Auto-stereoscopic 2D/3D switchable displays recently have been drawing attention as next-generation displays. While there are many ways to realize auto-stereoscopic 2D/3D switchable displays, the electro-wetting lenticular lens is superior due to the high optical efficiency and short response time. The electrowetting lenticular lens consists of two immiscible liquids. One is conducting fluid and the other is insulating fluid. These two types of different liquid form various interfaces. The various curvature of electrowetting lenticular lens is feasible with the applied voltage between electrode and conducting liquid. Therefore, through the elec-trowetting lenticular lens, a 2D/3D switchable display can be achieved. A two-dimensional image is observed in the construction of a flat lens and a three-dimensional image is obtained with a convex lens. This indicates the importance of maintaining the shape of the lens stably.
The electrowetting lenticular lens was fabricated on the basis of MEMS technology. The chamber for the electrowetting was fabricated by hot embossing process with a 0.5T PC (Poly Carbonate). The vertical length is 24.9mm and the total number of the cells is 106. A lens pitch of 414.7um is selected, and the width of the peak is set to 60um. The slope of the side wall was formed with a 54.7 degree angle. The slanted chamber is superior to the vertical chamber in terms of the deposition of the electrode layer, the dioptric pow-er, and the structural stability. Electrodes were deposited by thermal evaporation. The 2um Parylene C was coated as insulating layer by creating a hydrophobic surface. An oil mixture of chloronaphthalene with do-decane was used as a non-conducting liquid and deionized water was used as an electrolyte. The oil mixture was spread out in the air. An ITO (Indium Tin Oxide) coated glass was covered in the water tank and sealed by tapes and UV adhesives (NOA-61).
In this paper, it was proven that the width of electrode and the volume of oil are key factors for stable driving. With a wide width of electrode and a large amount of oil, the oil layer was broken easily and the len-ticular lens was damaged at relatively low voltage. Therefore, controlling the range of electrode and the amount of oil is crucial to obtain the required dioptric power with stability. The dioptric power was measured by varying the width of electrode and the volume of oil. The optical characteristics were finally analyzed in the electrowettting lenticular lens array with a proper width of electrode and a suitable amount of oil. This study sheds light on microfluidic phenomena in liquid lenticular lens array.
최근에 무안경 2D/3D 전환이 가능한 디스플레이가 차세대 디스플레이로서 주목을 받고 있다. 무안경 2D/3D 전환이 가능한 디스플레이를 구현하는 방법에는 여러가지 방법들이 있지만 그 중에서도 전기습윤 렌티큘러 렌즈를 이용한 방식이 높은 광 효율과 빠른 응답속도 면에서 우수하다는 장점이 있다. 전기습윤 렌티큘러 렌즈는 두 개의 섞이지 않은 액체로 구성되어 있다. 하나는 전도성 액체이고 다른 하나는 절연성 액체이다. 이러한 두 가지 액체 사이의 계면은 곡률반경은 전극과 전도성 액체 사이에 전압을 가함으로써 다양하게 변하게 된다. 따라서 전기습윤 렌티큘러 렌즈를 통해서 2D와 3D가 전환이 가능한 디스플레이를 제작할 수 있다. 액체 렌즈의 형상이 평평할 때에는 2D 이미지를 볼 수 있고, 액체 렌즈의 형상이 볼록할 때에는 3D 이미지를 볼 수 있다. 즉, 가해지는 전압에 따른 렌즈의 모양이 안정하게 유지 되는 것이 중요하다.
전기습윤 렌티큘러 렌즈는 미세전자기계시스템 기술을 이용해 제작되었다. 액체를 담을 수 있는 챔버는 0.5T PC (Poly Carbonate)를 핫엠보싱 방법으로 고온과 고압을 가하여 제작되었다. 수직 길이는 24.9mm이고 총 셀의 수는 106개 이다. 렌즈의 피치는 414.7um로 고정시켰고 탑 부분의 너비는 60um로 제작되었다. 격벽의 경사는 54.7°로 기울어지게 제작되었다. 기울어진 경사를 가진 격벽을 선택한 이유는 수직인 격벽보다 전극을 증착하는 것이 쉽고 구조적으로 안정하기 때문이다. 전극은 열 증발 방법을 이용하여서 증착하였다. 그 후에 소수성의 표면을 만들어 주고 절연층 역할을 하는 parylene C를 2um증착 하였다. 전도성 액체로는 물을 사용하였고 절연성 액체로는 클로로나프탈렌과 도데케인을 섞어 만든 오일을 사용하였다. 만든 오일은 공기중에서 균일하게 잘 퍼지게 한 다음 수조에 담아 물 속에서 ITO가 코팅된 유리로 덮고 꺼낸 후 액체가 세는 것을 막기 위해 UV 접착제로 밀봉하였다.
본 논문에서는 전기습윤 렌티큘러를 통해 2D/3D 전환이 가능한 디스플레이를 구현하였다. 그리고 더 나아가 다양한 광학 특성들을 측정하였다. 전기습윤 렌티큘러 렌즈에서 가장 중요한 점은 우리가 원하는 디옵터를 유지하면서 안정하게 구동하는 것이다. 선행 실험을 통해서, 오일 층이 깨지는 현상을 발견을 하였고 그 문제를 해결 하기 위해 오일의 양과 전극의 너비를 조절하면서 그 둘의 영향을 알아보았다.
구조상의 문제 때문에 기존의 몰드는 오일이 균일하게 주입하는 것이 힘들었다. 그래서 새로운 몰드를 통해 이러한 문제점을 해결하였다. 새로운 몰드에서는 모든 셀들이 하나의 채널로 이어지게 하여 각 셀마다 오일을 균일하게 주입하는 것이 가능해졌다. 따라서 각 셀마다 오일의 양을 원하는대로 쉽게 조절 할 수 있게 되었다. 또한 전극의 증착 방법도 바뀌었다. 기존의 전극 증착 방식은 포토리소그래피 방식이었다. 하지만 격벽이 경사진 구조에서 PR이 잘 패터닝 되지 않았기 때문에 격벽의 전극너비를 조절하기 어려웠다. 하지만 열 증착 방식을 통해서 이러한 문제를 해결하였고 격벽 너비의 8분의 7에서 4분의 1까지 전극의 너비를 다양하게 증착 할 수 있게 되었다.
디옵터를 오일의 양과 전극의 너비를 조절해 가면서 측정을 하였다. 오일의 양이나 전극의 너비가 너무 작으면 디옵터가 낮게 측정이 되었고 이와 반대로 오일의 양이 많거나 전극의 너비가 넓으면 낮은 전압에도 쉽게 오일 층이 깨지는 현상이 발견되었다. 그러므로 전기습윤 렌티큘러 렌즈에서 이 두 가지의 요소가 중요하다는 것이 증명이 되었다. 전극의 너비가 2분의 1이고 오일의 양이 35 μl 일 때 디옵터가 -1850에서 2000까지 측정이 되었고 전극의 너비가 4분의 1이고 오일의 양이 42.5 μl 일 때 디옵터가 -1029에서 2000까지 측정이 되었다. 이 둘 중에서 전극의 너비가 4분의 1일 때가 필 팩터가 71.7%로 더 크기 때문에 가장 좋은 조건이라 판단되었고 그 조건 하에서는 오일 층의 깨짐 없이 2D/3D 전환이 가능 하게 되었다.
우리는 만들어진 디스플레이를 가지고 2개의 시점이 잘 분리되는 것을 확인하였다. 또한 각도에 따른 intensity를 측정하는 실험을 통해서 3D 크로스 톡이 27.5%가 측정되었다. 응답 속도는 1.666ms로 측정이 되어 굉장히 빠르다는 것을 확인 하였다. 결과적으로 전기습윤 렌티큘러 렌즈가 아 주 좋은 광학 장치로서 작동하는 것을 확인 하였다.
