KR101481009B1 - 전기습윤을 이용한 가변 초점 렌즈 어레이와 그 제조 방법 - Google Patents

전기습윤을 이용한 가변 초점 렌즈 어레이와 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

전기습윤을 이용한 가변 초점 렌즈 어레이와 그 제조 방법이 개시된다.
이 가변 초점 렌즈 어레이는 행렬로 배치되어 있는 복수의 렌즈－여기서 복수의 렌즈 각각은 원통형의 공통 전극, 상기 공통 전극 내에 또한 원통형으로 형성되어 있는 전기습윤 폴리머층, 상기 공통 전극의 하부를 밀봉하는 하부투명밀봉패널, 상기 공통 전극의 상부를 밀봉하는 투명 밀봉막, 및 상기 전기습윤 폴리머층에 의해 형성되는 스루홀 내에 채워져 있는 전기습윤도의 차이가 있는 제1 유체 및 제2 유체를 포함함－; 상기 복수의 렌즈의 투명 밀봉막에 각각 연결되어 상기 투명 밀봉막에 전기적 신호를 인가하는 복수의 TFT; 및 상기 복수의 렌즈의 투명 밀봉막에 각각 연결되어 상기 TFT에 의해 인가되는 전기적 신호를 저장하는 복수의 저장콘덴서를 포함하며, 상기 복수의 렌즈에 형성되어 있는 스루홀은 그라비아 인쇄 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기습윤을 이용한 가변 초점 렌즈 어레이와 그 제조 방법 {ELECTROWETTING VARIFOCAL LENS ARRAY AND METHOD FOR FABRICATION THE SAME}
본 발명은 전기습윤을 이용한 가변 초점 렌즈 어레이와 그 제조 방법에 관한 것이다.
가변 초점을 갖는 초소형 렌즈들의 집합체는 산업분야에 필수적인 구성요소로 성장하고 있다. 무안경식 3-D 디스플레이, 레이저 집광, 공초점을 이용한 3차원 프로파일러, 고속 광학 입력장치, 고속 광 스위칭, 고속 광 정보 처리 등 많은 분야의 혁신을 견인하고 있다.
액체형 가변 초점 렌즈 어레이는 대한민국 공개특허 제10-2005-0123181호에 공지되어 있다. 국제 공개특허인 WO 03/069380에 개개의 가변 초점 렌즈의 제조 방법이 공지되어 있다.
도 1은 많이 알려져 있는 전기습윤 기술을 이용한 가변 초점 렌즈의 기본 구성도이다.
도면을 참조하면, 틀(70)은 원통형으로 구성되고, 내부에 전극(20)이 있으며, 전극(20) 위에 플루오로폴리머(10)가 형성되어있다. 하부 밀봉막(40)은 투명이다. 투명한 상부 밀봉막(30)의 투명 전극은 염분을 갖는 물(이하 '염수'라고 함)(60)과 접촉되어 있다. 전극(20)과 물접촉 전극(30)에 가해진 전위에 따라 염수(60)는 플루오로폴리머(10)에 접촉각을 생성하게 되고, 그에따라 투명 오일(50)과 염수(60)에 의한 곡률을 생성하게 된다. 전위에 따라 곡률 반경이 바뀌어져 초점이 변하게 된다.
염수(60)와 오일(50)과 플루오로폴리머(10)에 대한 Lippmann의 electrocapillary equation과 Young의 relation에 의하면 플루오로폴리머(10)의 두께가 얇을수록 낮은 전압에서도 전기습윤이 잘 일어날 수 있음을 알 수 있다.
플루오로폴리머의 두께를 얇게 하기 위한 제조 공정으로 플루오로폴리머 용액을 점적한 후 스핀코팅하는 방법이 사용되고 있다. 플루오로폴리머층을 생성하기 위하여 스퍼터링 방법, 전자선 증착법, CVD법이 사용되고 있다.
용액을 넣고 봉지하는 과정에서 제거되지 못한 기포는 렌즈의 질을 떨어뜨리고, 종래에는 사용할 수 없는 상태로 만들어버린다. 다양한 방법의 기포제거 방법이 제안되었으나, 여전히 상용화 공정에 많은 문제점을 가지고 있다.
가변 초점 렌즈 각각을 제조하여 결합하면 렌즈들이 다른 특성을 갖게 되는 문제점이 있어서, 일괄 작업에 의한 어레이의 제작 방법이 도입되었으나(공개특허 10-2005-0123181 참조), 마이크로 크기의 렌즈를 제조할 경우에는 제조에 많은 어려움을 갖는다. 직경 수십에서 수백 마이크로의 스루홀 내부 표면에 전극을 생성하고, 그 전극 위에 전기습윤 폴리머층을 구성하는 작업은 매우 까다롭게 되고, 초점 가변 렌즈 어레이의 가격을 높이게 되고 활용도를 떨어뜨리게 되는 문제점을 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 렌즈 어레이 프레임에 형성되는 플루오로폴리머층을 균일하고 얇게 생성하고, 2종류의 유체를 스루홀에 봉입하는 과정에서 미세기포의 유입을 차단하는 전기습윤을 이용한 가변 초점 렌즈 어레이와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 가변 초점 렌즈 어레이는,
행렬로 배치되어 있는 복수의 렌즈－여기서 복수의 렌즈 각각은 원통형의 공통 전극, 상기 공통 전극 내에 또한 원통형으로 형성되어 있는 전기습윤 폴리머층, 상기 공통 전극의 하부를 밀봉하는 하부투명밀봉패널, 상기 공통 전극의 상부를 밀봉하는 투명 밀봉막, 및 상기 전기습윤 폴리머층에 의해 형성되는 스루홀 내에 채워져 있는 전기습윤도의 차이가 있는 제1 유체 및 제2 유체를 포함함－; 상기 복수의 렌즈의 투명 밀봉막에 각각 연결되어 상기 투명 밀봉막에 전기적 신호를 인가하는 복수의 TFT(Thin Film Transistor); 및 상기 복수의 렌즈의 투명 밀봉막에 각각 연결되어 상기 TFT에 의해 인가되는 전기적 신호를 저장하는 복수의 저장콘덴서를 포함하며, 상기 복수의 렌즈에 형성되어 있는 스루홀은 그라비아 인쇄 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 렌즈는, 베이스시트 상에 1차원적으로 각각 배열되어 있는 드라이버리본－여기서 드라이버리본 상에는 상기 복수의 TFT가 형성되어 있음－ 및 콘덴서리본－여기서 콘덴서리본 상에는 상기 복수의 저장콘덴서가 형성되어 있음－을 포함하는 구동회로패널과 상기 하부투명밀봉패널 사이에 원시패널이 위치하여 형성되고, 상기 원시패널에는 상기 스루홀이 형성되어 있고, 상기 스루홀 내벽에 상기 공통 전극과 상기 전기습윤 폴리머층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기습윤 폴리머층과 상기 공통 전극 사이에 파릴렌 폴리머가 증착된 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부투명밀봉패널은 파릴렌 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원시패널은 경화용 충진재에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경화용 충진재는 레진이나 에폭시로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 유체는 염분을 갖는 물인 염수이고, 상기 제2 유체는 투명 오일인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법은,
그라비아 인쇄 공정을 사용하여 복수의 스루홀이 형성되어 있는 2차원배열체를 생성하는 단계; 상기 2차원배열체의 스루홀 내에 공통 전극과 전기습윤 폴리머층을 형성하여 원시패널을 생성하는 단계; 상기 원시패널의 스루홀 내에 전기습윤도의 차이가 있는 제1 유체와 제2 유체를 채우는 단계; 상기 스루홀의 상부를 투명 밀봉막으로 밀봉하고, 상기 스루홀의 하부를 투명밀봉패널로 밀봉하는 단계; 및 구동회로패널－여기서 구동회로패널은 상기 투명 밀봉막에 전기적 신호를 인가하는 복수의 TFT와 상기 TFT에 의해 인가되는 전기적 신호를 저장하는 복수의 저장콘덴서를 포함함－로 상기 스루홀의 상부를 덮는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 2차원배열체를 생성하는 단계는, 적어도 하나의 렌즈 패턴－여기서 렌즈 패턴은 상기 스루홀에 대응되는 돌기와 몰딩부를 포함함－이 형성되어 있는 그라비아 인쇄롤을 준비하는 단계; 상기 그라비아 인쇄롤에 경화용 충진재를 채우는 단계; 상기 그라비아 인쇄롤을 회전시켜서 상기 렌즈패턴에 채워진 경화용 충진재를 보조 시트에 전사시키는 단계; 및 상기 경화용 충진재에 UV나 열을 가하여 경화시켜서 상기 2차원배열체－여기서 2차원배열체에는 상기 돌기에 의해 상기 스루홀이 형성되어 있음－를 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 경화용 충진재의 전사시에 상기 경화용 충진재가 상기 돌기들 내에서 빠져나오도록 하기 위해 상기 돌기의 상부 지름과 하부 지름의 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전사시키는 단계에서 상기 그라비아 인쇄롤에 채워진 경화용 충진재가 상기 렌즈 패턴이외에 묻는 것을 방지하기 위해 블레이드를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원시패널을 생성하는 단계에서, 상기 2차원배열체에 촉매를 코팅한 후 무전해도금으로 상기 공통 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원시패널을 생성하는 단계에서, 스퍼터링에 의한 금속 증착을 사용하여 상기 2차원배열체에 상기 공통 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원시패널을 생성하는 단계에서, 상기 2차원배열체를 액상의 플루오로폴리머가 채워져 있는 챔버에 담근 후 회전장치에 의해 상기 2차원배열체를 회전시켜서 상기 공통 전극 상에 상기 전기습윤 폴리머층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원시패널을 생성하는 단계에서, 증착장치에서 생성되는 증착제를 상기 2차원배열체의 스루홀 내부에 흐름을 형성하도록 하여 상기 스루홀 내부 벽면에 상기 전기습윤 폴리머층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 유체와 제2 유체를 채우는 단계는, 상기 스루홀과 같은 크기와 같은 개수를 갖는 흡착장치를 상기 원시 패널의 하부에 부착하는 단계; 상기 제2 유체가 채워져 있는 챔버에 상기 원시패널의 상부가 담기도록 하는 단계; 제1 블레이드를 사용하여 상기 원시패널의 상부에 부착되어 있는 기포를 제거하는 단계; 상기 흡착장치측에 부착되어 있는 진공장치를 사용하여 상기 제2 유체를 상기 원시패널의 스루홀에 채우는 단계; 상기 제1 유체가 채워져 있는 챔버에 상기 원시패널의 상부가 담기도록 하는 단계; 제2 블레이드를 사용하여 상기 원시패널의 상부에 부착되어 있는 기포를 제거하는 단계; 및 상기 진공장치를 사용하여 상기 제1 유체를 상기 원시패널의 스루홀에서 상기 제2 유체 위에 채우는 단계를 포함한다.
또한, 상기 밀봉하는 단계는, 투명 밀봉액이 채워져 있는 챔버에 상기 원시패널의 상부가 담기도록 하는 단계; 제3 블레이드를 사용하여 상기 원시패널의 상부에 부착되어 있는 기포를 제거하는 단계; 상기 진공장치를 사용하여 상기 투명 밀봉액을 상기 원시패널의 스루홀에서 상기 제1 유체 위에 채우는 단계; 상기 스루홀 외부에 남아 있는 상기 투명 밀봉액을 제4 블레이드를 사용하여 제거하는 단계; UV나 열을 이용하여 상기 투명 밀봉액을 경화시켜서 상기 투명 밀봉막을 형성하는 단계; 및 상기 흡착장치와 진공장치를 제거하고, 상기 스루홀의 하부에 파릴렌 증착을 사용하여 상기 투명밀봉패널을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 투명 밀봉액이 채워져 있는 챔버에 상기 원시패널의 상부가 담기도록 하는 단계에서, 상기 투명 밀봉액과 상기 원시패널의 공통 전극 사이에 전기를 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동회로패널은 베이스시트 상에 1차원적으로 배열되어 있는 드라이버리본과 콘덴서리본을 형성하고, 상기 드라이버리본 상에 상기 투명 밀봉막에 전기적 신호를 인가하는 복수의 TFT를 형성하며, 상기 콘덴서리본 상에 상기 전기적신호를 저장하는 저장콘덴서를 형성하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 가변 초점 렌즈 어레이를 편리하게 대량 생산할 수 있다. 특히, 스루홀 내부 벽면에 박막이 균일하게 형성되어, 저전압에서도 작동이 가능하고, 밀봉과정에서의 미세 기포 유입을 차단하여 질 좋은 가변 초점 렌즈 어레이를 생산할 수 있다.
또한, 인쇄 공정의 사용에 따른 안정된 제조 공정으로 제조 원가가 저렴하고, 수율이 높아 저렴한 가변 초점 렌즈 어레이를 제공함으로써 다양한 응용이 가능하게 한다.
도 1은 많이 알려져 있는 전기습윤 기술을 이용한 가변 초점 렌즈의 기본 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 렌즈 어레이의 구성 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 구동회로 패널의 구성 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스루홀을 형성하는데 사용되는 그라비아 인쇄롤의 표면 패턴 구성 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 그라비아 인쇄롤의 사용 예시도이다.
도 6은 도 2에 도시된 2차원배열체의 생산 공정 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원시패널의 생산 공정 예시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 플루오로폴리머층의 회전 코팅 공정 예시도이다.
도 9는 도 7에 도시된 플루오로폴리머층의 증착 코팅 공정 예시도이다.
도 10은 도 2에 도시된 스루홀에 유체를 주입하는 공정 예시도이다.
도 11은 도 10에서 유체가 주입된 원시패널의 봉지 공정 예시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 렌즈 어레이의 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 렌즈 어레이의 구성 개념도이다.
도 2를 참조하면, 초점을 전기적인 신호로 가변할 수 있는 렌즈(430)들이 가로 세로로 규칙적으로 분포되어 있는데, 그 간격은 아주 가깝게 위치하고 있다.
렌즈(430)는 배경기술에 설명되어 있는 전기습윤 원리를 사용한다. 2차원배열체(190)에는 다수의 스루홀(150)이 구비되어 있다. 도시되어 있지는 않지만 스루홀(150)들 사이에는 경화된 충진재가 채워져있다.
스루홀(150)들은 수직 전극 형태로 공통 전극(120)이 형성되어 있으며, 이러한 공통 전극(120)들은 모두 전기적으로 연결된다. 공통 전극(120)은 플루오로폴리머층(130)으로 덮여있다.
스루홀(150)에는 서로 섞이지 않고 서로 굴절율 차이를 갖는 제1 유체와 제2 유체가 밀봉막에 의해 밀봉되어 있다. 일반적으로 제2 유체는 전기를 통하지 않는 투명 오일을 사용하고, 제1 유체는 염류를 포함하여 전도성을 갖는 물(염수)이 사용된다. 그리고, 기본적으로는 스루홀(150)의 하부에 투명 오일이 채워지고 그 위 상부에 염수가 채워진다.
염수측 개구, 즉 스루홀(150)의 상부를 밀봉하는 밀봉막은 전기를 통하는 성질을 갖고, 각 스루홀(150)들에 독립적으로 구성되어진다.
오일측 개구, 즉 스루홀(150)의 하부는 파릴렌을 증착하여 기포가 없는 상태로 밀봉되어 있다.
염수측 개구를 밀봉하는 밀봉막은 구동회로 패널(210)에 구성된 TFT(Thin Film Transistor)(410) 각각에 연결되어 각 스루홀(150) 내부의 염수에 전기적 신호를 주게 되어 전기습윤 현상이 일어나도록 한다.
구동회로 패널(210)에는 각각의 스루홀(150)을 구동할 수 있는 TFT(410)와 각각의 스루홀(150)의 전기적 신호를 저장하여 AM 구동이 가능하게 하는 저장콘덴서(420)가 내장되어 있다.
이하, 구동회로 패널(210)을 구성하는 일 예에 대해 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 구동회로 패널(210)의 구성 사시도이다.
도 3을 참조하면, 베이스시트(680) 상에 드라이버리본(660)과 콘덴서 리본(670)이 각각 1차원적으로 배열되어 있다.
그리고, 드라이버리본(660) 상에는 스루홀(150)의 상부 밀봉막에 전기적 신호를 인가하는 TFT(410)들이 형성되어 있다.
또한, 콘덴서리본(670)에는 스루홀(150)의 상부 밀봉막에 인가되는 전기적 신호를 저장하여 AM 구동이 가능하게 하는 저장콘덴서(420)가 형성되어 있다.
후기의 과정에서 가변 초점 렌즈 어레이의 제조 공정을 위한 구성요소들과 그 구성요소들의 결합 구조에 의한 공정 방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 스루홀(150)들은 2차원배열체(190)에 다수 형성되어 있다. 따라서, 이하에서는 2차원배열체(190)을 생성하는 공정에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스루홀(150)을 형성하는데 사용되는 그라비아 인쇄롤의 표면 패턴 구성 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 스루홀(150)을 갖는 2차원배열체(190)를 제작하기 위하여 그라비아 인쇄 공정을 사용한다.
그라비아 인쇄 공정을 위하여 그라비아 인쇄롤(300)에 렌즈 형상을 엎어 놓은 듯한 돌기(304) 패턴을 갖춰야 한다. 돌기(304) 이외의 공간은 렌즈 형성을 위한 몰딩부(306)를 구성한다.
그라비아 인쇄롤(300)에서 충진재(308)가 빠져나오기 편리하게 하기 위하여 돌기(304)는 상부 지름과 하부의 지름에 차이가 있는 것이 바람직하다.
도 5는 도 4에 도시된 그라비아 인쇄롤(300)의 사용 예시도이다.
도 5를 참조하면, 그라비아 인쇄롤(300)의 몰딩부(306)에 충진재(308)를 채운다. 여기서, 몰딩부(306)에 충진재(308)를 채우는 방법은 아래에서 설명한다.
또한, 충진재(308)는 UV나 열에 의하여 경화되는 레진이나 에폭시가 사용될 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 2차원배열체(190)의 생산 공정 예시도이다.
도 6을 참조하면, 그라비아 인쇄롤(300)이 충진재(308)가 일부 채워져 있는 충진재 챔버(310) 내에서 회전하면, 충진재 챔버(310) 내의 충진재(308)가 그라비아 인쇄롤(300)의 몰딩부(306)에 채워진다.
그리고, 그라비아 인쇄롤(300)이 계속 회전하면, 충진재(308)가 채워진 몰딩부(306)가 블레이드(320)를 통과하면서, 블레이드(320)에 의해 몰딩부(306) 이외에 묻은 충진재(308)가 제거된다.
다음, 그라비아 인쇄롤(300)의 계속되는 회전에 의해, 그라비아 인쇄롤(300)의 몰딩부(306)에 채워져 있는 충진재(308)가 그라비아 인쇄롤(300)과 보조롤(330) 사이에 있는 보조시트(340)에 전사된다.
그 후 UV나 열(350)에 의하여 보조시트(340)에 전사된 충진재(308)가 경화되고, 보조시트(340)가 제거되면, 스루홀(150)을 갖는 2차원배열체(190)가 생성된다.
여기서, 충진재(308)는 가요성이 될 수 있고, 투명한 재질을 사용할 수도 있다.
또한, 보조시트(340)는 바로 제거될 수도 있고, 다음 단계의 공정의 편리성을 위하여 다음 단계에서 제거될 수도 있다.
한편, 그라비아 인쇄 공정에 의해 2차원배열체(190)에 형성된 스루홀(150)의 형상은 광의 패스의 확산을 넓게 하기 위하여 상부 개구와 하부 개구의 크기가 다르게 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원시패널의 생산 공정 예시도이다.
도 7을 참조하면, 도 6의 공정을 통해 제조된 (a)의 2차원배열체(190)에 공통 전극(120)을 생성하여 (b)에서와 같은 2차원배열체(190)를 형성한다.
이 때, 공통 전극(120)의 생성은 비전도체에 공통 전극(120)을 생성하는 것이므로 무전해도금 방법을 사용할 수 있다. 즉, 2차원배열체(190)에 촉매를 코팅하고, 무전해도금을 진행하는 것이다. 충분한 전극 두께를 위해서 추가로 전해도금을 시행할 수도 있다.
또한, 건식 공정을 위하여 스퍼터링에 의한 금속증착을 사용할 수도 있다. 이때 스루홀(150) 내부 벽면에 충분히 증착시키기 위해서, 스루홀(150)을 통한 증착체의 흐름을 유지시켜줄 필요가 있다.
다음, (b)에서 생성되는 2차원배열체(190)에 전기습윤을 위하여 소수성의 플루오로폴리머층(130)을 (c)에 도시된 바와 같이 공통 전극(120) 위에 생성하여 원시패널(195)을 만든다.
플루오로폴리머층(130)을 공통 전극(120) 위에 생성하기 전에 파릴렌 폴리머를 공통 전극(120)에 증착하여 코팅을 생성할 수 있다. 이 경우 파릴렌 폴리머 증착 코팅은 플루오로폴리머층(130)이 공통 전극(120)에 효율적으로 코팅되게 도와주게 된다.
이러한 플루오로폴리머층(130)을 공통 전극(120)에 생성하는 방법은 여러 가지가 있으며, 이하에서는 두 가지의 예를 들어 설명한다.
도 8은 도 7에 도시된 플루오로폴리머층의 회전 코팅 공정 예시도이다.
도 8을 참조하면, 저전압에서 전기습윤 현상이 효율적으로 일어나게 하기 위하여 플루오로폴리머의 코팅 두께를 얇고 균일하게 만들어야 한다.
본 발명의 실시예에서는 액상의 플루오로폴리머로 듀퐁사의 AF1600이 사용된다.
액티브 영역인 스루홀(150)의 내부 벽면을 얇게 코팅하기 위하여 일반적인 스핀 코팅을 사용할 수는 없다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 회전챔버(371)에 공통 전극(120)이 형성된 2차원배열체(190)를 넣고, 스루홀(150)들에 AF1600ml 플루오로폴리머를 적신 후, 회전장치(370)를 회전시켜 공통 전극(120) 상에 플루오로폴리머층(130)을 생성한다.
도 9는 도 7에 도시된 플루오로폴리머층의 증착 코팅 공정 예시도이다.
도 9를 참조하면, 증착장치(380)는 스퍼터링이나 CVD 장치가 될 수 있다.
증착장치(380)에서 생성된 증착제(385)는 2차원배열체(190)의 스루홀(150) 내부에 흐름을 형성하면서 스루홀(150) 내부 벽면에 균일하게 증착되어 플루오로폴리머층(130)을 생성한다.
다음, 도 7에서 생성된 원시패널(195)에 2종류의 유체, 즉 오일과 염수를 주입하는 공정에 대해 설명한다.
도 10은 도 2에 도시된 스루홀(150)에 유체를 주입하는 공정 예시도이다.
도 10을 참조하면, 원시패널(195)의 스루홀(150)에 기포없이 유체를 주입하는 공정은 복잡성을 갖는다.
스루홀(150)에 잉크젯을 이용하여 오일을 넣고, 염수를 넣을 수 있다. 이 때 접촉면에서의 상태는 예측불허이다. 새로운 용액과 접촉하는 과정에서 미소한 기포가 유입될 수 있다. 이와 같은 기포는 렌즈의 성능에 치명적인 문제를 야기한다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 용액에 직접 접촉하여 유체를 채우는 방법을 사용한다. 원시패널(195)의 표면이 유체에 접촉하면, 접촉면에 기포가 부착될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 이 기포를 효율적으로 제거하는 방법을 제시한다.
스루홀(150) 하나 하나에 진공을 효율적으로 생성하기 위하여, 같은 크기와 같은 개수를 갖는 흡착장치(235)를 준비한다.
흡착장치(235)에 원시패널(195)을 부착하고, 오일(245)이 일부 채워져 있는 오일챔버(240)에 담근다. 이 때, 원시패널(195)의 표면과 오일(245)이 접촉하면서, 원시패널(195)의 표면에 미세 기포가 남아있을 수 있다.
(a)를 참조하면, 원시패널(195)을 블레이드1(242) 위로 이동시키면서, 원시패널(195) 표면의 미세 기포를 쓸어내 버린다. 이후 진공장치(230)를 이용하여 스루홀(150) 내부에 오일(245)을 채운다.
(b)를 참조하면, 스루홀(150) 내부에 오일(245)을 채운 상태에서 원시패널(195)을 염수(255)가 일부 채워져 있는 염수챔버(250)로 옮긴다. 이때 진공장치(230)와 흡착장치(235)는 계속 연결된 상태이고, 진공도 유지되어 있어서 스루홀(150) 내부의 오일(245) 면은 계속 유지되어 있다.
원시패널(195)가 새롭게 염수(255)와 접촉하면서 미세기포가 발생하고, 더불어 오일(245)이 원시패널(195) 표면에 부착되어 있게 된다. 원시패널(195)을 블레이드2(252) 위로 이동시키면서, 원시패널(195) 표면의 미세 기포와 오일(245)을 쓸어내 버린다.
이후, 진공장치(230)를 이용하여 스루홀(150) 내부에 염수(255)를 적정량 채운다. 이 때, 진공장치(230)를 정밀 제어하여 오일(245)과 염수(255)가 균형을 유지하도록 한다.
(c)를 참조하면, 스루홀(150) 내부에 오일(245)과 염수(255)를 채운 상태에서 원시패널(195)을 밀봉액(265)이 일부 채워져 있는 밀봉액챔버(260)로 옮긴다. 이 때 진공장치(230)와 흡착장치(235)는 계속 연결된 상태이고, 진공도 유지되어 있어서 스루홀(150) 내부의 오일(245)면과 염수(255)면은 계속 유지되어 있다.
원시패널(195)이 새롭게 밀봉액(265)과 접촉하면서 미세기포가 발생하고, 더불어 염수(255)가 원시패널(195) 표면에 부착되어 있게 된다. 원시패널(195)을 블레이드3(262) 위로 이동시키면서, 원시패널(195) 표면의 미세 기포와 염수(255)를 쓸어내 버린다.
이후 진공장치(230)를 이용하여 스루홀(150) 내부에 밀봉액(265)을 적정량 채운다. 밀봉액(265)은 극소량을 사용한다. 안정적인 유체면을 형성하기 위하여 밀봉액(265)과 원시패널(195)의 공통 전극(120) 사이에 전기를 걸어줄 수 있다.
한편, 상기에서 (a), (b) 및 (c)를 통해서 설명한 공정은 역으로 진행될 수도 있다. 또한, 용액을 흘리면서 블레이드로 용액을 긁으며 미세 기포를 제거할 수도 있다.
도 11은 도 10에서 유체가 주입된 원시패널의 봉지 공정 예시도이다.
도 11을 참조하면, 도 10에서 염수(255)의 표면에 묻혀진 밀봉액(265)이 블레이드3(262)에 의하여 스루홀(150) 이외에 묻은 것은 제거되어지고, (a)에 보인 것과 같이 UV나 열에 의해 경화되어 (b)에서와 같이 상부의 밀봉막(267)이 형성된다.
밀봉막(267)이 완성될 때까지 진공장치(230)와 흡착장치(235)는 부착되어 있을 필요가 있다. 이 밀봉막(267)은 투명이고, 전도성을 갖는 것이다. 이 밀봉막(267)을 통하여 전기가 염수(255)에 전달되어진다.
(b)를 참조하면, 오일(245) 표면이 있는 스루홀(150)의 개구는 파릴렌 증착을 이용하여 하부의 밀봉막을 생성한다. 오일면의 기포는 유입이 금지된다. 오일(245) 표면이 있는 스루홀(150)의 개구의 봉지를 위하여 진공장치(230)와 흡착장치(235)가 원시패널(195)에서 떨어지고, 표면의 오일들이 제거되어진다.
상기한 하부의 밀봉막은 하부투명밀봉패널(220)을 형성하며, 이러한 하부투명밀봉패널(220)은 위에서와 같이 파릴렌 증착으로 처리될 수 있지만, 보호층으로 투명시트를 첨가하여 형성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 렌즈 어레이의 구성도이다.
도 12를 참조하면, 상기 도 4 내지 도 9를 통해서 적어도 하나 이상의 스루홀(150)이 형성된 2차원배열체(190)에 공통 전극(120)과 플루오로폴리머층(130)을 생성하여 원시패널(195)을 만들고, 도 10을 통해서 스루홀(150)에 제1 유체인로 염수(255)와 제2 유체인 오일(245)을 채운 후, 도 11을 통해서 스루홀(150) 내부 상부를 전도성 밀봉막(봉지막)으로 봉지하고, 오일면 개구를 하부투명밀봉패널(220)로 밀봉(봉지)한 후, 전도성 봉지막(밀봉막) 각각에 전기적 접점을 갖는 TFT(410) 들과 저장콘덴서(420)들이 배열되어 있는 구동회로패널(210)을 붙여서 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 렌즈 어레이를 구성한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (19)

  1. 행렬로 배치되어 있는 복수의 렌즈－여기서 복수의 렌즈 각각은 원통형의 공통 전극, 상기 공통 전극 내에 또한 원통형으로 형성되어 있는 전기습윤 폴리머층, 상기 공통 전극의 하부를 밀봉하는 하부투명밀봉패널, 상기 공통 전극의 상부를 밀봉하는 투명 밀봉막, 및 상기 전기습윤 폴리머층에 의해 형성되는 스루홀 내에 채워져 있는 전기습윤도의 차이가 있는 제1 유체 및 제2 유체를 포함함－;
    상기 복수의 렌즈의 투명 밀봉막에 각각 연결되어 상기 투명 밀봉막에 전기적 신호를 인가하는 복수의 TFT(Thin Film Transistor); 및
    상기 복수의 렌즈의 투명 밀봉막에 각각 연결되어 상기 TFT에 의해 인가되는 전기적 신호를 저장하는 복수의 저장콘덴서를 포함하며,
    상기 복수의 렌즈에 형성되어 있는 스루홀은 그라비아 인쇄 공정을 통해 형성되고,
    상기 렌즈는, 베이스시트 상에 1차원적으로 각각 배열되어 있는 드라이버리본-여기서 드라이버리본 상에는 상기 복수의 TFT가 형성되어 있음- 및 콘덴서리본-여기서 콘덴서리본 상에는 상기 복수의 저장콘덴서가 형성되어 있음-을 포함하는 구동회로패널과 상기 하부투명밀봉패널 사이에 원시패널이 위치하여 형성되고, 상기 원시패널에는 상기 스루홀이 형성되어 있고, 상기 스루홀 내벽에 상기 공통 전극과 상기 전기습윤 폴리머층이 형성되어 있는
    것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기습윤 폴리머층과 상기 공통 전극 사이에 파릴렌 폴리머가 증착된 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부투명밀봉패널은 파릴렌 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원시패널은 경화용 충진재에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 경화용 충진재는 레진이나 에폭시로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이.
  7. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유체는 염분을 갖는 물인 염수이고,
    상기 제2 유체는 투명 오일인 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이.
  8. 전기습윤형 가변 초점 렌즈 어레이를 제조하는 방법에 있어서,
    그라비아 인쇄 공정을 사용하여 복수의 스루홀이 형성되어 있는 2차원배열체를 생성하는 단계;
    상기 2차원배열체의 스루홀 내에 공통 전극과 전기습윤 폴리머층을 형성하여 원시패널을 생성하는 단계;
    상기 원시패널의 스루홀 내에 전기습윤도의 차이가 있는 제1 유체와 제2 유체를 채우는 단계;
    상기 스루홀의 상부를 투명 밀봉막으로 밀봉하고, 상기 스루홀의 하부를 투명밀봉패널로 밀봉하는 단계; 및
    구동회로패널－여기서 구동회로패널은 상기 투명 밀봉막에 전기적 신호를 인가하는 복수의 TFT와 상기 TFT에 의해 인가되는 전기적 신호를 저장하는 복수의 저장콘덴서를 포함함－로 상기 스루홀의 상부를 덮는 단계
    를 포함하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 2차원배열체를 생성하는 단계는,
    적어도 하나의 렌즈 패턴－여기서 렌즈 패턴은 상기 스루홀에 대응되는 돌기와 몰딩부를 포함함－이 형성되어 있는 그라비아 인쇄롤을 준비하는 단계;
    상기 그라비아 인쇄롤에 경화용 충진재를 채우는 단계;
    상기 그라비아 인쇄롤을 회전시켜서 상기 렌즈패턴에 채워진 경화용 충진재를 보조 시트에 전사시키는 단계; 및
    상기 경화용 충진재에 UV나 열을 가하여 경화시켜서 상기 2차원배열체－여기서 2차원배열체에는 상기 돌기에 의해 상기 스루홀이 형성되어 있음－를 생성하는 단계
    를 포함하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 경화용 충진재의 전사시에 상기 경화용 충진재가 상기 돌기들 내에서 빠져나오도록 하기 위해 상기 돌기의 상부 지름과 하부 지름의 크기가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전사시키는 단계에서 상기 그라비아 인쇄롤에 채워진 경화용 충진재가 상기 렌즈 패턴이외에 묻는 것을 방지하기 위해 블레이드를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 원시패널을 생성하는 단계에서, 상기 2차원배열체에 촉매를 코팅한 후 무전해도금으로 상기 공통 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 원시패널을 생성하는 단계에서, 스퍼터링에 의한 금속 증착을 사용하여 상기 2차원배열체에 상기 공통 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 원시패널을 생성하는 단계에서, 상기 2차원배열체를 액상의 플루오로폴리머가 채워져 있는 챔버에 담근 후 회전장치에 의해 상기 2차원배열체를 회전시켜서 상기 공통 전극 상에 상기 전기습윤 폴리머층을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 원시패널을 생성하는 단계에서, 증착장치에서 생성되는 증착제를 상기 2차원배열체의 스루홀 내부에 흐름을 형성하도록 하여 상기 스루홀 내부 벽면에 상기 전기습윤 폴리머층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 제1 유체와 제2 유체를 채우는 단계는,
    상기 스루홀과 같은 크기와 같은 개수를 갖는 흡착장치를 상기 원시 패널의 하부에 부착하는 단계;
    상기 제2 유체가 채워져 있는 챔버에 상기 원시패널의 상부가 담기도록 하는 단계;
    제1 블레이드를 사용하여 상기 원시패널의 상부에 부착되어 있는 기포를 제거하는 단계;
    상기 흡착장치측에 부착되어 있는 진공장치를 사용하여 상기 제2 유체를 상기 원시패널의 스루홀에 채우는 단계;
    상기 제1 유체가 채워져 있는 챔버에 상기 원시패널의 상부가 담기도록 하는 단계;
    제2 블레이드를 사용하여 상기 원시패널의 상부에 부착되어 있는 기포를 제거하는 단계; 및
    상기 진공장치를 사용하여 상기 제1 유체를 상기 원시패널의 스루홀에서 상기 제2 유체 위에 채우는 단계
    를 포함하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 밀봉하는 단계는,
    투명 밀봉액이 채워져 있는 챔버에 상기 원시패널의 상부가 담기도록 하는 단계;
    제3 블레이드를 사용하여 상기 원시패널의 상부에 부착되어 있는 기포를 제거하는 단계;
    상기 진공장치를 사용하여 상기 투명 밀봉액을 상기 원시패널의 스루홀에서 상기 제1 유체 위에 채우는 단계;
    상기 스루홀 외부에 남아 있는 상기 투명 밀봉액을 제4 블레이드를 사용하여 제거하는 단계;
    UV나 열을 이용하여 상기 투명 밀봉액을 경화시켜서 상기 투명 밀봉막을 형성하는 단계; 및
    상기 흡착장치와 진공장치를 제거하고, 상기 스루홀의 하부에 파릴렌 증착을 사용하여 상기 투명밀봉패널을 형성하는 단계
    를 포함하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 투명 밀봉액이 채워져 있는 챔버에 상기 원시패널의 상부가 담기도록 하는 단계에서, 상기 투명 밀봉액과 상기 원시패널의 공통 전극 사이에 전기를 인가하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 구동회로패널은 베이스시트 상에 1차원적으로 배열되어 있는 드라이버리본과 콘덴서리본을 형성하고, 상기 드라이버리본 상에 상기 투명 밀봉막에 전기적 신호를 인가하는 복수의 TFT를 형성하며, 상기 콘덴서리본 상에 상기 전기적신호를 저장하는 저장콘덴서를 형성하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 초점 렌즈 어레이 제조 방법.
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