전기장으로 유도된 액정고분자 물질의 표면 불안정성을 이용한 마이크로 렌즈 제작 및 연구

Abstract

마이크로 렌즈 어레이는 광학 저장장치, 광학 스위치, 광픽업 렌즈 또는 광 통신 분야에 핵심적인 소재로 많은 연구가 이루어 지고 있다. 마이크로 렌즈의 관심이 높아 지면서 원하는 특성을 가지는 마이크로 렌즈 제작을 위하여 제작방법 또한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 렌즈제작 방법은 광학적으로 등방성 렌즈를 제작하는 방법과 비등방성 렌즈를 제작하는 방법으로 크게 나누어지게 된다. 등방성 렌즈를 제작 하는 방법으로는 thermal reflow 방식, LIGA(Lithographic Galvanoformung Abformung) 방식 또는 inkjet 방식 등이 연구되어 왔다. 비등방성 렌즈를 제작하는 방법으로는 mold 방식이 존재하나 그 공정 방법이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 단점이 존재 한다. 본 논문에서는 EHD(Electrohydrodynamic) instability 현상과 액정고분자 물질을 이용하여 간단하고 빠른 렌즈제작 방법을 연구 하였다. 두 기판 사이에 코팅되어 있는 액정고분자 물질에 전기장을 인가하게 되면 EHD instability가 발생하게 되어 표면에 변형이 발생하고 최종적으로 두 기판 사이에 원기둥이 형성이 된다. 원기둥이 형성 된 후 두 기판을 분리함으로써 원기둥은 나누어 지고 나누어진 원기둥은 표면장력에 의하여 이방성 특성을 가지는 렌즈로 형성이 된다. 형성된 렌즈는 UV 노광을 통하여 고분자화가 됨으로써 안정성이 확보 된다. 패턴된 ITO(Indium Tin Oxide) 유리 기판을 이용하여 전기장의 왜곡을 조절하여 원하는 위치에 렌즈를 형성할 수 있고 렌즈의 크기 또한 마스크 설계를 통하여 조절이 가능하게 된다. 액정상과 같은 특징을 가지는 액정고분자 물질로 형성된 렌즈는 axially dual focus 특징을 가지고 있다. 그러므로 입사하는 선 편광의 입사각에 의해서 렌즈의 실제 굴절률 값은 변화하게 되고 이로 인해서 초점거리는 바뀌게 된다. EHD instability를 이용하는 렌즈제작 방식은 차후에 액정고분자 코팅 조건, cell gap과 전극 패턴의 최적화를 통하여 나노 크기의 렌즈 구현도 가능 할 것이다. 제안된 렌즈제작 방법은 간단하고 빠르며 axially dual focus 특성을 가지며 안정된 렌즈제작이 가능하고 dual layer blue disc 및 DVD와 CD 호환이 가능한 pickup lens 등 다양한 분야에 활용이 가능할 것이라고 기대된다.