KR20070008188A - 액체 렌즈 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20070008188A
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Abstract

휴대용 단말기의 액체 렌즈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 제 1 실린더와, 제 1 실린더의 하부에 접합되는 하판과, 제 1 실린더의 외면을 덮도록 형성되고 제 1 실린더의 외경보다 더 큰 내경을 갖는 제 2 실린더와, 제 1, 제 2 실린더의 상부에 접합되는 상판과, 상판과 제 1 실린더 상부 사이에 접합되는 탄성체와, 제 1 실린더의 외면과 제 2 실린더의 내면 사이에 형성되는 접착제와, 제 1 실린더 내부에 채워지는 적어도 하나의 액체를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1, 제 2 실린더, 탄성체, 접착제, 내경, 외경

Description

액체 렌즈 및 그 제조방법{liquid lens and method for fabricating the same}
도 1은 본 발명에 따른 액체 렌즈의 구조를 보여주는 구조단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제 1 실린더 2 : 하판
3 : 제 2 실린더 4 : 상판
5 : 탄성체 6 : 접착제
7, 8 : 제 1, 제 2 전극 9 : 절연층
11, 12 : 제 1, 제 2 소수성 코팅층
본 발명은 액체 렌즈에 관한 것으로, 특히 휴대용 단말기의 액체 렌즈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 카메라 모듈의 추세는 크기가 매우 작으면서도 초점을 자동으로 바꿀 수 있는 자동 초점 조절 기능(auto-focus)이나 광학 줌(zoom) 기능을 포함하도록 요청되고 있다.
그러나, 유리나 플라스틱으로 만들어진 기존의 렌즈는 기계적인 구동에 의한 렌즈간의 거리 변화에 의해서만 자동 초점 조절 기능이나 광학 줌 기능을 얻을 수 있었다.
따라서, 최근에는 기계적인 구동이 없이도 상기 기능들을 얻을 수 있기 위해 액체 렌즈와 같은 대안들이 제시되고 있다.
일반적으로 액체 렌즈는 전압 인가에 의해 액체의 표면 장력을 변화시키는 전기습윤(electrowetting) 현상의 원리를 이용하여 유체의 곡률을 변화시켜 렌즈의 초점 거리를 변화시키는 장치이다.
기존의 액체 렌즈의 제작방법은 먼저 실린더(cylinder) 하부와 상부에 투명한 유리판을 붙이고, 그 내부에 서로 굴절률(refractive index)이 다르면서 섞이지 않는 두 종류의 액체를 채운다.
이 때, 두 액체 중 한 종류는 절연성(insulating)이고 무극성(non-polar)을 나타내는 오일(oil)류이고, 다른 한 종류는 전기가 통하는 전도성 수용액을 이용한다.
여기서, 실린더의 구조는 전기를 가할 수 있는 전극과 그 위에 절연체가 코팅된 형태로 만들어진다.
그리고, 전도성 수용액의 유리판쪽에 반대 극성의 전극을 설치하여 전도성 수용액과 실린더의 전극을 연결시키면 전체적으로 하나의 커패시터와 같은 구조가 된다.
따라서, 이러한 구조에 전압을 인가하면, 전도성 수용액의 표면 장력이 변화 하여 두 액체 사이의 곡률이 변화하게 된다.
액체 렌즈는 이러한 곡률의 변화 정도에 따라 자동 초점 조절을 수행하게 된다.
그러나, 액체 렌즈는 제작시, 접합 공정에 많은 어려움이 있었다.
일반적으로 액체 렌즈는 실린더 하부에 하판을 접합하고, 실린더 내부에 전해질 수용액과 오일 등과 같은 액체들을 주입한 다음, 실린더 상부에 상판을 접합하는 접합 공정을 거쳐 제작된다.
하지만, 실린더 내부의 액체로 인하여 실린더 상부와 상판의 접합이 제대로 이루어지지 않아 실린더가 완전 밀봉이 되지 않는 문제점이 있었다.
완전 밀봉이 되지 않는 가장 큰 이유는 오일과 같은 액체가 실린더와 상판의 접합을 위한 접착제에 섞이면서 접착제의 접착 성능을 저하시키기 때문이다.
이와 같이, 실린더의 내부가 완전 밀봉이 되지 않으면, 액체의 누수로 인하여 액체 렌즈가 손상되는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 이러한 문제들을 해결하기 위한 것으로, 새로운 구조의 상판 및 탄성체를 이용하여 실린더와 상판을 완전 접합시킴으로써, 접착력 및 안정성이 우수한 액체 렌즈 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 액체 렌즈는 제 1 실린더와, 제 1 실린더의 하부에 접합되는 하판과, 제 1 실린더의 외면을 덮도록 형성되고 제 1 실린더의 외경보다 더 큰 내 경을 갖는 제 2 실린더와, 제 1, 제 2 실린더의 상부에 접합되는 상판과, 상판과 제 1 실린더 상부 사이에 접합되는 탄성체와, 제 1 실린더의 외면과 제 2 실린더의 내면 사이에 형성되는 접착제와, 제 1 실린더 내부에 채워지는 적어도 하나의 액체를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 탄성체는 엘라스토머(elastomer)인 고분자 물질이고, 오-링(O-ring) 형태로 이루어질 수 있으며, 접착제는 광학용 본드일 수 있다.
본 발명에 따른 액체 렌즈 제조방법은 제 1 실린더를 갖는 하판과, 제 2 실린더를 갖는 상판을 준비하는 단계와, 제 1 실린더 내에 적어도 하나의 액체를 채우는 단계와, 제 1 실린더 상부에 탄성체를 형성하고 제 2 실린더가 제 1 실린더를 감싸도록 제 1 실린더 상부에 상판을 덮는 단계와, 탄성체의 외면과 제 2 실린더의 내면 사이에 유출된 액체를 제거하는 단계와, 탄성체 및 제 1 실린더의 외면 사이와, 제 1 실린더 외면과 제 2 실린더의 내면 사이에 접착제를 삽입하고 경화시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 제 1 실린더를 갖는 하판을 준비하는 단계는, 제 1 실린더의 내면 및 외면에 제 1 전극, 절연층, 제 1 소수성 코팅층을 형성하고, 하판 위에 제 2 전극을 형성하는 단계와, 제 1 실린더와 하판을 접합하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 제 2 실린더를 갖는 상판을 준비하는 단계는, 상판 위에 제 2 소수성 코팅층을 형성하는 단계와, 제 2 소수성 코팅층이 형성된 상판 위에 제 2 실린더를 접합하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 액체를 제거하는 단계에서, 액체는 탄성체가 변형되도록 상판을 하판 방향으로 압력을 가함과 동시에 제거되며, 액체는 에어 건(air gun) 또는 질소 건을 사용하여 제거될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 액체 렌즈를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 렌즈는 제 1 실린더(1)를 갖는 하판(2), 제 2 실린더(3)를 갖는 상판(4), 제 1 실린더(1)와 제 2 실린더(3)의 접합 영역에 형성되는 탄성체(5)와 접착제(6), 제 1, 제 2 전극(7, 8), 절연층(9), 제 1, 제 2 소수성 코팅층(11, 12)으로 크게 구성된다.
여기서, 하판(2)은 제 1 실린더(1)의 하부에 접합되고, 상판(4)은 제 1 실린더(1) 및 제 2 실린더(3)의 상부에 접합된다.
제 2 실린더(3)는 제 1 실린더(1)의 외경보다 더 큰 내경을 가지므로, 제 1 실린더(1)의 외면을 덮도록 접합된다.
그리고, 탄성체(5)는 상판(4)과 제 1 실린더(1) 상부 사이에 접합된다.
본 발명에서 탄성체(5)를 사용하는 이유는 다음과 같다.
상판(4)과 제 1 실린더(1)는 흘러나온 액체에 의해 접착이 잘 이루어지지 않기 때문에, 상판(4)과 제 1 실린더(1) 사이에 탄성체(5)를 삽입하여 가접착하고, 탄성체(5)에 압력을 가함과 동시에 접착제를 삽입하여 경화시키면 액체 렌즈의 완 전 밀폐를 이룰 수 있기 때문이다.
여기서, 탄성체(5)는 엘라스토머(elastomer) 계열의 고분자 물질로서, 외력을 가해서 잡아당기면 몇 배나 늘어나고, 외력을 제거하면 원래의 길이로 돌아가는 성질을 가지는 고분자 물질을 사용한다.
본 발명은 실시예로서, 오-링(O-ring) 형태의 탄성체(5)를 사용한다.
여기서, 오-링 형태의 탄성체는 니트릴 고무, 스틸렌 고무, 실리콘 고무, 불소 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 네오프렌 고무, 폴리아크릴 고무, 부틸 고무, 불화에틸렌 고무 등으로 이루어질 수 있다.
본 발명에서 사용되는 오-링 형태의 탄성체는 압축 영구변형이 적어야 하고, 내마모성이 우수해야 하며, 내유 및 내열성이 우수한 것이 바람직하다.
그리고, 접착제(6)는 제 1 실린더(1)의 외면과 제 2 실린더(3)의 내면 사이에 형성되고, 탄성체(5)의 외면과 제 2 실린더(3)의 내면 사이에도 형성된다.
여기서, 접착제(6)는 광학용 본드나 NCF(Non-Conductive Film) 등의 접착제를 사용할 수도 있다.
또한, 액체는 제 1 실린더(1) 내부에 채워지는데, 액체는 1종류일 수 있고, 서로 섞이지 않는 2종류일 수도 있다.
이어, 제 1 전극(7)은 제 1 실린더(1)의 내면 및 외면에 형성되고, 제 2 전극(8)은 하판(2) 위에 형성된다.
경우에 따라, 제 2 전극은 상판(2) 위에 형성될 수도 있으며, 제 1, 제 2 전극(7, 8)은 금속이나 ITO(Indium Tin Oxide) 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 절연층(9)은 제 1 전극(7) 위에 형성된다.
절연층(9)은 파릴렌(parylene) C 등으로 형성될 수 있으며, 기상 증착방법으로 수 ㎛ 두께로 코팅된다.
다음, 제 1 소수성 코팅층(11)은 각각 절연층(9) 위에 형성되고, 제 2 소수성 코팅층(12)은 상판(4) 하부에 형성된다.
여기서, 경우에 따라 제 1, 제 2 소수성 코팅층(11, 12) 중 일부는 생략될 수도 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 액체 렌즈의 제조방법은 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 제 1 실린더(1)의 내면 및 외면에 제 1 전극(7), 제 1 절연층(9), 제 1 소수성 코팅층(11)을 형성하고, 하판(2) 위에 제 2 전극(8)을 형성한다.
이어, 제 1 실린더(1)와 하판(2)을 접합하여, 제 1 실린더(1)를 갖는 하판(2)을 제작한다.
그리고, 상판(4) 위에 제 2 소수성 코팅층(12)을 형성하고, 제 2 소수성 코팅층(12)이 형성된 상판(4) 위에 제 2 실린더(3)를 접합하여, 제 2 실린더(3)를 갖는 상판(4)을 제작한다.
다음, 제 1 실린더(1) 내에 적어도 하나의 액체를 채운다.
이어, 제 1 실린더(1) 상부에 탄성체(5)를 삽입하고, 제 2 실린더(3)가 제 1 실린더(1)를 감싸도록 제 1 실린더(1) 상부에 상판(4)을 덮는다.
이때, 탄성체(5)는 오-링(O-ring)을 사용한다.
그리고, 탄성체(5)의 외면과 제 2 실린더(3)의 내면 사이에 유출된 액체를 제거한다.
여기서, 액체는 탄성체(5)가 변형되도록 상판(4)을 하판(2) 방향으로 압력을 가함과 동시에 제거하는 것이 바람직하다.
이 때, 액체는 에어 건(air gun) 또는 질소 건을 사용하여 제거할 수 있다.
다음, 탄성체(5)의 외면 및 제 2 실린더(3)의 내면 사이와, 제 1 실린더(1) 외면과 제 2 실린더(3)의 내면 사이에 접착제를 삽입하고 경화시킨다.
마지막으로, 제 1, 제 2 전극(7, 8)에 전원을 연결함으로써, 액체 렌즈의 제작을 완료한다.
따라서, 액체 렌즈 구동시, 신뢰성 및 안정성이 우수하여 디지털 카메라 및 카메라 폰 등에 적합하게 적용할 수 있고, 오토 포커스(auto focus) 및 광학 줌(zoom) 기능을 기계적 구동 없이 구현하는 고성능의 카메라 모듈을 제작하는데 있어서 안정성을 확보할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 액체 렌즈는 액체의 누수로 인한 액체 렌즈의 손상을 방지할 수 있고, 접착력 및 안정성이 우수하고 신뢰도가 향상된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (13)

  1. 제 1 실린더;
    상기 제 1 실린더의 하부에 접합되는 하판;
    상기 제 1 실린더의 외면을 덮도록 형성되고, 상기 제 1 실린더의 외경보다 더 큰 내경을 갖는 제 2 실린더;
    상기 제 1, 제 2 실린더의 상부에 접합되는 상판;
    상기 상판과 제 1 실린더 상부 사이에 접합되는 탄성체;
    상기 제 1 실린더의 외면과 제 2 실린더의 내면 사이에 형성되는 접착제; 그리고,
    상기 제 1 실린더 내부에 채워지는 적어도 하나의 액체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성체는 엘라스토머(elastomer)인 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 액체 렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성체는 오-링(O-ring) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 접착제는 상기 탄성체의 외면과 상기 제 2 실린더의 내면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 접착제는 광학용 본드인 것을 특징으로 하는 액체 렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 실린더의 내면 및 외면에 형성되는 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위에 형성되는 절연층;
    상기 하판 위에 형성되는 제 2 전극;
    상기 절연층 및 상기 상판 하부에 각각 형성되는 제 1, 제 2 소수성 코팅층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈.
  7. 제 1 실린더를 갖는 하판과, 제 2 실린더를 갖는 상판을 준비하는 단계;
    상기 제 1 실린더 내에 적어도 하나의 액체를 채우는 단계;
    상기 제 1 실린더 상부에 탄성체를 형성하고, 상기 제 2 실린더가 상기 제 1 실린더를 감싸도록 상기 제 1 실린더 상부에 상기 상판을 덮는 단계;
    상기 탄성체의 외면과 상기 제 2 실린더의 내면 사이에 유출된 상기 액체를 제거하는 단계;
    상기 탄성체의 외면 및 제 2 실린더의 내면 사이와, 상기 제 1 실린더 외면과 상기 제 2 실린더의 내면 사이에 접착제를 삽입하고 경화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 실린더를 갖는 하판을 준비하는 단계는,
    상기 제 1 실린더의 내면 및 외면에 제 1 전극, 절연층, 제 1 소수성 코팅층을 형성하고, 상기 하판 위에 제 2 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 실린더와 상기 하판을 접합하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 실린더를 갖는 상판을 준비하는 단계는,
    상기 상판 위에 제 2 소수성 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 소수성 코팅층이 형성된 상판 위에 상기 제 2 실린더를 접합하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 실린더의 내경은 상기 제 1 실린더의 외경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 액체를 제거하는 단계에서,
    상기 액체는 상기 탄성체가 변형되도록 상기 상판을 상기 하판 방향으로 압력을 가함과 동시에 제거되는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 액체를 제거하는 단계에서,
    상기 액체는 에어 건(air gun) 또는 질소 건을 사용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 제조방법.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 탄성체는 오-링(O-ring)이고, 상기 접착제는 광학용 본드인 것을 특징으로 하는 액체 렌즈 제조방법.
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