KR101573504B1

KR101573504B1 - 마이크로 셔터 디바이스 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101573504B1
Application number: KR1020080111003A
Authority: KR
Inventors: 김운배; 정규동; 이승완
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2015-12-01
Also published as: US20100118413A1; US8149512B2; KR20100052115A

Abstract

플렉시블 표시장치를 포함한 각종 표시장치에 적용될 수 있는 마이크로 셔터 디바이스 및 그 제조방법을 개시한다. 멤브레인이 구비된다. 프레임은 멤브레인에 접합되고, 중앙에 수용 홀이 형성된다. 투명한 기판은 수용 홀에 수용된 광학 유체를 밀봉하도록 프레임에 접합된다. 액추에이터는 수용 홀의 중앙 부위에 생성된 유체 렌즈의 주변을 구부림에 따라, 유체 렌즈의 곡율 변경에 의한 굴절력을 가변시킨다. 리플렉터는 유체 렌즈의 곡율 변경에 의한 굴절력에 따라 사용자에게 전달되는 광량이 조절되도록 멤브레인으로부터 이격되고, 유체 렌즈에 대응되게 배치된다. 따라서, 액정과 편광 필름을 이용하는 것에 비해 광 효율이 향상될 수 있고, 유연한 구조로 구현 가능하여 플렉시블 표시장치에 적용하기가 용이할 수 있다.

마이크로, 셔터

Description

마이크로 셔터 디바이스 및 그 제조방법{Micro shutter device and method of manufacturing the same}

본 발명은 마이크로 셔터 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플렉시블 표시장치를 포함한 각종 표시장치에 적용될 수 있는 마이크로 셔터 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것이다.

액정 표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)는 음극선관 표시장치(CRT; Cathode Ray Tube)에 비해 시인성이 우수하고, 동일한 화면 크기의 CRT에 비해 평균소비전력도 작을 뿐만 아니라 발열량도 적다. 따라서, LCD는 플라즈마 표시장치(PDP; Plasma Display Panel)나 전계 방출 표시장치(FED; Field Emission Display)와 함께, 셀룰러폰이나 컴퓨터용 모니터, 텔레비전 분야 등에서, 차세대 표시장치로서 각광받고 있다.

LCD는 백라이트(backlight) 등의 광원으로부터 발산된 광을 선별적으로 투과시켜 화상을 표시한다. 즉, 액정에 전압을 가하면 액정 분자의 배향이 변화한다. 액정은 배향 변화를 이용하여 광을 선별적으로 투과시키는 광 셔터로서 기능한다. 다만, 액정만으로는 광을 차단하는 것이 불가능하므로, 액정의 앞뒤에 특정한 편광 방향의 광만을 투과시키는 편광 필름이 배치된다.

이와 같이 LCD는 광을 선택적으로 투과시키기 위해 액정과 편광 필름이 이용되나, 액정과 편광 필름에 의해 광이 손실됨으로 인해, 백라이트로부터 대략 5~10% 정도의 광만 유효하게 투과하는 것으로 알려져 있다. 즉, LCD는 액정과 편광 필름에 의해 광 손실이 50%가 넘는 수준이어서, 낮은 광 효율을 갖는 문제가 있다.

최근에는, LCD의 낮은 광 효율을 극복하기 위한 방안으로서, 액정과 편광 필름을 제거하는 대신, MEMS(Micro Electro Mechanical System)를 이용한 셔터를 개발하기 위한 노력이 다양하게 이루어지고 있다.

한편, 기존의 평판 표시장치는 유리 기판을 이용하는 점 때문에 깨지기 쉽고 변형이 불가능하다는 단점이 있으므로 휴대성이 떨어지는 문제가 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로 플렉시블 표시장치(flexible display)가 대두되고 있다. 플렉시블 표시장치는 깨지지 않고 휘거나 두루마리 형태로 변형이 가능하므로, 대화면이면서도 휴대성이 뛰어난 특성을 갖는다. 이에 따라, 휴대성을 강조하는 장치 등에 적용하기 위한 플렉시블 표시장치의 개발이 다양하게 이루어지고 있는 실정이다.

본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광 손실을 줄여 광 효율을 증대시킬 수 있고, 플렉시블 표시장치에 적용 가능한 마이크로 셔터 디바이스 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 셔터 디바이스는, 멤브레인; 상기 멤브레인에 접합되고, 중앙에 수용 홀이 형성된 프레임; 상기 수용 홀에 수용된 광학 유체를 밀봉하도록 상기 프레임에 접합되는 투명한 기판; 상기 수용 홀의 중앙 부위에 생성된 유체 렌즈의 주변을 구부림에 따라, 상기 유체 렌즈의 곡율 변경에 의한 굴절력을 가변시키는 액추에이터; 및 상기 유체 렌즈의 곡율 변경에 의한 굴절력에 따라 사용자에게 전달되는 광량이 조절되도록 상기 멤브레인으로부터 이격되고, 상기 유체 렌즈에 대응되게 배치된 리플렉터;를 구비한다.

본 발명에 따른 마이크로 셔터 디바이스 제조방법은, 중앙에 수용 홀이 형성되게 프레임을 마련하는 단계; 상기 프레임의 일면에 멤브레인을 접합하는 단계; 상기 프레임의 수용 홀에 광학 유체를 수용하는 단계; 상기 프레임의 수용 홀에 수용된 광학 유체가 밀봉되도록 상기 프레임의 타면에 투명한 기판을 접합하는 단계; 상기 수용 홀의 중앙 부위에 생성된 유체 렌즈의 곡율 변경에 의한 굴절력을 가변시키는 액추에이터를 상기 유체 렌즈의 주변에 부착하는 단계; 및 상기 멤브레인과 이격되고 상기 유체 렌즈에 대응되게 리플렉터를 설치하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 액정과 편광 필름을 생략하는 대신, 유체 렌즈와 리플렉터 및 액추에이터에 의해 광을 투과 또는 차단할 수 있으므로, 액정과 편광 필름을 이용하는 것에 비해 광 손실이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 광 효율이 수십% 이상으로 높아질 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 마이크로 셔터 디바이스가 유연한 구조로 이루어질 수 있으므로, 깨지지 않고 휘거나 두루마리 형태로 변형이 가능한 플렉시블 표시장치에 적용될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 셔터 디바이스에 대한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 멤브레인(membrane, 110)과, 프레임(frame, 120)과, 기판(substrate, 130)과, 액추에이터(actuator, 140), 및 리플렉터(reflector, 150)를 포함하여 구성된다.

멤브레인(110)은 유연한 박막으로서, 프레임(120) 내에 수용된 광학 유체(optical fluid, 101)의 움직임에 따라 그 형상이 변형된다. 이에 따라, 후술할 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 변경될 수 있게 한다.

여기서, 광학 유체(101)는 일정한 굴절률과 점성을 갖는 실리콘 등의 물질로 이루어질 수 있다. 상기 광학 유체(101)는 그 특성에 따라서 다양한 굴절률을 가 질 수 있다. 따라서 종래의 굴절률이 일정한 렌즈에 비하여, 광학 유체는 고(高) 굴절률을 가질 수 있게 된다.

그리고, 멤브레인(110)은 투명한 재질로 이루어져, 유체 렌즈(102)를 거친 광이 투과될 수 있게 한다. 또한, 멤브레인(110)은 기판(130)과 더불어 프레임(120) 내에 수용된 광학 유체(101)를 밀봉할 수 있게 한다.

멤브레인(110)은 PDMS(poly dimethyl siloxane) 등의 유연하고 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 멤브레인(110)은 프레임(120)이 사각 프레임으로 이루어진 경우, 이에 상응하는 크기의 사각형 박막으로 이루어질 수 있다.

프레임(120)은 일면에 상기 멤브레인(110)이 접합된다. 프레임(120)에는 광학 유체(101)를 수용하도록 중앙에 수용 홀(122)이 형성된다. 그리고, 프레임(120)은 수용 홀(122)의 둘레를 따라 테두리(121)를 갖는다. 프레임(120)은 유리 재질 등으로 이루어질 수 있다. 프레임(120)은 표시장치의 단위 픽셀의 개구부가 사각형이라면, 사각 프레임으로 이루어질 수 있다.

기판(130)은 프레임(120)의 타면에 접합된다. 즉, 기판(130)은 프레임(120)을 사이에 두고 멤브레인(110)의 반대쪽에 배치되어 프레임(120)에 접합된다. 이에 따라, 기판(130)은 멤브레인(110)과 더불어 프레임(120)의 수용 홀(122)에 수용된 광학 유체(101)를 밀봉할 수 있게 한다. 여기서, 기판(130)은 프레임(120)이 사각 프레임으로 이루어진 경우, 이에 상응하는 크기의 사각형 플레이트로 이루어질 수 있다.

그리고, 기판(130)은 투명한 재질로 이루어져, 백라이트(back light) 등의 외부 광원으로부터 발산된 광이 투과할 수 있게 한다. 기판(130)은 유리 등의 재질로 이루어질 수 있다.

액추에이터(140)는 수용 홀(122)의 중앙 부위에 생성된 유체 렌즈(102)의 주변을 구부림에 따라, 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력을 가변시킬 수 있게 한다. 상술하면, 액추에이터(140)는 유체 렌즈(102)의 바깥쪽에서 유체 렌즈(102)의 주변을 오목하게 구부려 프레임(120) 내의 광학 유체(101)를 수용 홀(122)의 중앙으로 이동시킬 수 있게 한다.

이와 반대로, 액추에이터(140)는 유체 렌즈(102)의 바깥쪽에서 유체 렌즈(102)의 주변을 볼록하게 구부려 프레임(120) 내의 광학 유체(101)를 수용 홀(122)의 가장자리로 이동시킬 수 있게 한다.

이에 따라, 수용 홀(122)의 중앙 부위가 볼록하게 되거나, 오목하게 되거나, 편평해질 수 있다. 그 결과, 수용 홀(122)의 중앙 부위에 생성된 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 음의 값 또는 양의 값 또는 영의 값을 가질 수 있다.

즉, 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 음의 값과 양의 값 사이의 범위 내에서 가변될 수 있는 것이다. 한편, 액추에이터(140)는 프레임(120) 및 기판(130)과 함께 유연한 재질로 이루어져, 마이크로 셔터 디바이스(100)가 플렉시블 표시장치에 적용되게 할 수 있다. 즉, 마이크로 셔터 디바이스(100)가 유연한 구조로 이루어질 수 있으므로, 깨지지 않고 휘거나 두루마리 형태로 변형이 가능한 플렉시블 표시장치에 적용될 수 있는 것이다.

리플렉터(150)는 멤브레인(110)의 바깥쪽에서 멤브레인(110)으로부터 이격되게 배치된다. 그리고, 리플렉터(150)는 수용 홀(122)의 중앙에 생성된 유체 렌즈(102)에 대응되게 배치된다. 리플렉터(150)는 투명한 플레이트(151) 상에 형성될 수 있다.

여기서, 리플렉터(150)는 액추에이터(140)에 의해 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 양의 최대 값으로 설정된 경우라면, 유체 렌즈(102)를 거쳐 집광된 광을 모두 반사시켜 사용자에게 전혀 광이 전달하지 않게 배치된다.

이와 반대로, 리플렉터(150)는 액추에이터(140)에 의해 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 음의 최소 값으로 설정된 경우라면, 유체 렌즈(102)를 거쳐 분산된 광이 최대한 주위를 통해 통과하여 사용자에게 전달될 수 있는 크기로 형성된다.

이에 따라, 리플렉터(150)는 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 양의 최대 값과 음의 최소 값 사이의 범위에서 변경되면, 사용자에게 전달되는 광량을 조절할 수 있는 것이다. 이와 같이 리플렉터(150)에 의해 사용자에게 전달되는 광량이 조절되도록, 기판(130)의 바깥쪽에서 입사되는 광은 평행광인 것이 바람직하다.

아울러, 유체 렌즈(102) 쪽으로만 광이 진행하도록, 기판(130)의 바깥 면에는 유체 렌즈(102)의 주변에 대응되게 광 차단부(160)가 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 광 차단부(160)는 광이 투과하지 못하는 불투명 재질로 이루어지고, 유체 렌즈(102)와 대응되는 부위를 제외한 부위를 덮도록 형성될 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임(120)은 격벽(125)을 더 구비할 수 있다. 격벽(125)은 수용 홀(122)을 중앙 홀(123)과 중앙 홀(123)의 둘레에 배치되는 복수의 가장자리 홀(124)들로 구획한다. 여기서, 격벽(125)은 멤브레인(110) 쪽의 높이가 테두리(121)와 동일하게 형성되어, 멤브레인(110)에 접합될 수 있다.

그리고, 격벽(125)은 기판(130) 쪽의 높이가 테두리(121)보다 낮게 형성되어, 중앙 홀(123)과 가장자리 홀(124)들 사이가 연통될 수 있다. 이에 따라, 프레임(120) 내에 수용된 광학 유체(101)가 액추에이터(140)에 의해 중앙 홀(123)과 가장자리 홀(124)들 간에 자유로이 이동할 수 있다.

유체 렌즈(102)는 중앙 홀(123)에 대응되는 부위에 생성된다. 그리고, 액추에이터(140)는 멤브레인(110)의 바깥쪽에서 가장자리 홀(124)들에 대응되는 부위에 각각 설치된다. 액추에이터(140)는 멤브레인(110)의 바깥쪽에서 가장자리 홀(124)들에 대응되는 부위를 오목하게 구부려 가장자리 홀(124)들 내의 광학 유체를 중앙 홀(123)로 이동시킬 수 있게 한다.

이와 반대로, 액추에이터(140)는 유체 렌즈(102)의 바깥쪽에서 가장자리 홀(124)들에 대응되는 부위를 볼록하게 구부려 중앙 홀(123) 내의 광학 유체를 가장자리 홀(124)들로 이동시킬 수 있게 한다.

이에 따라, 중앙 홀(123)에 대응되는 부위가 볼록하게 되거나, 오목하게 되거나, 편평해질 수 있다. 따라서, 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 음의 값과 양의 값 사이의 범위 내에서 가변될 수 있다.

액추에이터(140)는 저전력이면서 고속으로 동작할 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 액추에이터(140)로는 폴리머(polymer) 액추에이터나, 압전(piezoelectric) 액추에이터 등이 이용될 수 있다.

폴리머 액추에이터는 전기장에 의한 폴리머의 팽창력과 수축력을 이용하여 변위를 발생시키는 액추에이터를 일컫는다. 여기서, 폴리머는 전기활성 폴리머(electro active polymer), 이온성 폴리머(ionic polymer) 등이 이용될 수 있다.

압전 액추에이터는 역압전 효과에 의한 압전 소자의 팽창력과 수축력을 이용하여 변위를 발생시키는 액추에이터를 일컫는다.

여기서, 폴리머 액추에이터 또는 압전 액추에이터는 멤브레인(110)의 바깥 면을 오목한 형상과 볼록한 형상으로 반복하여 변형시킬 수 있는 범주에서 다양한 구조로 이루어질 수 있다.

일 예로, 폴리머 액추에이터는 폴리머층의 앞뒤에 전극층을 각각 적층한 적층체를 2개 마련한 후, 이들을 변형 억제층을 사이에 두고 접합시킨 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 폴리머 액추에이터가 오목한 형상과 볼록한 형상으로 반복하여 변형할 수 있도록 적층체들에 전압을 선택적으로 인가할 수 있다.

압전 액추에이터는 압전 소자의 앞뒤에 전극층을 각각 적층한 적층체를 2개 마련한 후, 이들을 변형 억제층을 사이에 두고 접합시킨 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 압전 액추에이터가 오목한 형상과 볼록한 형상으로 반복하여 변형할 수 있도록 적층체들에 전압을 선택적으로 인가할 수 있다.

한편, 액추에이터(140)들은 광학 유체(101)가 중앙 홀(123)의 중심 방향으로 균일하게 유입되고, 중앙 홀(123)의 중심 방향으로부터 균일하게 배출될 수 있도록 설치됨이 바람직하다. 아울러, 가장자리 홀(124)들은 동일한 형상으로 이루어짐이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 셔터 디바이스에 대한 작용 예를 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 3 내지 도 5는 도 1의 마이크로 셔터 디바이스가 오프(off) 스테이지, 온(on) 스테이지, 그레이(gray) 스테이지에서의 작용 예를 각각 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바에 따르면, 액추에이터(140)가 멤브레인(110)의 바깥쪽에서 가장자리 홀(124)들에 대응되는 부위들을 설정된 최대 변위만큼 오목하게 변형시킨다. 그러면, 오목하게 구부러진 부피만큼 가장자리 홀(124)들에 있던 광학 유체가 중앙 홀(123)로 유입되어, 중앙 홀(123)에 대응되는 부위가 볼록하게 된다.

그 결과, 중앙 홀(123)에 대응되게 생성된 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력은 양의 최대 값이 된다. 이 상태에서, 기판(130)을 통과하여 유체 렌즈(102)로 입사된 광은 유체 렌즈(102)에 의해 집광된 후, 리플렉터(150)에 의해 모두 반사된다. 이에 따라, 스크린(10)에는 가장 어두운 영상이 표현되어 사용자에게 제공될 수 있다.

도 4에 도시된 바에 따르면, 액추에이터(140)가 멤브레인(110)의 바깥쪽에서 가장자리 홀(124)들에 대응되는 부위들을 설정된 최대 변위만큼 볼록하게 변형시킨 다. 그러면, 볼록하게 구부러진 부피만큼 중앙 홀(123)에 있던 광학 유체가 가장자리 홀(124)들로 유입되어, 중앙 홀(123)에 대응되는 부위가 오목하게 된다.

그 결과, 중앙 홀(123)에 대응되게 생성된 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력은 음의 최소 값이 된다. 이 상태에서, 기판(130)을 통과하여 유체 렌즈(102)로 입사된 광 중 유체 렌즈의 중심을 통과하는 광이 리플렉터(150)에 의해 반사되고, 대부분의 광은 유체 렌즈(102)에 의해 분산된 후, 리플렉터(150)의 주위를 통해 통과하게 된다. 이에 따라, 스크린(10)에는 가장 밝은 영상이 표현되어 사용자에게 제공될 수 있다.

도 5에 도시된 바에 따르면, 액추에이터(140)가 멤브레인(110)의 바깥쪽에서 가장자리 홀(124)들에 대응되는 부위들을 대략 편평하게 변형시킨다. 그러면, 가장자리 홀(124)들에 있는 광학 유체 면과 중앙 홀(123)에 있는 광학 유체 면이 대략 동일해져, 중앙 홀(123)에 대응되는 부위가 편평해지게 된다.

그 결과, 중앙 홀(123)에 대응되게 생성된 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력은 대략 영의 값이 된다. 이 상태에서, 기판(130)을 통과하여 유체 렌즈(102)로 입사된 광은 유체 렌즈(102)를 거쳐 대략 절반 정도가 리플렉터(150)에 의해 반사되고, 나머지 절반 정도는 분산되어 리플렉터(150)의 주위를 통해 통과하게 된다. 이에 따라, 스크린(10)에는 대략 중간 밝기의 그레이 영상이 표현되어 사용자에게 제공될 수 있다.

상기 작용 예에서 알 수 있듯이, 액추에이터(140)가 가장자리 홀(124)들에 대응되는 부위들을 변형시키는 방향과 정도에 따라, 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 양의 최대 값과 음의 최소 값 사이에서 가변될 수 있다. 따라서, 스크린(10)에 다양한 밝기 표현이 가능해질 수 있다. 만일, 마이크로 셔터 디바이스(100)가 표시장치의 단위 픽셀들에 각각 구비되고, 리플렉터(150)와 스크린(10) 사이나 기판(130)의 바깥 면에 단위 픽셀들과 각각 대응되게 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터가 구비된 경우, 컬러 영상이 구현될 수 있다.

전술한 바와 같이, 마이크로 셔터 디바이스(100)는 유체 렌즈(102)와 액추에이터(140) 및 리플렉터(150)에 의해 광을 투과 또는 차단할 수 있으므로, 액정과 편광 필름을 이용하여 광을 투과 또는 차단하는 것과 비교하여, 광 손실이 줄어들 수 있다. 따라서, 광 효율이 수십% 이상으로 높아질 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 셔터 디바이스(100)를 제조하는 방법에 대해 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 프레임(120)을 마련한다. 이때, 프레임(120)의 중앙에 광학 유체(101)가 수용되는 수용 홀(122)을 형성한다. 표시장치에 구비되는 단위 픽셀의 개구부가 사각형이라면, 프레임(120)을 사각 프레임으로 형성할 수 있다.

그리고, 프레임(120)을 형성하는 과정에서, 수용 홀(122)을 중앙 홀(123)과 중앙 홀(123)의 둘레에 배치되는 복수의 가장자리 홀(124)들로 구획하기 위한 격벽(125)을 더 형성할 수 있다. 여기서, 격벽(125)을 프레임(120)이 멤브레인(110) 에 접합될 쪽의 높이가 프레임(120)의 테두리(121)의 높이와 동일하게 형성하고, 프레임(120)이 기판(130)에 접합될 쪽의 높이가 프레임(120)의 테두리(121)의 높이보다 낮게 형성할 수 있다. 이는 프레임(120) 내에 수용된 광학 유체(101)가 중앙 홀(123)과 가장자리 홀(124)들 간에 자유로이 이동할 수 있도록 하기 위함이다.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 프레임(120)에서 격벽(125)의 높이가 테두리(121)의 높이와 동일한 쪽 면에 멤브레인(110)을 접합한다. 여기서, 멤브레인(110)은 기판(130)과 더불어 프레임(120) 내에 수용된 광학 유체(101)를 밀봉할 수 있을 크기로 이루어진다. 멤브레인(110)은 PDMS 등의 유연하고 투명한 재질로 이루어진 것이 이용될 수 있다.

이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 프레임(120)의 수용 홀(122)에 광학 유체(101)를 수용한다. 이때, 멤브레인(110)을 프레임(120) 아래에 위치시킨 상태에서, 광학 유체(101)를 프레임(120)의 중앙 홀(123) 및 가장자리 홀(124)들에 디스펜싱하여 수용할 수 있다. 광학 유체(101)는 일정한 굴절률과 점성을 갖는 실리콘 등의 물질이 이용될 수 있다.

이어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 프레임(120)에서 멤브레인(110)이 접합된 쪽의 반대 쪽, 즉 격벽(125)의 높이가 테두리(121)의 높이보다 낮은 쪽 면에 투명한 기판(130)을 접합한다. 여기서, 기판(130)을 멤브레인(110)과 더불어 프레임(120) 내에 수용된 광학 유체(101)가 밀봉되도록 접합한다.

이때, 프레임(120)의 테두리(121)에 접착제를 도포한 후, 프레임(120) 상에 기판(130)을 올려 놓은 상태에서, 접착제를 자외선 경화시켜 프레임(120)에 기 판(130)을 접합시킬 수 있다.

이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 멤브레인(110)의 바깥 면에 액추에이터(140)를 부착한다. 액추에이터(140)를 수용 홀(122)의 중앙 부위에 생성한 유체 렌즈(102)의 주변에 부착한다. 여기서, 유체 렌즈(102)를 중앙 홀(123)에 생성하는 경우, 액추에이터(140)를 멤브레인(110)의 바깥쪽에서 가장자리 홀(124)들에 대응되게 각각 부착할 수 있다. 이때, 액추에이터(140)들을 가장자리 홀(124)들에 대응되는 부위들을 오목한 형상과 볼록한 형상으로 반복하여 변형시킬 수 있게 설치된다.

만일, 액추에이터(140)를 프레임(120)과 기판(130)과 함께 유연한 재질로 이루어진 것을 이용한다면, 마이크로 셔터 디바이스(100)를 플렉시블 표시장치에 적용할 수 있다.

이어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 멤브레인(110)의 바깥 쪽에 리플렉터(150)를 설치한다. 여기서, 리플렉터(150)를 멤브레인(110)과 이격되고 유체 렌즈(102)에 대응되게 설치한다. 이때, 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 양의 최대 값으로 설정될 때, 유체 렌즈(102)를 거쳐 집광된 광을 모두 반사시킬 수 있게 리플렉터(150)를 배치한다. 아울러, 유체 렌즈(102)의 곡율 변경에 의한 굴절력이 음의 최소 값으로 설정될 때, 유체 렌즈(102)를 거쳐 분산된 광이 주위를 통해 통과할 수 있을 크기를 갖도록 리플렉터(150)를 형성한다. 리플렉터(150)를 투명한 플레이트(151) 상에 형성할 수 있다.

한편, 기판(130)의 바깥 면에는 유체 렌즈(102)의 주변에 대응되게 광 차단 부(160)를 더 형성할 수 있다. 여기서, 광 차단부(160)는 광이 투과하지 못하는 불투명 재질이 이용되고, 이러한 광 차단부(160)를 유체 렌즈(102)와 대응되는 부위를 제외한 부위를 덮도록 형성할 수 있다. 또한, 액추에이터(140)를 부착하는 단계는 프레임(120)에 멤브레인(110)을 접합하는 단계와 프레임(120)에 기판(130)을 접합하는 단계 사이에 이루어지는 것도 가능하므로, 전술한 제조 순서에 반드시 한정되지는 않는다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 셔터 디바이스에 대한 단면도.

도 2는 도 1에 있어서, 프레임을 발췌하여 도시한 사시도.

도 3 내지 도 5는 도 1의 마이크로 셔터 디바이스가 오프 스테이지, 온 스테이지, 그레이 스테이지에서의 작용 예를 각각 나타낸 단면도.

도 6 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 셔터 디바이스를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

101..광학 유체 102..유체 렌즈

110..멤브레인 120..프레임

130..기판 140..액추에이터

150..리플렉터

Claims

멤브레인;

상기 멤브레인에 접합되고, 중앙에 수용 홀이 형성된 프레임;

상기 수용 홀에 수용된 광학 유체를 밀봉하도록 상기 프레임에 접합되는 투명한 기판;

상기 수용 홀의 중앙 부위에 생성된 유체 렌즈의 주변을 구부림에 따라, 상기 유체 렌즈의 곡율 변경에 의한 굴절력을 가변시키는 액추에이터;

상기 유체 렌즈의 곡율 변경에 의한 굴절력에 따라 사용자에게 전달되는 광량이 조절되도록 상기 멤브레인으로부터 이격되고, 상기 유체 렌즈에 대응되게 배치된 리플렉터; 및

상기 기판의 바깥 면에 불투명 재질로 상기 유체 렌즈와 대응되는 부위를 제외한 부위를 덮도록 형성된 광 차단부;를 포함하며,

상기 프레임은 상기 수용 홀을 중앙 홀과 상기 중앙 홀의 둘레에 배치되는 복수의 가장자리 홀들로 구획하는 격벽을 더 구비하며,

상기 격벽은 상기 기판으로부터 이격되도록 상기 기판 쪽의 높이가 상기 프레임의 테두리보다 낮게 형성되어 상기 중앙 홀과 가장자리 홀들 사이가 연통되게 하며,

상기 유체 렌즈는 상기 중앙 홀 부위에 생성되며,

상기 액추에이터는 상기 멤브레인의 바깥쪽에서 상기 가장자리 홀들에 대응되는 부위에 설치된 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 디바이스.
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제1항에 있어서,

상기 액추에이터는 상기 유체 렌즈의 곡율 변경에 의한 굴절력이 음의 곡율 변경에 의한 굴절력과 양의 곡율 변경에 의한 굴절력 사이의 범위 내에서 가변시킬 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 디바이스.
제4항에 있어서,

상기 액추에이터는 폴리머(polymer) 액추에이터인 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 디바이스.
제4항에 있어서,

상기 액추에이터는 압전(piezoelectric) 액추에이터인 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 디바이스.
제1항에 있어서,

상기 기판, 상기 프레임, 및 액추에이터는 유연한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 디바이스.
제1항에 있어서,

상기 기판 바깥쪽에서 입사되는 광은 평행광인 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 디바이스.
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중앙에 수용 홀이 형성되게 프레임을 마련하는 단계;

상기 프레임의 일면에 멤브레인을 접합하는 단계;

상기 프레임의 수용 홀에 광학 유체를 수용하는 단계;

상기 프레임의 수용 홀에 수용된 광학 유체가 밀봉되도록 상기 프레임의 타면에 투명한 기판을 접합하는 단계;

상기 수용 홀의 중앙 부위에 생성된 유체 렌즈의 곡율 변경에 의한 굴절력을 가변시키는 액추에이터를 상기 유체 렌즈의 주변에 부착하는 단계;

상기 멤브레인과 이격되고 상기 유체 렌즈에 대응되게 리플렉터를 설치하는 단계; 및

상기 기판의 바깥 면에 불투명 재질로 상기 유체 렌즈와 대응되는 부위를 제외한 부위를 덮도록 광 차단부를 형성하는 단계;를 포함하며,

상기 프레임을 마련하는 단계에서는,

상기 프레임에 상기 수용 홀이 중앙 홀과 상기 중앙 홀의 둘레에 배치되는 복수의 가장자리 홀들로 구획되게 격벽을 형성해서 상기 유체 렌즈가 상기 중앙 홀 부위에 생성되게 하며, 상기 격벽을 상기 기판으로부터 이격시키도록 상기 기판 쪽의 높이가 상기 프레임의 테두리보다 낮게 형성해서 상기 중앙 홀과 가장자리 홀들 사이가 연통되게 하며;

상기 액추에이터를 상기 유체 렌즈의 주변에 부착하는 단계에서는,

상기 액추에이터를 상기 멤브레인의 바깥쪽에서 상기 가장자리 홀들에 대응되게 부착하는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 디바이스 제조방법.
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제10항에 있어서,

상기 기판, 프레임, 및 액추에이터를 유연한 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 셔터 디바이스 제조방법.
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