KR100826417B1 - 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR100826417B1
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진영수
오혜란
장인철
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Abstract

웨이퍼 스케일 렌즈 모듈 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈은 렌즈기판과, 상기 렌즈기판의 적어도 일면에 적층된 렌즈요소로 이루어지는 적어도 하나의 렌즈;를 포함하며, 상기 렌즈기판과 렌즈 사이의 적어도 일면에는 광량 조절을 위한 스탑(Stop)이 상기 렌즈요소가 적층되는 상기 렌즈기판 상에 일체로 형성됨을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 스탑은 감광성 수지(Photo Resist)로 이루어진다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈의 소형화 및 경량화가 가능하며, UV 경화성 폴리머와의 접착력이 우수한 감광성 수지로 스탑을 형성함으로써, 별도의 접착막을 형성할 필요가 없어지며, 감광성 수지의 특성상 노광 공정만으로도 스탑을 형성할 수 있어 제작 비용 및 시간이 단축되는 효과를 얻을 수 있다.
렌즈, 조리개, 스탑(Stop), 웨이퍼 스케일(Wafer Scale), 감광성 수지(Photo Resist), 레플리카(Replica)

Description

웨이퍼 스케일 렌즈 모듈 및 그 제조방법{Wafer Scale Lens Module and Fabrication Method Thereof}
도 1은 통상의 조리개를 갖는 광학계의 배열상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈의 배열상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈를 제조하는 단계를 나타내는 도면이다.
도 6은 렌즈기판의 양면에 스탑이 형성된 웨이퍼 스케일 렌즈를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제1 렌즈 20 : 제2 렌즈
30 : 제3 렌즈 40 : 이미지 센서
110 : 렌즈기판 115 : 광 출사구
120 : 제1 렌즈요소 130: 제2 렌즈요소
140 : 스탑 (제1 스탑) 150: 제2 스탑
본 발명은 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 렌즈의 적어도 일면에 광량 조절을 위한 스탑(Stop)이 일체로 형성되는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈 및 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 작으면서 가격이 저렴하면서도 성능이 좋은 카메라 모듈에 대한 수요 또한 증가해 왔다.
도 1은 통상의 조리개를 갖는 렌즈 모듈의 배열상태를 나타내는 도면이다.
상기 렌즈 모듈은 일반적으로 초소형 카메라용 렌즈 모듈로서, 물체측으로부 터 순서대로 제1 렌즈(1), 제2 렌즈(2), 제3 렌즈(3)를 포함하여 구성된다.
또한, 제3 렌즈(3) 다음에는 필터부재(5)와 이미지 센서(6)에 배치되는데, 상기 필터부재(5)로는 일반적으로 적외선(IR) 필터가 사용된다.
상기와 같은 렌즈 모듈에는 입사 광량을 결정하고 해상력을 제어하기 위해, 제1 렌즈(1) 앞에 별도의 기구물로서 조래개(4)가 배치된다.
그러나, 도 1의 종래 초소형 카메라용 렌즈 모듈과 같이 렌즈 외의 공간에 조리개(4)를 배치하여 구성하는 것은 렌즈 모듈의 소형화, 경량화 측면에서 문제점이 지적되고 있다.
특히, 소형화, 저비용화를 만족시키기 위해 렌즈 모듈의 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 렌즈 모듈 내에 조리개를 형성할 수 있는 기술이 요구되어 진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 렌즈 외의 공간에 배치되는 조리개 대신에 렌즈의 일면에 스탑을 형성함으로써 소형화, 경량화가 가능한 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 렌즈기판과, 상기 렌즈기판의 적어도 일면에 적층된 렌즈요소로 이루어지는 적어도 하나의 렌즈;를 포함하며, 상기 렌즈기판과 렌즈 사이의 적어도 일면에는 광량 조절을 위한 스탑(Stop)이 상기 렌즈요소가 적층되는 상기 렌즈기판 상에 일체로 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈이 제공된다.
본 발명에 의한 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈에 있어서,
바람직하게, 상기 스탑은 감광성 수지층으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 감광성 수지층은 블랙 포토 레지스트(Black Photo-Resist)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 감광성 수지층은 가시광 영역에서의 광 흡수율이 95% 이상인 것이 바람직하다.
삭제
또한, 상기 렌즈는 그 양면에 광량 조절을 위한 스탑이 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 스탑이 형성된 렌즈가 복수 개일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 렌즈기판의 적어도 일면에 감광성 수지를 적층하는 단계; 상기 감광성 수지가 적층된 렌즈기판을 노광/현상하여 렌즈기판 상에 광량을 조절하기 위한 스탑을 형성하는 단계; 상기 스탑이 형성된 렌즈기판 상에 렌즈소재를 주입하는 단계; 및 몰드를 사용하여 렌즈요소를 형성하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의한 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법에 있어서,
바람직하게, 상기 스탑을 형성하는 단계는 상기 감광성 수지가 적층된 렌즈기판에 빛을 조사하여 광 출사구에 해당하는 영역의 감광성 수지만을 제거할 수 있다.
바람직하게, 상기 감광성 수지는 블랙 포토 레지스트(Black Photo-Resist)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 감광성 수지는 가시광 영역에서의 광 흡수율이 95% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 스탑은 상기 렌즈기판의 양면에 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈에 관한 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈의 배열상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈은 물체측으로부터 순서대로 제1 렌즈(10), 제2 렌즈(20), 제3 렌즈(30)를 포함하여 구성되며, 상기 제3 렌즈(30) 다음에는 이미지 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 제조되는 것이나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 알려진 다양한 제조방식을 사용하여 상기 렌즈들(10, 20, 30)을 제조하는 것도 가능하다.
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.
본 실시예에서는 상기 스탑(140)이 제1 렌즈(10)에 일체로 형성되지만, 다르게는 제2 렌즈(20) 또는 제3 렌즈(30)에 광량을 조절하기 위한 스탑(140)을 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 따른 웨이퍼 스케일 렌즈(도 2에서 제1 렌즈에 해당)의 구성을 나타내는 도면이다.
이러한 웨이퍼 스케일 렌즈는 렌즈기판(110)과, 상기 렌즈기판(110)의 일면에 적층된 제1 렌즈요소(120)와, 상기 렌즈기판(110)의 타면에 적층된 제2 렌즈요소(130)를 포함하여 구성되며, 상기 제1 렌즈요소(120)가 적층된 렌즈기판(110)의 일면에는 광량 조절을 위한 스탑(140)이 일체로 형성되어 있다.
이때, 상기 스탑(140)은 렌즈기판(110)의 일면에 광 출사구(115)에 해당하는 영역을 제외하고 형성되며, 폴리머 소재로 이루어진 제1 렌즈요소(120)는 스 탑(140)이 형성된 렌즈기판(110)의 일면에 적층된다. 따라서 상기 제1 렌즈요소(120)의 가장자리는 스탑(140)의 상면과 접촉하며, 제1 렌즈요소(120)의 중앙부분은 광 출사구(115)에 대응하는 렌즈기판(110)의 일면과 접촉하게 된다.
그리고, 상기 제2 렌즈요소(130)는 렌즈기판(110)의 타면(제1 렌즈요소(120)가 적층된 렌즈기판(110)의 일면과 반대되는 면)과 전체적으로 접촉하게 된다.
한편, 본 발명의 웨이퍼 스케일 렌즈는 도 3에 도시된 바와 달리 렌즈기판(110)에 제2 렌즈요소(130)를 적층하지 않고, 렌즈기판(110)의 일면에만 제1 렌즈요소(120)가 적층된 구성을 가질 수 있다.
상기 스탑(140)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 렌즈기판(110)의 일면에 일체로 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 본 실시예에서 개시된 스탑(140)은 감광성 수지층으로 이루어진다.
여기서, 감광성 수지란, 빛의 작용으로 분자구조에 변화가 일어나고 그 결과 물성 변화가 생기는 고분자 또는 고분자 조성물을 말한다.
이와 같은 감광성 수지의 구성성분은 폴리머(Polymer), 용제(Solvent), 감광제(Sensitizer)로 대표되며, 현상되는 형태에 따라 양성(Positive) 감광성 수지와 음성(Negative) 감광성 수지로 나뉜다. 양성 감광성 수지인 경우에는 노광된 영역이 현상 후 없어지고, 음성 감광성 수지인 경우 노광된 영역이 현상 후 남아있게 된다.
상기와 같이 렌즈기판(110)에 감광성 수지층으로 스탑(140)을 형성하는 본 발명은 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막을 사용하는 것에 비해 제조 공정이 단순해지고, 제1 렌즈요소(120)의 재료로 사용되는 UV 경화성 폴리머와의 접착력이 우수하다는 장점을 갖는다.
구체적으로, 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막으로 스탑(140)을 형성하는 경우에는 금속막의 높은 소수성으로 인해서 UV 경화성 폴리머와의 접착력이 떨어지므로, 금속막 위에 별도의 접착막 형성이 필요하다.
반면에, 감광성 수지층으로 스탑(140)을 형성하는 경우에는 감광성 수지의 높은 친수성으로 인해서 UV 경화성 폴리머와의 접착력이 우수하므로, 추가로 감광성 수지층 위에 접착막을 형성할 필요가 없어진다.
또한, 금속막으로 스탑(140)을 형성하는 경우에는 노광, 금속막 증착, 금속막 제거의 순차적인 공정이 필요하나, 감광성 수지층으로 스탑(140)을 형성하는 경우에는 감광성 수지의 특성상 노광 공정만으로도 스탑(140)을 형성할 수 있어 제작 비용 및 시간을 단축할 수 있다.
한편, 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막은 높은 반사율을 가지므로 스탑(140)을 통과한 광(光)들이 렌즈기판(110)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, 상 기와 같은 내부 전반사로 인한 화상 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
이때, 상기 스탑(140)을 이루는 감광성 수지층은 가시광 영역에서의 광 흡수율이 95% 이상인 것이 바람직하다.
이하, 도 4을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈에 관한 다른 실시예를 설명하기로 한다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 구성을 나타내는 도면이다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈는 광량 조절을 위한 스탑(140, 150)이 렌즈 기판의 양면에 일체로 형성됨을 제외하고, 전술한 일 실시예에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 구성과 동일하므로, 그 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였으며 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이러한 웨이퍼 스케일 렌즈는 렌즈기판(110)과, 상기 렌즈기판(110)의 일면에 적층된 제1 렌즈요소(120)와, 상기 렌즈기판(110)의 타면에 적층된 제2 렌즈요소(130)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 렌즈요소(120)가 적층된 렌즈기판(110)의 일면에는 광량 조절을 위한 제1 스탑(140)이 일체로 형성되며, 제2 렌즈요소(130)가 적층된 렌즈기판(110)의 타면에는 제2 스탑(150)이 형성되어 있다.
이때, 상기 제1 스탑(140)은 렌즈기판(110)의 일면에 광 출사구(115)에 해당 하는 영역을 제외하고 형성되며, 폴리머 소재로 이루어진 제1 렌즈요소(120)는 제1 스탑(140)이 형성된 렌즈기판(110)의 일면에 적층된다. 따라서 상기 제1 렌즈요소(120)의 가장자리는 제1 스탑(140)의 상면과 접촉하며, 제1 렌즈요소(120)의 중앙부분은 광 출사구(115)에 대응하는 렌즈기판(110)의 일면과 접촉하게 된다.
그리고, 상기 제2 스탑(150)은 렌즈기판(110)의 타면에 형성되며, 제2 렌즈요소(130)는 그 가장자리가 제2 스탑(150)의 상면과 접촉하도록 렌즈기판(110)에 적층된다.
이와 같이, 렌즈기판(110)의 양면에 감광성 수지층으로 이루어진 스탑(140, 150)을 형성하는 경우 배플(baffle) 역할을 하므로 화각을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈를 제조하는 단계를 나타내는 도면이며, 도 6은 렌즈기판(210)의 양면에 스탑(240)이 형성된 웨이퍼 스케일 렌즈를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 5(a)에 도시된 바와 같이 렌즈기판(210) 상에 블랙 포토 레지스트(Black Photo-Resist)와 같은 감광성 수지(240')(Photo Resist)를 적층한다. 상기 감광성 수지(240')는 가시광 영역에서의 광 흡수율이 95% 이상인 것이 바람직하다.
이후, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 감광성 수지(240')가 적층된 렌즈기 판(210)을 노광/현상하여 렌즈기판(210) 상에 광량을 조절하기 위한 스탑(240)을 형성한다. 구체적으로, 상기 감광성 수지(240')가 적층된 렌즈기판(210)에 일정한 패턴이 형성된 마스크(미도시) 덮은 후 빛을 조사하여 광 출사구(215)에 해당하는 영역의 감광성 수지(240')만을 제거할 수 있다.
이때, 본 실시예에서는 음성(Negative) 감광성 수지(240')를 사용하므로, 노광된 영역이 현상 후 남아서 스탑(240)을 형성하게 된다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 양성(Positive) 감광성 수지를 사용하여 스탑을 형성하는 것도 가능하다.
그 다음, 도 5(c)에 도시된 바와 같이 상기 스탑(240)이 형성된 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 경화시킨 후, 상기 몰드(300)를 떼어내면 도 5(d)에 도시된 바와 같은 복수 개의 웨이퍼 스케일 렌즈가 얻어지고, 이를 점선과 같이 커팅(cutting)하면 하나의 웨이퍼 스케일 렌즈가 완성된다.
이와 같은 감광성 수지(240')를 사용하는 본 발명에 따른 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법에 의하면, 단순한 공정에 의해 렌즈기판(210) 상에 스탑(240)을 형성할 수 있게 된다.
즉, 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr)과 같은 금속막으로 스탑(240)을 형성하는 경우에는 노광, 금속막 증착, 금속막 제거의 순차적인 공정이 필요하나, 감광성 수지(240')로 스탑(240)을 형성하는 경우에는 감광성 수지(240')의 특성상 노광 공정만으로도 스탑(240)을 형성할 수 있어 제작 비용 및 시간을 단축할 수 있다.
감광성 수지(240')의 높은 친수성으로 인해서 UV 경화성 폴리머와의 접착력이 우수하므로, 추가로 감광성 수지(240')층 위에 접착막을 형성할 필요가 없어진다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 화각 확보를 위해 렌즈기판(210)의 양면에 스탑(240, 250)을 형성할 수 있는데, 그 제조방법은 전술한 바와 같다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
이상과 같은 본 발명의 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈 및 그 제조방법은 광량 조절을 위해 별도의 기구물인 조리개를 사용하는 대신에 렌즈의 적어도 일면에 스탑을 형성함으로써, 렌즈 모듈의 소형화 및 경량화가 가능하다.
또한, UV 경화성 폴리머와의 접착력이 우수한 감광성 수지로 스탑을 형성함으로써, 별도의 접착막을 형성할 필요가 없어지며, 감광성 수지의 특성상 노광 공정만으로도 스탑을 형성할 수 있어 제작 비용 및 시간이 단축되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 감광성 수지는 일반적으로 가시광 영역에서 높은 광 흡수율을 가지므로, 렌즈 모듈에서 발생하는 내부 전반사로 인한 화상 저하의 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (16)

  1. 렌즈기판과, 상기 렌즈기판의 적어도 일면에 적층된 렌즈요소로 이루어지는 적어도 하나의 렌즈;를 포함하며,
    상기 렌즈기판과 렌즈 사이의 적어도 일면에는 광량 조절을 위한 스탑(Stop)이 상기 렌즈요소가 적층되는 상기 렌즈기판 상에 일체로 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스탑은 감광성 수지층인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스탑은 음성(Negative) 감광성 수지층인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스탑은 양성(Positive) 감광성 수지층인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 감광성 수지층은 블랙 포토 레지스트(Black Photo-Resist)로 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 감광성 수지층은 가시광 영역에서의 광 흡수율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 그 양면에 광량 조절을 위한 스탑이 일체로 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스탑이 형성된 렌즈가 복수 개인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈 모듈.
  10. 렌즈기판의 적어도 일면에 감광성 수지를 적층하는 단계;
    상기 감광성 수지가 적층된 렌즈기판을 노광/현상하여 렌즈기판 상에 광량을 조절하기 위한 스탑을 형성하는 단계;
    상기 스탑이 형성된 렌즈기판 상에 렌즈소재를 주입하는 단계; 및
    몰드를 사용하여 렌즈요소를 형성하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스탑을 형성하는 단계는 상기 감광성 수지가 적층된 렌즈기판에 빛을 조사하여 광 출사구에 해당하는 영역의 감광성 수지만을 제거함을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 감광성 수지는 음성(Negative) 감광성 수지인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 감광성 수지는 양성(Positive) 감광성 수지인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 감광성 수지는 블랙 포토 레지스트(Black Photo-Resist)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 감광성 수지는 가시광 영역에서의 광 흡수율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 스탑은 상기 렌즈기판의 양면에 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 스케일 렌즈의 제조방법.
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