KR20150051821A - 가변 액체 렌즈 어레이 및 그 제조 방법 - Google Patents

가변 액체 렌즈 어레이 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

가변 액체 렌즈 어레이 및 그 제조 방법이 개시된다.
개시된 가변 액체 렌즈 어레이는, 기판 상에 격벽 유닛들이 배열되어 셀들이 구비되고, 상기 셀들 내에 제1유체와, 상기 제1유체 위의 제2유체가 포함되고, 상기 격벽 유닛들에 상기 제1유체가 이동될 수 있는 유체 이동로가 구비되며, 상기 제2유체가 셀들 사이를 이동할 수 없도록 상기 격벽 유닛들 상부 면에 덮개가 결합된다.

Description

가변 액체 렌즈 어레이 및 그 제조 방법{Changeable liquid lens array and method of manufacturing the same}
전압 인가에 따라 이종의 유체간 경계 면 형상이 변하는 가변 액체 렌즈 어레이 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
가변 액체 렌즈 어레이를 구동하는 방법 중 하나인 전기 습윤(electrowetting) 기술은 굴절률이 다르고, 서로 섞이지 않는 이종의 유체를 어레이의 각 셀에 채워 넣고, 전압을 인가하여 두 유체의 계면 형상을 변화시킨다. 이종의 유체는 예를 들어, 전도성 유체와 비전도성 유체일 수 있다. 가변 액체 렌즈 어레이에 전압을 인가하여 전도성 유체의 표면 장력을 제어함으로써 전도성 유체의 접촉각과 두 유체의 계면의 형상을 변화시킨다. 전도성 유체와 비전도성 유체에 전압이 인가되면 전도성 유체의 소수성 계면의 성질이 친수성으로 변하고 전도성 유체의 접촉각(contact angle)이 낮아지면서 전도성 유체가 비전도성 유체를 밀어내어 두 유체의 경계 면이 렌즈 형상을 가지게 된다.
가변 액체 렌즈 어레이를 이용하여 3D 그래픽을 보다 효율적이고 실감나게 표시할 수 있다.
이러한 전기 습윤을 이용한 가변 액체 렌즈 어레이는 두 유체를 균일하게 도우싱(dosing)하거나 초기 상태에 두 유체 사이의 경계 면이 평평한 상태로 되도록 하는 것이 중요하다. 두 가지 유체를 셀에 채우는 방법으로 노즐을 이용하여 피코 리터(pico liter) 사이즈의 액적(liquid drop)을 각 셀에 주입하는 방식이 이동될 수 있다. 하지만 이러한 방법은 액적 크기의 정밀도의 한계로 인해 동일한 체적으로 유체를 각 셀에 채우는 것이 어렵다.
전압 인가에 따라 이종의 유체간 경계 면 형상이 변하는 가변 액체 렌즈 어레이를 제공한다.
전압 인가에 따라 이종의 유체간 경계 면 형상이 변하는 가변 액체 렌즈 어레이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이는, 기판; 상기 기판 상에 배열된 격벽 유닛들; 상기 격벽 유닛들에 의해 구획된 셀들; 상기 셀들 내에 포함된 제1유체; 상기 제1유체 위의 제2유체; 상기 격벽 유닛들에 구비된 것으로, 상기 제1유체가 이동될 수 있는 유체 이동로; 및 상기 제2유체가 셀들 사이를 이동할 수 없도록 상기 격벽 유닛들 상부 면에 결합된 덮개;를 포함한다.
상기 제1유체와 제2유체는 섞이지 않아 두 층을 이루며, 상기 제2유체가 상기 유체 이동로를 통해 이동되지 않을 수 있다.
상기 유체 이동로는 상기 격벽 유닛들의 하부에 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
상기 유체 이동로는 제1 유체가 상기 셀들 사이를 통과하도록 격벽 유닛에 형성된 홀을 포함할 수 있다.
상기 제1유체는 비전도성 유체를 포함하고, 제2유체는 전도성 유체를 포함할가변 수 있다.
상기 제1유체는 오일을 포함하고, 제2유체는 물 또는 소금물을 포함할 수 있다.
상기 격벽 유닛은 서로 이격되게 배치된 제1격벽, 제2격벽 및 상기 제1격벽제2격벽 사이의 절연층을 포함할 수 있다.
상기 절연층이 상기 유체 이동로에 연결된 관통홀을 포함할 수 있다.
상기 제1격벽과 제2격벽은 전극으로 사용될 수 있다.
상기 제1격벽과 제2격벽에 전압이 인가될 때, 상기 제1유체와 제2유체의 경계 면의 형상이 변할 수 있다.
상기 제1격벽과 제2격벽의 측면에 소수성 물질이 함유된 유전막이 더 구비될 수 있다.
상기 유전막은 제1유체에 대해 친화적(philic)이고, 제2유체에 대해 적대적(phobic)인 특성을 가질 수 있다.
상기 셀들은 2차원 메트릭스 형태로 배열될 수 있다.
상기 제1유체가 상기 셀들에 도우싱(dosing)될 때 모관력(capillary force)에 의해 상기 유체 이동로를 통해 이동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이 제조 방법은,
기판에 유체 이동로를 가지는 격벽 유닛들을 형성하는 단계;
상기 격벽 유닛들에 의해 셀들을 구획하는 단계;
상기 셀들에 제1유체를 채우는 단계;
상기 제1유체 내부에 제2유체를 주입하는 단계;
상기 제2유체가 상기 유체 이동로를 통해 이웃하는 셀들로 이동하는 단계;
상기 제2유체가 각 셀들에 채워지고 제1유체가 제2유체 위에 위치하는 단계; 및
상기 격벽 유닛들 상부 면에 덮개를 결합하는 단계;를 포함한다.
상기 격벽 유닛들을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 이격되게 유체 이동로를 가지는 제1격벽과 제2격벽을 형성하는 단계; 상기 셀들과 상기 제1 및 제2 격벽 사이에 절연 물질을 도포하는 단계; 포토리소그래피 공정을 통해 상기 셀들 내부의 절연 물질을 제거하고, 상기 제1 격벽과 제2 격벽 사이의 일부 절연 물질을 제거하여 상기 유체 이동로와 만나는 관통홀을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이는 모관력에 의해 이종의 유체를 용이하게 도우싱할 수 있다. 그리고, 가변 액체 렌즈 어레이의 두 유체 사이의 경계면의 형상을 제어하여 빛의 굴절 방향을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이의 제조 방법은, 각 셀에 이종의 유체를 빠르고 정밀하게 도우싱할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I선 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 가변 액체 렌즈 어레이의 격벽 유닛의 일 예를 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 가변 액체 렌즈 어레이에서 유체 이동로의 개수를 변형한 예를 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 가변 액체 렌즈 어레이의 격벽 유닛의 다른 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이의 격벽 유닛의 또 다른 예를 도시한 것이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이에 제1유체와 제2유체를 도우싱하는 방법을 나타낸 것이다.
도 10과 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이와 비교예의 가변 액체 렌즈 어레이를 비교하여 나타낸 것이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이의 제조 방법을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이 및 그 제조방법에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이(1)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I선 단면도이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이(1)의 단면도를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 상기 가변 액체 렌즈 어레이(1)는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 배열되는 격벽 유닛(20)과, 상기 격벽 유닛(20)에 의해 구획된 셀들(30)을 포함할 수 있다. 상기 기판(10)은 빛을 투과시킬 수 있는 투명 기판일 수 있다.
상기 셀들(30)은 예를 들어 2차원 메트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 셀들(30)은 예를 들어, 사각형 형상을 가질 수 있다. 하지만, 셀들의 형상이 여기에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 사각형 형상 이외의 다각형 형상을 가지는 것도 가능하다.
상기 격벽 유닛(20)에는 유체가 이동될 수 있는 적어도 하나의 유체 이동로(33)가 구비될 수 있다. 상기 유체 이동로(33)는 예를 들어, 격벽 유닛(20)의 하부에 구비될 수 있다. 상기 셀(30)에 서로 섞이지 않는 제1유체(41) 및 제2유체(42)가 포함될 수 있다. 상기 제1유체(41)와 제2유체(42)는 특성이 서로 다르고, 섞이지 않아 두 개의 층으로 나누어질 수 있다. 예를 들어, 제1유체(41)는 비전도성 유체를 포함하고, 제2유체는 전도성 유체를 포함할 수 있다. 또는, 예를 들어, 제1유체(41)는 무극성 유체를 포함하고, 제2유체(42)는 극성 유체를 포함할 수 있다.
상기 제1유체(41)가 아래에 있고, 제1 유체(41) 위에 제2유체(42)가 있을 수 있다. 예를 들어, 제1유체(51)는 오일(oil)을 포함하고, 제2유체(42)는 전해질(electrolyte)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2유체(42)는 물 또는 소금물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 격벽 유닛(20)의 상부에 덮개(50)가 구비될 수 있다. 상기 덮개(50)는 격벽 유닛(20)의 상부 면에 밀착되게 결합될 수 있다. 상기 덮개(50)는 격벽 유닛의 상부 면에 접합되어 위쪽에 있는 제2 유체(42)가 이웃하는 셀로 이동되지 않도록 할 수 있다. 한편, 유체 이동로(33)는 제1유체(41)가 이동되도록 하고, 제2유체(42)는 이동되지 않도록 한다. 유체 이동로(33)는 제2유체(42)가 이동되지 않도록 격벽 유닛(20)의 제1유체가 위치하는 쪽, 예를 들어 격벽 유닛의 하부에 배치될 수 있다. 제1유체와 제2유체는 각 셀마다 그 부피비가 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 제1유체와 제2유체의 부피비가 각 셀마다 1을 가질 수 있다. 하지만, 제1유체와 제2유체의 부피비가 여기에 한정되는 것은 아니고, 제1유체와 제2유체의 계면의 형상을 제어하는데 적합하도록 다양한 부피비를 가질 수 있다. 그리고, 상기 유체 이동로는 제1유체와 제2유체의 계면의 형상이 변할 때, 제2유체가 이웃하는 셀로 이동되지 않는 범위에서 다양한 형상, 다양한 위치 및 다양한 개수를 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체 이동로가 격벽 유닛의 하부 쪽에 일 측이 개방된 관통홀 형태로 형성될 때, 유체 이동로는 제1유체와 제2유체의 계면의 형상이 변할 때, 제2유체가 유체 이동로를 통해 이웃하는 셀로 넘어가지 않도록 하는 높이를 가질 수 있다. 여기서, 제1유체와 제2유체의 계면 형상이 변하는 동작에 대해서는 후술하기로 한다. 상기 유체 이동로(33)는 도 1과 2에서는 사각 단면 형상을 가지는 것으로 예시되었으나, 여기에 한정되는 것은 아니며, 곡면 형상이나 원통 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
가변 액체 렌즈 어레이(1)에 전기력과 같은 외부 힘이 가해지지 않을 때, 제1유체와 제2유체가 평형을 이룰 수 있다. 그리고, 제1유체와 제2유체가 일정한 부피비를 가질 수 있다. 제2유체가 덮개(50)에 의해 이웃하는 셀로 이동할 수 없고, 유체 이동로(33)를 통해서도 이동할 수 없다. 그러므로, 가변 액체 렌즈 어레이(1)에 상기 제1유체와 제2유체에 영향을 미칠 수 있는 외부 힘을 가하면, 제1유체와 제2유체의 부피비가 일정하게 유지되면서 제1유체와 제2유체 사이의 계면의 형상이 변할 수 있다. 그리고, 제1유체와 제2유체의 계면 형상에 따라 빛의 굴절각이 변하여 빛의 진행 방향을 제어할 수 있다. 제1유체와 제2유체의 계면 형상은 가변적이므로, 제1유체와 제2유체는 가변 렌즈와 같은 동작을 할 수 있다.
상기 격벽 유닛(20)들은 셀들을 구획하는 것과 함께 상기 제1유체와 제2유체를 변형하도록 하는 전기장을 제공할 수 있다. 상기 격벽 유닛(20)은 서로 전기적으로 절연될 수 있으며, 각각 독립적으로 전기 공급을 받을 수 있다. 예를 들어, 셀(30)이 사각 형상을 가질 때, 셀(30)은 네 개의 격벽 유닛(20)에 의해 이루어질 수있으며, 네 개의 격벽 유닛(20)은 각각 독립적으로 전기 공급을 받을 수 있다. 또는, 네 개의 격벽 유닛 중 마주보는 한 쌍의 격벽 유닛에만 전기가 공급되는 것도 가능하다.
도 3은 격벽 유닛(20)의 일 예를 도시한 것이다. 상기 격벽 유닛(20)은 예를 들어, 서로 이격된 제1 격벽(21)과 제2 격벽(23), 상기 제1 격벽(21)과 제2 격벽(23) 사이의 절연층(22)을 포함할 수 있다.
상기 제1격벽(21)과 제2격벽(23)은 예를 들어, 도전성 물질로 형성될 수 있다. 제1격벽(21)(23)은 예를 들어 금속으로 형성될 수 있다. 상기 제1격벽(21)과 제2격벽(23)은 전극으로 사용될 수 있다. 상기 절연층(22)은 전극으로 사용되는 제1격벽(21)과 제2격벽(23)을 절연시킬 수 있다.
상기 절연층(22)은 하나의 격벽 유닛에 있는 제1격벽(21)과 제2격벽(23)이 절연되도록 할 뿐만 아니라, 다른 격벽 유닛에 있는 격벽들과도 절연되도록 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 셀을 둘러싸는 제1 내지 제4 격벽 유닛(20a)(20b)(20c)(20d)이 구비될 때, 제1격벽 유닛(20a)의 제1격벽(21)과 제2격벽 유닛(20b)의 제1격벽(21)과 절연되고, 제2격벽 유닛(20b)의 제1격벽(21)과 제3격벽 유닛(20c)의 제1격벽(21)이 절연되도록 절연층(22)이 각 격벽 유닛들의 교차로(27)에까지 연장되게 형성될 수 있다.
한편, 상기 제1격벽(21)의 측면에 제1유전막(24)이 형성되고, 상기 제2격벽(23)의 측면에 제2유전막(25)이 형성될 수 있다. 제1유전막(24)과 제2유전막(25)은 제1유체(41)에 대해서는 친화적(philic)이고, 제2유체(42)에 대해서는 적대적(phobic)일 수 있다.
상기 제1유전막(24)과 제2유전막(25)은 예를 들어, 산화막, 질화막, 탄화막, 또는 유기막 등으로 형성될 수 있으며, 또는 이들의 복합층으로 형성되는 것도 가능하다. 산화막은 예를 들어, 실리콘 옥사이드(SiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 하프늄 옥사이드(HfO2), 타이타늄 옥사이드(TiO2), 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5), HfSiO4, La2O3, Y2O3, LaAlO3, BaO, MgO, CaO, SrO, ZrSiO4, ScTiO3 으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 질화막은 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 나이트라이드(AlN)를 포함할 수 있다. 탄화막은 실리콘 카바이드(SiC), 다이아몬드, 또는 DLC(Diamond like Carbon)를 포함할 수 있다. 유기막은 예를 들어, 파릴렌(Parylene), 싸이탑(Cytop), 테프론(Teflon), 또는 폴리머 막을 포함할 수 있다.
상기 제1유전막(24)과 제2유전막(25)은 예를 들어, 소수성 물질을 함유할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 유전막(24)(25)은 파릴렌(parylene), 테프론(Teflon), 싸이탑(Cytop)과 같은 플로오르 폴리머 등으로 형성될 수 있다.
다음, 도 4는 도 3과 비교할 때, 유체 이동로의 개수를 변형한 예를 도시한 것이다. 격벽 유닛(20)이 제1 유체 이동로(34)와 제2 유체 이동로(35)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 유체 이동로는 유체 이동의 속도나 유체 이동량 등을 고려하여 개수나 형상을 다양하게 변형할 수 있다.
도 5는 상기 절연층(22)에 유체 이동로(33)와 연결되는 홀(37)이 형성된 예를 도시한 것이다. 상기 유체 이동로(33)는 예를 들어, 제1격벽(21)에 형성된 제1홀(33a), 절연층(22)에 형성된 제2홀(33b), 제2격벽(23)에 형성된 제3홀(33c)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 홀(37)은 상기 제2홀(33b)에 연통될 수 있다. 상기 홀(37)은 덮개(50)에 의해 상부가 덮히므로, 유체가 이동되는 통로로 이용되지 않는다. 상기 홀(37)은 예를 들어, 상기 유체 이동로(33)의 제2홀(33b)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
도 6은 또 다른 예의 가변 액체 렌즈 어레이(100)를 도시한 것이다. 가변 렌즈 어레이(100)는 기판(110)과, 상기 기판(110) 상의 격벽 유닛(120)과, 상기 격벽 유닛(120)에 의해 구획된 셀(130)과, 상기 격벽 유닛(120) 상부에 결합된 덮개(150)를 포함할 수 있다.
상기 격벽 유닛(120)은 적어도 하나의 유체 이동로(133)를 포함할 수 있다. 상기 셀(130) 내에는 제1유체(141)와, 제2유체(142)가 포함될 수 있다. 상기 제1유체(141)와 제2유체(142)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 제1유체(41)와 제2유체(42)와 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 상기 유체 이동로(133)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 유체 이동로와 실질적으로 동일하다.
상기 격벽 유닛(120)은 예를 들어, 격벽(121)과, 상기 격벽(121)의 일측면에 구비된 제1전극(122)과 타측면에 구비된 제2전극(123)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 격벽(121), 제1전극(122), 및 제2전극(123) 표면에 유전막(125)이 구비될 수 있다. 상기 유전막(125)은 제1전극(122)과 제2전극(123)을 절연시킴과 아울러 상기 제1유체(141)에 대해서는 친화적(philic)이고, 제2유체(142)에 대해서는 적대적(phobic)인 물질로 형성될 수 있다.
상기 유전막(125)은 예를 들어, 산화막, 질화막, 탄화막, 또는 유기막 등으로 형성될 수 있으며, 또는 이들의 복합층으로 형성되는 것도 가능하다. 산화막은 예를 들어, 실리콘 옥사이드(SiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 하프늄 옥사이드(HfO2), 타이타늄 옥사이드(TiO2), 지르코늄 옥사이드(ZrO2), 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5), HfSiO4, La2O3, Y2O3, LaAlO3, BaO, MgO, CaO, SrO, ZrSiO4, ScTiO3 으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 질화막은 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 알루미늄 나이트라이드(AlN)를 포함할 수 있다. 탄화막은 실리콘 카바이드(SiC), 다이아몬드, 또는 DLC(Diamond like Carbon)를 포함할 수 있다. 유기막은 예를 들어, 파릴렌(Parylene), 싸이탑(Cytop), 테프론(Teflon), 또는 폴리머 막을 포함할 수 있다.
상기 유전막(125)은 예를 들어, 소수성 물질을 함유할 수 있다.
다음은 도 7 내지 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이에 제1유체(41)와 제2유체(42)를 도우싱(dosing) 하는 방법에 대해 설명한다. 도 1에 도시된 가변 액체 렌즈 어레이(1)를 참조하여 설명한다.
도 7을 참조하면, 덮개(50)로 격벽 유닛(20)을 덮기 전에, 기판(10) 상에 격벽 유닛(20)이 배열되어 셀들(30)이 형성된 구조물(14)을 제2유체(42)가 들어 있는 탱크(T)에 넣는다. 상기 셀(30)은 제2유체(42)로 채워진다. 그리고, 탱크(T) 안에 있는 상기 구조물(14)의 한 셀(30)에 제1유체(41)의 액적(P)을 주입한다. 제1유체(41)는 제2유체(42)와 섞이지 않으며, 제2유체(42)의 아래쪽으로 이동한다. 제1유체와 제2유체는 격벽 유닛과의 표면 장력(surface tension)에 의해 그 형상이나 위치 등이 영향을 받을 수 있다. 격벽 유닛(20)에 상대적으로 더 친화적인 제1유체(41)가 제2유체(42)에 비해 더 넓은 접촉 면적을 가질 수 있다. 제2유체(41)는 유체 이동로(33)를 통해 모관력(capillary force)에 의해 점차적으로 이웃하는 셀(30)들로 이동한다. 셀(30)은 수㎛ 내지 수십 ㎛ 범위의 작은 사이즈를 가지므로 셀 내에 있는 제1유체(41)는 다른 힘보다 모관력에 의해 지배될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 모관력에 의해 제1유체(41)가 유체 이동로(33)를 통해 점점 모든 셀에 이동되고, 모든 셀에서 제1유체와 제2유체 사이에 평형이 이루어질 수 있다.
제1유체와 제2유체가 평형이 이루어지면, 도 9에 도시된 바와 같이 덮개(50)를 상기 격벽 유닛(20)들의 상부면에 접촉하도록 결합시킨다. 이와 같이 덮개(50)가 격벽 유닛(20)의 상부면에 갭 없이 결합됨으로써, 상기 제2유체(42)가 다른 셀로 이동되지 못하게 된다. 덮개(50)를 덮은 다음에는, 가변 액체 렌즈 어레이(1)를 탱크(T)로부터 꺼낸다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이는 전기 습윤(electro wetting) 방법을 이용하여 제1유체(41)와 제2유체(42) 사이의 경계 면 형상을 변화시킬 수 있다. 제1유체(41)와 제2유체(42)의 경계 면의 기울기가 변함에 따라 빛의 굴절각을 바꿀 수 있다. 즉, 제1유체(41)와 제2유체(42) 사이의 경계면이 굴절면이 될 수 있다. 상기 제1격벽(21)과 제2격벽(23)에 인가되는 전압에 따라 제1유체(41)와 제2유체(42) 사이의 경계면의 기울기가 변할 수 있다.
예를 들어, 제1유체와 제2유체는 프리즘으로 사용될 수 있으며, 제1유체와 제2유체의 경계면 기울기를 변화시킴으로써 프리즘 각도를 바꿀 수 있다. 가변 액체 프리즘 어레이의 각 셀(30)은 도 1에서는 사각형 형태를 가지지만 여기에 한정되는 것은 아니며 원기둥, 팔각 기둥과 같이 다양한 형태를 가질 수 있다. 또는, 각 셀이 한쪽 변의 길이가 다른 쪽 변보다 상대적으로 긴 사각 형상을 가지고, 제1유체와 제2유체의 경계 면이 변하여 프리즘 형상을 가질 수 있다.
또는, 상기 제1유체와 제2유체는 렌즈로 사용될 수 있다. 상기 제1유체와 제2유체 사이의 경계면이 곡면을 이루도록 함으로써, 렌즈로 사용될 수 있다.
상기 격벽 유닛(20)에 전압이 인가되면 격벽 유닛에서 전도성의 제2유체(42)의 전기 습윤이 일어나고, 그에 따라 제1유체와 제2유체 간 경계 면이 변화될 수 있다. 각 셀의 유체량은 프리즘 형상이나 렌즈 형상, 그리고 전기 습윤 특성에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 각 셀에 제1유체와 제2유체의 부피비가 균일하게 유지되도록 함으로써 각 셀의 유체간 경계면의 특성을 균일하게 만들 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 덮개(50)가 격벽 유닛(20)의 상부면에 밀착되게 결합된 가변 액체 렌즈 어레이(1)를 도시한 것이고, 도 11은 덮개(250)가 격벽 유닛(220)으로부터 이격되게 배치된 예를 도시한 것이다. 도 11에 도시된 가변 액체 렌즈 어레이(200)는 기판(210) 상에 격벽 유닛(220)이 구비되고, 상기 격벽 유닛(220)의 하부에는 제1 유체 이동로(233)가 형성된다. 그리고, 상기 격벽 유닛(220)의 상부면으로부터 이격되게 덮개(250)가 구비되어 격벽 유닛(220)의 상부에는 제2 유체 이동로(245)가 형성된다.
상기 가변 액체 렌즈 어레이(1)는 도 10에 도시된 바와 같이 제2유체(42)가 이웃하는 셀로 이동될 수 없으므로, 제2유체(42)의 부피는 일정하게 유지될 수 있다. 그리고, 제1 유체(41)와 제2 유체(42)의 부피비가 각 셀에서 균일하게 유지되는 범위에서 제1유체(41)가 유체 이동로(33)를 통해 상호 이동한다. 이에 반해, 가변 액체 렌즈 어레이(200)에서는 제1유체(241)는 제1 유체 이동로(233)를 통해 이동되고, 제2유체(242)는 제2 유체 이동로(245)를 통해 이동되기 때문에, 각 셀에서의 제1유체와 제2유체의 부피비가 일정하게 유지되기 어렵다. 따라서, 제1유체와 제2유체의 경계면의 형상이 각 셀마다 서로 다르게 변형될 수 있고, 제1유체와 제2유체의 경계면의 형상을 제어하기 어렵게 될 수 있다.
다음, 도 12 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 액체 프리즘 어레이의 제조 방법을 설명한다.
도 12를 참조하면, 기판(310) 상에 제1 격벽(321) 및 제2 격벽(323)을 형성한다. 상기 제1 격벽(321)과 제2 격벽(323)은 예를 들어, su-8과 같은 두꺼운 포토레지스트(Thick photoresist)를 이용하거나, 몰드를 이용하여 금속으로 전기도금(electroplate)하여 형성될 수 있다. 상기 제1 격벽(321)과 제2 격벽(323)의 하부에는 유체 이동로(333)가 형성될 수 있다. 상기 제1 격벽(321)과 제2 격벽(323)은 전극으로 사용될 수 있다. 그리고, 도시되지는 않았지만, 제1격벽과 제2 격벽 하부의 기판상에 도선 패턴이 형성될 수 있다.
그런 다음, 도 13에 도시된 바와 같이 제1 격벽(321)과 제2 격벽(323)을 포함한 구조물에 절연물질(335)을 도포한다. 상기 절연물질(335)을 마스크를 통해 노광을 한다. 그리고, 포토 공정을 통해 제1격벽(321)과 제2격벽(323) 사이에 절연 물질을 남기고 나머지 영역에서는 절연 물질을 제거하여 절연층(322)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 절연층(322)에 관통홀(337)을 형성할 수 있다. 즉, 포토리소그래피 공정을 통해 상기 셀들 내부의 절연 물질을 제거하고, 상기 제1 격벽과 제2 격벽 사이의 일부 절연 물질을 제거하여 상기 유체 이동로와 만나는 관통홀(337)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 격벽(321), 절연층(322) 및 제2 격벽(323)이 격벽 유닛(320)을 구성할 수 있다.
그리고, 도 14에 도시된 구조물 위에 유전 물질을 도포하여 제1 격벽(321)의 측면에 제1유전막(324)을 형성하고, 제2 격벽(323)의 측면에 제2유전막(325)를 형성할 수 있다.
상기 제1유전막(324)과 제2유전막(325)은 예를 들어, 소수성 물질을 함유할 수 있다. 도 15에 도시된 구조물을 도 7 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 과정을 거쳐 제1 유체와 제2 유체를 각 셀에 채워 넣는다. 그리고, 덮개를 상기 격벽 유닛(320)의 상부면에 결합한다. 예를 들어, 덮개를 격벽 유닛(320)의 상부면에 접합할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이의 제조 방법은 가변 액체 렌즈 어레이를 포토리소그래피 공정을 이용하여 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이는 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 빛의 출광 방향을 조절하여 입체 영상을 표시하는 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1유체와 제2유체 사이의 경계 면이 기울기 없이 평평하게 유지되도록 전압을 가했을 때, 빛이 그대로 투과되어 2차원 영상을 표시할 수 있다. 그리고, 적절한 전압이 인가되어 제1유체와 제2유체 사이의 경계 면이 렌즈 또는 프리즘 형상을 가질 때, 3차원 영상을 표시할 수 있다. 또는, 본 발명의 실시예에 따른 가변 액체 렌즈 어레이는 생화학 실험용 다중 셀 플레이트에 부착되어 각 셀의 광학적 변화를 동시에 관찰할 수 있는 광학적 분석 장치에 이용될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
10,110,310...기판, 20,120,320...격벽 유닛
21,23,121,321,323...격벽, 22,322...절연층
24,25,324,325...유전막, 33,133,333...유체 이동로
41,42,141,142...유체, 50,150,350...덮개

Claims (22)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배열된 격벽 유닛들;
    상기 격벽 유닛들에 의해 구획된 셀들;
    상기 셀들 내에 포함된 제1유체;
    상기 제1유체 위의 제2유체;
    상기 격벽 유닛들에 구비된 것으로, 상기 제1유체가 이동될 수 있는 유체 이동로; 및
    상기 제2유체가 셀들 사이를 이동할 수 없도록 상기 격벽 유닛들 상부 면에 결합된 덮개;를 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체와 제2유체는 섞이지 않아 두 층을 이루며, 상기 제2유체가 상기 유체 이동로를 통해 이동되지 않는 가변 액체 렌즈 어레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체 이동로는 상기 격벽 유닛들의 하부에 적어도 하나 이상 구비된 가변 액체 렌즈 어레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유체 이동로는 제1 유체가 상기 셀들 사이를 통과하도록 격벽 유닛에 형성된 홀을 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1유체는 비전도성 유체를 포함하고, 제2유체는 전도성 유체를 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1유체는 오일을 포함하고, 제2유체는 물 또는 소금물을 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격벽 유닛은 서로 이격되게 배치된 제1격벽, 제2격벽 및 상기 제1격벽제2격벽 사이의 절연층을 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 절연층이 상기 유체 이동로에 연결된 관통홀을 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제1격벽과 제2격벽은 전극으로 사용되는 가변 액체 렌즈 어레이.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1격벽과 제2격벽에 전압이 인가될 때, 상기 제1유체와 제2유체의 경계 면의 형상이 변하는 가변 액체 렌즈 어레이.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 제1격벽과 제2격벽의 측면에 소수성 물질이 함유된 유전막이 더 구비된 가변 액체 렌즈 어레이.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유전막은 제1유체에 대해 친화적(philic)이고, 제2유체에 대해 적대적(phobic)인 특성을 가지는 가변 액체 렌즈 어레이.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀들은 2차원 메트릭스 형태로 배열된 가변 액체 렌즈 어레이.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1유체가 상기 셀들에 도우싱(dosing)될 때 모관력(capillary force)에 의해 상기 유체 이동로를 통해 이동되는 가변 액체 렌즈 어레이.
  15. 기판에 유체 이동로를 가지는 격벽 유닛들을 형성하는 단계;
    상기 격벽 유닛들에 의해 셀들을 구획하는 단계;
    상기 셀들에 제1유체를 채우는 단계;
    상기 제1유체 내부에 제2유체를 주입하는 단계;
    상기 제2유체가 상기 유체 이동로를 통해 이웃하는 셀들로 이동하는 단계;
    상기 제2유체가 각 셀들에 채워지고 제1유체가 제2유체 위에 위치하는 단계; 및
    상기 격벽 유닛들 상부 면에 덮개를 결합하는 단계;를 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이 제조 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 격벽 유닛들을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 이격되게 유체 이동로를 가지는 제1격벽과 제2격벽을 형성하는 단계;
    상기 셀들과 상기 제1 및 제2 격벽 사이에 절연 물질을 도포하는 단계;
    포토리소그래피 공정을 통해 상기 셀들 내부의 절연 물질을 제거하고, 상기 제1 격벽과 제2 격벽 사이의 일부 절연 물질을 제거하여 상기 유체 이동로와 만나는 관통홀을 형성하는 단계;를 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이 제조 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1격벽과 제2격벽에 유전막을 도포하는 단계를 더 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이 제조 방법.
  18. 제 15항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전막은 소수성 물질이 함유된 가변 액체 렌즈 어레이 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 유전막은 제1유체에 대해 친화적(philic)이고, 제2유체에 대해 적대적(phobic)인 특성을 가지는 가변 액체 렌즈 어레이 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 유전막은 파릴렌(parylene), 테프론(Teflon), 또는 싸이탑(Cytop)으로 형성된 가변 액체 렌즈 어레이 제조 방법.
  21. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1유체는 비전도성 유체를 포함하고, 제2유체는 전도성 유체를 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이 제조 방법.
  22. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1유체는 오일을 포함하고, 제2유체는 물 또는 소금물을 포함하는 가변 액체 렌즈 어레이 제조 방법.
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