KR102343444B1 - 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법 - Google Patents

전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102343444B1
KR102343444B1 KR1020190144647A KR20190144647A KR102343444B1 KR 102343444 B1 KR102343444 B1 KR 102343444B1 KR 1020190144647 A KR1020190144647 A KR 1020190144647A KR 20190144647 A KR20190144647 A KR 20190144647A KR 102343444 B1 KR102343444 B1 KR 102343444B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
vibration
electrodes
self
droplets
Prior art date
Application number
KR1020190144647A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210057899A (ko
Inventor
이강용
이정민
이대영
김대근
Original Assignee
주식회사 마이크로시스템
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 마이크로시스템 filed Critical 주식회사 마이크로시스템
Priority to KR1020190144647A priority Critical patent/KR102343444B1/ko
Priority to PCT/KR2020/012974 priority patent/WO2021096055A1/ko
Publication of KR20210057899A publication Critical patent/KR20210057899A/ko
Priority to KR1020210176230A priority patent/KR102529598B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102343444B1 publication Critical patent/KR102343444B1/ko
Priority to US17/742,396 priority patent/US11833556B2/en
Priority to US18/496,611 priority patent/US20240066565A1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned
    • B08B7/026—Using sound waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
    • B06B1/0269—Driving circuits for generating signals continuous in time for generating multiple frequencies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B13/00—Accessories or details of general applicability for machines or apparatus for cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/70—Specific application
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B11/00—Cleaning flexible or delicate articles by methods or apparatus specially adapted thereto
    • B08B11/04—Cleaning flexible or delicate articles by methods or apparatus specially adapted thereto specially adapted for plate glass, e.g. prior to manufacture of windshields

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)

Abstract

전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법이 개시된다. 상기 자가 세정 장치는 고체 물질층 위에 배열된 적어도 하나의 제 1 전극, 상기 제 1 전극 위에 배열된 제 1 절연막, 상기 제 1 절연막 위에 배열된 소수성막 및 적어도 하나의 기계 진동부를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 전극에 제 1 전기 신호를 인가하여 액적의 수평방향 진동을 유발하는 전기적 진동을 발생시켜 상기 소수성막 위의 액적들을 병합시키며, 상기 기계 진동부는 상기 액적의 수직방향 진동을 유발하는 기계적 진동을 발생시켜 상기 병합된 액적을 특정 방향으로 이동시키거나 미립화시켜 제거한다.

Description

전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법{SEFL CLEANING DEVICE AND METHOD USING ELECTRICAL OSCILLATION AND MECHANICAL OSCILLATION}
본 발명은 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 부품의 전장화와 스마트 카(smart car)의 확산에 따라 다양한 주행 정보를 차량 전면 유리(windshield)에 디스플레이 하는 HUD(Head-up-display) 기술과 이에 더 나아가 차량 전면 유리를 투명 디스플레이로 대체하려는 노력이 진행되고 있다.
이에 따라, 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.
현재 대부분의 차량들은 일반적으로 와이퍼(wiper)를 이용하여 오염 요소들을 제거한다. 하지만, 와이퍼는 구동 시 전면 유리 위에서 반복 운동을 하며 운전자의 시야를 계속 방해할 뿐만 아니라, 제거 할 수 있는 면적도 호(arc)형태로 한정적이다. 또한, 와이퍼가 노후 되면, 마찰소음이 발생하고 제거 능력이 감소하기 때문에, 정기적으로 와이퍼를 교체해야만 하는 문제가 있다.
또한, 카메라 등의 기기는 외부 환경에 그대로 노출된다. 따라서, 비가 오는 경우, 물에 젖는 경우 등에 카메라 표면에 물이 부착되게 된다. 이 경우, 상기 물을 제거할 별도의 기능이 없기 때문에, 카메라 성능이 상당히 저하될 수밖에 없었다.
게다가, 소형 카메라의 시야를 깨끗하게 유지하기 위해서는 렌즈 표면에 발생하는 액적들을 즉시 제거해야 하는데, 이를 위하여 세정 장치를 지속적으로 구동시키면, 불필요한 전력 소모가 발생할 뿐만 아니라 세정 장치의 수명이 감소한다.
KR 10-1653807 B
본 발명은 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 세정 장치는 고체 물질층 위에 배열된 적어도 하나의 제 1 전극; 상기 제 1 전극 위에 배열된 제 1 절연막; 상기 제 1 절연막 위에 배열된 소수성막; 및 적어도 하나의 기계 진동부를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 전극에 제 1 전기 신호를 인가하여 액적의 수평방향 진동을 유발하는 전기적 진동을 발생시켜 상기 소수성막 위의 액적들을 병합시키며, 상기 기계 진동부는 상기 액적의 수직방향 진동을 유발하는 기계적 진동을 발생시켜 상기 병합된 액적을 특정 방향으로 이동시키거나 미립화시켜 제거한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자가 세정 장치는 고체 물질층 위에 배열된 적어도 하나의 전극; 상기 전극 위에 배열된 절연막; 상기 절연막 위에 배열된 소수성막; 적어도 하나의 기계 진동부; 및 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 전극에 전기 신호를 인가함에 따라 상기 소수성막 위의 액적에 전기적 진동이 발생하고, 상기 기계 진동부가 기계적 진동을 발생시켜 상기 액적을 진동시키며, 상기 제어부는 상기 소수성막 위의 액적에 따라 상기 전기적 진동 또는 상기 기계적 진동을 선택적으로 발생시키도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자가 세정 방법은 전기 신호를 전극에 인가하여 자가 세정 장치 표면의 액적들에 전기적 진동을 발생시켜 상기 액적들을 병합시켜 새로운 액적을 발생시키는 단계; 및 상기 새로운 액적에 기계적 진동을 제공하여 상기 새로운 액적을 이동시키거나 미립화하여 상기 자가 세정 장치로부터 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 자가 세정 장치 및 방법은 전기적 진동을 이용하여 액적들을 병합시켜 더 큰 사이즈의 액적을 생성하고, 기계적 진동을 이용하여 상기 생성된 액적을 상기 자가 세정 장치 외부로 이동시키거나 미립화하여 제거할 수 있다. 결과적으로, 상기 액적 제거 효율이 향상될 수 있다. 특히, 상기 자가 세정 장치는 전도성 액적, 비전도성 액적, 먼지, 서리 등의 오염 물질을 모두 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자가 세정 장치의 분해 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 전기적 진동 및 기계적 진동에 따른 액적 움직임을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 진동에 따른 액적의 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 진동에 따른 액적의 변화를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 패턴을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가 세정 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 세정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자가 세정 장치를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극들의 배열을 도시한 단면도이다.
도 11은 삼상접선을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 액적 제거 과정을 도시한 도면이다.
도 13은 먼지 제거 과정을 도시한 도면이다.
도 14는 미소 액적 제거 과정을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자가 세정 장치를 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 분포를 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 전기 신호들을 전극들에 인가하였을 때의 위치별/시간별 전위차를 도시한 도면이다.
도 18은 2개의 전기 신호들을 전극들에 인가하였을 때의 위치별/시간별 전위차를 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 분포에 따른 액적의 이동을 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 3층 구조의 자가 세정 장치를 도시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 구조의 자가 세정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 구조의 자가 세정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명은 빗물, 안개 등의 액적(Droplet), 먼지, 서리 등을 자체적으로 제거할 수 있는 자가 세정 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 자가 세정 장치는 단독 기기일 수도 있고, 타 물체에 결합되는 기기일 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 자가 세정 장치는 전기적 진동 및 기계적 진동을 이용하여 표면에 부착된 빗물 등의 액적을 효율적으로 제거할 수 있다.
액적의 부피가 10㎕ 이상일 경우에는 상기 자가 세정 장치의 소수성 표면의 특징상 상기 액적이 이동하여 제거되는 반면에, 액적의 부피가 10㎕ 미만일 경우에는 자연적으로 액적이 이동되지 않기 때문에 진동을 발생시켜 상기 액적을 제거하여야 한다.
액적의 수직방향 진동을 유발하는 기계적 진동은 3㎕ 내지 10㎕의 액적을 제거할 수 있으나, 3㎕ 미만의 액적은 제거하기 어렵다. 다만, 기계적 진동은 액적을 미립화시킬 수 있을 정도로 강한 진동이 발생하기 때문에 액적 제거 효율이 높다.
액적의 수평방향 진동을 유발하는 전기적 진동은 3㎕ 이상의 액적뿐만 아니라 3㎕ 미만의 액적도 제거가 가능하다. 다만, 전기적 진동은 액적 제거 효율이 기계적 진동을 사용하였을 때보다 낮다.
따라서, 본 발명의 자가 세정 장치는 액적의 크기와 상관없이 액적을 높은 효율을 가지고 제거할 수 있도록 전기적 진동과 기계적 진동을 함께 사용할 수 있다. 물론, 상기 자가 세정 장치는 상황에 따라 전기적 진동만 사용할 수도 있고 기계적 진동만 사용할 수도 있으며, 전기적 진동과 기계적 진동을 함께 사용할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자가 세정 장치는 3㎕ 미만의 액적이 표면에 부착된 경우, 예를 들어 작은 사이즈의 빗방울이 표면에 부착된 경우 액적의 수평방향 진동을 유발하는 전기적 진동을 이용하여 액적들을 병합시켜 3㎕ 이상의 새로운 액적을 생성하고, 상기 새로운 액적을 기계적 진동을 이용하여 제거할 수 있다. 즉, 상기 자가 세정 장치는 전기적 진동을 통하여 액적을 병합시킨 후 기계적 진동을 이용하여 병합된 액적을 제거할 수 있다.
한편, 상기 자가 세정 장치는 외부 유리를 포함하는 기기, 예를 들어 차량의 카메라, 디지털 카메라, 모바일 카메라, 사물 인터넷의 이미지 센서 등에 사용될 수 있다.
또한, 상기 자가 세정 장치는 차량의 전면 유리창에 사용될 수 있다. 물론, 상기 자가 세정 장치는 액적을 제거할 수 있는 한 카메라, 차량의 유리창으로 한정되지는 않으며 다양하게 변형될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자가 세정 장치의 분해 구조를 도시한 도면이며, 도 2는 전기적 진동 및 기계적 진동에 따른 액적 움직임을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 진동에 따른 액적의 변화를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 진동에 따른 액적의 변화를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 패턴을 도시한 도면이다.
본 실시예의 자가 세정 장치는 전기적 진동 또는 기계적 진동을 이용하여 액적을 제거한다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기적 진동을 위하여 수백 Hz 이하, 예를 들어 50Hz의 저주파 교류 전압을 전극(102)에 인가할 수 있다. 이 경우, 자가 세정 장치의 표면에 부착된 액적의 면적이 지속적으로 변화(떨림)하여 액적이 진동하며, 그 결과 액적과 자가 세정 장치 표면 사이의 부착력이 지속적으로 감소하여 액적이 이동되어 제거된다. 특히, 이러한 진동 방식은 20㎕ 크기 이상의 액적뿐만 아니라 20㎕ 미만의 액적도 제거할 수 있으며, 실제적으로 수 fl(펨토리터) 크기의 액적도 제거할 수 있다. 실제 빗물 등의 사이즈는 20㎕ 미만이다.
반면에, 고주파(예를 들어, 10㎑ 이상) 전압을 전극에 인가하면, 액적이 길이 방향으로 상당히 퍼지는 현상이 발생하며, 그 결과 액적이 거의 슬라이딩되지 않아서 액적 제거가 용이하지 않다. 따라서, 고체 물질층이 큰 각도로 기울어지지 않는 이상 액적이 중력 방향으로 슬라이딩되지 않으며, 제거 가능하더라도 20㎕ 이상의 액적만 슬라이딩될 수 있다. 즉, 고주파 전압 인가시에는 실제 액적 제거가 불가능하다.
일 실시예에 따르면, 상기 기계적 진동을 위하여 음파 발생기를 이용할 수 있다. 상기 음파 발생기를 이용하면 특정 주파수에서 음파 공진 진동이 발생하며, 이러한 진동에 의해 상기 자가 세정 장치의 표면에 부착된 액적이 이동하거나 미립화될 수 있다. 물론, 상기 기계적 진동은 음파 발생기가 아니어도 기계적 방식을 이용하여 진동을 발생시키는 한 제한이 없다.
도 1을 참조하여 구조를 살펴보면, 본 실시예의 자가 세정 장치는 전기적 진동 또는 기계적 진동을 이용한 자가 세정 장치로서 고체 물질층(100), 적어도 하나의 전극(12), 절연막(104), 소수성막(Hydrophobic Layer, 106) 및 기계 진동부(108)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 자가 세정 장치는 전기적 진동 또는 기계적 진동을 선택적으로 제어할 수 있는 제어부를 추가적으로 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 고체 물질층(100), 적어도 하나의 전극(102), 절연막(104) 및 소수성막(106)이 순차적으로 배열되고, 기계 진동부(108)는 고체 물질층(100)의 하부에 위치하며, 빗방울 등의 액적은 소수성막(106) 위에 부착될 수 있다. 즉, 소수성막(106)이 외부로 노출되어 액적이 부착되는 면이다.
고체 물질층(100)은 기저층이며, 예를 들어 기판일 수 있다.
전극(102)은 투명 전극으로서 고체 물질층(100) 위에 배열되며, 특정 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전극들(102)은 도 5에 도시된 바와 같이 빗살 패턴을 형성할 수 있다.
절연막(104)은 전극(102) 위에 배열되며, 페럴린 C, 테프론 및 금속 산화막으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
소수성막(106)은 절연막(104) 위에 배열되며, 물과 같은 유체와 친화성이 낮은 물질로 구성될 수 있다. 결과적으로, 액적이 소수성막(106)의 표면에서 용이하게 이동할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 소수성막(106)은 발수성, 발유성 및 내화학성 특성을 가지는 불소계 물질(불소 원자를 함유하는 불소 화합물 포함)에 유기 소재 물질 및 무기 소재 물질의 결합을 돕는 실란계 물질(유무기 실란 화합물 포함)을 함유할 수 있다.
이러한 소수성막(106)은 발수성, 발유성, 내화학성뿐만 아니라 불소계 물질로 이루어진 소수성막에 비하여 강한 내구성을 가질 수 있다.
소수성막(106)이 강한 내구성을 가지므로, 소수성막(106)은 얇은 두께(예를 들어, 수십 nm)로 이루어지더라도 충분한 내구성을 가질 수 있다. 소수성막(106)이 얇은 두께로 이루어지면, 소수성막(106)은 또한 우수한 광투과율을 가질 수 있으며, 따라서 액적을 용이하게 제거하면서도 차량 유리 또는 카메라 렌즈가 충분한 시야를 확보할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 불소 화합물은 그 표면이 소수성을 띠도록 그 표면에 49at% 이상의 불소 원자를 함유할 수 있다. 상기 불소 화합물은 -CxFy-, CxFyHz-, -CxFyCzHp-, -CxFyO-, -CxFyN(H)- 등(여기서, x, y, z, p는 각각 자연수)의 화학식을 갖는 고분자일 수 있으며, 비정질 불소 화합물, 예를 들어, AF1600과 같은 물질일 수 있다. 여기서, 소수성막(106)의 표면은 소수성막(106)의 상면으로부터 하부 방향으로 50옹스트롬되는 거리 내지 100옹스트롬까지의 거리까지의 박막을 의미할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유무기 실란 화합물은 아미노기, 비닐기, 에폭시기, 알콕시기, 할로겐기, 메르캡토기, 설파이드기 등을 하나 이상 갖는 유무기실란 화합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 기능성 유무기실란 화합물은 아미노프로필트리에톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노-메톡시실란, 페닐아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리디메톡시실란, γ-아미노프로필디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아미노프로필디에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리(메톡시에톡시)실란, 디-, 트리- 또는 테트라알콕시실란, 비닐메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐에폭시실란, 비닐트리에폭시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 클로로트리메틸실란, 트리클로로에틸실란, 트리클로로메틸실란, 트리클로로페닐실란, 트리클로로비닐실란, 메르캡토프로필트리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 비스(트리메톡시실릴프로필)아민, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스(트리에톡시실릴프로필)디설파이드, (메타크릴옥시)프로필트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필디에톡시실란,3-글리시독시프로필트리에톡시실란, p-스티릴트리메톡시실란 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있고, 바람직하게는 아미노프로필트리에톡시실란 또는 이를 포함하는 조합일 수 있다.
기계 진동부(108)는 기계적 진동을 발생시키며, 예를 들어 단일 음파 또는 다중 음파를 발생시키는 음파 발생기일 수 있다. 1개의 도넛 형상의 기계 진동부(108a)가 고체 물질층(100)의 하부에 배열될 수도 있고, 복수의 기계 진동부들(108b)이 고체 물질층(100)의 하부에 배열될 수 있다. 즉, 기계 진동부(108)가 기계적 진동을 발생시킬 수 있는 한 기계 진동부(108)의 사이즈, 형상 또는 개수는 특별히 제한되지 않는다.
이하, 이러한 구조를 가지는 자가 세정 장치의 액적 제거 동작을 살펴보겠다. 고체 물질층(100), 전극(102), 절연막(104) 및 소수성막(106)은 하나의 칩(200) 내에 포함되어 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 자가 세정 장치는 전극(102)에 전기 신호, 예를 들어 교류 전압을 인가하여 액적들을 진동시킬 수 있고, 그 결과 상기 액적들이 부착력이 약해지면서 도 2의 (b) 및 도 3에 도시된 바와 같이 이동하여 병합될 수 있다. 결과적으로, 3㎕ 미만의 액적이 상기 자가 세정 장치의 표면에 부착되었을 때에도 액적들이 병합됨에 따라 생성된 액적은 3㎕ 이상의 부피를 가질 수 있다. 즉, 미세 액적들이 병합되어 기계적 진동에 의해 분쇄가 가능한 크기의 액적으로 변화된다. 이 때, 기계 진동부(108)는 활성화되어 있지 않다.
이어서, 상기 자가 세정 장치는 상기 전기적 진동을 중지시키고 기계적 진동을 발생시킨다. 이 경우, 도 2의 (c2) 및 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 병합된 액적이 미끌어져 제거되거나, 도 2의 (c1) 및 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 병합된 액적이 분쇄(미립화)될 수 있다. 상기 미립화는 상기 액적의 부피가 기계 진동부(108)에서 발생된 음파의 공진 주파수와 맞을 때 이루어질 수 있다. 이러한 미립화는 상기 액적뿐만 아니라 자가 세정 장치의 표면에 발생한 오염 물질도 제거할 수 있다.
즉, 상기 자가 세정 장치는 전기적 진동을 이용하여 기계적 진동에 의해 제거 가능한 사이즈로 액적들을 병합시키고 기계적 진동을 이용하여 병합된 액적들을 제거할 수 있다. 물론, 병합되지 않은 액적이 존재할 수 있으며, 이러한 액적 또한 상기 전기적 진동 및 상기 기계적 진동에 의해 이동하거나 미립화되어 제거될 수 있다.
요컨대, 상기 자가 세정 장치는 전기적 진동 및 기계적 진동을 이용하여 액적의 사이즈에 관계없이 액적을 효율적으로 빠른 시간 내에 제거할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 자가 세정 장치는 상황에 따라 전기적 진동 또는 기계적 진동을 선택적으로 사용할 수도 있다.
예를 들어, 상기 자가 세정 장치는 감지부(예를 들어 카메라를 포함함)를 이용하여 액적의 종류, 사이즈 또는 형상을 감지하고, 상기 감지 결과에 따라 전기적 진동 또는 기계적 진동을 선택하여 사용할 수 있다.
일 예로, 굵은 비가 내릴 때, 상기 자가 세정 장치는 대다수 빗방울의 사이즈가 3㎕ 이상임을 감지하고, 상기 감지 결과에 따라 전기적 진동 없이 기계적 진동만 발생시킬 수 있다.
다른 예로, 보슬비가 내릴 때, 상기 자가 세정 장치는 대다수 빗방울의 사이즈가 3㎕ 미만임을 감지하고, 상기 감지 결과에 따라 기계적 진동없이 전기적 진동만을 발생시킬 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 자가 세정 장치는 전기적 진동 및 기계적 진동을 동시에 발생시킬 수도 있다. 예를 들어, 빠르게 액적을 제거하고자 하는 경우, 상기 자가 세정 장치는 전기적 진동 및 기계적 진동을 동시에 발생시킬 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 복수의 기계적 진동부들(108b)이 존재하는 경우, 상기 자가 세정 장치는 전기적 진동을 발생시켜 액적들을 병합시킨 후 기계적 진동부들(108b) 중 일부만 동작시켜 일부 영역에서만 기계적 진동을 발생시킬 수도 있다. 이러한 방법은 일부 영역에만 액적이 부착되어 있을 때 수행될 수 있다.
정리하면, 본 실시예의 자가 세정 장치는 액적의 수평방향 진동을 유발하는 전기적 진동과 액적의 수직방향 진동을 유발하는 기계적 진동을 모두 사용하며, 상황에 따라 전기적 진동과 기계적 진동을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 결과적으로, 액적 및 오염 물질이 효율적으로 제거될 수 있다. 특히, 상기 기계적 진동과 상기 전기적 진동 과정에서 삼상계면의 고속 이동으로 발생한 강한 전단력과 액적의 내외부에서 발생한 유동이 표면에 고착된 모든 종류의 액체 또는 고체 오염물들을 제거할 수 있다.
한편, 위에서는 주파수를 언급하지 않았지만, 상황에 따라 전기적 진동 또는 기계적 진동을 위한 주파수가 다를 수 있다.
예를 들어, 상기 전기적 진동 후 기계적 진동을 발생시킬 때 상기 기계적 진동 발생을 위한 주파수가 상기 전기적 진동과 상기 기계적 진동을 동시에 발생시킬 때 상기 기계적 진동 발생을 위한 주파수와 다를 수 있다.
또한, 제거될 액적의 종류,사이즈 또는 형상에 따라 기계적 진동부(108)의 형태와 개수가 다를 수 있고, 기계적 진동부(108)는 상황에 따라 단일 음파 또는 다중 음파를 발생시킬 수 있다.
게다가, 상기 전기적 진동 또는 기계적 진동은 일정한 세기를 가지지 않고 시간에 따라 가변될 수도 있다.
이하, 전기적 진동에 대하여 좀 더 자세히 살펴보겠다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가 세정 장치의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가 세정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 자가 세정 장치는 고체 물체층(100), 전극(102), 절연막(104), 소수성막(106), 전압 인가부(600) 및 스위칭부(602)를 포함할 수 있다.
전압 인가부(600)는 전극(102)에 미리 설정된 기준 주파수를 기준으로 고주파 교류 전압을 인가한다.
스위칭부(602)는 도 7에 도시된 바와 같이 고주파 교류 전압을 온오프(on/off) 스위칭할 수 있으며, 그 결과 고주파 교류 전압과 저주파 교류 전압이 한 주기 내에 모두 발생할 수 있다. 이 경우, 소수성막(106)의 표면에 부착된 전도성 액적 및 비전도성 액적이 제거될 수 있다.
구체적으로는, 저주파 교류 전압이 전극(102)에 인가되면 전기습윤 원리에 의하여 전도성 액적이 진동하여 상기 전도성 액적과 소수성막(106) 사이의 접촉각이 변화되고, 고주파 교류 전압이 전극(120)에 인가되면 비전도성 액적이 유전영동(dielectrophoresis) 원리에 의하여 진동하여 상기 비전도성 액적과 소수성막(106) 사이의 접촉각이 변화된다. 상기 진동에 따라 액적과 소수성막(106) 사이의 부착력이 감소하며, 그 결과 상기 액적이 중력에 의해 이동하여 제거된다.
이 때, 소수성막(106)이 소정 각도로 기울어져 있으면, 액적의 이동 방향에서의 접촉각과 이동 방향의 반대 방향에서의 접촉각이 다르게 되며, 이러한 접촉각 차이로 인하여 액적이 더 잘 미끌어지게 된다.
또한, 액적과 소수성막(106) 사이의 접촉각은 도 8에 도시된 바와 같이 전극(102)의 결 방향에서 더 크게 발생한다. 따라서, 전극(102)의 결 방향을 중력 방향으로 형성하면, 액적이 더 잘 제거될 수 있다.
기계적 진동도 함께 고려하면, 상기 자가 세정 장치는 고주파 교류 전압을 스위칭 인가한 후 기계적 진동을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 상기 자가 세정 장치는 전도성 액적 및 비전도성 액적을 모두 병합시키고, 병합된 액적을 기계적 진동을 이용하여 제거할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자가 세정 장치를 도시한 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극들의 배열을 도시한 단면도이며, 도 11은 삼상접선을 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 액적 제거 과정을 도시한 도면이고, 도 13은 먼지 제거 과정을 도시한 도면이며, 도 14는 미소 액적 제거 과정을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 자가 세정 장치는 다층 구조를 가질 수 있다. 도 9에서는 2층 구조를 도시하였으나, 3층 이상의 구조를 가질 수 있다. 다만, 이하 설명의 편의를 위하여 2층 구조로 가정하겠다.
상기 자가 세정 장치는 고체 물체층(900), 제 1 전극들(902) 및 제 1 절연막(904)을 가지는 제 1 층 및 제 2 전극들(906) 및 제 2 절연막(908)을 가지는 제 2 층을 포함할 수 있다. 물론, 제 2 절연막(908) 위에 소수성막이 존재할 수 있다.
제 1 전극들(902)은 고체 물체층(900) 위에 소정 간격을 가지고 배열될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 전극들(902) 중 일부는 양의 전압이 인가되는 전극으로 동작하고 다른 제 1 전극들은 접지 전압이 인가되는 전극으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 양의 전압이 인가되는 제 1 전극과 음의 전압이 인가되는 제 1 전극이 교대로 배열될 수 있다.
제 1 절연막(904)은 제 1 전극들(902) 위에 형성되며, 제 1 전극들(902)을 덮을 수 있다.
제 2 전극들(906)은 제 1 절연막(904) 위에 소정 간격을 가지고 배열될 수 있다. 여기서, 상기 간격은 제 1 전극들(902) 사이의 간격과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 제 2 전극들(906) 중 일부는 양의 전압이 인가되는 전극으로 동작하고 다른 제 2 전극들은 접지 전압이 인가되는 전극으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 양의 전압이 인가되는 제 2 전극과 음의 전압이 인가되는 제 2 전극이 교대로 배열될 수 있다.
제 1 전극들(902)과의 배열을 살펴보면, 제 2 전극들(906)은 제 1 전극들(902)과 이격되어 있지만 평행하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극들(902)과 제 2 전극들(906)이 모두 상기 자가 세정 장치의 가로 방향으로 배열될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제 2 전극들(906)은 제 1 전극들(902)에 교차하여 배열될 수도 있으며, 예를 들어 십자 형태로 배열될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 전극들(902)은 상기 자가 세정 장치의 가로 방향으로 배열되고 제 2 전극들(906)은 상기 자가 세정 장치의 세로 방향으로 배열될 수 있다.
물론, 도 9에서는 2개의 층만 도시하였지만, 3개 이상의 층들이 존재할 경우에는 각 층들의 전극 배열이 더 다양할 수 있다. 다만, 이 경우에도 2개의 층들만 비교하면, 전극들은 평행하거나 교차로 배열되게 된다.
제 2 절연막(908)은 제 2 전극들(906) 위에 형성되며, 제 2 전극들(906)을 덮을 수 있다.
정리하면, 상기 자가 세정 장치는 각기 전극과 절연막으로 이루어진 복수의 층들을 포함할 수 있다. 한편, 상기 자가 세정 장치는 도 9에 도시된 바와 같이 평면 형상을 가질 수도 있지만, 도 12에 도시된 바와 같이 플렉서블한 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 고체 물체층(900)이 플렉서블한 재질로 이루어질 수 있다.
이러한 다층 구조일 때의 전극들(902 및 906)의 배열을 살펴보고, 배열에따른 효과를 살펴보겠다.
도 10을 참조하면, 제 1 전극들(902a 및 902b)이 소정 간격을 가지고 배열되고, 제 2 전극들(906a 및 906b)이 소정 간격을 가지고 배열될 수 있다. 여기서, 제 1 전극(902a)으로는 양의 전압이 인가되고 제 1 전극(902b)으로는 접지 전압이 인가되며, 제 2 전극(906a)으로는 양의 전압이 인가되고 제 2 전극(906b)로는 접지전압이 인가될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이 제 1 전극들(902)과 제 2 전극들(906)이 적어도 일부 겹칠 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(902a)의 우측 종단부와 제 2 전극(906a)의 좌측 종단부가 겹치고, 제 1 전극(902a)의 좌측 종단부와 제 2 전극(906b)의 우측 종단부가 겹치며, 제 1 전극(902b)의 우측 종단부와 제 2 전극(906b)의 좌측 종단부가 겹칠 수 있다. 물론, 제 1 전극들(902)과 제 2 전극들(906)은 도 10에 도시된 구조가 확장된 형태로 배열될 것이다.
다른 관점에서는, 제 1 전극들(902)이 제 2 전극들(906) 사이에 배열될 수 있다. 결과적으로, 상기 자가 세정 장치의 표면의 넓은 면적에 걸쳐서 빈 공간 없이 전극이 배열될 수 있다.
이렇게 전극들(902 및 906)을 배열했을 때의 효과를 살펴보겠다.
도 11를 참조하면, 액적(910)과 상기 자가 세정 장치의 표면이 만나는 계면인 삼상접선(triple contact line)이 존재하는데, 단층 구조의 자가 세정 장치에서는 도 11의 좌측 그림에서 보여지는 바와 같이 삼상접선의 직하부에 전극이 배열되지 않을 수 있는 반면에, 다층 구조의 자가 세정 장치에서는 삼상접선의 직하부에 전극이 배열되게 된다. 결과적으로, 상기 전극에 의해 발생되는 전기장이 상기 삼상접선에 해당하는 액적(910)에 직접적으로 영향을 미치므로 다층 구조의 자가 세정 장치의 액적 제거 효율이 단층 구조의 자가 세정 장치의 액적 제거 효율보다 상당히 높아질 수 있다.
상기 자가 세정 장치의 동작 방법을 살펴보면, 모든 구동 방법(직류 인가 방법, 교류 인가 방법, 저주파 전압 및 고주파 전압의 교대적 인가 방법 등)이 적용될 수 있다.
예를 들어, 교류 전압을 전극들(902 및 906)에 인가하여 액적(910)을 진동시키면, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 액적 및 먼지가 이동하여 제거될 수 있으며, 도 14에 도시된 바와 같이 미소 액적 또한 원활히 제거될 수 있다. 특히, 교류 전력을 온오프 스위칭 방식으로 전극들(902 및 906)에 인가하면 전도성/비전도성 액적이 모두 제거될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 전극들(902)로의 전원 인가 방법과 제 2 전극들(906)로의 전원 인가 방식이 다를 수도 있다.
예를 들어, 제 1 전극들(902)과 제 2 전극들(906)로 동일한 교류 전압이 인가되지만 제 1 전극들(902)로 인가되는 교류 전압이 제 2 전극들(906)로 인가되는 교류 전압보다 높을 수 있다.
다른 예로, 전극들(902 및 906)로 동일한 교류 전압이 인가되되, 제 1 전극들(902)로 인가되는 전압의 주파수가 제 2 전극들(906)로 인가되는 전압의 주파수와 다를 수도 있다.
기계적 진동도 함께 고려하면, 상기 자가 세정 장치는 제 1 전극들(902)과 제 2 전극들(906)에 모두 교류 전압을 인가하여 액적을 이동시켜 병합시키고, 기계적 진동을 발생시켜 상기 병합된 액적을 제거할 수 있다. 이 때, 제 1 전극들(902)과 제 2 전극들(906)로 인가되는 교류 전압의 크기가 다를 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 자가 세정 장치는 제 1 전극들(902)과 제 2 전극들(906) 중 하나의 전극들에만 교류 전압을 인가하여 액적을 병합시키고, 기계적 진동을 발생시켜 상기 병합된 액적을 제거할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자가 세정 장치를 도시한 단면도이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 분포를 도시한 도면이며, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 전기 신호들을 전극들에 인가하였을 때의 위치별/시간별 전위차를 도시한 도면이다. 도 18은 2개의 전기 신호들을 전극들에 인가하였을 때의 위치별/시간별 전위차를 도시한 도면이며 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 분포에 따른 액적의 이동을 도시한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예의 자가 세정 장치는 순차적으로 배열된 기판(1500), 전극들(1502) 및 절연층(1504)을 포함할 수 있다. 물론, 절연층(1504) 위에 소수성막이 형성되고, 상기 소수성막 위에 액적(1506)이 놓여질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전극들(1502)에 3개 이상의 전기 신호들(교류 전압)이 동시에 인가될 수 있으며, 그 결과 액적(1506)이 진동하여 표면으로부터 부착력이 약해질 수 있다. 여기서, 상기 전기 신호들은 위상, 진폭 및 주파수 중 적어도 하나가 다를 수 있다. 즉, 상기 자가 세정 장치는 위상, 진폭 또는 주파수가 다른 3종류 이상의 전기 신호들을 전극들(1502)에 인가할 수 있다.
예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이 제 1 전극들로 제 1 전기 신호(제 1 교류 전압, V1)가 인가되고, 제 2 전극들로 제 2 전기 신호(제 2 교류 전압, V2)가 인가되며, 제 3 전극들로 제 3 전기 신호(제 3 교류 전압, V3)가 인가될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극 및 상기 제 3 전극은 순차적으로 배열되며, 순차적으로 배열된 전극들의 구조가 반복적으로 형성될 수 있다.
이렇게 전기 신호들을 인가하면, 도 16에 도시된 바와 같이 상대적으로 전기장이 강한 영역들이 특정 방향(예를 들어, 중력 방향)으로 이동하는 또는 상대적으로 전기장이 강한 영역들이 상기 특정 방향으로 순차적으로 보여지는 전기장 분포가 형성될 수 있다.
액적(1506)은 도 19에 보여지는 바와 같이 전기습윤 원리에 의해 전기장이 강한 영역으로 이동하며, 그 결과 이러한 전기장 분포는 액적을 진동시킬뿐만 아니라 액적을 특정 방향으로 이동시킬 수 있고, 액적들을 병합하여 이동하게 만들 수 있다. 결과적으로, 액적이 더 잘 제거될 수 있으며, 중력에 대한 의존성을 낮출 수 있다.
구체적으로는, 자가 세정 장치가 부착된 유리 등이 기울어진 상태에서 상기 자가 세정 장치의 전극들로 전기 신호가 인가되면 액적이 진동하고 상기 진동에 따라 상기 액적과 상기 자가 세정 장치의 표면 사이의 부착력이 약해지면서 상기 액적이 중력 방향으로 이동하여 제거된다.
이러한 원리에 3종류 이상의 전기 신호들을 전극들(1502)에 인가하는 기술을 추가하면, 상기 전기장 분포로 인하여 액적들(1506)이 더 잘 병합되어지고 중력 방향으로 더 잘 이동하게 된다. 즉, 동일한 표면 기울기 상태에서도, 본 실시예의 자가 세정 장치가 다른 실시예의 자가 세정 장치보다 액적(1506)을 중력 방향으로 더 잘 이동시켜 제거할 수 있다.
또한, 상대적으로 작은 표면 기울기 상태에서도, 본 실시예의 자가 세정 장치는 액적(1506)을 중력 방향으로 잘 이동시켜 제거할 수 있다. 즉, 액적(1506)을 제거하는 데 있어서 중력에 대한 의존성을 낮출 수 있다.
게다가, 표면 기울기가 없는 상태에서도, 본 방법의 전기 신호를 인가하는 방법을 사용하면 상기 자가 세정 장치는 액적(1506)을 특정 방향으로 이동시켜 제거할 수 있다.
즉, 본 발명의 자가 세정 장치는 표면 기울기와 상관없이 액적(1506)의 제거가 가능하다.
다만, 서로 다른 2개 이하의 전기 신호들을 전극들(1502)에 인가하면, 도 18에 도시된 바와 같이 전극 간의 위치별/시간별 전위차가 동일하다. 결과적으로, 전기장이 강한 영역들이 특정 방향으로 이동하는 또는 전기장이 강한 영역들이 순차적으로 보여지는 전기장 분포가 나타나지 않는다. 따라서, 중력에 대한 의존성을 낮출 수가 없다.
반면에, 3개 이상의 서로 다른 전기 신호들을 전극들(1502)에 인가하면, 도 17에 도시된 바와 같이 전극 간의 위치별/시간별 전위차가 계속 바뀌게 된다. 결과적으로, 전기장이 강한 영역들이 특정 방향으로 이동하는 또는 전기장이 강한 영역들이 순차적으로 보여지는 전기장 분포가 나타나서 중력에 대한 의존성을 낮출 수가 있다. 특히, 사전 실험을 통하여 전기장이 강한 영역들이 중력 방향으로 순차적으로 형성되도록 전기 신호들을 설계하면, 상기 자가 세정 장치는 더 효율적으로 액적(1502)을 제거할 수 있다.
정리하면, 본 실시예의 자가 세정 장치는 서로 다른 3개 이상의 전기 신호들을 전극들(1502)에 인가하는 방법을 통하여 액적(1506)을 더 잘 제거할 수 있다.
기계적 진동을 함께 고려하면, 상기 자가 세정 장치는 서로 다른 3개 이상의 전기 신호들을 전극들(1502)에 인가하여 액적들을 더 잘 병합시키고, 기계적 진동을 발생시켜 상기 병합된 액적을 제거할 수 있다.
한편, 위에서는 3개 이상의 전기 신호들이 전극들(1502)에 규칙적으로 인가되었지만, 불규칙적으로 인가될 수도 있다.
도 20은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 3층 구조의 자가 세정 장치를 도시한 도면이며, 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 구조의 자가 세정 장치를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 구조의 자가 세정 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 20을 참조하면, 본 실시예의 자가 세정 장치는 다층 구조를 가지며, 기판(2000), 제 1 전극(2002), 제 1 절연막(2004), 제 2 전극(2006), 제 2 절연막(2008), 제 3 전극(2010), 제 3 절연막(2012) 및 소수성막(미도시)을 포함할 수 있다. 액적은 상기 소수성막 위에 놓인다.
제 2 전극(2006)이 제 1 전극들(2002) 사이에 배열되되 제 1 전극들(2002)과 해당 제 2 전극(2006)이 적어도 일부 겹치며, 제 3 전극(2010)이 제 2 전극들(2006) 사이에 배열되되 제 2 전극들(2006)과 제 3 전극(2010)이 적어도 일부 겹칠 수 있다.
이러한 다층 구조에서, 제 1 전극들(2002)에 제 3 전기 신호(V3)가 인가되고, 제 2 전극들(2006)에 제 2 전기 신호(V2)가 인가되며, 제 3 전극들(2010)에 제 1 전기 신호(V1)가 인가될 수 있다. 이 때, 전기 신호들(V1, V2 및 V3)의 위상, 진폭 또는 주파수가 다르다.
결과적으로, 전기장이 강한 영역들이 특정 방향으로 이동하는 또는 전기장이 강한 영역들이 순차적으로 보여지는 전기장 분포가 형성되어 액적이 더 잘 제거될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 도 21에 도시된 바와 같이 제 1 전극들(2100)과 제 2 전극들(2102)이 다층 구조를 가지되, 제 1 전극들(2100)에 서로 다른 2개의 전기 신호들(V1 및 V2)이 인가되고 제 2 전극들(2102)에 또 다른 전기 신호(V3)가 인가될 수 있다. 즉, 동일층의 제 1 전극들(2100)에 서로 다른 전기 신호들(V1 및 V2)이 인가될 수 있다. 예를 들어, 제 1-1 전극(2100a)에 제 1 전기 신호(V1)가 인가되고 제 1-2 전극(2100b)에 상기 제 1 전기 신호와 다른 제 2 전기 신호(V2)가 인가되되, 제 1-1 전극(2100a)과 제 1-2 전극(2100b)이 교대로 배열될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 도 22에 도시된 바와 같이 제 1 전극들(2200), 제 2 전극들(2202) 및 제 3 전극들(2204)이 다층 구조를 형성하되, 3개 이상의 전기 신호들이 전극들(2200, 2202 및 2204)로 인가될 수 있다.
도 20 및 도 21와 달리, 도 22에서 제 2 전극(2202)이 제 1 전극들(2200) 사이에 배열되되 제 2 전극(2202)과 제 1 전극들(2200)이 서로 겹치지 않을 수 있으며, 제 3 전극(2204)이 제 2 전극들(2202) 사이에 배열되되 제 3 전극(2204)과 제 2 전극들(2202)이 서로 겹치지 않을 수 있다.
다만, 이렇게 다층 구조를 구성하면 단층 구조의 전극들 사이의 간격보다 전극들 사이의 간격(a)을 상당히 작게 설계할 수 있다. 단층 구조에서는 전극들 사이에 쇼트 현상이 발생될 여지가 있어서 전극들 사이의 간격을 일정 이상 유지하여야 하는 반면에, 다층 구조에서는 전극들이 서로 다른 층에 배열되므로 이러한 쇼트 현상이 발생할 가능성이 낮아진다. 결과적으로, 다층 구조에서는 전극들 사이의 간격이 단층 구조에 비하여 상당히 작아져도 된다. 즉, 전극들 사이의 간격이 극소화될 수 있으며, 그 결과 단층 구조에 비하여 더 우수한 액적 제거 효율을 가질 수 있다.
정리하면, 다층 구조의 자가 세정 장치에서는, 3개 이상의 서로 다른 전기 신호들을 보다 다양하게 전극들로 인가할 수 있고, 층들 사이의 전극 배열 및 전기 분포도 다양하게 설계할 수 있다.
위에서는, 3개의 전기 신호들이 전극들로 인가되는 것을 예로 하였으나, 4개 이상의 전기 신호들이 전극들로 인가될 수 있다.
위에서는, 전극들로 전압을 인가하는 방식으로 언급하였지만, 상기 전극들에 전류를 인가하여 저항열을 발생시켜 자가 세정 장치의 표면에 맺힌 서리들을 제거할 수도 있다.
한편, 전술된 실시예의 구성 요소는 프로세스적인 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 즉, 각각의 구성 요소는 각각의 프로세스로 파악될 수 있다. 또한 전술된 실시예의 프로세스는 장치의 구성 요소 관점에서 용이하게 파악될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 고체 물질층 102 : 전극
104 : 절연막 106 : 소수성막
108 : 기계 진동부

Claims (13)

  1. 고체 물질층 위에 배열된 적어도 하나의 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위에 배열된 제 1 절연막;
    상기 제 1 절연막 위에 배열된 소수성막; 및
    적어도 하나의 기계 진동부를 포함하되,
    상기 제 1 전극에 제 1 전기 신호를 인가하여 액적의 수평방향 진동을 유발하는 전기적 진동을 발생시켜 상기 소수성막 위의 액적들을 병합시키며, 상기 기계 진동부는 상기 액적의 수평방향 진동을 유발하는 기계적 진동을 발생시켜 상기 병합된 액적을 특정 방향으로 이동시키거나 미립화시켜 제거하고,
    상기 액적들은 각기 3㎕ 미만의 부피를 가지되 상기 병합에 따라 3㎕ 이상의 액적이 생성되며, 상기 병합에 따라 상기 생성된 액적이 상기 기계 진동부의 공진 주파수에 맞는 부피를 가지면 상기 기계적 진동에 의해 상기 액적이 특정 방향으로 이동되거나 미립화되는 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 기계 진동부는 단일 음파 또는 다중 음파를 발생시키는 음파 발생기이며, 상기 전기 신호는 교류 전압인 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자가 세정 장치는 카메라용 유리, 이미지 센서의 커버 유리, 차량용 유리, 거울 또는 건축용 유리 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.
  5. 고체 물질층 위에 배열된 적어도 하나의 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위에 배열된 제 1 절연막;
    상기 제 1 절연막 위에 배열된 소수성막;
    적어도 하나의 기계 진동부;
    상기 제 1 절연막 위에 배열되는 제 2 전극들; 및
    상기 제 2 전극들 위에 배열되는 제 2 절연막을 포함하되,
    상기 소수성막은 상기 제 2 절연막 위에 배열되고, 상기 제 1 전극들은 제 1 간격을 가지고 배열되며, 상기 제 2 전극들은 제 2 간격을 가지고 배열되고,
    특정 제 2 전극들 사이에 해당 제 1 전극이 배열되며,
    상기 제 1 전극들로 상기 제 1 전기 신호가 인가되고, 상기 제 2 전극들로 제 2 전기 신호가 인가되며,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 하나에 전기 신호를 인가하여 액적의 수평방향 진동을 유발하는 전기적 진동을 발생시켜 상기 소수성막 위의 액적들을 병합시키며, 상기 기계 진동부는 상기 액적의 수평방향 진동을 유발하는 기계적 진동을 발생시켜 상기 병합된 액적을 특정 방향으로 이동시키거나 미립화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 자가 세정 장치의 표면과 상기 액적이 만나는 계면인 삼상접선의 하부에 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극이 배열되되,
    상기 제 2 전극들 사이에 해당 제 1 전극이 배열되며, 상기 제 2 전극과 상기 제 1 전극이 적어도 일부 겹쳐 배열되는 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 전극에 기설정된 기준 주파수를 기준으로 고주파 교류 전압을 인가하는 전압 인가부; 및
    상기 인가되는 고주파 교류 전압을 온오프(on/off) 스위칭하는 스위칭부를 더 포함하되,
    상기 고주파 교류 전압을 온오프 스위칭함에 따라 저주파 교류 전압이 생성되며, 상기 고주파 교류 전압과 상기 저주파 교류 전압이 한 주기 내에 모두 발생하여 전도성 액적 및 비전도성 액적이 모두 제거 가능한 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.
  8. 고체 물질층 위에 배열된 적어도 하나의 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위에 배열된 제 1 절연막;
    상기 제 1 절연막 위에 배열된 소수성막; 및
    적어도 하나의 기계 진동부를 포함하되,
    상기 제 1 전극들 중 하나로 제 1 전기 신호가 인가되고, 다른 제 1 전극으로 제 2 전기 신호가 인가되며, 또 다른 제 1 전극으로 제 3 전기 신호가 인가되고,
    상기 제 1 전기 신호 내지 상기 제 3 전기 신호의 위상, 진폭 또는 주파수 중 적어도 하나가 다르며,
    서로 다른 전기 신호들이 상기 제 1 전극들로 인가됨에 따라 자가 세정 장치의 영역들 중 전기장이 상대적으로 강한 영역들이 특정 방향으로 이동하거나 상기 상대적으로 전기장이 강한 영역들이 상기 특정 방향으로 순차적으로 보여지는 전기장 분포가 형성되고,
    상기 제 1 전극에 상기 제 1 전기 신호, 상기 제 2 전기 신호 또는 상기 제 3 전기 신호를 인가하여 액적의 수평방향 진동을 유발하는 전기적 진동을 발생시켜 상기 소수성막 위의 액적들을 병합시키며, 상기 기계 진동부는 상기 액적의 수평방향 진동을 유발하는 기계적 진동을 발생시켜 상기 병합된 액적을 특정 방향으로 이동시키거나 미립화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 소수성막은 불소계 물질 및 실란계 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 자가 세정 장치는 상기 액적뿐만 아니라 고체 오염 물질의 제거가 가능한 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.
  11. 고체 물질층 위에 배열된 적어도 하나의 전극;
    상기 전극 위에 배열된 절연막;
    상기 절연막 위에 배열된 소수성막;
    적어도 하나의 기계 진동부;
    상기 소수성막 위의 액적을 촬영하여 감지하는 감지부; 및
    제어부를 포함하되,
    상기 전극에 전기 신호를 인가함에 따라 상기 소수성막 위의 상기 액적에 전기적 진동이 발생하고, 상기 기계 진동부가 기계적 진동을 발생시켜 상기 액적을 진동시키며,
    상기 제어부는 상기 소수성막 위의 액적에 따라 상기 전기적 진동 또는 상기 기계적 진동을 선택적으로 발생시키도록 제어하고,
    상기 제어부는 상기 감지부에 의해 감지된 액적의 종류, 사이즈 또는 형상에 따라 상기 전기적 진동 및 상기 기계적 진동 중 하나만을 선택적으로 발생시키거나 상기 전기적 진동 및 상기 기계적 진동을 모두 발생시키는 것을 특징으로 하는 자가 세정 장치.

  12. 삭제
  13. 삭제
KR1020190144647A 2019-11-13 2019-11-13 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법 KR102343444B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190144647A KR102343444B1 (ko) 2019-11-13 2019-11-13 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법
PCT/KR2020/012974 WO2021096055A1 (ko) 2019-11-13 2020-09-24 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법
KR1020210176230A KR102529598B1 (ko) 2019-11-13 2021-12-10 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법
US17/742,396 US11833556B2 (en) 2019-11-13 2022-05-12 Self-cleaning device and method using electrical oscillation and mechanical oscillation
US18/496,611 US20240066565A1 (en) 2019-11-13 2023-10-27 Sefl-cleaning device and method using electrical oscillation and mechanical oscillation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190144647A KR102343444B1 (ko) 2019-11-13 2019-11-13 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210176230A Division KR102529598B1 (ko) 2019-11-13 2021-12-10 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210057899A KR20210057899A (ko) 2021-05-24
KR102343444B1 true KR102343444B1 (ko) 2021-12-27

Family

ID=75912763

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190144647A KR102343444B1 (ko) 2019-11-13 2019-11-13 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법
KR1020210176230A KR102529598B1 (ko) 2019-11-13 2021-12-10 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210176230A KR102529598B1 (ko) 2019-11-13 2021-12-10 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11833556B2 (ko)
KR (2) KR102343444B1 (ko)
WO (1) WO2021096055A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102599012B1 (ko) * 2023-02-28 2023-11-06 (주)쓰리나인 전기습윤용 절연막

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023068805A1 (ko) * 2021-10-20 2023-04-27 주식회사 마이크로시스템 발열, 다중 전압 인가 또는 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법
US12030094B2 (en) * 2021-12-23 2024-07-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Acousto-vibratory sensor cleaning
KR102669123B1 (ko) * 2022-09-08 2024-05-24 에스엘 주식회사 액적 제거 장치 및 그 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019508301A (ja) * 2015-12-09 2019-03-28 ユニヴェルシテ ド リール 基材上での１以上の液滴の滑りを増大させる方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8409417B2 (en) * 2007-05-24 2013-04-02 Digital Biosystems Electrowetting based digital microfluidics
GB201100290D0 (en) * 2011-01-10 2011-02-23 Trevett David R M Clearing precipitation from windaows
KR101653807B1 (ko) 2014-11-24 2016-09-05 주식회사대성엘텍 차량용 유리에의 해설(解雪) 프로세스 작동 방법
KR102102653B1 (ko) * 2017-03-14 2020-04-21 엘지전자 주식회사 전기습윤소자를 이용한 표면세정장치 및 이의 제어방법
KR102070249B1 (ko) * 2017-07-13 2020-03-02 명지대학교 산학협력단 전기습윤을 이용하여 액적을 제거하는 클리닝 기기 및 이에 포함된 강한 내구성을 가지는 소수성막

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019508301A (ja) * 2015-12-09 2019-03-28 ユニヴェルシテ ド リール 基材上での１以上の液滴の滑りを増大させる方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102599012B1 (ko) * 2023-02-28 2023-11-06 (주)쓰리나인 전기습윤용 절연막
WO2024181754A1 (ko) * 2023-02-28 2024-09-06 ㈜쓰리나인 전기습윤용 절연막

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210057899A (ko) 2021-05-24
KR102529598B1 (ko) 2023-05-08
US20220266316A1 (en) 2022-08-25
WO2021096055A1 (ko) 2021-05-20
US11833556B2 (en) 2023-12-05
KR20210154128A (ko) 2021-12-20
US20240066565A1 (en) 2024-02-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102343444B1 (ko) 전기적 진동과 기계적 진동을 이용하는 자가 세정 장치 및 방법
KR102070249B1 (ko) 전기습윤을 이용하여 액적을 제거하는 클리닝 기기 및 이에 포함된 강한 내구성을 가지는 소수성막
KR20170066854A (ko) 카메라 렌즈부를 클리닝하는 장치 및 방법
EP2084404A2 (en) A surface to move a fluid via fringe electronic fields
CN108501872B (zh) 除雾装置及其控制方法
KR102167285B1 (ko) 다층 구조를 가지는 클리닝 기기 및 이의 동작 방법
KR102152644B1 (ko) 전기습윤 및 열에 의한 액적 제거장치 및 그 방법
KR20090114407A (ko) 코로나 전극들 상의 분진 응집을 방지하는 디바이스 및 방법
KR102367530B1 (ko) 다중 전기 신호를 이용하는 클리닝 기기 및 이의 동작 방법
KR102265258B1 (ko) 다중 전기 신호를 이용하는 클리닝 기기 및 이의 동작 방법
KR20180045079A (ko) 전기습윤을 이용하는 클리닝 기기 및 이에 있어서 액적 제거 방법
KR102633239B1 (ko) 전기습윤을 이용하는 클리닝 기기 및 이에 있어서 액적 제거 방법
US7944115B2 (en) Traveling wave grids with agitated surface using piezoelectric effect and acoustic traveling waves
KR102184915B1 (ko) 스티커형 클리닝 기기 및 이의 동작 방법
KR102070495B1 (ko) 다층 구조를 가지는 클리닝 기기 및 이의 동작 방법
KR101816480B1 (ko) 클리닝 장치 및 방법
KR102152647B1 (ko) 전기습윤에 의한 액적 제거장치 및 그 방법
CN111845634B (zh) 具有多层结构的清洁器及其工作方法
US20230182131A1 (en) Pattern electrode structure for electrowetting apparatus
CN107621742B (zh) 透明窗清洁装置及配备透明窗清洁装置的相机装置
KR20210148990A (ko) 전기저항열 및 기계적 진동을 이용하여 액적을 제거하는 자가 세정 장치 및 방법
US20230185079A1 (en) Pattern electrode structure for electro-wetting apparatus
KR102222376B1 (ko) 액적 제거장치
US20240261828A1 (en) Self-cleaning device and method using heating, multi-voltage applying or vibration
US20230176359A1 (en) Pattern electrode structure for electro-wetting device

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant