KR101624712B1 - 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기 나노 대전입자 등을 적용한 소자로서, 카메라 등에 적용하여 전기적으로 빛의 노출량을 조절할 수 있으면서, 다양한 형태의 격벽과, 다양한 직경의 원형 구조 패턴을 포함하는 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자에 관한 것이다.
본 발명은 상하판 도전막을 포함하는 투명기판; 무기 나노 대전입자(Inorganic charged nano-particle)을 포함하는 투명 유전체 매질; 및 상하판 도전막의 단락(short) 방지와 나노 대전입자의 이탈을 용이하게 하기 위한 유기 또는 무기 절연막;을 포함하여 구성된다.

Description

빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자{Optical electric control device for exposing light}

본 발명은 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기 나노 대전입자 등을 적용한 소자로서, 카메라 등에 적용하여 전기적으로 빛의 노출량을 조절할 수 있으면서, 다양한 형태의 격벽과, 다양한 직경의 원형 구조 패턴을 포함하는 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자에 관한 것이다.

일반적으로 도 1에서 보는 바와 같이, 광학 소자는 영상을 받아 처리하는 이미지 센서부(CMOS; 4~6번)와, 적외선을 차단하여 이미지를 원색으로 받도록 하는 IR-Filter(이미지센서필터; 3번)와, 줌인/아웃을 할 수 있도록 해주는 액츄에이터(Actuator; 2번)과, 카메라 렌즈부(1번) 등으로 이루어진다.

구체적으로 광의 투과율을 조절, 제어하는 기술은 영상을 획득하는 장치에서 조리개나 셔터로, 또는 영상을 표시하는 장치에서 개개의 화소를 구동하기 위해 널리 사용되는 기술이다.

기존 광학시스템에서 일반적으로 사용되는 가변 조리개는 주로 여러 개의 금속 블레이드(blade)를 조작하는 방식을 사용하여 왔는데, 기계적 움직임, 마찰력, 움직이는 기계 요소의 사용은 소형화를 제한하는 요인이 된다.

이를 해결하기 위해 한국공개특허 제2013-0009504호는 유체가 유동되는 공간을 구성하는 챔버; 상기 챔버 내에 마련된 것으로, 서로 혼합되지 않는 성질을 가지며, 하나는 투광성의, 다른 하나는 차광성 또는 흡광성의 물질로 형성된 제1유체와 제2유체; 상기 챔버의 내측면에 마련된 것으로, 상기 챔버 내에 전기장을 형성하기 위해 전압이 인가되는 다수의 전극들이 어레이된 제1전극부;를 포함하며, 전기장에 따른 상기 제1유체와 상기 제2유체간 계면 변화에 의해 광이 투과되는 개구가 조절되는 개구 조절 소자를 제공하여, 양 채널에서의 전기 습윤 구동을 이용하므로 조절 속도가 더욱 빠르고 전력소모가 낮으며, 의료 영상 기기나 카메라 등에 채용될 수 있는 가변 조리개나, 광학 셔터로 응용될 수 있으며, 또한, 디스플레이 소자로 응용될 수 있다.

그러나 상술한 종래 발명은 복잡한 구조로 생산 비용이 많이 들며, 특히 다양한 분야에 적극 이용하려 하다보니 스마트 폰 등의 슬림(slim)한 카메라에 적용하기에는 문제점이 많았다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 무기 나노 대전입자 등을 적용한 소자로서, 카메라 등에 적용하여 전기적으로 빛의 노출량을 조절할 수 있는 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 다양한 형태의 격벽 등으로 개개의 화소를 형성하고 다양한 직경의 원형 구조 패턴을 형성하여, 각 개개의 화소와 패턴을 전체적으로 또는 개별 구동시킴으로써 하나 또는 동시에 두개 이상의 노출량(투과율)을 가질 수 있어 기계적 조리개와 동일한 효과를 얻으면서도 일반카메라와 스마트폰에 더 우수한 성능을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상하판 도전막을 포함하는 투명기판; 무기 나노 대전입자(Inorganic charged nano-particle)을 포함하는 투명 유전체 매질; 및 상하판 도전막의 단락(short) 방지와 나노 대전입자의 이탈을 용이하게 하기 위한 유기 또는 무기 절연막;을 포함하여 구성된다.

일실시예에 있어서, 상기 도전막은 ITO, IZO을 포함하는 투명도전산화막(TCO)과 CNT(Carbone Nano Tube)막, Ag nano-wire 막, 또는 Metal 막 중 어느 하나이다.

일실시예에 있어서, 상기 투명기판은 Glass, Plastic plate, 또는 Plastic Film 중 어느 하나이다.

일실시예에 있어서, 상기 도전막에 일정 패턴을 형성하고, 상기 패턴의 전 부분에 동일한 전압신호를 인가하여 전체 투과율을 일률적으로 조절한다.

일실시예에 있어서, 상기 투명 유전체 매질의 부분 투과율을 조절하기 위해, 메트릭스 구조 또는 원형 구조를 형성한다.

일실시예에 있어서, 상기 메트릭스 구조는 투명 유전체 매질에 격벽으로 개개의 화소를 형성하고, 각 개개의 화소를 개별 구동시킴으로써 동시에 두개 이상의 노출량(투과율)을 가진다.

일실시예에 있어서, 상기 원형 구조는 상기 투명 유전체 매질에 일정한 직경의 원형 구조 패턴을 형성하고, 각각의 패턴에 전압 신호를 인가한다.

본 발명에 따르면 각 개개의 화소와 패턴을 전체적으로 또는 개별 구동시킴으로써 하나 또는 동시에 두개 이상의 노출량(투과율)을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면 매트릭스 구조 또는 다양한 직경의 원형 구조 패턴에 각각의 전압 신호를 인가하여 기계적 조리개와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 발명에 따른 광학 소자를 개략적으로 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 소자의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광학 소자의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광학 소자의 구성을 보여주는 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명은 상하판 도전막(50)을 포함하는 투명기판(10)과, 무기 나노 대전입자(Inorganic charged nano-particle; 20)를 포함하는 투명 유전체 매질(30)과, 상하판 도전막(50)의 단락(short) 방지와 나노 대전입자의 이탈을 용이하게 하기 위한 유기 또는 무기 절연막(40) 등으로 이루어진다.

도전막(50)은 ITO, IZO 등을 포함하는 투명도전산화막(TCO; Transparent Conductive Oxide)과 CNT(Carbone Nano Tube)막, Ag nano-wire 막, Metal 막 등 전기가 통할 수 있는 도전막은 모두 가능하다.

투명기판(10)은 Glass, Plastic plate, Plastic Film 등을 포함하는 광학 투명 기판이 모두 가능하다.

이하 본 발명에 따른 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자의 동작원리를 설명한다.

도 3에서 보는 바와 같이, 기본적으로 표준적인 전기영동소자(EPD; Electrophoresis Device)의 동작 원리와 유사하지만 동일한 것은 아니다.

예를 들어, (a) 일정 전압을 주지 않은 경우 무기나노대전입자(20)가 일정 배열 형상을 유지하여 빛을 차단하지만, (b)일정 전압을 준 경우 무기나노대전입자(20)가 특정 배열 형상을 유지하여 빛을 통과시킨다.

상하판 도전막(50)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 나노 크기의 대전입자들이 투명유전체 매질(30)에 고르게 분포되어 빛을 차단하며, 전압을 인가할 경우 대전된 입자들은 반대 극성의 전압이 걸리는 도전막에 흡착되어, 도전막이 없는 부분을 통해 빛이 투과된다.

나노 대전입자의 밀도와 도전막의 패턴을 적절히 조정함으로써 차단시와 투과시의 투과율을 적절히 조정하여 전기광학소자로서 일반카메라와 스마트폰에 적용할 수 있는 조리개를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따라 전체 투과율을 조절하는 방법을 자세히 살펴본다.

먼저, 전체 투과율을 조절하는 방법의 경우, 상하판 도전막에 패턴 전 부분에 동일한 전압신호를 인가하여 전체 투과율을 일률적으로 조절할 수 있다.

도 4와 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 부분 투과율을 조절하는 방법의 경우, 메트릭스 구조 또는 원형 구조를 이용하는 방법이 있다.

본 발명의 일실시예에 따라, 메트릭스 구조는 투명 유전체 매질에 격벽(120)으로 개개의 화소를 형성하고, 각 개개의 화소를 개별 구동시킴으로써 동시에 두개 이상의 노출량(투과율)을 가질 수 있는 구조이다.

즉, V1<V2<V3<V4 일 경우 차례대로 노출량이 변화하여 조리개 역할을 할 수 있다.

예를 들어, 구동 방식은 LCD의 PM(Passive Matrix) 구동, AM(Active Matrix)구동 방식을 이용하는 것이 바람직하다.

원형 구조는 투명 유전체 매질에 다양한 직경의 원형 구조 패턴을 형성하고, 각각의 패턴에 전압 신호를 인가하여 기계적 조리개와 동일한 효과를 얻으면서도 일반카메라와 스마트폰에 적용할 수 있는 조리개를 제공할 수 있다.

즉, 도 5의 (a), (b), (c)의 형상 처럼, 내부 중심에 절연막(70)과 그 외부에 투명 도전막(60)으로 지름을 달리하여 형성할 수 있으며, 이러한 다양한 직경의 원형 구조 패턴을 형성하고, 각각의 패턴에 전압 신호를 인가할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.

그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 투명기판
20 : 무기 나노 대전입자
30 : 투명 유전체 매질
40 : 유기 또는 무기 절연막
50 : 도전막
60 : 투명 도전막
70 : 절연막
120 : 격벽

Claims (7)

1. 상하판 도전막을 포함하는 투명기판;
   무기 나노 대전입자(Inorganic charged nano-particle)을 포함하는 투명 유전체 매질; 및
   상하판 도전막의 단락(short) 방지와 나노 대전입자의 이탈을 용이하게 하기 위한 유기 또는 무기 절연막;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며;
   상기 투명 유전체 매질의 부분 투과율을 조절하기 위해 원형 구조를 형성하고;
   상기 원형 구조는 상기 투명 유전체 매질에 일정한 직경의 원형 구조 패턴을 형성하고, 각각의 패턴에 전압 신호를 인가하는 것을 특징으로 하고;
   상기 일정한 직경의 원형 구조 패턴은 내부 중심에 절연막과 그 외부에 투명 도전막의 지름을 달리하여 하부에서 상부로 이격되어 복수로 형성하는 것으로, 하부에서 상부로 갈수록 절연막의 지름이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 도전막은 ITO, IZO을 포함하는 투명도전산화막(TCO)과 CNT(Carbone Nano Tube)막, Ag nano-wire 막, 또는 Metal 막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 투명기판은 Glass, Plastic plate, 또는 Plastic Film 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 도전막에 일정 패턴을 형성하고, 상기 패턴의 전 부분에 동일한 전압신호를 인가하여 전체 투과율을 일률적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 빛의 노출량을 전기적으로 조절하는 광학 소자.
   
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