal or ultraviolet embossing process to form a double-sided micro lens array; Forming a nano surface structure on the double-sided micro lens array to prevent reflection and stake; And forming an infrared filter on the surface of the microlens array of the double-sided structure by room temperature plasma coating.
상기 구성에 의하면, 본 발명은 초점 기능 뿐만 아니라 지문/반사 방지 기능 및 적외선 필터 기능을 구비하여, 고품질의 카메라 폰, 초슬림의 카메라 모듈, 디스플레이 패널, 태양광 전지 집광 모듈 등에 적용할 수 있는 고휘도 초슬림 다기능 마이크로 렌즈 어레이를 제공할 수 있으며, 더불어, 상기 다기능 마이크로 렌즈 어레이를 간단한 방법으로 단시간에 제조가 가능하고 대량 생산이 가능할 수 있다.According to the above configuration, the present invention is equipped with not only a focus function but also a fingerprint / anti-reflective function and an infrared filter function, and can be applied to a high quality camera phone, an ultra-slim camera module, a display panel, a solar cell light condensing module, and the like. A multifunctional micro lens array may be provided, and in addition, the multifunctional micro lens array may be manufactured in a short time and may be mass produced in a simple manner.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing in detail the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.In addition, the same reference numerals are used for parts having similar functions and functions throughout the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이를 나타낸 도면으로서, (a)는 단면도를 나타내고, (b)는 상면도를 나타내며, (c)는 각 렌즈의 표면 단면도를 나타낸다.1 is a view showing a hybrid micro lens array according to an embodiment of the present invention, (a) is a cross-sectional view, (b) is a top view, and (c) is a surface cross-sectional view of each lens.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이는, 고분자 또는 유리 기반의 적외선 필터 기판(11)과, 상기 기판(11)의 상부에 유리 또는 고분자 재료에 의해서 곡면을 갖도록 형성되며, 반사 및 지문 방지를 위한 나노 표면 구조(13)를 갖는 다수의 렌즈부(12)로 이루어진다.Referring to FIG. 1, a hybrid micro lens array according to the present invention is formed to have a curved surface by a polymer or glass-based
상기 마이크로 렌즈 어레이는, 열 리플로우(thermal reflow) 공정에 의해서 제작되거나, 복제 공정에 의하여 제작될 수 있다.The micro lens array may be manufactured by a thermal reflow process, or may be manufactured by a replication process.
상기 다수의 렌즈부(12)의 직경과 높이는 0.1㎛~99㎜의 범위로 해당 렌즈부(12)에 부여된 초점 거리에 따라 결정된다. 상기 렌즈부(12)가 완전구면이라고 가정할 경우, 렌즈부(12) 표면의 곡률반경 R, 굴절률 n과 초점 거리 f의 관계는 렌즈 제작자의 공식(lens maker's formula) f = R/(n-1) 로 주어지고, 상기 곡률 반 경 R과, 렌즈부(12)의 직경 D과, 높이 h의 관계는 h = R-(R2-(D/2)2)1/2 로 주어진다. 따라서, 열 리플로우 공정 조건에 따라 렌즈부(12)의 직경 D와 높이 h를 조절하여, 원하는 초점 거리 f를 얻을 수 있다.The diameters and heights of the plurality of
또한, 상기 유리 또는 고분자 기반의 적외선 필터 기판(11)은, 적외선은 반사시키고 가시광선은 투과시키는 것으로서, 적외선의 최대 투과율(Maximum Transmission, Tmax)은 700~1000nm 파장에서 3% 이하, 1000~1100nm 파장에서 5% 이하가 바람직하며, 가시광선의 경우, 420~620nm 파장에서 최소 투과율(Minimum Transmission, Tmin)은 85% 이상, 평균 투과율(Average Transmission, Tavg)은 90% 이상을 갖는 것이 바람직하다.In addition, the glass or polymer-based
상기 렌즈 표면상에 형성된 나노 표면 구조(13)는 플라스마 처리, 건식/습식 식각 또는 전자빔 리소그래피에 의해 형성될 수 있다. 또한, 효과적인 반사/지문 방지를 위하여, 상기 나노 표면 구조의 높이는 최소한, 가시광선 파장영역에서, 가시광의 가장 긴 파장의 40%는 되어야 하며, 나노 표면 구조의 간격은 빛이 수직 입사하는 경우 가장 짧은 파장을 소재의 굴절률로 나눈 값보다 작아야 하며 빛이 경사 입사시에는 가장 짧은 파장을 소재의 굴절률로 나눈 값의 1/2 보다 작아야 한다. 도 1의 (c)는 본 발명에 의한 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 나노 표면 구조의 일 예를 도시한 것이다.The
상기에서 나노 표면 구조(13)의 높이를 가시광의 가장 긴 파장의 40% 이상으로 한 것은, 가시광의 느끼는 유효굴절률이 나노 표면 구조(13)의 최외각 표면부터 상기 렌즈부(12)으로 서서히 변할수록, 표면에서의 가시광에 대한 반사율이 작아지기 때문이다. 예를 들어, 나노 표면 구조(13)의 높이가 가시광의 가장 긴 파장의 50% 보다 클 경우 모든 가시광선에 대해 반사율은 0.005 이하로 작아진다.In the above, when the height of the
더하여, 상기 나노 표면 구조(13)의 주기가 가장 짧은 파장을 소재의 굴절률로 나눈 값 또는 가장 짧은 파장을 소재의 굴절률로 나눈 값의 1/2 보다 작아야 하는 이유는, 상기 나노 표면 구조(13)를 회절격자로 생각했을 때 1차 또는 2차 등 고차 모드의 투과광이 생기지 않게 하기 위해서이다. 상기 나노 표면 구조(13)는 입사한 가시광이 회절하지 않고 유효굴절률을 점진적으로 변화시켜 반사율을 줄이는 원리를 이용한 것이므로, 0차 투과광과 0차 반사광만 생기도록 주기를 조절해 주어야 하는 것이다.In addition, the reason that the period of the nano-
상술한 구조에 의하여, 본 발명의 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이는, 기판(11)을 통해서 적외선을 반사시켜 필터링함과 동시에, 상기 렌즈부(12)의 표면에 형성된 나노 표면 구조(13)를 통해 가시광 영역에서 반사가 일어나거나 기름이나 물방울이 맺히는 것을 방지할 수 있다.By the above-described structure, the hybrid microlens array of the present invention reflects infrared rays through the
상술한 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이는, 기판이 일체로 형성되는 것으로서, 복제 공정을 통해 대량으로 생산가능하다.The above-described hybrid micro lens array is formed in one substrate, and can be produced in large quantities through a replication process.
이하 상기 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the hybrid micro lens array will be described.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이는, 유리 또는 고분자 기반의 적외선 필터 기판 상에 상기 다수의 렌즈부가 배열되는 마이크 로 렌즈 어레이를 형성한 후에, 상기 각 렌즈부의 표면에 나노 표면 구조를 형성하는 순서로 이루어진다.In one embodiment of the present invention, the hybrid micro lens array, after forming a micro lens array in which the plurality of lens units are arranged on a glass or polymer based infrared filter substrate, the nano-surface structure on the surface of each lens unit It is made in the order of forming.
도 2 내지 도 6은 상기 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 과정의 일 예를 나타내는 공정도이다.2 to 6 are process charts showing an example of a process of forming the micro lens array.
먼저, 도 2는 열 리플로우 공정에 의해서 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 과정을 도시한 공정도이다.First, FIG. 2 is a process diagram illustrating a process of forming a micro lens array by a thermal reflow process.
도 2를 참조하면, 먼저 (a)에 도시된 바와 같이, 유리 또는 고분자 기판(21) 위에 리플로우용 고분자 수지(22)를 스핀 코팅하여 원하는 두께로 도포하고, 상기 도포된 고분자 수지(22)를 베이킹한 후, 원하는 패턴(즉, 렌즈 어레이 패턴)이 형성되어 있는 마스크(23)를 사용하여, 선택적으로 UV 조사 후에 고분자 수지(22)를 현상한다. 상기에 의하여, (b)에 도시된 바와 같이, UV에 노출된 부분의 고분자 수지(22)가 제거되고, 상기 마스크(23)로 보호된 부분의 고분자 수지 패턴(22a)만이 남게 된다. Referring to FIG. 2, first, as shown in (a), spin coating a
상기 상태에서, 약 180도~200도의 온도로 30초 ~ 10분 동안 핫플레이트(hot plate)나 오븐(oven)에서 상기 고분자 수지 패턴(22a)이 형성된 기판(21)을 가열한다. 상기 가열 공정에 의하여 상기 고분자 수지 패턴(22a)이 유동성을 가지며 리플로우되어 마이크로 렌즈 어레이(20)가 완성된다. In this state, the
이때 형성되는 각각의 마이크로 렌즈의 주기와 높이는, 리플로우 온도와 시간의 조절에 의해 변화될 수 있으며, 이를 통해 렌즈 간의 틈(Gap)이 없는 gapless 마이크로 렌즈 어레이를 제작할 수 있다. 상기 마이크로 렌즈 어레이의 형태는 사 각(square) 어레이 구조와 육각(hexagonal) 어레이 구조로 제작될 수 있다.In this case, the period and height of each formed microlens may be changed by adjusting the reflow temperature and time, thereby manufacturing a gapless microlens array without gaps between the lenses. The micro lens array may be manufactured in a square array structure and a hexagonal array structure.
본 발명의 일 실시 예에서는, 상술한 도 2의 열 리플로우 공정을 통해 바로 본 발명에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이를 제작할 수 있다. 이 경우, 상기 기판(21)은 유리 또는 고분자 기반 적외선 필터 기판으로 구현한다. 상기 유리 또는 고분자 기반 적외선 필터 기판은 유리 또는 고분자 기판에 상온(80도 이하)으로 플라즈마 코팅하여 기판의 한쪽 면에 적외선 필터를 형성하여 구현할 수 있다. 다른 경우로서, 상기 기판(21)을 유리 또는 고분자 기판으로 하여 도 2의 공정을 수행한 후에, 마이크로 렌즈 어레이(20)의 기판 하부에 상기 적외선 필터를 형성하여, 본 발명의 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이를 구현할 수도 있다.In an embodiment of the present invention, the hybrid microlens array according to the present invention may be manufactured directly through the thermal reflow process of FIG. 2. In this case, the
본 발명의 다른 실시 예에서는, 상술한 열 리플로우 공정에 의해 제작된 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 복제 공정에서 사용될 금형을 제작한 후, 상기 금형을 이용한 복제 공정에 의하여 마이크로 렌즈 어레이를 대량 생산할 수 있다.In another embodiment of the present invention, after manufacturing a mold to be used in the replication process using the microlens array produced by the above-described thermal reflow process, the microlens array can be mass-produced by the replication process using the mold. .
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 복제 공정을 위한 마이크로 렌즈 어레이 금형, 더 구체적으로는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 소재의 마이크로 렌즈 어레이 금형을 제작하는 과정을 나타내는 공정도이다. FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of fabricating a microlens array mold for a replication process, and more specifically, a microlens array mold of a polydimethylsiloxane (PDMS) material according to another embodiment of the present invention.
상기 PDMS를 이용한 금형 성형 공정은 이 기술분야에서 잘 알려져 있는 방법으로서, 이하에서 간단하게 설명한다. The mold forming process using the PDMS is a method well known in the art, and will be described briefly below.
도 3의 (a)와 같이, 도 2의 공정에 의하여 마이크로 렌즈 어레이(20)가 제작되면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 렌즈 어레이(20)의 위에 실리콘이 함유된 폴리머인 PDMS를 일정 두께로 부어 경화시킨다. 이후 상기 마이크로 렌즈 어레이(20)를 제거하면, PDMS 재질의 마이크로 렌즈 어레이 금형(30)이 완성된다.As shown in FIG. 3A, when the
이상의 PDMS 금형을 성형하는 방법은 마이크로 바이오/유체 소자 등을 직접 제작하는데 사용되는 것으로서, 이에 의하면, 매우 간단하게 마이크로 렌즈 어레이 패턴을 성형하는 것이 가능하다.The above method for molding a PDMS mold is used to directly manufacture a micro bio / fluidic device, and accordingly, it is possible to mold a micro lens array pattern very simply.
도 4는 도 3에서 제작된 PDMS 마이크로 렌즈 어레이 금형을 사용하여 본 발명에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이를 제작하는 과정을 나타낸 공정도이다.4 is a process chart showing a process of manufacturing a hybrid micro lens array according to the present invention using the PDMS micro lens array mold manufactured in FIG. 3.
도 4를 참조하면, 본 발명은 복제 공정에 의해 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이를 제작하기 위하여, (a)에 도시된 바와 같이, 유리 또는 고분자 기반의 적외선 필터 기판(41) 상에 열 및 자외선 성형이 가능한 열 가소성 또는 열 경화성 또는 UV 경화성의 고분자 수지(42)를 도포한다.Referring to FIG. 4, in order to fabricate a hybrid microlens array by a replication process, as shown in (a), heat and ultraviolet molding may be performed on a glass or polymer based
상기 기판(41)은 유리 또는 고분자 기판에 상온(80도 이하)으로 플라스마 코팅하여 기판의 한쪽 면에 적외선 필터를 형성하여 구현할 수 있다.The
상기 고분자 수지(42)는 상기 기판(41)의 적외선 필터가 코팅되지 않은 다른 면에 도포된다.The
그리고 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 고분자 수지(42)가 도포된 기판(41)의 상하에서 열 또는 자외선(UV)을 가하면서, 상기 도 3의 공정으로 제작한 PDMS 마이크로 렌즈 어레이 금형(43)으로 상기 도포된 고분자 수지(42)를 엠보싱 성형한다. As shown in FIG. 4B, the PDMS micro lens manufactured by the process of FIG. 3 while applying heat or ultraviolet (UV) to the top and bottom of the
상술한 공정 수순은 변형가능하다. 예를 들어, 상기 도 4의 (a)에서 적외선 필터 기능이 없는 일반적인 유리 또는 고분자 기판 위에 엠보싱용 고분자 수지를 도포하고, 상기 도포된 고분자 수지를 PDMS 마이크로 렌즈 어레이 금형(43)을 사용하여 엠보싱 성형한 후에, 상기 기판의 고분자 수지가 엠보싱 성형되지 않은 면에 적외선 필터가 형성되도록 플라스마 코팅을 수행할 수도 있다.The above-described process procedure can be modified. For example, in Figure 4 (a) is coated with a polymer resin for embossing on a general glass or polymer substrate having no infrared filter function, and the applied polymer resin is embossed molding using a PDMS micro lens array mold 43 After that, plasma coating may be performed to form an infrared filter on a surface of the substrate where the polymer resin is not embossed.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 복제 공정을 위한 마이크로 렌즈 어레이 금형, 더 구체적으로는 니켈 소재의 마이크로 렌즈 어레이 금형을 제작하는 과정을 나타내는 공정도이다. FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of fabricating a microlens array mold, more specifically, a nickel microlens array mold for a replication process according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 의한 마이크로 렌즈 어레이 금형은, (a)에 도시된 바와 같이, 상기 도 2에 보인 열 리플로우 공정에 의해 마이크로 렌즈 어레이(20)가 제작되면, (b)에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 렌즈 어레이(20)의 상부에 소정 두께로 니켈 도금(nickel electroplating)(51)을 수행한다. 그리고 나서 상기 마이크로 렌즈 어레이(20)를 제거함으로써, 니켈 소재로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이 금형(50)을 완성한다.Referring to FIG. 5, in the microlens array mold according to an embodiment of the present invention, as shown in (a), when the
도 6은 상기 도 5에 보인 공정을 통해 제작된 니켈 마이크로 렌즈 어레이 금형을 사용하여, 본 발명에 의한 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이를 제작하는 과정을 나타낸 공정도이다.FIG. 6 is a process diagram illustrating a process of fabricating a hybrid microlens array according to the present invention using the nickel microlens array mold manufactured through the process illustrated in FIG. 5.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이를 제작하기 위하여, (a)에 도시된 바와 같이, 유리 및 고분자 기반의 적외선 필터 기판(61)상에 열 및 자외선 엠보싱 성형용 고분자 수지를 도포한다. 6, in order to fabricate a hybrid micro lens array according to an embodiment of the present invention, as shown in (a), for thermal and ultraviolet embossing molding on the glass and polymer based
여기서, 기판(61)은 도 4에 대한 설명과 마찬가지로, 상온 플라즈마 코팅에 의해 한쪽 면에 적외선 필터가 형성된 기판을 사용한다. 상기 엠보싱용 고분자 수지는 앞서와 마찬가지로, 열 가소성 또는 열 경화성 고분자 수지 또는 UV 경화성 고분자 수지이다.Here, the
그리고 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 엠보싱용 고분자 수지(62)가 도포된 기판(61)의 상면에서 상기 도 5의 공정으로 제작된 니켈 마이크로 렌즈 어레이 금형(50)으로 가압하면서 열 및 자외선을 조사하여, 상기 기판(61)의 상면을 엠보싱 성형한다. And as shown in Figure 6 (b), while pressing the nickel micro
상술한 공정의 수순은 경우에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(61)으로 유리 또는 고분자 기반 적외선 필터 기판을 사용하지 않고, 일반적인 유리 또는 고분자 기판을 사용할 수 있으며, 이 경우, 엠보싱 성형이 완료된 후에 렌즈부가 형성되어 있지 않은 기판의 다른 면에 적외선 필터 기능을 갖도록 코팅을 수행한다.The procedure of the above-described process may be changed in some cases. For example, a general glass or polymer substrate may be used as the
도 7은 본 발명 일 실시 예에 따른, 반사/지문 방지 기능을 갖는 나노 표면 구조를 형성하는 과정을 나타낸 공정도이다.7 is a flowchart illustrating a process of forming a nano-surface structure having a reflection / fingerprint function according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 유리 및 고분자 기판 기반의 적외선 필터가 제작되어 있는 마이크로 렌즈 어레이(71)의 렌즈부(72) 표면에 반사/지문 방지 구조(73)를 형성한다.Referring to FIG. 7, according to an embodiment of the present disclosure, a reflection /
상기 마이크로 렌즈 어레이(72)는 상기 도 2에 보인 열 리플로우 공정이나 도 4 또는 도 6의 엠보싱 공정에 의해 제작된다.The
상기의 마이크로 렌즈 어레이 위에 형성된 반사/지문 방지 구조(73)는 플라스마 처리, 건식/습식 식각, 또는 전자빔 리소그래피에 의해 생성되는 나노 구조 형태로서, 가시광선 파장 영역에 있어서, 나노 구조의 높이는 최소한 가시광의 가장 긴 파장의 40%는 되어야 한다. 예를 들어 가시광의 가장 긴 파장을 약 750 nm로 보면 나노 구조의 높이는 최소한 300nm로 제작되어야 한다. The
그리고, 빛이 수직으로 입사하는 경우, 나노 구조의 간격(period)는 가장 짧은 파장을 소재의 굴절률로 나눈 값보다 작아야 한다. 예를 들어 가시광의 가장 짧은 파장을 약 400 nm일 때, 상기 렌즈부(72)의 고분자 소재가 PMMA(n=1.49)인 경우에 상기 나노 구조의 간격은 270 nm 보다 작아야 하며, 상기 고분자 소재가 COC(n=1.53)인 경우에는 나노 구조의 간격이 260 nm 보다 작아야 하며, 상기 고분자 소재가 PC(n=1.586)인 경우는 나노 구조의 간격이 252 nm 보다 작아야 한다. 그러므로 모든 소재에 적용 가능한 나노 구조의 간격은 250 nm 보다 작다.In addition, when light is incident vertically, the nanostructure period should be smaller than the shortest wavelength divided by the refractive index of the material. For example, when the shortest wavelength of visible light is about 400 nm, when the polymer material of the
또한, 빛이 경사 입사될 때, 상기 나노 구조의 간격은 가장 짧은 파장을 소재의 굴절률로 나눈 값의 1/2보다 작아야 한다. 예를 들어, 상기 가장 짧은 파장을 약 400 nm라 할 때, 빛이 경사 입사시에는 나노 구조의 간격이 250 nm 의 1/2보다 작은 125nm 보다 작게 제작되어야 한다. In addition, when the light is obliquely incident, the spacing of the nanostructures should be smaller than 1/2 of the value of the shortest wavelength divided by the refractive index of the material. For example, when the shortest wavelength is about 400 nm, when the light is obliquely incident, the nanostructure spacing should be made smaller than 125 nm, which is less than 1/2 of 250 nm.
이상의 결과를 조합하여 볼 때, 상기 반사/지문 방지 구조(73)에 있어서, 나노 구조의 높이는 300 ~ 350 nm이며, 나노 구조의 크기 및 간격은 200 ~ 250 nm이 되어야 한다. 그러나 빛의 경사 입사를 고려하면 상기 나노 구조의 크기 및 간격은 100~125 nm로 제작되는 것이 바람직하다.Combining the above results, in the antireflection /
상기와 같이 제작된 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이는, 한쪽 면은 적외선 필터 기능을 가지며, 다른 면은 반사/지문방지 기능을 갖는다.The hybrid micro lens array manufactured as described above has one side having an infrared filter function, and the other side has a reflection / fingerprint function.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 양면 구조의 마이크로 렌즈 어레이를 제작하는 과정을 나타낸 공정도이다.8 is a process diagram illustrating a process of manufacturing a micro lens array having a double-sided structure according to another embodiment of the present invention.
상기 도 3 및 도 4의 공정에 의하여 제작된 PDMS 마이크로 렌즈 어레이 금형 또는 니켈 마이크로 렌즈 어레이 금형을 이용하면, 양면 구조의 마이크로 렌즈 어레이를 제작할 수 있다.Using the PDMS micro lens array mold or the nickel micro lens array mold manufactured by the process of FIGS. 3 and 4, a micro lens array having a double-sided structure may be manufactured.
도 8을 참조하여 설명하면, 도 3 또는 도 4의 공정을 이용하여 양면 구조의 마이크로 렌즈 어레이를 제조하기 위한 금형을 제작하는데 있어서, 하나의 금형(82)은 렌즈의 모양이 음각으로 형성되게 제작되며, 다른 하나의 금형(83)은 렌즈의 모양이 양각으로 형성되게 제작된다. Referring to FIG. 8, in manufacturing a mold for manufacturing a microlens array having a double-sided structure using the process of FIG. 3 or 4, one
상기 두 개의 금형(82,83)을 이용하여 고분자 또는 유리 기판(81)을 엠보싱 성형하여 양면 구조의 마이크로 렌즈 어레이(84)를 제조한다. 이때 상기 금형(82,83)으로 니켈 금형을 사용하는 경우는 열 엠보싱 공정에 의해 마이크로 렌즈 어레이를 제작하며, PDMS 금형을 사용하는 경우는 UV 엠보싱 공정에 의해 마이크로 렌즈 어레이를 제작한다. Embossing molding of a polymer or
상기 양면 엠보싱 공정은 2개의 금형(82,83) 사이에 놓인 고분자 또는 유리 기판(81)을 상기 2개의 금형(82,83)을 이용하여 동시에 성형한다. 열 엠보싱 공정의 경우는, 상기 2개의 금형(82,83)을 가압하여 압력을 가한 상태에서, 상기 기판(81)의 상단을 가열하거나, 하단을 가열하거나, 또는 상단 및 하단을 동시에 가 열한다. 그리고, UV 엠보싱 공정의 경우, 기판(81)의 상단부 또는 하단부, 또는 상하단부 모두에서 UV를 조사하면서 두 개의 금형(82,83)을 가압하여 성형한다. The double-sided embossing process simultaneously forms a polymer or
그리고 상기 제작된 양면 마이크로 렌즈 어레이에 플라즈마 처리, 건식/습식 식각 또는 전자빔 리소그래피에 의해 나노 구조를 형성하여 반사/지문 방지 기능을 부가하거나, 플라즈마 코팅에 의한 적외선 필터 기능을 부가한다.The nanostructure is formed on the double-sided micro lens array by plasma treatment, dry / wet etching, or electron beam lithography, thereby adding a reflection / fingerprint protection function or an infrared filter function by plasma coating.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 구조도,1 is a structural diagram of a hybrid micro lens array according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법에 있어서, 열 리플로우 공정에 의한 마이크로 렌즈 어레이 제조 과정을 나타낸 공정도,2 is a process chart showing a microlens array manufacturing process by a thermal reflow process in the method of manufacturing a hybrid microlens array according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법에 있어서, PDMS 마이크로 렌즈 어레이 금형을 제조하는 과정을 나타낸 공정도,3 is a process chart showing a process of manufacturing a PDMS micro lens array mold in the method of manufacturing a hybrid micro lens array according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법에 있어서, PDMS 마이크로 렌즈 어레이 금형을 이용한 마이크로 렌즈 어레이 제조 과정을 나타낸 공정도,4 is a process chart showing a microlens array manufacturing process using a PDMS microlens array mold in the method of manufacturing a hybrid microlens array according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법에 있어서, 니켈 마이크로 렌즈 어레이 금형을 제조하는 과정을 나타낸 공정도,5 is a process chart showing a process of manufacturing a nickel micro lens array mold in the method of manufacturing a hybrid micro lens array according to an embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법에 있어서, 니켈 마이크로 렌즈 어레이 금형을 이용한 마이크로 렌즈 어레이의 제조 과정을 나타낸 공정도,6 is a process chart showing a manufacturing process of a micro lens array using a nickel micro lens array mold in the method of manufacturing a hybrid micro lens array according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법에 있어서, 마이크로 렌즈 어레이에 나노 표면 구조를 형성하는 과정을 나 타낸 공정도, 그리고7 is a flowchart illustrating a process of forming a nano surface structure in a micro lens array in the method of manufacturing a hybrid micro lens array according to an embodiment of the present invention; and
도 8은 본 발명은 다른 실시 예에 따른 양면 구조의 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이의 제조 방법 및 그 구조를 나타낸 도면이다.8 is a view illustrating a method of manufacturing a hybrid microlens array having a double-sided structure and its structure according to another exemplary embodiment.
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