KR20080094037A

KR20080094037A - 광학 소자 및 렌즈 어레이

Info

Publication number: KR20080094037A
Application number: KR1020087019633A
Authority: KR
Inventors: 유이치 타카이
Original assignee: 소니 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-10-22
Also published as: JP2007212943A; US20100232028A1; WO2007094259A1; TWI336788B; EP1986023A4; TW200745616A; CN101421642A; EP1986023A1; JP4760426B2; CN101421642B

Abstract

제작이 용이하고 미세 가공이 가능하고, 가공 정밀도에 기인하는 광축의 편차와 전압 구동시의 액적(液滴)의 편심(偏心)을 억제한다. 본 발명에 관계된 렌즈 어레이(40)는, 도전성의 제1 액체(51)와 절연성의 제2 액체(액적)(52)가 서로 혼화하는 일없이 충전된 밀폐성 셀(50)의 내부에, 액적(52)을 수용하는 각뿔모양(角錐狀)의 오목부(凹部; recess)(48)가 이차원적으로 복수 형성되어 있다. 오목부(48)가 각뿔모양으로 형성되는 것에 의해서, 해당(當該) 오목부에 수용되는 액적(52)의 센터링성을 높일 수 있고, 액적(52)의 계면(53)에 의해서 형성되는 렌즈 소자의 광축의 편차를 억제할 수가 있다. 또, 광축을 안정하게 보존유지해서 전압 구동시의 액적(52)의 편심을 방지할 수가 있다. 또, 해당 오목부(48)가 원뿔모양(圓錐狀)인 경우에 비해 미세 가공이 용이하고, 오목부의 조밀 배치가 가능해진다.

광축, 액적, 오목부, 렌즈 어레이, 렌즈 소자.

Description

광학 소자 및 렌즈 어레이{OPTICAL ELEMENT, AND LENS ARRAY}

본 발명은, 일렉트로웨팅(electrowetting) 효과(전기 모세관 현상(電氣毛管現象; electrocapillarity))를 이용한 광학 소자 및 렌즈 어레이에 관한 것이다.

요즈음, 일렉트로웨팅 효과를 이용한 광학 소자의 개발이 진행되고 있다. 일렉트로웨팅 효과는, 도전성을 가지는 액체와 전극 사이에 전압을 인가하면, 전극 표면과 액체와의 고액(固液) 계면의 에너지가 변화하고, 액체 표면의 형상이 변화하는 현상을 말한다.

도 12의 (a), 도 12의 (b)는, 일렉트로웨팅 효과를 설명하는 원리도이다.

도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이, 전극(1)의 표면에는 절연막(2)이 형성되어 있고, 이 절연막(2) 위에 전해액의 액적(液滴)(3)이 놓여 있다. 절연막(2)의 표면은 발수 처리(撥水處理; water repellent finishing)가 실시(施)되어 있고, 도 12의 (a)에 도시하는 무전압 상태에서는 절연막(2)의 표면과 액적(3) 사이의 상호작용 에너지는 낮고 접촉각 θ0은 크다. 여기서, 접촉각 θ0은 절연막(2)의 표면과 액적(3)의 탄젠트선(正接線) 사이의 각도이며, 액적(3)의 표면 장력이나 절연 막(2)의 표면 에너지 등의 성질에 의존한다.

한편, 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이, 전극(1)과 액적(3) 사이에 소정 전압을 인가하면, 계면에 전극(1)측의 자유 전자와 액적(3)측의 전해질 이온에 의한 전하 이중층이 형성되고, 액적(3)의 표면 장력의 변화가 유발(誘發)된다. 이 현상이 일렉트로웨팅 효과이며, 인가 전압의 크기에 따라서 액적(3)의 접촉각이 변화한다. 즉, 도 12의 (b)에서, 접촉각 θv는 전압 V의 함수로서 이하의 (1)식으로 표시(表)된다.

[수학식 1]

γ_LG: 전해액의 표면 장력

e: 절연막의 막두께

ε: 절연막의 비유전율

ε₀: 진공의 유전율

이상과 같이, 전극(1)과 액적(3) 사이에 인가하는 전압 V의 크기에 따라서, 액적(3)의 표면 형상(곡률)이 변화한다. 따라서, 액적(3)을 렌즈 소자로서 이용한 경우에 초점 위치를 전기적으로 제어할 수 있는 광학 소자를 실현할 수 있게 된다.

그리고, 이와 같은 광학 소자를 이용한 광학 장치의 개발이 진행되고 있다. 예를 들면, 일본 특개(特開)2000－356708호 공보에는, 스트로보 장치용(裝置向)의 렌즈 어레이가 제안되어 있다. 이것은, 기판 표면의 발수막 위에 어레이 모양으로 배치된 절연성 액체의 액적과 도전성 액체를 봉입(封入; enclosing)해서 가변 초점 렌즈를 구성한 것이다. 이 구성에서는, 절연성 액체와 도전성 액체 사이의 계면 형상으로 개개의 렌즈가 형성되고, 일렉트로웨팅 효과를 이용해서 개개의 렌즈 형상을 전기적으로 제어하고 초점 거리를 변화시키고 있다.

그렇지만, 이런 종류의 광학 소자에서는, 전압의 인가 전후에 걸쳐서 개개의 렌즈의 광축을 일정하게 유지하는 것이 곤란하고, 이 때문에 렌즈의 센터링성을 높이는 기술의 확립이 중요한 과제로 되어 있다. 그래서, 예를 들면 국제 공개 제99/18456호 팜플렛에는, 도 13에 도시하는 바와 같은 구성이 개시되어 있다.

도 13에서 하부 투명 기판(5)에 전극층(6)을 거쳐서 절연층(7)이 형성되어 있고, 이 절연층(7)의 평탄한 표면에 상부 투명 기판(8)이 대향 배치되어 있다. 절연층(7)과 상부 투명 기판(8) 사이에는, 도전성을 가지는 투명한 제1 액체(9)와, 절연성을 가지는 투명한 제2 액체(10)가 각각 봉입되어 있다. 제1, 제2 액체(9, 10)는 서로 다른 굴절률을 가짐과 아울러, 서로 동등한 비중을 가지고, 또한 서로 혼화하는 일없이 독립해서 존재하고 있다. 절연층(7) 표면의 중앙부는 발수면(11)으로 되어 있고, 제2 액체(액적)(10)는 이 절연층(7) 표면의 발수면(11)을 적시며 퍼져서 광축(13) 위에 정점을 가지는 볼록형상(凸形狀)의 렌즈 소자를 구성하고 있다. 한편, 절연층(7) 표면의 발수면(11)을 둘러싸는 영역은 친수막(親水膜; hydrophilic film)(12)으로 덮여 있고, 제1 액체(9)와 접하고 있다.

이와 같은 구성의 광학 소자에서, 전극층(6)과 제1 액체(9) 사이에 전압이 인가되고 있지 않은 상태에서는, 제1 액체(9)와 제2 액체(10) 사이의 계면 형상은 도 13에 실선으로 나타낸 바 대로이며, 제2 액체(10)는 절연층(7) 표면의 발수면(11)을 적시며 퍼지고 있다. 이 상태에서, 전극층(6)과 제1 액체(9) 사이에 전압이 인가되면, 일렉트로웨팅 효과에 의해 제1 액체(9)가 발수면(11) 주위로부터 발수면(11)내로 침입한다. 이것에 의해, 제1 액체(9)와 제2 액체(10) 사이의 계면 형상이 예를 들면 도 13에 파선(破線)으로 나타내는 바와 같이 변화한다. 이와 같이, 전압 인가 상태에서는 전압 무인가 상태에 비해 제1, 제2 액체(9, 10) 사이의 계면의 곡률이 커지므로, 전압 무인가 상태보다도 전압 인가 상태가 초점 거리를 짧게 할 수 있다.

그리고, 도 13의 구성에서는, 전압 무인가 상태와 전압 인가 상태에서 렌즈 소자를 구성하는 액적(10)의 광축의 어긋남(편심(偏心; decentering, eccentricity)을 억제하기 위해서, 전극층(6)과 절연층(7) 표면 사이의 거리가 액적(10) 주위 아래쪽 위치보다도 액적(10) 중앙측 아래쪽 위치가 길어지도록, 전극층(6)이 오목모양(凹狀; recessed shape)으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 전극층(6)과 절연층(7) 표면 사이에 전위 분포를 갖게 해서 전압 인가시에 있어서의 액적(10)의 광축(13)을 중심으로 하는 이동이 얻어지기 쉽게 되어 있다.

액적(10)의 이동 특성은, 절연층(7) 표면의 발수 영역과 친수 영역과의 패터닝 정밀도에 크게 의존한다. 그렇지만, 이 패터닝을 정밀도 좋게 행하는 것은 곤란하며, 개개의 렌즈 소자에서 편차(variation, dispersion)가 나오는 경우가 많다. 따라서, 개개의 렌즈 소자를 어레이 모양으로 배열했을 때에는, 개개의 렌즈 소자에서 광축이 안정되지 않고 특성에 편차가 생긴다고 하는 문제가 있다.

한편, 예를 들면 일본 특표(特表; PCT 출원의 일본어 번역문 특허 공개)2002－540464호 공보에는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 절연층(7)에 원뿔모양(圓錐狀)의 움푹한 곳(窪; indentaion)(오목부(凹部; recess))(15)을 형성하고, 이 움푹한 곳(15) 중에 액적(10)을 수용해서 렌즈 소자를 구성한 것이 개시되어 있다. 이 경우, 움푹한 곳(15)은, 액적(10)과 움푹한 곳(15)의 접촉의 경계의 포인트(CP1)에 있어서, 표면의 그 포인트와 대칭 포인트(CP2)의 양쪽에서, 움푹한 곳(15)의 표면에 접해 있는 원(TC)의 곡률보다도 작거나, 또는 그것과 반대의 곡률을 구비하도록 그 위치에 형성된다. 이와 같이, 액적(10)을 움푹한 곳(15) 중에 수용함으로써, 액적(10)의 센터링성을 높이고, 광축의 어긋남(편심)을 억제하도록 하고 있다.

그렇지만, 도 14에 도시한 일본 특표2002－540464호 공보에 기재된 구성에서는, 움푹한 곳(15)을 소정의 원뿔모양으로 형성하는 것이 곤란하며, 얼마 안되는 가공 오차에 의해서도 렌즈의 광축에 편차가 생겨 버린다고 하는 문제가 있다. 이것은, 전압 구동시에 있어서의 액적(10)의 편심의 원인으로도 될 수 있다. 또, 렌즈 어레이를 구성하는 경우에는 렌즈의 소경화(小徑化)를 실현할 필요가 있지만, 상기 구성의 움푹한 곳(15)을 미세하게 또한 고정밀도로 형성하는 것은 매우 곤란하다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제를 감안해서 이루어지고, 제작이 용이하고 미세 가공이 가능하며, 가공 정밀도에 기인하는 광축의 편차와 전압 구동시의 액적의 편심을 억제할 수 있는 광학 소자 및 렌즈 어레이를 제공하는 것을 과제로 한다.

이상의 과제를 해결함에 있어서, 본 발명에 관계된 광학 소자는, 밀폐성(密閉性; sealed) 셀의 내부에 액적을 수용해서 이루어지는 광학 소자에 있어서, 셀의 내부에는, 상기 액적을 수용하는 각뿔모양(角錐狀)의 오목부가 형성되어 있다.

본 발명에 있어서, 액적을 수용하는 오목부가 각뿔모양으로 형성되는 것에 의해서, 해당(當該; 상기) 오목부에 수용되는 액적의 센터링성을 높일 수 있고, 액적에 의해서 형성되는 렌즈 소자의 광축의 편차를 억제할 수가 있다. 또, 광축을 안정하게 보존유지해서(保持; positioned)해서 전압 구동시의 액적의 편심을 방지할 수가 있다. 또, 해당 오목부가 원뿔모양인 경우에 비해 제작이 용이하고, 오목부의 미세 가공도 가능해진다.

이 오목부를 이차원적으로 복수 배열함으로써, 렌즈 어레이를 구성할 수가 있다. 특히 본 발명에 있어서는, 오목부가 각뿔모양으로 형성되어 있으므로, 면내에서 조밀하게 오목부를 배열할 수 있고, 렌즈 어레이 전체로서 유효 면적이 큰 렌즈면을 확보할 수가 있다.

오목부는 사각뿔(四角錐) 혹은 사각뿔대(四角錐台) 형상으로 형성할 수 있지만, 이것에 한정되지 않고, 삼각뿔(三角錐)이나 육각뿔(六角錐) 혹은 그들의 각뿔대(角錐台) 형상이 적용 가능하다. 또한, 여기서 말하는 각뿔대 형상에는, 오목부의 개구 측이 바닥부(底部)보다도 면적적으로 큰 역각뿔(逆角錐) 형상과, 오목부의 개구 측이 바닥부보다도 면적적으로 작은 각뿔 형상이 포함된다.

오목부의 내주면(內周面)을 구성하는 각 경사면의 경사각은 각각 실질적으로 동일해도 좋고, 일부가 다른 경사각의 경사면이더라도 좋다. 또, 예를 들면 오목부가 사각뿔대 형상인 경우, 그의 사각형상은 정방형상에 한정되지 않고, 장방형상이나 평행 사변형상이더라도 좋다.

각뿔모양의 오목부를 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 실리콘 등의 단결정 기판이나 금속판 표면에 대한 이방성 웨트 에칭이 매우 적합(好適)하고, 이것에 의해 오목부의 각 둘레면(周面)에 소정의 경사각을 용이하게 또한 적정하게 부여할 수가 있다. 또한, 이것에 한정되지 않고, 드라이 에칭 프로세스나 레이저 가공법을 이용할 수도 있다.

또, 본 발명에 관계된 셀은, 한쌍의 투명 기판과, 이들 한쌍의 투명 기판 사이에 형성되는 액실(液室)과, 이 액실에 충전되고 서로 굴절률이 다른 제1, 제2 액체와, 액실내에 배치되고 표면이 절연막으로 피복된 전극층을 가진다. 제1 액체는 도전성이고, 제2 액체는 절연성임과 아울러, 서로 혼화하는 일없이 액실내에 존재한다. 그리고, 상기 오목부는 전극층의 면내에 형성됨과 아울러, 해당 오목부에는 제1, 제2 액체의 어느것인가 한쪽이 수용되어 있다.

제1, 제2 액체는 서로 굴절률이 다르므로, 이들 제1, 제2 액체 사이의 계면이 렌즈면으로서 기능한다. 렌즈면의 형상은, 제1, 제2 액체의 각각의 체적이나 계면 장력 등으로 결정되며, 일렉트로웨팅 효과를 이용함으로써 해당 렌즈면의 형상을 변화시킬 수가 있다. 도전성의 제1 액체로서는 예를 들면 전해액이 이용되고, 절연성의 제2 액체로서는 예를 들면 실리콘 오일이 이용된다. 각뿔모양의 오목부에는 예를 들면 제2 액체로 이루어지는 액적이 수용된다.

상술한 예에 있어서, 각뿔모양의 오목부는, 제1 전극층의 표면에 형성한 각뿔모양의 관통구멍(貫通孔)과, 제1 전극층의 한쪽 면에 접합됨과 아울러 상기 관통구멍의 일단(一端)을 폐쇄(閉塞; close)하는 제1 투명 기판에 의해 구성할 수가 있다. 제1 전극층으로서는, 예를 들면 단결정 실리콘 기판을 이용할 수가 있다. 해당 오목부를 포함하는 제1 전극층의 표면은 절연막으로 덮여 있다. 제1 전극층은, 상기 오목부를 둘러싸는 형상으로 형성된 밀폐층을 거쳐서 제2 투명 기판과 대향하고 있다. 이들 제1 전극층과 제2 투명 기판에 의해 본 발명에 관계된 상기 셀을 구성할 수가 있다. 셀의 내부에는 상기 제1, 제2 액체가 봉입되고, 절연성의 제2 액체가 오목부의 내부에 수용된다. 제1 전극층과 제2 투명 기판 사이에는, 도전성의 제1 액체와 접하는 제2 전극층이 설치된다. 이 제2 전극층으로서는, 제2 투명 기판의 내면측에 형성된 투명 전극층으로 할 수가 있다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 광학 소자에 따르면, 밀폐성의 셀내에 봉입된 제1, 제2 액체로 이루어지는 렌즈 소자를 용이하게 또한 미세하게 제작할 수 있음과 아울러, 가공 정밀도에 기인하는 렌즈 광축의 편차를 억제할 수가 있다. 또, 전압 구동시의 액적의 편심을 방지할 수가 있다.

또, 본 발명의 렌즈 어레이에 따르면, 렌즈를 간막이(仕切; separate)하는 격벽(隔璧) 면적을 저감할 수 있으므로, 렌즈의 유효 면적을 증가시킬 수가 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 광학 소자의 개략 구성을 도시하는 측단면도,

도 2는, 광학 소자를 구성하는 실리콘 기판에 대한 각뿔모양의 관통구멍의 형성 방법을 설명하는 사시도,

도 3은, 광학 소자에 인가하는 구동 전압과 초점 거리의 관계를 도시하는 특성도,

도 4는, 본 발명의 실시형태에 따른 렌즈 어레이의 개략 구성을 도시하는 분해 사시도,

도 5는, 렌즈 어레이의 주요부 측단면도,

도 6은, 렌즈 어레이의 제조 방법을 설명하는 공정 단면도,

도 7은, 렌즈 어레이의 제조 방법을 설명하는 공정 단면도,

도 8은, 오목부의 형상의 변형예를 설명하는 주요부 단면도,

도 9는, 오목부의 형상의 다른 변형예를 설명하는 주요부 단면도,

도 10은, 육각뿔 형상의 오목부를 도시하는 사시도,

도 11은, 개구 형상이 장방형상의 오목부를 도시하는 사시도,

도 12는, 일렉트로웨팅 효과(전기 모세관 현상)의 설명도,

도 13은, 종래의 광학 소자의 개략 구성을 도시하는 주요부 단면도,

도 14는, 종래의 다른 광학 소자의 개략 구성을 도시하는 주요부 단면도.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광학 소자(20)의 개략 구성을 도시하는 측단면도이다. 본 실시형태의 광학 소자(20)는, 밀폐성의 셀(30) 내부에 형성된 액실(27)에 제1 액체(31)와 제2 액체(32)가 수용되고, 이들 제1 액체(31)와 제2 액체(32)와의 계면(33)에 의해서 렌즈면이 형성되는 액체 렌즈 소자를 구성하고 있다.

제1 액체(31)로서는, 도전성을 가지는 투명한 액체가 이용되고, 예를 들면 물, 전해액(염화 칼륨이나 염화 나트륨, 염화 리튬 등의 전해질의 수용액), 분자량이 작은 메틸 알콜, 에틸 알코올 등의 알콜류, 상온(常溫) 용융염(이온성 액체) 등의 유극성(有極性) 액체를 이용할 수가 있다.

제2 액체(32)로서는, 절연성을 가지는 투명한 액체가 이용되고, 예를 들면 데칸, 도데칸, 헥사데칸 혹은 언데칸(undecane) 등의 탄화 수소계의 재료, 실리콘 오일, 불소계의 재료 등의 무극성(無極性) 용매를 이용할 수가 있다.

제1, 제2 액체(31, 32)는 서로 다른 굴절률을 가짐과 아울러, 액실(27)에서 서로 혼화하는 일없이 존재할 수 있는 재료가 선택된다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 제1 액체(31)로서 염화 리튬 수용액(농도 3.66wt%, 굴절률 1.34)이 이용되고, 제2 액체(32)로서 실리콘 오일(GE 토시바(東芝) 실리콘사제 TSF437, 굴절률 1.49)이 이용된다. 또, 제1, 제2 액체(31, 32)는 서로 동등한 비중을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 이하의 설명에서는, 「제1 액체」를 전해액(31)이라고 칭하고, 「제2 액체」를 액적(32)이라고 칭하기로 한다.

계속해서, 셀(30)의 구성에 대해서 설명한다.

셀(30)은, 상하 한쌍의 투명 기판(23, 24)을 구비하고 있다. 제1 투명 기판으로서의 하부 투명 기판(23)의 내면측에는 제1 전극층(21)이 접합되어 있고, 제2 투명 기판으로서의 상부 투명 기판(24)의 내면측에는 제2 전극층(22)이 접합되어 있다. 그리고, 이들 제1, 제2 전극층(21, 22)을 밀폐층(25)을 서로 붙임(貼合; bond)으로써, 내부에 액실(27)을 가지는 셀(30)이 구성된다. 또, 도시된 예에서는, 하부 투명 기판(23)의 외면측에, 투광구멍(透光孔)(29a)이 형성된 지지판(29)이 접합되어 있다.

한쌍의 투명 기판 23, 24는, 유리 기판이나 비도전성의 플라스틱 기판, 필름 혹은 시트 등으로 구성할 수가 있다. 밀폐층(25)은 고무나 수지 재료 등의 액밀성(液密性; liquid tightness)을 확보할 수 있는 재료로 구성할 수가 있다. 또, 전극층(21, 22)은 금속, 도전성 산화물, 반도체 재료 등으로 구성할 수가 있다.

제1 전극층(21)에는 역사각뿔(逆四角錐) 형상의 관통구멍(21a)이 형성되어 있고, 제2 전극층(22)에는, 관통구멍(21a)이 큰 직경부와 동등한 개구 지름을 가지는 개구(22a)가 형성되어 있다. 이들 관통구멍(21a), 개구(22a) 및 지지판(29)의 투광구멍(29a)은 각각 광축(35) 위에 정렬되어 있고, 셀(30)을 투과하는 광의 입사구(入射口) 혹은 출사구(出射口)로 된다.

본 실시형태에 있어서, 제1 전극층(21)은 단결정 실리콘 기판이 이용된다. 단결정 실리콘 기판에는, 소정의 도전성을 얻기 위해서 필요한 도펀트(불순물 이온)가 필요량 첨가된 N형 기판 혹은 P형 기판이 이용된다. 또한, 사양(仕樣; specification) 등에 따라서, 논도프형의 단결정 실리콘 기판을 이용해도 좋다.

제1 전극층(21)에 대한 역사각뿔 모양의 관통구멍(21a)을 형성하는 방법으로서는, 이방성 웨트 에칭법이 매우 적합하다. 제1 전극층(21)에 실리콘 등의 단결정 실리콘 기판을 이용하는 경우, 결정 방위에 의존한 에칭 선택성이 발생한다. 이것에 의해, 소정의 경사각을 가지는 경사면(테이퍼면)에서 관통구멍(21a)의 각 내주면을 용이하게 형성할 수가 있다. 또, 관통구멍(21a)의 내주면은 결정면이기 때문에 평탄성이 뛰어나다. 이 때문에, 일렉트로웨팅 효과에 의한 전해액(31)의 이동을 원활히 행할 수 있고, 계면(33)의 형상 변화가 용이해진다.

본 실시형태에서는, 도 2에 모식적(模式的; schematical)으로 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판의 (100)면을 피가공면으로 해서 경사각 θ가 55°인 경사면({111}면)으로 이루어지는 내주면을 가지는 역사각뿔 형상의 관통구멍(21a)을 형성하도록 하고 있다. 관통구멍(21a)은 정사각뿔 형상에 한정되지 않고, 평면적으로 보아 장방형상이더라도 좋다. 또한, 도 2에서 부호 (36)은 마스크 패턴이다.

제1 전극층(21)의 관통구멍(21a)을 포함하는 전표면(全表面)은, 절연막(26)으로 피복되어 있다. 절연막(26)은 절연성의 물질이면 특별히 한정되지 않고, 매우 적합하게는, 유전율이 비교적 높은 물질이 선택된다. 또, 비교적 큰 정전 용량을 얻기 위해서 절연막(26)의 막두께는 얇은 것이 바람직하지만, 절연 강도를 확보할 수 있는 막두께 이상인 것이 필요하다. 유전율이 비교적 높은 재료로서는, 예 를 들면 산화 탄탈, 산화 티탄 등의 금속 산화물을 들 수 있지만, 물론 이것에 한정되지 않는다. 절연막(26)의 형성 방법도 특별히 제한되지 않고, 스퍼터링법, CVD법, 증착법 등의 진공 박막 형성 방법 외에, 도금법, 전착법(電着法), 코팅법, 디핑법 등의 각종 코팅 방법이 채용가능하다. 또한, 절연막(26)은 적어도 제1 전극층(21)의 내면측에 형성되어 있으면 좋다.

또, 절연막(26)은, 액적(32)이 접촉하는 관통구멍(21a)의 내주 영역에서 발수성을 가지는 것이 바람직하다. 발수막의 형성 방법으로서는, 예를 들면 폴리파라크실리렌을 CVD법으로 성막하는 방법, 불소계의 폴리머인 PVdF나 PTFE 등의 재료를 전극층 표면에 코팅하는 방법 등을 들 수 있다. 또, 고유전율 재료와 발수성 재료를 복수 조합한 적층 구조로 절연막(26)을 구성해도 좋다.

또한, 제1 전극층(21)에 대한 관통구멍(21a)의 형성 방법은 상기의 예에 한정되는 일은 없으며, 예를 들면 레이저 가공법이나 절삭 등의 기계 가공법이 적용가능하다. 또, 제2 전극층(22)에 대한 개구(22a)의 형성도 상기의 예와 마찬가지 방법으로 행할 수가 있다.

액실(27)은, 제1 전극층(21)의 관통구멍(21a)과 하부 투명 기판(23)에 의해 형성되는 오목부(28)의 내부 공간, 제2 전극층(22)의 개구부(22a)의 내부 공간 및, 제1 전극층(21)과 제2 전극층(22)과의 간극(間隙; gap)(밀폐층(25)의 두께에 상당(相當))에 의해서 형성된다. 액실(27)의 전용적(全容積)은 전해액(31) 및 액적(32)으로 점유된다. 전해액(31)은 제2 전극층(22)에 접해 있으며, 액적(32)은 오목부(28)의 내부에 수용되어 있다.

제1 전극층(21)과 제2 전극층(22) 사이에는 전압 공급원(供給源)(34)이 설치되어 있다. 전해액(31)과 액적(32)과의 계면(33) 형상은 구면(球面) 혹은 비구면(非球面) 형상이며, 그의 곡률은 전압 공급원(34)으로부터 공급되는 전압의 크기에 따라서 변화한다. 그리고, 계면(33)은, 전해액(31)과 액적(32)의 굴절률 차에 따른 렌즈 파워를 가지는 렌즈면을 구성한다. 따라서, 제1 전극층(21)과 전해액(31) 사이에 인가하는 전압의 크기를 조정함으로써, 광축(35)을 따라 입사하는 광의 초점 거리를 변화시키는 것이 가능해진다.

도 3에 인가 전압과 초점 거리의 관계를 도시한다. 도 3에서 종축은 초점 거리 f의 역수를 표시하고, 횡축은 인가 전압을 표시하고 있다. 전압 무인가 상태(V=0)에서는, 액적(32)은 도 1에서 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 오목부(28)의 내주면을 적시면서 퍼지고 있고, 전해액(31)과의 계면(33A)은 하부 투명 기판(23) 측으로 볼록한 오목 렌즈 형상으로 균형잡혀(釣合; balanced) 있다. 따라서, 해당 형상의 계면(33A)을 가지는 광학 소자(20)는 하부 투명 기판(23) 측에 초점을 가지고, 하부 투명 기판(23) 측으로부터 셀(30)내에 입사한 광 LA는 도 1에 도시하는 바와 같이 발산해서 출사(出射; emit)된다.

다음에, 제1 전극층(21)과 전해액(31) 사이에 전압을 인가하기 시작하면, 일렉트로웨팅 효과에 의거한 전해액(31)의 오목부(28)내로의 이동이 유발된다. 전압 인가 개시부터 소정 전압 V1까지의 범위에서는, 전해액(31)의 현저한 이동은 인정되지 않고, 따라서, 전해액(31)과 액적(32) 사이의 계면(33A)의 형상 변화는 적다.

인가 전압의 크기가 V1을 넘으면, 전해액(31)이 오목부(28)의 내주면에 대한 젖음성(濡性; wettability)이 높아지고, 오목부(28)의 둘레가장자리(周緣)로부터 오목부(28)의 안쪽으로 침입하기 시작한다. 그 결과, 전해액(31)과 액적(32)과의 계면(33)의 곡률이 작아지고, 인가 전압 V2에서 계면 형상이 평탄하게 된다. 이 상태에서는, 계면(33)에서의 렌즈 효과는 없고, 초점 거리는 무한대로 된다(1/f=0).

인가 전압을 더욱 크게 하면, 전해액(31)에 의한 오목부(28)내의 침식(浸食; occupied) 영역은 증대하고, 전해액(31)과 액적(32)과의 계면(33B)의 형상은 도 1에서 실선으로 나타내는 바와 같이 상부 투명 기판(24) 측으로 볼록한 볼록 렌즈 형상으로 된다. 이 상태로부터 인가 전압이 더 커지면, 해당 볼록 렌즈 형상의 계면(33)의 곡률은 더 커지고, 도 1에서 파선으로 나타내는 바와 같은 형상의 계면(33C)이 얻어진다. 해당 볼록 렌즈 형상의 계면(33B, 33C)을 가지는 광학 소자(20)를 투과하는 광 LB, LC는 상부 투명 기판(24) 측에 초점을 가짐과 아울러, 계면(33B)의 렌즈 형상을 투과하는 광 LB에 비해 계면(33C)의 렌즈 형상을 투과하는 광 LC가 초점 거리는 짧다. 이것에 의해, 본 실시형태의 광학 소자(20)는, 인가 전압의 크기로 초점 거리를 조정가능한 가변 초점 렌즈로서 기능한다.

그리고, 이상과 같이 구성되는 본 실시형태의 광학 소자(20)에 있어서는, 액적(32)이 수용되는 오목부(28)의 형상이 각뿔 형상으로 형성되어 있으므로, 해당 오목부(28)에 수용되는 액적(32)의 센터링성을 높일 수가 있다. 이것에 의해, 액적(32)의 광축을 안정하게 보존유지할 수 있고, 전압 구동시에 있어서의 액적(32)의 편심을 방지할 수가 있다.

특히 본 실시형태에서는, 오목부(28)의 내주면을 구성하는 절연막의 하지(下地; underlayer)가 제1 전극층(21)으로 구성되어 있으므로, 이것이 전압 인가시에 있어서 전해액(31)이 오목부(28)의 둘레면을 따라 이동시키는 가이드 기능을 제공(奏; provide)하고, 액적(32)의 센터링성 향상에 크게 공헌한다.

또, 오목부(28)가 제1 전극층(21)의 표면에 형성된 에칭 가공 자국(痕; mark)으로 구성되므로, 오목부의 형성을 용이하게 또한 정밀도 좋게 행할 수가 있다. 이것에 의해, 가공 오차에 기인하는 광축의 편차를 억제할 수가 있다.

또, 오목부(28)를 각뿔 형상으로 구성함으로써, 오목부(28)에 수용된 액적(32)의 전해액(31)과의 사이의 계면 형상은, 오목부(28)의 둘레가장자리 근방(近傍)에서 비구면 형상을 실현할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 광학 소자(20)는, 예를 들면 카메라의 왜곡 수차(술통형(樽型; barrel) 수차, 실패형(絲卷型; pincushion) 수차) 보정 등의 비구면 렌즈 소자로서 응용할 수가 있다. 왜곡 수차의 예로서는, 술통형 수차나 실패형 수차 등이 있다.

(제2 실시형태)

계속해서, 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 도 4 및 도 5는, 본 발명에 관계된 광학 소자를 구비한 렌즈 어레이(40)의 개략 구성을 도시하고 있다. 여기서, 도 4는 렌즈 어레이(40)의 분해 사시도, 도 5는 렌즈 어레이(40)의 개략 측단면도이다.

렌즈 어레이(40)는, 상술한 제1 실시형태에서 설명한 광학 소자(액체 렌즈 소자)가 이차원적으로 복수 배열됨으로써 구성되어 있다. 또한, 도 5의 단면도에 서는, 설명의 편의상, 셀(50)내에 2개의 액체 렌즈 소자를 병치(竝置; 병설)한 예를 도시하고 있다.

본 실시형태의 렌즈 어레이(40)는, 제1 전극층으로서의 실리콘 기판(41)과, 이 실리콘 기판(41)에 씰 링(seal ring)(45)을 거쳐서 붙여지는 상부 투명 기판(44)과, 실리콘 기판(41)을 수용하는 하우징(筐體; housing)(49)을 구비하고 있다.

실리콘 기판(41)은 직사각 형상(矩形狀)을 가지고, 그의 면내에 역사각뿔 형상의 관통구멍(41a)이 이차원적으로 복수 형성되어 있다. 실리콘 기판(41)과 상부 투명 기판(44) 사이에는, 도전성의 제1 액체로 이루어지는 전해액(51)과 절연성의 제2 액체로 이루어지는 액적(52)로 충전된 액실(47)이 형성되어 있다. 실리콘 기판(41)의 하면에는 하부 투명 기판(43)이 접합되어 있고, 관통구멍(41a)의 바닥부가 이 하부 투명 기판(43)으로 폐쇄됨으로써, 액실(47)내에 이차원적으로 배열된 복수의 오목부(48)가 형성되어 있다.

실리콘 기판(41)의 표면의 오목부(48)를 포함하는 영역은, 절연막(46)으로 피복되어 있다. 절연막(46)으로서, 본 실시형태에서는, 발수성의 폴리파라크실리렌이 이용되고 있다.

액실(47)에서, 개개의 오목부(48)의 내부에는 액적(52)가 수용되어 있고, 잔여(殘餘) 영역은 전해액(51)으로 채워(滿)져 있다. 전해액(51) 및 액적(52)은, 동등한 비중을 가짐과 아울러 서로 혼화하는 일없이 액실(47)내에 존재하는 것에 의해, 이들 사이에 구면 혹은 비구면 형상의 계면(53)을 형성하고 있다. 그리고, 전 해액(51) 및 액적(52)은, 서로 다른 굴절률을 가지고, 계면(53)에 굴절률 차에 따른 렌즈 파워를 가지는 렌즈 소자를 구성하고 있다.

상부 투명 기판(44)의 내면에는, 제2 전극층으로서의 투명 전극막(42)이 형성되어 있다. 투명 전극막(42)은, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명한 도전성 금속 산화물로 구성되어 있다. 투명 전극막(42)에는, 전압 공급원(54)의 한쪽의 단자에 연락(連絡; connect)하는 배선 부재(55)가 도전성 페이스트나 이방성 도전 필름 등을 거쳐서 접착되어 있다. 배선 부재(55)에는, 예를 들면 플렉시블 배선 기판 등이 이용되고 있다.

액실(47)내의 전해액(51)은, 이 투명 전극막(42)에 접해 있고, 절연막(46)을 사이에 두고 실리콘 기판(41)과 전해액(51) 사이에 전압을 인가하는 것이 가능하게 된다. 계면(53)의 형상은 실리콘 기판(41)과 전해액(51) 사이에 인가되는 전압의 크기로 변화한다. 따라서, 이 전압의 크기를 조정함으로써 렌즈 소자의 초점 거리가 제어된다.

하우징(49)은, 예를 들면 플라스틱 재료 등의 절연성 재료로 형성되어 있고, 상면 및 하면에 개구를 가지고 있다. 하우징(49) 윗가장자리(上緣)는, 자외선 경화 접착제 등의 접착제(56)를 거쳐서 상부 투명 기판(44)의 하면 둘레가장자리부(周緣部)에 접착되어 있다. 하우징(49)의 하단(下端)은 안쪽 측으로 굴곡 형성되어 있고, 그의 가장자리부(緣部)에 금속 전극(57)이 코킹(caulking), 접착 등의 수법에 의해 취부(取付; attach)되어 있다. 금속 전극(57)은 동판 등의 금속판으로 형성되고, 전압 공급원(54)의 다른쪽의 단자에 접속되어 있다. 또, 금속 전극(57) 은, 실리콘 기판(41)의 하면에 형성된 콘택트 전극(58)에 접합되어 있다.

이상과 같이 구성되는 본 실시형태의 렌즈 어레이(40)에서는, 실리콘 기판(41)과 투명 전극막(42) 사이에 인가되는 전압의 크기에 따라서, 각 오목부(48)의 내부에 수용된 액적(52)과 전해액(51)과의 계면(53)의 형상을 동시(同時)에 변화시키는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 시트 모양의 액체 렌즈 소자를 구성할 수 있고, 예를 들면 카메라의 스트로보 장치 등의 면발광 광원용 초점 가변 소자로서 이용할 수가 있다.

특히 본 실시형태에서는, 액적(52)을 수용하는 오목부(48)의 형상이 사각뿔 형상이기 때문에, 실리콘 기판(41)의 표면에 오목부(48)를 조밀하게 배치할 수 있고, 렌즈를 간막이하는 격벽 면적의 저감을 도모할 수가 있다. 이것에 의해, 렌즈 어레이 전체로서 유효 면적이 큰 렌즈면을 확보할 수가 있다.

다음에, 이상과 같이 구성되는 렌즈 어레이(40)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 6 및 도 7은 렌즈 어레이(40)의 제조 방법을 설명하는 공정 단면도이다.

[콘택트 전극 형성 공정]

우선, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(41)의 한쪽 면(하면)에, 콘택트 전극(58)을 형성한다. 실리콘 기판(41)의 하면은, 하부 투명 기판(43)이 접합되는 면이며, 밀착층으로서, Ti나 Cr 등의 박막이 형성되어 있다. 콘택트 전극(58)은, 상기 밀착층의 형성후, Pt나 Au 등의 표면이 안정한 금속 박막을 진공 증착법 등에 의해 패턴 형성된다.

콘택트 전극(58)은, 하우징(49) 아랫가장자리(下緣)에 취부된 금속 전극(57) 과의 접촉 도통을 취하기 위해서 비교적 두꺼운 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이 때문에, Pt나 Au 등의 금속 박막을 형성후, 표면에 도금막을 형성함으로써 콘택트 전극(58)을 두껍게 하도록 해도 좋다.

또, 콘택트 전극(58)은, 실리콘 기판(41)의 다이싱(dicing) 시에, 절단 위치를 나타내는 위치결정 마크로서도 이용가능하다. 이 경우, 도시하는 바와 같이 다이서(다이싱 소(saw)를 사이에 두는 바와 같은 2중선으로 되도록 콘택트 전극(58)을 형성하면 좋다. 또, 콘택트 전극(58)은, 후술하는 절연막 형성 공정에서, 절연막의 비형성면으로서 식별하는데도 이용가능하다.

[하부 투명 기판 접합 공정]

계속해서, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(41)의 하면에 하부 투명 기판(43)을 접합하는 공정이 행해진다. 하부 투명 기판(43)은 유리 기판으로 구성되어 있다. 유리 기판으로서는, 파이렉스 유리(Pyrex glass(「파이렉스」는 등록상표)로 대표되는 규붕산(硅硼酸) 유리 등의 저팽창 계수의 유리 기판이 매우 적합하다. 또, 규붕산 유리는, 연화점이 낮기 때문에 실리콘 기판(41)에 대해서 양극 접합(陽極接合; anode-couple)이 가능하고, 양호한 밀착성이 얻어진다.

또한, 실리콘 기판(41)과 하부 투명 기판(43)과의 접합 방법으로서는, 저융점 유리를 접착제로서 사용해서 접합하는 방법이나, 플라즈마 조사에 의해서 표면을 활성화해서 접합하는 방법 등도 채용가능하다. 수지의 접착제라도, 전해액(51)이나 액적(52)으로 침범(侵; demage)당하지 않는 것이면 이용가능하다.

[오목부 형성 공정]

다음에, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, 이방성 웨트 에칭법에 의해 실리콘 웨이퍼(41)에 대해서 각뿔모양의 오목부(48)를 형성하는 공정이 행해진다.

오목부(48)의 형성시, 실리콘 기판(41)의 다른쪽 면(상면)에는, 오목부(48)의 형성 위치가 개구된 마스크 패턴을 미리 형성해 둔다. 에칭액(etchant)으로서는, 예를 들면 KOH(수산화 칼륨) 용액이 이용되고, 이 경우의 마스크 패턴은 질화 실리콘막이 적합하다. 또한, 에칭액은 이것에 한정되지 않고, 실리콘 기판의 이방성 웨트 에칭에 사용되는 바와 같은 알칼리 용액이 사용가능하며, 용액의 종류에 따라서 마스크 재료도 선택된다.

실리콘 기판의 결정 방위면을 적절히 선택함으로써, 사각뿔을 역으로 한 역사각뿔 형상의 오목부(48)가 형성된다. 에칭액은 실리콘 기판(41)을 관통하고, 하부 투명 기판(43)의 표면에서 에칭이 종료한다. 이것에 의해, 오목부(48)의 바닥면이 유리 창으로 되고, 렌즈 소자의 개구면으로 된다. 마스크 패턴의 정밀도를 향상시키는 것에 의해, 개개의 렌즈 사이의 편차가 적은 렌즈 어레이를 형성하는 것이 가능하다. 또, 실리콘 기판(41)의 하면에 하부 투명 기판(43)을 접합한 상태에서 오목부(48)를 형성하므로, 오목부(48)의 바닥부가 평탄하게 되고, 수차가 작은 렌즈 소자가 형성가능하게 된다.

[다이싱 공정]

계속해서, 도 6의 (d)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(41)을 개편화(個片化; singulating)하는 다이싱 공정이 행해진다. 다이싱 공정에서는, 실리콘 기판(41)의 하면에 소정의 간격을 떼어놓고 2중선 모양으로 형성한 콘택트 전극(58) 사이를 다이싱한다.

[절연막 형성 공정]

다음에, 도 7의 (e)에 도시하는 바와 같이, 개편화한 실리콘 기판(41)의 상면에 절연막(46)을 형성하는 공정이 행해진다. 절연막(46)은, 실리콘 기판(41)에 형성한 오목부(48)의 표면에도 형성된다. 절연막(46)으로서는, 단차(段差; steps)가 많은 면에의 성막이기 때문에, 피복성이 뛰어난 재료가 적합하다. 본 실시형태에서는, 발수성의 폴리파라크실리렌을 진공 증착으로 성막하는 방법이 채용되고 있다.

렌즈 소자의 구동 전압은, 이 절연막(46)의 막두께에 크게 의존한다. 즉, 절연막(46)의 막두께가 작을 수록 전해액(51)과 실리콘 기판(41) 사이의 정전 용량이 커지고, 렌즈 소자의 구동 전압을 저감할 수 있다. 오목부(48)는, 실리콘 기판(41)에 대한 이방성 웨트 에칭에 의해서 형성되어 있기 때문에, 오목부(48)의 테이퍼 모양의 내주면은 나노스케일로 평탄화되어 있다. 따라서, 절연막(46)의 막두께를 고정밀도로 제어할 수 있고, 절연막(46)의 박막화도 용이하다. 본 예에서는, 절연막(46)의 막두께를 약 3㎛로 하고 있다.

[액 주입(注入) 공정]

다음에, 도 7의 (f)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(41)의 상면에 씰 링(45)을 배치한다. 씰 링(45)은 예를 들면 고무제의 O링으로 이루어지고, 실리콘 기판(41) 위의 오목부(48)의 형성 영역을 둘러싸는 둘레가장자리 영역에 붙여진다. 그 후, 씰 링(45)의 내주측 공간부에 전해액(51)과 액적(52)이 주입된다. 액 적(52)은 각 오목부(48)의 내부에 수용되고, 전해액(51)은 오목부(48)의 상부 공간에 충전된다.

오목부(48)에 대한 액적(52)의 주입 방법으로서는, 씰 링(45)의 내주측 공간부를 전해액(51)으로 채운 후, 전해액(51)내에 노즐 선단을 침지(浸漬; inserting)하고 오목부(48)내에 액적(52)을 적하(滴下)하는 방법이나, 액적(52)을 오목부(48)내에 적하한 후, 액적(52) 위에서 전해액(51)을 주입하는 방법 등이 있다.

[조립 공정]

최후에, 도 7의 (g)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(41)에 상부 투명 기판(44)를 붙임과 아울러, 실리콘 기판(41)을 하우징(49)에 수납하고 상부 투명 기판(44)과 하우징(49)을 접착 고정하는 공정이 행해진다.

상부 투명 기판(44)과 하우징(49)과의 접착에는 UV 반응형 접착제(56)가 이용되고, 상부 투명 기판(44)측으로부터 UV 조사해서 경화된다. 또, 상부 투명 기판(44)과 하우징(49) 사이의 접착시에, 하우징(49)의 하단의 금속 전극(57)이 실리콘 기판(41) 하면의 콘택트 전극(58)에 가압 접촉해서 전기적 도통이 취해진다. 금속 전극(57)은 하우징(49)에 미리 코킹이나 접착 등으로 일체화된다. 상부 투명 기판(44)과 하우징(49)과의 접착 공정에서는, 양자의 평행도를 조정해서 조립된다.

또, 상부 투명 기판(44)에는 배선 부재(55)가 도전성 접착제나 이방성 도전 필름을 거쳐서 접합되고, 상부 투명 기판(44)의 내면측에 형성된 투명 전극막(42)과 배선 부재(55)가 전기적으로 접속된다. 또한, 배선 부재(55)를 취부하는 대신에, 투명 전극막(42)을 그대로 단자로서 사용해도 좋고, 투명 전극막(42) 밖(外)으 로 나와 있는 부분만 금속막을 더 형성하고, 와이어 본딩이나 납땜(soldering)으로 배선을 형성해도 좋다.

본 실시형태의 렌즈 어레이(40)는 이상과 같이 해서 제조된다.

본 실시형태에 따르면, 상술한 제1 실시형태와 마찬가지로, 제작이 용이하고 미세 가공이 가능하며, 가공 정밀도에 기인하는 광축의 편차와 전압 구동시의 액적의 편심을 억제할 수가 있다. 또, 렌즈를 간막이하는 격벽 면적을 저감할 수 있으므로, 렌즈의 유효 면적을 증가시킬 수가 있다.

특히, 실리콘 기판(41) 위의 오목부(48)를 이방성 웨트 에칭으로 형성하도록 하고 있으므로, 복수의 오목부(48)를 동시에 또한 고정밀도로 형성할 수가 있다. 또, 오목부(48)의 미세 가공도 용이하게 행할 수가 있다.

또, 오목부(48)의 테이퍼 모양의 내주면을 치수 정밀도 높게 형성할 수 있으므로, 개개의 렌즈의 액량(液量), 변형량, 그 밖의 광학 특성의 편차가 매우 작은 렌즈 어레이(40)를 제작할 수 있다. 또, 실리콘 기판(41), 한쌍의 투명 기판(43, 44) 등의 구성 재료를 얇게 하는 것에 의해, 조립 후에도 매우 박형의 렌즈 어레이(40)를 제작할 수가 있다.

이상, 본 발명의 각 실시형태에 대해서 설명했지만, 물론, 본 발명은 이들에 한정되는 일없이, 본 발명의 기술적 사상에 의거해서 여러 가지 변형이 가능하다.

예를 들면 이상의 각 실시형태에서는, 밀폐성의 셀(30, 50)내의 오목부(28, 48)에 절연성의 제2 액체로 이루어지는 액적(32, 52)을 수용한 예에 대해서 설명했지만, 물론 이것에 한정되지 않고, 오목부(28, 48)내에 도전성의 제1 액체로 이루 어지는 액적을 수용해도 좋다.

또, 이상의 각 실시형태에서는, 오목부(28, 48)의 테이퍼 모양의 내주면을 형성하는 각 경사면을 동일한 경사각으로 형성했지만, 일부의 경사면을 다른(他) 경사면과는 다른 경사각으로 형성해도 좋다. 예를 들면, 도 8은, 좌우 방향의 경사각이 동일한 내주면으로 이루어지는 오목부(28A)에 인접해서, 좌우 방향에서 경사각이 다른 2종류의 오목부(28B, 28C)를 설치한 예를 도시하고 있다. 도시한 예와 같이, 오목부(28)의 내주면의 경사각을 임의(任意)로 조정함으로써, 액적(32)의 광축을 임의로 조정할 수 있게 된다. 이것에 의해, 예를 들면 렌즈 어레이에 광 확산 기능을 부여하는 것이 가능해진다.

또, 오목부의 형상은, 상술한 역사각뿔 형상에 한정되지 않고, 도 9에 도시하는 바와 같이 개구부 면적이 바닥부 면적보다도 작아지는 바와 같은 테이퍼 방향의 내주면을 가지는 각뿔 형상의 오목부(28D)도 본 발명은 적용가능하다. 이 경우, 액적(32)의 렌즈면(계면)(33)은, 상술한 실시형태의 경우에 비해 곡률이 큰 것(大)으로 된다.

또, 오목부는 사각뿔 형상에 한정되지 않고, 삼각뿔 형상이나 육각뿔 형상 등의 다른 각뿔 형상이더라도 좋다. 도 10에 육각뿔 형상의 오목부(28E)를 조밀 배치한 예를 도시한다.

게다가 또, 도 11에 도시하는 바와 같이, 오목부의 개구 형상을 장방형상으로 해도 좋다. 이 경우, 오목부(28F)에 수용되는 액적의 렌즈면을 긴변 방향과 짧은변 방향에서 곡률이 다른 실린더리컬(cylindrical) 모양 혹은 토로이 달(toroidal) 모양으로 형성할 수가 있다. 이런 종류의 렌즈는, 예를 들면 조명 광학계, 레이저 프린터나 광 디스크 장치 등의 광학계에 폭넓게 이용할 수가 있다.

본 발명은, 일렉트로웨팅 효과(전기 모세관 현상)를 이용한 광학 소자 및 렌즈 어레이에 관한 기술 분야 등에 적용가능하다.

Claims

밀폐성 셀의 내부에 액적(液滴)을 수용해서 이루어지는 광학 소자에 있어서,

상기 셀의 내부에는, 상기 액적을 수용하는 각뿔모양(角錐狀)의 오목부(凹部)가 형성되어 있는

것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 오목부는 사각뿔대 형상(四角錐台形狀)을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 셀은,

한쌍의 투명 기판과,

이들 한쌍의 투명 기판 사이에 형성되는 액실(液室)과,

상기 액실에 충전되고 서로 굴절률이 다른 제1, 제2 액체와,

상기 액실내에 배치되고 표면이 절연막으로 피복된 전극층을 가지고,

상기 제1 액체는 도전성이며, 상기 제2 액체는 절연성임과 아울러, 서로 혼화하는 일없이 상기 액실내에 존재하고,

상기 오목부는 상기 전극층의 면내에 형성됨과 아울러, 해당(當該) 오목부에 는 상기 제1, 제2 액체의 어느것인가 한쪽이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제3항에 있어서,

상기 한쌍의 투명 기판 중, 상기 액실을 사이에 두고 상기 전극층과 대향하는 측의 투명 기판에는 투명 전극층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제3항에 있어서,　

상기 제1 액체와 상기 제2 액체 사이의 계면이 비구면(非球面) 형상인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제3항에 있어서,　

상기 전극층은 단결정 실리콘 기판으로 이루어지고,

상기 오목부는 해당 단결정 실리콘 기판의 표면에 형성된 에칭 가공자국(痕)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항에 있어서,　

상기 오목부의 내주면(內周面)이 발수면(撥水面)인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 오목부의 내주면을 형성하는 모든 경사면은, 각각 실질적으로 동일한 경사각으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제1항에 있어서,

상기 오목부의 내주면을 형성하는 일부의 경사면이 다른(他) 경사면과는 다른 경사각으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
도전성의 제1 액체와,

상기 제1 액체와 굴절률이 다른 절연성의 제2 액체와,

상기 제1 액체와 상기 제2 액체를 서로 혼화시키는 일없이 수용하는 밀폐성 셀을 가지는 광학 소자로서,

상기 셀은,

상기 제2 액체를 수용하는 각뿔모양의 관통구멍이 형성된 제1 전극층과,

상기 제1 전극층을 피복하는 절연막과,

상기 제1 전극층의 한쪽 면에 접합됨과 아울러 상기 관통구멍의 일단(一端)을 폐쇄(閉塞)하는 제1 투명 기판과,

상기 제1 전극층의 다른쪽 면에 밀폐층을 거쳐서 대향 배치되는 제2 투명 기판과,

상기 제1 전극층과 상기 제2 투명 기판 사이에 배치됨과 아울러 상기 제1 액체에 접하는 제2 전극층을 구비한

것을 특징으로 하는 광학 소자.
제10항에 있어서,

상기 제2 전극층은, 상기 제2 투명 기판 위에 형성된 투명 전극막인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제10항에 있어서,

상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 사이에 소정 전압을 인가가능한 전압 공급원(供給源)을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
밀폐성 셀의 내부에 액적을 수용해서 이루어지는 광학 소자에 있어서,

상기 셀의 내부에는, 상기 액적을 수용하는 각뿔모양의 오목부가 이차원적으로 복수 형성되어 있는

것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
도전성의 제1 액체와,

상기 제1 액체와 굴절률이 다른 절연성의 제2 액체와,

상기 제1 액체와 상기 제2 액체를 서로 혼화시키는 일없이 수용하는 밀폐성 셀을 가지는 렌즈 어레이로서,

상기 셀은,

상기 제2 액체를 각각 수용하는 각뿔모양의 관통구멍이 이차원적으로 복수 배열된 제1 전극층과,

상기 제1 전극층을 피복하는 절연막과,

상기 제1 전극층의 한쪽 면에 접합됨과 아울러 상기 관통구멍의 일단을 폐쇄하는 제1 투명 기판과,

상기 제1 전극층의 다른쪽 면에 밀폐층을 거쳐서 대향 배치되는 제2 투명 기판과,

상기 제2 투명 기판의 내면측에 형성된 투명한 제2 전극층을 구비한

것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.