KR100642849B1 - 비평탄형 그레이팅, 마이크로렌즈어레이,프레즈널(평면)렌즈 일체형 적외선 차단 필름 필터제품구조 및 제조 방법 - Google Patents

비평탄형 그레이팅, 마이크로렌즈어레이,프레즈널(평면)렌즈 일체형 적외선 차단 필름 필터제품구조 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법에 있어서, 광학유리 또는 실리콘 기판(100)을 준비하는 준비단계와, 상기 기판(100) 상에 포토레지시트(110)를 도포하는 제1 도포단계와, 상기 포토레지스트(110)에 마스크를 통하여 노광시켜 상기 포토레지스트(110)의 일부분을 제거하는 제1 제거 단계와, 상기 일부분의 포토레지스트(110)가 제거된 상기 기판(100)에 원하는 모양을 형성시키는 형성단계와, 상기 나머지의 포토레지시트(110)를 제거하고, 상기 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 모양으로 형성된 기판(100) 상에 광학용 중합체(120 ; polymer)를 도포하는 제2 도포단계와, 상기 중합체(120)가 도포된 기판(100) 상에 광학박막층(130)을 코팅하는 코팅단계와, 상기 중합체(120) 및 상기 광학박막층(130)이 적층된 상기 기판(100)을 일정한 크기로 자르는 절단단계와, 잘라낸 상기 중합체(120)의 하부에 있는 기판(100)을 떼어내어 IR차단필름필터(150)의 완성품을 얻는 단계로 구성되며, IR차단필름필터를 제조시에 IR차단필름필터가 구성된 반대면에 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이를 구성함으로써, 하나의 IR차단필름필터로 하나의 필터와 하나의 렌즈를 구성한 것과 같은 효과를 발생시킴으로써, 보다 소형으로 영상기기 또는 광학모듈을 제조할 수 있으며, 대량 생산이 가능해지므로, 싼 가격의 다량의 IR차단필름필터(150)를 제공할 수 있는 효과가 있다.
적외선차단, 필름, 필터, IR, 광학, 카메라, 그레이팅, 마이클로렌즈어레이, MLA, 프레즈널렌즈, 이미저, 카메라폰, 디지털카메라

Description

비평탄형 그레이팅, 마이크로렌즈어레이, 프레즈널(평면)렌즈 일체형 적외선 차단 필름 필터 제품구조 및 제조 방법{STRUCTURE OF PRODUCTS AND METHOD FOR MANUFACTURING NON FLAT SHAPE IR CUT OFF FILM OPTICAL FILTER WITH GRATING, MLA, FRESNEL LENS}
도 1은 일반적인 광학저대역통과필터의 투과율을 나타낸 그래프를 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 소형 카메라 광모듈의 구성을 확대하여 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3은 일반적인 카메라폰의 화소의 발전추이 및 발전 예상을 나타낸 그래프를 나타낸 도면.
도 4는 단위면적당 화소의 감도의 증가 추이와 셀크기의 감소 추이를 비교하여 나타낸 그래프.
도 5는 캠코더, 디지털카메라 및 카메라폰에 사용되는 광모듈의 크기를 비교한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 비평탄형 적외선 컷 필름 필터를 제조하는 장치 중의 일실시예를 나타낸 도면.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명의 일실시예에 따라 비평탄형 적외선 차단 필터 의 제조 단계를 개략적으로 나타낸 공정도.
도 8a 내지 도 8j는 본 발명의 일실시예에 따라 비평탄형 적외선 차단 필터의 제조 단계를 개략적으로 나타낸 공정도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 그레이팅을 포함하는 IR차단필름필터를 제조하기 위한 나노 마더 기판의 제조방법의 일실시예를 설명한 순서도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 IR차단필름필터를 제조하기 위한 나노 마더 기판의 제조방법의 다른 실시예를 설명한 순서도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 프레즈널 렌즈를 포함하는 IR차단필름필터를 제조하기 위한 나노 마더 기판의 제조방법의 다른 실시예를 설명한 순서도.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 일실시예에 따른 중합체에 각각 박막IR광필터, 그레이팅, 마이크로 렌즈어레이 및 프레즈널 렌즈를 구성한 단품의 일실시예를 확대하여 나타낸 평면도 및 정면도.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 중합체에 각각 박막IR광필터, 그레이팅, 마이크로 렌즈어레이 및 프레즈널 렌즈 등을 구성한 웨이퍼 상태의 제품의 일실시예를 확대하여 나타낸 평면도 및 정면도.
도 14은 본 발명에 따른 그레이팅을 갖는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터를 제조 하는 과정을 나타낸 공정도.
도 15는 본 발명에 따른 마이크로렌즈어레이를 갖는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터를 제조 하는 과정을 나타낸 공정도.
도 16는 본 발명에 따른 프레즈널 렌즈를 갖는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터를 제조 하는 과정을 나타낸 공정도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10 : 렌즈 20 : 배럴
30 : 적외선 차단 필터 40 : 이미저
본 발명은 비평탄형 적외선 차단 필터(Infrared Ray Cut Off Filter) 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 이미저로 사용되는 상보성 금속 산화막 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor ; CMOS)/고체촬상소자(Charged Coupled Device ; CCD) 등의 이미지 인식 광학계, 즉 휴대폰 카메라, 감시카메라, 화상캠 등의 소형 영상기기에 사용되는 비평탄형 적외선(Infrared Rays) 컷 필터에 관한 것이다.
현재 캠코더, 디지털 카메라, PDA, 감시카메라, 게임기, 장난감, 차량장착형 카메라, 화상캠 및 핸드폰 카메라 등에는 아날로그 방식보다는 디지털 방식의 이미저가 장차되고 있으며, 디지털 방식의 이미저는 일반적으로 CCD와 CMOS를 사용하고 있다. 이들 이미저에 사용되는 광필터로는 거의 모든 이미저에는 광학 저역 통과 필터(Optical Low Pass Filter : OLPF)를 사용한다.
도 1은 일반적인 광학저역통과필터의 투과율을 나타낸 그래프이다. 광학저역통과필터를 간략하게 이야기하면 다음과 같다. 필터 및 수정(Quartz)을 발삼접합하여 구성한다. 광학저대역통과필터의 목적은 크게 2가지로 분류할 수 있다. 첫째는 CCD에 도달하는 가시광선(Visible)만을 투과시켜 광학적인 이미지 정보를 전기신호로 바꾸어 주고, 자외선 적외선은 반사 혹은 흡수하고 가시광선만을 투과시켜 이미저인 CCD 또는 CMOS에 가시광선만이 도달하도록 하는데에 그 목적이 있다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 소형 광모듈의 구성을 확대하여 개략적으로 나타낸 단면도이다. 디지털 카메라는 CMOS 또는 CCD를 사용한다. 고해상도를 요하는 디지털 카메라에는 CCD카메라를 사용하는 것이 일반적이며, 소형화 등의 기능성을 필요로 하는 것은 CMOS를 사용하여 제품화되어 있다.
광학모듈 내부의 대물렌즈(110)와 이를 파지하고 있는 베럴(120)은 더 작은 크기로 나타내어질 것이다. 도 2b는 도 1a의 A-A' 단면을 따라 소형 카메라 광모듈의 단면을 나타낸 단면도이다. 전술한 바와 같이 대물렌즈(110)와 베럴(120) 내측에는 적외선 차단 필터(130), 이미저(140), 인쇄회로기판(150), 인쇄회로기판 고정바(160), 신호분석회로(170)로 구성된다.
적외선 차단 필터(130)는 전술한 광학저역통과필터의 역할과 유사한 역할을 수행하며, 전술한 바와 같이 CCD에 도달하는 가시광선(Visible)만을 투과시켜 광학적인 이미지 정보를 전기신호로 바꾸어 주고, 자외선 적외선은 반사 혹은 흡수하여 이미저인 CCD, CMOS에 도달되지 못하도록 한다. 이미저(140)는 화소를 결정하며, 영상을 캡쳐한다. 적외선 차단 필터(130)는 주로 0.55mm 및 0.4mm 의 두께를 갖는 다.
인쇄회로기판(150)은 이미저(140)에서 캡쳐된 영상을 전기적인 신호로 변환하여 처리한다. 인쇄회로기판 고정바(160)는 인쇄회로기판(160)을 물리적으로 고정시킨다.
신호분석회로(170)는 인쇄회로기판(160)에서 처리된 전기적인 신호를 분석하여 화상을 구성한다. 이와 같이 구성된 화상은 액정 화면을 통하여 보거나, 혹은 메모리에 저장시킬 수 있다.
또한, 카메라에서 동화상을 구현할 때에는 특정 이상의 공간주파수(광학적인 이미지) 이상에서는 모아레(Moire) 간섭무늬를 형성하게 된다. 이와 같은 무늬는 동화상이나 메가급에서 발생하며 이와 같은 간섭무늬가 발생할 경우 화상을 사용할 수 없을 정도로 열화되기 때문에 이를 방지하기 위하여 OLPF(Optical Low Pass Filter)를 사용한다.
또한, 소형 렌즈에 있어서, 해상도를 향상시키기 위해서는 다수의 렌즈를 베럴(120)에 구성해야 하며, 이와 같이 렌즈의 수를 늘여가게 되면, 광학모듈의 두께가 증가하게 되어 소형으로 광학모듈을 구성할 수 없게 되므로 장치 자체가 두꺼워지게 되는 문제점이 있다.
또한, 이와 같은 형태의 광학모듈을 조립시, 베럴(120)과 OPLF를 접합하여 구성할 때, 에폭시를 접합재로 사용하게 되며, 이와같이 에폭시와 유리면이 접촉하는 경우, 산화되어 백화현상 등이 발생할 수 있다. 이와 같은 백화현상은 미미하지만, 소형 영상기기에 있어서는 치명적일 수 있다.
도 3은 카메라폰의 화소의 발전추이 및 발전 예상을 나타낸 그래프이며, 도 4는 셀크기의 발전추이와 감도의 발전추이를 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 4의 그래프는 CCD 이미저용 화소의 크기와 감도의 경향을 나타낸다. 제조업체 마다 감도 측정 파라미터가 다르기 때문에 소니의 제품만 표시하였다. 여기에 표시된 감도는 CCD 이미저 전압 출력의 크기이며, SNR(Single/Noise Ratio)을 의미하지는 않는다.
도 3에 도시된 바와 같이 이미징 디바이스를 위한 개발경쟁이 2001년에 시작되었을 때 중요한 점은 카메라가 휴대폰에 실장되었다는 점이었다. 이 때 카메라 휴대폰에 감도는 그리 중요한 문제가 되지 않았으며, 소형화하기에 좋고 전력소비가 낮은 CMOS를 이용하였다.
디지털카메라의 경우 1995년에는 25만에서 35만화소였지만 1999년에는 2백만 화소로 확대되었다. 이것은 A4 크기로 인쇄시에 질산은(일반 현상)사진의 품질과 비슷하다. 현재는 일반적인 디지털카메라의 경우에는 800만 화소의 디디털 카메라까지 출시되어 있다 이와같은 디지털 카메라는 해상도로는 아날로그 카메라의 해상도에 떨어지지만 아날로그 사진의 불규칙성으로 인하여 육안으로 느끼기에는 800만 화소의 디지털 카메라가 더 부드러운 느낌을 주며, 고른 입자로 인하여 보다 높은 해상도를 갖는 것처럼 보여진다.
그러나, 디지털 카메라의 눈부신 발전에도 불구하고, 소형의 광모듈은 카메라폰 등과 같은 소형 영상기기에 사용된다. 그러나, 카메라폰의 화소수도 현재 31만에서 2003년에는 백만개 이상으로 증가할 것으로 보인다. 이는 일반 아날로그 카 메라에 근접하는 수준으로 일반적인 해상도의 사진을 출력할 수 있음을 의미한다.
그러나, 현재 문제는 어두운 장소에서도 사진을 찍을 수 있는 가의 여부 그리고, 높은 해상도를 요구하며 소형화를 할 수 있는가의 여부가 점점 중요하게 여겨지고 있다. 일본 산요전기에서 출시한 FT(Frame Transfer) 설계 CCD는 카메라폰용 이미저가 CMOS보다 높은 감도를 갖는 CCD로 전환하였음을 알리는 신호탄이었다. 영상의 품질을 나타내는 유효 화소수는 약 14만 화소(352 x 288)의 CIF(Common Interchange Format) 표준에서 31만 화소(640 x 480)의 VGA 크기로 늘었다.
그러나, 이와 같이 영상기기에 해상도를 높이기 위해서는 광학모듈에 구성요소로 렌즈가 추가되어야만 해상도를 높일 수 있었다. 그렇기 때문에 장치의 크기는 증가하게 된다. 따라서, 화소수를 30만 50만, 또는 80만으로 높이는 것은 그리 큰 문제가 되지 않으며, 메가픽셀도 현재의 기술로 구현에 큰 무리가 없다. 그러나, 휴대폰과 광부품 업체들은 보다 고화질화, 소형화, 고성능화, 다기능화 및 저가화에 노력하고 있다.
또한, 2003년부터 대부분의 휴대폰이 카메라를 탑재하게 될 것이다. 이에 따라 대부분의 이미징 디바이스 제조업체들은 고품질 사진촬영으로 목표를 변경할 것이다. 화소수는 더욱 증가하여 2004년에는 2백만 화소가 등장할 예정이며, 이를 위해서는 광학모듈의 두께를 작게 하는 것이 관건이다. 또한, 소형화된 광학 제품들을 대량생산할 수 있도록 하여 저가화하는 데에도 중점을 두고 있다.
예컨대, 일본 미놀다(Minolta Components)의 한 관계자는 "2003년에는 카메라폰에 130만 화소의 이미저가 이용될 것이라는 데에는 의심의 여지가 없다. 2004 년에는 전체 화소수가 2백만개로 증가할 것이다."라고 말했다. 최근에 개발된 제품으로 샤프(Sharp)의 FIT CCD(Frame Interline Transfer Charged Coupled Device) 이미저가 있다. 샤프에서는 이미 디지털카메라와 다른 애플리케이션을 위한 IT CCD(Interline Transfer Charged Coupled Device)를 개발했지만, 이번에는 IT 대신 FIT를 선택했다. 새로운 FIT 이미저는 고화질을 요구하는 카메라폰을 개발하기 위한 샤프의 핵심요소기술이다. 샤프의 IC 그룹 CCD 개발부의 한 관계자는 "2003년에 130만 화소급의 디바이스를 이 분야에서 가장 앞선 제품 중 하나라는 것을 확신한다"고 밝혔다. 샤프에서는 IT의 경험을 새로운 FIT 기술에 적용하고 있지만, 일본의 후지포토필름(Fuji Photo Film)은 IT 설계를 이용한 새로운 슈퍼 CCD 허니콤(Super CCD Honeycomb)이미저로 카메라폰 시장에 뛰어들고 있다. 현재 이 기술을 사용하는 카메라폰은 일본 NTT 도코모의 Mova D251i(상품명) 밖에 없지만, 후지포토필름은 많은 휴대폰 모델에 이 기술을 채용하는 최종단계에 있다.
IT 기술은 FIT와 슈퍼 허니콤 때문에 사라져 가고 있는 것처럼 보이지만 아직 온전히 없어진 것은 아니다. 예전에 IT 이미저는 디지털캠코더와 디지털카메라 시장에서 커다란 성공을 거두었다.
약 130만 화소급의 이미징 디바이스를 탑재한 카메라폰이 눈부신 발전을 거듭하고 있다. 또한, 휴대폰의 발전이 가속화되면서 이미징 분야에서 확고한 위치를 구축했다고 생각했던 디지털카메라 제조업체들과 캠코더 업체들 사이에도 위기감이 감돌고 있다. 최근까지는 디지털카메라와 캠코더 양자의 대결구도였지만 이제 카메라폰의 시장진입으로 경쟁구도가 급격히 변화하고 있는 것이다.
디지털카메라와 캠코더 업체의 위기감은 이제 현실로 나타나고 있다. 130화소의 이미징 디바이스를 갖춘 카메라폰이 출시된다면 현재 분리되어 있는 이 제품들간의 시장장벽은 허물어지게 될 것이다. 지금까지 디지털카메라 캠코더 및 휴대폰은 각각의 시장을 형성하며 발전하였으며, 커다란 격차가 존재하였다. 휴대폰에 이용되는 이미저는 기껏해야 31만 화소 수준이었고 이 같은 이미저는 VGA(Video Graphic Array) 수준인 640 X 480 화소의 영상 밖에 캡쳐할 수 없었다. 이것은 2백만에서 3백만 화소를 갖는 일반적인 카메라에 비해 1/10 수준에 불과한 것이다. 하지만 당업자라면 화소수가 메가 단위를 넘어서게 되면 이같은 상황은 급격히 변하게 될 것이라는 것을 쉽게 인식할 것이다.
메가 픽셀이 구현되면, PC의 전체화면으로 디스플레이 될 수 있고, 이정도 성능에 만족하는 많은 사용자들이 디지털카메라 대신 휴대폰 시장으로 모여들어 카메라폰이 폭발적으로 성장할 것이라고 예측한다. 또한 휴대폰은 사용자가 항상 몸에 지니고 다닌다는 중요한 잇점이 있다. 특히, 휴대폰이 백만개급 화소급의 카메라 기능을 수행할 수 있다면 항상 휴대하며 사진을 찍을 수 있는 새로운 종류의 개인용 장비가 등장하는 셈이다. 디지털 카메라와 캠코더 제조업체들에게는 좋지 않은 소식이지만, 이 특징이 바로 휴대폰 제조업체가 시장을 확장하기 위해 사용하는 제품 컨셉이다.
백만화소급의 휴대폰은 이 분야에서 상당한 경쟁력을 갖게 될 것이다. 제조업체들은 카메라폰의 성능을 향상시키기 위해 전사적인 노력을 기울이고 있으며, 대부분은 2004년에 2백만 화소 모델이 출시될 것이라고 말한다. 몇 가지 계획들은 이미 진행 중이다. 이런 급속한 발전과 제품 양산 추세에 대해 디지털카메라와 캠코더 제조업체들이 선택할 수 있는 유일한 방법은 더 많은 픽셀을 제공하거나 보다 편리한 사진기능을 제공하는 등 제품을 발전시켜 그 기능을 강조하는 것이다. 또한, 2005년 즈음에는 300만 화소의 카메라폰이 등장할 것으로 예측된다.
도 5는 캠코더, 디지털카메라 및 카메라폰에 사용되는 광모듈의 크기를 비교한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 캠코더의 광모듈은 대략 직경40mm x 길이115mm의 크기이며, 디지털카메라의 광모듈은 대략 직경35mm x 길이35mm이고, 카메라폰의 광모듈은 대략 직경10mm x 길이7mm의 크기를 나타내고 있다.
최근까지 캠코더와 디지털카메라는 "전자눈", 즉 광모듈이 고해상도 영상을 지원하는 동시에 크기도 작게 할 수 있도록 기술을 개발해 왔다. 이와 함께 거대한 시장 수요과 그만큼의 제약 조건을 가진 제품들도 이미징 디바이스와 제조기술의 발전에 힘입어 큰 성장을 거듭해 왔다. 예를들어 현재 고성능 디지털카메라를 지원하는 대부분의 기술은 크기 및 가격면에서 제약조건을 극복하는 성숙된 기술들이다.
그러나, 도 5에 도시된 바와 같이 카메라폰이 가진 제약조건은 저가형 디지털카메라의 설계, 제조보다 훨씬 심각한다. 카메라폰의 광 모듈 크기는 캠코더나 디지털카메라보다 훨씬 작다. 두께는 광학 빔 축의 방향으로 길이 5-7mm 수준이거나 또는 그 이하이어야 한다. 그렇지 않으면 휴대폰 케이스에 들어가지 못한다. 광모듈이 휴대폰에 구현되면, 여기에는 영상처리용 IC 뿐만이 아니라 이미징 디바이스와 렌즈 그룹, 실린더가 포함된다. 가격 또한 큰 문제가 된다. 31만개의 유효화 소를 가진 CMOS 이미저의 휴대폰용 광 모듈 가격은 약 2천엔(대략 $16)이며, 같은 유효픽셀을 가진 CCD의 가격은 약 2천 5백엔(대략 $20)이다. 이 중 렌즈(110)의 가격은 백오십엔($1.2)엔 정도이다. 또한 이미저(140)는 디지털 카메라나 캠코더의 이미저 보다 높은 SNR를 가져야 한다. 렌즈의 직경이 작으면 입사되는 빛이 제한되며 플래시도 구현할 수 없게 된다.
따라서, 당업자라면 메가화소급의 카메라폰을 소형화, 고급화 및 저가화를 구현하기 위한 메가픽셀 모델 개발의 핵심 요소는 광학모듈이라는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 이미 일본 제조업체들도 카메라폰 시장을 위한 준비와 이 분야의 연구개발 프로젝트에 박차를 가하고 있으며, 단순히 이미징 디바이스의 화소수를 증가시키는 것 이외에도 다른 기능을 발전시키고자 노력하고 있다. 이들은 점차적으로 카메라폰에 완전한 카메라 기능을 추구해 나갈 계획이다.
일반적으로 광부품 업체들은 다음과 같은 3가지 문제를 안고 있다.
1) 이미징 디바이스의 선택.
2) 풋프린트의 크기를 증가시키지 않으면서 화소크기를 줄임.
3) 렌즈크기와 광 경로, 즉 이미징 디바이스 앞면과 렌즈 표면과의 거리를 최소화시켜야함.
이들 문제는 카메라폰을 설계하는 데에 있어서 가장 중요한 고려사항이다.
이 중 이미징 디바이스에 있어서, 비월 주사 방식의 IT CCD 이미저의 셀크기는 2004년까지 2㎛가 될 것이다. 셀의 크기가 줄다보면, 보다 작은 크기의 이미저와 렌즈를 제작할 수 있다. 셀 크기가 2㎛가 되면 2백 내지 3백만 개의 화소를 1/4 인치의 카메라폰에 구현할 수 있다. 카메라폰의 순차주사방식용 셀 크기는 비월주사방식에도 적용할 수 있다. 셀의 크기가 작아지면 각각의 셀에 입력되는 빛이 작기 때문에 단위 면적당 빛을 감지하는 감도가 증가되어야 한다. 따라서, 각 셀의 감도는 이미저의 감도를 유지할 수 있도록 증가되어야 한다.
화소수를 메가 단위 이상으로 구현하기 위해서는 한 화소의 중심에서 인접 화소의 중심까지의 거리인 화소의 크기를 줄여야 한다. 이에 대해 샤프는 "대부분의 휴대폰에 구현할 수 있는 디스플레이 창은 1/4인치에 불과하며, 어떤 경우에는 1/6, 1/7인치를 이용하기도 한다."라고 셀 크기를 줄여야 하는 이유를 설명하였다. 현재 휴대폰 이미지로 출시된 제품 중 가장 작은 셀 크기는 4.5㎛이다. 하지만 셀 크기를 2.8㎛으로 줄이지 않고 1/4인치에 130만 픽셀을 넣는 것은 불가능하다. 2.8㎛는 이미 디지털카메라와 캠코더의 IT CCD 설계에서는 비월주사방식을 사용하며, 카메라폰에 필요한 순차주사방식의 경우 제조과정이 다소 복잡하지만 그것이 큰 문제가 되지는 않는다.
소니와 마쯔시다는 보다 작은 셀 크기를 설계하고 제조하기 위해 필요한 기술은 기본적으로 비월주사방식과 순차주사방식이 동일하다는 데에 동의한다. 문제는 감도를 유지하는 것이다. 사실 이것이 기존의 이미저에서 셀크기가 4.5㎛에서 멈춰진 가장 큰 이유이다. 여기에서 2가지 해법이 있다. 첫번째는 포토다이오드의 화소에 들어오는 빛이 손실없이 통과할 수 있도록 마이크로렌즈를 향상시키는 것이고, 두번째는 포토다이오드가 빛을 전류로 변환시켜 전기신호로 만들어 효율성을 높이는 것이다. 이것은 포토다이오드에서 공핍층(Depletion Layer)을 보다 깊게 만 드는 반도체 기술을 적용하면 이들 방법을 구현할 수 있다. 하지만 일반적인 마이크로렌즈어레이는 카메라폰에서 사용되는 얇은 광학모듈에서는 사용될 수 없으며, 이와 같이 구성하게 되면 풋프린트의 면적이 증가하게 된다. 또 한가지 가능한 방법은 마이크로렌즈어레이를 현재의 위치보다 포토다이오드의 중앙에서 약간 벗어난 위치에 놓는 것이다.
130만 개의 화소를 갖는 카메라폰용 이미저가 제조된다고 하더라고 몇몇 카메라와 이미징 디바이스 제조업체들은 그 기능을 완전히 사용할 수 있는 렌즈가 가능할 것인지에 대하여 걱정하고 있다. 이들 제조업체들은 화소의 수는 늘었는데 출력 영상의 품질에서 차이를 느낄 수 없다면 큰 문제가 아닐 수 없다고 말한다. 이에 대해 일본의 웨스트 전기, 코니카, 마일스톤과 같은 업체들은 백만개급 화소급의 카메라폰을 지원하도록 설계된 렌즈를 개발하고 있다. 웨스트 전기는 130만 화소의 이미징 디바이스를 지원하는 렌즈를 개발했다. 3개의 렌즈로 구성되며, 6개의 모든 표면은 비구면이다. 양산은 2004년에 시작할 계획이다. 반면 코니카는 이미징 디바이스와 렌즈를 동시에 설계해 광모듈의 두께를 줄이고 있다. 기본적으로 새로운 이미저를 이용하면 전체 광 모듈의 길이를 8mm 이하로 줄일 수 있다고 말한다. 마일스톤은 길이 7mm이하의 광모듈을 이용해 130만 화소를 처리하는 렌즈의 시제품을 선보였다. 이 제품은 1/4인치 제품을 위하여 제작되었으며 셀크기는 2.8㎛이다.
광학 증착 재료는 유전체 및 금속 등으로 매우 다양하다. 대부분의 경우 증착 물질로 사용되는 유전체는 자유전자가 없는 절연체이므로 원자핵 주위의 속박 전자가 외부 전기장에 반응하며, 속박전자가 유전체의 광학적 특성을 결정한다. 금 속은 원자핵에 속박되지 않은 자유전자가 있어 전기 전도도가 "0"이 아니며 금속의 광학적 전기적 특성은 전도성 자유전자에 의해 결정된다.
전자기파가 박막을 전파할 때 공기-박막 경계면과 박막-기판 경계면에서 전기장 및 자기장을 각각 벡터로 나타내면, 두 경계면 사이의 광학박막은 2 x 2의 특성 행렬로 표현할 수 있다. 특성 행렬은 한 경계면에서 다음 경계면으로 전기장과 자기장 벡터를 변화시켜주는 전달 행렬이다. 즉 이로부터 반사율, 투과율, 흡수율, 위상변화 등을 설계할 수 있다. 다층 박막의 경우 각 층의 특성 행렬의 곱이며, 반사율만 일층박막과 같다. 1/4 파장과 1/2 파장의 특수 광학적 박막 두께(t)는 박막의 광학적 특성인 어드미턴스를 계산하여 설계할 수 있다. 광학 박막에서는 1/4 파장 광학 두께의 박막을 간단한 부호로 표시한다. 광학 박막 설계에서 두 개의 박막을 이용할 경우 두 박막 중 굴절률(nH)이 높은 1/4 파장 광학 두께의 박막은 "H", 굴절률(nL)이 작은 1/4 파장 광학두께의 박막은 "L"로 표시한다. 예컨대 5층 박막을 보면 고굴절율 박막으로 시작하여 저굴절률 박막과 교대로 반복하여 적층하면, 고 굴절률 박막인 "HLHLH"가 되는데 이것을 간략화 하여 "H(LH)^2"로 표시한다.
제조 방법으로는 주로 물리진공기상증착(PVD : Physical Vapor Deposition), 진공기상증착을 사용한다. 박막은 증착하는 방법에 따라 막막의 미세구조, 원소 조성비, 결정구조, 화학결합 등이 다르며, 진공기상증착(Evaporation), 이온빔 보조 증착 및 스퍼터링 증착 등이 있으며, 어떤 방식을 단독 또는 복합적으로 사용하느냐는 많은 생산경험에 따른 노하우이다. 이 노하우에 따라 수율 및 균일성이 결정된다.
본 발명은 전술한 종래의 기술의 필요에 의해 안출된 것으로, 핸드폰 등에 내장되는 소형 카메라에 사용되는 적외선 차단 필터 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명은 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법에 있어서, 광학유리 또는 실리콘 기판(100)을 준비하는 준비단계와, 상기 기판(100) 상에 포토레지시트(110)를 도포하는 제1 도포단계와, 상기 포토레지스트(110)에 마스크를 통하여 노광시켜 상기 포토레지스트(110)의 일부분을 제거하는 제1 제거 단계와, 상기 일부분의 포토레지스트(110)가 제거된 상기 기판(100)에 원하는 모양을 형성시키는 형성단계와, 상기 나머지의 포토레지시트(110)를 제거하고, 상기 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 모양으로 형성된 기판(100) 상에 광학용 중합체(120 ; polymer)를 도포하는 제2 도포단계와, 상기 중합체(120)가 도포된 기판(100) 상에 광학박막층(130)을 코팅하는 코팅단계와, 상기 중합체(120) 및 상기 광학박막층(130)이 적층된 상기 기판(100)을 일정한 크기로 자르는 절단단계와, 잘라낸 상기 중합체(120)의 하부에 있는 기판(100)을 떼어내어 IR차단필름필터(150)의 완성품을 얻는 단계로 구성된다.
이하 본 발명의 구성에 대하여 다음의 도면을 참조하여 상세하게 개시한다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 비평탄형 적외선 컷 필름 필터를 제조하는 장치 중의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 6 에 도시된 바와같이 물리기상증착(Phsical Vapor Deposition)을 사용한다. 본 발명의 광학박막은 진공 챔버에서 열증착법을 이용하여 증착한다. 챔버는 먼저 회전펌프(50)로 약 5 내지 8 x 10-2 torr의 저진공 상태를 만들고, 확산펌프, 크라이오 펌프(Cryo Pump), 분자펌프 등의 고진공펌프(60)로 10-6 내지 10-7 torr 정도의 고진공 상태를 만들어 증착의 기본 진공으로 사용한다. 진공 쳄버에서 고체물질에 열에너지를 공급하여 물질을 녹이면 고체는 액체가 되고 액체 표면에서 원자들이 기체 상태로 증발하며 승화물질은 고체상태에서 열을 받아 바로 기체 상태로 바뀌어 증발한다. 진공기상증착에서는 열저항이나 전자빔으로 열에너지를 물질에 공급한다. 열저항 증발법에서는 선(Wire), 판(plate), 보트(boat), 배스킷(basket) 등의 금속 증발원에 증착하려는 물질(Deposition material)을 넣고 전류를 흘리면, 금속 증발원의 저항에 의하여 발생하는 열이 물질을 녹이고 기체 상태로 증발시킨다. 전자빔 증발법에서는 도가니(Crucible)에 증착하려는 물질을 넣고 전자빔으로 물질을 녹여 증발시킨다. 박막의 증착률과 물리 두께는 수정진동자로 측정하고, 광학두께는 광학 감시기외 기준 기판을 이용하여 측정한다. 또한 기판의 온도를 조절할 수 있으며 두께가 균일하도록 기판지지대를 회전시킨다. 금속산화물을 열에너지로 녹이면 금속과 산소로 분리되어 증발된다. M을 금속이라 할 때 MO2와 같은 무기 합성 물질을 녹이면, 원소조성비가 낮은 금속산화물인 MO와 O로 분리되거나, 금속원자 M과 2O로 분리된다. 분리된 산소의 일부는 휘발성이 강해 쉽게 진공펌프에 의 해 챔버 밖으로 나가므로 기판에 노착하여 형성된 금속산화피막의 원소 조성비는 금속 증발원에 증착하려는 물질보다 작다. 따라서, TiO2, Ta2O3, Al2 O3, ZrO2, HfO2 등의 유전체 금속산화물을 열증발시켜 증착하면 산소가 부족한 낮은 소성비의 박막이 된다.
반응 진공 증착에서는 산화박막의 산소 조성비를 높이기 위해 산소를 주입하여 화학적 흡착에 의해 산소와 금속입자와의 반응을 증가시킬 수 있다. 즉, 일정 입력과 일정 유량의 산소를 챔버에 공급하여야 한다. 산소 압력이 너무 높으면, 증발 입자가 날아가다가 산소와 충돌이 많아져 증착률이 급격히 떨어지므로, 산소와 증착 입자가 기판에서 화학적 반응을 많이 일으킬 수 있는 적당한 양을 공급하여야 한다. 기존의 열증발 챔버 중앙에 플라즈마 총을 설치한 플라즈마 보조 증착은 플라즈마가 챔버를 채우므로 넓은 면적의 코팅에 적합하다. 플라즈마 총은 LaB6음극통, 양극통, 솔레노이드 자석 등으로 구성되어 있다. 음극에서는 전자를 방출시키고 직류 전압을 음극과 양극 사이에 걸어주어 아르곤(Ar)을 글로 방전시킨다.
방전 챔버 주위에 감긴 솔레노이드에 의해 발생한 자기장은 방전관에서 기판을 향하여 퍼져나간다. 플라즈마의 전자는 자기장 주위를 나선형으로 돌며 자기장을 따라 기판지지대로 가속되어 운동하며, 아르곤 이온도 따라서 플라즈마 총을 나오게 된다. 플라즈마 총 위로 공급되는 산소도 전자나 플라즈마와 충돌하여 이온화 한다. 따라서 플라즈마와 반응기체 이온이 플라즈마 총으로부터 기판 지지대까지 챔버 안에 채우게 되며 증착 입자 일부는 이온화 된다. 플라즈마의 전자는 이온 보 다 속력이 빠르므로 기판 지지대에 쌓여 기판 지지대의 전압은 플라즈마에 대해 음으로 바이어스된다.
따라서, 플라즈마의 이온빔은 양극과 기판 지지대 사이의 전압에 해당하는 에너지를 얻어 기판지지대를 향해 가속되며, 박막과 충돌하여 이온빔 운동량을 전달하고, 조밀한 박막을 형성한다. 또한 산소 이온빔은 중성산소보다 박막과 화학적 반응률이 높으므로, 원소조성비가 높은 산화 박막을 증착할 수 있다.
증착한 광학 박막의 특성(투과율, 반사율, 흡수율 등), 기계적 특성(결정 구조, 응력, 경도 등) 및 화학적 특성(결함, 원소 조성비)은 금속 증발원에 증착하려는 물질의 덩어리의 특성과는 다르다. 이것은 증착에 따라 박막의 미세구조와 원소조성비가 다르고, 이들에 의해 결정되는 광학상수가 변하기 때문이다. 특히 간섭필터와 같은 다층박막의 경우 설계할 때 가정하였던 균일하고 등방인 박막과 실제 증착한 박막과의 미세한 차이가 누적되어 설계와는 다른 특성을 갖는 간섭 필터가 증착되기도 한다. 광학상수는 물질의 원자구조를 거시적으로 나타내는 물리량으로 증착 조건에 따른 광학상수의 변화는 다층박막을 증착할 때 알아야 할 중요한 정보이다.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명의 일실시예에 따른 비평탄형 적외선 차단 필터의 제조 단계의 일실시예를 개략적으로 나타낸 순서도이다. 광학유리기판 또는 실리콘기판(100)을 준비한다(단계 702). 기판(100)은 10mm의 두께이며, 광학용에 사용되는 웨이퍼 형태의 기판으로서, 정밀 폴리싱된다.
상기 마련된 기판(100) 상에 포토레지시트(110)를 도포한다(단계 704).
이와 같이 도포된 포토레지스트(110)는 마스크를 사용하여 노광시켜 원하는 모양 및 원하는 간격으로 일부의 포토레지스트(110)를 제거한다(단계 706).
포토레지스트(110)의 간격 또는 모양에 따라 적절하게 유리에 반응성 이온 에칭 등의 물리적인 에칭 기법 및 습식 에칭 등의 기법을 사용하여 광학유리기판을 원하는 모양을 형성시킨다(단계 708).
이 때, 원하는 모양의 형상은 프레즈널 렌즈에 필요한 모양으로 톱니 모양의 역상으로 식각할 수도 있으며, 미세한 사각형 형태로 구성하여 그레이팅의 역상으로 형성하도록 할 수도 있고, 마이크로 렌즈 어레이 형태의 역상으로 구성할 수도 있다.
먼저 에칭이후에 남은 포토레지스를 제거하고 남은 기판을 나노마더기판(140)이라 부르기로 한다. 한 이후에 이와 같이 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 모양으로 형성된 나노마더기판(140) 상에 광학용 중합체(120 ; polymer)를 도포한다(단계 710).
중합체를 도포시에는 우선 진공중에 1차 도포한 후 기판의 밑면에 마련된 스핀들모터(도시되지 않음)가 중합체(120)의 온도와 점도에 따라 속도를 조정하여 스핀 방식으로 회전하면서 나노마더기판(140) 상에 중합체(120)를 도포한다. 예컨대 10㎛ 정도의 두께로 형성시킨다.
이와 같은 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 모양으로 형성된 나노마더기판(140)을 제조하는 방법에 대해서는 여러가지 방법이 있을 수 있다. 이는 프레즈널 렌즈, 그레이팅 및 마이크로 렌즈 어레이의 제조에 따라 각각 틀려질 수 있으며, 이에 대해서는 도 9 및 도 11을 참조하여 후술한다.
나노마더기판(140) 그 위에 중합체(120)가 도포된 위에 광학박막층(130)을 코팅한다(단계 712). 광학박막층(130)은 전술한 바와 같이 유전체층을 형성하고 필요에 따라 캐비티 영역을 구성하여 주변 채널과의 적정한 누화레벨을 형성하도록 구성한다.
광학박막층(130)을 구성하는 유전체층을 다수 증착하여 캐비티를 형성하고 간섭을 이용하여 광학박막층(130)을 제조하는 것은 당업자가 주지하는 사실이므로 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
중합체(110) 및 상기 광학박막층(130)이 적층된 기판(100)은 그 상태로 IR차단필름필터(150)로서의 기능은 하지만, 완제품은 아니다. 이와 같은 상태, 즉 웨이퍼의 형태로 있는 상태는 웨이퍼의 파지가 쉽기 때문에 전수 검사를 요하는 IR차단필름필터(150) 각각의 성능을 검사하기에 좋은 단계이다. 튜너블레이저소스(Tunable Laser Source) 및 스펙트로메타(Spectrometer)와 같은 장비를 이용하여 각각의 IR차단필름필터(150)의 광학 통신 성능을 측정한다(단계 714). 이 때 각각의 IR차단필름필터(150)는 광학통신 성능을 포함하며, 이와같은 광학 통신 성능을 포함하는 광학 성능을 랜덤하게 측정할 수도 있고 전수검사를 수행할 수도 있다. 바람직하게는 본 발명에 따른 IR차단필름필터(150)를 전수검사하지만, IR차단필름필터(150)의 크기가 감소되었기 때문에 전수검사를 하는 경우 시간의 손실이 증가하기 때문에 랜덤하게 검사할 수도 있다.
중합체(120) 및 광학박막층(130)이 적층된 나노마더기판(140)을 일정한 크기 로 자른다(단계 716). 예컨대, 100㎛ 내지 1mm의 크기로 잘라낸다. 이와 같이 잘라낸 중합체막(120)의 하부에 있는 기판(140)을 떼어낸다(단계 718).
전술한 단계 716과 단계 718는 서로 자르는 단계를 먼저 수행한 이후에 광합유리기판을 떼어내는 단계를 수행하는 것으로 기술하였지만, 먼저 나노마더기판(140)을 떼어 낸 이후에 기판을 각각의 IR차단필름필터로 자르는 단계를 수행할 수도 있다.
나노마더기판(140)과 광학박막층(130) 사이에는 중합체(120)가 도포되어 있으므로 기판(100)이 손쉽게 떨어지게 된다. 또한, IR차단필름필터(150)에 형성된 중합체(120)는 투과율이 매우 좋아 무반사코팅을 한 것과 같은 역할을 하여 광반사가 발생하는 것을 방지하게 된다. 또한, IR차단필름필터(150)에서 중합체(120)의 상면부분은 프레즈널 렌즈, 그레이팅, GOE(Grating Optical Element), DOE(Diffraction Optical Element), HOE(Holograph Optical Element), 또는 마이크로 렌즈 어레이의 역할 중 어느 하나의 역할을 할 수 있으므로, 이와 같은 기능을 하는 렌즈를 구성하지 않아도 된다.
또한, 이와 같이 기판(100)이 없어지면, IR차단필름필터(150)만이 남게된다. 이와 같이 기판(100) 없이 IR차단필름필터(150)를 구성하되, IR차단필름필터(150)의 일 구성부분인 중합체(120)의 상부면에 비구면 형태로 프레즈널 렌즈, 마이크로렌즈 어레이 또는 그레이팅이 형성됨으로써, 하나의 IR차단필름필터(150)로 2개의 기능을 하는 렌즈와 필터를 동시에 구성할 수 있다.
당업자가 주지하는 바와 같이 프레즈널 렌즈는 일반적인 렌즈를 평판화시킨 것으로 IR차단필름필터(150)에 프레즈널 렌즈를 포함하도록 함으로써, 광학모듈에 들어가는 렌즈의 수를 줄여 결과적으로는 그 두께를 줄일 수 있다.
본 발명의 제조 방법으로 IR차단필름필터(150)를 제조하게 되면, 하나의 IR차단필름필터(150)로 프레즈널 렌즈를 갖는 IR차단필름필터(150)를 제조할 수 있게 된다.
또는, IR차단필름필터(150)의 중합체의 상면에 마이크로 렌즈어레이를 구성하게 되면, 광을 이미저의 화소에 보다 높은 밀도로 집적할 수 있으므로 어두운 곳에서도 선명한 화질의 사진 또는 동영상을 찍을 수 있는 IR차단필름필터(150)를 구성할 수 있게 된다.
또는, IR차단필름필터(150)의 중합체의 상면에 그레이팅을 구성하게 되면, 동영상 구현시에 발생하는 모아레 현상을 제거하게 된다.
도 8a 내지 도 8j은 본 발명의 일실시예에 따른 비평탄형 적외선 차단 필터의 제조 단계의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 공정도이다. 도 8a 내지 도 8j에 도시된 바와 같이 광학유리기판 또는 실리콘기판(100)을 준비한다(단계 802). 이와 같은 기판(100)은 10mm의 두께이며, 광학용에 사용되는 웨이퍼 형태의 기판으로서, 정밀 폴리싱된다.
상기 마련된 기판(100) 상에 포토레지시트(110)를 도포한다(단계 804).
이와 같이 도포된 포토레지스트(110)는 마스크를 사용하여 노광시켜 원하는 모양으로 포토레지스트(110)를 제거한다(단계 806).
포토레지스트(110)가 제거된 유리에 반응성 이온 에칭 등의 물리적인 에칭 기법을 사용하여 원하는 모양 및 원하는 간격으로 기판(100) 상에 원하는 모양으로 에칭시킨다(단계 808).
이 때, 원하는 모양의 형상은 프레즈널 렌즈에 필요한 모양으로 톱니 모양으로 식각할 수도 있으며, 미세한 사각형 형태로 구성하여 그레이팅을 형성하도록 할 수도 있고, 마이크로 렌즈 어레이 형태로 구성할 수도 있다.
이와 같이 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 모양으로 형성된 기판(100) 상에 원하는 두께로 폴리머를 도포하면(단계 810), 원하는 형상, 즉 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 역상으로 형성된다. 이와 같이 형성된 코어(220)를 기판(100)으로부터 떼어 낸다(단계 812).
이와같이 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 역상으로 형성된 코어(220)의 랜드와 그루브는 그 차이가 수 미크론(㎛) 내외이기 때문에 중합체(230)에 적당한 온도를 가열하고 찍어내면 중합체(230)가 코어(220)의 역상, 즉 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 형상이 형성된다(단계 814).
프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 형상을 한 중합체(230)의 반대면에 광학박막층(240)을 코팅한다(단계 816).
광학박막층(240)은 전술한 바와 같이 유전체층을 형성하고 필요에 따라 캐비티 영역을 구성하여 주변 채널과의 적정한 누화레벨을 형성하도록 구성한다. 이와 같은 광학박막층(240)을 구성하는 유전체층을 다수 증착하여 캐비티를 형성하고 간섭을 이용하여 광학박막층(240)을 제조하는 것은 당업자가 주지하는 사실이므로 이 에 대한 설명은 생략하도록 한다.
중합체(230) 및 상기 광학박막층(240)이 적층된 나노마더기판(210)은 그 상태로 IR차단필름필터로서의 기능은 하며, 제품으로서의 의미도 갖는다. 또한, 이와 같은 상태, 즉 웨이퍼의 형태로 있는 상태로 웨이퍼의 파지가 쉽기 때문에 이후에 하나의 제품으로서의 의미를 갖는 IR차단필름필터(250) 각각의 성능을 전수 검사하기에 좋은 단계이다. 튜너블레이저소스와 같은 광학측정장비를 이용하여 각각의 IR차단필름필터(250)의 광학 통신 성능을 측정한다(단계 818).
이 때, 각각의 IR차단필름필터(250)는 랜덤하게 성능을 측정할 수도 있고 전수검사를 수행할 수도 있다. 바람직하게는 본 발명에 따른 IR차단필름필터(250)를 전수검사하지만, IR차단필름필터(250)의 크기가 감소되었기 때문에 전수검사를 하는 경우 시간의 손실이 증가하기 랜덤하게 검사할 수도 있다.
중합체(230) 및 광학박막층(240)으로 형성된 기판을 일정한 크기로 자른다(단계 820).
또한, IR차단필름필터(250)에 형성된 중합체(230)는 투과율이 매우 좋아 무반사코팅을 한 것과 같은 역할하여 광반사가 발생하는 것을 방지하게 된다. 또한, IR차단필름필터(150)에서 중합체(120)의 상면부분은 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 역할 중 어느 하나의 역할을 할 수 있으므로, 적외선 차단 기능과 함께, 프레즈널 렌즈, 그레이팅, GOE, DOE, HOE 또는 마이크로 렌즈 어레이의 역할 중 어느 하나의 기능을 하는 렌즈를 구성하지 않아도 된다.
또한, IR차단필름필터(150, 250)를 중합체로 구성함으로써, 배럴(150, 250) 에 IR차단필름필터(150)접합할 때에 에폭시와 유리가 결합하여 발생하는 백화현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 7a 내지 도 7i 및 도 8a 내지 도 8j에서는 나노마더기판(140, 210)을 제조하는 방법은 동일하였지만, 그 이후에 프레즈널렌즈, 그레이팅 및 마이크로렌즈어레이를 제조하는 실시예가 달랐다. 그러나, 도 9 및 도 11에서는 각각 나노마더기판을 제조하는 방법을 각각의 그레이팅, 마이크로렌즈 어레이 및 프레즈널 렌즈의 모양을 갖는 IR차단필름필터 각각에 대하여 기술하기로 한다.
도 9는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 IR차단필름필터를 제조하기 위한 나노 마더 기판의 제조방법의 일실시예를 설명한 순서도이다.
마이크로렌즈 어레이는 곡률을 갖는 반원구, 또는 반원구의 상부 일정 부분이 잘려나간 형태의 모양을 가져야 한다. 이는 반원구의 곡률을 맞추어 에칭시켜 반원구를 구성하는 데에 어려움이 있기 때문에 전술한 도 7a 내지 도 8j에서 설명한 기술에 따라 나노마더기판을 구성할 수도 있다. 그러나, 다음의 방법을 통해서도 나노마더 기판을 만든다. 이와 같은 과정이 도 9에 도시되어 있다. 도 9를 참조하여 보면, 먼저 광학유리기판 또는 실리콘기판을 준비한다(단계 902). 이와 같은 기판은 10mm의 두께이며, 광학용에 사용되는 웨이퍼 형태의 기판으로서, 정밀 폴리싱되어 있다.
상기 마련된 기판 상에 포토레지스트를 도포한다(단계 904).
이와 같이 도포된 포토레지스트는 마스크를 사용하여 노광시켜 원하는 모양 및 간격으로 포토레지스트를 제거한다(단계 906).
일부의 포토레지스트가 제거된 유리에 반응성 이온 에칭 등의 물리적인 에칭 기법 또는 습식에칭 등의 기법을 사용하여 기판 상에 다수의 원기둥 모양이 형성되도록 한다. 이 때 이와 같은 원기둥 모양은 각각의 이미지 센서에 대응하여야 하기 때문에 이미지 센서의 간격과 동일한 간격으로 형성시킨다(단계 908).
포토레지스트을 제거하고 상기 기판에 적당한 온도로 가열한다(단계 910). 이 온도는 실험적으로 기판에 손상을 주지 않는 상태로 상기 원기둥 모양의 형상의 외주면이 녹아 내려 반원형 또는 상부가 잘려진 형태의 반원형을 형성할 정도의 온도면 족하다. 이와 같이 형성된 형태는 마이크로렌즈어레이와 동일한 형상 즉, 상부로 돌출된 프로파일 형태이므로 나노마더기판의 역할을 할 수 없다.
따라서, 단계 910에서 형성된 기판(100)에 졸겔(Sol-Gel) 또는 니켈을 전주시킨 다음에 졸겔 또는 니켈을 경화시킨다(단계 912).
경화된 졸겔 또는 니켈, 즉 나노마더기판을 기판으로부터 떼어낸다(단계 914).
이후에는 도 7a 내지 도 7i에 따라 설명한 단계 710의 단계부터 시작하여 상기 방식으로 제조된 나노마더기판을 이용하여 IR차단필름필터를 제조할 수도 있으며, 도 8a 내지 도 8j에 따라 단계 812의 단계부터 시작하여 상기 방식으로 제조된 나노마더기판을 이용하여 IR차단필름필터를 제조할 수도 있다.
도 10은 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 IR차단필름필터를 제조하기 위한 나노 마더 기판의 제조방법의 다른 실시예를 설명한 순서도이다.
도 10을 참조하여 보면, 먼저 광학유리기판 또는 실리콘기판을 준비한다(단 계 1002). 이와 같은 기판은 10mm의 두께이며, 광학용에 사용되는 웨이퍼 형태의 기판으로서, 정밀 폴리싱되어 있다.
상기 준비된 기판 상에 졸겔 또는 니켈을 대응하는 이미지 센서의 간격 및 크기에 맞게 마이크로 잉크젯팅시킨다(단계 1004). 잉크제팅 시키면 졸겔 또는 니켈은 표면장력에 의해 반구형태로 형성된다.
이와 같이 형성된 형태는 마이크로렌즈어레이와 동일한 형상 즉, 상부로 돌출된 프로파일 형태이므로 나노마더기판의 역할을 할 수 없다.
따라서, 도 9에서 설명한 단계 912 내지 단계 914를 실행하여 나노마더기판을 제조하고, 나노마더기판이 제조된 이후에는 도 7a 내지 도 7i에 따라 설명한 단계 710의 단계부터 시작하여 상기 방식으로 제조된 나노마더기판을 이용하여 IR차단필름필터를 제조할 수도 있으며, 도 8에 따라 단계 812의 단계부터 시작하여 상기 방식으로 제조된 나노 마더 기판을 이용하여 IR차단필름필터를 제조할 수도 있다.
도 11은 프레즈널 렌즈를 포함하는 IR차단필름필터를 제조하기 위한 나노 마더 기판의 제조방법의 다른 실시예를 설명한 순서도이다.
도 11을 참조하여 보면, 먼저 광학유리기판 또는 실리콘기판(100)을 준비한다(단계 1102). 이와 같은 기판(100)은 정밀폴리싱된 것이다.
상기 기판의 상부면을 다이아몬드 터어닝 머신으로 프레즈널 렌즈 모양을 정밀가공하여 나노마더기판을 제작한다(단계 1104).
이후에는 도 7a 내지 도 7i에 따라 설명한 단계 710의 단계부터 시작하여 상 기 방식으로 제조된 나노 마더 기판을 이용하여 IR차단필름필터를 제조할 수도 있으며, 도 8에 따라 단계 812의 단계부터 시작하여 상기 방식으로 제조된 나노 마더 기판을 이용하여 IR차단필름필터를 제조할 수도 있다.
도 12a 내지 도 12d는 중합체에 각각 박막IR광필터, 그레이팅, 마이크로 렌즈어레이 및 프레즈널 렌즈를 구성한 일실시예를 확대하여 나타낸 평면도 및 정면도이다.
도 12a는 평면의 중합체(310)에 광학박막층(320)을 적층한 실시예를 나타낸 것으로 중합체(310)의 두께를 얇게 구성함으로써, IR차단필름필터(360)로서의 기능만을 충실하게 수행할 수 있도록 하며, 그 기능을 수행함에 있어 중합체(310)의 두께는 상관없으므로, 매우 얇게 구성하는 것이 바람직하다.
도 12b는 중합체에 그레이팅을 구성하고 반대면에는 광학박막층(320)을 적층한 실시예를 나타낸 것으로서, 중합체(330)에 그레이팅을 구성함으로써, 동영상 또는 고해상도의 화상을 처리할 수 있는 영상장비에서 발생하는 무아레 현상을 제거하게 된다. 일반적으로는 IR차단필름필터(370)와 무아레 현상을 제거하는 그레이팅 또는 다른 필터 등이 각각 광학모듈에 설치되어 각각의 기능을 하는 것이 일반적이지만, 본 발명에 따라 구성된 이와 같은 필터를 이용하면, IR차단필름필터(360)하나 만으로 자외선차단을 물론이고, 무아레 현상을 제거하는 박막의 IR차단필름필터(370)를 제공할 수 있다.
도 12c는 중합체에 마이크로렌즈 어레이를 구성하고 반대면에는 광학박막층(320)을 적층한 실시예를 나타낸 것으로서, 중합체(340)에 마이크로렌즈 어레이를 구성함으로써, 소형 영상기기에 각각의 이미저에 도달하는 빛의 양을 증가시킴으로써, 어두운 곳에서도 영상 촬영을 할 수 있다. 일반적으로는 IR차단필름필터(380)와 마이크로렌즈 어레이는 각각 광학모듈에 설치되어 각각의 기능을 하는 것이 일반적이지만, 본 발명에 따라 구성된 이와 같은 필터를 이용하면, IR차단필름필터(380)하나 만으로 자외선차단을 물론이고, 소형 영상기기에 고화질의 영상을 얻는 기능을 하나의 박막의 IR차단필름필터(370)로 얻을 수 있다.
도 12d는 중합체(350)에 프레즈널 렌즈를 구성하고 반대면에는 광학박막층(320)을 적층한 실시예를 나타낸 것으로서, 중합체(350)에 프레즈널 렌즈를 구성함으로써, 고해상도의 영상을 처리하기 위하여 다수개 필요한 렌즈의 숫자를 감소시킬 수 있다. 주지하는 바와 같이 고해상도의 영상을 입력받아 이를 처리하기 위해서는 다수의 렌즈가 필요하게 되며, 이를 평판화 시킨 것이 프레즈널 렌즈이다. 본 발명에 따라 구성된 이와 같은 필터를 이용하면, IR차단필름필터(390)하나 만으로 자외선차단을 물론이고, 동일한 해상도라고 가정하면, 하나의 렌즈를 줄여도 같은 해상도를 유지할 수 있는 박막의 IR차단필름필터(390)를 제공할 수 있게 되는 것이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 중합체에 각각 박막IR광필터, 그레이팅, 마이크로 렌즈어레이 및 프레즈널 렌즈 등을 구성한 웨이퍼 상태의 제품의 일실시예를 확대하여 나타낸 평면도 및 정면도이다. 도시된 바와 같이 도 13a에는 웨이퍼 상에 폴리머와 IR차단코팅을 한 IR차단필터가 구성되어 있다. 이는 전술한 단계에서 웨이퍼를 떼어내기 전의 제품으로 이와 같은 상태에서도 IR차단을 할 수 있는 필터로서의 열할을 수행할 수 있다.
도 14은 본 발명에 따른 그레이팅을 갖는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터를 제조 하는 과정을 나타낸 공정도이며, 도 15는 본 발명에 따른 마이크로렌즈어레이를 갖는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터를 제조 하는 과정을 나타낸 공정도이고, 도 16는 본 발명에 따른 프레즈널 렌즈를 갖는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터를 제조 하는 과정을 나타낸 공정도이다.
또한, 전술한 마이크로렌즈 어레이는 소형의 영상기기, 예컨대 핸드폰캠 또는 핸드폰카메라와 같은 장비에 사용되는 경우에는 각각의 이미지 센서에 빛을 집중시켜야 고화질의 화상을 얻을 수 있기 때문에 이미지 센서에 직접 부착되어 나오는 경우가 있다.
이 경우에는 그 영상기기의 특성에 따라, 그레이팅 기능을 갖는 IR차단필름필터를 접합하여 이미지센서, 그 위에 마이크로렌즈 어레이, 그 위에 그레이팅 기능을 갖는 IR차단필름필터를 접합하여 이미지센서, 그 위에 마이크로렌즈 어레이, 그 위에 그레이팅 기능을 갖는 IR차단필름필터가 붙는 하나의 모듈 형태로 구성할 수 있다. 이 때, IR차단필름필터의 설치는 상면 하부면이 바뀌어도 그 기능은 동일하기 때문에 무관하다. 다만, 그레이팅 기능을 하는 중합체면이 마이크로렌즈 어레이의 상부면에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 마이크로렌즈 어레이 상부에 중합체를 접합하는 것이 쉽기 때문이다.
또는, 프레즈널 렌즈 기능을 갖는 IR차단필름필터를 접합하여 이미지센서, 그 위에 마이크로렌즈 어레이, 그 위에 프레즈널 렌즈가 포함된 IR차단필름필터가 붙는 하나의 모듈 형태로 구성할 수도 있다. 이 경우에도 IR차단필름필터의 설치는 상면 하부면이 바뀌어도 그 기능은 동일하기 때문에 무관하다. 다만, 프레즈널 렌즈 기능을 하는 중합체면이 마이크로렌즈 어레이의 상부면에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 마이크로렌즈 어레이 상부에 중합체를 접합하는 것이 쉽기 때문이다.
또는, 얇은 중합체 박막을 갖는 IR차단필름필터를 접합하여 이미지센서, 그 위에 마이크로렌즈 어레이, 그 위에 IR차단필름필터가 붙는 하나의 모듈 형태로 구성할 수도 있다. 이 경우에도 IR차단필름필터의 설치는 상면 하부면이 바뀌어도 그 기능은 동일하기 때문에 무관하다. 다만, 중합체면이 마이크로렌즈 어레이의 상부면에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 마이크로렌즈 어레이 상부에 중합체를 접합하는 것이 쉽기 때문이다.
전술한 바와 같이 이미지 센서와 이미지 센서업체에서 제공하는 마이크로렌즈 어레이의 상부에 IR컷오프필름필터를 부착하여 사용할 수도 있지만, 전술한 바와 같이 일반적인 단품의 장치로 이미지센서 상부에 하우징을 구성하여 그 구성된 하우징에 그레이팅을 구비한 IR컷오프필름필터를 조립하여 구성할 수도 있다. 또는 하우징에 마이크로렌즈 어레이를 구비한 IR컷오프필름필터를 구성할 수도 있다. 또한, 하우징에 프레즈널 렌즈를 구비한 IR컷오프필름필터를 구성할 수도 있다. 또한, 하우징에 박막의 중합체로 구성하여 IR만을 컷오프시키는 기능만을 갖는 IR컷오프필름필터를 구성할 수도 있다. 이는 제조하는 영상기기의 특성에 따라 그 구성에 차이가 발생하기 때문에 그 기능성을 최대화시킬 수 있는 부품을 사용하기 때문이다.
본 발명은 IR차단필름필터를 제조시에 IR차단필름필터가 구성된 반대면에 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이를 구성함으로써, 하나의 IR차단필름필터로 하나의 필터와 하나의 렌즈를 구성한 것과 같은 효과를 발생시킴으로써, 보다 소형으로 영상기기 또는 광학모듈을 제조할 수 있으며, 대량 생산이 가능해지므로, 싼 가격의 다량의 IR차단필름필터(150)를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 중합체와 IR코팅면으로 구성된 IR차단필름필터(150)를 제공함으로 광학모듈 내부에서 발생하는 백화현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (22)

  1. 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법에 있어서,
    광학유리 또는 실리콘 기판(100)을 준비하는 준비단계와;
    상기 기판(100) 상에 포토레지시트(110)를 도포하는 제1 도포단계와;
    상기 포토레지스트(110)에 마스크를 통하여 노광시켜 상기 포토레지스트(110)의 일부분을 제거하는 제1 제거 단계와;
    상기 일부분의 포토레지스트(110)가 제거된 상기 기판(100)에 원하는 모양을 형성시키는 형성단계와;
    상기 나머지의 포토레지시트(110)를 제거하고, 상기 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 모양으로 형성된 기판(100) 상에 광학용 중합체(120 ; polymer)를 진공 및 대기중에서 스핀 도포하는 제2 도포단계와;
    상기 중합체(120)가 도포된 기판(100) 상에 광학박막층(130)을 코팅하는 코팅단계와;
    상기 중합체(120) 및 상기 광학박막층(130)이 적층된 상기 기판(100)을 일정한 크기로 자르는 절단단계 또는 중합체(120) 및 상기 광학박막층(130)을 기판(100)으로부터 떼어내는 단계와;
    잘라낸 상기 중합체(120) 또는 상기 중합체(120) 및 상기 광학박막층(130) 전체를 떼어낸후, 하부에 있는 기판(100)을 떼어내거나, 상기 중합체(120) 및 상기 광학박막층(130)을 절단하여 IR차단필름필터(150)의 완성품을 얻는 단계로 구성되 는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 IR차단필름필터(150)의 일 구성부분인 중합체(120)의 상부면에 상기 원하는 모양 형태로 프레즈널 렌즈를 구성하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 IR차단필름필터(150)의 일 구성부분인 중합체(120)의 상부면에 상기 원하는 모양 형태로 그레이팅, GOE, DOE, HOE를 구성하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계 이후에 검사장비를 이용하여 각각의 IR차단필름필터(150)의 광학 성능(광통신 포함)을 측정하는 검사단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검사단계는 랜덤검사 또는 전수검사를 하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도포단계 및 상기 코팅단계는 고진공 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  8. 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법에 있어서,
    기판(100)을 준비하는 준비단계와;
    상기 기판(100) 상에 포토레지시트(110)를 도포하는 제1 도포단계와;
    상기 포토레지스트에 마스크를 사용하여 노광시켜 원하는 모양으로 상기 포토레지스트의 일부분을 제거하는 제1 제거 단계와;
    상기 포토레지스트가 제거된 상기 기판(100)에 에칭을 사용하여 원하는 모양을 형성시키는 제1 형성단계와;
    상기 기판(100) 상에 충분한 두께로 니켈 등의 금속을 전주도금하여 코어(220)를 형성하는 제2 형성단계와;
    상기 코어(220)를 상기 기판(100)으로부터 떼어 내는 분리 단계와;
    상기 코어(220)를 중합체(230)에 찍어내어 원하는 형상으로 찍어내는 제3 형성 단계와;
    원하는 형상으로 형성된 상기 중합체(230)에 광학박막층(240)을 코팅하는 코팅 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중합체(230) 및 상기 광학박막층(240)으로 형성된 기판을 일정한 크기로 자르는 절단 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR차단필름필터(150)의 일 구성부분인 중합체(120)의 상부면에 상기 원하는 모양 형태로 프레즈널 렌즈를 구성하여 2개의 기능을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  11. 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR차단필름필터(150)의 일 구성부분인 중합체(120)의 상부면에 상기 원하는 모양 형태로 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  12. 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IR차단필름필터(150)의 일 구성부분인 중합체(120)의 상부면에 상기 원하는 모양 형태로 그레이팅, GOE, DOE, HOE를 구성하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  13. 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 단계 이후에 검사장비를 이용하여 각각의 IR차단필름필터(250)의 광학 통신 성능을 측정하는 측정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  14. 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검사단계는 랜덤검사 또는 전수검사를 하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제1 도포단계, 상기 제1 제거 단계, 상기 제1 형성단계, 상기 제2 형성단계, 상기 제3 형성 단계 및 상기 코팅단계는 고진공 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    마이크로 렌즈 어레이를 구비하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법에 있어서, 기판(100)을 준비하는 준비단계와;
    상기 기판(100) 상에 포토레지시트(110)를 도포하는 제1 도포단계와;
    상기 포토레지스트(110)에 마스크를 통하여 노광시켜 일부분의 포토레지스트(110)를 제거하는 제1 제거 단계와;
    상기 일부분의 포토레지스트(110)가 제거된 상기 기판(100)에 원하는 모양을 형성시키는 형성단계와;
    상기 나머지의 포토레지시트(110)를 제거하고, 상기 프레즈널 렌즈, 그레이팅 또는 마이크로 렌즈 어레이의 모양으로 형성된 기판(100) 상에 광학용 중합체(120 ; polymer)를 도포하는 제2 도포단계와;
    상기 중합체(120)가 도포된 기판(100) 상에 광학박막층(130)을 코팅하는 코팅단계와;
    상기 중합체(120) 및 상기 광학박막층(130)이 적층된 상기 광학유리기판(100)을 일정한 크기로 자르는 절단단계와;
    잘라낸 상기 중합체(120)의 하부에 있는 기판(100)을 떼어내어 IR차단필름필터(150)의 완성품을 얻는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 비평탄형 적외선 컷 필름 필터 제조 방법.
  17. 그레이팅, 마이크로렌즈어레이, 프레즈널(평면)렌즈 일체형 적외선적외선 차단 필름 필터 제품구조에 있어서,
    얇은 중합체(310)에 광학박막층(320)을 구성한 적외선 차단 필름 필터 제품구조.
  18. 그레이팅, 마이크로렌즈어레이, 프레즈널(평면)렌즈 일체형 적외선적외선 차단 필름 필터 제품구조에 있어서,
    중합체(330)의 일면에 그레이팅을 구성하고, 상기 중합체(330)의 타면에 광학박막층(320)을 적층한 적외선 차단 필름 필터 제품구조.
  19. 그레이팅, 마이크로렌즈어레이, 프레즈널(평면)렌즈 일체형 적외선적외선 차단 필름 필터 제품구조에 있어서,
    중합체(340)의 일면에 마이크로렌즈 어레이를 구성하고 상기 중합체(340)의 타면에는 광학박막층(320)을 적층한 것을 특징으로 하는 적외선 차단 필름 필터 제품구조.
  20. 그레이팅, 마이크로렌즈어레이, 프레즈널(평면)렌즈 일체형 적외선적외선 차단 필름 필터 제품구조에 있어서,
    중합체(350)의 일면에 프레즈널 렌즈를 구성하고 상기 중합체(350)의 타면에는 광학박막층(320)을 적층한 것을 특징으로 하는 적외선 차단 필름 필터 제품구조.
  21. 그레이팅, 마이크로렌즈어레이, 프레즈널(평면)렌즈 일체형 적외선적외선 차단 필름 필터 제품구조에 있어서,
    이미지센서의 상부에 상기 얇은 중합체막, 상기 그레이팅, 상기 마이크로렌즈어레이 또는 상기 프레즈널(평면)렌즈 중의 어느 하나를 갖는 중합체의 일면을 상기 이미지센서에 접합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 적외선적외선 차단 필름 필터 제품구조.
  22. 그레이팅, 마이크로렌즈어레이, 프레즈널(평면)렌즈 일체형 적외선적외선 차단 필름 필터 제품구조에 있어서,
    마이크로렌즈 어레이를 포함하는 이미지센서의 상부에 상기 얇은 중합체막, 상기 그레이팅 또는 프레즈널(평면)렌즈 중 어느 하나를 갖는 중합체의 일면을 상기 이미지센서에 접합하여 구성하는 것을 특징으로 하는 적외선적외선 차단 필름 필터 제품구조.
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