JP2007219526A - 立体画像変換パネル及びこれを有する立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】厚みを減少させた立体画像変換パネル及びこれを有する立体画像表示装置を提供する。
【解決手段】立体画像表示パネルは、第１レンズ基板、第２レンズ基板、立体画像レンズ部、及びレンズ液晶層を備える。第１及び第２レンズ基板は互いに対向して配置される。立体画像レンズ部は、第１及び第２レンズ基板の間に配置され、凹形状を有するメインレンズ及びメインレンズの両側部のそれぞれに少なくとも１つが配置されて凹形状を有するサブレンズを含む。レンズ液晶層は、メインレンズ及びサブレンズに収容され、第１及び第２レンズ基板の間に配置され、異方性の屈折率を有する液晶分子からなり、所定の方向に偏光された光を立体画像レンズ部との境界面で屈折させ、平面画像を立体画像に変更させる。このように、立体画像レンズ部がより薄い厚みのメインレンズとサブレンズで構成されることにより、立体画像パネルの厚みを減少させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体画像変換パネル及びこれを有する立体画像表示装置に係り、より詳細には厚みを減少させた立体画像変換パネル及びこれを有する立体画像表示装置に関する。

最近、ゲーム及び映画等のような分野で３次元立体画像に対する需要が増加することにより、３次元立体画像を表示する立体画像表示装置が漸次発展している。

一般に、立体画像表示装置は、人の２つの目に互いに異なる２次元平面画像を印加することにより、３次元立体画像を表示する。即ち、人は２つの目を通じて一対の２次元平面画像を見ることになり、脳で平面画像を融合して立体感を感じることになる。

立体画像表示装置は、観察者の特殊眼鏡着用の可否によって眼鏡式（ｓｔｅｒｅｏ−ｓｃｏｐｉｃ）及び非眼鏡式（ａｕｔｏ ｓｔｅｒｅｏ−ｓｃｏｐｉｃ）に区分される。眼鏡式には、偏光方式、時分割方式等があり、非眼鏡式にはパララックスバリアー（ｐａｒａｌｌａｘ−ｂａｒｒｉｅｒ）方式、レンティキュラ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ）方式、ブリンキングライト（ｂｌｉｎｋｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）方式等がある。

このような方式のうち、レンティキュラ方式の立体画像表示装置は、光を発生させるバックライトアセンブリ、光を利用して平面画像を表示する表示パネル、平面画像を立体画像に選択的に変更させる立体画像変換パネル、及び平面画像と立体画像のうち、いずれか１つを選択して表示するスイッチングパネルを含む。この際、立体画像変換パネルは、所定の方向に偏光された光のみを選択的に屈折させることにより、平面画像を立体画像に変更させるレンティキュラレンズを具備する。

レンティキュラ方式の立体画像表示装置で立体画像変換パネルは、一般的に縦断面が半円形状を有する凹レンズを含み、凹レンズによって形成された収容空間に液晶分子を配列する。このような液晶分子を配列した凹レンズは所定方向に偏光された光を屈折させ、平面画像を立体画像に変更させる。

しかし、立体画像変換パネルは半円形状を有する凹レンズを含むことにより、立体画像変換パネルの厚みが増加するという問題点がある。又、凹レンズが半円形状を有することにより、凹レンズ内に収容される液晶分子の個数が増加するという問題点がある。

そこで、本発明は、上記従来のレンティキュラ方式の立体画像変換パネルの問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、凹レンズの形状を変更させて厚みを減少させた立体画像変換パネルを提供することにある。

本発明の他の目的は、この立体画像変換パネルを含む立体画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による立体画像表示パネルは、第１レンズ基板、第２レンズ基板、立体画像レンズ部、及びレンズ液晶層を備える。

前記第１及び第２レンズ基板は互いに対向して配置される。前記立体画像レンズ部は、前記第１及び第２レンズ基板の間に配置され、凹形状を有するメインレンズ及び該メインレンズの第１側部と該第１側部の反対側である第２側部に少なくとも１つが配置され凹形状を有するサブレンズを含む。前記レンズ液晶層は、前記メインレンズ及び前記サブレンズに収容され、前記第１及び第２レンズ基板の間に配置され、異方性の屈折率を有する液晶分子で構成され、前記立体画像レンズ部の間との境界面に入射する第１偏光状態の光を屈折させ、平面画像を立体画像に変更させる。

ここで、前記メインレンズの縦断面は凹な半楕円形状を有し、前記サブレンズの縦断面は曲面部と実質的に直線部分を含む凹な鋸歯形状を有することが好ましい。

上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴による立体画像表示装置は、光を発生させるバックライトアセンブリ、前記バックライトアセンブリから光を受けるように配置され前記光を利用して平面画像を表示する表示パネルアセンブリ、及び前記表示パネルアセンブリから光を受けるように配置された立体画像変換パネルを備える。

前記立体画像変換パネルは、第１レンズ基板、第２レンズ基板、前記第１及び第２レンズ基板の間に配置され、凹形状を有するメインレンズ、及び第１方向に沿って該メインレンズの第１側部に近接した第１サブレンズと該第１側部の反対側である該メインレンズの第２側部に近接した第２サブレンズとを含んで凹形状を有する複数のサブレンズからなる立体画像レンズ部、及び前記メインレンズ及び前記サブレンズに配置された液晶分子を有するレンズ液晶層を含み、前記立体画像変換パネルは前記平面画像を立体画像に選択的に変更させる。

このような本発明の立体画像変換パネル及びこれを有する立体画像表示装置によれば、立体画像レンズ部を従来の凹レンズより厚みが減少したメインレンズとサブレンズで構成することにより、立体画像レンズ部を含む立体画像パネルの厚みを減少させることができ、その結果、立体画像表示装置の厚みを減少させることができる。
また、立体画像レンズ部がメインレンズとサブレンズで構成され、厚みが従来に対して減少することにより、メインレンズとサブレンズの収容空間に配置される液晶分子の個数も減少させることができ、立体画像レンズ部上の第２配向膜に配向溝を形成することもより容易になる。
さらに、立体画像レンズ部の厚みが減少することにより、第１及び第２透明電極間の距離も減少する。それによって、所定大きさの電場を発生させるための、第１及び第２透明電極間に印加される電圧の大きさを減少させることができ、電場による液晶分子の応答速度も増加させることができる。

以下、本発明の立体画像変換パネル及びこれを有する立体画像表示装置を実施するための最良の形態の具体例を、添付図面を参照しながらより詳細に説明する。

＜立体画像変換パネルの第１実施例＞
図１は、本発明の第１実施例による立体画像変換パネルを示す断面図である。

図１を参照すると、本実施例による立体画像変換パネル１００は、第１レンズ基板１１０、第２レンズ基板１２０、立体画像レンズ部１３０、及びレンズ液晶層１４０を含み、平面画像を立体画像に変更させて出射させる。

本実施例では、第１レンズ基板１１０はプレート形状を有し、一例として、透明なガラス、石英、又は合成樹脂からなる。第２レンズ基板１２０はプレート形状を有し、一例として、透明なガラス、石英、又は合成樹脂からなる。第２レンズ基板１２０は、第１レンズ基板１１０と対向するように配置される。

立体画像レンズ部１３０は、第１及び第２レンズ基板１１０、１２０の間に配置される。立体画像レンズ部１３０は、第１方向に沿って複数個が配置された単位レンズで構成され、各単位レンズは凹形状を有する。ここで、立体画像レンズ部１３０に対するより詳細な内容は、別の図面を参照して説明する。

レンズ液晶層１４０は、立体画像レンズ部１３０の単位レンズ内に収容され、第１及び第２レンズ基板１１０、１２０の間に配置される。レンズ液晶層１４０は、ある一方向に長い粒形状を有する液晶分子で構成され、このような液晶分子は光の入射方向によって屈折率が変わる異方性の屈折率を有する。即ち、液晶分子は、一方向に対して第１屈折率を有し、一方向と垂直な方向に対して第２屈折率を有する。一例として、第１屈折率は約１．８で、第２屈折率は約１．５である。

図２は、図１の立体画像変換パネルのうち、一部を拡大して示す断面図で、図３は、図２の立体画像レンズ部が形成される原理を説明するための断面図である。

図２及び図３に示すように、本実施例による立体画像レンズ部１３０は、第１及び第２レンズ基板１１０、１２０の間に配置され、第１方向に沿って配置された複数の単位レンズで構成される。各単位レンズは、メインレンズ１３２及びサブレンズ１３４を含む。少なくとも１つのサブレンズ１３４は、第１方向に沿ってメインレンズ１３２の両側部に配置される。例えば、１つのサブレンズ１３４はメインレンズ１３２の第１側部に配置され、他の１つのサブレンズ１３４は、第１方向に沿ってメインレンズ１３２の第１側部と向かい合う第２側部に配置される。即ち、各単位レンズは、フレネルレンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｌｅｎｓ）構造を有する。

まず、各レンズの縦断面を見ると、メインレンズ１３２の縦断面は凹な半楕円形状を有し、サブレンズ１３４の縦断面は凹な鋸の歯形状を有する。この際、縦断面は、立体画像レンズ部１３０を第１方向に沿って切断した断面を意味する。ここで、メインレンズ１３２及びサブレンズ１３４によって形成された収容空間にはレンズ液晶層１４０の液晶分子が配置される。

メインレンズ１３２及びサブレンズ１３４の配置関係を見ると、サブレンズ１３４は、メインレンズ１３２の両側部のそれぞれに少なくとも１つが第１方向に沿って配置され、メインレンズ１３２を基準として対称形状を有する。この際、サブレンズ１３４は、メインレンズ１３２の両側部のそれぞれに３つ又は４つずつ配置されることが好ましい。但し、同じ数のサブレンズ１３４が第２側部に配置される。

各レンズの形状、高さ、及び幅を説明すると、メインレンズ１３２は、第１方向と垂直な第２方向（即ち、図を通過するように図面に垂直な方向）に長く延長された形状を有し、サブレンズ１３４も第２方向に長く延長された形状を有する。

サブレンズ１３４は、実質的にそれぞれ同じ第１高さ（ｔ）を有し、一例として１μｍ〜２０μｍの範囲を有する。好ましく、サブレンズ１３４の第１高さ（ｔ）は約１３μｍである。メインレンズ１３２の第２高さ（ｄ）はサブレンズ１３４の第１高さ（ｔ）と同じであるか、又はサブレンズ１３４の第１高さ（ｔ）より低いことが好ましい。一方、サブレンズ１３４の幅は、メインレンズ１３２を基準として離れるほど減少する。

図３を再び参照して、上述したメインレンズ１３２及びサブレンズ１３４が形成される原理を簡単に説明する。

まず、縦断面が半円又は半楕円形状を有する原始レンズ９０を準備する。準備された原始レンズ９０の内部で同じ高さを有する長方形部分９２を除去する。この際、長方形部分９２は、原始レンズ９０の内部をＮ個に分割したもので、サブレンズ１３４の第１高さ（ｔ）と同じ高さを有する（但し、Ｎは自然数）。好ましく、原始レンズ９０の内部は３つ又は４つに分割される。その後、長方形部分９２を除去した原始レンズ９０を平坦化させると、前述したメインレンズ１３２及びサブレンズ１３４が形成される。

図２を再び参照すると、本実施例による立体画像変換パネル１００は、第１配向膜１５０及び第２配向膜１６０を更に含む。

第１配向膜１５０は、立体画像レンズ部１３０と向かい合うように第１レンズ基板１１０上に形成される。第２配向膜１６０は、レンズ液晶層１４０を収容する面である第１配向膜１５０と向かい合うように立体画像レンズ部１３０上に形成される。即ち、第２配向膜１６０は、メインレンズ１３２及びサブレンズ１３４の外表面に形成される。この際、第１及び第２配向膜１５０、１６０の間にはレンズ液晶層１４０の液晶分子が配置される。

印加された電場（又は電界：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）がない場合、第１及び第２配向膜１５０、１６０の相互作用は、レンズ液晶層１４０の液晶分子の配置形態を決定する。具体的に、レンズ液晶層１４０の液晶分子は、第１及び第２配向膜１５０、１６０の相互作用によって第１及び第２レンズ基板１１０、１２０に対して水平に配列され、好ましく、第１方向に沿って平行に配列される。

一方、第１方向に偏光された第１光１０が立体画像変換パネル１００に入射する場合、第１光１０は、第１方向に沿って平行に配列されたレンズ液晶層１４０を透過する時（第１屈折率）と、立体画像レンズ部１３０を透過する時（第２屈折率）に互いに異なる屈折率の影響を受ける。具体的に、第１光１０がレンズ液晶層１４０で受ける液晶屈折率は、第１光１０が立体画像レンズ部１３０で受けるレンズ屈折率より大きい。一例として、液晶屈折率は約１．８で、レンズ屈折率は約１．５である。

従って、第１方向に偏光された第１光１０が立体画像変換パネル１００に入射する場合、第１光１０は、互いに異なる屈折率を有するレンズ液晶層１４０及び立体画像レンズ部１３０の境界面で所定の角度で屈折する。即ち、平面画像を具現する第１光１０が立体画像変換パネル１００に入射し透過すると、立体画像を具現する第２光２０に変更される。

本実施例によると、立体画像レンズ部１３０は、メインレンズ１３２とサブレンズ１３４を含む。立体画像レンズ部１３０が従来の原始レンズ９０より厚みが減少したメインレンズ１３２とサブレンズ１３４で構成されることにより、立体画像レンズ部１３０の厚みを従来のものに対して減少させることができる。その結果、立体画像変換パネル１００の厚みもより減少させることができる。

又、立体画像レンズ部１３０がより減少された厚みのメインレンズ１３２とサブレンズ１３４で構成されることにより、メインレンズ１３２とサブレンズ１３４の収容空間に配置される液晶分子の個数も減少させることができる。

又、立体画像レンズ部１３０がより平坦化されたメインレンズ１３２とサブレンズ１３４で構成されることにより、立体画像レンズ部１３０上の第２配向膜にラビング工程を通じて配向溝を形成することがより容易になる。

＜立体画像変換パネルの第２実施例＞
図４は、本発明の第２実施例による立体画像変換パネルを示す断面図であり、図５は、図４の立体画像変換パネルのうち、一部を拡大して示す断面図で、図６は、図５の立体画像変換パネル内に電場を印加した状態を示す断面図である。

本発明の第２実施例による立体画像変換パネルは、第１透明電極、第２透明電極、及び電圧供給部が追加されたことを除くと、上述した第１実施例の立体画像変換パネルと同じ構成を有するので、その重複説明は省略し、同じ構成要素には同じ参照符号及び名称を使用する。

図４、図５、及び図６を参照すると、本実施例による立体画像変換パネル１００は、第１レンズ基板１１０、第２レンズ基板１２０、立体画像レンズ部１３０、レンズ液晶層１４０、第１配向膜１５０、第２配向膜１６０、第１透明電極１７０、第２透明電極１８０、及び電源供給部１９０を含む。

第１透明電極１７０は、立体画像レンズ部１３０と向かい合うように第１レンズ基板１１０上に形成される。第１透明電極１７０は、透明な導電性物質からなり、一例として、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）、アモルファス酸化スズインジウム（ａ−ＩＴＯ）等からなる。第１透明電極１７０は、電源供給部１９０と電気的に連結されて第１電圧の印加を受けることができる。

第２透明電極１８０は、立体画像レンズ部１３０と向かい合うように第２レンズ基板１２０上に形成される。第２透明電極１８０は、第１透明電極１７０と同じ透明な導電性物質からなる。第２透明電極１８０は、電源供給部１９０と電気的に連結され、第１電圧と異なる第２電圧の印加を受けることができる。これにより、第１透明電極１７０と第２透明電極１８０との間の印加されたポテンシャルに差異が発生する。

電源供給部１９０は、第１及び第２透明電極１７０、１８０とそれぞれ電気的に連結される。電源供給部１９０は、スイッチが連結されると、第１透明電極１７０に第１電圧を印加し、第２透明電極１８０に第２電圧を印加する。

第１透明電極１７０に第１電圧が印加され、第２透明電極１８０に第２電圧が印加されると、第１及び第２透明電極１７０、１８０間には電場が発生する。電場は、立体画像レンズ部１３０内に収容された液晶分子の配列状態を変更させる。

電場の形成の有無によるレンズ液晶層１４０の液晶分子が配列される形態及び入射する光の移動経路について説明する。

まず、図５に示すように、第１及び第２透明電極１７０、１８０の間に電場が形成されない場合、レンズ液晶層１４０の液晶分子は第１及び第２配向膜１５０、１６０によって第１及び第２レンズ基板１１０、１２０に対して水平に配列される。即ち、レンズ液晶層１４０の液晶分子は、第１方向に沿って平行に配列される。この際、レンズ液晶層１４０内の液晶分子は上部に行くほど、９０°捩じって配置されるようにすることもできる。

このように、レンズ液晶層１４０の液晶分子が第１方向に沿って平行に配列される場合、第１方向に偏光された第１光１０は、レンズ液晶層１４０及び立体画像レンズ部１３０の境界面で所定の角度で屈折する。即ち、平面画像を具現する第１光１０が立体画像変換パネル１００に入射し透過すると、立体画像を具現する第２光２０に変更される。

反面、図６に示すように、第１及び第２透明電極１７０、１８０の間に電場が形成された場合、レンズ液晶層１４０の液晶分子は、電場によって第１及び第２レンズ基板１１０、１２０に対して垂直に（垂直な方向に）立てて配列される。

このように、レンズ液晶層１４０の液晶分子が垂直に立てて配列される場合、第１方向に偏光された第１光１０は、レンズ液晶層１４０及び立体画像レンズ部１３０の間の接触面に入射する。レンズ液晶層１４０は第１屈折率を有し、立体画像レンズ部１３０は実質的に第１屈折率と同じ第２屈折率を有する。従って、第１方向に偏光された第１光１０は、レンズ液晶層１４０及び立体画像レンズ部１３０の境界面で所定の角度に屈折せず、そのまま透過して平面画像を具現する。

上述の例では液晶分子が、電場が形成されない場合、第１及び第２レンズ基板１１０、１２０に対して水平に配列され、電場が形成された場合、電場によって第１及び第２レンズ基板１１０、１２０に対して垂直に配列されることと説明した。

しかし、これと異なり、液晶分子は、電場が形成されない場合、第１及び第２配向膜１５０、１６０によって第１及び第２レンズ基板１１０、１２０に対して垂直に配列され、電場が形成された場合、電場によって第１及び第２レンズ基板１１０、１２０に対して水平に配列されるようにすることもできる。従ってこの例では、電場が形成されない場合、平面画像が具現され、電場が形成された場合、立体画像が具現される。

本実施例によると、立体画像レンズ部１３０が従来の原始レンズ９０より厚みが減少したメインレンズ１３２とサブレンズ１３２で構成されることにより、立体画像レンズ部１３０の厚みを従来のものに対して減少させることができ、メインレンズ１３２とサブレンズ１３２の収容空間に配置される液晶分子の個数も減少させることができ、立体画像レンズ部１３０上の第２配向膜にラビング工程を通じて配向溝を形成することがより容易になる。

又、立体画像レンズ部１３０の厚みが減少することにより、第１及び第２透明電極１７０、１８０間の距離も減少する。その結果、一定の大きさの電場を発生させるために、第１及び第２透明電極１７０、１８０の間に印加される電圧（ポテンシャル差異）の大きさを減少させることができ、電場による液晶分子の応答速度も増加させることができる。

具体的に説明すると、第１及び第２透明電極１７０、１８０の間に形成される電場の大きさは、第１及び第２透明電極１７０、１８０にそれぞれ印加される第１及び第２電圧の差異に比例し、第１及び第２透明電極１７０、１８０の間の距離に反比例する。即ち、第１及び第２透明電極１７０、１８０の間の距離が減少すると、電場の大きさは増加する。従って、一定の大きさの電場を発生させるために、第１及び第２透明電極１７０、１８０の間に印加される電圧の大きさを減少させることができる。

一方、立体画像レンズ部１３０の厚みが減少し、第１及び第２透明電極１７０、１８０の間に配置される液晶分子の個数が減少することにより、電場による液晶分子の応答速度を増加させることができる。

＜立体画像変換パネルの第３実施例＞
図７は、本発明の第３実施例による立体画像変換パネルを示す断面図であり、図８は、図７の立体画像変換パネルのうち、一部を拡大して示す断面図で、図９は、図８の立体画像変換パネル内に電場を印加した状態を示す断面図である。

図７、図８、及び図９を参照すると、本実施例による立体画像変換パネル２００は、第１透明基板（第１レンズ基板）２１０、第２透明基板（第２レンズ基板）２２０、透明電極２３０、立体画像レンズ部２４０、レンズ液晶層２５０、第１配向膜２６０、第２配向膜２７０、及び電源印加部２８０を含む。

第１及び第２透明基板２１０、２２０はプレート形状を有し、透明な物質からなり、互いに対向するように配置される。

透明電極２３０は、第２透明基板２２０と向かい合うように第１透明基板２１０上に形成される。透明電極２３０は、透明な導電性物質からなり、一例として酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）、アモルファス酸化スズインジウム（ａ−ＩＴＯ）等からなる。透明電極２３０は、電源供給部２８０と電気的に連結されて第１電圧の印加を受けることができる。

立体画像レンズ部２４０は、透明電極２３０及び第２透明基板２２０の間に配置される。立体画像レンズ部２４０は、第１方向に沿って複数個が配置された単位レンズで構成され、各単位レンズは、凹形状を有する。各単位レンズは、メインレンズ２４２、及びメインレンズ２４２の第１方向に沿って互いに反対側である第１側部及び第２側部のそれぞれに少なくとも１つで形成されたサブレンズ２４４を含む。

ここで、メインレンズ２４２の縦断面は凹な半楕円形状を有し、サブレンズ２４４の縦断面は凹な鋸歯形状を有する。サブレンズ２４４は、メインレンズ２４２の第１及び第２側部のそれぞれに少なくとも１つが第１方向に沿って配置され、メインレンズ２４２を基準に対称形状を有する。メインレンズ２４２は、第１方向と垂直な第２方向に長く延長された形状を有し、サブレンズ２４４も第２方向に長く延長された形状を有する。サブレンズ２４４は、１μｍ〜２０μｍ範囲の高さを有することが好ましく、メインレンズ２４２の高さは、サブレンズ２４４の高さより同じであるか、又は低いことが好ましい。一方、サブレンズ２４４の幅は、メインレンズ２４２を基準として離れるほど減少する。

立体画像レンズ部２４０は透明な導電性物質からなり、好ましく、導電性ポリマーからなる。一例として、立体画像レンズ部２４０はＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）からなる。立体画像レンズ部２４０は、電源供給部２８０と電気的に連結され、第１電圧と異なる第２電圧の印加を受けることができる。このように、透明電極２３０と立体画像レンズ部２４０のポテンシャルに差異があるように電圧が印加される場合、透明電極２３０及び立体画像レンズ部２４０の間には電場が形成される。

レンズ液晶層２５０は、メインレンズ２４２及びサブレンズ２４４内に収容され、透明電極２３０及び立体画像レンズ部２４０の間に配置される。レンズ液晶層２５０は、一方向に長い粒形状を有する液晶分子からなり、このような液晶分子は光の入射方向によって屈折率が変わる異方性屈折率を有する。

第１配向膜２６０は透明電極２３０上に形成される。第２配向膜２７０は、第１配向膜２６０と向かい合うように立体画像レンズ部２４０上に形成される。第１及び第２配向膜２６０、２７０は、透明電極２３０及び立体画像レンズ部２４０の間に電場が形成されない場合、レンズ液晶層２５０内の液晶分子の配列状態を決定する。

ここで、電場の形成の有無によるレンズ液晶層１４０の液晶分子が配列される形態を説明し、入射する光の移動経路について説明する。

まず、図８に示すように、透明電極２３０及び立体画像レンズ部２４０の間に電場が形成されない場合、レンズ液晶層２５０の液晶分子は、第１及び第２配向膜２６０、２７０によって第１及び第２レンズ基板２１０、２２０に対して第１方向に沿って水平に配列される。この際、レンズ液晶層２５０内の液晶分子は、上部に行くほど、９０°捩れて配置されるようにすることもできる。

このように、レンズ液晶層２５０の液晶分子が第１方向に沿って平行に配列される場合、第１方向に偏光された第１光１０は、レンズ液晶層２５０及び立体画像レンズ部２４０の境界面で所定の角度に屈折し、立体画像を具現する第２光２０に変更される。

反面、図９に示すように、透明電極２３０及び立体画像レンズ部２４０の間に電場が形成された場合、レンズ液晶層２５０の液晶分子は、電場によって第１及び第２レンズ基板２１０、２２０に対して垂直に立てて配列される。

このように、レンズ液晶層２５０の液晶分子が垂直に立てて配列される場合、第１方向に偏光された第１光１０は、レンズ液晶層２５０及び立体画像レンズ部２４０の境界面で所定の角度に屈折することなく、そのまま透過して平面画像を具現する。

一方、上述した例と異なり、レンズ液晶層２５０の液晶分子は、電場が形成されない場合、第１及び第２配向膜２６０、２７０によって第１及び第２レンズ基板２１０、２２０に対して垂直に配列され、電場が形成された場合、電場によって第１及び第２レンズ基板２１０、２２０に対して水平に配列されるようにすることもできる。

本実施例によると、立体画像レンズ部２４０が透明な導電性物質からなることにより、印加された電圧に応答して透明電極２３０及び立体画像レンズ部２４０の間に電場が形成され、レンズ液晶層２５０の液晶分子の配列を変更させることができる。

＜立体画像表示装置の第１実施例＞
図１０は、本発明の第１実施例による立体画像表示装置を示す断面図である。本実施例による立体画像表示装置のうち、立体画像変換パネルは、上述した第２又は第３実施例の立体画像変換パネルと同じ構成を有するので、その重複説明は省略し、同じ構成要素には同じ参照符号及び名称を付与する。

図１０を参照すると、本実施例による立体画像の表示装置は、バックライトアセンブリ３００、表示パネルアセンブリ４００、及び立体画像変換パネル１００を含む。

バックライトアセンブリ３００は、第１光Ｌ１を発生させる光源（図示せず）を含む。表示パネルアセンブリ４００は、バックライトアセンブリ３００の上部に配置され、第１光Ｌ１を利用して平面画像を表示する。立体画像変換パネル１００は、表示パネルアセンブリ４００の上部に配置され、平面画像を立体画像に選択的に変更して出射する。

表示パネルアセンブリ４００は、一例として、第１偏光板４１０、第２偏光板４２０、及び表示パネルを含み、表示パネルは、第１基板４３０、第２基板４４０、及び液晶層４５０を含む。

第１偏光板４１０は、第１偏光軸４１２を有する。第１偏光板４１０はバックライトアセンブリ３００の上部に配置され、第１光Ｌ１を第１偏光軸４１２と平行に偏光された第２光Ｌ２に変更する。第２偏光板４２０は第１偏光板４１０と対向するように配置され、第１偏光軸４１２と垂直な第２偏光軸４２２を有する。

第１基板４３０は透明な物質からなり、第１及び第２偏光板４１０、４２０の間に配置される。第１基板４３０は、マトリックス形態に配置された複数の画素電極（図示せず）、各画素電極に駆動電圧を印加する薄膜トランジスタ（図示せず）、薄膜トランジスタをそれぞれ作動させるための信号線（図示せず）を含む。

第２基板４４０は、第１基板４３０と向かい合うように第１基板４３０と第２偏光板４２０との間に配置される。第２基板４４０は、基板全面に配置され、透明で導電性である共通電極及び画素電極と向かい合う位置に形成されたカラーフィルタ４４２を含む。このようなカラーフィルタ４４２には、赤色カラーフィルタ（Ｒ）、緑色カラーフィルタ（Ｇ）、及び青色カラーフィルタ（Ｂ）等がある。

液晶層４５０は、第１基板４３０及び第２基板４４０の間に介在し、画素電極及び共通電極の間に形成された電場によって再配列される。再配列された液晶層４５０は外部から印加された光の光透過率を調節し、光透過率が調節された光はカラーフィルタを通過することにより画像が表示される。一例として、液晶層４５０は、電場が形成されない場合、上部に行くほど９０°に捩れて配置される。

ここで、表示パネルアセンブリ４００は、電場が形成されない場合、ホワイト画像が表示されるノーマリホワイトモードで動作する。

立体画像表示装置が立体画像を選択的に表示する過程は、次のようである。まず、バックライトアセンブリ３００から発生した第１光Ｌ１は、第１偏光板４１０を透過して第１偏光軸４１２と平行に偏光された第２光Ｌ２に変更される。第２光Ｌ２は、第１基板４３０及び第２基板４４０の間に介在する液晶層４５０によって９０°回転し、第３光Ｌ３に変更される。第３光Ｌ３は、第２偏光軸４２２と同じ方向に偏光されているので、第２偏光板４２０をそのまま透過して、第４光Ｌ４になる。これにより、第４光Ｌ４は平面画像を具現する。

第４光Ｌ４は、立体画像変換パネル１００によって屈折されるか、或いはそのまま透過する。この際、第４光Ｌ４が立体画像変換パネル１００によって屈折する場合、立体画像を具現する第５光Ｌ５に変更される。反面、第４光Ｌ４が立体画像変換パネル１００をそのまま透過する場合、平面画像を具現する。

図１１は、図１０の立体画像表示装置が立体画像を具現する原理を説明するための概念図である。

図１１を参照して、立体画像表示装置が立体画像（第５光）Ｌ５を具現する原理を簡単に説明する。

表示パネルアセンブリ３００から出射した平面画像（第４光）Ｌ４は、複数の左側画像（Ｌｅｆｔ Ｉｍａｇｅ：ＬＩ）及び複数の右側画像（Ｒｉｇｈｔ Ｉｍａｇｅ：ＲＩ）を含む。左側画像ＬＩ及び右側画像ＲＩは交互に配置される。

左側画像ＬＩのそれぞれは、立体画像変換パネル１００の単位レンズによって屈折して人の左側の目に印加され、右側画像ＲＩのそれぞれは、立体画像変換パネル１００の単位レンズによって屈折して人の右側の目に印加される。それによって、人は、２つの目を通じて互いに異なる左側画像ＬＩ及び右側画像ＲＩを見ることになり、脳で左側画像ＬＩ及び右側画像ＲＩを融合して立体感を感じることになる。

本実施例によると、立体画像レンズ部１３０を従来の凹レンズより厚みが減少したメインレンズ１３２とサブレンズ１３４で構成することにより、立体画像レンズ部１３０を含む立体画像変換パネル１００の厚みを減少させることができ、その結果、立体画像表示装置の厚みも減少させることができる。

＜立体画像表示装置の第２実施例＞
図１２は、本発明の第２実施例による立体画像表示装置を示す断面図である。本実施例による立体画像表示装置のうち、立体画像変換パネルは、上述した第１実施例の立体画像変換パネルと同じ構成を有するので、その重複説明は省略し、同じ構成要素には同じ参照符号及び名称を使用する。

図１２を参照すると、本実施例による立体画像の表示装置は、バックライトアセンブリ３００、表示パネルアセンブリ４００、立体画像変換パネル１００、スイッチングパネル５００、及び外部偏光板６００を含む。

バックライトアセンブリ３００は、光を発生させる光源（図示せず）を含む。表示パネルアセンブリ４００はバックライトアセンブリ３００の上部に配置され、バックライトアセンブリ３００から出射した光を利用して平面画像を表示する。立体画像変換パネル１００は、表示パネルアセンブリ４００の上部に配置され、平面画像を立体画像に変更させるか、或いはそのまま出射する。スイッチングパネル５００及び外部偏光板６００は立体画像変換パネル１００の上部に配置され、平面画像及び立体画像のうち、いずれか１つを選択する。

表示パネルアセンブリ４００は、第１偏光板４１０、第２偏光板４２０、及び表示パネルを含む。第１及び第２偏光板４１０、４２０は、互いに対向するように配置される。表示パネルは第１及び第２偏光板４１０、４２０の間に配置され、第１基板４３０、第２基板４４０、及び液晶層４５０を含む。この際、第１偏光板４１０は第１偏光軸４１２を有し、第２偏光板４２０は第１偏光軸４１２と垂直な第２偏光軸４２２を有する。

スイッチングパネル５００は、第１スイッチング基板５１０、第２スイッチング基板５２０、第１スイッチング電極５３０、第２スイッチング電極５４０、及びスイッチング液晶層５５０を含む。

第１及び第２スイッチング基板５１０、５２０はプレート形状を有し、透明な物質からなり、互いに対向するように配置される。

第１スイッチング電極５３０は、第２スイッチング基板５２０と向かい合うように第１スイッチング基板５１０上に配置され、透明な導電性物質からなる。第２スイッチング電極５４０は、第１スイッチング基板５１０と向かい合うように第２スイッチング基板５２０上に配置され、透明な導電性物質からなる。スイッチング液晶層５５０は第１及び第２スイッチング電極５３０、５４０の間に形成され、第１及び第２スイッチング電極５３０、５４０の間に形成された電場によって配列形態が変更される。

ここで、第１及び第２スイッチング電極５３０、５４０の間に電場が形成されない場合、スイッチング液晶層５５０は、第１及び第２スイッチング基板５１０、５２０に対して水平に配列され、上部に行くほど９０°捩れて配置される。反面、第１及び第２スイッチング電極５３０、５４０の間に電場が形成された場合、スイッチング液晶層５５０は、第１及び第２スイッチング基板５１０、５２０に対して垂直に配列される。

立体画像表示装置が平面画像及び立体画像のうち、いずれか１つを選択して表示する過程を簡単に説明すると、次のようである。

バックライトアセンブリ３００から出射した光は、表示パネルアセンブリ４００を通過しながら画像を表示し、第２偏光軸４２２と平行な方向に偏光される。

第２偏光軸４２２と平行な方向に偏光された光５０は、第１方向成分の第１光５２及び第２方向成分の第２光５４に区分される。この際、第１方向は立体画像変換パネル１００のレンズ液晶層の配列方向と一致し、第２方向は第１方向に対して垂直である。

第１方向成分の第１光５２は、立体画像変換パネル１００を透過しながら屈折する。反面、第２方向成分の第２光５４は、立体画像変換パネル１００をそのまま透過する。

まず、スイッチングパネル５００に電場が形成されない場合、立体画像変換パネル１００を透過しながら屈折した第１光５２は、スイッチングパネル５００を透過しながら９０°回転して第２方向に偏光される。第１光５２は、外部偏光板６００を透過しながら立体画像（３Ｄ）を表示する。この際、外部偏光板６００は、第２方向と同じ方向に第２偏光軸６１０を有する。

反面、スイッチングパネル５００に電場が形成されない場合、立体画像変換パネル１００をそのまま透過した第２光５４は、スイッチングパネル５００を透過しながら９０°回転して外部偏光板６００の偏光軸と垂直な第１方向に偏光される。第２光５４は、外部偏光板６００を透過することができず、平面画像（２Ｄ）を表示することができない。

続いて、スイッチングパネル５００に電場が形成された場合、立体画像変換パネル１００を透過しながら屈折した第１光５２は、スイッチングパネル５００をそのまま透過する。このように、そのまま透過した第１光５２は、外部偏光板６００の偏光軸と垂直な偏光方向を有するので、外部偏光板６００を透過することができない。従って、立体画像（３Ｄ）を表示することができない。

反面、スイッチングパネル５００に電場が形成された場合、立体画像変換パネル１００をそのまま透過した第２光５４は、スイッチングパネル５００をそのまま透過する。このように、そのまま透過した第２光５４は、外部偏光板６００の偏光方向と平行な偏光方向を有するので、外部偏光板６００を透過する。従って、平面画像（２Ｄ）を表示する。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正又は変更できる。

本発明の第１実施例による立体画像変換パネルを示す断面図である。 図１の立体画像変換パネルのうち、一部を拡大して示す断面図である。 図２の立体画像レンズ部が形成される原理を説明するための断面図である。 本発明の第２実施例による立体画像変換パネルを示す断面図である。 図４の立体画像変換パネルのうち、一部を拡大して示す断面図である。 図５の立体画像変換パネル内に電場を印加した状態を示す断面図である。 本発明の第３実施例による立体画像変換パネルを示す断面図である。 図７の立体画像変換パネルのうち、一部を拡大して示す断面図である。 図８の立体画像変換パネル内に電場を印加した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施例による立体画像表示装置を示す断面図である。 図１０の立体画像表示装置が立体画像を具現する原理を説明するための概念図である。 本発明の第２実施例による立体画像表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１０ 第１光
２０ 第２光
５０ 第２偏光軸と平行な方向に偏光された光
５２ 第１方向成分の第１光
５４ 第２方向成分の第２光
９０ 原始レンズ
９２ 原始レンズの長方形部分
１００、２００ 立体画像変換パネル
１１０、２１０ 第１レンズ基板（第１透明基板）
１２０、２２０ 第２レンズ基板（第２透明基板）
１３０、２４０ 立体画像レンズ部
１３２、２４２ メインレンズ
１３４、２４４ サブレンズ
１４０、２５０ レンズ液晶層
１５０、２６０ 第１配向膜
１６０、２７０ 第２配向膜
１７０ 第１透明電極
１８０ 第２透明電極
１９０、２８０ 電源供給部
２３０ 透明電極
３００ バックライトアセンブリ
４００ 表示パネルアセンブリ
４１０ 第１偏光板
４１２ 第１偏光軸
４２０ 第２偏光板
４２２、６１０ 第２偏光軸
４３０ 第１基板
４４０ 第２基板
４４２ カラーフィルタ
４５０ 液晶層
５００ スイッチングパネル
５１０ 第１スイッチング基板
５２０ 第２スイッチング基板
５３０ 第１スイッチング電極
５４０ 第２スイッチング電極
５５０ スイッチング液晶層
６００ 外部偏光板

Claims (25)

1. 第１レンズ基板と、
   前記第１レンズ基板と対向する第２レンズ基板と、
   前記第１及び第２レンズ基板の間に配置され、凹形状を有するメインレンズ及び該メインレンズの第１側部と該第１側部の反対側である第２側部に少なくとも１つが配置され凹形状を有するサブレンズからなる立体画像レンズ部と、
   前記メインレンズ及び前記サブレンズに収容され、前記第１及び第２レンズ基板の間に配置され、異方性の屈折率を有する液晶分子で構成され、前記立体画像レンズ部の間との境界面に入射する第１偏光状態の光を屈折させて、平面画像を立体画像に変更させるレンズ液晶層と、を備えることを特徴とする立体画像変換パネル。
2. 前記メインレンズの縦断面は凹な半楕円形状を有し、前記サブレンズの縦断面は曲面部と実質的に直線部分を含む凹な鋸歯形状を有することを特徴とする請求項１記載の立体画像変換パネル。
3. 前記サブレンズは、前記メインレンズを基準として対称形状を有することを特徴とする請求項２記載の立体画像変換パネル。
4. 前記サブレンズは、第１方向に沿って前記メインレンズの第１側部に３つが配置され、前記第１方向に沿って前記メインレンズの第２側部に３つが配置されることを特徴とする請求項３記載の立体画像変換パネル。
5. 前記サブレンズは、実質的にそれぞれ同じ高さを有することを特徴とする請求項２記載の立体画像変換パネル。
6. 前記メインレンズの高さは、前記サブレンズの高さと同じであるか、又は前記サブレンズより低いことを特徴とする請求項５記載の立体画像変換パネル。
7. 前記サブレンズの高さは、１μｍ〜２０μｍの範囲を有することを特徴とする請求項５記載の立体画像変換パネル。
8. 前記サブレンズの幅は、前記メインレンズから離れるほど減少することを特徴とする請求項２記載の立体画像変換パネル。
9. 前記メインレンズ及び前記サブレンズは１つの単位レンズを定義し、前記単位レンズは第１方向に沿って複数個で形成されることを特徴とする請求項１記載の立体画像変換パネル。
10. 前記メインレンズは、前記第１方向と垂直な第２方向に長く延長された形状を有し、前記サブレンズは、前記第２方向に長く延長された形状を有し、前記第１方向に沿って並列に配置されることを特徴とする請求項９記載の立体画像変換パネル。
11. 前記液晶分子は前記第１方向に沿って配列され、前記第１方向に偏光された光は、前記立体画像レンズ部との境界面で屈折することを特徴とする請求項１０記載の立体画像変換パネル。
12. 前記立体画像レンズ部と向かい合うように前記第１レンズ基板上に形成された第１透明電極と、
    前記立体画像レンズ部と向かい合うように前記第２レンズ基板上に形成された第２透明電極と、を更に備え、
    前記立体画像レンズ部内に収容された液晶分子は、前記第１及び第２透明電極の間に形成される電場によって配列形態が変更され、前記第１方向に偏光された光をそのまま透過させるか、又は屈折させることを特徴とする請求項１記載の立体画像変換パネル。
13. 前記第１透明電極上に形成された第１配向膜と、
    前記第１配向膜と向かい合うように前記立体画像レンズ部上に形成された第２配向膜と、を更に備えることを特徴とする請求項１２記載の立体画像変換パネル。
14. 前記液晶分子は、
    前記電場が形成されない場合、前記液晶分子と前記第１及び第２配向膜との相互作用によって前記第１及び第２レンズ基板に対して水平に配列され、
    前記電場が形成された場合、前記液晶分子と前記電場との相互作用によって前記第１及び第２レンズ基板に対して垂直に配列されることを特徴とする請求項１３記載の立体画像変換パネル。
15. 前記液晶分子は、
    前記電場が形成されない場合、前記液晶分子と前記第１及び第２配向膜との相互作用によって前記第１及び第２レンズ基板に対して垂直に配列され、
    前記電場が形成された場合、前記液晶分子と前記電場との相互作用によって前記第１及び第２レンズ基板に対して水平に配列されることを特徴とする請求項１３記載の立体画像変換パネル。
16. 前記立体画像レンズ部と向かい合うように前記第１レンズ基板上に形成された透明電極を更に備え、
    前記立体画像レンズ部は透明な導電性物質からなり、
    前記立体画像レンズ部内に収容された液晶分子は、前記透明電極及び前記立体画像レンズ部の間に形成される電場によって配列形態が変更され、所定方向に偏光された光をそのまま透過させるか、屈折させることを特徴とする請求項１記載の立体画像変換パネル。
17. 前記立体画像レンズ部は、導電性ポリマーからなることを特徴とする請求項１６記載の立体画像変換パネル。
18. 前記透明電極上に形成された第１配向膜と、
    前記第１配向膜と向かい合うように前記立体画像レンズ部の上に形成された第２配向膜を更に備えることを特徴とする請求項１６記載の立体画像変換パネル。
19. 前記液晶分子は、
    前記電場が形成されない場合、前記液晶分子と前記第１及び第２配向膜との相互作用によって前記第１及び第２レンズ基板に対して水平に配列され、
    前記電場が形成された場合、前記液晶分子と前記電場との相互作用によって前記第１及び第２レンズ基板に垂直に配列されることを特徴とする請求項１８記載の立体画像変換パネル。
20. 前記液晶分子は、
    前記電場が形成されない場合、前記液晶分子と前記第１及び第２配向膜との相互作用によって前記第１及び第２レンズ基板に対して垂直に配列され、
    前記電場が形成された場合、前記液晶分子と前記電場との相互作用によって前記第１及び第２レンズ基板に対して水平に配列されることを特徴とする請求項１８記載の立体画像変換パネル。
21. 光を発生させるバックライトアセンブリと、
    前記バックライトアセンブリから光を受けるように配置され、前記光を利用して平面画像を表示する表示パネルアセンブリと、
    前記表示パネルアセンブリから光を受けるように配置された立体画像変換パネルと、を備え、
    前記立体画像変換パネルは、
    第１レンズ基板と、
    第２レンズ基板と、
    前記第１及び第２レンズ基板の間に配置され、凹形状を有するメインレンズ、及び第１方向に沿って該メインレンズの第１側部に近接した第１サブレンズと該記第１側部の反対側である該メインレンズの第２側部に近接した第２サブレンズとを含んで凹形状を有する複数のサブレンズからなる立体画像レンズ部と、
    前記メインレンズ及び前記サブレンズに配置された液晶分子を有するレンズ液晶層と、を含み、
    前記立体画像変換パネルは、前記平面画像を立体画像に選択的に変更させるように配置されることを特徴とする立体画像表示装置。
22. 前記表示パネルアセンブリは、
    第１偏光軸を有する第１偏光板、該第１偏光軸に垂直である第２偏光軸を有する第２偏光板、及び該第１及び第２偏光板の間に配置され液晶分子の光透過率を選択的に変更させて前記平面画像を表示する液晶表示パネルを含むことを特徴とする請求項２１記載の立体画像表示装置。
23. 前記立体画像変換パネルは、前記立体画像レンズ部と向かい合うように前記第１レンズ基板上に形成された第１透明電極、及び前記立体画像レンズ部と向かい合うように前記第２レンズ基板上に形成された第２透明電極を更に含み、
    前記立体画像変換パネルは、前記第１及び第２透明電極の間に形成される電場に応答した液晶分子の配列を基準として所定の方向に偏光された光をそのまま透過させるか、又は屈折させるように配置されることを特徴とする請求項２２記載の立体画像表示装置。
24. 前記立体画像変換パネルは、前記立体画像レンズ部と向かい合うように前記第１レンズ基板上に形成された透明電極を更に含み、前記立体画像レンズ部は透明な導電性物質で形成され、
    前記立体画像変換パネルは、メインレンズ及びサブレンズによって収容される液晶分子を更に含み、前記立体画像変換パネルは、前記透明電極及び前記立体画像変換部の間に形成される電場に応答して所定の方向に偏光された光をそのまま透過させるか、又は屈折させるように配置されることを特徴とする請求項２２記載の立体画像表示装置。
25. 前記立体画像変換パネルの上部に配置され、前記立体画像変換パネルから出射する立体画像及び平面画像のうち、いずれか１つを選択して出射するスイッチングパネルを更に備えることを特徴とする請求項２１記載の立体画像表示装置。

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