KR20100016569A - 빔 형상화 디바이스 - Google Patents

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리펫 에이. 엠. 힉메트
티스 반 봄멜
토마스 씨. 크란
레옹 에이치. 씨. 쿠스터스
시에베 티. 드 즈바르트
오스카 에이치. 빌렘센
마르셀리누스 피. 씨. 엠. 크리옌
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

제 1 및 제 2 광학적으로 투명한 기판(3, 33; 4, 37)들, 그 사이에 샌드위치된 액정층(2; 36), 및 제 1 기판(3; 34)을 향하는 액정층(2; 36)의 한쪽 측부에 배열된 제 1 및 제 2 전극(5, 34; 6, 35)을 포함하는 빔 형상화 디바이스(1; 31)에 관한 것이다. 빔 형상화 디바이스(1; 31)는 각각의 광이 빔 형상화 디바이스에 대해 직각인 방향으로 빔 형상화 디바이스를 통과하는 것을 허용하는 빔 형상화 상태 사이에서 제어 가능하다. 빔 형상화 디바이스(1; 31)는, 전극(5, 34; 6, 35)들의 이웃하는 부분들 사이의 세그먼트에서 액정층(2; 36)에 대해 본질적으로 평행한 부분을 포함하고 실질적으로 제 1 기판(3, 34)으로부터 제 2 기판(4, 35)으로 연장하는 전기장을 제 1 및 제 2 전극(5, 34; 6, 35)에 걸린 전압(V)의 인가가 발생시키는 방식으로 구성된다. 이러한 방식으로, 이러한 방식으로, 비교적 높은 굴절률 경도가 짧은 거리에 걸쳐서 얻어질 수 있으며, 이러한 것은 매우 효과적인 형상화를 가능하게 한다. 전기장은 소위 평면내 구성으로 액정층이 한쪽 측부 상에 제공된 전극들을 이용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 디바이스는 2D와 3D 모드 사이에서 스위칭하기 위해 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에서 사용될 수 있다.
빔 형상화, 디스플레이, 디바이스, 오토스테레오스코픽, 렌즈

Description

빔 형상화 디바이스{BEAM-SHAPING DEVICE}
본 발명은, 빔 형상화 디바이스에 대해 직각인 방향으로 빔 형상화 디바이스를 통한 광의 통행을 각각 허용하는 빔 형상화 상태들 사이에서 제어 가능한 빔 형상화 디바이스에 관한 것이다.
능동적 빔 형상화는, 일반적인 조명으로부터, 카메라의 줌 기능이 능동적 광학 소자의 빔 폭 제어 기능에 결합되는 비디오 플래쉬(video flash)와 같은 특별한 조명 적용까지의 범위에 있는 다양한 적용에 유용하다. 액정 광학 기기는 이러한 목적을 위해 적합한 것으로 보여진다. 액정 셀(liquid crystal cell)에서의 액정 분자(liquid crystal molecule)들의 정렬 정위(alignment orientation)는 액정 분자들에 전기장을 인가하는 것에 의해 제어될 수 있다. 이러한 액정 분자들의 재정위(reorientation)는 굴절률 경도(refractive indes gradient)를 가져오며, 이러한 것은 액정 셀을 통과한 광선의 방향을 변경한다(redirected). 이에 의해, 광빔의 방향 및/또는 형상화는 전기적으로 제어될 수 있다.
특별히 관심있는 빔 형상화 디바이스의 하나의 적용은 오토스테레오스코픽(autostereoscopic) 디스플레이 디바이스의 분야이며, 이 디바이스는 디스플레이를 만들기 위한 디스플레이 픽셀들의 어레이를 가지는 디스플레이 패널과, 상이한 공간적 위치들로 상이한 장면(view)들을 보내기 위한 이미지화 장치(imaging arrangement)를 포함한다. 이미지화 장치로서 서로 평행하게 연장하고 디스플레이 픽셀 어레이를 중첩하도록 제공된 세장형 렌티큘러 소자(elongate lenticular element)의 어레이를 사용하는 것이 널리 공지되어 있으며, 디스플레이 픽셀들은 이러한 렌티큘러 소자들을 통해 관측된다.
예를 들어, 각각의 미소 볼록 렌즈(lenticule)가 디스플레이 픽셀의 2개의 행(column)들과 결합되는 장치에서, 각각의 행에 있는 디스플레이 픽셀들은 각각의 2차원적 서브 이미지의 수직 슬라이스(vertical slice)를 제공한다. 렌티큘러 시트는 이러한 2개의 슬라이스들과 다른 미소 볼록렌즈와 관련된 디스플레이 픽셀 행들로부터의 대응하는 슬라이스들을 시트의 정면에 위치된 사용자의 좌우측 눈으로 안내하여서, 사용자는 단일의 입체적 이미지를 본다. 그러므로, 렌티큘러 소자의 시트는 광출력 안내 기능(light output directing function)을 제공한다.
다른 배열에서, 각각의 미소 볼록렌즈는 열 방향(row direction)에 있는 4개 이상의 인접한 디스플레이 픽셀의 그룹과 관련된다. 각각의 그룹에 있는 디스플레이 픽셀의 대응하는 행들은 각각의 2차원적 서브 이미지로부터 수직 슬라이스를 제공하도록 적절하게 배열된다. 사용자의 머리가 좌측으로부터 우측으로 움직임에 따라서, 일련의 연속적이고 상이한 입체적 장면들이 인지되어 예를 들어 시야 주위 장면(look-around impression)을 생성한다.
상기된 디바이스는 효과적인 3차원 디스플레이를 제공한다. 그러나, 입체적인 장면들을 제공하기 위하여, 디바이스의 수평 해상도에서 필요한 자기 희 생(sacrifice)이 있다는 것을 예측하여야 한다. 이러한 해상도에서의 자기 희생은 짧은 거리로부터 보기 위한 작은 문자 캐릭터의 디스플레이와 같은 특정 적용 때문에 받아들이기 어렵다. 이러한 이유 때문에, 2차원 모드와 3차원(입체적) 모드 사이에서 스위칭 가능한 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이 제안되었다.
이러한 것을 실행하는 하나의 방법은 전기적으로 스위칭 가능한 렌티큘러 어레이를 제공하는 것이다. 2차원 모드에서, 스위칭 가능한 디바이스의 렌티큘러 소자들은 "통과(pass through)" 모드로 작동하며, 즉, 소자들은 광학적으로 투명한 재료의 평면 시트와 동일한 방식으로 작용한다. 결과적인 디스플레이는 디스플레이 패널의 고유 해상도와 동일한 높은 해상도를 가지며, 이러한 것은 짧은 조망 거리로부터의 작은 문자 캐릭터의 디스플레이에 적합하다. 물론, 2차원 디스플레이 모드는 입체적인 이미지를 제공할 수 없다.
3차원 모드에서, 스위칭 가능한 디바이스의 렌티큘러 소자들은 상기된 바와 같이 광출력 안내 기능(light output directing function)을 제공한다. 결과적인 디스플레이는 입체적인 이미지들을 제공하지만, 상기된 필연적인 해상도 손실을 가진다.
스위칭 가능한 디스플레이 모드를 제공하기 위하여, 스위칭 가능한 디바이스의 렌티큘러 소자들은 2개의 값들 사이에서 스위칭 가능한 굴절률들을 가지는 액정 재료와 같은 전자-광학 재료의 빔 형상화 장치로서 형성될 수 있다. 디바이스는 그런 다음 렌티큘러들 위 아래에 제공된 평면 전극들에 적절한 전기 전위를 인가하는 것에 의해 모드들 사이에서 스위칭된다. 전기 전위는 인접한 광학적으로 투명한 층 의 굴절률에 관계하여 렌티큘러 소자들의 굴절률을 변경한다.
스위칭 가능한 디바이스의 구조 및 동작의 보다 상세한 설명은 미국 특허 제6,069,650호에 기술되어 있다.
스위칭 가능한 2D/3D 디스플레이들을 위한 스위칭 가능한 액정 재료의 공지된 사용은 렌즈 형상들을 형성하도록 복제(replica) 기술을 사용하며, 렌즈 형상들은 그런 다음 액정 재료가 충전된다. 이러한 공정은 LCD 제조 기술과 관련된 다른 처리 단계들과 호환될 수 없으며, 그러므로 디스플레이 디바이스를 제조하는 비용에 상당히 부가된다.
액정 광학 기기의 보다 일반적인 예는, 광빔 커플러가 광빔을 선택된 광섬유에 정렬하고 빔 스폿 크기를 조정하도록 배열되는 JP 07-043656에 개시된다. 커플러에서, 액정 층은 투명 기판들 사이에 제공된다. 기판들 중 하나는 접지 평면을 구비하고, 다른 기판은 개별적으로 제어 가능한 다수의 전극들을 구비한다. 접지 평면에 관계하여 전극들의 전위를 변경하는 것에 의하여, 커플러를 통과하는 광빔은 선택된 광섬유를 타격하도록 정렬된다.
비록, 짧은 거리에서 광빔을 편향시킬 수 있을지라도, JP 07-043656에 개시된 디바이스는 큰 빔 분기 및/또는 수렴이 전형적으로 필요한, 보다 거시적인 빔 형상화 적용에 부적절한 것처럼 보인다.
종래 기술의 상기 및 다른 결점들의 관점에서, 본 발명의 일반적인 목적은 개선된 빔 형상화 디바이스, 특히 광빔을 더욱 효율적으로 분기 및/또는 수렴할 수 있는 빔 형상화 디바이스를 제공하는데 있다.
본 발명에 따라서, 이들 및 다른 목적들은 제 1 및 제 2 광학적으로 투명한 기판들, 기판들 사이에 샌드위치된 액정층, 및 제 1 기판을 향한 액정층의 한쪽 측부에 배열된 제 1 및 제 2 전극들을 포함하는 빔 형상화 디바이스에 의해 달성되며, 빔 형상화 디바이스는 액정층에 대해 직각인 방향으로 빔 형상화 디바이스를 통한 광의 통행을 각각 허용하는 빔 형상화 상태들 사이에서 제어 가능하고, 빔 형상화 디바이스는, 상기 전극들의 이웃하는 부분들 사이의 세그먼트에서 상기 액정층에 대해 본질적으로 평행한 부분을 포함하고 실질적으로 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판으로 연장하는 전기장을, 제 1 및 제 2 전극에 걸린 전압의 인가가 발생시키는 방식으로 구성된다.
액정층은 임의의 종류의 액정 분자를 포함할 수 있으며, 그 상(phase)들 중 임의의 하나에 있을 수 있다. 그러나, 네마틱 상(nematic phase)은 스멕틱 상(smectic phase)과 같은 다른 액정 상과 비교하여 비교적 낮은 점성으로 인하여 바람직하다. 이러한 방식으로, 보다 짧은 스위칭 시간이 얻어질 수 있다. 액정층은 액정 합성물 함유 중합체를 추가로 포함할 수 있다.
"광학적으로 투명한" 매체라는 용어는 광(가시 스펙트럼, 적외선 및 자외선을 포함하는 전자기 방사)의 적어도 부분적인 투과를 허용하는 매체로 이해되어야 한다.
광학적으로 투명한 기판들은 강성 또는 가요성일 수 있으며, 예를 들어 유리 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 같은 적절한 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다.
전극들은 기판의 표면 상에 형성되거나 또는 기판에 매립된다. 전극들은 임의의 전기 전도성 재료로 형성될 수 있으며, 그러나, 바람직하게 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 광학적으로 투명한 전도성 재료로 형성될 수 있다.
비균질성 광학 재료의 이론으로부터 널리 공지된 바와 같이, 굴절률 경도를 마주치는 광선은 보다 높은 굴절률을 구비한 영역을 향하여 휘어진다. 액정층에서, 굴절률과, 이에 의한 광선의 휨(bending)은 전기장의 인가에 의해 액정층에 포함된 액정 분자들을 재정위시키는 것에 의해 제어될 수 있다.
본 발명은 보다 큰 굴절률과, 이에 의한 보다 효율적인 빔 형상화가 액정층에서 전기장을 형성하는 것에 의해 달성될 수 있다는 실현에 기초하며, 전기장은 인접한 전극들 사이에 위치된 영역에서 액정층에 대해 본질적으로 평행하고 실질적으로 기판들 사이의 액정(LC) 층의 처음부터 끝까지 연장한다. 액정 분자들이 전기력선(electric field line)을 따르는 경향이 있음에 따라서, 예를 들어 제 1 및 제 2 전극 사이의 LC층에 대해 평행하도록 제 1 전극의 부근에서 LC층에 대해 직각으로부터 제 2 전극의 부근에서 LC층에 대해 직각까지의 액정 분자들의 정위에서의 점진적인 천이(gradual transition)는 전극들의 이웃하는 부분 사이에서 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 비교적 높은 굴절률 경도가 짧은 거리에 걸쳐서 얻어질 수 있으며, 이러한 것은 매우 효과적인 형상화를 가능하게 한다.
본 발명자들은 이러한 유익한 전기장이 소위 평면 구성으로 LC층의 한쪽 측부에 제공된 전극들을 이용하는 것에 의해 달성될 수 있다는 것을 추가적으로 알았다.
이러한 구성을 이용하여, 매우 효과적인 빔 분기/수렴이 달성될 수 있다는 것을 알았다. 예를 들어, 실험은 시준된(collimated) 빔이 60°의 초과하는 각도로 분기될 수 있다는 것을 보였으며, 이러한 것은 종래의 장치들을 통해 달성될 수 있는 것을 훨씬 초과하는 것이다 .
부가적으로, 종래 기술에 따른 제 2 기판 상의 전극이 더 이상 요구되지 않기 때문에, 광의 보다 효과적인 처리량이 본 발명의 통해 달성될 수 있다. 연속적인 투명 전극층과 관련된 반사 손실이 전형적으로 500㎚의 파장에서 약 5%이기 때문에, 일치하여 본 발명에 따른 구성을 사용하여 보다 적은 광이 손실된다.
제 1 전극은 유익하게 제 1 세트의 본질적으로 평행한 제 1 전극 도체 라인을 포함하고, 제 2 전극은 제 2 세트의 본질적으로 평행한 제 2 전극 도체 라인을 포함하며, 제 1 및 제 2 전극들은 이웃하는 제 1 및 제 2 전극 도체 라인을 포함하는 적어도 하나의 도체 쌍이 형성되도록 배열된다.
도체 라인들은 곡선, 직선, 파동 등의 임의의 형상을 가질 수 있다.
이러한 전극 구성을 통하여, 큰 협응 빔 형상화 영역(large cooperating beam-shaping area)이 달성될 수 있으며, 이에 의해, 비교적 넓은 빔의 빔 형상화가 달성되었다. 본 발명의 한 실시예에 따라서, 제 1 및 제 2 전극들은 각각 빗(comb) 형상일 수 있으며, 제 1 및 제 2 빗 형상의 전극들의 "이빨"은 평행하게 연장하는 다수의 도체 쌍들이 형성되는 방식으로 상호 배치된다(interleaved).
또한, 제 1 전극은 제 2 세트의 본질적으로 평행한 제 1 전극 도체 라인을 추가로 포함하며, 제 2 전극은 제 2 세트의 본질적으로 평행한 제 2 전극 도체 라인을 추가로 포함하고, 제 1 및 제 2 전극은 이웃하는 제 1 및 제 2 전극 도체를 포함하는 적어도 하나의 도체 쌍이 형성되도록 배열된다.
추가 세트의 본질적으로 상호 평행한 도체 라인들을 제공하는 것에 의하여, 하나 이상의 방향으로 동시에 존재하는 빔 형상화가 유익한 방식으로 제공될 수 있다.
이를 위하여, 제 2 세트의 도체 라인들은 제 1 세트의 도체 라인들에 대해 일정한 각도로 배열될 수 있다.
LC층을 통과하는 광빔이 겪는 굴절률은 대체로 편광 의존성(polarization dependent)이기 때문에, 전형적으로 빔 형상화 디바이스를 통과하는 무편광된(unpolarized) 광선의 단지 하나의 편광 성분만이 휘어진다. LC 분자들이 빔 형상화 디바이스의 상이한 부분들에서 재정위의 상이한 평면들에서 재정위되는 방식으로 제 1 및 제 2 전극들을 구성하는 것에 의하여, 무편광된 광의 입사 광선(incident ray)들의 상이한 편광 성분의 휨은 빔 형상화 디바이스의 상이한 부분에서 달성될 수 있다.
부가적으로, 서로에 대해 일정 각도로 제공되는 상이한 세트의 도체 라인의 준비는 빔의 형상화를 이러한 세트의 수와 LC층에 평행한 평면에서의 그 정위에 의해 결정된 기하학적 형태로 빔을 형상화하는 것을 가능하게 한다.
또한, 상이한 도체 라인들은 폭이 변할 수 있으며, 추가의 전극들이 상기된 제 1 및 제 2 전극들에 부가하여 제 1 기판을 향한 LC층의 측부에 제공될 수 있다.
또한, 빔 형상화 디바이스는 제 1 및 제 2 전극들에 대해 액정층의 반대편 측부에 배열된, 적어도 하나의 제 3 전극 도체 라인을 가지는 제 3 전극과, 제 4 전극 도체 라인을 가지는 제 4 전극을 포함할 수 있다.
이러한 추가의 전극들의 준비를 통해, LC 분자들은 보다 복잡한 재정위 패턴으로 재정위될 수 있으며, 이에 의해, 본질적으로 편광 의존 및/또는 대칭 빔 형상화가 달성될 수 있다.
한 실시예에 따라서, 제 3 및 제 4 전극들은 각각의 제 3 및 제 4 도체 라인이 상기 제 1 및 제 2 도체 라인들 중 대응하는 것과 본질적으로 직각을 이루도록 배열된다.
한 실시예에 따라서, 액정층은 전기장이 인가되지 않을 때 호메오트로픽적으로(homeotropically) 정렬될 수 있다.
액정층이 호메오트로픽적으로 정렬될 때, 액정 분자들은 액정층에 대해 직각으로 배열되어서, 분자 단부들은 액정층이 그 사이에서 샌드위치되는 기판들을 향한다.
이러한 종류의 정렬을 사용하여, 액정 분자들은 어떠한 예외도 없이 제어되어 임의의 방향으로 재정위될 수 있다. 대안적인 실시예에 따라서, 액정층에 포함된 액정(LC) 분자들은, 분자들에 작용하는 전기장의 부재시에, 각각의 LC 분자의 긴 축이 가장 가까운 기판에 대해 본질적으로 평행한 방식으로 정렬될 수 있다. 또한, 전극들에 걸친 전압의 인가에 의해 원치않는 비틀림(twist)의 발생을 방지하기 위하여, LC 분자들은 각각의 LC 분자의 축이 실질적으로 인접한 도체 라인 쌍에 대해 직각이도록 가장 가까운 기판에 대해 평행한 평면에 정위될 수 있다.
이러한 경우에, 전기장이 인가될 때, LC 분자들은 틸팅되고 그 비틀림이 발생하지 않는다. 이러한 상태의 초기 정위를 통하여, 선형으로 편광된 광의 빔에서의 모든 광은 전기장의 인가에 의해 제어될 수 있다. 이러한 것은 비틀림이 도입될 때의 경우가 아니다.
이러한 종류의 평면 정렬은 예를 들어 소위 문지르기 화법(rubbing technique)을 통하여 또는 포토 정렬(photo-alig㎚ent)에 의해 달성될 수 있다. 다양한 전극 패턴 또는 곡선의 전극들을 가지는 다중 영역들의 경우에, 이러한 영역들은 전형적으로 필요한 평면 정렬을 초래하도록 제조 동안 개별적으로 처리되어야 한다.
또한, 본 발명에 따른 제 1 및 제 2 빔 형상화 디바이스들은 유익하게 빔 형상화 장치(beam-shaping arrangement)를 형성하도록 적층 구조로 배열될 수 있다.
이러한 방식에서, 구성 요소를 이루는 빔 형상화 디바이스의 빔 형상화 특징은 개선된 빔 형상화를 제공하도록 이용될 수 있다. 이러한 빔 형상화 장치에서 제 1 및 제 2 빔 형상화 디바이스는, 제 1 빔 형상화 디바이스에 포함된 제 1 및 제 2 전극들의 적어도 일부가 제 2 빔 형상화 디바이스에 포함된 제 1 및 제 2 전극들의 대응하는 것에 대해 직각이도록 서로에 관계하여 정위될 수 있다.
이에 의해, 본질적으로 대칭인 빔 분기는 형상화되는 입사광의 두 편광 방향들을 이용하여 달성될 수 있다.
또한, 빔 형상화 장치는 빔 형상화 장치를 통과하는 광빔의 편광 상태를 변경하는데 적합한 추가의 광학 부재를 포함할 수 있다.
이러한 추가의 광학 부재는 예를 들어 제 1 빔 형상화 디바이스의 통과 후, 및 제 2 빔 형상화 디바이스의 통과 전에 광의 편광 상태를 변경하기 위한 회전자일 수 있다. 이에 의해, 편광 의존 빔 형상화는 비록 LC층이 편광 의존 방식으로 광빔에 작용할지라도 달성될 수 있다. 회전자는 소위 감속도 플레이트(retardation plate) 또는 예를 들어 액정 중합체와 같은 액정 재료의 형태로 제공될 수 있다. 90°까지 선형으로 편광된 광을 회전시키기 위하여, 소위 반파형 플레이트(half-wave-plate) 또는 비틀린 네마틱 구성으로 있는 LC 재료가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 빔 형상화 디바이스는 광원에 의해 발산된 광빔이 빔 형상화 디바이스를 통과하는 방식으로 배열된, 발광 다이오드 또는 반도체 레이저와 같은 광원을 추가로 포함하는 조명 장치에 유익하게 포함될 수 있다.
특히, 이러한 조명 장치는 유익하게 상기된 빔 형상화 장치를 포함할 수 있다.
빔 형상화 디바이스는 전극과 액정층 사이에 있는 층을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 것은 예를 들어 구조의 주어진 두께에 대한 렌즈 배율과 같은 빔 형상화(즉, 렌즈) 특징들을 변경하도록 사용될 수 있다. 전극 와이어들의 이웃하는 부분들 사이이의 거리가 p이면, 층의 두께는 dsolid이며, 액정층과 접촉하는 기판의 유전율은 εsub이고, 이상 광축(e×traordinary a×is)에 대해 평행한 액정 재료의 유전율의 성분은 εLC이며, 0.7 < a1 < 12이도록 디자인될 수 있으며, 여기에서 a1 = εLC × dsolid/p이다. 이러한 것은 와이어 피치에 관계하여 층의 필요한 두께와 액정 재료의 유전율을 정의한다. 또한 0.9 < a2 < 3.6이도록 디자인될 수 있으며, 여기에서 a2 = εLC/εsub이다.
제 2 절연층을 구비하거나 구비하지 않는 도전체 층이 전극들 반대편의 액정층의 측부에 제공될 수 있다. 이러한 것은 빔 형상화 디바이스에서 전기장을 형상화하도록 사용될 수 있다. 도체층은 임의의 필요한 형상을 가질 수 있다. 이는 예를 들어, LC층의 완전한 렌즈 형성부에 걸쳐서 연장하는 비패턴화된 층일 수 있다.
존재한다면, 제 2 절연층은 두께(dground)를 가질 수 있으며, 여기에서, 0.9 < b1 < 14.4 및 0.4 < b2 < 6.4이며, 여기에서, b1 = ε LC × dsolid/p이며, b2는 εLC × dground/p이다. 이러한 것은 와이어 피치와 액정 재료의 유전율에 관계하여 전극들과 액정층 사이의 두께와, 반대편 측부 상에서의 절연층의 두께를 정의한다.
제어 수단은 도체층에 가변 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 제어 수단은 제 1 전극에 제 1 교류(ac) 전압을 인가하고 제 2 전극에 제 2 교류 전압을 인가할 수 있으며, 제 1 및 제 2 교류 전압은 동일 주파수를 가지고 역상(antiphase)으로 있으며, 가변 전압은 상이한 위상 또는 보다 높은 주파수를 가진다. 그러므로, 도체층은 LC층에서 전기장을 변경하도록 사용되며, 이러한 것은 (단지 온 또는 오프 제어를 가지는 것보다는) 빔 형상 광학 성능을 동조시키도록 사용될 수 있다.
대안적으로, 직류(dc) 전압이 도체층에 인가될 수 있고, 제 1 및 제 2 교류 전압은 그런 다음 제 1 및 제 2 중첩 성분(superposed component)들을 포함할 수 있으며, 제 1 및 제 2 전압의 제 1 성분은 각각 동일 주파수를 구비하고 역상으로 있으며, 제 2 성분은 동일하고 상이한 위상 또는 보다 높은 주파수를 가진다.
불투명층은 전극의 영역에 제공되며 가장 낮은 빔 형상화 효과의 영역과 정렬될 수 있다. 디바이스가 렌즈화 모드(lensing mode)에서 구동될 때 제 1 및 제 2 전극들에서 및 그 부근에서 발생하는 렌즈 수차(lens aberration)가 보호될 수 있다는 이점이 있다. 이러한 것은 개선된 광빔을 제공한다. 이러한 불투명층은 디바이스가 영구적으로 불투명한 불투명 재료의 형태를 할 수 있다. 대안적으로, 불투명층은 스위칭 가능한 불투명성(opaqueness)을 가질 수 있으며, 즉 불투명층은 디바이스의 렌즈화 모드에서 디바이스를 구동하는 것에 의해 실제로 불투명하게 될 수 있지만, 디바이스가 렌즈화 모드에 있지 않을 때는 불투명이 아니다. 이 경우에, 광 처리량은 비렌즈화 모드에서 최적이다.
이러한 스위칭 가능한 불투명층을 가지는 디바이스는 제 1 및 제 2 전극들 반대편의 액정층의 측부 상에 있는 분석기를 포함할 수 있으며, 분석기는, 디바이스의 렌즈화 모드에서, 전극들의 위치에서 디바이스를 통해 진행하는 광이 분석기에 의해 적어도 부분적으로 차단되는 한편, 전극들로부터 상당히 떨어져 있는 렌즈화 위치에서 디바이스를 통해 진행하는 광이 분석기에 의해 차단되지 않도록 구성된다. 그러므로, 예를 들어, 디바이스 내에서, 제 1 또는 제 2 전극 가까이 또는 위에서, LC 조준기(LC director)는 디바이스가 렌즈화 모드에서 작동될 때 주로 디바이스 또는 기판층에 대해 직각으로 정렬되게 된다. 그러므로, 예를 들어 선형으로 편광된 광과 같은 편광된 광이 렌즈화 모드에서 디바이스를 통해 진행할 때, 편광은 그 위치에서 변하지 않게 된다. 동시에, 전극들로부터 멀리 있고 렌즈 작용이 전기력선들에 의해 제공되는 LC층에 있는 위치들에서, LC 재료의 조준기는 실질적으로 기판들에 대해 더욱 평행하게 정렬되게 된다. 결과적으로, 디바이스를 통해 진행하는 광은 광이 분석기를 통과할 수 있도록 그 편광에 대해 변경될 수 있다. 바람직하게, LC 정렬 및 분석기 정위의 설정은 비렌즈화 모드에서 모든 광이 분석기를 포함하는 디바이스를 통과하는 것을 허용하는 정도이다.
이러한 변경들 중 일부는, 필요한 렌즈 치수를 생성하도록 고정된 필요한 초점 길이 및 고정된 필요한 전극 배선 공간이 있는 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 위하여 특히 관련된다.
그러므로, 본 발명은 또한, 디스플레이를 만들기 위한, 열 및 행으로 배열되는 디스플레이 픽셀 소자의 어레이를 가지는 디스플레이 패널; 및
상이한 픽셀 소자들로부터의 출력을 입체적인 이미지가 보이는 것을 가능하게 하도록 상이한 공간 위치로 안내하며, 관측자의 양쪽 눈으로 상기 디스플레이 픽셀 출력이 동시에 안내되도록 배열되는 이미지화 장치를 포함하며;
상기 이미지화 장치는 2D 모드와 3D 모드 사이에서 전기적으로 스위칭 가능하고, 본 발명의 빔 형상화 디바이스를 포함하는, 스위칭 가능한 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 제공한다.
디스플레이 패널은 개별적으로 취급 가능한 방사성, 전송성(transmissive), 굴절성 또는 회절성 디스플레이 픽셀의 어레이를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널은 바람직하게 액정 디스플레이 패널 또는 발광 다이오드 패널이다.
본 발명은 또한, 제 1 및 제 2 광학적으로 투명한 기판들, 상기 기판들 사이에 샌드위치된 액정층, 및 상기 제 1 기판을 향하는 상기 액정층의 측부에 배열되는 제 1 및 제 2 전극들을 포함하는 빔 형상화 디바이스를 제어하는 방법을 제공하며,
상기 방법은 빔 형상화 상태들 사이에서 상기 빔 형상화 디바이스를 제어하는 단계를 포함하며, 각각의 상기 상태는, 제 1 및 제 2 전극에 걸쳐서 전압을 인가하는 것에 의해 상기 빔 형상화 디바이스에 대해 직각인 방향으로 상기 빔 형상화 디바이스를 통한 광의 통과를 허용하는 것에 의해, 상기 전극들의 이웃하는 부분들 사이의 세그먼트에서 상기 액정층에 대해 본질적으로 평행한 부분을 포함하고 실질적으로 상기 제 1 기판으로부터 상기 제 2 기판으로 연장하는 전기장을 발생시킨다.
빔 형상화 디바이스는 전극들 반대편의 액정층의 측부 상의 도체층을 추가로 포함할 수 있으며, 방법은 제 1 전극에 제 1 교류 전압을 인가하고 제 2 전극에 제 2 교류 전압을 인가하는 단계를 추가로 포함한다. 가변 전압은 도체 층에 인가될 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 교류 전압은 동일 주파수를 구비하고 역상이며, 가변 전압은 상이한 위상 또는 보다 높은 주파수를 가진다. 대안적으로, 직류 전압이 도체층에 인가될 수 있으며, 제 1 및 제 2 교류 전압들은 각각 제 1 및 제 2 중첩 성분을 포함하고, 제 1 및 제 2 전압의 제 1 성분은 동일 주파수를 구비하고 역상이며, 제 2 성분은 동일하고 상이한 위상 또는 보다 높은 주파수를 가진다.
이러한 방법은 특히 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 렌즈의 렌즈 기능을 제어하는데 관계된다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들은 본 발명의 현재의 바람직한 실시예를 도시하는 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 기술된다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 빔 형상화 디바이스의 사시도.
도 1b는 전압이 전극들에 걸쳐 인가되지 않을 때 선 A-A'을 따른 도 1a에 도시된 빔 형상화 디바이스의 단면도.
도 1c는 전압(V)이 전극들에 걸쳐서 인가될 때 선 A-A'을 따른 도 1a에 도시된 빔 형상화 디바이스의 단면도.
도 2는 감속도 플레이트가 2개의 빔 형상화 디바이스들 사이에서 샌드위치될 때 제 1 빔 형상화 장치의 단면도.
도 3은 보완적인 전극을 가지며 적층 구조로 배열되는 2개의 빔 형상화 디바이스를 포함하는 제 2 빔 형상화 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 예시적인 빔 형상화 디바이스를 개략적으로 도시하는 분해도.
도 5a 및 도 5b는 다양한 예시적인 전극 구성을 도시한 도면.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 빔 형상화 디바이스에서 수행되는 실험들을 예시하는 도면.
도 7은 공지된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 도시한 도면.
도 8 및 도 9는 공지의 스위칭 가능한 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스가 어떻게 기능하는지를 예시하도록 사용된 도면.
도 10은 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에 대해 요구된 렌즈 기능을 도시한 도면.
도 11은 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 렌즈 소자를 위한 치수를 선택하는데 있어서의 문제를 설명하도록 사용된 도면.
도 12 및 도 13은 도 11의 2개의 렌즈 구성들에 대한 렌즈 특성을 도시한 도면.
도 14는 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에서 특정의 사용을 위한 본 발명의 빔 형상화 장치의 제 1 예를 도시한 도면.
도 15는 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에서 특정의 사용을 위한 본 발명의 빔 형상화 장치의 제 2 예를 도시한 도면.
도 16 및 도 17은 각각 도 14 및 도 15의 2개의 렌즈 구성에 대한 렌즈 특성을 도시한 도면.
도 18은 추가의 전극층을 사용하는 본 발명의 빔 형상화 장치의 제 3 예를 도시한 도면.
도 19 및 도 20은 도 18의 장치에 있는 추가의 전극층이 어떻게 전기장을 변화시키도록 사용될 수 있는지를 도시한 도면.
도 21은 렌즈 특성을 제어하기 위한 본 발명의 제어 방법을 설명하도록 사용 된 도면.
도 22는 도 21을 참조하여 설명된 방법의 상이한 제어 세팅을 위한 렌즈 특성을 도시한 도면.
도 23a 내지 도 23c는 본 발명에 따른 3D 디스플레이를 도시한 도면.
다음의 설명에서, 본 발명은 호메오트로픽적으로 정렬된 액정층을 가지는 빔 형상화 디바이스를 참조하여 기술된다(LC층에 포함된 액정(LC) 분자들은 전압이 전극들에 인가되지 않을 때 기판에 대해 직각으로 정위된다). 이러한 것이 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라는 것을 유념하여야 하며, 본 발명은, LC 분자들이 기판들과 평행한 평면에 정위되는 평면 정위와 같은 임의의 다른 방식으로 액정층이 정위되는 빔 형상화 디바이스에 동등하게 적용 가능하다. 이러한 정위에서, LC 분자들은 전극들과 평행 또는 전극들에 대해 직각으로 정렬될 수 있거나, 또는 LC 분자들이 제 1 기판에 인접한 제 1 정위 및 제 2 기판에 인접하여 제 1 정위와 직교하는 제 2 정위를 가지는 하이브리드 정위(hybrid orientation)를 가진다.
또한, 이에 대해 직접적으로 관련되지 않은 상세에 의해 본 발명을 명확하게 하기 위하여, 첨부된 도면에 도시되지 않거나 본원에서 상세히 기술되지 않은 LC 분자 등을 정렬하기 위한 정렬층들과 같은 추가의 층들이 또한 당업자에게 널리 공지되어 있다.
도면들이 비축척으로 도시되었다는 것을 유념하여야 한다. 그러나, 적절한 치수의 이해를 주기 위하여, 전극들에 있는 도체 라인의 폭이 전형적으로 l㎛ 내지 20㎛의 범위에 놓이는 것으로 이해될 있다. 또한, 도체 라인들은 전형적으로 lO㎛ 내지 100㎛까지 이격될 수 있으며, LC층의 두께는 대체로 5㎛ 내지 50㎛이다.
하나의 양태에 있어서, 본 발명은 일반적으로 다양하고 상이한 적용을 위해 적절한 빔 형상화 디바이스에 관한 것이고, 다른 양태에 있어서, 본 발명은 특히 2D/3D 스위칭 가능한 디스플레이 디바이스에 대해 특히 관련된 빔 형상화 디바이스의 사용을 만드는 추가의 특징에 관한 것이다. 빔 형상화 디바이스의 일반적인 개념 또는 디자인은 먼저 기술되고, 특히 2D/3D 디스플레이 분야(비록 이러한 추가의 특징이 또한 보다 일반적인 적용을 가질지라도)에 관련한 추가의 특징의 설명이 이어진다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 빔 형상화 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 1a에서, 제 1 투명 기판(3)과 제 2 투명 기판(4) 사이에 샌드위치된 호메오트로픽적으로 정렬된 액정(LC)층(2)을 포함하는 빔 형상화 디바이스(1)가 도시되어 있다. 제 1 기판(3) 상에는 대향하는 LC층(2), 제 1 및 제 2 빗 형상 투명 전극(5, 6)들이 제공된다. 이러한 전극(5, 6)들에 걸쳐서 전압(V)을 인가하는 것에 의해, 빔 형상화 디바이스 상에 입사되는 시준된 광빔(7)이 도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같이 분기될 수 있다.
도 1a의 선 A-A'을 따른 단면도인 도 1b는 전압이 전극(5, 6)들에 걸쳐서 인가되지 않는 상황을 개략적으로 도시한다. 전압이 인가되지 않기 때문에, 전기장이 형성되지 않고, 결과적으로, LC 분자들은 정렬층(도시되지 않음)에 의해 분자들 상 에 부과되는 정위를 가진다. 도 1b에 도시된 경우에 있어서, LC 분자들은 호메오트로픽적으로 정렬되고, 이후에 3개의 평행 광선(11a 내지 11c)으로 표현되는 입사광 빔(7)의 형상은 빔 형상화 디바이스(1)를 통과하는 것에 의해 변하지 않게 된다.
전압(V)이 전극(5, 6)에 걸쳐서 인가되는 상황을 개략적으로 도시하는 도 1c를 참조하여, 도 1a에 도시된 빔 형상 디바이스에 의해 이용되는 빔 형상 메커니즘이 지금 보다 상세하게 기술된다.
도 1c에 개략적으로 도시된 바와 같이, LC층(2)에 포함된 액정(LC) 분자(lOa 내지 10c)들은 전극(5, 6)들 사이의 전기력선들로 정렬된다. 이러한 재정위로 인하여, 상이한 굴절률을 가지는 LC층(2)의 영역들이 형성된다. 도 1c에 도시된 예시적인 경우에서, 디바이스에 대해 직각인 방향으로(국부적으로) 빔 형상화 디바이스(1)를 타격하는 광빔(7)에 의해 경험되는 굴절률은 LC층(2)에 대해 직각으로 정위된 LC 분자(10a)로부터 따른 정상 굴절률(n0, ordinary refractive index)과 LC층(2)과 평행하게 정위된 LC 분자(10c)로부터 따르는 이상 굴절률(ne, extraordinary refractive index) 사이에서 변한다. "직각의" LC 분자(10a)를 구비한 일부분과 "평행한" LC 분자(10c)를 구비한 일부분 사이에서 빔 형상화 디바이스(1)를 타격하는 광은 중간의 굴절률을 겪게 된다.
도 1c에서, LC 분자의 긴 축에 대해 직각인 편광 방향을 가지는 미편광된 광의 선형 편광 성분을 나타내는 3개의 광선(12a, 12b, 12c, 정상파, ordinary ray)들은 특히 굴절률 경도를 겪지 않고 빔 형상화 디바이스(1)를 통과한다. 그러므로, 이러한 광선(12a, 12b, 12c)들은 LC층(2)을 통과하는 동안 상당히 변경된 그 방향을 가진다.
다른 한편, 분자들의 긴 축의 평면에서 편광된 광을 나타내는 다른 편광 성분(13a, 13b, 13c, 비정상파, extraordinary ray)들은 굴절률 경도를 겪으며, 그러므로 도 1c에 개략적으로 도시된 바와 같이 굴절된다.
결과적으로, 미편광된 광빔(7)에서 광의 최대 50%는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 빔 형상화 디바이스(1)에 의해 제어 가능하다. 다음에, 미편광된 광빔에서의 모든 광의 제어를 가능하게 하는 3개의 예시적인 빔 형상화 디바이스/장치들은 도 2 내지 도 4를 참조하여 기술된다.
제 1 예시적인 빔 형상화 장치(20)는, 그 사이에 샌드위치된 감속도 플레이트(23)를 구비한 적층 구조로 배열되는 도 1a 내지 도 1c와 관련하여 기술된 바와 같은 제 1 및 제 2 빔 형상화 디바이스(21, 22)를 도시한 단면도인 도 2를 참조하여 기술된다.
다시, 미편광된 광의 3개의 광선(24a 내지 24c)들은 빔 형상화 장치(20)을 통하여 수행될 수 있다. 도 1b와 관련하여 도시된 바와 같이, 비정상파들은 제 1 빔 형상화 디바이스(21)에 의해 영향을 받게 되며, 정상파들은 영향을 받음이 없이 이러한 빔 형상화 디바이스(21)를 통과하게 된다. 정상파가 본원에서 비틀린 네마틱 구성으로 소위 반파형 플레이트 또는 LC 중합체의 형태로 제공되는 감속도 플레이트(23)를 통과하게 됨으로써, 편광 방향은 90°회전된다.
그러므로, 제 2 빔 형상화 디바이스(22)를 들어갈 때, 이전에 영향을 받지 않은 성분(25a 내지 25c)들은 지금 제 2 빔 형상화 디바이스(22)의 LC 분자(27)들의 긴 축과 동일 평면에서 편광되고, 제 1 빔 형상화 디바이스(21)을 통과할 때 다른 편광 성분(26a, 26c)들이 편향된(deflected) 것과 동일한 방식으로 편향된다.
이에 의해, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 빔 형상화 장치(20)를 통과하는 모든 미편광된 광은 빔 형상화 장치(20)에 의해 제어될 수 있다.
상기 예들에서, 양의 유전 이방성(positive dielectric anisotropy)을 구비한 LC 분자들의 거동이 기술된다. 그러나, 음의 유전 이방성을 구비한 LC 분자들을 사용하는 것이 가능하다는 것을 유념하여야 한다. 광선(24a 내지 24c)들은 상기된 것과 비교하여 반대 방향으로 굴절되게 된다.
현재 예시된 예에서, 기판들과 LC층 사이의 인터페이스에서의 굴절 등은 예시를 단순화하기 위하여 무시되었다는 것을 유념하여야 한다.
도 3을 참조하여, 제 2 예시적인 빔 형상화 장치(30)가 지금 기술된다.
도 3에서, 제 1 및 제 2 빔 형상화 디바이스(31, 32)들은 적층된 구조로 도시된다. 적층된 구조의 바닥으로부터 상부로의 순서에서, 제 1 빔 형상화 디바이스(31)는 제 1 및 제 2 전극(34, 35)들이 제공되는 제 1 기판(33), LC층(36), 및 제 2 기판(37)을 가진다. 현재 예시된 실시예에서, 제 1 빔 형상화 디바이스(31)의 제 2 기판(37)은 또한 제 2 빔 형상화 디바이스(32)의 제 1 기판이다. 명백하게, 이러한 공통의 기판(37)은 대안적으로 2개의 별도의 기판들로서 제공될 수 있다. 제 2 빔 형상화 디바이스(32)는 LC층(38), 및 제 1 및 제 2 전극(40, 41)을 구비한 제 2 기판(39)을 추가로 가진다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 빔 형상화 장치(30)의 각각의 전극(34, 35, 40, 41)들은 각각 2 세트의 도체 라인(42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 및 45a, 45b)들을 가진다. 각각의 세트(42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 및 45a, 45b) 내에서, 도체 라인들은 본질적으로 서로 평행하고, 2 세트(42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 및 45a, 45b)들은 서로에 대해 약 45°의 각도가 제공된다.
또한, 빔 형상화 디바이스(31, 32)들은 제 1 빔 형상화 디바이스(31)의 전극(34, 35)들이 제 2 빔 형상화 디바이스(32)의 전극(40, 41)들에 대해 직각인 방식으로 서로에 대해 배열된다.
이러한 빔 형상화 장치(30)를 통하여, 시준된 입사 빔은 대칭으로 형상화될 수 있으며, 입사광의 양쪽 편광 성분들을 이용한다. 끝으로, 도 4를 참조하여, 제 1 및 제 2 광학적으로 투명한 기판들 사이에 샌드위치된 LC층(2)을 포함하는 제 3 예시적인 빔 형상화 디바이스/장치(50)가 기술된다. 각각의 기판(3, 4)들 상에서, 제 1 빗 형상 전극(51, 52)들과 제 2 빗 형상 전극(53, 54)들이 LC층(2)을 향하는 기판(3, 4)의 측부(55, 56) 상에 제공된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(3) 상의 전극(51, 53)들은 제 2 기판(4) 상의 전극(52, 54)들에 대해 본질적으로 직각이다. 이러한 구성을 통하여, LC 분자들의 3차원적 재정위가 달성되며, 이러한 것은 편광 독립적 빔 형상화를 가능하게 한다. 도 1a 및 도 3에 도시된 전극 구성에 부가하여, 많은 다른 전극 구성이 가능하고, 특정의 적용에 의존하여 유익할 수 있다. 이러한 전극 구성의 소수의 예들이 도 5a 및 도 5b에 개략적으로 도시된다.
도 5a에서, 도체 라인들이 서로에 대해 상이한 방향을 구비하는 경우에 비직선형 등의 2개의 전극들을 구비한 다양한 평면내(in-plane) 구성들이 예시된다.
도 5b에서, 3개의 평면내 전극들을 구비한 구성의 2개의 예들이 개략적으로 도시되어 있다.
도 5a 및 도 5b에 예시된 변형들은 단지 예들을 나타내며 많은 다른 변형들이 당업자에게 자명하다는 것을 유념하여야 한다.
당업자는 본 발명이 바람직한 실시예들로 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 전극들에 걸쳐서 인가된 전기장은 충전 효과를 극복하기 위하여 100㎐ 이상의 주파수를 가지는 교류 전압의 적용을 통하여 유익하게 얻어질 수 있다. 또한, 능동형 매트릭스 어드레싱과 결합하여 별난 셀(pixilated cell)을 사용하는 것이 가능하다.
예
본 발명의 실시예에 다른 빔 형상화 디바이스의 실험적 설정에서의 빔 분기가 다양한 파라미터에 대해 어떻게 변하는 가를 도시하는 도면인 도 6a 내지 도 6d를 참조하여, 수행되는 실험의 일부의 간단한 기술이 지금 제공된다.
모든 도면들에서, 세기(intensity)는 각도적 분포를 예시하기 위하여 정상 상태로 되었다. 또한, 단지 약간 분기된 빔을 도시한 곡선들은 더욱 분기된 빔들의 식별 능력(discernability)을 개선하기 위하여 클립핑되었다(clipped).
인가된 전압의 함수로서 빔 분기
도 6a에서, 편광된 광의 시준된 빔의 빔 형상화 디바이스를 통과한 이후의 광의 각도적 분포는 전극들에 인가된 전압에 대해 도시된다.
도 6에 도시된 그래프를 초래하는 실험에서 사용된 셀의 특성은 다음과 같다:
전극 폭 : 4㎛
전극 사이의 자유 거리 : 10m
셀 갭 : 18㎛
액정 재료 : BL009
정렬층 폴리이미드 : Nissan 1211, 호메트로픽하게 정렬(문지름 없음)
이러한 셀 구성을 사용하여, 전극들에 걸쳐서 인간된 교류 전압은 O Vrms와 50 Vrms 사이에서 변하였다.
전극들에 걸쳐서 O Vrms를 인가하였을 때, 도 6a에 도시된 곡선(61)에 의해 도시된 바와 같이 빔의 분기가 이루어지지 않았다. 전압을 점진적으로 증가시켰을 때, 빔은 더욱 더 분기되었다. 5 Vrms을 인가하였을 때, 광은 곡선(62)에 의해 도시된 바와 같이 분기된다. 곡선(63)은 1O Vrms를 인가하는 것으로부터 따르며, 곡선(64)은 15 Vrms를 인가하는 것으로부터 따르며, 곡선(65, 66)들은 각각 20 Vrms 및 50 Vrms의 전압에 대응한다.
전극들 사이의 자유 거리의 함수로서 빔 분기
도 6b에서, 편광된 광의 시준된 빔의 빔 형상화 디바이스를 통과한 이후의 광의 각도적 분포는 전극들 사이의 거리에 대해 도시된다.
도 6b에 도시된 그래프를 초래하는 실험에서 사용된 셀의 특성은 다음과 같다:
전극 폭 : 4㎛
셀 갭 : 18㎛
액정 재료 : BL009
정렬층 폴리이미드 : Nissan 1211, 호메트로픽하게 정렬(문지름 없음)
인가된 전압 : 50 Vrms
이러한 셀 구성을 사용하여, 전극들 사이의 자유 거리는 lO㎛와 30㎛ 사이에서 변하였다.
전극들에 걸쳐서 인가된 주어진 전압에 대하여, 전극들 사이의 보다 짧은 거리는 보다 높은 전기장을 수반한다. 보다 높은 전기장은 액정층에서의 액정 분자들의 보다 효과적인 재정위를 이끌며, 그러므로, 보다 효과적인 빔 형상화를 이끈다.
보다 짧은 거리, 10㎛는, 도 6b에 도시된 바와 같이 가장 큰 분기를 이끌며, 이 거리는 곡선(71)에 대응한다. 상기 거리가 15㎛로 증가될 때, 빔 분기는 또한 도 6b에 도시된 곡선(72)에 의해 나타난 각도 분포를 가지도록 감소된다. 20㎛로의 추가의 증가에 의해, 곡선(73)이 얻어지며, 도 6b에 도시된 2개의 최종 곡선(74, 75)들은 각각 25㎛ 및 30㎛의 전극들 사이의 거리로부터 따른다.
전극 폭의 함수로서 빔 분기
도 6c에서, 편광된 광의 시준된 빔의 빔 형상화 디바이스를 통과한 이후의 광의 각도적 분포는 전극 폭에 대해 도시된다.
도 6c에 도시된 그래프를 초래하는 실험에서 사용된 셀의 특성은 다음과 같다:
전극들 사이의 자유 거리 : 12㎛
셀 갭 : 18㎛
액정 재료 : BL009
정렬층 폴리이미드 : Nissan 1211, 호메트로픽하게 정렬(문지름 없음)
인가된 전압 : 50 Vrms
이러한 셀 구성을 사용하여, 전극 폭은 4㎛와 8㎛ 사이에서 변하였다.
도 6c에서, 곡선(81)은 4㎛의 전극 폭에 대응하고, 곡선(82)은 6㎛의 전극 폭에 대응하며, 곡선(83)은 8㎛의 전극 폭에 대응한다.
셀 갭의 함수로서 빔 분기
도 6d에서, 편광된 광의 시준된 빔의 빔 형상화 디바이스를 통과한 이후의 광의 각도적 분포는 셀 갭에 대해 도시된다.
도 6d에 도시된 그래프를 초래하는 실험에서 사용된 셀의 특성은 다음과 같다:
전극 폭 : 4㎛
전극들 사이의 자유 거리 : 20㎛
액정 재료 : BL009
정렬층 폴리이미드 : Nissan 1211, 호메트로픽하게 정렬(문지름 없음)
인가된 전압 : 50 Vrms
이러한 구성을 사용하여, 셀 갭은 12㎛와 27㎛ 사이에서 변하였다.
보다 큰 셀 갭을 가지면, 형상화되는 빔의 각각의 광선은 액정층을 통하여 보다 긴 거리를 진행하고, 그러므로 보다 큰 정도로 편향될 수 있다. 가장 작은 갭, 12㎛은 이러한 셀 갭이 곡선(91)에 대응하는 도 6d에서 알 수 있는 바와 같이 가장 작은 거리를 이끈다. 셀 갭이 18㎛로 증가될 때, 빔 거리는 또한 도 6d에 도시된 곡선(92)에 의해 나타난 각도 분포를 가지도록 증가된다. 27㎛로 셀 갭의 추가의 증가에 의해, 곡선(93)이 얻어진다.
상기된 바와 같이, 본 발명의 원리에 따라서 디자인된 빔 형상화 디바이스는 2D/3D 스위칭 가능한 디스플레이들의 분야에서 특정의 적용을 가질 수 있다.
도 7은 공지의 직접 관측 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(100)의 개략 사시도이다. 공지의 디바이스(100)는 디스플레이를 제조하도록 공간적인 광 모듈레이터로서 작용하는 능동형 매트릭스 형태의 액정 디스플레이 패널(103)을 포함한다.
디스플레이 패널(103)은 열과 행으로 배열된 디스플레이 픽셀(105)의 직교 어레이를 가진다. 명료성을 위하여, 단지 작은 수의 디스플레이 픽셀(105)들만이 도면에 도시되었다. 실제로, 디스플레이 패널(103)은 디스플레이 픽셀(105)의 약 1000개의 열들과 수천개의 행들을 포함할 수 있다.
액정 디스플레이 패널(103)의 구조는 전체적으로 공지되어 있다. 특히, 패널(103)은 한 쌍의 이격된 투명 유리 기판들을 포함하고, 기판들 사이에는 정렬된 비틀린 네마틱 또는 다른 액정 재료들이 제공된다. 기판들은 그 대면하는 표면들에 투명의 인듐 주석 산화물(ITO) 전극들의 패턴을 가진다. 편광 층들은 또한 기판의 다른 표면들에 제공된다.
각각의 디스플레이 픽셀(105)은 기판들 상의 대향 전극들을 포함할 수 있으며, 액정 재료가 그 사이에 개재한다. 디스플레이 픽셀(105)의 형상 및 레이아웃은 전극들의 형상 및 레이아웃에 의해 결정된다. 디스플레이 픽셀(105)들은 갭들에 의해 서로로부터 규칙적으로 이격된다.
각각의 디스플레이 픽셀(105)은 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은 변환 소자와 결합된다. 디스플레이 픽셀은 변환 소자들에 어드레싱 신호를 제공하는 것에 의해 디스플레이를 제조하도록 작동되며, 적절한 어드레싱 시도는 당업자에게 공지되어 있다.
디스플레이 패널(103)은 포함하는 광원(107)에 의해 조명되고, 이 경우에, 평면의 백라이트는 디스플레이 픽셀 어레이의 영역에 걸쳐서 연장한다. 광원(107)으로부터의 광은 디스플레이 패널(103)을 통해 안내되고, 개별적인 디스플레이 픽셀(105)은 광을 변조시켜 디스플레이를 만들도록 구동된다.
디스플레이 디바이스(100)는 또한 디스플레이 패널(103)의 디스플레이 측부 위에 배열되어 장면 형성 기능을 수행하는 렌티큘러 시트(109)를 포함한다. 렌티큘러 시트(109)는 서로 평행하게 연장하는 일렬의 렌티큘러 소자(111)들을 포함하고, 렌티큘러 소자 중 하나만이 명료성을 위해 과장된 치수로 도시되어 있다.
렌티큘러 소자(111)들은 볼록 원기둥 렌즈의 형태를 하며, 디스플레이 패널(103)로부터 디스플레이 디바이스(100)의 정면에 위치된 사용자의 눈으로 상이한 이미지 또는 장면들을 제공하도록 광출력 안내 수단(light output directing means)으로서 작용한다.
도 1에 도시된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(100)는 상이한 방향으로 다수의 상이한 입체도를 제공할 수 있다. 특히, 각각의 렌티큘러 소자(111)는 각 열에 있는 작은 그룹의 디스플레이 픽셀(105)을 중첩한다. 렌티큘러 소자(111)는 다수의 상이한 장면들을 형성하도록 상이한 방향으로 한 그룹의 각각의 디스플레이 픽셀(105)들을 투사한다. 사용자의 머리가 좌측으로부터 우측으로 움직임으로써, 사용자의 눈은 차례로 몇 개의 장면들중 상이한 것들을 수용하게 된다.
상기된 바와 같이 전기적으로 스위칭 가능한 렌즈 요소들을 제공하는 것이 제안되었다. 이러한 것은 2D와 3D 모드 사이에서 디스플레이가 스위칭되는 것을 가 능하게 한다.
도 8 및 도 9는 도 1에 도시된 디바이스에서 채택될 수 있는 전기적으로 스위칭 가능한 렌티큘러 소자들의 어레이(115)를 개략적으로 도시한다. 상기 어레이는 그 대향하는 표면들 상에 제공된 인듐 주석 산화물(ITO)로 형성된 투명 전극을 구비한 한 쌍의 투명 유리 기판(119, 121)들을 포함한다. 복제 기술을 사용하여 형성된 역렌즈 구조(127, inverse lens structure)는 기판들 중 상부의 것(119)에 인접하여 기판(119, 121)들 사이에 제공된다. 액정 재료(129)는 또한 기판들 중 아래의 것(121)에 인접하여 기판(119, 121)들 사이에 제공된다.
역렌즈 구조(127)는 액정 재료(129)가 도 2 및 도 3에서 단면으로 도시된 바와 같이 역렌즈 구조(127)와 하부 기판(121) 사이에서 평행의 세장형 렌티큘러 형상을 취하도록 한다. 액정 재료와 접촉하는 역렌즈 구조(127)와 하부 기판(121)들은 액정 재료를 정위하기 위한 정위층(도시되지 않음)을 구비한다.
도 8은 전기 전위가 전극(123, 125)들에 인가되지 않을 때의 어레이를 도시한다. 이 상태에서, 특정의 편광의 광을 위한 액정 재료(129)의 굴절률은 역렌즈 구조(127)의 굴절률보다 상당히 크며, 그러므로 렌티큘러 형상은 도시된 바와 같은 광출력 안내 기능, 즉 렌즈 작용을 제공한다.
도 9는 대략 50 내지 100볼트의 교류 전기 전위가 전극(123, 125)들에 인가될 때의 어레이를 도시한다. 이 상태에서, 특정 편광의 광을 위한 액정 재료(49)의 굴절률은 역렌즈 구조(127)의 굴절률과 실질적으로 동일하여서, 렌티큘러 형상의 광출력 안내 기능은 도시된 바와 같이 취소된다. 그러므로, 이 상태에서, 어레이는 "통과" 모드에서 효과적으로 작용한다.
당업자는 액정 재료가 단지 특정의 편광의 광에 대한 인가만을 스위칭하는 굴절률과 함께 복굴절성(birefringent)이기 때문에 상기된 어레이와 관련하여 사용되어야 하는 것을 예측하게 된다. 광 편광 수단은 디바이스의 디스플레이 패널 또는 이미지화 장치의 부분으로서 제공될 수 있다.
도 7에 도시된 디스플레이 디바이스에서 사용하는데 적합한 스위칭 가능한 렌티큘러 소자의 어레이의 구조 및 동작의 추가의 상세는 미국 특허 제6,069,650호에 개시되어 있다.
도 10은 상기된 바와 같은 렌티큘러형 이미지화 장치의 동작의 원리를 도시하고, 백라이트(130), LCD와 같은 디스플레이 디바이스(134), 및 렌티큘러 어레이(138)를 도시한다.
도 8 및 도 9에 도시된 디바이스의 제조는 제조 설비에서 표준이 아닌 설비를 요구하는 복제 렌티큘러를 사용한다. 그러므로, 측면으로 제어된 등급의 굴절 렌즈(index lens)를 가지는 빔 형상화 디바이스의 사용은 제조 공정을 단순화한다.
도 1c는 도 1a에 도시된 바와 같은 상호 배치된 와이어의 사용으로부터 따르는 LC층에서의 전기장 분포를 도시한다. 인가된 전압은 충전 효과를 거스르도록 교류 전류이다. 인가된 전압은 전기장의 방향으로 LC를 정렬하는데 충분히 높도록 선택된다. 직진 디자인(staightforward design)를 위하여, 가장 좋은 렌즈 작용을 위해 전극들 사이의 LC층 두께와 폭 사이의 최적의 비(대략 1:1.5)가 있다. 그러나, 필요한 수의 장면들을 위한 특정 양의 픽셀을 커버하기 위하여, 렌즈의 요구된 폭 과, LC층의 필요한 두께(필요한 초점 깊이를 얻도록)는 항상은 아니지만 때때로 방해되거나, 또는 심지어 그 기본 디자인이 사용되는 것을 배제한다. 보다 두꺼운 LC는 보다 짧은 초점 거리를 구비한 렌즈를 초래한다. 주요 문제는 LC층이 렌즈 특성을 위해 최적인 것보다 전극 피치에 대해 보다 얇게 선택되어야 한다는 것이다.
도 11a는 두께와 전극 공간 사이의 필요한 비를 개략적으로 도시하고, 도 11b는 바람직한 LC층 두께가 전형적인 필요한 전극 공간과 관련하여 필요한 초점 거리를 제공하도록 사용될 때 구조에서의 전기장 분포를 도시한다. 두께 및 전극 공간의 이러한 값들은 렌즈 작용에서의 강한 수차를 초래한다. 필요한 초점 거리를 얻도록 도 11b에 도시된 LC층의 두께를 감소시키는 것에 의하여, 광학적으로 비균질한 재료는 렌즈 수차를 일으키는 광학적으로 균질한 재료로 대체된다.
도 12는 도 11a의 필요한 비에 대한 렌즈 특성을 도시한다(도 12a는 굴절률(n) 대 거리(×)를 도시하고, 도 12b는 굴절률 경도("각도") 대 거리(×)를 도시한다). 두께는 100㎛이며, 전극 공간은 166㎛이다.
도 13은 도 11b의 감소된 두께의 렌즈 디자인에 대한 렌즈 특성을 도시한다(다시 도 13a는 굴절률(n) 대거리(×)를 도시하고, 도 13b는 굴절률 경도("각도") 대 거리(×)를 도시한다). 두께는 40㎛이고 전극 공간은 166㎛이다. 도 12 및 도 13은 분석 모델을 사용하여 계산된다. 도 13에 도시된 각도적 분포는 필요한 강도가 결핍될 뿐만 아니라(이것은 또한 가장자리에서 너무 강하다), 마찬 가지로 중심에서 강한 수차를 가진다(각도적 분포는 이상적인 경우에 직선이어야 한다).
그러므로, 때때로 두꺼운 LC가 사용되면 렌즈가 너무 짧은 초점 거리를 가지 거나 또는 얇은 LC층이 사용되면 중심에서 강한 수차를 가지는 문제가 있다.
그러므로, LC층 내에서 발생된 전기장에 영향을 미치는 재료의 한층 또는 두층을 사용하여 상기의 기본 디자인을 개선하는 것에 의하여 초점 거리를 증가시키고 및/또는 용인 가능한 레벨로 이러한 수차들을 감소시키도록 변경되어야 한다.
도 14는 와이어 기판에 가까운 액정층의 부분이 고형의 투명 재료의 층으로 대체되는 제 1 변형을 도시한다.
도 14의 구조는 추가의 층(140), LC층(142), 및 LCD를 중첩하는 유리층(144)을 포함한다.
이러한 층(140)은 입사 빔이 대체된 층에 대해 직각으로 진행하고 층 내에서의 굴절률에서의 경도가 없기 때문에 광의 방향에 직접적인 영향을 미치지 않는다. 그러나, 층(140)은 LC층에서의 전기장 분포에 효과를 가지며, 렌즈를 통한 광 진행에 간접적으로 영향을 미친다.
이러한 효과의 크기(및 렌즈의 초점 길이)는 고형층(140)의 두께, LC층(142)의 두께, 고형층의 유전율 및 LC의 평행 유전율에 의존한다.
도 14는 렌즈 형상, 및 구조를 통한 광 경로(146)를 한정하는 전기력선(145)들을 도시한다.
추가의 변형은 도 15에 도시된 바와 같이 전기장을 효과적으로 압축하는 것에 의해 렌즈 두께를 감소시키도록(그러므로 그 초점 거리를 증가시킨다) 인듐-주석-산화물(ITO)과 같은 투명 도체와 접촉하는 투명 재료(150)의 추가의 층을 사용한다. 전기장에서의 상태를 부과하는 접지된 층(150)의 영향은 LC의 층에서 필요한 전기장 분포를 위해 유익하다. 스위칭 가능한 LC층(142)이 렌즈 스위칭 기능을 실행하기 위해 필요한 영역에 위치되도록 2개의 층(140, 150)들이 선택된다. 층들의 두께는 각각의 재료의 유전율과 필요한 초점 길이에 의존한다. 상기에도 불구하고, 대안적인 실시예에서, 예를 들어 도 18에 대해 기술된 것으로서, 층(140) 및/또는 층(150)이 필요 및 디자인에 따라서 생략될 수 있다는 것을 당업자는 예측할 것이다.
상기된 변형에서, 렌즈들은 보다 약하게 만들어지고 작은 구면 수차를 구비할 수 있다. 렌즈들은 렌즈로부터 픽셀들까지의 광학적 경로 길이에 일치하는 초점 길이를 가지도록 디자인될 수 있다.
도 16 및 도 17은 9개의 장면들을 구비한 실제의 10㎝ 디스플레이의 2개의 디자인에 대한 렌즈 특성들을 도시한다. 도 16은 도 14의 배열에 기초하고, 도 17은 도 15의 배열이 기초한다. 도시된 변수들은 도 12 및 도 13에 도시된 것들에 대응한다. 상이한 층들의 광학적 두께와 동일한 초점 길이는 유리에서 1.342㎛이다(디스플레이의 615㎛ 두께의 유리 플레이트, 중합체의 27㎛ 두께층, 및 렌즈 어레이 자체의 700㎛ 두께의 유리 플레이트). 이러한 9개의 장면 디스플레이를 위하여, 픽셀 피치는 37.5㎛이고, 렌즈 피치는 166.36㎛이다. 도 16의 예에 대하여, LC층 두께는 13㎛이고, 추가의 층(140)의 두께는 100㎛이다. 도 17의 예에 대하여, LC층 두께는 12㎛이고, 추가의 층(140)의 두께는 61㎛이며, ITO 접지 평면 상의 층의 두께는 27㎛이다.
알 수 있는 바와 같이, 2개의 디자인에 대한 각도 분포의 형상은 도 12에 도 시된 분포의 각도 분포와 비교 가능하다. 그러므로, 렌즈 디자인은 필요한 초점 길이에 의해 얻어지는 한편, 용인 가능한 레벨에서 수차를 유지한다.
단일의 추가층을 구비한 도 14에 도시된 디자인에 대하여, 중요 변수(key variable)들은 와이어(p)들 사이의 거리, 고형 재료의 층(140)의 두께(dsolid), LC와 접촉하는 유리의 유전율(εglass), 및 이상 광축에 평행한 LC 재료의 유전율(εLC)이다.
렌즈 기능은 이러한 변수들 사이의 비에 기초하여 개선된다. 중요한 비는 다음과 같다:
al = εLC × dsolid/p 및
a2 = εLC /εglass
도 16을 위해 사용된 계산에서, al = 3.0 및 a2 = 1.8이다.
LC층의 두께(dLC)는 필요한 초점 길이(f), 정상 및 이상 굴절률 사이의 차이(Δn = ne - no) 및 디자인의 기학적 형태(dLC ~ p2 /(f × Δn))에 의존하고, 대략 5 내지 100㎛의 범위에 놓인다.
변수(a1)에 대한 바람직한 범위는 0.7 < al < 12이며, 보다 바람직하게 1.5 < al < 6이고, 더욱 바람직하게 2.5 < a1 < 4이다.
변수(a2)의 바람직한 범위는 0.9 < a2 < 3.6이다.
2개의 추가의 층들을 사용한 도 17에 도시된 디자인에 대해, 중요 변수들은 와이어(p)들 사이의 거리, 와이어 구조에 가까운 고형 재료의 층의 두께(dw), 접지된 ITO 층에 가까운 고형 재료의 층의 두께(dground), 및 LC 재료의 유전율(εLC)의 평행 성분이다. 중요 비는 다음과 같다:
bl = εLC × dw/p 및
b2 = εLC × dground/P.
도 17을 위해 사용된 두께에서, bl = 3.6 및 b2 =l.6이다.
LC층의 두께(dLC)는 다시 필요한 초점 길이(f), 정상 및 이상 굴절률 사이의 차이, 디자인의 기하학적 형태에 의존하고, 대략 5 내지 100㎛의 범위에 놓인다.
변수들에 대한 바람직한 범위는,
0.9 < bl < 14.4 및 0.4 < b2 < 6.4, 또는 보다 바람직하게,
0.9 < bl < 14.4 및 0.8 < b2 < 3.2, 또는 보다 바람직하게,
1.8 < bl < 7.2 및 0.4 < b2 < 6.4, 또는 보다 바람직하게,
1.8 < b1 < 7.2 및 0.8 < b2 < 3.2이다.
상기 예들은 2개의 상이한 모드 사이의 스위칭, 예를 들어 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 예를 위한 작동의 2D 및 3D 모드 사이의 스위칭을 보인다. 그러나, 또한 렌즈의 강도를 변화시킬수 있는 이점이 있을 수 있다. 렌즈 강도를 변화시키는 하나의 방식은 액정 분자들의 거동이 전기장의 방향에 의해 그 이상 영향을 주지 않는 임계값 아래로 포크 구조(fork structure)에서의 인가된 전압을 낮추는 것이다. 밸런스는 그런 다음 주위의 분자들과의 상호 작용의 결과로서 힘에 의해 형성된다. 이러한 접근의 결점은 이러한 것이 LC의 거동에 의존하고 이러한 거동이 온도와 함께 변한다는 것이다. 또한, 렌즈 특성에서의 변화는 용이하게 예측되지 않는다.
아래에 기술된 디바이스의 추가의 변형은 LC의 층 내에서 전기장의 방향에 영향을 미치는 것에 의하여 렌즈 강도를 변화시킨다. 이러한 변형은 도 15에 도시된 층(150)과 같은 전도성 플레이트를 사용하고(그러나 층(140)을 필요로 하지 않는다), 전기장을 변화시키기 위하여 전도성 플레이트에 교류 전류를 인가하여, 그 결과 렌즈의 강도를 변화시킨다. 추가의 절연층들이 상기 예에서와 같이 전극 포크 배열 및 전도성 플레이트 사이에 제공될 수 있다.
도 18은 LC층과 ITO 층의 기본 구조를 도시한다. ITO 층의 두께는 도시되지 않았으며, 선으로서 표현된다. 전위 전에 전기력선들은 전도성 플레이트에 인가된다. 포크 구조 및 플레이트(150)는 교류 전류가 공급된다. 교류 전류가 전도성 플레이트에 인가될 때, 전기장은 도 19에 도시된 2개의 상태 사이에서 신속하게 스위칭을 시작한다. 인가된 전압의 주파수가 액정의 이완 시간(relaxation time, f<< 1/τLC)과 비교하여 충분히 높도록 선택될 때, LC 분자들은 도 20에 도시된 바와 같이 2개의 상이한 전기장(E1, E2)들 사이에서 정렬하게 된다.
포크에 인가된 전압, 플레이트에 인가된 전압과 플레이트 및 포크에 대한 LC 층의 위치에 의존하여, 렌즈 효과를 상당히 변화시키는 것이 가능하다. 가변적인 렌즈 효과를 달성하는 일부 다른 방식이 도 21에 도시되어 있다.
도 21에서, 상부의 3개의 그래프들은 기본 주파수(f)와 함께, 2개의 포크(Vfork,1 및 Vfork,2) 상에서의 반대 전압을 사용하는 것에 기초한다. 이러한 상황을 위한 전기장은 포크 신호(신호 210), 기본 주파수(f)보다 2배 높은 주파수(fplate)를 구비한 위상내(in-phase) 신호(신호 212), 또는 기본 주파수보다 훨씬 높은 주파수를 가진 주파수를 가지는 위상내 신호(신호 214)에 비교한 위상 변위를 가지는 전압을 전도성 플레이트(Vplate)에 인가하는 것에 의해 변경된다. 이러한 3개의 가능성들은 도 21에 순차적으로 도시되어 있다.
도 21의 하부의 3개의 그래프에 도시된 대안적인 실시예는 2개의 포크들 상에서 신호에 대한 변조를 추가하는 것에 의해 0인 Vplate를 유지하는 것이다. 각각의 포크 전압과 플레이트 전압이 동일함으로써 동일한 렌즈 효과들이 얻어진다. 이 경우에, 각각의 포크 신호는 그 위에 추가의 신호를 중첩하였으며, 추가의 신호는 포크 신호와 비교된 위상 변위를 가지거나, 또는 기본 주파수(f)보다 2배 높은 주파수(fplate) 또는 기본 주파수보다 훨씬 높은 주파수를 구비한 위상내 신호이다.
도 22는 플레이트(Vplate) 상에 인가된 전압의 상이한 크기과 함께 렌즈에 대한 각도적 분포에 대해 상이한 프로파일을 도시한다. 분석을 위해 사용된 샘플의 디자인과 명세는 전극 피치166㎛, LC층 두께 70㎛, 및 도 15에서와 같이 82㎛의 추 가층(140)이다.
플레이트 상의 전압은 1㎑로 인가된다. 포크 전극들을 위한 전원은 주파수(ffork) = 100㎐와 함께 Vfork = 50V에 기초한다. 각각의 측정치의 중간에 있는 선형 부분은 초점 길이를 위한 표시를 준다. OV; 7.5V; 15V 및 30V 상황에 대한 초점 길이는 각각 대략 140㎛; 85㎛; 190㎛ 및 1330㎛이다.
알 수 있는 바와 같이, 렌즈 효과에서의 변화량은 인가된 전압의 크기에 의존한다.
이전에, 도체층과 관련하여 제 1 및 제 2 전극들의 구동은 대칭적 렌즈 효과가 얻어지도록 행해졌다. 그러므로, 예를 들어, 도 18을 참조하여, 제 1 및 제 2 전극들은 각각 주어진 반대의 동일 전압(Vl = - V2)이지만, 도체 ITO 층(150)은 0V의 전압(V3)으로 유지된다. 편리하게, 비대칭 렌즈 효과에 대하여, V3은 0V와 다르다. 이러한 전압 계획은 비대칭 전기력선 분포, 대응하는 비대칭 렌즈 효과를 제공하며, 즉 렌즈 효과 뿐만 아니라 빔 편향이 있다.
3D 오토스테레오스코픽 디스플레이의 분야에서 빔 편향 및 하나의 가능한 적용이 도 23a, 도 23b 및 도 23c에 도시된다. 빔 형상화 디바이스는 오토스테레오스코픽 디스플레이(170)의 부분이다. 디스플레이는 편광기(176), 유리 기판(182)들에 의해 함께 홀딩되는 픽셀 패널(178) 및 분석기(180)를 포함하는 표준 LC 패널(172)을 포함한다. 백라이트(도시되지 않음)는 편광기(176) 아래에 제공된다. LCD 디스플레이는 렌즈화 모드에서 사용될 때 렌티큘러 어레이로서 작용하도록 본 발명에 따른 빔 형상화 디바이스(174)와 결합된다. 이 경우에 빔 형상화 디바이스는 기판(198) 상의 제 1 전극(184)과 제 2 전극(186)을 포함한다. 그 상부에는 제 1 절연층(188), 얇은 LC층(190), 제 2 절연층(192), 투명 도전성 층(194), 및 적절한 투명 재료로 된 기판(196)이 제공된다. 기판(198) 상의 제 1 및 제 2 전극들을 서로 비트는 패턴은 도 1a에 도시된 바와 같다. 기판(196) 상의 전극은 바람직하게 전체 기판을 덮는 비조직적(unstructured) 전극이다. 층(188, 192)들은 선택적이며, 렌즈 형상화의 최적화를 위하여 이전에 기술된 기능들을 제공할 수 있다. 5-장면 시스템이 도시되며, 즉, 각각의 렌티큘러의 렌즈의 밑에 있는 픽셀(202, 203 및 204)과 같은 5개의 서브 픽셀들이 있으며, 각각의 서브 픽셀은 상이한 장면에 대응한다. 도 23a, 도 23b, 및 도 23c에서 동일한 부분은 동일한 도면 부호를 가진다.
디스플레이의 규칙적인 3D 작업 동안, 전압(V1)은 제 1 전극에 인가되고, -V1의 전압(V2)은 제 2 전극에 인가되고, V3=0V의 전압은 도체층에 인가되어서, 2개의 이웃하는 제 1 및 제 2 전극 핑거들 사이에 존재하는 하나의 원기둥 렌즈 아래에 위치된 이웃하는 픽셀(200, 202 및 204)로부터 유래하는 광은 상이한 방향으로 보내지고, 즉 도 23a에 도시된 바와 같이 대칭 방식으로 상이한 장면들로 보내진다. 대안적으로, V3≠0V일 때, 전기력선의 대칭, 그러므로 관련 렌즈의 대칭이 무너진다. 전기력선은 렌즈 작용으로부터 이격되도록 그 자체를 재배열하고, 그 결과 빔이 편향되고: 각각의 장면은 도 23b 및 도 23c에 도시된 바와 같이 다소 편향된다. 이러한 편향의 방향은 렌즈로부터 렌즈로의 신호를 변화시킨다. 상기 방향은 또한 전압(V3)의 신호를 변화시킬 때 신호를 변화시킨다. 일반적으로서, 정확하게 이웃하는 제 1 및 제 2 전극에 인가되는 전압 사이에 있는 값과 V3이 다를 때 상기 효과가 얻어진다.
연속하는 이미지 프레임들에서 ΔV와 -ΔV 사이에서 V3을 변경하는 것에 의해, 개별적인 장면들은 좌측으로부터 우측으로 및 그 역으로 프레임으로부터 프레임으로 틸팅되게 된다. 이러한 것은 실행시에 렌티큘러가 좌측으로부터 우측으로 및 그 역으로 실질적인 방식으로 변위되는 것에 상당하다. 그 시간동안 중앙 장면(즉, 디스플레이에 대해 직각이 방향에서의 장면)을 고려하여: 각각의 렌즈 아래쪽으로, ΔV와 -ΔV 사이에서 V3을 변경하는 방법에 의해, 상이한 색상을 가지는 200 또는 204개인 2개의 상이한 서브 픽셀은 단지 하나 대신에 중앙 장면에 기여하게 되고: 하나의 서브 픽셀은 V3=ΔV일 때(도 23b)이며, 다른 하나는 V3 = -ΔV (도 23c)이다. 그러므로, 시간-순차적 방식(time-sequential manner)으로, 작동의 3D 모드에서의 각각의 장면에 대한 해상도는 두배이다. 예를 들어, 프레임률(frame rate)이 100㎐인 경우에, 렌티큘러는 두 위치들 사이에서 교대하게 되고: 위치들은 매 1/100초후 마다 스위칭된다. 이러한 방식으로, 장면당 해상도는 두배로 될 수 있다.
장면당 해상도를 두배로 하는 대신에, 전압의 대칭 구성이 또한 사용될 때 장면당 해상도를 세배로 하는 것이 또한 가능하다. 이 경우에, 픽섹(202)은 도 23에서 중앙 장면을 제공한다.
프레임률에 대한 요구는 매우 높지 않다. 예를 들어, 장면당 해상도를 두배로 하기 위하여 2의 인자에 의한 시간 다중화(time-multiplexing)는 프레임률이 두배로 되어야 하는 것을 반드시 부과하지 않는다. 50㎐의 프레임률의 경우에, 이미지들은 단지 25㎐의 프레임률에서 장면 형성 소자(view-forming element)의 각각의 2개의 위치에 대해 발생된다. 2개의 위치들에 대해 발생된 이미지들이 매우 유사하기 때문에, 관찰자의 인지에서, 인지된 프레임률은 25㎐이기 보다는 여전히 50㎐이다.
렌티큘러를 변위시키는 것에 의해, 각각의 장면에 대한 이미지 콘텐츠는 일치하여 적응되어야 한다.
대략 장면당 해상도를 두배로 하는 것과 동일한 방식으로, 새로운 장면들이 본래의 장면들 사이에서 생성되도록 장면들을 틸팅하는 것에 의해 장면들의 수를 두배로 하는 것이 또한 가능하다.
기존의 렌티큘러들과 비교하여, 디스플레이 상에 렌티큘러를 형성하는 이러한 GRIN 빔 형상화 디바이스의 하나의 결점은 렌즈들의 가장자리에서 상대적인 비활성 영역의 결과로서 3D 모드에서 디스플레이에 대해 가능한 명암 대비(contrast)를 감소시키는 것이다. 명암 대비는 렌즈-효과(렌즈들 사이의 선들)가 결여된 불투명 재료를 사용하는 것에 의해 보존될 수 있다. 사실, 또한 빔 형상화 디바이스에 대해, 전극들의 위치에 있는 LC 영역에서의 렌즈의 수차는 덜 완전한 광빔을 만들게 된다. 렌즈의 불완전한 부분으로부터 유래하는 광은 불투명층에 의해 보호될 수 있다. 이러한 불투명층은 기판 상의 인쇄된 층 또는 임의의 적절한 기술에 의해 증 착된 패턴일 수 있다.
대안적으로, 스위칭 가능한 불투명성을 구비한 층이 제공된다. 하나의 실시예에서, 분석기는 상기된 변형들 중 임의의 것에 제공된다. 분석기는 제 1 및 제 2 전극들 반대편의 LC층의 측부에 위치되고, 선형으로 편광한다. 디바이스의 비렌즈화 모드에서, LC 재료 조준기들은 디바이스의 기판들에 평행하게 정렬되지만, LC층의 어느 한 측부에서 서로에 대해 직각이다. 후자 형태의 정위는 적절한 직각 방향으로 문질러진 폴리이미드 정렬층들에 의해 달성될 수 있다. 그러므로, LC층에서, LC층의 다른 측부에서 하나의 정위로부터 직각 정위로의 조준기들의 점차적인 회전은 기판에 대해 직각 방향으로 LC층을 통하여 진행하는 것에 의해 일어난다. 분석기는 그런 다음, 디바이스가 비렌즈화 모드로 있을 때, 편광이 LC층의 진입에 의해 존재하는 편광이 LC층을 통하여 진행하고 분석기 측부에서 디바이스를 빠져 나간 후에 점차적인 LC 조준기 회전에 의해 회전되는 선형으로 편광된 광이 분석기를 통과하는 것이 허용되도록 정위 또는 회전된다. 렌즈화 모드에서 디바이스를 구동하는 것에 의하여, 전극들의 위치 및 그 부근에서, 조준기들은 실질적으로 기판들에 대해 평행으로서 더욱 직각으로 정렬하게 되고, 점차적인 스크류형 정렬을 잃는다. 이와 함께, LC층은 또한 LC층으로부터 나오는 광이 지금 그 위치에 있는 분석기에 의해 차단되도록 그 위치에서의 편광 회전 특성을 또한 잃는다. 그러므로, 렌즈화 모드로 디바이스를 구동하는 것은 디바이스를 통하여 진행하는 광에 대해 분석기 층을 국부적으로 불투명하게 만든다. 상기 위치들은 수차들이 가장 큰, 즉 전극들에 가까이 있는 위치들에 관계한다.
기술된 설정은 LCD 디스플레이와 같은 편광된 광을 방출하는 픽셀 패널 장치들 상의 렌티큘러에서 적용하는데 특히 매력적이다. 당업자는 달성된 효과가 얻어지도록 디바이스의 LC 재료 및 분석기 회전을 배열하는것이 가능할 것이다.
상기 예들에서, 렌즈 특성을 변화시키도록 2개의 층들을 사용하는것이 설명되었다. 상기 구조는 이러한 층들의 하나 또는 양쪽을 가질 수 있으며, 상기되지 않은 구조에서 다른 층들이 있을 수 있다. 하부층(140)은 렌즈 강도를 감소시키기 위한 것이며, 상부층은 전기장을 압축하기 위한 것이다. 이러한 접근법은 렌즈 특성에서 필요한 변화를 얻도록 독자적으로 사용될 수 있다.
제 1 및 제 2 고형 절연층들은 포토레지스트일 수 있다. 대안적으로, 절연CM들은 라미네이트 및 PET 포일층(foil layer)들 또는 다른 유기/중합층들을 포함할 수 있다.
다양한 변형들이 당업자에게 자명하다.
요약하여, 빔 형상화 디바이스(1; 31)는 제 1 및 제 2 광학적으로 투명한 기판(3, 33; 4, 37)들, 그 사이에 샌드위치된 액정층(2; 36), 및 제 1 기판(5; 34)을 향하는 액정층(2; 36)의 한쪽 측부에 배열된 제 1 및 제 2 전극(5, 34; 6, 35)을 포함한다. 빔 형상화 디바이스(1; 31)는 각각의 광이 디바이스에 대해 직각인 방향으로 빔 형상화 디바이스를 통과하는 것을 허용하는 빔 형상화 상태 사이에서 제어 가능하다. 빔 형상화 디바이스(1; 31)는, 상기 전극(5, 34; 6, 35)들의 이웃하는 부분들 사이의 세그먼트에서 상기 액정층(2; 36)에 대해 본질적으로 평행한 부분을 포함하고 실질적으로 상기 제 1 기판(3, 34)으로부터 상기 제 2 기판(4, 35)으로 연장하는 전기장을 제 1 및 제 2 전극(5, 34; 6, 35)에 걸린 전압(V)의 인가가 발생시키는 방식으로 구성된다. 이러한 방식으로, 비교적 높은 굴절률 경도가 짧은 거리에 걸쳐서 얻어질 수 있으며, 이러한 것은 매우 효과적인 빔 형상화를 가능하게 한다. 전기장은 소위 평면내 구성으로 액정층이 한쪽 측부 상에 제공된 전극들을 이용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 디바이스는 2D와 3D 모드 사이에서 스위칭하기 위해 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에서 사용될 수 있다.
상기된 변경 및 실시예들은 본 발명을 제한하기 보다는 오히려 예시하며, 당업자는 첨부된 특허청구범위의 범위로부터 벗어남이 없이 많은 대안적인 실시예들을 디자인할 수 있다는 것을 유념하여 한다. 특허청구범위에서, 괄호 안에 배치된 임의의 도면 부호들은 특허청구범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않는다. 용어 "포함하는"은 특허청구범위에서 열거된 것들과 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 또한, 단수 표현은 다수의 이러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 다수의 수단을 열거하는 디바이스 청구항에서, 다수의 이러한 수단들은 하드웨어의 하나 및 동일한 아이템에 의해 구현될 수 있다. 특정 조치들이 상호 상이한 종속항에서 인용된다는 단순한 사실은 이러한 조치들의 조합이 유익하게 사용될 수 없다는 것을 지시하지 않는다.

Claims (31)

  1. 제 1 및 제 2 광학적으로 투명한 기판(3, 33; 4, 37)들, 그 사이에 샌드위치된 액정층(2; 36), 및 제 1 기판(3; 34)을 향하는 액정층(2; 36)의 한쪽 측부에 배열된 제 1 및 제 2 전극(5, 34; 6, 35)을 포함하는 빔 형상화 디바이스(1; 31)로서, 각각의 광이 상기 빔 형상화 디바이스에 대해 직각인 방향으로 상기 빔 형상화 디바이스를 통과하는 것을 허용하는 빔 형상화 상태 사이에서 제어 가능한 빔 형상화 디바이스(1; 31)에 있어서,
    상기 빔 형상화 디바이스(1; 31)는, 상기 전극(5, 34; 6, 35)들의 이웃하는 부분들 사이의 세그먼트에서 상기 액정층(2; 36)에 대해 본질적으로 평행한 부분을 포함하고 실질적으로 상기 제 1 기판(3, 34)으로부터 상기 제 2 기판(4, 35)으로 연장하는 전기장을, 상기 제 1 및 제 2 전극(5, 34; 6, 35)에 걸린 전압(V)의 인가가 발생시키는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 빔 형상화 디바이스(1; 31).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극(5; 34)은 제 1 세트의 본질적으로 평행한 제 1 전극 도체 라인(42a)들을 포함하고, 상기 제 2 전극(6; 35)은 제 1 세트의 본질적으로 평행한 제 2 전극 도체 라인(42b)들을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 전극(5, 34; 6, 35)들은 이웃하는 제 1 및 제 2 전극 도체 라인들을 포함하는 적어도 하나의 도체 쌍이 형성되도록 배열되는 빔 형상화 디바이스(1; 31).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극(34)은 제 2 세트의 본질적으로 평행한 제 1 전극 도체 라인(43a)들을 포함하고, 상기 제 2 전극(35)은 제 2 세트의 본질적으로 평행한 제 2 전극 도체 라인(43b)들을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 전극들은 이웃하는 제 1 및 제 2 전극 도체 라인들을 포함하는 적어도 하나의 도체 쌍이 형성되도록 배열되는 빔 형상화 디바이스(31).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 세트의 도체 라인(43a, 43b)들은 상기 제 1 세트의 도체 라인(42a, 42b)들에 대해 일정한 각도로 배열되는 빔 형상화 디바이스(31).
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극(51, 53)들에 대해 상기 액정층(2)의 반대편 측부에 배열된, 적어도 하나의 제 3 전극 도체 라인을 가지는 제 3 전극(52), 및 적어도 하나의 제 4 전극 도체 라인을 가지는 제 4 전극(54)을 추가로 포함하는 빔 형상화 디바이스(50).
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 3 및 제 4 전극(52, 54)들은 각각의 상기 제 3 및 제 4 도체 라인이 상기 제 1 및 제 2 도체 라인(51, 53)들 중 대응하는 것과 본질적으로 직각을 이루도록 배열되는 빔 형상화 디바이스(50).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액정층(2)은 전기장이 인가되지 않을 때 호메오트로픽적으로(homeotropically) 정렬되는 빔 형상화 디바이스(1).
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기장이 인가되지 않을 때, 상기 액정층(2)은 상기 액정층에 포함된 액정 분자들이 인접한 도체 라인에 대해 직각이도록 평면의 단축(uniaxial) 정렬을 가지는 빔 형상화 디바이스(1).
  9. 적층 구조로 배열되는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 제 1 및 제 2 빔 형상화 디바이스(21, 31; 22, 32)들을 포함하는 빔 형상화 장치(20; 30).
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 빔 형상화 디바이스(31, 32)들은, 상기 제 1 빔 형상화 디바이스(31)에 포함된 상기 제 1 및 제 2 전극(34, 35)들의 적어도 일부가 상기 제 2 빔 형상화 디바이스(32)에 포함된 상기 제 1 및 제 2 전극(40, 41)들의 대응하는 부분에 대해 직각이도록 서로에 관계하여 정위되는 빔 형상화 장치(30).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 빔 형상화 장치(20)를 통과하는 광빔의 편광 상태를 변경하는데 적합한 추가의 광학 부재(23)를 포함하는 빔 형상화 장치(20).
  12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 빔 형상화 디바이스, 및 광원에 의해 발산된 광빔이 상기 빔 형상화 디바이스를 통과하는 방식으로 배열된, 발광 다이오드 또는 반도체 레이저와 같은 상기 광원을 포함하는 조명 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 빔 형상화 디바이스는 상기 제 1 및 제 2 전극들 사이의 층과 상기 액정층을 추가로 포함하는 빔 형상화 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 전극 와이어들의 이웃하는 부분들 사이의 거리는 p이고, 상기 층의 두께는 dsolid이며, 상기 액정층과 접촉하는 기판의 유전율은 εsub이고, 이상 광축에 대해 평행한 액정 재료의 유전율의 성분은 εLC이며, 여기에서,
    0.7 < a1 < 12이고, a1 = εLC × dsolid/p인 빔 형상화 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 0.9 < a2 < 3.6이며, a2 = εLC/εsub인 빔 형상화 디바이스.
  16. 제 1 항, 제 2 항, 제 14 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극들 반대편의 상기 액정층의 측부 상의 도체층을 추가로 포함하는 빔 형상화 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 전극들 반대편의 상기 액정층의 측부 상의 제 2 절연층을 추가로 포함하며, 상기 제 2 절연층은 두께(dground)를 가질 수 있으며, 여기에서,
    0.9 < b1 < 14.4 및 0:4 < b2 < 6.4이며, b1 = εLC × dsolid/p이며, b2는 εLC × dground/p인 빔 형상화 디바이스.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 도체층에 가변 전압을 인가하기 위한 제어 수단을 추가로 포함하는 빔 형상화 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 제 1 전극에 제 1 교류 전압을 인가하고; 상기 제 2 전극에 제 2 교류 전압을 인가하는데 적합한 빔 형상화 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 교류 전압은 동일 주파수를 가지고 역상으로 있으며, 상기 가변 전압은 상이한 위상 또는 보다 높은 주파수를 가지는 빔 형상화 디바이스.
  21. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 도체층에 가변 전압을 인가하기 위한 제어 수단을 추가로 포함하고, 상기 제어 수단은 상기 제 1 전극에 제 1 교류 전압을 인가하고; 상기 제 2 전극에 제 2 교류 전압을 인가하는데 적합한 빔 형상화 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서, 각각의 상기 제 1 및 제 2 교류 전압은 제 1 및 제 2 중첩 성분들을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 전압의 제 1 성분은 각각 동일 주파수를 구비하고 역상으로 있으며, 상기 제 2 성분은 동일하며 상이한 위상 또는 보다 높은 주파수를 가지는 빔 형상화 디바이스.
  23. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 14 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극들의 영역에 있으며 가장 낮은 빔 형상화 효과의 영역과 정렬되는 불투명층을 추가로 포함하며, 상기 불투명층은 상기 디바이스가 렌즈화 모드에서 구동될 때 불투명한 빔 형상화 디바이스.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극들 반대편의 액정층의 측부 상에 있는 분석기를 포함하며, 상기 분석기는, 상기 디바이스의 렌즈화 모드에서, 상기 디바이스를 통하여 진행하고 전극들의 위치에 있는 분석기의 측부에서 LC층을 빠져나가는 광이 상기 분석기에 의해 적어도 부분적으로 차단되도록 구성되는 빔 형상화 디바이스.
  25. 디스플레이를 만들기 위한, 열 및 행으로 배열되는 디스플레이 픽셀 소자의 어레이를 가지는 디스플레이 패널; 및
    상이한 픽셀 소자들로부터의 출력을 입체적인 이미지가 보이는 것을 가능하게 하도록 상이한 공간 위치로 안내하며, 관측자의 양쪽 눈으로 상기 디스플레이 픽셀 출력이 동시에 안내되도록 배열되는 이미지화 장치를 포함하며;
    상기 이미지화 장치는 2D 모드와 3D 모드 사이에서 전기적으로 스위칭 가능하고, 제 1 항, 제 2 항 또는 제 14 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 빔 형상화 디바이스를 포함하는, 스위칭 가능한 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  26. 제 1 및 제 2 광학적으로 투명한 기판(3, 33; 4, 37)들, 상기 기판들 사이에 샌드위치된 액정층(2; 36), 및 상기 제 1 기판(3; 34)을 향하는 상기 액정층(2; 36)의 측부에 배열되는 제 1 및 제 2 전극(5, 34; 6, 35)들을 포함하는 빔 형상화 디바이스(1; 31)를 제어하는 방법으로서,
    빔 형상화 상태들 사이에서 상기 빔 형상화 디바이스를 제어하는 단계를 포함하며, 각각의 상기 상태는, 상기 전극(5, 34; 6, 35)들의 이웃하는 부분들 사이의 세그먼트에서 상기 액정층(2; 36)에 대해 본질적으로 평행한 부분을 포함하고 실질적으로 상기 제 1 기판(3; 34)으로부터 상기 제 2 기판(4; 35)으로 연장하는 전기장을 발생시키도록 상기 제 1 및 제 2 전극(5, 34; 6, 35)에 걸쳐서 전압(V)을 인가하는 것에 의해, 상기 빔 형상화 디바이스에 대해 직각인 방향으로 상기 빔 형상화 디바이스를 통한 광의 통과를 허용하는 빔 형상화 디바이스 제어 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 빔 형상화 디바이스는 전극들 반대편의 액정층의 측부 상의 도체층을 추가로 포함하며, 상기 방법은 제 1 전극에 제 1 교류 전압을 인가하고 제 2 전극에 제 2 교류 전압을 인가하는 단계를 추가로 포함하는 빔 형상화 디바이스 제어 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 가변 전압을 도체 층에 인가하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 교류 전압은 동일 주파수를 구비하고 역상이며, 상기 가변 전압은 상이한 위상 또는 보다 높은 주파수를 가지는 빔 형상화 디바이스 제어 방법.
  29. 제 27 항에 있어서, 직류 전압을 도체층에 인가하는 단계를 추가로 포함하며, 제 1 및 제 2 교류 전압들은 각각 제 1 및 제 2 중첩 성분을 포함하고, 제 1 및 제 2 전압의 제 1 성분은 동일 주파수를 구비하고 역상이며, 제 2 성분은 동일하며 상이한 위상 또는 보다 높은 주파수를 가지는 빔 형상화 디바이스 제어 방법.
  30. 제 26 항에 있어서, 상기 빔 형상화 디바이스는 상기 전극들 반대편의 상기 액정층의 측부 상의 도체층을 추가로 포함하고, 상기 방법은 시간 단위 내에서, 이웃하는 제 1 및 제 2 전극들에 인가된 평균 전압과 다른 전압을 상기 도체층에 인가하는 단계를 추가로 포함하는 빔 형상화 디바이스 제어 방법.
  31. 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 렌즈의 렌즈 기능을 제어하기 위한 제 26 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 따른 방법.
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