KR20200068431A - 광학필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 광학 필터는 글라스 기판; 및 상기 글라스 기판의 일 면 또는 양 면에 형성되며, 상기 글라스 기판의 일부분이 식각되어 형성되는 글라스 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.

Description

광학필터 및 이를 구비한 카메라 모듈{Optical filter and Camera module having the same}

본 발명은 광학 필터 및 이를 구비한 카메라 모듈에 관한 것이다.

휴대폰에 구비되는 카메라 모듈은, 기술이 발전함에 따라 고화소 및 슬림화에 대한 요구가 커지고 있다.

일반적으로, 휴대폰 등에 구비되는 소형 카메라 모듈은, 이미지 센서와, 상기 이미지 센서의 상측에 놓여서 입사되는 빛에 포함된 적외선을 차단하는 광학 필터, 및 광학 필터의 상측에 놓이는 렌즈 모듈을 포함한다.

이미지 센서에 구비되는 렌즈의 크기가 소형화되어, 현재는 1마이크로미터 단위의 렌즈를 구비한 이미지 센서가 나오고 있다.

종래의 광학 필터는 아래의 선행 기술에 개시되는 바와 같이, 유리 소재의 투명 기판에 적외선 차단용 광학 필터층이 코팅 또는 증착된다. 그리고, 광학 필터의 투과율을 높이기 위하여 마이크로미터 크기를 가지는 다수의 렌즈 어레이가 형성되는 것을 특징으로 한다.

다시 말하면, 투명 글라스 상에 적외선 차단 필터가 부착되고, 상기 필터에 마이크로렌즈용 감광제를 필터부 하단에 도포하고 패터닝한 뒤, 열을 가하여 마이크로렌즈 어레이가 적외선 차단 필터에 부착되도록 한다.

이러한 구조와 제조 방법에 따른 종래의 광학 필터는 다음과 같은 문제점 또는 단점이 있다.

첫째, 감광제 코팅막이 아크릴 계열로서 자외선으로 인해 황변 발생 가능성이 높은 단점이 있다.

둘째, 마이크로렌즈 어레이의 입자 크기가 마이크로미터 수준으로 형성되기 때문에, 1마이크로 미터 크기의 렌즈를 가지는 이미지 센서가 구비된 현재의 카메라 모듈에서는 투과율을 높여주지 못하는 단점이 있다.

다시 말하면, 카메라 모듈의 해상도가 높아짐에 따라 이미지 센서에 적용되는 마이크로 렌즈의 크기가 작아진다. 즉, 이미지 센서의 단위면적당 화소수가 증가하는 반면 단위 화소의 크기는 작아지기 때문에, 이미지 센서의 수광량이 저하되어 광감도(photo-sensitivity)가 떨어지게 된다.

그리고, 이미지 센서의 마이크로 렌즈를 통해서 빛이 입사될 때 투과율 손실이 발생하게 되고, 마이크로 렌즈의 중심부보다 가장자리 부분에서 투과율 손실이 커지는 주변광량비 저하 문제가 발생한다.

이러한 경우, 광학 필터에 구비되는 렌즈 어레이의 사이즈가 이미지 센서에 구비되는 마이크로 렌즈의 사이즈보다 더 작게 형성되어야만, 이미지 센서의 수광량을 증가시킬 수 있다.

그러나, 선행 기술의 광학 필터에 구비되는 마이크로 렌즈 어레이는 이미지 센서에 구비되는 마이크로 렌즈의 크기와 동급 이상의 크기를 가지기 때문에, 투과율을 높이는데 한계가 있다. 즉, 이미지 센서의 해상도가 높아짐에 따라 발생하는 수광량 저하 문제를 해소할 수 없는 문제가 있다.

셋째, 유리와 감광제 코팅막 사이의 접착력이 시간이 지남에 따라 약화되어, 마이크로 렌즈 어레이가 글라스 기판으로부터 박리되는 문제점을 안고 있다.

넷째, 표면 경도가 낮은 단점이 있다.

한국공개특허 제2008-0068373(2008년07월23일)

본 발명은 상기와 같은 종래의 광학 필터의 문제점을 개선한 광학 필터 및 이를 구비한 카메라 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터는, 글라스 기판; 및 상기 글라스 기판의 일 면 또는 양 면에 형성되며, 상기 글라스 기판의 일부분이 식각되어 형성되는 글라스 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 광학 필터에 높은 투명도를 가지는 나노미터 크기의 나노 글라스 볼록 렌즈 어레이가 형성됨으로써, 광 투과율이 현저히 향상되는 효과가 있다. 따라서, 고해상도 이미지 센서가 가지는 수광량 저하 문제를 효과적으로 해소할 수 있는 장점이 있다.

즉, 이미지 센서의 마이크로 렌즈 사이즈보다 더 작은 나노미터 크기의 렌즈 어레이가 광학 필터에 형성되어, 광투과율이 높아짐에 따라 이미지 센서의 수광량 저하 문제 및 이미지 센서의 마이크로 렌즈에서 발생하는 주변광량비 저하, 광감도 저하 문제가 해소되는 장점이 있다.

상세히, 입사되는 가시광선을 최대한 흡수하여 이미지 센서의 해상도가 향상되고, 헤이즈값이 낮아지면서 시인성이 좋아지는 장점이 있다.

둘째, 나노 수준의 렌즈 어레이가 광학 필터에 형성됨으로써, 헤이즈값이 2 이하로 낮아지고, 광택도(glosss rate)가 100% 이상이 되어, 시인성이 좋아질 뿐만 아니라, 투과하는 빛의 휘도가 개선되는 장점이 있다.

셋째, 에칭 공정을 통하여 글라스 기판의 일부분이 나노 글라스 렌즈 어레이를 형성하도록 하여, 나노 글라스 렌즈 어레이가 글라스 기판과 단일체로 이루어짐으로써, 렌즈 어레이가 광학 필터로부터 박리되는 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.

넷째, 마이크로렌즈 어레이를 부착하기 위한 포토레지스터 코팅 등과 같은 작업이 불필요하므로, 필터층의 두께가 얇아지는 장점이 있다.

다섯째, 나노 글라스 렌즈 어레이가 무기질 소재로 이루어지므로 시간이 지나도 황변 발생이 없는 장점이 있으며, 열화에 의한 마이크로 크랙 현상이 발생하지 않는 장점이 있다.

여섯째, 광학 필터용 글라스는 내열성이 우수하여 후공정인 광학필터 증착 공정에서 섭씨 150도 이상의 고온 처리가 가능하므로, 강력한 접착력이 확보될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터가 구비된 카메라 모듈의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학 필터를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학 필터를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학 필터를 보여주는 단면도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터 및 이를 구비한 카메라 모듈에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터가 구비된 카메라 모듈의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(10)은, 다수의 렌즈가 적층되어 이루어지는 렌즈 모듈(11)과, 상기 렌즈 모듈(11)의 하측에 제공되는 광학 필터(20)와, 상기 광학 필터(20)의 하측에 놓이는 이미지 센서(16)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 카메라 모듈(10)은, 상기 렌즈 모듈(11)을 지지하는 렌즈 배럴(12)과, 상기 렌즈 배럴(12)의 외주면을 감싸서 상기 렌즈 배럴(12)의 전후 방향 이동을 가이드하는 홀더(13)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 카메라 모듈(10)은, 상기 홀더(13)를 지지하는 하우징(15)을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 카메라 모듈(10)은, 상기 광학 필터(20)와 상기 이미지 세서(16)를 지지하는 서포터(18)를 더 포함할 수 있다. 상기 서포터(18)는 상기 광학 필터(20)가 상기 이미지 센서(16)로부터 이격된 상태로 유지되도록 한다.

또한, 상기 카메라 모듈(10)은 케이스(17)에 의하여 외형이 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 카메라 모듈(10)은 상기 렌즈 모듈(11)의 전방에 놓이는 윈도우(19)를 더 포함할 수 있다. 상기 윈도우(19)가 상기 렌즈 모듈(11)의 전방에 배치되어, 외부로부터 이물질이 유입되거나, 렌즈 모듈(11)이 직접 사용자의 손에 닿아서 손상되는 현상을 방지할 수 있다.

상기 윈도우(19)는 투명 글라스로 이루어질 수 있고, 상기 투명 글라스의 상면 또는 하면에는, 내지문층(anti-finger layer)과, 내반사층(anti-reflection layer), 난반사층(anti-glare layer), 및 광학필터층(optic filter layer) 중 적어도 하나 또는 그 이상이 형성될 수 있다.

또한, 상기 이미지 센서는, 씨모스 이미지 센서(Cmos Image Sensor)일 수 있다. 최근에는 빛의 흡수량을 증가시키기 위하여 전면 조사형(FSI : Front Side Illumination)센서에서 후면 조사형(BSI : Back Side Illumination) 센서로 바뀌는 추세에 있다. 본 발명의 실시예에 따른 이미지 세서는 두 가지 형태의 센서에 모두 적용 가능하다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학 필터를 보여주는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터(20)는, 글라스 기판(21)과, 상기 글라스 기판(21)의 일 면에 에칭 공정에 의하여 식각되어 형성되는 나노 글라스 렌즈 어레이(211)를 포함할 수 있다.

상기 나노 글라스 렌즈 어레이(211)는 글라스 기판(21)의 표면으로부터 볼록 렌즈 형태로 돌출되게 형성될 수 있다. 그리고, 상기 나노 글라스 렌즈 어레이(211)는 상기 글라스 기판(21)의 표면으로부터 돌출되는 종방향 길이(X)는 횡방향 길이(Y)의 2배 이하로 설계될 수 있다. 예컨대, 상기 종방향 길이(X)는 최대 600나노미터 이하로 설계되고, 상기 횡방향 길이(Y)는 최대 300나노미터 이하로 설계될 수 있다.

상기와 같은 규격을 가지는 본 발명에 따른 나노 사이즈 크기의 나노 글라스 렌즈 어레이(211)가 구비된 광학 필터(20)에 의하면, 헤이즈 값이 2 이하이고, 광택도(gloss rate)가 100 이상을 가져서 시인성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 마이크로미터 사이즈의 렌즈 어레이를 가지는 종래의 광학 필터의 경우 가시광 영역대의 투과율이 낮은 반면, 본 발명의 나노 글라스 렌즈 어레이를 가지는 적외선 차단 필름(20)은 가시광 영역의 투과율 및 광감도가 높아지는 장점이 있다.

한편, 상기 광학 필터(20)에는 내반사층(anti-reflection layer) 및 난반사층(anti-glar layer) 중 어느 하나 또는 모두를 포함하는 광학 필터층(22)이 형성될 수 있다.

또한, 상기 광학 필터층(22)은 습식 또는 건식의 코팅 공정을 통하여 상기 나노 렌즈 어레이(211)의 표면에 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학 필터를 보여주는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에서는 후공정으로서 글라스 기판(21)에 광학 필터층(22)을 형성하되, 상기 나노 글라스 렌즈 어레이(211)가 형성된 면의 반대 면에 상기 광학 필터층(22)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학 필터를 보여주는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에서는, 나노 글라스 렌즈 어레이(211)가 글라스 기판(21)의 양 면에 모두 형성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 도 2에 개시된 나노 글라스 렌즈 어레이(211)와 광학 필터층(22)이 상기 글라스 기판(21)의 상면 및 하면에 모두 형성될 수 있다.

상기 나노 글라스 렌즈 어레이(211)가 상기 글라스 기판(21)의 일 면에만 형성되는 경우 광투과율은 95% 이상이며, 양 면에 형성되는 경우 광투과율이 97% 이상임이 확인되었다.

또한, 상기 글라스 기판(21)의 일면에만 나노 글라스 렌즈 어레이(211)가 형성되는 광학 필터(20)를 적용하는 경우, 상기 나노 글라스 어레이(211)가 상기 이미지 센서(16)와 마주보도록 배치될 수도 있고, 상기 렌즈 모듈(11)과 마주보도록 배치될 수도 있다.

상세히, 상기 제 1 실시예에 따른 광학 필터(20)를 적용할 경우, 나노 글라스 렌즈 어레이(211)가 상기 이미지 센서(16)와 마주보도록 배치될 수도 있고 렌즈 모듈(11)과 마주보도록 배치될 수도 있다.

또한, 상기 제 2 실시예에 따른 광학 필터(20)를 적용할 경우에도, 나노 글라스 렌즈 어레이(211)가 상기 이미지 센서(16)와 마주보도록 배치될 수도 있고, 상기 광학 필터층(22)이 상기 이미지 센서(16)와 마주보도록 배치될 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터(20)의 제조 공정에 대하여 설명하면, 먼저 나노 글라스 렌즈 어레이 형성을 위한 글라스를 준비한다. 상기 글라스는 일반 유리 또는 강화 유리를 포함할 수 있다.

상기 글라스의 일 면에 에칭 공정을 통하여 마이크로미터 크기의 글라스 렌즈 어레이가 형성되도록 한다.

그리고, 마이크로미터 크기의 글라스 렌즈 어레이를 설정된 나노미터 크기로 축소하는 에칭 공정을 재차 수행한다. 여기서, 원하는 크기의 나노 글라스 렌즈 어레이가 형성되도록 하기 위하여, 다수 회에 걸쳐서 점진적으로 렌즈 어레이의 크기를 작게 가공할 수 있다.

상기에서 서명한 바와 같이, 에칭 공정을 통하여 글라스 기판의 일 면을 식각하여 나노 사이즈의 렌즈 어레이가 형성되도록 함으로써, 렌즈 어레이 형성을 위한 증착 또는 코팅 공정이 필요 없고, 최종 상태의 광학 필터(20)의 두께가 종래의 마이크로렌즈 어레이가 형성된 광학 필터(20)에 비하여 두께가 감소하는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 렌즈 어레이와 글라스 기판이 단일체로 이루어지기므로, 부착력 감소의 문제점이 전혀 발생하지 않는 장점이 있다.

여기서, 상기 나노 글라스 렌즈 어레이는 상기 광학 필터(20)에 형성되는 것 뿐만 아니라, 상기 윈도우(19)의 일 면에도 동일하게 형성될 수 있음을 밝혀둔다.

즉, 상기 나노 글라스 렌즈 어레이가 상기 광학 필터(20)에만 형성되는 것 외에, 상기 윈도우(19) 및 상기 광학 필터(20) 모두에 형성되는 것도 가능할 것이다.

Claims (14)

1. 글라스 기판; 및
   상기 글라스 기판의 일면 또는 양면에 형성되며, 상기 글라스 기판의 일부분이 식각되어 형성되는 글라스 렌즈 어레이를 포함하는 광학 필터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 글라스 기판의 표면으로부터 돌출되는 상기 글라스 렌즈 어레이의 종방향 길이는 나노미터 크기인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 글라스 기판의 표면으로부터 상기 종방향 길이와 직교하는 방향으로 확장되는 상기 글라스 렌즈 어레이의 횡방향 길이는 나노미터 크기인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 종방향 길이는 상기 횡방향 길이의 3배 이하인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 종방향 길이는 최대 800나노미터 이하이고,
   상기 횡방향 길이는 최대 400나노미터 이하인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 글라스 기판에 형성되어, 특정 파장의 적외선 및 자외선을 차단하는 광학 필터층을 더 포함하는 광학 필터.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 광학 필터층은, 내반사층과 난반사층 중 어느 하나 또는 모두를 포함하는 광학 필터.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 광학 필터층은, 상기 나노 글라스 렌즈 어레이의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 광학 필터층은, 상기 나노 글라스 렌즈 어레이가 형성되는 면의 반대 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
10. 렌즈 모듈;
    상기 렌즈 모듈의 하측에 놓이는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 광학 필터;
    상기 광학 필터의 하측에 놓이는 이미지 센서를 포함하는 카메라 모듈.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 렌즈 모듈의 상측에 놓이는 윈도우를 더 포함하는 카메라 모듈.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 윈도우의 일 면에는, 상기 윈도우의 일부분이 식각되어 돌출되는 다수의 나노 글라스 렌즈 어레이가 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 나노 글라스 렌즈 어레이는 상기 이미지 센서를 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 나노 글라스 렌즈 어레이는 상기 렌즈 모듈을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
    

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