KR20070104805A - 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈 - Google Patents

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Abstract

전기 습윤 현상(Electro-Wetting)을 이용하여 초점 거리 조절을 이루도록 된 액체 렌즈가 제공된다.
본 발명은, 비 전도성 유체와 전도성 유체가 담기는 본체; 상기 본체 상에 덮히는 커버; 상기 본체와 상기 커버 사이를 접착하는 속성 경화성의 1차 접착제; 및 상기 본체와 상기 커버의 둘레를 접착하는 2차 접착제;를 포함하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 제공한다.
본 발명에 의하면 2종류의 다른 성분을 가진 접착제를 이용하여 글라스 커버와 본체를 접합시키고, 넓은 면적에 걸쳐서 커버와 본체의 결합이 이루어짐으로써 렌즈 제작 후의 온도 및 열 충격에 강하고, 고온 다습한 환경에서도 내구성이 유지되어 완제품의 신뢰성이 크게 향상되는 효과를 얻는 것이다.
전기 습윤 현상(Electro-Wetting), 액체 렌즈, 비 전도성 유체, 전도성 유체, 속성 경화성 접착제

Description

밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈{A Liquid Lens Having Enhanced Sealing Structure}
제 1도는 종래의 기술에 따른 전기 습윤 방식을 이용하는 액체 렌즈를 도시한 단면도.
제 2도는 종래의 기술에 따른 1차 접착 부만을 구비한 액체 렌즈를 도시한 분해 사시도.
제 3도는 종래의 기술에 따른 1차 접착 부만을 구비한 액체 렌즈를 도시한 단면도.
제 4도는 본 발명에 따른 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 도시한 분해 사시도.
제 5도는 본 발명에 따른 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1.... 본 발명에 따른 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈
5.... 비 전도성 유체 7.... 전도성 유체
10... 본체 10a... 공간
12... 투명한 기판 15.... 커버
15a.. 광 투과성 전극 15b... 테두리
19.... 전극 20.... 절연 층
32.... 단차 32a... 수직 모서리
50.... 1차 접착제 60.... 2차 접착제
200.... 종래의 액체 렌즈 210.... 절연체
212,222... 전극(Electrode) 220.... 전해액
230.... 전극 300.... 종래의 액체 렌즈
305.... 본체 305a... 공간
310a.... 기판 310b.... 커버
330.... 비 전도성 유체 350.... 전도성 유체
360.... 절연 층 370.... 자외선 경화성 접착제
390.... 전원 θ.... 계면 각
본 발명은 전기 습윤 현상(Electro-Wetting)을 이용하여 초점 거리 조절을 이루도록 된 액체 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세히는 2종류의 다른 성분을 가진 접착제를 이용하여 글라스 커버와 본체를 접합시킴으로써 렌즈 제작 후 완제품의 신뢰성을 크게 제고시킨 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로 전기 습윤 현상(Electro-Wetting)을 이용하여 초점 거리 조절을 이루도록 된 액체 렌즈가 알려져 있다.
이와 같은 종래의 액체 렌즈(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 절연체(210)의 상부에 전해액(220)이 배치되고, 상기 절연체(210)의 하부에는 전극(230)이 형성된 구조이다. 그리고, 상기 전극(230)과 전해액(220)에 전류를 흐르게 하면, 절연체(210) 상의 전해액(220)의 계면 각(θ)이 변하게 된다.
즉, 절연체(210)의 표면 중에 전해액(220) 방울이 있는 경우, 절연체(210)와 전해액(220), 전해액(220)과 기체(225), 절연체(210)와 기체(225) 사이의 계면이 형성되며, 이 중에서 전해액(220)과 절연체(210) 사이의 계면 각(θ)은 영 식(Young's equation)에 의해서 결정된다.
γSL - γSG = γLG ·COSθ : Young's equation
여기서 S : 절연체, L : 전해액, G : 기체를 나타내고, γ는 각 재질들에 의한 표면장력 계수(Surface tension coefficient)를 나타낸다.
여기서, 상기 전해액(220)의 재질을 전도성 유체로 하고, 접촉하는 절연체(210)를 절연막(Insulator)으로 하여 구성한 후, 상기 전해액(220) 및 절연체(210) 뒤에 형성된 전극(Electrode)(212)(222)에 전압을 가하면 표면장력 계수가 변하게 된다. 이와 같은 표면 장력 계수는 아래와 같은 리프만 수식(Lippmann's equation)을 따르게 된다.
γ = γ0 - (1/2)cV2 : Lippmann's equation
상기와 같이 인가 전압(V)과 절연막의 유전율(c)에 따라 표면장력 계수가 변화하게 되고, 전압에 의하여 이와 같이 변화된 절연체(210)와 전해액(220) 사이의 표면장력 계수 γSL 에 의하여 계면 각(θ)이 변하는 것이다.
이와 같은 기본적인 원리를 이용하여 구성한 종래의 액체 렌즈(300)가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.
이는 중앙에 오목한 공간(305a)이 형성된 전도체 재료의 본체(305)의 하부에 투명한 기판(310a)이 배치되고, 상기 공간(305a)의 내부에는 밀도가 대략적으로 동일한 비 전도성 유체(330)인 오일과 전도성 유체(350)인 전해액이 충전되며, 상기 본체(305)의 상부 측으로는 투명한 커버(310b)가 접착되며 상기 커버(310b)에는 광 투과성 전극(332)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 본체(305)의 공간(305a)을 형성하는 벽면에는 절연 층(360)이 형성되며, 상기 본체(305)에 전극(352)을 형성하여 전원(390)에 연결하고, 상기 전극(332)을 통하여 전도성 유체(350)에 전압을 가하도록 구성된 것이다.
따라서, 이와 같은 종래의 액체 렌즈(300)는 상기 전극(332)(352)을 통하여 전도성 유체(350)에 공급되는 전압을 조절하면 도 3에서 점선으로 도시된 바와 같이, 절연체(310)와 전도성 유체(350)의 계면 각(θ)이 변화하여 그에 따라서 전도성 유체(350)인 전해액과 비 전도성 유체(330)인 오일 사이의 계면 형상이 바뀌도록 하여 이를 통과하는 광의 초점 거리가 변화하도록 된 것이다.
이와 같은 종래의 액체 렌즈(300)는 그 구조적인 유용성으로 인하여 상용화가 활발하게 시도되고 있으나, 완제품의 신뢰도에 문제점이 있는 것이었다.
종래의 액체 렌즈(300)는 전도체 재료의 본체(305) 내에 비 전도성 유체(330)인 오일과 전도성 유체(350)인 전해액을 충전한 다음, 합착기(미 도시)를 이용하여 상부 커버(310b)를 본체(305) 위에 덮게 되며, 상부 커버(310b)의 주위에 자외선 경화성 접착제(370)를 도포하여 모세관 현상(capillary type)으로 침투시키고 경화시켜 접착을 이루는 것이었다.
이와 같이 모세관 현상을 이용하여 상부 커버(310b)과 본체(305) 사이로 자외선 경화성 접착제(370)를 침투시키고, 경화시키는 과정에서 과잉으로 침투된 접착제(370)는 상기 본체(305)의 공간(305a)의 테두리에 오목하게 형성된 접착제 차단 홈(372) 내에 가둬지게 되고 그에 따라서 상기 공간(305a) 내의 비 전도성 유체(330)와 전도성 유체(350)에는 도달하지 못하게 되어 아무런 영향도 주지 않도록 되어 있다.
이와 같이 제작된 종래의 액체 렌즈(300)는 제품 신뢰성의 부분에서 취약한 부분이 있다. 즉 상부 커버(310b)과 본체(305)의 접합부분이 본체(305)의 상부면 외측 테두리 부분의 좁은 영역으로 한정되기 때문에, 구조적으로 취약하여 내구성에 문제가 있다. 그리고 자외선 경화성 접착제(370)를 경화시키는 과정에서 발생된 열이 접착제 경화 과정 중에 비 전도성 유체(330)와 전도성 유체(350)를 팽창시킴으로써 상부 커버(310b)과 본체(305)의 접합부를 더욱 구조적으로 취약하게 하는 것이었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 2종류의 다른 성분을 가진 접착제를 이용하여 글라스 커버와 본체를 접합시킴으로써 렌즈 제작 후 온도 및 열 충격에 강하고, 고온 다습한 환경에서도 내구성이 유지되어 완제품의 신뢰성을 크게 제고시킨 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 제공함에 있다.
그리고 본 발명은 다른 목적으로서, 상부 커버와 본체를 접합시키는 과정에서 내부 유체의 팽창을 최소화하고 안정된 상태로 접합이 이루어지도록 하여 제조 과정 중에 발생되는 제품 불량을 최소화하도록 개선된 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전기 습윤 현상(Electro- Wetting)을 이용하여 초점 거리 조절을 이루도록 된 액체 렌즈에 있어서,
비 전도성 유체와 전도성 유체가 담기는 본체;
상기 본체 상에 덮히는 커버;
상기 본체와 상기 커버 사이를 접착하는 속성 경화성의 1차 접착제; 및
상기 본체와 상기 커버의 둘레를 접착하는 2차 접착제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는, 상기 본체는 그 상부면 둘레에 상기 커버의 테두리를 따라서 단차가 형성됨을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 단차는 그 수직 모서리가 상기 커버의 테두리에 일치하여 형성된 것임을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는, 상기 1차 접착제는 변성 아크릴레이트를 주성분으로 하는 자외선 경화성 접착제임을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는, 상기 2차 접착제는 아크릴이 첨가된 자외선 경화성 접착제임을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈를 제공한다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈(1)는 도 4에 도시된 바와 같이, 비 전도성 유체(5)와 전도성 유체(7)가 담기는 본체(10)를 구비한다. 상기 본체(10)는 중앙에 오목한 공간(10a)이 형성된 전도체 재료, 바람직하게는 스테인레스 재료(SUS)로 이루어지고, 상기 본체(10)의 하부에는 투명한 기판(12), 즉 유리 재료(Glass Material)로 이루어지는 기판이 배치된다.
그리고, 상기 공간(10a)의 내부에는 밀도가 대략 동일한 비 전도성 유체(5)인 오일과 전도성 유체(7)인 전해액이 충전되는 것이다. 또한 상기 본체(10)의 상부 측으로는 투명한 커버(15), 바람직하게는 투명한 유리 재료의 커버가 배치되며 상기 커버(15)에는 광 투과성 전극(15a)이 패턴으로 형성되어 있다.
또한 상기 본체(10)의 공간(10a)을 형성하는 벽면에서는 절연 층(20)이 형성되며, 상기 본체(10)에 전극(19)을 형성하여 전원(30)에 연결되어 있다. 그리고 상기 본체(10)는 그 상부면 둘레에 상기 커버(15)의 테두리(15b)를 따라서 단차(32)가 형성된 구조이다.
상기 단차(32)는 그 단면이 "ㄴ" 형으로 형성된 것이며, 상기 단차(32)의 수직 모서리(32a)는 바람직하게는 상기 커버(15)의 테두리(15b)에 일치하여 형성된다.
이와 같이 상기 단차(32)의 수직 모서리(32a)와 커버(15)의 테두리(15b)가 서로 일치하여 형성됨으로써 이후에 설명되는 1차 접착제(50)와 2차 접착제(60)의 접합이 안정된 상태로 이루어진다.
또한 상기 본체(10)는 그 중앙 공간의 테두리(15b)에 오목하게 접착제 차단 홈이 형성되어 상기 커버(15)와 본체(10)를 접합시키는 접착제가 상기 공간 내의 비 전도성 유체(5)와 전도성 유체(7)에 도달하지 못하도록 되어 있다.
이와 같은 본 발명의 액체 렌즈는 본체(10)의 공간 내에 비 전도성 유체(5)인 오일과 전도성 유체(7)인 전해액을 충전한 다음, 합착기(미 도시)를 이용하여 상부 커버(15)를 본체(10) 위에 덮게 되며, 이 과정에서 디스펜서(Dispenser)를 이용하여 본체(10)와 상부 커버(15)의 접착 부에 1차 접착제(50)를 도포하고 그 위에 상부 커버(15)를 덮은 다음, 합착시켜 경화시키는 것이다.
상기 1차 접착제(50)는 바람직하게는 변성 아크릴레이트를 주성분으로 하는 자외선 경화성 접착제로 이루어진 것으로서, 상기 상부 커버(15)와 본체(10) 사이에 도포되어 자외선을 조사받으면 속성 경화되고, 상부 커버(15)와 본체(10)를 안정적으로 접착시키는 것이다.
이와 같이 1차 접착제(50)는 변성 아크릴레이트를 주성분으로 하는 자외선 경화성 접착제로 이루어짐으로써 경화되는 과정에서 그 경화 시간이 매우 짧은 것이므로 본체(10) 내부의 비 전도성 유체(5)와 전도성 유체(7)에 열 팽창을 일으키지 않는다. 즉 1차 접착제(50)는 본체(10) 내부의 유체 열 팽창이 이루어지기 전에 속성 경화하여 상부 커버(15)와 본체(10)를 1차 접착시키는 것이다.
이와 같이 1차 접착제(50)를 통한 접착이 이루어진 다음, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이, 본체(10)의 단차(32)를 이용하여 상부 커버(15)의 테두리(15b)를 2차 접착한다.
2차 접착제(60)는 상기 단차(32) 상에서 상부 커버(15)의 테두리(15b)를 따라서 도포되며, 그 성분은 아크릴이 첨가된 자외선 경화성 접착제로 이루어진다. 이와 같은 2차 접착제(60)는 자외선 조사에 의해서 경화되며, 고 신뢰성이 확보된 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈(1)는 상기 전극(15a)(19)들을 통하여 전도성 유체(7)에 전압을 공급하면, 절연 층(20)과 전도성 유체(7)의 계면 각(θ)이 변화하고, 그에 따라서 전도성 유체(7)인 전해액과 비 전도성 유체(5)인 오일 사이의 계면 형상이 바뀌도록 하여 이를 통과하는 광의 초점 거리가 변화하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈(1)는 상기 1차 접착제(50)가 변성 아크릴레이트를 주성분으로 하는 자외선 경화성 접착제로 이루어진 것이므로, 경화되는 시간이 매우 짧아서 본체(10) 내부의 비 전도성 유체(5)와 전도성 유체(7)에 열 팽창을 일으키지 않는다. 따라서 상부 커버(15)와 본체(10)의 접합과정에서 안정적인 접합이 이루어질 수 있다.
그리고 상기 2차 접착제(60)는 상기 상부 커버(15)의 테두리(15b)와 본체(10)의 단차(32) 부분에서 넓은 면적에 걸쳐서 도포되기 때문에 구조적으로 견고하게 상부 커버(15)와 본체(10)를 결합시키는 것이다.
이와 같이 제작된 본 발명에 따른 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈(1)는 상부 커버(15)와 본체(10)의 결합 구조가 안정적으로 이루어지기 때문에 낮은 높이의 액체렌즈를 손쉽게 구현할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 렌즈 제작 후에 주위로부터 전달되는 열 충격에 강하고, 고온 다습한 환경에서도 완벽한 밀봉성능을 제공하며, 내구성이 유지되어 제품의 신뢰성이 크게 향상되는 것이다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 2종류의 다른 성분을 가진 접착제를 이용하여 글라스 커버와 본체를 접합시키고, 넓은 면적에 걸쳐서 커버와 본체의 결합이 이루어짐으로써 렌즈 제작 후의 온도 및 열 충격에 강하고, 고온 다습한 환경에서도 내 구성이 유지되어 완제품의 신뢰성이 크게 향상되는 것이다.
그리고 본 발명에 의하면 상부 커버와 본체를 접합시키는 과정에서 속성 경화가 이루어지도록 함으로써 내부 비 전도성 유체와 전도성 유체의 팽창을 최소화하고 안정된 상태로 접합이 이루어지도록 하여 제조 과정 중에 발생되는 제품 불량을 최소화하는 효과가 얻어지는 것이다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 이는 단지 예시적으로 본 발명을 설명하기 위하여 기재된 것이며, 본 발명을 이와 같은 특정 구조로 제한하려는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.

Claims (5)

  1. 전기 습윤 현상(Electro-Wetting)을 이용하여 초점 거리 조절을 이루도록 된 액체 렌즈에 있어서,
    비 전도성 유체와 전도성 유체가 담기는 본체;
    상기 본체 상에 덮히는 커버;
    상기 본체와 상기 커버 사이를 접착하는 속성 경화성의 1차 접착제; 및
    상기 본체와 상기 커버의 둘레를 접착하는 2차 접착제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 본체는 그 상부면 둘레에 상기 커버의 테두리를 따라서 단차가 형성됨을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단차는 그 수직 모서리가 상기 커버의 테두리에 일치하여 형성된 것임을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 1차 접착제는 변성 아크릴레이트를 주성분으로 하는 자외선 경화성 접착제임을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈
  5. 제1항에 있어서, 상기 2차 접착제는 아크릴이 첨가된 자외선 경화성 접착제임을 특징으로 하는 밀봉 성능이 향상된 액체 렌즈.
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