KR20130087937A - 초점길이 가변형 마이크로 렌즈와 이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 및 이를 포함하는 3ｄ 디스플레이와 그 동작 방법 - Google Patents

초점길이 가변형 마이크로 렌즈와 이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 및 이를 포함하는 3ｄ 디스플레이와 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

초점길이 가변형 마이크로 렌즈와 이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 및 이를 포함하는 3D 디스플레이와 그 동작 방법에 관해 개시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈는 복수의 전극과, 상기 복수의 전극과 이격되고 상기 복수의 전극에 인가되는 전압에 의해 초점길이가 조절되는 전기-습윤 액체층을 포함하고, 상기 복수의 전극은 상기 전기-습윤 액체 둘레에 구비된다. 상기 복수의 전극과 상기 전기-습윤 액체층 사이에 절연층과 소수성막이 순차적으로 구비될 수 있다. 상기 전기 습윤 액체층 및 상기 복수의 전극 상에 상부 전극과 유리기판이 순차적으로 구비되고, 상기 전기 습윤 액체층의 일부는 상기 상부전극과 상기 소수성막 사이로 확장될 수 있다. 상기 전기 습윤 액체층은 무극성의 제1 물질과, 분극성의 제2 물질과, 상기 제1 및 제2 물질 중 적어도 하나에 포함된 전해질을 포함할 수 있다.

Description

초점길이 가변형 마이크로 렌즈와 이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 및 이를 포함하는 3Ｄ 디스플레이와 그 동작 방법{Micro-lens capable of changing focal length, micro-lens array comprising the same, 3D display comprising micro-lens array and method of operating 3D display}
본 발명의 일 실시예는 디스플레이와 관련된 것으로, 보다 자세하게는 초점길이 가변형 마이크로 렌즈와 이를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이 및 이를 포함하는 3D 디스플레이와 그 동작 방법에 관한 것이다.
3차원 영상은 여러 방법으로 표시될 수 있다. 그 한 방식인 셔터 또는 편광을 이용한 안경식 방식은 시점 수의 증가에 한계가 있다. 또한, 주로 양안시차 방식으로 3차원 영상을 표시하는 바, 시청자가 쉽게 피로감을 느낄 수 있다.
다른 방법으로 홀로그래픽 디스플레이를 사용하는 방법이 있는데, 이 방법은 파면 재생 방법을 사용하여 자연과 같은 3차원 영상을 재생할 수 있다.
그러나 광원으로 가간섭성이 우수한 레이저를 사용해야 하고, 재생영상 디스플레이 면의 스펙클 잡음 등의 노이즈 문제와 디스플레이되는 영상의 화면 크기와 시야각이 제한적일 수 있다.
삼차원 영상을 디스플레이 하는 다른 방법으로 렌즈 어레이를 이용한 집적영상(integrated image) 방법이 연구되고 있다.
집적 영상 방법은 칼라 구현이 용이하고, 연속적인 시야각을 확보할 수 있고, 광학 시스템을 단순화할 수 있는 이점을 갖고 있다. 특히 최근 들어 고성능 카메라 및 촬상소자 등의 발전으로 인하여 직접 영상 방법은 더욱 주목 받고 있다.
그러나 집적 영상 방법은 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array)를 사용하여 집적영상이 제한될 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈 어레이를 통하여 재생되는 입체 영상의 깊이 감과 시야각은 제한될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 초점길이를 가변할 수 있는 마이크로 렌즈를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 마이크로 렌즈를 이용하여 상의 왜곡없이 시야각을 넓히는데 사용되는 마이크로 렌즈 어레이를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 3D 디스플레이와 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈는 복수의 전극과, 상기 복수의 전극과 이격되고 상기 복수의 전극에 인가되는 전압에 의해 초점길이가 조절되는 전기-습윤 액체층을 포함하고, 상기 복수의 전극은 상기 전기-습윤 액체 둘레에 구비된다.
이러한 마이크로 렌즈에서, 상기 복수의 전극과 상기 전기-습윤 액체층 사이에 절연층과 소수성막이 순차적으로 구비될 수 있다.
상기 전기 습윤 액체층 및 상기 복수의 전극 상에 상부 전극과 유리기판이 순차적으로 구비되고, 상기 전기 습윤 액체층의 일부는 상기 상부전극과 상기 소수성막 사이로 확장될 수 있다.
상기 전기 습윤 액체층은 무극성의 제1 물질과, 분극성의 제2 물질 및 상기 제1 및 제2 물질 중 적어도 하나에 포함된 전해질을 포함할 수 있다.
상기 절연층은 SiO2층 또는 SiN층일 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 상기 절연층은 순차적으로 적층된 Cytop층, 하프늄 산화물층 및 몰리브덴층을 포함할 수 있다.
상기 소수성막은 파릴렌C(ParyleneC)막, Cytop막 또는 Taflon막일 수 있다.
상기 제2 물질은 순수(DI water)일 수 있다.
상기 제1 물질은 오일이고, 브로모나프탈렌(bromonaphtalene), 클로로나프탈렌(Chloronaphthalene)과 도데케인(Dodecane)을 포함하는 제1 혼합물 및 클로로나프탈렌과 브로모도데케인(Bromododecane)을 포함하는 제2 혼합물 중 어느 하나일 수 있다.
상기 전해질은 NaCl 및 SDS를 포함할 수 있다.
상기 제1 혼합물에서 클로로나프탈렌과 도데케인의 조성비는 50:50 ~ 99:1일수 있다.
상기 제2 혼합물에서 클로로나프탈렌과 브로모도데케인의 조성비는 50:50 ~ 99:1일 수 있다.
상기 고분자 전해질은 0.01%~1%의 폴리 아크릴산(Polyacrylic Acid)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈 어레이는 복수의 마이크로 렌즈를 포함하고, 상기 마이크로 렌즈는 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 3D 디스플레이는 피사체의 영상을 주어진 위치에 결상하는 제1 마이크로 렌즈 유닛과, 상기 제1 마이크로 렌즈 유닛을 통해 영상을 픽업하는 영상 픽업 유닛과, 상기 영상 픽업 유닛으로부터 전송되는 영상을 처리하는 제어장치와, 상기 제어장치로부터 전송되는 영상을 정해진 영역에 투영하는 디스플레이 유닛 및 상기 디스플레이 유닛으로부터 투영된 영상을 주어진 위치에 결상하는 제2 마이크로 렌즈유닛을 포함하고, 상기 제1 마이크로 렌즈 유닛은 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈 어레이이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 3D 디스플레이 동작방법은 피사체의 영상을 주어진 위치에 결상하는 제1 마이크로 렌즈 유닛과, 상기 제1 마이크로 렌즈 유닛을 통해 영상을 픽업하는 영상 픽업 유닛과, 상기 영상 픽업 유닛으로부터 전송되는 영상을 처리하는 제어장치와, 상기 제어장치로부터 전송되는 영상을 정해진 영역에 투영하는 디스플레이 유닛 및 상기 디스플레이 유닛으로부터 투영된 영상을 주어진 위치에 결상하는 제2 마이크로 렌즈유닛을 포함하고, 상기 제1 마이크로 렌즈 유닛은 상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈 어레이인 3D 디스플레이에서, 상기 영상을 주어진 위치에 결상하기 위해 상기 제1 마이크로 렌즈 유닛에 전압을 인가한다.
이러한 3D 디스플레이 동작방법에서, 상기 전압은 직류 전압 또는 15Hz~5,000Hz의 교류 전압일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 3D 디스플레이는 마이크로 렌즈 어레이를 이루는 마이크로 렌즈로써, 전압을 이용하여 초점길이를 조절할 수 있는 초점길이 가변형 마이크로 렌즈를 구비한다. 따라서 각각의 마이크로 렌즈의 초점길이를 조절함으로써, 각각의 마이크로 렌즈에 대응하는 영상 픽업소자의 영역에 온전한 영상을 정확히 맺히게 할 수 있다. 이에 따라 기초영상(elemental image)의 영역이 증가되어 시역에 관계없이 완전시차의 3D 영상을 제공할 수 있는 바, 영상의 왜곡없이 시야각이 넓어진 3D 디스플레이를 구현할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈는 전압으로 구동되는 전기 습윤 광학 소자를 사용하는 바, 편광을 사용하지 않아 광효율이 우수하고, 셀 갭(cell gap)에 관계없이 일정한 구동 전압을 인가 할 수 있고, 또한 작은 화소(pixel)에 대응 가능하다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈 어레이를 구비하는 3D 디스플레이는 고속으로 구동될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈 어레이를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 전기-습윤 마이크로 렌즈의 일 예를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2를 3-3' 방향으로 절개한 단면도이다.
도 4는 도 2의 마이크로 렌즈(L1)를 간단하게 도시한 단면도이다.
도 5는 마이크로 렌즈(L1)에 인가되는 전압에 따른 전기 습윤 액체층(P1)의 접촉각(contact angle)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 인가전압에 따른 마이크로 렌즈(L1)의 액체층(P1)의 접촉각(θ)의 변화(액체층의 표면의 곡률 변화)에 대한 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 마이크로 렌즈 어레이(20)를 구비하는 3D 디스플레이의 개략적 구성을 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)을 통해 영상 픽업 유닛(84)에 집적 영상(A1)이 결상되는 것을 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8에서 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)의 복수의 마이크로 렌즈(L1)가 원호로 배열된 경우를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈 어레이와 이를 구비하는 3D 디스플레이 및 그 동작방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 렌즈 어레이를 설명한다. 이 과정에서 마이크로 렌즈가 설명된다.
도 1을 참조하면, 마이크로 렌즈 어레이(20)는 복수의 마이크로 렌즈(L1)를 포함한다. 복수의 마이크로 렌즈(L1)은 일렬로 정렬되어 있는데, 예를 들면, X축 방향으로 정렬되어 있다. 마이크로 렌즈(L1)의 정렬 방향은 임의적일 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(L1)는 직선으로 배열되어 평면을 이루지만, 곡선으로 배열되어 곡면을 이룰 수도 있다. 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이 마이크로 렌즈(L1)는 원호로 배열될 수도 있다. 마이크로 렌즈(L1)는 전압을 인가하여 초점길이를 변화시킬 수 있는 초점길이 가변형 마이크로 렌즈일 수 있다. 도 2는 이러한 마이크로 렌즈(L1)의 일 예로써, 전기-습윤 광학소자를 보여준다.
도 2를 참조하면, 마이크로 렌즈(L1)는 제1 내지 제4 전극(62, 64, 66, 68)을 포함한다. 제1 및 제3 전극(62, 66)은 이격되어 있고, 서로 평행하다. 제2 및 제4 전극(64, 68)은 제1 및 제3 전극(62, 66)에 수직하게 위치한다. 제2 및 제4 전극(64, 68)은 이격되어 있고, 서로 평행하다. 제2 및 제4 전극(64, 68) 사이에 제1 및 제3 전극(62, 66)이 위치한다. 제2 전극(64)은 양단에 휘어진 제1 부분(64A)을 갖고 있다. 제4 전극(68)은 양단에 휘어진 제2 부분(68A)을 갖고 있다. 제1 및 제2 부분(64A, 68A)은 상기 단위 셀 안쪽으로 휘어져 있고, 서로를 향한다. 제2 전극(64)의 제1 부분(64A)은 제1 및 제3 전극(62, 66)의 각각의 일단과 오버랩된다. 제4 전극(68)의 제2 부분(68A)은 제1 및 제3 전극(62, 66)의 각각의 타단과 오버랩된다. 제1 내지 제4 전극(62, 64, 66, 68)으로 둘러싸인 안쪽은 굴절 계면을 이루는 액상의 물질층이 채워져 있으나, 편의 상 도시를 생략한다. 도 2에서 참조번호 60은 제1 내지 제4 전극(62, 64, 66, 68)을 덮는 유리 기판을 나타낸다.
도 3은 도 2를 3-3' 방향으로 절개한 단면을 보여준다.
도 3을 참조하면, 투명기판(22) 상에 제1 및 제2 배선(24a, 24b)이 존재한다. 제1 및 제2 배선(24a, 24b)은 하부전극일 수 있다. 투명기판(22) 상에 제1 및 제2 배선(24a, 24b)을 덮는 층간 절연막(24)이 구비되어 있다. 층간 절연막(24)은 투명 절연막, 예를 들면 실리콘 산화막일 수 있다. 층간 절연막(24) 상에 제1 내지 제4 유기격벽(26a-26d)이 존재한다. 제1 및 제2 유기격벽(26a, 26b)과 제3 및 제4 유기격벽(26c, 26d)은 이격되어 있다. 제1 및 제2 유기격벽(26a, 26b)과 제3 및 제4 유기격벽(26c, 26d) 사이에 액상의 전기-습윤 물질층(P1)(이하, 액체층)이 존재한다. 액체층(P1)의 표면은 제1 내지 제4 전극(62, 64, 66, 68)에 인가되는 전압에 따라 달라질 수 있다. 따라서 제1 내지 제4 전극(62, 64, 66, 68)에 인가되는 전압을 조절하여 액체층(P1)의 표면을 볼록한 곡면이 되도록 변형할 수 있다. 제1 내지 제4 전극(62, 64, 66, 68)에는 교류 또는 직류 전압이 인가될 수 있는데, 예를 들면, 15Hz~5000Hz의 교류 전압이 인가될 수 있다. 이때, 교류 전압의 파형은 사인파, 사각파, 톱니파일 수 있고, 이와 다른 형태 파형일 수도 있다.
액체층(P1)의 표면이 곡면으로 변형될 때, 상기 곡면의 곡률은 인가 전압에 따라 달라진다. 이와 같이 액체층(P1)의 표면의 곡률은 제1 내지 제4 전극(62, 64, 66, 68)에 인가되는 전압에 따라 달라지므로, 액체층(P1)은 초점거리를 조절할 수 있는 렌즈로 사용될 수 있다. 그러므로 액체층(P1)에 입사되는 광(화살표)이 평행광일 때, 상기 광은 액체층(P1)의 초점에 수렴하게 된다. 액체층(P1)의 초점길이는 상술한 바와 같이 전압인가 조건에 따라 달라질 수 있는 바, 상기 광이 수렴되는 위치도 달라질 수 있다. 전압인가 조건을 조절하여 액체층(P1)의 표면의 곡률을 조절할 수 있는 바, 액체층(P1)의 에프 수(f/#)와 NA(Number of Aperture)값도 조절할 수 있다.
액체층(P1)은 제1 물질(38)과 제2 물질(36)과 전해질(미도시)을 포함할 수 있다. 제1 물질(38)은 무극성 물질일 수 있다. 제2 물질(36)은 분극성 물질일 수 있다. 제1 및 제2 물질(38, 36)의 굴절률은 다를 수 있다. 상기 전해질은 제1 및 제2 물질(38, 36)에 어느 하나에 분포하거나 전체에 분포할 수 있다. 상기 광은 제1 물질(38)과 제2 물질(36)을 순차적으로 통과할 수 있다. 제1 물질(38)은 오일일 수 있는데, 예를 들면, 브로모나프탈렌(bromonaphtalene)일 수 있다. 또한, 제1 물질(38)은 클로로나프탈렌(Chloronaphthalene)과 도데케인(Dodecane)을 포함하는 제1 혼합물일 수 있다. 이때, 상기 제1 혼합물에서 클로로나프탈렌과 도데케인의 조성비는 50:50 ~ 99:1일 수 있다. 제1 물질(38)은 또한 클로로나프탈렌과 브로모도데케인(Bromododecane)을 포함하는 제2 혼합물일 수도 있다. 상기 제2 혼합물에서 클로로나프탈렌과 브로모도데케인의 조성비는 50:50 ~ 99:1일 수 있다. 상기 제1 및 제2 혼합물은 상기 전해질을 포함할 수도 있다. 상기 전해질로 고분자 전해질(polyelectrolyte)을 포함할 수 있는데, 예를 들면, 0.01%~1% 정도의 폴리 아크릴산(Polyacrylic Acid)을 포함할 수 있다.
제2 물질(36)은 순수(DI water)일 수도 있다. 또한, 제2 물질(36)은 전해질을 포함하는 용액일 수도 있다. 후자의 경우, 제2 물질(36)은 예를 들면, 순수(DI water)와 NaCl(0.005M)과 SDS(0.1%)를 포함하는 전해질 용액일 수 있다.
계속해서, 도 2를 참조하면, 제1 유기격벽(26a)과 제2 유기격벽(26b) 사이에 제2 전극(64)의 휘어진 부분, 곧 제1 부분(64A)이 존재한다. 제1 부분(64A)은 제1 유기격벽(26a)의 상부면 상으로 확장되고 마이크로렌즈(L1)의 바깥을 향한다. 제2 유기격벽(26b)의 내 측면에 제1 전극(62)이 존재한다. 제1 전극(62)은 제2 유기격벽(26b)의 상부면 상으로 확장되고 바깥을 향한다. 그러나 제1 부분(64A)과 접촉되지 않는다. 제1 전극(62)은 제1 배선(24a)에 연결된다. 제1 배선(24a)을 통해 제1 전극(62)에 전압이 인가될 수 있다. 제3 및 제4 유기격벽(26c, 26d) 사이에 제1 부분(64A)이 존재한다. 제1 부분(64A)은 제4 유기격벽(26d)의 상부면 상으로 확장되고, 마이크로렌즈(L1)의 외부를 향한다. 제3 유기격벽(26c)의 내 측면에 제3 전극(66)이 덮여 있다. 제3 전극(66)은 제3 유기격벽(26c)의 상부면 상으로 확장되고, 마이크로렌즈(L1)의 외부를 향하며, 제1 부분(64A)과 이격되어 있다. 제3 전극(66)은 제2 배선(24b)에 연결된다. 따라서 제2 배선(24b)을 통해 제3 전극(66)에 액체층(P1)의 표면의 곡률 변경을 위한 전압이 인가될 수 있다. 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 제2 및 제4 전극(64, 68)도 액체층(P1)의 표면의 곡률을 조절하기 위한 전압인가를 위한 배선에 연결된다. 제1 내지 제4 유기격벽(26a-26d), 제1 부분(64A), 제1 전극(62) 및 제3 전극(66)과 액체층(P1) 사이에 절연층(32) 및 코팅층(34)이 순차적으로 적층되어 있다. 코팅층(34)은 소수성을 갖는 물질층일 수 있다. 절연층(32) 및 코팅층(34)은 제1 내지 제4 유기격벽(26a-26d), 제1 부분(64A), 제1 전극(62) 및 제3 전극(66)을 덮는다. 절연층(32) 및 코팅층(34)은 제1 내지 제4 유기격벽(26a-26d), 제1 부분(64A), 제1 전극(62) 및 제3 전극(66)과 액체층(P1)을 분리시키는 분리층일 수 있다. 코팅층(34) 위에 상부전극(42)과 유리 기판(60)이 순차적으로 구비되어 있다. 코팅층(34)과 상부전극(42) 사이는 제2 물질(36)로 채워져 있다. 마이크로 렌즈(L1) 사이도 제2 물질(36)로 채워져 있다. 절연층(32)은 Cytop층, 하프늄 산화물(HfO2)층 및 몰리브덴(Mo)층이 순차적으로 적층되어 형성된 것일 수 있다. 이때, Cytop층의 두께는 50~500Å일 수 있는데, 예를 들면, 300Å 정도일 수 있다. 또한, 하프늄 산화물층의 두께는 1,500~2,500Å 정도일 수 있는데, 예를 들면, 2000Å 정도일 수 있다. 몰리브덴층은 하프늄 산화물층에 준하는 두께를 가질 수 있다. 절연층(32)은 또한 무기 절연층일 수 있는데, 예를 들면, SiN층 또는 SiO2층일 수 있다. 절연층(32)에 따라 사용되는 제1 및 제2 물질(38, 36)이 달라질 수 있다. 코팅층(34)은 소정 두께의 소수 폴리머(polymer)층일 수 있는데, 예를 들면 Cytop층, ParyleneC층 또는 Taflon층일 수 있다.
도 4는 도 2의 마이크로 렌즈(L1)를 간단하게 도시한 것이다. 이하의 설명에서는 도 4에 도시한 마이크로 렌즈(L1)를 참조한다.
도 4에서 하부 절연층(70)은 도 2의 층간 절연막(24)에 대응하고, 왼쪽 전극(72)는 도 2의 제1 전극(62)과 제2 전극(64)의 휘어진 제1 부분(64A)에 대응하며, 우측전극(74)은 도 2의 제3 전극(66)과 우측의 제1 부분(64A)에 대응된다. 화살표는 광의 입사 방향을 나타낸다.
도 5는 마이크로 렌즈(L1)에 인가되는 전압에 따른 액체층(P1)의 접촉각의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5에서 가로축은 마이크로 렌즈(L1)에 인가되는 전압을 나타내고, 세로축은 인가 전압에 따른 접촉각을 나타낸다. 도 5에서 제1 그래프(G1)는 물과 오일을 포함하는 액체층(P1)에서 전해질이 0.005M의 NaCl과 0.1%의 SDS를 포함할 때의 결과를 나타내고, 제2 그래프(G2)는 상기 전해질이 0.005M의 NaCl과 0.05%의 SDS를 포함할 때의 결과를 나타낸다.
제1 및 제2 그래프(G1, G2)를 참조하면, 인가 전압에 따른 접촉각의 변화 경향은 유사함을 알 수 있다. 또한, 주어진 전압 범위에서 인가전압이 증가함에 따라 접촉각은 작아짐을 알 수 있다. 인가전압의 증가에 따라 접촉각이 작아진다는 것은 액체층(P1)의 표면의 곡률이 커지는 것을 의미한다. 곧, 액체층(P1)의 표면이 점점 더 볼록해짐을 의미한다.
도 6은 인가전압에 따른 마이크로 렌즈(L1)의 액체층(P1)의 접촉각(θ)의 변화, 곧 표면의 곡률 변화를 보여주는 실험예를 보여준다. 도 6에서 위쪽 도면은 접촉각을 설명하기 위한 도면이다. 접촉각(θ)은 수평선과 액체층(P1)에 대한 접선 사이의 각이다.
도 6을 참조하면, 액체층(P1)의 접촉각은 전압이 OV에서 14V로 증가함에 따라 작아지고, 전압이 보다 증가하면 접촉각은 커짐을 알 수 있다. 달리 표현하면, 14V까지는 전압이 증가함에 따라 액체층(P1)의 표면의 곡률은 증가하고, 그 보다 큰 전압에서는 곡률이 감소함을 알 수 있다.
도 6의 결과는 인가 전압 조건에 따라 액체층(P1)의 초점길이를 조절할 수 있음을 보여주는데, 이는 곧, 인가전압을 조절하여 액체층(P1)을 포함하는 마이크로 렌즈(L1)의 초점길이를 조절할 수 있음을 보여주는 것이다. 이에 따라 도 1의 마이크로 렌즈 어레이(20)에서 각각의 마이크로 렌즈(L1)의 초점길이는 인가 전압 조건에 따라 다르게 할 수 있다. 그러므로 도 1의 마이크로 렌즈 어레이(20)는 각각의 마이크로 렌즈(L1)의 초점길이의 가변이 필요한 다양한 분야 또는 제품에 적용될 수 있는데, 예를 들면, 도 1의 마이크로 렌즈 어레이(20)는 3D 디스플레이에 적용될 수 있다.
도 7은 도 1의 마이크로 렌즈 어레이(20)를 구비하는 3D 디스플레이의 개략적 구성을 보여준다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 3D 디스플레이는 제1 마이크로 렌즈 유닛(82), 영상 픽업 유닛(84), 연동 제어 장치(86), 디스플레이 유닛(88), 제2 마이크로 유닛(90)을 포함한다. 이들 요소는 기재 순서대로 구비된다. 제1 마이크로 렌즈 유닛(82) 앞에 있는 집적 영상(A1)은 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)에 의해 영상 픽업 유닛(84)에 결상된다(기록된다). 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)은 복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 것으로, 도 1의 마이크로 렌즈 어레이(20)일 수 있다. 이때, 마이크로 렌즈 어레이(20)의 액체층(P1)의 표면은 영상 픽업 유닛(84)을 향한다. 영상 픽업 유닛(84)은, 예를 들면 카메라 또는 촬상소자(CCD)일 수 있다. 영상 픽업 유닛(84)에 결상된 영상은 연동 제어 장치(86)를 통해 디스플레이 유닛(88)으로 전송된다. 연동 제어 장치(86)는 전압인가 조건을 제어하여 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)에 포함된 각각의 마이크로 렌즈의 초점길이를 제어할 수 있다. 연동 제어 장치(86)는 영상 픽업 유닛(84)으로부터 전송되는 영상을 처리하여 디스플레이 유닛(88)에 전송하는 것으로, 예를 들면 컴퓨터일 수 있다. 디스플레이 유닛(88)은 연동 제어 장치(86)로부터 전송되는 3D 영상을 제2 마이크로 렌즈 유닛(90)에 투영한다. 디스플레이 유닛(88)은, 예를 들면 프로젝터(projector)일 수 있다. 제2 마이크로 렌즈 유닛(90)은 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다. 예를 들면, 도 1의 마이크로 렌즈 어레이(20)일 수 있다. 이때, 마이크로 렌즈 어레이(20)의 액체층(P1)의 표면은 시청자를 향한다.
도 8은 도 7의 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)을 통해 영상 픽업 유닛(84)에 집적 영상(A1)이 결상되는 것을 보여준다. 도 8에서 도 1의 마이크로 렌즈(L1)는 편의 상 볼록렌즈로 도시한다.
또한, 전압인가에 따른 각 마이크로 렌즈(L1)의 곡률 차이는 있을 것이나, 이는 설명으로 대신하고, 도시의 편의 상, 도면에는 나타내지 않는다.
도 8을 참조하면, 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)의 각각의 마이크로 렌즈(L1)는 각자의 위치에서 집적 영상(A1)이 영상 픽업 유닛(84)의 영상 센싱 영역에 정확히 결상될 수 있도록 초점길이가 조절될 수 있다. 이를 위해 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)의 각 마이크로 렌즈(L1)에는 전압이 인가된다.
도 9는 도 8에서 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)의 복수의 마이크로 렌즈(L1)가 직선으로 배열된 것이 아니라 곡선으로, 곧 원호로 배열된 경우를 보여준다. 달리 말하면, 도 8에서 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)은 평면이지만, 제1 마이크로 유닛(82)은 도 9에서처럼 곡면을 이루도록 마이크로 렌즈(L1)의 배열을 변형할 수도 있다. 도 9에서도 전압인가를 통해서 제1 마이크로 렌즈 유닛(82)의 각 마이크로 렌즈(L1)의 초점이 영상 픽업 유닛(84)의 대응하는 영역에 맺히도록 각 마이크로 렌즈(L1)의 초점길이를 조절할 수 있다. 이에 따라 각 마이크로 렌즈(L1)는 영상 픽업 유닛(84)의 대응하는 영역에 집적영상(A1)을 정확히 결상할 수 있다. 각 마이크로 렌즈(L1)의 초점길이는 전압인가 조건에 따라 다르게 할 수 있는 바, 각 마이크로 렌즈(L1)와 영상 픽업 유닛(84) 사이의 공간 거리의 차이에 따른 갭 불일치(gap mismatch)가 해소될 수 있고, 기초영상 영역도 증가될 수 있다. 따라서 영상의 왜곡없이 시야각이 증가될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
20:마이크로 렌즈 어레이
22:투명기판 24:층간 절연막
24a, 24b:제1 및 제2 배선 26a-26d:제1 내지 제4 격벽
32:절연층 34:코팅층
38, 36:제1 및 제2 물질 42:상부전극
60:유리기판 62, 64, 66, 68:제1 내지 제4 전극
64A, 68B:제1 및 제2 부분 P1:전기-습윤 액체층
82, 90:제1 및 제2 마이크로 렌즈 유닛
84:영상 픽업 유닛 86:연동 제어 장치
88:디스플레이 유닛 A1:집적 영상(integrated image)
L1:마이크로 렌즈

Claims (30)

  1. 복수의 전극; 및
    상기 복수의 전극과 이격되고, 상기 복수의 전극에 인가되는 전압에 의해 초점길이가 조절되는 전기-습윤 액체층을 포함하고,
    상기 복수의 전극은 상기 전기-습윤 액체 둘레에 구비된 마이크로 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극과 상기 전기-습윤 액체층 사이에 절연층과 소수성막이 순차적으로 구비된 마이크로 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 습윤 액체층 및 상기 복수의 전극 상에 상부 전극과 유리기판이 순차적으로 구비되고, 상기 전기 습윤 액체층의 일부는 상기 상부전극과 상기 소수성막 사이로 확장된 마이크로 렌즈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 습윤 액체층은,
    무극성의 제1 물질;
    분극성의 제2 물질; 및
    상기 제1 및 제2 물질 중 적어도 하나에 포함된 전해질;을 포함하는 마이크로 렌즈.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2층 또는 SiN층인 마이크로 렌즈.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 절연층은 순차적으로 적층된 Cytop층, 하프늄 산화물층 및 몰리브덴층을 포함하는 마이크로 렌즈.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 소수성막은 파릴렌C(ParyleneC)막, Cytop막 또는 Taflon막인 마이크로 렌즈.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 물질은 순수(DI water)인 마이크로 렌즈.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 물질은 오일인 마이크로 렌즈.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 전해질은 NaCl 및 SDS를 포함하는 마이크로 렌즈.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 전해질은 고분자 전해질인 마이크로 렌즈.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 오일은 브로모나프탈렌(bromonaphtalene), 클로로나프탈렌(Chloronaphthalene)과 도데케인(Dodecane)을 포함하는 제1 혼합물 및 클로로나프탈렌과 브로모도데케인(Bromododecane)을 포함하는 제2 혼합물 중 어느 하나인 마이크로 렌즈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 혼합물에서 클로로나프탈렌과 도데케인의 조성비는 50:50 ~ 99:1인 마이크로 렌즈.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 혼합물에서 클로로나프탈렌과 브로모도데케인의 조성비는 50:50 ~ 99:1인 마이크로 렌즈.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 고분자 전해질은 0.01%~1%의 폴리 아크릴산(Polyacrylic Acid)인 마이크로 렌즈.
  16. 복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 청구항 1의 마이크로 렌즈인 마이크로 렌즈 어레이.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈는 평면 또는 곡면을 이루도록 배열된 마이크로 렌즈 어레이.
  18. 피사체의 영상을 주어진 위치에 결상하는 제1 마이크로 렌즈 유닛;
    상기 제1 마이크로 렌즈 유닛을 통해 영상을 픽업하는 영상 픽업 유닛;
    상기 영상 픽업 유닛으로부터 전송되는 영상을 처리하는 제어장치;
    상기 제어장치로부터 전송되는 영상을 정해진 영역에 투영하는 디스플레이 유닛; 및
    상기 디스플레이 유닛으로부터 투영된 영상을 주어진 위치에 결상하는 제2 마이크로 렌즈유닛;을 포함하고,
    상기 제1 마이크로 렌즈 유닛은 청구항 16의 마이크로 렌즈 어레이인 3D 디스플레이.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 전극과 상기 전기-습윤 액체층 사이에 절연층과 소수성막이 순차적으로 구비된 3D 디스플레이.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 전기 습윤 액체층은,
    무극성의 제1 물질;
    분극성의 제2 물질; 및
    상기 제1 및 제2 물질 중 적어도 하나에 포함된 전해질;을 포함하는 3D 디스플레이.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2층 또는 SiN층이고, 상기 소수성막은 파릴렌C(ParyleneC)막, Cytop막 또는 Taflon막인 3D 디스플레이.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 절연층은 순차적으로 적층된 Cytop층, 하프늄 산화물층 및 몰리브덴층을 포함하고, 상기 소수성막은 파릴렌C(ParyleneC)막, Cytop막 또는 Taflon막인 3D 디스플레이.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 제2 물질은 순수(DI water)인 3D 디스플레이.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1 물질은 브로모나프탈렌, 클로로나프탈렌과 도데케인을 포함하는 제1 혼합물 및 클로로나프탈렌과 브로모도데케인을 포함하는 제2 혼합물 중 어느 하나인 3D 디스플레이.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 전해질은 NaCl 및 SDS를 포함하는 전해질 또는 고분자 전해질인 3D 디스플레이.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 제1 혼합물에서 클로로나프탈렌과 도데케인의 조성비는 50:50 ~ 99:1인 3D 디스플레이.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 제2 혼합물에서 클로로나프탈렌과 브로모도데케인의 조성비는 50:50 ~ 99:1인 3D 디스플레이.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 고분자 전해질은 0.01%~1%의 폴리 아크릴산(Polyacrylic Acid)인 3D 디스플레이.
  29. 피사체의 영상을 주어진 위치에 결상하는 제1 마이크로 렌즈 유닛;
    상기 제1 마이크로 렌즈 유닛을 통해 영상을 픽업하는 영상 픽업 유닛;
    상기 영상 픽업 유닛으로부터 전송되는 영상을 처리하는 제어장치;
    상기 제어장치로부터 전송되는 영상을 정해진 영역에 투영하는 디스플레이 유닛; 및
    상기 디스플레이 유닛으로부터 투영된 영상을 주어진 위치에 결상하는 제2 마이크로 렌즈유닛;을 포함하고,
    상기 제1 마이크로 렌즈 유닛은 청구항 1의 마이크로 렌즈 어레이이고,
    상기 영상을 주어진 위치에 결상하기 위해 상기 제1 마이크로 렌즈 유닛에 전압을 인가하는 3D 디스플레이의 동작방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 전압은 직류 전압 또는 15Hz~5,000Hz의 교류 전압인 3D 디스플레이의 동작방법.
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