KR20120012929A - 가변 초점 유체렌즈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 습윤(electro wettiong)을 이용한 가변 초점 유체렌즈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 눈 형상(eye-shaped)으로 메니스커스(meniscus) 상에 접촉되어 있는 제1유체와 제2유체로 이루어진 가변 초점 유체렌즈를 구성하여 낮은 전압으로도 초점의 변경이 용이하고 동일 평면상에 용이하게 두 전극을 구비할 수 있으며 밀봉이 용이하여 렌즈 내부에 기포의 발생이 억제되도록 한 가변 초점 유체렌즈에 관한 것으로, 투명기판과, 상기 투명기판의 상면에 증착된 유전체 박막과, 상기 유전체 박막의 상부에 서로 다른 굴절률로 서로 섞이지 않으며 메니스커스(meniscus, M) 상에 접촉하는 제1유체와 제2유체가 채워진 상태로 대략 반구형(hemisphere)으로 밀봉하는 폴리머 필름과, 상기 유전체 박막에 의해 상기 제2유체로부터 절연된 제1전극 및 상기 제2유체에 작용하도록 구비되는 제2전극을 포함하여 구성되는 가변 초점 유체렌즈를 제공한다.

Description

가변 초점 유체렌즈{Variable liquid lens}
본 발명은 전기 습윤(electro wetting)을 이용한 가변 초점 유체렌즈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 눈 형상(eye-shaped)으로 메니스커스(meniscus) 상에 접촉되어 있는 제1유체와 제2유체로 이루어진 가변 초점 유체렌즈를 구성하여 낮은 전압으로도 초점의 변경이 용이하고 동일 평면상에 용이하게 두 전극을 구비할 수 있으며 밀봉이 용이하여 렌즈 내부에 기포의 발생이 억제되도록 한 가변 초점 유체렌즈에 관한 것이다.
일반적으로 카메라는 다수개의 렌즈를 구비하고 있으며 각각의 렌즈를 이동시켜 그 상대거리를 변화시킴으로써 광학적인 초점거리를 조절하도록 구성된다. 한편, 이러한 렌즈가 장착되는 카메라 등의 광학 기기가 소형화됨에 따라 렌즈도 역시 소형화가 요구되고 있다.
소형화 요구에 부응하기 위한 방법으로는 PCT 국제공개번호 WO 03/069380에 개시한 것과 같은 가변 초점렌즈가 있다.
도 1은 WO 03/069380의 실시예로서 제안된 가변 초점의 간략한 단면도이다. 도 1에서와 같이 상기의 가변 초점렌즈는 굴절률이 서로 다르고 메니스커스(meniscus)(14)를 통해 접촉하는 비혼합성의 제1유체(A) 및 제2유체(B)를 구비하며 실린더 벽을 갖는 실린더 형상의 유체 챔버(5), 상기 실린더 벽의 내측에 배치된 유체 접촉층(contact layer)(10), 상기 유체 접촉층(10)에 의해 상기 제1 유체(A) 및 제2 유체(B)와 분리되는 제1전극(2) 및 상기 제2유체(B)를 활성화시키는 제2전극(12)을 포함한다.
여기서, 상기 제1전극(2)은 실린더 형상으로서 절연층(insulating layer)(8)에 의해 코팅되고 금속성 물질로 만들어지며, 상기 제2전극(12)은 유체 챔버(5)의 일측에 배치된다. 또한, 투명한 전방 요소(4)와 투명한 후방 요소(6)는 상기의 두 유체들을 수용하는 상기 유체 챔버(5)의 커버를 형성한다.
한편, 도 4의 도면부호 16은 전방요소(4)와 유체 접촉층(10)을 밀봉 결합시키는 실링이다.
이와 같은 구성을 갖는 가변 초점렌즈의 동작은 다음과 같다.
상기 제1전극(2)과 제2전극(12) 사이에 전압이 인가되지 않을 때, 상기 유체 접촉층은 제2유체(B)보다 제1유체(A)에 대해 높은 습윤성(wettability)을 가진다. 만약 상기 제1 및 제2전극 사이에 전압이 인가되면, 일렉트로웨팅 (electrowetting) 때문에, 상기 제2유체(B)에 의한 습윤성이 변하고, 도시한 바와 같이 메니스커스(14)의 접촉각(Q1, Q2, Q3)이 변하게 된다.
따라서, 인가된 전압에 따라 메니스커스의 형상이 변화하게 되고, 이를 이용하여 초점조절이 이루어지게 되는 것이다.
즉, 도 1 내지 3에서와 같이 인가된 전압의 크기에 따라 제1유체(A)에서 측정한 상기 메니스커스(14)와 유체 접촉층(10) 사이의 각도는 각각 둔각에서 예각으로, 예컨대 대략 140°, 100°, 60° 등으로 변화하게 된다.
여기서, 도 1은 높은 음의 파워(power), 도 2는 낮은 음의 파워, 도 3은 양의 파워를 갖는 배치를 나타내고 있다.
이와 같이 유체를 이용한 가변 초점 렌즈는 종래의 렌즈의 기계적 구동을 통해 초점을 조절하는 방식에 비해 소형화에 유리하다는 장점이 있다.
하지만 이와 같은 가변 초점 렌즈는 도 4에 도시한 것과 같은 단점이 있다. 즉, 가변 초점 렌즈는 액체로 이루어지기 때문에 챔버(5) 내에 제대로 밀봉되지 못하면 도 4에 도시한 바와 같이 기포(18)가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해서, 렌즈 조립 작업을 액체 내에서 수행하는 방법이 있으나, 이는 기포의 발생을 완벽히 억제하지 못하고 작업성을 떨어뜨리고 렌즈의 대량 생산을 방해한다. 그리고 종래기술에서는 유체의 패키징에 어려움이 있어 하나나하 개별적으로 패키징을 행할 수 밖에 없는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 챔버가 아니라 평면의 투명기판 상에 제1 및 제2유체를 내부에 채운 상태로 대략 반구 형상으로 감싸는 폴리머 필름을 이용한 가변 초점 유체렌즈를 제공하여 눈 형상(eye-shape)으로 유체렌즈를 구비함으로써 종래 문제로 지적되는 챔버 내부의 기포 발생에 의한 성능 저하를 방지하는 가변 초점 유체렌즈를 제공하고자 한다.
또한, 평면의 투명기판 상에 가변 초점 유체렌즈의 제조를 가능하게 하여 낮은 전압으로도 초점의 조절이 용이한 가변 초점 유체렌즈를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전극 구조면에서 기존의 측면전극, 하단전극으로 구성되던 것을 투명기판의 상부에 두 전극이 함께 구비되게 하는 평면형 전극을 구성하는 것이 가능하여 전기 신호를 인가하기가 편하고 패키징(packaging)이 매우 유리하게 하고자 한다.
나아가, 폴리머 인캡슐레이션(polymer encapsulation)을 통해 유체가 패키징(packaging) 됨으로서 동시에 여러 소자를 폴리머 코팅함으로써 대량생산이 가능하게 하고자 한다.
본 발명은 전기 습윤을 이용한 가변 초점 유체렌즈에 있어서, 투명기판(110);과, 상기 투명기판(110)의 상면에 증착된 유전체 박막(120);과, 상기 유전체 박막(120)의 상부에 서로 다른 굴절률로 서로 섞이지 않으며 메니스커스(meniscus, M) 상에 접촉하는 제1유체(A)와 제2유체(B)가 채워진 상태로 대략 반구형(hemisphere)으로 밀봉하는 폴리머 필름(130);과, 상기 유전체 박막(120)에 의해 상기 제2유체(B)로부터 절연된 제1전극(140);과, 상기 제2유체(B)에 작용하도록 구비되는 제2전극(150);을 포함하여 구성되는 가변 초점 유체렌즈를 제공한다.
여기서, 상기 제1전극(140) 및 제2전극(150)은 상기 투명기판(110)의 상면 평면상에 나란하게 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체 박막(120)과 제1, 2유체(A)(B) 사이에 소수성 박막이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체 박막(120)과 제1, 2유체(A)(B) 사이에 친수성 박막(170) 및 소수성 박막(160)이 구비되되, 상기 제2유체(B)는 유체렌즈의 중심 부분을 중심으로 대략 원형으로 구비된 친수성 박막(170)의 상면에 위치하고, 상기 제1유체(A)는 상기 친수성 박막(170)의 외측에 링형으로 구비된 소수성 박막(160)의 상면에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1유체(A)는 비전도성 유체이고, 상기 제2유체(B)는 전도성 유체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1유체(A)와 제2유체(B)의 밀도차이는 30% 이내인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소수성 박막은 불소중합체(fluoropolymer)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리머 필름(130)은 파릴렌(parylene)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1유체(A)는 미네랄오일, 실리콘 오일, 해바라기 오일, 헥사데칸(hexadecane) 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유전체 박막(120)은 파릴렌(parylene)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1전극(140)은 상기 제1유체(A)와 접촉된 것을 특징으로 한다.
본 발명을 활용하면,
첫째, 투명기판 상부를 감싸는 폴리머 필름으로 구성된 눈 형상(eye-shaped)의 가변 초점 유체렌즈를 제공할 수 있으므로 렌즈의 전체적인 부피를 줄일 수 있어 렌즈의 초소형화가 가능하다.
둘째, 투명기판 상부에 놓인 제1 및 제2유체를 내부에 채운 상태로 감싸는 폴리머 필름의 증착기술에 의해 렌즈의 내부 기포 발생에 의한 성능 저하를 방지할 수 있다.
셋째, 종래 기술에서 문제되던 렌즈 내부 기포 발생 문제가 해결되므로 렌즈는 저진공 상온에서 폴리머 인캡슐레이션에 의해 대량생산이 가능하므로 제조가 용이하여 생산성이 획기적으로 향상될 수 있다.
넷째, 전기 습윤 효과가 평면 기판상에 직접 나타나므로 낮은 전압으로도 효율적인 초점 조절이 가능하다.
도 1 내지 3은 종래 기술에 따른 가변 초점 렌즈의 구조와 동작을 나타내는 단면도이고,
도 4는 종래 기술에 따른 가변 초점 렌즈의 문제점을 나타내는 단면도이며,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 유체렌즈의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이고,
도 8의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 유체렌즈의 제조 과정의 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 유체렌즈의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5 내지 도 7에서 보듯이, 본 발명은 전기 습윤(elector wetting)을 이용한 가변 초점 유체렌즈에 관한 것으로, 통상 유리(Glass) 재질의 투명한 기판(110)의 상면에 유전체 박막(120)을 증착하고 그 상부에 서로 섞이지 않는 소수성의 제1유체(A)와 친수성의 제2유체(B)가 메니스커스(M)로 상에 접촉하면서 분리된 상태로 대략 반구형(hemisphere)으로 밀봉하는 폴리머 필름(130)을 포함하며, 상기 유전체 박막(120)에 의해 상기 제2유체(B)로부터 절연된 제1전극(140)과 상기 제2유체(B)에 작용하도록 구비되는 제2전극(150)도 포함한다.
상기 투명기판(110)은 본 발명인 가변 초점 유체렌즈가 제조되는 기초라 할 수 있으며 빛의 투과가 용이하도록 투명한 유리 재질이 주로 사용된다.
상기 유전체 박막(120)은 상기 투명기판(110)의 상면에 증착된 것으로, 이는 절연층의 역할을 할 뿐 아니라 상기 폴리머 필름(130)과 함께 상기 유체렌즈의 내부에 기포가 생기지 않도록 밀봉해주는 역할도 하게 된다. 상기 유전체 박막(120)은 이러한 역할의 수행을 위해 파릴렌(parylene)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 상기 2가지 유체(A)(B)는, 여기서 '오일(oil)'이라고도 하는 실리콘 또는 알칸(alkane) 등의 소수성(hydrophobic) 비전도성 제1유체(A)와, 염용액을 포함하는 물 등의 친수성(hydrophilic) 전도성 제2유체(B) 형태의 2가지 혼화불가능한 액체로 이루어진다. 이들은 폴리머 필름(130)에 의해 밀봉되어 메니스커스(M) 상에 접촉된 상태로 대략 반구형을 형성하게 된다.
이 2가지 유체는, 동일한 밀도(비중)를 갖도록 구성되는 것이 바람직한데, 상기 렌즈는, 배향에 의존하지 않는, 즉 2가지 액체 간의 중력효과에 의존하지 않는 기능을 한다. 이것은, 적절한 제1유체 성분의 선택에 의해 달성되어도 된다. 즉, 예를 들면 알칸 또는 실리콘 오일은, 분자성분의 첨가에 의해 변형되어 상기 염용액의 밀도를 일치시키기 위해 그들의 밀도를 증가시켜도 된다. 다만, 밀도가 동일하여야 하는 것은 필수 조건은 아니며 상기 2가지 유체의 밀도차가 30% 정도 이내이면 본 발명에 활용할 수 있다.
사용된 오일의 선택에 따라, 그 오일의 굴절률은, 1.25 내지 1.60 사이에서 변화시켜도 된다. 마찬가지로, 상기 첨가된 염량에 따라, 상기 염용액은, 굴절률에 있어서 1.33 내지 1.48 사이에서 변화시켜도 된다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며 다양한 변형에 의해 본 발명의 활용이 가능하다.
여기서, 상기 제1유체(A)는 미네랄오일, 실리콘 오일, 해바라기 오일, 헥사데칸(hexadecane) 중 어느 하나를 사용하는 것이 가능하고, 상기 제2유체(B)는 염화칼륨(KCL), 염화나트륨(NACL), 글리세린 등 또는 이들의 혼합물(가령, KCL : 글리세린 = 1 : 0.3 인 혼합물)이 전도성 유체로 사용될 수 있으며 이들은 활용에 따라 다양하게 적용이 가능하다.
상기 폴리머 필름(130)은 상기 투명기판(110) 상에 놓여진 제1 및 제2유체(A)(B)를 내부에 채우면서 밀봉하여 눈 형상(eye-shaped)의 가변 초점 유체렌즈의 외관을 최종 형성하는 구성으로 투명한 재질이어야 하며, 파릴렌(parylene)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리머 필름(130)은, 폴리머 파우더를 저 진공(10mTorr~100mTorr)에서 고온으로 가열하여 미세입자로 만든 후 상온 저 진공(10mTorr~100mTorr)에서 냉각되면서 컨포멀(conformal)하게 증착하게 된다. 컨포멀(conformal)하게 증착되므로 균일한 두께로 코팅이 가능하며 저 진공에서 코팅하므로 기포 역시 들어가지 않게 된다. 참고로, 본 발명에서 활용할 장비는 랩 코터(lab coater)라 불리는 것으로 제품종류는 PDS2010 이다.
상기 제1전극(140)은 금속재료로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 유전체 박막(120)에 의해 상기 제2유체(B)로부터 절연된 상태로 구비된다. 즉, 상기 유전체 박막이 구비되는 재질인 파릴렌(parylene)으로 형성된 절연층으로 도포되게 된다. 상기 절연층의 두께는 50nm 내지 100㎛ 사이이고, 대표적인 값은 1㎛ 내지 10㎛ 사이이다. 또한, 상기 제2전극(150)은 상기 제2유체(B)에 작용하도록 상기 제2유체(B)와 접촉되게 구비되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1 및 제2전극(140)(150)은 모두 금속재료로 형성되는 것이 바람직하며 ITO 전극이 사용될 수 있다. 아울러, 상기 제1전극(140) 및 제2전극(150)은 상기 투명기판(110)의 상면 평면상에 나란하게 구비될 수 있어 전극의 연결이 편리하여 사용이 간편하며, 제조가 매우 간단해질 수 있다.
상기 절연층에는 소수성인 소수성 박막(160)으로 도포되고, 이것은 상기 투명기판(110)의 상면과 메니스커스(M)의 접촉각에서의 히스테리시스를 감소시킨다. 즉, 상기 유전체 박막(120)과 제1, 2유체(A)(B) 사이에 소수성 박막(160)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 소수성 박막(160)은 소수성 재질의 테프론(Teflon)으로 불소중합체(fluoropolymer)인 것이 바람직하며, 더욱 상세히는 DuPontTM 사 제조 TeflonTM AF 1600 등의 비정질 탄화불소로 형성된 것이 바람직하다. 나아가 상기 소수성 박막(160)의 두께는 5nm 내지 50㎛ 사이이다.
상기 제2유체(B)에 의해 상기 소수성 박막(160)의 유착성은, 상기 제1전극과 상기 제2전극 간에 전압이 인가되지 않은 경우 상기 소수성 박막(160)과 메니스커스(M)의 교차점의 양측 면에서와 거의 동일하다.
상기 제1유체(A) 및 제2유체(B)는, 메니스커스(M)로 분리된 2개의 유체몸체로 분리되며 혼화불가능하다. 제1전극(140)과 제2전극(150) 간에 전압이 인가되지 않을 경우, 상기 소수성 박막(160)은, 제1유체(A)에 대해 상기 제2유체(B)보다 높은 유착성을 갖는다. 전기 습윤(electro wetting)으로 인해, 상기 제2유체(B)에 의한 유착성은, 상기 제1전극과 상기 제2전극 간에 전압인가하에서 변화하고, 이 유착성은 3개의 위상선(소수성 박막(160)과 2개의 유체(A), 유체(B) 간의 접촉선)에서 상기 메니스커스의 접촉각(θ1, θ2, θ3)을 변경시키게 된다. 그래서, 이 메니스커스의 형상은, 인가전압에 따라 가변적이다.
아울러, 상기 소수성 박막이 구비되지 않고 유전체 박막(120)의 상부에 바로 제1 및 제2유체(A)(B)가 구비되는 경우에는 상기 유전체 박막(120)은 상기 제1전극(140)과 제2전극(150) 사이의 전압 인가하에 변화하는 상기 제2유체(B)에 의해 유착성을 가져, 상기 전압에 따라 상기 메니스커스(M)의 형상을 변화시키게 된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예로 상기 유전체 박막(120)과 제1, 2유체(A)(B) 사이에는 친수성 박막(170) 및 소수성 박막(160)이 구비되되, 상기 제2유체(B)는 유체렌즈의 중심 부분에 대략 원형으로 구비된 친수성 박막(170)의 상면에 위치하고, 상기 제1유체(A)는 상기 친수성 박막(170)의 외측에 링형으로 구비된 소수성 박막(160)의 상면에 위치하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 유전체 박막(120)의 상부에는 중심부에 친수성 박막(170)이 도포되고, 그 외부로 소수성 박막(160)이 도포된 후, 상기 친수성 박막(170)의 상부에는 친수성의 제2유체(B)가 제2전극(150)과 연결된 상태로 위치되고, 상기 소수성 박막(160)의 상부 및 상기 제2유체(B)의 외주면을 감싸면서 메니스커스(M) 상에 접촉하는 제1유체(A)가 위치되어 이들을 폴리머 필름(130)이 대략 반구형(hemisphere)으로 밀봉하는 형태로 구비된다.
이러한 구성은 본 발명에 따른 가변 초점 유체렌즈의 제조과정에서 친수성 박막(170)이 소수성 박막(160)에 둘러싸이게 되므로 상기 친수성 박막(170)의 상부에 친수성의 제2유체(B)를 위치시키는 것이 매우 용이하다.
상기 제1전극과 제2전극에 인가되는 전압에 의해 메니스커스(M)가 변화되는 형상의 예를 설명하도록 한다.
도 5를 참조하면, 저전압 V1 예를 들면, 0V 내지 20V사이의 전압을 상기 전극들 간에 인가하는 경우, 상기 메니스커스(M)는 제1오목 메니스커스 형상을 사용한다. 이러한 구성에서, 상기 제2유체(B)에서 측정된 상기 메니스커스(M)와 상기 소수성 박막(160) 사이의 초기 접촉각 θ1 은, 예를 들면 약 100°이다. 제1유체(A)의 굴절률이 제2유체(B)의 굴절률보다 높으므로, 여기서는 메니스커스 렌즈라고 불리는 상기 메니스커스로 형성된 렌즈는, 이러한 구성에서는 비교적 높은 네가티브 배율을 갖는다.
상기 메니스커스 형상의 오목함을 감소시키기 위해서, 보다 큰 전압의 크기 를 상기 제1전극(140)과 상기 제2전극(150) 사이에 인가한다. 도 2를 참조하면, 절연층의 두께에 따라 예를 들면 20V 내지 50V사이의 중간전압 V2 를 상기 전극 간에 인가하는 경우, 상기 메니스커스(M)는, 도 5의 메니스커스와 비교하여 감소된 곡률반경을 갖는 제2의 오목한 메니스커스 형상을 사용한다. 이러한 구성에서, 제1유체(A)와 상기 소수성 박막(160) 사이의 중간 접촉각 θ2 는, 예를 들면 약 60°이다. 제2유체(B)보다 제1유체(A)의 굴절률이 보다 크므로, 이러한 구성에서의 상기 메니스커스 렌즈는, 비교적 낮은 네가티브 배율을 갖는다.
볼록한 메니스커스 형상을 제조하기 위해서, 훨씬 큰 전압의 크기를 상기 제1전극(140)과 상기 제2전극(150) 사이에 인가한다. 도 7을 참조하면, 예를 들면 50V 내지 100V사이의 비교적 고전압 V3 을 상기 전극 간에 인가하는 경우, 상기 메니스커스(M)는, 메니스커스가 볼록한 메니스커스 형상을 사용한다. 이러한 구성에서, 제1유체(A)와 상기 소수성 박막(160) 사이의 최대 접촉각 θ3 은, 예를 들면 약 40°이다. 제2유체(B)보다 제1유체(A)의 굴절률이 보다 크므로, 이러한 구성에서의 상기 메니스커스 렌즈는, 포지티브 배율을 갖는다.
이때, 도 7의 구성을 달성하려면 비교적 고배율을 사용하여 가능하지만, 실제 실시예에서는, 설명한 것과 같은 렌즈를 포함한 장치가 상기 설명된 범위 내의 낮고 중간 배율만을 사용하도록 구성된, 즉 인가전압이 제약되므로 상기 절연층의 전계강도가 20V/㎛보다 작고, 과도한 전압에 의해 유체 접촉층이 충전됨에 따라서 그 유체 접촉층의 열화는 이용되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 이때, 초기에 낮은 전압 구성은, 유체(A)(B)의 선택에 따라(그들의 표면 장력에 따라) 변화할 것이다. 보다 높은 표면장력을 갖는 오일의 선택, 및/또는 에틸렌 글리콜 등의 성분을 그것의 표면장력을 감소시키는 염용액에 첨가함으로써, 초기 접촉각을 감소시킬 수 있고, 이 경우에, 상기 렌즈는 도 6에 도시된 것에 해당하는 낮은 광 배율 구성 및, 도 7에 도시된 것에 해당하는 중간 배율 구성을 사용하여도 된다. 임의의 경우에, 상기 메니스커스(M)가 오목하도록 저배율 구성을 유지하고, 비교적 폭넓은 렌즈 배율의 범위는, 과도한 전압을 사용하지 않고서 초래할 수 있다.
상기 예에서는 유체(B)보다 상기 유체(A)의 굴절률이 보다 높지만, 상기 유체(A)도 상기 유체(B)보다 굴절률이 낮아도 된다. 예를 들면, 상기 유체(A)는, 물보다 굴절률이 낮은 불화(불소화) 오일이어도 된다. 이러한 경우에, 비정질 플루오르폴리머층은, 불화 오일에서 용해할지도 모르기 때문에, 사용하지 않는 것이 바람직하다. 다른 유체 접촉층은, 예를 들면 파라핀 코팅이다.
아울러, 본 발명에서는 종래기술과는 달리 상기 소수성 박막(160)이 상기 투명기판(110)에 평면 형태로 구비되게 되므로 제1유체(A)와 상기 소수성 박막(160) 사이의 접촉각의 변화는 비교적 낮은 전압을 인가하여도 용이하게 변화가 가능하다.
한편, 상기 제1전극(140) 및 제2전극(150)은 상기 투명기판(110)의 상면 평면상에 나란하게 구비되는 것이 가능하다.
즉, 도 5 내지 도 7에서 보듯이, 상기 전극(140)(150)은 투명기판(110)의 상부에 나란하게 구비된 상태로 제1전극(140)은 소수성의 제1유체(A)와 접촉되고, 제2전극(150)은 친수성의 제2유체(B)와 접촉되도록 구비되는 것이 바람직하다.
이러한 구성은 본 발명이 투명기판(110)의 상부에 눈 형상(eye-shaped)으로 구비되기 때문에 가능한 것이며, 이러한 구성으로 인해 본 발명의 크기를 현저하게 줄일 수 있으므로 본 발명에 따른 가변 초점 유체렌즈의 초소형화가 가능하다.
이하에서는 본 발명에 따른 가변 초점 유체렌즈의 제조방법을 설명하도록 한다. 도 8의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 실시예에 따른 가변 초점 유체렌즈의 제조 과정의 예를 나타내는 도면이다. 이를 참고하여 설명한다.
1) 전극 증착 단계(S1)
본 단계는 투명기판(110)에 ITO 금속전극을 증착하는 단계로, ITO(250 nm)가 증착된 유리기판(투명기판)의 상부에 Cr(200 nm)이 증착되어 에칭에 의해서 Cr은 얼라인마크를 위해서 에칭되고, ITO는 전극형성을 위해 에칭된다(도 8의 (a)).
2) 절연층 증착단계(S2)
상기 ITO 전극의 상부에 파릴렌(900 nm) 등의 유전체 박막(120)의 절연층을 형성하는 단계이다(도 8의 (b)).
3) 소수성 박막 증착단계(S3)
상기 절연층의 상부에 소수성 박막(160)으로 소수성 테프론(Tefron AF 150 nm)이 스핀 코팅(spin-coated)에 의해 증착된다(도 8의 (c)).
4) 테프론 및 파릴렌 패턴 형성 단계(S4)
본 단계는 본 발명이 목적하는 구성을 갖기 위해 상기 S3 및 S4 단계에서 증착된 파릴렌 및 테프론에 패턴을 형성하는 단계이다. LOR 30B(Microchem)과 RIE(reactive ion etching) 방법을 이용하여 복층 리소그라피를 시행하여 패턴을 형성한다. 도 8의 (d)에서 보듯이, 본 발명인 가변 초점 유체렌즈에서는 중앙에 위치될 제2유체(B)는 제2전극(150)과, 상기 중앙에 위치하는 제2유체(B)를 감싸면서 위치될 제1유체(A)는 제1전극(140)과 각각 접촉되어야 하므로 상기 소수성 박막(테프론)과 유전체 박막(파릴렌)을 에칭하여 총 3개의 에칭이 형성되어 있음을 알 수 있다.
5) 친수성 박막 형성단계(S5)-임의 단계
본 단계는 중앙 부분에 제2유체(B)를 용이하게 위치시키기 위해 중앙 부분의 소수성 박막(160)을 제거하거나 이를 친수성 박막(170)으로 대체하는 단계이다. 이를 위해 복층 리소그라피(double-layer lithography)와 산소 플라즈마(oxygen plasma)를 이용하여 테프론 표면을 변화시킨다(도 8의 (d)).
6) 유체 증착단계(S6)
상기 S4 또는 S5 단계가 완료된 기판의 중심(광학축, optical axis)을 기준으로 제2유체(B)를 위치시키고 이를 감싸는 제1유체(A)를 증착시킨 후 파릴렌 재질의 폴리머 필름(130)이 이들을 감싸면서 밀봉하게 된다(도 8의 (e)).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.
M : 메니스커스(meniscus)
A : 제1유체
B : 제2유체
110 : 투명기판
120 : 유전체 박막
130 : 폴리머 필름
140 : 제1전극
150 : 제2전극
160 : 소수성 박막
170 : 친수성 박막

Claims (11)

  1. 전기 습윤(electro wetting)을 이용한 가변 초점 유체렌즈에 있어서,
    투명기판(110);
    상기 투명기판(110)의 상면에 증착된 유전체 박막(120);
    상기 유전체 박막(120)의 상부에 서로 다른 굴절률로 서로 섞이지 않으며 메니스커스(meniscus, M) 상에 접촉하는 제1유체(A)와 제2유체(B)가 채워진 상태로 대략 반구형(hemisphere)으로 밀봉하는 폴리머 필름(130);
    상기 유전체 박막(120)에 의해 상기 제2유체(B)로부터 절연된 제1전극(140);
    상기 제2유체(B)에 작용하도록 구비되는 제2전극(150);을 포함하여 구성되는 가변 초점 유체렌즈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극(140) 및 제2전극(150)은 상기 투명기판(110)의 상면에 나란하게 구비된 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 박막(120)과 제1, 2유체(A)(B) 사이에 소수성 박막이 구비된 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 박막(120)과 제1, 2유체(A)(B) 사이에 친수성 박막(170) 및 소수성 박막(160)이 구비되되,
    상기 제2유체(B)는 유체렌즈의 중심 부분을 중심으로 대략 원형으로 구비된 친수성 박막(170)의 상면에 위치하고, 상기 제1유체(A)는 상기 친수성 박막(170)의 외측에 링형으로 구비된 소수성 박막(160)의 상면에 위치하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체(A)는 비전도성 유체이고, 상기 제2유체(B)는 전도성 유체인 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체(A)와 제2유체(B)의 밀도차이는 30% 이내인 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 소수성 박막은 불소중합체(fluoropolymer)인 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머 필름(130)은 파릴렌(parylene)을 사용하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1유체(A)는 미네랄오일, 실리콘 오일, 해바라기 오일, 헥사데칸(hexadecane) 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 박막(120)은 파릴렌(parylene)을 사용하는 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극(140)은 상기 제1유체(A)와 접촉된 것을 특징으로 하는 가변 초점 유체렌즈.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170090076A (ko) * 2016-01-28 2017-08-07 엘지이노텍 주식회사 렌즈모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈
KR20180106611A (ko) * 2017-03-21 2018-10-01 엘지이노텍 주식회사 액체 렌즈를 포함하는 차량 램프 유닛 및 차량
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102608098B1 (ko) * 2021-03-31 2023-11-30 재단법인 오송첨단의료산업진흥재단 초점 가변형 액체렌즈 및 이의 제조방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070247724A1 (en) * 2006-04-25 2007-10-25 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Liquid lens with curved contact surface

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170090076A (ko) * 2016-01-28 2017-08-07 엘지이노텍 주식회사 렌즈모듈 및 이를 포함하는 카메라 모듈
KR20180106611A (ko) * 2017-03-21 2018-10-01 엘지이노텍 주식회사 액체 렌즈를 포함하는 차량 램프 유닛 및 차량
CN113406738A (zh) * 2021-07-14 2021-09-17 南京邮电大学 一种可变焦距的双焦点微透镜及其使用方法
CN113406738B (zh) * 2021-07-14 2022-05-10 南京邮电大学 一种可变焦距的双焦点微透镜及其使用方法

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