KR101866874B1 - 전기습윤 프리즘 소자 및 이를 이용하는 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

전기습윤 프리즘 소자 및 이를 이용하는 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

전극 및 배선 구조를 단순화하여 개구율을 증가시킨 전기습윤 프리즘 소자 및 상기 전기습윤 프리즘 소자를 이용하여 초다시점의 3차원 영상을 제공할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 장치를 개시한다. 개시된 전기습윤 프리즘 소자는, 서로 대향하여 배치된 하부 및 상부 투명 기판, 마름모 형태의 공간을 형성하도록 상기 하부 투명 기판 위에 세워진 수직 격벽, 상기 수직 격벽의 인접한 두 측벽에 걸쳐 배치된 제 1 전극, 상기 제 1 전극과 대향하도록 상기 수직 격벽의 나머지 두 측벽에 걸쳐 배치된 제 2 전극, 및 상기 수직 격벽에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치된 무극성 액체와 분극성 액체를 포함할 수 있다.

Description

전기습윤 프리즘 소자 및 이를 이용하는 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치 {Electrowetting prism device and multi-view 3D imgae display apparatus including the same}
개시된 실시예들은 전기습윤 프리즘 소자 및 이를 이용하는 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 전극 및 배선 구조를 단순화하여 개구율을 증가시킨 전기습윤 프리즘 소자 및 상기 전기습윤 프리즘 소자를 이용하여 초다시점의 3차원 영상을 제공할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근, 게임, 광고, 의료영상, 교육, 군사 등 여러 분야에서 입체 영상을 제공하는 3차원 영상 디스플레이 장치의 필요성이 크게 요구되고 있다. 또한, 고해상도 TV가 대중화됨에 따라, 입체로 TV를 시청할 수 있는 3차원 TV가 점차 상용화되고 있다. 이에 따라, 다양한 3차원 영상 디스플레이 기술이 제안되고 있다. 현재 상용화되고 있는 3차원 영상 디스플레이 장치는 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점이 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 시청자의 좌안과 우안에 각각 제공함으로써 시청자가 입체감을 느낄 수 있도록 한다. 이러한 3차원 영상 디스플레이 장치에는 특수 안경을 필요로 하는 안경식 3차원 영상 디스플레이 장치와 안경을 필요로 하지 않는 무안경식 3차원 영상 디스플레이 장치가 있다.
그러나, 단지 좌안용 영상과 우안용 영상의 2시점만을 제공하는 기존의 3차원 영상 디스플레이 장치는 시청자의 이동에 따른 시점의 변화를 반영하지 못하기 때문에, 자연스러운 입체감을 제공하는데는 한계가 있다. 따라서, 자연스러운 운동시차(motion parallax)를 제공하기 위하여 다수의 시점을 제공할 수 있는 다시점식 3차원 영상 디스플레이 장치가 제안되고 있다. 다시점식 3차원 영상 디스플레이 장치는 다수의 시역(viewing zone)에 서로 다른 시점의 3차원 영상을 각각 제공하는 장치이다. 그러나, 다시점식 3차원 영상 디스플레이 장치는 서로 다른 시역들 사이에서 크로스토크(crosstalk)가 발생하여 시역들 사이에 비입체 영역 또는 역입체 영역이 생길 수 있다. 또한, 자연스러운 운동시차를 제공하기 위해서는 시점의 수가 많아져야 하는데, 이 경우 단위 시점의 해상도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 투사광학계를 사용하는 3차원 영상 디스플레이 장치의 경우, 시점의 수를 증가시키기 위해서는 투사광학계의 수를 증가시켜야 하는데, 이는 전체 시스템의 부피가 커지게 되는 결과를 가져온다. 더욱이, 기존의 다시점식 3차원 영상 디스플레이 장치도 역시 기본적으로는 양안시차만을 제공하기 때문에, 단안으로는 3차원 영상을 감상할 수 없다.
최근에는 더욱 자연스러운 운동시차를 제공하고, 단안으로도 입체 영상을 감상할 수 있도록 하는 초다시점(super multi-view) 3차원 영상 디스플레이 장치가 제안되고 있다. 초다시점 3차원 영상 디스플레이 장치는 시청자의 단안에 복수 시점의 영상을 제공한다. 이를 위해 초다시점 3차원 영상 디스플레이 장치는 시청자의 단안의 동공 크기보다 작은 영역 내에 복수 시점의 영상을 형성한다. 따라서, 시청자의 망막에는 항상 복수의 시차의 영상이 투영되므로 단안으로도 입체감을 느낄 수 있어서, 더욱 자연스러운 입체감의 형성이 가능하다.
이러한 초다시점 3차원 영상 디스플레이 장치는, 디스플레이 되는 영상들을 그의 시점에 따라 서로 다른 시역들로 각각 투사시킬 수 있는 능동 광학 소자를 포함할 수 있다. 그러한 능동 광학 소자로서, 예를 들어, 전기습윤 프리즘 소자를 사용할 수 있다. 전기습윤 프리즘 소자는 오일과 같은 무극성 액체와 물과 같은 분극성 액체 사이의 계면의 경사 방향을 전기적으로 제어함으로써 빛이 특정 방향으로 굴절되도록 하는 장치이다. 전기습윤 프리즘 소자는 다수의 프리즘셀들을 포함하는데, 각각의 프리즘셀마다 적어도 4개의 전극과 상기 4개의 전극에 각각 연결되는 다수의 배선 및 스위칭 소자들이 필요하기 때문에, 전체 프리즘셀의 면적 중에서 빛이 투과하는 면적(즉, 개구율)을 증가시키는데 한계가 있다.
전극 및 배선 구조를 단순화하여 개구율을 증가시킨 전기습윤 프리즘 소자를 제공한다.
또한, 상기 전기습윤 프리즘 소자를 이용하여 다시점의 3차원 영상을 제공할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따른 전기습윤 프리즘 소자는 2차원 배열된 다수의 전기습윤 프리즘셀들을 포함하며, 여기서 상기 각각의 전기습윤 프리즘셀은, 서로 대향하여 배치된 하부 및 상부 투명 기판; 마름모 형태의 공간을 형성하도록 상기 하부 투명 기판 위에 세워진 수직 격벽; 상기 수직 격벽의 인접한 두 측벽에 걸쳐 배치된 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 대향하도록 상기 수직 격벽의 나머지 두 인접한 측벽에 걸쳐 배치된 제 2 전극; 상기 다수의 제 1 및 제 2 전극에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 하부 투명 기판의 상부 표면에 배열된 제 1 및 제 2 배선; 및 상기 수직 격벽에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치된 무극성 액체와 분극성 액체;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수직 격벽은 내부에 다수의 마름모꼴 공간들이 형성되도록 메시 형태로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 전극은 상기 수직 격벽의 제 1 측면에 있는 두 측벽을 따라 배치될 수 있고, 상기 제 2 전극은 상기 수직 격벽의 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에 있는 두 측벽을 따라 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극과 제 2 전극은 중심부가 서로 반전된 형태로 절곡될 수 있다.
예를 들어, 상기 다수의 전기습윤 프리즘셀들은 마름모꼴 격자 형태로 2차원 배열될 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 배선은 상기 제 1 및 제 2 전극의 절곡된 형태와 일치하도록 지그재그의 형태로 형성될 수 있으며, 상기 제 1 배선과 제 2 배선은 서로 반전된 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 각각의 전기습윤 프리즘셀은, 상기 제 1 전극에 대해 배치된 제 1 게이트 라인, 제 1 트랜지스터, 및 제 1 캐패시터; 및 상기 제 2 전극에 대해 배치된 제 2 게이트 라인, 제 2 트랜지스터, 및 제 2 캐패시터;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 게이트 라인은 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 연결될 수 있고, 상기 제 1 배선과 제 1 전극은 상기 제 1 트랜지스터의 드레인과 소스에 각각 연결될 수 있으며, 상기 제 2 게이트 라인은 상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 연결될 수 있고, 상기 제 2 배선과 제 2 전극은 상기 제 2 트랜지스터의 드레인과 소스에 각각 연결될 수 있다.
또한, 상기 각각의 전기습윤 프리즘셀은, 상기 제 1 및 제 2 전극들을 덮도록 형성된 유전체막; 상기 유전체막의 표면을 따라 형성된 소수성 코팅; 및 상기 상부 투명 기판의 하부 표면에 배치된 공통 전극;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유전체막은 다수의 서로 다른 재료들로 각각 형성된 다중층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 유전체막은, 상기 전극과 가까운 순서를 따라, CYTOP으로 이루어진 제 1 층, HfO2으로 이루어진 제 2 층, 및 Mo으로 이루어진 제 3 층을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 층의 두께는 예를 들어 약 300Å, 제 2 층의 두께는 예를 들어 약 2000Å, 제 3 층의 두께는 예를 들어 약 2000Å일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 영상을 생성하는 영상 생성부; 및 상기 영상 생성부에서 나온 영상을 포함하는 광의 진행 경로를 변환시켜 상기 영상을 복수 시점에 제공하는 상술한 구조에 따른 전기습윤 프리즘 소자;를 포함하는 3차원 영상 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
상기 3차원 영상 디스플레이 장치는 상기 영상 생성부와 전기습윤 프리즘 소자 사이에 상기 영상 생성부로부터의 영상의 시점을 복수 개로 분리하는 3D 광학부를 더 포함할 수 있다.
상기 3D 광학부는 예를 들어, 렌티큘러 렌즈 어레이, 마이크로 렌즈 어레이 또는 패럴랙스 배리어 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 영상 생성부는 영상을 표시하기 위한 다수의 컬러 서브 화소들을 갖는 디스플레이 패널을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전기습윤 프리즘 소자 내의 다수의 전기습윤 프리즘셀들은 상기 디스플레이 패널 내의 다수의 컬러 서브 화소들과 일대일로 대응할 수 있다.
이 경우, 상기 디스플레이 패널의 컬러 서브 화소들은 마름모꼴 격자 형태로 배열될 수 있으며, 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소는 가로 방향으로 번갈아 배치되어 있고, 세로 방향으로 각 색의 컬러 서브 화소들이 지그재그의 형태로 배열될 수 있다.
또한, 상기 영상 생성부는 시간 순차적으로 각각 상이한 시점의 영상을 생성할 수 있다.
이 경우, 상기 전기습윤 프리즘 소자 내의 다수의 전기습윤 프리즘셀들은 상기 영상 생성부에 동기되어 상이한 시점의 영상을 포함하는 광을 상이한 각도로 굴절시키도록 구동될 수 있다.
개시된 전기습윤 프리즘 소자는 각각의 프리즘셀마다 단지 2개의 전극만이 배치되어 있다. 따라서, 종래에 비해 전극의 전체 개수가 절반으로 줄어들며, 각각의 전극에 연결되는 배선 및 스위칭 소자들의 개수도 절반으로 줄어든다. 그 결과, 개시된 전기습윤 프리즘 소자는 개구율이 크게 향상될 수 있어서, 전기습윤 프리즘 소자를 통과하는 광량의 손실을 줄일 수 있다. 또한, 전기습윤 프리즘 소자의 동작도 단순화될 수 있다. 이러한 전기습윤 프리즘 소자를 3차원 영상 디스플레이 장치에 채용하면, 3차원 영상 디스플레이 장치의 휘도가 향상되고 전력소비를 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기습윤 프리즘 소자의 하나의 프리즘셀의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기습윤 프리즘 소자의 하나의 프리즘셀의 격벽과 전극의 배치 관계를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유전체막의 다중층 구조를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 전기습윤 프리즘 소자의 하나의 프리즘셀의 동작을 개략적으로 설명하는 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 전기습윤 프리즘 소자의 하나의 프리즘셀의 전극과 배선의 배치 관계를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 5에 도시된 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치의 전기습윤 프리즘 소자의 하나의 프리즘셀의 동작을 예시적으로 보이는 개념도이다.
도 8은 도 6에 도시된 3차원 영상 디스플레이 장치의 디스플레이 패널의 화소 배열 구조를 예시적으로 보이는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 전기습윤 프리즘 소자 및 이를 이용하는 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전기습윤 프리즘 소자의 하나의 프리즘셀의 구조를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전기습윤 프리즘셀(100)은 서로 대향하여 배치된 하부 및 상부 투명 기판(101, 111), 마름모 형태의 공간을 형성하도록 하부 투명 기판(101) 위에 세워진 수직 격벽(102), 상기 수직 격벽(102)의 양쪽 측벽에 각각 대향하여 배치된 제 1 및 제 2 전극(103a, 103b), 상기 제 1 및 제 2 전극(103a, 103b)들을 완전히 덮도록 형성된 유전체막(104), 상기 유전체막(104)을 완전히 덮도록 형성된 소수성 코팅(105), 제 1 및 제 2 전극(103a, 103b)들에 각각 전기적으로 연결되도록 하부 투명 기판(101)의 상부 표면에 배열된 제 1 및 제 2 배선(106a, 106b), 상부 투명 기판(111)의 하부 표면에 배치된 공통 전극(110), 및 상기 수직 격벽(102)에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치된 무극성 액체(108)와 분극성 액체(109)를 포함할 수 있다.
도 1의 단면도에는 2개의 수직 격벽(102)이 배치된 것으로 도시되어 있으나, 실제로 수직 격벽(102)은 내부에 다수의 작은 공간들이 형성되도록 메시(mesh) 형태로 구성된 하나의 구조물일 수 있다. 하나의 수직 격벽(102)의 양쪽 측벽에는 제 1 및 제 2 전극(103a, 103b)이 각각 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(103a)과 제 2 전극(103b)은 수직 격벽(102)에 의해 형성되는 공간을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 도 1에서, 좌측에 있는 수직 격벽(102)의 좌측벽에 배치된 제 2 전극(103b)과 우측에 있는 수직 격벽(102)의 우측벽에 배치된 제 1 전극(103a)은 인접하는 다른 전기습윤 프리즘셀(100)들에 속하는 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 프리즘셀(100)의 수직 격벽(102)과 전극(103a, 103b)들의 배치 관계를 개략적으로 나타내는 개념도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 격벽(102)은 마름모 형태를 갖는 다수의 공간을 형성하도록 메시 형태를 가질 수 있으며, 각각의 공간마다 2개의 전극(103a, 103b)들이 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(103a)은 수직 격벽(102)의 좌측에 있는 인접한 두 측벽에 걸쳐 배치되며, 제 2 전극(103b)은 제 1 전극(103a)과 대향하도록 수직 격벽(102)의 우측에 있는 나머지 두 인접한 측벽에 걸쳐 배치될 수 있다. 이에 따라, 제 1 전극(103a)의 중심부는 예를 들어 "<" 모양으로 절곡될 수 있으며, 제 2 전극(103b)의 중심부는 그와 반전된 형태인 ">" 모양으로 절곡될 수 있다.
제 1 및 제 2 전극(103a, 103b)들을 덮도록 형성된 유전체막(104)은 제 1 및 제 2 전극(103a, 103b)과 공간 내의 액체(108, 109)들을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 상기 유전체막(104)은 제 1 및 제 2 전극(103a, 103b)들을 완전히 덮으면서 공간 내의 바닥까지 연장되도록 형성될 수 있다. 또한, 유전체막(104)의 표면을 따라 형성된 소수성 코팅(105)은 물과 같은 분극성 액체(109)가 오일과 같은 무극성 액체(108)와의 계면에서 소정의 접촉각을 용이하게 형성하도록 할 수 있다. 소수성 코팅(105)도 역시 유전체막(104)을 완전히 덮으면서 공간 내의 바닥까지 연장되도록 형성될 수 있다.
액체(108, 109)들의 요동에 의한 압력에 견딜 수 있고 액체(108, 109)들과의 화학적 작용을 방지하기 위하여, 유전체막(104)은 다수의 서로 다른 재료들로 각각 형성된 다중층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3의 단면도는 유전체막(104)의 예시적인 다중층 구조를 개략적으로 나타내고 있다. 도 3을 참조하면, 상기 유전체막(104)은, 전극(103a, 103b)과 가까운 순서를 따라, 예컨대 CYTOP로 이루어진 제 1 층(104a), HfO2으로 이루어진 제 2 층(104b), 및 Mo으로 이루어진 제 3 층(104c)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 층(104a)의 두께(d1)은 약 100Å, 제 2 층(104b)의 두께(d2)는 약 2000Å, 제 3 층(104c)의 두께(d3)는 약 2000Å일 수 있다.
수직 격벽(102)에 의해 형성된 공간 내에 배치된 무극성 액체(108)와 분극성 액체(109)는 빛을 거의 손실 없이 통과시킬 수 있도록 높은 투과도를 가지며, 그들의 계면에서 빛이 굴절될 수 있도록 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 무극성 액체(108)가 공간 내에서 아래쪽에 배치되도록, 무극성 액체(108)의 밀도가 분극성 액체(109)의 밀도보다 높을 수 있다. 이러한 조건을 만족시키는 무극성 액체(108)와 분극성 액체(109)의 재료는 매우 다양한데, 예를 들어, 분극성 액체(109)로서 예를 들어 약 0.005M의 NaCl과 약 0.1 중량%의 도데실 황산 나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate; SDS)을 포함하는 초순수(DI water)를 사용할 수 있다. 또한, 무극성 액체(108)로서 예를 들어 브로모나프탈렌(Bromonaphtalene)이나 클로로나프탈렌(chloronaphtalene) 등을 사용할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 수직 격벽(102)에 의해 형성된 공간 내에서 아래쪽에 있는 무극성 액체(108)는 각각의 전기습윤 프리즘셀(100)마다 각각 별도로 배치될 수 있는 반면, 공간의 위쪽에 배치된 분극성 액체(109)는 전기습윤 프리즘 소자 내의 전체 전기습윤 프리즘셀(100)들에 걸쳐 하나로 연장되어 배치될 수 있다. 이를 위해, 상부 투명 기판(111)의 하부 표면과 수직 격벽(102)의 상부 표면 사이에는 소정의 간격이 존재할 수 있다.
한편, 상기 배선(106a, 106b)들이 전극(103a, 103b)들에만 접촉할 수 있도록 배선(106a, 106b) 위에는 패시베이션층(107)이 형성될 수 있다. 패시베이션층(107)은 전극(103a, 103b)과 연결되는 부분을 제외하고는 배선(106a, 106b)을 덮도록 형성될 수 있다. 이 경우, 수직 격벽(102), 전극(103a, 103b) 및 유전체막(104) 등은 상기 패시베이션층(107) 상에 형성될 수 있다.
상술한 구조를 갖는 전기습윤 프리즘셀(100)에서, 분극성 액체(109)와 무극성 액체(108)의 계면과 수직 격벽(102) 사이의 접촉각은 2개의 전극(103a, 103b)들에 각각 인가되는 전압에 의해 조절될 수 있다. 따라서, 전극(103a, 103b)들에 각각 인가되는 전압을 적절히 조절하면, 분극성 액체(109)와 무극성 액체(108)의 계면은 광축에 수직하거나 광축에 대해 기울어질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 수직 격벽(102)의 좌측에서 계면이 120°의 접촉각을 형성하도록 제 1 전극(103a)에 소정의 전압을 인가하고, 수직 격벽(102)의 우측에서 계면이 60°의 접촉각을 형성하도록 제 2 전극(103b)에 소정의 전압을 인가할 수 있다. 그러면, 상기 분극성 액체(109)와 무극성 액체(108)의 계면은, 도 1에 도시된 바와 같이, 광축(OX)에 대해 약 60°의 각도로 기울어질 수 있다. 이러한 원리에 따라 전기습윤 프리즘셀(100)은 입사광을 원하는 각도로 굴절시켜 입사광의 진행 방향을 변경할 수 있다.
본 실시예에 따른 전기습윤 프리즘 소자는, 도 2에 도시된 바와 같이, 마름모꼴의 격자 형태로 2차원 배열된 다수 개의 상술한 전기습윤 프리즘셀(100)들을 포함할 수 있다. 이러한 전기습윤 프리즘 소자에서, 전기습윤 프리즘셀(100)들은 모두 일치하여 동작할 수도 있으며, 또는 각각 독립적으로 구동될 수도 있다. 즉, 모든 전기습윤 프리즘셀(100)들에서 계면의 경사각이 동일하게 동작할 수도 있으며, 개별 전기습윤 프리즘셀(100)마다 계면의 경사각이 각각 다르게 동작할 수도 있다. 전기습윤 프리즘 소자 내의 모든 전기습윤 프리즘셀(100)들을 일치하여 동작시키고자 하는 경우에는 배선(106a, 106b)들이 전극(103a, 103b)들과 직접적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 1 배선(106a)은 제 1 전극(103a)에 직접 연결될 수 있고, 제 2 배선(106b)은 제 2 전극(103b)에 직접 연결될 수 있다.
그러나, 전기습윤 프리즘 소자 내의 전기습윤 프리즘셀(100)들을 각각 독립적으로 구동시키고자 하는 경우, 전기습윤 프리즘셀(100)마다 스위칭 소자가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 하나의 전기습윤 프리즘셀(100)의 각각의 전극(103a, 103b)마다 게이트 라인(G1, G2) 및 트랜지스터(TR1, TR2)와 캐패시터(C1, C2)가 각각 하나씩 배치될 수 있다. 구체적으로 제 1 게이트 라인(G1)은 제 1 트랜지스터(TR1)의 게이트에 연결될 수 있으며, 제 1 배선(106a)과 제 1 전극(103a)은 제 1 트랜지스터(TR1)의 드레인과 소스에 각각 연결될 수 있고, 제 1 캐패시터(C1)는 제 1 트랜지스터(TR1)의 소스와 접지 사이에 연결될 수 있다. 그리고, 제 2 게이트 라인(G2)은 제 2 트래지스터(TR2)의 게이트에 연결될 수 있으며, 제 2 배선(106b)과 제 2 전극(103b)은 제 2 트랜지스터(TR2)의 드레인과 소스에 각각 연결될 수 있고, 제 2 캐패시터(C2)는 제 2 트랜지스터(TR2)의 소스와 접지 사이에 연결될 수 있다. 그러면 트랜지스터(TR1, TR2)가 턴온된 전기습윤 프리즘셀(100)에 대해 선택적으로 계면의 경사각을 조절하는 것이 가능하다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 배선(106a, 106b)들은 상기 제 1 및 제 2 전극(103a, 103b)의 절곡된 형태와 일치하도록 지그재그의 형태로 형성될 수 있으며, 제 1 배선(106a)과 제 2 배선(106b)은 서로 좌우 반전된 형태를 가질 수도 있다.
상술한 본 실시예에 따르면, 각각의 전기습윤 프리즘셀(100)은 단지 2개의 전극(103a, 103b)과 2개의 배선(106a, 106b)만을 포함할 수 있다. 또한, 전기습윤 프리즘셀(100)들을 각각 독립적으로 구동시키고자 하는 경우, 각각의 전기습윤 프리즘셀(100)은 2개의 게이트 라인(G1, G2), 2개의 트랜지스터(TR1, TR2), 및 2개의 캐패시터(C1, C2)만을 더 포함할 수 있다. 직사각형의 체크 무늬 형태로 배열된 다수의 프리즘셀들을 포함하는 종래의 전기습윤 프리즘 소자의 경우, 각각의 프리즘셀은 4개의 전극을 포함한다. 또한, 각각의 전극마다 배선, 게이트 라인, 트랜지스터 및 캐패시터가 하나씩 연결되므로, 각각의 프리즘셀은 4개의 배선, 4개의 게이트 라인, 4개의 트랜지스터 및 4개의 캐패시터를 더 포함한다. 이로 인해, 종래의 전기습윤 프리즘 소자는 개구율을 증가시키는데 한계가 있어서, 빛의 손실이 클 수 있다. 반면, 본 실시예에 따른 전기습윤 프리즘셀(100)은 전극, 배선 및 스위칭 소자들의 개수가 종래에 비해 절반으로 줄어서 구조가 간단해질 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 개구의 면적(A)을 증가시킬 수 있어서 개구율이 향상될 수 있으며 빛의 손실도 줄일 수 있다.
이러한 전기습윤 프리즘 소자를 3차원 영상 디스플레이 장치에 채용하면, 3차원 영상 디스플레이 장치의 휘도가 향상되고 전력소비를 줄일 수 있다. 도 6은 상술한 전기습윤 프리즘 소자를 포함하는 일 실시예에 따른 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 3차원 디스플레이 장치(10)는 영상을 생성하는 영상 생성부(20), 및 상기 영상 생성부(20)로부터의 광의 진행 경로를 변환하는 전기습윤 프리즘 소자(40)를 포함할 수 있다. 3차원 디스플레이 장치(10)는 또한, 영상 생성부(20)와 전기습윤 프리즘 소자(40) 사이에서 시점을 분리하는 3D 광학부(30)를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
영상 생성부(20)는 광원(21), 및 상기 광원(21)으로부터의 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널(22)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 디스플레이 패널(22)은 LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Digital Micromirror Device), LCOS(Liquid Crystal On Silicon), 또는 SLM(Spatial Light Modulator)을 포함할 수 있다. 도 6에는 영상 생성부(20)가 별도의 광원(21)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 단지 하나의 예일 뿐이며, 본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 영상 생성부(20)는 별도의 광원이 필요 없는 유기 발광 소자(OLED)나 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등과 같은 자체 발광형 디스플레이 패널을 포함할 수도 있다.
전기습윤 프리즘 소자(40)는 광의 진행 경로를 변경하여 영상의 시점(view point)을 다시점(multi-view point)(V1~V6)으로 만드는 역할을 한다. 예를 들어, 전기습윤 프리즘 소자(40)는 상술한 전기습윤 프리즘셀(100)들의 어레이로 구성될 수 있으며, 광이 굴절되는 각도를 전기적으로 조절하여 시분할 방식으로 복수 시점의 영상을 제공할 수 있다.
예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같이, 전기습윤 프리즘셀(100)에서 분극성 액체(109)와 무극성 액체(108)의 계면(120)이 기울어지지 않은 경우, 광(L)은 진행 경로의 변화 없이 그대로 전기습윤 프리즘셀(100)을 통과한다. 그리고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 전기습윤 프리즘셀(100)을 전기적으로 제어하여 계면(120)을 제 1 각도로 기울이면, 광은 계면(120)에 의해 광축(OX)에 대해 (+θ1)의 각도만큼 굴절되어 전기습윤 프리즘셀(100)을 통과한다. 그와 반대로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 전기습윤 프리즘셀(100)을 전기적으로 제어하여 계면(120)을 제 2 각도로 기울이면, 광은 계면(120)에 의해 광축(OX)에 대해 (-θ2)의 각도만큼 굴절되어 전기습윤 프리즘셀(100)을 통과하게 된다.
영상 생성부(20)는 시간 순차적으로 각각 상이한 시점의 영상을 생성할 수 있으며, 전기습윤 프리즘 소자(40) 내의 다수의 전기습윤 프리즘셀(100)들은 상기 영상 생성부(20)에 동기되어 상이한 시점의 영상을 포함하는 광을 상이한 각도로 굴절시키도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 영상 생성부(20)에서 제 1 시점의 영상이 출력될 때, 전기습윤 프리즘셀(100)은 도 7a에 도시된 바와 같이 기울어지지 않은 상태가 되도록 구동될 수 있다. 또한, 영상 생성부(20)에서 제 2 시점 영상이 출력될 때, 전기습윤 프리즘셀(100)은 도 7b에 도시된 바와 같이 제 1 각도로 기울어질 수 있다. 그리고, 영상 생성부(20)에서 제 3 시점 영상이 출력될 때, 전기습윤 프리즘셀(100)은 도 7c에 도시된 바와 같이 제 2 각도로 기울어질 수 있다. 전기습윤 프리즘셀(100)의 구동 속도, 굴절면의 기울기에 따라 더 많은 시점의 영상을 표시할 수 있다.
3D 광학부(30)는 예를 들어, 렌티큘러 렌즈 어레이, 마이크로렌즈 어 어레이, 또는 패럴랙스 배리어와 같이 시역을 분리할 수 있는 광학소자일 수 있다. 이러한 3D 광학부(30)는 영상 생성부(20)에서 출력된 영상들이 복수 개의 시역에 분리되어 포커싱되도록 할 수 있다. 3D 광학부(30)에 의해 시역을 분리하는 기술은 이미 널리 공지되어 있으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 본 실시예에 따르면, 3D 광학부(30)와 전기습윤 프리즘 소자(40)에 의해 시점 수를 배가할 수 있다. 예를 들어, 3D 광학부(30)가 영상을 2시점으로 분리하고, 전기습윤 프리즘 소자(40)가 영상을 3시점으로 분리할 때, 총 6시점의 영상을 표시할 수 있다. 특히, 전기습윤 프리즘 소자(40)는 전기적 제어에 따라 계면의 각도를 다양하게 제어할 수 있기 때문에, 전기습윤 프리즘 소자(40)를 이용하여 시점 수를 크게 늘릴 수 있다. 더욱이, 전기습윤 프리즘 소자(40)는 영상 생성부(20)에서 생성된 영상의 광 경로를 변환시켜 시점을 변경하는 것이므로 해상도의 저하 없이 시점 수를 늘릴 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 3차원 디스플레이 장치(10)는 해상도 저하 없이 초다시점 3차원 영상을 구현할 수 있다.
한편, 상기 영상 생성부(20)의 디스플레이 패널(22)은 영상을 표시하기 위한 다수의 컬러 서브 화소들을 갖는데, 전기습윤 프리즘 소자(40) 내의 다수의 전기습윤 프리즘셀(100)들이 디스플레이 패널(22) 내의 다수의 컬러 서브 화소들과 일대일로 대응하도록 디스플레이 패널(22)이 구성될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 전기습윤 프리즘셀(100)들은 마름모꼴의 격자 형태로 배열될 수 있다. 따라서, 디스플레이 패널(22)의 컬러 서브 화소들도 도 8에 도시된 바와 같이 마름모꼴의 격자 형태로 배열될 수 있다. 이 경우, 적색 서브 화소(22R), 녹색 서브 화소(22G) 및 청색 서브 화소(22B)가 가로 방향으로 번갈아 배치될 수 있으며, 세로 방향으로는 각 색의 컬러 서브 화소(22R, 22G, 22B)들이 지그재그의 형태로 배열될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 전기습윤 프리즘 소자 및 이를 이용하는 다시점 3차원 영상 디스플레이 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10.....3차원 영상 디스플레이 장치 20.....영상 생성부
21.....광원 22.....디스플레이 패널
30.....3D 광학부 40.....전기습윤 프리즘 소자
100.....전기습윤 프리즘셀 101, 111.....투명 기판
102.....수직 격벽 103.....전극
104.....유전체막 105.....소수성 코팅
106.....배선 107.....패시베이션층
108.....무극성 액체 109.....분극성 액체
110.....공통 전극 120.....계면

Claims (19)

  1. 2차원 배열된 다수의 전기습윤 프리즘셀들을 포함하며,
    상기 각각의 전기습윤 프리즘셀은:
    서로 대향하여 배치된 하부 및 상부 투명 기판;
    마름모 형태의 공간을 형성하도록 상기 하부 투명 기판 위에 세워진 수직 격벽;
    상기 수직 격벽의 인접한 두 측벽에 걸쳐 배치된 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 대향하도록 상기 수직 격벽의 나머지 두 인접한 측벽에 걸쳐 배치된 제 2 전극;
    상기 다수의 제 1 및 제 2 전극에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 하부 투명 기판의 상부 표면에 배열된 제 1 및 제 2 배선;
    상기 수직 격벽에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치된 무극성 액체와 분극성 액체;
    상기 제 1 및 제 2 전극들을 덮도록 형성된 유전체막;
    상기 유전체막의 표면을 따라 형성된 소수성 코팅; 및
    상기 상부 투명 기판의 하부 표면에 배치된 공통 전극;을 포함하며,
    상기 유전체막은, 상기 제 1 또는 제 2 전극과 가까운 순서를 따라, CYTOP으로 이루어진 제 1 층, HfO2으로 이루어진 제 2 층, 및 Mo으로 이루어진 제 3 층을 포함하는 전기습윤 프리즘 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 격벽은 내부에 다수의 마름모꼴 공간들이 형성되도록 메시 형태로 구성되며, 상기 제 1 전극은 상기 수직 격벽의 제 1 측면에 있는 두 측벽을 따라 배치되어 있고, 상기 제 2 전극은 상기 수직 격벽의 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에 있는 두 측벽을 따라 배치되어 있는 전기습윤 프리즘 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극은 중심부가 서로 반전된 형태로 절곡되어 있는 전기습윤 프리즘 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 전기습윤 프리즘셀들은 마름모꼴 격자 형태로 2차원 배열된 전기습윤 프리즘 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 배선은 상기 제 1 및 제 2 전극의 절곡된 형태와 일치하도록 지그재그의 형태로 형성되어 있으며, 상기 제 1 배선과 제 2 배선은 서로 반전된 형태를 갖는 전기습윤 프리즘 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 전기습윤 프리즘셀은:
    상기 제 1 전극에 대해 배치된 제 1 게이트 라인, 제 1 트랜지스터, 및 제 1 캐패시터; 및
    상기 제 2 전극에 대해 배치된 제 2 게이트 라인, 제 2 트랜지스터, 및 제 2 캐패시터;를 더 포함하는 전기습윤 프리즘 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 게이트 라인은 상기 제 1 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있고, 상기 제 1 배선과 제 1 전극은 상기 제 1 트랜지스터의 드레인과 소스에 각각 연결되어 있으며, 상기 제 2 게이트 라인은 상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 연결되어 있고, 상기 제 2 배선과 제 2 전극은 상기 제 2 트랜지스터의 드레인과 소스에 각각 연결되어 있는 전기습윤 프리즘 소자.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층의 두께는 300Å, 제 2 층의 두께는 2000Å, 제 3 층의 두께는 2000Å인 전기습윤 프리즘 소자.
  12. 영상을 생성하는 영상 생성부; 및
    상기 영상 생성부에서 나온 영상을 포함하는 광의 진행 경로를 변환시켜 상기 영상을 복수 시점에 제공하는, 제 1 항 내지 제 7 항, 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 전기습윤 프리즘 소자;를 포함하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 영상 생성부와 전기습윤 프리즘 소자 사이에 상기 영상 생성부로부터의 영상의 시점을 복수 개로 분리하는 3D 광학부를 더 포함하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 3D 광학부는 렌티큘러 렌즈 어레이, 마이크로 렌즈 어레이 또는 패럴랙스 배리어 중 어느 하나를 포함하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는 영상을 표시하기 위한 다수의 컬러 서브 화소들을 갖는 디스플레이 패널을 포함하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전기습윤 프리즘 소자 내의 다수의 전기습윤 프리즘셀들이 상기 디스플레이 패널 내의 다수의 컬러 서브 화소들과 일대일로 대응하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널의 컬러 서브 화소들은 마름모꼴 격자 형태로 배열되어 있으며, 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소는 가로 방향으로 번갈아 배치되어 있고, 세로 방향으로 각 색의 컬러 서브 화소들이 지그재그의 형태로 배열되어 있는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는 시간 순차적으로 각각 상이한 시점의 영상을 생성하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전기습윤 프리즘 소자 내의 다수의 전기습윤 프리즘셀들은 상기 영상 생성부에 동기되어 상이한 시점의 영상을 포함하는 광을 상이한 각도로 굴절시키는 3차원 영상 디스플레이 장치.
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