KR20130060599A - 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정을 포함한 액정 층과 액정 층의 기판에 평면의 투명전극과 전기적으로 분리되어 형성된 또 다른 박막투명전극에 의해 생성되는 전기장의 구배에 의해 형성되는 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈에 관한 것으로서, 액체의 양측에 구성되는 평면의 고 전도성 투명전극과 박막투명전극의 가장자리와 중앙에 인가되는 전압의 투명전극의 자체 저항에 의한 전압차에 의해 발생하는 전계의 구배에 의한 형성되는 전도성 액체의 모양변화에 의한 액체렌즈를 형성하는 박막 투명전극저항에 의한 전기장의 구배를 이용한 액체렌즈의 구조가 제공된다.

Description

투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈{ELECTROWETTING FLUIDIC LENS USING ELECTRIC FIELD GRADIENT OF TRANSPARENT CONDUCTING OXIDE}

본 발명은 투명전극의 내부저항에 의한 전기장의 구배를 이용한 초점가변형 액체렌즈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중앙이 연결된 2층의 투명전극이 형성된 투명기판과 상기의 투명기판과 마주보는 투명전극을 포함하는 또 다른 투명기판과 상기의 두 투명기판 사이에 주입되는 전도성 액체와 유동성 오일을 포함하여 형성되는 투명전극의 전기저항에 의한 전기장의 구배로 만들어지는 전자젖음 현상을 이용하는 전기적으로 초점거리를 가변하는 액체렌즈에 관한 것이다.

렌즈(lens)는 빛을 모으거나 분산시키는 도구로 보통 유리로 만든다.

전자기파를 위해서 만든 비슷한 도구도 렌즈로 불리는데, 렌즈는 빛의 직진과 굴절의 성질을 이용하여 상을 확대 혹은 축소한다.

빛은 동일한 매질을 통과할 때에는 직진하나 다른 매질을 만나면 반사, 굴절한다.

렌즈와 연관지어 설명하면 공기 중을 통과하는 빛은 직진하다 렌즈를 만나면 반사, 굴절하게 된다.

렌즈의 주재료인 유리는 빛의 대부분을 통과시키기 때문에 반사가 적고 대부분 굴절하게 된다.

빛은 렌즈의 두꺼운 쪽으로 굴절하기 때문에 렌즈의 가운데 부분의 두께가 가장자리보다 두꺼운 볼록렌즈의 경우 가운데 쪽으로 빛이 모이게 되고 렌즈의 가장자리 부분의 두께가 가운데보다 두꺼운 오목렌즈의 경우에는 빛이 가장자리로 굴절되므로 빛이 퍼져나가게 된다.

종래의 유리나 플라스틱 렌즈의 경우 초점거리가 고정되어 있고, 액정렌즈의 경우 이상적인 렌즈의 구면특성을 만들기 위해 다수의 전극에 연속적으로 변하는 전압을 인가하여 만들어지므로, 제조 공정 및 광학적 특성이 유리렌즈에 비해 떨어지는 특성을 보인다.

따라서 구면 수차를 최소로 하고 인가되는 전극 패드의 수를 줄이는 생산공정이 단순한 액정렌즈의 필수적이며, 렌즈의 곡률 조절을 위한 저 전력 구조의 개발이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 고정된 렌즈의 거리 차에 의한 초점 구현방식이 아닌, 전도성 액체와 투명 유동성 오일에 의해 만들어지는 빛의 굴절현상을 이용하여 렌즈를 구성함에 있어 중앙을 중심으로 대칭적으로 형성된 전기 저항을 갖는 박막의 투명전극과 상기 투명전극의 저항에 의해 중앙과 외부에서 인가되는 전기장의 구배를 이용하여 연속적으로 굴절률이 변화하는 전기적으로 조절가능한 초점 가변형 액체렌즈의 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,

본 발명의 일실시예에 따른 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈는,

제1글라스기판의 일면에 형성되는 그라운드투명전극(101b)과,

상기 그라운드투명전극의 상면에 형성되되, 액정분자를 포함하는 액정셀(103)과,

상기 액정셀의 상면에 형성되는 배향막 투명필름(104)과,

제2글라스기판의 일면에 형성되는 제1전극패드(108a)와 연결된 제1투명전극(108b)과,

상기 제1투명전극(108b)의 하측에 형성되며, 제2박막투명전극중앙부(106b-1)에 대응되는 영역이 개방되게 형성된 제1투명절연막(107)과,

상기 제1투명절연막 하측에 형성되며 제1투명전극(108b)의 일측 중앙이 제2박막투명전극중앙부(106b-1)와 전기적으로 연결된 제2박막투명전극(106b)과,

상기 제2박막투명전극(106b)과 전기적으로 연결되는 제2박막전극패드(106a)와;

상기 제2박막투명전극(106b) 하측에 형성된 제2투명절연막(105)과,

제2박막투명전극(106b) 일면에 형성되는 제2글라스기판(109);을 포함하여 구성되되,

상기 제2글라스기판에 형성된 제2투명절연막(105)과 제1글라스기판에 형성된 투명필름(104)을 접합하여 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

상기한 구성을 포함하는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.

박막 투명전극저항에 의한 전기장의 구배를 이용한 액정 렌즈는 액정 셀의 상측에 형성된 박막투명전극의 저항에 의해 형성되는 원의 중앙과 외측 사이에 형성되는 전계의 구배에 의해 형성되는 연속적인 액정의 굴절율 변화에 따라 발생하는 렌즈를 구현함으로써, 생산 공정이 단순하고 실제 유리렌즈와 유사한 대칭의 렌즈를 형성한다.

또한 단일의 렌즈를 통해 연속적으로 가변적인 초점을 갖는 렌즈를 구현할 수 있으므로, 휴대폰 등에 적용되어 얇은 자동초점장치를 구현할 수 있다.

또한, 단일의 렌즈 및 그 구현장치가 간단하여 제조원가를 줄이는데 경제성을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈의 제1 투명기판에 형성된 2층의 투명형성 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈의 내부구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈를 이용한 오목렌즈를 구성한 모식도이다.
도 6은 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈를 이용한 볼록렌즈를 구성한 모식도이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명인 박막 투명전극저항에 의한 전기장의 구배를 이용한 액정 렌즈는,

제1 투명기판과 제2투명기판이 결합되어 구성되되,

제1 투명기판에 형성된 제1 투명전극과,

상기의 제1 투명전극 상면에 형성되되 중앙의 일측이 뚫린 제1 투명절연막과,

상기 제1 투명절연막 상면에 형성되되 제1 투명전극과 전기적으로 연결된 제2 투명전극과,

상기 제2 투명전극 상면에 형성된 제2 투명절연막과,

상기 제2 투명절연막 상면에 형성된 소수성 절연막과,

상기의 소수성 절연막과 마주보게 형성된 제2 투명기판에 형성된 제3 투명전극과,

상기의 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 주입되는 전도성 액체 및 투명 유동성 오일을 포함하여 구성되어 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈를 도시한 분해 사시도이다.

도 1을 참조하면, 제1 투명기판(100) 일면에 고리형태의 제1 전도성전극(101)이 형성되고, 상기의 제1 전도성전극 상면에 제1 투명전극이 형성되며, 상기의 제1 투명전극 상면에 중앙의 일측이 뚫린 제1 투명 절연막이 형성되고, 상기의 제1 투명절연막 상면에 제1 투명전극과 전기적으로 연결되어 형성된 제2 투명전극(104)이 형성된다.

상기의 제2 투명전극 상면에 고리형태의 제2 전도성전극(105)이 형성되고, 상기의 제2 전도성 전극 상면에는 제2 투명 절연막(106)이 형성되며, 상기 제2 투명 절연막 상면에는 소수성 절연막(107)이 형성된다.

제2 투명기판(112)의 일면에는 제3 투명전극(111)이 형성되며,

상기의 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 전도성 액체(109)와 투명 유동성 오일(108)을 주입하고,

상기의 제1 투명기판과 제2 투명기판을 결합하는 외측 프레임(110)을 포함하여 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈를 구성하게 된다.

도 3은 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈의 제1 투명기판에 형성된 2층의 투명형성 구조를 도시한 분해 사시도이다.

도 4는 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈의 내부구조를 도시한 단면도이다.

도 3 내지 도 4 를 참조하면, 제1 투명기판의 일면에 형성된 제1 투명전극(102)의 상면에 형성된 제1 투명절연막(103)은 중앙의 일측이 뚫린 형태로, 상면에 형성되는 제2 투명전극(104)과 전기적으로 연결되게 된다.

또한, 상기의 제2 투명전극(104)은 제1 투명전극(102)에 비해 높은 전기 저항을 가진 물질로 제1 투명전극과 제2 투명전극에 전압을 가할 때 대부분의 전압 강하가 제2 투명전극의 중앙부와 가장자리를 통해 발생하게 된다.

상기와 같은 제2 투명전극의 중앙과 가장자리에서의 전압 강하는 전계를 형성하고, 제2 투명전극의 중앙 부분과 가장자리에 다른 전기적 구배를 형성하게 된다.

또한 제2 투명절연막(106) 상면에 형성된 소수성 절연막(107)은 제1 투명기판과 제2 투명기판의 사이에 주입되는 전도성 액체(109)로 하여금 소수성질을 갖도록 한다.

도 5는 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈를 이용한 오목렌즈를 구성한 모식도이다.

도 5를 참조하면, 제2 투명전극(104)과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전도성전극(105)과 제2 투명기판(112)에 형성된 제3 투명전극(111)에 동일한 전압{V1}이 걸리고, 제1 투명전극(102)과 전기적으로 연결되어 있는 제1 전도성전극(101)에 다른 전압{V2}이 걸리면, 제2 투명전극(104)의 중앙부분은 V2 전압이 걸리고 가장자리는 V1 전압이 걸리게 되어 제2 투명기판의 중앙부분과 가장자리부분에 전압차{V2-V1}의 전기장이 형성되게 되고, 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 주입되어 제2 투명전극(111)과 전기적으로 접촉된 전도성 액체는 V1 전압으로 대전되어 동심원 형태로 중앙이 제1 투명기판 쪽으로 끌려 내려가고 가장자리 부분은 제2 투명기판 쪽으로 밀려 올라가는 형태의 볼록렌즈 모양을 구성하며, 상기의 전도성 액체와 접촉되어 있는 투명 유동성 오일(108)은 상기의 전도성 액체의 모양에 따라 오목렌즈를 구성하게 된다.

도 6은 도 1에 도시한 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈를 이용한 볼록렌즈를 구성한 모식도이다.

도 6를 참조하면, 제1 투명전극(102)과 전기적으로 연결되어 있는 제1 전도성전극(101)과 제2 투명기판(112)에 형성된 제3 투명전극(111)에 동일한 전압{V2}이 걸리고, 제2 투명전극(104)과 전기적으로 연결되어 있는 제2 전도성전극(105)에 다른 전압{V1}이 걸리면, 제2 투명전극(104)의 중앙부분은 V2 전압이 걸리고 가장자리는 V1 전압이 걸리게 되어 제2 투명기판의 중앙부분과 가장자리부분에 전압차{V2-V1}의 전기장이 형성되게 되고, 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 주입되어 제2 투명전극(111)과 전기적으로 접촉된 전도성 액체는 V2 전압으로 대전되어 동심원 형태로 중앙이 제2 투명기판 쪽으로 밀려 올라가고 가장자리 부분은 제1 투명기판 쪽으로 끌려 내려가는 형태의 오목렌즈 모양을 구성하며, 상기의 전도성 액체와 접촉되어 있는 투명 유동성 오일(108)은 상기의 전도성 액체의 모양에 따라 볼록렌즈를 구성하게 된다.

적층 관계를 설명하자면,

제1 투명기판의 일면에 제1 전도성전극이 패터닝 과정을 거쳐 형성되고,

상기 제1 전도성전극 상면에는 제1 투명전극이 패터닝 과정을 거쳐 형성되며,

상기 제1 투명전극 상면에 제1 투명절연막이 중앙의 일측이 뚫린 형태로 패터닝 과정으로 형성되고,

상기 제1 투명절연막 상면에는 제2 투명전극과 제2 투명전도성 전극이 패터닝 과정으로 형성되며,

상기의 제2 투명전극 상면에 제2 투명절연막이 형성되며,

마지막으로 소수성 절연막을 포함하여 제1 투명기판의 전극이 구성된다.

본 발명인 박막 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈를 구성하는 데 있어, 투명전극의 재료로는 ITO(INDIUM THIN OXIDE), ZnO(ZINC OXIDE), IZO(INDIUM ZINC OXIDE) 및 투명 전도성 폴리머(TRANASPARENT CONDUCTIONG POLYMER)가 사용 가능하며, 투명절연막의 재료로는 SiO2, Si3N4 및 Poly Si 등이 사용되며, 투명 절연막의 증착 장비로는 화학기상증착(CVD : CHEMICAL VAPOR DEPOSITION) 및 LPCVD(LOW-PRESSURE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION) 및 스퍼터(SPUTTERING SYSTEM)등이 가능하다.

또한, 투명전극의 증착에는 스퍼터(SPUTTERING SYSTEM) 등이 가능하며, 종래에는 스크린 프린팅 방식에 의한 투명전극 패터닝(PATTERNING) 기술 또한 사용될 수 있다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 제1 투명기판
101 : 제1 전도성전극
102 : 제1 투명전극
103 : 제1 절연막
104 : 제2 투명전극
105 : 제2 전도성전극
106 : 제2 절연막
107 : 소수성 절연막
108 : 투명 유동성 오일
109 : 전도성 액체
110 : 외측 프레임
111 : 제3 투명전극
112 : 제2 투명기판
113a : 제1 스페이서
113b : 제2 스페이서
113c : 제3 스페이서

Claims (6)

1. 제1 투명기판(100)과 제2투명기판(112)이 결합되어 구성되되,
   제1 투명기판에 형성된 제1 투명전극(102)과,
   상기의 제1 투명전극 상면에 형성된 제1 투명절연막(103)과,
   상기 제1 투명절연막 상면에 형성되되 제1 투명전극과 전기적으로 연결된 제2 투명전극(104)과,
   상기 제2 투명전극 상면에 형성된 소수성 절연막(107)과,
   상기의 소수성 절연막과 마주보게 형성된 제2 투명기판(112)에 형성된 제3 투명전극(111)과,
   상기의 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 주입되는 전도성 액체(109) 및 투명 유동성 오일(108)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 투명전극(102)은 원형으로 형성되고,
   상기 제2 투명전극(104)은 원형으로 제1 투명전극과 중앙의 일측이 전기적으로 연결되되, 상기 제1 투명전극보다 큰 전기저항을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈.
3. 제 1항 있어서,
   상기 제1 투명절연막(103)은 원형으로 중앙의 일측이 뚫린 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈.
4. 제 1항 있어서,
   상기 전도성 액체(109)는 투명의 수용액이며,
   상기 투명 유동성 오일(108)은 상기의 전도성 액체보다 굴절률이 큰 투명의 소수성 오일로 구성되는 것을 특징으로 하는 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 투명전극(104) 상면에 형성된 제2 투명절연막(105)를 더 포함하고,
   상기 제2 투명절연막 상면에 형성된 소수성 절연막(107)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈.
6. 제 1항에 있어서,
   제1 투명기판(100)에 형성된 제1 전도성전극(101)을 더 포함하고,
   상기의 제1 전도성전극 상면에 형성된 제1 투명전극(102)와,
   상기 제1 투명절연막 상면에 형성된 제2 전도성전극(105)을 더 포함하고,
   상기의 제2 전도성전극 상면에 형성된 제2 투명전극(104)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투명전극의 저항 구배에 의한 전자젖음 현상을 이용한 액체렌즈.
   
   

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