KR101660541B1

KR101660541B1 - 능동형 시변 렌즈 및 3ｄ 시변 안경

Info

Publication number: KR101660541B1
Application number: KR1020100072233A
Authority: KR
Inventors: 나중민; 문성학; 이준학
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2016-09-27
Also published as: KR20120010726A

Abstract

본 발명은, 도전층 사이의 전압 인가에 따라 능동적으로 3차원 영상을 출력할 수 있는 시변 렌즈에 관한 것으로서, 광 투과성을 갖는 제1, 2 도전층; 제1, 2도전층은 전압이 인가될 때 서로 접합하여 빛을 투과시키는 광 투과성을 갖고, 전압이 인가되지 않을 때 서로 이격되어 떨어짐으로써 상기 제1, 2 도전층에 입사된 빛이 반사되는 능동형 시변 렌즈 및 이를 이용한 능동형 시변 안경에 관한 것이다.

Description

능동형 시변 렌즈 및 3Ｄ 시변 안경{LENS AND GLASSES FOR IMAGE CONVERSION}

본 발명은 새로운 형태의 렌즈를 적용한 능동형 시변 3D 안경에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 내부 전반사인 TIR(total internal reflection)을 응용한 압전 소자를 이용하여 제작된 능동형 시변 렌즈 및 능동형 3D 시변 안경에 관한 것이다.

현재 영상 산업이 각광받음으로써 다양한 형태의 영상 표시 장치가 개발 및 상용화되고 있다. 특히, 3D 영상 표시 장치에 사용되는 능동형 시변 안경은 영상 재생 장치로부터의 동기 신호에 따라 좌우 영상을 시간 분할하여 좌안, 우안 렌즈에 각각 투과함으로써 사용자에게 3D 영상을 제공한다.

한편, 능동형 시변 안경의 주원료인 LCD(liquid crystal lens) 렌즈를 사용하는 경우, 느린 응답 속도, 낮은 투과율, 낮은 시야각, 낮은 공간적 균일성 등의 문제를 갖는다. 이 문제는 휘도 저하와 같은 영상 품질의 저하 원인이 된다.

본 발명은, 능동형 시변 안경의 렌즈 재료로써 액정(liquid crystal)이 아닌 MEMS 기술로 제작된 마이크로 렌즈를 사용함으로써, 상기 문제를 해결하도록 한다.

또한, 본 발명은 능동형 시변 안경 렌즈의 응답 특성을 개선시켜 영상 품질 저하의 원인인 crosstalk를 완화시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 도전층 사이의 전압 인가에 따라 능동적으로 3차원 영상을 출력할 수 있는 시변 렌즈는, 광 투과성을 갖는 제1 도전층; 상기 제1 도전층과의 사이에서 전압이 인가될 때, 상기 제1 도전층과 접합하여 빛을 투과시키는 광 투과성을 갖는 제2 도전층; 및 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층의 사이에 전압이 인가되지 않을 때, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이를 채우기 위한 보이드(void)층을 포함하고, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층의 사이에 전압이 인가되지 않을 때 상기 제1 도전층 또는 상기 제2 도전층으로부터 상기 보이드 층으로 입사되는 빛이 반사되고, 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층 중 적어도 하나는 전압의 인가에 따라 변형되어 서로 접합된다.

본 발명에 따른 평판 사이의 전압 인가에 따라 능동적으로 3차원 영상을 출력할 수 있는 시변 렌즈는, 광 투과성을 갖는 제1 평판; 상기 제1 평판과 소정 거리로 떨어져서 형성되고 상기 제1 평판과 전압이 인가되는 광 비투과성의 제2 평판; 상기 제2 평판 내에 위치하여 빛이 투과할 수 있는 홀; 상기 제1 평판과 상기 제2 평판 사이의 거리를 유지하기 위한 보이드 층; 및 상기 제1 평판 내에 위치하여 상기 제1 평판의 이동에 따라 빛을 상기 홀을 통과하는 빛을 차단하는 셔터를 포함한다.

본 발명에 따른 평판 사이의 전압 인가에 따라 영상을 출력하는 시변 렌즈는, 슬릿으로 구성된 제1 평판; 상기 제1 평판과 소정 거리로 떨어져서 형성되고 홀을 포함하는 광 비투과성의 제2 평판; 상기 제1 평판과 상기 제2 평판 사이의 거리를 유지하기 위한 보이드층; 제1 평판의 위치에 따라 상기 제1 평판과 상기 홀의 사이에 빛이 통과하는 시변 렌즈.

본 발명에 따르면, 능동형 시변 안경의 응답 성능을 개선시켜 사용자에게 전달되는 3D 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 시변 렌즈는 전압의 인가에 대해 빠른 응답 속도를 가지기 때문에, 영상의 높은 투과율, 넓은 시야각, 영상의 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈의 단면도를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 렌즈에 포함된 도전층에 전압이 인가되는 평면도를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 렌즈에 포함된 전극에 전압이 인가되는 평면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈의 전기적 동작을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈의 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈에 전압이 인가되지 않을 때와 인가될 때의 빛의 경로를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈 초소형 렌즈의 집합으로 설계한 일례를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈의 단면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 능동형 시변 안경의 응답 특성을 나타낸다.
도 9는 종래 능동형 시변 안경의 원리를 나타낸다.
도 10은 능동형 시변 안경에 사용되는 액정 및 액정을 이용한 능동형 시변 안경의 응답 특성을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시변 렌즈의 평면도를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시변 렌즈의 단면도 및 빛의 경로를 나타낸다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도 9 내지 도 10을 참조하여 종래 기술을 설명한다.

도 9a는 종래 능동형 시변 안경의 원리를 나타낸다. 도 9는 stereoscopic 형태의 능동형 영상 표시 장치를 나타내고 있다. 인간이 물체를 3D로써 인식하기 위해서는 좌우 영상이 각각 좌우 눈에 독립적으로 전달되어야 한다. 안경 방식의 능동형 영상 표시 장치는 좌우 영상을 시간 분할하여 표시하고, 표시되는 영상과 시간적으로 동기 되어 좌우 렌즈가 각각 켜지거나 꺼지게 되어, 좌우 영상이 좌우 눈에 각각 독립적으로 전달된다.

도 9b는 능동형 시변 안경(200)의 동작을 나타낸다. 도 9b에서 나타내는 능동형 시변 안경은 능동형 영상 표시 장치로부터 송신된 신호 입력(50)을 받아 정확하게 좌우 렌즈를 번갈아 동작시키고 끄게 하는 방법으로 좌우 영상을 각각의 눈에 독립적으로 전달하고 있다. 이 과정에서 액정(liquid crystal)을 이용하는 렌즈의 특성상 휘도 저하와 성능 저하 현상이 뒤따르게 된다.

도 10은 능동형 시변 안경에 사용되는 액정 및 액정을 이용한 능동형 시변 안경의 응답 특성을 나타낸다.

도 10a에서 나타내는 바와 같이, 특정 방향의 빛만 투과하기 위한 편광판(91)에서 좌측 영상 또는 우측 영상의 빛이 투과된다. 도 10a를 참조하면, 액정(93)을 비틀기(twist) 위한 배향막(92)에 의해, 전압이 온(on)될때 액정(93)이 전압 방향에 따라 배열하여 빛이 차단되고, 전압이 오프(off)될때 액정(93)이 전압 배향각에 따라 배열되어 빛을 투과시키고 있다. 그러나 액정(93)이 그 특성상 전압의 온, 오프와 정확하게 동기되어 배열의 바뀌지 않기 때문에, 전압 인가와의 시간차가 생기게 된다.

도 10a는 액정 렌즈의 광 투과 성능을 나타낸다. 도 10b를 참조하면, 전압의 인가에 따라 안경으로부터 투과되는 영상의 이상적인 휘도(51)는 t0 ~ t1 동안 일정한 크기를 유지함이 바람직하다. 그러나, 전압 인가와 정확히 동기되지 않는 액정의 배열 변화 때문에, 실제 휘도(52)는 이상적인 휘도(51)와 상이한 특성을 나타낸다. 또한, 실제 휘도의 최고값(53)은 이상적인 최고 휘도의 크기에 상당한 차이(54)만큼 미치지 않고, 전압의 응답에 인한 상승 시간 t0 ~ t1 과 하강 시간(55)이 소요되기 때문에, 좌우 영상의 간섭, 잔상 효과를 야기한다.

상기와 같은 문제점을 감안하여, 본 발명에서는 액정 대신 MEMS(Micro Electro Mechanical System)를 이용하여 제작된 마이크로 렌즈(micro lens)를 채용하고자 한다.

이하에서는, 도 1 내지 도 8을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈 및 이를 이용한 능동형 시변 안경을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈의 일부 단면도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 능동형 시변 렌즈(10)는 도전층(11, 13), 전극(12, 14), 격벽(15) 및 보이드(void) 층(16)을 포함할 수 있고, 도 1은 도전층(11)과 도전층(13)의 사이에 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸다.

도전층(11) 및 도전층(13)은 빛 투과성을 갖는 아크릴막이나 실리콘 필름으로 구성될 수 있다. 도전층(11) 및 도전층(13)은 동일하게 구성될 수 있고, 빛 투과성 및 도전성을 갖는 유사한 물질로 구성될 수 있다. 도전층(11)과 도전층(13)의 사이에는 전압이 직접적으로 인가될 수 있고, 투명성의 전극(12) 과 전극(14)을 통하여 전압을 인가할 수 있다. 도전층(11) 및 도전층(13) 중 적어도 하나는 전압의 인가 시 변형될 수 있는 재질로 구성될 수 있다. 즉, 도전층(11) 및 도전층(13) 중 적어도 하나는 탄성 있는 재질로 구성되어 전압의 도전층 사이에 인가할 때 변형될 수 있는 재질로 구성될 수 있다.

전극(12) 및 전극(13)은 투과율 및 전기 전도성이 높은 ITO(Indium Tin Oxide), 유리, 실리콘, 플라스틱 중 하나로 구성될 수 있다. 전극(12) 및 전극(13)은 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다.

격벽(15)는 도전층(11)과 도전층(12)의 거리를 일정하게 유지하기 위하여 폴리머(polymer) 재질로 구성될 수 있다. 격벽(15)은 광 투과성을 가진다. 도 1에서 나타내는 시변 렌즈(10)의 일부는 격벽(15)에 의해 일 구간으로 구획된 하나의 픽셀 단위를 나타낸다.

보이드 층(16)은 빈 공간이며 공기와 같은 기체로 채워질 수 있다. 보이드 층(16)은 유체로 채워질 수 있다. 보이드층(16)을 구성하는 기체 또는 유체는 적어도 도전층(11, 13)의 굴절율보다 작다.

도 1에서 나타내는 한 픽셀의 시변 렌즈(10)는 대향하는 도전층이 톱니 형상으로 매칭되는 구조로 형성되어 있다. 톱니의 사선과 도전층(11, 13)이 이루는 각도는 도전층(11, 13)으로부터 입사되는 빛이 보이드 층(16)의 경계면에서 전반사하기 위한 각도로 제작될 수 있다. 상기 각도는 도전층(11, 13)과 보이드 층(16)의 상대 굴절율을 고려하여 제작될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 렌즈(10)에 포함된 도전층에 전압이 인가되는 평면도를 나타낸다. 도 2a를 참조하면, 대향하는 도전층(11) 및 도전층(13)에 전압 V를 인가하고 있다.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 시변 렌즈(10)에 포함된 전극에 전압이 인가되는 평면도를 나타낸다. 전극(12, 14)는 도전층(11, 13)이 전도성을 가지지 아니한 경우에 도전층 사이에 전압을 인가하기 위해 형성될 수 있다. 도 2b에서는 전극(12)과 전극(14)이 수직으로 교차되도록 형성되어 있으나, 수평 방향으로 교차하도록 구성할 수 있다. 또한, 수평, 수직 방향의 전극을 각 도전층에 모두 배치할 수 있다. 전극(12, 14)의 배치에 있어서, 시변 렌즈(10)의 전 영역에서 균일한 전기장이 형성되기 위해 전극(12, 14)의 물질 특성이 고려될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈의 전기적 동작을 나타낸다.

도 3a는 도전층(11, 13) 사이에 전압이 인가되지 않은 상태에서 시변 렌즈(10)에 입사되는 빛의 경로(50)를 나타낸다. 도 3a를 참조하면 3D 디스플레이 장치로부터 입사되는 빛(50)이 도전층(11)과 보이드 층(16)의 경계면에서 전반사되고 있다. 도 3a에서 나타내듯이, 보이드 층(16)보다 높은 굴절율 n을 갖는 도전층(11)은 전압이 인가되지 않은 경우 보이드 층(16)을 사이에 두고 도전층(13)과 소정 거리를 유지하고 있다. 또한, 도전층(11, 13)은 전반사 조건

을 만족하도록 도전층(11, 13)의 톱니 형상의 구조로 제작될 수 있다. 전반사가 일어나면 영상이 보이지 않게 된다.

도 3b는 도전층(11, 13) 사이에 전압 V가 인가된 상태에서 시변 렌즈(10)에 입사되는 빛의 경로(50)를 나타낸다. 도전층(11, 13) 사이에 전압 V를 인가하면 전기적 압력(coulomb attraction)에 의해 도전층(11, 13)이 압전 소자로 동작하며, 도전층(13)의 물리적 구조가 변형된다. 이에 따라 도전층(13)과 도전층(11)이 접합하면, 보이드 층(16)에 의한 전반사가 일어나지 않으므로 빛은 시변 렌즈(10)를 투과하게 된다. 따라서 영상이 보일 수 있다.

빛의 입사 방향, 즉 3D 디스플레이 장치와 눈(eye)의 위치는 반대일 수 있다. 또한, 도전층(11)이 탄성을 가진 경우 도전층(11)이 변형되어 도전층(11, 13)이 서로 접합될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈의 사시도를 나타낸다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면 본 발명에 따른 능동형 시변 렌즈(10)의 전기적 동작을 3차원적으로 나타내고 ㅇㅆ다. 도 4a는 도전층 사이에 전압을 인가하지 않고, 도 4b는 도전층 사이에 전압을 인가한 상태다. 도 4a 및 도 4b에서 도시되지 않지만, 도전층 사이의 평탄도(platness), 도전층 간 거리의 균일성(uniformity)을 유지하기 위해 도전층 사이에 투명성의 격벽(15)이 설치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈에 전압이 인가되지 않을 때와 인가될 때의 빛의 경로를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 각 도전층(11, 13)이, 서로 대향하는 면에 박막(17, 18)을 포함하고 있는 점이 도 3의 실시예와 다르다. 박막(17, 18)은 보이드 층(16)의 경계면에서 전반사를 일으키게 하기 위하여 설치될 수 있다. 박막(17, 18)은, 빛 투과성의 gel 형태의 물질로 구성될 수 있고, 전반사를 발생시키기 위해 굴절율을 고려하여 설치될 수 있다. 도 5a는 도전층 사이에 전압이 인가되지 않아 전반사가 일어나고 있다. 도 5a에서는 도전층(11)과 박막(17) 사이에 전반사가 일어나고 있으나, 박막(17)과 보이드 층(16) 사이에 전반사가 일어날 수도 있다. 따라서, 3D 디스플레이 장치로부터의 영상이 보이지 않게 된다. 도 5b에서는 도전층 사이에 전압을 인가하고 도전층(13)의 변형에 의해 디스플레이 장치로부터의 빛이 투과되고 있다. 박막(17, 18)은 폴리머 재질을 도전층(11, 13) 위에 방사하는 데포지션(deposition) 기법에 의해 형성될 수 있다. 박막(17, 18)을 제외한 다른 구성요소의 동작은 도 3과 동일하므로 설명을 생략한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈를 초소형 렌즈의 집합으로 설계한 일례를 나타낸다. 도 6a는 본 발명에 따른 능동형 시변 렌즈(10)의 한 픽셀을 나타낸다. 능동형 시변 렌즈(10)의 한 픽셀은 마이크로 미터 단위로서, MEMS 기술에 의해 제작될 수 있다. 한 픽셀의 능동형 시변 렌즈(10)는 격벽(15)에 의해 정의, 구획될 수 있다. 도 6b는 한 픽셀의 능동형 시변 렌즈에 전극(12, 14)을 배치한 상태를 나타낸다. 도 6c는 복수 픽셀로 구성된 능동형 시변 렌즈(10)의 집합체(100)를 나타낸다. 시변 렌즈(10)의 집합체(100)에서 나타나는 격자 무늬는 격벽(15)을 나타낸다. 투명성의 격벽(15)은 빛이 투과될 수 있어야 하고, 집합체(100)의 전체 면적에 비해 격벽(15)의 수평 단면이 차지하는 면적을 비교적 작게 설계하여, 빛의 투과율을 저하시키지 않도록 한다. 격벽(15)의 평면 구조는 직사각형 이외 육각형과 같은 다각형으로 구성될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈(10)의 단면도를 나타낸다. 도 7a 및 도 7b는 박막(17, 18)의 굴곡 부분(20)에 충전재(19)를 충전하는 것을 제외하고 도 5a 및 도 5b와 동일하다. MEMS기술을 이용하여 시변 렌즈(10)를 제작하더라도 서로 접합하는 톱니 형상의 구조를 항상 동일한 각도를 갖는 사선으로 정확히 제작하는 것이 어려울 수 있다. 또한, 렌즈의 노후화로 인해 톱니의 모서리(20)가 마모되는 경우도 생길 수 있다. 이 경우에 모서리(20) 주위로 입사되는 빛의 입사각이 작게 되어 도전층(11, 13)으로 입사되는 빛이 전반사되지 않고 투과될 수 있다. 이 경우 반사되어야 할 영상 빛의 투과로 인해 좌우 영상의 간섭 현상 등 영상 품질의 저하가 생길 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 충전재(19)를 박막(17, 18)의 굴곡 부분에 충전할 수 있다. 충전재(19)는 불투광성의 탄소 물질로 구성될 수 있고, 박막(17, 18)의 굴절율보다 높을 수 있다. 도 7 에서는 박막(17, 18)이 대향하는 각 표면에 충전재(19)가 형성되어 있지만, 충전재(19)는 박막(17, 18)이 접합된 상태에서 생길 수 있는 모서리 부분(20)의 간극을 채우도록 형성될 수 있다. 도 3에서 나타내는 실시예에서는 도전층(11, 13)의 표면에 비투과성의 충전재를 충전할 수 있다. 충전재는 능동형 시변 안경의 전체 휘도를 저하시키지 않도록 전체 형성 면적을 고려하여 형성될 수 있다. 충전재(19)을 제외한 다른 구성요소의 동작은 도 5와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 8은 본 발명에 따른 능동형 시변 안경의 응답 특성을 나타낸다. 도 8a는 본 발명에 따른 능동형 시변 렌즈의 집합체(100)를 이용하여 좌, 우 렌즈를 구비한 3D 안경을 나타내고 있고, 좌측 영상 빛만이 투과되고 있다. 도 8b는 좌측 렌즈의 전기적 동작을 나타낸다. t0 ~ t1 시간 동안 좌측 렌즈에 전압이 인가되고, 좌측 렌즈에 전반사가 생기지 않아 좌측 영상 빛이 투과되고 있다.

도 8c는 본 발명에 따른 능동형 시변 렌즈의 집합체(100)를 이용하여 좌, 우 렌즈를 구비한 3D 안경을 나타내고 있고, 우측 영상 빛만이 투과되고 있다. 도 8d는 우측 렌즈의 전기적 동작을 나타낸다. t1 ~ t2 시간 동안 우측 렌즈에 전압이 인가되고, 우측 렌즈에 전반사가 생기지 않아 우측 영상 빛만이 투과되고 있다.

이하에서는, 도 11 및 도12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 시변 렌즈에 대해 설명한다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시변 렌즈의 단위 셀에 대한 평면도를 나타낸다. 도 11을 참조하면, 시변 렌즈의 단위 픽셀이 서로 평행한 슬릿 평판(21) 및 홀 평판(23)이 겹쳐져 구성되어 있다.

슬릿 평판(21)은, MEMS 기술에 의해 제조된 디지털 마이크로 셔터(Digital Micro Shutter)로 구성되는 평판일 수 있다. 또한, 슬릿 평판(21)은 전압이 인가되는 양 순응 액추에이어(dual-compliant actuator)에 의해 홀 평판(23)에 대해 평행으로 이동할 수 있다. 슬릿 평판(21)의 이동 방향은 슬릿의 연장 방향과 수직 방향일 수 있다. 도 11에서는 슬릿의 일부 형상이 직사각형으로 구성되어 있고, 직사각형의 긴 모서리와 수직 방향인 A-A` 방향으로 슬릿 평판(21)이 이동할 수 있다.

홀 평판(23)은 슬릿 평판(21)의 슬릿과 매칭되는 홀을 포함하는 평판일 수 있다. 시변 렌즈의 제작시, 홀 평판(23)과 슬릿 평판(21)을 정렬시켜 부착하여 형성할 수 있다.

도 11에서는 시변 렌즈의 단위 픽셀이 원 형상이지만, 직사각형 또는 육각형과 같은 다각형으로 구성될 수 있고 그 모양의 한정은 없다.

도 12는 도 11의 시변 렌즈의 단위 픽셀을 A-A` 방향으로 자른 단면도를 나타낸다. 도 12의 (a) 및 (b)를 참조하면, 시변 렌즈는 슬릿 평판(21), 상층 유리(MEMS Glass)(22), 홀 평판(23) 및 하층 유리(Cover Glass)(24)로 구성될 수 있다.

도 12의 (a)는 평판(21, 23) 사이에 전압이 인가되지 않는 상태이다. 홀 평판(23)은, 광 투과성을 갖는 하층 유리(24) 위에 위치하고, 슬릿 평판(21)이 홀 평판(23)과 소정 거리로 떨어져서 상층 유리(23) 아래에 위치한다. 슬릿 평판(21)과 홀 평판(23)의 사이는 공기와 같은 기체로 구성되는 보이드 층일 수 있다. 도 12의 (a)에서는 슬릿 평판(21)과 홀 평판(23) 사이에 전압이 인가되지 않는 상태로 슬릿 평판(21)의 슬릿(빗금 부분)이 홀 평판(23)의 홀과 어긋나 있으므로 홀로부터 입사되는 광(50)이 슬릿 사이로 통과하고, 상층 유리(22)를 통과하여 눈으로 도달할 수 있다.

도 12의 (b)는 전압이 평판(21, 23) 사이에 전압이 인가된 상태이다. 도 12의(b)에서는 슬릿 평판(21)과 홀 평판(23) 사이에 전압이 인가되지 않는 상태로 슬릿 평판(21)의 슬릿(빗금 부분)이 홀 평판(23)의 겹쳐져 있으므로, 홀로부터 입사되는 광(50)이 슬릿에 도달, 슬릿으로부터 반사되거나 흡수될 수 있다. 따라서 광(50)이 눈에 시인될 수 없다. 즉, 슬릿 평판(21)의 이동에 의해 의도하지 않는 좌영상 또는 우영상의 어느 한 쪽 영상이 우안 또는 좌안에 시인되지 않도록 한다.

슬릿 평판(21)의 슬릿과 홀 평판(23)의 홀은 서로 동일하거나 유사한 형상일 수 있다. 도 12에서는 평판(21, 23) 사이에 전압이 인가되지 않을 때 빛이 통과하도록 구성되어 있지만 반대로 동작될 수도 있다.

도 11 및 도 12에서 예시되는 시변 렌즈는, 슬릿으로 구성된 전체 평판(21)이 이동함으로써 영상의 빛이 통과 또는 차단되므로, 액정으로 이루어진 렌즈에 비해 응답 특성 및 소비 전력면에서도 우수하다. 슬릿 평판(21)으로 예시되는 MEMS 셔터의 응답 시간은 100us일 수 있고 MEMS 셔터로 이루어진 능동형 시변 안경의 시야각은 170도까지도 확보될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 시변 렌즈 및 이를 이용한 능동형 시변 안경은 빠른 응답 특성을 갖기 때문에, crostalk 현상을 완화된 고 품질의 영상을 얻을 수 있고, 좌우 영상의 간섭이나 한쪽 영상에 의한 잔상 효과를 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 시변 렌즈 및 이를 이용한 시변 안경에 대해 설명하였으나, 본 발명의 핵심적인 내용을 포함하는 능동형 시변 렌즈를 이용한 영상 디스플레이 장치에 대해서도 본 발명의 범위가 적용될 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 실시예로 인해 본 발명의 범위가 제한되지 않으며 본 발명의 범위는 특허청구범위의 해석에 의해 정해진다. 전술한 실시예들에는 다양한 변형이 가능하며, 이들 변형예들 모두 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

도전층 사이의 전압 인가에 따라 영상을 출력하는 시변 렌즈에 있어서,
광 투과성을 갖는 제1 도전층;
상기 제1 도전층과의 사이에서 전압이 인가될 때, 상기 제1 도전층과 접합하여 빛을 투과시키는 광 투과성을 갖는 제2 도전층; 및
상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층의 사이에 전압이 인가되지 않을 때, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이를 채우기 위한 보이드(void)층을 포함하고,
상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층의 사이에 전압이 인가되지 않을 때 상기 제1 도전층 또는 상기 제2 도전층으로부터 상기 보이드 층으로 입사되는 빛이 반사되고,
상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층 중 적어도 하나는 전압의 인가에 따라 변형되어 서로 접합되는 시변 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층이 이격되어 있을 때, 상기 제1 도전층 또는 제2 도전층으로부터 상기 보이드 층으로 입사되는 빛이 전반사하기 위한 소정 각도를 갖는 구조물로 형성되는 시변 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층이 이격되어 있을 때, 상기 제1 도전층 또는 제2 도전층으로부터 보이드 층으로 입사하는 빛이 전반사되기 위한 소정 굴절율을 갖는 시변 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층으로부터 상기 보이드 층으로 입사되는 빛이 전반사하기 위하여 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층의 단면은 서로 매칭되는 톱니 형상의 구조인 시변 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전층 또는 상기 제2 도전층은, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층의 사이에 전압이 인가되지 않을 때 상기 제1 도전층 또는 상기 제2 도전층으로부터 상기 보이드 층으로 입사되는 빛을 반사시키기 위하여 일정한 굴절율을 갖는 보조막을 포함하는 시변 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전층 또는 상기 제2 도전층이 접합된 상태에서, 상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이의 간극을 채우기 위한 비투과성의 충전재를 더 포함하는 시변 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층 사이의 거리를 유지하기 위한 격벽을 더 포함하는 시변 렌즈.
제7항에 있어서,
상기 격벽은 폴리머 재질을 포함하는 시변 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 전도성을 갖는 투과성 아크릴막 또는 실리콘 막으로 구성되거나,
상기 제1 도전층과 상기 제2 도전층은 투명 전극층을 포함하는 시변 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 보이드층은 상기 제1 도전층 및 상기 제2 도전층보다 굴절율이 작은 기체로 이루어지는 시변 렌즈.
평판 사이의 전압 인가에 따라 영상을 출력하는 시변 렌즈에 있어서,
슬릿으로 구성된 제1 평판;
상기 제1 평판과 소정 거리로 떨어져서 형성되고 홀을 포함하는 광 비투과성의 제2 평판;
상기 제1 평판과 상기 제2 평판 사이의 거리를 유지하기 위한 보이드층;
상기 제1 평판의 위치에 따라 상기 제1 평판의 상기 슬릿과 상기 홀의 사이에 빛이 통과하는 시변 렌즈.
제11항에 있어서,
상기 슬릿은 상기 홀과 동일하거나 유사한 형상인 시변 렌즈.
제11항에 있어서,
상기 제1 평판과 상기 제2 평판 사이의 전압의 인가에 따라 상기 제1 평판의 상기 슬릿에 대해 수직 방향 또는 상기 제2 평판에 대해 수평 방향으로 상기 제1 평판이 이동하는 시변 렌즈.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 시변 렌즈를 포함하는 능동형 시변 안경.