KR101166245B1 - 2차원/3차원 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

2차원과 3차원 시각화(visualization) 사이의 스위칭은 렌즈형 시트(6)와 상부 벽(10) 사이에서 일어날 수 있는 광 굴절률 정합 유체(optical-index matching fluid)(9)으로 이루어진다. 이 유체는, 스위칭이 정전기력으로 인한 유체들의 (재)분포에 기초하는 한, 2개의 혼합되지 않는 유체들을 함유할 수 있다.

Description

2차원/3차원 디스플레이 장치 {2D/3D DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 픽셀을 포함하는 이미지 디스플레이용 디스플레이 디바이스가 제공되고, 아울러 픽셀에서 생기는 서로 다른 유형의 이미지들 사이의 스위칭용 수단이 제공된 디스플레이 장치에 관한 것이다.

사이에서 스위칭이 일어나는 서로 다른 유형의 이미지는 보통 2차원 이미지와 3차원 이미지이다. 그래서 전술한 디스플레이 장치는, 예를 들면 복수의 응용에, 한편으로는 입체 이미지를, 다른 한편으로는 그래픽 텍스트를 디스플레이(이동)하는데 적합하다.

이미지 생성용 디스플레이 디바이스는 액정 디스플레이 디바이스일 수 있지만, 또다른 적절한 디스플레이 디바이스, 예를 들면 전계 발광 또는 스위칭 가능한 미러에 기초한 디바이스일 수도 있다.

이러한 타입의 디스플레이 디바이스는 US6,069,650호에 도시되어 있다. 이 문서에는, 평평한 기판과 렌즈 작용을 가지는 요소, 이 경우 렌즈형 요소(렌티큘러 시트라고 함)를 구비한 기판 사이에 존재하고 2가지 상태 사이에서 스위칭되는 액정 물질이 기술되고 있다. 한 상태에서는 액정 물질이 실질적으로 렌즈형 시트 물질의 굴절률과 동일한 굴절률을 가지고, 양쪽 눈에 대한 정보는 동일하다(2차원 이 미지). 다른 상태에서 액정 물질은 렌즈형 시트 물질의 굴절률과 다른 굴절률을 가진다. 또한, 픽셀의 적합한 구동에 의해서, 정보는 양쪽 눈에 있어서 다르다(3차원 이미지).

온도 의존성이 작은 적합한 액정 물질이라면, 두 상태 사이의 굴절률의 차이(0.2정도)는, 이 경우 렌즈 모양인 요소가 액정 물질의 층이 두께의 차이를 나타내고 결과적으로 균일하지 않은 스위칭 거동을 나타내도록 큰 곡률을 필요로 하게 한다.

더욱이, 액정 물질은 이방성이다. 이는 액체를 통과한 빛에 대해서는 통상 굴절률과 특별 굴절률 사이의 굴절률 차이는 모든 방향에서 동일하지 않다는 것을 의미한다. 따라서, 디스플레이 디바이스의 거동은 한 시야각에 대하여 최적화된다면, 다른 시야각에 대해서는 더 불량하게 될 것이다(각 의존성).

그 중에서도, 특히 전술한 결점을 가능한 한 많이 제거하는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 다른 타입의 이미지 사이의 스위칭 수단은 적어도 하나의 저장조(reservoir)를 포함하고 있고, 상기 저장조에는 저장조의 벽 영역에서 렌즈 작용을 가지는 요소가 제공되고, 또한 렌즈 작용을 가지는 상기 요소의 영역에서 렌즈 작용을 가지는 요소들이 제공된 벽과 마주보는 투명한 벽 사이의 저장조를 렌즈 작용을 가지는 상기 요소의 굴절률과 실질적으로 동일한 굴절률을 가지는 유체로 채우는 수단이 제공된다.

이 경우 이방성 매체가 존재하므로, 평평한 기판과 렌즈 작용을 가지는 요소 를 갖춘 기판 사이의 유체가 존재할 때와 존재하지 않을 때 모두에 있어서, 전술한 각 의존성은 이제 무시할 수 있다. 또한, 적합한 유체와 공기 사이의 굴절률의 차이는 보통 전술한 0.2(대표적인 예는 약 0.48)보다 크기 때문에, 렌즈형 시트의 두께가 더 작아도 충분하다.

광 투과부는 투과가 향상되도록 임의의 (ITO) 전극이나 코팅을 필요로 하지 않을 것이다.

본 발명의 제 2 실시예에서, 다른 타입의 이미지들 사이의 스위칭 수단은 저장조의 벽 영역에서 렌즈 작용을 가지는 요소가 제공되는 적어도 1개의 저장조를 포함하고, 이러한 저장조는 전기 전도성의 차이는 물론 다른 굴절률을 가지는 적어도 2개의 실질적으로 혼합되지 않는 유체를 포함하며, 한편 이러한 디스플레이 디바이스에는 서로에 관하여 유체를 바꾸어 놓기 위한 구동 수단도 제공된다. 이 경우, 저장조는 하나의 픽셀에 한정될 수도 있지만, 복수의 픽셀에 대해서는 선택적으로 공유일 수도 있다.

본 발명의 이들 및 다른 양태는 이후에 설명되는 실시예를 참조해서 설명되고 분명하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 디스플레이 디바이스의 단면도.

도 2a 및 도 2b는 대표적인 적용을 도시하는 도면.

도 3은 도 1의 변형을 도시하는 도면.

위 도면들은 개략적인 것으로, 일정한 비율로 그려지지 않았으며, 대응하는 부분은 일반적으로 동일한 참조 번호로 표시되어 있다.

도 1은 복수의 픽셀(3)을 포함하고 있는 액정 패널(2)이 있는 디스플레이 디바이스(1)의 일부의 개략 단면도이다. 디스플레이 디바이스에는 통상 (평면)광원이나 백라이트(backlight)(4)가 제공된다. 간단하게 하기 위해, 픽셀(3)과 백라이트(4)만이 도시되어 있다. 기판과, 편광자, 지연 호일 등과 같은 다른 가능한 요소들은 도 1에 도시되어 있지 않다.

또한, 도 1의 디바이스는 저장조(5)의 투명한 벽(7)의 영역에서 렌즈 작용을 가지는 투명한 렌즈형 요소(6)가 제공된 저장조(5)를 포함한다. 저장조(5)에는 또한 벽(7)과 대향하는 투명한 벽(10)이 있다. 이 예에서, 저장조(5)는 특별한 부분(5^a)으로 밀폐되어 있다. 이 특별한 부분(5^a)은 실제 픽셀에 속하지 않고 블랙 마스크(13)로 바람직하게 피복되어 있다.

예를 들면, 유리로 된 저장조(5)는 벽(7)과 투명한 벽(10) 사이의 저장조가 렌즈형 요소의 굴절률과 실질적으로 동일한 굴절률을 가지는 유체로 완전히 채워진 제 1 상태와, 벽(7)과 투명한 벽(10) 사이에 유체(9^a, 9^b)가 없는 제 2 상태 사이에서 스위칭할 수 있는 방법으로 적응하게 되어 있다. 제 1 상태는 도 1의 왼쪽 부분에 표시되어 있고 이 상태에서, 벽(7, 10) 사이의 공간은 염 용액(9^a){이 예에서는 물 30중량%와 세슘 메타텅스테이트(cesium metatungstate) 70중량% 혼합물)}으로 채워져 있다. 이 혼합물은 사용된 렌즈 시스템의 굴절률과 실질적으로 동일한 약 1,486의 이방성 굴절률을 가지고 있으며, 이 렌즈 시스템은 이 예에서는 자외선 처리된(UV-tempered) 폴리머 아크릴레이트로 구성되어 있다. 예를 들어 암모니아 메타텅스테이트나 다른 적합한 염 용액과 같은 다른 메타텅스테이트들이 대안적으로 사용될 수 있다.

이 상태에서, 백 라이트(4)에서 오는 빛은 도 1에서 화살표(14)로 표시된 것처럼 렌즈형 요소(6)에 의해서 거의 굴절되지 않는다.

제 2 상태는 도 1의 오른쪽 부분에 표시되어 있고, 여기서 벽(7, 10) 사이의 공간은 참조 번호(9^b)로 표시되고 이방성 굴절률이 대략 1인 공기로 채워져 있다. 이 상태에서, 백 라이트(4)에서 오는 빛은 도 1에서 화살표(15)로 표시된 것처럼, 렌즈형 요소(6)에 의해서 굴절된다.

그러므로, 양 상태에 있어서의 차이는 벽(7)과 벽(10) 사이의 유체(9^a)의 존재 유무에 따라 결정된다. 존재 유무는, 예를 들어 펌핑으로 구현될 수 있다. 전자 펌핑은 이러한 점에서 적합하고, 한편 특히 작은 표면이 관여될 때는 대안적으로 전기 습윤 기법(electrowetting)이 가능하다. 펌핑은 공기 대신, 낮은 굴절률을 가지는 액체를 사용하여 가속될 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 디스플레이 디바이스(1)가 어떻게 사용될 수 있는지를 도시한다. 이 도면에서 패널(2)의 일부는 렌즈형 요소(6)가 제공되고, 픽셀(또는 픽셀의 열)(A, B, C, D)과 연관된 몇 개의 대표적인 광로를 가지는 저장조(5)의 일부로 도시되어 있다. 도 2a는 전술한 제 2 상태의 경우에 관련된 것으로, 이 상태에서는 각 픽셀(또는 픽셀의 열)(A, B, C, D)로부터의 광이 렌즈형 요소(6)(점선, 실선, 파선과 일점쇄선으로 각각 표시)에 의해 다른 방식으로 굴절된다. 렌즈형 요소(6)의 렌즈 작용 때문에, 픽셀(또는 픽셀의 열)(A, B, C, D)로부터의 광은 다른 방향들로 굴절되고 관찰자는 다른 눈(입체 이미지)으로 다른 픽셀로부터 오는 광을 본다. 도 2b에서, 전술한 제 1 상태의 경우와 관련하여 렌즈 작용은 제거되고 관찰자는 각 눈으로 모든 픽셀(픽셀의 열)(A, B, C, D)을 본다.

필요하다면, 유체(9^a)는 예를 들어 패널 상에서 텍스트와 입체 이미지를 동시에 디스플레이할 때 벽(7)과 벽(10) 사이에서 부분적으로 펌핑될 수도 있다.

본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액정 디스플레이 디바이스 대신, 예를 들어 전계발광 미러나 스위칭 가능한 미러에 기초한 다른 적합한 디스플레이 디바이스를 대안적으로 사용할 수 있다. 또한, 렌즈 작용을 가지는 요소의 구현을 위한 여러개의 변형이 가능하다.

마지막으로, 도 3의 변형은 서로 혼합되지 않고 그중 하나는 전기 전도성이 있고 다른 것은 절연성을 가지는 2개의 액체 또는 유체(9^a, 9^b)(약 1.486과 약 1.3의 이방체 굴절률을 가지고 있는)를, 예를 들어 투명한 유리나 플라스틱 외피내에 함유하는 복수의 부저장조(sub-reservoir)(5')가 있는 디스플레이 디바이스를 도시한다. 이 예에서 부저장조는, 예를 들어 메타텅스테이트의 수용액(9^a)(전기적으로 전도성이 있음)을 포함하고, 반면에 알칸{예를 들어, 도데칸(dodecane) 또는 헥사데칸(hexadecane)}, 실리콘 오일, 클로로나프탈렌, 브로모나프탈렌 또는 1-브로모도 데칸과 같은 무극성 오일(non-polar oil)은 절연 유체로 선택된다.

필요하다면, 유체(9^a, 9^b)는 유리나 플라스틱 외피내에서 위치를 바꿀 수 있다.

2개의 상태(2차원과 3차원, 도 3에서 2D와 3D로 표시)들 사이의 전기적인 스위칭을 위해, 각 부저장조는 전기 전도성 유체에 결합된 전극(16)과, 소수성(hydrophobic) 코팅(23)으로 코팅된 투명한 (ITO) 전극(22)에 결합된 추가 전극(17)을 포함한다. 전극(16, 17)을 통해, 개별 픽셀이나 복수의 픽셀에 전압이 공동으로 제공된다{개략적으로 도시된 전압원(18)의 전위(V)에 의해}, 비록 전극이 본 발명의 이해를 위해 저장조 외부에 있는 것으로 도시되고 있지만, 실제로는 저장조 내에 설치되어 있고, 플루오르 중합체(fluoropolymer)와 같은 저습윤 히스테리시스(hysteresis)를 가지는 절연 코팅을 통해, 유체로부터 절연된다. 다른 참조 번호들은 전술한 실시예에서처럼 동일한 의미를 가진다.

전기 전도성 유체는 전극 상의 정전기력에 의해서 끌어 당겨진다. 정전기력은 유체의 상호 위치를 결정한다. 전위(V)를 변화시킴으로써, 유체의 위치는 그에 따라 영향을 받을 수 있다. 또한, 전위는 용량성 결합을 통해 전도성 액체 상에 제공될 수 있다.

전위(V)의 제공 여부에 따라, 도 3에서의 유체들 사이의 접촉 영역(interface)은 보조 저장조(2차원 이미지, 접촉 영역중 하나에서는 굴절이 없다)의 상부와 하부 벽에 실질적으로 평행하거나 또는 (이 실시예에서는) 측벽{3차 원 이미지, 렌즈형 요소(6)와 유체(9^b) 사이의 접촉 영역에서는 굴절이 있다}에 실질적으로 평행하다.

본 실시예에서 전극(22)은 단지 픽셀의 하부측 상에서만 도시되었는데, 이는 예를 들어 매트릭스 디스플레이 디바이스에서, 하나의 기판 상의 복수의 픽셀을 결합할 때 유리하기 때문이다. 다른 경우에는 전극(22)을 또한 저장조(5)의 벽을 따라 제공하는 것이 유리하다. 이는 도 3에서 파선으로 개략적으로 도시되어 있다.

렌즈형 요소(6) 대신, 예를 들어 그래디드형 굴절률(graded index) 렌즈나 프레넬(Fresnel) 구조와 같은 렌즈 작용을 가지는 다른 요소들이 대안적으로 사용될 수 있다.

본 발명은 각각의 새로운 독특한 특징과 모든 독특한 특징 및 이 독특한 특징들의 각각의 조합과 모든 조합을 포함한다. 청구항들에서의 참조 번호들은 그것들의 보호 범위를 한정하지 않는다. "포함한다"라는 동사와 그것의 활용어(conjugate)는 청구항들에 기술된 것들 이외의 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 요소 앞에 있는 단수 표현은 복수의 그러한 요소의 존재를 배제하지 않는다.

본 발명은 픽셀을 포함하는 디스플레이 이미지용 디스플레이 디바이스에서 픽셀에서 생기는 서로 다른 유형의 이미지들 사이의 스위칭용 수단을 필요로 하는 디스플레이 장치를 제작하는데 적용할 수 있다.

Claims (9)

1. 픽셀들을 포함하는 이미지들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스가 제공되고, 상기 픽셀들로부터 오는 입체 이미지와 평면 이미지 사이에서 스위칭하기 위한 수단이 더 제공되는 디스플레이 장치에 있어서,

   입체 이미지와 평면 이미지 사이에서의 스위칭 수단은 복수의 저장조를 포함하는데 각 저장조에는 저장조의 벽의 영역에서 렌즈 작용을 가지는 요소들이 제공되고, 렌즈 작용을 가지는 상기 요소들의 영역에서, 렌즈 작용을 가지는 요소들이 제공된 벽과 마주보는 투명한 벽 사이의 저장조를, 렌즈 작용을 가지는 요소들의 굴절률과 동일한 굴절률을 가지는 유체로, 채우기 위한 수단이 또한 제공되며 렌즈 작용을 가지는 상기 요소들의 피치는 상기 픽셀들의 피치보다 크며,

   상기 유체는 메타텅스테이트(metatungstate)를 포함하는, 디스플레이 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 저장조는 동일한 굴절률을 가지는 복수의 유체들을 함유하는 렌즈 작용을 가지는 요소들의 굴절률과 동일한 굴절률을 가지는 유체를 포함하는, 디스플레이 장치.
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