KR101758373B1 - 능동형 셔터 안경 및 스마트 윈도우 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 능동형 셔터 안경 및 스마트 윈도우에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 능동형 셔터 안경은 복수개의 미세 광학 셔터(Optical micro shutter)들이 배열된 좌안 렌즈와; 복수개의 미세 광학 셔터들이 배열된 우안 렌즈와; 상기 좌안 렌즈의 미세 광학 셔터들 및 상기 우안 렌즈의 미세 광학 셔터들을 교대로 차단시키는 구동부를 포함하여 구성된다.

Description

능동형 셔터 안경 및 스마트 윈도우 { Active shutter glasses and smart window}
본 발명은 능동형 셔터 안경 및 스마트 윈도우에 관한 것이다.
3차원 영상은 양안시차(인간이 사물을 볼 때 좌측 눈과 우측 눈 각각에 맺히는 상이 서로 다른 것을 통하여 사물의 입체감을 느끼는 원리)를 이용하여 좌측 눈에는 좌측영상, 우측 눈에는 우측영상을 분리하여 전달 되도록 함으로써, 입체감을 느끼게 한다.
3차원 영상을 구현하기 위한 방식에는 크게 안경의 착용 여부와 좌우(左右) 영상 분리 방법에 따라 여러 가지 방식이 있으나, 현 시점에서는 영상 표시(display) 장치를 통해 좌우 영상을 시간적으로 분할하여 번갈아 표시하고 빛을 투과, 차단하는 셔터 안경을 통해 양쪽 눈에 각각의 영상을 전달할 수 있는 셔터 안경(shutter glasses) 방식이 주요 기술로 제품화되고 있다.
한편, 스마트 윈도우(Smart window)는 광 투과율을 임읠 조절하여 차광 수준을 조절할 수 있는 창을 의미하며, 건물이나 자동차 등의 창문에 적용하여 태양광을 차단 또는 투과함으로써 내부로 유입디는 빛과 열을 사용자가 임으로 조절하는 용도 또는 스마트 윈도우의 상태를 투명 또는 불투명으로 조절하여 내부의 상태를 보이거나 보이지 않게 조절하여 사생활을 보호하는 용도 등에 활용되고 있다.
본 발명은 광투과율을 높일 수 있는 과제를 해결하는 것이다.
본 발명은,
복수개의 미세 광학 셔터(Optical micro shutter)들이 배열된 좌안 렌즈와;
복수개의 미세 광학 셔터들이 배열된 우안 렌즈와;
상기 좌안 렌즈의 미세 광학 셔터들 및 상기 우안 렌즈의 미세 광학 셔터들을 교대로 차단시키는 구동부를 포함하여 구성된 능동형 셔터 안경이 제공된다.
그리고, 상기 미세 광학 셔터들의 형상, 크기 및 위치 중 하나는 무작위(ramdom) 또는 의사 무작위(pseudorandom)로 배열되어 있다.
또, 상기 미세 광학 셔터들 각각은 제 1 투명 전극이 형성된 제 1 투명 기판과; 상기 제 1 투명 전극에 형성된 유전체층과; 상기 유전체층에 형성된 격벽 테두리와; 제 2 투명 전극이 형성된 제 2 투명 기판과; 상기 격벽 테두리 내부에 위치된 유색 액체와; 상기 제 1과 제 2 투명 기판 사이에 충진된 물 또는 수용액을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제 1 투명 전극은 상기 격벽 테두리 내부의 일부 영역을 제외한상기 격벽 테두리 내부 영역에 형성되어 있다.
게다가, 상기 유전체층은 소수성 유전체층이다.
더불어, 상기 미세 광학 셔터들 각각의 면적은 동일하다.
그리고, 상기 우안 렌즈 및 상기 좌안 렌즈의 상태를 투과 또는 차단 상태로 동기화(synchronize) 할 수 있도록, 영상 표시 장치와 동기화 신호를 주고받는 통신부를 더 포함하여 구성된다.
또, 상기 동기화 신호에 맞게 연산하여 상기 우안 렌즈 및 상기 좌안 렌즈에 전기 신호를 공급할 수 있는 신호 처리부를 더 포함하여 구성된다.
더불어, 상기 미세 광학 셔터들 각각은 상기 제 1 투명 기판과; 상기 제 1 투명 기판에 형성되고, 적어도 하나의 개구를 구비하고 있고, 광이 차폐되는 광 차단막과; 상기 개구를 차단 또는 개방시키는 셔터날(blade) 구조물을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 셔터날 구조물은 상기 제 1 투명 기판에 고정된 고정부와; 상기 고정부에 연결되고, 상기 광 차단막으로부터 부양(浮揚; release)되어 있고, 상기 광 차단막의 개구를 개방 또는 밀폐시키는 구동부를 포함하여 구성된다.
게다가, 상기 구동부는 상기 고정부에 연결된 스프링 구조와; 상기 스프링 구조에 의해 연결되고, 상기 광 차단막으로부터 부양되어 있고, 상기 광 차단막의 개구와 대응되는 개구를 갖는 부양부와; 상기 부양부의 개구를 상기 광 차단막의 개구와 연통시켜 상기 제 1 투명 기판에서 전달된 광을 통과시키거나, 또는 상기 부양부의 개구를 상기 광 차단막에 대응시켜 상기 제 1 투명 기판에서 전달된 광을 차단시키는 액츄에이터를 포함하여 구성된다.
또, 상기 부양부 상부에는 제 2 투명 기판을 더 위치되어 있고, 상기 제 1 투명 기판과 상기 제 2 투명 기판 사이의 공극(gap)에는, 투명 유체가 주입되어 있다.
그리고, 상기 액츄에이터를 구동시키는 방식은 정전(靜電: electrostatic) 방식, 전열(電熱: electrothermal) 방식, 전왜 또는 압전(電歪 또는 壓電: piezoelectric) 방식, 전자기(electromagnetic) 방식과 전기 활성 다중체(electro-active polymer) 중 하나이다.
본 발명은,
복수개의 미세 광학 셔터들로 구성되어 있고, 전압이 인가되지 않은 경우에 상기 미세 광학 셔터들 각각을 폐색(閉塞)시키고, 인가된 전압에 의해 응집되어 상기 미세 광학 셔터들 각각을 개방(開放)시키는 유색 액체가 상기 미세 광학 셔터들 각각에 포함되어 구성된 스마트 윈도우가 제공된다.
또한, 상기 미세 광학 셔터들 각각은 제 1 투명 전극이 형성된 제 1 투명 기판과; 상기 제 1 투명 전극에 형성된 유전체층과; 상기 유전체층에 형성된 격벽 테두리와; 제 2 투명 전극이 형성된 제 2 투명 기판과; 상기 격벽 테두리 내부에 위치된 유색 액체와; 상기 제 1과 제 2 투명 기판 사이에 충진된 물 또는 수용액을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 능동형 셔터 안경은 광투과도가 낮은 편광판을 사용하지 않기 때문에 광투과율을 높일 수 있고, 입체 영상의 밝기를 향상시킬 수 있으며, 휘도 균일도를 향상시킬 수 있고, 영상광의 색상 왜곡을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경은 좌안 및 우안 렌즈의 미세 광학 셔터들이 무작위(ramdom) 또는 의사 무작위(pseudorandom) 형상으로 배열되어 영상의 왜곡을 방지할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경은 편광의 방향에 따라 광 투과율이 변하는 문제를 해결하여 사용자가 셔터 안경을 착용한 상태에서도 자유로운 자세로 영상을 볼 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명의 능동형 셔터 안경은 미세 광학 셔터들을 미세 전자 기계 장치(MEMS; micro-electro-mechanical systems) 기반의 미세 구조물 구동 셔터(micro-shutter)로 구현함으로써, 절환 속도(switching speed)를 높여 광 투과율을 높일 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 전기 습윤(Electrowetting) 구동 원리에 의하여 광을 투과 또는 차단할 수 있는 구조를 구비하여, 태양광의 상태에 따라 광을 선택적으로 투과시켜 주거 공간의 실내 온도 및 조도를 효율적으로 조절할 수 있고, 내부의 상태를 보이거나 가리는 등의 사생활 보호의 목적으로 활용될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 고가의 재료를 사용하지 않고 제작할 수 있어 빌딩의 유리창과 같은 대면적에 적용할 경우에도 제조 경비를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
더불어, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 전기 습윤의 원리를 이용하여 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 빠른 구동 시간을 가지며, 비 구동시 소모전력이 없어 저 전력 특성을 갖는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경(Active shutter glasses)을 설명하기 위한 개념적인 도면
도 2는 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경의 비교예를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 3a와 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터가 차단된 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면
도 4a와 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터가 열린 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 전압에 따른 개구율(Open Area Ratio 또는 Aperture Ratio, 開口率) 변화 그래프
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경에 적용된 전기 습윤(Electrowetting) 원리를 설명하기 위한 개념도
도 7a와 도 7b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 구조를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 구성을 설명하기 위한 개략적인 사시도
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 구조의 일례를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 구조의 일례를 설명하기 위한 개략적인 평면도
도 11a와 도 11b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 광 차단 동작을 설명하기 위한 개략적인 평면도
도 12a와 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 광 통과 동작을 설명하기 위한 개략적인 평면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경(Active shutter glasses)을 설명하기 위한 개념적인 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경의 비교예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
본 발명에 따른 능동형 셔터 안경(100)은 복수개의 미세 광학 셔터(Optical micro shutter)들(111)이 배열된 좌안 렌즈(110)와; 복수개의 미세 광학 셔터들(미도시)이 배열된 우안 렌즈(120)와; 상기 좌안 렌즈(110)의 미세 광학 셔터들(111) 및 상기 우안 렌즈(120)의 미세 광학 셔터들을 교대로 차단시키는 구동부(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 구동부는 상기 능동형 셔터 안경으로 상기 좌안 영상이 입사되면 상기 우안 렌즈(120)의 미세 광학 셔터들을 차단시켜, 상기 좌안 렌즈(110)의 미세 광학 셔터들(111)로 상기 좌안 영상을 통과시킨다.
그리고, 상기 구동부는 상기 능동형 셔터 안경으로 상기 우안 영상이 입사되면 상기 좌안 렌즈(110)의 미세 광학 셔터들을 차단시켜, 상기 우안 렌즈(120)의 미세 광학 셔터들로 상기 우안 영상을 통과시킨다.
그러므로, 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경은 좌안 영상은 좌안 렌즈(110)로 통과되어 착용자의 좌안으로 들어가고, 우안 영상은 우안 렌즈(120)로 통과되어 착용자의 우안으로 들어감으로써, 착용자는 3차원 영상을 볼 수 있게 된다.
여기서, 상기 제 1과 미세 광학 셔터들(111)은 광이 투과하는 주기적인 슬릿(slit) 배열에 의한 회절 간섭 등에 의한 영상의 왜곡을 방지하기 위해 무작위(ramdom) 또는 의사 무작위(pseudorandom) 형상으로 배열되어 있는 것이 바람직하다.
그러므로, 제 1과 미세 광학 셔터들(111)은 다양한 크기를 갖는다.
따라서, 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경은 좌안 및 우안 렌즈의 미세 광학 셔터들의 형상, 크기 및 위치 중 하나는 무작위(ramdom) 또는 의사 무작위(pseudorandom)로 배열되어 영상의 왜곡을 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 비교예인 능동형 셔터 안경은 제 1 투명 전극(11)이 형성된 제 1 투명 기판(10)과; 제 2 투명 전극(21)이 형성된 제 2 투명 기판(20)과; 상기 제 1과 2 투명 기판(10,20) 사이에 개재되어 있는 액정층(30)과; 상기 제 1과 2 투명 기판(10,20) 각각에 형성된 제 1과 제 2 편광판(51,52)으로 구성되어 있다.
여기서, 상기 제 1과 제 2 편광판(51,52)은 서로 수직인 편광 방향을 갖는다.
이러한 비교예의 능동형 셔터 안경은 두 장의 편광판을 사용함으로써, 광 투과도가 대략 30% ~ 40% 정도로 낮아져 상기 비교예의 능동형 셔터 안경로 영상 표시 장치에 표시된 입체 영상을 볼 때, 입체 영상은 2차원 영상의 밝기의 대략 15% ~ 20%정도 수준으로 매우 어둡게 보인다.
그리고, 편광을 사용하지 않는 PDP 또는 OLED 표시 장치의 영상을 비교예의 셔터 안경으로 볼 경우에는 셔터 안경에 의한 광 투과도는 더 낮아지고, 편광을 이용한 LCD 장치에서 LCD의 편광 방향과 셔터 안경의 편광 방향이 정렬되지 않은 상태로 화면을 볼 경우, 안경 렌즈 내에서도 영상의 휘도 균일도가 저하되고, 안경 렌즈의 차단 주기에도 국부적인 누광(Light leakage)이 발생하는 등 편안하고 자연스러운 3차원 영상 시청을 방해하는 원인으로 작용하게 된다.
또한, 비교예의 셔터 안경은 편광판이 지닌 색상으로 인해 영상 표시 장치에서 구현하는 색상을 왜곡하게 전달하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경은 광투과도가 낮은 편광판을 사용하지 않기 때문에 광투과율을 높일 수 있고, 입체 영상의 밝기를 향상시킬 수 있으며, 휘도 균일도를 향상시킬 수 있고, 영상광의 색상 왜곡을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 능동형 셔터 안경은 편광의 방향에 따라 광 투과율이 변하는 문제를 해결하여 사용자가 셔터 안경을 착용한 상태에서도 자유로운 자세로 영상을 볼 수 있는 장점이 있다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터가 차단된 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터가 열린 상태를 설명하기 위한 개념적인 도면이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터는 전기 습윤(Electrowetting) 원리로 구현된다.
즉, 도 3a와 같이, 미세 광학 셔터는 제 1 투명 전극(211)이 형성된 제 1 투명 기판(210)과; 상기 제 1 투명 전극(211)에 형성된 유전체층(212)과; 상기 유전체층(212)에 형성된 격벽 테두리(220)와; 제 2 투명 전극(231)이 형성된 제 2 투명 기판(230)과; 상기 격벽 테두리(220) 내부에 위치된 유색 액체(270)와; 상기 제 1과 제 2 투명 기판(210,230) 사이에 충진된 물 또는 수용액(250)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 투명 전극(211)은 상기 격벽 테두리(220) 내부의 일부 영역(무전극 영역)을 제외한 상기 격벽 테두리(220) 내부 영역에 형성되어 있다.
여기서, 상기 제 1과 제 2 투명 전극(211,231) 사이에 전압이 인가되지 않으면, 도 4a와 같이 상기 유색 액체(270)의 표면 장력에 의해, 상기 유색 액체(270)가 상기 격벽 테두리(220) 내부를 채우게 되어, 상기 미세 광학 셔터를 통하여 광이 통과되지 못한다.
그리고, 상기 제 1과 제 2 투명 전극(211,231) 사이에 전압이 인가되면, 정전 에너지에 의해 상기 유색 액체(270)가 응집되어 도 4a와 같이 상기 미세 광학 셔터를 통하여 광이 통과하게 된다.
그러므로, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경은 인가된 전압에 의해 유색 액체가 미세 광학 셔터를 개방 또는 폐쇄시켜, 전기 습윤 원리로 광을 차단/투과하는 광 셔터의 역할을 수행할 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 좌안 렌즈 및 우안 렌즈는 도 3a 및 도 4a에 도시된 미세 광학 셔터가 복수개로 형성되어 있다.
여기서, 도 3b와 같이, 복수개의 미세 광학 셔터들(280) 각각은 격벽 테두리(220)로 구획되며, 복수개의 미세 광학 셔터들(280) 각각에는 유색 액체(270)가 존재한다.
이때, 도 3b는 전압이 인가되어 복수개의 미세 광학 셔터들(280) 각각이 개방되어 광이 투과될 수 있는 상태이고, 도 4b는 전압이 인가되지 않아 복수개의 미세 광학 셔터들(280) 각각이 폐쇄되어 광이 차단되는 상태이다.
그리고, 능동형 셔터 안경의 좌안 렌즈 및 우안 렌즈는 상기 미세 광학 셔터(280)로 이루어진 다수의 셀(cell) 배열로 이루어져 있다.
이후, 단일 셀인 하나의 미세 광학 셔터는 투명 물 또는 수용액(250)과 유색 액체(270)의 경계면에서의 움직임에 대하여 더 상세하게 설명하기로 한다.
상기 미세 광학 셔터에 외부 전계가 인가되지 않은 평형 상태(equilibrium)에서 하기의 수학식 1과 같은 계면 장력(interfacial tension)간의 관계에 의해 유색 액체(270)는 자연적으로 상기 물 또는 수용액(250)과 소수성 유전체(212) 사이에 위치하게 되어 상기 유색 액체(270)가 셀 전체 면에 퍼져있는 상태로 되므로 상기 단위 셔터는 빛을 차단한다.
Figure 112010079106480-pat00001
여기서,
γ는 계면 장력이고, 첨자 o은 유성 액체, 첨자 w는 물 또는 수용액, i는 절연체이다.
상기 유색 액체(270)가 매우 작은 크기(<2mm)에서는 계면간에 작용하는 힘인 표면장력이 중력에 비해 훨씬 크므로 도 4a에 도시된 것 같이 유색 액체(270)로 이루어진 막(膜)은 셀에서 모든 방향으로 안정적이고 연속적인 상태로 유지된다.
그러나, 제 2 투명 전극(231)을 통해 상기 물 또는 수용액(250)과 제 1 투명 전극(311) 사이에 전압이 인가되면 정전 에너지(electrostatic energy)가 에너지 균형 상태에 추가되어, 도 4a와 같이 적층된 상태는 더 이상 유지되지 못하고 상기 물 또는 수용액(250)은 소수성 유전체(212)의 표면과 접촉되도록 이동함으로써, 시스템의 에너지를 낮추려 하고, 따라서 유색 액체(270)는 도 3a에 도시된 것과 같이 상기 소수성 유전체(212)의 표면으로부터 밀려나, 단위 셀의 소정의 영역에 형성해 놓은 전계가 가해지지 않는 무 전극 영역(제 1 투명 전극이 형성되어 있지 않은 영역)에 응집된다.
그러므로, 도 4b의 상태에서는 상기 유색 액체(270)의 응집된 영역을 제외한 영역은 모두 투명하므로 단위 미세 광학 셔터는 광을 투과하게 된다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 전압에 따른 개구율(Open Area Ratio 또는 Aperture Ratio, 開口率) 변화 그래프이다.
이 그래프는 인가된 전압에 따른 미세 광학 셔터인 단위 셀의 면적 중에서 투명한 영역이 차지하는 면적의 비율의 관계를 나타낸 그래프로, 투명한 부분이 전체 단위 셀 면적에서 차지하는 비율 0에 가까운 차단 상태(A)에서부터 전압이 커짐에 따라 80% 이상의 투과 상태(B)까지 구현 가능하므로, 전술된 비교예의 액정과 편광판으로 구성된 셔터 글래스에 비해 개선된 광 투과율을 제공할 수 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경에 적용된 전기 습윤(Electrowetting) 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
전술된 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경에 적용된 전기 습윤 현상은 인가된 전계(電界)에 의해 소수성(疏水性) 표면의 젖음성(wetting properties)이 변화되는 현상으로, 소수성 유전체(212) 상부에서 물 또는 수용액 방울(droplet)은 액체 자체의 표면장력(surface tension)이 작용하여 최대한 표면적을 작게 유지하려는 성질을 갖게 된다.
이때, 상기 물 또는 수용액 방울은 액체 상태 '270A'와 같은 형상으로 상기 소수성 유전체(212)의 표면과 큰 접촉각(contact angle)(θ1)을 이룬 형태로 존재한다.
그러나, 전원(300)에서 상기 물과 수용액 방울과 제 1 투명 전극(211)으로 전압이 인가되면, 상기 물 또는 수용액 방울과 상기 소수성 유전체(212) 사이에 정전 에너지(Electro-static energy)가 누적되고, 상기 물 또는 수용액 방울은 추가된 정전 에너지에 의해 각 계면(interfaces)들 간의 에너지 균형을 이루기 위해 다른 액체 상태 '270B'와 같이 상기 소수성 유전체(212)의 표면과 접촉각(θ2)이 작아지고 넓은 면적으로 퍼지게 된다.
도 7a와 도 7b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 구조를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경은 전기 습윤을 이용한 광 단속의 원리를 적용함으로써 높은 광투과율을 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 동일한 형상을 가진 단위 픽셀의 배열로 미세 광학 셔터들을 구성하지 않고, 미세 광학 셔터들(280)의 형상 또는 크기를 무작위(random)로 하여 배치하거나, 또는 배치되는 미세 광학 셔터들(280)의 위치를 무작위 또는 의사 무작위 방식으로 배치함으로써, 주기적인 슬릿을 형성하지 않도록 하여 영상의 왜곡을 방지한다.
이때, 각 단위 미세 광학 셔터 구조의 평면 형상은 불규칙적이지만, 각 단위 미세 광학 셔터의 면적은 되도록 동일하도록 설계하는 것이 바람직하며, 각 단위 미세 광학 셔터간의 동작 반응 시간 차이를 줄일 수 있다.
또, 도 7a는 유색 액체(270)가 응집된 상태로, 미세 광학 셔터들(280) 각각이 개방되어 있고, 도 7b는 상기 유색 액체(270)가 각각의 격벽 테두리(220) 내부를 채우게 되어 상기 미세 광학 셔터들(280)이 폐쇄되어 있다.
한편, 미세 광학 셔터들을 규칙적인 배열로 구현하는 경우에는 픽셀(pixel) 배열의 주기성에 의해, 미세한 슬릿(slit)이 주기성을 가지고 형성된 효과를 갖게 되어, 셔터 글래스를 통과해서 보이는 상이 빛의 회절 및 간섭에 의해 여러 개로 보이는 등의 영상 왜곡이 발생할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 구성을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 우안 렌즈(310)가 폐쇄되어 광이 차단되었을 때, 좌안 렌즈(320)는 개방되어 광이 투과된다.
그리고, 영상 표시 장치에서 표시되는 좌우 영상에 맞게 능동형 셔터 안경은 상기 우안 렌즈(310) 및 상기 좌안 렌즈(320)의 상태를 투과 또는 차단 상태로 동기화(synchronize) 할 수 있도록, 상기 영상 표시 장치와 동기화 신호를 주고받는 통신부(340)을 더 포함할 수 있다.
또, 능동형 셔터 안경은 상기 동기화 신호에 맞게 연산하여 상기 우안 렌즈(310) 및 상기 좌안 렌즈(320)에 전기 신호를 공급할 수 있는 신호 처리부(350) 및 능동형 셔터 안경에 독립적으로 전력을 공급하는 전원부(330)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 구조의 일례를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 구조의 일례를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 11a와 도 11b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 광 차단 동작을 설명하기 위한 개략적인 평면도이며, 도 12a와 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터의 광 통과 동작을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 능동형 셔터 안경의 미세 광학 셔터는 미세 전자 기계 시스템(MEMS: Micro-electro-mechanical systems) 기술을 이용하여 구현된 셔터 구조를 활용하여 셔터 안경의 렌즈를 구현하는 것도 가능하다.
즉, 미세 전자 기계 장치 기반으로 구현된 미세 광학 셔터의 일례는 도 9와 같이, 제 1 투명 기판(510)과; 상기 제 1 투명 기판(510)에 형성되고, 적어도 하나의 개구(521)를 구비하고 있고, 광이 차폐되는 광 차단막(520)과; 상기 개구(521)를 차단 또는 개방시키는 셔터날(blade) 구조물을 포함하여 구성된다.
상기 셔터날 구조물은 도 9와 같이, 상기 제 1 투명 기판(510)에 고정된 고정부(530)와; 상기 고정부(530)에 연결되고, 상기 광 차단막(520)으로부터 부양(浮揚; release)되어 있고, 상기 광 차단막(520)의 개구(521)를 개방 또는 밀폐시키는 구동부를 포함하여 구성된다.
예컨대, 상기 구동부는 도 9 및 도 10과 같이, 상기 고정부(530)에 연결된 스프링 구조(531)와; 상기 스프링 구조(531)에 의해 연결되고, 상기 광 차단막(520)으로부터 부양되어 있고, 상기 광 차단막(520)의 개구(521)와 대응되는 개구(533)를 갖는 부양부(532)와; 상기 부양부(532)의 개구(533)를 상기 광 차단막(520)의 개구(521)와 연통시켜 상기 제 1 투명 기판(510)에서 전달된 광을 통과시키거나, 또는 상기 부양부(532)의 개구(533)를 상기 광 차단막(520)에 대응시켜 상기 제 1 투명 기판(510)에서 전달된 광을 차단시키는 액츄에이터(미도시)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 액츄에이터가 구동되지 않은 경우, 상기 부양부(532)는 이동되지 않아 도 11a 및 도 11b와 같이, 상기 부양부(532)의 개구(533)가 상기 광 차단막(520)에 대응됨으로써, 미세 광학 셔터는 상기 제 1 투명 기판(510)에서 전달된 광을 차단시킨다.
이때, 상기 액츄에이터로 인가되는 전원이 오프(Off)된 경우이다.
그리고, 상기 액츄에이터로 인가되는 전원이 온(On)되어, 상기 액츄에이터가 구동되는 경우, 도 12a 및 도 12b와 같이, 상기 부양부(532)가 이동되어 상기 부양부(532)의 개구(533)가 상기 광 차단막(520)의 개구(521)와 연통됨으로써, 미세 광학 셔터는 상기 제 1 투명 기판(510)에서 전달된 광을 통과시키는 것이다.
한편, 상기 액츄에이터를 구동시키는 방식은 정전(靜電: electrostatic) 방식, 전열(電熱: electrothermal) 방식, 전왜 또는 압전(電歪 또는 壓電: piezoelectric) 방식, 전자기(electromagnetic) 방식과 전기 활성 다중체(electro-active polymer) 중 하나를 적용할 수 있다.
그리고, 상기 부양부(532)는 상기 제 1 투명 기판(510)과 평행하게(in-plane) 수평 구동 방식으로 이동되거나, 상기 개구부 평면과 수직인 방향으로 (out-of-plane) 구동되는 방식으로 이동될 수 있다.
또, 상기 부양부(532) 상부에는 제 2 투명 기판(550)을 위치시키고, 상기 제 1 투명 기판(510)과 상기 제 2 투명 기판(550) 사이의 공극(gap)에는, 상기 제 1과 제 2 투명 기판(510,550)과 굴절률이 유사한 투명 유체를 주입하여 구성함으로써, 대향하는 두 기판 표면과 공극에서 발생할 수 있는 반사를 최소화할 수 있도록 렌즈 소자를 구성할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 능동형 셔터 안경은 미세 광학 셔터들을 미세 전자 기계 장치(MEMS; micro-electro-mechanical systems) 기반의 미세 구조물 구동 셔터(micro-shutter)로 구현함으로써, 절환 속도(switching speed)를 높여 광 투과율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 13은 본 발명에 따른 스마트 윈도우를 설명하기 위한 개념적인 도면이다.
본 발명에 따른 스마트 윈도우(600)는 전술된 바와 같은 전기 습윤(Electrowetting) 원리로 구현된다.
즉, 스마트 윈도우(600)는 복수개의 미세 광학 셔터들(280)로 구성되어 있고, 전압이 인가되지 않은 경우에 상기 미세 광학 셔터들(280) 각각을 폐색(閉塞)시키고, 인가된 전압에 의해 응집되어 상기 미세 광학 셔터들(280) 각각을 개방(開放)시키는 유색 액체(270)가 상기 미세 광학 셔터들(280) 각각에 포함되어 구성된다.
그러므로, 상기 복수개의 미세 광학 셔터들(280) 각각은 인가된 전압에 의해 상기 유색 액체(270)가 응집되어 개방되어서 광이 통과되고, 전압이 인가되지 않으면 상기 유색 액체(270)의 표면 장력에 의해 상기 미세 광학 셔터들(280) 각각이 폐색되어 광이 통과되지 못한다.
이때, 상기 미세 광학 셔터들(280) 각각이 폐색되더라도 상기 유색 액체(270)의 투과도에 따라 일부의 광은 투과될 수 있다.
그리고, 상기 유색 액체(270)는 사용자의 기호에 맞는 다양한 색상을 적용할 수 있다.
또, 도 13에 도시된 바와 같이, 복수개의 미세 광학 셔터들(280) 각각은 격벽 테두리(220)로 구획되며, 복수개의 미세 광학 셔터들(280) 각각에는 유색 액체(270)가 존재한다.
따라서, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 전기 습윤(Electrowetting) 구동 원리에 의하여 광을 투과 또는 차단할 수 있는 구조를 구비하여, 태양광의 상태에 따라 광을 선택적으로 투과시켜 주거 공간의 실내 온도 및 조도를 효율적으로 조절할 수 있고, 내부의 상태를 보이거나 가리는 등의 사생활 보호의 목적으로 활용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 고가의 재료를 사용하지 않고 제작할 수 있어 빌딩의 유리창과 같은 대면적에 적용할 경우에도 제조 경비를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
더불어, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 전기 습윤의 원리를 이용하여 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 빠른 구동 시간을 가지며, 비 구동시 소모전력이 없어 저 전력 특성을 갖는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 스마트 윈도우의 미세 광학 셔터들 각각은 형상, 크기 및 위치 중 하나는 무작위(ramdom) 또는 의사 무작위(pseudorandom)로 배열될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 윈도우의 미세 광학 셔터들 각각은 도 3a와 도 4a와 같이, 제 1 투명 전극이 형성된 제 1 투명 기판과; 상기 제 1 투명 전극에 형성된 유전체층과; 상기 유전체층에 형성된 격벽 테두리와; 제 2 투명 전극이 형성된 제 2 투명 기판과; 상기 격벽 테두리 내부에 위치된 유색 액체와; 상기 제 1과 제 2 투명 기판 사이에 충진된 물 또는 수용액을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (10)

  1. 좌안 렌즈와 우안 렌즈를 포함하는 렌즈부; 및
    상기 렌즈부에 배열된 복수개의 광학 셔터를 포함하고,
    상기 광학 셔터는,
    유전체; 및
    제 1 투명 전극과 제 2 투명 전극을 포함하고,
    상기 제 1 투명 전극에는 상기 유전체가 위치하고,
    상기 제 2 투명 전극과 상기 유전체 사이에는 액체가 충진되고,
    상기 제 1 투명 전극과 상기 제 2 투명 전극에 전압이 인가되면, 상기 유전체에 정전에너지가 발생하여 상기 액체가 상기 유전체의 표면과 접촉되도록 이동하여 광을 차단하고,
    상기 좌안 렌즈와 상기 우안 렌즈는, 복수개의 상기 광학 셔터에 의해 교대로 차단되는 능동형 셔터 안경.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 셔터들의 형상, 크기 및 위치 중 하나는 무작위(ramdom) 또는 의사 무작위(pseudorandom)로 배열되어 있는 능동형 셔터 안경.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체에는, 격벽 테두리가 형성되어 상기 격벽 테두리의 내부에 상기 액체가 위치하는 능동형 셔터 안경.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극은,
    상기 격벽 테두리 내부의 일부 영역을 제외한 상기 격벽 테두리 내부 영역에 형성되어 있는 능동형 셔터 안경.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체는, 소수성인 능동형 셔터 안경.
  6. 청구항 1에 있어서,
    복수개의 상기 광학 셔터들 각각의 면적은 서로 동일한 능동형 셔터 안경.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 복수개의 광학 셔터를 포함하고,
    상기 광학 셔터는,
    유전체; 및
    제 1 투명 전극과 제 2 투명 전극을 포함하고,
    상기 제 1 투명 전극에는 상기 유전체가 위치하고,
    상기 제 2 투명 전극과 상기 유전체 사이에는 액체가 충진되고,
    상기 제 1 투명 전극과 상기 제 2 투명 전극에 전압이 인가되면, 상기 유전체에 정전에너지가 발생하여 상기 액체가 상기 유전체의 표면과 접촉되도록 이동하여 광을 차단하고,
    상기 광학 셔터에 의해 광학적으로 개방 또는 차단되는 스마트 윈도우.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 유전체에는, 격벽 테두리가 형성되어 상기 격벽 테두리의 내부에 상기 액체가 위치하는 스마트 윈도우.
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