KR20180081335A - 액체 렌즈 및 이를 포함하는 카메라 모듈 및 광학기기 - Google Patents

액체 렌즈 및 이를 포함하는 카메라 모듈 및 광학기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 액체 및 비전도성 액체를 수용하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구가 형성된 실리콘 재질의 제1 플레이트, 제1플레이트 상부에 배치되는 제1전극, 제1플레이트 하부에 배치되는 제2전극, 제1플레이트 상부에 배치되는 제2플레이트, 제1플레이트 하부에 배치되는 제3플레이트, 및 제1플레이트의 상부 또는 하부에 배치되어 개구영역을 통과하는 광량을 제한하는 광 차단층을 포함하는 액체렌즈를 제공한다.

Description

액체 렌즈 및 이를 포함하는 카메라 모듈 및 광학기기{LIQUID LENS, CAMERA MODULE AND OPTICAL DEVICE/INSTRUMENT INCLUDING THE SAME}
본 발명은 액체 렌즈 및 이를 포함하는 카메라 모듈 및 광학기기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기 에너지를 이용하여 초점 거리를 조정할 수 있는 렌즈에 관한 것이다.
휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능(광학 줌 기능(zoom-in/zoom-out), 오토포커싱(Auto-Focusing, AF) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능 등)을 가지는 광학 기기를 원하고 있다. 이러한 촬영 기능은 여러 개의 렌즈를 조합해서 직접 렌즈를 움직이는 방법을 통해 구현될 수 있으나, 렌즈의 수를 증가시킬 경우 광학 기기의 크기가 커질 수 있다. 오토 포커스와 손떨림 보정 기능은, 렌즈 홀더에 고정되어
광축이 정렬된 여러 개의 렌즈 모듈이, 광축 또는 광축의 수직 방향으로 이동하거나 틸팅(Tilting)하여 수행되고, 렌즈 모듈을 구동시키기 위해 별도의 렌즈 구동 장치가 사용된다. 그러나 렌즈 구동 장치는 전력 소모가 높으며, 이를 보호하기 위해 서 카메라 모듈과 별도로 커버 글라스를 추가하여야 하는바 전체 두께가 두꺼워 진다.
따라서 두 가지 액체의 계면의 곡률을 전기적으로 조절하여 오토 포커스와 손떨림 보정 기능을 수행하는 액체 렌즈에 대한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명은 전기 에너지를 이용하여 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈를 포함하는 카메라 장치에서 렌즈에 포함된 액체를 하우징할 수 있는 구조물을 실리콘(Si)으로 제조함으로써 렌즈를 제조하는 데 요구되는 공정을 보다 단순화할 수 있다.
또한, 본 발명은 실리콘 웨이퍼(Si wafer)를 패터닝(patterning)하여 초점 거리를 조정할 수 있는 렌즈의 구조물을 제조하는 과정에서 실리콘 웨이퍼를 사용함으로써 발생하는 공정 오차를 극복하기 위한 렌즈 구조를 제안할 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 수용하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구가 형성된 실리콘 재질의 제1 플레이트; 상기 제1플레이트 상부에 배치되는 제1전극; 상기 제1플레이트 하부에 배치되는 제2전극; 상기 제1플레이트 상부에 배치되는 제2플레이트; 상기 제1플레이트 하부에 배치되는 제3플레이트; 및 상기 제1플레이트의 상부 또는 하부에 배치되어 상기 개구영역을 통과하는 광량을 제한하는 광 차단층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 차단층은 상기 제2플레이트 및 상기 제3플레이트 중 적어도 하나에 배치되어 상기 개구면을 결정하는 광흡수 물질일 수 있다.
또한, 상기 광 차단층은 상기 제2플레이트 및 상기 제2플레이트 중 적어도 하나와 상기 제1플레이트 사이에 배치되어 상기 개구면을 결정하는 링 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 광 차단층은 상기 제2플레이트 및 상기 제3플레이트 중 적어도 하나와 상기 제1플레이트 사이에 배치되어 상기 개구면을 결정하는 구멍을 포함하는 판구조물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2플레이트 및 상기 제3플레이트는 유리(glass)층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 경사면의 경사도는 55~65도의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 개구 영역은 원형의 단면을 가지는 홀(hole)의 형상일 수 있다.
또한, 상기 제1전극층 및 상기 제2전극층은 크롬(Cr)을 포함하고, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 및 상기 제3플레이트는 크롬(Cr)을 포함하는 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 통해 접합될 수 있다.
또한, 상기 광 차단층의 내측부는 상기 개구에 형성된 경사면의 내측부보다 광축에 가깝게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1플레이트의 상면 또는 하면과 상기 제1플레이트의 개구에 형성된 경사면이 연결되는 부분은 라운드 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1플레이트의 상부 또는 하부에 의해 결정되는 상기 개구 영역은 원형이고, 상기 개구 영역의 경계의 일부는 요철을 포함하며, 상기 광 차단층은 상기 요철을 포함하는 상기 경계에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1플레이트의 상부에 위치하는 개구 영역이 하부에 위치하는 개구 영역보다 더 클 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 초점 거리를 조정할 수 있는 렌즈에서 액체의 하우징을 실리콘 기판을 통해 제조함으로써 렌즈 및 렌즈를 포함하는 카메라의 제조 비용을 줄일 수 있고 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 초점 거리를 조정할 수 있는 렌즈를 구성하는 유리 구조물을 실리콘 구조물로 대체함으로써 제조 공정에서의 융통성(flexibility)을 더 확보할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도1은 액체 렌즈를 설명한다.
도2는 액체 렌즈의 단면을 설명한다.
도3은 실리콘 웨이퍼로부터 제조된 하우징 구조물을 설명한다.
도4는 하우징 구조물의 패터닝(patterning)을 설명한다.
도5는 실리콘 웨이퍼의 공정 오차로 인한 하우징 구조물의 변형을 설명한다.
도6은 액체 렌즈의 제1예를 설명한다.
도7은 액체 렌즈의 제2예를 설명한다.
도8은 액체 렌즈의 제3예를 설명한다.
도9는 액체 렌즈의 제4예를 설명한다.
도10은 액체 렌즈의 제5예를 설명한다.
도11은 카메라 모듈을 설명한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 요소(element)의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 요소(element)가 상기 두 요소(element)사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
소형화되는 휴대용 장치에 복수의 렌즈를 포함하는 카메라 장치를 탑재하고, 복수의 렌즈 사이의 간격을 조절하여 초점 거리를 변경하는 방법을 통해 광학 줌 기능(zoom-in/zoom-out), 오토포커싱(Auto-Focusing, AF) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능을 구현하는 것은 매우 어려운 일이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 수단과 방법으로 투명하고 딱딱한 유리(glass)나 플라스틱을 대신하여 액체로 렌즈를 만들 수 있다. 액체로 렌즈를 만들 경우, 렌즈의 초점 거리는 일렉트로웨팅(Electrowetting) 현상을 통해 조정될 수 있다. 일렉트로웨팅 현상을 이용한 액체렌즈는 렌즈를 움직여(렌즈 간 거리를 조정하여) 초점 거리를 조장하는 것 보다 카메라 장치의 크기를 작게 할 수 있을 뿐만 아니라, 렌즈를 모터 등을 사용하여 기계적으로 움직이는 것 보다 전력 소모가 작을 수 있다.
도1은 액체 렌즈를 설명한다. 구체적으로, (a)는 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈(28)의 형상을 설명하고, (b)는 렌즈(28)의 등가회로를 설명한다.
먼저 (a)를 참조하면, 액체 렌즈(28)는 적어도 하나의 전극섹터를 포함하는제1전극(C0)과 반대측에 배치된 복수의 전극섹터를 포함하는 제2전극(L1, L2, L3, L4)을 통해서 동작 전압을 인가 받을 수 있다. 제1전극은 공통전극일 수 있으며, 제2전극은 개별전극일 수 있다. 제2전극(L1, L2, L3, L4)을 통해서 동작 전압이 인가되면 렌즈영역(310)에 형성된 도전성 액체와 비도전성 액체의 계면이 변형될 수 있다.
또한, (b)를 참조하면, 렌즈(28)는 일측은 서로 제2전극(L1, L2, L3, L4)으로부터 동작 전압을 인가 받고, 다른 일측은 제1전극(C0)과 연결된 복수의 캐패시터(30)로 설명할 수 있다.
도2는 액체 렌즈의 단면을 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28)는 투명한 재질을 포함하는 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16), 제13플레이트(12) 및 제2플레이트(16) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구영역을 포함하는 제1플레이트(14)를 포함할 수 있다.
또한, 액체 렌즈(28)는 제3플레이트(12), 제2플레이트(16) 및 개구영역에 의해 결정되는 캐비티(cavity, 50)를 포함할 수 있다. 여기서, 캐비티(50)는 서로 다른 성질(예, 전도성 액체 및 비전도성 액체)의 두 액체(22, 24)가 충진될 수 있으며, 서로 다른 성질의 두 액체(26, 24) 사이에는 계면(30)이 형성될 수 있다.
또한, 액체 렌즈(28)에 포함되는 두 액체(26, 24) 중 적어도 하나는 전도성을 가지며, 액체 렌즈(28)는 제1플레이트(14) 상부 및 하부에 배치되는 두 전극(74, 76) 및 전도성을 가지는 액체가 맞닿을 수 있는 경사면에 배치되는 절연층(72)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 절연층(72)은 두 전극(74, 76) 중 하나의 전극을 덮고, 다른 하나의 전극의 일부를 노출시켜 전도성 액체(예, 26)에 전기 에너지가 인가되도록 할 수 있다.
또한, 액체 렌즈(28)에 포함된 두 전극(74, 76)에 구동 전압을 전달하기 위한 두 기판(46, 48)이 더 포함될 수 있다.
액체 렌즈(28) 내 형성되는 계면(30)의 굴곡, 경사도 등이 변하면서 액체 렌즈(28)의 초점 거리가 조정될 수 있다. 계면(30)을 통해 광 신호가 통과될 수 있는 영역이 도1에서 설명한 렌즈영역(310)과 대응될 수 있다.
액체 렌즈(28) 내 서로 다른 성질의 두 액체를 가두는 하우징 구조물로서 실리콘 재질로 형성한 제1플레이트(14)을 포함할 수 있다. 제1플레이트는 실리콘웨이퍼로부터 제조될 수 있다. 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16)은 광 신호가 통과하는 영역을 포함하고 있어 투명도가 높은 유리(glass)와 같은 재질로 형성될 수 있으며, 또는 제1플레이트(14)은 광 신호를 투과할 필요가 없어 실리콘 재질로 형성될 수 있다. 또는 제1플레이트(14)은 노이즈 등을 제거하기 위해 광 신호를 투과하지 않고 흡수할 수 있는 재질로 구성되는 것이 효과적일 수 있다.
종래에는 제1플레이트(14)을 실리콘(Si)이 아닌 유리층으로 사용하였다. 이는 제3플레이트(12)과 제2플레이트(16)이 유리로 형성되어 있어 동일한 재질의 중간층을 사용하여 접합하는 경우 캐비티(50)를 채운 액체가 흘러나오는 것을 방지하기 용이하기 때문이다. 하지만, 유리층을 특정 형태로 가공하여 사용하는 것은 제조 비용이 증가하는 단점이 있다. 유리를 포함하는 제3플레이트(12)과 제2플레이트(16) 사이에 실리콘을 포함하는 제1플레이트(14)을 배치시키면 완전 밀봉(hermetic sealing)이 어려울 수 있다.
예를 들어, 실리콘과 유리를 직접 접합하기 위해 양극 접합(anodic bonding)과 웨이퍼 직접 접합(direct wafer bonding)방법을 사용할 수 있다. 하지만, 접합 시 깨끗하고 평편한 표면 상태와 높은 온도가 요구되고, 이종 재료(즉, 유리와 실리콘) 접합 시 열팽창계수 차이에 의해 발생하는 열응력이 커진다. 이를 극복하기 위해, 저온에서 동종 또는 이종재료를 접합하기 위해 접착제(adhesive)를 사용할 수 있지만, 접합부가 고온 안정성이 낮고 완전 밀봉(hermetic sealing)이 어려운 단점이 있다. 이를 극복하기 위해, SOG(Spin on Glass)를 이용한 접합 방법은 저온에서 솔-젤 반응(Sol-Gel process)를 이용하는 방법으로 가수분해와 물응축반응에 의해 다음과 같이 실록산결합(siloxane bond= Si-O-Si)을 형성하는 것으로, 낮은 온도에서 접합할 수 있는 장점이 있다.
도시되지 않았지만, 양극 접합(anodic bonding)과 웨이퍼 직접 접합(direct wafer bonding)방법 외에도 제1플레이트(14)과 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16)의 완전 밀봉을 위해 전극층 또는 전극 패턴을 이용한 접합을 포함할 수 있다. 도1에서 설명한 바와 같이, 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16)과 맞닿는 제1플레이트(14)의 양측에는 제2전극(L1, L2, L3, L4)과 제1전극(C0)을 형성하기 위한 전극층과 전극 패턴이 포함될 수 있다.
여기서, 전극층과 전극 패턴은 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 크로뮴(chromium) 또는 크롬(Chrom)은 은색의 광택이 있는 단단한 전이 금속으로, 부서지기 쉬우며 잘 변색되지 않고 녹는점이 높은 것이 특징이다. 하지만, 크로뮴을 포함한 합금은 부식에 강하고 단단하기 때문에 다른 금속과 합금한 형태로 사용될 수 있다. 특히, 크롬(Cr)은 부식과 변색이 적기 때문에, 캐비티(50)를 채우는 전도성 액체에도 강한 특징이 있다. 고온의 열을 통해 크롬(Cr)을 포함한 전극층을 통해 제1플레이트(14)과 유리 재질의 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16)을 접합의 강도를 높일 수 있다.
전술한 바와 같이, 실시에에 따른 액체 렌즈는 전도성 액체(22) 및 비전도성 액체(24)를 수용하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구가 형성된 실리콘 재질의 제1 플레이트(14), 제1플레이트(14) 상부에 배치되는 제1전극(32), 제1플레이트(14) 하부에 배치되는 제2전극(34), 제1플레이트(14) 상부에 배치되는 제2플레이트(16), 및 제1플레이트(14) 하부에 배치되는 제3플레이트(12)를 포함할 수 있다.
도3은 실리콘 웨이퍼로부터 제조된 하우징 구조물을 설명한다.
도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(10)에는 액체 렌즈의 하우징 구조물로 사용되는 복수의 제1플레이트(14)이 형성될 수 있다. 실리콘 웨이퍼(10)의 크기는 50nm에서 300mm까지 다양하며, 실리콘 웨이퍼(10)의 크기가 클 수록 더 많은 제1플레이트(14)을 형성할 수 있어 제조 원가가 절감될 수 있고, 생산성이 높아질 수 있다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼가 300mm의 직경을 가지는 경우, 제1플레이트(14)의 가로 세로의 길이가 약 6mm정도일 수 있다.
실리콘 웨이퍼(10)의 일부 영역(A)를 확대하면 복수의 제1플레이트(14)이 형성됨을 알 수 있다. 패터닝(Patterning) 과정을 통해 제1플레이트(14) 내 개구 영역(18)을 형성할 수 있다.
실리콘 웨이퍼(10)를 이용한 제조 공정은 중심부(CR)와 에지영역(ED)에 공정단차(공차)가 발생할 수 있는 단점이 있다. 즉, 실리콘 웨이퍼(10)에서 한꺼번에 제조되는 수십~수백 개의 제1플레이트(14)이 모두 균일한 형태를 가지는 것이 가장 바람직하지만, 중심부(CR)에 위치한 제1플레이트(14)과 에지영역(ED)에 위치한 제1플레이트(14)에 공정단차로 인한 형태의 차이가 발생할 수 있다.
예를 들어, 실리콘 웨이퍼(10)의 중심부(CR)를 기준으로 패터닝 공정을 수행하는 경우, 에지영역(ED)에서 원하는 만큼의 식각이 이루어지지 않을 수 있다. 반대로, 실리콘 웨이퍼(10)의 에지영역(ED)에서 원하는 만큼의 식각이 일어나도록 하는 과정에서 중심부(CR)가 과도하게 식각될 수 있다. 이는 공정 조건, 환경에 따라 반대로 일어날 수도 있다.
도4는 하우징 구조물의 패터닝(patterning)을 설명한다. 구체적으로, (a)는 반도체 장치에 사용되는 실리콘 기판(14')에서 트렌치(trench, 18')를 형성하기 위한 이방성 습식식각(anisotropic wet etching)을 설명하고, (b)는 액체 렌즈에 포함되는 제1플레이트(14)을 제조하기 위한 이방성 습식 식각을 설명한다.
먼저, (a)를 참조하면, 메모리 장치 등과 같은 반도체 장치에서 실리콘 기판(14')에서 트렌치(18')를 형성하기 위해, 실리콘 기판(14')에 포토 공정(photo lithography)을 통해 마스크 패턴(22)을 형성할 수 있다. 이후, 마스크 패턴(22) 사이에 노출된 실리콘 기판(14')을 식각 용액을 이용하여 패터닝할 수 있다. 식각 용액을 이용한 이방성 습식식각 공정에서 공정 조건(시간 등)에 따라 편차가 발생할 수 있으나, 약 55도의 각도(q1)의 트렌치(18')를 형성하는 것이 가능할 수 있다.
반면, 일반적인 반도체 장치의 트렌치(18')와 달리 액체 렌즈에 포함되는 제1플레이트(14)이 포함하는 개구 영역(18)은 약 50~70도, 약55~65도의 각도(q2)를 가지는 경사면을 요구할 수 있다. 이를 위해서는 이방성 습식식각 공정을 통해 개구 영역(18)을 형성하는 과정에서 과도 식각(over etching)이 수행할 수 있다. 과도 식각을 통해 액체 렌즈에 포함되는 제1플레이트(14)의 경사면은 56~64도의 범위를 가질 수 있다.
도5는 실리콘 웨이퍼의 공정 오차로 인한 하우징 구조물의 변형을 설명한다. 구체적으로, (a)는 공정 오차 없이 패터닝된 하우징 구조물을 설명하고, (b)는 과도 식각으로 인해 하우징 구조물의 일부 영역에 손상이 발생한 경우를 설명한다.
먼저, (a)와 같이 큰 실리콘 웨이퍼(10, 도3참조)에서 일부의 제1플레이트(14)은 공정 오차가 최소화되어 원하는 형태의 경사면과 개구 영역(18)을 가지도록 패터닝될 수 있다.
하지만, (b)의 경우와 같이, 실리콘 웨이퍼(10)의 일부 영역에서는 과도 식각으로 인해 제1플레이트(14)의 개구 영역(18)의 끝 부분(D_OE)이 뭉툭해지는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 작은 범위의 공정 오차로 인해 제1플레이트(14)을 사용할 수 없다면 생산성이 나빠질 수 있다.
액체렌즈에서 제1플레이트(14)의 개구 영역(18)의 끝 부분(D_OE)이 뭉특해지는 현상을 보완하기 위해, 제1플레이트(14)의 상부 또는 하부에 배치되어 개구 영역을 통과하는 광량을 제한하는 광 차단층을 더 배치할 수 있다. 예를 들어, 광 차단층은 보조 구조물, 박막, 코팅막 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도6은 액체 렌즈의 제1예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28A)는 투명한 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16), 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구영역을 포함하는 제1플레이트(14)을 포함할 수 있다. 또한, 액체 렌즈(28A)는 제1플레이트(14)의 공정 오차를 보상하기 위한 보조 구조체(32)를 포함할 수 있다.
실리콘 재질의 제1플레이트(14)는 도5의 (b)에서 설명한 것과 같이 경사면의 끝이 뭉특하거나 라운드 형상을 가질 수 있다. 즉, 과도 식각 등에 의해 패턴이 변형되면서 제1플레이트(14)에 의해 결정되는 개구 영역이 균일한 경계를 가지지 못할 수 있다. 개구 영역이 원형으로 형성되지 않고, 개구 영역의 경계가 울퉁불퉁해지거나 요철을 가지거나, 경사면과 하면 사이에 연결면이 추가로 생성될 수도 있으며, 이러한 제1플레이트(14)를 보완하기 위해 보조 구조체(32)를 형성할 수 있다.
여기서, 보조 구조체(32)는 제1플레이트(14) 외에 배치되어 개구영역의 개구면(OD)을 결정할 수 있다. 구체적으로, 보조 구조체(32)는 제3플레이트(12)과 제1플레이트(14) 사이에 배치되어 개구면(OD)을 결정하는 구멍을 포함하는 판구조물을 포함할 수 있다. 판구조물은 원형의 구멍을 통해 개구면(OD)을 결정할 수 있고, 제1플레이트(14)에 접합되어 제1플레이트(14)이 공정 오차로 인해 패턴이 무너지는 경우(도5참조)에도 액체 렌즈에 적용하는 데 문제가 발생하지 않을 수 있다. 한편, 보조 구조체(32) 는 판 구조물일 수 있으며, 또한 도전형 금속판, 얇은 박막이나 필름 등의 방법으로 구현할 수 있다. 또한, 제3플레이트(12)와 제1플레이트(14) 중 어느 하나의 일면에 코팅, 증착 등의 방법으로 개구영역의 개구 크기를 정하는 광차단 층이 배치될 수 있다. 광차단층은 블랙레진을 포함할 수 있다.
도7은 액체 렌즈의 제2예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28B)는 투명한 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16), 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구영역을 포함하는 제1플레이트(14)을 포함할 수 있다. 또한, 액체 렌즈(28B)는 제1플레이트(14)의 공정 오차를 보상하기 위한 보조 구조체(34)를 포함할 수 있다. 실리콘 재질의 제1플레이트(14)는 도5의 (b)에서 설명한 것과 같이 경사면의 끝이 뭉특하거나 라운드 형상을 가질 수 있다.
여기서, 보조 구조체(34)는 제1플레이트(14) 외에 배치되어 개구영역의 개구면(OD)을 결정할 수 있다. 구체적으로, 보조 구조체(34)는 제3플레이트(12)과 제1플레이트(14) 사이에 배치되어 개구면(OD)을 결정하는 링구조물을 포함할 수 있다. 링구조물은 원형의 구멍을 통해 개구면(OD)을 결정할 수 있고, 제1플레이트(14)에 접합되어 제1플레이트(14)이 공정 오차로 인해 패턴이 무너지는 경우(도5참조)에도 액체 렌즈에 적용하는 데 문제가 발생하지 않을 수 있다. 링구조물(34)을 사용하는 경우, 제1플레이트(14)과 제3플레이트(12)의 단차를 해소하기 위해 버퍼층(36)을 추가로 형성할 수도 있다. 한편, 보조 구조체(34)로 사용되는 링 구조물은 도전형 금속링, 얇은 박막이나 필름 형태의 링 등의 방법으로 구현할 수 있다.
도8은 액체 렌즈의 제3예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28C)는 투명한 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16), 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구영역을 포함하는 제1플레이트(14)을 포함할 수 있다. 또한, 액체 렌즈(28C)는 제1플레이트(14)의 공정 오차를 보상하기 위한 보조 구조체(40)를 포함할 수 있다. 실리콘 재질의 제1플레이트(14)는 도5의 (b)에서 설명한 것과 같이 경사면의 끝이 뭉특하거나 라운드 형상을 가질 수 있다.
여기서, 보조 구조체(40)는 제1플레이트(14) 외에 배치되어 개구영역의 개구면(OD)을 결정할 수 있다. 구체적으로, 보조 구조체(40)는 제3플레이트(12) 내에 또는 제3플레이트(12)에 접착되어 개구면(OD)을 결정하는 구멍을 포함하는 광흡수 물질(40)일 수 있다. 여기서, 제3플레이트(12)은 유리와 같은 재질의 투명층으로, 광 신호가 통과할 수 있는 투명 영역(42)을 제외한 나머지 영역에 광흡수 물질(40)이 도포되거나 포함될 수 있다. 이러한 광흡수 물질(40)은 원형의 투명 영역(42)을 결정하여 개구면(OD)을 결정할 수 있고, 제3플레이트(12)이 제1플레이트(14)에 접합되면 제1플레이트(14)이 공정 오차로 인해 패턴이 무너지는 경우(도5참조)에도 액체 렌즈에 적용하는 데 문제가 발생하지 않을 수 있다.
도9는 액체 렌즈의 제4예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28D)는 투명한 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16), 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구영역을 포함하는 제1플레이트(14)을 포함할 수 있다. 또한, 액체 렌즈(28D)는 제1플레이트(14)의 공정 오차를 보상하기 위한 보조 구조체(38)를 포함할 수 있다. 실리콘 재질의 제1플레이트(14)는 도5의 (b)에서 설명한 것과 같이 경사면의 끝이 뭉특하거나 라운드 형상을 가질 수 있다.
여기서, 보조 구조체(38)는 제1플레이트(14) 외에 배치되어 개구영역의 개구면(OD)을 결정할 수 있다. 구체적으로, 보조 구조체(38)는 제3플레이트(12)과 제1플레이트(14) 사이에 배치되어 개구면(OD)을 결정하는 투명영역(48)을 포함하는 판구조물을 포함할 수 있다. 판구조물은 원형의 투명영역(48)을 통해 개구면(OD)을 결정할 수 있고, 제1플레이트(14)에 접합되어 제1플레이트(14)이 공정 오차로 인해 패턴이 무너지는 경우(도5참조)에도 액체 렌즈에 적용하는 데 문제가 발생하지 않을 수 있다. 한편, 보조 구조체(38)는 판 구조물일 수 있으며, 또는 투명한 재질(48)에 광흡수 물질(44)이 포함되거나 투명한 재질(48)과 불투명 재질(44)이 혼합된 평판, 얇은 박막이나 필름 등의 형태로 구현할 수 있다.
도10는 액체 렌즈의 제5예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 액체 렌즈(28E)는 투명한 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16), 제3플레이트(12) 및 제2플레이트(16) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구영역을 포함하는 제1플레이트(14)을 포함할 수 있다. 실리콘 재질의 제1플레이트(14)는 도5의 (b)에서 설명한 것과 같이 경사면의 끝이 뭉특하거나 라운드 형상을 가질 수 있다. 또한, 액체 렌즈(28D)는 제1플레이트(14)의 공정 오차를 보상하기 위한 보조 구조체(32A)를 포함할 수 있다. 여기서, 보조 구조체(32A)는 제1플레이트(14) 외에 배치되어 개구영역의 개구면(OD)을 결정할 수 있다. 보조 구조체(32A)의 내측부는 개구영역에 형성된 경사면의 내측부보다 광축에 가깝게 배치될 수 있다.
전술한 도6 내지 도10에서는 여러 형태의 보조 구조체가 제1플레이트(14)와 제3플레이트(12) 사이에 형성되어 있으나, 보조 구조체를 제3플레이트(12)의 외측(도면에서 아래)에 형성할 수도 있다. 예를 들어, 제1플레이트(14)에 의해 결정되는 개구 영역은 원형이고, 개구 영역의 경계는 울퉁불퉁할 수 있다. 이때, 보조 구조체 또는 광 차단층이 개구 영역의 경계보다 중심에 가깝도록 배치되어 제1플레이트(14)에 의해 결정되는 개구 영역의 경계가 무너지더라도 보조 구조체 또는 광 차단층이 이를 보완할 수 있다.
또한, 도5에서는 제1플레이트(14)의 저부(개구 영역이 좁은 부분)에서 과도 식각 등에 의핸 개구 영역의 무너짐, 변형 등이 발생하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 제1플레이트(14)의 상부(개구 영역이 넓은 부분)에서도 무너짐, 변형 등이 발생할 수 있다. 실시예에 따라, 실리콘 재질의 제1플레이트(14)의 형상이 변형되는 것을 보완하기 위해 보조 구조체를 제1플레이트(14)와 제2플레이트(16) 사이에 배치할 수도 있다. 예를 들면, 제1플레이트(14)의 상부에 배치되는 광 차단층보다 제1플레이트의 하부에 배치되는 광 차단층에 의해 결정되는 개구 영역이 더 작을 수 있다.
도11은 카메라 모듈을 설명한다.
도시된 바와 같이, 카메라 모듈은 액체렌즈(28), 액체렌즈(28)의 상부에 배치되는 제1렌즈부(52), 액체렌즈(28)의 하부에 배치되는 제2렌즈부(54)를 포함하는 렌즈어셈블리, 적외선 차단 필터(미도시), 인쇄회로기판(58), 이미지 센서(56) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 다만, 카메라 모듈에서 적외선 차단 필터, 제어부 중 어느 하나 이상이 생략 또는 변경될 수 있다. 액체렌즈(28), 제1렌즈부(520, 제2렌즈부(54)는 홀더 또는 경통(62)에 의해 지지되고 결합될 수 있다. 또한, 카메라 모듈은 렌즈 어셈블리 및 이미지 센서(56)를 둘러싸는 커버(64)를 더 포함할 수 있다.
적외선 필터는 이미지 센서에 적외선 영역의 광이 입사되는 것을 차단할 수 있다. 적외선 필터는 렌즈 어셈블리와 이미지 센서 사이에 배치될 수 있다. 적외선 필터는 적외선 흡수 필터 또는 적외선 반사 필터일 수 있다. 또한, 적외선 필터를 별도로 배치하지 않고 액체렌즈의 어느 한 면에 코팅 또는 증착하여 형성할 수도 있다.
인쇄회로기판(58)의 상면과 액체렌즈는 전기적으로 연결될 수 있다. 인쇄회로기판에는 이미지 센서가 배치될 수 있다. 인쇄회로기판은 이미지 센서와 전기적으로 연결될 수 있다. 일례로, 인쇄회로기판과 렌즈어셈블리 사이에 홀더 부재가 배치될 수 있다. 이때, 홀더 부재는 내측에 이미지 센서를 수용할 수 있다. 인쇄회로기판은 액체렌즈에 전원(전류 또는 전압)을 공급할 수 있다. 한편, 인쇄회로기판에는 액체렌즈를 제어하기 위한 제어부(80)가 배치될 수 있다.
전술한 카메라 모듈을 포함한 광학 기기(Optical Device, Optical Instrument)를 구현할 수 있다. 여기서, 광학 기기는 광신호를 가공하거나 분석할 수 있는 장치를 포함할 수 있다. 광학 기기의 예로는 카메라/비디오 장치, 망원경 장치, 현미경 장치, 간섭계 장치, 광도계 장치, 편광계 장치, 분광계 장치, 반사계 장치, 오토콜리메이터 장치, 렌즈미터 장치 등이 있을 수 있으며, 액체 렌즈를 포함할 수 있는 광학 기기에 본 발명의 실시예를 적용할 수 있다. 또한, 광학 기기는 스마트폰, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 휴대용 장치로 구현될 수 있다. 이러한 광학 기기는 카메라 모듈, 영상을 출력하는 디스플레이부, 카메라 모듈과 디스플레이부를 실장하는 본체 하우징을 포함할 수 있다. 광학기기는 본체 하우징에 타 기기와 통신할 수 있는 통신모듈이 실장될 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 메모리부를 더 포함할 수 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
12: 제3플레이트
14: 제1플레이트
16: 제2플레이트
32, 34: 전극
30: 계면
18: 절연막

Claims (12)

  1. 전도성 액체 및 비전도성 액체를 수용하며 기 설정된 경사면을 가지는 개구가 형성된 실리콘 재질의 제1 플레이트;
    상기 제1플레이트 상부에 배치되는 제1전극;
    상기 제1플레이트 하부에 배치되는 제2전극;
    상기 제1플레이트 상부에 배치되는 제2플레이트;
    상기 제1플레이트 하부에 배치되는 제3플레이트; 및
    상기 제1플레이트의 상부 또는 하부에 배치되어 상기 개구영역을 통과하는 광량을 제한하는 광 차단층
    을 포함하는, 액체렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 차단층은 상기 제2플레이트 및 상기 제3플레이트 중 적어도 하나에 배치되어 상기 개구면을 결정하는 광흡수 물질인 액체 렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 차단층은 상기 제2플레이트 및 상기 제2플레이트 중 적어도 하나와 상기 제1플레이트 사이에 배치되어 상기 개구면을 결정하는 링 형상을 가지는, 액체 렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 차단층은
    상기 제2플레이트 및 상기 제3플레이트 중 적어도 하나와 상기 제1플레이트 사이에 배치되어 상기 개구면을 결정하는 구멍을 포함하는 판구조물을 포함하는, 액체 렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2플레이트 및 상기 제3플레이트는 유리(glass)층을 포함하는, 액체 렌즈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경사면의 경사도는 55~65도의 범위를 가지는, 액체 렌즈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 개구 영역은 원형의 단면을 가지는 홀(hole)의 형상인, 액체 렌즈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극층 및 상기 제2전극층은 크롬(Cr)을 포함하고,
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 및 상기 제3플레이트는 크롬(Cr)을 포함하는 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 통해 접합될 수 있는, 액체 렌즈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광 차단층의 내측부는 상기 개구에 형성된 경사면의 내측부보다 광축에 가깝게 배치되는 액체렌즈.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1플레이트의 상면 또는 하면과 상기 제1플레이트의 개구에 형성된 경사면이 연결되는 부분은 라운드 형상을 갖는 액체렌즈.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1플레이트의 상부 또는 하부에 의해 결정되는 상기 개구 영역은 원형이고, 상기 개구 영역의 경계의 일부는 요철을 포함하며, 상기 광 차단층은 상기 요철을 포함하는 상기 경계에 대응되는 위치에 배치되는, 액체 렌즈.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1플레이트의 상부에 위치하는 개구 영역이 하부에 위치하는 개구 영역보다 더 큰, 액체 렌즈.
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