KR20110015044A - 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 광학센서 어레이의 제조방법은 광학센서들을 센서 기판 상에 배치한다. 그후, 상기 광학센서에 대응하도록 상기 광학센서 상에 하면은 평탄하고 상면은 동일한 곡률을 가진 마이크로 렌즈들이 규칙적이고 반복적으로 배열된 렌즈 어레이를 형성한다. The manufacturing method of the optical sensor array of the present invention for achieving the above technical problem is disposed on the sensor substrate. Thereafter, the lower surface is flat on the optical sensor so as to correspond to the optical sensor, and the upper surface forms a lens array in which microlenses having the same curvature are regularly and repeatedly arranged.
본 발명의 광학센서 어레이의 제조방법에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 광학센서 어레이의 바깥쪽 둘레에 배치된 스페이서 상에 놓일 수 있다. 또한 본 발명의 바람직한 센서 어레이의 제조방법은 상기 센서 어레이를 이루는 복수개의 광학센서로 이루어진 광학센서 칩을 준비하고, 각각의 상기 광학센서 칩 상에 상기 렌즈 어레이를 결합하여 센서 어레이를 모듈화하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the manufacturing method of the optical sensor array of the present invention, the lens array may be placed on a spacer disposed around the outer side of the optical sensor array. In addition, the method of manufacturing a preferred sensor array of the present invention comprises the steps of preparing an optical sensor chip consisting of a plurality of optical sensors constituting the sensor array, and combining the lens array on each of the optical sensor chip to modularize the sensor array It may further include.
이때, 상기 센서 어레이를 모듈화하는 단계는 기재에 상기 광학센서 칩들이 장착되는 영역을 식각하여 기재 상에 기둥을 형성하는 단계와, 상기 기둥 상에 상기 렌즈 어레이들을 접합하는 단계와, 상기 기재의 광학센서 칩이 장착되는 영역이 오픈되도록 상기 기재를 백그라인딩하여 상기 기둥을 잔존시키는 단계와, 상기 광학센서 칩들을 상기 기둥 사이에 장착하는 단계 및 상기 기둥과 상기 광학센서 칩들이 부착된 센서 기판과 접합하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the modularizing of the sensor array may include forming a pillar on the substrate by etching an area in which the optical sensor chips are mounted on the substrate, bonding the lens arrays on the pillar, and optical of the substrate. Backgrinding the substrate so that the pillar mounting area is opened so that the pillar remains, mounting the optical sensor chips between the pillars, and bonding the pillar and the sensor substrate to which the optical sensor chips are attached. It may include the step.
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 1e는 본 발명의 다른 실시예에 의한 마이크로 렌즈 및 이를 채용한 센서 어레이를 제조하는 방법을 나타내는 공정단면도들이다. 1A to 1E are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a microlens and a sensor array using the same according to another embodiment of the present invention.
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 1e는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 렌즈 및 이를 채용한 센서 어레이를 제조하는 방법을 나타내는 공정단면도들이다. 1A to 1E 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, 입출력 신호를 제어하고 히트싱크의 역할을 하는 광학센서 기판(300) 상에 지지대(312)에 의한 일정한 공간을 두고 광학센서(310)들이 놓여진다.Referring to FIG. 1A,
도 1b에 의하면, 광학센서 기판(300)과 광학센서(310)의 상면 그리고 지지대(312) 사이의 공간을 채우도록 렌즈 어레이를 위한 기재물질(320)을 도포한다. 기재물질(320)은 투명한 고분자로서, PMMA, PC(폴리카보네이트) 및 PVDF 중의 하나일 수 있다.Referring to FIG. 1B, the
도 1c 및 도 1d에 의하면, 도 3e의 렌즈 어레이(340)를 제조하기 위한 마스크 패턴(330)을 형성한다. 그후, 마스크 패턴(330)이 형성된 상태에서 노광공정 및 현상공정을 진행한다. 이에 따라, 기재물질(320)은 마스크 패턴(330)의 하부가 제거된 상태, 즉 광학센서(310)의 사이의 광학센서 기판(300)의 상면이 노출되도록 분리된다.1C and 1D, a
도 1e에 도시된 바와 같이, 분리된 기재물질(322)에 열을 가하여 상기 기재물질(322)을 리플로우(reflow)시켜 렌즈 어레이(330)를 형성한다. 리플로우 공정은 잘 알려진 바와 같이 분리된 기재물질(322)에 열을 가하면 표면장력에 의해 광학센서(310) 사이를 기재물질(322)이 채워지면서 렌즈 모양을 형성한다. 이때, 렌즈 어레이(330)는 앞에서 설명한 센서 어레이와는 다르게 스페이서에 놓여지지 않고 광학센서(310) 사이에 채워져 지지되므로, 스페이서를 배치하는 공정이 요구되지 않는다. As illustrated in FIG. 1E, heat is applied to the
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.
310; 광학센서 312; 지지대
330; 마스크 패턴 340; 렌즈 어레이310;
330;
Claims (4)
상기 광학센서에 대응하도록 상기 광학센서 상에 하면은 평탄하고 상면은 상기 하면의 어느 위치에서 보아도 동일한 곡률을 가진 마이크로 렌즈들이 규칙적이고 반복적으로 배열된 렌즈 어레이를 배치하는 단계를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이를 채용한 광학센서 어레이의 제조방법.Disposing a plurality of optical sensors on the sensor substrate; And
And arranging a lens array in which the lower surface is flat on the optical sensor and the upper surface is arranged on a regular and repeatedly arranged micro lenses having the same curvature at any position of the lower surface so as to correspond to the optical sensor. Method for manufacturing an optical sensor array employed.
기재에 상기 광학센서 칩들이 장착되는 영역을 식각하여 기재 상에 기둥을 형성하는 단계;
상기 기둥 상에 상기 렌즈 어레이들을 접합하는 단계;
상기 기재의 광학센서 칩이 장착되는 영역이 오픈되도록 상기 기재를 백그라인딩하여 상기 기둥을 잔존시키는 단계;
상기 광학센서 칩들을 상기 기둥 사이에 장착하는 단계; 및
상기 기둥과 상기 광학센서 칩들이 부착된 센서 기판과 접합하는 단계를 포함하는 마이크로 렌즈를 채용한 광학센서 어레이의 제조방법.
4. The method of claim 3, wherein modularizing the sensor array
Etching a region on which the optical sensor chips are mounted on a substrate to form a pillar on the substrate;
Bonding the lens arrays on the pillar;
Backgrinding the substrate so that the area in which the optical sensor chip of the substrate is mounted is left;
Mounting the optical sensor chips between the pillars; And
And attaching the pillar and the sensor substrate to which the optical sensor chips are attached.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
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