KR102152644B1 - 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치를 제공한다. 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치는 베이스; 상기 베이스 상에 형성된 복수의 제1 빗살 전극부를 가지는 제1 전극; 상기 제1 전극을 덮는 절연층; 그리고 상기 베이스와 상기 절연층의 사이에 형성되며, 평면도 상으로 볼 때, 상기 복수의 제1 빗살 전극부와 이격되며 서로 맞물린 형태로(interdigitated configuration) 배열되는 복수의 제2 빗살 전극부를 가지는 제2 전극으로서, 전원인가시 상기 절연층 상에 위치한 액적을 제거할 수 있는 열을 발생시키는 열선 재질로 이루어진 제2 전극;을 포함한다.

Description

전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법{DROPLET REMOVAL DEVICE BY ELECTROWETTING AND HEAT AND METHOD THEREOF}
본 발명은 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기습윤과 열에 의해 미세한 액적까지 제거할 수 있는 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고체상에 위치된 액체(liquid), 특히 방울형태(droplet)의 액체에 전기장이 가해지면, 고체에 대한 유체의 접촉각 및 표면장력이 변화된다. 이러한 액체 방울의 거동은 전기습윤효과(electrowetting effect)라고 불린다.
전기습윤효과에 따른 접촉각 및 접촉면적의 변화를 이용하여 액체방울, 즉 액적(liquid droplet)은 이동될 수 있으며, 가해지는 전기장의 방향을 제어함으로써 액적의 이동방향도 제어될 수 있다. 즉, 전기장의 방향이 인가되는 전원의 주파수에 따라 진동되면, 액적에 진동이 발생될 수 있다.
이러한 전기습윤효과를 이용하여 액적을 제어하거나 제거하는 전기습윤소자(electrowetting element)가 개발되었으며, 다양한 분야에 적용되고 있다.
예를 들어, 최근 차량의 전면 유리 또는 이를 대체할 투명 디스플레이 등에 발생하는 빗물 또는 먼지와 같은 이물질들을 효율적으로 제거할 수 있는 세정 기술의 개발이 중요하게 대두되고 있다.
또한, 카메라 등의 기기는 외부 환경에 그대로 노출될 수 있다. 따라서, 비가 오는 경우나, 물에 젖는 등의 경우에 카메라 표면에 물방울이 부착되게 된다. 소형 카메라의 시야를 깨끗하게 유지하기 위해서는 렌즈 표면에 발생하는 액적들을 즉시 제거해야 하는데, 별도의 액적제거 수단이 없어서, 이 경우, 카메라 성능이 상당히 저하될 수밖에 없었다.
표면의 액적을 제거하기 위한 종래의 전기습윤소자에서는, 플러스 및 마이너스로 차이나게 교류전원을 전극에 인가하고, 전기습윤효과에 의한 진동에 의해 액적을 제거하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 전극의 폭보다 작은 크기의 미세한 액적의 경우, 전기습윤효과에 의해 제거가 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기습윤과 열에 의해 미세한 액적까지 제거할 수 있는 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치를 제공한다. 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치는 베이스; 상기 베이스 상에 형성된 복수의 제1 빗살 전극부를 가지는 제1 전극; 상기 제1 전극을 덮는 절연층; 그리고 상기 베이스와 상기 절연층의 사이에 형성되며, 평면도 상으로 볼 때, 상기 복수의 제1 빗살 전극부와 이격되며 서로 맞물린 형태로(interdigitated configuration) 배열되는 복수의 제2 빗살 전극부를 가지는 제2 전극으로서, 전원인가시 상기 절연층 상에 위치한 액적을 제거할 수 있는 열을 발생시키는 열선 재질로 이루어진 제2 전극;을 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극은 투명전극이고, 상기 절연층은 유전체층 및 상기 유전체층의 표면에 형성된 소수성막을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 전원인가시 상기 절연층 상에 위치한 액적을 제거할 수 있는 열을 발생시키는 열선 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 일측에서 상기 복수의 제1 빗살 전극부를 연결하는 제1 연결 전극부;를 더 포함하며, 상기 제2 전극은 타측에서 상기 복수의 제2 빗살 전극부를 연결하는 제2 연결 전극부;를 더 포함하며, 각 상기 제1 빗살 전극부는 이웃한 2개의 상기 제2 빗살 전극부 사이로 진입하여 상기 제2 연결 전극부의 인근까지 연장된 후 리턴되어 빠져나오도록 형성되며, 각 상기 제2 빗살 전극부는 이웃한 2개의 상기 제1 빗살 전극부 사이로 진입하여 상기 제1 연결 전극부 인근까지 연장된 후 리턴되어 빠져나오도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 베이스와 상기 절연층의 사이에 형성되며, 상기 복수의 제1 빗살 전극부와 이격되며 서로 맞물린 형태로(interdigitated configuration) 배열되는 복수의 제3 빗살 전극부를 가지는 제3 전극;을 더 포함하며, 상기 각 제2 빗살 전극부는 상기 각 제1 빗살 전극부와 상기 각 제3 빗살 전극부 사이로 연장되며, 상기 제1 빗살 전극부의 단부 및 상기 제3 빗살 전극부의 단부에서 굴곡되어 리턴되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극 중 적어도 하나에 교류전원을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 상기 절연층 상의 액적을 진동시켜 제거하고, 상기 제2 전극에 전원을 인가하여 발열시켜 상기 액적을 제거하는 회로부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 절연층은, 상기 제1 전극을 덮는 절연층과 상기 절연층을 덮는 추가의 절연층을 포함하며, 상기 제2 전극은 상기 절연층과 상기 추가의 절연층 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거방법에 있어서, 제1항의 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 사용하여, 제1 모드에서 상기 제1 전극에 교류전원을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 상기 절연층 상의 액적을 진동시켜 제거하는 단계; 그리고 제2 모드에서 상기 제2 전극에 전원을 인가하여 발열시킴으로써, 열에 의해 상기 제1 모드시 제거되지 않은 액적을 제거하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치를 사용하여, 제3 모드에서 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극 중 적어도 하나에 교류전원을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 상기 절연층 상의 액적을 진동시켜 제거하는 단계; 그리고 제4 모드에서 상기 제2 전극에 전원을 인가하여 발열시켜 상기 액적을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 제5 모드에서 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 전원을 인가하여, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 상기 절연층 상의 액적을 진동시켜 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기술적 과제는 전기습윤과 열에 의해 미세한 액적까지 제거할 수 있는 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 전기습윤에 의한 액적제거 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 액적에 크기에 따라 전기습윤에 의해 제거효과의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 3및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 나타내는 도면들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 나타내는 도면이다.
도 6및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 나타내는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거방법을 나타내는 도면이다.
도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거방법을 나타내는 도면이다.
도10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법을 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 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 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 전기습윤에 의한 액적제거 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에는 빗물, 안개 등의 액체 등의 액적(Droplet), 먼지, 서리 등을 자체적으로 제거할 수 있는 전기습윤에 의한 액적제거 방법의 원리가 예시되어 있다.
기기는 외부 환경에 노출되며, 그 결과 빗물 등의 액적이 기기의 표면에 부착될 수 있다. 카메라 등의 시야를 흐리는 액적이 표면에 부착되는 즉시 액적의 제거가 필요하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액적(droplet)은 전극들(131,151)에 주기적인 전위차가 인가되면, 전극들(131,151) 간의 전기장의 진동으로 인해 액적에 진동이 발생하고, 액적이 결국 표면으로부터 떨어지는 현상에 의해 액적이 제거될 수 있다.
이때, 전극들(131,151)에 특정한 주파수의 전위차를 인가할 때, 이웃한 전극들에 모두 교류전압을 인가하거나, 하나의 전극을 공통전원(com) 또는 그라운드(ground) 전압으로 두고 다른 하나의 전극에 교류전원을 인가할 수도 있다.
액적이 위치한 표면이 경사진 표면인 경우, 진동되는 액적은 더 쉽게 표면으로부터 떨어질 수 있다.
교류전원으로는, 예를 들어 저주파 교류전원을 인가하여 액적이 진동하도록 함으로써, 액적의 표면 장력을 변화시킬 수 있다. 다만, 교류전원은 저주파 교류전원으로 제한되지는 않는다.
예를 들어, 차량 유리는 평면을 기준으로 소정의 경사를 가지고 있으므로, 액적(droplet)은 진동하면서 아래 방향(결국에는 차량 유리의 바깥 측)으로 이동하게 된다.
구체적으로는, 수백 Hz 이하, 예를 들어 10Hz의 저주파 교류전원을 전극에 인가하면, 전극을 덮은 절연층(170) 표면에 접한 액적의 면적이 지속적으로 변화(떨림)하여 액적이 진동하며, 그 결과 액적과 절연층(170)의 표면 사이의 부착력이 지속적으로 감소하여 액적이 이동하여 제거될 수 있다.
도 2는 액적에 크기에 따라 전기습윤에 의해 제거효과의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
그러나, 액적이 미세한 크기여서, 전극들(131,151) 사이에 걸쳐지지 못하고, 전극들(131,151)의 폭보다 작은 크기의 액적이 전극 위에 위치하거나(예: 22), 전극들(131,151) 사이에 위치하거나(예: 23), 하나의 전극에만 걸쳐지는 경우(예:25), 전술한 바와 같이 액적에 진동발생이 이루어지지 않거나 약하여, 절연층(170) 표면으로부터 액적이 쉽게 이탈되지 않는 문제가 있다.
이러한 문제는 전극들(131,151)에 인가되는 교류전원의 주파수나 전압의 크기를 제어하는 방법 등으로는 해소되기 어려운 문제이다.
도 3및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 나타내는 도면들이다.
본 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치는 예를 들어, 외부 유리를 포함하는 기기, 예를 들어 차량의 카메라, 디지털 카메라, 모바일 카메라, 사물 인터넷의 이미지 센서, 차량의 전면 유리창 등의 표면에 존재하는 액적을 제거하는 장치일 수 있다. 이외에도 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치는 액적이 제거될 필요가 있는 모든 기기에 적용될 수 있다.
전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치는 베이스(110), 제1 전극(300), 제2 전극(500) 및 절연층(170)을 포함한다.
전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치는 하나의 디바이스로서 각종 기기의 표면에 부착되거나 설치될 수 있다. 또는 기기의 표면의 일부로서 포함될 수도 있다.
베이스(110)는 기기의 표면에 형성되거나 부착될 수 있다.
제1 전극(300)은 베이스(110) 상에 형성된 복수의 제1 빗살 전극부(330)와, 일측에서 이들을 연결하는 제1 연결 전극부(350)와, 제1 전원입력단(310)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 복수의 제1 빗살 전극부(330)는 서로 나란하게 배열될 수 있으며, 대략 0.1mm ~ 2.0mm 정도의 폭을 가질 수 있다. 복수의 제1 빗살 전극부(330) 사이 간격은 대략 0.1 mm 내외 정도일 수 있다. 전극의 폭과 간격은 예시일 뿐이며, 적용되는 기기와 제거될 액적의 특성 등에 따라 달라질 수 있다. 빛이 투과되야 하는 기기에서는 제1 전극(300)은 투명전극(예: ITO)로 형성될 수 있다. 물론 빛이 전극을 투과할 필요가 없는 기기에서는 제1 전극(300)은 불투명한 재질로 이루어질 수 있다.
도 3에 제시된 빗살 모양의 형태는 예시일 뿐이며, 그 형태는 필요에 따라 변경될 수 있다.
도 3에서 제1 전극(300)의 말단부는 단선되어 있거나, 전류가 흐르도록 배선될 수도 있다.
제2 전극(500)은 베이스(110)와 절연층(170)의 사이에 형성될 수 있다. 제2 전극(500)은 복수의 제2 전원인가단(510), 제2 빗살 전극부(530) 및 제2 연결 전극부(550)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 평면도 상으로 볼 때, 복수의 제2 빗살 전극부(530)는 복수의 제1 빗살 전극부(330)와 이격되며 서로 맞물린 형태로(interdigitated configuration) 배열될 수 있다.
제2 연결 전극부(550)는 제1 연결 전극부(350)와 대향하는 타측에서 복수의 제2 빗살 전극부(530)를 연결할 수 있다.
제2 전극(500)은 전원인가시 후술될 절연층(170) 상에 위치한 액적을 제거할 수 있는 열을 발생시키는 열선 재질로 이루어질 수 있다. 물론 제2 전극(500)도 투명전극으로 이루어질 수 있다. 다만, 제2 전극(500)은 전류가 흐르는 배선일 수 있으며, 발열을 위한 배선재질로 이루어져서 통전시에 발열될 수 있다.
열선으로 사용가능 하면서 투명재질로는, 메탈 산화막, 인듐주석산화물(ITO: Indium Oxide), 안티몬주석산화물(ATO: Antimony Tin Oxide), 아연산화물(ZnO), 주석산화물(SnO2), 인듐아연산화물(IZO: Indium Zinc Oxide), 갈륨아연산화물(GZO: Gallium Zinc Oxide), 알루미늄아연산화물(AZO: Aluminium-dopped Zinc Oxide), 카드뮴주석산화물(CTO: Cadmium Tin Oxide), 메탈나노와이어, 피닷, 메탈 메쉬, 메탈 ink, 탄소나노튜브 등을 예로 들 수 있다.
한편, 투명성, 즉 빛의 상당한 투과율이 요구되는 디바이스가 아닌 경우에는 열선이면서 불투명한 재질로 제2 전극(500)을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 텅스텐, 백금, 납, 수은, 니크롬 등과 같은 재질로 제2 전극을 형성할 수 있다.
열선으로서의 제2 전극(500)에 대해서는 더 후술된다.
절연층(170)은 제1 전극(300) 및 제2 전극(500)을 덮도록 형성된다. 빗방울 등의 액적은 절연층(170) 표면에 접할 수 있다. 절연층(170)으로는 폴리실라잔, SiO2 등의 재질이 사용될 수 있으며, 물론 이에 한정되는 것은 아니며, 적절한 유전율을 가지며, 디바이스에 접합한 재질라면 다양한 절연물질이 사용될 수 있다.
예를 들어, 절연층(170)은 유전체층 및 유전체층 위에 형성된 소수성막을 포함할 수 있다. 유전체층과 소수성막을 포함하는 절연층(170)은 소수성 절연층으로 볼 수 있다. 물방울의 물분자는 소수성막 상에 특정 범위의 접촉각을 이루도록 부착될 수 있다. 이러한 접촉각이 형성됨으로써 전극에 전원인가시 진동이 발생되기가 더 쉬워질 수 있다.
각 제2 빗살 전극부(530)는 단일선이 이웃한 두개의 제1 빗살 전극부(330) 사이에 단순히 연장된 형태일 수 있다. 이와 다르게, 이웃한 2개의 제1 빗살 전극부(330) 사이로 제2 빗살 전극부(530)가 진입하여 나란하게 연장된 후, 제1 연결 전극부(350) 인근에서 제2 빗살 전극부(530)가 리턴되어 회귀하여 그 사이로부터 빠져나오는 형상을 가질 수 있다(도 3 참조). 제2 전극(500)은 제2 빗살 전극부(530)의 이러한 형성패턴이 반복된 구조를 가질 수 있다.
이에 따라, 제2 전극(500)에 전원이 인가되면, 제2 빗살 전극부(530)를 따라 전류가 제1 빗살 전극부(330)들 사이로 흐를 수 있다. 이에 따라 열선인 제2 빗살 전극부(530)에서 열이 발생될 수 있다.
예를 들어, 제1 모드에서 제1 전극(300)에 교류전원을 인가하여 제1 전극(300)과 제2 전극(500) 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 절연층(170) 상의 액적을 진동시켜 제거할 수 있다
이때, 제2 전극(500)은 Vo로 상태로 유지될 수 있다. Vo는 공통전원(com)이거나 그라운드일 수 있다. 이와 다르게, 제2 전극(500)에도 제1 전극(300)과 위상이 다른 교류전원이 인가될 수도 있다.
이러한, 제1 모드에 의해, 전극들 사이에 걸쳐진 액적은 진동에 의해 제거될 수 있다.
한편, 제2 모드에서 제2 전극(500)에 전원을 인가하여 발열시킴으로써, 열에 의해 제1 모드시에 제거되지 않은 액적(예: 도 2에서 22,23,25)을 제거할 수 있다.
한편, 열선의 발열에 의해 디바이스 표면에 부착된 서리나 눈과 같은 얼음 형태의 입자도 제거될 수 있다.
이 경우 제2 모드에서 제2 전극(500)에 인가되는 전원은 도 4에 예시된 바와 같이 직류전원일 수 있다. 이와 다르게, 제2 모드에서도 제2 전극(500)에 교류전원이 인가되어 발열에 의해 미세 액적을 제거할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 나타내는 도면이다.
도 5에 제시된 실시예에서, 제2 전극(500)은 도 3 및 도 4에서 설명된 제2 전극(500)과 실질적으로 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
본 실시예에서 제1 전극(300)도 전원인가시 절연층(170) 상에 위치한 액적을 제거할 수 있는 열을 발생시키는 열선 재질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(300)의 각 제1 빗살 전극부(330)는 이웃한 2개의 제2 빗살 전극부(530) 사이로 진입하여 연장된 후 제2 연결 전극부(550) 인근에서 리턴되어 빠져나오도록 형성될 수 있다. 제1 전극(300)은 이러한 제1 빗살 전극부(330)의 형성패턴이 반복된 구조를 가질 수 있다.
마찬가지로, 각 제2 빗살 전극부(530)는, 이웃한 2개의 제1 빗살 전극부(330) 사이로 진입하여 나란하게 연장된 후, 제1 연결 전극부(350) 인근에서 제2 빗살 전극부(530)가 리턴되어 회귀하여 사이로부터 빠져나오는 형상을 가질 수 있다. 제2 전극(500)은 제2 빗살 전극부(530)의 이러한 형성패턴이 반복된 구조를 가질 수 있다.
제1 모드에서 제1 전극(300) 및 제2 전극(500)에 서로 다른 위상의 교류전원이 인가되거나, 제1 전극(300)에 교류전원이 인가되고, 제2 전극(500)에 Vo의 전원이 인가될 수 있다. 이에 따라 전극들에 걸쳐진 액적(예: 도 2에서 21,24)이 전기습윤효과에 의한 진동에 의해 제거될 수 있다.
제2 모드에서 열선인 제1 전극(300) 및 열선인 제2 전극(500) 중 적어도 하나에 발열을 위한 전원(직류 또는 교류)를 인가하여 발열시킴으로써, 제1 모드에서 제거되지 못한 미세 액적을 열에 의해 제거(예: 증발)할 수 있다.
도 6및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 나타내는 도면들이다. 도 7은 설명의 편의상 도 6에서 전극들을 분리하여 도시하였다.
본 실시예의 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치는 베이스(110), 제1 전극(300), 제2 전극(500), 제3 전극(700) 및 절연층(170)을 포함한다.
제1 전극(300)은 복수의 제1 빗살 전극부(330)를 포함하며, 제2 전극(500)은 복수의 제2 빗살 전극부(530)를 포함한다. 복수의 제2 빗살 전극부(530)는 제1 빗살 전극부(330)와 이격되며 서로 맞물린 형태로(interdigitated configuration) 배열되는 것은 도 3 및 도 4에서 설명된 것과 같으나, 제2 빗살 전극부(530)의 형태는 후술되는 바와 같은 차이가 있다.
제3 전극(700)은 베이스(110)와 절연층(170)의 사이에 형성되며, 복수의 제3 빗살 전극부(730)와 타측에서 복수의 제3 빗살 전극부(730)를 연결하는 제3 연결 전극부(750)를 포함할 수 있다.
제3 전극(700)도 필요에 따라 투명 재질이나 불투명 재질을 사용하여 형성될 수 있다.
복수의 제3 빗살 전극부(730)는 복수의 제1 빗살 전극부(330)와 이격되며 서로 맞물린 형태로(interdigitated configuration) 배열될 수 있다.
각 제1 빗살 전극부(330)의 단부는 제3 연결 전극부(750)와 이격되어 있고, 각 제3 빗살 전극부(730)의 단부도 제1 연결 전극부(350)와 이격되어 있다.
각 제2 빗살 전극부(530)는 각 제1 빗살 전극부(330)와 각 제3 빗살 전극부(730) 사이로 연장되며, 제1 빗살 전극부(330)의 단부 및 제3 빗살 전극부(730)의 단부에서 라운드지게 굴곡되며 각 제1 빗살 전극부(330)와 각 제3 빗살 전극부(730) 사이로 연장된다.
이러한, 제1 빗살 전극부(330), 제2 빗살 전극부(530) 및 제3 빗살 전극부(730)의 형성패턴 반복되어 있다.
이러한, 도 6 및 도 7에 제시된 실시예에서, 제1 전극(300), 제2 전극(500) 및 제3 전극(700)에 인가되는 전원을 회로부(1000)를 통해 제어하여, 전기습윤방식 및 열 방식으로 미세 액적까지 제거할 수 있다.
이러한 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거방법을 도 8 및 도 9에서 후술한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거방법을 나타내는 도면이다.
전기습윤 및 열에 의한 액적 제거방법의 일 예로, 도 6 및 도 7에 제시된 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 사용하여 설명한다.
예를 들어, 도 6 에 도시된 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치의 단면의 일 예로서 도 8과 같은 단면을 참조하면, 제3 모드에서 제1 전극(300) 및 제3 전극(700) 중 적어도 하나에 교류전원을 인가하여 제1 전극(300)과 제3 전극(700) 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 절연층(170) 상의 액적을 진동시켜 제거할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(300)에 교류전원을 인가하고, 제3전극에 Vo를 인가하면, 제1 빗살 전극부(330)와 제3 빗살 전극부(730)에 걸쳐진 액적은 진동에 의해 제거될 수 있다.
이때, 제1 빗살 전극부(330)와 제3 빗살 전극부(730) 사이에 열선인 제2 전극(500)에는 전원이 인가되지 않을 수 있다. 따라서 제2 전극(500)에 의한 액적 제거용 발열은 없는 상태이다.
이후, 제4 모드에서 제2 전극(500)에 전원을 인가하여 발열시켜 제3 모드에서 제거되지 못한 미세 액적들이 열에 의해 증발 등의 방법으로 제거될 수 있다.
이러한, 전원인가를 제어하기 위해, 회로부(1000)가 제1 전극(300), 제2 전극(500) 및 제3 전극(700)과 전기적으로 연결될 수 있다(도 6참조).
도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거방법을 나타내는 도면이다.
도 9에 제시된 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거방법에서, 진동에 의한 액적제거를 위한 제5 모드에서, 열선인 제2 전극(500)에도 교류 내지 Vo를 인가하여 제1 전극(300)과 제2 전극(500) 사이 또는 제2 전극(500)과 제3 전극(700) 사이에 걸쳐진 액적도 진동에 의해 제거할 수 있다.
이러한, 제5 모드에서, 제2 전극(500)에 교류가 인가되는 경우, 제1 전극(300) 및 제3 전극(700)에는 교류 내지 Vo가 인가될 수 있다.
이와 다르게, 제5 모드에서, 제2 전극(500)에 Vo가 인가되는 경우, 제1 전극(300) 및 제3 전극(700)에는 교류가 인가될 수 있다.
이에 따라, 제1 전극(300)과 제2 전극(500) 간의 주기적 전위차와, 제2 전극(500)과 제3 전극(700) 간의 주기적 전위차에 의해 액적에 진동을 발생시켜 제거할 수 있다.
이후, 제6 모드에서 제1 전극(300) 및 제3 전극(700)에 Vo를 인가하고, 제2 전극(500)에 직류전원을 인가하여 발열시킴으로써, 제5 모드에서 제거되지 않은 미세 액적을 열에 의해 제거할 수 있다.
도10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법을 나타내는 도면이다.
도 10에 제시된 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치는 베이스(110), 베이스(110)에 형성된 제2 빗살 전극부(530)를 가지는 제2 전극(500), 제2 전극(500)을 덮는 절연층(170), 절연층(170) 위에 형성된 제1 전극(300) 및 제3 전극(700), 제1 전극(300) 및 제3 전극(700)을 덮는 추가의 절연층(190)을 포함할 수 있다. 평면도로 볼 때, 제2 빗살 전극부(530)는 제1 빗살 전극부(330)와 제3 빗살 전극부(730)의 사이에 위치하도록 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 추가의 절연층(190)이 유전체층의 표면에 소수성막을 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예는 제1 전극(300) 및 제3 전극(700)보다 열선인 제2 전극(500)이 표면으로부터 더 멀리 배치된 형태를 개시한다.
본 실시예와는 다르게, 제1 전극(300) 및 제3 전극(700)보다 열선인 제2 전극(500)이 표면에 더 근접하도록 배치되는 구성도 물론 가능하다.
또는, 본 실시예와는 다르게, 열선인 제2 전극(500)이 베이스(110)의 아래에 위치되는 구성도 채택될 수도 있다.
이러한 도 10에 제시된 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 사용한 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거방법에서, 제1 전극(300)과 제3 전극(700) 중 적어도 하나에 교류전원을 인가하여 진동에 의해 액적을 제거할 수 있다. 이후, 제2 전극(500)에 직류전원 또는 교류전원 인가하여 발열에 의해 미세 액적을 제거할 수 있다.
제1 전극(300)과 제3 전극(700) 중 적어도 하나에 교류전원을 인가하여 진동에 의해 액적을 제거할 때, 제2 전극(500)에는 전원이 인가되지 않을 수 있다.
이와 다르게, 제1 전극(300)과 제3 전극(700) 중 적어도 하나에 교류전원을 인가하여 진동에 의해 액적을 제거할 때, 열선인 제2 전극(500)에도 교류 내지 Vo를 인가하여 제1 전극(300)과 제2 전극(500) 사이 또는 제2 전극(500)과 제3 전극(700) 사이에 걸쳐진 액적도 진동에 의해 제거할 수도 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 베이스
170 : 절연층
300 : 제1 전극
330 : 제1 빗살 전극부
350 : 제1 연결 전극부
500 : 제2 전극
530 : 제2 빗살 전극부
550 : 제2 연결 전극부
700 : 제3 전극
730 : 제3 빗살 전극부
750 : 제3 연결 전극부
1000 : 회로부

Claims (10)

  1. 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치에 있어서,
    베이스;
    상기 베이스 상에 형성된 복수의 제1 빗살 전극부를 가지는 제1 전극;
    상기 제1 전극을 덮는 절연층; 그리고
    상기 베이스와 상기 절연층의 사이에 형성되며, 평면도 상으로 볼 때, 상기 복수의 제1 빗살 전극부와 이격되며, 상기 제1 빗살 전극부와의 전위 차이에 기초하여 상기 전기습윤을 발생시키도록 상기 제1 빗살 전극부와 서로 맞물린 형태로(interdigitated configuration) 배열되는 복수의 제2 빗살 전극부를 가지는 제2 전극으로서, 전원인가시 상기 절연층 상에 위치한 액적을 제거할 수 있는 열을 발생시키는 열선 재질로 이루어진 제2 전극;을 포함하고,
    상기 제1 전극은 일측에서 상기 복수의 제1 빗살 전극부를 연결하는 제1 연결 전극부;를 더 포함하고,
    상기 제2 전극은 타측에서 상기 복수의 제2 빗살 전극부를 연결하는 제2 연결 전극부;를 더 포함하고,
    각 상기 제2 빗살 전극부는 이웃한 2개의 상기 제1 빗살 전극부 사이로 진입하여 상기 제1 연결 전극부의 인근까지 연장된 후 리턴되어 빠져나오도록 형성되며,
    상기 제2 전극은 상기 복수의 제2 빗살 전극부가 전류의 흐름 경로가 되어 열을 발생시키도록 하나의 폐회로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 전극 및 제2 전극은 투명전극이고,
    상기 절연층은, 유전체층 및 상기 유전체층의 표면에 형성된 소수성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은 전원인가시 상기 절연층 상에 위치한 액적을 제거할 수 있는 열을 발생시키는 열선 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치.
  4. 제3항에 있어서,
    각 상기 제1 빗살 전극부는 이웃한 2개의 상기 제2 빗살 전극부 사이로 진입하여 상기 제2 연결 전극부의 인근까지 연장된 후 리턴되어 빠져나오도록 형성되며,
    상기 제1 전극은 상기 복수의 제1 빗살 전극부가 전류의 흐름 경로가 되어 열을 발생시키도록 하나의 폐회로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스와 상기 절연층의 사이에 형성되며, 상기 복수의 제1 빗살 전극부와 이격되며 서로 맞물린 형태로(interdigitated configuration) 배열되는 복수의 제3 빗살 전극부를 가지는 제3 전극;을 더 포함하며,
    상기 각 제2 빗살 전극부는 상기 각 제1 빗살 전극부와 상기 각 제3 빗살 전극부 사이로 연장되며, 상기 제1 빗살 전극부의 단부 및 상기 제3 빗살 전극부의 단부에서 굴곡되어 리턴되는 것을 특징으로 하는 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제3 전극 중 적어도 하나에 교류전원을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 상기 절연층 상의 액적을 진동시켜 제거하고, 상기 제2 전극에 전원을 인가하여 발열시켜 상기 액적을 제거하는 회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은, 상기 제1 전극을 덮는 절연층과 상기 절연층을 덮는 추가의 절연층을 포함하며,
    상기 제2 전극은 상기 절연층과 상기 추가의 절연층 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치.
  8. 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거방법에 있어서,
    제1항의 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치를 사용하여,
    제1 모드에서 상기 제1 전극에 교류전원을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 상기 절연층 상의 액적을 진동시켜 제거하는 단계; 그리고
    제2 모드에서 상기 제2 전극에 전원을 인가하여 발열시킴으로써, 열에 의해 상기 제1 모드시 제거되지 않은 액적을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거방법.
  9. 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거방법에 있어서,
    제5항의 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거장치를 사용하여,
    제1 모드에서 상기 제1 전극에 교류전원을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 상기 절연층 상의 액적을 진동시켜 제거하는 단계;
    제2 모드에서 상기 제2 전극에 전원을 인가하여 발열시킴으로써, 열에 의해 상기 제1 모드시 제거되지 않은 액적을 제거하는 단계;
    제3 모드에서 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극 중 적어도 하나에 교류전원을 인가하여 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 상기 절연층 상의 액적을 진동시켜 제거하는 단계; 그리고
    제4 모드에서 상기 제2 전극에 전원을 인가하여 발열시켜 상기 액적을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거방법.
  10. 제9항에 있어서,
    제5 모드에서 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극에 전원을 인가하여, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 간의 주기적 전위차에 의한 전기습윤에 의해 상기 절연층 상의 액적을 진동시켜 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기습윤 및 열을 이용한 액적 제거방법.
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