KR20170077761A

KR20170077761A - 프로젝터, 프로젝터를 포함하는 전자 장치 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170077761A
Application number: KR1020160070536A
Authority: KR
Inventors: 윈-리엔 시아오; 한-칭 린; 윈-동 루; 슈-하오 수; 촨-칭 수에
Original assignee: 하이맥스 테크놀로지스 리미티드
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-07-06
Also published as: EP3200000A1; CN106918977A; US20180262726A1; TWI621904B; TW201723629A; JP2017120364A; US20170187997A1

Abstract

프로젝터는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 모듈과 웨이퍼-레벨 광학계를 포함한다. 상기 웨이퍼-레벨 광학계는 제1 콜리메이터 렌즈와 회절 광학 소자를 포함하는데, 상기 제1 콜리메이터 렌즈는 상기 제1 기판의 제1 면에 제작되고 콜리메이트된 레이저 빔을 생성하기 위해 상기 레이저 모듈로부터 상기 레이저 빔을 수신하고, 상기 콜리메이트된 레이저 빔이 상기 회절 광학 소자를 바로 통과하여 상기 프로젝터의 투사된 이미지가 생성된다.

Description

프로젝터, 프로젝터를 포함하는 전자 장치 및 그의 제조 방법{PROJECTOR, ELECTRONIC DEVICE HAVING PROJECTOR AND ASSOCIATED MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 프로젝터(projector)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 회절성 광학 요소를 갖는 프로젝터에 관한 것이다.

종래의 프로젝터는 일반적으로 투사된 이미지를 생성하기 위해 레이저 소스(laser source), 콜리메이터(collimator), 회절 광학 소자 및 프리즘을 필요로 한다. 이러한 구성 요소는 프로젝터에서 서로 독립적이다. 그러나, 스마트 폰 또는 패드와 같은 전자 장치가 더 얇아지기 때문에, 이러한 구성 요소를 포함하는 프로젝터는 더 얇아진 전자 장치에 위치하기에는 크기가 너무 크고, 프로젝터 디자인에 어려움을 초래하기도 한다.

또한, 만일 전자 장치가 3D 이미지를 포착하게 되면, 깊이 정보를 산출하기 위해 서로 다른 각을 갖는 두 개의 이미지를 포착하기 위해 두 개의 카메라 모듈이 필요하다. 그러나, 두 개의 카메라 모듈을 사용함으로써, 제작 비용이 증가될 수 있고, 상기 깊이 정보의 산출은 전자 장치에 있는 프로세서의 로드를 심각하게 증가시킬 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 내부 기판에 임프린트되는 회절 광학 소자를 포함하며, 어떤 프리즘이나 반사 요소가 포함되지 않은, 얇은 두께를 갖는 프로젝터를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로젝터는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 모듈과 웨이퍼-레벨 광학계를 포함한다. 상기 웨이퍼-레벨 광학계는 제1 콜리메이터 렌즈와 회절 광학 소자를 포함하는데, 상기 제1 콜리메이터 렌즈는 상기 제1 기판의 제1 면에 제작되고 콜리메이트된 레이저 빔을 생성하기 위해 상기 레이저 모듈로부터 상기 레이저 빔을 수신하고, 상기 콜리메이트된 레이저 빔이 상기 회절 광학 소자를 바로 통과하여 상기 프로젝터의 투사된 이미지가 생성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치는 프로젝터, 카메라 모듈, 그리고 프로세서를 포함한다. 상기 프로젝터는 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 모듈과 웨이퍼-레벨 광학계를 포함한다. 상기 웨이퍼-레벨 광학계는, 제1 기판, 제1 콜리메이터 렌즈, 그리고 회절 광학 소자를 포함하는데, 상기 레이저 빔이 상기 제1 콜리메이터 렌즈와 상기 회절 광학 소자를 바로 통과하여 주변의 한 영역에 상기 프로젝터의 투사된 이미지가 생성된다. 상기 프로세서는 상기 이미지 데이터의 깊이 정보를 얻기 위해 상기 이미지 데이터를 분석하기 위해 마련된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로젝터를 제조하기 위한 방법은 제1 기판을 제공하는 단계, 제1 기판에 제1 콜리메이터 렌즈를 제조하는 단계, 제2 기판을 제공하는 단계, 상기 제2 기판에 회절 광학 소자를 임프린팅하는 단계, 그리고 상기 레이저 모듈에서 생성된 레이저 빔이 상기 제1 콜리메이터 렌즈와 상기 회절 광학 소자를 바로 통과하여 상기 프로젝터에 투사된 이미지가 생성되도록 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 및 레이저 모듈을 조립하는 단계를 포함한다.

본 발명의 이와 같은 목적 및 다른 목적들은 다양한 수치와 도면에서 도시되는 본 발명의 실시예들의 상세 설명을 숙지한 해당 기술의 숙련된 기술자들에게 의심의 여지없이 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로젝터를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로젝터를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 프로젝터를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 프로젝터를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DOE의 일부를 도시하는 측면도와 상면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 웨이퍼-레벨 광학계의 제조 방법을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로젝터(100)를 도시한다. 도 1에서와 같이, 상기 프로젝터(100)는 레이저 모듈(110)과 웨이퍼-레벨 광학계를 포함한다. 여기서 웨이퍼-레벨 광학계는 기판(120), 기판(120)의 일 면에 임프린트된(imprinted) 콜리메이터 렌즈(122), 기판(130), 기판(130)의 일 면에 임프린트된 콜리메이터 렌즈(132), 기판(130)의 다른 면에 임프린트된 회절 광학 소자(diffractive optical element, DOE)(140), 및 스페이서(150)를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 프로젝터(100)는 특정 패턴으로 이미지를 투사하기 위해 배열되며, 스마트 폰이나 패드와 같은 전자 장치에 위치한다.

도 1에 도시된 프로젝터(100)에서, 상기 레이저 모듈(110)은 레이저 빔을 생성하기 위해 마련되며, 특히, 레이저 빔은 적외선 광이다. 상기 콜리메이터 렌즈(122 및 123)는 볼록 렌즈이며, 상기 레이저 모듈(110)으로부터 상기 레이저 빔을 수신하여 콜리메이트된 레이저 빔(평행 광)을 생성하기 위해 마련된다. 여기서, 콜리메이트된 레이저 빔은 실질적으로 상기 기판(130)과 상기 DOE(140)의 표면에 수직적이다. 상기 DOE(140)는 패턴 생성기 역할을 할 수 있으며, 상기 콜리메이트된 레이저 빔이 상기 DOE(140)를 바로 통과하여 투사된 이미지가 생성된다. 여기서, 투사된 이미지는 DOE(140)에서 설정된 특정 패턴을 가질 수 있다.

도 1의 실시예에서, 상기 레이저 빔이 콜리메이터 렌즈(122 및 123)와 DOE(140)를 직접 통과해서 상기 특정 패턴을 갖는 투사 이미지가 되는데, 상기 레이저 빔은 프리즘이나 다른 어떠한 반사/굴절 소자에 의해서도 유도되지 않는다. 이러한 구조를 이용해서, 상기 프로젝터(100)는 두께가 얇아지고, 더 얇은 제조된 전자 장치에도 위치할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로젝터(200)를 도시한다. 도 2를 참조하면, 상기 프로젝터(200)는 레이저 모듈(210)과 웨이퍼-레벨 광학계를 포함하는데, 여기서, 광학계는 기판(220), 상기 기판(220)의 일 면에 임프린트된 오목 콜리메이터 렌즈(222), 기판(230), 상기 기판(230)의 일 면에 임프린트된 볼록 콜리메이터 렌즈(232), 상기 기판(230)의 다른 면에 임프린트된 DOE(240), 및 스페이서(250)를 포함한다. 상기 콜리메이터 렌즈(222)가 오목 렌즈인 점을 제외하면, 상기 프로젝터(200)는 도 1에 도시된 프로젝터(100)와 유사하다.

다른 실시예에서, 상기 콜리메이터 렌즈(222)는 볼록 렌즈이고 상기 콜리메이터 렌즈(232)는 오목 렌즈일 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 프로젝터(300)를 도시한다. 도 3에서와 같이, 상기 프로젝터(300) 레이저 모듈(310)과 웨이퍼-레벨 광학계를 포함하는데, 여기서, 광학계는 기판(320), 상기 기판(320)의 일 면에 임프린트된 볼록 콜리메이터 렌즈(322), 기판(330), 상기 기판(320)의 다른 면에 임프린트된 DOE(340), 및 스페이서(350)를 포함한다. 상기 기판(330)의 일 면에 콜리메이터 렌즈가 제조되지 않는 점을 제외하면, 상기 프로젝터(300)는 도 1에 도시된 프로젝터(100)와 유사하다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 프로젝터(400)를 도시한다. 도 4에서와 같이, 상기 프로젝터(400)는 레이저 모듈(410)과 웨이퍼-레벨 광학계를 포함하는데, 여기서, 웨이퍼-레벨 광학계는 기판(420), 상기 기판(420)의 일 면에 임프린트된 볼록 콜리메이터 렌즈(422), 상기 기판(420)의 다른 면에 임프린트된 볼록 콜리메이터 렌즈(424), 기판(430), 상기 기판(430)의 일 면에 임프린트된 DOE(440), 그리고 스페이서(450)를 포함한다. 두 개의 서로 다른 콜리메이터 렌즈(424)가 상기 기판(430)의 서로 반대되는 면에 각각 제조된 점을 제외하면, 상기 프로젝터(400)는 도 3에 도시된 프로젝터(300)와 유사하다.

다른 실시예에서, 상기 콜리메이터 렌즈들(422 및 424) 중 하나는 볼록 렌즈이고, 나머지 하나는 오복 렌즈일 수 있다.

상기 실시예들에서, DOE들(140, 240, 340, 440)은 나노임프린트 반도체 리소그래피(nanoimprint semiconductor lithography) 공정에 의해 제작된다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 DOE(140, 240, 340, 및 440)의 일부의 측면도와 상면도이다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 도1의 웨이퍼-레벨 광학계의 제작 방법을 도시한다. 도 6은 상기 기판(120 및 130) 상에 콜리메이터 렌즈(122, 132)를 각각 임프린팅되는 것을 상세하게 도시한다. 도 6에서와 같이, 세정 단계예서, 상기 기판(120/130)은 다음 단계를 위해 세척된다. 몰딩 단계에서, 자외선(ultraviolet, UV) 경화 고분자가 상기 기판(120/130)의 일 면에 투입되거나 제공되고, 상기 UV 경화 고분자를 몰딩하기 위해 워킹 스탬프(working stamp)가 사용된다. UV 경화 단계에서, 자외선을 사용해서 상기 UV 경화 고분자를 경화시키는데, 상기 경화된 층이 콜리메이터 렌즈(122/132)로 사용된다. 탈형(de-molding) 단계에서, 상기 워킹 스탬프는 제거된다. 다음 단계에서, 가장자리에 남아 있는 부분 제거와 세정이 수행된다. 검사 단계에서, 기판(120/130)의 돌발 고장과 품질 결함을 테스트하기 위해 자동화 광학 검사(automated optical inspection, AOI)를 사용해서 기판(120/130)을 스캔한다. 도 6에 도시된 단계들을 사용해서, 도 1에 도시된 상기 콜리메이터 렌즈(122)가 임프린트된 기판(120)과 상기 콜리메이터 렌즈(132)가 임프린트된 기판(130)이 만들어진다.

도 7은 기판들(120 및 130)의 조립을 상세히 도시한다. 제1 단계에서, 상기 기판(130)은 상기 스페이서(150)와 결합된다. 이 후 스태킹(stacking) 단계에서, 전하 결합 장치(charge-coupled device, CCD) 정렬 시스템을 사용해서, 상기 기판(120)이 스페이서(150)를 통해 기판(130)과 조립된다. 다음 단계에서, 모듈레이션 전달 함수(modulation transfer function, MTF) 테스트를 수행해서 상기 렌즈의 이미지 성능을 검사한다.

도 8은 DOE(140)의 임프린팅과 이후 조립 단계를 상세히 도시한다. 도 8에서와 같이, 제1 단계에서, 상기 UV 경화 고분자가 상기 기판(130)의 일 면에 투입 또는 제공되고, CCD 정렬 시스템을 사용해서 DOE 워킹 스탬프로 상기 UV 경화 고분자를 몰딩한다. 제2 단계에서, 자외선을 사용해서 상기 UV 경화 고분자를 경화하는데, 여기서, 경화된 층이 상기 DOE(140)로 사용된다. 제3 단계에서, 상기 DOE 워킹 스탬프가 제거된다. 제4 단계에서, 조립된 장치는 복수의 사각형으로 다이스(dice)되고, 각각의 사각형들은 도 1에 도시된 웨이퍼-레벨 광학계로 사용된다. 제 5단계에서, 돌발 고장과 품질 결함을 테스트하기 위해 AOI를 사용해서 상기 기판(120/130)을 스캔한다. 마지막으로, 상기 사각형들(즉. 복수의 웨이퍼-레벨 광학계)이 이후 단계를 위해 저장된다.

도 2 내지 도 4의 실시예들은 도 6 내지 도 8의 단계들과 유사한 단계로 제조될 수 있다. 도 2내지 도 4의 실시예들의 제조 단계는 통상 기술자들이 앞서 언급된 개시를 숙지한 후에 이해할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(900)를 도시한다. 도 9에서와 같이, 전자 장치(900)는 스마트 폰이며, 프로젝터(910), 카메라 모듈(920) 및 프로세서(930)를 포함한다. 이 실시예에서, 상기 프로젝터(910)는 도 1 내지 도 4에 도시된 프로젝터들 중 하나로 구현될 수 있으며, 상기 프로젝터(910)는 상기 전자 장치(900)의 뒷면에 내장되고 주변의 한 영역에 특정 패턴을 갖는 적외선 이미지를 투사하는데 사용된다. 그러면, 상기 카메라 모듈(920)이 이미지 데이터를 생성하기 위해 상기 주변의 한 영역을 포착한다. 도 9에 도시된 실시예에서, 상기 전자 장치(900)는 프로젝터(910)와 하나의 카메라 모듈(930) 만을 사용해서 간단하게 3D 이미지를 생성할 수 있다.

간략하게 요약하면, 본 발명의 프로젝터에서, 상기 프로젝터의 내부 기판에 DOE를 임프린팅함으로써, 상기 프로젝터가 얇은 전자 장치에 내장될 수 있도록 프로젝터의 두께를 충분히 줄일 수 있다. 그리고, 본 발명의 프로젝터를 사용해서, 상기 전자 장치는 하나의 카메라 모듈이 포착한 이미지를 분석하는 것만으로도 3D 이미지를 만들 수 있다. 따라서, 제조 비용과 프로세서의 부하를 줄일 수 있다.

숙련된 기술자들은 본 발명의 범위 내에서 본 발명에 따른 장치와 그 방법을 다양하게 수정하고 변경할 수 있음을 손쉽게 파악할 수 있다. 따라서, 상기 설명된 내용은 다음의 청구 범위 내에서만 이해되어야 할 것이다.

100, 200, 300, 400: 프로젝터
110, 210, 310, 410: 레이저 모듈
120, 220, 320, 420: 기판
122, 222: 콜리메이터 렌즈
140, 240, 340, 440: 회절 광학 소자(diffractive optical element, DOE)
150, 250, 350, 450: 스페이서
900: 전자 장치
930: 카메라 모듈

Claims

레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 모듈; 및
웨이퍼-레벨 광학계(wafer-level optics)
를 포함하고,
상기 웨이퍼-레벨 광학계는,
제1 기판;
상기 제1 기판의 제1 면에 제작되고 상기 레이저 모듈로부터 상기 레이저 빔을 수신하여 콜리메이트된 레이저 빔을 생성하는 제1 콜리메이터 렌즈; 및
회절 광학 소자
를 포함하고,
상기 콜리메이트된 레이저 빔이 상기 회절 광학 소자를 바로 통과하여 프로젝터의 투사된 이미지를 생성하는,
프로젝터.
제1항에 있어서,
상기 콜리메이트된 레이저 빔은 어떠한 프리즘이나 굴절 소자 또는 반사 소자에 의해서도 유도되지 않는, 프로젝터.
제1항에 있어서,
상기 회절 광학 소자는 상기 제1 기판의 제2 면에 임프린트(imprint)되고, 상기 제2 면은 상기 제1 면에 반대편에 있는, 프로젝터.
제3항에 있어서,
상기 제1 기판의 제2 면은 실질적으로 상기 콜리메이트된 레이저 빔에 수직인, 프로젝터.
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼-레벨 광학계는 제2 기판을 더 포함하고,
상기 회절 광학 소자는 상기 제2 기판의 일 면에 임프린트되고, 상기 제2 기판의 상기 일 면은 콜리메이트된 레이저 빔에 실질적으로 수직인, 프로젝터.
제5항에 있어서,
상기 웨이퍼-레벨 광학계는 상기 제2 기판의 다른 면에 제조된 제2 콜리메이터 렌즈를 더 포함하고,
상기 제1 콜리메이터 렌즈와 상기 제2 콜리메이터 렌즈는 상기 레이저 모듈로부터 상기 레이저 빔을 수신하여 상기 콜리메이트된 레이저 빔을 생성하는, 프로젝터.
제6항에 있어서,
상기 제1 콜리메이터 렌즈와 상기 제2콜리메이터 렌즈 중 적어도 하나는 볼록 렌즈인, 프로젝터.
제1항에 있어서,
상기 레이저 빔은 적외선 광인, 프로젝터.
프로젝터;
카메라 모듈; 및
프로세서
를 포함하고,
상기 프로젝터는,
레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 모듈; 및
제1 콜리메이터 렌즈와 회절 광학 소자를 포함하는 웨이퍼-레벨 광학계
를 포함하고,
상기 레이저 빔은 상기 제1 콜리메이터 렌즈와 상기 회절 광학 소자를 바로 통과하여 주변의 한 영역에 상기 프로젝터의 투사된 이미지를 생성하고,
상기 카메라 모듈은 상기 주변의 한 영역을 촬영하여 이미지 데이터를 생성하고,
상기 프로세서는 상기 이미지 데이터를 분석하여 상기 이미지 데이터의 깊이 정보를 획득하는,
전자 장치.
제9항에 있어서,
상기 웨이퍼 레벌 광학계는 제1 기판을 포함하고,
상기 제1 콜리메이터 렌즈는 상기 제1 기판의 제1 면에 제조되고, 상기 제1 콜리메이터 렌즈는 상기 레이저 모듈로부터 상기 레이저 빔을 수신하여 콜리메이트된 레이저 빔을 생성하도록 구성되고, 상기 콜리메이트된 레이저 빔은 상기 회절 광학 소자를 바로 통과하여 상기 프로젝터의 상기 투사된 이미지를 생성하는,
전자 장치.
제10항에 있어서,
상기 콜리메이트된 레이저 빔은 어떠한 프리즘이나 굴절 소자에 의해서도 유도되지 않는, 전자 장치.
제10항에 있어서,
상기 회절 광학 소자는 상기 제1 기판의 제1 면에 임프린트되고, 상기 제2 면은 상기 제1 면에 반대되는 면인, 전자 장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 기판의 상기 제2 면은 상기 콜리메이트된 레이저 빔에 실질적으로 수직인, 전자 장치.
제10항에 있어서,
상기 웨이퍼-레벨 광학계는 제2 기판을 포함하고,
상기 회절 광학 소자는 상기 제2 기판의 일 면에 임프린트되고, 상기 제2 기판의 상기 일 면은 상기 콜리메이트된 레이저 빔에 실질적으로 수직인, 전자 장치.
제14항에 있어서,
상기 웨이퍼-레벨 광학계는 상기 제2 기판의 다른 면에 제조되는 제2 콜레메이터 렌즈를 더 포함하고, 상기 제1 콜리메이터 렌즈와 상기 제2콜리메이터 렌즈는 상기 레이저 모듈로부터 상기 레이저 빔을 수신하여 상기 콜리메이트된 레이저 빔을 생성하는, 전자 장치.
제15항에 있어서,
상기 제1 콜리메이터 렌즈와 상기 제2콜리메이터 렌즈 중 적어도 하나는 볼록 렌즈인, 전자 장치.
제9항에 있어서,
상기 레이저 빔은 적외선 광인, 전자 장치.
프로젝터를 제조하기 위한 방법으로,
제1 기판을 제공하는 단계;
제1 기판에 제1 콜리메이터 렌즈를 제조하는 단계;
제2 기판을 제공하는 단계;
상기 제2 기판에 회절 광학 소자를 임프린팅하는 단계; 및
레이저 모듈에서 생성된 레이저 빔이 상기 제1 콜리메이터 렌즈와 상기 회절 광학 소자를 바로 통과하여 상기 프로젝터에 투사된 이미지를 생성하도록, 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 및 상기 레이저 모듈을 조립하는 단계
를 포함하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 회절 광학 소자는 상기 제2 기판의 제1 면에 임프린팅되고, 상기 방법은 상기 제2 기판의 제2 면에 제2 콜리메이터 렌즈를 제조하는 단계를 더 포함하며,
상기 제2 면은 상기 제1 면에 반대되는 면인, 방법.
제19항에 있어서,
상기 제1 기판의 상기 제2 면은 상기 콜리메이트된 레이저 빔에 실질적으로 수직인, 방법.
제19항에 있어서,
상기 제1 콜리메이터 렌즈와 상기 제2콜리메이터 렌즈 중 적어도 하나는 볼록 렌즈인, 방법.
제18항에 있어서,
상기 레이저 빔은 적외선 광인, 방법.