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KR20210037680A - 광학 시스템 및 그의 제조방법 - Google Patents

광학 시스템 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR20210037680A
KR20210037680A KR1020217004787A KR20217004787A KR20210037680A KR 20210037680 A KR20210037680 A KR 20210037680A KR 1020217004787 A KR1020217004787 A KR 1020217004787A KR 20217004787 A KR20217004787 A KR 20217004787A KR 20210037680 A KR20210037680 A KR 20210037680A
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KR
South Korea
Prior art keywords
radiation
layer
optical system
hole
range
Prior art date
Application number
KR1020217004787A
Other languages
English (en)
Inventor
윌프리드 슈워츠
퀜틴 샤블
??틴 샤블
아가트 푸스카
벤자민 바우티넌
Original Assignee
이쏘그
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Publication date
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Abstract

본 기재는 관통 구멍 또는 부분관통 구멍(26)을 포함하고 마이크로미터-범위의 광학요소(14)의 어레이로 덮인 층(24)을 포함하는 광학 시스템(5)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 광학 시스템은 제1 방사선을 수광하기 위한 표면(22)을 포함한다. 이 방법은 상기 층과 동일한 재료 또는 상기 층의 재료와는 다른 재료로만들어진 필름(24)을 마이크로미터-범위의 광학요소(14)의 어레이를 통해 제2 방사선에 노광시키는 단계를 포함하며, 상기 재료는 제2 방사선에 감광성이거나 또는 제2 방사선에 의해 기계가공이 가능하며, 상기 층을 완전히 또는 부분적으로 가로지르는 구멍(26)을 한정하도록 제2 방사선에 노광되거나 노광되지 않은 필름의 부분을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

광학 시스템 및 그의 제조방법
본 특허출원은 본 명세서에 참조로 결합된 프랑스 특허출원 FR18/56709호의 우선권을 주장한다.
본 개시 내용은 광학 시스템 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
광학 시스템은 광선의 궤적 또는 광의 특성을 변형할 수 있는, 거울, 렌즈, 회절격자 등과 같은 광학요소의 집합체이다. 광학 시스템의 적용예로서, 그 광학 시스템이 화상 센서의 감지부와 촬상될 물체의 사이에 개재되고 화상 센서의 감지부 상에 촬상될 물체의 선명한 화상을 형성할 수 있는 화상 획득시스템을 들 수 있다. 또 다른 적용예는, 광검출기에 의해 수집된 광을 제어하기 위하여, 광학 시스템을 광다이오드와 같은 단일 광검출기에 결합하는 것을 포함한다. 또 다른 적용예는, 광학 시스템이 광원, 예를 들면, 디스플레이 스크린을 덮고, 그 광원에 의해 방출되는 방사선을 변형, 예를 들면, 각 디스플레이의 화소에 의하여 방출되는 방사선을 시준(視準: collimite)할 수 있는 디스플레이 또는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
그러나, 어떤 경우들에 있어서는, 종래의 광학 시스템을 사용하는 것이 불가능하다. 예를 들면, 화상획득 시스템의 경우, 화상 센서의 감지부와 촬상될 물체 사이에 종래의 광학 시스템을 배치하는 것이 불가능할 수 있다. 이는, 화상 센서가 1 평방센티미터 이상의 상당한 표면적을 점유하고, 촬상될 물체와 화상 센서의 감지부 사이의 거리가 1 센티미터 보다 작을 때 특히 그러하다.
이럴 때는, 화상 센서의 감지부에 형성되는 화상이 충분히 선명해지도록 촬상될 물체가 화상 센서에 가장 근접하게 배치되어야 한다. 그러나, 물체와 화상 센서 사이에는 거리가 있을 수 있어서, 화상 센서의 감지부에 형성되는 화상의 선명도가 특정한 적용분야, 예를 들면, 지문캡처에 있어서는 충분하지 않을 수 있다.
컴플렉스 광학 시스템이 없는 상태에서 화상획득 시스템의 화상 센서에 의하여 획득되는 화상의 선명도를 높이기 위한 하나의 가능성은, 간단한 구조를 가지고, 각도 필터(angular filter)의 역할을 하며, 개구부가 가로지르는 불투명층을 포함하고, 예를 들어, 마이크로미터-범위 렌즈의 어레이, 또는 마이크로렌즈, 마이크로미터-범위 인덱스 그래디언트(index gradient) 마이크로렌즈의 어레이, 또는 마이크로미터-범위의 회절격자의 어레이와 같은 마이크로미터-범위의 광학요소 어레이로 덮이며, 각각의 마이크로미터-범위의 광학요소가 개구부들을 포함하는 층의 하나의 개구부와 연관되는 광학 시스템으로 화상 센서를 덮는 것이다.
이러한 광학 시스템을 제조하는 방법의 실시예는, 개구부를 포함하는 층을 제조하고, 마이크로미터-범위의 광학요소를 제조하고, 개구부를 포함하는 층에 대해 마이크로미터-범위의 광학요소를 위치시키는 것을 포함한다. 개구부를 포함하는층에 대해 마이크로미터-범위의 광학요소를 위치시키는 단계는 정렬도구를 사용하는 것을 필요로 한다. 이러한 정렬도구가 존재하기는 하지만 이들 광학 시스템의 제조에는 상당한 비용이 발생되고, 무엇보다도 이러한 광학 시스템을 매우 대규모로 제조할 수는 없다. 또한, 유기재료의 사용으로 인해, 개구부 및/또는 마이크로미터-범위의 광학요소를 포함하는 층은 열적 및/또는 기계적 효과로 인한 변형을 포함할 수 있으므로, 각 마이크로미터-범위의 광학요소를 개구부를 포함하는 층의 해당 개구부와 정확하게 정렬하는 것은 모든 마이크로미터-범위의 광학요소에 대해서 가능하지 않을 수도 있다.
일 실시예의 목적은, 개구부를 갖는 층 및 마이크로미터-범위의 광학요소의어레이를 포함하는 광학 시스템의 제조 및 상술한 제조방법으로 인한 제약을 전체적으로 또는 부분적으로 극복하는 것에 있다.
일 실시예의 목적은, 충분한 정확도로 개구부를 포함하는 층의 개구부와 관련하여 마이크로미터-범위의 광학요소를 위치시킬 수 있도록 하는 것이다.
일 실시예의 또 다른 목적은 광학 시스템의 제조방법을 산업적 규모로 실시할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 목적을 위하여, 일 실시예는 관통 구멍 또는 부분관통 구멍을 포함하고 마이크로미터-범위의 광학요소의 어레이로 덮인 층을 포함하는 광학 시스템의 제조 방법을 제공한다. 상기 광학 시스템은 제1 방사선을 수광하도록 의도된 표면을 포함한다. 이 방법은 상기 층과 동일한 재료 또는 상기 층의 재료와 상이한 재료로 만들어진 필름을 마이크로미터-범위 광학요소의 어레이를 통해 제2 방사선에 노광시키는 단계를 포함하며, 상기 재료는 제2 방사선에 감광성(photosensitiver)이거나 제2 방사선에 의해 기계가공 가능하며, 또한 제2 방사선에 노광되거나 노광되지 않은 필름의 부분을 제거하여 상기 층을 완전히 또는 부분적으로 가로지르는 구멍들을 한정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 필름은 제2 방사선에 감광성인 레지스트로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 상기 층은 상기 제2 방사선에 대해 포지티브하게 감광성인 레지스트로 제조되고, 상기 필름의 제거된 부분은 상기 제2 방사선에 노광된 부분이다.
일 실시예에 따르면, 상기 필름은 상기 제2 방사선에 대해 네거티브하게 감광성인 레지스트로 제조되고, 상기 필름의 제거된 부분은 상기 제2 방사선에 노광되지 않은 부분이다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 레이저빔으로 상기 층을 기계가공하는 것을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 광학 시스템은, 적어도 제1 입사범위에서 표면에 직교하는 방향에 대한 입사를 가지는 상기 제1 방사선의 광선을 차단하고, 또한 상기 적어도 하나의 제1 입사범위와 구별되는 적어도 제2 입사범위에서 상기 표면에 직교하는 방향에 대한 입사를 가지는 상기 제1 방사선의 광선은 통과하도록 구성된 각도필터를 형성한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 방사선은 상기 제2 방사선과 상이하다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 방사선은 가시범위 및/또는 적외선 범위에 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 방사선은 가시범위 및/또는 자외선 범위에 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 노광단계에서, 상기 마이크로미터-범위의 광학요소의 어레이를, 상기 마이크로미터-범위의 광학요소의 굴절률과는 다른 굴절률을 가지는, 공기와는 다른, 재료와 접촉시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 광학 시스템의 제조는 롤투롤(roll to roll)로 수행된다.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은, 구멍을 형성한 후, 접합재료로 상기 구멍을 채우고, 상기 구멍을 포함하는 층을 상기 접합재료를 통하여 장치에 접합하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 방사선은 시준(視準)된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 방사선은 1°보다 큰 발산각을 갖는다.
일 실시예는 또한 제1 방사선을 수광하기 위한 표면과, 관통 구멍 또는 부분관통 구멍을 포함하고 마이크로미터-범위의 광학요소의 어레이로 덮인 층을 포함하며, 상기 층은 하나의 재료로 만들어지거나 상기 구멍이 상기 재료로 채워지고, 상기 재료는 제2 방사선에 감광성이거나 또는 상기 제2 방사선에의해 기계가공 가능하다.
일 실시예에 따르면, 상기 층은 상기 제1 방사선에 대해 불투명하고, 상기 시스템은 적어도 제1 입사범위에서 표면에 직교하는 방향에 대한 입사를 가지는 상기 제1 방사선의 광선을 차단하고, 또한 상기 적어도 하나의 제1 입사범위와 구별되는 제2 입사범위에서 상기 표면에 직교하는 방향에 대한 입사를 가지는 상기 제1 방사선의 광선은 통과하도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 상기 재료는 상기 제2 방사선에 감광성인 레지스트이다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 구멍의 수 만큼의 마이크로미터-범위의 광학요소를 포함하고, 마이크로미터-범위의 광학요소들 사이의 피치는 구멍들 사이의 피치와 동일하다.
일 실시예에 따르면, 각 구멍에 대하여, 상기 표면에 평행하게 측정된 구멍의 길이에 대한 상기 표면에 수직으로 측정된 상기 구멍의 높이의 비율이 1 내지 10 까지 가변된다.
일 실시예에 따르면, 상기 구멍은 행과 열로 배열되고, 동일한 행 또는 동일한 열의 인접한 구멍들 사이의 피치는 1 ㎛ 내지100 ㎛ 까지 가변된다.
일 실시예에 따르면, 상기 표면과 직교하는 방향을 따라 측정된 각 구멍의 높이는 1 ㎛ 에서 800 ㎛, 특히 10 ㎛ 에서 800 ㎛까지 또는 1 ㎛에서 100 ㎛까지 다양하다.
일 실시예에 따르면, 상기 표면에 평행하게 측정된 각 구멍의 폭은 0.1 ㎛에서 100 ㎛까지 가변된다.
일 실시예에 따르면, 상기 시스템은 상기 관통 구멍 또는 부분관통 구멍을 포함하는 상기 층, 및 상기 구멍들과 정렬된 추가적인 관통 구멍 또는 부분관통 구멍을 포함하는 추가적인 층의 적층을 포함한다.
일 실시예는 또한 화상 센서 및 화상 센서를 덮고 각도 필터를 형성하는, 앞서 정의된 것과 같은 광학 시스템을 포함하는 화상획득 시스템을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 화상 센서는 광검출기의 어레이를 포함하고, 광검출기 사이의 피치는 상기 구멍 사이의 피치와 같거나, 더 크거나, 또는 더 작다.
일 실시예에 따르면, 상기 광학계는 상기 화상센서의 보호층 역할을 하는 보조층을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 화상 센서는 적어도 부분적으로 유기물질로 제조되고, 상기 광학 시스템은 수밀(water-tight) 및/또는 산소-밀폐(oxygen-tight) 필름을 포함한다.
일 실시예는 또한 광원과, 상기 광원을 덮는 앞서 정의된 것과 같은 광학 시스템을 포함하는 조명 또는 디스플레이 시스템을 제공한다.
전술한 특징 및 장점 뿐만 아니라 기타의 것들도, 첨부된 도면을 참조하여 제한이 아닌 예시로서 주어진 특정한 실시예에 관한 다음의 설명에서 상세하게 설명될 것이다.
도 1은, 마이크로렌즈 어레이로 덮인 개구부를 포함하는 층을 포함하는 광학 시스템의 일 실시예의 단순화된 부분단면도이다;
도 2는, 도 1에 도시된 광학 시스템의 개구부를 포함하는 층의 평면도이다;
도 3은, 도 1에 도시된 광학 시스템의 변형예의 단순화된 부분단면도이다;
도 4는, 도 1에 도시된 광학 시스템의 다른 변형예의 단순화된 부분단면도이다;
도 5는, 화상획득 시스템의 일 실시예의 단순화된 부분단면도이다;
도 6은, 조명 또는 투영 시스템의 일 실시예의 단순화된 부분단면도이다;
도 7은, 조명 시스템의 다른 실시예의 단순화된 부분단면도이다;
도 8은, 도 1 및 도 2에 도시된 광학 시스템을 제조하는 방법의 일 실시예의 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분단면도이다;
도 9는, 도 1 및 도 2에 도시된 광학 시스템을 제조하는 방법의 일 실시예의 다른 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분단면도이다;
도 10은, 도 1 및 도 2에 도시된 광학 시스템을 제조하는 방법의 일실시예의 다른 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분단면도이다;
도 11은, 도 1 및 도 2에 도시된 광학 시스템을 제조하는 방법의 일실시예의 다른 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분단면도이다;
도 12는, 도 1 및 도 2에 도시된 광학 시스템을 제조하는 방법의 일실시예의 다른 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분단면도이다;
도 13은, 도 1 및 도 2에 도시된 광학 시스템을 제조하는 방법의 일실시예의 다른 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분단면도이다;
도 14는, 도 1 및 도 2에 도시된 광학 시스템을 제조하는 방법의 일실시예의 다른 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분단면도이다.
다양한 도면에서 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호가 부여되었다. 특히, 다양한 실시예에서 공통되는 구조적 및/또는 기능적 특징은 동일한 부호를 가질 수 있고 동일한 구조적, 치수 및 재료 특성을 배정할 수 있다.
다양한 도면에서 유사한 특징은 유사한 참조로 지정되었다. 특히, 다양한 실시예에서 공통되는 구조적 및 /또는 기능적 특징은 동일한 참조를 가질 수 있고 동일한 구조적, 치수 및 재료 특성을 배치할 수있다.
명확성을 위해, 본 명세서에 설명된 실시예들의 이해에 유용한 단계들 및 요소들만이 상세히 예시되고 설명되었다. 특히, 이미지 센서의 구조는 통상의 지식을 가진 자에게 주지된 것이므로 이하에서 상세히 설명하지는 않는다.
이하의 설명에서, "앞", "뒤", "최상부", "최하부", "좌측", "우측"등과 같은 절대적인 위치를 한정하는 용어, 또는 "위", "아래", "상부", "하부"등과 같은 상대적인 용어, 또는 "수평방향", "수직방향"등과 같이 방향을 규정하는 용어들에 대해서 언급할 때에는, 달리 명시되지 않는 한, 도면의 방향 또는 통상적인 사용 위치의 광학 시스템에 대하여 언급하는 것이다.
달리 명시되지 않는 한, "약", "대략", "실질적으로" 및 "정도의"라는 표현은 10 % 이내, 바람직하게는 5 % 이내를 의미한다.
이하의 설명에서, 층 또는 필름은, 그 층 또는 필름을 투과하는 방사선의 투과율이 10 % 미만인 경우, 그 방사선에 대해 불투명하다고 한다. 이하의 설명에서, 층 또는 필름은, 그 층 또는 필름을 투과하는 방사선의 투과율이 10 % 이상인 경우, 그 방사선에 대해 투명하다고 한다. 일 실시예에 따르면, 동일한 광학 시스템에 대해서, 하나의 방사선에 대하여 불투명한 광학 시스템의 모든 요소들은 상기 방사선에 대하여 투명한 광학 시스템의 그 요소들의 가장 낮은 투과율의 절반 미만, 바람직하게는 1/5 미만, 보다 바람직하게는 1/10 미만의 투과율을 가진다. 본 개시의 나머지 부분에서, "유용한 방사선"이라는 표현은 운용 중에 광학 시스템을 가로지르는 전자기 방사선을 나타낸다. 이하의 설명에서, "마이크로미터-범위의 광학요소"라는 표현은, 최대 치수를 갖는 지지체의 한 표면에 형성되고, 상기 표면에 평행하게 측정되고, 1 ㎛ 초과 1 mm 미만인 광학요소를 지칭한다. 이하의 설명에 있어서, 필름 또는 층은 그 필름 또는 층의 40℃ 에서의 산소에 대한 투과율이 1.10-1cm3/(m2*일) 보다 작을 때 그 필름 또는 층은 산소-밀폐(oxygen-tight)라고 한다. 산소 투과율은 "전기량계 센서(Coulometric Sensor)를 사용한 플라스틱 필름 및 시트를 통한 산소가스 투과율에 대한 표준 테스트 방법"이라는 제목의 ASTM D3985 방법에 따라 측정할 수 있다. 이하의 설명에서, 필름 또는 층의 40℃에서의 물에 대한 투과율이 1.10-1g/(m2*일) 보다 작을 때 그 필름 또는 층은 수밀(water-tight)라고 한다. 물에 대한 투과성은 "변형된 적외선센서를 사용한 플라스틱 필름 및 시트를 통한 수증기 투과율에 대한 표준 테스트 방법"이라는 제목의 ASTM F1249 방법에 따라 측정할 수 있다.
이제, 각 마이크로미터-범위의 광학요소가 마이크로미터-범위의 렌즈 또는 마이크로 렌즈에 대응하는 경우에, 마이크로미터-범위의 광학요소의 어레이를 포함하는 광학 시스템에 대한, 광학 시스템의 실시예가 설명될 것이다. 그러나, 이들 실시예는, 각 마이크로미터-범위의 광학요소가 마이크로미터-범위의 프레넬(Fresnel) 렌즈, 마이크로미터-범위의 인덱스 그래디언트 렌즈 또는 마이크로미터-범위의 회절격자에 해당되는 기타 유형의 마이크로미터-범위 광학요소로 실시될 수도 있음은 명백하다.
도 1은 광학 시스템(5)의 일 실시예의 단순화된 부분단면도이다. 광학 시스템(5)은 도 1의 최하부로부터 최상부까지를 포함한다.
- 개구부를 포함하는 층(10);
- 개구부를 포함하는 층(10)을 덮는 중간층(12), 중간층(12)은 생략될 수도
있다;
- 마이크로미터-범위의 광학요소(14)의 어레이로서, 예를 들어 중간층(12)을
덮는 마이크로렌즈(14)의 어레이, 중간층(12) 및 마이크로렌즈 어레이(14)
는 모놀리식 구조에 대응할 수 있다.
- 마이크로렌즈 어레이(14)를 덮고, 예를 들어 복수의 층, 예를 들어 2 개의
층 (18) 및 (20)의 적층을 포함하고, 상부표면(22)을 포함하는 코팅(16)으
로서, 코팅(16)은 생략될 수 있고, 그러면 상부표면(22)은 마이크로렌즈
어레이(14)의 상부표면에 대응한다.
도 2는 도 1에 도시된 개구부를 포함하는 층(10)의 평면도이다. 본 실시예에서, 개구부를 포함하는 층(10)은, 마찬가지로 개구부라고 불리우는 구멍(26)들이 가로지르는 불투명층(24)을 포함한다. 바람직하게는, 구멍(26)들은 층(24)의 전체 두께에 걸쳐 연장되기 때문에 관통 구멍이다. 다른 실시예에 따르면, 구멍(26)들은 불투명층(24)의 두께의 일부만을 가로질러서 연장될 수 있으며, 불투명층(24)의 나머지부분들이 구멍들(26)의 최하부에 남아 있게 된다. 하지만, 이 경우, 구멍(26)들의 최하부에 있는 불투명층(24)의 잔여부분의 두께는 구멍(26)을 포함하는 조립체에 대해서 충분히 낮고, 가능하게는 채워지며, 구멍(26)의 최하부에 있는 불투명층(24)의 잔여부분은 유용한 방사선에 대해 투명한 것으로 간주될 수 있다. 층(24)의 두께를 "h"라 한다. 층(24)은 방사선(42)의 스펙트럼의 전부 또는 일부에 대해 불투명하다. 층(24)은 운용 시에 사용되는 유용한 방사선에 대해 불투명할 수 있고, 예를 들어, 유용한 방사선과 관련하여 흡수 및/또는 반사적이다. 일 실시예에 따르면, 층(24)은 가시범위 및/또는 근적외선 및/또는 적외선의 일부를 흡수한다.
도 2에서 구멍(26)들은 원형단면으로 도시되어 있다. 일반적으로, 구멍(26)들은 사용되는 제조방법에 따라서, 예를들어 평면에서 보았을 때 원형, 타원형 또는 다각형, 특히, 삼각형, 정사각형, 또는 직사각형인 임의의 단면을 가질 수 있다. 또한, 도 1에서, 구멍(26)들은 불투명층(24)의 전체 두께에 걸쳐서 일정한 단면을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 각 구멍(26)의 단면은 불투명층(24)의 두께에 걸쳐서 가변적일 수 있다. 구멍(26)들이 포토리소그래피 단계를 포함하는 방법에 의해 형성되는 경우에, 구멍의 형태는 노광량 및 현상시간과, 마이크로렌즈의 형상에 의해 조정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 구멍(26)들은 행(rows)들 및 열(columns)들로 배열된다. 구멍(26)들은 실질적으로 동일한 치수를 가질 수 있다. 행 또는 열의 방향을 따라 측정된 구멍(26)의 폭을 "w"라 한다. 폭 w는 원형단면을 갖는 구멍인 경우 구멍(26)의 직경에 대응한다. 일 실시예에 따르면, 구멍(26)들은 행을 따라 그리고 열을 따라 규칙적으로 배열된다. 구멍(26)의 피치를 "p"라 하고, 이것은, 행 또는열의 두개의 연속적인 구멍(26)의 중심 사이의 평면에서 본 거리이다.
개구부를 포함하는 층(10)은 다음 관계식(1)에 의해 정의되는 최대 입사각 α보다 작은 개구부를 포함하는 층(10)의 상부표면에 대한 입사를 가지는, 입사되는 유용한 방사선의 광선만 통과하도록 한다:
tan α = w/h (1)
h/w의 비율은 1에서 10까지, 심지어 10 이상까지 가변적일 수 있다. 피치 p는 1 ㎛에서 100 ㎛까지 가변적일 수 있고, 예를 들어 대략 15 ㎛이다. 높이 h는 0.1 ㎛에서 1 mm, 특히 1 ㎛ 내지 800㎛, 바람직하게는 10 ㎛에서 130 ㎛ 또는 1 ㎛에서 100 ㎛까지 가변적일 수 있다. 너비 w는 0.1 ㎛에서 100 ㎛까지 가변적일 수 있고, 대략 2 ㎛ 이다. 구멍(26)들은 모두 동일한 폭 w을 가질 수 있다. 변형예로서, 구멍(26)들은 상이한 폭 w들을 가질 수 있다.
도 3은 코팅(16)이 마이크로렌즈 어레이(14)에 적용된 필름에 해당하는 층(18)만을 포함하는, 도 1에 도시된 광학 시스템(5)의 변형예의 단면도이다. 이 경우, 렌즈(18)와 마이크로렌즈(14) 사이의 접촉면적은 감소될 수 있어서, 예를 들어 마이크로렌즈(14)의 상단으로 제한될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 광학 시스템(5)의 또 다른 변형예의 단면도로서, 개구부를 포함하는 층(10)은 마이크로렌즈(14)의 반대편에 있는 불투명층(24)의 측면에서, 불투명층(24)을 덮고 구멍(26)들을 따라 위치된 구멍들(30)에 의하여 가로질러지는 추가적인 불투명층(28)을 포함한다. 유용한 방사선에 투명한 중간층이 불투명층(24) 및 (28)의 사이에 개재될 수 있다. 일반적으로, 개구부를 포함하는 층(10)은, 각각 구멍들에 의하여 가로질러지는, 2개 이상의 불투명층의 적층을 포함할 수있 고, 인접한 불투명층의 각각의 쌍의 불투명층은 하나 또는 복수의 투명층들에 의해 이격되거나 또는 이격되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 전체적으로 층(24)은 적어도 유용한 방사선의 각도로 필터링되는 파장에 대하여 흡수되는 및/또는 반사하는 재료로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 층(24)은 포지티브 레지스트, 즉 방사선에 노광된 수지층의 일부가 현상제에 용해되는 레지스트로 이루어지고, 방사선에 노광되지 않은 레지스트층의 부분은 현상제에 용해되지 않은 채로 남게 된다. 불투명층(24)은 유색 수지, 예를 들어 유색 또는 흑색 DNQ-노볼락(Novolack) 수지 또는 DUV (Deep Ultraviolet: 극자외선) 레지스트로 제조될 수 있다. DNQ-노볼락 수지는 디아조나프토퀴논(diazonaphtoquinone; DNQ)과 노볼락 수지(페놀포름알데히드 수지)의 혼합물을 기반으로 한다. DUV 레지스트는 폴리하이드록시스티렌을 기반으로 하는 폴리머를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 층(24)은 네거티브 레지스트, 즉 방사선에 노광된 수지층의 일부가 현상제에 대하여 불용성으로 되는 레지스트로 이루어지며, 방사선에노광되지 않은 레지스트층의 일부는 현상액에 용융성으로 남게 된다. 네거티브 레지스트의 예는 에폭시 폴리머수지, 예를들어 SU-8이라는 명칭하에 상품화된 수지, 아크릴레이트 수지 및 비화학량론적 티올렌(OSTE) 폴리머이다.
다른 실시예에 따르면, 층(24)은 레이저가공이 가능한 재료, 즉 레이저방사의 작용에 의해 열화될 수 있는 재료로 만들어진다. 레이저가공이 가능한 재료의 예로서는 흑연, 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS)과 같은 플라스틱 재료 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(에틸렌 나프탈레이트) (PEN), 시클로 올레핀 폴리머(COP) 및 폴리이미드(PI)와 같은 염색된 플라스틱필름을 들 수 있다.
또한, 일례로 층(24)은 가시광선 및/또는 근적외선을 흡수하는 흑색수지로 만들어질 수 있다. 다른 예에 따르면, 불투명층(24)은 또한, 주어진 색상, 예를 들어 청색, 녹색 또는 청록색의 가시광을 흡수하는 착색수지로 제조될 수 있다. 이것은 광학 시스템(5)이 주어진 색상의 빛에만 감광성인 화상 센서와 함께 사용되는 경우일 수 있다. 또한, 이는 광학 시스템(5)이 가시광선에 감광성인 화상 센서와 함께 사용되고, 주어진 색상의 필터가 화상 센서와 피검출물의 사이, 예를 들어 개구부를 포함하는 층(10)과 중간층(12)의 사이에 삽입되는 경우일 수 있다.
개구부를 포함하는 층(10)이 적어도 2개의 불투명층(24),(28)의 적층으로 형성되는 경우, 각 불투명층은 상술한 재료 중의 하나로 구성될 수 있고, 불투명층은상이한 재료로 구성될 수 있다.
구멍(26),(30)들은 공기로 채워지거나 또는 유용한 방사선에 대하여 적어도 부분적으로 투명인 물질, 예를 들어 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 채워질 수 있다. 변형예로서, 구멍(26),(30)들은 유용한 방사선의 광선 파장을 필터링하기 위해 부분적으로 흡수하는 재료로 채워질 수 있다. 광학 시스템(5)은 또한 파장필터의 역할을 할 수 있다. 이것은 광학 시스템(5)과 구별되는 컬러필터가 존재하는 경우와 관련하여 시스템(5)의 두께를 감소시킬 수 있도록 한다. 부분적으로 흡수하는 충전재는 착색수지 또는 PDMS와 같은 착색된 플라스틱 재료일 수 있다.
구멍(26),(30)들의 충전재료는 개구부를 포함하는 층(10)과 접촉하는 중간층(12)과 일치하는 굴절률을 갖도록 하거나, 구조를 강성화하거나, 또는 개구부를포함하는 층(10)의 기계적 저항을 개선하도록 선택될 수 있다. 또한, 충전재료는 다른 장치, 예를들어 화상 센서에 광학 시스템(5)을 조립할 수 있도록 하는 액체 또는 고체 접착제 재료일 수 있다. 충전재료는 또한 층(12)이 캡슐화 필름이라는 점을 고려하면, 광학 시스템이 표면에 놓여 있는 장치, 예를 들어 화상 센서의 캡슐화에 사용되는 에폭시 또는 아크릴레이트 접착제일 수 있다. 이 경우, 접착제는 구멍(26)을 채우고 화상 센서의 표면과 접촉하게 된다. 접착제는 또한 화상 센서에 광학 시스템을 적층할 수 있도록 한다.
생략될 수 있는 중간층(12)은 유용한 방사선에 대하여 적어도 부분적으로 투명하다. 중간층(12)은 투명한 폴리머, 특히 PET, PMMA, COP, PEN, 폴리이미드, 유전체 또는 무기 중합체(SiN, SiO2)의 층 또는 박판 유리층으로 제조될 수 있다. 전술한 바와 같이, 층(12) 및 마이크로렌즈 어레이(14)는 모놀리식 구조에 대응할 수 있다. 또한, 층(12)은 광학 시스템(5)이 부착된 장치, 예를 들어 화상 센서의 보호층에 대응할 수 있다. 화상 센서가 유기물질로 만들어진 경우, 층(12)은 유기물질을 보호하는 방수 및 산소차단 장벽필름에 해당될 수 있다. 예를 들어, 이 보호층은 개구부를 포함하는 층(10)과 접촉하는 PET, PEN, COP, 및/또는 PI 필름의 표면상의 1 ㎛ 정도의 SiN 증착물에 해당할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 구멍(26)의 수만큼의 마이크로렌즈(14)가 존재한다. 바람직하게는, 마이크로렌즈(14)의 레이아웃은 구멍(26)의 레이아웃에 따른다. 특히, 인접한 마이크로렌즈(14)의 광학중심 사이의 피치는 전술한 구멍(26)의 피치(p)와 동일하다.
다른 실시예에 따르면, 마이크로렌즈(14)는 평면에서, 다각형 베이스, 특히 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형을 가질 수 있다. 바람직하게는, 마이크로렌즈(14)들 평면에서 실질적으로 만나게 된다. 다른 실시예에 따르면, 마이크로렌즈(14)는 평면에서 원형 또는 타원형 베이스를 가질 수 있다.
바람직하게는, 마이크로렌즈(14)의 초점면들은 교란된다. 마이크로렌즈(14)의 초점면들은 실질적으로 불투명층(24)의 두께를 가로질러 또는 불투명층(24)으로부터 거리를 두고 위치할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 마이크로렌즈(14)는 모두 동일한 형상을 갖는다.
다른 실시예에 따르면, 마이크로렌즈(14)는 상이한 형상을 갖는다. 마이크로렌즈(14)는 실리카, PMMA, 포지티브 레지스트, PET, PEN, COP, PDMS/실리콘 또는 에폭시 수지로 만들어질 수 있다. 마이크로렌즈(14)는 레지스트 블록의 흐름에 의해 형성될 수 있다. 또한, 마이크로렌즈(14)는 PET, PEN, COP, PDMS/실리콘 또는 에폭시 수지의 층에 몰딩함으로써 형성될 수 있다.
코팅(16)은 유용한 방사선에 대하여 적어도 부분적으로 투명하다. 코팅(16)은 0.1 ㎛ 내지 10 mm 범위에서 최대 두께를 가질 수 있다. 상부표면(22)은 실질적으로 평면형이거나 곡선 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 층(18)은 마이크로렌즈(14)의 형상을 따르는 층이다. 층(18)은 광학적으로 투명한 접착제(OCA), 특히 액체이고 광학적으로 투명한 접착제(LOCA), 또는 저 굴절률을 가지는 재료, 또는 에폭시/아크릴레이트 접착제, 또는 기체 또는 기체 혼합물, 예를 들어 공기의 필름으로부터 얻을 수 있다. 바람직하게는, 층(18)이 마이크로렌즈(14)의 형상을 따르는 경우, 층(18)은 마이크로렌즈(14)의 재료보다 낮은 굴절률을 갖는 재료로 제조된다. 층(18)은 비접착성인 투명한 물질의 충전재료로 제조될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 층(18)은 마이크로렌즈 어레이(14)에 대해 적용되는 필름, 예를 들어 OCA 필름에 대응한다. 이 경우, 층(18)과 마이크로렌즈(14) 사이의 접촉면적은 감소될 수 있으며, 예를 들어 마이크로렌즈의 상부로 제한될 수 있다. 그리고, 층(18)은 그 층(18)이 마이크로렌즈(14)의 형상을 따르는 경우보다 더 높은 굴절률을 가지는 재료로 제조될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 층(20)은 층(18)에 대해 이전에 기술된 재료 중의 하나로 제조될 수 있다. 층(20)은 생략될 수도 있다. 층(20)의 두께는 1㎛ 내지 100 ㎛의 범위내이다.
이하에서는 영상획득 시스템의 각도 필터에 대한 광학 시스템의 적용예에 대해서 기술한다.
도 5는 방사선(42)을 수신하는 화상획득 시스템(40)의 일 실시예의 단순화된 부분단면도이다. 화상획득 시스템(40)은 도5의 최하단으로부터 최상단까지 구성된다:
- 상부표면(46)을 갖는 화상 센서(44); 및
- 각도 필터를 형성하고 표면(46)을 덮는 광학 시스템(5).
화상 센서(44)는 지지체(47)와, 지지체(47) 및 광학 시스템(5)의 사이에 배치되는 광검출기라고 불리는 광자 센서(photon sensor: 48)의 어레이를 포함한다. 광검출기(48)는 도시되지 않은 투명한 보호코팅으로 덮일 수 있다. 화상 센서(44)는 또한, 도전성 트랙 및 스위칭 소자, 특히 도시되지 않은 트랜지스터를 더 포함하여, 광검출기(48)를 선택하도록 할 수 있다. 도 5에서, 광검출기는 실질적으로 일정한 피치만큼 이격된 것으로 도시되어 있다. 광검출기(48)는 유기물질로 만들어질 수 있다. 광검출기(48)는 유기 포토다이오드(OPD), 유기 포토레지스터, CMOS 트랜지스터 어레이와 관련된 비정질 실리콘 포토다이오드에 대응할 수 있다. 광학 시스템(5)에 대향하고 광검출기(48)를 포함하는 화상 센서(44)의 표면적은 1 cm2보다 크고, 바람직하게는 5 cm2보다 크고, 보다 바람직하게는 10 cm2보다 크고, 특히 20 cm2보다 크다. 화상 센서(44)의 상부 표면(46)은 실질적으로 평면일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 각각의 광검출기(48)는 400 nm 내지 1,100 nm의 파장범위에서 전자기 방사선을 검출할 수 있다. 모든 광검출기(48)는 동일한 파장범위에서 전자기 방사선을 검출할 수 있다. 변형예로서, 광검출기(48)는 상이한 파장범위에서 전자기 방사선을 검출할 수 있다.
화상획득 시스템(40)은 예를 들어 마이크로프로세서를 포함하는 화상 센서(44)에 의해 출력된 신호를 처리하기 위한 도시하지 않은 수단을 더 포함한다.
화상 센서(44)를 덮는 각도필터(5)는 상부표면(22)에 대한 방사선(42)의 입사에 따라 입사 방사선(42)을 필터링할 수 있으며, 각 광검출기(48)는 특히 상부표면(22)에 수직인 축에 대하여 45°미만, 바람직하게는 30°미만, 보다 바람직하게는 20°미만, 특히 바람직하게는 10°미만의 입사를 갖는 광선만을 수광하도록 한다. 각도필터(5)는 최대입사각보다 큰 상부표면(22)에 수직인 축에 대한 입사를 갖는 입사 방사선의 광선을 차단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광검출기(48)는 행과 열로 분포될 수 있다. 도 5에서, 광검출기(48)의 피치는 구멍(26)의 피치와 동일하다. 개구부를 포함하는 층(10)은 바람직하게는 화상 센서(44)와 정렬되어 각각의 구멍(26)이 광검출기(48)의 반대편에 위치한다. 다른 실시예에 따르면, 구멍(26)의 피치 p는 화상 센서(44)의 광검출기(48)의 피치보다 작다. 이 경우, 복수의 구멍(26)은 광검출기(48)의 반대편에 위치할 수 있다. 구멍(26)의 피치 p는 화상 센서(44)의 광검출기(48)의 피치보다 크다. 이 경우, 복수의 광검출기(48)가 구멍(26)의 반대편에 위치할 수 있다.
이제 조명 또는 디스플레이 시스템의 시준(視準:collimation) 장치에 대한 광학 시스템(5)의 다른 적용예를 설명한다.
도 6은 시준된 광을 출력하는 조명 시스템(50)의 실시예의 단순화된 부분단면도이다. 조명 시스템(50)은 도 6의 최하부에서 최상부까지 구성된다.
- 시준되지 않은 방사선(54)을 방출하는 광원(52); 및
- 광원(52)을 덮고 광원(52)에 의해 공급되는 방사선(54)을 수신하는 상술한
광학 시스템(5), 코팅(16)은 도 6에는 존재하지 않으며, 층(10)은 광원
(52)과 마이크로렌즈 어레이(14) 사이에 개재된 개구부를 포함한다.
바람직하게는, 광원(52)의 방출면은 광학 시스템(5)의 초점면에 가깝다. 또한, 예상되는 적용예에 따르면, 층(10)의 구멍(26)들의 폼팩터(높이-대-너비 또는 종횡비)는 주어진 마이크로렌즈(14) 반대편의 개구부(26)로부터 나오는 광선이 인접하는 어떠한 마이크로렌즈도 가로지르지 않도록 충분히 높아야 한다. 실제로 이 경우, 출력광선은 시준되지 않는다. 전술한 바와 같이, 층(10)의 개구부의 각도는 개구부(26)의 종횡비에 의해 조정될 수 있다.
본 실시예에서, 광학 시스템(5)은 광원(52)에 의해 출력된 방사선(54)을 시준할 수 있는 시준장치의 역할을 한다. 도 6에서, 광원(52)은 실질적으로 평평한 방사면을 갖는 것으로 도시된다. 변형예로서, 광원(52)의 방출표면은 구부러질 수 있다.
조명 시스템 스크리닝장치에 대한 광학 시스템(5)의 또 다른 적용예를 설명한다.
도 7은 조명 시스템(60)의 일 실시예의 단순화된 부분단면도이다. 조명 시스템(60)은 도 7의 최하부에서 최상부까지를 포함한다.
- 방사선을 방출하는 광원(62); 및
- 전술한 바와 같은 광학 시스템(5)으로서, 광원(62)을 덮고 광원(62)에
의해 방출된 방사선을 수신하고, 코팅(16)은 도 7에는 존재하지 않으며,
마이크로렌즈 어레이(14)는 광원(62)과 개구부를 포함하는 층(10) 사이에
개재된다.
본 실시예에서, 개구부를 포함하는 층(10)은 불투명한 패드(64)를 포함하고, 각각의 패드(64)는 마이크로렌즈(14)의 반대편에 위치하고 구멍(26)으로 둘러싸여있으며, 구멍(26)들은 서로 연통한다. 본 실시예에서, 광학 시스템(5)은 광원(62)에 의해 방출된 광선(66)을, 광원(62)의 방출표면에 대해서 실질적으로 수직으로 차단하고 방출표면에 광원(62)의 방출표면에 대하여 경사진 광선(68)을 제공하도록 구성된 스크린의 역할을 한다. 이러한 조명 시스템(60)은 특히 확산된 조명이 바람직한 현미경에 사용될 수 있다.
광학 시스템(5)의 적용의 또 다른 예는 포토리소그래피 방법에서 마스크로서의 광학 시스템(5)의 사용을 포함한다.
도 8 내지 12는 도 1 및 2에 도시된 광학 시스템(5)을 제조하는 방법의 일 실시예의 연속 단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분단면도이다.
도 8은 중간층(12) 상에 마이크로렌즈 어레이(14)를 형성한 후 얻어진 구조를 보여준다. 변형예로서, 마이크로렌즈 어레이(14)는 중간층(12)과는 다른 지지체상에 형성될 수 있으며, 이 지지체는 중간층(12)이 존재할 때는 중간층(12)의 형성 전에, 또는 중간층(12)이 존재하지 않을 때는 개구부를 포함하는 층(10)의 형성 전에 제거된다. 일 실시예에 따르면, 마이크로렌즈(14)의 제조는 중간층(12) 또는 다른 지지체 상에 마이크로렌즈(14)를 형성하는 재료층의 형성, 및, 예를 들어, 마이크로렌즈를 형성하기 위한 어레이의 수단에 의한 그 층의 변형을 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 마이크로렌즈(14)는 몰딩에 의해 형성된다.
도9는 코팅(16)이 존재할 때 마이크로렌즈 어레이(14) 상에 코팅(16)을 형성한 후 얻어진 구조를 나타낸다. 코팅(16)이 존재하지 않을 때에는, 도 10과 관련하여 이후에 설명되는 단계가 도 8과 관련하여 앞서 설명된 단계들의 후에 직접적으로 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 코팅(16)의 형성은 다음의 단계를 포함할수 있다:
- 마이크로렌즈 어레이(14) 상에 재료형성층(18)의 액체 또는 점성층을 증
착. 따라서, 액체층은 마이크로렌즈(14)의 형상을 따른다. 이 층은, 바람
직하게는 자기 평탄화, 즉 실질적으로 평평한 자유표면을 자동적으로 형성
한다.
- 액체층을 경화하여 층(18)을 형성. 이것은 특히 열가교 및/또는 자외선광
에 의한 조사에 따른 재료형성층(18)의 가교단계를 포함할 수 있고; 및
- 층(18) 상에 층(20)을 형성하거나, 또는 층(18)이 존재하지 않을 때 예를
들어 층(18)상의 필름의 적층에 의해 마이크로렌즈층(14)과 접촉.
도 10은 마이크로렌즈 어레이(14)의 반대측 상의 중간층(12)에, 불투명층(24)을 형성한 후 얻어진 구조를 도시한다. 불투명층(24)은 액체증착, 캐소드 스퍼터링 또는 증발에 의해 증착될 수 있다. 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 헬리오그래피(heliography), 슬롯-다이 코팅, 블레이드 코팅, 플렉소그래피(flexography) 또는 실크 스크리닝과 같은 방법이 특히 사용될 수 있다. 실시된 증착 방법에 따라 증착된 물질을 건조하는 단계가 제공될 수 있다.
도 11은 구멍(26)의 원하는 위치에서 불투명층(24)의 부분(72)의 마이크로렌즈(14)를 가로지르는 방사선(70)으로의 노광단계동안 얻어진 구조를 도시한다. 불투명층(24)을 노광시키는데 사용되는 방사선은 사용된 레지스트에 의존한다. 예를 들면, 방사선(70)은, DNQ-노볼락 수지의 경우 대략 300 nm 내지 450 nm 범위의 파장을 갖는 방사선 또는 DUV 레지스트용 자외선 방사선이다. 방사선(70)에 대한 불투명층(24)의 노광기간은, 특히 사용되는 포지티브 레지스트의 유형에 따라 다르며, 불투명층(24)의 노광된 부분(72)이 불투명층(24)의 전체 두께를 가로질러 연장하기에 충분하다.
불투명층(24)의 노광은 마이크로렌즈(14)를 통해 수행된다. 불투명층(24)은바람직하게는 마이크로렌즈(14)의 초점면에 위치하거나 또는 마이크로렌즈(14)의 초점면에 가깝게 위치한다. 일 실시예에 따르면, 마이크로렌즈(14)에 도달하는 입사 방사선(70)은 실질적으로 시준된 방사선이어서, 각각의 마이크로렌즈(14)에 의해 실질적으로 불투명한 층(24)의 레벨 또는 불투명한 층(24)에 가깝게 초점이 맞추어진다. 불투명한 층(24)은 마이크로렌즈(14)의 초점면에 대해 오프셋될 수 있어서, 불투명층(24)이 마이크로렌즈(14)를 통해 방사선(70)에 노광될 때, 불투명층(24)상의 원하는 치수의 점을 얻게 된다. 바람직하게는, 상부표면(22)에 대한 방사선(70)의 경사는, 화상획득시스템(5)의 통상적인 사용 시에, 상부표면(22)을 갖는 광검출기(48)에 의해 포착된 방사선(6)에 의해 형성된 평균경사에 실질적으로 해당한다. 일 실시예에 따르면, 방사선(70)은 층(24)에 실질적으로 수직이다. 다른 실시예에서, 방사선(70)은 층(24)에 수직인 방향에 대해 경사져서, 마이크로렌즈에 대해 오프셋된 구멍(26)을 얻을 수 있도록 한다. 도 11에서, 구멍(26)들은 원통형이며, 따라서 이들의 단면적은 일정하다. 그러나, 전술한 바와 같이, 구멍(26)의 단면적은 일정하지 않을 수 있다. 예를 들어, 구멍(26)은 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 입사 방사선(70)은, 예를 들어 1°보다 큰 발산각도를 갖는 발산을 나타내고, 마이크로렌즈(14)에 도달한 입사복사(70)의 발산각도는 층(24) 내에 형성된 구멍(26)의 폭을 조절하도록 조정된다.
다른 실시예에 따르면, 특히 코팅(16)이 존재하지 않을 때, 적응된 굴절률을 가지는 재료층은 노광단계동안 마이크로렌즈 어레이(14) 상에 일시적으로 배열되어 마이크로렌즈(14)의 초점거리를 수정하고 노광된 부분(72)이 원하는 치수를 가지게 된다.
일 실시예에 따르면, 노광 방사선(70)을 방출하는 광원은 원하는 구멍(26)의 형상에 따라 노광단계동안 마이크로렌즈 어레이(14)에 대해 변위될 수 있다. 예를 들어, 노광 방사선(70)을 방출하는 광원은, 고리형 단면의 구멍(26)을 얻을 수 있도록 하는 루프 내에서 변위될 수 있다. 이러한 구멍 형상은 특히 적어도 제1 입사범위에서 표면(22)에 대해 직교하는 방향에 대해 입사를 갖는 광선의 통과를 허용하고 또한 상기 적어도 하나의 제1 입사범위와 구별되는 제2 입사범위에서 표면(22)에 직교하는 방향에 대해 입사를 갖는 광선의 통과를 허용하는 각도필터를 형성할 수 있도록 한다.
일 실시예에 따르면, 마이크로렌즈(14)는 노광방사선(70)의 파장에 따라 상이한 초점을 가질 수 있다. 레지스트층(24)은 이러한 상이한 파장에 감광성일 수 있다. 변형예로서, 개구부를 포함하는 층(10)이 복수의 감광성 층들의 적층을 포함할 때, 각각의 감광성 층은 특정한 파장에서의 방사선에 감광성일 수 있다. 노광단계는 원하는 형상의 구멍(26)을 얻기 위해 이들 감광층 또는 감광층들을 상이한 파장의 방사선에 노광시키는 것을 포함할 수 있다.
도 12는 입사방사선(70)에 노광된 불투명층(24)의 부분(72)을, 현상액에서 용해시켜 구멍(26)을 형성하는 불투명층(24)의 현상단계동안 얻어진 구조를 도시한다. 따라서, 개구부를 포함하는 층(10)이 얻어진다. 현상액의 조성은 사용된 포지티브 레지스트의 특성에 의존한다.
이 방법은 충전재료로 구멍(26)을 채우는 단계 및 이에 따라 얻어진 광학 시스템(5)을 화상 센서(44)에 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
도 13 및 14는 도 1 및 2에 도시된 광학 시스템(5)을 제조하는 방법의 다른 실시예의 연속단계에서 얻어진 구조의 단순화된 부분단면도이다.
제조 방법의 본 실시모드의 초기 단계는 도 8 내지 11과 관련하여 앞서 설명된 단계를 포함하지만, 층(24)은 개구부들을 포함하는 층(10)의 구멍(26)을 채우도록 의도된 재료층으로 대체된다는 차이점이 있으며, 또한 유용한 방사선에 투명한 네거티브 레지스트로 제조된다.
도 13은 노광단계에서 사용된 방사선(70)에 노광되지 않은 네거티브 레지스트층의 부분을 현상액에 용해시키는 네거티브 레지스트의 현상단계에서 얻은 구조를 나타내며, 네거티브 레지스트의 부분은 추후에 노광단계에서 노광되어 패드(80)를 형성한다. 현상액의 조성은 사용된 네거티브 레지스트의 특성에 의존한다.
도14는, 예를 들어, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 헬리오그래피, 슬롯-다이 코팅, 블레이드 코팅, 플렉소그래피 또는 실크 스크리닝에 의해 패드(80) 사이에 불투명층(24)을 형성한 후 얻어진 구조를 보여 준다. 따라서, 패드(80)는 층(24)의 구멍(26)을 구획한다. 따라서 개구부를 포함하는 층(10)이 얻어진다.
도 1 및 도 2에 도시된 광학 시스템(5)을 제조하는 방법의 또 다른 실시예는 도 8 내지 도 11과 관련하여 앞서 설명된 단계를 포함하지만, 특히 방사선(70)이 레이저 방사선에 해당할 때, 방사선(70)의 작용하에 열화될 수 있는 재료로 만들어질 수 있다는 차이를 가진다. 이러한 레이저 방사선의 조명은 마이크로미터-범위의 광학요소(14)의 어레이를 손상시키지 않도록 충분히 낮고, 또한 마이크로미터-범위의 광학요소(14)의 어레이에 의한 시준 후에 부분(72)의 레벨에서 층(24)을 열화시키기에 충분히 높다. 도 11과 관련하여 앞서 설명된 노광단계에서, 방사선(70)에 노광된 부분(72)은 따라서 이 방사선에 의해 파괴되고, 이어서 구멍(26)들을 직접 형성한다. 따라서, 개구부를 포함하는 층(10)이 얻어진다.
일 실시예에 따르면, 광학계의 제조방법은 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식에 해당할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 광학계 제조방법은 시트-대-시트 방법에 대응할 수 있다.
상술한 임의의 제조방법의 실시예들 중의 하나에 따르면, 개구부를 포함하는 층(10)이, 도 4에 도시된 바와 같이, 각각 구멍(26),(30)을 포함하는 2개 이상의 층(24),(28)의 적층을 포함할 때, 제1 층(24)의 존재를 고려하면, 구멍(26)을 포함하는 제1 층(24)이 먼저 형성되고 구멍(30)을 포함하는 제2 층(28)이 나중에 형성 된다. 투명한 중간층이 층(24) 과 (28)의 사이에 존재할 수 있다.
유리하게는, 마이크로렌즈(14)에 대한 구멍(26)의 정렬은 구멍(26)을 형성하는 바로 그 방법에 의해 자동으로 얻어진다. 또한, 개구부를 포함하는 층(10)이 적어도 제1 및 제2 불투명층의 적층을 포함할 때, 각각은 구멍을 포함하고, 제1 불투명층의 구멍에 대한 제2 불투명층의 구멍의 정렬은 제2 불투명층의 구멍을 형성하는 바로 그 방법에 의해 자동으로 얻어진다.
다양한 실시예 및 변형예가 설명되었다. 통상의 지식을 가진 자라면 이들 실시예의 특정한 특징들이 결합될 수 있고 기타의 변형이 통상의 지식을 가진 자에게 있어 용이하게 발생할 수 있음을 이해할 것이다.
최종적으로, 본 명세서에 설명된 실시예 및 변형예의 실제의 실시는 상기에 마련된 기능적인 표시에 기초한 통상의 지식을 가진 자의 능력 내에 있다.

Claims (30)

  1. 관통 또는 부분관통 구멍(26)을 포함하고 마이크로미터-범위의 광학요소(14)의 어레이로 덮인 층(24)을 포함하고, 제1 방사선(42, 54)을 수광하기 위한 표면(22)을 포함하는 광학 시스템(5)의 제조방법으로서, 상기 방법은:
    상기 층과 동일한 재료 또는 상기 층과 다른 재료로 만들어진 필름(24)을 마이크로미터-범위의 광학요소(14)의 어레이를 통하여 제2 방사선(70)에 노광시키는 단계로써, 상기 재료는 상기 제2 방사선에 감광성이거나 또는 제2 방사선에 의해 기계가공 가능한 단계와,
    상기 제2 방사선에 노광되거나 또는 노광되지 않은 필름의 부분(72)을 제거하여 상기 구멍(26)이 상기 층을 완전히 또는 부분적으로 가로지르도록 한정하는 단계를 포함하는, 광학 시스템의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 필름(24)은 상기 제2 방사선(70)에 대해 감광성인 레지스트로 제조되는, 광학 시스템의 제조방법.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 층(24)은 상기 제2 방사선에 대해 포지티브하게 감광성인 레지스트로 제조되고, 상기 필름의 제거된 부분(72)은 상기 제2 방사선에 노광된 부분인, 광학 시스템의 제조방법.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 필름(24)은 제2 방사선에 대해 네거티브하게 감광성인 레지스트로 제조되고, 상기 필름의 제거된 부분(72)은 상기 제2 방사선에 노광되지 않은 부분인, 광학 시스템의 제조방법.
  5. 제1 항에 있어서, 레이저빔에 의해 상기 층(24)을 기계가공하는 단계를 포함하는, 광학 시스템의 제조방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템(5)은, 적어도 하나의 제1 입사범위에서 상기 표면(22)에 직교하는 방향에 대한 입사를 가지는 상기 제1 방사선(42)의 광선을 차단하고, 또한 상기 적어도 하나의 제1 입사범위와 구별되는 적어도 하나의 제2 입사범위에서 상기 표면에 직교하는 방향에 대한 입사를 가지는 상기 제1 방사선의 광선은 통과하도록 구성된 각도필터를 형성하는, 광학 시스템의 제조방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방사선(42, 54)은 상기 제2 방사선과 상이한, 광학 시스템의 제조방법.
  8. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 방사선(42, 54)은 가시범위 및/또는 적외선 범위에 있는, 광학 시스템의 제조방법.
  9. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 방사선(70)이 가시범위 및/또는 자외선 범위에 있는, 광학 시스템의 제조방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노광단계에서, 상기 마이크로미터-범위의 광학요소(14)의 어레이를, 상기 마이크로미터-범위의 광학요소의 굴절률과는 다른 굴절률을 가지는, 공기와는 다른, 재료와 접촉시키는 단계를 포함하는, 광학 시스템의 제조방법.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 시스템(5)의 제조는 롤-투-롤(roll to roll)로 수행되는, 광학 시스템의 제조방법.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍(26)을 형성한 후, 접합재료로 상기 구멍을 채우는 단계 및, 상기 구멍을 포함하는 층(24)을 상기 접합재료를 통하여 장치(44)에 접합하는 단계를 포함하는, 광학 시스템의 제조방법.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 방사선(70)이 시준(collimate)되는, 광학 시스템의 제조방법.
  14. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 방사선(70)은 1°보다 큰 발산각도를 갖는, 광학 시스템의 제조방법.
  15. 제1 방사선(42, 54)을 수광하기 위한 표면(22)과, 관통 또는 부분관통 구멍(26)을 포함하고 마이크로미터-범위의 광학요소(14)의 어레이로 덮인 층(24)을 포함하며, 상기 층은 재료로 만들어지거나 상기 구멍이 상기 재료로 채워지고, 상기 재료는 제2 방사선(70)에 감광성이거나 또는 상기 제2 방사선에의해 기계가공 가능한, 광학 시스템(5).
  16. 제15 항에 있어서, 상기 층(24)은 상기 제1 방사선(42, 54)에 대해 불투명하고, 상기 시스템은 적어도 하나의 제1 입사범위에서 상기 표면(22)에 직교하는 방향에 대한 입사를 가지는 상기 제1 방사선(42)의 광선을 차단하고, 또한 상기 적어도 하나의 제1 입사범위와 구별되는 적어도 하나의 제2 입사범위에서 상기 표면에 직교하는 방향에 대한 입사를 가지는 상기 제1 방사선의 광선은 통과하도록 구성되는, 광학 시스템.
  17. 제15 항 또는 제16 항에 있어서, 상기 재료는 상기 제2 방사선(70)에 감광성 레지스트인 광학 시스템.
  18. 제15 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서, 구멍(26)의 수 만큼의 마이크로미터-범위의 광학요소(14)를 포함하고, 마이크로미터-범위의 광학요소들 사이의 피치는 구멍들 사이의 피치와 동일한, 광학 시스템.
  19. 제15 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 구멍(26)에 대하여, 상기 표면(22)에 평행하게 측정된 구멍의 길이에 대한 상기 표면에 수직으로 측정된 상기 구멍의 높이의 비율이 1 내지 10 인, 광학 시스템.
  20. 제15 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍(26)은 행과 열로 배열되고, 동일한 행 또는 동일한 열의 인접한 구멍들 사이의 피치(p)가 1 ㎛ 내지100 ㎛ 인, 광학 시스템.
  21. 제15 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면(22)에 직교하는 방향을 따라서 측정된 각 구멍(26)의 높이는, 1 ㎛ 내지 800 ㎛ 인 광학 시스템.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 표면(22)에 직교하는 방향을 따라서 측정된 각 구멍(26)의 높이는, 10 ㎛ 내지 800 ㎛ 인 광학 시스템.
  23. 제21 항에 있어서, 상기 표면(22)에 직교하는 방향을 따라서 측정된 각 구멍(26)의 높이는, 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 광학 시스템.
  24. 제15 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면(22)에 평행하게 측정된 각 구멍(26)의 폭은, 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 광학 시스템.
  25. 제15 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 또는 부분관통 구멍(26)을 포함하는 상기 층(24), 및 상기 구멍들과 정렬된 추가적인 관통 또는 부분관통 구멍(30)을 포함하는 추가적인 층(28)의 적층(10)을 포함하는, 광학 시스템.
  26. 화상센서(44)와, 상기 화상 센서를 덮고 각도 필터를 형성하는 제15 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 따른 광학 시스템(5)을 포함하는, 화상획득 시스템.
  27. 제26 항에 있어서, 상기 화상 센서(44)는 광검출기(48)의 어레이를 포함하고, 상기 광검출기들 사이의 피치는 구멍(26)들 사이의 피치와 같거나, 더 크거나 또는 더 작은, 화상획득 시스템.
  28. 제26 항 또는 제27 항에 있어서, 상기 광학 시스템(5)은 상기 화상 센서(44)의 보호층의 역할을 하는 보조층(24)을 포함하는, 화상획득 시스템.
  29. 제26 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 센서(44)는 적어도 부분적으로 유기물질로 제조되고, 상기 광학 시스템(5)은 수밀 및/또는 산소-밀폐필름(12)을 포함하는, 화상획득 시스템.
  30. 광원(52, 62)과, 상기 광원을 덮는 제15 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 따른 광학 시스템(5)을 포함하는 조명 또는 디스플레이 시스템(50, 60).
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