KR20150048503A - 전기 습윤 셀 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

전기 습윤 셀을 제어하는 기술에 관한 것으로, 전기 습윤 셀에 기설정된 제 1 전압을 인가하여 전기 습윤 셀에 포함된 어느 하나의 측면과 전기 습윤 셀에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 제 1 회로정수를 측정하고, 측정된 제 1 회로정수에 기초하여, 전기 습윤 셀에 재설정된 전압의 인가 여부를 결정함으로써 전기 습윤 셀을 보다 정밀하게 구동시킬 수 있다.

Description

전기 습윤 셀 제어 방법 및 장치 {Method and apparatus for controlling electrowetting cell}
본 발명은 전기 습윤 셀을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 피드백 시스템을 이용하여 전기 습윤 셀을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기 습윤(Electrowetting) 현상이란 유체에 인가되는 전압에 의해서 계면장력(interfacialtension)이 변화되어 유체의 이동(migration) 또는 변형(deformation)을 초래하는 현상을 의미한다.
이러한 전기습윤 현상은 방수절연체, 전극, 친수성 액체(aqueous liquid)와 소수성 액체(non-aqueous liquid)로 구성된 하나의 픽셀의 한정된 공간에서 물에 전압을 인가함으로써 물의 표면장력을 변화시켜 소수성 액체를 자리 이동시켜 반사형 표시장치에 응용된다. 이러한 전기습윤 표시장치의 동작시, 물과 절연체 각각에 정극성 전압과 부극성 전압을 인가하면 색을 띈 컬러 오일이 한 쪽으로 이동하고, 반사광을 변화시켜 전체적인 컬러를 조절한다. 전기습윤 현상을 이용한 적용분야로는 액체 렌즈, 마이크로 펌프, 디스플레이 장치, 광학 장치, MEMS 분야 등을 들 수 있다. 최근 전기습윤 표시장치는 작은 사이즈, 저소비전력, 빠른 응답 속도, 높은 컬러 휘도(High color brightness)의 유리한 특성을 가지므로, 평판 디스플레이 장치의 하나로 각광 받고 있다.
본 발명은 피드백을 통해 전기 습윤 셀의 접촉각을 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 전기 습윤 장치는 전기 습윤 셀에 포함된 복수 개의 외벽 중 어느 하나의 외벽에 기설정된 제 1 전압을 인가하는 전압 인가부; 상기 기설정된 제 1 전압의 인가에 기초하여, 상기 어느 하나의 외벽과 상기 전기 습윤 셀에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 제 1 회로정수를 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 제 1 회로정수에 기초하여, 상기 어느 하나의 외벽에 재설정된 전압의 인가 여부를 결정하는 피드백 처리부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 있어서, 제 1 회로정수는, 상기 어느 하나의 외벽과 상기 전도성 액체 사이의 임피던스, 전류, 전압 및 정전용량 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 있어서, 상기 피드백 처리부는, 상기 측정된 제 1 회로정수와 상기 제 1 전압에 기초하여 예측된 상기 어느 하나의 외벽과 상기 전도성 액체 사이의 제 2 회로 정수를 비교하여, 상기 제 1 회로정수와 상기 제 2 회로정수 차이가 소정의 값 이상인 경우, 상기 어느 하나의 외벽에 재설정된 제 2 전압을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 있어서, 상기 피드백 처리부는 상기 재설정된 제 2 전압을 상기 어느 하나의 외벽에 인가하기 위한 제어 신호를 상기 전압 인가부에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 있어서, 상기 피드백 처리부는, 상기 기설정된 제 1 전압에 기초하여 예측된 상기 어느 하나의 외벽과 상기 전도성 액체 사이의 제 2 회로정수에 대한 정보를 제공하는 룩업테이블을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 있어서, 상기 측정부는, 브리지 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 있어서, 상기 전기 습윤 장치는, 상기 브리지 회로에서 출력되는 신호를 증폭시키는 신호 증폭부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 있어서, 상기 전기 습윤 장치는 상기 브리지 회로에서 출력되는 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 있어서, 상기 전압 인가부는, 상기 어느 하나의 외벽에 기설정된 직류 전압 및 기설정된 교류 전압 중 어느 하나의 전압을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법은 전기 습윤 셀에 포함된 복수 개의 외벽 중 어느 하나의 외벽에 기설정된 제 1 전압을 인가하는 단계; 상기 기설정된 제 1 전압의 인가에 기초하여, 상기 어느 하나의 외벽과 상기 전기 습윤 셀에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 제 1 회로정수를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 제 1 회로정수에 기초하여, 상기 어느 하나의 외벽에 재설정된 전압의 인가 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법에 있어서 제 1 회로정수는, 상기 어느 하나의 외벽과 상기 전도성 액체 사이의 임피던스, 전류, 전압 및 정전용량 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법에 있어서, 상기 결정하는 단계는, 상기 측정된 제 1 회로정수와 상기 제 1 전압에 기초하여 예측된 상기 어느 하나의 외벽과 상기 전도성 액체 사이의 제 2 회로 정수를 비교하여, 상기 제 1 회로정수와 상기 제 2 회로정수 차이가 소정의 값 이상인 경우, 상기 어느 하나의 외벽에 재설정된 제 2 전압을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법에 있어서, 상기 결정하는 단계는, 상기 재설정된 전압을 상기 어느 하나의 외벽에 인가하기 위한 제어 신호를 상기 전압 인가부에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법에 있어서, 상기 결정하는 단계는, 상기 기설정된 제 1 전압에 기초하여 예측된 상기 어느 하나의 외벽과 상기 전도성 액체 사이의 제 2 회로정수에 대한 정보를 제공하는 룩업테이블을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법에 있어서, 상기 측정하는 단계는, 브리지 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법에 있어서, 상기 전기 습윤 셀을 제어하는 방법은, 상기 브리지 회로에서 출력되는 신호를 증폭시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법에 있어서, 상기 전기 습윤 셀을 제어하는 방법은, 상기 브리지 회로에서 출력되는 신호의 노이즈를 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법에 있어서, 상기 인가하는 단계는, 상기 어느 하나의 외벽에 기설정된 직류 전압 및 기설정된 교류 전압 중 어느 하나의 전압을 인가할 수 있다.
도 1은 일반적인 전기 습윤 장치를 도시한 도면이다.
도 2 에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 포함된 전기 습윤 셀을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀 제어 장치의 블록도를 도시한 도면이다
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 습윤 셀 제어 장치의 블록도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 브릿지 형태의 회로를 이용하여 제 1 회로정수를 측정하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전기 습윤 셀 제어 장치가 전기 습윤 프리즘 어레이에 장착되어 있는 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 전기 습윤 장치(100)를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 전기 습윤 장치(100)는 복수개의 전기 습윤 셀을 포함하고 있다. 도 1에 도시되어 있는 전기 습윤 장치(100)는 셀의 벽면에 형성된 액체의 경계면을 조절함으로써 가변적인 렌즈 형태 또는 프리즘 형태의 어레이(array)를 구성하여 LCD와 같은 화면 표시 장치에 이용될 수 있다.
전기습윤 기술은 전도성 액체와 그 액체와 접촉하고 있는 전극 사이에 전압을 가했을 때 전도성 액체의 접촉면적과 접촉각이 변하는 현상을 말한다. 이러한 전기습윤을 이용한 화면장치의 기본적인 동작원리는 전극 위에 절연막과 소수성 코팅을 통해 만들어진 구조 위에 전도성 액체를 접촉시키고, 전극 위에 전압을 인가시켜 전기적 에너지를 이용해 전도성 액체의 접촉각을 변화시킬 수 있다.
일반적인 전기 습윤 장치(100)의 경우, 전극 위의 소수성 표면이 가지는 거칠기, 셀 별 특성 및 셀을 구성하는 각 벽면의 특성이 서로 상이하여 동일한 전압을 가하는 경우에도 측정되는 접촉각이 다를 수 있다. 또한, 셀의 크기가 작아질 경우, 전도성 액체의 부피가 줄어들어, 표면에너지에 의해 접촉각이 예상한 값과 다를 수 있다.
전기 습윤 장치(100)의 경우 일반적으로 렌즈를 포함한 디스플레이 장치에 사용되므로, 접촉각이 일정하지 않게 되면, 활용도가 떨어질 수 있다. 그러므로, 접촉각을 계속적으로 보정하여 원하는 접촉각의 값을 유지해야 할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피드백을 통해 셀 내부에 생성되는 접촉각을 지속적으로 보정하여, 의도했던 예측 접촉각과의 오차를 최소화할 수 있다.
도 2 에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 장치에 포함된 전기 습윤 셀을 도시한 도면이다.
전기 습윤 셀(200)은 전기적 신호에 따라 광의 출광 특성을 조절하는 소자, 예를 들어 각도(프리즘) 변경 또는 렌즈의 발산 정도 변경, 로서 굴절률이 다른 제 1 매질과 제 2 매질을 수용할 수 있다. 제1 매질과 제2 매질 중 어느 하나는 물과 같은 전도성 액체일 수 있고 나머지 하나는 기름과 같은 비전도성 액체일 수 있다. 예를 들어, 제1 매질은 컬러 염료가 포함된 비전도성 액체이고, 제2 매질은 전도성 액체일 수 있다. 그리하여 제1 매질과 제2 매질 사이의 경계면(210)이 굴절면이 되고, 경계면(210)의 기울기가 변경됨으로써 광의 축사 각도가 변경될 수 있다. 제 2 매질은 제 1셀의 상판에 있는 전극과 접하게 되어 있고, 셀의 측면 전극과 같이 제 2 매질의 접촉각을 변화시킬 수 있다.
전기 습윤 셀(200) 은 전기적으로 분리된 총 4개의 측면(220, 230, 240, 250), 상판(260) 및 하판(270)을 포함할 수 있다. 4개의 측면(220, 230, 240, 250)에 따른 셀 영역의 단면 형상은 사각형의 단면 형상을 지닐 수 있다. 그러나 이는 본 발명의 일 실시예일 뿐, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 셀 영역의 단면 형상은 원형일 수도 원형과 다각형의 조합일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 전기 습윤 셀(200)의 4개의 측면(220, 230, 240, 250)에 각각 제 1 매질과 제 2 매질의 접촉각을 변화시킬 수 있는 전기 습윤 셀 제어 장치를 장착할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀 제어 장치는 전기 습윤 셀(200)의 각 측면과 전기 습윤 셀(200) 내부에 포함되어 있는 액체 사이의 접촉각을 기설정된 룩업테이블에 기초하여 제어할 수 있다. 예를 들어, 전기 습윤 셀(200)의 제 1 측면(220)에 전압 200볼트를 인가한 경우, 예측되는 접촉각을 63도로 예측할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀 제어 장치는 전기 습윤 셀(200)의 제 1 측면(220)에 전압 200볼트를 인가하여, 실제 측정된 접촉각과 예측되는 접촉각의 차이가 소정의 범위 이상인 경우, 전압을 재설정하여 제 1 측면(220)에 인가할 수 있다.
한편, 재설정된 전압을 전기 습윤 셀(200)의 제 1 측면(220)에 인가한 경우에도 실제 측정된 접촉각과 예측되는 접촉각의 차이가 소정의 범위 이상인 경우에는, 전압을 재설정하는 과정을 반복할 수 있다. 접촉각을 반복적으로 재측정하여, 그 재측정 결과에 따라 전압을 재설정함으로써, 예측되는 접촉각과 측정되는 접촉각 사이의 오차를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀 제어 장치는 전기 습윤 셀(200)에 포함되는 각각의 측면(220, 230, 240, 250)별로 장착될 수 있다. 또한, 복수 개의 전기 습윤 셀로 이루어진 프리즘 어레이 장치 등에서는 각 셀마다 전기 습윤 셀 제어 장치를 장착하여, 각각의 셀의 측면에서의 접촉각을 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀 제어 장치(300)의 블록도를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 전기 습윤 셀 제어 장치(300)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 3에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 3을 참고하면, 전기 습윤 셀 제어 장치(300)는 전압 인가부(310), 측정부(320) 및 피드백 처리부(330)를 포함할 수 있다.
전압 인가부(310)는 전기 습윤 셀(200)의 측면(220, 230, 240, 250)과 상판(260)에 기설정된 제 1 전압을 인가할 수 있다. 여기에서 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면에 인가되는 기설정된 제 1 전압은 직류 전압 및 교류 전압 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전압 인가부(310)에서 전기 습윤 셀(200)의 측면(220, 230, 240, 250)과 상판(260)에 제 1 전압을 인가하는 경우, 전기 습윤 셀(200)에 포함된 전도성 액체와 전기 습윤 셀(200)의 각각의 측면 사이의 접촉각이 변하고 이에 따라, 전도성 액체와 측면간에 접촉 면적 또한 변할 수 있다.
측정부(320)는 기설정된 제 1 전압의 인가에 기초하여, 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면과 전기 습윤 셀(200)에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 제 1 회로정수를 측정할 수 있다.
여기에서, 제 1 회로정수는 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면과 전기 습윤 셀(200)에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 전기적 특성을 나타낼 수 있는 전류, 임피던스, 전압 및 정전용량을 포함할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 회로정수를 정전용량으로 가정하여 설명하도록 한다.
정전용량은 하기 수학식 1에 의해 표현될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 C는 정전용량, d는 절연막과 소수성 코팅의 두께,
Figure pat00002
은 진공유전상수,
Figure pat00003
은 절연막, 소수성 코팅 물질에 대한 상대유전상수 및 A는 전도성 액체와 전기 습윤 셀(200)의 어느 하나의 측면이 접하는 면적이다. 이러한 관계를 기초로, 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면과 전도성 액체 사이의 정전용량을 측정하여, 접촉각을 도출해 낼 수 있다. 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면과 전도성 액체 사이의 접촉각이 변화하게 되면 접촉 면적인 A가 변하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정전용량을 측정하는 방법으로 브릿지 형태의 회로를 이용할 수 있다. 브릿지 형태의 회로에서는 4개의 암(arm)에 위치하는 각 임피던스의 비율이 일정하게 유지되어 평형을 이루는 경우, 출력되는 전압값이 0일 수 있다. 그러므로 전기 습윤 셀(200)의 어느 하나의 측면을 4개의 암에 위치하는 각 임피던스 중 하나의 임피던스로 설정하여, 출력되는 전압값이 0이 아닌 경우, 측정된 정전용량에 오차가 발생했다는 것을 도출해 낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 브릿지 형태의 회로를 이용하여 정전용량을 측정하는 방법을 도 5를 참고하여 후술하도록 한다.
피드백 처리부(330)는 측정부(320)에서 측정된 제 1 회로정수에 기초하여, 전기 습윤 셀(200)에 재설정된 전압의 인가 여부를 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피드백 처리부(330)는 측정된 제 1 회로정수와 제 1 전압에 기초하여 예측된 어느 하나의 외벽과 전도성 액체 사이의 제 2 회로정수를 비교할 수 있다. 비교 결과, 제 1 회로정수와 제 2 회로정수의 차이가 소정의 값 이상인 경우, 전압 인가부(310)는 전기 습윤 셀(200)에 재설정된 제 2 전압을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 전압에 기초하여 예측된 어느 하나의 외벽과 전도성 액체 사이의 제 2 회로 정수는 전기 습윤 셀 제어 장치(300)에 포함된 룩업테이블에서 추출될 수 있다.
룩업테이블은 기설정된 전압에 대해 물리적 특성을 기초로 연산한 어느 하나의 외벽과 전도성 액체 사이의 제 2 회로 정수에 대한 값을 포함할 수 있다. 룩업테이블에 포함되는 정보들은 측정부(320)에서 측정하는 방식과 측정하는 대상에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 브릿지 형태의 회로를 이용하여 정전용량을 측정하는 경우, 룩업테이블은 브릿지 형태의 4개의 암에 존재하는 임피던스 중 기설정된 3개의 임피던스 값에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 기설정된 제 1 전압이 V1인 경우, V1의 전압이 인가될 때 평형을 이루는 임피던스의 값이 I1, I2, I3 및 I4라고 가정할 수 있다. 룩업테이블에는 V1과 I1, I2, I3에 대한 정보가 포함되어 있을 수 있다.
I1, I2, 및 I3가 포함된 브릿지 형태의 회로에 V1의 전압을 인가한 경우 출력되는 전압이 0이라면, 전기 습윤 셀(200)의 어느 하나의 측면에 대해서 측정한 임피던스가 I4라는 것을 알 수 있다. 즉, 출력되는 전압이 0인 경우, 실제 측정된 제 1 정전용량이 예측된 제 2 정전용량과 동일한 값을 갖는다는 사실을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피드백 처리부(330)는 출력되는 전압이 소정 범위 내의 경우일 때에는 전압을 재설정하지 않고, 기설정된 제 1 전압을 유지할 수 있다. 즉 피드백 처리부(330)는 전기 습윤 장치를 이용하는 시스템에서 허용 가능한 접촉각의 오차범위를 기초로 허용 가능한 정전용량의 측정 범위를 산출해 낼 수 있다.
한편, 출력되는 전압이 0이 아닌 경우, 피드백 처리부(330)는 재설정된 제 2 전압을 전기 습윤 셀(200)에 인가하기 위한 제어신호를 전압 인가부(310)에 전송할 수 있다. 전압 인가부(310)는 수신한 제어신호에 기초하여, 전기 습윤 셀(200)에 인가하는 전압을 재설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피드백 처리부(330)는 출력되는 전압이 소정값 이상인 경우, 제어신호에 출력되는 전압이 소정값 이상이라는 정보를 식별 가능하도록 표시할 수 있다. 전압 인가부(310)는 수신한 제어신호에 기초하여, 출력되는 전압이 소정값 이상이라는 정보를 추출하게 되면, 전기 습윤 셀(200)에 인가하는 전압의 크기 조절 단위를 변화시킬 수 있다.
구체적으로 브릿지 형태의 회로에서 출력되는 전압이 소정값 이상인 경우, 전기 습윤 셀(200)에서 측정한 접촉각의 오차가 크다는 사실을 예측할 수 있다. 이러한 경우, 접촉각의 오차를 줄이기 위해서는 오차가 작을 때에 비해 인가하는 전압값의 조절 비율을 증가시킬 필요가 있을 수 있다. 예를 들어 전압 인가부(310)에서 기존에는 5V 단위로 재설정되는 전압값을 조절했다면, 출력되는 전압이 소정값 이상인 경우에는 10V 단위로 재설정되는 전압값을 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 습윤 셀 제어 장치(300)의 블록도를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 전기 습윤 셀 제어 장치(300)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
도 4를 참고하면, 전기 습윤 셀 제어 장치(300)는 전압 인가부(310), 측정부(320), 피드백 처리부(330), 신호 증폭부(340) 및 노이즈 제거부(350)를 포함할 수 있다.
전압 인가부(310)는 전기 습윤 셀(200)의 측면(220, 230, 240, 250)과 상판(260)에 기설정된 제 1 전압을 인가할 수 있다. 여기에서 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면에 인가되는 기설정된 제 1 전압은 직류 전압 및 교류 전압 중 어느 하나일 수 있다.
측정부(320)는 기설정된 제 1 전압의 인가에 기초하여, 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면과 전기 습윤 셀(200)에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 제 1 회로정수를 측정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 회로정수를 정전용량으로 가정하여 설명하도록 한다.
전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면과 전도성 액체 사이의 정전용량을 측정하여, 접촉각을 도출해 낼 수 있다. 한편, 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면과 전도성 액체 사이의 접촉각이 변화하게 되면 접촉 면적인 A가 변하게 된다.
신호 증폭부(340)는 측정부(320)에서 측정한 정전용량의 정밀도를 높이기 위해서 사용될 수 있다. 측정부(320)에서 브릿지 형태의 회로를 이용하는 경우, 신호 증폭부(340)는 브릿지 형태의 회로에서 출력되는 전압을 증폭시킬 수 있다.
노이즈 제거부(350) 역시 측정부(320)에서 측정한 정전용량의 정밀도를 높이기 위해서 사용될 수 있다. 노이즈 제거부(350)는 신호 증폭부(340)와는 별도로 측정부(320)에 직접 연결되어 측정부(320)에서 측정한 제 1 회로정수, 예를 들어 정전용량, 측정시 발생하는 노이즈를 제거하는 데 이용될 수 있다.
한편, 노이즈 제거부(350)는 신호 증폭부(340)에서 증폭된 신호를 수신하여, 노이즈를 제거함으로써, 측정부(320)에서 측정한 제 1 회로 정수의 정확도를 보다 높일 수 있다.
피드백 처리부(330)는 신호 증폭부(340)와 노이즈 제거부(350)를 거쳐 출력된 제 1 회로정수에 기초하여, 전기 습윤 셀(200)에 재설정된 전압의 인가 여부를 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피드백 처리부(330)는 측정된 제 1 회로정수와 제 1 전압에 기초하여 예측된 어느 하나의 외벽과 전도성 액체 사이의 제 2 회로정수를 비교할 수 있다. 비교 결과, 제 1 회로정수와 제 2 회로정수의 차이가 소정의 값 이상인 경우, 전압 인가부(310)는 전기 습윤 셀(200)에 재설정된 제 2 전압을 인가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 브릿지 형태의 회로를 이용하여 제 1 회로정수를 측정하는 전기 습윤 셀(300)을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구현하고자 하는 전기 습윤 셀의 목표 접촉각을 미리 설정할 수 있다. 사용자는 설정한 목표 접촉각에 대한 정보(301)를 입력할 수 있다. 피드백 처리부(330)는 메모리(305)에 저장되어 있는 룩업테이블에서 사용자가 설정한 목표 접촉각에 대한 정보를 추출할 수 있다. 여기에서 목표 접촉각에 대한 정보는 전기 습윤셀(200)의 어느 하나의 측면과 전도성 액체 간에 목표 접촉각을 생성하기 위한 전류, 임피던스, 전압 및 정전용량을 포함할 수 있다. 이하, 도 5에서는 목표 접촉각에 대한 정보의 일예로 정전용량을 들어 설명하도록 한다. 도 5에서는, 전기 습윤 셀 제어 장치(300)를 제어하기 위해 브릿지 회로를 이용하므로, 룩업테이블에는 브릿지 회로에 포함된 임피던스(322, 324, 326) 값에 대한 정보가 포함될 수 있다.
구체적으로, 사용자가 설정한 목표 접촉각이 120도라고 가정할 수 있다. 사용자가 목표 접촉각에 대한 정보를 전기 습윤 셀 제어 장치(300)에 입력하면, 피드백 처리부(330)는 메모리(305)에 저장되어 있는 룩업 테이블로부터 접촉각 120도에 대응되는 정전용량 값을 산출할 수 있다. 또한, 피드백 처리부(330)는 브릿지 회로에 포함된 임피던스(322, 324, 326)의 값에 기초하여, 브릿지 형태의 회로가 평형을 이룰 수 있도록 전압 인가부(310)에서 인가하는 제 1 전압을 결정할 수 있다.
한편, 전압 인가부(310)에서 전기 습윤 셀(200)에 제 1 전압을 인가한 결과 측정부(320)에 포함된 브릿지 형태의 회로에서 출력되는 전압이 0이 아닐 수 있다. 이러한 경우에는 신호 증폭부(340)는 출력되는 전압값을 증폭시킬 수 있다. 또한, 노이즈 제거부(350)는 증폭된 전압 신호에 포함된 노이즈를 제거하여, 보다 정확한 측정값을 획득할 수 있다.
측정부(320)에서 측정된 전압은 피드백 처리부(330)로 전송될 수 있다. 피드백 처리부(330)에서는 출력 전압이 기설정된 값 이상인 경우, 전압 인가부(310)에 제어 신호를 전송하여 재설정된 제 2 전압을 전기 습윤 셀(200)에 인가할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 처리부는, 측정부(320)에서 출력되는 전압과 기설정된 제 1 전압과 합한 값에 비례기를 적용하여, 접촉각을 보정할 수 있다. 또한, 피드백 처리부(330)는 비례기 및 미분기를 이용하여 접촉각을 보정할 수도 있고, 비례기 및 적분기를 이용하여 접촉각을 보정할 수도 있다. 피드백 처리부(330)는 비례기, 미분기 및 적분기를 모두 이용하여 접촉각을 보정할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전기 습윤 셀 제어 장치(300)가 전기 습윤 프리즘 어레이(600)에 장착되어 있는 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시되어 있는 전기 습윤 장치는 전기 습윤 프리즘 어레이(600)이다. 전기 습윤 프리즘 어레이(600)는 복수개의 전기 습윤 셀을 포함하고 있으며, 전기 습윤 프리즘 어레이(600) 내에서 복수개의 전기 습윤 셀은 2차원적으로 배열되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀 제어 장치(300)는 전기 습윤 프리즘 어레이에 포함된 각각의 전기 습윤 셀 별로 장착될 수 있다. 또한, 각각의 전기 습윤 셀에 포함되는 측면 별로 전기 습윤 셀 제어 장치(300)가 장착될 수 있다.
전기 습윤 셀의 경우, 제조 공정의 문제, 접촉면의 특성 차이 등으로 인해, 전기 습윤 프리즘 어레이(600)에 공통으로 포함된 경우에도, 각 전기 습윤 셀의 특성에 차이가 있을 수 있다. 그러므로, 전기 습윤 셀 각각의 측면별로 전기 습윤 셀 제어 장치(300)를 장착할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 셀을 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계 710에서, 전기 습윤 셀 제어 장치(300)는 전기 습윤 셀(200)에 기설정된 제 1 전압을 인가할 수 있다. 여기에서 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면에 인가되는 기설정된 제 1 전압은 직류 전압 및 교류 전압 중 어느 하나일 수 있다.
단계 720에서, 전기 습윤 셀 제어 장치(300)는 기설정된 제 1 전압의 인가에 기초하여 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면과 전기 습윤 셀(200)에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 제 1 회로정수를 측정할 수 있다.
여기에서, 제 1 회로정수는 전기 습윤 셀(200)에 포함된 어느 하나의 측면과 전기 습윤 셀(200)에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 전기적 특성을 나타낼 수 있는 전류, 임피던스, 전압 및 정전용량을 포함할 수 있다.
단계 730에서, 전기 습윤 셀 제어 장치(300)는 측정된 제 1 회로정수에 기초하여, 전기 습윤 셀에 재설정된 제 2 전압의 인가 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피드백 처리부(330)는 측정된 제 1 회로정수와 제 1 전압에 기초하여 예측된 어느 하나의 외벽과 전도성 액체 사이의 제 2 회로정수를 비교할 수 있다. 전압 인가부(310)는 제 1 회로정수와 제 2 회로정수의 차이가 소정의 값 이상인 경우, 전기 습윤 셀(200)에 재설정된 제 2 전압을 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피드백 처리부(330)는 제 1 전압에 기초하여 예측된 어느 하나의 외벽과 전도성 액체 사이의 제 2 회로 정수를 전기 습윤 셀 제어 장치(300)에 포함된 룩업테이블에서 추출할 수 있다.
룩업테이블은 기설정된 전압에 대해 물리적 특성을 기초로 연산한 어느 하나의 외벽과 전도성 액체 사이의 제 2 회로 정수에 대한 값을 포함할 수 있다. 룩업테이블에 포함되는 정보들은 측정부(320)에서 측정하는 방식과 측정하는 대상에 따라 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명에서 인용하는 공개 문헌, 특허 출원, 특허 등을 포함하는 모든 문헌들은 각 인용 문헌이 개별적으로 및 구체적으로 병합하여 나타내는 것 또는 본 발명에서 전체적으로 병합하여 나타낸 것과 동일하게 본 발명에 병합될 수 있다.
본 발명의 이해를 위하여, 도면에 도시된 바람직한 실시 예들에서 참조 부호를 기재하였으며, 본 발명의 실시 예들을 설명하기 위하여 특정 용어들을 사용하였으나, 특정 용어에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당업자에 있어서 통상적으로 생각할 수 있는 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명은 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
300: 전기 습윤 셀 제어 장치
310: 전압 인가부
320: 측정부
330: 피드백 처리부

Claims (19)

  1. 전기 습윤 셀에 기설정된 제 1 전압을 인가하는 전압 인가부;
    상기 기설정된 제 1 전압의 인가에 기초하여, 상기 전기 습윤 셀에 포함된 어느 하나의 측면과 상기 전기 습윤 셀에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 제 1 회로정수를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 제 1 회로정수에 기초하여, 상기 전기 습윤 셀에 재설정된 전압의 인가 여부를 결정하는 피드백 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 제 1 회로정수는,
    상기 어느 하나의 측면과 상기 전도성 액체 사이의 임피던스, 전류, 전압 및 정전용량 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 피드백 처리부는,
    상기 측정된 제 1 회로정수와 상기 제 1 전압에 기초하여 예측된 상기 어느 하나의 측면과 상기 전도성 액체 사이의 제 2 회로 정수를 비교하여, 상기 제 1 회로정수와 상기 제 2 회로정수의 차이가 소정의 값 이상인 경우, 상기 전기 습윤 셀에 재설정된 제 2 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀 제어 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 피드백 처리부는,
    상기 재설정된 제 2 전압을 상기 전기 습윤 셀에 인가하기 위한 제어 신호를 상기 전압 인가부에 전송하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀 제어 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 피드백 처리부는,
    상기 기설정된 제 1 전압에 기초하여 예측된 상기 어느 하나의 측면과 상기 전도성 액체 사이의 제 2 회로정수에 대한 정보를 제공하는 룩업테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀 제어 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 측정부는,
    브리지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀 제어 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 전기 습윤 장치는,
    상기 브리지 회로에서 출력되는 신호를 증폭시키는 신호 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀 제어 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 전기 습윤 장치는,
    상기 브리지 회로에서 출력되는 신호의 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀 제어 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 전압 인가부는,
    상기 전기 습윤 셀에 기설정된 직류 전압 및 기설정된 교류 전압 중 어느 하나의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀 제어 장치.
  10. 전기 습윤 셀에에 기설정된 제 1 전압을 인가하는 단계;
    상기 기설정된 제 1 전압의 인가에 기초하여, 상기 전기 습윤 셀에 포함된 어느 하나의 측면과 상기 전기 습윤 셀에 포함되어 있는 전도성 액체 사이의 제 1 회로정수를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 제 1 회로정수에 기초하여, 상기 전기 습윤 셀에 재설정된 전압의 인가 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 제 1 회로정수는,
    상기 어느 하나의 측면과 상기 전도성 액체 사이의 임피던스, 전류, 전압 및 정전용량 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 측정된 제 1 회로정수와 상기 제 1 전압에 기초하여 예측된 상기 어느 하나의 측면과 상기 전도성 액체 사이의 제 2 회로 정수를 비교하여, 상기 제 1 회로정수와 상기 제 2 회로정수의 차이가 소정의 값 이상인 경우, 상기 전기 습윤 셀에 재설정된 제 2 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 재설정된 전압을 상기 전기 습윤 셀에 인가하기 위한 제어 신호를 상기 전압 인가부에 전송하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    상기 기설정된 제 1 전압에 기초하여 예측된 상기 어느 하나의 측면과 상기 전도성 액체 사이의 제 2 회로정수에 대한 정보를 제공하는 룩업테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 측정하는 단계는,
    브리지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 전기 습윤 셀을 제어하는 방법은,
    상기 브리지 회로에서 출력되는 신호를 증폭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 전기 습윤 셀을 제어하는 방법은,
    상기 브리지 회로에서 출력되는 신호의 노이즈를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 인가하는 단계는,
    상기 전기 습윤 셀에 기설정된 직류 전압 및 기설정된 교류 전압 중 어느 하나의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 습윤 셀을 제어하는 방법.
  19. 제 10항 내지 제 18항 중 어느 하나의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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