KR100834917B1 - 액정렌즈 및 그 형성방법 - Google Patents

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KR100834917B1
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이백규
김상화
문경미
정석호
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 공기층을 제거하여 광학적 특성을 향상시키며 크기를 줄일 수 있는 액정렌즈 및 그 형성방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정렌즈 형성방법은, 제1 및 제2 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판 상에 제1 전극을 형성하여 제1 기판부를 형성하는 단계; 액정분자를 배향시킨 액상 결정층을 준비하는 단계; 상기 제2 기판 상에 상기 제2 기판 상부 중앙이 노출되도록 제2 전극을 형성하고, 상기 노출된 제2 기판과 상기 제2 전극 상에 절연층을 형성하며, 상기 절연층 상에 제3 전극을 형성하여 제2 기판부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판부와 액상 결정층 및 제2 기판부를 순차적으로 적층하여 서로 결합시키는 단계;를 포함한다.
액정렌즈, 액상 결정층, 액정분자, 공기층

Description

액정렌즈 및 그 형성방법{Liquid Crystal Lens and Manufacturing Method Thereof}
도 1은 종래 기술에 의한 액정렌즈의 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈의 형성방법을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈의 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈의 전압 인가시 가변된 액정렌즈의 상태를 나타낸 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈의 변형예를 나타낸 단면도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제1 실시예 중 제2 전극의 변형예를 나타낸 단면도 및 평면도.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정렌즈의 형성방법을 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정렌즈의 단면도.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정렌즈의 변형예를 나타 낸 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
210 : 제1 기판부 211 : 제1 기판
212 : 제1 전극 220 : 액상 결정층
221 : 액상 222 : 액정분자
223 : 스페이서 230 : 제2 기판부
231 : 제2 기판 232 : 제2 전극
233 : 트렌치 234 : 절연층
235 : 제3 전극 250 : 렌즈부
본 발명은 액상렌즈 및 그 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상의 렌즈부 내에 발생되는 공기층을 제거하여 광학적 특성을 향상시키고 크기를 줄이며 공정을 단순화시킬 수 있는 액상렌즈 및 그 형성방법에 관한 것이다.
최근, 휴대용 단말기 및 디지털 카메라 등의 휴대용 기기들의 발달로 인하여 이에 구비되는 부품들 또한 점차적으로 고성능화 및 소형화 되어가는 추세이다. 특히, 이들에 구비되는 카메라 모듈과 같은 광학장치는 수차 보정기구를 가진 광학계 로부터 얻어진 광학적 이미지를 이미지 센서로 검출하고, 검출된 신호로부터 수차를 보정하여 신호를 전달하는 방식으로 동작한다.
카메라 모듈과 같은 광학 장치는 대기의 요동과 주변환경에 의하여 발생하는 광학계의 수차를 보정하고 왜곡 없는 상을 얻기 위해 광학적, 기계적 요소를 사용하여 상을 보정하는데 여기에 사용되는 장치로 인하여 부피와 기계적인 면에서 여러가지 제한사항이 발생하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 액정소자를 이용하는 광학 소자가 제안되는데 액정을 이용한 광학 소자는 광학적, 기계적 방식을 이용하는 통상의 수동형 광학 소자와는 다른 방식을 이용하는데, 이는 전극 간에 전압을 인가하여 이방성 매질인 액정의 실효적인 굴절률을 가변 제어함으로써 초점거리 등의 광학적 특성이나 광학계의 수차를 전압을 이용하여 조절할 수 있는 광학 소자이다.
이하, 종래 기술에 의한 액정렌즈에 대하여 관련도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정렌즈의 단면도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 액정렌즈는 투명한 제1 기판(110), 상기 제1 기판(110) 상에 형성된 제1 전극(120), 상기 제1 전극(120) 상에 형성된 액상 결정층(130), 상기 액상 결정층(130) 상에 형성된 제2 기판(140), 상기 제2 기판(140) 상에 형성된 제2 전극(150), 상기 제2 전극(150) 상에 순차적으로 형성된 절연층(160), 제3 전극(170) 및 보호층(180)으로 이루어진다.
여기서, 상기 제1 기판(110)은 촬영될 피사체의 상이 통과할 수 있도록 하기 위해 투명한 실리콘(silicon) 물질로 형성되며, 상기 제1 전극(120)은 외부로부터 인가되는 전압에 의해 도통되기 위하여 전기적 특성을 갖는 물질을 이용하여 형성한다.
상기 제1 전극(120) 상에 형성된 액상 결정층(130)은 액상(131) 내에 액정분자(132)를 일정한 방향으로 배향시키며 양측단에는 상기 액상(131) 및 액정분자(132)가 외부로 흘러나가는 것을 방지하기 위한 스페이서(133)가 형성되어 있다.
또한, 상기 제2 기판(140)은 상기 제1 기판(110)과 동일한 물질을 사용하여 투명하도록 형성한다. 이때, 상기 제2 기판(140) 상에는 제2 전극(150)이 형성되는데 상기 제2 전극(150)은 상기 제2 기판(140) 상부 전면에 형성되는 것이 아니라 상기 제2 기판(140)의 중앙의 렌즈 형성 영역만을 제외하고 그 외의 영역에 형성한다.
그리고, 상기 제2 전극(150) 상에는 상기 제2 전극(150)과 상기 제3 전극(160)을 서로 절연시키기 위한 절연층(160)이 형성되며, 상기 절연층(160) 상에는 제3 전극(170)이 형성된다. 상기 제3 전극(170) 상에는 외부의 압력 및 습도 등으로부터 상기 제3 전극(170)을 보호하기 위한 보호층(180)이 형성된다.
이와 같이 형성된 종래의 액정렌즈는, 상기 제1 전극(120)과 제2 전극(150)에 제1 전압(V0)을 인가하여 광학적 특성을 제어하고, 상기 제1 전압(V0)을 0V로 고정한 후, 상기 제1 전극(120)과 제3 전극(170)에 제2 전압(Vc)을 인가하여 광학적 특성을 제어함으로써 피사체의 원거리 및 근거리의 초점을 무한한 상태까지 가 변시킬 수 있게 됨에 따라 초점거리의 가변범위가 넓어지고 렌즈의 크기를 줄일 수 있다.
그러나, 종래의 액정렌즈는, 상기 제2 기판(140) 상에 형성된 제2 전극(150)이 상기 제2 기판(140)의 상부 전면에 형성된 것이 아니라 그 중앙부에는 형성되지 않아 공간이 형성되게 된다. 이때, 상기 제2 전극(150) 상에 형성되는 절연층(160)은 스퍼터링(Sputtering) 방식과 같은 증착 방식을 이용하여 증착시키는 것이 아니라 이미 형성된 절연층(160)을 상기 제2 전극(150) 상에 위치시켜 결합시킴으로써 상기 제2 기판(140)의 상부 중앙부에 공기층(155)이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 공기층(155)은 이와 이웃하는 상기 절연층(160) 및 제2 기판(140)과의 굴절율이 다르기 때문에 피사체의 이미지가 정확히 전달되지 못하여 이미지의 왜곡이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 액정렌즈는, 실리콘층으로 이루어진 제1 기판(110), 제2 기판(140), 절연층(160) 및 보호층(180)을 스퍼터링 방식등의 증착법을 사용하여 순차적으로 적층하는 것이 아니라 이미 제작된 각 층을 서로 순차적으로 위치시킨 후 결합하는 방식을 이용하여 제작함으로써 그 두께가 두꺼워 액정렌즈의 크기가 커지고, 두꺼운 두께로 인해 제1 내지 제3 전극(120, 150, 170)에 인가되는 제1 및 제2 전압(V0, Vc)이 높아지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 액상의 렌즈부 내에 발생되는 공기층을 제거하여 광학적 특성을 향상시키고 스퍼터링 방식을 이용하여 형성하여 크기를 줄일 수 있으며 공정을 단순화시킬 수 있는 액상렌즈 및 그 형성방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 액상렌즈 형성방법은, 제1 및 제2 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판 상에 제1 전극을 형성하여 제1 기판부를 형성하는 단계; 액정분자를 배향시킨 액상 결정층을 준비하는 단계; 상기 제2 기판 상에 상기 제2 기판 상부 중앙이 노출되도록 제2 전극을 형성하고, 상기 노출된 제2 기판과 상기 제2 전극 상에 절연층을 형성하며, 상기 절연층 상에 제3 전극을 형성하여 제2 기판부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판부와 액상 결정층 및 제2 기판부를 순차적으로 적층하여 서로 결합시키는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 액상 결정층과 상기 제2 기판부를 다수 준비하고 상기 결합된 액정렌즈의 제2 기판부 상에 상기 준비된 액상 결정층과 제2 기판부를 순차적으로 반복 적층하여 서로 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 기판부를 중심으로 하여 최상층에 적층된 제2 기판부 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 기판부를 중심으로 하여 최상층에 적층된 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액상렌즈는, 투명한 제1 기판의 상부 에 제1 전극이 형성된 제1 기판부; 상기 제1 전극 상에 형성된 액상 결정층; 및 상기 액상 결정층 상에 투명한 제2 기판 상부 중앙이 노출되도록 형성된 제2 전극과, 상기 노출된 제2 기판과 제2 전극 상에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 형성된 제3 전극이 형성된 제2 기판부;를 포함한다.
또한, 상기 제2 기판부 상에 다수의 상기 액상 결정층 및 제2 기판부가 순차적으로 반복 적층형성된 것을 특징으로 하며, 상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상층의 제2 기판부 상에 보호층이 형성되고, 상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상층의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 이웃하는 액상 결정층의 액정분자 정렬시 러빙 방향을 수직으로 하여 상기 액정분자를 서로 수직으로 정렬시키며, 상기 다수의 제2 전극은 상기 액정렌즈의 화각에 따라 최상 또는 최하층의 제2 전극 중 어느 하나의 제2 전극을 중심으로 하여 그 중앙에 형성된 제2 기판의 노출면이 점차 증가되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 전극의 외측 일부가 제거되도록 형성하고, 사각형 또는 원형 중 선택된 어느 하나의 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 절연층 및 제3 전극에 상기 제2 전극의 상부가 노출되도록 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치를 통해 상기 제2 전극이 외부와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정렌즈 형성방법은, 제1 및 제2 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판 상하부에 제1 전극을 형성하여 제1 기판부를 형성하는 단계; 액정분자를 배향시킨 제1 및 제2 액상 결정층을 준비하는 단계; 상기 제2 기판 상부 중앙이 노출되도록 제2 전극을 형성하는 단계; 상기 노출된 제2 기판과 상기 제2 전극 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 제3 전극을 형성하여 제2 기판부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판부의 상하부에 상기 제1 및 제2 액상 결정층을 준비하고 상기 각 제1 및 제2 액상 결정층의 타면에 상기 제2 기판부를 준비하여 서로 결합시키는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 액정분자를 배향시킨 액상 결정층과 상기 제2 기판부를 다수 준비하고, 상기 결합된 액정렌즈 상하부에 각각 상기 준비된 액상 결정층과 제2 기판부를 순차적으로 반복 적층하여 서로 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 기판부의 하부에 적층되는 제2 기판부는 상기 제1 기판부의 상부에 적층되는 제2 기판부와 동일한 제2 기판부를 180°회전시켜 적층하며, 상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 및 최하층의 제2 기판부 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 또는 최하층의 제2 기판부 중 어느 하나의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 및 최하층의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 하며, 상기 제1 및 제3 전극은 도전성의 투명 물질인 ITO를 제2 전극은 도전성의 불투명 물질인 알루미늄을 절연층은 비도전성의 투명 물질인 SiO2 또는 SiN 중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성 하는 것을 특징으로 하고, 상기 액상 결정층을 준비하는 단계에서 상기 액상 결정층의 양측에 스페이서를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액상렌즈는, 투명한 제1 기판의 상하부에 제1 전극이 형성된 제1 기판부; 상기 각각의 제1 전극의 타면에 형성된 액상 결정층; 및 상기 각각의 액상 결정층 타면에 각각 투명한 제2 기판 타면의 중앙이 노출되도록 형성된 제2 전극과, 상기 각각 노출된 제2 기판과 제2 전극의 타면에 형성된 절연층과, 상기 각각의 절연층 타면에 형성된 제3 전극으로 형성된 제2 기판부;를 포함한다.
또한, 상기 각각의 제2 기판부 타면에 다수의 상기 액상 결정층 및 제2 기판부가 순차적으로 반복 적층형성된 것을 특징으로 하고, 상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 및 최하층의 제2 기판부 타면에 보호층이 형성되며, 상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 또는 최하층의 제2 기판부 중 어느 하나의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 및 최하층의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 이웃하는 액상 결정층의 액정분자 정렬시 러빙 방향을 수직으로 하여 상기 액정분자를 서로 수직으로 정렬시키며, 상기 다수의 제2 전극은 상기 액정렌즈의 화각에 따라 최상 또는 최하층의 제2 전극 중 어느 하나의 제2 전극을 중심으로 하여 그 중앙에 형성된 제2 기판의 노출면이 점차 증가되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 전극의 외측 일부가 제거되도록 형성하고, 사각형 또는 원형 중 선택된 어느 하나의 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 절연층 및 제3 전극에 상기 제2 전극의 상부가 노출되도록 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치를 통해 상기 제2 전극이 외부와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
이하, 관련도면을 참조하여 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 액상렌즈 및 그 형성방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
실시예 1
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈의 형성방법을 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈의 단면도, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈의 전압 인가시 가변된 액정렌즈의 상태를 나타낸 단면도이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈의 변형예를 나타낸 단면도, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제1 실시예 중 제2 전극의 변형예를 나타낸 단면도 및 평면도이다.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈 형성방법은, 실리콘(silicon: SiO2) 등을 이용하여 투명한 제1 기판(211)을 형성하고, 상기 형성된 제1 기판(211) 상에 투명 도전층인 제1 전극(212)을 형성하여, 제1 기판(211) 및 제1 전극(212)으로 이루어진 제1 기판부(210)를 형성한다.
이때, 상기 제1 기판부(210)의 제1 기판(211) 및 제1 전극(212)은 촬상될 피 사체의 광이 입사될 수 있도록 투명하게 형성하는 것이 바람직하며, 상기 제1 전극(212)은 도전성의 투명 물질을 사용하는데 특히, ITO 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 기판부(210)를 형성한 후, 도 2b에 도시한 바와 같이, 액상 결정층(220)을 형성한다. 이때, 상기 액상 결정층(220)은 액상의 렌즈 역할을 하는 부분으로써 액상(221) 내에 액정분자(222)를 일정한 방향으로 배향시켜 형성하고 상기 액상 결정층(220)의 양측단에는 상기 액상(221) 및 액정분자(222)가 외부로 흘러나가는 것을 방지하기 위한 스페이서(223)가 형성된다.
상기 액상 결정층(220)을 형성한 후, 도 2c에 도시한 바와 같이, 제2 기판부(230)를 형성한다. 이때, 상기 제2 기판부(230)는 상기 제1 기판(211)과 동일한 투명의 실리콘층인 제2 기판(231)을 형성한다. 그리고, 상기 형성된 제2 기판(231) 상에 스퍼터링 방식 등의 증착 방식을 이용하여 도전물질을 증착하고 상기 증착된 도전물질을 감광막 패턴을 이용하여 상기 제2 기판(230)의 상부 중앙이 노출되도록 제거함으로써 제2 전극(232)을 형성한다. 특히, 상기 제2 전극(232)은 도전성의 불투명 물질을 사용하는데 특히, 알루미늄, 은 또는 구리 등의 금속 물질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제2 기판(231)이 노출된 상부 중앙부분은 추후 외부로부터 촬영될 피사체의 광이 입사되는 부분으로써 원형으로 형성되는 것이 바람직하다.
그런 다음, 상기 노출된 제2 기판(231) 및 제2 전극(232) 상에 스퍼터링 방식과 같은 증착 방식을 이용하여 절연층(234)을 형성한다. 이때, 상기 절연층(234) 은 상기 제2 기판(231)과 후술하는 제3 기판(235)이 서로 전기적으로 도통되는 것을 방지하기 위해 형성한다. 이때, 상기 절연층(234)은 비전도성의 투명 물질을 사용하여 형성하며 상기 비전도성의 투명 물질은 SiO2 또는 SiN 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 서로 다르게 형성된 제2 전극(150)을 절연층(160) 상에 위치시킨 후 결합시킴에 따라 공기층(155)이 발생하던 종래와 달리, 본 발명은 상기 절연층(234)을 스퍼터링 방식과 같은 증착 방식을 이용하여 상기 노출된 제2 기판(231) 및 제2 전극(232) 상에 증착함으로써 도면 부호 233과 같이 종래 공기층의 발생을 방지할 수 있다.
이때, 상기 제2 기판(231) 및 절연층(234)은 서로 동일한 또는 유사항 성분의 실리콘층(투명한 유리층)으로 이루어지기 때문에 굴절율이 서로 비슷하다. 따라서, 상기 공기층의 발생 방지는 서로 다른 굴절율에 의한 이미지의 왜곡을 방지함으로써 정확한 이미지를 전달할 수 있는 이점이 있다.
상기 절연층(234)을 형성한 후, 상기 절연층(234) 상에 제3 전극(235)을 형성하며, 상기 형성된 제3 전극(235)은 상기 제1 전극(212)과 동일한 도전성 투명 물질인 ITO 물질을 증착 방식을 이용하여 형성한다. 이때, 상기 절연층(234) 및 제3 전극(235)은, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 제2 기판(231) 및 상기 제2 전극(232) 상의 전면 또는 외부로부터 광이 입사되는 제2 기판(231)의 노출된 상부 중앙 부분 상에만 증착 형성하여 재료비를 절약할 수 있다.
상기 형성된 제1 기판부(210)와 액상 결정층(220) 및 제2 기판부(230)를 순 차적으로 적층하여 서로 밀착고정시킴으로써, 도 3에 도시한 바와 같이, 액정렌즈를 완성할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 형성된 액정렌즈는, 최하층에 제1 기판(211)과 제1 전극(212)으로 이루어진 제1 기판부(210)와, 중간층의 액상 결정층(220)과, 최상층에 제2 기판(231), 제2 전극(232), 절연층(234) 및 제3 전극(235)으로 이루어진 제2 기판부(230)로 구성되며, 상기 제1 전극(212)과 제2 전극(232) 사이에는 제1 전압(V0)이 공급되고 상기 제1 전극(212)과 제3 전극(235) 사이에는 제2 전압(Vc)이 공급된다.
상기 액정렌즈는, 상기 제1 전극(212)과 제2 전극(232)에 제1 전압(V0)을 공급하여 상기 액상 결정층(220)의 광학적 특성을 제어하고, 상기 제1 전압(V0)을 0V로 고정한 후 상기 제1 전극(212)과 제3 전극(235)에 제2 전압(Vc)을 공급하여 상기 액상 결정층(220)의 광학적 특성을 제어함으로써, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 액상 결정층(220)의 액정분자(222)는 상기 제1 전극(212)과 제2 전극(232) 사이의 액정분자(222)는 상기 제1 전압(V0) 및 제2 전압(Vc)에 의해 수직 방향을 유지하고 상기 제2 기판(231)의 중앙부와 대응되는 액정분자(222)는 그 중심으로 갈수록 상기 제1 전압(V0) 및 제2 전압(Vc)에 영향을 적게 받음에 따라 중앙으로 갈 수록 수평방향을 유지하게 되어 전체적으로 오목렌즈 또는 볼록렌즈의 효과를 나타낼 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈는 상기 제1 내지 제3 전극(212, 232, 235)에 제1 전압(V0) 및 제2 전압(Vc)을 조절하며 공급함으로써 상기 액상 결절층(220)을 오목렌즈 또는 볼록렌즈로 제어할 수 있고, 그 굴곡률을 전압의 크기에 따라 제어할 수 있게 됨에 따라 효과적으로 광학적 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
특히, 상기 액정렌즈는 상기 제3 전극(235) 상에 외부의 압력 및 습기 등으로부터 상기 액정렌즈를 보호하기 위한 보호층(240)을 더 형성할 수 있으며, 상기 제1 기판부(210)를 중심으로 하여 최상층에 적층된 제2 기판부(230)의 절연층(234) 및 제3 전극(235)을 제거하여 액정렌즈의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 액정렌즈는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 액상 결정층(220) 및 제2 기판부(230)로 이루어진 렌즈부(250)를 상기 제3 전극(235) 상에 순차적으로 반복 적층하여 다수의 렌즈부(250a~250c)로 이루어진 액정렌즈를 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1 기판부(210)를 기준으로 하여 최상층의 제2 기판부(230c) 상에 보호층(미도시함)을 형성할 수 있으며, 상기 제1 기판부(210)를 기준으로 하여 최상층의 제2 기판부(230c)의 절연층(234c) 및 제3 전극(235c)을 제거할 수 있다.
그리고, 상기 서로 이웃하는 액상 결정층(220a와 220b 및 222b와 222c)은 상기 액상 결정층(220a, 220b) 상에 배양된 액정분자(222a, 222b, 222c)를 정렬시키기 위한 러빙(Rubbing) 방향을 서로 수직으로 하여 상기 액정분자 222a와 222b 및 222b와 222c를 서로 수직으로 정렬시킨다. 이에 따라, 상기 서로 이웃하는 액상 결정층(220a와 220b 및 220b와 220c)이 동일한 방향으로 정렬될 경우 발생될 수 있는 편광현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 액정렌즈의 화각(γ)에 따라 상기 제 1 기판부(250a)가 중심이 될 경우 이를 중심으로 하여 상방향으로 갈수록 제2 전극(232a, 232b, 232c)의 크기가 작아져 상기 제2 기판(231a, 231b, 231c)이 노출되는 면이 점차 증가하도록 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 제3 렌즈부(250c)의 최상층에 형성된 절연층(234c) 및 제3 전극(235c)을 제거하여 상기 제2 기판(231c)의 상부 중앙과 제2 전극(232c)이 외부로 노출되도록함으로써, 상기 절연층(234) 및 제3 전극(235)의 제거에 의한 광학적 투과율을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
아울러, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정렌즈 중 상기 제2 전극(232)의 변형예를 나타낸 단면도 및 평면도로써, 도 6a에 도시한 바와 같이, 상기 제2 전극(232)의 외측 일부가 제거되도록 형성할 수 있다. 이때, 상기 제2 전극(232)의 제거된 부분은 상기 제2 기판(231)의 상부가 노출된 부분으로부터 외측에 형성된 부분으로써 상기 액상 결정층(220)의 스페이서(223)와 대응되는 부분이다. 즉, 상기 스페이서(223)와 대응되는 부분에는 액정분자(222)가 존재하지 않기 때문에 이 부분의 제2 전극(232)은 제거되어도 렌즈에 영향을 미치지 않는다.
특히, 상기 제2 전극(232)의 외측 일부를 제거할 경우에는 외부로부터 상기 제1 전압(V0)을 인가받기 위해 상기 제2 전극(232)의 상부일부가 노출되도록 상기 절연층(234) 및 제3 전극(235)에 트렌치(236)를 형성하여 연결선(L1)을 통해 상기 제1 전압(V0)을 인가받는다.
이때, 평면도인 도 6b 및 도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 제2 전극(232)는 그 테두리가 사각형 또는 원형 중 선택된 어느 하나의 형상을 갖도록 형성할 수 있 다.
실시예 2
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정렌즈의 형성방법을 나타낸 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정렌즈의 단면도이며, 도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정렌즈의 변형예를 나타낸 단면도이다. 다만, 제1 실시예의 구성 중 제2 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고, 제2 실시예에서 달라지는 구성에 대해서만 상술하기로 한다.
우선, 도 7a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정렌즈의 형성방법은, 실리콘 등을 이용하여 투명한 제1 기판(211)을 형성하고, 상기 형성된 제1 기판(211)의 상하부에 투명 도전층인 제1 전극(212a, 212b)을 형성하여, 상기 제1 기판(211) 및 제1 전극(212a, 212b)으로 이루어진 제1 기판부(210)를 형성한다.
상기 제1 기판부(210)를 형성한 후, 도 7b에 도시한 바와 같이, 액상 결정층(220)을 형성한다. 이때, 상기 액상 결정층(220)은 액상의 렌즈 역할을 하는 부분으로써 액상(221) 내에 액정분자(222)를 일정한 방향으로 배향시켜 형성하고 상기 액상 결정층(220)의 양측단에는 상기 액상(221) 및 액정분자(222)가 외부로 흘러나가는 것을 방지하기 위한 스페이서(223)가 형성된다.
상기 액상 결정층(220)을 형성한 후, 도 7c에 도시한 바와 같이, 제2 기판부(230)를 형성한다. 이때, 상기 형성된 제2 기판(231) 상에 스퍼터링 방식 등의 증착 방식을 이용하여 도전물질을 증착하고 상기 증착된 도전물질을 감광막 패턴을 이용하여 상기 제2 기판(230)의 상부 중앙이 노출되도록 제거함으로써 제2 전극(232)을 형성한다. 특히, 상기 제2 전극(232)은 도전성의 불투명 물질인 알루미늄, 은 또는 구리 등의 금속 물질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
그런 다음, 상기 노출된 제2 기판(231) 및 제2 전극(232) 상에 절연층(234)을 형성한다. 이때, 상기 절연층(234)은 상기 제2 기판(231)과 후술하는 제3 기판(235)이 서로 전기적으로 도통되는 것을 방지하기 위해 비도전성의 투명 물질인 SiO2 또는 SiN 중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성한다.
특히, 서로 다르게 형성된 제2 전극(150)을 절연층(160) 상에 위치시킨 후 결합시킴에 따라 공기층(155)이 발생하던 종래와 달리, 본 발명의 제2 실시예에 따른 상기 절연층(234)을 스퍼터링 방식과 같은 증착 방식을 이용하여 상기 노출된 제2 기판(231) 및 제2 전극(232) 상에 증착함으로써 도면 부호 233과 같이 종래 공기층의 발생을 방지할 수 있다.
상기 절연층(234)을 형성한 후, 상기 절연층(234) 상에 제3 전극(235)을 형성하며, 상기 형성된 제3 전극(235)은 상기 제1 전극(212)과 동일한 도전성 투명 물질인 ITO 물질을 증착 방식을 이용하여 형성한다. 이때, 상기 절연층(234) 및 제3 전극(235)은, 도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 제2 기판(231) 및 상기 제2 전극(232) 상의 전면 또는 외부로부터 광이 입사되는 제2 기판(231)의 노출된 상부 중앙 부분 상에만 증착 형성하여 재료비를 절약할 수 있다.
마지막으로, 상기 형성된 제1 기판부(210)의 상하부에 상기 액상 결정 층(220) 및 제2 기판부(230)을 순차적으로 적층하여 서로 밀착 고정시킴으로써, 도 8에 도시한 바와 같이, 액정렌즈를 완성할 수 있다. 이때, 상기 제1 기판부(210)의 하부에 적층하여 고정 결합되는 제2 기판부(230)는 상기 제1 기판부(210)의 상부에 적층하여 결합되는 제2 기판부(230)를 180°회전시켜 결합된다. 이렇게 동일한 방법으로 형성된 제2 기판부(230)를 단순히 방향성만을 달리하여 결합함으로써 공정을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.
상기와 같은 방법으로 형성된 액정렌즈는, 중간층에 위치하며 상하부에 상하 제1 전극(212a, 212b)이 형성된 제1 기판(211)으로 이루어진 제1 기판부(210)와, 각각 상기 제1 기판부(210) 상하 제1 전극(212a, 212b)의 타면에 형성된 액정 결정층(220)과, 각각 상기 액정 결정층(220)의 타면에 형성된 제2 기판부(230)로 구성되며, 상기 상부 제1 전극(212a)과 제2 전극(232a) 사이에는 상부 제1 전압(V0)이 공급되고 상기 상부 제1 전극(212a)과 제3 전극(235a) 사이에는 상부 제2 전압(Vc)이 공급되며, 상기 하부 제1 전극(212b)과 제2 전극(232b) 사이에는 하부 제1 전압(V01)이 공급되고 상기 하부 제1 전극(212b)과 제3 전극(235b) 사이에는 하부 제2 전압(Vc1)이 공급된다.
상기 액정렌즈는, 상기 상부 제1 전극(212a)과 제2 전극(232a)에 상부 제1 전압(V0)을 공급하여 상기 액상 결정층(220a)의 광학적 특성을 제어하고, 상기 상부 제1 전압(V0)을 0V로 고정한 후 상기 제1 전극(212a)과 제3 전극(235a)에 제2 전압(Vc)을 공급하여 상기 액상 결정층(220a)의 광학적 특성을 제어함으로써, 상기 액상 결정층(220a)의 액정분자(222a) 중 상기 제1 전극(212a)과 제2 전극(232a) 사 이의 액정분자(222a)는 상기 상부 제1 전압(V0) 및 제2 전압(Vc)에 의해 수직 방향을 유지하고 상기 제2 기판(231a)의 중앙부와 대응되는 액정분자(222a)는 그 중심으로 갈수록 상기 상부 제1 전압(V0) 및 제2 전압(Vc)에 영향을 적게 받아 그 중앙으로 갈수록 수평방향을 유지하여 전체적으로 오목렌즈 또는 볼록렌즈의 효과를 나타낼 수 있다. 이는, 상부 렌즈부(250a) 뿐만 아니라 하부 렌즈부(250b)도 동일한 방법으로 하부 제1 및 제2 전압(V01, Vc1)을 제어하여 오목렌즈 또는 볼록렌즈의 효과를 나타낼 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정렌즈는 상기 상하부의 제1 내지 제3 전극(212a, 212b, 232a, 232b, 235a, 235b)에 상하부의 제1 전압(V0, V01) 및 제2 전압(Vc, Vc1)을 조절하며 공급함으로써 상기 액상 결절층(220a, 220b)을 오목렌즈 또는 볼록렌즈로 제어할 수 있고, 그 굴곡률을 전압의 크기에 따라 제어할 수 있게 됨에 따라 효과적으로 광학적 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
특히, 상기 액정렌즈는 상기 상하부의 제3 전극(235a, 235b) 중 적어도 어느 하나의 제3 전극(235a, 235b)의 타면에 외부의 압력 및 습기 등으로부터 상기 액정렌즈를 보호하기 위한 보호층(240)을 더 형성할 수 있다.
그리고, 상기 상하부의 제2 기판부(250a, 250b) 중 적어도 어느 하나의 제2 기판부(250a, 250b)의 절연층(234a, 234b) 및 제3 전극(235a, 235b)이 제거할 수 있다.
또한, 상기 액정렌즈는, 도 9a에 도시한 바와 같이, 상기 액상 결정층(220) 및 제2 기판부(230)로 이루어진 렌즈부(250)를 상기 제3 전극(235) 상에 증착하여 다수의 렌즈부(250a~250d)로 이루어진 액정렌즈를 형성함에 따라 더욱 세밀한 광학적 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
이때, 앞서 설명한 도 5b와 같이 화각(γ)에 따라 제2 전극(232)의 크기를 조절할 수 있으며, 상기 제2 전극(232)를 사각형 또는 원형의 형상으로 형성할 수 있다.
아울러, 상기 액정렌즈는, 도 9b 및 도 9c에 도시한 바와 같이, 상기 제3 렌즈부(250c)의 최상층에 형성된 절연층(234c) 및 제3 전극(235c) 또는 상기 제4 렌즈부(250d)의 최하층에 형성된 절연층(234d) 및 제3 전극(235d) 중 적어도 어느 하나를 제거하여 상기 제2 기판(231c)의 상부 중앙과 제2 전극(232c)이 외부로 노출되도록함으로써, 상기 절연층(234c, 234d) 및 제3 전극(235c, 235d)의 제거에 의해 투과율을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정렌즈 및 그 형성방법은, 스퍼터링 방 식을 이용하여 증착 형성함으로써 액상의 렌즈부 내에 발생되는 공기층을 제거하여 광학적 특성을 향상시키고 크기를 줄일 수 있으며, 동일한 공정으로 형성된 기판부를 단순 방향성만을 달리하여 결합함으로써 공정을 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (39)

  1. 제1 및 제2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 기판 상에 제1 전극을 형성하여 제1 기판부를 형성하는 단계;
    액정분자를 배향시킨 액상 결정층을 준비하는 단계;
    상기 제2 기판 상에 상기 제2 기판 상부 중앙이 노출되도록 제2 전극을 형성하고, 상기 노출된 제2 기판과 상기 제2 전극 상에 절연층을 형성하며, 상기 절연층 상에 제3 전극을 형성하여 제2 기판부를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 기판부와 액상 결정층 및 제2 기판부를 순차적으로 적층하여 서로 결합시키는 단계;
    를 포함하는 액정렌즈 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액상 결정층과 상기 제2 기판부를 다수 준비하고 상기 결합된 액정렌즈의 제2 기판부 상에 상기 준비된 액상 결정층과 제2 기판부를 순차적으로 반복 적층하여 서로 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 중심으로 하여 최상층에 적층된 제2 기판부 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 중심으로 하여 최상층에 적층된 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  5. 제1 및 제2 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 기판 상하부에 제1 전극을 형성하여 제1 기판부를 형성하는 단계;
    액정분자를 배향시킨 제1 및 제2 액상 결정층을 준비하는 단계;
    상기 제2 기판 상에 상기 제2 기판 상부 중앙이 노출되도록 제2 전극을 형성하고, 상기 노출된 제2 기판과 상기 제2 전극 상에 절연층을 형성하며, 상기 절연층 상에 제3 전극을 형성하여 제2 기판부를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 기판부의 상하부에 상기 제1 및 제2 액상 결정층을 준비하고 상기 각 제1 및 제2 액상 결정층의 타면에 상기 제2 기판부를 준비하여 서로 결합시키는 단계;
    를 포함하는 액정렌즈 형성방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 액정분자를 배향시킨 액상 결정층과 상기 제2 기판부를 다수 준비하고, 상기 결합된 액정렌즈 상하부에 각각 상기 준비된 액상 결정층과 제2 기판부를 순차적으로 반복 적층하여 서로 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 기판부의 하부에 적층되는 제2 기판부는 상기 제1 기판부의 상부에 적층되는 제2 기판부와 동일한 제2 기판부를 180°회전시켜 적층하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 및 최하층의 제2 기판부 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 또는 최하층의 제2 기판부 중 어느 하나의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 및 최하층의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  11. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 전극은 도전성의 투명 물질을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  12. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제2 전극은 도전성의 불투명 물질을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  13. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 절연층은 비도전성의 투명 물질을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  14. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2 또는 SiN 중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  15. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 이웃하는 액상 결정층의 액정분자 정렬시 러빙 방향을 수직으로 하여 상기 액정분자를 서로 수직으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  16. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극은 상기 액정렌즈의 화각에 따라 최상 또는 최하층의 제2 전극 중 어느 하나의 제2 전극을 중심으로 하여 그 중앙에 형성된 제2 기판의 노출면이 점차 증가되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  17. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 전극의 외측 일부가 제거되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 전극은 사각형 또는 원형 중 선택된 어느 하나의 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 절연층 및 제3 전극에 상기 제2 전극의 상부가 노출되도록 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치를 통해 상기 제2 전극이 외부와 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  20. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 액상 결정층을 준비하는 단계에서 상기 액상 결정층의 양측에 스페이서를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 형성방법.
  21. 투명한 제1 기판의 상부에 제1 전극이 형성된 제1 기판부;
    상기 제1 전극 상에 형성된 액상 결정층; 및
    상기 액상 결정층 상에 투명한 제2 기판 상부 중앙이 노출되도록 형성된 제2 전극과, 상기 노출된 제2 기판과 제2 전극 상에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 형성된 제3 전극이 형성된 제2 기판부;
    를 포함하는 액정렌즈.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제2 기판부 상에 다수의 상기 액상 결정층 및 제2 기판부가 순차적으로 반복 적층형성된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상층의 제2 기판부 상에 보호층이 형성된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상층의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  25. 투명한 제1 기판의 상하부에 제1 전극이 형성된 제1 기판부;
    상기 각각의 제1 전극의 타면에 형성된 액상 결정층; 및
    상기 각각의 액상 결정층 타면에 각각 투명한 제2 기판 타면의 중앙이 노출되도록 형성된 제2 전극과, 상기 각각 노출된 제2 기판과 제2 전극의 타면에 형성된 절연층과, 상기 각각의 절연층 타면에 형성된 제3 전극으로 형성된 제2 기판부;
    를 포함하는 액정렌즈.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 각각의 제2 기판부 타면에 다수의 상기 액상 결정층 및 제2 기판부가 순차적으로 반복 적층형성된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 및 최하층의 제2 기판부 타면에 보호층이 형성된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 또는 최하층의 제2 기판부 중 어느 하나의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제1 기판부를 기준으로 하여 최상 및 최하층의 제2 기판부는 상기 절연층 및 제3 전극이 제거된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  30. 제21항 또는 제25항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 전극은 도전성의 투명 물질인 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  31. 제21항 또는 제25항에 있어서,
    상기 제2 전극은 도전성의 불투명 물질인 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  32. 제21항 또는 제25항에 있어서,
    상기 절연층은 비도전성의 투명 물질인 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  33. 제21항 또는 제25항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2 또는 SiN 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  34. 제22항 또는 제26항에 있어서,
    상기 이웃하는 액상 결정층의 액정분자를 서로 수직으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  35. 제22항 또는 제26항에 있어서,
    상기 다수의 제2 전극은 상기 액정렌즈의 화각에 따라 최상 또는 최하층의 제2 전극 중 어느 하나의 제2 전극을 중심으로 하여 그 중앙에 형성된 제2 기판의 노출면이 점차 증가되도록 형성된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  36. 제22항 또는 제26항에 있어서,
    상기 제2 전극은 외측 일부가 제거된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 제2 전극은 사각형 또는 원형 중 선택된 어느 하나의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 절연층 및 제3 전극에 상기 제2 전극의 상부가 노출되도록 트렌치가 형성되어, 상기 트렌치를 통해 상기 제2 전극이 외부와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  39. 제21항 또는 제25항에 있어서,
    상기 액상 결정층은 양측에 스페이서가 형성된 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
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