電潤濕透鏡陣列、3d圖像顯示裝置和3d圖像拾取裝置制造方法
【專利摘要】本公開提供了電潤濕透鏡陣列、3D圖像顯示裝置和3D圖像拾取裝置。所提供的全景成像型三維（3D）圖像顯示裝置和3D圖像拾取裝置利用電潤濕透鏡陣列來增加深度。該3D圖像顯示裝置包括顯示面板和具有可電調(diào)節(jié)的可變焦距的電潤濕透鏡陣列。該3D圖像顯示裝置利用一個顯示面板將具有不同深度的多個圖像顯示在不同的焦平面上并由此顯示3D圖像的深度。
【專利說明】電潤濕透鏡陣列、3D圖像顯示裝置和3D圖像拾取裝置
【技術領域】
[0001]根據(jù)示范性實施例的裝置涉及一種三維(3D)圖像顯示裝置和一種3D圖像拾取裝置，更具體地，涉及利用電潤濕透鏡陣列(electrowetting lens array)來增加深度的全景成像(integral imaging)型3D圖像顯示裝置和3D圖像拾取裝置。
【背景技術】
[0002]在諸如娛樂、游戲、廣告、醫(yī)療、教育、軍事等的各種領域都需要更真實有效地顯示圖像的三維(3D)圖像顯示裝置。因此，已經(jīng)提出了用于顯示3D圖像的各種技術，并且各種類型的3D圖像顯示裝置已經(jīng)商業(yè)化。
[0003]3D圖像顯示裝置分為眼鏡型或無眼鏡型。眼鏡型器件分為偏振眼鏡型器件和快門眼鏡型器件。無眼鏡型器件的立體類型分為雙凸透鏡型(lenticular type)器件或視差屏障型(parallax barrier type)器件，該雙凸透鏡型器件使用多個柱面透鏡陣列，該視差屏障型器件具有多個屏障和多個開口。然而，上述器件利用了雙眼視差。因此，上述器件受限于:它們不能提供增加數(shù)量的視點。因此，用戶的深度感覺和用戶的眼睛焦點可能不一致而迫使觀看者感到疲勞。此外，僅提供了水平視差，而沒有提供垂直視差。
[0004]全息法和全景成像法的每個已經(jīng)被提出作為3D圖像顯示法，該3D圖像顯示法使得觀看者的深度感覺與觀看者的眼睛的焦點一致并提供全視差。全息法通過包括圖像信號的信號束與參考束之間的干涉來提供3D圖像。在全息法中，使用具有高相關性的高價激光，并精確地布置用于形成圖像的光學系統(tǒng)。此外，諸如斑點的噪聲通常產(chǎn)生在圖像顯示表面上。
[0005]全景成像法通過利用包括多個微透鏡陣列的復眼(fly-eye)透鏡陣列來顯示3D圖像。根據(jù)全景成像法，顏色被容易地顯示，提供了連續(xù)的視角，并且光學系統(tǒng)的結構簡單。然而，由3D圖像提供的深度感覺(depth perception)受到限制，并且視角窄。因此,正在進行各種研究。例如，提出了以預定間距排列顯示具有不同深度的圖像的多個顯示面板的方法、以及利用多個聚合物分散液晶(PDLC)膜和以預定間距排列的投影器的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一個或多個示范性實施例提供了利用電潤濕透鏡陣列來增加深度感覺的直接成像型三維(3D)圖像顯示裝置以及3D圖像拾取裝置。
[0007]其他的示范性方面將在以下的描述中部分地闡述，并將部分地從該描述而變得明顯，或者可以通過實施給出的實施例而掌握。
[0008]根據(jù)示范性實施例的方面，一種三維(3D)圖像顯示裝置包括:顯示面板，包括多個像素；和電潤濕透鏡陣列，具有可電調(diào)節(jié)的可變焦距。電潤濕透鏡陣列可以包括二維地排列成復眼透鏡陣列的多個電潤濕透鏡單元。
[0009]顯示面板可以配置為順序地顯示具有不同深度的至少兩個圖像。電潤濕透鏡陣列可以配置為將至少兩個圖像順序地投影在與該至少兩個圖像的深度相對應的至少兩個不同的焦距處。
[0010]當顯示面板顯示具有第一深度的第一圖像時，電潤濕透鏡陣列可以將第一圖像投影在第一焦距處。當顯示面板顯示具有第二深度的第二圖像時，電潤濕透鏡陣列可以將第二圖像投影在第二焦距處。當顯示面板顯示具有第三深度的第三圖像時，電潤濕透鏡陣列可以將第三圖像投影在第三焦距處。
[0011]每個電潤濕透鏡單元可以包括:下透明基板和上透明基板；垂直阻擋物，豎立在下透明基板的上表面上，并在垂直阻擋物之間限定多個空間；多個電極，設置在垂直阻擋物的側壁上；電介質(zhì)層，覆蓋多個電極；疏水涂層，形成在電介質(zhì)層的表面上；多個布線(wiring line)，設置在下透明基板的上表面上并分別電連接到多個電極；公共電極，設置在上透明基板的下表面上；以及非極性液體和極性液體，設置在由垂直阻擋物圍繞的空間中。
[0012]垂直阻擋物可以以網(wǎng)格形式設置并可以在其中限定多個空間。多個電極可以包括第一電極和第二電極以及第三電極和第四電極，其中第一電極和第二電極設置在沿第一方向延伸的垂直阻擋物上，使得第一電極和第二電極跨過該空間彼此面對，第三電極和第四電極設置在沿垂直于第一方向的第二方向延伸的垂直阻擋物上，使得第三電極和第四電極跨過該空間彼此面對。
[0013]電介質(zhì)層可以具有由多種不同的材料形成的多層結構。
[0014]電介質(zhì)層可以包括:第一層，由含氟聚合物CYT0P?形成且鄰近于疏水涂層；第二層，由HfO2形成；以及第三層，由Mo形成并鄰近于電極。
[0015]第一層的厚度可以為約300A，第二層的厚度可以為約2000A,第三層的厚度可以為約2000A。
[0016]電潤濕透鏡陣列的多個電潤濕透鏡單元可以與顯示面板的多個像素一一對應。
[0017]根據(jù)另一示范性實施例的方面，一種3D圖像拾取裝置包括:圖像拾取器件，包括多個光學感測像素；和電潤濕透鏡陣列，具有可電調(diào)節(jié)的可變焦距。電潤濕透鏡陣列可以包括二維地排列成復眼透鏡陣列的多個電潤濕透鏡單元。
[0018]電潤濕透鏡陣列可以配置為順序地改變焦距并在圖像拾取器件上形成物體的圖像。圖像拾取器件可以配置為捕獲物體的在不同的焦距處的不同深度的多個圖像。
[0019]電潤濕透鏡陣列的多個電潤濕透鏡單元可以對應于圖像拾取器件的多個光學感測像素。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]從以下結合附圖對示范性實施例的描述，這些和/或其它的示范性的方面和優(yōu)點將變得明顯并更易于理解，附圖中:
[0021]圖1是示出根據(jù)示范性實施例的三維(3D)圖像顯示裝置的結構和操作的示意圖；
[0022]圖2是示出圖1的電潤濕透鏡陣列的電潤濕透鏡單元的結構的示意截面圖；
[0023]圖3是示出圖2的阻擋物與電極之間的布置關系的示意圖；
[0024]圖4是示出圖2的電介質(zhì)層的多層結構的示意局部截面圖；
[0025]圖5(a)至圖5(c)是示出圖2的電潤濕透鏡單元的操作的視圖；以及[0026]圖6是示出根據(jù)另一示范性實施例的3D圖像拾取裝置的結構和操作的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0027]現(xiàn)在將參照附圖詳細描述包括電潤濕透鏡陣列的三維(3D)圖像顯示裝置和3D圖像拾取裝置。附圖中相同的附圖標記指示相同的元件，因此將省略對它們的描述。在附圖中，為了清晰，層和區(qū)域的厚度被夸大。將理解，無意在將實施例限制為公開的特定形式，而是相反的，實施例將涵蓋落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有變型、等同物和替代物。還將理解的是，當一層被稱為在另一層或基板“上”時，它可以直接在另一層或基板上，或者也可以存在中間層。
[0028]圖1是示出根據(jù)示范性實施例的三維(3D)圖像顯示裝置10的結構和操作的示意圖。
[0029]參照圖1，3D圖像顯示裝置10包括顯示面板20和電潤濕透鏡陣列30。電潤濕透鏡陣列30具有可電調(diào)節(jié)的可變焦距。這里，顯示面板20可以包括任何類型的顯示圖像的裝置。例如，顯示面板20可以是各種類型的面板(諸如，液晶顯示(IXD)面板、有機發(fā)光二極管(OLED)面板、等離子體顯示面板(PDP)等)中的任意一個。此外，顯示面板20可以是投影器或聚合物分散液晶(PDLC)。
[0030]電潤濕透鏡陣列30包括二維地排列成復眼透鏡陣列的多個微電潤濕透鏡單元。電潤濕透鏡利用電潤濕現(xiàn)象并具有可變的焦距以電控制非極性液體(諸如，油)與極性液體(諸如，水)之間的界面，從而調(diào)節(jié)焦距。
[0031]圖2是示出圖1的電潤濕透鏡陣列30的電潤濕透鏡單元300的結構的示意截面圖。參照圖2，電潤濕透鏡單元300包括下透明基板301、上透明基板311、垂直阻擋物302、第一電極303a、第二電極303b、電介質(zhì)層304、疏水涂層305、第一布線306a、第二布線306b、公共電極310、非極性液體308和極性液體309。下透明基板301和上透明基板302彼此面對，垂直阻擋物302豎立在下透明基板301上。第一電極303a和第二電極303b設置在垂直阻擋物302的相反側壁上。電介質(zhì)層304完全覆蓋第一電極303a和第二電極303b，疏水涂層305完全覆蓋電介質(zhì)層304。第一布線306a和第二布線306b布置在下透明基板301的上表面上，并分別電連接到第一電極303a和第二電極303b。公共電極310設置在上透明基板311的下表面上。非極性液體308和極性液體309設置在由垂直阻擋物302圍繞的空間中。
[0032]兩個垂直阻擋物302設置在圖2中，但是垂直阻擋物可以是形成為網(wǎng)格形式的單個結構，在垂直阻擋物302之間限定多個小空間。第一電極303a和第二電極303b可以分別設置在垂直阻擋物302的相反側壁上。如圖2所示，第一電極303a和第二電極303b可以跨過在垂直阻擋物302之間限定的空間而彼此面對。設置在左垂直阻擋物302的左側壁上的第二電極和設置在右垂直阻擋物302的右側壁上的第一電極303a屬于其他相鄰的電潤濕透鏡單元300。
[0033]圖2中示出了兩個電極303a和303b，但是四個電極可以沿著矩形空間的四側設置。例如，如圖3所示，垂直阻擋物302可以形成限定多個矩形空間的網(wǎng)格形式，四個電極303a至303d可以分別設置在多個矩形空間的每個中。換句話說，第一電極303a和第二電極303b可以設置在沿第一方向延伸的垂直阻擋物302的相反兩側上，第三電極303c和第四電極303d可以設置在沿第二方向延伸的垂直阻擋物302的相反兩側上，該第二方向垂直
于第一方向。
[0034]在圖2中，示出了電連接到第一電極303a的第一布線306a和電連接到第二電極303b的第二布線306b。然而，分別電連接到第三電極303c和第四電極303d的第三布線和第四布線(未示出)也可以設置在下透明基板301上。第一布線306a和第二布線306b可以類似于第一電極303a和第二電極303b設置在第一方向上，第三布線和第四布線可以設置為類似于第三電極303c和第四電極303d在第二方向上延伸。
[0035]鈍化層307形成在第一布線306a和第二布線306b上，以使得第一布線306a和第二布線306b分別僅接觸第一電極303a和第二電極303b。鈍化層307覆蓋第一布線306a和第二布線306b，除了第一布線306a和第二布線306b的連接到第一電極303a和第二電極303b的部分之外。在此情況下，垂直阻擋物302、電介質(zhì)層304等可以形成在鈍化層307上。
[0036]覆蓋第一電極303a和第二電極303b的電介質(zhì)層304使第一電極303a和第二電極303b與設置在所述空間中的非極性液體308和極性液體309電絕緣。盡管沒有示出，但是電介質(zhì)層304可以形成在垂直阻擋物302的所有表面上以完全覆蓋第三電極303c和第四電極303d。電介質(zhì)層304完全覆蓋第一至第四電極303a至303d并延伸到所述空間的底部。疏水涂層305形成在電介質(zhì)層304的表面上以使得極性液體309易于在其與非極性液體308的界面處形成預定接觸角。疏水涂層305完全覆蓋電介質(zhì)層304并延伸到所述空間的底部。
[0037]電介質(zhì)層304可以具有由多種不同材料形成的多層結構，以使得其能夠承受由非極性液體308和極性液體309的振動引起的壓力并防止與非極性液體308和極性液體309的化學反應。例如，圖4是示出電介質(zhì)層304的多層結構的示意截面圖。參照圖4，電介質(zhì)層304包括由含氟聚合物CYTOP形成且鄰近于疏水涂層305的第一層304a、由HfO2形成的第二層304b、以及由Mo形成且鄰近于電極303a或303b的第三層304c。這里，第一層304a的厚度dl為約300A,第二層304b的厚度d2為約2000A,第三層304c的厚度d3為約
2000A。
[0038]設置在由垂直阻擋物302形成的空間中的非極性液體308和極性液體309具有高透射率以透射光而沒有損失，并具有不同的折射率以在液體之間的界面處折射光。此外，如圖2所示，非極性液體308的密度可以高于極性液體309的密度，使得非極性液體308設置在極性液體309下面的空間中。非極性液體308和極性液體309可以由各種類型的材料形成以滿足上述條件。例如，極性液體309可以是包括約0.005M (摩爾濃度)的NaCl和約
0.lwt%的十二烷基硫酸鈉(SDS)的去離子(DI)水。非極性液體308可以是溴代萘或氯代萘。
[0039]如圖2所示，設置在由垂直阻擋物302形成的空間的底部處的非極性液體308可以分離地設置在每個電潤濕透鏡單元300中。然而，設置在該空間的頂部處的極性液體309可以在電潤濕透鏡陣列30的所有電潤濕透鏡單元300之上延伸。為此，預定空間可以形成在上透明基板311的下表面與垂直阻擋物302的上表面之間。
[0040]在具有上述結構的電潤濕透鏡單元300中，非極性液體309和極性液體308的界面與垂直阻擋物302之間的接觸角可以通過施加到第一至第四電極303a至303d中的每個的電壓來調(diào)節(jié)。因此，如果施加到第一至第四電極303a至303d中的每個的電壓被適當?shù)卣{(diào)節(jié)，則非極性液體308與極性液體309之間的界面可以變?yōu)槠教剐泵?、平坦水平面、凸起表面、凹入表面等。此外，凸起表面或凹入表面的曲率可以被調(diào)節(jié)。
[0041]圖5(a)至圖5(c)是示出電潤濕透鏡單元300的操作的附圖。如圖5(a)所示，極性液體309與非極性液體308之間的界面可以是平坦的水平面，以允許電潤濕透鏡單元300透射入射光而不折射入射光。如圖5 (b)所示，極性液體309與非極性液體308之間的界面可以被調(diào)節(jié)為具有第一焦距Fl的凸起表面。如圖5(c)所示，極性液體309與非極性液體308之間的界面可以被調(diào)節(jié)為具有第二焦距F2的凸起表面。
[0042]在本實施例中，為了形成電潤濕透鏡陣列30，具有上述結構的多個電潤濕透鏡單元300被二維地排列成復眼透鏡陣列。這里，電潤濕透鏡陣列30可以被構成為使得電潤濕透鏡陣列30的多個電潤濕單元300與顯示面板的多個像素一一對應。
[0043]現(xiàn)在將描述3D圖像顯示裝置10的示范性操作。
[0044]參照圖1，在3D圖像顯示裝置10中，顯示面板20順序地顯示具有不同深度的至少兩個圖像Il至13。電潤濕透鏡陣列30將圖像Il至13投影在與圖像Il至13的不同深度相對應的至少兩個焦距處。例如，當3D圖像顯示裝置10的顯示面板20顯示第一圖像Il時，電潤濕透鏡陣列30的焦距被調(diào)節(jié)為最短以將第一圖像Il投影在第一平面Pl上。當顯示面板20顯示第二圖像12時，電潤濕透鏡陣列30的焦距改變?yōu)檩^長從而將第二圖像12投影在第二平面P2上。當顯示面板20顯示第三圖像13時，電潤濕透鏡陣列30的焦距改變?yōu)楦L從而將第三圖像13投影在第三平面P3上。如果一幀的3D圖像根據(jù)上述方法被全部顯示，則顯示面板20顯示下一幀的第一圖像II，電潤濕透鏡陣列30將其焦距調(diào)節(jié)為最短。
[0045]具有不同深度的三個圖像Il至13在圖1中顯示。然而，在一幀中顯示的不同深度的圖像的數(shù)量和不同焦距的順序可以改變。例如，如果在約60Hz的幀頻下顯示一個圖像，并且顯示面板20和電潤濕透鏡陣列30的驅動速度每個為約180Hz或更大，則3D圖像顯示裝置10可以在一幀中順序地顯示具有不同深度的至少三個或更多圖像。在此情況下，如果一個圖像的深度為D，則根據(jù)本實施例的3D圖像顯示裝置10可以顯示具有3XD或更大深度的3D圖像。
[0046]電潤濕透鏡陣列30可以用于3D圖像拾取裝置中，該3D圖像拾取裝置用來獲得將要顯示的3D圖像。圖6是示出根據(jù)示范性實施例的3D圖像拾取裝置60的結構和操作的示意圖。參照圖6，3D圖像拾取裝置60包括具有可電調(diào)節(jié)的可變焦距的電潤濕透鏡陣列30以及圖像拾取器件40。這里，電潤濕透鏡陣列30可以具有與上述電潤濕透鏡陣列30相同的結構和功能。圖像拾取器件40可以是具有多個光學感測像素的電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。例如，電潤濕透鏡陣列30的多個電潤濕透鏡單元300可以與圖像拾取器件40的多個光學感測像素一一對應。
[0047]圖6的3D圖像拾取裝置60順序地改變電潤濕透鏡陣列30的焦距并在圖像拾取器件40上形成物體50的圖像。圖像拾取器件40捕獲物體50的分別形成在不同焦距處的不同深度的圖像。這里，電潤濕透鏡陣列30在3D圖像拾取裝置60捕獲3D圖像時改變的焦距可以與電潤濕透鏡陣列30在圖1的3D圖像顯示裝置10顯示3D圖像時改變的焦距相匹配。[0048]將理解，這里描述的示范性實施例應當僅以描述性的含義來理解而不是為了限制的目的。對每個實施例中的特征或方面的描述將被認為可用于其他實施例中的其他類似特征或方面。
[0049]本申請要求于2012年11月13日在韓國知識產(chǎn)權局提交的韓國專利申請N0.10-2012-0128263的優(yōu)先權，其公開內(nèi)容通過引用整體結合于此。
【權利要求】
1.一種三維圖像顯示裝置，包括: 顯示面板，包括多個像素；和 電潤濕透鏡陣列，具有可電調(diào)節(jié)的可變焦距， 其中所述電潤濕透鏡陣列包括二維地排列成復眼透鏡陣列的多個電潤濕透鏡單元。
2.如權利要求1所述的三維圖像顯示裝置，其中: 所述顯示面板配置為順序地顯示具有不同深度的至少兩個圖像；并且所述電潤濕透鏡陣列配置為將所述至少兩個圖像順序地投影在與所述至少兩個圖像的深度相對應的至少兩個不同的焦距處。
3.如權利要求2所述的三維圖像顯示裝置，其中: 當所述顯示面板顯示具有第一深度的第一圖像時，所述電潤濕透鏡陣列將所述第一圖像投影在第一焦距處； 當所述顯示面板顯示具有第二深度的第二圖像時，所述電潤濕透鏡陣列將所述第二圖像投影在第二焦距處；和 當所述顯示面板顯示具有第三深度的第三圖像時，所述電潤濕透鏡陣列將所述第三圖像投影在第三焦距處。
4.如權利要求2所述的三維圖像顯示裝置，其中每個所述電潤濕透鏡單元包括: 下透明基板和上透明基板； 垂直阻擋物，從所述下 透明基板的上表面延伸，其中所述垂直阻擋物在其間限定多個空間； 多個電極，設置在所述垂直阻擋物的側壁上； 電介質(zhì)層，覆蓋所述多個電極； 疏水涂層，設置在所述電介質(zhì)層的表面上； 多個布線，設置在所述下透明基板的上表面上并分別電連接到所述多個電極； 公共電極，設置在所述上透明基板的下表面上；和 非極性液體和極性液體，設置在由所述垂直阻擋物限定的空間中。
5.如權利要求4所述的三維圖像顯示裝置，其中: 所述垂直阻擋物以網(wǎng)格形式設置并在其中限定所述多個空間；并且所述多個電極包括第一電極、第二電極、第三電極和第四電極，其中所述第一電極和所述第二電極設置在沿第一方向延伸的垂直阻擋物的相反兩側上，所述第三電極和所述第四電極設置在沿垂直于所述第一方向的第二方向延伸的垂直阻擋物的相反兩側上，使得所述第一電極和所述第二電極跨過所述多個空間中的每個而彼此面對，所述第三電極和所述第四電極跨過所述多個空間中的每個而彼此面對。
6.如權利要求4所述的三維圖像顯示裝置，其中所述電介質(zhì)層包括多層結構，該多層結構包括多種不同的材料。
7.如權利要求6所述的三維圖像顯示裝置，其中所述電介質(zhì)層包括由含氟聚合物形成且鄰近于所述疏水涂層的第一層、由HfO2形成的第二層、以及由Mo形成且鄰近于所述電極的第三層。
8.如權利要求7所述的三維圖 像顯示裝置，其中所述第一層的厚度為約300人，所述第二層的厚度為約20G0人，所述第三層的厚度為約2000A。
9.如權利要求2所述的三維圖像顯示裝置，其中所述電潤濕透鏡陣列的所述多個電潤濕透鏡單元的每個與所述顯示面板的所述多個像素中的一個一一對應。
10.一種三維圖像拾取裝置，包括: 圖像拾取器件，包括多個光學感測像素；和 電潤濕透鏡陣列，具有可電調(diào)節(jié)的可變焦距， 其中所述電潤濕透鏡陣列包括二維地排列成復眼透鏡陣列的多個電潤濕透鏡單元。
11.如權利要求10所述的三維圖像拾取裝置，其中所述電潤濕透鏡陣列配置為順序地改變所述焦距并在所述圖像拾取器件上形成物體的圖像， 其中所述圖像拾取器件配置為以捕獲所述物體的在不同焦距處的不同深度的多個圖像。
12.如權利要求10所述的三維圖像拾取裝置，其中所述電潤濕透鏡陣列的所述多個電潤濕透鏡單元的每個對應于所述圖像拾取器件的所述多個光學感測像素中的一個。
13.一種電潤濕透鏡陣列，包括: 多個電潤濕透鏡單元，布置成二維復眼透鏡陣列，每個所述電潤濕透鏡單元包括: 下透明基板和上透明基板， 多個垂直阻擋物，從所述下透明基板的上表面延伸，并在其間限定空間； 設置在沿第一方向延伸的第一垂直阻擋物的側壁上的第一電極、設置在沿所述第一方向延伸的第二垂直阻擋物的側壁上的第二電極、設置在沿第二方向延伸的第三垂直阻擋物的側壁上的第三電極、以及設置在沿所述第二方向延伸的第四垂直阻擋物的側壁上的第四電極，所述第二方向不同于所述第一方向，其中所述第一電極和所述第二電極跨過所述空間彼此面對，所述第三電極和所述第四電極跨過所述空間彼此面對， 電介質(zhì)層，覆蓋所述第一電極、所述第二電極、所述第三電極和所述第四電極； 疏水涂層，設置在所述電介質(zhì)層上； 非極性液體和極性液體，設置在所述空間中， 其中所述非極性液體與所述極性液體之間的界面的形狀通過施加電壓到所述第一電極、所述第二電極、所述第三電極和所述第四電極中的一個或多個而改變。
【文檔編號】G02B26/02GK103809228SQ201310571324
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權日:2012年11月13日
【發(fā)明者】崔奎煥, 金倫希, 權用柱, 裵廷穆, 崔倫善 申請人:三星電子株式會社