KR102051043B1 - Display including electro-wetting prism array - Google Patents
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Abstract
전기-습윤 프리즘 어레이를 포함하는 디스플레이에 관해 개시되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이는 광원의 광을 이용하여 영상을 제공하는 2D 디스플레이와, 프리즘 어레이와, 자신을 통해 전달되는 광의 굴절력을 높이는 광학요소를 포함하고, 상기 프리즘 어레이에서 1개 이상의 프리즘의 굴절력은 실시간으로 제어된다. 이러한 디스플레이에서, 상기 광학요소는 상기 프리즘 어레이 앞에 또는 뒤에 구비될 수 있다. 상기 광학요소는 볼록렌즈, 프레넬 렌즈, 홀로그래픽 광학소자(HOE), 회절광학소자(DOE), 제2 전기-습윤 프리즘 어레이, 액정렌즈, 및 렌즈로 작용하는 광학요소로 이루어진 군중 어느 하나일 수 있다. 상기 볼록렌즈는 초점가변렌즈일 수 있다.Disclosed is a display comprising an electro-wetting prism array. A display according to an embodiment of the present invention includes a 2D display for providing an image using the light of the light source, a prism array, and an optical element for enhancing the refractive power of the light transmitted through the display, and at least one of the at least one prism array. The refractive power of the prism is controlled in real time. In such a display, the optical element may be provided before or after the prism array. The optical element may be any one of a convex lens, a Fresnel lens, a holographic optical element (HOE), a diffractive optical element (DOE), a second electro-wetting prism array, a liquid crystal lens, and a crowd consisting of optical elements acting as a lens. Can be. The convex lens may be a focal variable lens.
Description
본 발명의 일 실시예는 디스플레이에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 전기-습윤 프리즘 어레이를 포함하여 2D/3D 전환이 가능한 디스플레이에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a display, and more particularly, to a display capable of 2D / 3D conversion, including an electro-wetting prism array.
3D 영상을 표시하는 기술 중 양안시차를 이용하는 기술은 양안시차를 갖는 두 장의 2D 영상을 관찰자의 좌안과 우안에 따로 제공하는 기술이다. 스테레오 카메라 등을 사용하여 얻은 두 장의 2D 영상은 좌우 눈에서 획득된 영상과 같다.The technique of using binocular disparity among 3D image display technology is to provide two 2D images with binocular disparity separately from the observer's left eye and right eye. Two 2D images obtained using a stereo camera are the same as those obtained from the left and right eyes.
두 장의2D 영상으로부터 3D 영상을 관찰하는 방법에는 안경을 사용하는 방법과 안경을 사용하지 않는 방법이 있다.There are two methods of observing 3D images from two 2D images, one using glasses and one without glasses.
안경을 사용하는 방법으로는 애너글리프 방식, 농도차 방식, 편광필터 방식, LCD 셔터 방식 등이 있다.Examples of using glasses include anaglyph method, concentration difference method, polarization filter method, and LCD shutter method.
안경없이 3D 영상을 관찰할 수 있는 방식에는 패럴렉스 베리어(parallax barrier) 방식과 렌티큘라(lenticular) 방식이 있다.There are two methods of observing 3D images without glasses: a parallax barrier method and a lenticular method.
한편, 최근에는 3D 디플레이에 전기-습윤 프리즘 어레이(electro-wetting prism array)가 사용되고 있는데, 전기-습윤 프리즘 어레이를 이루는 프리즘의 접촉각(contact angle)은 소정의 범위로 제한된다. 전기-습윤 프리즘 어레이를 이루는 프리즘의 접촉각이 제한된다는 것은 전기-습윤 프리즘 어레이의 스티어링(steering)이 제한됨을 의미한다. 전기-습윤 프리즘 어레이의 스티어링이 제한되면, 결국 전기-습윤 프리즘 어레이의 굴절능력(또는 굴절력)이 제한되어 시야각과 시야범위가 제한되고(좁아지고), 관찰거리(3D를 볼 수 있는 최소거리)를 줄이는데도 한계가 있을 수 있다.On the other hand, electro-wetting prism arrays have recently been used for 3D display, and the contact angle of the prisms constituting the electro-wetting prism array is limited to a predetermined range. The limited contact angle of the prisms constituting the electro-wet prism array means that the steering of the electro-wet prism array is limited. If the steering of the electro-wetting prism array is limited, eventually the refractive ability (or refractive power) of the electro-wetting prism array is limited, thus limiting (narrowing) the viewing angle and viewing range, and the viewing distance (minimum distance to view 3D). There may also be limits to the reduction.
보다 넓은 영역에서 2D/3D 영상을 관찰할 수 있고 구동전압도 낮출 수 있는 디스플레이를 제공한다.It provides a display that can observe 2D / 3D images in a wider area and lower the driving voltage.
본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이는 광원, 상기 광원의 광을 이용하여 영상을 제공하는 2D 디스플레이와, 프리즘 어레이와, 자신을 통해 전달되는 광의 굴절능 혹은 굴절력(refractive power)을 높이는 광학요소를 포함하고, 상기 프리즘 어레이에서 1개 이상의 프리즘의 굴절력은 실시간으로 제어된다.According to an embodiment of the present invention, a display includes a light source, a 2D display that provides an image using light from the light source, a prism array, and an optical element that increases refractive power or refractive power of light transmitted through the light source. Wherein the refractive power of the one or more prisms in the prism array is controlled in real time.
이러한 디스플레이에서, 상기 광학요소는 상기 프리즘로부터 전달된 광을 수신하도록 구비될 수 있다.In such a display, the optical element may be provided to receive light transmitted from the prism.
상기 광학요소는 상기 광학요소에서 방출된 광이 상기 프리즘 어레이에 입사되도록 배치될 수 있다.The optical element may be arranged such that light emitted from the optical element is incident on the prism array.
상기 광학요소는 볼록렌즈, 프레넬(Fresnel) 렌즈, 홀로그래픽 광학소자(Holographic Optical Element, HOE), 회절 광학소자(Diffraction Optical Element, DOE), 액정렌즈, 및 렌즈로 작용하는 광학요소로 이루어진 군중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 프리즘 어레이는 제1 전기-습윤 프리즘 어레이일 수 있다. 상기 광학요소는 렌즈역할을 하는 필름 또는 제2 전기-습윤 프리즘 어레이일 수 있다. 이때, 상기 볼록렌즈는 초점가변렌즈일 수 있다.The optical element includes a convex lens, a fresnel lens, a holographic optical element (HOE), a diffraction optical element (DOE), a liquid crystal lens, and a crowd consisting of optical elements acting as a lens. It can be either. In addition, the prism array may be a first electro-wet prism array. The optical element may be a film acting as a lens or an array of second electro-wetting prisms. In this case, the convex lens may be a focus variable lens.
상기 프리즘 어레이는 상기 프리즘 어레이가 볼록렌즈 역할을 하도록 배치된 프리즘들을 포함할 수 있다.The prism array may include prisms disposed such that the prism array serves as a convex lens.
상기 프리즘 어레이는 상기 프리즘 어레이가 오목렌즈 역할을 하도록 배치된 프리즘들을 포함할 수 있다.The prism array may include prisms disposed such that the prism array serves as a concave lens.
상기 프리즘 어레이를 이루는 복수의 프리즘은 모두 동일한 굴절 특성을 가질 수 있다.The plurality of prisms constituting the prism array may all have the same refractive characteristics.
상기2D 디스플레이는 시준각(collimation angel)이 작은 것일 수 있다.The 2D display may have a small collimation angel.
상기2D 디스플레이는 방향성 광을 제공하는 2D 디스플레이일 수 있다.The 2D display may be a 2D display providing directional light.
상기 광학요소는 상기 프리즘 어레이에서 발산된 광을 평행광으로 변화시키는 광학요소를 포함할 수 있다.The optical element may include an optical element for converting light emitted from the prism array into parallel light.
상기 프리즘 어레이는 상기 영상의 진행 방향을 고정된 일정 방향으로 제어하는 비가변형 프리즘 어레이일 수 있다.The prism array may be an unvariable prism array that controls the advancing direction of the image in a fixed constant direction.
본 발명의 다른 실시예에 의한 디스플레이는 광원과, 상기 광원의 광을 이용하여 영상을 제공하는 디스플레이와, 전기-습윤 프리즘 어레이와, 및 자신을 통해 전달되는 광의 굴절력을 높이는 광학요소를 포함한다.A display according to another embodiment of the present invention includes a light source, a display for providing an image using the light of the light source, an array of electro-wetting prisms, and an optical element for enhancing the refractive power of light transmitted through the display.
본 발명의 일 실시예에 의한2D/3D 전환이 가능한 디스플레이는 전기-습윤 프리즘 어레이의 앞 또는 뒤에 굴절능 또는 굴절력을 높이는 렌즈를 구비한다. 이에 따라 전기-습윤 어레이에서 굴절되는 광의 굴절력이 높아지는 바, 렌즈가 없을 때보다 최소 관찰거리는 짧아지고, 시야각 및 시야범위는 증가될 수 있다.The 2D / 3D switchable display according to an embodiment of the present invention includes a lens for increasing refractive power or refractive power in front of or behind the electro-wetting prism array. Accordingly, since the refractive power of the light refracted in the electro-wetting array is increased, the minimum viewing distance can be shorter and the viewing angle and viewing range can be increased than without the lens.
또한 전기-습윤 프리즘 어레이를 오목렌즈 역할을 하도록 구동시킴으로써, 전기-습윤 프리즘 어레이가 볼록렌즈 역할을 할 때보다 시야깊이가 깊어질 수 있고(관찰거리가 증가될 수 있고), 프리즘의 굴절각 제어마진이 증가되어 원거리에 3D 영상을 제공하는 것이 용이해질 수 있다. 더불어 전기-습윤 프리즘 어레이가 오목렌즈 역할을 하도록 구동될 때, 2D와 3D 사이에 전환이 가능하다.Also, by driving the electro-wetting prism array to act as a concave lens, the depth of field of view can be deeper (the viewing distance can be increased) and the refraction angle control margin of the prism than when the electro-wetting prism array acts as a convex lens. This may be increased to facilitate providing 3D images at a distance. In addition, when the electro-wetting prism array is driven to act as a concave lens, switching between 2D and 3D is possible.
또한 상기한 바와 같이 굴절력이 높은 렌즈가 구비됨으로써, 렌즈에 의해 증가되는 굴절력 만큼 프리즘 어레이의 굴절력을 낮출 수 있는데, 이는 프리즘 어레이의 구동전압을 낮출 수 있음을 의미하는 바, 디스플레이의 구동전압을 낮추는데 도움이 될 수 있다.In addition, as described above, by providing a lens having a high refractive power, the refractive power of the prism array can be lowered by the refractive power increased by the lens, which means that the driving voltage of the prism array can be lowered. It can be helpful.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기-습윤 프리즘 어레이를 포함하는 디스플레이의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기-습윤 프리즘 어레이를 포함하는 디스플레이의 단면도이다.
도 3은 도 1의 프리즘 어레이(24)의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 3D 영상을 관찰하는 위치에 따른 전기-습윤 프리즘들의 계면의 변화를 나타낸 단면도이다.
도 5는 전기-습윤 프리즘 어레이를 이루는 복수의 프리즘의 접촉각이 모두 90도일 때, 광의 굴절과 중심광의 축상에 위치하고 초점거리 부근에 위치한 관찰자를 나타낸 단면도이다.
도 6은 프리즘 어레이에 포함된 복수의 프리즘의 접촉각이 모두 90도보다 크고 동일할 때, 3D 영상의 결상을 나타낸 단면도이다.
도 7은 프리즘 어레이에 포함된 복수의 프리즘의 접촉각이 모두 90도보다 작고 동일할 때, 3D 영상의 결상을 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 렌즈를 초점 가변 렌즈로 대체한 경우를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 1의 프리즘 어레이가 오목렌즈 역할을 할 때, 3D 영상의 결상위치를 보여주는 단면도이다.
도 10는 도 1에서 렌즈가 전기-습윤 프리즘 어레이인 경우를 보여주는 단면도이다.
도 11은 도 10에서 제1 전기-습윤 프리즘이 오목렌즈 역할을, 제2 전기-습윤 프리즘이 볼록렌즈 역할을 하는 경우를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 의한 디스플레이에 포함된 전기-습윤 프리즘 어레이를 이루는 전기-습윤 프리즘의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a display including an electro-wetting prism array in accordance with one embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a display including an electro-wetting prism array according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating an example of the
4 is a cross-sectional view showing the change of the interface of the electro-wetting prisms according to the position to observe the 3D image.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an observer positioned on the axis of refraction and center light and near the focal length when the contact angles of the plurality of prisms constituting the electro-wetting prism array are all 90 degrees.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an image of a 3D image when the contact angles of a plurality of prisms included in the prism array are all greater than 90 degrees and the same.
7 is a cross-sectional view illustrating an image of a 3D image when the contact angles of a plurality of prisms included in the prism array are all smaller than and equal to 90 degrees.
8 is a cross-sectional view illustrating a case where the lens of FIG. 7 is replaced with a variable focus lens.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an imaging position of a 3D image when the prism array of FIG. 1 serves as a concave lens.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a case in which the lens is an electro-wetting prism array in FIG. 1.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a case in which a first electro-wetting prism serves as a concave lens and a second electro-wetting prism serves as a convex lens in FIG. 10.
12 is a cross-sectional view of an electro-wetting prism forming an array of electro-wetting prisms included in a display according to embodiments of the present invention.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기-습윤프리즘 어레이를 포함하고, 2D/3D 전환도 가능한 디스플레이를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.Hereinafter, a display including an electro-wetting prism array according to an embodiment of the present invention and capable of 2D / 3D conversion will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of layers or regions illustrated in the drawings are exaggerated for clarity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기-습윤 프리즘 어레이를 포함하는 디스플레이(이하, 제1 디스플레이)의 구성의 일 예를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a display (hereinafter referred to as a first display) including an electro-wetting prism array according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 제1 디스플레이는 광원(20), 영상이 생성되는 액정패널(22), 액정패널(22)에서 오는 영상의 진행 방향을 제어하는 전기-습윤 프리즘 어레이(이하, 프리즘 어레이)(24), 렌즈(26)를 포함한다. 렌즈(26)는 프리즘 어레이(24)에서 오는 광을 집광한다. 렌즈(26)는 자신을 통과하는 광의 굴절력을 증가시키는 광학요소의 하나일 수 있다. 렌즈(26)는 볼록렌즈, 프레넬(Fresnel) 렌즈, 홀로그래픽 광학소자(Holographic Optical Element, HOE), 회절광학소자(Diffraction Optical Element, DOE), 액정렌즈(liquid crystal lens), 및 렌즈 역할을 하는 광학요소로 이루어진 군중 어느 하나일 수 있다. 또한, 렌즈(26)는 렌즈역할을 하는 필름일 수도 있다. 렌즈(26)의 굴절능 혹은 굴절력은 프리즘 어레이(24)의 굴절능보다 클 수 있다. 광원(20)은 통상의 액정 디스플레이에 광원으로 사용되는 백라이트 유닛(back light unit)일 수 있다. 광원(20)은 복수의 발광다이오드(Light Emitting Diode)를 포함하는 광원일 수도 있다. 액정패널(22)은 액정과 그 앞쪽과 뒤쪽에 각각 전극이 구비된 통상의 액정패널일 수 있다. 액정패널(22)은 시준각(collimation angel)이 작은2D 디스플레이일 수 있다. 또한 액정패널(22)은 방향성 광을 제공하는 2D 디스플레이일 수 있다. 이러한 액정패널(22)은 투과형 또는 발광형일 수 있다. 액정패널(22) 대신에 다양한 2D 디스플레이가 사용될 수 있는데, 예를 들면 OLED(Organic Light Emitting Diode) 또는 PDP(Plasma Display Panel) 등이 사용될 수 있다. OLED나 PDP가 사용되는 광 시준(collimation)을 위해 광 시트나 별도의 광학계가 필요할 수 있다.Referring to FIG. 1, the first display may include a
렌즈(26)는 프리즘 어레이(24)로부터 전달되는 광을 수신하는 위치에(수신하도록) 구비될 수 있다. 예컨대, 프리즘 어레이(24) 앞에, 곧 프리즘 어레이(24)와 관찰자 사이에 양의 파워(positive power)를 갖는 렌즈(26)가 존재할 수 있다. 이렇게 함으로써, 프리즘 어레이(24)에서 굴절된 광은 렌즈(26)에 의해 다시 굴절될 수 있다. 이에 따라 렌즈(26)를 통과한 광의 굴절각은 프리즘 어레이(24)를 통과한 광의 굴절각보다 커진다. 따라서 광(실선)이 렌즈(26)를 통과한 후 수렴되는 위치와 렌즈(26) 사이의 제1 거리(D1)는 렌즈(26)가 배치될 위치와 광(점선)이 프리즘 어레이(24)만 통과한 후 수렴되는 위치 사이의 제2 거리(D2)보다 짧다. 프리즘 어레이(24)에 의한 광의 굴절각이 최대일 때, 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)는 각각 렌즈(26)가 존재할 때와 존재하지 않을 때의 최소 관찰거리가 된다. 제1 및 제2 거리(D1, D2)를 비교하면, 렌즈(26)가 존재할 때, 최소 관찰거리는 짧아지는 것을 알 수 있다. 곧, 렌즈(26)가 존재하지 않을 때보다 렌즈(26)가 존재할 때, 3D 영상을 볼 수 있는 최소 거리는 짧아지게 된다. 다시 말하면, 렌즈(26)가 존재함으로써, 관찰자는 보다 가까운 위치에서 3D 영상을 볼 수 있다.
또한, 렌즈(26)의 존재로 인해, 렌즈(26)가 없을 때보다 굴절각이 커지므로, 렌즈(26)가 존재할 때의 시야각(Ω1)은 렌즈(26)가 존재하지 않을 때의 시야각(Ω2)보다 커지게 된다. 이와 같이 시야각이 커지게 되므로, 렌즈(26)가 존재할 때의 시야범위는 렌즈(26)가 존재하지 않을 때보다 훨씬 넓어지게 된다.Also, because of the presence of the
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기-습윤 프리즘 어레이를 포함하는 디스플레이(이하, 제2 디스플레이)의 구성의 일 예를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a display (hereinafter referred to as a second display) including an electro-wetting prism array according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 제2 디스플레이에서 렌즈(26)는 액정패널(22)과 프리즘 어레이(24) 사이에 위치한다. 곧, 렌즈(26)는 자신으로부터 방출되는 광이 프리즘 어레이(24)에 입사되도록 배치될 수 있다. 나머지 구성은 상기 제1 디스플레이와 동일할 수 있다.Referring to FIG. 2, in the second display, the
도 3은 도 1의 프리즘 어레이(24)의 일 예를 보여준다.3 shows an example of the
도 3을 참조하면, 프리즘 어레이(24)는 복수의 전기-습윤 프리즘(24a)을 포함한다. 도 3에서 복수의 전기-습윤 프리즘(24a)은 편의 상 간단하게 도시한 것이다. 전기-습윤 프리즘(24a)의 보다 자세한 구성은 후술된다. 복수의 전기-습윤 프리즘(24a)의 계면(S1)은 전기-습윤 프리즘(24a)에 채워진 서로 다른 굴절률을 갖는 액체의 경계면을 나타낸다. 이 계면(S1)의 경사각 혹은 접촉각(contact angle)은 전기-습윤 프리즘(24a)에 인가되는 전압에 의해 조절될 수 있고, 따라서 전기-습윤프리즘(24a)을 통해 전달되는 광의 진행방향은 인가되는 전압으로 제어할 수 있다. 달리 말하면, 프리즘(24a)에 입사되는 광의 굴절각은 프리즘(24a)에 인가되는 전압으로 조절할 수 있고, 따라서 프리즘(24a)에 인가되는 구동전압을 조절하여 시야범위(viewing zone) 내의 임의의 위치에 위치한 관찰자에게 (초다시점) 양안식 3D 영상을 제공할 수 있다. 프리즘(24a)의 굴절 특성은 프리즘(24a)인가되는 구동 전압에 따라 달라지므로, 프리즘(24a)의 계면(S1)의 경사도 역시 프리즘(24a) 상의 위치에 따라 다를 수 있다. 도 3의 프리즘 어레이(24)는 볼록렌즈 역할을 하는 것일 수 있다. 이와 같이 프리즘 어레이(24)가 볼록렌즈 역할을 할 수 있는 것은 프리즘 어레이(24)가 볼록렌즈 역할을 하도록 배치된 프리즘들(24a) 때문이다. 도 3에서 렌즈(26)의 상단 가장자리에 대응하는 위치의 전기-습윤 프리즘(24b)의 계면(S2)은 최대 굴절을 일으키는 접촉각을 가질 수 있다. 마찬가지로 렌즈(26)의 하단 가장자리에 대응하는 위치의 전기-습윤 프리즘(24c)의 계면(S3)도 최대 굴절을 일으키는 접촉각을 가질 수 있다. 그리고 렌즈(26)의 중심에 대응하는 위치의 전기-습윤 프리즘(24d)의 계면(S4)은 입사광에 수직하다. 중심의 프리즘(24b)과 위쪽 가장자리의 프리즘(24d) 사이에 구비된 프리즘들의 경우, 프리즘 어레이(24)의 중심으로 갈수록 굴절각이 작아지도록 그 접촉각을 제어할 수 있다. 아래쪽 가장자리의 프리즘(24c)과 중심의 프리즘(24d) 사이에 분포된 프리즘들도 프리즘 어레이(24)의 중심으로 갈수록 굴절각이 작아지도록 그 접촉각을 제어할 수 있다. 프리즘 어레이(24)의 중심에 위치한 프리즘(24d)을 중심으로 위쪽에 분포한 프리즘들의 계면과 아래쪽에 위치한 프리즘들의 계면은 프리즘(24d)을 중심으로 대칭을 이룰 수 있다. 이와 같은 경우에, 3D 영상은 렌즈(26)의 중심을 지나는 광축 상에서 렌즈(26)로부터 제1 거리(D1)만큼 떨어진 위치에서 볼 수 있다. 가장자리의 프리즘(24b, 24c)이 최대 굴절각을 갖는 경우, 제1 거리(D1)는 상기 3D 영상을 볼 수 있는 최소 관찰거리가 된다. 가장자리의 프리즘(24b, 24c)이 최대 굴절각보다 작은 굴절각을 갖도록 제어되고, 안쪽의 프리즘들도 도 1의 경우보다 작은 작은 굴절각을 갖도록 제어되면, 3D 영상은 제1 거리(D1)보다 먼 위치에서 관찰될 수 있다. 3D 영상은 시야각(Ω1)으로 정해지는 시야범위내에서 볼 수 있다. 3D 영상은 상기 시야범위 내에 있는 관찰자의 두 눈의 위치를 추적하는 아이-트랙킹(eye-tracking) 방식으로 관찰자에게 제공될 수 있다. 이러한 아이-트랙킹 방식에서 3D 영상이 결상되는 최종 위치는 프리즘 어레이(24)에 의한 결과에 렌즈(26)의 초점거리가 반영되어 결정될 수 있다. 아이-트랙킹 방식에서 시간분할 또는 공간분할 방식으로 영상을 분할하여 관찰자의 두 눈에 서로 다른 영상을 제공함으로써 관찰자는 시차를 갖는 영상, 곧 3D 영상을 보게 된다. 시간분할 또는 공간분할 방식으로 분할된 영상은 프리즘 어레이(24)에 인가되는 구동전압을 조절하여 제공할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
도 4는 3D 영상을 관찰하는 위치에 따른 전기-습윤 프리즘들의 계면의 변화를 보여준다.4 shows the change of the interface of the electro-wetting prisms according to the position of viewing the 3D image.
도 4를 참조하면, 3D 영상을 관찰하는 관찰자의 위치(P1)가 도 3의 관찰자의 오른쪽에 있을 때, 3D 영상이 이 위치(P1)에 맺힐 수 있도록 프리즘 어레이(24)를 이루는 복수의 전기-습윤 프리즘(24a)의 접촉각이 조정된다. 관찰자의 위치(P1)가 렌즈(26)의 중심을 지나는 광축에서 벗어나 있고, 이 위치(P1)에서 3D 영상이 보여야 한다. 따라서 도 4의 경우, 복수의 프리즘(24a)의 계면의 분포는 도 3과 다르게 된다. 곧, 도 3에서는 프리즘(24d)의 계면(S4)은 접촉각이 90도인 경우에 해당되지만, 도 4에서는 접촉각이 90도 보다 큰 상태가 된다. 그리고 도 4에서 위쪽 가장자리에 있는 프리즘(24b)의 굴절능 혹은 굴절력은 도 3에 도시한 경우보다 작다. 따라서 도 4에서 프리즘(24b)을 통과한 광의 굴절각은 도 3에 도시한 경우보다 작다. 도 4에서 점선으로 나타낸 굴절광(L1, L2)은 도 3에서의 굴절광을 나타낸다. 도 4에서 점선으로 나타낸 굴절광(L1, L2)과 실선의 굴절광(L11, L22)을 비교하면, 도 4에 도시한 바와 같은 프리즘(24a)의 계면 분포를 갖는 프리즘 어레이(24)의 굴절능 또는 굴절력은 프리즘(24a)의 계면 분포가 도 3에 도시한 바와 같을 때보다 약함을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, when the observer's position P1 observing the 3D image is to the right of the observer of FIG. 3, the plurality of electricity forming the
도 5는 프리즘 어레이(24)를 구성하는 복수의 프리즘(24a)의 접촉각이 모두 90도일 때, 곧 각 프리즘(24a)의 계면이 평평할 때, 광의 굴절과 중심광의 축상에 위치하고 초점거리 부근에 위치한 관찰자를 보여준다.FIG. 5 shows that the contact angles of the plurality of
복수의 프리즘(24a)의 접촉각이 모두 90도일 때, 프리즘 어레이(24)는 전체 두께가 균일한 프리즘과 같은 바, 프리즘 어레이(24)에서는 굴절이 나타나지 않는다. 따라서 프리즘 어레이(24)에 입사되는 평행광은 렌즈(26)의 초점에 결상된다. 렌즈(26)의 초점거리(f)는 최소 관찰거리(D1)보다 클 수 있다.When the contact angles of the plurality of
도 6 및 도 7은 도 1의 프리즘 어레이(24)를 이루는 복수의 프리즘(24a)의 계면의 접촉각이 90도보다 크거나 작은 범위에서 접촉각이 모두 일정하여 굴절능 혹은 굴절력이 모두 동일한 경우를 보여준다.6 and 7 illustrate a case in which the contact angles of the interfaces of the plurality of
도 6은 복수의 프리즘(24a)의 접촉각이 모두 90도보다 크고 동일할 때, 3D 영상의 결상을 보여준다. 도 6에서 프리즘 어레이(24)에 입사되는 광은 진행방향의 좌측으로 굴절되어 렌즈(26)에 입사된다. 도 6의 경우, 복수의 프리즘(24a)의 굴절률은 모두 동일하고, 복수의 프리즘(24a)을 통해 전달된 광은 모두 동일한 굴절각을 갖는다. 따라서 복수의 프리즘(24a)에 의해 굴절된 광은 여전히 평행광이다. 그러나 광의 진행방향은 바뀐다. 이에 따라 프리즘 어레이(24)를 통과한 후, 렌즈(26)에 입사되는 광은 프리즘 어레이(24)에 입사되는 광의 진행방향 좌측으로 사입사되는 평행광이다. 렌즈(26)에 사입사되는 평행광은 렌즈(26)의 초점면 상에 결상된다. 이때, 결상 위치는 도 5의 경우에 비해서 프리즘 어레이(24)에 입사되는 광의 진행방향의 좌측으로 이동된다. 상기 초점면은 도 5에서 렌즈(26)의 초점을 지나고 초점거리(f)에 위치한 면으로써, 렌즈(26)의 중심과 상기 초점을 지나는 가상의 광축에 수직한 면일 수 있다. 도 5와 도 6의 경우, 프리즘 어레이(24)을 통과해서 렌즈(26)에 입사되는 광은 평행광이고, 렌즈(26)의 상기 초점면에 결상된다. 따라서 렌즈(26)의 상기 초점면에 위치한 관찰자는 3D 영상을 볼 수 있다. 다만, 렌즈(26)의 초점이 상기 초점면에 위치하기 때문에, 3D 영상을 볼 수 있는 영역은 상기 초점면으로 제한될 수 있다.FIG. 6 shows an image of a 3D image when the contact angles of the plurality of
도 7은 도 6과 반대의 경우이다. 곧, 도 7은 복수의 프리즘(24a)의 접촉각이 모두 90도보다 작고 동일할 때, 3D 영상의 결상을 보여준다.FIG. 7 is the reverse of FIG. 6. That is, FIG. 7 shows the imaging of the 3D image when the contact angles of the plurality of
도 7을 참조하면, 프리즘 어레이(24)에 입사되는 광은 진행방향의 우측으로 굴절되어 렌즈(26)에 평행하게 사입사된다. 렌즈(26)에 입사되는 평행광은 프리즘 어레이(24)에 입사되는 광의 진행방향 우측으로 사입사되므로, 상기 초점면에서 3D 영상이 결상되는 위치는 도 5의 경우에 비해서 프리즘 어레이(24)에 입사되는 광의 진행방향 우측으로 이동된다. 도 7의 경우에도 3D 영상을 볼 수 있는 영역은 상기 초점면으로 제한될 수 있다.Referring to FIG. 7, the light incident on the
도 5, 도 6 또는 도 7에서, 프리즘 어레이(24)를 이루는 복수의 프리즘(24a)은 모두 동일한 접촉각을 갖는다. 복수의 프리즘(24a) 각각에 동일한 조건의 구동전압을 인가함으로써, 복수의 프리즘(24a)은 모두 동일한 접촉각을 가질 수 있다. 따라서 도 5 내지 도 7의 경우에는 프리즘 어레이(24)의 구동이 쉽고 간단할 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이 3D 영상의 결상 영역은 렌즈(26)의 초점면으로 제한될 수 있다.5, 6, or 7, the plurality of
도 8은 도 7의 렌즈(26)를 초점 가변 렌즈(36)로 대체한 경우를 보여준다. 도 5 및 도 6의 경우에도 렌즈(26)를 초점 가변 렌즈(36)로 대체할 수 있다. FIG. 8 shows a case where the
도 8을 참조하면, 초점 가변 렌즈(36)가 실선으로 그려진 형태일 때, 초점 가변 렌즈(36)는 도 5 내지 도 7의 렌즈(26)와 동일한 것일 수 있다. 따라서 이때의 초점 가변 렌즈(36)의 제1 초점거리(f1)는 도 5 내지 도 7의 렌즈(26)의 초점거리(f)와 동일할 수 있다.Referring to FIG. 8, when the
한편, 초점 가변 렌즈(36)가 점선으로 그려진 형태일 때, 곧 초점 가변 렌즈(36)의 두께가 도 5 내지도 7의 렌즈(26)의 두께보다 얇을 때, 초점 가변 렌즈(36)의 굴절능 혹은 굴절력은 도 5 내지 도 7의 렌즈(26)보다 낮을 수 있다. 따라서 이때의 초점 가변 렌즈(36)의 제2 초점거리(f2)는 제1 초점거리(f1)보다 길다. 이와 같이, 초점 가변 렌즈(36)의 초점거리를 변화시킴으로써, 3D 영상이 결상되는 위치는 특정한 하나의 초점면으로 제한되지 않고, 초점거리가 다른 복수의 초점면에 결상될 수 있다. 따라서 도 8의 경우, 시야영역은 도 5 내지 도 7의 경우보다 훨씬 넓어질 수 있다.On the other hand, when the
도 9는 도 1의 프리즘 어레이(24)가 오목렌즈 역할을 할 때, 3D 영상의 결상을 보여준다.FIG. 9 shows an image of a 3D image when the
도 9를 참조하면, 프리즘 어레이(24)을 이루는 복수의 프리즘(24a) 중에서 프리즘 어레이(24)의 중심에 위치한 프리즘(24d)은 접촉각이 90ㅀ인 상태로 계면(S4)은 평평하다. 프리즘(24d) 위쪽의 프리즘들의 계면은 접촉각이 90ㅀ보다 큰 상태이다. 상기 위쪽의 프리즘들은 프리즘 어레이(24)의 가장자리로 갈수록 접촉각이 커진다. 프리즘(24d) 아래쪽의 프리즘들의 계면은 접촉각이 90ㅀ보다 작은 상태이다. 상기 아래쪽의 프리즘들은 프리즘 어레이(24)의 가장자리로 갈수록 접촉각이 작아진다. 프리즘 어레이(24)를 이루는 프리즘들의 계면 분포가 이와 같이 됨으로써, 프리즘 어레이(24)에 입사되는 광은 프리즘 어레이(24)를 통과한 후, 발산하게 된다. 이러한 결과로부터 도 9의 프리즘 어레이(24)는 입사광을 발산시키는 오목렌즈와 같은 역할을 하는 것을 알 수 있다. 이와 같이 프리즘 어레이(24)가 오목렌즈 역할을 할 수 있는 것은 프리즘 어레이(24)가 오목렌즈 역할을 하도록 프리즘들(24a)이 배치되어 있기 때문이다. 이에 따라 렌즈(26)에 입사되는 광은 평행광이 아니라 발산하는 광이 되므로, 렌즈(26)을 통과한 후, 광이 결상되는 위치(D22)는 렌즈(26)에 평행광(점선)이 입사될 때 결상되는 위치(D11)보다 멀어지게 된다. 이와 같이 프리즘 어레이(24)가 오목렌즈 역할을 하도록 구동할 경우, 프리즘 어레이(24)가 볼록렌즈 역할을 하도록 구동될 때 3D 영상을 볼 수 있는 위치(도 3의 D1)보다 더 먼 위치에서도 3D 영상을 볼 수 있다. 달리 말하면, 프리즘 어레이(24)가 오목렌즈 역할을 하는 경우, 3D 영상을 볼 수 있는 위치는 프리즘 어레이(24)가 볼록렌즈 역할을 할 때보다 렌즈(26)로부터 더욱 멀어질 수 있다. 따라서 프리즘 어레이(24)가 오목렌즈 역할을 하도록 구동될 경우, 3D 영상을 볼 수 있는 시야깊이는 프리즘 어레이(24)가 볼록렌즈 역할을 하도록 구동될 때보다 깊어질 수 있다.Referring to FIG. 9, among the plurality of
프리즘 어레이(24)가 오목렌즈 역할을 하도록 구동될 경우, 관찰 위치 변화에 따른 프리즘 어레이(24)의 구동제어는 프리즘 어레이(24)가 볼록렌즈로 사용될 때보다 용이할 수 있다. 곧, 각 프리즘의 접촉각의 제어 마진은 프리즘 어레이(24)가 볼록렌즈로 사용될 때보다 커질 수 있다.When the
한편, 도 9에서 프리즘 어레이(24)에 입사되어 발산된 광이 렌즈(26)를 통과하면서 평행광(일점쇄선)이 되는 경우, 2D를 관찰할 수 있다. 따라서 도 9에서 렌즈(26)를, 예를 들면 도 8의 초점 가변 렌즈(36)로 대체함으로써, 3D와 2D 사이에 전환이 가능할 수 있다.On the other hand, 2D can be observed when the light incident on the
또한, 프리즘 어레이(24)가 점선으로 나타낸 바와 같이 평판이고, 곧 프리즘 어레이(24)가 투명한 평판과 같은 역할을 하고, 렌즈(26)가 초점 가변 렌즈(36)로 대체되고, 초점이 무한대가 되도록 조절된 경우, 3D 영상은 2D 영상으로 전환될 수 있다.In addition, the
또한, 프리즘 어레이(24)가 오목렌즈 역할을 하도록 조절되고, 렌즈(26)가 볼록렌즈 역할을 하는 경우에도 3D 영상을 2D로 전환할 수 있다. 반대로, 프리즘 어레이(24)는 볼록렌즈 역할을 하도록 조절되고, 렌즈(26)는 오목렌즈 역할을 하도록 조정되는 경우에도 3D 영상을 2D로 전환할 수 있다.In addition, even when the
도 10은 도 1에서 렌즈(26)가 전기-습윤 프리즘 어레이(44)인 경우를 보여준다. 이에 따라 3D 디스플레이는 2개의 전기-습윤 프리즘 어레이(24, 44)를 포함하게 된다.FIG. 10 shows the case where the
도 10을 참조하면, 2개의 전기-습윤 프리즘 어레이(24, 44)를 이루는 프리즘(24a, 44a)의 계면 분포를 보면, 2개의 전기-습윤 프리즘 어레이(24, 44) 각각은 볼록렌즈 역할을 하는 것을 알 수 있다. 제1 프리즘 어레이(24)의 프리즘(24a)의 계면 분포는 3D 영상이 결상되는 위치에 따라 다양한 분포를 가질 수 있다. 제1 프리즘 어레이(24)의 프리즘(24a)의 계면분포는 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같은 분포를 가질 수도 있다. 또한 제1 프리즘 어레이(24)는 도 11에 도시한 바와 같이 오목렌즈 역할을 하도록 구동될 수도 있다. 따라서 도 11의 경우는 도 9의 경우와 동일한 결과를 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 10, the interface distribution of the
도 10에서 제2 전기-습윤 프리즘 어레이(44)는 초점 가변 렌즈 역할을 하도록 구동될 수도 있는데, 이때는 도 8의 경우와 동일한 결과를 얻을 수 있다.In FIG. 10, the second electro-wetting
도 12는 상술한 프리즘 어레이를 이루는 전기-습윤 프리즘(24a)의 단면도를 보여준다. 전기-습윤 프리즘의 구성은 잘 알려져 있기 때문에, 도 12에는 간단히 도시하였다.12 shows a cross-sectional view of the electro-wetting
도 12를 참조하면, 전기-습윤 프리즘(24a)은 제1 및 제2 전극(50, 52)과 그 사이에 채워진 액체(54)를 포함한다. 액체(54)는, 예를 들면 오일 또는 물일 수 있다. 제1 및 제2 전극(50, 52) 사이의 액체(54)의 위쪽 영역은 액체(54)보다 굴절률이 작은 물질이 존재할 수 있다. 액체(54)의 계면(S1)의 경사가 도 12와 같을 경우, 곧 제1 전극(50)에 대한 액체(54)의 접촉각이 90도보다 작은 경우, 프리즘(24a)에 입사된 광은 입사광의 진행방향 우측으로 굴절된다. 상기 접촉각이 90도보다 큰 경우, 입사광은 입사광의 진행방향 좌측으로 굴절된다. 제1 전극(50)에 대한 액체(54)의 접촉각이 90도인 경우, 액체(54)의 계면(S1)은 평평하게 되고, 입사광은 굴절없이 프리즘(24a)을 통과한다.Referring to FIG. 12, electro-wetting
도 12의 프리즘(24a) 구성은 도 10의 제2 프리즘 어레이(44)의 프리즘(44a)에도 적용될 수 있다. The
상술한 본 발명의 실시예들에서 렌즈(26, 36)는 굴절력을 높이는 수단이므로, 프리즘 어레이(24)의 굴절력을 기존의 경우보다 다소 낮추더라도 프리즘 어레이(24)의 굴절력은 렌즈(26, 36)에 의해 보상될 수 있다. 프리즘 어레이(24)의 굴절력을 낮추는 것은 프리즘 어레이(24)의 구동 전압을 낮추는 것을 의미한다. 따라서 본 발명의 실시예들과 같이 프리즘 어레이(24)의 앞 또는 뒤에 렌즈(26, 36)를 구비함으로써, 프리즘 어레이(24)의 구동 전압을 낮출 수 있다.In the above-described embodiments of the present invention, since the
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.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.
20:광원 22:LCD 패널
24:전기-습윤 프리즘 어레이
24a:프리즘 어레이를 이루는 복수의 프리즘
24b:프리즘 어레이의 위쪽 가장자리의 프리즘
24c:프리즘 어레이의 아래쪽 가장자리의 프리즘
24d:프리즘 어레이의 중심에 위치한 프리즘
26:렌즈 36:초점가변렌즈
44:제2 프리즘 어레이 44a:제2 프리즘 어레이를 이루는 프리즘
50, 52:제1 및 제2 전극 54:액체
D1, D2:제1 및 제2 거리 D11, D22:굴절광이 결상되는 위치
f1, f2:제1 및 제2 초점거리 f:초점거리
L1, L2, L11, L22:굴절광 P1:관찰자의 위치
S1-S4:프리즘 어레이에 포함된 프리즘의 계면
Ω1, Ω2:제1 및 제2 시야각20: light source 22: LCD panel
24: electro-wetting prism array
24a: multiple prisms forming an array of prisms
24b: prism at top edge of prism array
24c: prism at bottom edge of prism array
24d: prism located in the center of the prism array
26: lens 36: focus variable lens
44:
50, 52: first and second electrodes 54: liquid
D1, D2: first and second distances D11, D22: positions where refractive light is imaged
f1, f2: first and second focal lengths f: focal length
L1, L2, L11, L22: Refractive light P1: Position of observer
S1-S4: Interface of Prisms in Prism Array
Ω1, Ω2: First and second viewing angles
Claims (14)
상기 광원의 광을 이용하여 영상을 제공하는 2D 디스플레이;
복수의 프리즘을 포함하는 프리즘 어레이; 및
자신을 통해 전달되는 광의 굴절력을 높이는 광학요소;를 포함하고,
상기 광학요소는 상기 복수의 프리즘 각각을 통해 전달되는 광이 상기 광학요소를 통해 전달되는 위치에 고정되어 있고,
상기 광학요소는 상기 프리즘 어레이에서 발산된 광을 평행광으로 변화시키는 광학요소를 포함하며,
상기 프리즘 어레이에서 1개 이상의 프리즘의 굴절력은 실시간으로 제어되
는 디스플레이.Light source;
2D display for providing an image using the light of the light source;
A prism array including a plurality of prisms; And
It includes; optical element for increasing the refractive power of the light transmitted through the
The optical element is fixed at a position where light transmitted through each of the plurality of prisms is transmitted through the optical element,
The optical element includes an optical element for converting light emitted from the prism array into parallel light,
The refractive power of one or more prisms in the prism array is controlled in real time.
Display.
상기 광학요소는 볼록렌즈, 프레넬 렌즈, 홀로그래픽 광학소자(HOE), 회절광학소자(DOE), 액정렌즈 및 렌즈로 작용하는 광학요소로 이루어진 군중 어느 하나인 디스플레이.The method of claim 1,
Wherein the optical element is any one of a convex lens, a Fresnel lens, a holographic optical element (HOE), a diffractive optical element (DOE), a liquid crystal lens and a crowd consisting of optical elements acting on the lens.
상기 프리즘 어레이는 제1 전기-습윤 프리즘 어레이이고, 상기 광학요소는 제2 전기-습윤 프리즘 어레이인 디스플레이.The method of claim 1,
And the prism array is a first electro-wet prism array and the optical element is a second electro-wet prism array.
상기 볼록렌즈는 초점가변렌즈인 디스플레이.The method of claim 4, wherein
And the convex lens is a focal variable lens.
상기 프리즘 어레이는 상기 프리즘 어레이가 볼록렌즈 역할을 하도록 배치된 프리즘들을 포함하는 디스플레이.The method according to claim 1 or 5,
And the prism array comprises prisms arranged such that the prism array acts as a convex lens.
상기 프리즘 어레이는 상기 프리즘 어레이가 오목렌즈 역할을 하도록 배치된 프리즘들을 포함하는 디스플레이.The method according to claim 1 or 5,
And the prism array comprises prisms arranged such that the prism array acts as a concave lens.
상기 프리즘 어레이를 이루는 복수의 프리즘은 모두 동일한 굴절 특성을 갖는 디스플레이.The method according to claim 1 or 6,
And a plurality of prisms constituting the prism array all have the same refractive characteristics.
상기2D 디스플레이는 방향성 광을 제공하는 2D 디스플레이인 디스플레이.The method of claim 1,
And the 2D display is a 2D display providing directional light.
상기 프리즘 어레이는 상기 영상의 진행 방향을 고정된 일정 방향으로 제어하는 비가변형 프리즘 어레이인 디스플레이.The method of claim 1,
The prism array is a non-deformable prism array for controlling the advancing direction of the image in a fixed direction.
상기 광원의 광을 이용하여 영상을 제공하는 디스플레이;
전기-습윤 프리즘 어레이; 및
자신을 통해 전달되는 광의 굴절력을 높이는 광학요소;를 포함하고,
상기 광학요소는 상기 전기-습윤 프리즘 어레이를 통해 전달되는 모든 광이 상기 광학요소를 통해 전달되는 위치에 고정되어 있고,
상기 광학요소는 상기 전기-습윤 프리즘 어레이에서 발산된 광을 평행광으로 변화시키는 광학요소를 포함하는 디스플레이.Light source;
A display providing an image using light from the light source;
Electro-wet prism arrays; And
It includes; optical element for increasing the refractive power of the light transmitted through the
The optical element is fixed at a position where all light transmitted through the electro-wetting prism array is transmitted through the optical element,
And the optical element includes an optical element for converting light emitted from the electro-wetting prism array into parallel light.
Priority Applications (1)
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