마이크로렌즈 어레이의 제작은 매우 다양한 재료와 방법이 제안되어 지고 있으나, 폴리머를 이용한 사출법은 광학적 특성, 내충격성, 가공성, 경량화 및 환경친화성 등의 장점으로 주목 받고 있다. 사출법 템플레이트를 제작하기 위한 PR(Photo-Resist) reflow법은 형상제어가 용이하고 대량생산과 정밀가공의 측면에서 효율적이어서, 집적화가 용이하고 공정을 줄일 수 있는 장점을 갖게 되어 매우 환경친화적이다. 그러나 마이크로렌즈 어레이의 사출성형은 사용되는 폴리머재료의 성질에 따라 성형에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이와 같은 성형의 어려움을 극복하기 위한 방법으로 급가열/급냉각 사출을 통하여 마이크로렌즈 어레이를 제작하고 특성을 이해하였다. 템플레이트의 급격한 온도상승과 고온에서의 모양이 냉각으로 인한 변형이 없도록 급속히 냉각시켜 줌으로서 마이크로렌즈 어레이의 사출성형을 구현 하였다. PC(Poly-Cabon ate)와 PMMA(Poly-Methyl-Meth-Acrylate)를 비교하여, PMMA가 낮은 용융점에 의해 성형성이 우수함을 확인하였다. 사출시 압력과 속도를 변수로 마이크로렌즈 어레이의 제작을 위한 사출조건을 도출하였다.
마이크로렌즈 어레이의 제작은 매우 다양한 재료와 방법이 제안되어 지고 있으나, 폴리머를 이용한 사출법은 광학적 특성, 내충격성, 가공성, 경량화 및 환경친화성 등의 장점으로 주목 받고 있다. 사출법 템플레이트를 제작하기 위한 PR(Photo-Resist) reflow법은 형상제어가 용이하고 대량생산과 정밀가공의 측면에서 효율적이어서, 집적화가 용이하고 공정을 줄일 수 있는 장점을 갖게 되어 매우 환경친화적이다. 그러나 마이크로렌즈 어레이의 사출성형은 사용되는 폴리머재료의 성질에 따라 성형에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이와 같은 성형의 어려움을 극복하기 위한 방법으로 급가열/급냉각 사출을 통하여 마이크로렌즈 어레이를 제작하고 특성을 이해하였다. 템플레이트의 급격한 온도상승과 고온에서의 모양이 냉각으로 인한 변형이 없도록 급속히 냉각시켜 줌으로서 마이크로렌즈 어레이의 사출성형을 구현 하였다. PC(Poly-Cabon ate)와 PMMA(Poly-Methyl-Meth-Acrylate)를 비교하여, PMMA가 낮은 용융점에 의해 성형성이 우수함을 확인하였다. 사출시 압력과 속도를 변수로 마이크로렌즈 어레이의 제작을 위한 사출조건을 도출하였다.
There have been many technologies and materials proposed for realizing microlens array, and plastic injection is recognized as the most promising one because of several merits such as optical properties, impact resistance, formability, lightening and environmental adaptability. Since PR reflow for i...
There have been many technologies and materials proposed for realizing microlens array, and plastic injection is recognized as the most promising one because of several merits such as optical properties, impact resistance, formability, lightening and environmental adaptability. Since PR reflow for injection template fabrication enables the lens shape control easier, and the sample technology more effective for mass production, it lowers the cost, enhances integration, and reduces process steps, which leads to be environmentally benign. However injection of polymers may face the difficulty of formability depending on their properties. In order to overcome the difficulty, fast heating/cooling technology was introduced in this study, and microlenses were fabricated and evaluated. template obtained by PR reflow method was heated and cooled fast during injection to fabricate microlens array. PC and PMMA polymer materials were compared, and it was realized that PMMA showed much better formability due to its lower melting temperature. Injection parameters of pressures and velocities were driven out for injection optimization.
There have been many technologies and materials proposed for realizing microlens array, and plastic injection is recognized as the most promising one because of several merits such as optical properties, impact resistance, formability, lightening and environmental adaptability. Since PR reflow for injection template fabrication enables the lens shape control easier, and the sample technology more effective for mass production, it lowers the cost, enhances integration, and reduces process steps, which leads to be environmentally benign. However injection of polymers may face the difficulty of formability depending on their properties. In order to overcome the difficulty, fast heating/cooling technology was introduced in this study, and microlenses were fabricated and evaluated. template obtained by PR reflow method was heated and cooled fast during injection to fabricate microlens array. PC and PMMA polymer materials were compared, and it was realized that PMMA showed much better formability due to its lower melting temperature. Injection parameters of pressures and velocities were driven out for injection optimization.
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문제 정의
2와 같이 template 표면만의 온도를 최고 400℃까지 10초 내외에 가열하는 것이 가능한 신기술로서, 실제로 제조공정 중 폴리머 재료의 녹는 온도인 180℃이상으로 template를 가열하여 폴리머를 충전시키고, 충전된 폴리머와 가열된 template를 50℃내지 90℃ 이하로 수십 초 이내에 급냉각하는 것이다. 본 연구에서는 PRreflow 법으로 template를 제작하고, 급가열/급냉각 기법으로 폴리머를 사출 성형하여 마이크로렌즈 어레이를 개발하고자 하였다.
가설 설정
PMMA로 성형하였을 경우 Fig. 5의 a)와 같이 반구의 형태로 렌즈의 형상을 완벽하게 얻을 수 있는 반면, PC로 성형하였을 경우엔 b)와 같이 어레이 패턴만을 볼 수 있을 뿐 렌즈의 반구 형태는 볼 수 없었다.PMMA의 융점은 150℃인 반면 PC의 융점은 245℃로서 PMMA보다 PC의 융점이 높은 것에 기인한다고 볼 수 있다.
제안 방법
[1] PR reflow를 이용하여 직경 20㎛, 높이 10㎛의 마이크로렌즈 어레이 형상의 template를 제작하였다.
즉 사출성형 시 미세 template내에서 완벽한 사출형태를 유지하지 못하고 미리 응고하거나 성형 후 수축하거나, 혹은 뒤틀림 현상 등이 있게 되는 것이다. 또한 많은 외관 결함이 발생하여 이를 보완하기 위해 Spray Coating을 추가함으로써 원가가 상승하고 환경문제를 유발한다. 이와 같은 문제점을 극복하려는 시도가 사출성형 전·후에 template를 급가열 및 급냉각하여, 사출이 형성되고 유지되며 뒤틀림을 방지 하도록 하는 것이다.
사출방법에 따른 차이점을 알기 위하여 PMMA를 이용하여 일반사출과 급가열/급냉각 사출방법을 비교하였다. 일반사출로 성형 하였을 경우 Fig.
이때 재료는 성형능력을 비교하기 위하여 PMMA와 PC 두 가지 재료를 이용하였으며, 사출방법간의 비교를 위해 일반적인 사출방법과 급가열/급냉각 사출방법으로 성형하였고, Table 3과 같이 사출압력과 사출속도의 비교를 위해 25가지의 변수(I-A, I-B, I-C. II-A...)를 두어 사출을 하였다.
6. 일반사출과 급가열/급냉각 사출간 마이크로렌즈 어레이 비교.
재료에 따른 성형능력을 비교하기 위해서 PMMA와 PC 두 가지 재료를 이용해 성형하여 비교하였다. PMMA로 성형하였을 경우 Fig.
5㎜의 4inch 웨이퍼 형태이었다. 제작된 Ni template를 이용하여 급가열/급냉각 사출성형을 하였다. 온도 조작은 사출시 250℃ 온도로 가열하여 폴리머를 융해시킨 후 template에 폴리머를 충전시키고, 충전된 폴리머와 가열된 template를 냉각수를 이용하여 50℃내지 90℃이하로 급냉각하였다.
대상 데이터
디스플레이 분야 중 휴대용 LCD 디스플레이 제품에 적용을 위하여 직경이 20μm인 마이크로렌즈를 25×35㎜의 크기에 가로 1004개, 세로 1400개의 어레이 형태로 설계하였다.
성능/효과
[2] PC와 PMMA를 비교하였을 때 PMMA의 흐름성이 PC보다 좋아 설계한 마이크로렌즈 어레이의 형상을 구현하였다.
[3] 일반사출에 비해 급가열/급냉각 사출성형이 마이크로 렌즈를 구현할 수 있었다.
[4] PMMA의 급가열/급냉각 사출압력III와 사출속도C로 제작할 때 최적의 마이크로렌즈 어레이가 성형되었음을 알 수 있었다.
reflow전 P-LA900의 경우 충분한 실린더 형태의 패턴이 확보 되었다. reflow후 AZ-P 4330은 오랜 시간 가열을 하여도 렌즈의 형상이 충분히 형성되지 않았으며, P-LA900의 경우는 6시간 동안 가열 하였을 때 최적의 렌즈 형상이 형성되었음을 알 수 있었다. 이와 같은 P-LA900PR패턴을 이용하여 Ni template를 제작하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
폴리머를 이용한 사출법의 장점은?
마이크로렌즈 어레이의 제작은 매우 다양한 재료와 방법이 제안되어 지고 있으나, 폴리머를 이용한 사출법은 광학적 특성, 내충격성, 가공성, 경량화 및 환경친화성 등의 장점으로 주목 받고 있다. 사출법 템플레이트를 제작하기 위한 PR(Photo-Resist) reflow법은 형상제어가 용이하고 대량생산과 정밀가공의 측면에서 효율적이어서, 집적화가 용이하고 공정을 줄일 수 있는 장점을 갖게 되어 매우 환경친화적이다.
PMMA의 특성은?
템플레이트의 급격한 온도상승과 고온에서의 모양이 냉각으로 인한 변형이 없도록 급속히 냉각시켜 줌으로서 마이크로렌즈 어레이의 사출성형을 구현 하였다. PC(Poly-Cabon ate)와 PMMA(Poly-Methyl-Meth-Acrylate)를 비교하여, PMMA가 낮은 용융점에 의해 성형성이 우수함을 확인하였다. 사출시 압력과 속도를 변수로 마이크로렌즈 어레이의 제작을 위한 사출조건을 도출하였다.
사출성형을 이용한 마이크로렌즈 어레이의 제작의 단점은?
사출법 템플레이트를 제작하기 위한 PR(Photo-Resist) reflow법은 형상제어가 용이하고 대량생산과 정밀가공의 측면에서 효율적이어서, 집적화가 용이하고 공정을 줄일 수 있는 장점을 갖게 되어 매우 환경친화적이다. 그러나 마이크로렌즈 어레이의 사출성형은 사용되는 폴리머재료의 성질에 따라 성형에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이와 같은 성형의 어려움을 극복하기 위한 방법으로 급가열/급냉각 사출을 통하여 마이크로렌즈 어레이를 제작하고 특성을 이해하였다.
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