KR102725878B1

KR102725878B1 - 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학기기

Info

Publication number: KR102725878B1
Application number: KR1020170024717A
Authority: KR
Inventors: 이바로; 정재욱
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2024-11-04
Also published as: WO2018155945A1; KR20180097923A; CN110383115A; US11579342B2; US20200049863A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈는, 액체가 배치되는 경사면을 갖는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트, 상기 경사면에 배치되는 제1 전극, 상기 제1 플레이트 상에 배치되는 제2 전극 및 상기 제1 전극 상에 배치되는 절연층;을 포함하고, 상기 액체는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함하고, 상기 전도성 액체 및 비전도성 액체 사이에는 계면이 형성되고, 상기 절연층은 상기 제1 전극 상에 배치되는 베이스와 상기 베이스 상에 배치된 복수의 돌기를 포함할 수 있다.

Description

액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학기기{Liquid Lens, Camera Module, And Optical Device}

본 발명은 초점 거리(Focal Length/Distance)가 변하는 렌즈에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기 에너지를 이용하여 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학기기에 관한 것이다.

휴대용 장치의 사용자는 고해상도를 가지며 크기가 작고 다양한 촬영 기능(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, 광축이 정렬된 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, 마그넷과 코일 등의 구동부재가 필요하며 이를 보호하기 위해서 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 렌즈 특성을 저하시키는 고스트(ghost) 또는 플레어(flare) 현상을 방지할 수 있고, 포커싱 조절을 효율적으로 할 수 있는 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기를 제공하기 위한 것이다.

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, 액체가 배치되는 경사면을 갖는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트; 상기 경사면에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 플레이트 상에 배치되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 상에 배치되는 절연층;을 포함하고, 상기 액체는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함하고, 상기 전도성 액체 및 비전도성 액체 사이에는 계면이 형성되고, 상기 절연층은 상기 제1 전극 상에 배치되는 베이스와 상기 베이스 상에 배치된 복수의 돌기를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 상기 복수의 돌기는 상기 경사면과 대응되는 위치에 배치되고, 상기 계면은 상기 경사면을 따라 움직일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 복수의 돌기는 상기 경사면 상에서 가장 위에 배치되는 제1 돌기와 상기 경사면 상에서 가장 아래에 배치되는 제2 돌기를 포함하고 상기 계면은 제1 돌기와 제2 돌기 사이에서 상기 절연층을 따라 움직일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 베이스의 재질과 상기 돌기의 재질은 서로 다를 수 있다.

실시예에 따라, 상기 복수의 돌기는 상기 경사면의 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 방향은 상기 경사면을 기준으로 상하 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 경사면을 기준으로 좌우 방향일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 복수의 돌기는 상기 제2 방향으로 배치된 복수의 돌기 중 가장 위에 배치되는 복수의 돌기들을 포함하는 제1 돌기 열; 및 상기 제1 돌기 열의 바로 아래에 배치되는 제2 돌기 열을 포함하고, 상기 제1 돌기 열과 상기 제2 돌기 열은 일대일 대응일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 절연층은, 상기 제1 전극 또는 제2 전극과 접촉하여 배치될 수 있다.

실시예에 따라, 상기 복수의 돌기 각각의 길이, 폭, 및 높이는 각각 5 μm 이하, 5 μm 이하 및 10 μm 이하일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 복수의 돌기 중 어느 하나와 상기 경사면의 제1 방향으로 인접하는 다른 돌기 사이의 거리는 10~15 μm일 수 있다.

실시예에 따라, 상기 절연층은, 흑연 또는 블랙레진을 포함할 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 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈, 카메라 모듈 및 광학 기기에 의하면, 서로 다른 성질을 갖는 액체들 사이의 계면과 개구 영역의 경사면에서의 광 반사에 의한 고스트 및 플레어 현상을 방지할 수 있다.

또한, 상기 계면과 상기 경사면 사이의 접촉각을 증가시켜 디옵터(diopter)에 대한 제어 범위를 증가시킬 수 있다.

아울러, 특정 디옵터를 구현하기 위한 구동 전압을 줄일 수 있어, 액체 렌즈의 구동에 소요되는 전력 소모를 줄일 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 예를 설명한다.
도 2는 카메라 모듈에 포함된 렌즈 어셈블리의 예를 설명한다.
도 3은 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 렌즈를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 절연층의 일부를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 돌출부에 의한 계면의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선의 경로를 비교한 표이다.
도 8은 입사각 별로 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선의 결상을 비교한 표이다.

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 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 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.

본 명세서에서 동일한 부재 번호를 갖는 것으로 표시된 구성들은 서로 동일한 구조, 기능 및 재질을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈(10)의 예를 설명한다.

도 1을 참조하면, 카메라 모듈(10)는 액체 렌즈 및 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(22), 제어회로(24), 및 이미지센서(26)를 포함할 수 있다.

상기 액체렌즈는 공통 전극과 복수의 개별 전극 사이에 인가되는 구동 전압에 대응하여 초점 거리가 조정되며, 상기 제어회로는 액체 렌즈에 구동 전압을 공급하기 위한 신호를 전달하며, 상기 이미지센서는 렌즈 어셈블리(22)에 정렬되며 렌즈 어셈블리(22)를 통해 전달되는 광을 전기신호로 변환한다.

카메라 모듈(10)는 하나의 인쇄회로기판(PCB) 상에 배치된 복수의 회로(24, 26)와 복수의 렌즈를 포함하는 렌즈 어셈블리(22)를 포함할 수 있으나, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 발명의 범위를 한정하지 않는다. 제어 회로(24)의 구성은 광학 기기에 요구되는 사양에 따라 다르게 설계될 수 있다. 특히, 렌즈 어셈블리(22)에 인가되는 동작 전압의 크기를 줄이기 위해, 제어회로(24)는 하나의 칩(single chip)으로 구현할 수 있다. 이를 통해, 휴대용 장치에 탑재되는 카메라 모듈의 크기를 더욱 줄일 수 있다.

도 2는 카메라 모듈(10)에 포함된 렌즈 어셈블리(22)의 예를 설명한다.

도 2를 참조하면, 렌즈 어셈블리(22)는 제1 렌즈부(100), 제2 렌즈부(200), 액체 렌즈부(300), 홀더(400) 및 연결부(500)를 포함할 수 있다. 도시된 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 하나의 예에 불과하며, 카메라 모듈에 요구되는 사양에 따라 렌즈 어셈블리(22)의 구조는 달라질 수 있다. 예를 들어, 도시된 예에서는 액체 렌즈부(300)가 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200) 사이에 위치하고 있으나, 다른 예에서는 액체 렌즈부(300)가 제1 렌즈부(100)보다 상부(전면)에 위치할 수도 있으며, 제2렌즈부(200)가 생략될수도 있다.

제1 렌즈부(100)는 렌즈 어셈블리(22)의 전방에 배치되고, 렌즈 어셈블리(22)의 외부로부터 광이 입사하는 구성이다. 제1 렌즈부(100)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 또는 2개 이상의 복수의 렌즈들이 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.

제1 렌즈부(100) 및 제2 렌즈부(200)는 홀더(400)에 장착될 수 있다. 이때, 홀더(400)에는 관통공이 형성되고, 관통공에 제1 렌즈부(100) 및 제2 렌즈부(200)가 배치될 수 있다. 또한, 홀더(400)에 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200)가 배치되는 사이 공간에는 액체 렌즈부(300)가 삽입될 수 있다.

한편, 제1 렌즈부(100)는 노출렌즈(110)를 포함할 수 있다. 또한, 노출렌즈(110)는 홀더(400) 외부로 돌출될 수 있다. 노출렌즈(110)의 경우 외부에 노출됨으로 인해 렌즈표면이 손상될 수 있다. 만약 렌즈표면이 손상될 경우, 카메라 모듈에서 촬영되는 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 노출렌즈(110)의 표면손상을 방지, 억제하기 위해, 커버 글래스를 배치시키거나 코팅층을 형성하거나 노출렌즈(100)가 표면손상을 방지하기 위한 내마모성 재질로 구성하는 방법 등을 적용할 수 있다.

제2 렌즈부(200)는 제1 렌즈부(100) 및 액체 렌즈부(300)의 후방에 배치되고, 외부로부터 제1 렌즈부(100)로 입사하는 광은 액체렌즈부(300)를 통과하여 제2 렌즈부(200)로 입사할 수 있다. 제2 렌즈부(200)는 제1 렌즈부(100)와 이격되어 홀더(400)에 형성되는 관통공에 배치될 수 있다.

한편, 제2 렌즈부(200)는 적어도 하나의 렌즈로 구성될 수 있고, 2개 이상의 복수의 렌즈들이 포함되는 경우 중심축(PL)을 기준으로 정렬하여 광학계를 형성할 수도 있다.

액체 렌즈부(300)는 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200) 사이에 배치되고, 홀더(400)의 삽입구(410)에 삽입될 수 있다. 액체 렌즈부(300) 역시, 제1 렌즈부(100)와 제2 렌즈부(200)와 마찬가지로 중심축(PL)을 기준으로 정렬될 수 있다.

액체 렌즈부(300)에는 렌즈영역(310)이 포함될 수 있다. 렌즈영역(310)은 제1 렌즈부(100)를 통과한 광이 투과하는 부위이고, 적어도 일부에 액체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 렌즈영역(310)에는 두 가지 종류 즉, 도전성 액체와 비도전성 액체가 함께 포함될 수 있고, 도전성 액체와 비도전성 액체는 서로 섞이지 않고 경계면을 이룰 수 있다. 연결부(500)을 통해 인가되는 구동 전압에 의해 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면이 변형되어 액체 렌즈부(300)의 곡률 및/또는 초점거리가 변경될 수 있다. 이러한 경계면의 변형, 곡률변경이 제어되면, 액체 렌즈부(300)와 이를 포함하는 렌즈 어셈블리(22) 및 카메라 모듈(10)은 오토포커싱(Auto-Focusing; AF) 기능, 손떨림 보정 내지 영상 흔들림 방지(Optical Image Stabilizer, OIS) 기능 등을 수행할 수 있다.

도 3은 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 렌즈를 설명한다. 구체적으로, (a)는 렌즈 어셈블리(22, 도2 참조)에 포함된 액체 렌즈(28)를 설명하고, (b)는 액체 렌즈(28)의 등가회로를 설명한다.

먼저 (a)를 참조하면, 구동 전압에 대응하여 계면이 조정되는 액체 렌즈(28)는 복수의 개별 전극(L1, L2, L3, L4)을 통해서 구동 전압을 인가 받을 수 있다. 복수의 개별전극 각각은 동일한 각 거리를 가지고 서로 다른 방향에 배치될 수 있다. 개별 전극(L1, L2, L3, L4)을 통해서 구동 전압이 인가되면 후술할 공통 전극에 인가되는 전압과의 상호작용으로 인해 렌즈영역(310)에 배치된 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면이 변형될 수 있다. 도전성 액체와 비도전성 액체의 경계면의 변형의 정도 및 형태는 AF 기능 또는 OIS 기능을 구현하기 위해, 제어회로(24)에 의해 제어될 수 있다.

또한, (b)를 참조하면, 렌즈(28)의 일측은 서로 다른 개별 전극(L1, L2, L3, L4)으로부터 구동 전압을 인가 받고, 다른 일측은 공통 전극(C0)과 연결된 복수의 캐패시터(30)로 설명할 수 있다.

본 명세서에서는 개별 전극이 4개인 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 렌즈를 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4의 절연층의 일부를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 액체 렌즈(500)는 도 3에 도시된 액체 렌즈의 단면의 일 실시예를 나타낸다.

액체 렌즈(500)는 전도성 액체(52), 비전도성 액체(53), 플레이트, 전극부 및 절연층(56)을 포함할 수 있다. 상기 플레이트는 제1 플레이트(54)를 포함할 수 있으며, 추가로 제2 플레이트(57)와 제3 플레이트(51)를 더 포함할 수 있다. 상기 전극부는 제1 전극(55-1), 제2 전극(55-2)을 포함할 수 있다.

제3 플레이트(51)는 투명한 재질로 구성될 수 있고, 제1 렌즈부(100, 도 2 참조)를 통과한 광을 액체 렌즈(500)에서 먼저 받아들이는 구성이다. 본 명세서에서는 액체 렌즈(500)가 도 2의 렌즈 어셈블리(22)에 포함되는 액체 렌즈(28)임을 전제로 설명하나, 이와 달리 제3 플레이트(51)가 액체 렌즈(500)에서 가장 나중에 받아들이도록 렌즈 어셈블리 내에 장착될 수도 있다. 제3 플레이트(51)는 제1 전극(55-1)의 하부에 배치될 수 있고, 제2 플레이트(57)는 제2 전극(55-2)의 상부에 배치될 수 있다.

전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)는 상기 제1 플레이트(54)의 개구영역에 의해 결정되는 캐비티(cavity) 내에 충진될 수 있다. 즉, 캐비티에는 서로 다른 성질의 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 충진될 수 있으며, 서로 다른 성질의 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53) 사이에는 계면이 형성될 수 있다.

전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 이루는 계면은 굴곡, 경사도 등이 변하면서 액체 렌즈(500)의 초점 거리 또는 형상이 조정될 수 있다. 상기 계면을 통해 광 신호가 통과될 수 있는 영역이 도 3에서 설명한 렌즈영역(310)과 대응될 수 있다.

여기서, 전도성 액체(52)는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 브로민화나트륨(NaBr) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 또한 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)과 브로민화나트륨(NaBr)이 혼합되어 형성될 수 있고, 비전도성 액체(53)는 페닐(phenyl) 계열의 실리콘 오일을 포함할 수 있다.

제1 플레이트(54)는 제3 플레이트(51) 및 제2 플레이트(57) 사이에 위치하며 기 설정된 경사면(예컨대, 약 59~61도의 각도를 가지는 경사면)을 가지는 개구영역을 포함할 수 있다. 즉, 제1 플레이트(54)는 내부에 경사면을 포함할 수 있고, 이러한 경사면에 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 배치될 수 있다. 제1 플레이트(54)는 액체 렌즈(500) 내 서로 다른 성질의 두 액체를 가두는 하우징 구조물로서 제3 플레이트(51) 및 제2 플레이트(57)는 광 신호가 통과하는 영역을 포함하고 있어 투명도가 높은 유리(glass)와 같은 재질로 형성될 수 있고, 공정의 편의상(동일한 재질의 중간층을 사용하여 접합하는 경우 캐비티를 채운 액체가 흘러나오는 것을 방지하기 용이함) 제1 플레이트(54) 역시 유리와 같은 재질로 형성될 수 있다. 다른 실시예에 따라, 제1 플레이트(54)는 광 신호의 투과가 용이하지 않도록 불순물을 포함할 수도 있다.

제1 전극(55-1)과 제2 전극(55-2)은 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 이루는 계면을 제어하기 위한 제어 회로(24, 도 1 참조)로부터 수신되는 전기 신호를 인가하는 기능을 수행할 수 있다. 제1 전극(55-1)은 제1 플레이트(54)의 경사면에 배치될 수 있고, 제2 전극(55-2)은 제1 플레이트(54)의 상부에 배치될 수 있다.

도 3에서 설명한 바와 같이, 제3 플레이트(51) 및 제2 플레이트(57)와 인접한 제1 플레이트(54)의 양측에는 개별 전극(L1, L2, L3, L4)과 공통 전극(C0)을 형성하기 위한 전극 및/또는 전극 패턴이 포함될 수 있다. 제2 전극(55-2)은 전도성 액체(52)에 접촉하도록 배치되는 공통 전극이고 제1 전극(55-1)은 절연층(56)을 사이에 두고 전도성 액체(52)에 근접하도록 배치되는 개별 전극일 수 있다.

여기서, 제1 전극(55-1)과 제2 전극(55-2)은 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, 캐비티를 채우는 전도성 액체에도 강한 특징이 있다.

절연층(56)은 제1 전극(55-1)을, 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)와 물리적으로 절연시키기 위한 구성이다. 예를 들어, 절연층(56)은 파릴렌 C(parylene C)를 포함할 수 있으며, 코팅, 증착, 도금 등의 방법으로 구현될 수 있다.

절연층(56)은 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)와 맞닿을 수 있는 경사면을 비롯하여, 제1 플레이트(54)의 상부 및 비전도성 액체(53)의 하부에 연장되어 배치될 수 있다. 절연층(56)은 경사면에 배치된 절연층으로부터 연장되어 제3 플레이트(51)와 액체 사이에 배치될 수 있다. 예를들어 절연층(56)은 제3 플레이트(51)의 상면에 배치될 수 있다. 절연층(56)은 경사면 및 경사면으로부터 제1 플레이트(54)의 상부로 연장되어 배치되는 제1 전극(55-1)이 액체와 접촉하는 것을 차단하도록 배치될 수 있다. 제1 플레이트(54)의 상부로 연장되어 배치되는 제1 전극(55-1)과 제1 플레이트의 상부에 배치되는 제2 전극(55-2) 사이에 절연층(56)이 연장되어 배치될 수 있다. 절연층(56)은 제1 전극(55-1)의 상부에 배치될 수 있다. 제1 전극(55-1)과 제2 전극(55-2)이 인접하여 배치되는 제1 플레이트(54)의 상부에서 절연층(56)은 제1 전극(55-1)이 전도성 액체(52)와 접촉하지 않도록 제1 전극(55-1)을 감싸는 형태로 배치될 수 있고, 도 4와 같이 적어도 일부가 제2 전극(55-2)과 접촉하도록 배치될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.

절연층(56)은 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)와 맞닿을 수 있는 경사면의 적어도 일부에 돌출부(60)를 포함할 수 있다. 돌출부(60)은 돌기로 호칭할 수 있다. 절연층(56)은 제1 전극(55-1)의 상면에 배치될 수 있고, 절연층(56)은 제1 전극(55-1)의 상면에 배치되는 베이스를 포함할 수 있다. 또한 절연층(56)은 베이스로부터 돌출된 복수의 돌기(60)를 포함할 수 있다. 돌기(60)는 캐비티의 측벽 경사면 상에 배치될 수 있다. 돌기(60)는 캐비티의 측벽 경사면 상에 배치되는 전극 및 베이스 상에 배치될 수 있다. 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)가 형성하는 계면은 캐비티의 경사면을 따라 움직일 수 있다. 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)가 형성하는 계면의 외주 끝단은 경사면을 따라 움직일 수 있다. 돌기(60)는 경사면 상에서 가장 위에 배치되는 제1 돌기와 경사면 상에서 가장 아래에 배치되는 제2 돌기를 포함할 수 있고, 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)가 형성하는 계면은 제1 돌기와 제2 돌기 사이에서 절연층(56)을 따라 움직일 수 있다. 제1 돌기와 제2 돌기 중 적어도 하나는 복수개 일 수 있다.

또한, 상기 베이스의 재질과 상기 돌기(60)의 재질은 서로 다를 수 있다.

도 5를 참조하면, 절연층(56)의 경사면의 일부가 도시되어 있다. 절연층(56)은 돌출부(60)를 포함하며, 돌출부(60)는 절연층(56)의 경사면의 표면으로부터 돌출된 복수의 돌기로 구성될 수 있다. 복수의 돌기는 전도성 액체(52) 및 비전도성 액체(53)가 이루는 계면에 접촉할 수 있다.

복수의 돌기는 상기 경사면의 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배열을 이루는 복수의 돌기가 모자이크 형태로 배치될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 제1 방향은 절연층(56)의 경사면을 기준으로 상하 방향일 수 있고, 제2 방향은 절연층(56)의 경사면을 기준으로 좌우 방향일 수 있다.

예를 들어, 돌기의 길이(L) 및 폭(W)은 각각 약 5 μm 이하일 수 있고, 높이(H)는 약 10 μm 이하일 수 있다. 하나의 돌기와 제1 방향으로 인접하는 다른 돌기와의 거리인 제1 거리(D1)는 약 10~15 μm 일 수 있다. 또한, 하나의 돌기와 제2 방향으로 인접하는 다른 돌기와의 거리인 제2 거리(D2)는 약 10~15 μm 일 수 있다. 위의 범위를 벗어나는 돌기가 배치되면, 동일한 전압을 인가하였을 때 액체와 전극 또는 경사면이 이루는 각도가 줄어들 수 있다.

예를 들어, 절연층(56)의 베이스 두께는 약 0.5~15 μm 또는 약 1~10 μm 일 수 있다. 또한 베이스 두께 와 돌기의 높이의 합은 3 μm 내지 15 μm일 수 있다. 돌기(60)의 높이는 베이스 두께의 1.5배 내지 20배일 수 있다. 절연층(56)의 두께는 얇을수록 동일 전압에서 액체가 전극이 배치된 면과 이루는 각도가 커지므로 효율이 좋을 수 있으나, 너무 얇게 베이스를 형성하고자 하면 절연 코팅 공정상 균일한 두께 및 조도로 베이스 코팅을 하기 어려울 수 있다.

돌기(60)의 높이, 크기 또는 폭은 일정하지 않을 수 있다. 예를들어 돌기의 높이, 크기 또는 폭은 경사면 상에서 위로 올라갈수록 일정한 경향성을 가지거나 일정한 경향성 없이 랜덤으로 형성될 수 있다. 예를들어 돌기의 높이, 크기 또는 폭은 경사면의 위로 올라갈수록 높아지거나 낮아질 수 있다. 또한 랜덤하게 형성될 수도 있다. 또한 복수의 돌기는 제2 방향으로 배치된 복수의 돌기 중 가장 위에 배치되는 복수의 돌기들을 포함하는 제1 돌기 열과 상기 제1 돌기 열의 바로 아래에 배치되는 제2 돌기 열을 포함할 수 있으며, 상기 제1 돌기 열과 상기 제2 돌기 열은 일대일 대응일 수 있다.

도 5에서는 복수의 돌기가 서로 동일한 형태 및 크기를 가지는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라 서로 다른 형태 또는 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 또한, 각 돌기는 직육면체 형태 뿐 아니라 정육면체, 원기둥, 사각뿔대 등 다양한 다면체 형태를 가질 수 있다.

다른 실시예에 따라, 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)는 서로 다를 수 있고, 복수의 돌기가 일정한 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)로 배열되지 않고 불규칙하게 배열될 수도 있다.

돌출부(60)를 포함하는 절연층(56)은 파릴렌 C(parylene C)를 포함하여, 코팅, 증착, 도금 등의 방법으로 구현된 절연층에 식각을 통해 돌출부(60)를 형성할 수 있다.

다른 실시예에 따라, 돌출부(60)를 포함하는 절연층(56)은 필름 형태로 제작되어, 제1 플레이트(54) 및 전극부 상에 접합되는 방법으로 구현될 수 있다.

돌출부(60)는 절연층(56)에 인접한 엣지(edge) 계면(ED)에 접촉하도록 배치될 수 있다. 즉, 돌출부(60)를 포함하는 절연층(56)은 개구 영역의 경사면의 최외곽에서 엣지 계면(IF)에 접촉하도록 배치될 수 있다. 이로써, 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 이루는 계면은 돌출부(60)를 따라 움직일 수 있다.

돌출부(60)를 포함하는 절연층(56)은 비전도성 액체(53)의 하부의 광이 통과하는 영역인 개구면(D)과 오버랩(overlap)되지 않도록 배치될 수 있다. 이는 액체 렌즈(500)의 FOV(Field Of View)가 절연층(56)에 의해 영향을 받지 않도록 하기 위함이다. 다른 실시예에 따라, 공정을 단순화하기 위해 절연층(56)은 개구면(D)과 오버랩되도록 배치될 수도 있다. 이때 절연층(56)은 광 투과성 물질일 수 있다.

절연층(56)은 광을 반사하지 않는 재질(예를 들어 흑연 코팅 또는 소마(soma) 필름) 또는 광반사율이 낮은 재질(예를 들어 블랙 레진(black resin))을 포함할 수 있다.

제2 플레이트(57)는 투명한 재질의 유리로 형성될 수 있고, 제3 플레이트(51) 및 개구 영역과 함께 캐비티를 구성하여 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 충진될 수 있도록 한다.

도 6은 도 4의 돌출부에 의한 계면의 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 액체 렌즈(500)의 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)가 충진된 캐비티(600)가 개략적으로 도시되어 있다.

만일, 절연층(56)의 경사면에 돌출부(60)를 포함하지 않을 경우, 특정 구동 전압(예를 들어, 30V)에서 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)는 계면(IF)을 형성할 수 있다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연층(56)은 돌출부(60)를 포함하므로, 동일한 구동 전압(예를 들어, 30V)에서 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53)는 계면(IF')을 형성할 수 있다.

이는 돌출부(60)의 요철 구조로 인해 절연층(56)의 표면 장력이 증가되며, 이로 인해 동일한 구동 전압에서 계면과 경사면이 이루는 접촉각이 증가되어 계면(IF')의 곡률이 증대될 수 있다..

즉, 계면의 곡률은 초점 거리를 조정하기 위한 디옵터(diopter) 또는 굴절도와 비례 관계에 있으므로, 제어될 수 있는 디옵터의 범위가 증대될 수 있다. 또한, 동일한 디옵터를 구현하기 위해 필요한 구동 전압 역시 감소될 수 있으므로, 액체 렌즈(500)의 제어에 필요한 전력 소모가 감소될 수 있다.

도 7은 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선의 경로를 비교한 표이다. 도 8은 입사각 별로 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선의 결상을 비교한 표이다.

도 7을 참조하면, 특정 입사각을 갖는 광(700)이 액체 렌즈(720-1)를 포함하는 광학계(710-1, 710-2)를 통과하여, 이미지 센서(26)의 수광면(즉, 픽셀 어레이의 전면, 730-1, 730-2)에 도달하는 광선의 경로가 도시되어 있다.

좌측의 개선 전에 해당하는 도면은 액체 렌즈(720-1)의 절연층이 돌출부를 포함하지 않을 경우에 대한 도면이며, 우측의 개선 후에 해당하는 도면은 액체 렌즈(720-1)의 절연층(56)이 돌출부(60)를 포함할 경우에 대한 도면이다.

개선 전과 개선 후를 비교하면, 개선 전에는 광(700)이 액체 렌즈(720-1)를 통과하면서 다양한 경로로 굴절되어 분산되는 것을 확인할 수 있다. 이렇게 분산된 광은 액체 렌즈(720-1) 이후의 광학계를 통과한 뒤 수광면(730-1)에 도달할 때, 특정한 영역에 모이지 못하고 분산되게 된다.

이에 반해, 개선 후에는 광(700)이 액체 렌즈(720-2)를 통과하면서 분산되지 않고 액체 렌즈(720-1) 이후의 광학계로 전달되며, 수광면(730-2)에 도달할 때, 특정한 영역에 모일 수 있다.

절연층의 경사면과, 전도성 액체(52)와 비전도성 액체(53) 간의 계면이 접촉하는 엣지 계면(ED)에서 광반사가 발생할 수 있으며, 이러한 광반사로 인해 분산되는 광에 의해 개선 전의 이미지 센서(26)가 생성하는 이미지에는 고스트(ghost) 현상 또는 플레어(flare) 현상이 발생할 수 있다.

상기 고스트 현상은 강한 빛이 렌즈로 직접 입사되면, 렌즈의 경통 등에 반사되어 촬영된 이미지에 잔상이 남아 번져 보이는 현상을 의미하며, 조리개의 둘레 모양을 따라 잔상이 형성되는 특징을 가진다.

상기 플레어 현상은 렌즈로 입사되는 빛이 렌즈의 경통에 반사되거나 과도하게 밝은 피사체로 인한 난반사로 인해, 촬영된 이미지가 뿌옇게 보이는 현상을 의미한다.

상기 고스트 현상 및 상기 플레어 현상은 렌즈 어셈블리(22)를 통해 촬영된 이미지의 품질을 매우 저하시킬 수 있고, 모두 렌즈의 경통에 빛이 반사되어 주로 발생하는 것으로서, 특히 액체 렌즈의 경사면에서 대부분 발생할 수 있다.

그러나, 개선 후의 액체 렌즈(720-2)의 엣지 계면(ED)에서 광반사가 현저히 줄어듦을 확인할 수 있는데, 이는 절연층(56)이 돌출부(60)를 포함하는 요철 구조 또는 나노(nano) 구조로 구현됨으로써 광의 반사 각도를 불규칙하게 할 수 있다. 고스트 및 플레어 현상은 경사면에서 규칙적으로 반사된 광이 일정 양이 모여 발생되는 것이므로, 개선 후의 액체 렌즈(720-2)에 의한 불규한 광 반사로 인해 광이 모이지 않고 분산되며 이미지 센서(26)로 전달되지 않도록 광이 입사된 방향으로 광을 반사시킬 수도 있으므로, 고스트 플레어 현상이 현저히 줄어들 수 있다.

도 8을 참조하면, 액체렌즈를 포함하는 광학계를 통과한 광선이 수광면에 도달하는 형태를 입사각 별로 비교한 결과가 나타나 있다.

광선이 수광면에 도달하는 형태인 결상은 수광면이 파란색으로 표시되며, 광선이 도달한 정도는 색온도로 표시될 수 있다. 즉, 흰색으로 갈수록 광이 많이 도달한 것에 해당하고, 붉은 색으로 갈수록 광이 적게 도달한 것에 해당할 수 있다.

이상적으로는, 입사각이 증가할수록 광이 집중된 영역이 중앙으로부터 상부로 입사각에 비례한 거리만큼 이동해야 고스트 및 플레어 현상이 발생하지 않을 수 있다.

입사각이 0도일 때의 개선전과 개선후의 결상을 비교하면, 개선전과 개선후 모두 수광면의 중앙에 광이 집중되는 것을 확인할 수 있다. 이는 입사각이 0이므로 광학계의 광축을 따라 광이 입사되어, 개구 영역의 경사면에 의한 반사가 거의 발생하지 않기 때문이다.

입사각이 4도와 12도일 때의 개선전과 개선후의 결상을 비교하면, 개선전과 개선후 모두 수광면의 중앙으로부터 상부로 광이 집중된 영역이 이동하나, 개선전의 결상에서는 다소 광이 집중된 영역이 퍼지는 것을 확인할 수 있다. 이는 입사각이 0보다 커지게 되면 광학계의 광축이 아닌 각도로 광이 입사되어, 개구 영역의 경사면에 의한 반사가 발생하기 시작하기 때문이다.

입사각이 20도, 28도, 40도일 때의 개선전과 개선후의 결상을 비교하면, 개선전에는 광이 집중된 영역이 아닌 주변으로 광이 퍼지는 것을 확인할 수 있다. 이는 입사각이 더 커지게 되면 광학계의 광축과 큰 입사각으로 광이 입사되어, 개구 영역의 경사면에 의한 반사가 많이 발생하기 때문이다. 이러한 반사로 인해 굴절된 광은 고스트 현상 및 플레어 현상을 유발할 수 있다.

이에 반해, 개선후에는 상대적으로 광이 집중된 영역 주변으로 퍼지는 광이 적음을 확인할 수 있고, 개선전에 비해 현저히 고스트 현상 및 플레어 현상이 줄어들 수 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 구성을 설명한다.

카메라 모듈은 액체렌즈를 포함하는 렌즈어셈블리, , 적외선 차단 필터(미도시), 인쇄회로기판(미도시), 이미지 센서(미도시) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 다만, 카메라 모듈에서 적외선 차단 필터, 제어부 중 어느 하나 이상이 생략 또는 변경될 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 한면에 코팅 또는 증착하여 형성할 수도 있다.

인쇄회로기판의 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 제어부가 배치될 수 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 광학기기의 구성을 설명한다.

광학기기는 핸드폰, 휴대폰, 스마트폰(smart phone), 휴대용 스마트 기기, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 및 네비게이션 중 어느 하나일 수 있다. 다만, 광학기기의 종류가 이에 제한되는 것은 아니며 영상 또는 사진을 촬영하기 위한 어떠한 장치도 광학기기로 호칭될 수 있다.

광학기기는 본체(미도시), 카메라 모듈 및 디스플레이부(미도시)를 포함할 수 있다. 다만, 광학기기에서 본체, 카메라 모듈 및 디스플레이부 중 어느 하나 이상이 생략 또는 변경될 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.

Claims

액체가 배치되는 경사면을 갖는 캐비티를 포함하는 제1 플레이트;
상기 경사면에 배치되는 제1 전극;
상기 제1 플레이트 상에 배치되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극 상에 배치되는 절연층;을 포함하고,
상기 액체는 전도성 액체 및 비전도성 액체를 포함하고,
상기 전도성 액체 및 비전도성 액체 사이에는 계면이 형성되고,
상기 절연층은 상기 제1 전극 상에 배치되는 베이스와 상기 베이스 상에 배치된 복수의 돌기를 포함하고,
상기 복수의 돌기는 상기 비전도성 액체의 하부의 광이 통과하는 영역인 개구면(D)과 오버랩(overlap)되지 않도록 배치되는, 액체 렌즈.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 경사면과 대응되는 위치에 배치되고, 상기 계면은 상기 경사면을 따라 움직이는, 액체 렌즈.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 경사면 상에서 가장 위에 배치되는 제1 돌기와 상기 경사면 상에서 가장 아래에 배치되는 제2 돌기를 포함하고 상기 계면은 제1 돌기와 제2 돌기 사이에서 상기 절연층을 따라 움직이는, 액체 렌즈.
제1 항에 있어서,
상기 베이스의 재질과 상기 돌기의 재질은 서로 다른, 액체 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 경사면의 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배치되고,
상기 제1 방향은 상기 경사면을 기준으로 상하 방향이고, 상기 제2 방향은 상기 경사면을 기준으로 좌우 방향인, 액체 렌즈.
제5 항에 있어서,
상기 복수의 돌기는 상기 제2 방향으로 배치된 복수의 돌기 중 가장 위에 배치되는 복수의 돌기들을 포함하는 제1 돌기 열; 및
상기 제1 돌기 열의 바로 아래에 배치되는 제2 돌기 열을 포함하고,
상기 제1 돌기 열과 상기 제2 돌기 열은 일대일 대응인, 액체 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 절연층은, 상기 제1 전극 또는 제2 전극과 접촉하여 배치되는, 액체 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 돌기 각각의 길이, 폭, 및 높이는 각각 5 μm 이하, 5 μm 이하 및 10 μm 이하인, 액체 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 복수의 돌기 중 어느 하나와 상기 경사면의 제1 방향으로 인접하는 다른 돌기 사이의 거리는 10~15 μm인, 액체 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 절연층은, 흑연 또는 블랙레진을 포함하는, 액체 렌즈.