KR20100066804A - 렌즈 내부에 조리개와 배플을 포함하는 웨이퍼 스케일 렌즈와 그 제조방법 - Google Patents

렌즈 내부에 조리개와 배플을 포함하는 웨이퍼 스케일 렌즈와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 스케일 렌즈와 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 렌즈 내부에 조리개와 배플을 포함하여 화각 이외의 입사광을 차단할 수 있어 불필요한 광에 의한 화상 저하를 개선할 수 있도록 하도록 한 렌즈 내부에 조리개와 배플을 포함한 웨이퍼 스케일 렌즈와 그 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 렌즈 기판과, 상기 렌즈 기판의 적어도 일면에 적층된 렌즈 요소로 이루어지는 하나의 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈 기판과 렌즈 요소 사이의 적어도 일면에 화각 이외의 입사광의 차단하기 위한 경사면을 구비한 배플기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈가 제공된다.
웨이퍼 스케일 렌즈, 결상 렌즈, 조리개, 배플

Description

렌즈 내부에 조리개와 배플을 포함하는 웨이퍼 스케일 렌즈와 그 제조방법{Wafer scale lens having the aperture and baffle and Fabrication method thereof}
본 발명은 웨이퍼 스케일 렌즈와 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 렌즈 내부에 조리개와 배플을 포함하여 화각 이외의 입사광을 차단할 수 있어 불필요한 광에 의한 화상 저하를 개선할 수 있도록 하도록 한 렌즈 내부에 조리개와 배플을 포함한 웨이퍼 스케일 렌즈와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 이미지 센서의 소형화에 따라 이를 사용하는 전자 기기들 또한 소형화되어 왔다. 이러한 소형화는 최근 휴대성과 편리성 때문에 크게 인기를 얻고 있는 모바일폰과 만나면서 모바일폰 카메라모듈이라는 시장을 폭발적으로 성장하는 계기를 마련하게 되었다. 이러한 폭발적인 모바일폰 시장의 성장에 힘입어 작고 가격이 저렴하면서도 성능이 좋은 카메라 모듈에 대한 수요 또한 증가해 왔다.
도 1은 통상의 조리개를 갖는 결상 렌즈의 배열상태를 나타내는 도면이다.
상기 결상 렌즈는 일반적으로 초소형 카메라용 결상 렌즈로서, 물체측으로부터 순서대로 제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제3 렌즈(3)를 포함하여 구성된다.
또한, 제3 렌즈(3) 다음에는 필터부재(5)와 이미지 센서(6)가 배치되는데, 상기 필터부재(5)로는 일반적으로 적외선(IR) 필터가 사용된다.
상기와 같은 결상 렌즈에는 입사 광량을 결정하고 해상력을 제어하기 위해, 제1 렌즈(1) 앞에 별도의 기구물로서 조리개(4)가 배치된다.
그러나, 도 1의 종래 초소형 카메라용 결상 렌즈와 같이 렌즈 외의 공간에 조리개(4)를 배치하여 구성하는 것은 결상 렌즈의 소형화, 경량화 측면에서 문제점이 지적되고 있다.
특히, 소형화, 저비용화를 만족시키기 위해 결상 렌즈의 제작이 종래 사출방식을 통해 제작된 단 렌즈를 조립하는 방식이 아닌 UV 레플리카(Replica) 방식을 통한 웨이퍼 스케일(Wafer Scale)로 이루어지고 있는 지금, 별도의 기구물이 아닌 결상 렌즈내에 조리개를 형성할 수 있는 기술이 요구되었다.
이러한 문제점을 개선하기 위한 종래 개선된 기술로, 렌즈 외의 공간에 배치되는 조리개 대신에 렌즈의 일면에 스탑을 형성함으로써 소형화, 경량화가 가능한 결상 렌즈 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
도 2는 종래 개선된 기술에 따른 결상 렌즈의 배열상태를 나타내는 도면이다.
종래 개선된 기술의 결상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20), 제3 렌즈(30)를 포함하여 구성되며, 상기 제3 렌즈(30) 다음에는 이미 지 센서(40)가 배치된다.
상기 렌즈들(10, 20, 30)은 유리 등으로 이루어진 투명한 렌즈 또는 렌즈기판의 상부면에 폴리머(polymer) 등의 투명한 광학재료를 적층하여 렌즈요소를 형성하는 레플리카(replica) 방식에 의해 제조된다.
이때, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 렌즈(10)에는 스탑(140)이 일체로 형성되는데, 상기 스탑(140)은 물체측으로부터 들어오는 광량을 조절하기 위한 것으로 조리개 역할을 하는 구성요소를 말한다.
한편, 상기와 같은 개선된 종래 기술은 제1 렌즈 앞에 형성되는 스탑이 광차단의 효과는 있으나 너무 얇은 두께로 형성되기 때문에 화각 이외의 입사광을 차단하지 못하여 화상 저하가 발생되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 화각 이외의 입사광을 차단할 수 있어 불필요한 광에 의한 화상 저하를 개선할 수 있도록 렌즈 내부에 조리개와 배플이 포함되도록 구성된 웨이퍼 스케일 렌즈와 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 렌즈 기판과, 상기 렌즈 기판의 적어도 일면에 적층된 렌즈 요소와, 상기 렌즈 기판과 렌즈 요소 사이에 위치하며 적어도 일면에 화각 이외의 입사광의 차단하기 위한 경사면을 구비하고 있는 배플기판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 경사면은 계단형의 회절격자 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 경사면은 쐐기형 경사면을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 배플기판의 외부를 감싸고 형성되어 있으며 입사하는 광을 차단하는 광차단막을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 광차단막은 감광성 수지층인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 (A) 배플기판상에 화각 이외의 입사광의 차단하기 위한 경 사면을 포함하는 홀을 형성하는 단계; (B) 상기 배플기판과 렌즈기판을 일체화 시키는 단계; (C) 상기 렌즈기판상에 렌즈 소재를 주입하는 단계; 및 (D) 몰드를 사용하여 렌즈 요소를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 (A) 단계 이후에, (E) 경사면이 형성된 배플기판에 광량을 조절하기 위한 광차단막을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 (A) 단계에서 제조되는 상기 배플기판의 경사면은 계단형의 회절격자 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 (A) 단계에서 제조되는 상기 배플기판의 경사면은 쐐기형 경사면을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 일정한 두께를 가지면서 화각에 맞는 일정한 경사각을 가지는 광차단막을 구비하여 화각 이외의 입사광을 차단할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 화각 이외의 입사광을 차단할 수 있도록 일정한 두께를 갖도록 하여 화상 저하를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이제, 도 3이하의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 렌즈 내부에 조리개와 배 플을 포함한 웨이퍼 스케일 렌즈와 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈 내부에 조리개와 배플이 포함된 웨이퍼 스케일 렌즈를 포함한 결상 렌즈의 배열상태를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈 내부에 조리개와 배플이 포함된 웨이퍼 스케일 렌즈를 포함한 결상 렌즈는 물체측으로부터 순서대로 제1 렌즈(110)(본 발명의 웨이퍼 스케일 렌즈), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130)를 포함하여 구성되며, 상기 제3 렌즈(130) 다음에는 이미지 센서(140)가 배치된다.
상기 렌즈들(110, 120, 130)은 유리 등으로 이루어진 투명한 렌즈 또는 렌즈기판의 상부면에 폴리머(polymer) 등의 투명한 광학재료를 적층하여 렌즈요소를 형성하는 레플리카(replica) 방식에 의해 제조되는 것이나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 알려진 다양한 제조방식을 사용하여 상기 렌즈들(110, 120, 130)을 제조하는 것도 가능하다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 렌즈(110)에는 배플기판(150)이 일체로 형성되는데, 상기 배플기판(150)은 물체측으로부터 들어오는 광량을 조절하기 위한 것으로 조리개 역할을 할 뿐만 아니라 화각 이외에서 입사되는 입사광을 차단하는 역할도 수행한다.
즉, 상기 배플기판(150)의 안쪽 가장자리에는 화각에 맞는 일정한 경사각을 가지는 경사면(150a)이 구비되어 화각 이외의 입사광을 차단할 수 있어 불필요한 광에 의한 화상 저하를 방지할 수 있다.
이러한 경사면(150a)은 제1 렌즈(110)에 직접 형성하는 것도 가능하나, 이렇 게 되면 바닥면의 거칠기가 나빠지게 되어 이를 방지하기 위해서 본원발명의 일실시예에서 처럼 별도의 배플기판(150)을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 배플기판(150)의 제1 렌즈(110)의 대향하는 면에는 광차단막(150b)을 형성하여 입사광을 차단할 수 있도록 할 수 있는데, 실리콘(Si) 과 같이 광을 차단하는 소재의 배플기판(150)을 사용할 경우에는 별도의 광차단막(150b)의 추가가 불필요하다.
여기에서, 배플기판(150)의 두께는 100um 보다 크고 200um 보다 작으며 바람직하게 150um 가 좋으며, 광차단막(150b)의 두께는 1um 보다 크고 5um 보다 작으며 바람직하게 3um가 좋다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈는 렌즈기판(210)과, 상기 렌즈기판(210)의 일면에 적층된 제1 렌즈요소(220)와, 상기 렌즈기판(210)의 타면에 적층된 제2 렌즈요소(230)를 포함하여 구성되며, 상기 제1 렌즈요소(220)가 적층된 렌즈기판(210)의 일면에는 광량을 조절하고 화각 이외에서 입사되는 입사광을 차단하기 위한 배플기판(150)이 형성되어 있다.
이때, 상기 배플기판(150)은 렌즈기판(210)의 일면에 광 출사구(215)에 해당하는 영역을 제외하고 형성되며, 폴리머 소재로 이루어진 제1 렌즈요소(220)는 배플기판(150)이 형성된 렌즈기판(210)의 일면에 적층된다.
이러한 배플기판(150)의 재료는 유리, 실리콘, 수지(바람직하게 광경화성 폴리머)등의 재료가 사용될 수 있다.
배플기판(150)의 재료로 유리나 투과성이 양호한 수지 등을 사용하게 되면 배플기판(150)의 제2 렌즈요소(230)에 대향하는 면에는 입사광을 차단할 수 있도록 광차단막(150b)이 형성되어 있어야 한다.
이처럼 배플기판(150)이 광을 차단하는 물질이 아닌 경우에 배플기판(150)의 외부를 감싸도록 광차단막(150b)이 형성되면 화각 이외에서 입사되는 입사광을 차단할 수 있다.
그리고, 이와 같이 광차단막(150b)이 형성되면 상기 제1렌즈요소(220)의 가장자리는 배플기판(150)의 광차단막(150b)과 접촉하게 되고, 제1 렌즈요소(220)의 중앙부분은 광 출사구(215)에 대응하는 렌즈기판(210)의 일면과 접촉하게 된다.
그리고, 상기 제2 렌즈요소(230)는 렌즈기판(210)의 타면(제1 렌즈요소(220)가 적층된 렌즈기판(210)의 일면과 반대되는 면)과 전체적으로 접촉하게 된다.
다음으로, 상기 광차단막(150b)은 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막으로 형성하는 것도 가능하지만, 블랙 포토 레지스트(Black Photo-Resist)와 같은 감광성 수지(Photo Resist) 조성물을 사용하여 배플기판(150)의 일면에 일체로 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 본 실시예에서 개시된 광차단막(150b)은 감광성 수지층으로 이루어진다. 여기서, 감광성 수지란, 빛의 작용으로 분자구조에 변화가 일어나고 그 결과 물성 변화가 생기는 고분자 또는 고분자 조성물을 말한다.
상기와 같이 감광성 수지층으로 광차단막(150b)을 형성하는 본 발명은 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막을 사용하는 것에 비해 제조 공정이 단순해지 고, 배플기판(150)의 재료로 UV 경화성 폴리머 등의 수지가 사용되는 경우에 수지와의 접착력이 우수하다는 장점을 갖는다.
구체적으로, 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막으로 광차단막(150b)을 형성하는 경우에는 금속막의 높은 소수성으로 인해서 UV 경화성 폴리머 등의 수지와의 접착력이 떨어지므로, 금속막 위에 별도의 접착막 형성이 필요하다.
반면에, 감광성 수지층으로 광차단막(150b)을 형성하는 경우에는 감광성 수지의 높은 친수성으로 인해서 UV 경화성 폴리머 등의 수지와의 접착력이 우수하므로, 추가로 감광성 수지층 위에 접착막을 형성할 필요가 없어진다.
또한, 금속막으로 광차단막(150b)을 형성하는 경우에는 노광, 금속막 증착, 금속막 제거의 순차적인 공정이 필요하나, 감광성 수지층으로 광차단막(150b)을 형성하는 경우에는 감광성 수지의 특성상 노광 공정만으로도 광차단막(150b)을 형성할 수 있어 제작 비용 및 시간을 단축할 수 있다.
한편, 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막은 높은 반사율을 가지므로 광차단막(150b)을 통과한 광(光)들이 렌즈기판(210)이나 다음 렌즈들에 의해 반사된 불필요한 광들을 다시 반사시켜 결과적으로 화상 저하를 가져오는 문제가 있는 반면에, 감광성 수지층은 일반적으로 가시광 영역에서 높은 광 흡수율을 가지므로, 상기와 같은 내부 전반사로 인한 화상 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
이때, 상기 광차단막(150b)을 이루는 감광성 수지층은 가시광 영역에서의 광 흡수율이 95% 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 배플기판(150)의 안쪽 가장자리에는 화각에 맞는 일정한 경사 각을 가지는 경사면(150a)이 구비되어 있어 화각 이외의 입사광을 차단할 수 있어 불필요한 광에 의한 화상 저하를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 웨이퍼 스케일 렌즈의 경사면은 도 5에 도시된 바와 같이 입사광의 반사를 방지할 수 있는 계단형의 회절격자구조를 가지는 경사면(150a')으로 구성할 수 있다.
이처럼 경사면(150a')을 계단형의 회절격자 구조로 구성하게 되면 입사광의 반사를 방지할 수 있어 입사광의 반사에 의한 화상 왜곡을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 결상 렌즈의 웨이퍼 스케일 렌즈는 도 4와 도 5에 도시된 바와 달리 제2 렌즈요소(230)를 포함하지 않는 구조를 가질수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 배플기판(150")의 양측에 렌즈 기판(210")과 제1 렌즈요소(220")가 적층된 구성을 가질 수 있다. 이 경우에 배플기판(150")은 렌즈기판(210")과 제1 렌즈 요소(220") 사이에 위치한다.
또한, 본 발명의 결상 렌즈의 제1 렌즈의 배플기판은 도 6에 도시된 바와 달리 도 7에 도시된 것처럼 안쪽 가장자리가 쐐기형을 가지도록 구현할 수 있다.
이렇게 되면 배플기판(150"')의 양측에 렌즈기판(210"')과 제1 렌즈 요소(220"')가 위치하게 된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈를 제조하는 방법을 나타낸 공정도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈를 제조하는 방법은, 먼저 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 유리, 실리콘, 수지 중 어느 하나 의 물질을 사용하는 평평한 판형의 배플기판(150)을 준비한 후에, 배플기판(150)에 경사면(150a)을 포함한 홀을 형성한다.
그리고, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 유리나 투과성이 양호한 수지를 사용하여 배플기판(150)을 형성한 경우에 표면에 광차단막(150b)을 형성한다.
이때, 광차단막(150b)은 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막으로 형성하는 것도 가능하지만, 블랙 포토 레지스트(Black Photo-Resist)와 같은 감광성 수지(Photo Resist) 조성물을 사용하여 배플기판(150)의 일면에 일체로 형성하는 것도 바람직하다.
이후, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 광차단막(150b)가 적층된 배플 기판(150)을 렌즈기판(210)과 일체화 시킨다.
그 다음, 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이 상기 배플기판(150)이 적층된 렌즈기판(210) 상에 UV 경화성 폴리머(polymer)등의 투명한 광학재료로 이루어진 렌즈소재(220')를 주입한 후, 복수 개의 렌즈요소(220)의 형상이 형성된 몰드(300)를 렌즈소재(220')가 주입된 렌즈기판(210) 위에 압착시킨다.
마지막으로, 렌즈소재(220')를 자외선(UV) 조사에 의해 경화시켜 렌즈 요소(220)를 완성한 후에, 상기 몰드(300)를 떼어내면 도 8의 (d)에 도시된 바와 같은 복수 개의 웨이퍼 스케일 렌즈(220)가 얻어지고, 이를 점선과 같이 커팅(cutting)하면 하나의 웨이퍼 스케일 렌즈(220)가 완성된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해 석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 통상의 조리개를 갖는 결상 렌즈의 배열상태를 나타내는 도면.
도 2는 종래 개선된 기술에 따른 결상 렌즈의 배열상태를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈 내부에 조리개와 배플이 포함된 웨이퍼 스케일 렌즈를 포함한 결상 렌즈의 배열상태를 나타내는 도면.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 구성도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 구성도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 구성도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 구성도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법의 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 제1 렌즈 120 : 제2 렌즈
130 : 제3 렌즈 140 : 이미지 센서
150, 150', 150", 150"' : 배플기판
150a, 150a', 150a", 150a"' : 경사면
150b, 150b', 150b", 150b"' : 광차단막
210, 210', 210", 210"' : 렌즈 기판
215, 215', 215", 215"' : 광출사구
220, 220', 220", 220"' : 제1 렌즈 요소
220' : 렌즈 소재 230, 230' : 제2 렌즈 요소
300 : 몰드

Claims (9)

  1. 렌즈 기판과, 상기 렌즈 기판의 적어도 일면에 적층된 렌즈 요소와, 상기 렌즈 기판과 렌즈 요소 사이의 위치하며 적어도 일면에 화각 이외의 입사광의 차단하기 위한 경사면을 구비한 배플기판을 포함하여 이루어진 웨이퍼 스케일 렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배플기판의 상기 경사면은 계단형의 회절격자 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배플기판의 상기 경사면은 쐐기형 경사면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 배플기판의 외부를 감싸고 형성되어 있으며 입사하는 광을 차단하는 광차단막을 더 포함하여 이루어진 웨이퍼 스케일 렌즈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광차단막은 감광성 수지층인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈.
  6. (A) 배플기판에 경사면을 포함하는 홀을 형성하는 단계;
    (B) 상기 배플기판과 렌즈기판을 일체화시키는 단계
    (C) 배플기판이 일체화된 렌즈기판상에 렌즈 소재를 주입하는 단계; 및
    (D) 몰드를 사용하여 렌즈 요소를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (A)단계 이후에,
    (E) 상기 경사면을 포함하는 홀이 형성된 배플기판에 광량을 조절하기 위한 광차단막을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 (A) 단계에서 제조되는 상기 배플기판의 경사면은 계단형의 회절격자 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 (A) 단계에서 제조되는 상기 배플기판의 경사면은 쐐기형 경사면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
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