KR20110014707A - Method of fabricating micro-lens array and method of manufacturing optical detector array having the lens - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로 렌즈 및 광학센서(optical detector) 어레이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 광학센서의 필팩터를 증가시켜 감도를 향상시킬 수 있도록 하는 마이크로 렌즈 어레이 및 이를 채용한 광학센서 어레이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a microlens and an optical detector array, and more particularly, to a microlens array for improving the sensitivity by increasing the fill factor of an optical sensor and a method for manufacturing the optical sensor array employing the same. It is about.
광학센서 어레이는 이미지 프로세싱이나 디스플레이 되는 장면을 변환하는 광전(光電) 변환 프로세서에 사용된다. 즉, 광학센서는 가시광선 또는 적외선 등을 이용하여 피사체의 이동이나 존재를 파악한다. 구체적으로, 피사체에서 방출하거나 반사되는 적외선, 근적외선 및 가시광선을 전자기 방사 스펙트럼이나 그 조합을 이용하여 피사체의 변화를 구별한다. 실제로 위와 같은 광학센서가 규칙적이고 반복적으로 배열된 광학센서 어레이를 사용한다. Optical sensor arrays are used in photoelectric conversion processors that convert image processing or displayed scenes. That is, the optical sensor detects the movement or existence of the subject by using visible light or infrared light. Specifically, infrared, near-infrared, and visible light emitted or reflected from the subject are distinguished from changes in the subject by using an electromagnetic radiation spectrum or a combination thereof. In practice, such optical sensors use an array of optical sensors arranged regularly and repeatedly.
이러한 광학센서의 단위 셀(cell)은 외부에서 입사된 광을 실질적으로 감지하는 유효감지영역(active detecting area)과 유효감지영역에서 검출된 신호를 처리하는 주변영역(non-active area)으로 이루어진다. 이때, 유효감지영역과 단위 셀의 면적비를 필팩터(fill factor)라고 한다. 즉, 필팩터가 크면 유효감지영역이 큰 것을 의미한다. 이때, 단위 셀은 다양한 형태로 픽셀을 구성한다. The unit cell of the optical sensor includes an active detecting area for substantially detecting light incident from the outside and a non-active area for processing a signal detected in the effective detection area. In this case, the area ratio between the effective sensing area and the unit cell is called a fill factor. In other words, when the fill factor is large, the effective detection area is large. In this case, the unit cell configures pixels in various forms.
각 픽셀 당 필팩터를 충분하게 확보하기 위하여, 적절한 렌즈 구조체가 필요한 데, 이를 위해 타원형 또는 원형의 구의 일부에 해당하는 형상을 가지며, 상면은 하면의 임의의 위치에서 보아도 동일한 곡률을 가진 단위 렌즈인 마이크로 렌즈들이 배열된 렌즈 어레이와 그것이 적용된 센서 어레이를 제시할 수 있다. 하지만, 상기 센서 어레이를 제조하는 방법이 필요하다. In order to secure a sufficient fill factor for each pixel, an appropriate lens structure is required, which has a shape corresponding to a part of an elliptical or circular sphere, and the upper surface is a unit lens having the same curvature even when viewed from any position on the lower surface. It is possible to present a lens array in which micro lenses are arranged and a sensor array to which it is applied. However, there is a need for a method of manufacturing the sensor array.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광학센서를 이루는 유효감지영역을 충분하게 확보하도록 필팩터를 크게 하는 마이크로 렌즈 어레이의 제조방법을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 마이크로 렌즈를 채용한 광학센서 어레이의 제조방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, an aspect of the present invention is to provide a method of manufacturing a microlens array, in which a fill factor is increased to sufficiently secure an effective sensing area constituting an optical sensor. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical sensor array employing the micro lens.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 렌즈 어레이의 제조방법는 먼저 광학센서 기판 상에 광학센서를 부착한다. 그후, 상기 광학센서에 기재물질을 도포한다. 상기 광학센서 사이의 기판을 노출시키도록 상기 기재물질을 제거한다. 마지막으로, 상기 기재물질을 리플로우 방식에 의해 하면은 평탄하고 상면은 상기 하면의 어느 위치에서 보아도 동일한 곡률을 가진 마이크로 렌즈들이 규칙적이고 반복적으로 배열된 렌즈 어레이를 배치한다. The method of manufacturing a microlens array of the present invention for achieving the above technical problem first attaches an optical sensor on an optical sensor substrate. Thereafter, a base material is applied to the optical sensor. The base material is removed to expose the substrate between the optical sensors. Lastly, the substrate material is arranged by a reflow method in which the bottom surface is flat and the top surface is arranged in a regular and repetitive array of micro lenses having the same curvature at any position on the bottom surface.
본 발명의 바람직한 다른 예에 있어서, 상기 렌즈 어레이를 이루는 상기 마이크로 렌즈의 피치는 0.10㎛보다 크고 200㎛ 이하일 수 있으며, 상기 기재물질은 PMMA, PC 및 PVDF 중에 선택된 어느 하나일 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the pitch of the micro lens constituting the lens array may be greater than 0.10㎛ and 200㎛ or less, the base material may be any one selected from PMMA, PC and PVDF.
본 발명의 마이크로 렌즈 및 광학센서 어레이의 제조방법에 의하면, 기재물질을 성형 또는 리플로우에 의해 하면은 평탄하고 상면은 동일한 곡률을 가진 마이크로 렌즈들이 규칙적이고 반복적으로 배열된 렌즈 어레이를 제조하여 이를 센서 어레이에 적용함으로써, 광학센서를 이루는 유효감지영역을 충분하게 확보하도록 필팩터를 크게 할 수 있다. According to the manufacturing method of the microlens and the optical sensor array of the present invention, by forming or reflowing the base material, a lens array in which the microlenses having a flat bottom surface and the same curvature on the top surface are regularly and repeatedly arranged is manufactured and the sensor By applying to an array, the fill factor can be enlarged so that the effective detection area which comprises an optical sensor can fully be secured.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 하나의 센서 어레이가 복수개가 배치된 센서 어레이 모듈들을 제조하는 방법을 설명한 공정단면도들이다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a plurality of sensor array modules in which one sensor array of the present invention is disposed.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.
이하의 본 발명의 실시예는 필팩터를 높이고, 이에 따라 광학센서의 단위면적당 픽셀의 수가 증가하더라도 감지능력을 충분하게 확보할 수 있는 마이크로 렌즈의 제조방법을 제시하고 나아가 이를 채용한 광학센서 어레이의 제조방법을 제시할 것이다. 이를 위해 타원형 또는 원형의 구의 일부에 해당하는 형상을 가지며, 상면은 평탄한 하면의 임의의 위치에서 보아도 동일한 곡률을 가진 단위 렌즈인 마이크로 렌즈들을 제조하는 방법을 설명하고, 이어서 배열된 렌즈 어레이가 적용된 센서 어레이의 제조하는 방법을 제시할 것이다. 또한, 여러 개의 센서 어레이 모듈을 조립하는 방법을 설명하기로 한다. 본 발명에 적용되는 광학센서는 이미지 변환을 하는 모든 센서가 이에 해당한다. The following embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a microlens that can increase the fill factor, and thus sufficiently secure the detection capability even if the number of pixels per unit area of the optical sensor is increased. The preparation method will be presented. To this end, a method having a shape corresponding to a part of an elliptical or circular sphere, the upper surface of which is a unit lens having the same curvature even when viewed from any position on a flat lower surface, describes a method of manufacturing micro lenses, and then a sensor to which an array of lens arrays is applied. A method of making an array will be presented. In addition, a method of assembling multiple sensor array modules will be described. The optical sensor applied to the present invention corresponds to all sensors that perform image conversion.
설명의 편의를 위하여, 유효감지영역을 포함하는 광학센서, 상기 광학센서 상에서 외부의 광을 유효감지영역에 입사시키는 렌즈 및 광학센서가 놓여지는 센서기판을 포함하는 단위 셀, 단위 셀로 구성된 픽셀, 그리고 상기 픽셀들이 배열된 상태, 예컨대 640×480개의 픽셀을 센서 어레이라고 정의한다. 또한, 상기 센서 어레이가 복수개로 조립된 것을 센서 어레이 모듈이라고 한다. For convenience of description, an optical sensor including an effective sensing region, a unit cell including a lens for injecting external light into the effective sensing region on the optical sensor, and a sensor substrate on which the optical sensor is placed, a pixel composed of unit cells, and A state in which the pixels are arranged, for example, 640 × 480 pixels, is defined as a sensor array. In addition, a plurality of sensor arrays are referred to as a sensor array module.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 마이크로 렌즈 및 이를 채용한 센서 어레이를 제조하는 방법을 나타내는 공정단면도들이다.1A to 1F are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a microlens and a sensor array using the same according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, 마이크로 머신(micro machine; 102) 등에 의한 통상의 방법을 이용하여 금형 코어(100)를 제작한다. 금형 코어(100)는 타원형 또는 원형의 구의 일부에 해당하는 형상을 가지며, 상면이 하면의 임의의 위치에 보아도 동일한 곡률을 가진 렌즈의 틀(104)들을 제조하기 위한 것이다. 렌즈 틀(104)의 피치(pitch; P)는 0.10㎛보다 크고 200㎛보다 작은 것이 바람직하다. 예를 들면, CIS(CMOS Image Sensor)는 상대적으로 피치가 작을 수 있고, 적외선 센서의 피치는 상대적으로 클 수 있다. 따라서 상기 피치는 본 발명에 적용될 수 있는 광학센서를 고려하여 정한 것이다. 예를 들어, 칩(chip)당 640×480의 픽셀을 가진 적외선 센서 어레이의 상기 피치는 영상분해능을 고려하여 20㎛ 이하일 수 있다.Referring to FIG. 1A, a mold core 100 is manufactured using a conventional method using a micro machine 102 or the like. The mold core 100 has a shape corresponding to a part of an elliptical or circular sphere, the upper surface is for manufacturing the frame 104 of the lens having the same curvature even if seen in any position of the lower surface. The pitch P of the lens frame 104 is preferably larger than 0.10 mu m and smaller than 200 mu m. For example, the CMOS image sensor (CIS) may have a relatively small pitch, and the pitch of the infrared sensor may be relatively large. Therefore, the pitch is determined in consideration of the optical sensor that can be applied to the present invention. For example, the pitch of an infrared sensor array having 640 × 480 pixels per chip may be 20 μm or less in consideration of image resolution.
도 1a 내지 도 1g는 앞에서 설명한 본 발명의 센서 어레이(50)가 복수개가 배치된 센서 어레이 모듈(70)들을 제조하는 방법을 설명한 공정단면도들이다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the plurality of
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 기재(200) 상에 복수개의 광학센서로 이루어진 광학센서 칩(도 1f의 230)이 장착되는 영역(205)을 정의하는 마스크 패턴(202)을 형성한다. 이어서 통상의 식각방법에 따라 마스크 패턴(202)을 제외한 기재(200)를 식각하여 식각된 기재(204)를 형성한다. 이때, 식각은 이방성 건식식각이 바람직하다. 1A to 1C, a
도 1d에 의하면, 식각된 기재(204) 상에 렌즈 어레이가 복수개 결합된 렌즈 어레이 모듈(210)을 접합시킨다. 도시되지 않았지만, 식각된 기재(204)의 기둥과 렌즈 어레이 모듈(210) 사이에는 접착제를 도포하여 접합할 수 있다. 바람직하게는 접착제는 압력이나 열에 의해 경화되는 경화형 접착제를 사용할 수 있다. Referring to FIG. 1D, a
도 1e에 도시된 바와 같이, 식각된 기판(204)에서 기둥부분의 제외한 부분을 백 그라인딩(back grinding)에 의해 제거한다. 즉, 백 그라인딩에 의해 렌즈 어레이 모듈(210)은 기둥(206)에만 접합된 상태로 남아 있다. 즉, 기둥의 높이는 렌즈 어레이를 통하여 입사되는 빛이 광학센서 칩(230)의 유효감지영역에 집중되도록 결정된다. As shown in FIG. 1E, the portions except the pillars of the
도 1f 및 도 1g를 참조하면, 입출력 신호처리 및 히트싱크의 역할을 하는 광학센서 기판(220) 상에 광학센서들이 형성된 센서 칩(230)이 상기 기둥(206) 사이에 장착되도록 준비한다. 이어서, 준비된 렌즈 어레이 모듈(210)을 센서 칩(230) 방향으로 이동시켜 모듈(210)을 광학센서 기판(220)과 결합시킨다. 이때, 기둥과 광학센서 기판(230) 사이에는 접착제를 도포하여 접합할 수 있다. 이에 따라, 센서 어레이(50)가 복수개로 이루어진 센서 어레이 모듈(70)이 형성된다. 1F and 1G, a
본 발명의 광학센서는 적외선 검출기에 적용하는 것이 더욱 유용하다. 적외선 검출기는 물체에서 방사되는 파장 0.75㎛ 이상의 복사선을 검출하여 식별하는 소자로서 기계, 구조 및 건물의 이상검지를 위한 열화상진단, 의학 분야에서 신경기구분석, 에너지 분야의 화염, 연소가스의 온도분포 계측 등에 활용되고 있다. 특히, 현대전에서 적외선 검출기는 야간투시경이나 감시, 조준 망원경 등에 활용되고 있다. 즉, 적외선 검출기는 상대적으로 미약한 외부신호를 처리하기 때문에 필팩터를 크게 하는 것이 매우 중요하다. It is more useful to apply the optical sensor of the present invention to an infrared detector. Infrared detector is a device that detects and identifies radiation with a wavelength of 0.75㎛ or more emitted from an object.Thermal imaging for abnormal detection of machinery, structures and buildings, neural analysis in the medical field, flame in the energy field, and temperature distribution of combustion gases It is utilized for measurement. In particular, in modern warfare, infrared detectors are used for night vision, surveillance, and aiming telescopes. That is, it is very important to increase the fill factor because the infrared detector processes a relatively weak external signal.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is possible.
50; 센서어레이 70; 센서어레이 모듈
204; 기재 206; 기둥
210; 렌즈 어레이 모듈 230; 광학센서 칩50;
204;
210;
Claims (3)
상기 광학센서에 기재물질을 도포하는 단계;
상기 광학센서 사이의 기판을 노출시키도록 상기 기재물질을 제거하는 단계; 및
상기 기재물질을 리플로우 방식에 의해 하면은 평탄하고 상면은 상기 하면의 어느 위치에서 보아도 동일한 곡률을 가진 마이크로 렌즈들이 규칙적이고 반복적으로 배열된 렌즈 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이의 제조방법.Attaching an optical sensor on the optical sensor substrate;
Applying a base material to the optical sensor;
Removing the base material to expose a substrate between the optical sensors; And
A method of manufacturing a microlens array, comprising: forming a lens array in which a bottom surface is flat by a reflow method and a top surface is a microlens having the same curvature at any position on the bottom surface; .
The method of claim 1, wherein the base material is any one selected from PMMA, PC, and PVDF.
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110009194A KR20110014707A (en) | 2011-01-31 | 2011-01-31 | Method of fabricating micro-lens array and method of manufacturing optical detector array having the lens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20110014707A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102931201A (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-13 | 中国科学院微电子研究所 | Infrared focal plane array (IRFPA)-based energy-gathering micro lens array and manufacturing method thereof |
| KR20220131657A (en) | 2021-03-22 | 2022-09-29 | 주식회사 옵티모 | Micro lens array manufacturing method and micro lens array thereof |
-
2011
- 2011-01-31 KR KR1020110009194A patent/KR20110014707A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102931201A (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-13 | 中国科学院微电子研究所 | Infrared focal plane array (IRFPA)-based energy-gathering micro lens array and manufacturing method thereof |
| KR20220131657A (en) | 2021-03-22 | 2022-09-29 | 주식회사 옵티모 | Micro lens array manufacturing method and micro lens array thereof |
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