KR100993239B1

KR100993239B1 - 변환 렌즈

Info

Publication number: KR100993239B1
Application number: KR1020057014500A
Authority: KR
Inventors: 그라함 존 우드게이트; 조나단 해롤드
Original assignee: 에이유 오프트로닉스 코퍼레이션
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2010-11-10
Also published as: CN1748179A; JP4944235B2; US20080284844A1; US20060098296A1; CN101216613B; EP2287660A3; EP2299319A1; GB2398130A; EP2287659A3; CN101216612B; JP2011028286A; US8004621B2; GB0302658D0; US20080266388A1; US7532272B2; WO2004070467A3; EP2287659A2; CN101216612A; CN100383653C; JP4944234B2

Abstract

표시장치는 변환 복굴절성 렌즈 어레이를 구비한다. 표시장치는 실질적으로 선 편광된 출력을 생성한다. 렌즈 어레이는 제1 기판의 평면과 실린더형 렌즈 어레이를 정의하는 제2 기판의 볼록면과의 사이에서 배열되는 복굴절성 물질을 포함한다. 렌즈 어레는 제1 모드와 제2 모드와의 사이에서 복굴절성 물질을 전기적으로 스위칭하기 위해 복굴절성 물질에 제어 전압을 제공하기 위한 전극을 구비한다. 제1 모드에서 렌즈 어레이는 소정의 방향으로 편광된 입사광의 방향 분포를 변경한다. 제1 측면에서, 제1 모드에서 볼록면에 위치한 복굴절성 물질은 실린더형 렌즈의 기하학적 축에 실질적으로 평행하게 배향되고, 배향 방향이 평면과 볼록면 사이에서 비틀어지도록 평면에 위치한 복굴절성 물질은 평면에 평행하게 배향된다. 제2 측면에서, 적어도 하나의 볼록면에서 복굴절성 물질은 수직배향된다. 제3 측면에서, 렌즈 어레이는 표시장치 출력 편광판과 공간적 광 변조기와의 사이에 배열된다. 제4 측면에서, 렌즈 어레이는 각 픽셀에서 실질적으로 선 편광된 광을 출력하기 위해 배열된 발광형 공간적 광 변조기로부터 출력된 광을 입력받는다. 제5 측면에서, 전압 컨트롤러는 렌즈 어레이 장치의 온도 변화를 보상하기 위해 제1 및 제2 모드 사이에서 스위칭하는 전극에 인가되는 전압을 제어한다. 그 결과, 구동 온도의 범위가 확장될 수 있다.

Description

변환 렌즈{SWITCHABLE LENS}

본 발명은 광학 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표시장치용 변환 액티브 렌즈에 관한 것이다. 상기한 변환 액티브 렌즈는 2차원/3차원 자동입체 표시장치, 변환 고휘도 반사형 표시 시스템 또는 멀티-유저(multi-user) 표시 시스템에 사용될 수 있다. 상기한 표시 시스템들은 컴퓨터 모니터, 핸드폰, 디지털 카메라, 랩탑과 데스크탑 컴퓨터, 게임기, 자동차 및 기타 모바일 표시제품에 사용될 수 있다.

인간의 두 눈은 약간 다른 영상을 보기 때문에 정상적인 인간의 시각은 입체적이다. 인간의 두뇌는 깊이감을 주기 위해 두 영상(이하, 입체 쌍)을 융합한다. 3차원 입체 표시장치는 현 세계를 보는 각각의 눈에 보여지는 별개의 일반적으로 평평한 이미지 재생한다. 인간의 두뇌는 이미지에 겉보기 깊이를 주기 위해 입체 쌍을 융합한다.

도 1a는 표시면에서 표시 표면을 나타내는 평면도이다. 화면 뒤에 있는 사용자가 인지된 이미지 포인트(6)를 생성하기 위해, 오른쪽 눈(2)은 오른쪽 눈에 대응하는 표시면 위의 이미지 포인트(3)를 보고, 왼쪽 눈(4)은 왼쪽 눈에 대응하는 표시면 위의 이미지 포인트(5)를 본다.

도 1b는 표시면에서 표시 평면을 나타내는 평면도이다. 화면의 앞에 눈에 보이는 이미지 포인트(9)를 생성하기 위해, 오른쪽 눈(2)은 오른쪽 눈에 대응하는 표시면 위의 이미지 포인트(7)를 보고, 왼쪽 눈(4)은 왼쪽 눈에 대응하는 표시면 위의 이미지 포인트(8)를 본다.

도 1c는 왼쪽 눈에 보이는 이미지(10)와 오른쪽 눈에 보이는 이미지(11)를 나타낸다. 왼쪽 눈 이미지(10)에서 대응 포인트(5)는 기준 라인(12) 상에 위치한다. 오른쪽 눈 이미지(11)에서 대응 포인트(3)는 기준 라인(12)과 다른 위치(3)에 위치한다. 상기한 포인트(3)의 기준 라인(12)으로부터 분리는 이격도로 명명되고, 이 경우에 포인트들에 대한 포지티브 이격도는 화면의 뒤에 존재한다.

장면에서 일반화된 포인트는 도 1a에 도시된 입체 쌍의 각 이미지에 대응하는 포인트이다. 이 포인트들은 상동 포인트들로 명명된다. 두 이미지 사이에서 상동 포인트들의 상관적인 분리는 이격도로 명명된다. 제로 이격도를 갖는 포인트들은 화면의 깊이면에 위치하는 포인트들에 대응한다. 도 1b는 서로 교차하지 않는 이격도를 갖는 포인트들이 표시장치의 후면에 나타나는 것을 보여주고, 도 1c는 서로 교차하는 이격도를 갖는 포인트들이 표시장치의 전면에 나타나는 것을 보여준다. 상동 포인트들의 분리의 정도, 관찰자와의 거리 및 관찰자의 두 눈의 분리는 화면 상에서 인지되는 깊이의 정도를 부여한다.

입체형 표시장치는 종래에 잘 알려져 있고, 왼쪽과 오른쪽 눈으로 전달된 시각들을 실질적으로 구별하기 위해 사용자에 의해서 마모되는 여러 종류의 시각 보조기가 구비된 표시장치라 한다. 예를 들어, 시각 보조기는 이미지들이 컬러(레드 와 그린)로 코드화되는 컬러필터들, 이미지들이 직각 편광 상태로 암호화되는 편광 유리 또는 시각들이 셔터의 개구부와 동시에 이미지들의 시간적 연속성과 같이 암호화되는 셔터 유리가 될 수 있다.

자동입체 표시장치는 관찰자에 의해서 마모되는 시각 보조기 없이 동작한다. 자동입체 표시장치에서, 장면들 각각은 도 2에 도시된 공간 내에서 제한된 영역으로부터 나타날 수 있다.

도 2a는 고착된 변위 광학 요소(17)를 갖는 표시소자(16)를 나타낸다. 표시소자는 오른쪽 눈의 경로에서 오른쪽 눈 이미지(18)를 생성한다. 변위 광학 요소(17)는 표시소자 전면의 영역에 오른쪽 눈 시각창(20)을 생성하기 위해 화살표(19) 방향으로 광을 가이드한다. 관찰자는 창(20)의 위치에 오른쪽 눈(22)을 위치시킨다. 왼쪽 눈 시각창(24)의 위치는 참조용으로 도시된다. 또한, 시각창(20)은 수직하게 연장된 광학 눈동자와 같이 간주될 수 있다.

도 2b는 왼쪽 눈의 광학 시스템을 나타낸다. 표시소자(16)는 왼쪽 눈의 경로에 대한 왼쪽 눈 이미지(26)를 생성한다. 변위 광학 요소(17)는 표시소자 전면의 영역에 왼쪽 눈 시각창(20)을 생성하기 위해 화살표(28) 방향으로 광을 가이드한다. 관찰자는 창(20)의 위치에 왼쪽 눈(32)을 위치시킨다. 오른쪽 눈 시각창(20)의 위치는 참조용으로 도시된다.

상기한 시스템은 표시장치 및 광학적 조향 매카니즘을 포함한다. 왼쪽 이미지(26)로부터 출력된 광은 시각창(30)으로 일컬어지는 표시장치의 전면의 제한된 영역으로 전송된다. 만약 눈(32)이 시각창(30)의 위치에 배치된다면, 관찰자는 화 면 전체에서 적절한 이미지(26)를 본다. 이와 유사하게 광학 시스템은 오른쪽 이미지(18)를 위해 의도된 광을 별도의 창(20)으로 전송한다. 관찰자가 오른쪽 눈(22)을 창에 위치시킨다면, 오른쪽 눈 이미지가 화면 전체에 보여질 것이다. 일반적으로, 이미지들 중 어느 하나로부터 출력된 광은 방향 분포으로 광학적으로 가이드될 것이다.

도 3은 창의 평면(42)에서 왼쪽 눈 시각창(36, 37, 38)과 오른쪽 눈 시각창(39, 40, 41)을 생성하는 표시면(34)에서 표시소자(16, 17)의 평면도를 나타낸다. 창의 면과 표시면 사이의 분리는 정상 시각 거리로 정의된다. 표시면에 대해서 중심적인 위치에 있는 창들(37, 40)은 제로 로브(44)내에 있다. 제로 로브(44)의 우측에 있는 창들(36, 39)은 +1 로브(46) 내에 존재하는 반면에, 제로 로브(44)의 좌측에 있는 창들(38, 41)은 -1 로브(48) 내에 존재한다.

표시면의 시각창 면은 측면 시각 자유도가 최대인 표시면의 지점에서부터의 거리를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이 창의 면으로부터 떨어진 포인트들 때문에 창은 다이아몬드 형상의 자동입체 시각지대를 형성한다. 표시면의 포인트들 각각으로부터 출력된 광은 시각창에 정해진 폭을 갖는 원뿔형상으로 조사된다. 원뿔의 폭은 각폭으로써 정의된다.

만약 눈이 37, 40과 갖는 한 쌍의 시각 지대 각각에 위치한다면, 자동입체 이미지는 표시면의 전체 영역에 나타날 것이다. 1차적으로, 표시장치의 세로 시각 자유도는 이러한 시각 지대의 길이에 의해서 결정된다.

도 4a에서, 표시면(광의 방향 분포의 한 형태를 구성하는)의 창의 면을 가로 지르는 강도의 변화(50)는 이상화된 창의 위치(51)를 기준으로 나타난다. 오른쪽 눈 창의 위치에서 강도 분포 '52'는 도 3에 도시된 '41'번 창에 대응하고, 강도 분포 '53'은 '37'번 창에 대응하며, 강도 분포 '54'는 '40'번 창에 대응하고, 강도 분포' 55'는 '36'번 창에 대응한다.

도 4b는 실제적인 창의 위치에 대한 강도 분포를 개략적으로 나타낸다. 오른쪽 눈 창의 위치에서 강도 분포 '56'은 도 3에 도시된 '41'번 창에 대응하고, 강도 분포 '57'은 '37'번 창에 대응하며, 강도 분포 '58'은 '40'번 창에 대응하고, 강도 분포 '59'는 '36'번 창에 대응한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 이미지 분리에 대한 품질과 표시면의 가로 세로 시각 자유도의 범위는 창의 품질에 의해서 결정된다. 도 4b는 표시장치로부터 출력되는 실제 시각창의 개략도이지만, 도 4a는 이상적인 시각창을 나타낸다. 불충분한 창 성능 때문에 몇몇 인공물들이 발생한다. 크로스 토크는 오른쪽 눈 이미지로부터의 광이 왼쪽 눈에 보일 때 발생한다. 크로스 토크는 사용자의 시각적 피로를 유발할 수 있는 중요한 3D 이미지 강등 매카니즘이다. 추가적으로, 열등한 창의 품질은 관찰자의 시각 자유도를 감소시킬 수 있다. 광학 시스템은 시각창의 성능을 향상시킬 수 있도록 설계된다.

변위 광학 요소는 변위 장벽이 될 수 있다. 표시장치는 백라이트, 전기적으로 조정할 수 있고 컬럼과 로우 방향으로 배열된 픽셀들(공간적 광 변조기(spatial light modulator, SLM)로 알려짐)의 어레이 및 도 5의 평면도에 도시된 바와 같이 정면에 부착된 변위 장벽을 포함한다.

변위 장벽은 표시장치의 영역들로부터의 광을 차단하고, 그 결과 휘도 및 장치 효율성가 감소된다. 일반적으로, 초기 표시장치의 휘도는 대략 20~40% 정도이다. 변위 장벽은 표시장치의 시각 자유도를 개선하기 위하여 표시장치의 픽셀 구조에 대한 장벽의 공차와 서브 픽셀의 배열의 필요성 때문에 쉽게 제거되거나 재배치되지 않는다. 2D 모드는 절반의 해상도이다.

입체 표시장치에 사용되는 기술로 잘 알려진 변위 장벽의 또 다른 형태는 일명 렌티큘라 스크린(lenticular screen)으로 일컬어지고, 이는 수직하게 연장된 실린더형 마이크로 렌즈들의 어레이이다. 이하에서 사용되는 '실린더형'이라는 단어는 기술 분야에서 사용되는 정상적인 의미를 갖고, 정확한 구형 렌즈 뿐만 아니라 비구형 렌즈도 포함한다. 렌즈의 피치는 변위 장벽의 피치가 각 픽셀로부터 시각창까지 광을 인도하기 위하여 픽셀 어레이 피치의 두 배보다 약간 작다는 시점의 정확한 조건에 대응한다. 이러한 표시면에서, 입체쌍 이미지들 각각의 해상도는 기본 LCD의 수평 해상도의 절반이 되고, 두 개의 장면이 생성된다.

렌즈의 곡률은 창의 평면에 LCD 픽셀들의 이미지를 생성하기 위해 실질적으로 정해진다. 렌즈들이 픽셀들로부터 원뿔 형상으로 출력된 광을 집광하고, 집광된 광을 창들에 분산시키기 때문에, 렌티큘라 표시장치는 기본 패널의 풀 휘도를 가질 수 있다.

도 6은 렌티큘라 어레이를 사용하는 렌티큘라 표시소자의 일반적인 구조를 나타낸다. 백라이트(60)는 LCD 입력 편광판(64)으로 입사되는 출력광(62)을 생성한다. 광은 TFT LCD 기판(66)을 통과하여 LCD 픽셀 평면(67)에서 컬럼과 로우 방향으 로 배열된 픽셀 어레이로 입사된다. 레드 픽셀(68, 71, 73), 그린 픽셀(69, 72, 75) 및 블루 픽셀(70, 73)은 각기 제어 가능한 액정층을 포함하고, 블랙 마스크(76)이라 불리는 불투명 마스크에 의해서 분리된다. 각 픽셀은 투과영역 또는 픽셀 개구부(78)를 포함한다. 픽셀을 통과한 광은 LCD 픽셀 평면에서 액정 물질에 의해서 위상이 변화되고, LCD용 컬러필터기판 상에 위치하는 컬러필터에 의해서 색이 변화된다. 이후 광은 출력 편광판(82)을 통과한다. 출력 편광판(82) 다음에는 변위 장벽(84)과 변위 장벽 기판(86)이 구비된다. 변위 장벽(84)은 수직방향으로 연장된 불투명 영역과 분리되고 수직방향으로 연장된 투과영역들의 어레이를 포함한다. 또한, 변위 장벽(84)은 광선 '88'에 도시된 바와 같이 교대 픽셀 컬럼(69, 71, 73, 75)으로부터 오른쪽 눈까지 광이 인도되는 것을 도와주고, 광선 '90'에 도시된 바와 같이 사이 컬럼(68, 70, 72, 74)으로부터 왼쪽 눈까지 광이 인도되는 것을 도와준다. 관찰자는 장벽의 구멍을 조명하는 밑에 있는 픽셀들로부터 출력된 광을 본다. 이후, 광은 렌티큘라 스크린 기판(94)과 렌티큘라 스크린 기판(92) 상에 형성된 렌티큘라 스크린(96)을 통과한다. 렌티큘라 스크린(94)은 픽셀 '69'로부터 출력된 광선 '88'에 도시된 바와 같이 교대 픽셀 컬럼(69, 71, 73, 75)으로부터 오른쪽 눈까지 광이 인도되는 것을 도와주고, 픽셀 '68'로부터 출력된 광선 '90'에 도시된 바와 같이 사이 컬럼(68, 70, 72, 74)으로부터 왼쪽 눈까지 광이 인도되는 것을 도와준다. 관찰자는 렌티큘라 스크린(96)의 개별적인 물결무늬(98)의 불투명한 영역을 조명하는 밑에 있는 픽셀들로부터 출력된 광을 본다. 획득된 광이 형성하는 원뿔형의 크기는 획득된 광선에 의해서 나타난다.

렌티큘라 표시장치는 1976년 Academic Press에서 출판된 T.Okoshi에서 "Three Dimensional Imaging Techniques"로 기술되어 있다. 공간적 광의 변조, 구체적으로 공기 중에서 불가변 렌티큘라 요소를 사용하는 렌티큘라 표시장치의 한 형태는 미국 출원번호 US 4,959,641에 기술된다.

표시장치의 컬럼 픽셀에 대해서 기울어진 실린더형 렌즈를 사용하는 렌티큘라 표시장치는 1996년 Vol.2653으로 SPIE에서 발행된 "multiview 3D-LCD"의 32 내지 39 페이지에 기술된다.

상술된 평판표시장치의 시각 자유도는 표시면의 창의 구조에 의해서 제한된다.

시각 자유도가 관찰자의 위치와 변위 요소의 이동을 측정하는 것에 의해서 확장되는 표시면은 유럽특허 EP-0,829,743에 기술된다. 관찰자 측정 장치와 기계적인 발동 장치 같은 것은 가격이 비싸고, 복잡하다.

창의 광학적 구조가 변화되지 않고, 관찰자가 실질적으로 수직 입체 이미지를 유지하도록 이미지 데이터가 관찰자의 측정된 위치에 따라서 스위칭되는 표시장치는 유럽특허 EP-0,721,131에 기술된다.

상술한 바와 같이, 공간적으로 다양화된 3D 표시장치를 생성하기 위한 변위 렌즈의 사용은 각 이미지의 해상도를 풀 표시 해상도의 절반으로 제한한다. 많은 제품들에서, 표시장치는 3D 모드에서 시간의 일부로 사용되고, 인공물이 없는 풀 해상도의 2D 모드를 가질 것이 요구된다.

변위 렌즈의 효과가 제거된 표시장치의 한 형태는 1993년 "Developments in Autostereoscopic Technology at Demension Technologies Inc" 에 개시된 Proc.SIPE vol.1915 입체 표시장치와 제품 IV(1993)pp177-186이다. 이 경우에, 가변 확산 요소는 광선들을 형성하기 위해 광학 시스템 내부에 구비된다. 이러한 가변 확산 요소는 분자 배열이 물질에 전압이 제공되는 과정에서 분산과 비분산 모드를 스위칭하는 폴리머 분산 액정의 형태가 될 수 있다. 3D 모드에서, 확산자는 투명하고, 광선들은 후면 변위 장벽 효과를 생성하기 위해 제조된다. 2D 모드에서, 균일한 광원의 효과를 창조하기 위해, 확산자는 확산되고, 광선들은 희미해진다. 이러한 과정에서, 표시장치의 출력은 실질적으로 람베르시안(Lambertian)이고, 창들은 희미해진다. 이후, 관찰자는 풀 해상도의 2D 표시장치로써 표시장치를 볼 수 있다. 이러한 표시장치는 3D 모드에서 프레넬(Fresnel) 회절 인공물 뿐만 아니라, 크로스 토크를 증가시키는 확산자의 클리어 상태에서 원하지 않은 잔여 스캐터 때문에 고통받고 있다.

유럽특허 EP-0,833,183에 개시된 스위칭 가능한 2D-3D 표시장치의 다른 형태에서, 제2 LCD는 변위 렌즈와 같이 보조하기 위해 표시장치의 전면부에 위치한다. 첫 번째 모드에서, 변위 LCD는 어떠한 창도 생성하지 않도록 투명하고, 하나의 이미지는 2D로 나타난다. 제2 모드에서, 소자는 변우 장벽의 슬릿을 생성하기 위해 가변된다. 이후, 출력창이 생성되고, 이미지는 3D로 나타난다. 이러한 표시장치는 저하된 휘도 또는 증가된 소비전력을 가질 뿐만 아니라, 두 개의 LCD 요소들을 사용하기 때문에 증가된 비용과 복잡성을 갖는다. 만약, 변위 장벽이 반사모드 3D 표시 시스템이 사용되면, 표시장치의 내측과 외측에 있는 변위 장벽의 차단 영역에 의해서 광의 감소로 인해 휘도가 매우 낮아진다.

유럽 특허 EP-0,829,744에 개시된 가변 2D-3D 표시장치의 또 다른 형태에서, 변위 장벽은 반파지연 요소로 패턴된 어레이를 포함한다. 지연 요소의 패턴은 장벽 슬릿들의 패턴과 변위 장벽 의 흡수 영역에 대응한다. 3D 모드로 동작할 때, 편광판은 패턴된 지연 요소의 슬릿을 분석하기 위해 표시장치에 추가된다. 이러한 과정에서, 흡수 변위 장벽이 생성된다. 2D 모드로 동작할 때, 편광판은 2D 모드로 동작하는 과정에서 어떠한 편광 특성이 수반되지 않도록 완전하게 제거된다. 따라서, 표시장치의 출력은 풀 해상도와 풀 휘도를 갖는다. 한가지 단점은 표시장치가 변위 장벽 기술을 사용하고, 그로 인해 3D 모드로 동작할 때 20~30%로 제한된 휘도를 갖는다는 것이다. 또한, 표시장치는 시각 자유도와 장벽의 구멍으로부터의 회절에 의해서 제한된 크로스 토크를 가질 수 있다.

광을 방향성적으로 스위칭하기 위해 전기적 변환 복굴절성 렌즈를 제공하는 것은 널리 알려져 있다. 또한, 2D 모드의 동작과 3D 모드의 동작 과정에서 표시장치를 스위칭하기 위해 상기한 렌즈들이 사용되는 것도 널리 알려져 있다.

예를 들어, 전기적 변환 복굴절성 액정 마이크로렌즈들은 L.G. Commander et al의 European Optical Society Topical Meetings Digest Series: 13, 15-16 May 1997 "Electrode designs for tuneable microlenses"pp48-58에 기술된다.

미국 출원 US-6,069,650과 PCT 출원번호 WO-98/21620에 개시된 가변 2D-3D 표시장치의 또 다른 형태에서, 액정물질이 채워진 렌티큘라 스크린을 포함하는 변환 마이크로 렌즈들은 렌티큘라 스크린의 광학적 기능을 변화시키는데 사용된다. 미국 출원 US-6,069,650과 PCT 출원번호 WO-98/21620은 전기 광학적 물질을 사용한 렌티큘라 스크린을 개시한다. 굴절률은 제1 값과 제2 값 사이의 전위차의 선택적 적용에 의해서 스위칭 가능해진다. 여기서, 제1 값은 렌티큘라 수단의 광 출력의 직접 활동에 의해서 제공된 값이고, 제2 값은 광 출력의 직접 활동에 의해서 제거된 값이다.

액정 프레넬 렌즈를 포함하는 3D 표시장치는 S.Suyama et al의 "3D Display System with Dual Frequency Liquid Crystal Varifocal Lens", SID 97 DIGEST pp273-276에 기술된다.

제1 측면에서, 본 발명은 표시소자의 출력과 액티브 렌즈의 배향 방향과의 사이에 매칭되는 편광을 제공한다.

본 발명의 제1 측면의 일 형태로, 실질적으로 선 편광된 출력을 생성하는 표시장치용 변환 복굴절성 렌즈 어레이를 제공하고, 렌즈 어레이는:

평면과 실린더형 렌즈 어레이를 정의하는 볼록면과의 사이에서 배향되는 복굴절성 물질; 및

전기적으로 제1 모드와 제2 모드 사이에서 복굴절성 물질을 전환하기 위해 복굴절성 물질에 제어 전압을 제공하는 전극들을 포함하고, 렌즈 어레이는 제1 모드에서 소정의 방향으로 편광된 입사광의 방향 분포를 변경하기 위해 배열되고, 제2 모드에서 소정의 방향으로 편광된 입사광에 대해서 실질적으로 아무런 효과를 가지지 않도록 배열되며,

제1 모드에서, 볼록면에 위치한 복굴절성 물질은 실린더형 렌즈들의 기하학적 축에 평행하게 배향되고;

제1 모드에서, 평면에 위치한 복굴절성 물질은 제1 모드에서와 같이 소정의 각으로 평면에 평행하게 배향되며, 배향 방향은 평면과 볼록면과의 사이에서 트위스트된다.

배향막 표면 에너지와 볼록한 배향막 표면 에너지 사이의 경쟁에 의해서, 분산을 초래하고, 크로스 토크를 증가시키며, 렌즈 콘트라스트를 감소시키고, 완화 시간을 증가시키는 볼록면에서의 혼란을 피하기 때문에 복굴절성 물질의 배향 방향이 실린더형 렌즈의 기하학적 축에 평행한 장점을 갖는다. 또한, 잘 알려진 제조 기술을 사용하기 때문에 제조 공정이 단순해진다.

본 발명의 제1 측면에 따른 렌즈는 실제 시스템에서 상대적으로 높은 광 두께를 갖기 때문에, 실질적으로 자동 편광 가이딩이 복굴절성 물질에서 발생하는 장점을 갖는다. 다시 말해서, 편광 방향은 복굴절성 물질을 통과하는 광을 따라서 회전한다. 이러한 가이딩 효과는 렌즈 어레이에서 장치의 편광을 제어하는데 사용될 수 있다.

추가적인 파장판 없이 가능한 렌즈 어레이 수단에 의한 편광 방향의 회전은 표시장치와 액티브 렌즈와의 사이에서 요구된다(비록 선택적으로 하나 또는 그 이상의 파장판이 추가될 수 있음). 그 결과 제1 모드로 동작할 때 구성요소의 시각 거리가 감소되고, 표시장치의 비용이 감소된다.

배향은 적절한 수단, 예를 들어 배향막에 의해서 제공될 수 있다.

본 발명의 제1 측면의 다른 형태로, 직하형 표시장치가 제공되고, 직하형 표시장치는,

실질적으로 선 편광된 출력 표시소자; 및

편광 출력 표시장치의 방향 분포를 변환하기 위해 제1 모드와 실질적으로 표시소자의 방향 분포의 변환이 없는 제2 모드에서 배열되는 변환 복굴절성 실린더형 렌즈를 포함하고, 변환 복굴절성 실린더형 렌즈는,

실린더형 마이크로렌즈 어레이를 정의하는 볼록층;

제1 모드로 동작할 때, 볼록층에서의 복굴절성 물질의 배향이 실질적으로 실린더형 렌즈의 기하학적 축에 평행하도록 하기 위해 볼록층의 표면 상에 형성된 배향층; 및

적어도 각각 제1 및 제2 모드로 동작할 때 제1 및 제2 모드 사이에서 복굴절성 물질의 배향을 스위칭하기 위해 배열되는 전극층을 포함하고,

복굴절성 물질은 평판형 기판에 위치하고, 제1 모드로 동작할 때 편광이 볼록면에서 실더형 마이크로 렌즈 어레이의 기하학적 축에 실질적으로 평행하게 트위스트된 복굴절성 물질을 통과하도록 표시소자의 출력 편광과 협력하여 배열된다.

바람직하게, 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 광학적 특성을 나타낸다.

복굴절성 물질은 액정이다.

평판형 기판에서 배향 방향은 표시소자의 출력 편광에 수직하거나 또는 평행하다.

실질적으로 편광 표시장치는 부분 편광 또는 비편광 표시장치와 편광판을 포함할 수 있다.

표시장치는 비표시 방향성의 스위칭 제품용 공간적 광 변조기가 될 수 있다.

제1 모드에서 렌즈를 통과하는 편광 상태의 꼬임이 존재한다.

편광 상태의 꼬임은 45°, -45° 또는 135°이다.

추가 파장판은 실질적으로 편광 표시장치의 출력 편광을 회전시키기 위해 표시장치와 액티브 렌즈의 사이에 형성될 수 있다.

따라서, 이하에서 설명될 본 발명의 실시예들은 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 장점을 제공한다.

액정의 배향 방향은 볼록한 실린더형 마이크로 렌즈들의 기하학적 축에 평행할 수 있다.

렌즈의 표면은 잘 알려진 표면 배향 기술로 제조하기에 용이하다.

추가 파장판이 표시면과 액티브 렌즈와의 사이에 요구되지 않는다. 따라서, 구성요소의 시각 거리가 3D 모드로 동작할 때 감소될 수 있고, 표시장치의 비용이 감소된다.

배향층 표면 에너지와 볼록 구조의 배향 표면 에너지 사이의 경쟁에 의해서 변환 렌즈에 전경이 생기지 않을 수 있다.

액티브 렌즈 셀의 대비비가 최대화될 수 있다.

스위칭 가능한 응답 시간은 최소화된다.

렌즈의 퇴화가 최소화되고, 그 결과 표시장치는 균일하게 스위칭한다.

본 발명은 실제 시스템에서 상대적으로 높은 광학 두께 때문에 편광 가이딩이 렌즈들 내에서 발생하는 예상치 못한 장점을 갖는다. 이러한 가이딩 효과는 액티브 렌즈에서 표시장치의 편광을 제어하기 위해 사용될 수 있다.

표시장치는 고정된 액정표시 출력편광 상태를 갖는 2D 또는 3D 모드에서 고휘도를 생성할 수 있다.

제2 측면에서, 본 발명은 수직배향 복굴절성 물질을 갖는 렌즈 어레이를 제공한다.

본 발명의 제2 측면의 일 형태로, 실질적으로 선 편광된 출력을 생성하는 표시장치용 변환 복굴절성 렌즈가 제공된다. 상기한 렌즈는:

실린더형 렌즈들에 어레이를 정의하는 볼록면을 갖는 적어도 하나의 표면들 사이에서 배열된 복굴절성 물질;

복굴절성 물질은 적어도 하나의 볼록면에서 수직배향된다.

상기한 렌즈 어레이는 제2 모드로 동작할 때 소비 전력을 필요로하지 않는 장점을 갖는다. 이는 제어 전압이 결핍된 상태에서 복굴절성 물질이 광학축과 평행하게 배열되기 때문에, 입사광에 대해서 실질적으로 아무런 효과를 가지지 않는 제2 모드에서 광은 볼록면에서 복굴절성 물질의 정상 굴절률을 경험한다.

예를 들어, 2D 모드와 자동입체 3D 모드 사이에서 변환 표시장치에서, 2D 모드는 소비전력을 요구하지 않는다. 따라서, 2D 동작 시간은 바테리에 영향을 받지 않는다. 액티브 렌즈에서, 렌즈의 깊이는 수십 마이크로로 되는 경향이 있기 때문에 셀의 두꺼운 부분을 스위칭하기 위해 제공되는 전압은 액정셀의 표준구동전압을 실질적으로 초과하게 된다. 예를 들어, 셀이 5㎛의 두께를 가질 때 전압은 5V가 된다. 따라서, 이러한 종류의 렌즈 셀을 위한 구동모드에서 액정의 소비 전력은 동일한 액정과 구동 주파수를 사용하는 5㎛의 표준두께를 갖는 LCD의 소비 전력보다 현저하게 높다. 따라서, 이러한 이유로 2D 구동 모드를 가지는 것이 요구되지 않는다.

만약 렌즈 스위치가 손상되면, 구동모드의 결함은 2D 모드 내에 존재하고, 이미지의 품질 저하가 나타난다. 렌즈의 초점 길이는 요구되는 창의 출현에 적정하게 전압을 수정함으로써 3D 모드로 전환된다.

배향은 어떠한 적절한 수단, 예를 들어, 배향층에 의해서 제공될 수 있다. 수직배향층은 지나치게 높은 굴절율을 갖지 않는 렌즈 표면을 형성하기 위해 쉽게 이용 가능한 고분자 물질로 이루어진다. 이러한 고분자 물질은 높은 비용, 높은 중독성 및 어려운 제조법으로부터 해방될 수 있다.

본 발명의 제2 측면의 다른 형태로, 복굴절성 물질과 제1 기판을 포함하는 변환 복굴절성 렌즈를 포함하는 광변환 장치가 제공된다.

제1 수직배향층은 볼록한 표면 상에 형성되고,

복굴절성 물질의 유전율 이방성은 0보다 작다.

변환 렌즈는 전계가 셀에 제공될 때 제1 모드로 동작하고, 전계가 셀에 인가되지 않을 때 제2 모드로 동작한다.

바람직하게, 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 선택적 특징이 나타난다.

제1 모드에서, 볼록면에서 복굴절성 물질의 광축의 배향은 실질적으로 기하학적인 마이크로 렌즈의 축에 평행하다.

배향은 배향막의 수평 바이어스에 의해서 제공되고,

배향은 그루브 구조에 의해서 제공된 수평 바이어스에 의해서 제공되며,

평평한 표면에서의 배향은,

수직배향이거나,

수평배향이다.

평면에서의 배향은 제1 모드에서 수평 배향의 특성을 나타내고, 제2 모드에서 수직 배향의 특성을 나타내도록 수직배향과 수평배향을 포함한다.

평면에서의 배향은 제1 모드로 동작할 때 볼록면에서 편광 상태가 복굴절성 렌즈의 광축과 평행해지도록 입사 편광을 트위스트시킨다.

파장판은 평판형 기판에서 편광 각이 볼록한 기판의 편광 각과 평행하도록 표시장치와 평평한 기판과의 사이에 구비된다.

본 발명의 제3 측면의 일 형태로, 표시장치가 제공된다. 표시장치는,

공간적 광 변조기와 출력 편광판을 갖는 표시소자; 및

공간적 광 변조기로부터 광을 입력받기 위해 배열된 전기적 변환 복굴절성 렌즈 어레이를 포함하고,

렌즈 어레이는 공간적 광 변조기와 표시소자의 출력 편광판과의 사이에서 배열된다.

상기한 표시소자는 공간적 광 변조기의 출력측에 바로 배열되는 출력 편광판과 비교해서 감소된 시각 거리를 제공한다. 이는 공간적 광 변조기와 렌즈 어레이 사이에서의 출력 편광판의 부재에 의해서 공간적 광 변조기와 렌즈 어레이 사이의 거리가 감소된다.

본 발명의 제3 측면은 공간적 광 변조기와 출력 편광판을 포함하는 표시소자에 적용이 가능하다. 액정 변조기와 같은 공간적 광 변조기는 변조된 양에 의해 각 픽셀에서 광 편광의 메인 축을 타원형으로 회전시키기 위해서 입사된 광의 편광을 위상 변조하기 위해 배열되고, 출력 편광판은 소정의 방향으로 편광된 광을 선택하기 위해 사용되므로, 타원형으로 회전된 양은 출력 광의 진폭을 변조시킨다. 그러나, 제3 측면은 예를 들어 비편광된 출력을 생성하는 발광형 공간적 광 변조기에 적용될 수 있고, 출력 편광판은 출력을 편광하기 위해 사용되므로, 편광된 출력을 생성하고, 여기서 출력 편광판은 클린-업(clean-up) 편광판이다.

본 발명의 제3 측면의 다른 형태로, 방향 표시장치가 제공되고, 방향 표시장치는:

실질적으로 선편광된 출력 표시소자; 및

제1 모드에서 편광된 출력 표시소자의 방향 분포를 변환하기 위해 배열되고, 제2 모드에서 표시소자의 방향 분포를 실질적으로 변환하지 않는 변환 복굴절성 실린더형 렌즈를 포함하는 액티브 렌즈를 포함하고,

액티브 렌즈는 표시소자의 출력 편광판과 픽셀 평면과의 사이에 구비된다.

본 발명의 제4 측면의 일 형태로, 표시장치가 제공되고, 표시장치는:

공간적 광 변조기의 각 픽셀에서 선편광된 광을 출력하기 위해 배열된 방향성 공간적 광 변조기; 및

공간적 광 변조기로부터 광을 입력받기 위해 배열된 전기적 변환 복굴절성 렌즈 어레이를 포함한다.

본 발명의 제4 측면의 다른 형태로, 방향성 광의 방향을 스위칭하는 장치를 제공하고, 상기 장치는,

변환 복굴절성 광학 물질을 포함하는 변환 복굴절성 렌즈를 포함하는 광 스위칭 장치; 및

각각 실질적으로 편광된 광학적 출력을 갖는 출력 픽셀 영역의 어레이를 포함하는 방향성 공간적 광 변조기 장치를 포함한다.

이러한 표시장치는 높은 광 효율성 갖게될 수 있다.

본 발명의 제5 측면의 일 형태로, 표시장치용 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치가 제공되고, 상기한 장치는:

복굴절성 물질과 실질적인 등방성 물질 그리고 그 사이에 렌즈 어레이를 정의하는 볼록면;

제1 및 제2 모드를 스위칭 하기 위해 전극으로 제공되는 전압을 제어하고, 렌즈 어레이 장치의 온도의 변화를 상쇄시키기 위해 제1 및 제2 모드로 제공되는 전압을 조정하는 전압 컨트롤러를 포함한다.

등방성 물질의 굴절률, 복굴절성 물질의 정상 굴절률과 이상 굴절률은 온도에 따라 변화한다. 따라서, 한 온도에서 동작하기 위해 설계된 렌즈 어레이는 다른 온도에서 열등한 광 특성을 가질 수 있다. 그러나, 전압 제어는 온도에 따른 변화를 상쇄시킨다. 이는 광학적 성능을 개선할 수 있고, 넓은 구동 온도 범위의 동작을 허용할 수 있다.

장치의 일 형태에서, 온도 센서는 렌즈 어레이 장치의 온도를 감지하기 위해 사용되고, 전압 컨트롤러는 온도 센서에 의해서 감지된 온도에 응답하여 제1 및 제2 모드로 제공되는 전압을 조정하기 위해 배열된다.

이러한 형태의 장치는 온도 변화에 대해 자동 상쇄를 제공할 수 있는 장점을 갖는다.

장치의 다른 형태에서, 입력 장치는 사용자가 조정 전압을 입력할 수 있는 장치하고, 전압 컨트롤러는 입력장치로 입력된 조정 전압에 응답하여 제1 및 제2 모드로 제공되는 전압을 조정하기 위해 배열된다.

이러한 형태의 장치는 간단한 장점을 갖는다.

등방성 물질의 굴절률은 적어도 25℃ 아래로 제한된 온도에서 복굴절성 물질의 정상 굴절률과 복굴절성 물질의 이상 굴절률과의 사이에 존재한다.

종래와 비교했을 때, 등방성 물질의 굴절률은 종래에 20℃의 온도로 설계된 복굴절성 물질의 정상 굴절률(또는 다른 물질 시스템에서 복굴절성 물질의 이상 굴절률)과 동일하다. 등방성 물질이 복굴절성 물질의 정상 굴절률보다 큰(또는 복굴절성 물질의 이상 굴절률보다 작은) 온도 범위가 증가된다.

그러나, 이러한 범위에서 전압 컨트롤러는 복굴절성 물질의 유효 굴절률을 조정함으로써 온도에 따른 변화를 상쇄시킬 수 있고, 이러한 특징에 의해서 동작 온도 범위가 효과적으로 증가한다. 상기한 제한 온도는 온도 범위를 더욱 증가시키기 위해 20℃보다 증가한다.

액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치에 직렬로 연결된 공간적 광 변조기를 더 포함하는 표시장치에 사용된다. 여기서, 적어도 25℃보다 낮은 온도에서 제1 모드의 렌즈 어레이에 필요한 전력은 공간적 광 변조기의 최적 초점을 제공하기 위한 렌즈 어레이에 요구된 전력보다 증가한다.

제1 모드에서 렌즈 어레이의 전력은 종래의 20℃에서 최적 초점을 제공하도록 설계되는 종래와 비교했을 때, 제1 모드에서 렌즈 어레이의 전력이 최적 초점에 대한 전력보다 증가하는 온도 범위가 증가한다. 그러나, 이러한 온도 범위에서 전압 컨트롤러는 복굴절성 물질의 유효 굴절률을 조정함으로써 최적 초점 측으로 렌즈 어레이의 초점을 조정하기 위한 전력을 감소시킬 수 있고, 이러한 특징에 의해서 구동 온도 범위가 효율적으로 증가한다. 상기한 제한 온도는 온도 범위를 더욱 증가시키기 위해 20℃보다 증가한다.

본 발명의 제5 측면의 다른 형태로, 표시장치용 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치가 제공되고, 상기 장치는:

등방성 물질의 굴절률은 20℃ 이상의 온도 또는 25℃ 이상의 온도에서 복굴절성 물질의 정상 굴절률 또는 복굴절성 물질의 이상 굴절률 중 어느 하나와 동일하다.

20℃는 종래의 실내 온도이고, 통상적인 표시장치의 설계 온도로써 사용된다. 물질에 따르면, 등방성 물질의 굴절률은 실질적으로 복굴절성 물질의 정상 보통 굴절률 또는 복굴절성 물질의 이상 굴절률과 동일하다. 등방성 물질의 굴절률이 복굴절성 물질의 굴절률들보다 정확하게 일치하는 온도는 물질들의 선택에 의해서 설계 변수로써 채택될 수 있다. 본 발명의 제5 측면의 이러한 형태에서, 상기한 온도는 20℃의 정상 설계 온도가 아니고, 그보다 더 높고, 구체적으로, 25℃ 이상의 온도가 된다. 이러한 선택은 표시장치들이 20℃의 정상 설계 온도 이상의 온도에서 더욱 자주 사용된다는 평가에 근거한 것이다. 따라서, 등방성 물질의 굴절률이 복굴절성 물질의 굴절률 중 어느 하나와 정확하게 동일해지는 온도의 상승은 종래의 표시장치의 비율보다 더 큰 비율로 등방성 물질의 굴절률이 복굴절성 물질의 굴절률 중 어느 하나에 근접해지는 결과를 초래한다.

현재 사용하는 적절한 물질에서, 등방성 물질의 굴절률은 정확하게 20℃ 이상의 온도에서 복굴절성 물질의 정상 굴절률과 실질적으로 동일해진다. 그러나, 다른 물질에서, 등방성 물질의 굴절률은 정확하게 20℃ 이상의 온도에서 복굴절성 물질의 이상 굴절률과 실질적으로 동일해진다.

발명의 다향한 측면들 중 하나 또는 그 이상은 유용하게 결합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 발명의 어느 측면의 특성이 본 발명의 다른 측면의 특성으로 제공될 수 있다.

본 발명의 모든 측면에, 다음과 같은 코멘트를 제공한다. 렌즈 어레이는 실질적으로 선 편광된 출력을 생성하는 표시장치의 모든 형태에 사용되거나 편광될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이는 출력을 편광하기 위한 편광판을 갖는 백라이트에 의해서 비춰진 투과형 공간적 광 변조기 또는 본질적으로 비편광되고, 편광판을 갖는 발광성 공간적 광 변조기로 이루어질 수 있다.

일반적으로, 표시장치는 각 픽셀의 광을 변조하기 위해 예를 들어, 투과형, 발광형 또는 반사형을 포함하거나 또는 이들의 결합 형태를 포함하는 공간적 광 변조기를 채용할 수 있다.

제1 모드에서, 렌즈 어레이는 입사된 광의 방향 분포를 변환하기 위해 배열된다. 렌즈 어레이는 다른 효과의 다양성을 달성하기 위해 사용되지만, 3D 입체 효과, 고휘도 영역 또는 멀디-유저 표시 시스템의 공급에 제한되지 않는다.

따라서, 상기한 장치들은 다음과 같은 용도로 사용될 수 있다.

상기한 장치들은 제1 동작모드에서 나안에 의해 보여지고, 제2 동작모드에서 풀 해상도 2D 이미지로 보여지는 풀 컬러 동영상 3D 입체 이미지를 편리하게 제공할 수 있는 자동 입체 표시수단;

제1 모드에서 실질적으로 비방향성 휘도 기능을 나타내고, 제2 모드에서 실질적으로 방향성 휘도 기능을 나타내는 변환 고휘도 투과 반사형 표시 시스템; 또는

관찰자에게 풀 컬러 동영상 2D 이미지를 제공하고, 제1 동작모드에서 적어도 2명의 관찰자에게 적어도 다른 두 개의 이미지를 제공하며, 제2 모드에서 모든 관찰자에 의해서 보여지는 풀 해상도 2D 이미지를 제공할 수 있는 멀티-뷰어 표시 수단으로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 다음과 같은 하나 또는 결합된 장점들을 제공할 수 있다.

본 발명은 낮은 레벨의 이미지 크로스 토크와 고휘도를 갖는 높은 품질의 자동 입체 3D 이미지와 풀 해상도 2D 이미지 생성이 가능하다.

또한, 본 발명은 2D 모드와 이미지들(서로 다름)이 넓은 방향의 범위로 다른 관찰자에 의해 보여질 수 있는 모드와의 사이에서 스위칭 될 수 있는 방향성 멀티-유저 표시장치의 생성이 가능하다.

마이크로 렌즈가 유리 기판의 내부에 배열되므로 인해서, 렌즈의 표면으로부터의 반사는 최소화되고, 출력 표면(평평함)은 코팅된 안티-반사층이 될 수 있다.

고휘도 투과 반사형 표시장치는 표시장치의 반사물질에 의해서 정의된 것과 같이 실질적으로 비방향성 특성을 갖는 제1 모드를 갖고, 제2 모드에서 표시 휘도가 정의된 각의 범위보다 커지도록 방향성 휘도 특성을 갖는다. 이와 같이 풀 컬러로 동작하는 표시장치는 반사 및 투과 동작 모드의 휘도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다.

멀티-유저 표시장치는 제1 동작모드에서 모드 관찰자가 동일한 이미지를 볼 수 있도록 만들어지고, 제2 모드에서 다른 관찰자가 표시장치를 동시에 사용하기 위해 다른 이미지를 볼 수 있도록 만들어진다.

이러한 특징은, 동일한 표시 유닛으로부터 적절하게 선택된 이미지를 각각의 관찰자들에서 보여줄 수 있으므로, 한 환경에서 요구되는 표시장치의 개수와 표시장치의 드라이버의 개수를 감소시킬 수 있다.

이러한 표시장치는 특히 자동차 표시장치, 현금자동인출기 및 가상체험 오락 표시장치와 같은 시스템에 적절할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 관련된 도면을 참조하여 지금부터 설명될 것이다.

도 1a는 3D 표시장치에서 스크린 평면 뒤에 위치한 사물에 대한 겉보기 깊이를 나타낸 도면이다.

도 1b는 3D 표시장치에서 스크린 평면 앞에 위치한 사물에 대한 겉보기 깊이를 나타낸 도면이다.

도 1c는 이미지들의 입체쌍에서 각 이미지 상에 대응하는 포인트들의 위치를 나타낸 도면이다.

도 2a는 자동입체 3D 표시장치의 정면에서 오른쪽 눈 시각창의 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2b는 자동입체 3D 표시장치의 정면에서 왼쪽 눈 시각창의 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 3D 표시장치의 출력 원뿔로부터 시각 지대의 발생을 나타내는 평면도이다.

도 4는 자동입체 표시장치에 대한 이상적 창의 측면을 나타낸 도면이다.

도 5는 변위 장벽 표시장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 6은 렌티귤라 스크린 표시장치의 구조를 나타낸 도면이다.

도 7a는 액정 배향이 렌즈의 양 표면에서 동일한 렌즈 어레이에서 두 개의 실린더형 렌즈들의 제1 단면을 나타내는 도면이다.

도 7b는 도 7a에 도시된 두 개의 실런더형 렌즈들의 제1 단면과 직교하는 제2 단면을 나타내는 도면이다.

도 7c는 첨단이 평면과 접촉되고, 전극이 볼록면 상에 형성되는 배향을 도 7b와 같은 시각에서 나타낸 도면이다.

도 8a는 액티브 렌지 자동입체 3D 표시장치의 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 8b는 액티브 렌즈 휘도 확장 표시장치의 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 8c는 꼬인 액티브 렌즈 자동입체 3D 표시장치의 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 8d는 꼬인 액티브 렌즈 자동입체 3D 표시장치의 선택적 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 9a는 액정 배향이 렌즈의 양 표면에서 동일한 렌즈 어레이에서 두 개의 실린더형 렌즈들의 제1 단면을 나타낸 도면이다.

도 9b는 도 9a에 도시된 두 개의 실린더형 렌즈들의 제1 단면과 직교하는 제2 단면을 나타낸 도면이다.

도 10a는 수직 배향막이 구비된 액티브 렌즈 자동입체 3D 표시장치의 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 10b는 수직 배향막과 수평 배향막이 구비된 액티브 렌즈 자동입체 3D 표시장치의 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 11a는 액정 배향이 렌즈의 제1 표면에서 수직배향으로 이루어지고, 제2 표면에서 수평배향 이루어진 렌즈 어레이에서 두 개의 실린더형 렌즈들의 제1 단면을 나타낸 도면이다.

도 11b는 도 11a에 도시된 두 개의 실린더형 렌즈들의 제1 단면과 직교하는 제2 단면을 나타낸 도면이다.

도 12는 수직 배향막과 수평 배향막이 결합된 액티브 렌즈 자동입체 3D 표시장치의 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 13a는 액정 배향이 렌즈 표면에서 수직 배향과 수평 배향 될 수 있는 렌즈 어레이에서 두 개의 실린더형 렌즈의 제1 단면을 나타낸 도면이다.

도 13b는 도 13a에 도시된 두 개의 실린더형 렌즈들의 제1 단면과 직교하는 제2 단면을 나타낸 도면이다.

도 14는 내부 편광판을 갖는 액티브 렌즈 자동입체 3D 표시장치의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 15는 외부 편광판을 갖는 액티브 렌즈 자동입체 3D 표시장치의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 16은 외부 편광판을 갖는 액티브 렌즈 자동입체 3D 표시장치의 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 17은 편광된 방향 표시장치를 갖는 액티브 렌즈 자동입체 3D 표시장치를 나타낸 도면이다.

도 18은 액티브 렌즈 휘도 강화 반사형 표시장치를 나타낸 도면이다.

도 19는 액티브 렌즈 휘도 강화 반사형 표시장치의 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 20은 틸트된 기하학적 렌즈 축을 갖는 액티브 렌즈의 배향 방향과 편광 방향을 나타낸 도면이다.

도 21은 방향 표시장치와 출력 편광판과의 사이에 구비된 액티브 렌즈를 갖는 변환 자동입체 표시장치를 나타낸 도면이다.

도 22는 렌즈 물질 대한 온도에 따른 굴절률의 변화를 개략적으로 나타낸 도 면이다.

도 23은 렌즈 셀 구동 전압을 최적화하기 위한 제어 장치를 나타낸 도면이다.

도 24는 2D 모드의 렌즈 물질에 대한 온도에 따른 효율적인 렌즈 굴절률의 제어를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 25는 3D 모드의 렌즈 물질에 대한 온도에 따른 효율적인 렌즈 굴절률의 제어를 개략적으로 나타낸 도면이다.

다양한 실시예 중 일부에 공통적으로 포함되는 구성요소에 대해서는 간결함을 위해 서로 동일한 참조 부호가 제공될 것이고, 공통된 구성요소에 대해서 반복되는 설명은 생략될 것이다. 또한, 각 실시예에서 구성요소에 대한 설명은 다른 실시예에서 이와 동일한 구성요소 및 이와 상응하는 효과를 갖는 구성요소에 대한 설명을 준용할 것이다. 또한, 표시장치에 대한 실시예들을 설명하기 위한 도면들은 명료성을 위해 단지 표시장치의 일부분을 보여준다. 사실상, 구조는 표시장치의 전체 영역에 반복된다.

상세한 설명 부분에서, 복굴절성 물질의 광학 축의 방향(유도 방향 또는 이상 축 방향)은 복굴절성 광학 축으로써 언급될 것이다. 이는 통상 기하학적 광학에 의해서 정의된 렌즈의 광학 축과 혼동될 수 있다.

실린더형 렌즈는 에지(곡률 반경을 갖고, 다른 비구면 구성요소를 가질 수 있는)가 제1 선 방향으로 제거된 렌즈를 일컫는다. 기하학적 마이크로렌즈 축은 에 지의 제거된 방향과 평행한 제1 선 방향으로 렌즈의 중심을 따르는 선으로써 정의된다. 2D-3D 타입 표시장치에서, 기하학적 마이크로렌즈 축은 수직적이고, 그 결과 표시장치의 컬럼 픽셀과 평행하다. 휘도 강화 표시장치에서, 기하학적 마이크로렌즈 축은 표시장치의 로우 픽셀과 평행하도록 수평적이다.

기준이 특정 방향으로 배향되는 물질로 만들어질 때, 셀의 퇴화를 방지하기 위해 프리틸트될 수 있다. 이 경우에, 비록 완전한 배향이 되지 않더라도, 실질적 배향이 잔류한다.

공간적 광 변조기(SLM)는 액정표시자치와 갖는 장치 및 EL 표시장치와 LED 표시장치와 같은 장치의 '광 값'을 포함한다. 다양한 표시장치에서, 렌즈의 피치는 시점 변환 조건에 대응한다. 즉, 변위 장벽의 피치는 각 픽셀로부터 시각창까지 안내하기 위해 픽셀 어레이의 피치의 2배보다 약간 작다.

다음과 같은 실시예에서, 고분자 물질은 등방성 물질로써 사용되지만, 고분자 물질과 다른 물질, 예를 들어, 볼록한 편이 식각 공정에 의해서 형성되는 유리와 같은 물질이 사용될 수 있다.

제로 트위스트 액티브 렌즈

액티브 렌즈는 각각의 방향 분포들 사이에서 변환 복굴절성 물질을 포함하는 렌즈이다. 도 6의 고정 렌즈(94, 98)은 풀 2D 모드와 자동입체 3D 모드 사이에서 스위칭 하기 위한 본 발명의 액티브 렌즈로 대체될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 액티브 렌즈로 일컬어지는 변환 복굴절성 렌즈 어레이의 한 형태의 각 측면들을 나타낸다. 렌즈의 형태는 연장된 실리더형 렌즈의 어레이를 포함한다. 도 7a 및 도 7b는 제어 전압이 제공되지 않는 전극들(110, 115) 사이에 구비된 제1 실린더형 렌즈와 제어 전압이 제공되는 전극들(112, 114) 사이에 구비된 제2 실린더형 렌즈를 설명한다. 제1 기판(102)과 제2 기판(104)은 그들 사이에 개재된 복굴절성 물질을 구비한다. 제1 기판(102)은 그 위에 형성된 볼록면(108)을 구비한다. 구조물(108)은 실질적으로 등방성 물질에 포함될 수 있다. 따라서, 복굴절성 물질(106)은 제1 기판(102)에 인접한 볼록면과 구조물(108)을 구비하고, 제2 기판(104)에 인접한 평면을 구비한다.

전극층(110, 112)은 기판(102) 상에 형성되고, 전극층(114, 115)은 기판(104) 상에 형성된다. 전극들은 예를 들어, 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 전극이 될 수 있다. 전극들(110, 112)은 렌즈 구조물(108)의 표면 상에 형성될 수도 있다.

액정 스위칭이 동일한 이미지의 다른 부분에서 다른 전계를 나타내도록, 전극들(110, 112, 114, 115)은 효율적인 설명을 위해 별도의 전극들로 나타난다. 실제 장치에서, 두 기판 상에 형성된 전극들은 렌즈 어레이의 서로 다른 영역들이 독립적으로 2D 또는 3D로 제어될 수 있도록 구분될 수 있다. 또는 전극들은 전체 표시 영역 위에 형성된 하나의 구성 요소가 될 수 있다. 구체적으로, 잘 알려진 바와 같이 렌즈 어레이는 패시브 멀티플레스 방식으로 어드레스될 수 있다.

렌즈는 스페이서 볼, 스페이서 파이버, 스페이서 립 또는 다른 스페이서에 의해서 제2 기판(104)으로부터 이격될 수 있다. 그러나, 렌즈는 평면의 아래 위를 터치할 수 있다. 이때, 스페이서는 불필요하게 되고, 그 결과 렌즈의 액티브 구경 을 감소시킬 수 있다.

전극들(110, 115) 사이의 갭에서, 복굴절성 분자들은 포지티브 유전율 이방성, 전계가 인가되지 않은 네마틱 액정물질에 의해서 나타난다. 액정 분자의 지향자는 볼록면(108)과 제2 기판(104)에서 수평 배향막에 의해서 실질적으로 평면에서 배향된다. 작은 프리틸트(미도시)는 배향막(116, 118)의 셀 위에 가해질 것이다. 분자들은 설명을 위해 분자의 장축과 평행한 이상 굴절률을 갖는 연장된 타원으로써 재현된다.

스위치된 상태에서, 전계는 액정분자를 재배향시키고, 그 결과 렌즈 셀의 중심에서 유도 배향(120)은 실질적으로 수직하게 이루어진다. 이것은 셀에 의한 굴절률의 도표에서 변화를 초래한다.

구동시, 이러한 구성요소는 도 8a에 도시된 바와 같이, 예를 들어 LCD용 박막 트랜지스터의 출력 편광판 위에 배향된다. 표시장치의 선 출력 편광의 투과 방향(122)이 0°일 때, 광은 제2 기판의 각 층들(104, 114, 115, 118)을 포함하는 제1 평판형 기판 상으로 입사된다. 이 기판에서 액정 물질의 배향 방향은 편광판(122)의 투과축과 평행하다. 상기한 광은 복굴절성 물질을 통과한 후, 표면들(102, 108, 110, 116)을 갖는 렌즈 기판에 직면한다.

오프 상태에서, 전압을 셀로 제공되지 않고, 편광은 액정 물질의 이상 축으로 입사된다. 고분자의 굴절률은 액정 물질의 정상 굴절률에 근접하게 설정되고, 그 결과 렌즈의 표면에서 위상 변화가 일어난다. 렌즈는 광학적 출력의 방향 분포의 변화를 초래하기 위해 광을 수직 편광시키는 역학을 수행한다. 위상 구조는 렌 즈가 초점 거리를 갖도록 설정될 수 있고, 그 결과 픽셀 평면은 자동입체 3D 표시장치와 방향 시각 시스템으로 잘 알려진 창 평면에 실질적으로 영사된다.

강화된 휘도를 갖는 시각 시스템에서, 픽셀면의 이미지는 수직하게 얼라인된 렌즈들보다 수평하게 얼라인된 실린더형 마이크로 렌즈 어레이(127)의 시각 창에서 생성된다. 이 경우에, 출력 편광판(123)의 얼라인 방향은 도 8b에 도시된 바와 같이 수평하게 설정되고, 평면(125e)과 볼록면(127)에서의 배향 방향은 수평하게 설정된다. 이후, 수직하게 배향된 렌즈에 대해서 설명될 것이다. 그러나, 동일한 장치가 수평하게 배향된 렌즈에 제공될 수 있다.

온 상태에서, 전압은 셀로 제공되고, 액정 물질은 도 7a 및 도 7b에 도시된 배향(120)을 위해 전계에 평행하게 재배향하며, 그 결과 입사 편광 상태는 액정의 정상 굴절률을 실질적으로 나타낸다. 렌즈 구조(108)가 실질적으로 액정 물질의 정상 굴절률에 매치됨에 따라서, 광학적 효과가 액정 렌즈에서 관찰된다. 이 모드에서 방향 분포의 변화가 렌즈에 의해서 첨가될 것이다. 그래서, 출력의 방향성은 기본 표시장치로부터의 출력과 실질적으로 동일하다. 실제 시스템에서, 굴절률의 매칭은 정확하지 않고, 그 크기도 부정확하며, 작은 전여 광 효과가 발생될 것이다. 이러한 동작 모드는 2D 모드로 사용되거나 또는 표시장치의 변화되지 않는 출력에 사용될 수 있다. 이것은 자동입체 표시장치 또는 방향 표시 시스템의 모든 픽셀을 사용자에게 보여줄 수 있고, 또는 확장된 휘도 표시 시스템의 균일한 조명 창의 평면을 사용자에게 보여줄 수 있다.

도 7c는 렌즈의 끝이 평평한 기판에 접속되고, 전극이 볼록면에 위치하는 셀 을 나타낸다. 추가적으로, 절연층(미도시)은 전기적 단락을 방지하기 위해 표면 상에 형성될 수 있다. 일반적으로, 셀로 제공되는 구동 전압이 증가할지라도, 상기 절연층은 전기적인 단락을 제거하기 위해 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 평면 위의 전극에 일체로 형성될 수 있다.

평판형 기판이 표시장치의 출력 편광과 함께 배향되는 이러한 장치는 방향 분포 동작과 동일한 액정 모드(예를 들어, 노멀리 화이트 또는 노멀리 블랙)에서 동작한다.

굴절률 매칭 조건은 출력의 방향 분포가 실질적으로 변화되지 않도록 설정된다. 실제적으로, 복굴절성 물질의 굴절률들 중 어느 하나의 굴절률과 등방성 물질의 굴절률 사이에서 작은 차이를 가질 수 있다. 그러나, 작은 굴절률의 차이 때문에, 픽셀 평면에서의 아이 스폿의 사이즈가 렌즈의 사이즈에 유사해짐에 따라서, 광학적 출력이 상대적으로 변화에 둔감해질 수 있다. 따라서, 굴절률 매칭 조건의 공차가 상대적으로 감소될 수 있다. 예를 들어, 제조 시스템에서, 555nm에서 1.56의 등방성 굴절률을 갖는 물질 Norland NOA71이 1.52의 정상 굴절률을 갖는 Merck의 E7과 결합하여 사용된다. 2D-3D 표시 데모에서, 2D 모드로 사용될 때 창 평면에서의 세기의 작은 변화를 유발하는 반면에 2D 이미지의 품질에는 실질적으로 아무런 영향을 미치지 않는다.

트위스트 액티브 렌즈 셀

실제적으로, 편광 표시장치의 출력 편광 각은 일반적으로 수직하게 설정되지 않는다. 이것은 표시장치와 같은 표시장치에 의해서 수행되는 시야각의 최적화 때 문이다. 예를 들어, 노멀리 화이트 투과형 트위스트 네마틱 표시장치는 45°각도의 출력 편광을 갖고, 반면에, 반투과형과 반사형 표시장치는 20°에 근접한 출력 각을 갖는다. 지금까지 설명된 실시예에서, 복굴절성 렌즈의 입력 및 출력 표면들 상에서의 편광 상태의 출력 각은 0으로 설정된다.

볼록면 구조는 조합 표면 배향 에너지를 갖고, 배향막에 견주어 액정셀 위로 배향이 첨가될 것이다. 이러한 효과는 곡률 반경이 최소가 되는 렌즈의 끝에 인접한 부분에서 특히 중요해진다. 액정의 배향 방향이 다른 영역들 사이에서 액정 물질의 전경이 발생될 수 있다. 전경은 분산, 증가된 광학 크로스 토크, 렌즈의 콘트라스트 감소 및 완화 시간의 증가를 초래한다. 따라서, 렌즈 어레이의 실린더형 렌즈의 기하학적 광축에 평행한 렌즈 표면에서 액정 물질이 적절하게 배향된다.

한 가지 방식은 패널 출력 편광에 평행한 평면과 볼록면 상에 배향막을 형성하는 것이다. 이때, 실린더형 렌즈의 기하학적 축에 평행하지 않는 렌즈의 볼록면 상에 배향막이 요구된다.

본 발명의 일 실시예에서, 액티브 렌즈의 입력부에서 표시장치의 출력 편광은 반파장판과 같은 파장판에 일체로 형성됨으로써 변경될 수 있다. 이것은 출력 선 편광 상태가 액티브 렌즈를 수직하게 통과하기 이전에 회전되는 것을 가능하게 한다. 색채 분산 효과가 감소되는 반파장판과 반파장판의 광대역은 잘 알려진 기술이다. 물질과 장치의 조립 때문에 파장판의 비용이 증가될 것이고, 파장판은 색을 가지게 될 것이며, 파장판의 두께를 증가될 것이다. 픽셀 평면과 렌즈의 분리는 표시장치로부터의 창의 거리를 결정한다. 따라서, 창의 거리의 증가는 표시장치로부 터의 최적 시각 지대의 거리를 증가시킨다.

예를 들어, 80㎛의 피치의 컬러 서브 픽셀 갖는 두 개의 시각 표시장치는 실질적으로 160㎛의 피치를 갖는 렌즈와 500㎛ 두께의 표시기판, 200㎛ 두께의 출력 편광판, 150㎛ 두께의 유리 마이크로 시트 및 50㎛ 두께의 액정층을 포함하는 900㎛ 두께의 렌즈에 전형적인 분리 픽셀들을 갖는다. 이러한 시스템은 표시장치로부터의 480mm의 거리에서 65mm의 폭을 갖는 창을 생성한다. 만약 파장판의 두께가 200㎛이라면 상기한 거리는 585mm로 증가될 것이다. 이와 같이 정상 시각 거리가 증가되는 것은 많은 표시장치, 특히 모바일 표시장치에서 바람직하지 않은 것이다. 픽셀 사이즈의 감소는 시각 거리를 더욱 증가시킨다. 높은 복굴절성 물질을 코팅하는 것에 의해서 만들어진 얇은 파장판은 추가 공정 시간과 물질의 지출에 이용될 수 있다. 따라서, 편광판이 추가적으로 필요하지 않을 수 있다.

볼록면에서 3D 모드의 액정 물질의 배향이 렌즈의 기하학적 축에 평행한 액티브 렌즈를 생성하는 것이 요구되는 반면에, 렌즈 장치에서 편광 회전 기능이 요구되고 있다. 따라서, 수직적 출력 편광을 제공하기 위해 표시장치의 재 설계 또는 추가적인 파장판의 필요성을 제거할 수 있다.

액티브 렌즈 내부에서의 가이딩 회전을 사용하거나, 평판형 기판 상에 형성된 액정 물질의 배향과 렌즈의 광학적 기능을 갖는 모드에서의 렌즈 기판 상에 형성된 액정 물질의 배향 사이의 각을 설정함으로써, 액티브 렌즈에서 출력 편광의 조정을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 따라서, 액티브 렌즈는 표시장치로부터의 출력 편광을 수정할 뿐만 아니라, 방향 분포 변경 모드에서 실린더형 렌즈의 기 하학적 광축에 평행한 복굴절성 물질의 배향을 제공한다.

이와 같은 장점들은 한 실시예의 시스템의 실험에 의해서 보여질 수 있다. 주어진 자동입체 3D 표시장치에서, 1.56 굴절율의 등방성 물질과, Merck Limited 로부터 제조되고 1.75의 이상 굴절률을 갖는 E7 액정 물질의 사용은 130㎛의 최적 곡률 반경을 제공한다. 이러한 렌즈는 27.5㎛의 새그(sag)를 갖는다. 따라서, 적어도 이러한 두께의 액정 물질은 렌즈의 최대 두께 부분에서 요구된다. 이러한 층은 6㎛보다 큰 광학 두께를 갖고, 따라서, Gooch와 Tarry의 관계는 강력한 가이드 체제 내에 있다. 따라서, 편광 상태는 렌즈의 대부분의 영역에서 용이하게 가이드될 것이다.

포지티브 전력 액정 렌즈의 끝은 감소된 두께를 갖고, 그 결과 가이딩 효과가 저하될 수 있다. 이와 유사하게, 네가티브 전력 액정 렌즈의 중심은 감소된 두께를 갖고, 그 결과 가이딩 효과가 저하될 수 있다. 액정 물질로 이루어진 균일한 두께의 막은 셀의 가장 얇은 부분에 인접하여 일체로 형성되고, 그 결과 막은 편광 상태를 가이드하기 위해 연속되고, 그로 인해 표시장치의 콘트라스트가 최적화된다. 본 발명의 일 실시예는 출력 편광판의 투과축 각도(200)가 45°인 기본 LCD를 사용하는 자동입체 표시장치를 도 8c에 도시한다. 표시장치로부터의 출력은 평판형 기판 위로 입사된다. 평판형 기판 상에는 수평 배향된 포지티브 유전율 이방성 액정 물질이 형성된다. 렌즈 표면에 구비된 배향막은 렌즈에 평행하고, 그 결과 수직적이 된다. 그로 인해 렌즈에 의한 편광 상태의 45°회전이 발생하고, 편광은 렌즈 표면에서 액정물질의 이상 축으로 입사되고, 그 결과 위상 미스매치와 렌즈 초점 길이가 생성된다.

셀에서 물질의 회전은 콜레스테릭 물질로 도핑되는 것을 도와준다. 프리틸트를 보상하는 것은 배향막에 인접해지는 결과를 초래한다. 평면에서의 배향 방향과 볼록면에서의 배향 방향은 수직 방향에서의 배향 방향 성분을 갖는다. 그 결과, 셀은 실질적으로 오프 상태에서 상기한 구조를 통한 균일한 프리틸트를 갖는다. 선택적으로, 셀은 응답 속도가 개선될 수 있는 방향에 평행하거나 평행하지 않은 수직 방향에서의 배향 성분을 가질 수 있다.

온 상태에서, 분자들은 도 7b에 도시된 바와 같이 제공된 전계에 평행한 분자의 배향을 갖는 수직 배향 상태로 구동된다. 이 경우에, 렌즈에서의 편광 회전이 감소될 수 있고, 그 결과 렌즈 표상 상에서 입사된 편광 상태가 기하학적 렌즈 축에 평행하지 않는다. 그러나, 편광 상태는 액정 물질 굴절률의 정상 성분으로 배향될 수 있다. 그 결과 렌즈는 실질적으로 매치된 굴절률을 가질 수 있고, 광학적 기능을 가지지 않을 수 있다.

온 상태에서, 배향막에 인접하여 이루어지는 액정 물질의 나머지 틸트는 입사된 편광 상태에 대한 렌즈의 초점 길이를 증가시킨다. 이러한 틸트는 등방성 물질의 굴절률보다 작아지도록 액정 물질의 정상 성분의 굴절률을 감소시킴으로써 보상될 수 있다. 그 결과, 렌즈의 대부분의 초점 길이가 보상될 수 있다. 곡률 반경은 오프 상태에서의 초점 길이를 결정하기 위해 액정 물질의 이상 굴절률로부터 설정된다.

본 발명의 모든 실시예에서, 제1 기판 상에 형성된 배향막의 배향은 편광 표 시장치로부터의 입력 편광 상태에 대해서 평행한 것보다 오히려 직교하게 된다. 이때, 제1 동작 모드에서 액티브 렌즈 셀에서의 편광 가이딩 회전을 개선할 수 있는 장점이 있다. 평판형 기판(203)에서의 배향 방향이 패널 출력 편광(200)에 직교하는 것은 도 8b에 설명된다. 렌즈 어레이는 배향 방향(205)을 갖는다.

도 18은 강화된 휘도 특성을 갖는 반투과형 표시모드에 사용되는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 광원(252)은 ITO 코팅막(256)을 갖는 지지기판(254)을 포함하는 액티브 렌즈 및 등방성 물질(258)을 조명한다. 배향막(260)은 등방성 물질(258) 상에 형성되고, 액정물질(262)은 배향막(260) 및 ITO 코팅막(256)과 그 위에 형성된 배향막(264)을 갖는 평판형 기판(268) 사이에 개재된다. 기판(266)은 예를 들어, 160㎛의 두께를 갖는 마이크로 시트가 될 수 있다. 액티브 렌즈는 편광판과 기본적인 반투과형 표시장치에 사용되는 파장판 스택 상에 위치한다. 반대 기판(272)과 액정층(274)은 흡수 영역(277), 입사광을 반사하기 위한 반사영역(278) 및 백라이트와 액티브 매트릭스 백평면(284)으로부터의 광을 투과시키기 위한 투과영역(280)을 갖는 반투과형 픽셀 평면(276) 상에 형성된다.

주변 광원(252)으로부터 광은 표시장치를 조명한다. 제1 동작 모드에서, 렌즈는 포커싱 기능을 갖도록 오프 상태로 있다. 따라서, 광원은 픽셀 평면(276)에 포커싱된다. 반사된 광은 광선으로 나타난 바와 같이 관찰자에 포커싱되도록 인접한 렌즈에 의해서 집광된다. 표시장치의 정면에 위치한 제한된 창에서, 이미지는 더 밝게 나타난다. 밝은 창이 어두운 창에 의해서 점재됨으로써, 전반적인 휘도가 보존된다. 투과모드에서, 제한된 투과 영역으로부터의 광은 이미지의 휘도를 증가 시키기 위해 창 평면에 포커싱된다. 정면 반사(288)는 일반적인 광(286)과 다른 방향으로 진행하므로, 보이지 않는다.

도 18에 도시된 표시장치의 동작은 도 19에 도시된다. 입사된 광은 렌즈(262)에서 두 개의 편광 상태로 분해된다. 오프 상태에서, 렌즈에 의해서 포커싱된 편광 상태는 렌즈의 기하학적 축(292)에 평행하고, 종래의 반투과형 표시장치에서는 20°로 기울어 졌지만, 평평한 기판(294) 상에 구비된 렌즈를 통해서 회전되어 표시장치의 편광판의 투과축과 평행하게 입사된다. 이러한 광은 표시장치에 의해서 변조된 반사형 백플랜(296) 위로 통과되고, 편광판(298)과 평판형 기판(300)을 통해 반사된다. 렌즈(302)에 의해서 관찰자(290) 측으로 포커싱되도록 광의 제2 회전이 발생한다.

렌즈 기능이 없는 모드에서, 액정배향은 입사 편광이 모든 편광에서의 액정의 정상 굴절률을 나타내도록 온 상태가 되고, 그래서, 렌즈는 효율적인 기능을 가지지 못하고, 광학적 출력은 실질적으로 변경되지 않는다.

액티브 렌즈 장치에서 비제로 트위스트의 사용에 대한 이점은 셀의 배향의 퇴보가 감소한다는 것이다. 배향의 퇴보는 상부 및 하부면 사이에서의 액정 배향에 대한 셀에서의 액정의 다중 미니멈 에너지 트위스트 방향으로부터 상승한다. 다중 회전 에너지 미니멈들이 존재한다면, 분자들의 다중 회전 경로는 셀을 따라올 것이고, 따라서, 가이딩 효과가 달라질 수 있고, 셀의 다른 부분에서 다른 렌즈 특성이 제공될 것이다.

이러한 과정에서, 액티브 렌즈의 편광 상태의 회전은 렌즈의 표면에 평행한 배향을 유지하는 동안 패널에 대한 렌즈 기능의 최적화를 제공한다. 장치는 반사된 광의 반사 경로와 마찬가지로 투과된 광을 위해 이와 같은 방식으로 동작한다.

도 20에서 나타낸 실시예에서, 실린더형 렌즈 어레이는 패널의 컬럼 픽셀에 대해서 틸트될 수 있다. 패널의 픽셀에 대해서 렌즈 축이 틸트되는 것은 잘 알려진 기술이다. 본 발명에서는 렌즈 표면에서 기하학적 렌즈 축에 평행한 액정 배향을 갖는 액티브 렌즈가 요구된다. 이러한 장치는 트위스트를 달성하기 위해 평면과 볼록면과의 사이에서 트위스트를 유용하게 사용할 수 있다. 도 20은 픽셀들(306)이 컬럼과 로우로 배열되는 픽셀 평면(304)을 나타낸다. 픽셀들은 45°의 출력 편광(308)을 갖는 투과형 노멀리 화이트 트위스트 네마틱 액정에 일체로 형성된다. 액티브 렌즈의 평판형 기판(310)은 45°의 배향 방향을 갖고, 볼록면(312)은 예를 들어 10°의 기하학적 렌즈 축의 배향을 갖는다. 볼록면(312)위의 배향막의 방향은 평판형 기판에서의 배향막 방향과 수직한 방향의 성분을 갖도록 190°로 설정된다.

렌즈는 도면에 도시된 볼록면과 반대되는 곡률을 가지고 배향될 수도 있다. 이러한 경우에, 액정 렌즈의 가장 얇은 부분은 렌즈의 끝에 인접한 부분보다 렌즈의 중심에 배향된다. 이러한 렌즈는 증가된 렌즈의 변형 때문에 감소된 품질의 파면을 경험한다.

수직 배향막

상기한 실시예들은 종래의 수평 배향막과 포지티브 유전율 이방성 물질의 사용을 설명했다. 그러나, 표시장치가 2D 모드로 동작하기 위해서는 셀로 인가되는 전압이 필요하다. 많은 장치에서 2D 모드는 더 많이 사용된다. 2D 이미지를 위해 3D 모드로 동작하는 장치는 표시장치의 사용자에게 원하지 않은 인공물을 초래할 수 있다. 따라서, 대부분 스위치된 동작 상태로 유지되기 위해 이러한 구성요소가 필요할 것이다. 그러나, 이것은 3D 모드와 비교했을 때 표시장치의 소비 전력을 증가시키는 결과를 초래한다. 만약 스위칭에 실패했을 경우, 장치는 3D 모드로 남아있게되는 원하지 않은 일이 발생한다.

오프 상태일 때, 2D 모드로 동작하기 위해서, 광학적 마이크로구조의 물질(108)의 굴절률은 액정 물질의 이상 굴절률과 동일하게 설정될 수 있다. 이때 액정 물질과 고분자 물질은 낮은 비용으로 쉽게 이용이 가능하고 안전하게 다룰 수 있기 때문에 부적당하다.

상술한 예에서, E7은 Merck사로부터 제조된 종래의 포지티브 유전율 이방성 물질이고, 1.75의 이상 굴절률과 500nm에서 0.22의 델타값을 갖는다. 고분자 물질은 1.6보다 큰 굴절률을 갖지만, 이러한 물질은 독성을 갖고, 비싸며, 다루기 어려운 경향이 있어 바람직하지 못하다. 포지티브 유전율 이방성 액정 물질의 굴절률(n_e)은 고분자 물질에 매칭되기 위해 감소될 수 있다. 그러나, n_e의 감소는 물질의 델타(n)를 감소시키는 경향이 있다. 예를 들어, Merck Limited로부터 제공된 MLC3376은 1.57의 n_e 값을 갖지만, 단지 0.09의 델타값(n)을 갖는다. 이러한 렌즈는 100 마이크론보다 작은 렌즈 곡률을 요구한다. 따라서, 이러한 렌즈는 증가된 휨, 반전된 배향, 증가된 반사면 및 증가된 분산, 광학적 크로스 토크 및 응답시간을 유도하는 디그레이드된 변형을 갖는다. 또한, 이러한 렌즈는 강하게 가이딩될 수 없고, 그로 인해 셀에서의 입력 편광에 대한 회전이 비효율적이 될 수 있다.

따라서, 렌즈 구조를 형성하기 위해 종래에 사용되는 많은 고분자 물질은 단순하고, 싸며, 액정 물질의 굴절률의 이상 성분보다 정상 성분에 매칭되는 등방성 물질의 굴절률을 사용하기 위해 높은 수행 능력을 제공한다.

따라서, 수평 배향, 포지티브 유전율 이방성 액정 및 고분자 물질의 조합을 사용하도록 제조된 액티브 렌즈 장치는 일반적으로, 상술한 이유들 때문에 2D 모드로의 동작이 요구된다.

액티브 렌즈는 도 7과 유사하게 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 만들어진다. 기판(102)은 전극들(110, 112), 광학적 마이크로구조(108) 및 기판의 표면 상에 형성된 수직 배향막(128)을 갖는 반면에, 기판(104)는 전극들(114, 115) 및 기판의 표면 상에 형성된 수직 배향막(130)을 갖는다. 셀은 네가티브 유전율 이방성을 갖는 액정 물질(132)로 채워진다.

장치의 동작 과정은 도 10a에 도시된다. 표시장치의 출력 편광은 수직 방향에 평행한 입력 선 편광 상태의 방향(136)을 제공한다. 수직 배향은 방향자가 평면에 실질적으로 직교하게 배향되는 것이다. 오프 상태에서, 도 9에 전극(110)의 전극(110) 아래의 액정 표시장치의 배향(124)에 의해서 도시된 바와 같이, 편광 상태는 액정 물질 위로 입사되고, 액정 물질의 정상 굴절률을 나타낸다. 다시 말해, 등방성 고분자 마이크로 구조(108)의 굴절률에 매칭된다. 따라서, 렌즈에서의 실질적인 위상 단계는 존재하지 않고, 렌즈는 실질적으로 출력 방향 분포에 대해서 아무런 효과를 가지지 못한다.

온 상태에서, 도 9a 및 도 9b에서 전극(112) 아래에 도시된 바와 같이, 액정의 네가티브 유전율 이방성은 셀의 중심에서 실질적으로 기판의 평면에 존재하도록 변형되기 위한 배향을 초래한다. 따라서, 액정의 이상 굴절률의 성분은 표시장치의 출력 편광에 의해서 나타나고, 위상 단계는 렌즈에 의해서 생성된다. 이러한 렌즈는 표시장치의 방향 분포를 변경하기 위해 사용될 수 있고, 3D 동작 모드를 생성할 수 있다.

이러한 실시예는 종래에 낮은 굴절율을 갖는 고분자 물질을 사용하는 스위칭되지 않는 2D 동작 모드를 생성하는데 도움이 되고, 그 결과 가격이 저렴해지고, 제조 공정도 단순해진다. 이러한 실시에에서, 표시장치의 소비 전력은 단지 3D 모드로 동작할 때 표시장치에서 소비되는 전력으로 나타난다.

온 상태에서, 액정 분자는 전계에 의해서 액정에 평행하게 당겨진다. 렌즈 표면에서 액정 물질의 기본 배향은 렌즈 마이크로 구조의 표면 에너지에 의해서 기하학적 마이크로 렌즈 축에 평행하게 만들어진다. 추가적으로, 배향의 특징은 구동 상태에서의 이러한 배향을 촉진시키기 위해 이러한 표면 상에 일체로 형성될 수 있다는 것이다. 이러한 배향의 특징은 고분자 마이크로구조로 형성된 기하학적 마이크로렌즈 축에 평행하게 연장된 그루브로 형성될 수 있다. 이러한 그루브는 예를 들어 회절 격자에 의해서 형성될 수 있다. 회절 격자는 마이크로 렌즈의 마스터링 공정에서 형성될 수 있다. 그 결과, 회절 격자는 렌즈의 동일한 반복 공정을 통해 형성될 수 있다.

또한, 평판형 기판은 온 상태에서 분자의 기본 배향에서 수평 배향 구조를 갖는다. 온 상태에서 기본 배향막은 표시장치의 출력 편광 상태가 실질적으로 기하학적 마이크로 렌즈 축에 평행하도록 셀에 의한 편광의 회전을 제공하기 위해 배열될 수 있다. 이것은 도 10b에 설명된다. 45°의 패널 출력 편광은 평판형 기판 상으로 입사된다. 오프 상태에서, 수직 배향된 액정은 등방성 물질에 매치되는 정상 굴절률을 갖는 것으로 보여지고, 그 결과 실질적으로 회전이 요구되지 않는다. 온 상태에서, 배향막(208)은 액정 분자가 실질적으로 패널의 출력 편광 방향에 평행하게 배향되도록 수평 배향 바이어스를 갖는다. 렌즈에서, 수평 배향 바이어스는 평판형 기판에서 수직한 배향 성분에 평행하지 않고, 그 결과 회전은 셀을 통해 제공된다. 이러한 회전은 상술한 바와 같은 이점을 제공한다. 특히, 추가 파장판을 요구하지 않으면서 표준 표시장치의 출력 편광을 갖는 렌즈의 배향을 인정하거나, 또는 표시장치의 출력 편광의 다른 변화를 인정할 수 있는 이점을 갖는다. 따라서, 표시장치의 시야각이 최대화된다.

본 발명의 다른 실시예는 도 11 및 도 12에 도시된다. 도시된 바와 같이, 평판형 기판에서 배향막(134)은 액정이 기판에 평행하게 배향되도록 유도할 수 있는 수평 배향막이다. 오프 상태에서, 입사된 편광은 평판형 기판에 인접한 물질(136)의 이상 굴절률을 나타낸다. 그러나, 렌즈의 표면에 인접한 물질(138)은 수직 배향된다. 그 결과 편광 상태는 실질적으로 볼록면의 영역에서의 정상 굴절률을 나타낸다. 고분자 물질의 굴절률이 액정 물질의 정상 굴절률에 실질적으로 매칭됨에 따라서, 위상 단계는 나타나지 않으며, 렌즈는 아무런 기능도 가지지 않는다.

수평 배향막에 인접한 영역에서 렌즈의 추가적인 전력을 보상하기 위해, 액 정 물질의 정상 굴절률은 고분자 물질의 굴절률보다 낮아질 수 있다. 렌즈의 곡률은 액정 물질의 이상 굴절률과 고분자 물질의 굴절률에 의해서 설정된다.

온 상태에서, 네가티브 유전율 이방성 물질은 방향자(140)가 전체 셀에 의해서 기판에 평행하게 되도록 재배향된다. 그리고, 편광 상태는 액정 물질의 이상 굴절률을 나타낸다. 이때, 렌즈에서의 위상 단계가 나타나고, 변화된 방향 분포의 상승과 3D 동작 모드를 나타낸다. 이것은 도 11a 및 도 11b에 도시된 전극(112) 아래에 구비된 방향자 배향(140)에 의해서 설명된다.

렌즈 표면 상에 구비된 배향막에서 수직 배향 및 수평 배향의 조합은 도 13에 도시된 바와 같이 쌍안정성 렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 렌즈는 두 가지 상태를 스위칭 하기 위해 제공되는 다른 전력을 요구하지 않는다. 픽셀 강도 스위칭 제품의 평면 셀은 "Grating aligned bistable Nematic device", G.P. Bryan-Brown, C.V.B개주, J.C.Jones, E.L.Wood, I.C.Sage, P.Brett, J.Rudin SID 97 Digest pp37-40에 기술되어 있다. 격자와 수직 재향막의 조합은 쌍안정성 셀을 생성하기 위해 사용된다.

제1 전극 영역(110)에서, 펄스는 물질이 수직 배향막에 연관되어 셀을 배향하도록 셀을 구동시킨다. 이후, 입사 선 편광 상태는 액정 물질(146)의 정상 굴절률을 나타내고, 렌즈 구조는 분해되지 않는다. 만약 전압 펄스가 제공된다면, 렌즈 표면에서의 액정 배향은 리렉터(148)가 격자 표면에 평행하게 놓여지도록 변경된다. 따라서, 렌즈의 표면 영역에서, 편광 상태는 액정 물질의 이상 굴절률을 나타내고, 렌즈는 분해된다. 만약 격자의 표면 에너지가 수평 배향막의 표면 에너지와 유사하게 설정되면, 장치는 쌍안정성을 가질 수 있고, 2D 모드와 3D 모드로 구동될 수 없다. 장치는 포지티브 또는 네가티브 전압 펄스가 제공되는 것에 의해서 2D 모드와 3D 모드 사이로 스위칭된다.

상술한 실시예에서, 수직 배향막은 제1 비구동모드에서 입사 편광 상태가 고분자 물질의 굴절률에 매칭되는 액정의 정상 굴절률을 나타내도록 렌즈의 표면에 사용된다. 정상 굴절률을 사용함으로써, 표준 고분자 물질은 제조 장치에 사용될 수 있다. 위상 구조가 렌즈의 표면에서 형성됨에 따라서, 렌즈의 평면은 수직 배향 또는 수평 배향을 사용할 수 있다.

외부 편광판 액티브 렌즈 장치

종래의 표시장치는 편광된 출력 편광 시스템에서 편광판에 대한 액티브 렌즈의 상대적인 위치에 대해서는 개시하고 있지 않다. 도 14에 도시된 바와 같이, 액티브 렌즈는 예를 들어, 마이크로 시트 유리 또는 150 마이크론 또는 이보다 작은 두께를 갖는 플라스틱 물질로 이루어진 기판(211), 평판형 기판 배향막, ITO 코팅층(212), 렌즈 기판 배향막, ITO 코팅층(214), 복굴절성 물질(218), 등방성 물질(220) 및 최종 기판(216)을 포함한다. 액티브 렌즈는 표시장치의 출력 편광판 다음에 위치한다. 강도는 표시 편광판에 의해서 분석될 수 있고, 그 결과 렌즈는 단지 출력 광의 방향성을 조정한다. 이러한 시스템은 출력 편광판의 두께로 인한 시각 거리의 증가로 인해서 손상되고 있다.

시스템의 시각 거리는 도 15에 도시된 바와 같이 액티브 렌즈 장치의 이후에 위치하는 편광판에 의해서 감소될 수 있다. 이 경우에, LCD 편광은 출력 편광판 (82)에 의해서 분석되기 이전에 먼저 액티브 렌즈(211-220)를 통과한다. 표시장치의 동작은 도 16에 도시된다. 예를 들어, 표시장치가 출력 편광판에 의해서 0°로 설정된 노멀리 화이트 출력 편광각을 갖는 액정 표시장치라면, 평판형 기판은 0°의 배향막(224)을 갖는 수평 배향을 갖는다. 오프 상태의 렌즈에서, LCD 로부터의 화이트 상태의 광은 실린더형 렌즈 위로 입사된 편광(226)이 기하학적 렌즈 축에 평행하도록 렌즈를 통과한다. 이후, 광은 0°의 투과 방향을 갖는 출력 편광판(228)을 통해 투과된다. 온 상태의 렌즈에서, 전계는 셀에 제공되고, 포지티브 유전율 이방성 물질은 실질적으로 셀의 기판에 직교하기 위해 재배향된다. 따라서, 편광 상태는 렌즈의 정상 굴절률을 나타내고, 렌즈의 기능이 첨가되지 않는다. 출력 편광 상태는 출력 편광판을 통과한다.

이러한 형태는 출력 편광판에서 콘트라스트의 손실 때문에 렌즈 셀에서 비제로 각도의 편광 회전을 갖는 장치에서 용이하게 동작되지 않는다. 표시장치의 출력 편광을 회전시키기 위해 하나 또는 그 이상의 파장판을 추가적으로 요구한다. 파장판은 편광판보다 얇게 만들어질 수 있다. 또한, 렌즈 셀에서 콘트라스트의 손실은 최종 이미지의 콘트라스트를 저하시키기 위해 이용될 수 있다.

외부 편광판 실시예는 추가적으로 외부 주변광에서 렌즈의 가시성을 감소시키는 이점을 갖는다. 표시장치의 정면으로 입사된 외부 광원은 입력 편광판을 통과하고, 렌즈와 위상 단계를 갖는 다른 표면들(예를 들어, ITO와 같은 반사 코팅층)에서 프레넬 반사를 경험하고, 그 이후, 출력 편광판을 뒤로 통과한다. 따라서, 외부 편광판은 각 방향으로 통과하는 광의 일부를 흡수하고, 그 결과 렌즈의 반사 작 용을 감소시키고, 표시장치의 콘트라스트를 증가시킨다.

이러한 구성요소는 콘트라스트를 최적화하기 위해 높은 편광 변환의 효율성을 갖는 액정 모드에 사용될 수 있다. 투과형 노멀리 화이트 스위스트 네마틱 액정과 같은 몇몇 장치에서, 온 상태(최대 화이트 레벨을 생성하는 편광 상태)는 블랙 상태에서 대해서 90°회전을 갖는다. 따라서, 렌즈를 통과하는 편광 상태는 단지 온 상태로 결정될 수 있다. 혼합된 트위스트 네마틱 장치와 같은 다른 장치에서, 온 편광 상태는 블랙 상태에 직교하지 않을 수 있다. 이러한 장치는 내부 액티브 렌즈의 형태에서 감소된 콘트라스트를 경험한다.

반사형 액정표시장치와 같이 파장판이 편광판 뿐만 아니라 광학 출력 상에 사용되는 시스템에서, 파장판은 표시장치의 출력이 실질적으로 선형이 되도록 픽셀 평면과 액티브 렌즈 장치와의 사이에 구비될 수 있다.

도 21은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 고분자 전계발광 장치와 같은 발광형 표시장치는 발광형 픽셀(316-330)이 형성된 기판(314)을 포함한다. 표시장치의 구성요소의 잔류물에 의한 최적 투과를 제공하기 위해 배향되는 발광형 픽셀은 비편광되거나, 부분적으로 편광되거나, 또는 선 출력 편광 바향을 갖도록 편광될 수 있다. 발광형 표사장치의 반대 기판(332)은 부착된 액티브 렌즈 구성요소를 갖는다. 액티브 렌즈는 예를 들어 마이크로 시트(334), ITO 전극(336, 343), 스위칭 가능한 복굴절성 물질(338), 볼록한 구조의 등방성 표면(340) 및 지지기판(344)을 포함한다. 최종 출력 편광판(346)은 마이크로 렌즈의 기하학적 축과 평행한 투과 방향으로 부착된다.

오프 상태에서, 액정 물질은 픽셀로부터 출력된 광을 입력받고, 수직 편광 상태 때문에, 굴절성 구조에서 위상의 미스매치가 발생한다. 그래서, 렌즈는 광학적 기능을 갖는다. 이러한 편광 상태는 출력 편광판(346)을 통해 투과된다. 따라서, 액티브 렌즈는 픽셀 평면과 출력 편광판과의 사이에 구비될 수 있고, 표시장치의 시각 거리가 용이하게 감소될 수 있다. 온 상태에서, 분자들은 편광판을 통해 투과된 출력 편광이 액정 물질의 정상 굴절률을 나타내도록 재배향되고, 렌즈의 기능이 나타나지 않는다. 이러한 과정에서 편광판(344)은 클린-업 편광판의 기능과 렌즈 분석 편광판의 결합하는데 도움이 된다.

편광 발광형 표시장치

고분자 물질을 포함하는 무기 또는 유기 전계발광 표시장치와 같은 발광형 표시장치와 저분자 유기 전계발광 표시장치와 같은 발광형 표시장치는 일반적으로 비편광 광 출력을 생성한다. 그러나, 방향 분산 광변환 시스템은 람버티안과 같은 제1 모드와 자동입체 3D 창과 같은 제2 모드와의 사이에서 재구성되도록 표시장치를 사용하기 위해 편광 스위칭에 의존할 수 있다. 따라서, 비편광 표시장치는 편광 방향분산 광변환 시스템에 결합될 때 편광 손실을 나타낼 것이다.

액티브 렌즈를 포함하는 방향분산 광변환 시스템의 입력 편광 상태를 갖는 편광 발광형 표시장치의 출력 편광을 얼라인시킴으로써, 발광형 표시장치에서 높은 광효율성을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 편광 배향은 표시장치의 발광형 픽셀에서 발광형 물질의 단축배향 발색단에 의해서 달성될 수 있다. 편광 출력의 메인 축의 배향 방향은 복굴절성 마이크로렌즈에서 복굴절성 물질의 배향 방향과 서 로 작용하여 설정될 수 있다.

이러한 과정에서, 액티브 렌즈를 사용하는 고효율성 발광형 방향분산 광변환 표시장치가 달성될 수 있다. 이러한 표시장치는 LCD 장치의 전반에 걸쳐서 추가적인 이점을 갖는다. 예를 들어, 백라이트를 요구하지 않고, 그 결과 모바일 제품에 적절하게 얇고 가볍게 만들 수 있다.

편광된 출력을 제공하는 편광 발광형 표시장치의 다양한 형태가 사용될 수 있다. 예를 들어, "Polarized Electoluminescence from an Anisotropic Nematic Network on a Non-contact Photoalignment Layer", A.E.A.Contoret, S.R.Farrar, P.o.Jackson,S.M.Khan,L.May,M.O'Neill, J.E.Nicholls, S.M.Kelly and G.J. Richards, Adv.Master. 2000, 12, No. 13, July 5p971에 개시된 편광 유기전계발광 표시장치가 될 수 있다. 상기한 표시장치는 실 시스템에서 11:1의 편광 능률을 달성할 수 있다는 것을 보여준다.

도 17은 본 발명의 실시예를 나타낸다. 픽셀 어레이(230-244)는 표시기판(246) 상에 형성된다. 기판(246)은 각 픽셀이 전기적 신호에 독립적으로 어드레싱될 수 있도록 어드레싱 박막 트랜지스터와 전극의 어레이를 포함한다. 박막 트랜지스터는 무기 또는 유기 물질로 이루어질 수 있다. 픽셀은 어드레싱 트랜지스터가 픽셀에 필요하지 않는 패시브 어드레싱 구조로 어드레싱될 수도 있다. 각 픽셀(23-244)은 발광 편광이 실질적으로 선형이고 실질적으로 전체 픽셀에 대해 동일한 배향이 되도록 발색단을 포함하는 발광형 물질이 단일축으로 얼라인되는 발광형 영역을 포함한다. 각 픽셀은 실질적으로 동일한 편광 방향을 갖기 위해 배열된다. 발광 형 물질은 고분자 전계발광 물질 또는 저분자 전계발광 물질이 될 수 있다. 발광 물질의 분자를 얼라인시킴으로써 편광 발광을 생성하기 위한 수단은 이미 알려져있다. 커버기판(248)은 픽셀에 부착된다. 커버기판(248)은 장벽층과 콘트라스트 확장 블랙 마스크층에 일체로 형성될 수 있다.

선택적 편광판(250)은 커버기판(248)에 부착될 수 있다. 편광 출력은 커퍼기판의 내측 표면에 형성되거나, 픽셀 평면에 인접하여 형성되거나 또는 픽셀 평면에 일체로 형성될 수 있다.

예를 들어, 편광 유기 전계발광 표시장치는 11:1의 편광 비율을 갖는다. 45%의 편광 효율성을 갖는 전형적인 편광판과의 결합체에서, 클립-업 편광판과의 결합체에서 비편광된 광원의 45%의 편광효율과 비교했을 때, 광원의 전체 효율은 82.5%가 될 것이다.

액티브 복굴절성 마이크로렌즈(212-220)은 편광판(250)의 표면 상에 형성된다. 스위칭 셀로부터의 출력편광을 스위칭하기 위해 전압은 액정셀로 제공된다.

도 17의 장치는 다음 방식으로 동작한다. 편광 방출형 픽셀 어레이(230-244)로부터의 출력 편광은 발광형 물질의 편광 방향의 메인 축에 평행한 투과축을 갖는 선형 편광판(25)에 의해서 제거된다. 이러한 편광 상태는 오프 상태에서 복굴절성 렌즈(218)에서 액정 물질의 배향에 평행하게 얼라인된다. 이러한 굴절률은 등방성 물질(40)의 굴절률과 다르고, 그 결과 렌즈 효과가 나타난다. 제2 모드에서, 물질(218)은 렌즈 표면에서 등방성 물질에 대해서 실질적으로 굴절률 단계를 가지지 않도록 제공된 전계에 의해서 재배향되고, 이때 렌즈는 광학적 기능을 갖지 않는다. 렌즈는 창 평면에서 픽셀 평면의 이미지를 생성하기 위해 배열될 수 있다.

최적 구동 온도 범위의 확장

최적 구동 온도 범위를 확장하기 위한 고려 사항들이 지금 설명될 것이다. 이러한 고려 사항들은 상술된 모든 액티브 복굴절성 렌즈 어레이에 적용되고, 또한 전극으로 제공되는 전압의 제어를 통해 두가지 모드로 동작가능한 일반적인 다른 액티브 복굴절성 렌즈 어레이에 적용된다.

표시장치의 수행 능력은 동작 온도에 따라서 변화될 수 있다. 이것은 온도에 따른 복굴절성 물질의 정상 또는 이상 굴절률의 변화와 등방성 물질율의 변화 때문일 수 있다.

액정과 고분자 물질의 전형적인 결합에 대해서 온도(352)에 따른 굴절률(350)의 변화는 도 22에 개략적으로 나타난다. 네마틱 등방성 변이 온도에 근접해감에 따라서 정상 굴절률(356)이 증가하는 경향이 있는 반면에 이상 굴절률(354)은 감소하는 경향이 있다. 상술한 네마틱 등방성 변이 온도(360)는 복굴절성 물질의 굴절률들에 매치된다. 도시된 바와 같이, 고분자 물질의 굴절률(358)은 온도에 따라 감소할 수 있다.

도 22에 도시된 시스템은 고분자 굴절률(356)이 포지티브 유전율 이방성 액정물질에 대한 복굴절성 물질의 정상 굴절률에 실질적으로 매칭되는 전형적인 물질 시스템을 나타낸다. 본 발명의 그 밖의 부분에서 설명된 바와 같이, 이러한 시스템은 고분자의 굴절률과 정상 굴절률이 실질적으로 매칭되는 2D 모드로 동작 가능한 셀로 제공되는 전압을 요구한다. 다른 물질 시스템에서, 다음과 같은 고려 사항들 에 필요한 변경을 가하면, 고분자 물질의 굴절률은 실질적으로 복굴절성 물질의 이상 굴절률에 매칭될 수 있다.

구동 온도(362)는 일반적으로 20℃-25℃의 범위의 실내 온도에 존재하고, 바람직하게 20℃이다.

고분자 굴절률이 정상 굴절률(356)과 동일해지는 지점(368)에서의 제로 전압 인덱스 매치 포인트(368)는 물질의 정확한 선택에 의존하는 설계 변수로써 선택될 수 있다. 일반적으로, 제로 전압 인덱스 매치 포인트(368)는 설계 구동 온도로 설정될 수 있다. 그러나, 다음과 같이 높은 온도에서 제로 전압 인덱스 매치 포인트(368)가 바이어싱되는 이점이 있다고 평가될 것이다.

먼저, 표시장치는 20℃의 정상 설계 온도 이상의 온도에서 더 자주 사용된다. 따라서, 고분자 물질의 굴절률이 복굴절성 물질의 굴절률들 중 어느 하나에 정확하게 일치하는 온도의 상승은 다른 표시장치의 비율보다 크게 사실상 고분자 물질의 굴절률이 복굴절성 물질의 굴절률들 중 어느 하나에 근접해진다.

설계 온도(362)에서 복굴절성 물질의 굴절률(356)이 고분자 물질의 굴절률(358)에 실질적으로 매치되는 시스템에서, 굴절률 매칭 조건은 온도가 증가됨에 따라서 소실될 수 있다. 이러한 현상은 실내 온도에서 고분자 굴절률이 정상 굴절률과 이상 굴절률 사이에 존재하도록 설정됨으로 인해서 극복될 수 있다. 강도의 낮은 변화는 2D 모드의 창 평면에서 보여진다. 2D 렌즈 기능을 충족시키기 위한 굴절률 매칭 조건에 충분히 근접한 온도의 범위가 확장되도록, 구동온도가 상승함에 따라서, 액정 정상 굴절률(356)이 고분자 굴절률(358) 측으로 상승한다.

두 번째로, 온도 변화에 대해서 장치의 기능을 보상하기 위해 사용될 수 있는 도 23에 도시된 장치가 설명될 것이다. 온도 센서(370) 또는 매뉴얼 유저 조절장치(372)는 렌즈 셀(376)에 제공되는 전압을 구동하는 전압 컨트롤러(374)를 설정하기 위해 사용된다. 따라서, 작은 전압이 2D 모드에서 렌즈에 제공될 수 있다. 전압을 제어하는 소프트웨어 제품에 사용자가 입력하는 것을 통해서나 또는 직접적인 전자 조정을 통해 충족될 수 있다.

고분자 굴절률(358)은 설계 구동 온도(362), 바람직하게 25℃ 이상의 한계에서 온도의 범위 전체적으로 정상 굴절률(358)과 이상 굴절률(354) 사이에 존재한다. 특히, 한계는 제로 전압 인덱스 매치 포인트(368)이다. 온도의 범위 전체에서, 전압 컨트롤러(374)는 제2 모드(2D 모드)에서 온도의 변화를 보상할 수 있고, 그 결과 효과적인 온도 구동 범위를 확장시킬 수 있다.

도 24는 이러한 장치에서 굴절률의 변화를 개략적으로 나타낸다. 유효 굴절률은 복굴절성 렌즈를 통과해 관찰자까지 진행하는 편광 상태에 의해서 나타나는 합성 굴절률이다. 유효 굴절률은 복굴절성 물질의 정상 굴절률과 이상 굴절률의 분해된 성분이다. 만약 전압이 복굴절성 물질에 제공된다면, 편광상태에 의해서 나타나는 정상 굴절률과 이상 굴절률의 상관 성분이 변화되도록 또한 그 결과 유효 굴절률이 변화되도록 물질이 재 배향한다.

설계 구동 온도(362)에서, 입사 편광 상태가 렌즈를 통과하는 것에 의해서 나타나는 유효 굴절률은 전압이 복굴절성 물질을 스위칭하기 위해 제공될 때의 고분자 굴절률보다 낮다.

감소된 전압이 제공된다면, 편광에 의해 나타나는 유효 굴절률은 편광 상태가 복굴절성 물질의 이상 굴절률의 성분을 나타내기 시작할 때 화살표에 의해 나타나는 양까지 증가될 것이다. 고분자 굴절률(358)이 표준 구동 온도에서 액정의 정상 굴절률 이상으로 설정된다면, 렌즈에서의 효과적인 굴절률은 구동온도에서 고분자 굴절률(358)에 매치되기 위해 제어될 수 있다.

전압이 구동 온도를 화살표에 의해 나타나는 온도에 매치하기 위해 조정된다면, 제2 모드에서의 구동 온도 범위가 확장될 것이다. 상기한 온도(368)에서, 전압은 인덱스 매칭 조건을 달성하기 위해 제공되지 않는다. 전압(374)은 온도 센서(370)로부터 자동 피드백되는 것에 의하거나 또는 표시장치의 기능을 최적화하기 위한 입력에 의한 매뉴얼 수정에 의해서 설정될 수 있다.

이와 유사하게, 도 25에 설명된 바와 같이 제1 모드(3D 모드)에서 구동 온도 범위는 확장될 수 있다. 온도(352)가 증가함에 따라서, 물질의 이상 굴절률이 감소될 것이다. 그 결과 렌즈의 소비전력이 감소될 수 있다. 렌즈 곡률 반경의 선택에 의해서 조절될 수 있는 렌즈 어레이의 전력은 설계 구동온도(바람직하게 적어도 25℃) 이상의 한계를 향한 온도의 범위에 걸쳐서 표시장치에 구비된 공간적 광 변조기의 최적 초점에서 설계 구동 온도에 대해 요구되는 전력보다 크게 설정될 수 있다. 이러한 온도 범위의 전반에서, 전압 컨트롤러(374)는 제1 모드(3D 모드)에서 온도 변화를 보상할 수 있고, 그 결과 유효 온도 구동 범위가 확장될 수 있다.

이 실시예에서, 전압이 셀에 제공되지 않는다면, 렌즈의 전력은 실내 온도에서 최적화 기능을 위해 요구되는 전압보다 약간 높아진다. 적정 전압이 최적 렌즈 구동을 달성하기 위해 렌즈 셀에 제공될 수 있다. 렌즈에서 편광 상태에 의해서 나타나는 유효 굴절률이 굴절률(372)의 궤적으로 떨어지는 화살표(370)에 의해서 설명된다. 온도가 증가됨에 따라서, 렌즈의 유효 굴절률은 하락할 것이고, 그 결과 필요한 굴절률의 하락(374)이 작아질 것이고, 구동 전압이 렌즈의 광학 기능을 유지하기 위해 감소될 것이다. 도 23에 도시된 바와 같이 동일한 제어 시스템은 최적 표시초점을 설정함으로써 시스템의 기능을 최적화하기 위해 사용될 것이다. 온도 범위에서 최적 초점의 교정은 마지막 사용자에게 발송되기 이전에 표시장치에 대해서 결정될 것이다.

렌즈의 최적 초점은 렌즈의 전력과 공간적 광 변조기의 픽셀 평면과 렌즈의 분리에 의해서 결정된다.

렌즈의 최적 초점은 예를 들어, 근축 초점, 최소 온-축 스폿 사이즈, 필드 평균 스폿 사이즈, 광 경로 차이로 구분된 최대 온-축 루트 수단 및 광 경로 차이로 구분된 최소 필드 평균 루트와 같이 이미 잘 알려진 기술에 의해서 정의될 수 있다. 최적 초점은 픽셀 평면의 아이 스폿의 사이즈(픽실 평면에서 정상 인간의 눈동자에 비친 이미지의 사이즈)에 의해서 결정될 수도 있다. 일반적으로, 최적 초점은 아이 스폿의 사이즈가 최소화됨에 따라서 설정될 수 있다. 최적 초점은 픽셀 평면에서 최소 아이 스폿 사이즈와 다를 수도 있다. 예를 들어, 최적 초점 아이 스폿 사이즈는 합성 스폿이 컬럼들 사이의 갭의 이미지화에 의해서 창 평면에서 강도 차이를 제거하는 것에 도움이 되도록 픽셀 컬럼들 사이의 갭보다 클 수 있다. 최적 초점은 표시장치의 비쥬얼 조사에 의해서 결정될 수 있고, 그 결과 관찰자가 표시 장치에 대해서 수직적으로 이동할 때 표시면 상에 나타나는 주변의 비쥬얼 조사는 최적으로 인지된 표시장치의 외형을 획득할 수 있다. 최적 초점의 설정은 사용자의 개인 취향을 최적으로 충족시키기 위해서는 표시장치의 외형을 변화시키는 것을 허용하기 위해 표시장치 상에서 이루어지는 사용자 설정이 될 수 있다.

렌즈가 수직 배향막과 네가티브 유전율 이방성을 갖는 복굴절성 물질로 이루어진다면, 큰 구동 전압이 3D 구동을 위해 필요하다. 이 경우에, 2D 모드는 유효 굴절률이 고분자 굴절률 측으로 증가하도록 구동전압을 증가시킴으로써 최적화된다. 3D 모드에서, 유효 굴절률이 최적 초점 위치를 획득하기 위해 하락하도록 구동전압이 감소한다.

또한, 고분자 물질은 복굴절성 물질의 이상 굴절률에 근접해지도록, 그러나 작지 않게 설정될 수 있다. 이 경우에, 유효 굴절률의 작은 변화는 굴절률 매치를 생성할 것이지만, 구동 전압의 감소는 3D 모드에서 유효 굴절률을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 그래서, 최적 초첨에 대한 굴절률 단계를 생성할 수 있다.

이러한 과정에서, 표시장치의 구동 범위는 고분자 굴절률이 정상 굴절률과 이상 굴절률 사이에 설정됨으로써 확장될 수 있다.

더욱이, 3D 모드의 구동 온도의 범위는 설계 구동 온도에서 최적화된 렌즈에 대응하는 곡률 반경보다 작게 렌즈 곡률 반경을 설정함으로써 최적화될 수 있다

트위스트를 포함하는 렌즈를 구비하는 본 발명의 실시예는 보상을 더 요구할 수 있다. 렌즈내에서 트위스트의 정도는 오프셋 구동 전압에 의해서 결정될 수 있 다. 따라서, 작은 오프셋 구동 전압은 구동전압이 제공되지 않았을 때보다 렌즈 내에서의 트위스트를 더 작게한다. 최대 구동전압의 오프셋은 나타나지 않은 트위스트를 소개한다. 트위스트 효과를 제거하기 위해 패널 출력 편광 방향을 보상하기 위한 파장판이 요구될 수 있다. 표시장치 내에서 디자인 트위스트는 정확한 합성 트위스트가 오프셋 전압이 제공될 때 설계 구동 온도에서 렌즈 셀 내에 발생하도록 최적화되기 위해 제조될 수도 있다.

Claims

선 편광된 출력을 생성하는 표시장치용 변환 복굴절성 렌즈 어레이에서,

실린더형 렌즈 어레이를 형성하는 볼록면과 평면 사이에서 배향되는 복굴절성 물질; 및

전기적으로 제1 모드와 제2 모드 사이에서 상기 복굴절성 물질의 배향을 전환하기 위해 상기 복굴절성 물질에 제어 전압을 제공하는 전극들을 포함하고,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는, 상기 제1 모드에서 소정의 방향으로 편광된 입사광의 방향 분포를 변화시켜서 제1 출력광을 출사하고, 상기 제2 모드에서 상기 입사광과 동일한 방향 분포를 갖는 제2 출력광을 출사하고,

상기 제1 모드에서, 상기 복굴절성 물질 중 상기 볼록면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 실린더형 렌즈들의 기하학적 축에 평행하게 배향되고,

상기 제1 모드에서, 상기 복굴절성 물질의 배향 방향이 상기 평면과 상기 볼록면 사이에서 트위스트되도록 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 실린더형 렌즈들의 기하학적 축에 대해 소정의 각을 이루는 동시에 상기 평면에 평행하게 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제1항에 있어서, 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질을 상기 실린더형 렌즈들의 기하학적 축에 대해 상기 소정의 각을 이루는 동시에 상기 평면에 평행하게 배향하기 위해 상기 평면에 구비된 배향층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제2항에 있어서, 상기 볼록면에 위치한 복굴절성 물질을 상기 실린더형 렌즈의 기하학적 축에 평행하게 배향하기 위해 상기 볼록면에 구비된 배향층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수평 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제6항에 있어서, 상기 등방성 물질의 굴절률은 상기 복굴절성 물질의 정상 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
선 편광된 출력을 생성하기 위해 배열된 표시소자; 및

상기 표시소자의 출력이 입사되도록 배열된 변환 복굴절성 렌즈 어레이를 포함하고,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는

실린더형 렌즈 어레이를 형성하는 볼록면과 상기 표시소자의 출력이 입사되는 평면 사이에 배향되는 복굴절성 물질; 및

전기적으로 제1 모드와 제2 모드 사이에서 상기 복굴절성 물질의 배향을 전환하기 위해 상기 복굴절성 물질에 제어 전압을 인가하는 전극들을 포함하고,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는 상기 제1 모드에서 상기 표시소자의 출력의 방향 분포를 변화시켜서 제1 출력광을 출사하고, 상기 제2 모드에서 상기 표시소자의 출력과 동일한 방향 분포를 갖는 제2 출력광을 출사하고,

상기 제1 모드에서, 상기 복굴절성 물질 중 상기 볼록면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 실린더형 렌즈들의 기하학적 축에 평행하게 배향되고,

상기 제1 모드에서, 상기 복굴절성 물질의 배향 방향이 상기 평면과 상기 볼록면 사이에서 트위스트되도록 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 실린더형 렌즈들의 기하학적 축에 대해 소정의 각을 이루는 동시에 상기 평면에 평행하게 배향되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제8항에 있어서, 상기 평면에 위치한 상기 복굴절성 물질은 상기 표시소자의 출력이 선 편광된 방향에 직교하거나 또는 평행한 방향으로 배향된 것을 특징으로 하는 표시장치.
제8항 또는 9항에 있어서, 상기 표시소자의 출력의 편광 방향을 회전시키기 위해 상기 표시소자와 상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이 사이에 구비된 하나 이상의 반파장판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
선 편광된 출력을 생성하는 표시장치용 변환 복굴절성 렌즈 어레이에서,

실린더형 렌즈 어레이를 형성하는 볼록면을 적어도 하나 포함하는 면과 평면 사이에 배열된 복굴절성 물질; 및

전기적으로 제1 모드와 제2 모드 사이에서 상기 복굴절성 물질의 배향을 전환하기 위해 상기 복굴절성 물질에 제어 전압을 제공하는 전극들을 포함하고,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는 상기 제1 모드에서 소정의 방향으로 편광된 입사광의 방향 분포를 변환하여 제1 출력광을 출사하고, 상기 제2 모드에서 상기 소정의 방향으로 편광된 입사광과 동일한 방향 분포를 갖는 제2 출력광을 출사하며,

상기 제2 모드에서, 상기 복굴절성 물질 중 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수직 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제11항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 복굴절성 물질 분자의 장축 방향에 따른 유전율이 상기 복굴절성 물질 분자의 단축 방향에 따른 유전율보다 작은 네가티브 유전율 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제11항 또는 제 12항에 있어서, 상기 제1 모드에서 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 상기 복굴절성 물질은 상기 실린더형 렌즈의 기하학적 축에 평행하게 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 상기 복굴절성 물질을 상기 실린더형 렌즈의 기하학적 축에 평행하게 배향하기 위해 상기 볼록면에 형성된 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 상기 복굴절성 물질을 상기 실린더형 렌즈의 기하학적 축에 평행하게 배향하기 위해 상기 볼록면에 형성된 그루브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 상기 볼록면과 상기 평면 사이에 배열되고, 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수직 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 상기 볼록면과 상기 평면 사이에 배열되고, 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 제1 모드에서 상기 평면에 대해 수평 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제17항에 있어서, 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 제1 및 제2 모드에서 상기 평면에 대해 수평 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제16항에 있어서, 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질의 배향 방향은 상기 볼록면에 위치한 복굴절성 물질의 배향 방향과 소정의 각도를 이루고, 상기 제1 모드에서 상기 복굴절성 물질의 배향 방향은 상기 평면과 상기 볼록면 사이에서 트위스트되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제16항에 있어서, 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질을 배향시키기 위하여 상기 평면에 형성된 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수직배향 또는 수평배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제23항에 있어서, 상기 등방성 물질의 굴절률은 상기 복굴절성 물질의 정상 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
선 편광된 출력을 생성하는 표시소자; 및

상기 표시소자의 출력이 입사되는 변환 복굴절성 렌즈 어레이를 포함하고,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는

실린더형 렌즈 어레이를 형성하는 볼록면을 적어도 하나 포함하는 면과 상기 표시소자의 출력이 입사되는 평면 사이에 배치된 복굴절성 물질; 및

전기적으로 제1 모드와 제2 모드 사이에서 상기 복굴절성 물질의 배향을 전환하기 위해 상기 복굴절성 물질에 제어 전압을 인가하는 전극들을 포함하고,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는 상기 제1 모드에서 상기 표시소자의 출력의 방향 분포를 변환하여 제1 출력광을 출사하고, 상기 제2 모드에서 상기 표시소자의 출력과 동일한 방향 분포를 갖는 제2 출력광을 출사하며,

상기 제2 모드에서, 상기 복굴절성 물질 중 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 복굴절 물질은 상기 평면에 대해 수직 배향되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
삭제
제25항에 있어서, 상기 제1 모드에서 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 표시소자의 출력이 선 편광된 방향에 평행하거나 또는 직교하는 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제25항 또는 제27항에 있어서, 상기 표시소자 출력의 편광 방향을 회전시키기 위해 상기 표시소자와 상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이 사이에 배치된 하나 이상의 반파장판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
공간적 광 변조기와 출력 편광판을 구비하는 표시소자; 및

상기 공간적 광 변조기로부터 광을 입력받는 전기적 변환 복굴절성 렌즈 어레이를 포함하고,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는 상기 공간적 광 변조기와 상기 출력 편광판의 사이에 배치되어 전기적으로 제1 모드와 제2 모드 사이를 변환하며,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는 상기 제1 모드에서 소정의 방향으로 편광된 입사광의 방향 분포를 변환하여 제1 출력광을 출사하고, 상기 제2 모드에서 상기 소정의 방향으로 편광된 입사광과 동일한 방향 분포를 갖는 제2 출력광을 출사하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제29항에 있어서, 상기 공간적 광 변조기는 변조량에 의해서 각 픽셀에서 광의 편광 방향의 메인 축을 회전시키기 위해 배열되고, 상기 출력 편광판은 소정의 방향으로 편광된 광을 선택하기 위해 배열되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
제30항에 있어서, 상기 공간적 광 변조기는 액정 공간적 광 변조기인 것을 특징으로 하는 표시장치.
삭제
공간적 광 변조기의 각 픽셀에서 선 편광된 광을 출력하기 위해 배열된 발광형 공간적 광 변조기; 및

상기 공간적 광 변조기로부터 광을 입력받기 위해 배열된 전기적 변환 복굴절성 렌즈 어레이를 포함하고,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는 제1 모드와 제2 모드 사이를 전기적으로 변환하며,

상기 변환 복굴절성 렌즈 어레이는 상기 제1 모드에서 소정의 방향으로 편광된 입사광의 방향 분포를 변환하여 제1 출력광을 출사하고, 상기 제2 모드에서 상기 소정의 방향으로 편광된 입사광과 동일한 방향 분포를 갖는 제2 출력광을 출사하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
삭제
표시장치용 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치에서,

그 사이에 렌즈 어레이를 정의하는 볼록면이 형성된 복굴절성 물질과 등방성 물질;

전기적으로 제1 모드와 제2 모드 사이에서 상기 복굴절성 물질의 배향을 전환하기 위해 상기 복굴절성 물질에 제어 전압을 인가하는 전극들; 및

상기 제1 및 제2 모드를 스위칭하기 위해 상기 전극들에 인가되는 전압을 제어하고, 상기 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치의 온도 변화를 상쇄시키기 위해 상기 제1 및 제2 모드에서 인가되는 전압을 조정하는 전압 컨트롤러를 포함하고,

상기 렌즈 어레이는 상기 제1 모드에서 소정의 방향으로 편광된 입사광의 방향 분포를 변환하여 제1 출력광을 출사하고, 상기 제2 모드에서 상기 입사광과 동일한 방향 분포를 갖는 제2 출력광을 출사하는 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.
제35항에 있어서, 상기 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 더 포함하고, 상기 전압 컨트롤러는 상기 온도 센서에 의해서 감지된 온도에 응답하여 상기 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치의 온도 변화를 보상하기 위해 상기 제1 및 제2 모드에서 인가되는 전압을 조정하는 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.
제35항에 있어서, 사용자가 적정 전압을 입력할 수 있는 입력 장치를 더 포함하고, 상기 전압 컨트롤러는 상기 입력장치에서 입력된 상기 적정 전압에 응답하여 상기 제1 및 제2 모드에서 인가되는 전압을 조정하는 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.
제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 등방성 물질의 굴절률은 25℃ 이하의 온도에서 상기 복굴절성 물질의 정상 굴절률과 상기 복굴절성 물질의 이상 굴절률과의 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.
제38항에 있어서, 상기 등방성 물질의 굴절률은 상기 복굴절성 물질의 이상 굴절률보다 상기 복굴절성 물질의 정상 굴절률에 더 근접한 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.
제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 등방성 물질은 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.
제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 기재된 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치; 및

상기 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치와 연속적으로 배열된 공간적 광 변조기를 포함하고,

25℃ 이하의 온도에서, 상기 제1 모드에서의 상기 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치의 전력은 상기 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치에 요구되는 전력보다 큰 것을 특징으로 하는 표시장치.
제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 기재된 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치; 및

상기 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치와 연속적으로 배열된 공간적 광 변조기를 포함하고,

25℃ 이하의 온도에서, 상기 제1 모드에서의 상기 렌즈 어레이의 꼬임은 상기 렌즈 어레이에 요구되는 꼬임보다 큰 것을 특징으로 하는 표시장치.
표시장치용 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치에서,

그 사이에 렌즈 어레이를 정의하는 볼록면을 구비하는 복굴절성 물질과 등방성 물질; 및

전기적으로 제1 모드와 제2 모드 사이에서 상기 복굴절성 물질의 배향을 전환하기 위해 상기 복굴절성 물질에 제어 전압을 인가하는 전극들을 포함하고,

상기 렌즈 어레이는 상기 제1 모드에서 소정의 방향으로 편광된 입사광의 방향 분포를 변환하여 제1 출력광을 출사하고, 상기 제2 모드에서 상기 입사광과 동일한 방향 분포를 갖는 제2 출력광을 출사하며,

20℃ 이상의 온도에서, 상기 등방성 물질의 굴절률은 상기 복굴절성 물질의 정상 굴절률과 상기 복굴절성 물질의 이상 굴절률 중 어느 하나와 동일한 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.
제43항에 있어서, 상기 등방성 물질은 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.
제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 복굴절성 물질을 상기 실린더형 렌즈의 기하학적 축에 평행하게 배향하기 위해 상기 볼록면에 형성된 그루브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제13항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 상기 볼록면과 상기 평면 사이에 배치되고, 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수직 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제14항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 상기 볼록면과 상기 평면 사이에 배치되고, 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수직 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제15항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 상기 볼록면과 상기 평면 사이에 배치되고, 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수직 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제13항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 상기 볼록면과 상기 평면 사이에 배치되고, 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 제1 모드에서 상기 평면에 대해 수평 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제14항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 상기 볼록면과 상기 평면 사이에 배치되고, 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 제1 모드에서 상기 평면에 대해 수평 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제15항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 상기 볼록면과 상기 평면 사이에 배치되고, 상기 복굴절성 물질 중 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 제1 모드에서 상기 평면에 대해 수평 배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제17항에 있어서, 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질의 배향 방향은 상기 볼록면에 위치한 복굴절성 물질의 배향 방향과 소정의 각도를 이루고, 상기 제1 모드에서 상기 복굴절성 물질의 배향 방향은 상기 평면과 상기 볼록면 사이에서 트위스트되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제18항에 있어서, 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질의 배향 방향은 상기 볼록면에 위치한 복굴절성 물질의 배향 방향과 소정의 각도를 이루고, 상기 제1 모드에서 상기 복굴절성 물질의 배향 방향은 상기 평면과 상기 볼록면 사이에서 트위스트되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제17항에 있어서, 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질을 배향시키기 위해 상기 평면에 형성된 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제18항에 있어서, 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질을 배향시키기 위해 상기 평면에 형성된 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제19항에 있어서, 상기 평면에 위치한 복굴절성 물질을 배향시키기 위해 상기 평면에 형성된 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 상기 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수직배향 또는 수평배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수직배향 또는 수평배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼록면에 위치한 복굴절성 물질은 상기 평면에 대해 수직배향 또는 수평배향되는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제13항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제14항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제15항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제16항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제17항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제18항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제19항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제20항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제21항에 있어서, 상기 복굴절성 물질은 액정인 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제13항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제14항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제15항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제16항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제17항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제18항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제19항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제20항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제21항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제22항에 있어서, 상기 볼록면에 인접하고 등방성 물질로 이루어진 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변환 복굴절성 렌즈 어레이.
제38항에 있어서, 상기 등방성 물질은 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.
제39항에 있어서, 상기 등방성 물질은 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 액티브 복굴절성 렌즈 어레이 장치.