JP2007226231A - 立体画像変換パネル及びそれを有する立体画像表示装置 - Google Patents

立体画像変換パネル及びそれを有する立体画像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】画像の表示品質を向上させた立体画像変換パネル及びそれを有する立体画像表示装置を提供する。
【解決手段】下部透明基板と、下部透明基板と対向する上部透明基板と、上部透明基板と向き合うように下部透明基板上に形成され、第１方向に沿って形成され、第１方向と直交する第２方向に沿って互いに並列に形成される複数の下部透明電極と、下部透明基板と向き合うように上部透明基板上に形成され、第２方向に沿って形成され、第１方向に沿って互いに並列に形成される複数の上部透明電極と、下部透明基板と上部透明基板との間に配置され、異方性の屈折率を有する液晶分子からなり、下部透明電極と上部透明電極との間に形成される電場によって液晶分子の長手方向の配列方向が変化し、液晶分子の位置によって変化する屈折率を有する液晶レンズ層とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は立体画像変換パネル及びそれを有する立体画像表示装置に関し、さらに詳細には画像の表示品質を向上させる立体画像変換パネル及びそれを有する立体画像表示装置に関する。
近年、ゲーム及び映画などのような分野で３次元立体画像に対する需要が増加することにつれて、３次元立体画像を表示する立体画像表示装置が発展しつつある。
一般的に、立体画像表示装置は人の両目の各々に互いに異なる２次元平面画像を加えることで３次元立体画像を表示する。即ち、人の目を通じて一対の２次元平面画像を送り、脳で平面画像を融合して立体感を感じる。
立体画像表示装置は、観察者の特殊メガネ着用の可否によってメガネ式及び非メガネ式で区分される。メガネ式には偏光方式、時分割方式などがあり、非メガネ式にはパララックスバリヤ（ｐａｒａｌｌａｘ−ｂａｒｒｉｅｒ）方式、レンズ形（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ）方式、ブリンキングライト（ｂｌｉｎｋｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）方式などがある。
一般的に、別途の特殊のメガネが不必要であるということで平板表示装置には、パララックスバリヤ方式、レンズ形方式などのような非メガネ式立体画像表示装置が主に使用される。
ここで、パララックスバリヤ方式は時差障壁を用いて左側ピクセル及び右側ピクセルから出る光を遮断及び透過することで、視野角を調節して立体画像を表示する方式を意味し、レンズ形方式は凹レンズを用いて左側ピクセル及び右側ピクセルから出る光を屈折させることで、視野角を調節して立体画像を表示する方式を意味する。
しかし、パララックスバリヤ方式は光の一部が遮断されることにより、輝度が５０％程度減少されるという問題点を有し、レンズ形方式は凹レンズを具備することにより、凹レンズ内に形成された配向膜に配向溝を形成するのに困難性を生じるという問題点を有する。
このように、非メガネ式の立体画像表示装置がパララックスバリヤ方式またはレンズ形方式を採用する場合、輝度が減少され配向特性が低下することにより、画像の表示品質が低下するという問題点がある。
そこで、本発明は上記従来の立体画像表示装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、輝度を増加させ配向特性を向上させることができる新しい方式を採択することで画像の表示品質を向上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、上記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による立体画像変換パネルは、下部透明基板と、前記下部透明基板と対向する上部透明基板と、前記上部透明基板と向き合うように前記下部透明基板上に形成され、第１方向に沿って形成され、前記第１方向と直交する第２方向に沿って互いに並列に形成される複数の下部透明電極と、前記下部透明基板と向き合うように前記上部透明基板上に形成され、前記第２方向に沿って形成され、前記第１方向に沿って互いに並列に形成される複数の上部透明電極と、前記下部透明基板と上部透明基板との間に配置され、異方性の屈折率を有する液晶分子からなり、前記下部透明電極と上部透明電極との間に形成される電場によって液晶分子の長手方向の配列方向が変化し、液晶分子の位置によって変化する屈折率を有する液晶レンズ層とを有することを特徴とする。
前記下部透明電極は、１μｍ〜１０μｍ範囲の距離で互いに離隔されることが好ましい。
前記各々の下部透明電極の幅は、１μｍ〜１０μｍ範囲の長さを有することが好ましい。
前記上部透明電極は、１μｍ〜１０μｍ範囲の距離で互いに離隔されることが好ましい。
前記各々の上部透明電極の幅は、１μｍ〜１０μｍの範囲の長さを有することが好ましい。
前記下部透明電極の各々には前記第２方向に沿って周期的に変動する下部電圧が印加され、前記上部透明電極の各々には互いに同一の上部電圧が印加されることが好ましい。
前記下部電圧は、前記第２方向に沿って非線形的に増加して周期的に減少することが好ましい。
前記下部及び上部透明基板に対して前記液晶分子の長手配列方向の傾斜角度は、前記第２方向に沿って０°〜９０°の間を周期的に変動することが好ましい。
所定方向に偏光された光に対する前記液晶分子の屈折率は、１．５〜１．８の間を周期的に変動することが好ましい。
前記下部電圧は、前記第２方向に沿って０Ｖ〜１０Ｖの間を周期的に変動することが好ましい。
前記上部透明電極の各々には、前記第１方向に沿って周期的に変動する上部電圧が印加され、前記下部透明電極の各々には互いに同一の下部電圧が印加されることが好ましい。
前記上部電圧は、前記第１方向に沿って非線形的に増加して周期的に減少することが好ましい。
前記下部及び上部透明基板に対して前記液晶分子の長手配列方向の傾斜角度は、前記第１方向に沿って０°〜９０°の間を周期的に変動することが好ましい。
所定方向に偏光された光に対する前記液晶分子の屈折率は、１．５〜１．８の間を周期的に変動することが好ましい。
前記上部電圧は、前記第１方向に沿って０Ｖ〜１０Ｖの間を周期的に変動することが好ましい。
前記液晶分子の長手配列方向は、前記電場が形成されていない場合、前記下部及び上部透明基板に対して平行であり、前記電場が形成される場合、前記電場の方向に対して平行であることが好ましい。
前記液晶分子の長手配列方向は、前記電場が形成されていない場合、前記下部及び上部透明基板に対して垂直であり、前記電場が形成される場合、前記電場の方向に対して垂直であることが好ましい。
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と、前記バックライトアセンブリの上部に配置され、前記光を用い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の上部に配置される立体画像変換パネルとを有し、前記立体画像変換パネルは、下部透明基板と、前記下部透明基板と対向する上部透明基板と、前記上部透明基板と向き合うように前記下部透明基板上に形成され、第１方向に沿って形成され、前記第１方向と直交する第２方向に沿って互いに並列に形成される複数の下部透明電極と、前記下部透明基板と向き合うように前記上部透明基板上に形成され、前記第２方向に沿って形成され、前記第１方向に沿って互いに並列に形成される複数の上部透明電極と、前記下部透明基板と上部透明基板との間に配置され、異方性の屈折率を有する液晶分子からなり、前記下部透明電極と上部透明電極との間に形成される電場によって液晶分子の長手方向の配列方向が変化し、液晶分子の位置によって変化する屈折率を有し、前記平面画像を選択的に立体画像に変換する液晶レンズ層とを含むことを特徴とする。
前記表示パネルアセンブリは、互いに直交する偏光軸を有する第１及び第２偏光板と、前記第１偏光板と第２偏光板との間に配置され、液晶分子の光透過率を用いて前記平面画像を表示する液晶表示パネルとを含むことが好ましい。
本発明に係る立体画像変換パネル及びそれを有する立体画像表示装置によれば、下部及び上部透明電極のうち一つに一方向に沿って周期的に変動する電圧を印加し、他の一つに同一の電圧を印加することにより、液晶レンズ層の液晶分子を一方向に沿って周期的に配列形態を変化されることができる。それにより、液晶の屈折率が一方向に沿って周期的に変化することで、立体画像変換パネルに入射された光は液晶レンズ層で屈折されて立体画像を具現するし、視野角が増加されることができるという効果がある。
また、立体画像変換パネルが従来の時差障壁または従来の凹レンズを具備しないので、立体画像変換パネルの輝度が従来に比べて増加されることができ、配向膜に配向溝を形成することがより円滑になることができる。その結果、立体画像変換パネルを含む立体画像表示装置はより表示品質が向上された立体画像を具現することができるという効果がある。
また、立体画像変換パネルは液晶分子の配列変化によって仮想のレンズを形成することで、レンズのような別途の構成要素を具備しなくてもよく、それにより、立体画像変換パネルの厚さが減少させることができ、製造費用も節減することができるという効果がある。
次に、本発明に係る立体画像変換パネル及びそ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図面を参照しながら説明する。
〔立体画像変換パネルの第１の実施形態〕
図１は本発明の第１の実施形態による立体画像変換パネルを示した断面図であり、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した斜視図である。
図１及び図２を参照すると、本実施形態による立体画像変換パネル１００は下部透明基板１１０、上部透明基板１２０、下部透明電極１３０、上部透明電極１４０及び液晶レンズ層１５０を含む。立体画像変換パネル１００は下部から印加された平面画像をそのまま表示するか、立体画像に変更させて表示する。
下部透明基板１１０はプレート形状を有し、一例として、透明なガラス、石英または合成樹脂からなる。上部透明基板１２０はプレート形状を有し、一例として、透明なガラス、石英または合成樹脂からなる。上部透明基板１２０は、下部透明基板１１０と向き合うように配置される。
下部透明電極１３０の各々は上部透明基板１２０と向き合うように下部透明基板１１０上に形成される。下部透明電極１３０は第１方向に沿って長く延長された形状を有し、第１方向と直交する第２方向に沿って並列に形成される。この際、図２では、一例として、第１下部透明電極１３０ａ、第２下部透明電極１３０ｂ、第３下部透明電極１３０ｃ、第４下部透明電極１３０ｄ及び第５下部透明電極１３０ｅを示した。
具体的には、下部透明電極１３０は第２方向に１μｍ〜１０μｍ範囲の距離で離隔されて形成され、望ましくは、約５μｍの距離で離隔される。各下部透明電極１３０の幅は１μｍ〜１０μｍの範囲の長さを有し、望ましくは約４μｍの長さを有する。
各下部透明電極１３０は透明な導電性物質からなり、一例として、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アモルファスインジウム錫酸化物（ａ−ＩＴＯ）などからなる。下部透明電極１３０は電源供給部（図示せず）と電気的に接続され下部電圧の印加を受けることができる。
上部透明電極１４０の各々は下部透明基板１１０と向き合うように上部透明基板１２０上（図１上では下に、以下同様）に形成される。上部透明電極１４０は下部透明電極１３０と交差するように第２方向に沿って長く延長された形状を有し、第１方向に沿って並列に形成される。この際、図２では、一例として、第１下部透明電極１４０ａ、第２下部透明電極１４０ｂ、第３下部透明電極１４０ｃ及び第４下部透明電極１４０ｄを示した。
具体的には、上部透明電極１４０は第１方向に１μｍ〜１０μｍ範囲の距離で離隔されて形成され、望ましくは、約５μｍの距離で離隔される。各上部透明電極１４０の幅は１μｍ〜１０μｍの長さを有し、望ましくは約４μｍの長さを有する。
各上部透明電極１４０は透明な導電性物質からなり、一例で、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アモルファスインジウム錫酸化物（ａ−ＩＴＯ）などからなる。上部透明電極１４０は電源供給部（図示せず）と電気的に接続されて上部電圧の印加を受けることができる。
液晶レンズ層１５０は下部透明基板１１０と上部透明基板１２０との間に配置される。
液晶レンズ層１５０はいずれか一つの方向に長い粒形状を有する液晶分子１５２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異なってくる異方性の屈折率を有する。即ち、液晶分子１５２は一方向に対して第１屈折率を有し、一方向と直交する方向に対して第２屈折率を有する。一例として、第１屈折率は約１．８であり、第２屈折率は約１．５である。
ここで、下部透明電極１３０に下部電圧が印加され、上部透明電極１４０に上部電圧が印加されると、下部透明電極１３０と上部透明電極１４０との間には電場が発生する。電場は下部透明基板１１０と上部透明基板１２０との間に配置された液晶分子１５２の配列状態（長手配列方向）を変化させる。
本実施形態による立体画像変換パネル１００は下部配向膜（図示せず）及び上部配向膜（図示せず）をさらに含むことができる。下部配向膜は下部透明電極１３０を覆うように下部透明基板１１０上に形成される。上部配向膜は上部透明電極１４０を覆うように上部透明基板１２０上に形成される。
ここで、下部及び上部配向膜は下部透明電極１３０と上部透明電極１４０との間に電場が発生していない場合、液晶レンズ層１５０の液晶分子１５２の配置形態（長手配列方向）を決定する。具体的には、液晶分子１５２の長手方向が下部及び上部配向膜によって下部及び上部透明基板１１０、１２０に対して第１方向に向くように配列される。この際、下部配向膜に形成された下部配向溝及び上部配向膜に形成された上部配向溝の配列方向が互いに直交させた場合、液晶レンズ層１５０の液晶分子１５２は上部に向かって９０°捩れて（ｔｗｉｓｔ）配置させることもできる。
一方、下部透明電極と上部透明電極との間に電場が発生した場合、液晶レンズ層１５０の液晶分子１５２の長手方向は電場の方向に沿って配列される。即ち、液晶分子１５２は電場の方向に沿って配列されるポジティブ性質を有する。
これとは異なり、下部透明電極１３０と上部透明電極１４０との間に電場が発生しない場合、液晶レンズ層１５０の液晶分子１５２の長手方向を下部及び上部配向膜によって下部及び上部透明基板１１０、１２０に対して垂直に立つように配列させることができ、下部透明電極と上部透明電極との間に電場が形成された場合、電場の方向に対して直交して配列させることができる。即ち、液晶分子１５２は電場の方向に対して直交して配列させるネガティブ性質を有することもできる。
以下、下部透明電極と上部透明電極との間に電場が形成される場合及び形成されない場合に区分して、本実施形態による立体画像変換パネル１００の動作を詳細に説明する。
まず、図１及び図２を再度参照すると、下部透明電極１３０に下部電圧が印加されなく、上部透明電極１４０に上部電圧が印加されない場合、下部透明電極と上部透明電極との間には電場が発生しない。ここで、電場が発生しないと、液晶分子１５２の長手方向は下部及び上部配向膜によって下部及び上部透明基板１１０、１２０に対して第１方向に沿って配列される。即ち、液晶分子１５２の長手方向は第１及び第２方向と垂直な方向（下部及び上部透明基板１１０、１２０の基板間隔の方向）に対して９０°の角度で配列される。
この際、立体画像変換パネル１００の下部に入射される入射光１０は第１方向に沿って並んで配列された液晶分子１５２間をそのまま透過する。その結果、立体画像変換パネル１００から出射される出射光２０は平面画像を具現する。
図３は図１の立体画像変換パネル内に電場が発生した状態を示した断面図であり、図４は図３の立体画像変換パネルのうち一部を拡大して示した斜視図である。
続いて、図３及び図４を参照すると、下部透明電極１３０に下部電圧が印加され、上部透明電極１４０に上部電圧が印加される場合、下部透明基板と上部透明電極との間には電場が発生する。このような電場は液晶レンズ層１５０の液晶分子１５２の配列形態を変化させる。
本実施形態において、下部透明電極１３０に印加される下部電圧は第２方向に沿って周期的に変動する値を有する。望ましくは、下部電圧は第２方向に沿って非線形的に増加して減少する値を周期的に有する。一方、上部透明電極１４０に印加される上部電圧は互いに同一の値を有する。
具体的に例を挙げて説明すると、第１乃至第５下部透明電極１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅそれぞれに印加される電圧が非線形的に増加する。即ち、第１下部透明電極１３０ａに印加される電圧を第１下部電圧、第２下部透明電極１３０ｂに印加される電圧を第２下部電圧、第３下部透明電極１３０ｃに印加される電圧を第３下部電圧、第４下部透明電極１３０ｄに印加される電圧を第４下部電圧、及び第５下部透明電１３０ｅに印加される電圧を第５下部電圧だとすると、第５下部電圧は第４下部電圧より大きく、第４下部電圧は第３下部電圧より大きく、第３下部電圧は第２下部電圧より大きく、第２下部電圧は第１下部電圧より大きい。
このように、下部電圧は第２方向に沿って非線形的に徐々に増加して、再度減少する値を有する。一例として、下部電圧は第２方向に沿って約０Ｖ〜１０Ｖの間を周期的に変動する値を有する。
一方、第１乃至第４上部透明電極１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄそれぞれに印加される電圧が全部同一の値を有する。一例として、各上部電圧は０Ｖである。
一方、下部透明電極１３０には第２方向に沿って周期的に変動する下部電圧が印加され、上部透明電極１４０には互いに同一の上部電圧が印加されることにより、液晶分子１５２の配列形態（長手配列方向）は第２方向に沿って周期的に変動する。
具体的には、液晶分子１５２の長手方向の傾斜角度（以下、傾斜角度）（θ）は、第２方向に沿って非線形的に増加して減少する値を有する。この際、液晶分子１５２の傾斜角度（θ）は第１及び第２方向と垂直な方向に対して液晶分子１５２の傾いた程度を意味する。望ましくは、液晶分子１５２の傾斜角度（θ）は第２方向に沿って９０°〜０°の間を反復的に減少して増加する値を有する。
この際、立体画像変換パネル１００の下部に入射される入射光１０は第２方向に沿って周期的に変動された配列形態を有する液晶分子１５２によって屈折される。その結果、立体画像変換パネル１００から出射される出射光２０は立体画像を具現する。
図５は図１及び図３で液晶分子の傾斜角度（θ）による屈折率の変化を示したグラフである。
図５を参照すると、液晶レンズ層１５０の液晶分子１５２は第１及び第２方向と垂直な方向に対して傾斜した角度によって変化する屈折率を有する。ここで、液晶分子１５２の屈折率は立体画像変換パネル１００の下部に入射される入射光１０に対する値であり、この際、入射光１０は一例として、第２方向に偏光された光である。具体的に説明すると、液晶分子１５２の傾斜角度が０°〜９０°に増加するほど、前記屈折率も約１．５（ｎ０）〜１．８（ｎｅ）に非線形的に増加する。
図６は図１の立体画像変換パネルで、電場が発生していない状態の液晶分子の位置による屈折率の変化を示したグラフである。
図２及び図６を参照すると、下部透明電極と上部透明電極との間に電場が形成されていない場合、液晶分子１５２の傾斜角度が９０°であるので、液晶１５２の屈折率は全部約１．８（ｎｅ）の値を有する。
その結果、立体画像変換パネル１００の下部に入射される入射光１０は全部同一の屈折率を有する液晶分子１５２によって屈折されなくそのまま透過して平面画像を具現する。
図７は図３の立体画像変換パネルで電場が発生している状態の液晶分子の位置による屈折率の変化を示したグラフである。
図４及び図７を参照すると、下部透明電極と上部透明電極との間に電場が形成された場合、液晶分子１５２の傾斜角度が第２方向に沿って周期的に変動する値を有するので、液晶分子１５２の屈折率も第２方向に沿って約１．５（ｎ０）〜１．８（ｎｅ）の間を反復的に変動する。具体的には、液晶分子１５２の屈折率は第２方向に沿って半楕円形状を有するように反復的に変動する。ここで、液晶分子１５２の屈折率は第１方向に偏光された入射光１０に対する屈折率を意味する。
その結果、立体画像変換パネル１００の下部に入射される入射光１０は周期的に変動する屈折率を有する液晶分子１５２に屈折されて立体画像を具現する。
このような本実施形態によると、下部透明電極１３０に第２方向に沿って周期的に変動する下部電圧が印加され、上部透明電極１４０に互いに同一の上部電圧が印加されることにより、液晶レンズ層１５０の液晶分子１５２が第２方向に沿って周期的に配列形態を変化させることができる。それにより、液晶分子１５２の屈折率が第２方向に沿って周期的に変化することで、入射光１０は液晶レンズ層１５０で屈折されて立体画像を具現することができる。
また、本実施形態による立体画像変換パネル１００は入射光１０の一部を遮断する従来の時差障壁を具備しないので、立体画像変換パネル１００の輝度が従来に比べて増加する。
また、本実施形態による立体画像変換パネル１００は入射光１０を屈折させるための従来の凹レンズを具備しないので、配向膜に配向溝を形成するにより円滑になる。
また、本実施形態による立体画像変換パネル１００は液晶形態１５２の配列変化に起因して仮想のレンズを形成することで、レンズのような別途の構成要素を具備しなくてもよく、その結果、立体画像変換パネル１００の厚さが減少させることができ、製造費用も削減することができる。
〔立体画像変換パネルの第２の実施形態〕
図８は本発明の第２の実施形態による立体画像変換パネルを示した断面図である。図９は図８の立体画像変換パネルのうち一部を拡大して示した斜視図である。
図８及び図９を参照すると、本実施形態による立体画像変換パネル１００は下部透明基板１１０、上部透明基板１２０、下部透明電極１３０、上部透明電極１４０、液晶レンズ層１５０、上部配向膜（図示せず）及び下部配向膜（図示せず）を含む。
下部及び上部透明基板１１０、１２０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。
下部透明電極１３０の各々は上部透明基板１２０と向き合うように下部透明基板１１０上に形成される。下部透明電極１３０は第１方向に沿って長く延長される形状を有し、第１方向と直交する第２方向に沿って並列に形成される。この際、図９では一例として、第１下部透明電極１３０ａ、第２下部透明電極１３０ｂ、第３下部透明電極１３０ｃ及び第４下部透明電極１３０ｄを示した。下部透明電極１３０は透明な導電性物質からなり、電源供給部（図示せず）と電気的に接続されて下部電圧の印加を受けることができる。
上部透明電極１４０の各々は下部透明基板１１０と向き合うように上部透明基板１２０上に形成される。上部透明電極１４０は下部透明電極１３０と交差するように第２方向に沿って延長された形状を有し、第１方向に沿って並列に形成される。この際、図９では一例として、第１上部透明電極１４０ａ、第２上部透明電極１４０ｂ、第３上部透明電極１４０ｃ、第４上部透明電極１４０ｄ及び第５上部透明電極１４０ｅを示した。上部透明電極１４０は透明な導電性物質からなり、電源供給部（図示せず）と電気的に接続されて上部電圧の印加を受けることができる。
液晶レンズ層１５０は下部透明基板１１０と上部透明基板１２０との間に配置される。液晶レンズ層１５０はいずれか一つの方向に長い粒形状を有する液晶分子１５２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異なってくる異方性の屈折率を有する。
ここで、下部透明電極１３０に下部電圧が印加され、上部透明電極１４０に上部電圧が印加されると、下部透明電極１３０と上部透明電極１４０との間に電場が発生し液晶分子１５２の配列状態（長手配列方向）を変化させる。
下部配向膜は下部透明電極１３０を覆うように下部透明基板１１０上に形成される。上部配向膜は上部透明電極１４０を覆うように上部透明基板１２０上に形成される。下部及び上部配向膜は下部透明電極１３０と上部透明電極１４０との間に電場が発生していない場合、液晶分子１５２を下部及び上部透明基板１１０、１２０に対して平行に配列させる。即ち、液晶レンズ層１５０の液晶分子１５２の長手方向が第２方向に向くように配列される。
これとは異なり、下部及び上部配向膜は電場が発生されていない場合、液晶分子１５２を下部及び上部透明基板１１０、１２０に対して垂直に配列させることもできる。
以下、下部透明電極１３０と上部透明電極１４０との間に電場が形成される場合及び形成されない場合に区分して、本実施形態による立体画像変換パネル１００を説明する。まず、図８及び図９を参照すると、下部透明電極１３０に下部電圧が印加されなく、上部透明電極１４０に上部電圧が印加されない場合、下部透明電極１３０と上部透明電極１４０との間には電場が発生しない。このように、電場が発生しないと、液晶分子１５２は下部及び上部配向膜によって下部及び上部透明基板１１０、１２０に対して第２方向に沿って配列される。
この際、立体画像変換パネル１００の下部に入射される入射光１０は第２方向に沿って配列された液晶分子１５２をそのまま透過し、その結果、立体画像変換パネル１００から出射される出射光２０は平面画像を具現する。
図１０は図８の立体画像変換パネル内に電場が発生した状態を示した断面図である。図１１は図１０の立体画像変換パネルのうち一部を拡大して示した斜視図である。
図１０及び図１１を参照すると、下部透明電極１３０に下部電圧が印加され、上部透明電極１４０に上部電圧が印加される場合、下部透明電極１３０と上部透明電極１４０との間には電場が発生する。このような電場は液晶レンズ層１５０の液晶分子１５２の配列形態を変化させる。
本実施形態において、上部透明電極１４０に印加される上部電圧は第１方向に沿って周期的に変動する値を有する。望ましくは、上部電圧は第１方向に沿って非線形的に増加して減少する値を周期的に有する。一方、下部透明電極１３０に印加される下部電圧は互いに同一の値を有する。
具体的に例を挙げて説明すると、第１乃至第５上部透明電極１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅそれぞれに印加される電圧が非線形的に減少する。即ち、第１上部透明電極１４０ａに印加される電圧を第１上部電圧、第２上部透明電極１４０ｂに印加される電圧を第２上部電圧、第３上部透明電極１４０ｃに印加される電圧を第３上部電圧、第４上部透明電極１４０ｄに印加される電圧を第４上部電圧、第５上部透明電極１４０ｅに印加される電圧を第５上部電圧だとすると、第１上部電圧は第２上部電圧より大きく、第２上部電圧は第３上部電圧より大きく、第３上部電圧は第４上部電圧より大きく、第４上部電圧は第５上部電圧より大きい。
このように、上部電圧は第１方向に沿って非線形的に徐々に増加して、再度減少する値を有する。一例として、上部電圧は第１方向に沿って約０Ｖ〜１０Ｖの間を周期的に変動する値を有する。
一方、第１乃至第４下部透明電極１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄそれぞれに印加される電圧が全部同一の値を有する。一例として、各下部電圧は０Ｖである。
一方、上部透明電極１４０には第１方向に沿って周期的に変動する上部電圧が印加され、下部透明電極１３０には互いに同一の下部電圧が印加されることにより、液晶分子１５２の配列形態は第１方向に沿って周期的に変動する。
具体的には、液晶分子１５２の傾斜角度（θ）が第１方向に沿って非線形的に増加して減少する値を周期的に有する。望ましくは、液晶分子１５２の傾斜角度（θ）は第１方向に沿って０°〜９０°の間を反復的に減少して増加する値を有する。このように、液晶分子１５２の傾斜角度（θ）が第１方向に沿って周期的に変動することにより、液晶分子１５２の屈折率も第１方向に沿って半楕円形状を有するように反復的に変動する。
従って、立体画像変換パネル１００の下部に入射される入射光１０は第１方向に沿って周期的に変動された屈折率を有する液晶分子１５２によって屈折され、それにより、立体画像変換パネル１００から出射される出射光２０は立体画像を具現する。
〔立体画像表示装置の実施形態〕
図１２は、本発明の一実施形態による立体画像表示装置を示した概略断面図である。本発明の実施形態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または第２実施形態の立体画像変換パネルと同一の構成を有し、従ってその重複された説明は省略し、同一の構成要素に対しては同一の参照符号及び名称を使用する。
図１２を参照すると、本実施形態による立体画像の表示装置はバックライトアセンブリ２００、表示パネルアセンブリ３００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２００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３００はバックライトアセンブリ２００の上部に配置され第１光Ｌ１を用い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３００の上部に配置され、前記平面画像を立体画像に選択的に変換して出射する。
表示パネルアセンブリ３００は、一例として、第１偏光板３１０、第２偏光板３２０及び表示パネルを含み、表示パネルは第１基板３３０、第２基板３４０及び液晶層３５０を含む。
第１偏光板３１０は第１偏光軸３１２を有する。第１偏光板３１０はバックライトアセンブリ２００の上部に配置され、第１光Ｌ１を第１偏光軸３１２と平行に偏光した第２光Ｌ２に偏光させる。第２偏光板３２０は第１偏光板３１０と対向するように配置され、第１偏光軸３１２と直交する第２偏光軸３２２を有する。
第１基板３３０は第１偏光板３１０と第２偏光板３２０との間に配置される。第１基板３３０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）等を含む。
第２基板３４０は第１基板３３０と向き合うように第１基板３３０と第２偏光板３２０との間に配置される。第２基板３４０は基板全面に配置され透明で導電性のある共通電極（図示せず）及び画素電極と向き合うところに形成されたカラーフィルタ３４２を含む。このようなカラーフィルタ３４２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などがある。
液晶層３５０は第１基板３３０と第２基板３４０との間に介在され、画素電極と共通電極と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３５０は外部から印加された光の光透過率を調節し、光透過率の調節された光はカラーフィルタ３４２を通過することで画像が表示される。一例として、液晶層３５０は電場が形成されていない場合、下部から上部に向かって９０°に捩れて配列される。
ここで、表示パネルアセンブリ３００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（ｎｏｒｍａｌｌｙ）ホワイトモードで動作される。
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２００から発生した第１光Ｌ１は第１偏光板３１０を透過して第１偏光軸３１２と平行に偏光された第２光Ｌ２に偏光する。第２光Ｌ２は第１基板３３０と第２基板３４０との間に介在される液晶層３５０によって９０°回転され、第３光Ｌ３に偏光される。第３光Ｌ３は第２偏光軸３５０と同一の方向に偏光されているので、第２偏光板３２０をそのまま透過して、平面画像を具現する第４光Ｌ４になる。
第４光Ｌ４は立体画像変換パネル１００によって屈折率されるか、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によって屈折される場合、立体画像を具現する第５光Ｌ５に変換される。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１３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１３を参照して、立体画像表示装置が立体画像Ｌ５を具現する原理を簡単に説明することにする。
表示パネルアセンブリ３００から出射された第４光Ｌ４による平面画像は複数の左側画像ＬＩ及び複数の右側画像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。
左側画像のそれぞれは立体画像変換パネル１００によって屈折されて人の左側目に印加され、右側画像ＲＩのそれぞれは立体画像変換パネル１００によって屈折され人の右側目で印加される。それにより、人の目を通じて互いに異なる左側画像ＬＩ及び右側画像Ｒ１を脳に送り、脳にて左側画像ＬＩ及び右側画像ＲＩを融合して立体感を感じるようになる。
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
本発明の第１の実施形態による立体画像変換パネルを示した断面図である。 図１の立体画像変換パネルのうち一部を拡大して示した斜視図である。 図１は立体画像変換パネル内に電場が発生した状態を示した断面図である。 図３の立体画像変換パネルのうち一部を拡大して示した斜視図である。 図１及び図３で液晶の傾斜角度（θ）による屈折率の変化を示したグラフである。 図１の立体画像変換パネルで電場が発生していない状態の液晶分子の位置による屈折率の変化を示したグラフである。 図３の立体画像変換パネルで電場が発生している状態の液晶分子の位置による屈折率の変化を示したグラフである。 本発明の第２の実施形態による立体画像変換パネルを示した断面図である。 図８の立体画像変換パネルのうち一部を拡大して示した斜視図である。 図８の立体画像変換パネル内に電場が発生した状態を示した断面図である。 図１０の立体画像変換パネルのうち一部を拡大して示した斜視図である。 図１２は本発明の一実施形態による立体画像表示装置を示した概略断面図である。 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。
符号の説明
１００ 立体画像変換パネル
１１０ 下部透明基板
１２０ 上部透明基板
１３０ 下部透明電極
１４０ 上部透明電極
１５０ 液晶レンズ層
２００ バックライトアセンブリ
３００ 表示パネルアセンブリ

Claims (19)

  1. 下部透明基板と、
    前記下部透明基板と対向する上部透明基板と、
    前記上部透明基板と向き合うように前記下部透明基板上に形成され、第１方向に沿って形成され、前記第１方向と直交する第２方向に沿って互いに並列に形成される複数の下部透明電極と、
    前記下部透明基板と向き合うように前記上部透明基板上に形成され、前記第２方向に沿って形成され、前記第１方向に沿って互いに並列に形成される複数の上部透明電極と、
    前記下部透明基板と上部透明基板との間に配置され、異方性の屈折率を有する液晶分子からなり、前記下部透明電極と上部透明電極との間に形成される電場によって液晶分子の長手方向の配列方向が変化し、液晶分子の位置によって変化する屈折率を有する液晶レンズ層とを有することを特徴とする立体画像変換パネル。
  2. 前記下部透明電極は、１μｍ〜１０μｍ範囲の距離で互いに離隔されることを特徴とする請求項１に記載の立体画像変換パネル。
  3. 前記各々の下部透明電極の幅は、１μｍ〜１０μｍ範囲の長さを有することを特徴とする請求項２に記載の立体画像変換パネル。
  4. 前記上部透明電極は、１μｍ〜１０μｍ範囲の距離で互いに離隔されることを特徴とする請求項１に記載の立体画像変換パネル。
  5. 前記各々の上部透明電極の幅は、１μｍ〜１０μｍの範囲の長さを有することを特徴とする請求項４に記載の立体画像変換パネル。
  6. 前記下部透明電極の各々には前記第２方向に沿って周期的に変動する下部電圧が印加され、
    前記上部透明電極の各々には互いに同一の上部電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の立体画像変換パネル。
  7. 前記下部電圧は、前記第２方向に沿って非線形的に増加して周期的に減少することを特徴とする請求項６に記載の立体画像変換パネル。
  8. 前記下部及び上部透明基板に対して前記液晶分子の長手配列方向の傾斜角度は、前記第２方向に沿って０°〜９０°の間を周期的に変動することを特徴とする請求項７に記載の立体画像変換パネル。
  9. 所定方向に偏光された光に対する前記液晶分子の屈折率は、１．５〜１．８の間を周期的に変動することを特徴とする請求項８に記載の立体画像変換パネル。
  10. 前記下部電圧は、前記第２方向に沿って０Ｖ〜１０Ｖの間を周期的に変動することを特徴とする請求項７に記載の立体画像変換パネル。
  11. 前記上部透明電極の各々には、前記第１方向に沿って周期的に変動する上部電圧が印加され、
    前記下部透明電極の各々には互いに同一の下部電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の立体画像変換パネル。
  12. 前記上部電圧は、前記第１方向に沿って非線形的に増加して周期的に減少することを特徴とする請求項１１に記載の立体画像変換パネル。
  13. 前記下部及び上部透明基板に対して前記液晶分子の長手配列方向の傾斜角度は、前記第１方向に沿って０°〜９０°の間を周期的に変動することを特徴とする請求項１２に記載の立体画像変換パネル。
  14. 所定方向に偏光された光に対する前記液晶分子の屈折率は、１．５〜１．８の間を周期的に変動することを特徴とする請求項１３に記載の立体画像変換パネル。
  15. 前記上部電圧は、前記第１方向に沿って０Ｖ〜１０Ｖの間を周期的に変動することを特徴とする請求項１２に記載の立体画像変換パネル。
  16. 前記液晶分子の長手配列方向は、前記電場が形成されていない場合、前記下部及び上部透明基板に対して平行であり、
    前記電場が形成される場合、前記電場の方向に対して平行であることを特徴とする請求項１に記載の立体画像変換パネル。
  17. 前記液晶分子の長手配列方向は、前記電場が形成されていない場合、前記下部及び上部透明基板に対して垂直であり、
    前記電場が形成される場合、前記電場の方向に対して垂直であ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。
  18. 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の上部に配置され、前記光を用い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の上部に配置される立体画像変換パネルとを有し、
    前記立体画像変換パネルは、下部透明基板と、
    前記下部透明基板と対向する上部透明基板と、
    前記上部透明基板と向き合うように前記下部透明基板上に形成され、第１方向に沿って形成され、前記第１方向と直交する第２方向に沿って互いに並列に形成される複数の下部透明電極と、
    前記下部透明基板と向き合うように前記上部透明基板上に形成され、前記第２方向に沿って形成され、前記第１方向に沿って互いに並列に形成される複数の上部透明電極と、
    前記下部透明基板と上部透明基板との間に配置され、異方性の屈折率を有する液晶分子からなり、前記下部透明電極と上部透明電極との間に形成される電場によって液晶分子の長手方向の配列方向が変化し、液晶分子の位置によって変化する屈折率を有し、前記平面画像を選択的に立体画像に変換する液晶レンズ層とを含むことを特徴とする立体画像表示装置。
  19. 前記表示パネルアセンブリは、互いに直交する偏光軸を有する第１及び第２偏光板と、
    前記第１偏光板と第２偏光板との間に配置され、液晶分子の光透過率を用いて前記平面画像を表示する液晶表示パネルとを含むことを特徴とする請求項１８に記載の立体画像表示装置。
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