KR20170143213A - 액체 렌즈 및 액체 렌즈 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 경사형 격벽을 갖는 액체 렌즈의 필 팩터를 향상시킴으로써, 낮은 구동 전압과 높은 필 팩터를 갖는 액체 렌즈 및 액체 렌즈 모듈에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 액체 렌즈는, 경사형 격벽을 갖는 챔버 내에 오일층과 전도성 액체를 포함하고, 이 때 오일층은 서로 다른 굴절률을 갖는 적어도 2종류의 오일이 혼합되어 이루어진 혼합 오일이며, 혼합 오일의 굴절룰은 챔버의 굴절률에 대응되도록 형성된다.
Description
본 발명은 액체 렌즈 및 액체 렌즈 모듈에 관한 것으로, 특히 경사형 격벽 챔버를 갖는 액체 렌즈에서 렌즈의 필 팩터를 향상시킬 수 있는 액체 렌즈 및 액체 렌즈 모듈에 관한 것이다.
액체 렌즈는 특수한 절연막이 코팅된 전극을 이용해 전기적으로 액체 방울의 퍼짐성을 변화시켜 액체 방울의 모양을 변화시키는 전기 습윤 현상을 이용하여 만들어지는 초점 가변형 렌즈를 말한다. 액체 렌즈는 일반적으로 섞이지 않으며, 두 개의 액체로 구성된다. 이 때 상개 두 액체 중 하나는 전기 전도성을 가지며, 나머지 하나는 절연성을 갖는다. 이와 같은 액체 렌즈는 전압 변화를 통해 상기 두 액체 사이의 계면의 곡률을 변화시키고, 그에 따라 렌즈의 초점 길이를 변화시킨다.
액체 렌즈를 만들기 위해서는 액체를 담을 수 있는 챔버를 요한다. 챔버는 수직 격벽 또는 경사형 격벽으로 구성된다. 수직 격벽의 경우 상기 액체 렌즈로 활용할 수 있는 부분이 넓어져 액체 렌즈의 필 팩터가 향상될 수 있으나, 챔버 벽에 전극층을 균일하게 형성하는 것이 어려운 문제가 발생한다. 반면, 경사형 격벽 챔버의 경우 수직 격벽에 비해 전극층을 균일하게 형성할 수 있으며, 구동 전압이 낮아지는 장점이 있으나, 챔버와 액체 사이의 굴절률 차에 의해 렌즈로서 작용하는 부분이 좁아져 액체 렌즈의 필 팩터가 감소하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 경사형 격벽을 갖는 액체 렌즈의 필 팩터를 향상시킴으로써, 낮은 구동 전압과 높은 필 팩터를 갖는 액체 렌즈 및 액체 렌즈 모듈을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 액체 렌즈는, 경사형 격벽을 갖는 챔버 내에 오일층과 전도성 액체를 포함하고, 이 때 오일층은 서로 다른 굴절률을 갖는 적어도 2종류의 오일이 혼합되어 이루어진 혼합 오일이며, 혼합 오일의 굴절룰은 챔버의 굴절률에 대응되도록 형성된다.
상기 경사형 격벽의 기울기는 40~70°사이의 값 중 어느 하나로 형성된다.
본 발명에 의한 액체 렌즈는 상기 챔버 내측에 위치하는 제 1 전극 및 상기 제 1 전극 상에 위치하는 절연층을 더 포함한다.
상기 오일층은, 상기 오일층은, Dodecane, Hexadecane, Chloronaphthalene, Bromododecane, Tetradecane 중 적어도 2 종류의 오일이 혼합되어 이루어질 수 있다.
상기 오일층의 굴절률과 상기 챔버의 굴절률의 차는 ±0.2 이내의 값을 갖는다.
상기 챔버는 PMMA, PET, PC 중 어느 한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 혼합 오일이 1 오일 및 제 2 오일이 혼합되었다고 할 때, 상기 혼합 오일의 굴절률(nid)은 하기의 수학식에 의해 결정된다.
[수학식]
여기서, øA, øB 는 각각 제 1 오일과 제 2 오일의 비율을 의미하며, n* A 와 n* B 는 각각 제 1 오일 및 제 2 오일의 굴절률을 의미한다.
본 발명에 의한 액체 렌즈의 구체적인 예로서, 상기 액체 렌즈의 챔버는 PMMA 이고, 상기 오일층은, Dodecane을 57~63vol% 범위 내로 포함하며, Chloronapthaene을 43~37vol% 범위 내로 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 의한 액체 렌즈는 상기 전도성 액체에 접촉되도록 제 2 전극을 더 포함한다.
본 발명에 의한 액체 렌즈는, 경사형 격벽을 구비함으로써 수직 격벽을 구비한 챔버를 갖는 액체 렌즈에 비해 낮은 구동 전압으로 더 높은 디옵터를 구현할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명에 의한 액체 렌즈는 오일층의 굴절률을 상기 챔버의 굴절률에 대응되도록 조절함으로써, 챔버 및 바닥으로부터 입사되는 광이 챔버와 오일 사이의 경계면에서 꺾이지 않고, 그에 따라 액체 렌즈의 렌즈로 활용할 수 있는 영역을 높이고 액체 렌즈의 필 팩터를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한 본 발명에 의한 액체 렌즈는 상기 경사형 격벽을 갖는 챔버 형상 패턴을 갖는 몰드를 플라스틱 재질의 판과 접촉시켜 압력과 열을 가함으로써, 챔버를 간단히 형성할 수 있다. 그에 따라 본 발명에 의한 액체 렌즈는 낮은 제조비용 및 간단한 공정을 이용하여 용이하게 챔버를 생성할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 의한 액체 렌즈 어레이 모듈을 설명하기 위한 개략도이고,
도 2는 상기 액체 렌즈 모듈의 각 액체 렌즈를 상세히 설명하기 위한 단면도이다.
도 3의 (a)는 종래 기술에 의한 액체 렌즈에서의 렌즈로서의 작용 부분을 설명한 예시도이며, 도 3의 (b)는 본 발명에 의한 액체 렌즈에서의 렌즈로서의 작용 부분을 설명한 예시도이다.
도 4의 (a)는 본 발명에 의한 액체 렌즈의 디옵터 증가 원리를 설명하기 위한 예시도이며, 도 4의 (b)는 본 발명에 의한 액체 렌즈의 구동 전압 변화에 따른 디옵터 증가를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 의한 액체 렌즈의 필 팩터 향상을 설명하기 위한 현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 상기 액체 렌즈 모듈의 각 액체 렌즈를 상세히 설명하기 위한 단면도이다.
도 3의 (a)는 종래 기술에 의한 액체 렌즈에서의 렌즈로서의 작용 부분을 설명한 예시도이며, 도 3의 (b)는 본 발명에 의한 액체 렌즈에서의 렌즈로서의 작용 부분을 설명한 예시도이다.
도 4의 (a)는 본 발명에 의한 액체 렌즈의 디옵터 증가 원리를 설명하기 위한 예시도이며, 도 4의 (b)는 본 발명에 의한 액체 렌즈의 구동 전압 변화에 따른 디옵터 증가를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 의한 액체 렌즈의 필 팩터 향상을 설명하기 위한 현미경 이미지를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 부품 명칭과 상이할 수 있다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명에 개시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 액체 렌즈 어레이 모듈을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 상기 액체 렌즈 모듈의 각 액체 렌즈를 상세히 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 의한 액체 렌즈 어레이 모듈은, 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20) 사이에 위치하며, 내부에 개방된 공간이 마련되도록 경사형 격벽(16)을 구비한 챔버(17)가 마련되고, 챔버(17)에 구비된 액체 렌즈(100)를 포함하는 액체 렌즈 어레이(5)를 포함한다. 각 액체 렌즈(100)는, 상기 챔버(17) 내에 구비된 제 1 전극(11)과, 상기 제 1 전극(11) 상에 위치하는 절연층(12)과, 상기 절연층(12)을 포함한 챔버(17) 내부에 위치하는 오일층(13)과, 상기 오일층(13) 상에 구비된 전도성 액체(14) 및 상기 전도성 액체(14)상에 위치하도록 제 2 기판(20)에 구비된 제 2 전극(15)을 포함한다. 도 1 및 도 2에서 제 2 전극(15)는 제 2 기판(20)상에 구비되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 챔버(17)에 구비된 경사형 격벽(16)의 기울기는 40~70°사이의 값 중 어느 하나로 선택될 수 있다.
제 1 전극(11)은 Au, Ag 등의 금속 또는 ITO, IZO 등의 투명 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 이 때 제 1 전극(11)은 챔버(17)의 측면 벽면 및 바닥면에 형성될 수 있으며, 챔버(17)의 측면 벽면 또는 바닥면 중 어느 하나에만 형성되어도 무방하다. 절연층(12)은 상기 제 1 전극(11)을 덮도록 형성될 수 있다.
오일층(13)은 서로 다른 굴절률을 갖는 적어도 2 종류의 오일이 혼합되어 이루어진 혼합 오일로 구성된다. 이같이 서로 다른 굴절률을 갖는 적어도 2 종류의 오일을 혼합함으로써, 혼합 오일의 굴절률을 조절할 수 있다. 이 때 혼합 오일의 굴절률은, 챔버(17)가 갖는 굴절률에 대응되도록 조절된다. 구체적으로, 상기 혼합 오일로 이루어진 오일층(13)은, 그 굴절률이 챔버(17)의 굴절률보다 0.2 범위 내에서 높거나 낮게 형성될 수 있다. 예를 들어, 챔버(17)의 굴절률이 1.4 라고 가정한다면, 오일층(13)의 굴절률은 1.2 내지 1.6 사이에서 형성될 수 있으며, 상기 오일층(13)과 챔버(17)의 굴절률은 되도록 동일한 것이 바람직하다.
상기 오일층(13)은 Dodecane, Hexadecane, Chloronaphthalene, Bromododecane, Tetradecane 등의 소수성 오일 중 적어도 2 종류의 오일이 혼합된 혼합 오일로 이루어질 수 있다. 챔버(17)는 다양한 투명 플라스틱 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 챔버는 PMMA, PET, PC 등의 물질 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 챔버(17)가 어떤 물질로 이루어지는가에 따라 챔버(17)의 굴절률은 달라지며, 상기 챔버(17)의 굴절률에 맞추어 혼합 오일의 성분 및 비율을 다르게 조절할 수 있다.
2 종류의 오일(A, B로 표시)을 혼합하여 이루어진 혼합 오일의 굴절률은 다음과 같은 식에 의해 결정된다.
여기서 nid 는 혼합 오일의 굴절률을 의미한다. 또한 øA, øB 는 각각 A 오일과 B 오일의 비율을 의미하며, n* A 와 n* B 는 각각 A 오일 및 B 오일의 굴절률을 의미한다. 본 발명의 오일층(13)에 구비된 혼합 오일은 상기의 식에 따라 앞서 언급된 소수성 오일들을 일정 비율로 혼합함으로써 혼합 오일의 굴절률을 챔버(17)의 굴절률에 대응되도록 조절한다.
전도성 액체(14)는 NaCl, KCl, Sodium Dodecyl sulfate(SDS), dimethyl dithiocarbamate(DTC) 등의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전해질 수용액 또는 1-Hexyl-3-methylimidazolium, 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium 등의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이온 용액일 수 있다.
제 2 전극(15)은 전도성 액체(14)에 접촉되도록 제 2 기판(20)상에 형성된다. 제 2 전극(15)은 Au, Ag 등의 금속 또는 ITO, IZO 등의 투명 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
도 3의 (a)는 종래 기술에 의한 액체 렌즈에서의 렌즈로서의 작용 부분을 설명한 예시도이며, 도 3의 (b)는 본 발명에 의한 액체 렌즈에서의 렌즈로서의 작용 부분을 설명한 예시도이다. 도 3의 (a)에서 어두운 부분은 렌즈로서 작용할 수 없는 부분을 의미한다. 경사형 격벽(16)을 구비한 종래 기술에 의한 액체 렌즈에서는, 챔버의 굴절률과 오일의 굴절률이 상이하므로, 챔버 및 바닥 부분으로부터 입사되는 광이 챔버와 오일의 경계면에서 꺾이는 현상이 발생하였다. 그에 따라 원하지 않는 광의 왜곡이 발생하며, 도 3의 (a)와 같이 액체 렌즈 내에서 렌즈로서 작용하는 부분이 감소함으로써 액체 렌즈의 필 팩터가 감소하게 된다.
반면 도 3의 (b)와 같이, 챔버와 오일의 굴절률을 매칭시키는 경우, 챔버 및 바닥으로부터 입사되는 광이 챔버와 오일 사이의 경계면에서 꺾이지 않고, 그에 따라 액체 렌즈의 모든 영역을 렌즈로서 이용할 수 있다. 따라서 도 3의 (b)와 같이 액체 렌즈 내에서 렌즈로서 작용하는 부분이 증가하고, 그에 따라 액체 렌즈의 필 팩터가 증가한다.
도 4의 (a)는 본 발명에 의한 액체 렌즈의 디옵터 증가 원리를 설명하기 위한 예시도이며, 도 4의 (b)는 본 발명에 의한 액체 렌즈의 구동 전압 변화에 따른 디옵터 증가를 설명하기 위한 그래프이다.
액체 렌즈(100)의 제 1 전극(11)과 제 2 전극 사이에 전압을 인가하면, 전압의 변화에 따라 오일층(13)과 전도성 액체(14) 사이의 곡률이 변화한다. 여기서, 액체 렌즈(100)의 디옵터는 오일층(13)과 전도성 액체(14)의 접촉각에 의해 결정되며, 상기 오일층(13)과 전도성 액체(14)의 접촉각이 클수록 액체 렌즈(100)의 디옵터 또한 증가한다.
도 4의 (a)를 참조하면, 액체 렌즈의 챔버(17)가 경사형 격벽(16)을 가질 경우, 오일층(13)과 전도성 액체(14)의 접촉각에는 격벽(16)의 기울기가 합산됨을 알 수 있다. 그에 따라 액체 렌즈의 챔버(17)가 수직 격벽을 가질 경우 상기 오일층(13)과 전도성 액체(14)의 접촉각(θ1)에 비해 챔버(17)가 경사형 격벽을 가질 경우의 오일층(13)과 전도성 액체(14)의 접촉각(θ2)이 더 크다.
도 4의 (b)를 참조하면, 수직 격벽을 구비한 챔버(17)를 갖는 액체 렌즈와 경사형 격벽(16)을 구비한 챔버(17)를 갖는 액체 렌즈에 갖은 전압을 인가할 경우, 경사형 격벽(16)을 구비한 챔버(17)를 갖는 액체 렌즈가 더 높은 디옵터를 가지는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 경사형 격벽(16)을 구비한 챔버(17)를 갖는 액체 렌즈는 수직 격벽을 구비한 챔버(17)를 갖는 액체 렌즈에 비해 낮은 구동 전압으로 더 높은 디옵터를 구현할 수 있는 효과를 갖는다.
반면, 앞서 언급한 것과 같이 경사형 격벽(16)을 구비한 챔버를 갖는 액체 렌즈는 렌즈로서 구동할 수 있는 필 팩터가 감소하는 문제점을 갖는데, 본 발명에 의한 액체 렌즈는 오일층(13)의 굴절률이 챔버(17)의 굴절률에 대응되도록 조절함으로써, 챔버 및 바닥으로부터 입사되는 광이 챔버와 오일 사이의 경계면에서 꺾이지 않고, 그에 따라 액체 렌즈의 모든 영역을 렌즈로서 이용할 수 있는 효과를 갖는다.
도 5는 본 발명에 의한 액체 렌즈의 필 팩터 향상을 설명하기 위한 현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 5의 (a)는 경사형 격벽을 갖는 챔버에 구비된 오일층(13)을 dodecane 단일 물질만으로 형성한 다음 도트 패턴 이미지를 관찰한 현미경 이미지이며, 도 5의 (b)는 경사형 격벽을 갖는 챔버에 구비된 오일층(13)을 chloronaphthalene 과 dodecane 을 6:4 의 비율로 혼합한 혼합 오일을 이용하여 형성한 다음 도트 패턴 이미지를 관찰한 현미경 이미지이다.
도 5의 (a)에 비해 도 5의 (b)의 각 액체 렌즈에서 도트 패턴을 관측할 수 있는 영역이 더 넓음을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 액체 렌즈는 혼합 오일을 이용하여 오일층의 굴절률을 챔버의 굴절률에 대응되도록 형성함으로써 액체 렌즈로 활용할 수 있는 영역을 넓이고, 액체 렌즈의 필 팩터를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한 본 발명에 의한 액체 렌즈는 상기 경사형 격벽을 갖는 챔버 형상 패턴을 갖는 몰드를 플라스틱 재질의 판과 접촉시켜 압력과 열을 가함으로써, 챔버를 간단히 형성할 수 있다. 그에 따라 본 발명에 의한 액체 렌즈는 낮은 제조비용 및 간단한 공정을 이용하여 용이하게 챔버를 생성할 수 있는 효과를 갖는다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
10: 제 1 기판
20: 제 2 기판
11: 제 1 전극 12: 절연층
13: 오일층 14: 전도성 액체
15: 제 2 전극 100: 액체 렌즈
17: 챔버 16: 격벽
11: 제 1 전극 12: 절연층
13: 오일층 14: 전도성 액체
15: 제 2 전극 100: 액체 렌즈
17: 챔버 16: 격벽
Claims (10)
- 경사형 격벽을 갖는 챔버와,
상기 챔버 내부에 구비되는 오일층과, 상기 오일층 상에 위치하는 전도성 액체를 포함하고,
상기 오일층은, 서로 다른 굴절률을 갖는 적어도 2 종류의 오일이 혼합되어 이루어진 혼합 오일을 포함하고, 상기 혼합 오일은, 그 굴절률이 상기 챔버의 굴절률에 대응되도록 이루어진 액체 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 경사형 격벽의 기울기는, 40~70°사이의 값 중 어느 하나인 액체 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 챔버 내측에 구비된 제 1 전극 및 절연층을 더 포함하는 액체 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 오일층은, Dodecane, Hexadecane, Chloronaphthalene, Bromododecane, Tetradecane 중 적어도 2 종류의 오일이 혼합된 혼합 오일로 이루어진 액체 렌즈. - 제 1 항에 있어서, 상기 오일층의 굴절률과 상기 챔버의 굴절률의 차는 ±0.2 이내인 액체 렌즈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 챔버는, 투명 플라스틱 물질인 PMMA, PET, PC 중 어느 하나로 이루어진 액체 렌즈. - 제 5 항에 있어서,
상기 혼합 오일은 제 1 오일 및 제 2 오일이 혼합되어 이루어지고, 상기 혼합 오일의 굴절률(nid)은 하기의 수학식에 의해 결정되는 액체 렌즈.
(여기서, øA, øB 는 각각 제 1 오일과 제 2 오일의 비율을 의미하며, n* A 와 n* B 는 각각 제 1 오일 및 제 2 오일의 굴절률을 의미함) - 제 4 항에 있어서,
상기 챔버는 PMMA 이고, 상기 오일층은, Dodecane을 57~63vol% 범위 내로 포함하고, Chloronapthaene을 43~37vol% 범위 내로 포함하는 액체 렌즈. - 제 1 항에 있어서,
상기 전도성 액체에 접하도록 구비된 제 2 전극을 더 포함하는 액체 렌즈. - 제 1 기판 상에 위치하며, 복수 개의 상기 제 1 항 내지 제 9 항에 의한 액체 렌즈를 포함하는 액체 렌즈 어레이 및,
상기 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판을 포함하는 액체 렌즈 모듈.
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