KR20080045206A - 접착력이 개선된 복합 층, 및 이를 통합하는 유체 포커스렌즈 - Google Patents

접착력이 개선된 복합 층, 및 이를 통합하는 유체 포커스렌즈 Download PDF

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KR20080045206A
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로엘 알. 엠. 티버그
피에트 반 데르 미르
고데프리더스 제이. 베르호크스
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

복합 재료(1l, 20)는 전기 전도성 금속 또는 금속 산화물 표면(22B)을 구비한 기판(12, 22), 파릴렌과 같은 절연 재료의 층(14, 24), 및 상기 기판과 상기 절연층 사이의 접착력-개선 중간 금속층(16, 26)을 포함한다. 유체 포커스 렌즈(30)는 제 1 및 제 2 유체(32, 34)와 제 1 및 제 2 전극을 가지며, 상기 제 1 전극은 코어(38)와 유체(32, 34) 사이에 위치된 절연층(41)을 구비한 복합 재료(10, 20)의 코어(38)를 갖고, 제 2 전극(50)은 제 2 유체와 접해 있다.

Description

접착력이 개선된 복합 층, 및 이를 통합하는 유체 포커스 렌즈{COMPOSITE LAYER HAVING IMPROVED ADHESION, AND FLUID FOCUS LENS INCORPORATING SAME}
이 출원은 2005년 9월 19일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/718,476호(대리인 관리번호 001697), 및 2005년 3월 24일에 출원된 유럽 가특허 출원 제05102398.4호(대리인 관리번호 NL050252)의 이점을 청구하고, 2005년 5월 3일에 출원된 출원 번호 PCT/WO/IB2005/051435(대리인 관리번호 NL050252)의 계속-부분-출원이다.
본 발명은 금속 또는 금속화된 코어 상에 전기 절연 재료의 층을 가진, 복합 재료에 관한 것이고, 또한 상기 복합 재료를 통합하는 유체 포커스 렌즈에 관한 것이다.
유체 포커스 렌즈는, 두 개의 섞이지 않는 유체 사이의 메니스커스에 의해 광이 굴절되는 렌즈이다. 통상적으로, 두 개의 유체 중 하나는 전기 절연성이고, 또 다른 하나는 전기 전도성이다. 메니스커스의 형태는, 두 개의 전극 중 하나가 전기 전도성 유체에 연결되고 또 다른 하나가 유체 접촉층에 의해 유체와 분리된 표면에 연결되는, 두 개의 전극 사이의 전압의 영향에 따라 다양할 수 있다. 전압은 전기습윤 효과를 초래하고, 이로 인해 메니스커스의 형태가 변하게 된다.
그러한 유체 포커스 렌즈는 예를 들어 PCT 특허출원 WO-A 03/069380로 공지되어 있다. 이 특허출원에서, 렌즈 구조는 실질적으로 원통형으로, 원통형 내부 공간 내에 유체가 포함되어 있고, 우선 유체 접촉층에 의해 그런 다음 파릴렌과 같은 절연 재료의 층으로 코팅된 금속 전극 재료의 환상 코어에 의해 둘러싸이게 된다.
상품명이 폴리-p-자일렌인 파릴렌은 통상적으로 다양한 다른 용도의 다양한 기판 상에 얇은 등각(conformal) 증착된 코팅을 형성하는 능력을 지닌 것으로 알려져 있다. 미국특허출원 제4,173,664호를 참조하라.
유럽특허출원 제0785073호는, 다른 재료에 쉽게 부착되지 않고, 파릴렌 코팅과 잉크젯 프린트헤드 상의 잉크 유동 경로를 형성하기 위해 사용되는 또 다른 중합체 재료 사이의 접착층으로서 탄탈 층을 사용하는, 비교적 평탄한 비-습윤 표면을 가진 파릴렌 코팅을 기술하고 있다.
미국특허출원 제6,270,872호는, 인체 피부에 파릴렌-코팅된 완충 디바이스를 부착하기 위해, 압력-감응성 접착제를 사용한다.
미국특허출원 제2005/0112817호는, 상호 연결(interconnects)이 하나 이상의 절연층을 지나 하나 이상의 반도체 디바이스로 연장하는 집적 회로 디바이스를 기술하고 있다. 상기 절연층은 이산화규소, 플루오르로 도핑된 규산염 유리(FSG), Black Diamond.RTM(캘리포니아, 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스 제품), 크세로겔, 에어로겔, 비결정질의 플루오르화 탄소, 파릴렌, BCB(비스-벤조시클로부텐), 및 SiLK.TM.(미시간, 미들랜드의 다우 케미컬 제품), 및/또는 다른 재료를 포함할 수 있고, CVD, PECVD, PDL, ALD, PVD, 집속 이온 빔(FIB), Langmuir-Blodgett(LB) 분자 조립체, 스핀-온 코팅 및/또는 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 상호 연결은 구리(Cu), 텅스텐(W), 금(Au), 알루미늄, 카본 나노-튜브, 카본 풀러린, 내화성 금속, 이러한 재료의 합금 및/또는 다른 재료를 포함할 수 있고, CVD, PECVD, ALD, PVD 및/또는 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 상호 연결은 또한 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 상호 연결은 티탄(Ti), 질화티탄(TiN), 탄탈(Ta) 또는 질화탄탈(TaN), 탄화규소(SiC), 옥시-탄화규소(SiOC)를 포함할 수 있는 접착층, 질화티탄(TiN) 및/또는 질화탄탈(TaN), 탄화규소(SiC), 옥시-탄화규소(SiOC)를 포함할 수 있는 장벽층, 및 구리(Cu), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 알루미늄 합금을 포함하는 벌크 전도성 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은 코어의 전기 전도성 전극 재료와 유체 포커스 렌즈의 절연층 사이의 접착을 개선시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 일반적으로 전기 전도성 재료와 복합 재료의 절연층 사이의 접착을 개선시키는 것이다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 기판, 및 상기 기판의 적어도 일부 상의 절연 재료의 층을 포함하는 복합 재료를 제공하고 있는데, 상기 기판은 적어도 전기 전도성 금속 또는 금속 산화물의 표면층을 포함하고, 상기 복합 재료는 상기 기판과 상기 절연 재료의 층 사이에 접착력-개선 금속 재료를 포함하는 중간층을 포함하여, 상기 기판과 상기 절연 재료 사이의 접착을 개선시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 유체 챔버, 상기 유체 챔버 내의 제 1 및 제 2 섞이지 않는 유체로서, 상기 유체들은 메니스커스에 의해 분리되는, 제 1 및 제 2 섞이지 않는 유체, 전기 전도성 금속 또는 금속 산화물의 적어도 표면층을 갖는 코어 형태의 제 1 전극, 상기 코어와 상기 유체 챔버 내의 제 1 및 제 2 유체 사이의 코어 상에 있는 적어도 하나의 절연 재료의 층, 및 제 2 유체와 접하는 제 2 전극을 포함하는, 유체 포커스 렌즈를 제공하며, 접착력-개선 금속층을 포함하는 중간층은 코어와 절연 재료의 층의 적어도 일부 사이에 위치되어, 코어와 절연 재료의 층 사이의 접착을 개선시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판의 금속 또는 금속 산화물은 스테인리스 강, 구리, 황동 및 인듐-주석 산화물(ITO)로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 절연층의 재료는 파릴렌, 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 파라핀, 티탄산바륨 및 비경절질의 탄화플루오르 중합체(예를 들어 뒤퐁 제품인 Teflon AF1600)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는데, 바람직한 재료는 파릴렌이다.
파릴렌은 대전 효과(charging effects)가 없기 때문에 바람직하다. 또한, 파릴렌은, 평탄한 표면 및 충분히 제어된 두께를 갖는 등각(conformal) 코팅으로서 비교적 쉽게 도포될 수 있다. 이러한 특성은 전기습윤 현상을 위해 중요한데, 이유는 이러한 특성이 최종 제품의 구동 전압을 결정하기 때문이다. 등각성(conformality)은 특히 제어된 두께의 코팅이 고리-형 금속-코어의 내벽 상에 제공되어야 하는 곳에서 중요하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 중간 금속층이 아연, 납, 구리, 인듐 및 크롬으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함한다. 이러한 금속은 비교적 비용이 적게 드는 갈바니 공정에 의해 금속 코어에 도포될 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명의 유체 포커스 렌즈 양상의 일실시예에 따르면, 유체 접촉층은 중간 금속층과 반대 측에 있는 절연층과 접한다. 바람직하게는, 상기 유체 접촉층은 Teflon AF1600이다.
본 발명의 유체 포커스 렌즈는 단독으로, 또는 카메라의 다른 렌즈, 광학 기록 장치 또는 임의의 다른 광학 장치를 통합하여 사용될 수 있다. 상기 유체 포커스 렌즈는 추가 렌즈와 조립되어, 필요에 따라 광학 경로를 얻거나 심지어 줌 렌즈를 얻을 수 있다. 대안적으로, 상기 유체 포커스 렌즈는 반사 디스플레이와 같은 디스플레이에 사용될 수 있는데, 이 경우 기판 중 단지 하나가 광투과성일 필요가 있다. 상기 유체 포커스 렌즈는 또한 센서로 사용될 수 있다.
본 발명의 복합 재료, 유체 포커스 렌즈 및 방법의 그 밖의 양상은 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 복합 재료의 일실시예의 개략적인 단면을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 복합 재료의 또 다른 실시예의 개략적인 단면을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 유체 포커스 렌즈의 바람직한 실시예의 단면을 도시한 도 면.
도 4는 도 3의 실시예의 좌측 부분을 보다 상세하게 도시한 도면.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 도 3의 코어의 좌측 부분을 보다 상세하게 나타내어, 코어의 내부 표면에 있는 층의 상이한 조합을 도시하는 도면.
도면은 개략적이며 축척으로 그려지지 않는다. 다른 도면에서의 동일한 참조 번호는 같은 부분을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 복합 재료(10)의 일실시예의 정면도가 개략적으로 도시되어 있다. 기판(12)은 스테인리스 강, 구리, 황동 또는 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 전기 전도성 재료이다. 파릴렌, SiO2, 파라핀, 티탄산바륨 또는 Teflon AF1600과 같은 절연층(14)이 기판(12)에 의해 지탱된다. 기판(12)과 절연층(14) 사이에는, 아연, 납, 구리, 인듐, 크롬 또는 절연층(14)뿐만 아니라 기판(12)과의 뛰어한 접착력을 지닌 다른 금속으로 된 얇은 층과 같은 접착력 개선 금속층(16)이 있다. 중간 금속층은, 기상 증착 또는 무전극 또는 갈바니 도금과 같은 표준 도포 기술로 도포될 수 있다. 상기 중간 금속층은 특히 절연층이 파릴렌인 경우, 절연층(10)에 대한 기판(12)의 접착력을 개선시킨다.
도 2를 참조하면, 도 1의 실시예와 유사하고 기판(22), 절연층(24) 및 중간 접착력-개선 층(26)을 포함하는, 본 발명의 복합 재료(20)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 그러나 이 실시예에서는, 기판 그 자체가 전기 비-전도성 본체 또는 코어 부분(22A), 및 전기 전도성 표면층(22B)의 복합 재료이다. 전기 전도성 표면층(22B)은 스테인리스 강, 구리, 황동 또는 인듐-주석 산화물(ITO)와 같은 금속 또는 금속 산화물이다. 비-전도성 코어 또는 본체(22A)는, 특정한 도포의 요구 조건(예를 들어, 코팅의 접착력, 팽창 계수, 표면의 평탄함, 제조비용 등)을 만족시킨다면, 예를 들어 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 유리 또는 세라믹일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유체 포커스 렌즈(30)가 도시되어 있다. 렌즈(30)는 제 1 절연 유체(32) 및 제 2 전기 전도성 유체(34)를 포함하는데, 둘 다 유체 챔버(36) 내에 포함된다. 제 1 유체(32) 및 제 2 유체(34)는 섞이지 않으며, 메니스커스(33)에 걸쳐서 서로 접하고 있다. 제 1 유체(32)는 예를 들어 실리콘 오일, 알칸 또는 또 다른 적합한 절연 유체이다. 제 2 유체(34)는 예를 들어 염 용액을 포함하는 물 또는 또 다른 적합한 전기 전도성 유체이다.
유체 챔버(36)는 커버 플레이트(40 및 42) 사이에 환상 코어(38)를 삽입함으로써 형성된다. 유체 챔버(36)의 측벽은 환상 코어(38)의 실질적으로 원통형인 내부 벽 또는 표면(38A)에 의해 형성되는 반면에, 상부 및 하부 벽은 광투과성 커버 플레이트(40 및 42)에 의해 형성된다.
환상 코어(38)를 둘러싸고 디바이스의 외부 벽을 형성하는 것은 원통형인 벽 부분(44)이다. 외부 벽 내의 코어/커버 플레이트 조립체를 유지하는 것은 고리-모양의 폐쇄 부재(46 및 48)이다. 본 명세서에 기술되는 방식으로 액체(34)와 격리되는 환상 코어(38)는 제 1 전극을 형성하는 반면에, 액체(34)와 접하는 버튼(50)은 유체 포커스 렌즈 디바이스(30)의 제 2 전극(50)을 형성한다.
도 3의 디바이스(30)를 보다 상세하게 나타낸 도 4를 참조하면, 원통형인 벽 부분(44) 및 폐쇄 부재(46 및 48)는 각각, 전도성이고 연성인 재료, 예를 들어 인듐 또는 구리와 같은 금속, 또는 플라스틱과 금속의 전도성 복합체{예를 들어 니플론(niflon)}로 만들어진 층(52, 54 및 56)을 갖는 것을 볼 수 있다.
실링 층(sealing layer)(58)은 각각, 커버 플레이트(40 및 42)의 부분 뿐만 아니라, 층(52, 54 및 56)을 코팅하고 캡슐화하여, 조립체를 완성시킨다.
실링 층(58)은, 보호용 코팅 그 자체로 알려져 있는, 고무, 에폭시 등의 중합체 코팅일 수 있다. 그러나 층(52, 54 및 56)은 전도성이기 때문에, 실링 층(58)은 예를 들어 금속과 마찬가지로 전도성이 있는 것이 바람직하다. 이것은, 밀봉하여 실링되어 공기, 물 또는 다른 유체의 확산을 어렵게 하는, 패키지의 형성을 허용한다. 더욱이, 금속 실링 층(58)은, 예를 들어 패키지를 배쓰(bath)에 침지시킴으로써 특히 3-차원 표면에서 수행될 수 있다는 점에서 유리한, 전기도금 또는 전기갈바니도금(electrogalvanizing)에 의해 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 내부 벽(38A)을 포함하는, 환상 코어(38)의 좌측 부분을 보다 상세하게 나타내고 있다. 도 5a의 실시예에서, 환상 코어(38)는 전기 전도성 물질로 이루어져 있고, 내부 벽(38A)은 파릴렌과 같은 절연 물질의 층(39)으로 코팅되어 있다. 비교적 얇은 중간 접착력-개선 금속층(41)은 내부 벽(38A)과 절연 층(39) 사이에 삽입되어 있다.
얇은 중간 금속층(41)은 환상 코어(38)의 전체 또는 부분에 걸쳐서 도포될 수 있다. 중간 금속층(41)의 금속은 Zn, Pb, Cu, In, Cr 또는 환상 코어(38)와 절 연 층(39) 모두와 우수한 접착성을 지닌 또 다른 금속일 수 있다.
일반적으로, 중간 금속층(41)은 비교적 얇고(< 5미크론) 평탄해야 한다. 중간 금속층(41)은 전기도금, 무전극 도금, 화학기상증착, 졸-겔 증착, 스퍼터링과 같은 표준 증착 기술로 도포될 수 있거나, 또는 그러한 증착 방법의 임의의 조합이 가능하지만, 전기도금이 바람직하다.
중간 금속층(41)은, 특히 절연층이 파릴렌으로 이루어진 경우, 절연층(39)에 대한 환상 코어(38)의 접착력을 개선시킨다. 그러나 본 발명의 유체 포커스 렌즈는 파릴렌 층에 의존할 필요가 없고: 파라핀, 이산화규소, 티탄산바륨, 또는 Teflon AF1600과 같은 비결정질 플루오르화 탄소 중합체와 같은 임의의 절연가 사용될 수 있다.
도 5b의 실시예에서, 환상 코어(38)는, 절연 코어 재료, 및 금속 또는 산화 금속과 같은 전기 전도성 재료의 표면층으로 이루어진 복합 재료 그 자체를 포함한다. 사용되었던 한 가지 가능한 조합은 인듐-주석 산화물(ITO)로 코팅된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)이다. 이전의 실시예에서와 마찬가지로, 내부 벽(38A)은 파릴렌과 같은 절연 물질의 층(39)으로 코팅되고, 중간 접착력-개선 금속층(41)은 내부 벽(38A)과 절연층(39) 사이에 삽입된다. 접착력-개선 층(41)은 또한, 비-전도성 코어가 사용되었을 경우 전도체 역할을 할 수 있다.
도 5c의 실시예는, 추가 절연 유체 접촉층(43)을 제외하고는, 도 5a의 실시예와 유사하다. 유체 접촉층(43)은 바람직하게는 Teflon AF1600과 같은 비결정질 플루오르화 탄소 중합체로 형성되고, 예를 들어 침지코팅(dipcoating)에 의해 도포 된다. 아사히 유리의 비결정질 플루오르 중합체인 Cytop와 같은 대안 또한 가능하다.
본 발명은 제한된 수의 실시예에 의해 기술되었다. 이러한 기술로부터, 다른 실시예 및 변형예는 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명의 범위 및 첨부된 청구범위 내에 완전히 포함되도록 의도된다.

Claims (19)

  1. 복합 재료(10, 20)로서,
    전기 전도성 금속 또는 금속 산화물의 표면층(22B)을 적어도 포함하는 기판(12, 22)과, 기판(12, 22)의 적어도 일부상의 절연 재료의 층(14, 24)을 포함하는, 복합 재료(10, 20)에 있어서,
    기판(12, 22)과 절연 재료의 층(14, 24) 사이에 접착력-개선 금속 재료를 포함하는 중간층(16, 26)을 포함하고, 이를 통해 기판(12, 22)과 절연 재료의 층(14, 24) 사이의 접착이 개선되는 것을 특징으로 하는, 복합 재료.
  2. 제 1항에 있어서, 기판은 본질적으로 금속 재료로 이루어지는, 복합 재료.
  3. 제 1항에 있어서, 기판의 금속 재료는 스테인리스 강, 구리, 황동 및 인듐-주석 산화물(ITO)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 복합 재료.
  4. 제 1항에 있어서, 절연 재료의 층은 파릴렌, SiO2, 파라핀, 티탄산바륨, 및 비결정질 플루오로카본 중합체로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 복합 재료.
  5. 제 4항에 있어서, 절연 재료는 파릴렌인, 복합 재료.
  6. 제 1항에 있어서, 중간층의 접착력-개선 금속 재료는 Zn, Pb, Cu, In, Cr으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속인, 복합 재료.
  7. 유체 챔버(36)와, 유체 챔버(36) 내의 제 1 및 제 2 섞이지 않는 유체(32, 34)로서, 유체(32, 34) 메니스커스(33)에 의해 분리된 제 1 및 제 2 섞이지 않는 유체(32, 34)와, 적어도 전기 전도성 금속 또는 금속 산화물의 표면층(38C)을 갖는 코어(38) 형태의 제 1 전극, 코어(38)와 유체 챔버 내의 제 1 및 제 2 유체(32, 34) 사이에서 코어(38) 상에 있는 절연 재료의 적어도 하나의 층(39), 및 제 2 유체(34)와 접한 제 2 전극(50)을 포함하는, 유체 포커스 렌즈(30)로서,
    접착력-개선 금속 재료를 포함하는 중간층(41)이, 코어(38)와 절연 재료의 층(39)의 적어도 일부 사이에 위치되어, 코어(38)와 절연 재료의 층(39) 사이의 접착력을 개선시켜 주는 것을 특징으로 하는, 유체 포커스 렌즈.
  8. 제 7항에 있어서, 기판은 본질적으로 금속 재료로 이루어지는, 유체 포커스 렌즈.
  9. 제 8항에 있어서, 기판의 금속 재료는 스테인리스 강, 구리, 황동 및 인듐-주석 산화물(ITO)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 유체 포커스 렌즈.
  10. 제 7항에 있어서, 절연 재료의 층은 파릴렌, SiO2, 파라핀, 티탄산바륨 및 비경절질의 탄화플루오르 중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 유체 포커스 렌즈.
  11. 제 10항에 있어서, 절연 재료는 파릴렌인, 유체 포커스 렌즈.
  12. 제 7항에 있어서, 중간층의 접착력-개선 금속 재료는 Zn, Pb, Cu, In, Cr로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 유체 포커스 렌즈.
  13. 제 7항에 있어서, 유체 접촉층(43)은 중간 금속층 반대 측에 있는 절연층의 적어도 일부 위에 위치되는, 유체 포커스 렌즈.
  14. 제 13항에 있어서, 유체 접촉층은 비경절질의 탄화플루오르 중합체인, 유체 포커스 렌즈.
  15. 적어도 전기 전도성 재료의 표면층(22B)을 포함하는 기판(12, 22), 및 기판(12, 22)의 적어도 일부 위에 있는 절연 재료의 층(14, 24)을 포함하는 부품으로서,
    복합 재료(10, 20)는 기판(12, 22)과 절연 재료의 층(14, 24) 사이에 접착력 -개선 금속 재료를 포함하는 중간층(16, 26)을 포함하여, 기판(12, 22)과 절연 재료의 층(14, 24) 사이의 접착력이 개선되는, 부품.
  16. 제 15항에 있어서, 부품은 광학 시스템의 부품인, 부품.
  17. 제 16항에 있어서, 부품은 유체 포커스 렌즈(30)의 부품인, 부품.
  18. 적어도 전기 전도성 금속의 표면층(22B)을 포함하는 기판(12, 22)과 절연 재료의 층(14, 24) 사이의 접착을 개선시키는 방법으로서,
    기판(14, 24)과 절연 재료의 층(14, 24) 사이에, 접착력-개선 금속 재료를 포함하는 중간층(16, 26)을 형성하는 단계를 포함하는, 기판 사이의 접착을 개선시키는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 금속 또는 금속 산화물의 표면층(22B)을 형성하는 단계를 포함하는, 기판 사이의 접착을 개선시키는 방법.
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