KR101826745B1 - 가변초점 렌즈 구조체 및 그 제조방법과, 광학렌즈 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

가변초점 렌즈 구조체 및 그 제조방법과, 광학렌즈 모듈 및 그 제조방법가 개시된다. 개시된 가변초점 렌즈 구조체는, 제1 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 멤브레인을 포함하는 액체렌즈 유닛과, 실리콘 멤브레인 상에 마련되는 폴리머 액츄에이터와, 실리콘 멤브레인과 폴리머 액츄에이터 사이에 마련되는 제2 실리콘 엘라스토머로 이루어진 접착성 실리콘층를 포함한다.

Description

가변초점 렌즈 구조체 및 그 제조방법과, 광학렌즈 모듈 및 그 제조방법{Varifocal lens structure and method of manufacturing the varifocal lens structure, and optical lens module and method of manufacturing the optical lens module}

가변초점 렌즈 구조체 및 그 제조방법과, 광학렌즈 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현대 휴대용 통신기기는 단순한 전화 및 메시지 전달 기능을 넘어서 카메라, 게임, 음악 재생, 방송 및 인터넷 등과 같은 다양한 기능을 포함하는 다목적 전자기기로 발전하고 있다. 그리고, 이와 더불어 휴대용 통신기기 내의 작은 공간에 더 많은 기능들을 집적하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 이러한 휴대용 통신기기 내에 집적되는 모듈들 중 크기를 줄이기가 가장 어려운 것으로 카메라 모듈을 들 수 있다. 상기 카메라 모듈에서 결상 광학계의 크기를 줄이는 데에는 한계가 있다. 그리고, 보다 나은 영상을 얻기 위해서 자동초점 기능, 손 떨림 방지 기능 및 줌 기능 등이 필요하지만, 이러한 기능들을 카메라 모듈에 추가하기에는 크기의 제약 때문에 쉽지 않다. 한편, 카메라 모듈에서 자동초점 기능을 구현하기 위한 대표적인 방법으로는 스텝 모터를 사용하는 방법, VCM(voice coil motor)를 사용하는 방법 또는 액체 렌즈를 사용하는 방법 등이 있다. 그러나, 이러한 방법들은 액체 렌즈를 사용하는 방법을 제외하면 휴대용 통신기기에 사용하기에 크기의 제약이 있으며, 또한 일괄 공정으로 제작하기에도 많은 어려움이 있어 제조 단가를 낮추기가 쉽지 않다는 문제가 있다.

이러한 문제를 극복하기 위해서 최근에는 두께가 얇고 초점거리 조절이 가능하며, 웨이퍼 레벨(wafer-level)로 제작할 수 있는 미소 가변초점 렌즈 구조체가 개발되고 있다. 이러한 가변초점 렌즈 구조체에서는 광학 유체로 채워진 유체 챔버가 투명한 탄성 멤브레인에 의해 밀봉되어 있으며, 이 탄성 멤브레인 상에는 폴리머 액츄에이터가 마련되어 있다. 이와 같은 구조에서, 폴리머 액츄에이터가 구동하면 광학 유체에 작용하는 압력이 변화하게 되고, 이러한 압력 변화에 의해 탄성 멤브레인이 변형됨으로써 렌즈의 초점거리를 변화시키게 된다. 이러한 가변초점 렌즈 구조체는 예를 들면, 카메라 모듈 앞에 배치되어 자동 초점 기능을 수행하는데 사용될 수 있다.

이와 같은 가변초점 렌즈 구조체에서는 상기 탄성 멤브레인은 일반적으로 소수성(hydrophobic) 재질로 이루어진다. 따라서, 상기 탄성 멤브레인과 폴리머 액츄에이터의 결합을 위해 아크릴(acryl) 계열 또는 에폭시(epoxy) 계열의 접착체를 사용하는 경우에는 이러한 접착제와 탄성 멤브레인 사이의 접착력이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예들은 가변초점 렌즈 구조체 및 그 제조방법과, 광학렌즈 모듈 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 있어서,

제1 실리콘 엘라스토머(silicone elastomer)로 이루어진 실리콘 멤브레인(silicone membrane)을 포함하는 액체렌즈 유닛;

상기 실리콘 멤브레인 상에 마련되는 폴리머 액츄에이터; 및

상기 실리콘 멤브레인과 폴리머 액츄에이터 사이에 마련되는 것으로, 제2 실리콘 엘라스토머로 이루어진 접착성 실리콘층(adhesive silicone layer);를 구비하는 가변초점 렌즈 구조체가 제공된다.

상기 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머는 서로 다른 물질 또는 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머는 예를 들면, PDMS(polydimethylsiloxane), PMPS(polymethylphenylsiloxane) 또는 PVS(polyvinylsiloxane)을 포함할 수 있다.

상기 액체렌즈 유닛은, 광학 유체로 채워진 유체 챔버가 형성된 프레임; 상기 유체 챔버를 덮도록 상기 프레임의 상면에 마련되는 상기 실리콘 멤브레인; 및 상기 프레임의 하면에 마련되어 상기 유체 챔버의 바닥을 이루는 투명 기판;을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 실리콘 멤브레인은 상기 폴리머 액츄에이터가 마련되는 구동부와, 상기 구동부의 내측에 형성되어 초점거리를 변화시키는 가변렌즈부를 포함할 수 있다.

상기 폴리머 액츄에이터 및 상기 접착성 실리콘층에는 상기 가변렌즈부에 대응하는 관통홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 있어서,

제1 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 멤브레인을 포함하는 액체렌즈 유닛을 준비하는 단계;

폴리머 액츄에이터의 일면에 제2 실리콘 엘라스토머로 이루어진 접착성 실리콘층을 형성하는 단계; 및

상기 실리콘 멤브레인과 상기 접착성 실리콘층을 접합하는 단계;를 포함하는 가변초점 렌즈 구조체의 제조방법이 제공된다.

상기 실리콘 멤브레인과 상기 접착성 실리콘층을 접합하기 전에 접합될 상기 실리콘 멤브레인의 표면과 상기 접착성 실리콘층의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기 실리콘 멤브레인과 상기 접착성 실리콘층은 진공 분위기 하에서 가압 접합될 수 있다.

상기 접착성 실리콘층을 형성하는 단계는, 폴리머 액츄에이터 물질층 상에 액상의 제2 실리콘 엘라스토머를 도포하는 단계; 상기 액상의 제2 실리콘 엘라스토머를 경화시켜 접착성 실리콘 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 폴리머 액츄에이터 물질층 및 접착성 실리콘 물질층에 상기 가변렌즈부에 대응하는 관통공들을 형성함으로써 상기 폴리머 액츄에이터 및 상기 접착성 실리콘층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 액상의 제2 실리콘 엘라스토머를 도포하기 전에, 상기 폴리머 액츄에이터 물질층의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 있어서,

광학 유체를 이용하여 초점 거리를 변화시키는 가변초점 렌즈 구조체;

상기 가변초점 렌즈 구조체와 이격되게 마련되는 광학 소자; 및

상기 가변초점 렌즈 구조체와 상기 광학 소자 사이에 마련되는 것으로, 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 스페이서(silicone spacer);를 구비하는 광학 렌즈 모듈이 제공된다.

상기 실리콘 스페이서가 부착되는 상기 가변초점 렌즈 구조체의 표면 및 상기 광학 소자의 표면은 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.

상기 실리콘 스페이서는 상기 가변초점 렌즈 구조체 및 상기 광학 소자의 가장자리를 따라 마련될 수 있다. 상기 실리콘 스페이서에는 적어도 하나의 에어 벤트(air vent)가 형성될 수 있다.

상기 실리콘 스페이서는 상기 투명 기판에 부착되며, 상기 투명 기판은 글라스로 이루어질 수 있다. 상기 탄성 멤브레인은 실리콘 엘라스토머로 이루어지며, 상기 탄성 멤브레인과 상기 액츄에이터 사이에는 실리콘 엘라스토머로 이루어진 접착성 실리콘층이 마련될 수 있다. 상기 광학 소자는 고정초점 렌즈 구조체를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 있어서,

복수의 가변초점 렌즈 구조체가 집적된 가변렌즈 웨이퍼와, 복수의 광학 소자가 집적된 광학 소자 웨이퍼를 준비하는 단계;

상기 가변렌즈 웨이퍼와 상기 광학 소자 웨이퍼 중 어느 하나에 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 스페이서의 일면을 부착하는 단계;

상기 실리콘 스페이서의 타면에 상기 가변렌즈 웨이퍼와 상기 광학 소자 웨이퍼 중 다른 하나를 부착하는 단계; 및

상기 가변렌즈 웨이퍼 및 상기 광학 소자 웨이퍼를 다이싱(dicing)하는 단계;를 포함하는 광학 렌즈 모듈의 제조방법이 제공된다.

상기 실리콘 스페이서에는 적어도 하나의 에어 벤트(air vent)가 형성될 수 있다.

상기 실리콘 스페이서가 부착되는 상기 가변렌즈 웨이퍼의 표면 및 상기 광학 소자 웨이퍼의 표면은 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.

상기 가변렌즈 웨이퍼의 표면 및 상기 광학 소자 웨이퍼의 표면은 상기 실리콘 스페이서가 부착되기 전에 산소 플라즈마 처리될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 폴리머 액츄에이터와 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 멤브레인 사이에 실리콘 엘라스토머로 이루어진 접착성 실리콘층을 형성함으로써 폴리머 액츄에이터와 실리콘 멤브레인 사이의 접착력을 증대시킬 수 있는 가변초점 렌즈 구조체를 구현할 수 있다. 또한, 가변렌즈 구조체와 다른 광학 소자 사이에 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 스페이서를 형성함으로써 가변렌즈 구조체와 광학 소자의 접착력을 향상시킬 수 있고, 상기 가변렌즈 구조체와 광학 소자 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있으며, 또한 웨이퍼 레벨 공정시 웨이퍼 구부림(wafer warpage) 현상이 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변초점 렌즈 구조체의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변초점 렌즈 구조체의 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변초점 렌즈 구조체의 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 렌즈 모듈을 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 실리콘 스페이서의 사시도이다.
도 11은 도 9에 도시된 실리콘 스페이서의 변형예를 도시한 것이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 렌즈 모듈의 제조방법을 설명하는 도면들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변초점 렌즈 구조체의 분해 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 가변초점 렌즈 구조체는 액체렌즈 유닛(100)과, 상기 액체렌즈 유닛(100) 상에 마련되는 폴리머 액츄에이터(150)와, 상기 액체렌즈 유닛(100)과 폴리머 액츄에이터(150) 사이에 형성되는 접착성 실리콘층(adhesive silicone layer,140)을 포함한다. 상기 액체렌즈 유닛(100)은 유체 챔버(160)가 형성된 프레임(110)과, 상기 프레임(110)의 상면에 마련되는 실리콘 멤브레인(silicone membrane,130)과, 상기 프레임(110)의 하면에 마련되는 투명 기판(120)을 포함할 수 있다. 상기 프레임(110)에 형성된 유체 챔버(160) 내에는 렌즈 역할을 수행하는 광학 유체(170)가 채워져 있다. 상기 광학 유체(170)로는 투명한 오일 등이 사용될 수 있으며, 이외에도 다양한 액체 물질이 사용될 수 있다. 상기 프레임(110)은 예를 들면 실리콘(Si) 등으로 이루어질 수 있으며, 이외에도 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 프레임(110)의 형상은 단지 예시적인 것으로, 이외에도 상기 프레임(110)은 다양한 형상을 가질 수 있다.

상기 프레임(110)의 하면에는 투명 기판(120)이 마련되어 있다. 이러한 투명 기판(120)은 상기 유체 챔버(160)의 바닥을 이루는 것으로서, 예를 들면 글라스 등으로 이루어질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 프레임(110)의 상면에는 실리콘 멤브레인(130)이 마련되어 있다. 이러한 실리콘 멤브레인(130)은 상기 유체 챔버(160)를 덮도록 마련되어 있다. 여기서, 상기 실리콘 멤브레인(130)은 제1 실리콘 엘라스토머(silicone elastomer)로 이루어질 수 있다. 상기 제1 실리콘 엘라스토머는 예를 들면, PDMS(polydimethylsiloxane), PMPS(polymethylphenylsiloxane) 또는 PVS(polyvinylsiloxane)을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 제1 실리콘 엘라스토머는 이외에도 다른 물질을 포함할 수 있다. 이러한 실리콘 멤브레인(130)은 제1 실리콘 엘라스토머로 이루어진 시트(sheet)를 상기 프레임(110)의 상면에 부착함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 프레임(110)의 상면을 산소 플라즈마 처리한 후, 상기 시트를 부착시키게 되면 상기 프레임(110)의 상면에 견고하게 부착된 실리콘 멤브레인(130)이 형성될 수 있다.

상기 실리콘 멤브레인(130)은 그 위에 폴리머 액츄에이터(150)가 마련되는 구동부(130b)와 상기 구동부(130b)의 내측에 형성되는 가변렌즈부(130a)를 포함할 수 있다. 상기 가변렌즈부(130a)는 상기 실리콘 멤브레인의 가운데 부분에 원형으로 형성되어 구동부(130b)를 통해 광학 유체(170)에 가해지는 압력에 따라 변형됨으로써 초점 거리를 변화시키게 된다.

상기 실리콘 멤브레인(130) 상에는 폴리머 액츄에이터(150)가 마련되어 있다. 구체적으로, 상기 폴리머 액츄에이터(150)는 상기 실리콘 멤브레인(130)의 구동부(130b) 상에 마련되어 있다. 이에 따라, 상기 폴리머 액츄에이터(150)의 가운데 부분에는 상기 가변렌즈부(130a)에 대응하는 형상의 관통홀(150a)이 형성되어 있다. 상기 폴리머 액츄에이터(150)가 구동하게 되면, 상기 실리콘 멤브레인(130)의 구동부(130b)를 통해 광학 유체(170)에 압력을 가하게 된다. 그리고, 이렇게 가해진 압력에 따라 상기 실리콘 멤브레인(130)의 가변렌즈부(130a)는 변형되고, 이에 따라 액체 렌즈의 초점거리가 변하게 된다. 상기 폴리머 액츄에이터(150)는 예를 들면, 두께가 얇고 소비 전력이 작은 전기적 능동 폴리머(EAP; electro active polymer)로 이루어질 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 폴리머 액츄에이터(150)는 이외에도 다양한 재질의 폴리머로 이루어질 수 있다.

상기 폴리머 액츄에이터(150)와 상기 실리콘 멤브레인(130) 사이에는 접착성 실리콘층(adhesive silicone layer,140)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 접착성 실리콘층(140)은 상기 폴리머 액츄에이터(150)와 상기 실리콘 멤브레인(130) 사이를 견고하게 접합시키는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 접착성 실리콘층(140)은 제2 실리콘 엘라스토머로 이루어질 수 있다. 상기 제2 실리콘 엘라스토머는 전술한 제1 실리콘 엘라스토머와 마찬가지로, 예를 들면, PDMS(polydimethylsiloxane), PMPS(polymethylphenylsiloxane) 또는 PVS(polyvinylsiloxane)을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 실리콘 엘라스토머는 상기 제1 실리콘 엘라스토머와는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 실리콘 엘라스토머는 PDMS로 이루어질 수 있으며, 상기 제2 실리콘 엘라스토머는 PMPS로 이루어질 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 상기 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머는 서로 다양한 물질로 이루어질 수 있다.

상기 실리콘 멤브레인(130)과 상기 접착성 실리콘층(140)은 산소 플라즈마 표면 처리후 접합하게 되면, 매우 강력한 접합력을 가지는 영구적 본딩이 이루어진다. 구체적으로, 소수성의 실리콘 엘라스토머 표면을 산소 플라즈마 처리하게 되면, 실리콘 엘라스토머의 표면에 수산화기(-OH)가 형성됨으로써 친수성(hydrophilic) 표면으로 개질되고, 일부 수산화기는 사슬(chain)이 끊어짐으로써 표면에너지가 높아지게 된다. 따라서, 산소 플라즈마 표면 처리된 실리콘 엘라스토머들을 소정 시간(예를 들면, 대략 30분) 이내에 서로 접합을 하면 강력한 접착력을 가지는 영구적 본딩이 이루어진다.

그리고, 상기 폴리머 액츄에이터(150)에 접착성 실리콘층(140)을 부착하기 전에 상기 폴리머 액츄에이터(150)의 표면을 산소 플라즈마 처리하게 되면, 상기 접착성 실리콘층(140)이 상기 폴리머 액츄에이터(150)의 표면에 강력하게 부착될 수 있다. 한편, 상기 실리콘 멤브레인(130) 및 접착성 실리콘(140)을 구성하는 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머는 탄성 계수(Young's modulus)가 대략 1.5Mpa 이하인 연한(soft) 재질이므로, 폴리머 액츄에이터(150)로부터 광학 유체(170)로 전달되는 구동력이 손실되는 문제는 발생되지 않는다.

이상과 같이, 본 실시예에서는 액체렌즈 유닛(100)에 제1 엘라스토머로 이루어진 실리콘 멤브레인(130)을 마련하고, 이 실리콘 멤브레인(130)과 폴리머 액츄에이터(150) 사이에 제2 엘라스토머로 이루어진 접착성 실리콘층(140)을 형성함으로써 실리콘 멤브레인(130)과 폴리머 액츄에이터(150)가 서로 강력하게 접합될 수 있다. 또한, 실리콘 멤브레인(130)과 접착성 실리콘층(140)을 이루는 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머는 발수 특성(water proof)과 내화학 특성이 매우 우수하므로, 수분이나 유해 화학 물질이 침투되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머는 고온 신뢰성이 있기 때문에 고온 공정 적용이 가능하다.

한편, 이상의 실시예에서는 상기 실리콘 멤브레인(130)을 구성하는 제1 실리콘 엘라스토머와 상기 접착성 실리콘층(140)을 구성하는 제2 실리콘 엘라스토머가 서로 다른 물질로 이루어진 경우가 설명되었다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 멤브레인(131)을 구성하는 제1 실리콘 엘라스토머와 상기 접착성 실리콘층(141)을 구성하는 제2 실리콘 엘라스토머가 서로 동일한 물질로 이루어질 수도 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머는 모두 예를 들면, PDMS로 이루어질 수 있다. 또한 여기서, 상기 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머는 모두 PMPS로 이루어질 수도 있다. 이와 같이, 상기 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머가 동일한 물질로 이루어진 경우에는 상기 실리콘 멤브레인(131)과 상기 접착성 실리콘층(141)은 전술한 바와 같은 영구적 본딩에 의해 동일한 물질로 이루어진 일체의 형상을 가질 수 있다.

이하에서는 전술한 가변초점 렌즈 구조체를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 도 4 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변초점 렌즈 구조체의 제조방법을 설명하는 도면들이다.

도 4를 참조하면, 액체렌즈 유닛(100)을 준비한다. 상기 액체렌즈 유닛(100)은 유체 챔버(160)가 형성된 프레임(110)과, 상기 프레임(110)의 상면에 마련되는 실리콘 멤브레인(silicone membrane,130)과, 상기 프레임(110)의 하면에 마련되는 투명 기판(120)을 포함할 수 있다. 상기 프레임(110)에 형성된 유체 챔버(160) 내에는 광학 유체(170)가 채워져 있다. 상기 프레임(110)은 예를 들면 실리콘(Si) 등으로 이루이질 수 있다. 그리고, 상기 광학 유체(170)로는 투명한 오일 등이 사용될 수 있으며, 상기 투명 기판(120)으로는 예를 들면 글라스 기판이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 액체렌즈 유닛(100)은 상기 프레임(110)의 하면에 투명 기판(120)을 부착한 다음, 상기 유체 챔버(160) 내에 광학 유체(170)를 채우고, 상기 프레임(110)의 상면에 상기 유체 챔버(160)를 덮도록 실리콘 멤브레인(130)을 형성함으로써 제작될 수 있다.

상기 실리콘 멤브레인(130)은 제1 실리콘 엘라스토머로 이루어질 수 있다. 상기 제1 실리콘 엘라스토머는 예를 들면, PDMS, PMPS 또는 PVS을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 실리콘 멤브레인(130)은 제1 실리콘 엘라스토머로 이루어진 시트를 상기 프레임의 상면에 부착함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 프레임(110)의 상면을 산소 플라즈마 처리한 후, 상기 시트를 부착시키게 되면 상기 프레임(110)의 상면에 견고하게 부착된 실리콘 멤브레인(130)이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 실리콘 멤브레인(130)은 그 위에 폴리머 액츄에이터(150)가 마련되는 구동부(130b)와 상기 구동부(130b)의 내측에 마련되어 초점거리를 변화시키는 가변렌즈부(130a)를 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 폴리머 액츄에이터(도 6의 150)의 형성을 위한 폴리머 액츄에이터 물질층(150')을 마련한다. 여기서, 상기 폴리머 액츄에이터 물질층(150')은 예를 들면, 전기적 능동 폴리머(EAP)로 이루어질 수 있으며, 이외에도 다양한 재질의 폴리머로 이루어질 수 있다. 이어서, 상기 폴리머 액츄에이터 물질층(150')의 표면은 후술하는 액상의 제2 실리콘 엘라스토머가 잘 부착될 수 있도록 산소 플라즈마 처리될 수 있다. 한편, 상기 산소 플라즈마 처리 대신에 상기 폴리머 액츄에이터 물질층(150')의 표면에 접착 향상제(adhesion promotor)가 형성될 수도 있다. 다음으로, 상기 폴리머 액츄에이터 물질층(150')의 하면에 제2 실리콘 엘라스토머로 이루어진 접착성 실리콘 물질층(140')을 형성한다. 여기서, 상기 제2 실리콘 엘라스토머는 제1 실리콘 엘라스토머와 마찬가지로, 예를 들면, PDMS, PMPS 또는 PVS을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 실리콘 엘라스토머는 상기 제1 실리콘 엘라스토머와 다른 물질로 이루어지거나 또는 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

상기 접착성 실리콘 물질층(140')은 산소 플라즈마 처리된 상기 폴리머 액츄에이터 물질층(150')의 하면에 액상의 제2 실리콘 엘라스토머를 도포한 다음, 이를 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 접착성 실리콘 물질층(140')은 폴리머 액츄에이터 물질층(150')의 하면에 강한 접착력을 가지고 부착될 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 폴리머 액츄에이터 물질층(150')에 상기 가변렌즈부(130a)에 대응하는 관통공(150a)을 형성함으로써 폴리머 액츄에이터(150)를 형성한다. 그리고, 상기 접착성 실리콘 물질층(140')을 가공(예를 들면, 레이저 가공 등)하여 상기 가변렌즈부(130a)에 대응하는 관통공(140a)을 형성함으로써 접착성 실리콘층(140)을 형성한다.

도 7을 참조하면, 상기 실리콘 멤브레인(130)의 상면 및 상기 접착성 실리콘층(140)의 하면을 산소 플라즈마 처리한 다음, 상기 실리콘 멤브레인(130)과 상기 접착성 실리콘층(140)을 진공 분위기 하에서 가압 접합한다. 전술한 바와 같이, 상기 실리콘 멤브레인(130)과 상기 접착성 실리콘층(140)은 산소 플라즈마 표면 처리후 접합하게 되면, 매우 강력한 접합력을 가지는 영구적 본딩이 이루어진다. 즉, 소수성의 실리콘 엘라스토머 표면을 산소 플라즈마 처리하게 되면, 실리콘 엘라스토머의 표면에 수산화기(-OH)가 형성됨으로써 친수성(hydrophilic) 표면으로 개질되고, 일부 수산화기는 사슬(chain)이 끊어짐으로써 표면에너지가 높아지게 된다. 따라서, 산소 플라즈마 표면 처리된 실리콘 엘라스토머들을 소정 시간(예를 들면, 대략 30분) 이내에 서로 접합을 하게 되면 강력한 접착력을 가지는 영구적 본딩이 이루어진다.

이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 실리콘 멤브레인(130)과 접착성 실리콘층(140)이 서로 강력하게 접합된 가변렌즈 구조체가 완성된다. 한편, 상기 실리콘 멤브레인(130)과 접착성 실리콘층(140)의 접합될 표면들에 굴곡(warpage)나 결함이 있더라도 상기 실리콘 멤브레인(130)과 접착성 실리콘층(140)이 진공분위기 하에서 가압 접합되므로, 접합된 면들 사이에는 빈공간(void)이 없는 강력한 접합이 이루어질 수 있다.

이하에서는 가변초점 렌즈 구조체와 다른 광학소자(예를 들면, 고정초점 렌즈 구조체 등)가 접합된 광학 렌즈 모듈에 대해서 설명한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 렌즈 모듈을 도시한 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학 렌즈 모듈은 광학 유체(270)를 이용하여 초점 거리를 변화시키는 가변초점 렌즈 구조체(200)와, 상기 가변초점 렌즈 구조체(200)와 이격되게 마련되는 광학 소자(300)와, 상기 가변렌즈 구조체(200)와 상기 광학 소자(300) 사이에 마련되는 것으로 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 스페이서(silicone spacer,400)를 포함한다.

상기 가변초점 렌즈 구조체(200)는 광학 유체(270)로 채워진 유체 챔버(260)가 형성된 프레임(210)과, 상기 프레임(210)의 하면에 마련되는 투명 기판(220)과, 상기 프레임(210)의 상면에 마련되는 탄성 멤브레인(230)과, 상기 탄성 멤브레인(230) 상에 마련되는 액츄에이터(250)를 포함할 수 있다. 상기 탄성 멤브레인(230)과 액츄에이터(250) 사이에는 접착층(240)이 더 마련될 수 있다. 상기 프레임(210)은 예를 들면 실리콘(Si) 등으로 이루어질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 광학 유체(270)로는 투명한 오일 등이 사용될 수 있다. 상기 투명 기판(220)의 하면은 실리콘 스페이서(400)와의 강력한 접합을 위하여, 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 투명 기판(220)으로는 글라스 기판이 사용될 수 있다.

상기 탄성 멤브레인(230)은 그 위에 상기 액츄에이터(250)가 마련되는 구동부(230b)와, 상기 구동부(230b)의 내측에 위치하여 초점 거리를 변화시키는 가변렌즈부(203a)를 포함할 수 있다. 이러한 탄성 멤브레인(230)은 전술한 바와 같이 실리콘 엘라스토머(silicone elastomer)로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 실리콘 엘라스토머는 예를 들면, PDMS(polydimethylsiloxane), PMPS(polymethylphenylsiloxane) 또는 PVS(polyvinylsiloxane)을 포함할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 상기 탄성 멤브레인(230)이 실리콘 엘라스토머 외에 다른 물질로 이루어지는 것도 가능하다. 상기 탄성 멤브레인(230)의 구동부(230b) 상에는 액츄에이터(250)가 마련되어 있다. 상기 액츄에이터(250)로는 일반적으로 폴리머 액츄에이터가 사용되지만, 이외에 다른 유형의 액츄에이터도 사용될 수 있다. 한편, 상기 액츄에이터(250)의 가운데 부분에는 상기 가변렌즈부(230a)에 대응하는 관통공(250a)이 형성되어 있다.

상기 탄성 멤브레인(230)과 상기 액츄에이터(250) 사이에는 접착층(240)이 마련될 수 있다. 여기서, 상기 접착층(240)은 전술한 바와 같이 실리콘 엘라스토머로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 접착층(240)을 이루는 실리콘 엘라스토머와 상기 탄성 멤브레인(230)을 이루는 실리콘 엘라스토머는 서로 다른 물질을 포함하거나 또는 동일한 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 탄성 멤브레인(230)과 접착층(240)은 강력한 접착력으로 접합될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 전술하였으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 한편, 본 실시예에서는 상기 접착층(240)이 실리콘 엘라스토머 외에 다른 물질로 이루어지는 것도 가능하다. 한편, 상기 접착층(240)의 가운데 부분에는 상기 가변렌즈부(230a)에 대응하는 관통공(240a)이 형성되어 있다.

상기 광학 소자(300)는 상기 가변초점 렌즈 구조체(200)의 투명 기판(200) 하부에 소정 간격을 두고 마련되어 있다. 이러한 광학 소자(300)는 예를 들면 고정초점 렌즈 구조체가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 실리콘 스페이서(400)가 부착되는 상기 광학 소자(300)의 표면, 즉 상기 광학 소자(300)의 상면(300a)은 실리콘 스페이서(400)와의 강력한 접합을 위하여 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 한편, 상기 실리콘 스페이서(400)가 부착되는 광학 소자(300)의 상면(300a)이 실리콘이나 실리콘 산화물을 포함하지 않는 경우에는 상기 광학 소자(300)의 상면(300a)에 얇은 실리콘 엘라스토머층이 마련될 수 있다.

상기 가변초점 렌즈 구조체(200)와 상기 광학 소자(300) 사이에는 실리콘 스페이서(silicone spacer,400)가 마련되어 있다. 상기 실리콘 스페이서(400)는 실리콘 엘라스토머로 이루어질 수 있다. 상기 실리콘 엘라스토머는 예를 들면, PDMS, PMPS 또는 PVS 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 도 10에는 상기 실리콘 스페이서(400)의 사시도가 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 상기 실리콘 스페이서(400)는 상기 가변초점 렌즈 구조체(200) 및 상기 광학 소자(300)의 가장자리를 따라 마련되는 형상을 가질 수 있다. 본 실시에에서, 상기 실리콘 엘라스토머는 대략 80% ~ 100% 정도의 높은 신장율(elongation)을 가지는 탄성 물질이므로, 이러한 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 스페이서(400)를 가변초점 렌즈 구조체(200)와 광학 소자(300) 사이에 마련하게 되면 가변초점 렌즈 구조체(200)와 광학 소자(300)를 일정한 간격으로 유지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 실리콘 스페이서(400)는 상기 가변초점 렌즈 구조체(200) 및 상기 광학 소자(300)에 강력한 접착력을 가지고 부착될 수 있다. 구체적으로, 상기 가변초점 렌즈 구조체(200)의 접합면, 즉 투명 기판(220)의 하면과 상기 실리콘 스페이서(400)의 접합면, 즉 실리콘 스페이서(400)의 상면을 산소 플라즈마 처리한 다음, 상기 가변초점 렌즈 구조체(200)와 상기 실리콘 스페이서(400)를 진공 분위기 하에서 가압 본딩하게 되면 상기 실리콘 스페이서(400)의 상면은 상기 투명 기판(220)의 하면에 강한 접착력으로 부착될 수 있다. 또한, 광학 소자(300)의 접합면, 즉 광학 소자(300)의 상면(300a)과 상기 실리콘 스페이서(400)의 접합면, 즉 실리콘 스페이서(400)의 하면을 산소 플라즈마 처리한 다음, 상기 광학 소자(300)와 상기 실리콘 스페이서(400)를 진공 분위기 하에서 가압 본딩하게 되면 상기 실리콘 스페이서(400)의 하면은 상기 광학 소자(300)의 상면(300a)에 강한 접착력으로 부착될 수 있다. 도 11에는 도 10에 도시된 실리콘 스페이서의 변형예가 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 실리콘 스페이서(400')의 측면에는 적어도 하나의 에어 벤트(air vent,400'a)가 형성되어 있다. 이러한 에어 벤트(400'a)는 후술하는 광학 렌즈 모듈의 제조공정에서 실리콘 스페이서(400')의 내측 공간을 상기 에어 벤트(400'a)를 통하여 외부와 동일한 기압 분위기로 형성함으로써 가변초점 렌즈 구조체(200)나 광학 소자(300)가 변형되는 것을 방지한다.

도 12 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 렌즈 모듈을 웨이퍼 레벨(wafer-level)로 제조하는 공정을 설명하는 도면들이다.

도 12를 참조하면, 복수의 가변렌즈 구조체(501)가 집적된 가변렌즈 웨이퍼(500)와 복수의 광학 소자(701)가 집적된 광학 소자 웨이퍼(700)를 준비한다. 상기 가변렌즈 웨이퍼(500)는 광학 유체(570)로 채워진 복수의 유체 챔버(560)가 형성된 프레임(530)과, 상기 프레임(530)의 하면에 마련되는 투명 기판(520)과, 상기 프레임(510)의 상면에 마련되는 탄성 멤브레인(530)과, 상기 탄성 멤브레인(530) 상에 마련되는 복수의 액츄에이터(550)를 포함한다. 상기 탄성 멤브레인(530)과 액츄에이터들(550) 사이에는 접착층(540)이 형성될 수 있다. 여기서, 후술하는 공정에서 실리콘 스페이서(600)가 부착되는 접합면, 즉 상기 투명 기판(520)의 하면(520a)은 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 투명 기판(520)으로는 글라스 기판이 사용될 수 있다. 상기 광학 소자 웨이퍼(700)에는 예를 들면, 복수의 고정초점 렌즈 구조체가 집적될 수 있다. 여기서, 후술하는 공정에서 실리콘 스페이서(600)가 부착되는 접합면, 즉 상기 광학 소자 웨이퍼(700)의 상면(700a)은 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 상기 광학 소자 웨이퍼(700)의 상면(700a)이 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함하지 않는 경우에는 상기 광학 소자 웨이퍼(700)의 상면에 얇은 실리콘 엘라스토머층(미도시)을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다. 이 경우, 상기 실리콘 엘라스토머층은 상기 광학 소자 웨이퍼(700)의 상면을 산소 플라즈마 처리한 후, 상기 광학 소자 웨이퍼(700)의 상면(700a)에 액상의 실리콘 엘라스토머를 도포한 다음, 이를 경화시킴으로써 형성될 수 있다.

도 13을 참조하면, 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 스페이서(600)를 준비한 다음, 상기 실리콘 스페이서(600)의 상면을 상기 투명 기판(520)의 하면(520a)에 부착한다. 구체적으로, 상기 투명 기판(520)의 하면(520a)과 상기 실리콘 스페이서(600)의 상면을 먼저 산소 플라즈마 처리한 다음, 진공 분위기 하에서 상기 투명 기판(520)과 실리콘 스페이서(600)을 가압 본딩하게 되면, 상기 실리콘 스페이서(600)의 상면이 상기 투명 기판(520)의 하면(520a)에 강한 접착력으로 접합될 수 있다.

도 14를 참조하면, 상기 실리콘 스페이서(600)의 하면에 상기 광학 소자 웨이퍼(700)의 상면(700a)을 부착한다. 구체적으로, 상기 실리콘 스페이서(600)의 하면과 상기 광학 소자 웨이퍼(700)의 상면(700a)을 먼저 산소 플라즈마 처리한 다음, 진공 분위기 하에서 실리콘 스페이서(600)과 상기 광학 소자 웨이퍼(700)을 가압 본딩하게 되면, 상기 실리콘 스페이서(600)의 하면이 상기 광학 소자 웨이퍼(700)의 상면(700a)에 강한 접착력으로 접합될 수 있다. 여기서, 상기 실리콘 스페이서(600)는 상기 가변초점 렌즈 구조체들(501) 및 광학 소자들(701)의 가장자리를 따라 마련되는 형상을 가질 수 있다. 한편, 상기 실리콘 스페이서(600)의 측벽에는 도 11에 도시된 바와 같은 에어 벤트(air vent,400'a)가 형성될 수 있다. 이러한 에어 벤트(400'a)는 실리콘 스페이서(600)가 가변렌즈 웨이퍼(500) 및 광학 소자 웨이퍼(700)와 접합되는 과정에서, 실리콘 스페이서(600) 내측 공간의 기압 분위기를 외부와 동일한 기압 분위기로 형성함으로써 가변초점 렌즈 웨이퍼(500)나 광학 소자 웨이퍼(700)가 변형되는 것을 방지한다.

도 15를 참조하면, 상기 실리콘 스페이서(600)에 의해 접합된 가변렌즈 웨이퍼(500) 및 광학 소자 웨이퍼(700)를 소정 패턴으로 다이싱(dicing)하게 되면 가변렌즈 구조체(501)와 광학 소자(701)가 결합된 복수의 광학 렌즈 모듈이 완성된다. 한편, 이상에서는 실리콘 스페이서(600)의 상면을 가변렌즈 웨이퍼(500)에 먼저 부착한 다음, 상기 실리콘 스페이서(600)의 하면을 광학 소자 웨이퍼(700)에 부착하는 경우가 설명되었다. 그러나, 상기 실리콘 스페이서(600)의 하면을 광학 소자 웨이퍼(700)에 먼저 부착한 다음, 상기 실리콘 스페이서(600)의 상면을 가변렌즈 웨이퍼(500)에 부착하는 것도 얼마든지 가능하다.

이상과 같이, 본 실시예에서는 가변렌즈 웨이퍼(500)와 광학 소자 웨이퍼(700) 사이를 높은 신장율(elongation)을 가지는 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 스페이서(600)로 접합함으로써 가변렌즈 구조체(501)와 광학 소자(701) 사이에 일정한 간격을 유지할 수 있는 광학 렌즈 모듈을 제작할 수 있다. 또한, 가변렌즈 웨이퍼(500) 및 광학 소자 웨이퍼(700)의 접합면들과 실리콘 스페이서(600)의 접합면들을 산소 플라즈마 처리 후 진공 분위기 하에서 가압 본딩 공정을 수행함으로서 상기 실리콘 스페이서(600)가 상기 가변렌즈 웨이퍼(500) 및 광학 소자 웨이퍼(700)에 강한 접착력으로 접합될 수 있다. 그리고, 가변렌즈 웨이퍼(500)와 광학 소자 웨이퍼(700) 중 적어도 하나가 본딩 공정 전에 변형되었거나 본딩 공정 중에 변형되어 웨이퍼 구부림(warpage)이 발생된 경우에도 상기 실리콘 스페이서(600)는 높은 신장율을 가지는 실리콘 엘라스토머로 이루어져 있기 때문에 빈 공간과 같은 결함이 발생됨이 없이 진공 분위기하에서 용이하게 가압 본딩될 수 있다. 또한, 본딩 공정 중 수축 또는 팽창에 의해 실리콘 스페이서(600)의 높이가 변화된 경우에도 다이싱 공정 후에는 상기 실리콘 스페이서(600)는 원래 높이로 탄성 변형됨으로써 다이싱 이후 제작된 광학 렌즈 모듈의 가변렌즈 구조체(501)와 광학 소자(701) 사이의 간격이 일정하게 유지될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100... 액체렌즈 유닛 110,210,510... 프레임
120,220,520... 투명 기판 130... 실리콘 멤브레인
130a,230a... 가변렌즈부 130b,230b... 구동부
140... 접착성 실리콘층 140'... 접착성 실리콘 물질층
150... 폴리머 액츄에이터 150'... 폴리머 액츄에이터 물질층
140a,150a,240a,250a... 관통공 160... 유체 챔버
170... 광학 유체 200,501... 가변렌즈 구조체
230,530... 탄성 멤브레인 230a... 가변렌즈부
230b... 구동부 240,540... 접착층
250,550... 액츄에이터 300,701... 광학 소자
400,400',600... 실리콘 스페이서
400'a... 에어 벤트(air vent)

Claims (28)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1 실리콘 엘라스토머로 이루어진 실리콘 멤브레인을 포함하는 액체렌즈 유닛을 준비하는 단계;
   폴리머 액츄에이터의 일면에 제2 실리콘 엘라스토머로 이루어진 접착성 실리콘층을 형성하는 단계; 및
   상기 실리콘 멤브레인과 상기 접착성 실리콘층을 접합하는 단계;를 포함하고,
   상기 실리콘 멤브레인은 상기 폴리머 액츄에이터가 마련되는 구동부와, 상기 구동부의 내측에 형성되어 초점거리를 변화시키는 가변렌즈부를 포함하며,
   상기 접착성 실리콘층을 형성하는 단계는,
   폴리머 액츄에이터 물질층 상에 액상의 제2 실리콘 엘라스토머를 도포하는 단계;
   상기 액상의 실리콘 엘라스토머를 경화시켜 접착성 실리콘 물질층을 형성하는 단계; 및
   상기 폴리머 액츄에이터 물질층 및 접착성 실리콘 물질층에 상기 가변렌즈부에 대응하는 관통공들을 형성함으로써 상기 폴리머 액츄에이터 및 상기 접착성 실리콘층을 형성하는 단계;를 포함하는 가변초점 렌즈 구조체의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 실리콘 멤브레인과 상기 접착성 실리콘층을 접합하기 전에 접합될 상기 실리콘 멤브레인의 표면과 상기 접착성 실리콘층의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 가변초점 렌즈 구조체의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 실리콘 멤브레인과 상기 접착성 실리콘층은 진공 분위기 하에서 가압 접합되는 가변초점 렌즈 구조체의 제조방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 액상의 제2 실리콘 엘라스토머를 도포하기 전에, 상기 폴리머 액츄에이터 물질층의 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 가변초점 렌즈 구조체의 제조방법.
13. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 실리콘 엘라스토머는 서로 다른 물질 또는 동일한 물질로 이루어진 가변초점 렌즈 구조체의 제조방법.
    
14. 삭제
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17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
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