KR20130036627A - 전기습윤 현상을 이용한 3차원 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기습윤 현상을 이용한 3차원 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 일면에 제1 투명전극을 포함하는 제1 기판과 제1 투명전극과 마주보도록 위치하며, 상기 제1 투명전극과 마주보는 일면에 제2 투명 전극을 포함하는 제2 기판과 제1 투명전극 상단에 위치하는 절연막과 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되는 유동성 오일 및 유동성 오일과 제2 기판 사이에 주입되는 전도성 액체를 포함하여 이루어지는 3차원 디스플레이 장치를 일 실시예로 제안한다. 본 발명에 의하면 편광안경을 사용하지 않고 3차원 영상을 구현할 수 있다. 또한, 입력 전압에 따라 2차원 영상과 3차원 영상을 자유자재로 변환 및 구현할 수 있다.

Description

전기습윤 현상을 이용한 3차원 디스플레이 장치{Apparatus of 3D display using electrowetting}

본 발명은 전기습윤 현상을 이용한 3차원 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 입력 전압에 따라 렌즈의 굴절률을 가변하여 2차원 및/또는 3차원 영상을 구현할 수 있는 3차원 디스플레이 장치에 관한 것이다.

가상현실은 컴퓨터 그래픽이나 영상물에 입체성을 구현하는 3차원 입체 영상을 통해 현실에서 존재하지 않는 환경을 마치 실제 존재하는 것처럼 느끼게 하는 기술로 정보 통신, 의료, 교육 및 오락 분야 등 많은 분야에서 활용되고 있다.

현재 3차원 디스플레이는 편광방식 또는 셔터방식의 특수 안경을 사용하여 사용자의 양안에 맺히는 상의 위치에 따라 좌,우 영상이 일정한 깊이를 갖게함으로써 3차원 영상으로 인식하는 방식으로 이루어진다.

그러나 특수안경을 사용하는 경우 쉽게 어지러움과 눈의 피로를 유발하기 때문에 특수안경을 장착하는 불편함을 해소하고 보다 입체감 및 생동감 있는 3차원 영상을 구현하기 위하여 특수안경을 사용하지 않는 3차원 영상 구현에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.

특수안경을 사용하지 않는 3차원 디스플레이 방식으로는 패럴랙스 배리어와 렌티큘러 스크린이 있다.

도 1은 종래의 패럴랙스 배리어 방식을 이용한 3차원 디스플레이를 도시한다.

패럴랙스 배리어 방식은 디스플레이 전면에 배치된 차단막을 통해 양안에 각기 다른 영상이 보이도록 함으로써 입체감을 형성한다.

패럴랙스 배리어 방식의 경우 배리어의 온/오프로 2차원 영상과 3차원 영상을 모두 구현할 수 있다는 장점을 가지나, 시야각이 좁기 때문에 사용자의 양안이 일정 각도 이상을 벗어나면 영상의 밝기가 변하고 좌안 영상과 우안 영상이 역전되어 보인다는 단점을 가진다.

도 2는 종래의 렌티큘러 스크린 방식을 이용한 3차원 디스플레이를 도시한다.

렌티큘러 스크린 방식은 렌티큘러 렌즈를 통해 영상을 서로 다르게 굴절시켜 입체 영상을 구현하며 패럴랙스 배리어 방식보다 밝은 화면에 고품질 영상을 구현한다.

그러나 렌티큘러 스크린 방식은 3차원 영상만을 구현할 수 있으며 렌즈 설계가 복잡하고 모아레 현상이 발생한다는 단점을 가진다.

이에 따라 사용자 양안의 위치 및 이동에 영향을 받지 않으면서 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 구현할 수 있는 3차원 디스플레이 기술이 필요한 실정이다.

본 발명의 실시예들이 해결하려는 과제는 전기습윤 현상을 통해 입력 전압에 따라 렌즈의 굴절률을 가변하여 초점을 제어함으로써 2차원 영상 및 3차원 영상을 구현할 수 있는 방안을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 일면에 제1 투명전극을 포함하는 제1 기판;과, 상기 제1 투명전극과 마주보도록 위치하며, 상기 제1 투명전극과 마주보는 일면에 제2 투명 전극을 포함하는 제2 기판;과, 상기 제1 투명전극 상단에 위치하는 절연막;과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되는 유동성 오일; 및 상기 유동성 오일과 상기 제2 기판 사이에 주입되는 전도성 액체를 포함하여 이루어지는 3차원 디스플레이 장치를 일 실시예로 제안한다.

상기 제1 기판 및 제2 기판은 투명재질로 구현될 수 있다.

상기 제1 전극은 링 형상으로 구현되고, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 중심부에 위치하며 원형으로 구현될 수 있다.

상기 유동성 오일은 투명한 소수성의 물질로 이루어지며, 상기 전도성 액체는 투명한 친수성의 물질로 이루어질 수 있다.

상기 제1 전극과 제2 전극에 동일 전압이 인가되면 상기 전도성 액체는 상기 제1 투명전극의 형상을 따라 제1 기판 방향으로 밀려 내려가고, 상기 제2 투명전극의 형상을 따라 제2 기판 방향으로 밀려 올라감으로써 유동성 오일이 볼록 렌즈 형태로 형성될 수 있다.

상기 제1 전극과 제2 전극에 상이한 전압이 인가되면 상기 전도성 액체는 상기 제1 투명전극의 형상을 따라 제2 기판을 향해 밀려 올라가고, 상기 제2 투명전극의 형상을 따라 제1 기판을 방향으로 밀려 내려감으로써 유동성 오일이 오목렌즈 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면 편광안경을 사용하지 않고 3차원 영상을 구현할 수 있다. 또한, 입력 전압에 따라 2차원 영상과 3차원 영상을 자유자재로 변환 및 구현할 수 있다.

도 1은 종래의 패럴랙스 배리어 방식을 이용한 3차원 디스플레이를 도시한다.
도 2는 종래의 렌티큘러 스크린 방식을 이용한 3차원 디스플레이를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 디스플레이 장치의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 디스플레이 구동을 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3차원 디스플레이 구동을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3차원 디스플레이 구동을 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3차원 디스플레이 구동을 도시한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하며 명세서 전체를 통하여 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 디스플레이 장치의 분해사시도이다.

도 3에서 보듯, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 디스플레이 장치(10)는 제1 전극(12)을 포함하는 제1 기판(11), 절연막(13), 분리막(15), 유동성 오일(16), 전도성 액체(17) 및 제2 전극(14)을 포함하는 제2 기판(18)을 포함하여 이루어지며, 액정모듈(20) 전면에 구현된다.

이때 액정모듈(20)은 백라이트에서 받은 빛을 이용하여 화면에 영상을 표시하는 역할을 한다.

제1 전극(12)을 포함하는 제1 기판(11)과 제2 전극(14)을 포함하는 제2 기판(18)은 제1 전극(12)과 제2 전극(14)이 서로 마주보는 형태로 구현된다.

제1 전극(12)은 소정의 지름을 가지는 원으로 그 내부가 개방된 링(ring) 형태의 전극이 직렬 및/또는 병렬 연결되어 복수의 라인을 형성하도록 구현된다.

이때 상기 복수의 라인은 액정 모듈(20)의 화소 행렬과 매칭되며, 일단에는 각 라인별로 전압을 인가할 수 있는 전압 입력부를 포함한다.

또한, 제2 전극(14)은 링 형태의 제1 전극의 중심부에 소정의 지름을 가지는 원 형태의 전극이 직렬 및/또는 병렬 연결되어 복수의 라인을 형성하도록 구현된다.

이때 상기 복수의 라인은 액정 모듈(20)의 화소 행렬과 매칭되며, 일단에는 각 라인별로 전압을 인가할 수 있는 전압 입력부를 포함한다.

이때 상기 제1 전극(12)의 중심부는 셀의 중심부가 된다.

제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(18)은 광 투과성이 우수한 투명 유리 또는 필름으로 구현되며, 제1 전극(12) 및 제2 전극(14)은 전기전도성과 광투성을 동시에 갖춘 투명전극소재로 구현된다.

일례로, ITO(Indium Tin Oxide, 산화인듐주석)이나 CNT(Carbon Nano Tube, 탄소나노튜브) 등으로 구현될 수 있다.

절연막(13)은 제1 전극(12)의 상단에 위치하며, 테프론 재질로 구현된다.

이때 절연막(13)은 제1 전극(12)과 유동성 오일(16) 또는 전도성 액체(17)를 분리시키는 역할을 한다.

절연막(13) 상단에는 분리막(15)이 위치하며, 분리막(15)은 유동성 오일(16)과 전도성 액체(17)를 셀단위로 분리시키는 역할을 한다.

유동성 오일(16)과 전도성 액체(17)는 분리막(15)과 제2 기판(18) 사이에 주입되며 전도성 액체(17)는 제2 전극(14)과 전기적으로 접촉하도록 이루어진다.

이때 유동성 오일(16)과 전도성 액체(17)는 모두 투명한 물질로 구현되며, 유동성 오일(16)은 소수성 물질로 이루어지고 전도성 액체(17)는 친수성 물질로 이루어져 서로 혼합되지 않는다.

소정의 전압이 인가될 경우 전도성 액체(17)가 제1 기판(11)과 제2 기판(18) 방향으로 이동함으로써 소정의 굴절률을 가지는 렌즈를 형성하고, 이에 따라 후단 액정모듈(20)의 2차원 영상을 3차원 영상으로 구현할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 디스플레이 구동을 도시한다.

도 3의 3차원 디스플레이 장치에서 제1 전극(12)과 제2 전극(14)에 전압이 인가되지 않은 셀에서는 전도성 액체(17)의 유동이 일어나지 않는다.

따라서, 도 4와 같이 전도성 액체(17)는 평평한 상태를 유지하게 되고, 이에 따라 유동성 오일(16) 역시 굴절이 없는 평평한 상태를 유지함으로써 후단 액정 모듈의 2차원 영상을 굴절없이 그대로 출력하게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3차원 디스플레이 구동을 도시한다.

도 5는 제1 전극(12)과 제2 전극(14)에 서로 상이한 전압이 인가되었을 경우 3차원 디스플레이 장치의 셀 단위 구동을 도시한 단면도이다.

예를 들어, 제1 전극(12)과 제2 전극(14)에 각각 (+)전압과 (-)전압이 인가되면, 제2 전극(14)과 전기적으로 접촉되어 있는 전도성 액체(17)는 제1 전극으로부터 전달되는 음전하에 의해 대전된다.

이에 따라 (+)전압이 인가된 제1 전극(12)은 셀 내부의 전도성 액체(17)를 제1 전극(12)의 링 형상을 따라 제1 기판(11) 방향으로 끌어당긴다.

또한, (-)전압이 인가된 제2 전극(14)은 전도성 액체(17)를 셀의 중심부 즉, 제2 전극(14)의 원 형상을 따라 제2 기판(18) 방향으로 끌어당긴다.

상기와 같은 전도성 액체(17)의 유동으로 인하여 유동성 오일(16)은 볼록한 형태의 렌즈를 형성하고, 상기 렌즈를 통해 후단 액정 모듈으로부터 출력되는 빛을 수렴하게 된다.

도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3차원 디스플레이 구동을 도시한다.

도 6은 제1 전극(12)과 제2 전극(14)에 동일한 전압을 인가하였을 경우 3차원 디스플레이의 셀 단위 구동을 도시한 단면도이다.

제1 전극(12)과 제2 전극(14)에 (+)전압이 인가되면, 제2 전극(14)과 전기적으로 접촉되어 있는 전도성 액체(17)는 양전하로 대전된다.

이에 따라, (+)전압이 인가된 제1 전극(12)에 의해 전도성 액체(17)가 제1 전극(12)의 링 형상을 따라 제2 기판(18)을 향해 밀려 올라가게 된다.

또한, (+)전압이 인가된 제2 전극(14)에 의해 전도성 액체(17)가 제2 전극(14)의 원 형상을 따라 제1 기판(11)을 향해 밀려 내려가게 된다.

상기와 같은 전도성 액체(17)의 유동으로 인하여 유동성 오일(16)은 오목한 형태의 렌즈를 형성하고, 상기 렌즈를 통해 후단 액정 모듈으로부터 출력되는 빛을 발산하게 된다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 3차원 디스플레이 구동을 도시한다.

도 7에서 보듯, 3차원 디스플레이 장치는 제1 전극과 제2 전극에 인가된 전압의 극성에 따라 셀 단위로 구동하며, 제1 전극과 제2 전극의 전압 극성 및 세기를 제어함으로써 셀 단위별로 볼록렌즈와 오목렌즈를 형성할 수 있다.

상기 볼록렌즈와 오목렌즈를 통해 후단 액정 모듈으로부터 출력되는 빛을 셀 단위별로 굴절시킴으로써 다양한 초점을 생성하고 기존의 2차원 디스플레이에 원근감을 형성하여 3차원 디스플레이로 변환하여 출력할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위를 기본으로 여러 가지로 변형하거나 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

11 : 제1 기판 12 : 제1 전극
13 : 절연막 14 : 제2 전극
15 : 분리막 16 : 유동성 오일
17 : 전도성 액체 18 : 제2 기판
20 : 액정 모듈

Claims (6)

1. 일면에 제1 투명전극을 포함하는 제1 기판;
   상기 제1 투명전극과 마주보도록 위치하며, 상기 제1 투명전극과 마주보는 일면에 제2 투명 전극을 포함하는 제2 기판;
   상기 제1 투명전극 상단에 위치하는 절연막;
   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되는 유동성 오일; 및
   상기 유동성 오일과 상기 제2 기판 사이에 주입되는 전도성 액체
   를 포함하여 이루어지는 3차원 디스플레이 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 기판 및 제2 기판은 투명재질로 구현되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 전극은 링 형상으로 구현되고,
   상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 중심부에 위치하며 원형으로 구현되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 유동성 오일은 투명한 소수성의 물질로 이루어지며, 상기 전도성 액체는 투명한 친수성의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 전극과 제2 전극에 동일 전압이 인가되면 상기 전도성 액체는 상기 제1 투명전극의 형상을 따라 제1 기판 방향으로 밀려 내려가고, 상기 제2 투명전극의 형상을 따라 제2 기판 방향으로 밀려 올라감으로써 유동성 오일이 볼록 렌즈 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 전극과 제2 전극에 상이한 전압이 인가되면 상기 전도성 액체는 상기 제1 투명전극의 형상을 따라 제2 기판을 향해 밀려 올라가고, 상기 제2 투명전극의 형상을 따라 제1 기판을 방향으로 밀려 내려감으로써 유동성 오일이 오목렌즈 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.

Images