KR102642899B1 - 렌즈, 렌즈 어셈블리 및 휴대용 전자기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시형태는 렌즈부 및 상기 렌즈부의 일면에 형성되며, 요철층과, 상기 요철층을 커버하는 버퍼층 및 상기 버퍼층을 커버하는 발수층을 포함하는 코팅부를 포함하며, 상기 버퍼층은 상기 요철층의 요철면을 추종하는 형상이고, 상기 버퍼층은 상기 발수층보다 두꺼운 렌즈를 제공한다.
Description
본 발명은 렌즈, 렌즈 어셈블리 및 휴대용 전자기기에 관한 것이다.
휴대폰, 태블릿 PC, 노트북 PC 등과 같은 휴대용 전자기기에서 카메라의 기능이 고도화됨에 따라 이에 사용되는 렌즈의 기술도 고도화되고 있다. 렌즈는 빛을 모으거나 분산시키는 역할을 한다. 이러한 특성으로 렌즈는 상의 크기를 확대시키거나 축소시킬 수 있는데 빛의 직전, 굴절 특성을 이용하는 것이 렌즈의 대표적인 특성이다. 이 두 가지 특성을 이용하면 렌즈를 통과한 빛의 상 크기를 확대 및 축소할 수 있다. 그리고 렌즈를 통할 경우 실제 보는 시야와는 다르기 때문에 눈으로 보는 것보다 더 넓게 또는 더 확대한 모습을 담을 수 있는 렌즈를 카메라에 이용하게 된다. 하지만 빛이 굴절되는 과정에서 빛이 한 점에 모이지 않고 번지거나 일그러지게 되는데 이러한 현상을 수차라고 한다. 수차로 인하여 사진을 찍을 때 렌즈의 상을 왜곡시키고 선명도에 영향을 줘 해상도를 저하시킬 수 있다. 이러한 문제를 보완하기 위해 다양한 렌즈의 결합 구조를 사용하고 있으며, 카메라에 사용하는 렌즈를 다양하게 결합하면 수차 보정을 할 수 있다.
그런데 렌즈에 입사되는 광이 렌즈의 표면이나 내벽 등에서 내면 반사를 일으키는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 빛은 화면에 플레어(flare) 현상을 일으키는 원인이 될 수 있으며, 이와 같은 현상을 방지하기 위하여, 가시광선 영역의 광 투과율 및 광 반사율을 최소화할 필요가 있다.
본 발명의 목적 중 하나는 반사도가 낮은 표면 코팅구조를 갖는 렌즈와 이를 포함하는 렌즈 어셈블리, 휴대용 전자기기를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 예를 통하여 렌즈의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 렌즈부 및 상기 렌즈부의 표면 중 적어도 일부에 형성된 요철층, 상기 요철층을 커버하며 상기 요철층의 요철면을 추종하는 형상의 버퍼층 및 상기 버퍼층을 커버하는 발수층을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 버퍼층은 상기 발수층보다 두꺼울 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 요철층은 불규칙한 형상의 요철 구조를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 요철층은 상기 요철 구조 중 적어도 일부에 의하여 형성된 캐비티를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 요철층의 요철면은 조도(Ra)가 10nm 이상이며, 100nm일 수 이하일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 요철층은 Al2O3층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 버퍼층의 두께는 2nm 이상 10nm 이하일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 버퍼층은 실록산, SiO2, SiON, Si3N4, TiO2, TiON, TiN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 발수층은 상기 버퍼층의 표면을 추종하는 형상일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 발수층은 상기 버퍼층과 화학 결합을 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 발수층의 두께는 10nm 이하일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 렌즈부와 요철층 사이에 배치된 베이스층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 베이스층은 SiO2층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 베이스층의 두께는 200nm 이하일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 베이스층은 SiO2층 및 TiO2층의 적층 구조를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 요철층은 상기 렌즈부의 일면 및 이에 대향하는 타면에 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 렌즈부와 요철층 사이에 상기 렌즈부의 일면 및 타면에 배치된 베이스층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 베이스층은 SiO2층 및 TiO2층의 적층 구조를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 요철층은 상기 렌즈부의 일면에 직접 형성되며, 상기 렌즈부의 타면에 상기 렌즈부와 상기 요철층 사이에 배치된 베이스층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 베이스층은 SiO2층 및 TiO2층의 적층 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태의 경우, 렌즈부 및 상기 렌즈부의 표면 중 적어도 일부에 형성된 요철층 및 상기 요철층을 커버하며 상기 요철층과 화학 결합을 형성하는 발수층을 포함하는 렌즈를 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 발수층은 플루오르-카본(fluoro-carbon) 성분을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리에 있어서, 상기 적어도 하나의 렌즈 중 적어도 하나는 렌즈부 및 상기 렌즈부의 표면 중 적어도 일부에 형성된 요철층, 상기 요철층을 커버하며 상기 요철층의 요철면을 추종하는 형상의 버퍼층 및 상기 버퍼층을 커버하는 발수층을 포함하는 저반사 렌즈인 렌즈 어셈블리를 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 버퍼층은 상기 발수층보다 두꺼울 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 저반사 렌즈는 광축 방향으로 상기 적어도 하나의 렌즈 중에서 상기 렌즈 어셈블리의 최외측에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은,
디스플레이부 및 렌즈 어셈블리를 포함하는 휴대용 전자기기에 있어서, 상기 렌즈 어셈블리는 적어도 하나의 렌즈를 포함하며, 상기 적어도 하나의 렌즈 중 적어도 하나는 렌즈부 및 상기 렌즈부의 표면 중 적어도 일부에 형성된 요철층, 상기 요철층을 커버하며 상기 요철층의 요철면을 추종하는 형상의 버퍼층 및 상기 버퍼층을 커버하는 발수층을 포함하는 저반사 렌즈인 휴대용 전자기기를 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 저반사 렌즈는 상기 적어도 하나의 렌즈의 광축 방향으로 상기 렌즈 어셈블리의 최외측에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 렌즈 어셈블리는 상기 디스플레이부에 의하여 커버될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 렌즈 어셈블리는 강화 유리에 의하여 커버될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 렌즈의 경우, 반사도가 낮은 표면 코팅구조를 포함하며 이로부터 플레어 현상을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 렌즈를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 렌즈에서 일 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 4는 표면 거칠기가 증가된 요철층의 반사도를 측정한 그래프이다.
도 5 내지 13은 변형 예에 따른 렌즈를 나타낸다.
도 14는 렌즈 어셈블리를 개략적으로 나타낸 절개 사시도이다.
도 15 및 도 16은 휴대용 전자기기를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 각각 전면부와 후면부를 나타낸다.
도 17 및 도 18은 각각 도 15 및 도 16에서 렌즈 어셈블리의 주변 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 렌즈에서 일 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 4는 표면 거칠기가 증가된 요철층의 반사도를 측정한 그래프이다.
도 5 내지 13은 변형 예에 따른 렌즈를 나타낸다.
도 14는 렌즈 어셈블리를 개략적으로 나타낸 절개 사시도이다.
도 15 및 도 16은 휴대용 전자기기를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 각각 전면부와 후면부를 나타낸다.
도 17 및 도 18은 각각 도 15 및 도 16에서 렌즈 어셈블리의 주변 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 렌즈를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2 및 도 3은 도 1의 렌즈에서 일 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 렌즈(100)는 렌즈부(110) 및 그 표면 중 적어도 일부에 형성된 요철층(120), 버퍼층(130) 및 발수층(140)을 포함한다. 여기서, 버퍼층(130)은 요철층(120)을 커버하며 요철층(120)의 요철면을 추종하는 형상이다. 본 실시 형태에서는 요철층(120), 버퍼층(130), 발수층(140)이 렌즈부(110)의 일면(S1)에 형성된 구조를 나타내고 있으며, 이들을 모두 포함하여 코팅부(R1)로 칭할 수도 있을 것이다.
렌즈부(110)의 경우, 그 형상이나 종류는 특별히 제한되지 않으며 카메라 모듈 등의 광학기기에 사용될 수 있는 렌즈 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 렌즈부(110)의 형상은 도 1에 도시된 것이 아닌 다른 형태로 변형될 수도 있을 것이다. 렌즈부(110)는 수지 성분을 포함하는 플라스틱 수지로 형성될 수 있으며, 예컨대 상기 플라스틱 수지는 폴리카보네이트(Polycarbonate) 및 폴리올레핀(Polyolefin) 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다. 여기서 폴리올레핀은 시클로올레핀 폴리머(Cycloolefin Polymer) 및 시클로올레핀 코폴리머(Cycloolefin Copolymer) 중 적어도 1종을 포함하는 것일 수 있다.
요철층(120)은 렌즈부(110)의 일면(S1)에 형성된다. 종래 사용 되던 렌즈 표면의 반사 코팅층을 통해서는 2% 이하의 반사도를 구현하기 어렵지만, 본 실시 형태에서는 요철층(120)의 표면 요철 구조를 통하여 렌즈(100)의 반사도를 낮출 수 있으며, 예컨대, 2% 이하의 반사도를 구현할 수 있다. 요철 구조에 의하여 반사도가 저하되는 이유는 요철층(120)의 굴절률과 공기의 굴절률이 합쳐져 평균 굴절률이 낮아지는 효과가 있고 요철층(120)으로 인해서 입사된 빛이 산란됨에 따라 반사도가 낮아지는 것으로 설명될 수 있다. 그리고 이러한 요철 구조는 규칙적인 경우보다 불규칙한 경우 입사된 빛의 산란이 더 불규칙하게 됨에 따라 서로 상쇄될 수 있으므로 반사도 저하 효과가 더욱 두드러질 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는 도시된 형태와 같이 요철층(120)은 불규칙한 형상의 요철 구조를 포함할 수 있다. 도 3은 요철층(120)의 불규칙한 요철 구조를 상부에서 바라본 형태를 모식적으로 나타낸 것이며 요철층(120)은 요철 구조 중 적어도 일부의 돌출부(P)에 의하여 형성된 캐비티(C)를 포함할 수 있다.
요철층(120)의 요철면은 표면 거칠기가 증가되어 조도가 10nm 이상일 수 있으며 여기서 조도는 산술 평균 조도, 즉, Ra를 의미할 수 있다. 요철면의 표면 조도(Ra)는 샘플링된 영역(예컨대, 5*5μm2)에 대하여 AFM (Atomic Force Microscopy)으로 측정할 수 있다. 종래의 반사 코팅층과 같이 표면의 거칠기를 따로 증가시키지 않을 경우, 조도(Ra)는 2nm 수준에 불과하며 표면 거칠기가 높은 경우에도 조도(Ra)가 10nm 수준을 넘기 어려웠다. 본 실시 형태에서는 요철층(120)의 요철면이 높은 수준, 예컨대 10nm 이상의 조도(Ra)가 되도록 함으로써 렌즈(100)의 반사도를 저감할 수 있었다. 그리고 요철층(120)을 커버하는 버퍼층(130)과 발수층(140)이 형성되더라도 이들은 요철층(120)의 요철면을 추종하는 형태로 형성될 수 있으며 이에 따라 표면 조도(Ra)의 변동은 크지 않을 수 있다. 요철층(120)의 조도(Ra)는 100nm 이하로 설정될 수 있으며, 요철층(120)의 조도(Ra)가 100nm를 초과하면 전체적인 코팅 구조의 두께가 증가됨에 따라 굴절률이 다시 증가하는 경향을 보이는데 이 경우, 렌즈부(110)와 굴절률과 차이가 적어져 반사도를 낮추기 어려울 수 있다.
한편, 도 4는 본 실시 형태와 같이 표면 거칠기가 증가된 요철층(120)의 반사도를 측정한 것이며, 가시광 영역의 대부분에서 반사도가 0.2 이하 수준으로 낮아진 것을 확인할 수 있다.
요철층(120)은 가시광선 영역에서 반사도가 높은 물질층, 예컨대, Al2O3층을 포함할 수 있으며, 구체적으로, Al2O3층을 다양한 증착 방법, 예컨대, ALD (Atomic Layer Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition) 등의 방법으로 형성할 수 있다. 이 외에 Al층을 형성한 후 이를 Al2O3층으로 산화시키는 방법도 이용할 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 요철층(120)의 Al2O3층에서 표면 거칠기를 증가시키기 위한 후처리 공정을 거칠 수 있으며, 예컨대, Al2O3층을 약 40-80℃ 정도의 온수에 침지하거나 높은 습도 및 온도를 가해줄 수 있는 챔버에 넣는 방법 등을 사용할 수 있다.
버퍼층(130)은 요철층(120)을 커버하며, 요철층(120)과 발수층(140) 사이에 배치된다. 버퍼층(130)은 요철층(120)의 요철면을 추종하는 형상으로 형성되며, 이에 따라 버퍼층(130)이 전체적으로 높은 수준의 조도(Ra)를 갖는 요철면을 유지할 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 버퍼층(130)은 요철층(120)의 요철면을 추종하면서 그 두께(t1)는 발수층(140)의 두께(t2)보다 두꺼울 수 있다. 요철층(120)의 표면에 버퍼층(130)을 채용할 경우, 버퍼층(130)은 요철층(120)가 과도하게 산화되는 것을 방지할 있다. 또한, 버퍼층(130)이 요철층(120)의 표면 요철 구조를 추종하는 형상을 갖는 경우 렌즈(100)의 코팅부(R1)의 표면이 요철 구조를 유지할 수 있으므로 렌즈(100)의 반사도를 더욱 저감할 수 있다. 이 외에도 버퍼층(130)을 채용함으로써 그 위에 배치되는 발수층(140)은 충분한 두께로 전체적으로 균일하게 형성될 수 있다.
버퍼층(130)은 CVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition) 등의 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 이 경우, 요철층 (120)의 표면 요철 구조를 추종하도록 버퍼층(130)을 형성하기 위한 측면에서, PVD 공정보다는 CVD 공정이 더 적합할 수 있다. 증발(Evaporation), 스퍼터(Sputter) 공정 등이 PVD 공정에 해당하는데 이를 통하여 표면 요철 구조를 추종하도록 버퍼층(130)을 증착하기 어려우며, 이 경우, 요철 영역에 따라 증착 두께 차이가 발생할 수 있어 버퍼층(130)의 두께를 균일하게 구현하기 용이하지 않다. 이와 비교하여, CVD 공정의 경우 증착하고자 하는 물질이 화학적인 반응을 통하여 증착되기 때문에 표면 요철 구조를 추종하면서 증착이 가능하다. 이 경우, 컨포멀 코팅(conformal coating)에 적합한 공정을 사용하는 것이 유리하며, 예컨대, ALD (Atomic Layer Deposition), MVD (Molecular Vapor Deposition) 등을 사용하여 버퍼층(130)을 형성할 수 있다. 한편, 버퍼층(130)을 CVD, ALD, MVD 등의 증착 공정으로 구현 가능한 재료로 형성될 수 있다. 구체적으로, 버퍼층(130)은 실록산, SiO2, SiON, Si3N4, TiO2, TiON, TiN 등의 물질로 형성될 수 있으며 이러한 물질들이 복수 개 혼합되어 구현될 수도 있을 것이다. 특히, 버퍼층(130)이 Si기를 포함하는 경우 발수층(140)과 더욱 효과적으로 결합될 수 있다.
발수층(140)이 과도하게 두꺼울 경우 코팅부(R1)의 반사 방지 성능이 저하될 수 있으며 버퍼층(130)을 발수층(140)보다 두껍게 형성하는 경우 렌즈(100)의 저반사 특성과 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. 다만 요철층(120)의 요철면이 유지되지 못할 정도로 버퍼층(130)이 지나치게 두꺼워지면 다시 반사도가 높아질 수 있으므로 본 실시 형태에서는 버퍼층(130)이 요철층(120)의 요철면을 추종하도록 두께(t1)를 조절하였다. 버퍼층(130)의 두께(t1)는 비파괴 검사와 파괴 검사 모두를 활용하여 측정될 수 있다. 비파괴 검사의 예로서 타원계측법(ellipsometer), 반사측정법(reflectometer) 등이 있다. 파괴 분석의 일 예로서, 버퍼층(130)을 FIB (Focused Ion Beam) 단면 가공한 후 TEM 분석을 할 수 있으며, 버퍼층(130)의 단면은 렌즈부(110)의 중앙부, 즉, 렌즈부(110)의 가장 두꺼운 영역을 포함하도록 취할 수 있다. 그리고 버퍼층(130)의 두께(t1)는 요철층(120)의 표면에 대하여 수직인 방향으로 측정한 거리로 정의될 수 있고 등간격을 갖는 다수의 영역에서 측정한 값들을 평균한 값으로 정해질 수 있다.
발수층(140)은 요철층(120)의 표면 산화를 방지하는 목적 등으로 채용된 것이며, 버퍼층(130)의 표면을 추종하는 형상일 수 있다. 상술한 바와 같이 요철층(120)의 표면 요철 구조에 의하여 반사도가 낮아질 수 있지만 요철층(120)의 표면이 산화되는 경우 요철층(120)의 두께가 변화하며 이에 따라 반사도가 다시 높아지는 현상이 확인되었으며, 특히, 요철 구조에 의하여 요철층(120)의 표면적이 증가됨에 따라 이러한 현상을 더욱 가속화될 수 있다. 본 실시 형태와 같이, 버퍼층(130)을 커버하는 발수층(140)을 채용함으로써 수산기(hydroxyl)와의 반발력이 증가되어 특히, 요철층(120)의 요철 구조에서의 표면 산화가 저감될 수 있으며, 이로부터 렌즈(100)의 반사도가 증가하는 문제를 최소화할 수 있다. 발수층(140)을 구성하는 물질의 예로서, 발수층(140)은 Si 헤드(head) 기를 갖는 플루오르-카본(Fluoro-Carbon) 성분을 포함할 수 있으며, 이에 따라 발수층(140)은 버퍼층(130)과 화학 결합을 형성할 수 있다. 구체적으로, 발수층(140)의 Si 헤드 기가 버퍼층(130)의 표면 산소기와 결합하여 화학 결합을 형성할 수 있다. 이를 위하여 버퍼층(130)은 Si 성분을 포함할 수 있다. 발수층(140)이 버퍼층(130)과 화학 결합을 형성함으로써 발수층(140)이 구조적 안정성이 향상되고 고른 두께로 형성될 수 있다.
한편, 발수층(140)의 두께(t2)는 버퍼층(130)과 유사한 비파괴 검사나 파괴 검사를 사용하여 측정될 수 있다. 다만 발수층(140)이 매우 얇아서 상술한 두께 측정 방법을 사용하기 어려운 경우에는 TEM 분석 시 두께 방향으로 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 분석을 하여 발수층(140)의 성분, 예컨대, 불소(Fluorine) 성분을 확인함으로써 발수층(140)을 구분할 수 있다. 한편, 상술한 두께 측정 방법들은 버퍼층(130)과 발수층(140) 외에 다른 층에 대해서도 적용할 수 있을 것이다.
본 발명의 발명자는 렌즈의 코팅 구조를 아래와 같이 달리하여 각 샘플들의 발수 성능을 알아보았으며, 실험 예 중, #1 샘플은 버퍼층과 발수층이 없는 경우, #2 샘플은 버퍼층이 없는 경우에 해당한다. 그리고 #3 내지 #7 샘플들은 버퍼층의 두께를 2nm에서 10nm로 증가시킨 코팅 구조를 갖는다.
| 실험 예 | 코팅부 구조 | 접촉각(°) |
| #1* | 요철층 | 9.3 |
| #2 | 요철층+발수층 | 99.5 |
| #3 | 요철층+버퍼층(2nm)+발수층 | 145.3 |
| #4 | 요철층+버퍼층(4nm)+발수층 | 146.7 |
| #5 | 요철층+버퍼층(6nm)+발수층 | 150.4 |
| #6 | 요철층+버퍼층(8nm)+발수층 | 146.5 |
| #7 | 요철층+버퍼층(10nm)+발수층 | 132.5 |
#1 샘플의 경우, 수산기와의 접촉각이 10° 미만으로 낮은 값을 보이는데 이는 친수성 표면임을 나타낸다. 이와 비교하여 #2 샘플의 경우, 요철층과 화학 결합을 형성하는 발수층을 채용하여 접촉각이 증가한 것을 확인할 수 있다. 특히 버퍼층(130)과 발수층(140)을 함께 채용한 #3 내지 #7 샘플들은 접촉각 130°으로 상승하였으며 이로부터 충분한 발수 성능을 구현할 수 있었다. 이러한 실험 결과와 버퍼층(130)은 렌즈(100)의 투과나 반사도에 큰 영향을 주지 않을 정도의 두께를 갖는 것이 바람직한 것을 고려할 때 그 두께(t1)는 2nm 이상 10nm 이하일 수 있다. 또한, 발수층(140)은 발수 성능을 확보하면서도 렌즈(100)의 투과나 반사도에 큰 영향을 미치지 않기 위한 조건으로서 그 두께(t2)는 10nm 이하일 수 있다. 상술한 버퍼층(130)과 발수층(140)은 다양한 박막 공정에 의하여 형성될 수 있으며, 예컨대, MVD (Molecular Vapor Deposition)으로 형성될 수 있다.
상술한 실시 형태에서는 코팅부(R1)가 렌즈부(110)의 일면(S1)에 가까운 순서로 요철층(120), 버퍼층(130), 발수층(140)을 포함하는 구조를 한정하고 있지만, 도 5에 도시된 형태와 같이, 요철층(120)과 발수층(140)이 화학 결합을 형성하여 안정적인 구조를 이루는 경우라면 버퍼층(130)이 생략될 수도 있을 것이다. 이는 위 실험 결과에서 #2 샘플에 해당하며 100°에 가까운 접촉각을 보였으며 발수층(140)이 없는 #1 샘플과 비교하여 발수 성능이 현저히 개선된 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 발수층(140)의 Si 헤드 기가 요철층(120)의 표면 산소기와 결합하여 화학 결합을 형성할 수 있다. 이를 위하여 요철층(120)은 Al2O3 성분을 포함할 수 있다. 발수층(140)이 요철층(120)과 화학 결합을 형성함으로써 발수층(140)이 구조적 안정성이 향상되고 고른 두께로 형성될 수 있다. 요철층(120)의 표면에 발수층(140)이 직접 형성된 구조는 이하의 변형 예들에도 적용될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 발명자들은 8585 고온/고습 신뢰성 환경에서의 반사도의 변화를 살펴보기 위하여 상기 실시 예 1과 실시 예 5의 샘플들에서 반사도 변화를 확인하였고 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다. 8585 고온/고습 신뢰성 테스트는 96시간 동안 85℃, 85% 습도 분위기의 챔버에 샘플을 넣어서 실행되었고, 신뢰성 환경을 거치기 전과 후의 반사도 변화량을 측정하였다. 실시 예 1의 경우는 680nm 파장대에서 8585 신뢰성 환경을 거친 후 반사도가 2.75% 증가 하였지만 실시 예 5에서는 반사도가 0.15% 감소하는 수준으로 거의 변하지 않는 것을 확인 하였다.
| 반사도 변화량(680nm) | |
| #1* | 2.75% 증가 |
| #5 | 0.15% 감소 |
이하, 도 6 내지 13을 참조하여 변형 예에 따른 렌즈를 설명한다. 도 6의 변형 예의 경우, 코팅부(R1)는 렌즈부(110)와 요철층(120) 사이에 배치된 베이스층(150)을 더 포함한다. 베이스층(150)은 코팅부(R1)의 반사도를 더욱 낮출 수 있으며, 이와 더불어 요철층(120)가 안정적으로 형성될 수 있도록 할 수 있다. 베이스층(150)은 SiO2층을 포함할 수 있으며, 반사 저감 기능 등을 고려하였을 때 그 두께(t3)는 200nm 이하일 수 있다. 이 경우, 베이스층(150)은 단층 구조가 아닌 다층 구조로 형성되어 반사도를 더욱 저감시킬 수도 있으며, 예컨대, 도 7에 도시된 형태와 같이 베이스층(150)은 SiO2층(111) 및 TiO2층(112)의 적층 구조를 포함할 수 있다.
다음으로, 도 8의 변형 예의 경우, 렌즈부(110)에서 일면(S1)에 대향하는 타면(S2)에 추가적인 코팅부(R2)가 형성되며, 이하부터는, R1을 제1 코팅부로, R2를 제2 코팅부로 칭하기로 한다. 본 변형 예에서, 제1 코팅부(R1)와 제2 코팅부(R2)는 렌즈부(110)를 기준으로 서로 대칭 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 코팅부(R1)와 마찬가지로 제2 코팅부(R2)는 렌즈부(110)의 타면(S2)에 순차적으로 형성된 요철층(220), 버퍼층(230), 발수층(240)을 포함할 수 있으며, 각각의 구성 요소들은 제1 코팅부(R1)의 구성 요소들과 동일한 형태를 가질 수 있다. 제2 코팅부(R2)가 추가됨에 따라 렌즈(100) 전체적으로 반사도를 더욱 저감할 수 있다. 또한, 제1 코팅부(R1)와 제2 코팅부(R2)가 대칭 구조이기 때문에 이들을 동시에 형성하기에 적합할 수 있다. 다만, 제1 및 제2 코팅부(R1, R2)가 대칭 구조로 형성된다는 것은 각 층들의 두께, 형상이 동일하다는 것까지 의미하는 것은 아니며, 제1 및 제2 코팅부(R1, R2)에서 각 층들의 배치 순서가 렌즈부(110)의 일면(S1)과 타면(R2) 각각으로부터 동일하다는 것을 의미한다. 예컨대, 제1 및 제2 코팅부(R1, R2)에서 각각의 요철층(120, 220)는 서로 다른 형상의 요철 구조를 가질 수 있다.
제1 및 제2 코팅부(R1, R2)는 다음의 변형 예들과 같이 저반사 성능을 더욱 향상시키기 위한 목적 등으로 비대칭 구조로 형성될 수도 있으며, 비대칭 구조의 경우, 제1 및 제2 코팅부(R1, R2)를 보다 효율적으로 제조하는데 유리할 수 있다. 우선, 도 9의 변형 예와 같이, 제1 코팅부(R1)는 도 8의 실시 형태와 비교하여 렌즈부(110)와 요철층(120) 사이에 배치된 베이스층(150)을 더 포함하며, 베이스층(150)은 SiO2층을 포함할 수 있다. 그리고 제2 코팅부(R2)는 렌즈부(110)의 타면(S2)에 형성된 베이스층(250)을 포함하며, 베이스층(250)은 제1 코팅부(R1)의 경우와 마찬가지로 SiO2층을 포함할 수 있다. 도시된 형태와 같이 제2 코팅부(R2)는 제1 코팅부(R1)와 대칭 구조를 이루지 않으며 베이스층(250) 외에 다른 코팅층을 포함하지 않는다. 또한, 도 10의 변형 예와 같이, 제1 코팅부(R1)는 베이스층(150)을 포함하지 않는 형태로 구현될 수도 있으며, 이 경우에도 제1 및 제2 코팅부(R1, R2)는 비대칭 구조를 이룬다. 즉, 도 10의 변형 예에서는 제1 코팅부(R1)의 요철층(120)은 렌즈부(110)의 일면(S1)에 직접 형성되어 있다.
다음으로, 도 11의 변형 예의 경우, 제1 코팅부(R1)는 도 9의 실시 형태와 동일하며, 다만, 제2 코팅부(R2)가 다층 구조로 구현되어 있다. 즉, 제2 코팅부(R2)의 베이스층(250)은 SiO2층(211) 및 TiO2층(212)의 적층 구조를 포함한다. 도시된 형태와 같이 제2 코팅부(R2)는 제1 코팅부(R1)와 대칭 구조를 이루지 않으며 베이스층(250) 외에 다른 코팅층을 포함하지 않는다. 또한, 도 12의 변형 예와 같이, 제1 코팅부(R1)는 베이스층(150)을 포함하지 않는 형태로 구현될 수도 있으며, 이 경우에도 제1 및 제2 코팅부(R1, R2)는 비대칭 구조를 이룬다. 또한, 도 13의 변형 예와 같이, 제1 코팅부(R1)는 베이스층(150)이 다층 구조, 예컨대, SiO2층(111) 및 TiO2층(112)의 적층 구조를 포함하는 형태로 구현될 수도 있다.
도 14는 렌즈 어셈블리를 개략적으로 나타낸 절개 사시도이다. 본 실시 형태에서, 렌즈 어셈블리(500)는 적어도 하나의 렌즈(301-304)를 포함한다. 본 실시 형태에서는 렌즈 어셈블리(500)가 4개의 렌즈(301-304)를 포함하며, 렌즈(301-304)의 개수나 각각의 형상은 필요한 기능이나 크기 조건 등에 따라 바뀔 수 있을 것이다. 렌즈 어셈블리(500)는 복수의 렌즈(301-304) 외에 렌즈공(350h)을 갖는 렌즈 배럴(350)을 포함할 수 있다. 렌즈 배럴(350)은 중공이 형성된 원통 형상을 가질 수 있으며, 렌즈 배럴(350)의 일면에는 광 투과를 위한 렌즈공(350h)이 관통 형성될 수 있다. 복수의 렌즈(301-304) 중 적어도 하나의 렌즈(301)는 상술한 실시 형태에 따른 저반사 렌즈를 채용할 수 있다. 즉, 도시된 형태와 같이, 저반사 렌즈(301)는 렌즈부(310) 및 그 일면(S1)에 배치된 코팅부(R1)를 포함하며, 코팅부(R1)는 요철층(320), 버퍼층(330), 발수층(340)을 포함한다. 이 경우, 저반사 렌즈(301)는 광이 입사하는 측, 즉, 광축 방향(도면을 기준으로 X 방향)으로 복수의 렌즈(301-304) 중에서 렌즈 어셈블리(500)의 최외측에 배치될 수 있다. 복수의 렌즈(301-304) 중 최외측에 배치된 렌즈(301)의 반사도가 렌즈 어셈블리(500)의 전체적인 반사도에 가장 큰 영향을 미치므로, 본 실시 형태와 같이 최외측에 저반사 렌즈(301)를 채용함으로써 렌즈 어셈블리(500)의 반사도 저감 효과가 극대화될 수 있다.
한편, 저반사 렌즈(301)는 도 14에 도시된 형태 외에도 앞서 설명한 다양한 구조(예컨대, 도 5 내지 13에 도시된 형태)를 가질 수 있다. 또한, 최외측에 배치된 렌즈(301) 외의 나머지 렌즈들(302-304) 중 적어도 하나에도 저반사 렌즈(301)와 같은 코팅부를 적용하여 렌즈 어셈블리(500)의 반사도를 더욱 저감할 수 있을 것이다. 렌즈 어셈블리(500)에 대한 이러한 다양한 변형 구조들은 이하의 휴대용 전자기기에도 적용될 수 있을 것이다.
도 15 및 도 16은 휴대용 전자기기를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 각각 전면부와 후면부를 나타낸다. 그리고 도 17 및 도 18은 각각 도 15 및 도 16에서 렌즈 어셈블리의 주변 영역(B, C)을 확대하여 나타낸 단면도이다. 휴대용 전자기기(600)는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 PC 등 다양한 전자기기 형태로 제공되며 본 실시 형태에서는 스마트폰을 기준으로 설명한다. 휴대용 전자기기(600)는 주요 구성으로서 디스플레이부(601)와 제1 렌즈 어셈블리(611) 및 제2 렌즈 어셈블리(612)를 포함한다. 다만, 필요에 따라 제1 및 제2 렌즈 어셈블리(611, 612) 중 어느 하나만 사용될 수도 있을 것이다. 디스플레이부(601)와 렌즈 어셈블리(611, 612) 외에 휴대용 전자기기(600)를 구성하는 나머지 주요 요소들(예컨대, 프로세싱 모듈, 통신 모듈, 터치 센싱 모듈 등)은 당 기술 분야에서 공지된 구성을 사용할 수 있으며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제1 및 제2 렌즈 어셈블리(611, 612)는 도 14에서 설명한 구조를 가질 수 있으며, 구체적으로, 제1 렌즈 어셈블리(611)는 복수의 렌즈(701-704) 외에 렌즈공(750h)을 갖는 렌즈 배럴(750)을 포함할 수 있다. 복수의 렌즈(701-704) 중 적어도 하나의 렌즈(701)는 상술한 실시 형태에 따른 저반사 렌즈를 채용할 수 있다. 즉, 도시된 형태와 같이, 저반사 렌즈(701)는 렌즈부(710) 및 그 일면(S1)에 배치된 코팅부(R1)를 포함하며, 코팅부(R1)는 요철층(720), 버퍼층(730), 발수층(740)을 포함한다. 이 경우, 저반사 렌즈(701)는 광이 입사하는 방향, 즉, 광축 방향(도면을 기준으로 Z 방향)으로 복수의 렌즈(701-704) 중에서 제1 렌즈 어셈블리(611)의 최외측에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제2 렌즈 어셈블리(612)는 복수의 렌즈(801-804) 외에 렌즈공(850h)을 갖는 렌즈 배럴(850)을 포함할 수 있다. 복수의 렌즈(801-804) 중 적어도 하나의 렌즈(801)는 상술한 실시 형태에 따른 저반사 렌즈를 채용할 수 있다. 즉, 도시된 형태와 같이, 저반사 렌즈(801)는 렌즈부(810) 및 그 일면(S1)에 배치된 코팅부(R1)를 포함하며, 코팅부(R1)는 요철층(820), 버퍼층(830), 발수층(840)을 포함한다. 이 경우, 저반사 렌즈(801)는 광이 입사하는 방향, 즉, 광축 방향(도면을 기준으로 Z 방향)으로 복수의 렌즈(801-804) 중에서 제1 렌즈 어셈블리(811)의 최외측에 배치될 수 있다.
도시된 형태와 같이, 제1 렌즈 어셈블리(611)는 디스플레이부(601)에 의하여 커버될 수 있으며, 예컨대, 디스플레이부(601) 중 강화 유리 부분에 의하여 커버될 수 있다. 다만, 강화 유리가 제1 렌즈 어셈블리(611)를 커버하는 경우 상기 강화 유리는 디스플레이부(601)의 일부 구성일 필요는 없을 것이다. 이렇게 제1 렌즈 어셈블리(611)가 디스플레이부(601) 등에 의하여 커버되는 경우에는 렌즈에 입사하는 광량이 줄어들 수 있으므로 제1 렌즈 어셈블리(611)의 반사도는 카메라 모듈의 성능에 더욱 큰 영향을 미칠 수 있다. 다시 말해, 휴대용 전자기기(600)의 전면부의 경우, 디스플레이부(601)에 의하여 재1 렌즈 어셈블리(611)가 커버될 수 있으며, 이는 소위 UDC (Under Display Camera) 구조에 해당한다. UDC 구조는 카메라 홀 가공을 줄일 수 있는 장점은 있으나 UDC 구조 구현을 위하여 카메라 위에 추가적인 강화 유리가 배치됨에 따라 카메라에 입사되는 광량은 감소하게 되어 성능 저하가 발생할 수 있다. 따라서 UDC 구조에서 렌즈의 반사도가 높을 경우 카메라 모듈의 성능이 크게 저하될 수 있으며, 본 실시 형태와 같이 저반사 렌즈(701)를 입사측, 즉, 디스플레이부(601)에 가장 가깝게 배치함으로써 제1 렌즈 어셈블리(611)의 반사도 저감 효과가 극대화되어 이를 포함하는 카메라 모듈의 성능이 향상될 수 있다. 한편, 상술한 예에서는 제1 렌즈 어셈블리(611)가 디스플레이부(601) 등에 의하여 커버되는 경우를 설명하였으나, 실시 형태에 따라서는 제2 렌즈 어셈블리(612)도 광량 손실이 발생할 수 있는 광학 요소 예컨대, 강화 유리 등에 의하여 커버될 수 있으며 이러한 경우 제2 렌즈 어셈블리(612)의 반사도 저감 효과는 더욱 중요할 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
100: 렌즈
110: 렌즈부
R1, R2: 코팅부
120, 220: 요철층
130, 230: 버퍼층
140, 240: 발수층
150, 250: 베이스층
111, 211: SiO2층
112, 212: TiO2층
500: 렌즈 어셈블리
600: 휴대용 전자기기
601: 디스플레이부
611, 612: 렌즈 어셈블리
110: 렌즈부
R1, R2: 코팅부
120, 220: 요철층
130, 230: 버퍼층
140, 240: 발수층
150, 250: 베이스층
111, 211: SiO2층
112, 212: TiO2층
500: 렌즈 어셈블리
600: 휴대용 전자기기
601: 디스플레이부
611, 612: 렌즈 어셈블리
Claims (29)
- 렌즈부; 및
상기 렌즈부의 표면 중 적어도 일부에 형성된 요철층;
상기 요철층을 커버하며 상기 요철층의 요철면을 추종하는 형상의 버퍼층; 및
상기 버퍼층을 커버하는 발수층;을 포함하며,
상기 버퍼층은 상기 발수층보다 두꺼우며,
상기 발수층은 상기 버퍼층의 표면을 추종하는 형상이며,
상기 요철층은 불규칙한 형상의 요철 구조를 포함하며, 상기 요철 구조 중 적어도 일부에 의하여 형성된 캐비티를 포함하는 렌즈.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 요철층의 요철면은 조도(Ra)가 10nm 이상인 렌즈.
- 제1항에 있어서,
상기 요철층의 요철면은 조도(Ra)가 10nm 이상이며, 100nm 이하인 렌즈.
- 제1항에 있어서,
상기 버퍼층의 두께는 2nm 이상 10nm 이하인 렌즈.
- 제1항에 있어서,
상기 버퍼층은 실록산, SiO2, SiON, Si3N4, TiO2, TiON, TiN으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 렌즈.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 발수층은 상기 버퍼층과 화학 결합을 형성하는 렌즈.
- 제1항에 있어서,
상기 발수층의 두께는 10nm 이하인 렌즈.
- 제1항에 있어서,
상기 렌즈부와 요철층 사이에 배치된 베이스층을 더 포함하는 렌즈.
- 제12항에 있어서,
상기 베이스층은 SiO2층을 포함하는 렌즈.
- 제12항에 있어서,
상기 베이스층의 두께는 200nm 이하인 렌즈.
- 제12항에 있어서,
상기 베이스층은 SiO2층 및 TiO2층의 적층 구조를 포함하는 렌즈.
- 제1항에 있어서,
상기 요철층은 상기 렌즈부의 일면 및 이에 대향하는 타면에 형성된 렌즈.
- 제16항에 있어서,
상기 렌즈부와 요철층 사이에 상기 렌즈부의 일면 및 타면에 배치된 베이스층을 더 포함하는 렌즈.
- 제17항에 있어서,
상기 베이스층은 SiO2층 및 TiO2층의 적층 구조를 포함하는 렌즈.
- 제16항에 있어서,
상기 요철층은 상기 렌즈부의 일면에 직접 형성되며,
상기 렌즈부의 타면에 상기 렌즈부와 상기 요철층 사이에 배치된 베이스층을 더 포함하는 렌즈.
- 제19항에 있어서,
상기 베이스층은 SiO2층 및 TiO2층의 적층 구조를 포함하는 렌즈.
- 삭제
- 삭제
- 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리에 있어서,
상기 적어도 하나의 렌즈 중 적어도 하나는 렌즈부 및 상기 렌즈부의 표면 중 적어도 일부에 형성된 요철층, 상기 요철층을 커버하며 상기 요철층의 요철면을 추종하는 형상의 버퍼층 및 상기 버퍼층을 커버하는 발수층을 포함하며, 상기 버퍼층은 상기 발수층보다 두꺼우며, 상기 발수층은 상기 버퍼층의 표면을 추종하는 형상인 저반사 렌즈이며,
상기 요철층은 불규칙한 형상의 요철 구조를 포함하며, 상기 요철 구조 중 적어도 일부에 의하여 형성된 캐비티를 포함하는 렌즈 어셈블리.
- 삭제
- 제23항에 있어서,
상기 저반사 렌즈는 광축 방향으로 상기 적어도 하나의 렌즈 중에서 상기 렌즈 어셈블리의 최외측에 배치된 렌즈 어셈블리.
- 디스플레이부 및 렌즈 어셈블리를 포함하는 휴대용 전자기기에 있어서,
상기 렌즈 어셈블리는 적어도 하나의 렌즈를 포함하며,
상기 적어도 하나의 렌즈 중 적어도 하나는 렌즈부 및 상기 렌즈부의 표면 중 적어도 일부에 형성된 요철층, 상기 요철층을 커버하며 상기 요철층의 요철면을 추종하는 형상의 버퍼층 및 상기 버퍼층을 커버하는 발수층을 포함하며, 상기 버퍼층은 상기 발수층보다 두꺼우며, 상기 발수층은 상기 버퍼층의 표면을 추종하는 형상인 저반사 렌즈이며,
상기 요철층은 불규칙한 형상의 요철 구조를 포함하며, 상기 요철 구조 중 적어도 일부에 의하여 형성된 캐비티를 포함하는 휴대용 전자기기.
- 제26항에 있어서,
상기 저반사 렌즈는 상기 적어도 하나의 렌즈의 광축 방향으로 상기 렌즈 어셈블리의 최외측에 배치된 휴대용 전자기기.
- 제26항에 있어서,
상기 렌즈 어셈블리는 상기 디스플레이부에 의하여 커버되는 휴대용 전자기기.
- 제26항에 있어서,
상기 렌즈 어셈블리는 강화 유리에 의하여 커버되는 휴대용 전자기기.
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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| WO2018168326A1 (ja) * | 2017-03-16 | 2018-09-20 | ソニー株式会社 | 光学部品、光学部品の製造方法、及び画像表示装置 |
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