KR20170028174A - 렌즈 및 이를 포함하는 렌즈 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈는 기재, 상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층, 그리고 상기 제1 친수 코팅층 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층을 포함한다. 이에 따라, 초친수 특성을 가지며, 내마모성이 우수한 렌즈, 이를 포함하는 렌즈 어셈블리 및 카메라 모듈을 얻을 수 있다.

Description

렌즈 및 이를 포함하는 렌즈 어셈블리{LENS AND LENS ASSEMBLY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 코팅층이 형성된 렌즈 및 이를 포함하는 렌즈 어셈블리에 관한 것이다.

카메라 모듈에 포함되는 렌즈 어셈블리 중 최외각에 배치되는 렌즈는 외부 환경에 노출된다. 특히, 카메라 모듈이 차량에 장착될 경우, 비, 안개, 빛 반사, 먼지 등에 의하여 카메라 모듈의 광학적 특성이 나빠지거나, 시야가 불충분하게 확보될 수 있다.

이에 따라, 카메라 모듈의 렌즈를 친수 코팅층으로 코팅하고자 하는 시도가 있다. 카메라 모듈의 렌즈 표면을 친수 코팅할 경우, 빛의 산란, 서리, 김서림, 오염, 이미지 굴곡 등의 문제를 해결할 수 있다.

렌즈 표면을 친수 코팅하기 위하여 무기 입자로 코팅을 할 수 있다. 다만, 이러한 방법에 따르면 기재와 친수 코팅층 간의 결합력이 낮으므로 친수 코팅층이 마모되기 쉽고, 초친수 특성을 얻기 어려운 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 비, 안개 등의 외부 환경에서도 광학적 특성 및 시야를 안정적으로 확보할 수 있는 렌즈 및 이를 포함하는 렌즈 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈는 기재, 상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층, 그리고 상기 제1 친수 코팅층 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층을 포함한다.

상기 제2 친수 코팅층의 무기 입자의 적어도 일부가 상기 제1 친수 코팅층의 고분자 사이에 존재할 수 있다.

상기 무기 입자는 Si를 포함할 수 있다.

상기 무기 입자는 Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 기재 및 상기 제1 친수 코팅층은 공유결합될 수 있다.

상기 기재 및 상기 제1 친수 코팅층은 상기 기재의 O와 상기 제1 친수 코팅층의 Si 또는 C에 의하여 공유결합될 수 있다.

상기 친수성 작용기는 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리는 하우징, 상기 하우징 내에 수용되는 렌즈, 그리고 상기 하우징의 일단에 결합되며, 상기 렌즈를 지지하는 리테이너를 포함하고, 상기 렌즈는 기재, 상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층, 그리고 제1 친수 코팅층 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 비, 안개 등의 외부 환경에서도 광학적 특성 및 시야를 안정적으로 확보할 수 있는 렌즈, 이를 포함하는 렌즈 어셈블리 및 카메라 모듈을 얻을 수 있다. 특히, 내마모성이 높으며, 고온 및 고습 환경에서도 기능성 및 신뢰성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 분해도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈의 단면도이다.
도 3 내지 4는 본 발명의 한 실시에에 따른 친수 코팅 방법을 나타낸다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리의 분해도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 렌즈 어셈블리(100)는 하우징(110), 하우징(110) 내에 수용되는 렌즈(120), 그리고 하우징(110)의 일단에 결합되며, 렌즈(120)를 지지하는 리테이너(retainer, 130)를 포함한다.

여기서, 렌즈(120)는 물체(object) 측으로부터 상(image) 측으로 순차적으로 배열되는 복수 매의 렌즈를 포함할 수 있다. 각 렌즈는 양의 굴절능 또는 음의 굴절능을 가질 수 있으며, 볼록한 면, 오목한 면 또는 메니스커스 형상 등을 가질 수 있다. 복수 매의 렌즈의 굴절능 및 면 형상은 요구되는 초점 거리 등에 따라 다양하게 조합될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리는 카메라 모듈, 예를 들면 차량용 카메라 모듈 내에 포함될 수 있다. 카메라 모듈은 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈 어셈블리, 필터, 이미지 센서 및 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 이를 위하여, 도시되지 않았으나, 렌즈 어셈블리의 후방에는 필터, 이미지 센서 및 인쇄회로기판이 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, 인쇄회로기판 상에 이미지 센서가 장착되고, 이미지 센서 상에 필터가 형성될 수 있다. 여기서, 이미지 센서는 와이어(wire)에 의하여 인쇄회로기판과 연결될 수 있다. 이미지 센서는, 예를 들면 CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서일 수 있다. 그리고, 필터는 IR(Infrared) 필터일 수 있다. 필터는 카메라 모듈 내에 입사되는 광으로부터 근적외선, 예를 들면 파장이 700nm 내지 1100nm인 빛을 차단할 수 있다.

한편, 복수 매의 렌즈 중 물체 측에 가장 가까이 배열되는 렌즈(이하, 최외각 렌즈라 한다)는 한 면이 외부에 노출된다. 렌즈의 한 면이 비, 안개 등의 외부 환경에 노출되는 경우, 카메라 모듈의 광학적 특성이 나빠지거나, 시야가 불충분하게 확보될 수 있다.

이에 따라, 카메라 모듈의 렌즈를 친수 코팅액으로 코팅하고자 하는 시도가 있다. 친수 코팅액으로 코팅을 하면, 렌즈 상의 물방울이 퍼지게 된다. 이에 따라, 렌즈 표면의 김서림 또는 물맺힘을 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 렌즈(120)는 기재(122), 기재(122) 상에 형성되며 친수성 작용기(hydrophilic functional group)를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층(124) 및 제1 친수 코팅층(124) 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층(126)을 포함한다.

여기서, 기재(122)는 유리 또는 플라스틱일 수 있다.

그리고, 고분자에 포함되는 친수성 작용기는 히드록실기(-OH), 아미노기(-NH₃) 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 이와 같이, 제1 친수 코팅층(124)이 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하면, 렌즈(120)의 표면이 습윤성(wettability) 또는 친수성(hydrophilicity)을 가지게 될 수 있다.

여기서, 기재(122) 및 제1 친수 코팅층(124)은 서로 공유결합될 수 있다. 기재(122) 및 제1 친수 코팅층(124)은, 예를 들어 기재(122)의 산소(-O-)와 제1 친수 코팅층(124)의 규소(Si) 또는 탄소(C)에 의하여 공유결합될 수 있다. 이를 위하여, 기재(122)가 글래스 기재인 경우, 기재(122) 표면을 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬 처리 또는 산염기 처리하여 히드록실기(-OH)를 활성화시킬 수 있다. 이에 따라, 기재(122)와 제1 친수 코팅층(124) 간의 결합력이 강해지므로, 내구성 및 내마모성이 높아질 수 있다.

이때, 제1 친수 코팅층(124)의 두께는 1nm 내지 100nm, 바람직하게는 2nm 내지 10nm일 수 있다. 제1 친수 코팅층(124)의 두께가 1nm 미만이면, 제1 친수 코팅층(124)이 마모되기 쉬워지며, 친수 특성이 나빠질 수 있다. 이에 따라, 카메라 모듈의 신뢰성이 낮아질 수 있다. 반면, 제1 친수 코팅층(124)의 두께가 100nm를 초과하면, 제1 친수 코팅층(124)이 벗겨질 수 있으므로, 친수 특성이 나빠질 수 있다.

한편, 제2 친수 코팅층(126)에 포함되는 무기 입자는 Si를 포함하며, Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 여기서, Si는 친수 특성을 높일 수 있고, Sn는 내오염 특성을 가질 수 있으며, Ti는 셀프크리닝(Self-Cleaning) 기능을 가질 수 있다. 그리고, W는 강도를 강하게 할 수 있으며, K 및 P는 내습 특성을 강하게 할 수 있고, Zn은 대전방지 기능을 가질 수 있다. 이러한 무기 입자의 적어도 일부는 제1 코팅층(124)의 고분자 사이에 끼어들 수 있다.

이와 같이, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층(124)이 기재(122) 상에 형성되는 경우, 제1 친수 코팅층(124)과 기재(122) 간의 결합력이 높으므로 내마모성이 우수하다. 그리고, 제1 친수 코팅층(124) 상에 Si와 같은 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층(126)이 형성되는 경우, 고온, 고습 환경에서도 친수 특성이 잘 유지되며, 제2 친수 코팅층(126)이 Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 경우, 내오염 특성, 셀프크리닝 특성, 강도, 내습 특성 및 대전 방지 특성 등을 더 가질 수 있다.

도 3 내지 4는 본 발명의 한 실시에에 따른 친수 코팅 방법을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 기재(122)의 표면을 세정한 후, 활성화(activation)한다. 기재(122)의 표면을 활성화하기 위하여 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬(alkyl halide) 처리 또는 산염기 처리를 할 수 있다. 기재(122) 상에 플라즈마 처리, 할로겐화 알킬 처리 또는 산염기 처리를 하면, 기재(122)의 표면 상에 히드록실기(-OH)가 활성화된다.

이후, 기재(122)의 표면 상에 친수성 작용기(-R)를 가지는 고분자, 비이온계 계면활성제 및 용매를 포함하는 제1 친수 코팅액을 가해준다. 이때, 친수성 작용기는, 예를 들면 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 그리고, 고분자는 Si 및 히드록실기(-OH)를 더 가질 수 있다. 따라서, 기재(122) 표면 상에서 활성화된 히드록실기와 고분자에 포함되는 히드록실기가 반응하여 기재(122)와 고분자가 공유결합할 수 있다.

이에 따라, 기재(122) 상에 제1 친수 코팅층(124)이 형성되며, 제1 친수 코팅층(124)은 도 4와 같이 간략하게 표시될 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하면, 제1 친수 코팅층(124) 상에 무기 입자, 비이온계 계면활성제 및 용매를 포함하는 제2 친수 코팅액을 가해준다. 여기서, 무기 입자는 실리카 나노 파티클일 수 있다. 무기 입자는 Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다.

이에 따라, 제1 친수 코팅층(124) 상에 제2 친수 코팅층(126)이 형성되며, 제2 친수 코팅층(126)의 무기 입자는 제1 친수 코팅층(124)의 고분자 사이에 끼어들 수 있다. 이러한 경우, 제1 친수 코팅층(124)의 친수 특성에 제2 친수 코팅층(126)의 친수 특성이 더해지므로, 초친수의 특성을 나타낼 수 있으며, 내오염 특성, 셀프크리닝 특성, 강도, 내습 특성 및 대전 방지 특성 등 등의 기능성을 더 가질 수 있다.

이하, 비교예 및 실시예에 따라 표면에 친수 코팅층이 형성된 렌즈의 접촉각, 투과율, 내마모성 테스트 후 접촉각, 고온고습 테스트 후 접촉각, 내열성 테스트 후 접촉각, 열충격 테스트 후 접촉각 및 내UV 테스트 후 접촉각을 측정하였다.

비교예 1은 글래스 기재를 활성화한 후, 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 고분자 5wt%, 비이온계 계면활성제 15wt% 및 물 80wt%를 포함하는 제1 친수 코팅액을 도포하여 친수 코팅층을 형성한 예이고, 비교예 2는 실리콘 오일 5wt%, 비이온계 계면활성제 15wt% 및 물 80wt%를 포함하는 제2 친수 코팅액을 무기 나노 코팅 방법에 따라 도포하여 친수 코팅층을 형성한 예이며, 실시예는 글래스 기재를 활성화한 후, 친수성 작용기인 히드록실기를 포함하는 실리콘계 고분자 2wt%, 비이온계 계면활성제 15wt% 및 물 83wt%를 포함하는 제1 친수 코팅액을 도포하여 제1 친수 코팅층을 형성한 후, 실리카 나노 파티클 2wt%, 비이온계 계면활성제 15wt% 및 물 83wt%를 포함하는 제2 친수 코팅액을 무기 나노 코팅 방법에 따라 도포하여 제2 친수 코팅층을 형성한 예를 나타낸다.

비교예 1 내지 2 및 실시예를 비교하기 위하여, 비교예 1 내지 2 및 실시예에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 물을 뿌린 후 물이 퍼지는 접촉각을 측정하였다. 그리고, 내마모성 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 비교예 1 내지 2 및 실시예에 따라 제작된 렌즈의 표면 상에 100±5mm 길이의 캔버스천을 이용하여 4.9N의 힘으로 1,500회동안 마모시킨 후 물을 뿌리고 물이 퍼지는 접촉각을 측정하였다. 그리고, 내열성 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 비교예 1 내지 2 및 실시예에 따라 제작된 렌즈를 -40℃와 80℃에서 1000cycle 동안 처리한 후 물을 뿌리고 물이 퍼지는 접촉각을 측정하였다. 그리고, 열충격 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, 80℃, -40℃ 및 95% 습도 하에서 50℃를 5cycle동안 처리한 후 물을 뿌리고, 물이 퍼지는 접촉각을 측정하였다. 그리고, 고온고습 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여 80℃ 85% 습도 조건 하에서 7일동안 방치한 후 물을 뿌리고, 물이 퍼지는 접촉각을 측정하였다. 그리고, 내UV 테스트 후 접촉각을 비교하기 위하여, ISO 105 조건으로 처리한 후 물을 뿌리고, 물이 퍼지는 접촉각을 측정하였다.

표 1은 그 결과를 나타낸다.

테스트 항목	비교예 1	비교예 2	실시예
접촉각	7~13˚	5~10˚	3~7 ˚
투과율	91%이상	91%이상	91%이상
내마모성 테스트 후 접촉각	8~15˚	15~20˚	4~8 ˚
고온고습 테스트 후 접촉각	9~22˚	7~12˚	5~8˚
내열성 테스트 후 접촉각	10~20˚	7~15˚	5~9˚
열충격 테스트 후 접촉각	8~18˚	5~13˚	4~10˚
내UV 테스트 후 접촉각	11~18˚	7~12 ˚	5~9˚

표 1을 참조하면, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 친수 코팅액만으로 렌즈의 표면을 친수 코팅한 비교예 1 및 무기 입자를 포함하는 친수 코팅액만으로 렌즈의 표면을 친수 코팅한 비교예 2에 비하여, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 친수 코팅액으로 렌즈의 표면을 1차 친수 코팅한 후, 무기 입자를 포함하는 친수 코팅액으로 렌즈의 표면을 2차 친수 코팅하는 실시예에서 접촉각이 더 낮게 나타나는 것을 알 수 있다. 접촉각은 렌즈의 표면 상에 떨어진 물이 퍼지는 각도이므로, 각도가 낮을수록 친수 특성이 좋은 것을 의미한다. 이에 따라, 비교예 1 내지 2에 비하여 실시예에서 친수 특성이 더 좋음을 알 수 있다.

뿐만 아니라, 실시예에 따르면 내마모성 테스트 후 접촉각, 고온고습 테스트 후 접촉각, 내열성 테스트 후 접촉각, 열충격 테스트 후 접촉각 및 내UV 테스트 후 접촉각이 비교예 1 내지 2보다 낮게 나타나므로, 비교예 1 내지 2에 비하여 친수 코팅층의 결합력이 높고, 고온고습 및 UV 등에 강함을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 렌즈 어셈블리
110: 하우징
120: 렌즈
130: 리테이너
122: 기재
124: 제1 친수 코팅층
126: 제2 친수 코팅층

Claims (8)

1. 기재,
   상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층, 그리고
   상기 제1 친수 코팅층 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층
   을 포함하는 렌즈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 친수 코팅층의 무기 입자의 적어도 일부가 상기 제1 친수 코팅층의 고분자 사이에 존재하는 렌즈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 무기 입자는 Si를 포함하는 렌즈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 무기 입자는 Sn, Ti, W, K, P 및 Zn으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 렌즈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 기재 및 상기 제1 친수 코팅층은 공유결합되는 렌즈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 기재 및 상기 제1 친수 코팅층은 상기 기재의 O와 상기 제1 친수 코팅층의 Si 또는 C에 의하여 공유결합되는 렌즈.
7. 제1항에 있어서,
   상기 친수성 작용기는 히드록실기, 아미노기 및 에폭시기로 이루어진 그룹에서 선택되는 렌즈.
8. 하우징,
   상기 하우징 내에 수용되는 렌즈, 그리고
   상기 하우징의 일단에 결합되며, 상기 렌즈를 지지하는 리테이너를 포함하고,
   상기 렌즈는 기재, 상기 기재 상에 형성되며, 친수성 작용기를 가지는 고분자를 포함하는 제1 친수 코팅층, 그리고 제1 친수 코팅층 상에 형성되며, 무기 입자를 포함하는 제2 친수 코팅층
   을 포함하는 렌즈 어셈블리.

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