KR101924613B1

KR101924613B1 - 젤을 이용한 초점 가변 수정체형 마이크로 렌즈 어레이 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101924613B1
Application number: KR1020160038663A
Authority: KR
Inventors: 서묘; 주작위; 홍웬렌
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2019-02-27
Also published as: KR20170112104A

Abstract

본 발명에 의하면, 기판(110); 상기 기판의 상면에 형성된 전극 패턴부(120); 및 상기 기판의 상면에 코팅된 젤형 박막층(150)을 포함하며, 상기 전극 패턴부는 서로 분리된 제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 구비하며, 상기 제1 전극은 서로 이격되어서 차례대로 배치되는 다수의 제1 전극부(132)를 구비하며, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극부의 사이에 하나씩 이격되어서 배치되는 다수의 제2 전극(142)을 구비하는 마이크로 렌즈 어레이가 제공된다.

Description

젤을 이용한 초점 가변 수정체형 마이크로 렌즈 어레이 및 이의 제조방법 {TUNABLE-FOCUS LENTICULAR MICROLENS ARRAY USING GEL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 마이크로 렌즈 어레이에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초점 가변 수정체형 마이크로 렌즈 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

마이크로 렌즈는 일반적으로 1mm 이하의 직경을 갖는 렌즈로서, 디스플레이 장치 및 광통신용 부품 등에서 빛의 수렴, 확산, 반사 등을 제어하기 위해 사용되는 광학 소자이다. 마이크로 렌즈 어레이는 이러한 마이크로 렌즈를 다수 구비하는데, 종래의 마이크로 렌즈 어레이는 금형성형방법과 반도체 에칭방법을 통해 제조되고 있다. 금형 성형방법은 제조하고자 하는 광학소자에 어레이된 마이크로 렌즈에 대응하는 금형을 이용하여 가압성형하는 방식으로서, 금형 제조에 큰 비용이 든다는 문제가 있다. 또한, 반도체 에칭은 반도체 공정으로 렌즈 어레이를 성형하는 방식으로서, 공정이 복잡하다는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2015-0018972 "마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조 방법" (2015.02.25.) 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2007-0026085 "광학부품 및 마이크로렌즈 어레이 기판 및 그것들의 제조방법" (2007.03.08.) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0723405 "마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조방법" (2007.05.30.)

본 발명의 목적은 제조가 용이한 마이크로 렌즈 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 초점을 조절할 수 있는 마이크로 렌즈 어레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 초점 조절이 가능한 마이크로 렌즈 어레이를 단순한 공정으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,

기판(110); 상기 기판의 상면에 형성된 전극 패턴부(120); 및 상기 기판의 상면에 코팅된 젤형 박막층(150)을 포함하며, 상기 전극 패턴부는 서로 분리된 제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 구비하며, 상기 제1 전극은 서로 이격되어서 차례대로 배치되는 다수의 제1 전극부(132)를 구비하며, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극부의 사이에 하나씩 이격되어서 배치되는 다수의 제2 전극(142)을 구비하는 마이크로 렌즈 어레이가 제공된다.

상기 다수의 제1 전극부(132)와 상기 다수의 제2 전극부(142)는 줄무늬 형태로 배치될 수 있다.

상기 제1 전극은 상기 다수의 제1 전극부와 연결되는 제1 연결부를 구비하며, 상기 제2 전극은 상기 다수의 제2 전극부와 연결되는 제2 연결부를 구비할 수 있다.

상기 젤형 박막층은 상기 다수의 제1 전극부와 상기 다수의 제2 전극부를 포함하는 영역을 덮도록 형성될 수 있다.

상기 젤형 박막층은 폴리염화비닐 젤일 수 있다.

상기 기판의 재질은 유리 또는 수지일 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면,

상기 마이크로 렌즈 어레이; 및 상기 전극 패턴부를 통해 상기 마이크로 렌즈 어레이로 직류 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 장치가 제공된다.

상기 전원부는 인가 전압을 조절할 수 있는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면,

기판(110)을 준비하는 단계; 상기 기판의 상면에 전극 패턴층(120)을 형성하는 단계; 및 상기 기판의 상면에 상기 전극 패턴층의 적어도 일부를 덮도록 젤을 코팅하여 젤형 박막층(150)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전극 패턴부는 서로 분리된 제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 구비하며, 상기 제1 전극은 서로 이격되어서 차례대로 배치되는 다수의 제1 전극부(132)를 구비하며, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극부의 사이에 하나씩 이격되어서 배치되는 다수의 제2 전극(142)을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이의 제조방법이 제공된다.

상기 젤형 박막층은 상기 다수의 제1 전극부와 상기 다수의 제2 전극부를 포함하는 영역을 덮도록 형성된다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 기판(110); 상기 기판의 상면에 형성된 전극 패턴부(120); 및 상기 기판의 상면에 코팅된 젤형 박막층(150)을 포함하며, 상기 전극 패턴부는 서로 분리된 제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 구비하며, 상기 제1 전극은 서로 이격되어서 차례대로 배치되는 다수의 제1 전극부(132)를 구비하며, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극부의 사이에 하나씩 이격되어서 배치되는 다수의 제2 전극(142)을 구비하는 마이크로 렌즈 어레이가 제공되므로, 제조가 용이하고 전극 패턴부에 인가되는 전압을 크기를 조절함으로써 초점 조절이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로 렌즈 어레이에서 멤브레인층을 제거하고 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 마이크로 렌즈 어레이의 단면도이다.
도 4는 도 3의 마이크로 렌즈 어레이 단면도에서 전원이 인가되어서 멤브레인층이 렌즈 형태로 변형된 상태를 도시한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이가 측면도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 어레이(100)는 기판(110)과, 기판(110)의 상면에 형성된 전극 패턴부(120)와, 전극 패턴부(120)를 덮도록 기판(110)의 상면에 코팅된 젤형 박막층(150)을 포함한다.

도 2는 도 1에 도시된 기판(110)의 사시도로서, 기판(110)의 상면에 형성된 전극 패턴(120)이 함께 보이도록 도시되어 있다. 도 1과 도 2를 참조하면, 기판(110)은 전극 패턴부(120)가 형성된 편평한 상면을 구비한다. 본 실시예에서는 기판(110)의 재질이 유리인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 수지와 같은 다른 재질일 수 있다.

전극 패턴부(120)는 기판(110)의 상면에 식각 방식으로 형성된다. 전극 패턴부(120)는 서로 분리된 제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 구비한다. 제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 통해 직류 전원이 인가되어서 젤형 박막층(150)이 렌즈 형태를 갖도록 변형된다.

제1 전극(130)은 줄무늬 형태로 배치되는 다수의 제1 전극부(132)와, 다수의 제1 전극부(132)를 전기적으로 연결하는 제1 연결부(131)를 구비한다.

다수의 제1 전극부(132) 각각은 일정한 폭을 가지며 직선으로 길게 연장되는 형태로서, 다수의 제1 전극부(132)는 줄무늬 형태를 갖도록 배치된다. 본 실시예에서는 제1 전극부(132)의 폭이 8㎛인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

제1 연결부(131)는 다수의 제1 전극부(132)를 전기적으로 연결시킨다. 제1 연결부(131)는 기판(110)의 제1 측 가장자리에 인접하여 직선으로 길게 연장되어서 형성되며, 제1 연결부(131)에 다수의 제1 전극부(132) 각각의 바깥 끝단이 연결된다. 제1 연결부(131)에 직류 전원의 제1 극성(본 실시예에서는 양극)이 연결된다.

제2 전극(140)은 줄무늬 형태로 배치되는 다수의 제2 전극부(142)와, 다수의 제2 전극부(142)를 전기적으로 연결하는 제2 연결부(141)를 구비한다.

다수의 제2 전극부(142) 각각은 일정한 폭을 가지며 직선으로 길게 연장되는 형태로서, 다수의 제2 전극부(142)는 줄무늬 형태를 갖도록 배치되며, 하나의 제2 전극부(142)는 두 제1 전극부(132)의 사이에 위치한다. 또한, 다수의 제2 전극부(142) 각각은 다수의 제1 전극부(132) 각각과 평행하게 연장된다. 본 실시예에서는 제2 전극부(132)의 폭이 8㎛인 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 실시예에서 인접하는 제1 전극부(132)와 제2 전극부(142) 사이의 간격은 12㎛로 모두 동일한 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.

제2 연결부(141)는 다수의 제2 전극부(142)를 전기적으로 연결시킨다. 제2 연결부(141)는 기판(110)의 제2 측(제1 연결부(131)가 인접하는 제1 측의 반대측) 가장자리에 인접하여 직선으로 길게 연장되어서 형성되며, 제2 연결부(141)에 다수의 제2 전극부(142) 각각의 바깥 끝단이 연결된다.

도 1 내지 도 5을 참조하면, 젤형 박막층(150)은 전극 패턴부(120)를 덮도록 기판(110)의 상면에 코팅된다. 도 2에 파선으로 도시된 부분의 내부 영역이 젤형 박막층(150)에 의해 덮인다. 젤형 박막층(150)은 적어도 다수의 제1 전극부(132)와 다수의 제2 전극부(142)를 덮도록 형성된다. 젤형 박막층(150)은 변형이 가능한 젤(gel)로 이루어지는데, 본 실시예에서는 폴리염화비닐(PVC) 젤인 것으로 설명한다. 젤형 박막층(150)은 전극 패턴부(120)에 전원이 인가되지 않았을 때, 그 표면이 편평하도록 두께가 일정하게 유지된다. 본 실시예에서는 젤형 박막층(150)의 두께가 50㎛ 이하인 것으로 설명한다.

이제, 상기 실시예의 작용을 설명한다. 전극 패턴부(120)에 전원이 인가되지 않았을 때에는 젤형 박막층(150)의 표면은 도 3에 도시된 바와 같이 편평한 상태를 유지한다. 도 3의 상태에서 제1 전극(130)에 양극이 연결되고 제2 전극(140)에 음극이 연결되도록 전극 패턴부(120)에 직류 전원을 인가하면, 전자가 음극으로 인가된 제2 전극(140)으로부터 젤형 박막층(150)에 충전된다. 충전 밀도가 충분히 높아지면, 정전기 척력(electrostatic rpulsion force)에 의해 도 4에 도시된 바와 같이 전자가 제1 전극(130) 쪽으로 몰리면서 젤형 박막층(150)의 표면이 파도 형태로 변형되어서, 마이크로렌즈 어레이을 형성하게 된다. 인가되는 직류 전원의 전압 크기에 따라서 변형되는 형태가 바뀌어서 초점을 조절할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이 장치는 위에서 설명된 마이크로 렌즈 어레이와, 마이크로 렌즈 어레이에 직류 전원을 인가하는 전원부를 구비한다. 전원부는 인가하는 전압의 크기를 조절할 수 있는 것이 바람직하다.

이제, 상기한 마이크로 렌즈 어레이의 제조방법을 설명한다.

도 1 내지 도 4를 통해 설명된 구조를 갖는 마이크로 렌즈 어레이의 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은, 기판(110)을 준비하는 단계와, 기판(110)의 상면에 식각과 같은 방법을 이용하여 전극 패턴부(120)를 형성하는 단계와, 기판(110)의 상면에 다수의 제1 전극부(132)와 다수의 제2 전극부(142)를 덮도록 젤을 코팅하여 젤형 박막층(150)을 형성하는 단계를 포함한다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

100 : 마이크로 렌즈 어레이 110 : 기판
120 : 전극 패턴부 130 : 제1 전극
131 : 제1 연결부 132 : 제1 전극부
140 : 제2 전극 141 : 제2 연결부
142 : 제2 전극부 150 : 젤형 박막층

Claims

기판(110);
상기 기판의 상면에 형성된 전극 패턴부(120); 및
상기 기판의 상면에 코팅된 젤형 박막층(150)을 포함하며,
상기 전극 패턴부는 서로 분리된 제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 구비하며,
상기 제1 전극은 서로 이격되어서 차례대로 배치되는 다수의 제1 전극부(132)를 구비하며,
상기 제2 전극은 상기 제1 전극부의 사이에 하나씩 이격되어서 배치되는 다수의 제2 전극부(142)를 구비하는 마이크로 렌즈 어레이에 있어서
상기 제1 전극부(132) 각각은 일정한 폭을 가지며 직선으로 길게 연장되는 형태로서, 다수의 제1 전극부(132)는 줄무늬 형태를 갖도록 배치되며,
상기 제2 전극부(142) 각각은 일정한 폭을 가지며 직선으로 길게 연장되는 형태로서, 다수의 제2 전극부(142)는 줄무늬 형태를 갖도록 배치되며,
상기 제1전극부(132) 각각은 상기 제2전극부(142) 각각과 평행하게 연장되며,
상기 제1 전극은 상기 다수의 제1 전극부(132)의 바깥 끝단과 연결되며, 기판(110)의 제1 측 가장자리에 인접하여 직선으로 길게 연결된 제1 연결부를 구비하고,
상기 제2 전극은 상기 다수의 제2 전극부(142)와 바깥 끝단과 연결되며, 기판(110)의 제 2 측 자장자리에 인접하여 직선으로 길게 연결된 제2 연결부를 구비하며,
제1전극부(132)의 표면에 위치하는 젤형 박막층은 융기하고 제2전극부(142)의 표면에 위치하는 젤형 박막층은 하강하면서 다수의 마이크로렌즈 어레이를 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이.
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청구항 1에 있어서,
상기 젤형 박막층은 상기 다수의 제1 전극부와 상기 다수의 제2 전극부를 포함하는 영역을 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이.
청구항 1에 있어서,
상기 젤형 박막층은 폴리염화비닐 젤인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이.
청구항 1에 있어서,
상기 기판의 재질은 유리 또는 수지인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이.
청구항 1, 청구항 4, 청구항 5, 청구항 6 중 어느 하나의 청구항에 기재된 마이크로 렌즈 어레이; 및
상기 전극 패턴부를 통해 상기 마이크로 렌즈 어레이로 직류 전원을 인가하는 전원부를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 전원부는 인가 전압을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이 장치.
기판(110)을 준비하는 단계;
상기 기판의 상면에 전극 패턴층(120)을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 상면에 상기 전극 패턴층의 적어도 일부를 덮도록 젤을 코팅하여 젤형 박막층(150)을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 전극 패턴부는 서로 분리된 제1 전극(130)과 제2 전극(140)을 구비하며, 상기 제1 전극은 서로 이격되어서 차례대로 배치되는 다수의 제1 전극부(132)를 구비하며, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극부의 사이에 하나씩 이격되어서 배치되는 다수의 제2 전극(142)을 구비하는 것을 특징으로 하는 제1항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 마이크로 렌즈 어레이의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 젤형 박막층은 상기 다수의 제1 전극부와 상기 다수의 제2 전극부를 포함하는 영역을 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이의 제조방법.