KR101362160B1 - 액정 전계 렌즈, 이를 이용한 입체 표시 장치 및 이의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입체 표시를 위해 액정 및 두 기판간에 형성되는 전계에 의해 액정 전계 렌즈를 이용함에 있어서, 가로 화면 및 세로 화면의 회전시에도 정상 표시가 가능한 피봇(pivot) 기능을 갖는 액정 전계 렌즈와, 이를 이용한 입체 표시 장치 및 이의 구동 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 전계 렌즈는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판에 각각 제 1 방향으로 정의되는 복수개의 제 1 렌즈 영역과, 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 정의되는 복수개의 제 2 렌즈 영역과, 상기 제 1 렌즈 영역내에 대응되는 상기 제 2 기판 상에, 상기 제 2 방향으로 형성된 제 1 전극과, 상기 제 2 렌즈 영역내에 대응되는 상기 제 1 기판상에, 상기 제 1 방향으로 형성된 제 2 전극 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

3D, 피봇(pivot), 렌즈 영역, 액정 전계 렌즈

Description

액정 전계 렌즈, 이를 이용한 입체 표시 장치 및 이의 구동 방법{Lens of Liquid Crystal electrically driven, Stereoscopic Display device using the same and Method for Driving thereof}

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로 특히, 입체 표시를 위해 액정 및 두 기판간에 형성되는 전계에 의해 액정 전계 렌즈를 이용함에 있어서, 가로 화면 및 세로 화면의 회전시에도 정상 표시가 가능한 피봇(pivot) 기능을 갖는 액정 전계 렌즈와, 이의 구동 방법 및 이를 이용한 입체 표시 장치에 관한 것이다.

오늘날 초고속 정보 통신망을 근간으로 구축될 정보의 고속화를 위해 실현될 서비스들은 현재의 전화와 같이 단순히「듣고 말하는」서비스로부터 문자, 음성, 영상을 고속 처리하는 디지털 단말을 중심으로 한「보고 듣는」멀티 미디어형 서비스로 발전하고 궁극적으로는「시·공간을 초월하여 실감 있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는」초공간형 실감 3차원 입체 정보통신 서비스로 발전할 것으로 예상된다.

일반적으로 3차원을 표현하는 입체화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에, 두 눈의 위치의 차이로 왼쪽과 오른쪽 눈은 서로 약간 다른 영상을 보게 된다. 이와 같이, 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안 시차(binocular disparity)라고 한다. 그리고, 3차원 입체 영상 표시 장치는 이러한 양안 시차를 이용하여 왼쪽 눈은 왼쪽 눈에 대한 영상만 보게 하고 오른쪽 눈은 오른쪽 눈 영상만을 볼 수 있게 한다.

즉, 좌/우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하는 것이다. 이러한 능력을 통상 스테레오그라피(stereography)라 하며, 이를 표시 장치로 응용한 장치를 입체 표시 장치라 한다.

한편, 입체 표시 장치는 3D(3-dimension)을 구현하는 렌즈를 이루는 구성요소에 따라 구분될 수 있으며, 일예로, 액정층을 이용하여 렌즈를 구성하는 방식을 액정 전계 렌즈 방식이라 한다.

일반적으로 액정 표시 장치는 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층으로 구성되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동한다. 액정 분자는 분극 성질과 광학적 이방성(optical anisotropy)을 갖는다. 여기서, 분극 성질은 액정분자가 전기장 내에 놓일 경우 액정 분자내의 전하가 액정 분자의 양쪽으로 몰려서 전기장에 따라 분자 배열 방향이 변환되는 것을 말하며, 광학적 이방성은 액정분자의 가늘고 긴 구조와 앞서 말한 분자배열 방향에 기인하여 입사광의 입사 방향이나 편광 상태에 따라 출사광의 경 로나 편광 상태를 달리 변화시키는 것을 말한다.

이에 따라 액정층은 2개의 전극에 인가되는 전압에 의하여 투과율의 차이를 나타내게 되고 그 차이를 화소별로 달리하여 영상을 표시할 수 있다.

최근에 이러한 액정분자의 특성을 이용하여 액정층이 렌즈 역할을 하게 하는 액정 전계 렌즈(liquid crystal lens electrically driven)가 제안되었다.

즉, 렌즈는 렌즈를 구성하는 물질과 공기와의 굴절율 차이를 이용하여 입사광의 경로를 위치별로 제어하는 것인데, 액정층에 위치별로 서로 다른 전압을 인가하여 위치별로 서로 다른 전기장에 의하여 액정층이 구동되도록 하면, 액정층에 입사하는 입사광은 위치별로 서로 다른 위상 변화를 느끼게 되고, 그 결과 액정층은 실제 렌즈와 같이 입사광의 경로를 제어할 수 있게 된다.

한편, 최근 표시 소자는 그 기능이 다양화하고 있는데, 그 중 화면이 회전하여도 정상 표시(회전된 상태에서 상하 방향으로 영상이 표시)가 가능한 피봇(pivot) 기능에 대한 개발이 진행되고 있으며, 이를 입체 표시 장치에 응용하고자 하는 노력이 제기되고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 입체 표시 장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1의 거리에 따른 액정 전계 렌즈의 위상을 나타낸 그래프이다.

도 1 및 도 2와 같이, 종래의 액정 전계 렌즈는 마주보는 제 1 및 제 2 기 판(10, 20)과, 상기 제 1, 제 2 기판(10, 20) 사이에 형성된 액정층(30)으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 기판(10) 상에는 제 1 이격 거리로 제 1 전극(11)이 형성된다. 이 때, 인접한 제 1 전극(11)들간에 있어서, 일측 제 1 전극(11)의 중심으로부터 타측 제 1 전극(11)의 중심까지의 거리를 피치(pitch)라 하며, 상기 피치를 주기로 동일한 패턴(제 1 전극)이 반복되어 형성된다. 그리고, 상기 제 1 전극(11)은 도면을 투과하는 방향의 길게 막대 형상으로 형성된다.

상기 제 1 기판(20)상에 대향되는 제 2 기판(20) 상에는 전면 제 2 전극(21)이 형성된다.

상기 제 1, 제 2 전극(11, 21)은 투명 금속으로 이루어진다. 그리고, 상기 제 1, 제 2 전극(11, 21)이 사이의 이격 공간에는 액정층(30)에 형성되며, 이러한 액정층(30)을 이루는 액정 분자는 전기장의 세기 및 분포에 따라 반응하는 특성에 의해 도 2와 같은 액정 전계 렌즈와 유사한 위상분포를 갖게 된다.

이러한 액정 전계 렌즈는 상기 제 1 전극(11)에 고전압을 인가하고, 상기 제 2 전극(21)을 접지시키는 조건에서 형성되는 것으로, 이러한 전압 조건에 의해 제 1 전극(11)의 중심에서 가장 강한 수직 전계가 형성되고, 상기 제 1 전극(11)으로부터 멀어질수록 약한 수직 전계가 형성된다. 이에 따라, 액정층(30)을 이루는 액정 분자가 양의 유전율 이방성을 가질 때, 상기 액정 분자는 전계에 따라 배열되어, 상기 제 1 전극(11)의 중심에서는 서있게 되고, 상기 제 1 전극(11)과 멀어질수록 수평에 가깝게 기울어진 배열을 갖게 된다. 따라서, 광의 전달의 입장에서는 상기 제 1 전극(11)의 중심이 광경로가 짧게 되고, 상기 제 1 전극(11)으로 멀어지면 멀어질수록 광경로가 길어지게 되며, 이를 위상면으로 나타냈을 때, 도 2의 액정 전계 렌즈와 같이, 표면이 포물면을 갖는 렌즈와 유사한 광 전달 효과를 갖게 된다.

이러한 액정 전계 렌즈는 물리적으로 포물면(볼록면)의 표면을 갖는 렌즈의 구비없이, 액정과 상기 액정을 사이에 두고 양기판 상에 전극을 형성하고, 이에 전압을 인가함에 의해 얻어질 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 도 1의 액정 전계를 구비한 표시 장치의 가로 화면 및 이를 피봇팅하여 구현한 세로 화면을 나타내는 도면이다.

피봇팅(pivoting)이란 일반적으로 가로 또는 세로 방향으로 고정된 화면을 90°혹은 그 이상의 각도로 회전시켜도 관측자에게 바로 보기(화상이 화면과 함께 회전되지 않고, 관측자가 보는 방향에서 정상 표시를 함)가 가능한 기술을 말하는 것으로, 도 3a는 상술한 액정 전계 렌즈를 포함하는 표시 장치에서 가로 화면을 나타낸 것이고, 도 3b는 이를 90도 시계 방향으로 회전시켜 세로 화면을 나타낸 것이다.

도 3a와 같이, 가로 화면을 나타낼 때는, 도 1과 같은 액정 전계 렌즈가 회전없이, 정상 상태를 나타내며, 이 때, 도 2의 액정 전계 렌즈와 같이, 가로 방향으로 포물면의 렌즈 형상을 갖는다. 따라서, 좌우 방향의 화상(51a, 51b)에 대한 시차를 갖는 것으로 입체 영상 표시가 가능하게 된다.

그러나, 종래의 액정 전계 렌즈는 도 1 및 도 2를 참조하면 상기 제 1 전극(11)을 가로지르는 방향(도면 상의 가로 방향)에서 렌즈가 형성되는 것이고, 도면을 투과하는 방향으로는 제 1 전극(11)이 평행하게 형성되어 이 부위에서는 광경로가 동일한 효과를 갖는 것이 되어, 상기 제 1 전극(11)의 길이 방향(도면을 투과하는 방향)으로는 렌즈 기능을 기대할 수 없다. 도 3b와 같은, 화면의 90도 회전시에는 상기 렌즈 포물면이 화면상의 상하 방향에서 형성되는 것과 같이, 상하 화상(51a, 51b)에 대해 시차를 관찰되는 것으로 보여, 도 3a와 같은 정상적인 입체 영상 표시가 불가하다.

상기와 같은 종래의 액정 전계 렌즈를 포함한 입체 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

종래의 액정 전계 렌즈는 하판상의 전극의 일 방향으로 형성되고, 상기 전극 구비에 따른 렌즈는 전극을 가로지르는 방향으로 형성되어, 일 방향에서만 입체 표시를 가능하게 하는 렌즈가 조성되어, 가로 화면에서 세로 화면으로 전환과 같은 피봇팅 기술이 적용이 어려운 실정이다. 특히, 관측자인 사람의 양안시차를 이용하는 액정 전계 렌즈의 경우, 관측자는 양안은 가로 방향에서 시역간 간격을 가지며 이에 따라 가로 방향으로 포물면 형상의 액정 전계 렌즈를 형성하는 것이 일반적인데, 피봇팅에 따른 세로 화면에서는 세로 방향으로 포물면 렌즈가 형성되게 되어, 관측장의 양안 간격과 형성된 포물면 렌즈의 시차가 서로 달라 양안시차를 이용한 입체 표시가 불가능한 것으로, 액정 전계 렌즈와 피봇팅의 동시 구현이 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 입체 표시를 위해 액정 및 두 기판간에 형성되는 전계에 의해 액정 전계 렌즈를 이용함에 있어서, 가로 화면 및 세로 화면의 회전시에도 정상 표시가 가능한 피봇(pivot) 기능을 갖는 액정 전계 렌즈와, 이의 구동 방법 및 이를 이용한 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 액정 전계 렌즈는, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판에 각각 제 1 방향으로 정의되는 복수개의 제 1 렌즈 영역과, 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 정의되는 복수개의 제 2 렌즈 영역과, 상기 제 1 렌즈 영역내에 대응되는 상기 제 2 기판 상에, 상기 제 2 방향으로 형성된 제 1 전극과, 상기 제 2 렌즈 영역내에 대응되는 상기 제 1 기판상에, 상기 제 1 방향으로 형성된 제 2 전극 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.

그리고, 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극에 대하여 선택적으로, 양전압들을 인가하는 전원 전압원 및 상기 전원 전압원이 인가되지 않은 상기 제 2 전극 또는 제 1 전극에 대하여 접지 전압을 인가하는 접지 전압원을 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제 1 렌즈 영역이 정의되도록 상기 액정층을 구동시는, 상기 제 1 전극에는 양전압을 인가하고, 상기 제 2 전극에는 접지 전압을 인가하며, 상기 제 2 렌즈 영역이 정의되도록 상기 액정층을 구동시는, 상기 제 2 전극에는 양전압을 인가하고, 상기 제 1 전극에는 접지 전압을 인가한다.

또한, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 복수개 형성될 수 있다. 이 때, 상기 복수개의 제 1 전극 또는 제 2 전극에 대하여, 제 1 또는 제 2 렌즈 영역의 중심으로부터 에지부로 갈수록 점차 증가하는 양전압들을 인가하는 전원 전압원 및 상기 전원 전압원이 인가되지 않은 상기 복수개의 제 2 전극 또는 제 1 전극에 대하여 접지 전압을 인가하는 접지 전압원을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 렌즈 영역들의 각각 중심에 대응되어 위치한 제 1 전극에는

(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정층의 탄성 계수, ε₀은 자유공간 유전율)의 전압이 인가되며, 상기 제 1 렌즈 영역들의 각각의 에지부에 대응되어 위치한 제 1 전극에는 2.5~10V의 전압이 인가되며, 상기 제 1 렌즈 영역의 중심으로부터 에지부로 갈수록 배치된 복수개의 제 1 전극들에 점차 증가하는 전압들을 상기 전원 전압원을 통해 인가한다. 또한, 상기 제 2 렌즈 영역들의 각각 중심에 대응되어 위치한 제 2 전극에는

(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정층의 탄성 계수, ε₀은 자유공간 유전율)의 전압이 인가되며, 상기 제 2 렌즈 영역들의 각각의 에지부에 대응되어 위치한 제 2 전극에는 2.5~10V의 전압이 인가되며, 상기 제 2 렌즈 영역의 중심으로부터 에지부로 갈수록 배치된 복수개의 제 2 전극들에 점차 증가하는 전압들을 상기 전원 전압원을 통해 인가한다.

또한, 상기 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 상기 제 2 기판과 제 1 기판 상의 단일층에 형성되거나 경우에 따라 상기 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 상기 제 2 기판과 제 1 기판 상의 복수개의 층상에 형성될 수도 있다. 이 때, 상기 복수개의 제 1 전극의 폭 및 인접한 제 1 전극간의 이격 간격은 5~10㎛이며, 상기 복수개의 제 2 전극의 폭 및 인접한 제 2 전극간의 이격 간격은 5~30㎛로 한다.

한편, 상기 제 1 기판과, 제 2 기판 상에 각각 제 1, 제 2 배향막을 더 포함할 수 있으며, 상기 제 1 배향막은 상기 제 2 전극의 길이 방향으로 러빙되며, 상기 제 2 배향막은 상기 제 1 전극의 길이 방향으로 러빙된다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 전극은 투명 금속으로 이루어진다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2 전극에 전원 전압을 인가하지 않은 상태에서 상기 액정층은 투과층으로 이용된다.

또한, 경우에 따라, 상기 제 1 렌즈 영역에 대응되어, 상기 제 2 기판과 상기 제 1 전극의 층간에는 상기 제 1 전극보다 크며, 상기 제 1 렌즈 영역에 상당하거나 작은 크기로 제 3 전극이 더 형성되고, 상기 제 2 렌즈 영역에 대응되어, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 전극의 층간에는 상기 제 2 전극보다 크며, 상기 제 2 렌즈 영역에 상당하거나 작은 크기로 제 4 전극이 더 형성될 수도 있다.

그리고, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 표시 장치는, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널과, 상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 상술한 액정 전계 렌즈를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.

그리고, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 표시 장치의 구동 방법은, 상기 액정 전계 렌즈가 이차원의 영상 신호를 출사시 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 플로팅시킨다. 또한, 상기 제 1 전극에는 양전압을 인가하고, 상기 제 2 전극에는 접지 전압을 인가하여, 상기 제 1 렌즈 영역으로 상기 액정층을 구동시켜, 상기 표시 패널의 가로 보기로 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하도록 하 고, 상기 제 2 전극에는 양전압을 인가하고, 상기 제 1 전극에는 접지 전압을 인가하여, 상기 제 2 렌즈 영역으로 상기 액정층을 구동시켜, 상기 표시 패널의 세로 보기로 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 액정 전계 렌즈, 이를 이용하는 입체 표시 장치 및 이의 구동 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 3D 입체 영상 표시 장치를 구현함에 있어서, 서로 대향되는 기판 상에 각각 가로 보기와 세로 보기를 담당하는 전극을 서로 교차하는 방향으로 구성한다. 따라서, 입체 표시 장치를 구현함에 있어서, 각각 화면의 보기를 담당하는 기판상의 전극에 전원 전압을 인가하고, 나머지 대향 기판측은 접지하여 두 기판 사이의 수직 전계를 조성하여, 해당 전계의 형상에 따라 발생된 광경로 차에 의해 액정 전계 렌즈가 형성된다. 이로써, 정상 보기 상태인 가로 보기 외에, 화면을 회전시켜 나타나는 세로 보기 상태에서도 액정 전계 렌즈를 구현하게 되어, 피봇팅이 가능한 입체 표시를 할 수 있다.

둘째, 각 렌즈 영역에 형성되는 전극을 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 내의 폭 및 이격 간격으로 미세 전극 패턴으로 형성하고, 각 전극들에 렌즈 영역의 중심으로부터 에지부까지 점점 커지는 전압을 인가하여, 완만한 전계 형성을 가능하게 한다. 따라서, 형성되는 액정 전계 렌즈의 프로파일이 부드러운 계면을 갖게 되어, 입체 표시의 시감을 향상시킨다.

셋째, 액정 전계 렌즈는 전압 무인가시의 초기 상태에서는 하부에 이차원의 화상을 출사하는 표시 패널을 구비함에 의해, 이차원 신호가 그대로 사용자에게 투사되도록 하고, 전압을 인가하여 액정층을 구동하는 경우에는 가로 보기를 가능하게 하는 제 1 렌즈 영역과, 세로 보기를 가능하게 하는 제 2 렌즈 영역을 선택적으로 구현하여, 2D/3D의 전환 기능과 함께, 피봇팅을 동시에 수행할 수 있다.

넷째, 휴대폰이나 기타 소형 어플리케이션의 경우 피봇팅 기능을 포함하도록 해당 표시 장치를 제어하는 상황에서, 피봇팅 기능 외에 입체 표시를 가능하게 하여 제품의 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 전계 렌즈와, 이의 구동 방법 및 이를 이용한 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함한 입체 표시 장치의 가로 화면 및 이를 피봇팅하여 구현한 세로 화면을 나타내는 도면이다.

도 4a 및 도 4b와 같이, 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함한 입체 표시 장치(300)는, 액정 전계 렌즈를 이루는 서로 대향된 기판 각각에 가로 보기와 세로 보기를 담당하는 전극 구성을 하여, 결과적으로 도 4b와 같은 회전시에도 회전된 화면에서 가로 방향의 포물면의 액정 전계 렌즈 형성이 가능하여, 정상적인 입체 표시가 가능하다. 즉, 인간의 눈은 좌우 방향으로 이격 간격을 가지는 것으로, 사용자가 보는 시점에서 좌우 방향으로 렌즈가 정의되어야 출사되는 영상을 양안시차에 따라 입체로 인식하는데, 본 발명의 액정 전계 렌즈는 일반적인 표시 상태인 가로 보기 외에도 세로 보기에서도 가로 화면으로부터 회전된 화면상에서 가로 방향 으로, 즉, 초기 가로 화면의 액정 전계 렌즈와 교차하는 방향으로 정의되는 액정 전계 렌즈를 정의하도록 하여, 피봇팅을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명의 액정 전계 렌즈는, 도 4a의 가로 보기의 경우 좌우 양안에 들어오는 화상(310a, 310b)의 양안 시차에 따라 입체 표시가 가능하며, 도 4b의 세로 보기의 경우 좌우 양안에 들어오는 화상(320a, 320b)의 양안 시차에 따라 입체 표시가 가능하다.

이 경우, 가로 화면과 세로 화면은 표시장치의 가로 폭 및 세로 폭이 동일하지 않은 경우가 일반적이므로, 대향되는 기판의 담당하는 가로 보기와 세로 보기에 따라 단위 렌즈 영역의 피치(pitch)와, 해당 보기(가로 보기 또는 세로 보기)에서 상기 단위 렌즈 영역 내에 구성되는 전극의 폭과 전극들의 이격 간격을 조절한다.

도 5는 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함하는 입체 표시 장치와 이의 구동 원리를 나타내는 도면이다.

도 5와 같이, 본 발명의 입체 표시 장치는 이차원의 영상을 출사하는 표시 패널(500)과, 상기 표시 패널로부터 이차원 영상을 받아 삼차원의 영상으로 변환시켜 사용자에게 전달하는 액정 전계 렌즈(1000)를 포함하여 이루어진다. 이러한 액정 전계 렌즈(1000)는 상기 표시 패널(500)과 제 1 간격(S)을 가지며, 사용자(관측자)와는 제 2 간격(D)을 갖도록 배치된다.

여기서, 상기 표시 패널(500)은 복수개의 서브픽셀(sub pixel)을 구비하며, 단일 서브 픽셀의 폭(P)과, 상기 제 1, 제 2 간격(S, D) 및 좌안과 우안의 사이의 간격(E)에 따라 입체 표시가 이루어진다.

이 때, 상기 서브픽셀의 폭(P)과 상기 제 1 간격(S)의 비는 상기 좌안과 우안 사이의 간격(E)과 제 2 간격(D)의 비는 동일하므로, 다음의 식을 만족한다. 즉, E= PD/S (P: 서브 픽셀의 폭, S:표시패널과 액정 전계 렌즈간의 거리, D:사용자와 액정 전계 렌즈간 거리, E: 양눈간의 거리로 65mm 정도).

이 때, 양눈간의 거리(E)는 평균화되어 결정된 값이고, 상기 제 2 간격(D)은 사용자의 시청 거리는 입체 표시 장치의 제조시 그 값을 30cm 이상에서 70cm 내외의 값으로 임의로 정하는 값으로, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조에 있어서는 상기 서브 픽셀의 폭(P)과, 제 1 간격(S: 표시 패널(500)과 액정 전계 렌즈간의 거리)을 변경하여, 상기 식을 만족하도록 한다.

이 경우, 상기 제 1 간격(S)은 입체 표시 장치에 있어서, 상기 표시 패널(500)과 액정 전계 렌즈(1000)간을 지지하는 구조물(케이스물 및 충전물)에 의해 일정 값으로 정해져 있는 경우가 많으며, 따라서, 상기 서브 픽셀의 폭(P)을 변경하여 상기 식을 만족하도록 한다.

이하, 본 발명의 액정 전계 렌즈 및 이를 이용하는 입체 표시 장치와 이의 구동 방법에 대하여 실시예별로 살펴본다.

* 제 1 실시예*

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 가로 화면 및 세로 화면에 있어서, 단일 렌즈 영역과 이의 구동 방법을 나타낸 개략도이 며, 도 7은 도 6의 액정 전계 렌즈를 나타낸 사시도이다.

도 6a, 도 6b 및 도 7과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는 서로 대향된 제 1, 제 2 기판(1100, 1200)과, 상기 제 1 기판(1100) 상에 전면 형성된 제 1 전극(1101)과, 상기 제 1 전극(1101) 상에 제 1 방향으로 막대 형상으로 형성되는 제 2 전극(1103)과, 상기 제 2 기판(1200) 상에 전면 형성된 제 3 전극(1201)과, 상기 제 3 전극(1203) 상에 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 막대 형상으로 형성된 제 4 전극(1203) 및 상기 제 1, 제 2 기판(1100, 1200) 사이에 액정층을 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 제 1, 제 2 전극(1101, 1103) 사이의 층간에는 제 1 절연막(1102)이 형성되고, 상기 제 3, 제 4 전극(1201, 1203) 사이의 층간에는 제 2 절연막(1202)이 형성되고, 상기 제 2 전극(1103) 및 제 4 전극(1203)의 각각의 상부에는 제 1, 제 2 배향막(1104, 1204)이 형성된다.

이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 가로 화면으로 구동시에는, 도 6a와 같이, 각 렌즈 영역별(단위 렌즈 영역: 하나의 포물면의 렌즈 효과를 갖는 부위)로 상기 제 2 기판(1200) 상의 상기 제 2 방향으로 형성된 제 4 전극(1203)에는 고전압(V2)이 인가되고, 상기 제 3 전극(1201)에는 문턱 전압이 인가된다. 그리고, 이에 대향되는 제 1 기판(1100) 상의 제 1, 제 2 전극(1101, 1103) 상에는 접지 전압(0V)가 인가된다.

도 6b와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 세로 화면으로 구동시에는, 각 렌즈 영역별로 상기 제 1 기판(1100) 상의 상기 제 1 방향으로 형성된 제 2 전극(1103)에는 고전압(V4)이 인가되고, 상기 제 1 전극(1101)에는 문턱 전압(V3)이 인가된다. 그리고, 이에 대향되는 제 2 기판(1200) 상의 제 3, 제 4 전극(1201, 1203) 상에는 접지 전압(0V)이 인가된다.

도 6b는 도 6a의 가로 보기 액정 전계 렌즈를 90도 회전시킨 모습을 나타낸 것으로, 각각 도 6a에서 제 2 전극(1103)의 방향과, 제 4 전극(1203)의 방향인 제 1 방향과 제 2 방향이 도 6b에서는 함께 90도 회전되어 있다.

상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈에 있어서, 상기 제 2, 제 4 전극(1103, 1203)은 해당 렌즈 영역별로 도면을 투과하는 방향의 막대 형상으로 형성하며, 상기 제 1, 제 3 전극(1101, 1201)은 각각 제 1 기판(1100)과 제 2 기판(1200)의 각각의 렌즈 영역의 전면 혹은 상기 렌즈 영역의 대부분을 차지하는 큰 폭으로 형성한다. 이 때, 상기 제 1, 제 3 전극(1101, 1201)을 큰 폭으로 형성시 그 형성 방향은 상기 제 2 전극(1103) 및 제 4 전극(1203)과 같이 한다.

이러한 본 발명의 제 1 실시에에 따른 액정 전계 렌즈에 있어서, 상기 제 1, 제 2 전극(1101, 1103)과 상기 제 3, 제 4 전극(1201, 1203)은 그 형성되는 기판의 위치를 서로 전치하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 제 1 실시예의 액정 전계 렌즈는, 고전압이 인가되는 상기 제 2 전극(1103) 및 제 4 전극(1203)은 상대적으로 렌즈 영역이 갖는 면적에 비해 극히 작은 일부 영역에만 형성된다. 따라서, 상기 고전압이 인가되는 제 2 전극(1103) 또는 제 4 전극(1203)과 이와 대향되는 제 3 전극(1201) 또는 제 1 전극(1101)과의 사이의 수직 전계가 조성되어 각각 가로 보기와 세로 보기의 액정 전 계 렌즈가 형성될 때, 상기 제 2, 제 4 전극(1103, 1203)과 멀어지는 부위에서는 전계 효과가 떨어져 액정의 배향 컨트롤이 어렵다. 결과적으로 액정 전계 렌즈 형상의 왜곡을 가져올 수 있다. 특히, 렌즈 영역의 피치가 점차 커지는 대면적 표시 장치를 구현하거나 혹은 하나의 렌즈 영역당 복수개의 뷰(view) 수를 갖는 멀티 뷰 구조에서는, 상술한 전극 구조에서는 완만하지 못한 전계 효과를 가질 수 있어, 이에 대한 개선 노력이 진행 중이다.

이하에서는 대면적 표시 장치나 멀티 뷰 구조에 적용가능한 본 발명의 제 2 실시예의 액정 전계 렌즈, 이를 포함하는 입체 표시 장치 및 이의 구동 방법에 대하여 살펴본다.

*제 2 실시예*

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 이용한 입체 표시 장치에 있어서, 가로 화면에서 픽셀에 대한 배치를 나타낸 평면도이며, 도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 이용한 입체 표시 장치에 있어서, 세로 화면에서 픽셀에 대한 배치를 나타낸 평면도이고, 도 10은 도 8의 I~I' 선상의 구조 단면도이며, 도 11은 도 9의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도이다. 그리고, 도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 구체적으로 나타낸 사시도이다.

이하, 설명하는 제 1 방향과 제 2 방향은 서로 수직 관계에 있는 방향을 나 타내며, 편의상 제 1 방향과 제 2 방향은 가로 보기 상태에서 보았을 때 각각 가로 방향과, 세로 방향을 나타내는 것으로 정의한다. 또한, 본 발명의 액정 전계 렌즈는 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판 상에 각각 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성되는 렌즈 영역을 포함하고 있으며 이는 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 8과 같이, 본 발명의 액정 전계 렌즈에 있어서, 가로 보기 상태를 나타내는 경우, 제 1 렌즈 영역(P1)은 제 1 방향(도면상의 가로 방향)으로 형성되며, 상기 제 1 렌즈 영역(P1)은 한쌍의 좌안(L1), 우안(R1)에 대한 영상 신호를 출사영역을 포함한다.

이 경우, 상기 한쌍의 좌안, 우안에 대한 영상 신호를 출사하는 영역을 제 1 방향(가로 방향)으로 갖는 영역을 제 1 렌즈 영역(P1)이라 정의한다. 그리고, 이러한 제 1 렌즈 영역(P1)에는 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 복수개의 제 2 전극(도 10의 201, 203 참조)이 형성된다. 이 때, 상기 복수개의 제 2 전극(201, 203)에 양전압(고전압에서 문턱 전압 사이 값으로 변조되는 값)이 인가되고, 이와 대향되는 기판측에 상기 제 2 전극(201, 203)과 교차되는 제 1 전극에 접지 전압(0V)이 인가되어, 가로 보기 모드를 구현한다.

또한, 이러한 액정 전계 렌즈의 배치에 대하여, 그 하측에 위치하는 표시 패널은, r1, g1, b1의 컬러 필터가 수직 방향(제 2 방향)이 되도록 배치된다. 여기서, 상기 가로 폭 a, 세로 폭 b로 하는 사각형의 구역이 표시 패널의 최소 서브픽셀(sub pixel)에 해당하는 것으로, 제 2 실시예에 따른 본 발명의 액정 전계 렌즈는, 상기 서브픽셀 단위로, 좌안 출사 영역과 우안 출사 영역을 담당하도록 한다.

여기서, 상기 제 1 렌즈 영역(P1)이 제 1 방향으로 위치한다는 부위는 볼록한 렌즈면에 제 1 방향(가로 방향)으로 구현된다는 의미로, 이 경우, 제 2 방향으로 볼록하지 않고, 평탄한 계면(액정층이 제 2 방향에서 동일한 위상차를 갖도록 배열)을 갖도록 액정층이 배열된다.

마찬가지로, 도 9는 본 발명의 액정 전계 렌즈의 세로 보기 상태를 나타낸 것으로, 도 8의 배치를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 90도 회전시킨 상태를 나타내고 있다. 이 때, 표시 패널 또한 함께 회전되어, 표시 패널의 r1, g1, b1 컬러 필터는 가로 방향(회전하기 전에는 제 2 방향(세로 방향))으로 배열 배치된다. 이러한 세로 보기 상태에서는, 표시 패널이 회전한 상태에서, 좌안 출사 영역(L2)과 우안 출사 영역(R2)을 정의하며, 이러한 한쌍의 좌안 출사 영역(L2)과 우안 출사 영역(R2)을 포함하는 영역을 제 2 렌즈 영역(P2)이라 정의한다. 이 경우, 상기 제 2 렌즈 영역(P2)에서도 상기 제 2 방향과 90도 교차하는 제 1 방향으로 복수개의 제 1 전극(도 11의 101, 103 참조)이 형성된다. 이 때, 상기 복수개의 제 1 전극(101, 103)에 양전압이 인가되고, 이와 대향되는 기판측에 상기 제 1 전극(101, 103)과 교차되는 제 2 전극(201, 203)에 접지 전압(0V)이 인가되어, 세로 보기 모드를 구현한다.

도 10 내지 도 12를 통해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는, 서로 대향된 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)과, 상기 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200)에 각각 제 1 방향으로 정의되는 복수개의 제 1 렌즈 영역(P1)과, 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 정의되는 복수개의 제 2 렌즈 영역(P2)과, 상기 제 1 렌즈 영역(P1)내에 대응되는 상기 제 2 기판(200) 상에, 상기 제 2 방향으로 형성된 제 1 전극(201, 203)과, 상기 제 2 렌즈 영역(P2)내에 대응되는 상기 제 1 기판(100)상에, 상기 제 1 방향으로 형성된 제 2 전극(101, 103) 및 상기 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200) 사이에 채워진 액정층(300)을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는, 상기 제 1 전극(201, 203) 및 제 2 전극(101, 103)은 도시된 바와 같이, 복수개 형성될 수 있다.

이 때, 상기 복수개의 제 1 전극(201, 203) 및 제 2 전극(101, 103)은 각각 상기 제 2 기판(200)과 제 1 기판(100) 상의 단일층에 형성되거나, 도시된 바와 같이, 상기 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극(201, 203)은 각각 상기 제 2 기판(200)과 제 1 기판(100) 상에 복수개의 층상에 형성될 수도 있다. 상기 복수개의 제 1 전극(201, 203)의 폭 및 인접한 제 1 전극(201, 203)간의 이격 간격은 5~10㎛이며, 상기 복수개의 제 2 전극(101, 103)의 폭 및 인접한 제 2 전극(101, 103)간의 이격 간격은 5~30㎛으로 한다.

도면상에서는 상기 제 1 전극(201)이 제 2 기판(200) 상에 형성되며, 상기 제 1 전극(201)을 덮도록 상기 제 2 기판(200) 상에 제 2 절연막(202)이 형성되고, 이어, 상기 제 2 기판(200) 상에 형성된 제 1 전극(201)과 서로 교번된 위치, 즉, 상기 제 1 전극(201)이 형성되지 않은 부위에 대응하여 제 1 전극(203)이 제 2 절연막(202) 상에 형성된 상태를 나타내고 있다. 상기 액정층(300)에 전계에 의한 영 향을 완만히 하기 위하여는, 상기 서로 다른 층에 제 1 전극(201)을 형성시 상기 제 2 기판(200) 전체를 평면으로 관찰하였을 때, 제 1 전극이 형성되지 않은 부위가 없도록, 일층에 형성된 제 1 전극(201)의 위치를 다른층의 형성된 제 1 전극(201)이 보상하는 형상으로 형성한다.

마찬가지로, 상기 제 2 전극(101, 103) 또한 제 1 기판(100)과, 제 1 절연막(102)에 서로 교번하여 형성하며, 서로 다른층의 제 2 전극(101, 103)이 상대의 위치를 보상하는 형상으로 형성한다. 이 때, 상기 제 1 전극(201, 203)과 상기 제 2 전극(101, 103)은 서로 수직으로 교차하는 방향의 막대 형상을 가지며, 각각 제 1 방향에서 정의되는 제 1 렌즈 영역(P1)과 제 2 방향에서 정의되는 제 2 렌즈 영역(P2)을 지나도록 형성한다.

여기서, 상기 제 1 전극(201, 203)과 제 2 전극(101, 103)은 도시된 2개의 층 외에 단일층에도 형성할 수 있으나, 상기 제 1 전극(201, 203)이 갖는 이격 간격을 줄이면 패터닝 공정에서 얻어질 수 있는 마진이 줄기 때문에, 도시한 바와 같이, 복수개의 층으로 각 전극을 배치하는 것이 불가피한 경우도 있다. 경우에 따라 도시된 2개의 층보다 그 이상의 층(절연막)을 더 형성하고, 다층 구조로 상기 제 1 전극(201, 203) 또는 제 2 전극(101, 103)을 배치할 수도 있다.

설명하지 않은 도면 부호 104, 204는 각각 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200) 상의 최상부에 형성되는 제 1 배향막과 제 2 배향막으로, 상기 제 1, 제 2 배향막(104, 204)는 그 러빙 조건에 따라 상기 제 1 전극(201, 203)과 제 2 전극(101, 103)에 전압이 인가되지 상태(플로팅 상태)에서, 상기 액정층(300)이 투과층으로 기능하도록, 각각의 구비된 제 2 전극(101, 103)과, 제 1 전극(201, 203)의 방향으로 러빙을 한다.

또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제 1 렌즈 영역(P1)과 제 2 렌즈 영역(P2)에 대해 각각 상기 복수개의 제 1 전극(201, 203)과 제 2 전극(101, 103)을 구비하고, 이들에 다양한 전압을 인가하여 각 렌즈 영역에서 형성되는 액정 전계 렌즈의 렌즈면 형상을 완만히 하여, 입체 표시의 시감을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제 1 전극(201, 203) 및 제 2 전극(101, 103)은 투명 금속으로 형성하여 투과율의 손실을 줄이고, 하부의 표시 패널로부터 나오는 광이 출사함에 이상이 없도록 한다.

이 때, 상기 복수개의 제 1 전극(201, 203) 또는 제 2 전극(101, 103)에 대하여, 제 1 또는 제 2 렌즈 영역(P1, P2)의 중심으로부터 에지부로 갈수록 점차 증가하는 양전압들을 인가하는 전원 전압원 및 상기 전원 전압원으로 양전압이 인가되지 않은 상기 복수개의 제 2 전극(101, 103) 또는 제 1 전극(201, 203)에 대하여 접지 전압을 인가하는 접지 전압원(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 렌즈 영역(P1)들의 각각 중심에 대응되어 위치한 제 1 전극(201, 203)에는

(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정층의 탄성 계수, ε₀은 자유공간 유전율)의 전압이 인가되며, 상기 제 1 렌즈 영역(P1)들의 각각의 에지부(도 10 의 좌우 가장자리)에 대응되어 위치한 제 1 전극에는 2.5~10V의 전압이 인가되며, 상기 제 1 렌즈 영역(P1)의 중심으로부터 에지부로 갈수록 배치된 복수개의 제 1 전극들(201, 203)에 점차 증가하는 전압들을 상기 전원 전압원을 통해 인가한다. 또한, 마찬가지로 상기 제 2 렌즈 영역(P2)들의 각각 중심에 대응되어 위치한 제 2 전극(101, 103)에는

(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정층의 탄성 계수, ε₀은 자유공간 유전율)의 전압이 인가되며, 상기 제 2 렌즈 영역들(P2)의 각각의 에지부(도 11의 좌우 가장자리) 에 대응되어 위치한 제 2 전극(101, 103)에는 2.5~10V의 전압이 인가되며, 상기 제 2 렌즈 영역(P2)의 중심으로부터 에지부로 갈수록 배치된 복수개의 제 2 전극들(101, 103)에 점차 증가하는 전압들을 상기 전원 전압원을 통해 인가한다.

상술한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 포함한 입체 표시 장치는, 도 5와 같이, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널(500)과, 상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 상술한 구성의 액정 전계 렌즈(1000)를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 액정 전계 렌즈(1000)가 상기 표시 패널(500)로부터 나오는 이차원의 영상 신호를 그대로 출사시에는, 제 1 전극(201, 203)과 제 2 전극(101, 103)을 모두 플로팅(floating)시켜, 전압 무인가 상태로 하여, 상기 제 1 및 제 2 배향막(104, 204)의 러빙 방향에 따라 상기 액정층(300)의 액정을 배향한다. 이 경우, 상기 제 1, 제 2 배향막(104, 204)은 각각 해당 기판측의 전극 방향(제 2 전극 및 제 1 전극)으로 러빙되어 있으며, 액정층(300)은 그대로 하부로부터 인가되는 광이 그대로 출사되는 투명층으로 기능하게 된다.

또한, 가로 보기 상태에서는 상기 제 1 전극(201, 203)에는 양전압을 인가하고, 상기 제 2 전극들에는 접지 전압을 인가하여, 상기 제 1 렌즈 영역으로 상기 액정층을 구동시켜, 제 1 방향으로 렌즈의 굴곡면을 갖도록 함으로써, 상기 표시 패널의 가로 보기로 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하도록 한다. 여기서, 상기 제 1 전극(201, 203)에 인가하는 전압은 상기 제 1 렌즈 영역(P1)의 중심으로부터 에지부로 갈수록 점차 증가하도록, 1.6~2V의 문턱 전압부터 2.5~10V의 고전압 사이의 값들을 복수개의 제 1 전극들에 인가하며, 상기 전원 전압원으로 양전압이 인가되지 않은 상기 복수개의 제 2 전극(101, 103)에는 접지 전압을 인가한다.

이러한 상기 제 1 전극(201, 203)과 제 2 전극(101, 103)에 선택적으로 양전압들과 접지 전압들을 인가함에 의해 제 1 렌즈 영역 또는 제 2 렌즈 영역이 정의된다. 도 10에서는 제 1 렌즈 영역(P1)이 제 1 방향으로 형성된 예를 나타내며, 도 11에서는 제 2 렌즈 영역(P2)에 제 2 방향으로 형성된 예를 나타낸다. 이 경우, 제 1 렌즈 영역(P1)에서는 액정층(300)의 총 두께(LC)에 대비하여, 상기 액정층(300) 내에 형성된 액정 전계 렌즈는 제 1 새그(S1: 렌즈의 최고점)를 갖도록 형성되며, 제 2 렌즈 영역(P1)에서는 상대적으로 좀 더 높게 제 2 새그(S2)로 형성된다. 상기 제 2 렌즈 영역(P2)에서 보다 넓은 피치를 갖기 때문에, 상대적으로 제 2 렌즈 영역의 제 1 전극(101, 103)에 인가되는 최고 전압이 크게 되어, 좀 더 높은 새그 값을 갖도록 형성됨을 예상할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제 2 실시예 따른 액정 전계 렌즈에 있어서, 제 1 기판측의 전압 인가 방법을 나타낸 평면도이다.

도 13을 참조하여, 상기 제 2 전극(101, 103)에 전압을 인가하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 제 2 렌즈 영역(P2)의 중심에서는 대략 문턱 전압(

: 약 1.6~2V)에 상당한 제 n 전압(Vmin)이 인가되며, 상기 제 2 렌즈 영역(P2)들의 에지부에 위치한 제 2 전극(101)에 가장 큰 제 n 전압(Vmax)이 인가된다. 이 경우, 상기 제 2 렌즈 영역(P2)의 중심과 에지부 사이의 위치하는 상기 제 2 전극들(101, 103)에 인가되는 전압은 상기 제 2 렌즈 영역의 문턱 전압(Vmin)에서 제 n 전압(Vmax) 사이에서, 상기 제 2 렌즈 영역(P2)의 중심에서 멀어질수록 점점 커지는 값의 전압이 인가된다.

이러한 복수개의 제 1 전극(101)은 상기 제 2 렌즈 영역(P2)에서, 상기 제 2 렌즈 영역의 에지부를 경계로 좌우 대칭형으로 형성된다. 이러한 상기 각 제 2 전극(101, 103)들은 패드부에서, 해당 전압원(Vmin, V1, V2, ..., Vmax)들과 전압 인가 배선들(111, 113)을 통해 연결되어, 해당 전압이 인가된다.

설명하지는 않지만, 상기 제 1 전극(201, 203)들에 전압을 인가하는 방법 역시 상술한 제 2 전극(101, 103)에 대비하여 그 전극 방향만 교차하는 점을 제외하고는 동일한 방법을 적용한다.

이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 시뮬레이션한 예를 설명한다.

도 14a 내지 도 14c는 가로 화면 구현시, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 단면도, 전계 시뮬레이션도 및 전계에 따라 형성된 액정 전계 렌즈의 위상을 나타낸 그래프이다. 그리고, 도 15a 내지 도 15c는 세로 화면 구현시, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 단면도, 전계 시뮬레이션도 및 전계에 따라 형성된 액정 전계 렌즈의 위상을 나타낸 그래프이다.

도 14a 및 도 15a와 같이, 시뮬레이션에서는 제 1 렌즈 영역의 피치를 99.92㎛으로 하였고, 제 2 렌즈 영역의 피치를 299.31㎛로 하였다. 그리고, 상기 제 1 렌즈 영역을 이루는 제 2 기판 상의 제 1 전극의 폭 및 이격 간격은 약 6㎛로 하였고, 제 2 렌즈 영역을 이루는 제 1 기판 상의 제 2 전극의 폭 및 이격 간격은 약 10㎛으로 하였다. 또한, 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층은 총 25.00㎛의 두께로 하였고, 서로 다른층의 제 1 전극과 제 2 기판 사이에는 제 2 절연막이 0.4㎛ 개재되었으며, 마찬가지로, 제 2 전극과 제 1 기판 사이에도 제 1 절연막이 0.4㎛의 두께 개재된다.

각각 제 1 렌즈 영역을 구현하기 위해 전압을 인가하여 전계를 형성하면, 도 14b와 같이, 완만한 측면 전계효과를 갖는 것이 관찰된다. 이에 비해 제 2 렌즈 영 역을 구현하기 위해 전압을 인가하는 경우, 도 15b와 같이, 피치가 길고, 피치 내에 제 2 전극 배치가 보다 많이 들어가기 때문에, 제 1 렌즈 영역에 비해 측면 전장이 중앙에서 보다 강하게 걸림을 관찰할 수 있다.

이에 따라, 각각 제 1 렌즈 영역과 제 2 렌즈 영역에 형성되는 액정 전계 렌즈의 위상을 살펴보면, 도 14c와 도 15c와 같이, 제 1 렌즈 영역에서는, 약 8㎛의 제 1 새그(S1)가 형성됨을 알 수 있고, 제2 렌즈 영역에서는 이보다 피치와 인가된 전압 세기가 크기 때문에 보다 높은 약 20㎛의 제 2 새그(S2)가 형성됨을 알 수 있다. 그러나, 상기 제 2 렌즈 영역은 피치가 길기 때문에, 렌즈의 에지부에서 포물면 렌즈로부터 일탈하는 왜곡이 부분적으로 발생함을 알 수 있다. 이 부위는 해당 부위의 전극을 차광 금속으로 하거나, 이 부위에 블랙 매트릭스층을 대응시켜 가려주면 렌즈의 왜곡에 의한 영향을 방지할 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 종래의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도

도 2는 도 1의 거리에 따른 액정 전계 렌즈의 위상을 나타낸 그래프

도 3a 및 도 3b는 도 1의 액정 전계를 구비한 표시 장치의 가로 화면 및 이를 피봇팅하여 구현한 세로 화면을 나타내는 도면

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함한 입체 표시 장치의 가로 화면 및 이를 피봇팅하여 구현한 세로 화면을 나타내는 도면

도 5는 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함하는 입체 표시 장치와 이의 구동 원리를 나타내는 도면

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 가로 화면 및 세로 화면에 있어서, 단일 렌즈 영역과 이의 구동 방법을 나타낸 개략도

도 7은 도 6의 액정 전계 렌즈를 나타낸 사시도

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 이용한 입체 표시 장치에 있어서, 가로 화면에서 픽셀에 대한 배치를 나타낸 평면도

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 이용한 입체 표시 장치에 있어서, 세로 화면에서 픽셀에 대한 배치를 나타낸 평면도

도 10은 도 8의 I~I' 선상의 구조 단면도

도 11은 도 9의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도

도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 구체적으로 나타낸 사시도

도 13은 본 발명의 제 2 실시예 따른 액정 전계 렌즈에 있어서, 제 1 기판측의 전압 인가 방법을 나타낸 평면도

도 14a 내지 도 14c는 가로 화면 구현시, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 단면도, 전계 시뮬레이션도 및 전계에 따라 형성된 액정 전계 렌즈의 위상을 나타낸 그래프

도 15a 내지 도 15c는 세로 화면 구현시, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 단면도, 전계 시뮬레이션도 및 전계에 따라 형성된 액정 전계 렌즈의 위상을 나타낸 그래프

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100, 1100 : 제 1 기판 101, 103 : 제 2 전극

102, 1102 : 제 1 절연막 104, 1104 : 제 1 배향막

111, 113 : 전압 인가 배선 200, 1200 : 제 2 기판

201, 203 : 제 1 전극 202, 1202 : 제 2 절연막

204, 1204 : 제 2 배향막 300 : 액정층

1101 : 제 1 전극 1103 : 제 2 전극

1201 : 제 3 전극 1203 : 제 4 전극

Claims (20)

1. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;

   상기 제 1 기판 및 제 2 기판에 각각 제 1 방향으로 정의되는 복수개의 제 1 렌즈 영역과, 상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로 정의되는 복수개의 제 2 렌즈 영역;

   상기 제 2 기판 상의 각 제 1 렌즈 영역내에, 상기 제 2 방향으로 형성된 제 1 전극;

   상기 제 1 기판 상의 각 제 2 렌즈 영역내에, 상기 제 1 방향으로 형성된 제 2 전극; 및

   상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 전극 또는 제 2 전극에 대하여 선택적으로, 양전압들을 인가하는 전원 전압원; 및

   상기 전원 전압원이 인가되지 않은 상기 제 2 전극 또는 제 1 전극에 대하여 접지 전압을 인가하는 접지 전압원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제 1 렌즈 영역이 정의되도록 상기 액정층을 구동시,

   상기 제 1 전극에는 양전압을 인가하고, 상기 제 2 전극에는 접지 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 제 2 렌즈 영역이 정의되도록 상기 액정층을 구동시,

   상기 제 2 전극에는 양전압을 인가하고, 상기 제 1 전극에는 접지 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 복수개의 제 1 전극 또는 제 2 전극에 대하여, 제 1 또는 제 2 렌즈 영역의 중심으로부터 에지부로 갈수록 점차 증가하는 양전압들을 인가하는 전원 전압원; 및

   상기 전원 전압원이 인가되지 않은 상기 복수개의 제 2 전극 또는 제 1 전극에 대하여 접지 전압을 인가하는 접지 전압원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제 1 렌즈 영역들의 각각 중심에 대응되어 위치한 제 1 전극에는

   

   (Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정층의 탄성 계수, ε₀은 자유공간 유전율)의 전압이 인가되며,

   상기 제 1 렌즈 영역들의 각각의 에지부에 대응되어 위치한 제 1 전극에는 2.5~10V의 전압이 인가되며,

   상기 제 1 렌즈 영역의 중심으로부터 에지부로 갈수록 배치된 복수개의 제 1 전극들에 점차 증가하는 전압들을 상기 전원 전압원을 통해 인가하는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 제 2 렌즈 영역들의 각각 중심에 대응되어 위치한 제 2 전극에는

   

   (Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정층의 탄성 계수, ε₀은 자유공간 유전율)의 전압이 인가되며,

   상기 제 2 렌즈 영역들의 각각의 에지부에 대응되어 위치한 제 2 전극에는 2.5~10V의 전압이 인가되며,

   상기 제 2 렌즈 영역의 중심으로부터 에지부로 갈수록 배치된 복수개의 제 2 전극들에 점차 증가하는 전압들을 상기 전원 전압원을 통해 인가하는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
9. 제 5항에 있어서,

   상기 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 상기 제 2 기판과 제 1 기판 상의 단일층에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
10. 제 5항에 있어서,

    상기 복수개의 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 상기 제 2 기판과 제 1 기판 상의 복수개의 층상에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
11. 제 5항에 있어서,

    상기 복수개의 제 1 전극의 폭 및 인접한 제 1 전극간의 이격 간격은 5~10㎛이며, 상기 복수개의 제 2 전극의 폭 및 인접한 제 2 전극간의 이격 간격은 5~30㎛인 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 제 1 기판과, 제 2 기판 상에 각각 제 1, 제 2 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 제 1 배향막은 상기 제 2 전극의 길이 방향으로 러빙되며, 상기 제 2 배향막은 상기 제 1 전극의 길이 방향으로 러빙되는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
14. 제 1항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 전극은 투명 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
15. 제 1항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 전극에 전원 전압을 인가하지 않은 상태에서 상기 액정층은 투과층으로 이용되는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
16. 제 1항에 있어서,

    상기 제 1 렌즈 영역에 대응되어, 상기 제 2 기판과 상기 제 1 전극의 층간에는 상기 제 1 전극보다 크며, 상기 제 1 렌즈 영역에 상당하거나 작은 크기로 제 3 전극이 더 형성되고,

    상기 제 2 렌즈 영역에 대응되어, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 전극의 층간 에는 상기 제 2 전극보다 크며, 상기 제 2 렌즈 영역에 상당하거나 작은 크기로 제 4 전극이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
17. 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널; 및

    상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 액정 전계 렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
18. 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널 및 상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 액정 전계 렌즈를 포함하여 이루어진 입체 표시 장치의 구동 방법에 있어서,

    상기 액정 전계 렌즈가 이차원의 영상 신호를 출사시 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 플로팅시키는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치의 구동 방법.
19. 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널 및 상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 액정 전계 렌즈를 포함하여 이루어진 입체 표시 장치의 구동 방법에 있어서,

    상기 제 1 전극에는 양전압을 인가하고, 상기 제 2 전극에는 접지 전압을 인 가하여, 상기 제 1 렌즈 영역으로 상기 액정층을 구동시켜, 상기 표시 패널의 가로 보기로 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사함을 특징으로 하는 입체 표시 장치의 구동 방법.
20. 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널 및 상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 액정 전계 렌즈를 포함하여 이루어진 입체 표시 장치의 구동 방법에 있어서,

    상기 제 2 전극에는 양전압을 인가하고, 상기 제 1 전극에는 접지 전압을 인가하여, 상기 제 2 렌즈 영역으로 상기 액정층을 구동시켜, 상기 표시 패널의 세로 보기로 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사함을 특징으로 하는 입체 표시 장치의 구동 방법.

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