KR100952184B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2 차원 및 3 차원 디스플레이를 위해서 제 1 초점 강도 및 제 2 초점 강도 간에서 연속적으로 스위칭될 수 있는 초점들을 갖는 스위칭가능한 렌즈 어레이를 제공한다. 이 스위칭가능한 렌즈 어레이는 유체로 구성된 실린더형 렌즈 부분을 포함하며 상기 초점들은 전기 웨팅(electrowetting)에 의해 제어된다.

Description

디스플레이 장치{DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 픽셀을 포함하는 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 디바이스 및 상이한 유형의 픽셀 이미지들을 스위칭하는 수단을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 이러한 디스플레이 장치의 실례는 가령 입체 이미지(stereo image) 및 평면 이미지(plane image) 모두를 디스플레이할 수 있는 디스플레이 장치일 수 있다. 디스플레이될 이미지는 가령 LCD 패널 또는 미세기계적 패널(micromechanical panel)과 같은 광변조 디스플레이 디바이스로부터도 발생할 수 있지만 가령 (폴리)LED 패널, 플라즈마 패널 또는 CRT와 같은 광생성 디스플레이 디바이스로부터도 발생할 수 있다.

3 차원 디스플레이 및 2 차원 디스플레이 모두에 적합한 종래의 디스플레이 장치의 실례는 USP 6,069,650에 개시되어 있다. 이 문헌은 3 차원 디스플레이의 경우에는 서브 픽쳐(sub-picture)가 픽셀에 대해서 우측 시야 및 좌측 시야를 위해서 생성되도록 구성된 렌즈 소자들의 어레이(an array of lenticular elements)를 갖는 패널을 도시한다. 이 렌즈 소자들은 가령 제 1 값과 제 2 값 간에서 스위칭 가능한 굴절율을 갖는 액정 재료와 같은 전기 광학 재료로 충진된 공간 내에 위치한다.

두 개의 값들 중 하나를 렌즈 소자 재료의 굴절율과 실질적으로 동일하게 되도록 선택함으로써, 두 개의 상태 중 한 상태에서 렌즈 효과가 제거되어 2 차원 이미지가 도시된다. 다른 상태에서, 액정 재료는 렌즈 시트 재료의 굴절율과 상이한 굴절율을 갖는다. 픽셀을 적합하게 구동함으로써, 양 시야의 정보가 이제 상이해진다(3 차원 이미지가 도시된다).

온도에 크게 의존하지 않는 적합한 액정 재료의 경우, 두 상태 간의 굴절율의 차이는 0.2 정도로서, 이 경우에서는 렌즈인 소자들에 대해서 큰 곡율(a large curvature)이 필요하게 되어, 액정 재료 층이 두께 차이를 가져 균일하지 않는 스위칭 특성을 나타낸다.

또한, 액정 재료는 이방성이다. 이는 액정을 통과한 광의 경우 통상적인 굴절율과 특정한 굴절율 간의 굴절율 차이가 모든 방향에서 동일하지 않게 됨을 의미한다. 따라서, 디스플레이 디바이스의 특성이 한 관측 각도에서는 최상으로 되지만 다른 관측 각도에서는 양호하지 않게 된다(각도에 의존하게 된다).

발명의 개요

본 발명의 목적은 상술된 바와 같은 단점들을 가능한 한 극복하는 것이다. 본 발명에 따라서, 상이한 유형의 이미지들을 스위칭하는 수단은 상이한 굴절율 및 상이한 전기 전도도를 갖는 적어도 두 개의 실질적으로 섞이지 않는 유체들을 포함 하는 적어도 하나의 저장기(reservoir)를 포함하며, 상이한 유형의 이미지들을 스위칭하는 이 수단은 또한 상기 유체들 간의 계면의 형상을 변화시키는 구동 수단을 구비한다.

렌즈 효과(lens action)를 갖는 소자가 등방성 매체이기 때문에, 상술된 각도 의존성은 무시된다. 또한, 적합한 유체들과 공기 간의 굴절율의 차이는 통상적으로 위에서 언급한 0.2보다 크게 되어(통상적인 경우에는 약 0.48임), 보다 작은 두께의 렌즈 시트를 사용해도 충분하게 된다. 실제로, 바람직하게는 실질적으로 동일한 밀도를 갖는 두 유체가 일반적으로 사용되어 그 어셈블리는 중력과 무관하게 된다.

광 투과 부분은 어떠한 ITO 전극 및 코팅부도 필요로 하지 않게 되어 광 투과율이 증가한다.

렌즈 소자들은 포지티브 렌즈 및 네거티브 렌즈 모두를 구성할 수 있다. 2 차원 디스플레이와 3 차원 디스플레이 간을 스위칭하는 경우, 디스플레이 장치는 상이한 굴절율을 갖는 두 개의 서로 섞이지 않는 유체를 포함하는데, 한 유체는 전기 도전성이며 나머지 유체는 실질적으로 전기 절연성이며, 그 두 유체 간의 계면의 형상은 만곡된 표면과 평탄한 표면 간에서 스위칭될 수 있다.

제 1 실시예에서, 상기 저장기는 이미지 평면의 방향에서 관측할 때 실질적으로 원형 단면을 갖는다. 그러나, 상기 저장기는 바람직하게는 실질적으로 직사각형 또는 육각형 단면을 가지며 이로써 보다 큰 실효 표면적을 획득한다.

본 발명의 이들 측면 및 다른 측면이 이후에 설명되는 실시예들을 참조하여 분명하게 된다.

도면은 실제 축척대로 도시되지 않으며 대응하는 요소들은 동일한 참조 부호로 표시된다.

도 1은 본 발명에 따른 렌즈 소자의 단면도,

도 2는 도 3의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 취한 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 단면도,

도 3은 도 2의 디스플레이 디바이스의 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 다른 렌즈 소자의 평면도,

도 5 및 도 6은 도 4의 라인 Ⅴ-Ⅴ 및 Ⅵ-Ⅵ를 따라 취한 단면도,

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 다른 디스플레이 디바이스들의 평면도,

도 9는 통상적인 애플리케이션의 도면.

도 1은 본 발명에서 사용되는 가변 초점 길이를 갖는 렌즈의 원리를 도시한다. 도 1의 렌즈는 투명한 벽(6)을 갖는 저장기(5)를 포함한다. 이 실시예에서, 저장기(5)는 도면의 면을 가로지르는 면 내에서 실질적으로 원형인 단면을 갖는다. 이 실시예에서, 다수의 저장기가 점선(6")으로 표시된 바와 같이 기판(6') 상에 제공된다.

가령, 유리이지만 바람직하게는 합성 수지 재료일 수 있는 저장기(5)는 한 편에서는, 가령 실리콘 오일(a silicon oil) 또는 헥사데케인(hexadecane)과 같은 알케인등의 제 1 절연 유체(8)로 충진되며 다른 한편에서는 (가령 물과 에틸알콜의 혼합물 내에 용해된 KCl과 같은) 소금 용액(a salt solution) 또는 물과 같은 극성 유체(7)로 충진되도록 구성된다.

본 실시예에서 기판(6') 상에 제공된 제 1 전극(9)은 극성 유체(7) 내부로 돌출되어 있으며 제 2 전극(10)은 저장기의 벽 내에 위치한다. 전극(10)은 절연층(11)에 의해서 유체(7)로부터 절연된다. 전극(9,10) 간에 인가된 전압 소스(12)에 의해, 두 유체(7,8) 간의 메니스커스(meniscus)의 곡율은 영향을 받을 수 있다(전기 웨팅 효과). 사용된 전압에 따라서, 접촉각 θ는 소정의 값을 갖는다. 도 1의 좌측 부분에서(상황 (a)), 접촉각 θ는 본 실시예에서 90°보다 크며 유체(7,8) 간의 메니스커스(14)는 상향 곡율을 가지며 이로써 저장기(6)와 유체(7,8)의 어셈블리는 입사광(화살표 13)에 대해서 볼록 렌즈 기능을 한다. 도 1의 우측 부분에서(상황 (b)), 접촉각 θ는 본 실시예에서 90°보다 작으며 유체(7,8) 간의 메니스커스(14)는 하향 곡율을 가지며 이로써 저장기(6)와 유체(7,8)의 어셈블리는 입사광(화살표 13)에 대해서 오목 렌즈 기능을 한다.

절연층(11)은 바람직하게는 접촉각 θ이 소정 조절 전압에서 90°가 되도록 웨팅 특성(wetting property)을 갖는다. 이 때 유체(7,8) 간의 메니스커스(15)는 평탄하게 된다. 이 경우에, 어떠한 렌즈 효과도 발생하지 않아서 2 차원 이미지가 도시된다. 공급된 전압에 따라서, 소정의 음의 값과 소정의 양의 값 간에서 변하는 초점을 갖는 렌즈 효과가 유도될 수 있다.

도 2는 다수의 픽셀(3)을 포함하는 액정 패널(2)을 갖는 디스플레이 디바이스(1)의 일부의 단면도이며 도 3은 이의 평면도이다. 이 디스플레이 디바이스에는 통상적인 방식으로 (평탄한) 광 소스 또는 백라이트(4)가 제공된다. 간략성을 위해서, 오직 픽셀(3)과 백라이트(4)만이 도시된다. 기판 및 편광기, 지연 막(retardation foil) 등과 같은 다른 가능한 소자들은 도 2에 도시되지 않았다.

도 1의 실시예에서, 저장기는 이미지 면의 방향에서 관측될 때에 실질적으로 원형인 단면을 가졌다. 또한, 각 저장기는 오직 하나의 픽셀에만 연관되었다. 이는 도 3에서 빗금친 구역(16)으로 표시된 부분의 유효 개구를 희생하면서 이루어진다. 그러므로, 저장기들은 바람직하게는 다수의 픽셀과 연관되며 도 3에서 직사각형(17)으로 표시된 바와 같은 실질적으로 직사각형 (또는 육각형) 단면을 갖는다. 이는 보다 큰 유효 표면적을 생성한다. 이러한 저장기는 도 4 내지 도 6에 도시되며 도 1에서의 참조 부호와 동일한 참조 부호를 사용한다. 절연층(11)이 접촉각 θ이 전압 0 볼트에서 90°가 되도록 하는 웨팅 특성을 가질 때에, 전극(10") (및 이와 연관된 전압 소스, 도시되지 않음)이 필요 없게 된다. 이와 달리, 전극(10',10")에서의 조절가능한 전압이 각 저장기에 대해서 사용되어 픽셀마다 또는 픽셀 그룹마다 렌즈 효과를 조절함으로써 전체 디스플레이 디바이스에 대해 보다 균일한 렌즈 특성을 획득할 수 있다. 이 렌즈 특성은 사용된 재료 및 디스플레이 디바이스의 표면 상에서의 저장기의 위치에 의존한다. 관측자의 거리에 따라서 곡율을 조절하기 위해서 가변 조절 방법이 또한 사용될 수 있다.

도 7은 저장기의 측면(18)이 픽셀의 열의 방향(19)에 대해서 (예)각 α로 연장되는 평면도이다. 해상도 손실은 열 방향 및 행 방향을 걸쳐 분포하고 있어서 보다 덜 스트라이프된 이미지(a less striped image)가 도시된다. 그러나, 여전히 상호의 크로스토크(crosstalk)가 있다. 이는 (다수의 픽셀에 접속된) 저장기(17)의 행(20)과 저장기(17')의 행(21)이 서로에 대하여 어긋나 있는(offset) 도 8의 디바이스에서는 방지된다.

도 9는 도 1의 디스플레이 디바이스(1)가 사용된 방식을 도시한다. 이 도면은 저장기(6)의 일부 및 픽셀들(또는 픽셀의 행들)과 연관된 몇 개의 통상적인 광 경로들(A,B,C,D)을 갖는 패널(2)의 일부를 도시한다. 도 9(a)는 각 픽셀(또는 픽셀의 행)의 광(A,B,C,D)이 (각기 점선, 실선, 파선, 일점 쇄선으로 표시된 바와 같이) 렌즈 메니스커스(a lenticular meniscus)에 의해 반사되는 상술된 제 2 상태의 상황과 연관된다. 렌즈 소자의 렌즈 효과로 인해서, 픽셀들(또는 픽셀의 행들)의 광(A,B,C,D)은 상이한 방향으로 편향되며 관측자(22)는 양 시야에서 상이한 픽셀로부터 발생한 광을 보게 된다(입체 이미지). 평탄한 메니스커스를 갖는 상술된 상태의 상황에 관계된 도 9(b)에서, 렌즈 효과는 제거되며 관측자는 각 시야에서 모든 픽셀로부터의 광(A,B,C,D)을 보게 된다.

필요하다면, 저장기(5)의 상부 표면에 곡율을 제공함으로써 또는 보조 렌즈에 의해서 추가 렌즈 효과가 획득될 수 있다.

본 발명은 각 새로운 특징들 및 이 특징들의 조합을 포함한다. 청구 범위에서 참조 부호는 그의 청구 보호 범위를 한정하지 않는다. 용어 "포함한다" 및 이의 활용은 청구항에서 열거된 요소와 다른 요소의 존재를 배제하지 않는다.

Claims (7)

1. 디스플레이 장치에 있어서,

   픽셀을 포함하는 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 디바이스와,

   상기 픽셀의 입체 이미지와 평면 이미지 간을 스위칭하는 수단을 포함하되,

   상기 입체 이미지와 평면 이미지 간을 스위칭하는 수단은,

   상이한 굴절율 및 상이한 전기 전도도를 갖는 적어도 두 개의 섞이지 않는 유체들을 포함하는 적어도 하나의 저장기(reservoir)와,

   상기 유체들 간의 계면의 형상을 변화시키는 구동 수단을 포함하고,

   상기 적어도 하나의 저장기는 다수의 픽셀과 연관되는

   디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 상이한 굴절율을 갖는 두 개의 섞이지 않는 유체들 중 한 유체는 전기 도전성이고 다른 유체는 전기 절연성이며,

   상기 유체들 간의 계면의 형상은 곡선 표면과 평탄한 표면 간에서 스위칭될 수 있는

   디스플레이 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   이미지 면을 향해 보았을 때, 상기 저장기는 원형인 단면을 갖는

   디스플레이 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   이미지 면을 향해 보았을 때, 상기 저장기는 직사각형 또는 육각형 단면을 갖는

   디스플레이 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   평면도로 보았을 때, 상기 저장기들의 측면은 상기 픽셀의 행들의 방향에 대해 예각(an acute angle)으로 연장되어 있는

   디스플레이 장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   일 행(one row) 내의 상기 저장기들은 다른 행 내의 상기 저장기들에 대해 어긋나 있는(offset)

   디스플레이 장치.
7. 삭제

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