KR101419231B1 - 입체 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화면을 복수개의 영역으로 구분하여, 이차원과 삼차원의 동시 구현이 가능한 입체 표시 장치에 관한 것으로, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널과, 상기 표시 패널 상부에 위치하고, 평면상에서 m개(m은 2이상의 자연수)의 영역으로 구분되어, 서로 대향된 제 1, 제 2 기판과 상기 제 1, 제 2 기판 상에 전극들과 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 이루어지며, 상기 전극들에 전압 인가에 의해 각 영역별 구동되는 액정 전계 렌즈와, 각각 전원 전압을 인가받아, 상기 m 개의 영역 각각에 대응되는 복수개의 전압 신호를 생성하고 상기 액정 전계 렌즈로 전달하는 구동부 및 상기 구동부의 전원 전압 인가를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
액정 전계 렌즈, 3D, 부분 구동, 국부 2D/3D 스위칭

Description

입체 표시 장치{Stereoscopic Display Device}
본 발명은 입체 표시 장치에 관한 것으로 특히, 화면을 복수개의 영역으로 구분하여, 이차원과 삼차원의 동시 구현이 가능한 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 오 른쪽 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, 일 예로, 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 경로나 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 전극의 위치별로 서로 다른 전압을 인가하여 상기 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 전계 렌즈를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도와, 도 2는 도 1의 액정 전계 렌즈 형성시 전압 인가 후 전위 분포를 나타낸 도면이다.
도 1과 같이, 종래의 액정 전계 렌즈는 마주보는 제 1 및 제 2 기판(10, 20)과, 상기 제 1, 제 2 기판(10, 20) 사이에 형성된 액정층(30)으로 구성된다.
여기서, 상기 제 1 기판(10) 상에는 서로 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.
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) 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 도 2와 같이, 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, 표면이 포물면을 갖는 렌즈와 유사한 광 전달 효과를 갖게 된다.
여기서, 상기 제 2 전극(21)은 액정 전계의 거동을 유발하여, 전체적으로 빛이 느끼는 굴절율을 공간적으로 포물 함수가 되도록 유도하며, 제 1 전극(11)은 렌즈의 모서리부(에지 영역)를 형성토록 한다.
이 때, 제 1 전극(11)은 제 2 전극(21)에 비해 다소 높은 전압이 인가되며, 따라서, 도 2와 같이, 제 1 전극(11)과 제 2 전극(21) 사이에는 전위차가 발생함으로써, 특히, 상기 제 1 전극(11) 부위에는 급격한 측면 전장을 유발하게 된다. 이에 따라, 액정은 완만한 분포를 이루지 못하고, 다소 왜곡된 형태의 분포를 이룸으 로써, 공간적인 굴절율 분포를 포물면 형태로 이루지 못하거나, 혹은 전압에 대해 매우 민감하게 움직이는 특징이 있다.
이러한 액정 전계 렌즈는 물리적으로 포물면의 표면을 갖는 렌즈의 구비없이, 액정과 상기 액정을 사이에 두고 양기판 상에 전극을 형성하고, 이에 전압을 인가함에 의해 얻어질 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 액정 전계 렌즈를 구비한 입체 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
예를 들어, 표시 장치로서 이용시, 2차원 또는 3차원의 선택적 구동은 가능하나, 2, 3차원의 동시 구현이 불가능하였다. 예를 들어, 이동 통신 기기(Mobile application), 게임 기기(Gaming Application) 혹은 PDA(Personal Digital Application) 등에 있어서, 3차원의 표시와 함께 자막 등의 문자를 표시하기 위해 2, 3차원의 동시 구현이 요구되기도 한다.
본 발명은 이와 같은 요구에 부응하기 위해 안출한 것으로 화면을 복수개의 영역으로 구분하여, 이차원과 삼차원의 동시 구현이 가능한 입체 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 표시 장치는, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널과, 상기 표시 패널 상부에 위치하고, 평면상에서 m개(m은 2이상의 자연수)의 영역으로 구분되어, 서로 대향된 제 1, 제 2 기판과 상기 제 1, 제 2 기판 상에 전극들과 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 이루어지며, 상기 전극들에 전압 인가에 의해 각 영역별 구동되는 액정 전계 렌즈와, 각각 전원 전압을 인가받아, 상기 m 개의 영역 각각에 대응되는 복수개의 전압 신호를 생성하고 상기 액정 전계 렌즈로 전달하는 구동부 및 상기 구동부의 전 원 전압 인가를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.
상기 제어부는 m 개의 구동부를 이차원(2D)과 삼차원(3D) 모드 중 하나의 상태에 해당하는 전압 신호를 생성하도록 제어한다. 그리고, 이 때, 상기 제어부는 m개의 구동부 각각에 대하여 이차원 모드/삼차원 모드의 선택부를 구비한다.
여기서, 상기 m 개의 영역의 구분은, 상기 액정 전계 렌즈를 이루는 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판을 m개의 영역으로 구분하여 상기 전극들을 배치시켜 이루어진다. 또한, 상기 액정 전계 렌즈는 상기 m개의 영역에 대해 각각 복수개의 렌즈 영역들을 포함하며, 상기 제 1, 제 2 기판 상에 형성된 전극들은, 상기 제 1 기판 상의 복수개의 렌즈 영역들에 대하여 각각 서로 이격된 복수개의 분할 전극 및 상기 제 2 기판 전면에 형성된 공통 전극으로 형성된다. 이 때, 상기 m개의 구동부는 상기 제 1 기판 상의 상기 복수개의 분할 전극들에 연결된다. 이 경우, 상기 공통 전극에는 상기 복수개의 분할 전극에 인가되는 최소 전압과 동일한 전압이 인가된다. 상기 공통 전극의 전압 인가는 상기 m개의 구동부 중 어느 하나 또는 상기 제어부로부터 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 복수개의 분할 전극은 상기 제 1 기판의 일변에 평행한 제 1 방향으로 막대 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 액정 전계 렌즈는 상기 m개의 영역에 대해 각각 복수개의 렌즈 영역들을 포함하며, 상기 m 개의 영역은 상기 제 1 기판 상의 제 1 방향으로 나누어진 l(l은 2 이상의 자연수)개의 영역과, 상기 제 2 기판 상의 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 나누어진 k(2이상의 자연수)개의 영역이 대응(m=l*k)되어 정의되며, 상기 제 1, 제 2 기판 상에 형성된 전극들은, 상기 제 1 기판 상의 복수 개의 렌즈 영역들에 대하여 각각 서로 이격된 제 1 분할 전극과, 상기 제 2 기판 상에 복수개의 렌즈 영역들간 서로 이격된 제 2 분할 전극을 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 구동부는 상기 제 1 기판 상의 l개의 영역에 대응된 l개와, 상기 제 2 기판 상의 k개의 영역에 대응된 k개가 형성되며, 상기 l개의 구동부는 상기 제 1 분할 전극과 연결되며, 상기 k개의 구동부는 상기 제 2 분할 전극에 연결된다. 이 때, 상기 제어부는 상기 제 1 분할 전극들과 상기 제 2 분할 전극들의 전압 신호를 동시에 제어하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1 분할 전극은 상기 제 2 방향으로 긴 막대 형상으로 형성되고, 상기 제 2 분할 전극은 상기 제 1 방향으로 긴 막대 형상으로 형성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 입체 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
액정 전계 렌즈의 영역을 복수개로 구분하고 각 영역을 구동하는 구동부를 두어, 각 구동부를 제어함에 따라 각 영역을 선택적으로 이차원 또는 삼차원 모드로 구현할 수 있다. 따라서, 한 화면에 이차원의 표시와 삼차원의 입체 표시를 동시에 구현할 수 있다.
또한, 동일 모드라 할지라도 영역별로 선택적으로 구동이 가능하여, 화면을 분할하여 표시에 이용할 수 있다.
그리고, 액정 전계 렌즈를 이루는 상하판 모두에 영역을 구분하고, 상하판에 구분된 영역이 각각 서로 교차하는 방향을 갖도록 하여, 상하판이 교차되어 정의된 영역 수만큼 분리된 구동 영역을 얻을 수 있어, 각각 상하판이 정의된 영역 수만큼 구동부가 요구될 때, 교차된 구동 영역 수보다 적은 수의 전압 조절로 표시를 구현할 수 있다.
즉, 액정 전계 렌즈의 형상을 크게 변경하지 않고, 복수개의 전압 인가 조건을 주는 구동부 구비에 영역별 선택적 구동과, 이들 영역의 이차원 /삼차원의 전환이 가능하며, 한 화면에서 이차원/삼차원 동시 구동이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 입체 표시 장치 및 이에 적용되는 액정 전계 렌즈를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 입체 표시 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3과 같이, 본 발명의 입체 표시 장치(100)는, 이차원 표시 영역(110)과 삼차원 표시 영역(120)이 구분된다. 상기 이차원 표시 영역(110)에서는 2차원의 표시를 수행하고, 나머지 삼차원의 표시 영역(120)에서 3차원의 표시를 수행한다. 여기서, 상기 이차원 표시 영역(110)은 왼쪽 상측 모서리로 도시되어 있지만, 그 위치는 사용자의 편의에 따라 변경될 수 있으며, 이를 복수개로 구비할 수도 있고, 그 영역을 보다 넓히거나 줄일 수 있고, 면적의 변경은 가로 또는 세로 방향에서 모두 가능하다.
이하에서는 상술한 본 발명의 입체 표시 장치를 가능하게 하는 여러 실시예 에 대하여 살펴본다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체 표시 장치에 있어서, 영역별 구동이 가능한 액정 전계 렌즈를 나타낸 개략도이며, 도 5a 및 도 5b는 도 4의 액정 전계 렌즈의 배선을 구체적으로 나타낸 평면도이다.
도 4와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체 표시 장치에 있어서, 액정 전계 렌즈(200)는, 크게 그 중앙에 표시가 이루어지는 액티브 영역(210)과, 그 외곽의 신호 배선이 형성되는 패드 영역(220)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 액티브 영역(210)은 총 4개의 제 1 내지 제 4 영역(211, 212, 213, 214)으로 구분되며, 각각의 영역(211, 212, 213, 214)과 인접한 제 1 내지 제 4 패드 영역(221, 222, 223, 224)들에는 상기 액티브 영역(210)의 상기 제 1 내지 제 4 영역(211, 212, 213, 214)에 형성된 전극들(도 5a 및 도 5b의 261, 262, 263, 264)에 신호를 인가하기 위한 신호 배선(271, 272, 273, 274)이 형성된다. 그리고, 상기 제 1 내지 제 4 패드 영역(221, 222, 223, 224)에 전압 신호를 전달하는 제 1 내지 제 4 구동부(231, 232, 233, 234)가 각각 연결되어 형성된다.
그리고, 도시되지 않았지만, 상기 제 1 내지 제 4 구동부(231, 232, 233, 234)는 각각 제어부에 연결되어, 각 구동부가 이차원(2D)과 삼차원(3D) 모드 중 하나의 상태에 해당하는 전압 신호를 생성하도록 제어한다. 그리고, 이 때, 상기 제어부는 구동부 각각에 대하여 이차원 모드/삼차원 모드의 선택부(미도시)를 구비한다.
여기서, 상기 제 1 구동부(231) 및 제 2 구동부(232)는 상기 액정 전계 렌즈(200)의 상측에, 상기 제 3 구동부(233) 및 제 4 구동부(234)는 상기 액정 전계 렌즈(200)의 하측에 연결되어 형성되어 있으며, 상기 제 1 내지 제 4 구동부(231~234)와 상기 액정 전계 렌즈(200)의 연결은 각각 인접한 패드 영역(221, 222, 223, 224)에서 이루어진다. 패드 영역(221, 222, 223, 224)에서, 이러한 상기 제 1 내지 제 4 구동부(231~234)와 상기 액정 전계 렌즈(200)와의 연결이 이루어진다. 즉, 제 1 구동부(231) 및 제 2 구동부(232)와 상기 제 1 패드 영역(221) 및 제 2 패드 영역(222)에 형성된 신호 배선(도 5a 및 도 5b의 271, 272 참조)이 콘택되고, 상기 제 3 구동부(233) 및 제 4 구동부(234)는 상기 제 3 패드 영역(223) 및 제 4 패드 영역(224)에 형성된 신호 배선(도 5a 및 도 5b의 273, 274 참조)에 콘택된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 도 5a(제 1, 제 2 영역 도시) 및 도 5b(제 3 영역, 제 4 영역 도시)와 같이, 상기 제 1 내지 제 4 영역(211, 212, 213, 214)에는 각각 해당 영역에 복수개의 렌즈 영역을 구비하고, 각 렌즈 영역마다 복수개의 분할 전극(261, 262, 263, 264)이 반복되어 형성된다. 여기서, 도시된 제 1 내지 제 4 영역(211, 212, 213, 214)은 각각 하나의 렌즈 영역을 포함하도록 간략히 도시되어 있지만, 이와 같은 동일 형상으로 복수개의 렌즈 영역이 반복되어 형성되게 된다.
그리고, 인접한 상기 제 1 패드 영역(221)과 제 2 패드 영역(222)에 형성되는 각각의 제 1 신호 배선(271)과 제 2 신호 배선(272)은, 제 1, 제 2 영역(211, 212)간의 인접한 부근에서 서로 분리되어 형성되며, 각각 복수개의 제 1 신호 배선(271)은 개별적으로 상기 제 1 분할 전극(261)들 중 하나와 콘택되고, 제 2 신호 배선(272)도 마찬가지로 제 2 분할 전극(262)들 중 하나와 콘택된다.
그리고, 상기 복수개의 제 1 신호 배선(271)은 각각 제 1 구동부(231)로부터 제 1 FPC(241)를 통해 전압 신호를 인가받고, 마찬가지로 상기 제 2 내지 제 4 신호 배선(272~274)은 각각 제 2 내지 제 4의 해당 구동부(232~234)로부터 제 2 내지 제 4 FPC(242~244)를 통해 전압 신호를 인가받는다.
마찬가지로, 상기 제 3 패드 영역(223)과 제 4 패드 영역(224)에 형성되는 제 3 신호 배선(273) 및 제 4 신호 배선(274)은, 각각 제 3 영역(213) 및 제 4 영역(214)간의 인접부에서 서로 분리되며, 각각 복수개의 제 3 신호 배선(273)은 개별적으로 제 3 분할 전극(263)들 중 하나와 콘택되고, 제 4 신호 배선(274)도 마찬가지로 제 4 분할 전극(264)들 중 하나와 콘택된다.
또한, 상기 제 1 내지 제 4 구동부(231~234)는 제 1 내지 제 4 FPC(241~244)를 통해 해당 신호 배선(271~274)이 형성된 패드 영역(221~224)에서 연결된다. 이러한 각 영역의 신호 배선(271~274)은 서로 분리되어 각 구동부(231~234)로부터 해당 전압 신호들을 인가받는다.
예를 들어, 상기 제 1 영역(211)에 폭 P 를 갖는 렌즈 영역에 총 4개의 제 1 분할 전극(261)이 형성될 때, 상기 렌즈 영역의 중앙을 기준으로 좌우 대칭적인 전압 신호가 인가되어야 한다. 이를 위해 도시된 바와 같이, 제 1 신호 배선(271)은 상기 제 1 분할 전극(261) 수에 맞추어, 각각 하나씩 대응되며, 각각 제 1 분할 전극(261) 중 하나와 대응된 제 1 신호 배선(271)이 컨택되도록 형성할 수도 있다.
경우에 따라 상기 렌즈 영역을 중앙을 기준으로 좌우 대칭적인 전압 신호가 인가되어야 하므로, 신호 배선 수를 반분하여 두고, 렌즈 영역의 에지부에서 최대 전압(Vmax)을 렌즈 영역의 중앙부에서는 가장 작은 최소 전압(Vmin)이 인가되도록, 하나의 렌즈 영역별로 좌우 대칭적인 신호 배선(271)과 제 1 분할 전극(261)을 콘택하도록 형성할 수도 있다. 이 경우에는 상대적으로 각 신호 배선(271)들에 대하여 서로 다른 좌우 대칭의 제 1 분할 전극(261)과의 콘택이 이루어지게 된다.
상술한 바와 같이, 나머지 제 2 영역(212) 내지 제 4 영역(214)에도 동일한 방식으로 전압 인가가 이루어질 수 있다.
여기서, 제 2 신호 배선(272) 및 제 3 신호 배선(273)은, 상대적으로, 제 1 신호 배선(271) 및 제 4 신호 배선(274)에 비해 그 배선 길이가 긴데, 이는 각각 이들에 신호를 인가하는 제 2 구동부(232)와 제 3 구동부(233)들로부터 상대적으로 멀게 떨어져 있기 때문이다.
여기서, 상기 제 1 영역 내지 제 4 영역(211~214)은 크기는 서로 동일하게 또는 서로 다른 크기로 가능하다. 이러한 배치에 있어서는, 영역들이 서로 가로 방향으로 배치되는 특성상 가로 폭을 조절하여 그 면적을 정할 수 있다.
그리고, 상술한 제 1 실시예에 따른 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈에 있어서, 상기 제 1 영역 내지 제 4 영역(211~214)은 분할 전극(261~264)이 형성된 하판측에 정의되는 것으로, 이 경우 액정층을 사이에 두고 대향되는 상판은 영역 구분없이 전면 공통 전극이 형성되어 이루어진다.
도 6은 본 발명의 입체 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 2D 및 3D 의 전환이 가능한, 일 영역의 단면도를 나타낸 것이다.
도 6과 같이, 본 발명의 입체 표시 장치는, 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정 전계 렌즈(300)와, 상기 액정 전계 렌즈(300) 하측에 이차원 영상 정보를 출사하는 표시 패널(350)과, 상기 표시 패널(350) 하측에 표시 패널(350)로 광을 전달하는 광원(700)을 포함하여 이루어진다.
경우에 따라, 상기 표시 패널(350)이 광을 직접 발광하는 장치라면, 상기 광원(700)의 생략이 가능하다.
상기 표시패널(350)에는 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 영상 화소(P1, P2)가 순차적으로 반복 배열되어 있으며, 이러한 표시패널(350)로는 액정표시소자(Liquid crystal Display Device: LCD), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Display Device: OLED), 플라즈마 표시 소자(Plasma Display Panel: PDP), 전계 발광소자(Field Emission Display Device: FED) 등의 평판 표시 장치가 사용될 수 있다. 이러한 표시 패널(350)은 상기 액정 전계 렌즈(300) 하측에 위치하여, 상기 액정 전계 렌즈(300)로 이차원의 영상 신호를 전달하는 역할을 한다.
본 발명의 액정 전계 렌즈(300)는, 이차원 영상 신호를 렌즈면의 프로파일에 따라 삼차원 영상 신호를 출사하는 기능을 갖는 것으로, 상기 이차원을 구현하는 표시 패널(350) 상부에 위치하며, 전압 인가 여부에 따라 선택적으로 삼차원 영상 신호의 출사 혹은 이차원 영상 신호를 그대로 출사하는 기능을 한다. 즉, 상기 액정 전계 렌즈(300)에 전압 무인가시 광이 투과되는 특성을 이용하여 전압 무인가시는 이차원 표시가 가능하고, 상기 액정 전계 렌즈(300)에 전압 인가시는 삼차원 표시와 같은 스위칭 기능을 겸용할 수 있다.
본 발명의 액정 전계 렌즈(300)는, 복수개의 렌즈영역이 대응되어 정의되며, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판(310, 320)과, 각 렌즈 영역(L)들에 대하여 상기 제 1 기판(310) 상에 서로 이격된 복수개의 제 1 전극(311, 도 5a 및 도 5b의 분할 전극들에 대응)과, 상기 제 2 기판(320) 전면에 형성된 제 2 전극(321)과, 상기 제 1 전극들(311)에 각각 서로 다른 전압을 인가하는 전압원(Vmin, V1, V2, ...,Vmax) 및 상기 제 1 기판(310) 및 제 2 기판(320) 사이에 채워진 액정층(330)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제 1 전극들(311) 및 제 2 전극(321)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)과 같은 투명 금속으로 형성하여, 각 전극이 위치한 부위에서 투과율의 손실을 방지한다.
이하, 상기 액정 전계 렌즈(300)를 전압 인가 측면과 관련하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 액정 전계 렌즈와 이의 전압 인가부를 나타낸 개략도이며, 도 8은 도 7의 액정 전계 렌즈에 인가되는 인가 전압과 이로 인해 나타나는 위상차 를 도시한 그래프이다. 그리고, 도 9는 입체 표시 구현 영역의 각 렌즈 영역의 거리별 인가 전압을 나타낸 그래프이다.
상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)에서는 대략 문턱 전압(Vth)에 상당한 제 1 전압(Vmin)이 인가되며, 상기 렌즈 영역(L)들의 에지부(E)에 위치한 제 1 전극(311)에 가장 큰 제 n 전압(Vmax)이 인가된다. 이 경우, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)과 에지부(E) 사이의 위치하는 상기 제 1 전극들(311)에 인가되는 전압은 상기 렌즈 영역의 문턱 전압에 상당한 제 1 전압(Vmin)에서 제 n 전압(Vmax) 사이이며, 상기 렌즈 영역(L)의 중심에서 멀어질수록 점점 커지는 값의 전압이 인가된다. 한편, 이와 같이, 상기 복수개의 제 1 전극(311)에 전압이 인가되면 상기 제 2 전극(321)에는 접지 전압을 인가하여, 상기 제 1 전극(311)과 상기 제 2 전극(321) 사이에 수직 전계를 조성한다.
이러한 복수개의 제 1 전극(311)은 상기 렌즈 영역(L)에서, 상기 렌즈 영역의 에지부(E)를 경계로 좌우 대칭형으로 형성된다. 이러한 상기 각 제 1 전극(311)들은, 도 5a 및 도 5b에 있어서, 각 영역의 전극들(261~264)에 대응되는 것으로, 각 영역에서 해당 패드 영역(221~224)에서, 해당 전압원(Vmin, V1, V2, V3, ..., Vmax)들과 신호 배선(도 5a 및 도 5b의 271~274)을 통해 연결되어, 해당 전압이 인가된다.
여기서, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)에 대응되어 형성된 제 1 전극(311)에 인가되는 가장 작은 문턱 전압에 해당하는 상기 제 1 전압(Vmin)은 약 1.4~2V 를 피크(peak) 값으로 하는 교류 사각파이며, 이러한 문턱 전압 (Vmin)은
Figure 112007088587917-pat00001
(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정의 탄성 계수, ε0은 자유공간 유전율)로 계산된다. 또한, 상기 렌즈 영역(L)의 에지(E)에 대응되어 제 1 전극(311)에 인가되는 전압 중 가장 큰 고전압은 약 2.5~10V를 피크값으로 하여 인가되는 교류 사각파이다.
한편, 상기 액정 전계 렌즈(300)에 구비된 복수개의 제 1 전극들(311)에 상술한 문턱전압(1.4~2V를 피크값으로 하는 교류 사각파)에서 고전압(2.5~10V를 피크 값으로 하는 교류 사각파) 사이의 값으로 인가하고, 상기 제 2 전극(321)에 접지 전압을 인가할 경우, 액정 전계 렌즈(300)는 포물선면의 광학 렌즈와 유사한 렌즈로 작용하게 되고, 상기 표시 패널(350)로부터 출사된 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)은 상기 액정 전계 렌즈(300)에 의하여 각각 제 1 및 제 2 시역(viewing zone)(V1, V2)으로 전달되고, 상기 제 1, 제 2 시역(V1, V2)간의 거리를 사람의 두 눈 사이의 거리로 설계하면 사용자는 상기 제 1 및 제 2 시역(V1, V2)으로 각각 전달되는 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)을 합성하여 양안시차에 의한 3차원 영상을 인식한다.
한편, 제 1 전극(311) 및 제 2 전극(321)에 전압을 인가하지 않을 경우, 상기 액정 전계 렌즈(300)는 상기 표시 패널(350)의 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)의 굴절 없이 그대로 표시되는 단순 투명층 역할을 한다. 따라서, 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)은 시역구분 없이 그대로 사용자에게 전달되고 사용자는 2차원 영상을 인식하게 된다.
도면에서는, 상기 액정 전계(300)의 일 렌즈 영역(L)은, 액정 전계 렌즈 하측에 위치하는 표시 패널(350)의 2개의 화소들(P1, P2)의 폭에 대응되어 형성된 모습을 나타내고 있으며, 경우에 따라 복수개의 화소들이 상기 일 렌즈 영역(L)에 대응되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 렌즈 영역(L)들은 화소들에 대하여 일정 각도로 기울인 방향으로 형성할 수도 있고, 경우에 따라 화소들에 대해 계단형상(렌즈 배치가 n번째 화소 수평 라인에 대해 (n+1)번째 화소 수평라인측에서 일정 폭 쉬프트되어 형성)으로 형성할 수도 있을 것이다.
상기 렌즈 영역(L)은 일 피치(pitch)에 대응되는 폭을 갖도록 정의되며, 동일한 피치를 갖는 렌즈 영역(L)이 일 방향(도 6에서는 가로 방향)으로 주기적으로 반복된다. 이 때, 일 피치(P: pitch)란 일 렌즈 영역(L)의 가로폭을 의미하며, 상기 렌즈 영역은 도시된 볼록 렌즈와 같은 물리적인 렌즈 형상을 갖는 것이 아니라, 전계 인가에 따라 액정 배열되어 이루어지는 하나의 렌즈 기능을 갖는 영역을 표시한 것이다. 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)에서 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)까지는 P/2에 상당한 거리를 가지는 것으로, 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)에서 각 렌즈 영역의 중심(O)까지 대칭형의 제 1 전극(311)들에 대칭의 전압 값이 인가됨을 나타낸다.
그리고, 상기 제 1 전극(311)을 포함한 상기 제 1 기판(310)과, 상기 제 2 전극(321) 상에는 각각 제 1 배향막(312)과 제 2 배향막(322)이 형성된다. 이 때, 상기 제 1, 제 2 배향막(312, 322)은 전압 무인가시의 초기 상태에서 상기 액정 전계 렌즈(300)를 투과층으로 기능시키기 위해, 제 1 배향막(312)의 러빙 방향을 상기 제 1 전극(311)의 방향과 동일하게 하고, 상기 제 2 배향막(312)의 러빙 방향을 이에 교차하는 방향으로 한다. 이를 통해 표시 패널(350)을 통해 하부에서 전달되는 영상을 상기 액정 전계 렌즈(300)를 거쳐 그대로 관측자에게 투과 전달시킨다.
상술한 렌즈 영역(L)은 일 피치(P)를 주기로 가로 방향으로 반복되어 형성된다.
그리고, 상기 복수개의 제 1 전극(311)은 상기 제 1 기판(310)의 세로 방향(도면을 투과하는 방향)을 따라 막대 형상으로 형성되며, 단일 제 1 전극(311)의 폭을 2~10㎛으로 하며, 인접한 제 1 전극(311)간의 간격을 2~10㎛로 하여 배치한다. 예를 들어, 렌즈 영역의 피치(pitch)는 90 내지 1000㎛ 정도로 다양하게 가변할 수 있는데, 상술한 제 1 전극(311)의 폭 및 이격 간격에 따라 렌즈 영역별로 10개 내외에서 100개 이상까지 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 전극(311)의 폭 및 이격 간격은 균일 간격을 갖도록 한다. 상술한 수치 2~10㎛의 범위에서 동일한 값을 갖도록 한다.
한편, 도시하지 않았지만, 상기 제 1, 제 2 기판(310, 320)의 외곽 영역(패드부를 포함한 비표시 영역)에는 씰 패턴(미도시)이 형성되어 상기 제 1, 제 2 기판(310, 320) 사이를 지지한다. 또한, 상기 제 1, 제 2 기판(310, 320) 사이의 액정층(330)은 충분한 위상의 액정 전계 렌즈 형성을 위해, 약 15㎛ 이상의 두께에 상당하도록 충분한 두께로 형성하는데, 이러한 액정층(330)의 두께를 안정하게 유지하기 위해 상기 제 1, 제 2 기판(310, 320) 사이의 셀 갭을 지지하는 볼 스페이 서 또는 칼럼 스페이서가 더 형성될 수 있다. 이 경우, 포함되는 스페이서는 상기 액정 전계 렌즈의 위상을 왜곡시키지 않는 위치에 형성하는 것이 좋다.
본 발명의 액정 전계 렌즈(300)는, 도 4~5b를 참조하면, 크게 중앙에 표시가 이루어지는 액티브 영역(210)과, 상기 액티브 영역(210)에 형성된 제 1 전극(311, 도 5a 및 도 5b에 있어서는, 261~264) 및 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 패드 영역(220)은 외부로부터 전압 신호를 인가하는 전압원을 구비하며, 상기 전압원은 분할 전극에 인가 전압을 생성하는 분배 전압 생성부(160)(도 5a 및 도 5b의 구동부(231~234)에 포함)와, 상기 분배 전압 생성부와 상기 패드 영역(220)을 연결하는 링크부(161)(도 5a 및 도 5b의 FPC(241~244)에 포함)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 전압원은 상기 복수개의 제 1 전극(도 6의 311, 도 5a 및 도 5b에 있어서는 261~264)에 각각 서로 다른 전압과, 상기 제 2 전극(도 6의 321)에 접지 전압을 인가하며, 이 때, 상기 복수개의 제 1 전극(311)에 서로 다른 전압을 인가하기 위해, 상기 전압원은 최대, 최소 전압과 그 사이의 각각의 전압 출력단 사이에 저항을 구비하고, 상기 전압 출력단에 버퍼를 더 구비하여 분배전압 생성부를 더 형성한다. 이 때, 상기 최소 전압(Vmin)과 최대 전압(Vmax)과, 각각의 전압 출력단 사이에 출력되는 저항들(R1, ..., Rn-1)의 크기는 분배가 이루어지는 전압 크기에 따라 조절한다. 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)에서 중앙부(O)로 가면서 각 제 1 전극(311)에 인가되는 전압이 점점 커진 값으로 인가되며, 이러한 전압의 조절은 앞서 저항들의 크기에 따라 조절될 수 있다.
여기서, 상기 각 제 1 전극(311)의 단부와, 상기 패드 영역에 형성된 각각 제 1 전압(Vmin)부터 제 n 전압(Vmax)까지의 총 n 개의 전압 신호가 인가되는 신호 배선들(도 5a 및 도 5b의 271-274 참조)과 콘택된다. 이러한 상기 인가 전압 수 n개는 하나의 렌즈 영역(L) 내에 형성되는 제 1 전극(311) 수 혹은 신호 배선과 제 1 전극과의 대칭 콘택시 상기 제 1 전극(311) 수의 반분된 수에 의해 결정되는 것으로, 도 5a 내지 도 5b와 같이, 예를 들어, 4개의 전극이 형성되는 경우 n은 4 또는 2가 될 수 있다.
도 5a 및 5b에서는, 신호 배선(271~274)이 각각 액티브 영역(210)의 상하에 위치한 패드 영역에 위치한 상태가 도시되어 있고, 상기 상하 패드 영역에 상기 각 영역들의 일 렌즈 영역에 형성되는 4개의 전극들(261~264)에 대하여 콘택되는 신호배선(271~274)이 형성된 상태를 나타내고 있다.
여기서, 도면상의 중앙에 도시된 렌즈 영역의 에지부와 좌측의 렌즈 영역의 중심부 사이에, 총 n 개의 신호 배선(271~274)이 가장 하단부터 시작하여, 제 1 전압(Vmin)이 인가되며 이로부터 점점 커져 n 번째 신호 배선에서는 제 n 전압(Vmax)이 인가된다. 그리고, 상기 우측의 렌즈 영역의 중심부(O)와, 중앙에 도시된 렌즈 영역의 에지부(E) 사이에, 총 n개의 신호 배선이 위치하고, 위에서부터 차례로, 제 1 전압(Vmin)부터 제 n전압(Vmax)까지 인가된다. 이 경우, 전압 인가는 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)를 경계로 하여, 상기 에지부(E)에 대응되는 제 1 전극(311)과 이와 콘택하는 신호 배선(271~274)을 경계로 하여, 그 상하의 신호 배선(271~274)이 대칭적으로 점점 제 n 전압(Vmax)으로부터 제 1 전압(Vmin)까지 줄어드는 전압 신호가 인가되며, 각각의 제 1 전극(311)들이 이들 신호 배선과 차례로 콘택되어, 상기 렌즈 영역의 에지부(E)로부터 중심부(O)로 갈수록 점점 줄어드는 전압 값이 인가된다. 이 때, 상기 제 1 전극(311)들과 상기 신호 배선(271~274)과의 콘택은 그 사이에 보호막(미도시)을 개재하여 콘택홀을 형성하여 이루어진다.
여기서, 상기 복수개의 제 1 전극(311)은 상기 렌즈 영역에서 동일 간격의 폭과 이격 간격을 갖도록 배치되며, 이들은 상기 제 1 기판(310) 상의 동일층 상에 형성된다. 상기 제 1 전극(311)이 상기 제 1 기판(310)의 표면에 바로 형성된 상태가 도시되어 있다.
도 8은 본 발명의 전압 인가 방식을 나타낸 블럭도이다. 그리고, 도 9는 본 발명의 액정 전계 렌즈의 인가 전압에 따른 위상차와 이에 따른 렌즈 모양을 나타낸 그래프이며, 도 10은 본 발명의 액정 전계 렌즈의 위치별 전위 분포이다.
한편, 도 8과 같이, 상기 전압원으로 기능하는, 분배 전압 생성부(160)는 상기 도 5a 내지 도 5b에 있어서, 구동부 (231)에 위치하며, 최대 전압(Vmax)과 최소 전압(Vmin) 사이의 전압 신호 분배를 위해, 최대 전압(Vmax)과 최소 전압 인가단(Vmin)과 각 전압 신호 출력단들 사이의 저항(resistor)(R1, R2, ..., Rn-1)과, 각 전압 신호 출력단으로부터 도 5a 내지 도 5b에 있어서, 제 1 내지 제 4 FPC(241~244)에 포함된 링크부(161)를 거쳐 상기 패드 영역(220)의 신호 배선(271~274)으로 인가되며, 상기 각 전압 신호 출력단의 단부에 신호를 안정화하여 출력하는 버퍼(B1, B2,...., Bn)를 구비하여 이루어진다.
상기 제 1 전극들에 인가되는 전압은 도 8 및 도 9에서 정의된 관계로 산출하며, 이 경우, 각각의 전압 생성은 도 7의 Vmax(최대 전압)과 Vmin(최소 전압) 사이에 분배 전압 생성부(160)를 두어 이루어진다. 이 때, 상기 분배 전압 생성부(160)는 상기 Vmax(최대 전압)과 Vmin(최소 전압)의 각각의 전원 전압원 사이에 각 전극(261~264)들에 인가되는 전압을 분배 가능한 복수개의 저항(R1, R2, ...., Rn-2, Rn-1)을 구비하고, 상기 복수개의 저항들 사이에 노드를 설정하고, 상기 노드들로부터 출력되는 전압 신호를 안정화하는 버퍼(buffer)를 구비한다. 이 때, 버퍼로부터 상기 전압원들과의 연결 배선과 상기 패드 영역의 신호 배선과의 연결을 통해 최종적으로 상기 액티브 영역으로 해당 전압 신호가 인가된다.
이 때, 상기 분배 전압 생성부(160)를 흐르는 전류는 수 mA로 설정한다. 여기서, 전류는 너무 작으면 구동 전압 편차가 커져 안정적이지 못한 전압 레벨이 각 노드로 출력될 수 있고, 전류가 너무 커지면 불필요하게 전압 분배기 내의 저항들에 열소모 전력이 발생할 수 있으므로, 전압 분배기 내의 구동 전압 편차와 열소모 전력을 가감하여 소정의 전류 값을 결정하도록 한다.
상기 분배 전압 생성부(160)로부터 출력되는 전압 신호(Vmin, V1, ..., Vmax)들은 링크부(161)를 거쳐 상기 패드 영역(220)의 신호 배선(271~274)에 연결되고, 상기 신호 배선(271~274)과 상기 전극(261~264)의 단부에서 콘택을 갖는다. 이 경우, 상기 분배 전압 생성부(160)로부터 출력되는 전압 신호들의 수는 상기 각 렌즈 영역의 에지부(E)와 중앙부(O) 사이에 위치하는 전극들(261~264)의 수에 상당하다. 이 때, 상기 분배 전압 생성부(160)로부터 출력되는 전압 신호들은 상기 각 렌즈 영역의 중앙부와 에지부 사이에서, 상기 중앙부 또는 에지부를 경계로 도 9에 도시된 바와 같은, 좌우 양의 2차 함수 형에 해당하는 전압 신호들이 대응된다.
그리고, 이러한 적절한 인가 전압의 선택은 예를 들어, 도 8와 같이, 인가 전압을 소정 값으로 하였을 때, 액정층이 갖는 위상차에 따라 산출한 테이블을 예로 하여, 상기 전압 및 위상차에 관계에 따라 시뮬레이션된 액정 전계 렌즈와, 구현하고자 하는 시뮬레이션의 형상이 유사한 경우, 해당 테이블을 선택하고, 해당 테이블로부터 렌즈 영역의 전극 위치별 전압 값을 산출한다.
도 8과 같이, 본 발명의 액정 전계 렌즈는 도 9에서와 같은 포물 렌즈면을 갖는 렌즈의 형성이 가능하기 위해서는 복수개 형성된 제 1 전극에 인가되는 전압이 렌즈 영역의 에지부로부터 중심까지 점차 낮은 전압이 인가되어야 한다. 즉, 도 8에서 위상차(렌즈 모양에 있어서, 세로축에 해당)가 큰 쪽(렌즈 영역의 중심)은 인가 전압이 낮은 전압이 인가되는 것이며, 위상차가 낮은 쪽(렌즈 영역의 에지부)은 인가 전압이 높은 전압이 인가되어야 한다. 즉, 인가 전압과 위상차는 서로 반비례 관계에 있다.
또한, 도 9와 같이, 렌즈 영역 내의 에지부에서 중심으로 갈수록 인가 전압은 Vmax에서 Vmin으로 낮아지는 관계를 가지며, 이 때, 하나의 렌즈 영역 내에 중심을 경계로 좌우 에지부에 서로 대칭형의 관계를 가진다. 즉, 중심을 0점이라 하고, 상기 중심의 좌측과 우측을 에지부까지를 각각 (-), (+)x축 관계에 있다고 할 때, 상기 중심으로부터 거리(x)의 제곱에 비례하는 값이 인가 전압(V) 값으로 정의 된다.
이상의 전압 인가 방식은 3차원의 입체 표시시에 각각 각 영역을 구동하는 구동부에 구비된 분배 전압 생성부를 통해 수행되는 것이고, 만일 소정 영역이 2차원의 표시를 수행할 경우에는 각각 분배 전압 생성부에 인가되는 최소 및 최대 전압 모두 동일 전압(Vx)을 인가하고 상기 제 2 기판(320)측의 공통 전극(제 2 전극)(321)에도 이와 동일한 Vx 전압을 인가함으로써, 상기 액정 전계 렌즈(300) 내에 제 1, 제 2 기판(310, 320) 사이에 전압차가 발생되지 않아, 하측의 표시 패널(350)의 이차원 영상이 그대로 출사되게 한다.
이와 같이, 본 발명의 입체 표시 장치는 영역별 구동부를 구비함에 의해 각 영역에 대한 이차원/삼차원의 선택적 표시가 가능하게 된다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치를 하판 및 상판을 나타낸 평면도이며, 도 11은 도 10a 및 도 10b의 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치의 각 영역별 구동을 나타낸 평면도이다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치는, 도 6에 도시된 본 발명의 입체 표시 장치에 구성 중 상기 액정 전계 렌즈(300)의 구성을 대체한 것으로, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널(도 6의 350 참조)과, 상기 표시 패널(350) 상부에 위치하고, 평면상에서 m개(m은 2이상의 자연수)의 영역으로 구분되어, 서로 대향된 제 1, 제 2 기판(310, 320)과 상기 제 1, 제 2 기판(310, 320) 상에 전극들과 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하 여 이루어지며, 상기 전극들에 전압 인가에 의해 각 영역별 구동되는 액정 전계 렌즈(600)와, 각각 전원 전압을 인가받아, 상기 m 개의 영역 각각에 대응되는 복수개의 전압 신호를 생성하고 상기 액정 전계 렌즈(600)로 전달하는 m 개의 구동부(511, 512, 513, 561, 562, 563) 및 상기 m개의 구동부(511, 512, 513, 561, 562, 563)의 전원 전압 인가를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 이루어진다.
상기 액정 전계 렌즈(600)는, 각각 상판(550)과 하판(500)이 제 1 내지 제 3 영역(상판SEC1, 상판SEC2, 상판SEC3)과 제 4 내지 제 6 영역(하판SEC1, 하판SEC2, 하판SEC3)으로 복수개의 영역으로 구분되고, 이 영역들에 인가되는 전압을 인가하는 제 1 내지 제 6 구동부(511, 512, 513/ 561, 562, 563)를 포함하여 이루어진다.
상술한 제 1 실시예와 비교하여, 상기 즉, 도 10a 내지 도 11에 따른 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈(600)는 영역의 구분이 상판(550) 또는 하판(500) 어느 하나의 기판에 한하는 것이 아니라, 서로 교차하는 방향으로 영역을 구분하여 형성하는 것이며, 이 경우, 상하판(550, 500)이 서로 합착하여 액정 전계 렌즈를 이룰 때, 도 11과 같이, 서로 교차함에 의해 가로 3, 세로 3으로 구분되는 총 9개의 영역(S1~S9)으로 구분할 수 있다.
그리고, 도시되지 않았지만, 상기 제 1 내지 제 6 구동부(511, 512, 513/561, 562, 563)는 각각 제어부에 연결되어, 각 구동부가 이차원(2D)과 삼차원(3D) 모드 중 하나의 상태에 해당하는 전압 신호를 생성하도록 제어한다. 그리고, 이 때, 상기 제어부는 각 구동부 각각에 대하여 이차원 모드/삼차원 모드의 선택부(미도시)를 구비한다.
또한, 상기 액정 전계 렌즈(600)는 상기 m개의 영역(도 10a 내지 도 11에 따르면 9개 영역)에 대해 각각 복수개의 렌즈 영역들을 포함하며, 상기 m 개의 영역은 상기 하판(500) 상의 제 1 방향(도면 상에서 세로 방향)으로 나누어진 l(l은 2 이상의 자연수)개(도면상에서는 3개)의 영역과, 상기 상판(550)의 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향(도면상에서 가로 방향)으로 나누어진 k(2이상의 자연수)개(도면상에서 3개)의 영역이 대응(m=l*k)되어 정의되며, 상기 상하판(550, 500) 상에 형성된 전극들(미도시)은, 상기 하판(500) 상의 복수개의 렌즈 영역들에 대하여 각각 서로 이격된 제 1 분할 전극(미도시)과, 상기 상판(550) 상에 복수개의 렌즈 영역들간 서로 이격된 제 2 분할 전극(미도시)을 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 구동부는 상기 하판(500) 상의 l개의 영역에 대응된 l개(도면상에서는 3개)와, 상기 상판(550) 상의 k개의 영역에 대응된 k개(도면상에서는 3개)가 형성되며, 상기 l개의 구동부는 상기 하판(500) 상에서 각 영역(하판 SEC1, 하판 SEC2, 하판 SEC3)에 형성된 제 1 분할 전극과 각각 연결되며, 상기 k개의 구동부는 상기 상판(550)상에서 각 영역(상판 SEC1, 상판 SEC2, 상판 SEC3)에 형성된 상기 제 2 분할 전극에 연결된다. 이 때, 상기 제어부는 상기 제 1 분할 전극들과 상기 제 2 분할 전극들의 전압 신호를 동시에 제어하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1 분할 전극은 상기 제 2 방향으로 긴 막대 형상으로 형성되고, 상기 제 2 분할 전극은 상기 제 1 방향으로 긴 막대 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 제 1 분할 전극은 상기 도 5a 및 도 5b에 도시한 방 향과 같이, 영역들을 구분한 방향(가로 방향)과 교차하는 방향(세로 방향)으로 길게 막대 형상으로 이격된 복수개의 전극으로 형성하고, 상기 제 2 분할 전극은 이와 교차하는 방향(가로 방향)으로 긴 전극으로 형성할 수 있다. 또한, 경우에 따라 상기 제 1, 제 2 분할 전극은 모두 각 렌즈 영역에 복수개로 구분된 미세분할 전극 형태로 형성할 수도 있고, 경우에 따라 하판측은 미세 분할 전극으로 상판측은 각 영역들에 하나씩 형성하여, 상판의 정의된 영역 수로만 형성할 수도 있다. 이러한 각 전극의 형상의 선택은 구현하고자 액정 전계 렌즈의 형상(물리적으로 렌즈가 구현되는 것이 아니라 전압 인가에 의해 구동된 액정이 갖는 위상차로 시감적으로 렌즈 효과를 얻을 때의 액정 전계 렌즈)에 따라(예를 들어, 렌즈 높이나 곡면 정도에 따라) 정할 수 있다.
편의에 따라 도 10b에서의 상기 상판측의 제 2 분할 전극은 각각 상판에 형성된 영역(상판 SEC1, 상판 SEC2, 상판 SEC3)별로 구분되어 각 영역별 하나의 패턴으로 형성하도록 한다.
이하에서는 도면을 참조하여, 일 예로 상술한 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치와 같이, 가로 3개 영역, 세로 3개 영역으로 구분하고, 이의 교차에 의해 정의된 9개의 영역으로 구동 영역을 정의하고 이들 구동 영역에 전압 인가시 구현된 형태에 대하여 살펴본다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치의 각 영역별 구동시 인가 전압을 나타낸 도면이다. 그리고, 도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 입체 표시 장치 구현시 각 영역별 액정의 배향을 나타낸 단면도이며, 도 14a 내지 도 14d는 각각 도 13a 내지 도 13d의 대응되는 렌즈 모양을 나타낸 그래프이다.
도 12와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치에 있어서, 좌측 상측부터 차례로 S1부터 S9의 영역을 정의한다.
예를 들어, 가장 중앙의 S5 영역에만 3D를 구현하고, 나머지 영역에 2D를 구현한다고 할 때, 각각의 구동부에서의 전압 인가는 다음과 같다.
그리고, 이하의 설명에서 사용하는 액정층을 이루는 액정은 양의 유전율 이방성을 가지며, 하판과 상판측의 형성된 제 1 배향막과 제 2 배향막은 각각 제 1 분할 전극의 방향과 이에 안티패럴랠(anti-paralle) 한 방향으로 러빙되어 있다고 가정한다.
즉, S5 영역에 3차원 구동에 따른 전압 신호가 인가되어야 하므로, 상기 상하판(550, 500) 사이에 각 거리별 위상차를 갖게 하는 수직 전계가 조성되도록 상기 상하판(500, 500) 상에 형성된 제 2 분할 전극(도 13a 내지 도 13d에 있어서 551 참조) 과 제 1 분할 전극(도 13a 내지 도 13d에 있어서 501 참조) 간 3D 구동 전압을 인가한다. 즉, 상기 제 1 분할 전극이 미세 분할 전극 형태로 형성되고 상기 S 영역에서 상기 제 2 분할 전극은 하나의 공통 전극 형태로 형성되어 있으므로(각 영역별 단면상에서 도 6의 형태), 상기 제 1 분할 전극에 해당 전압 신호를 인가하는 제 2 구동부(512)에서 최소 전압(Vmin)부터 최대 전압(Vmax)을 포함하여 이들 사이의 전압 분배된 n개의 전압 신호를 생성하여 인가한다. 이 때, 상기 제 2 분할 전극(공통 전극)에 해당하는 상판(550)의 제 5 구동부(562)에서는 0V를 인가한다.
그리고, 나머지 영역은 각각 2D로 구현되어야 하므로, 2D의 조건상 상하판의 전압차가 없거나, 그 전압차가 아주 심한 조건을 준다. 왜냐하면, 상하판의 전압차가 없거나 그 전압차가 아주 심한 경우 액정이 누워있거나 서있어, 렌즈 영역내의 거리별 위상차가 발생하지 않아 액정 전계 렌즈 기능을 하지 않게 되기 때문이다. 예를 들어, 액정이 전계와 나란하게 배열하는 최소 전압을 A라 할 때, 상기 하판측의 제 1 분할 전극들에 0V가 인가되고, 상판측에 형성된 제 2 분할 전극(공통 전극)에 상술한 '최대 전압 + A 전압'(Vmax+A)을 인가시에는 렌즈 영역의 거리별 위상차가 없게 되고 모두 동일한 조건으로 수직 전계가 조성되어 모든 액정이 서게 된다.
결과적으로 상기 제 1 및 제 3 구동부(511, 513)는 각각 하판 상의 이와 연결된 영역들(하판 SEC1, 하판 SEC3)에 형성된 각 제 1 분할 전극들에 0V를 인가하고, 상기 제 4 및 제 6 구동부(561, 563)는 각각 상판상의 이와 연결된 영역들 (상판 SEC1, 상판 SEC3)에 형성된 제 2 분할 전극에 (Vmax+A) V 를 인가한다.
이에 따라 도 12에 도시된 상태의 조건이 각각 상판과 하판 사이의 구동 조건이 형성된다.
즉, 제 1 조건은 도 13a 및 도 14a와 같이, 각각 상하판의 해당 전극들의 모두 0V, 0V가 인가되는 것으로, 이러한 제 1 조건의 S4, S6 영역에 있어서는 액정 전계 렌즈의 액정층(530)은 액정 분자는 전압 인가전의 초기 상태와 같이 상기 제 1 분할 전극(501)의 방향으로 누워있어, 2D를 구현하게 된다. 도 14a에서는 이때 액정 전계 렌즈에서 위상차가 이상적인 포물 렌즈와 무관하게 거리(X축)에 변화에 상관없이 광경로차가 발생하지 않음을 알 수 있다.
또한, 제 2 조건은 도 13b 및 도 14b와 같이, S 5 영역에 인가되는 것으로, 상기 S5영역에는, 각각 상판의 제 2 분할 전극에는 0V, 하판의 제 1 분할 전극들에 대하여는 3D 구동 전압이 인가되는 것으로, 도시된 바와 같이, 이상적인 포물 렌즈와 광경로차가 거의 일치하는 액정 전계 렌즈가 형성됨을 알 수 있다.
또한, 제 3 조건은 도 13c 및 도 14c와 같이, 각각 상판의 제 2 분할 전극에는 (Vmax+A)V, 하판의 제 1 분할 전극들에 대하여는 3D 구동 전압이 인가되는 것으로, 앞서 상술한 바와 같이, 상기 상하판 사이의 전압차가 A V 이상인 경우는 거리별로 전계차이를 갖지 않는 강한 수직 전계가 조성되는 것이다. 즉, 이러한 제 3 조건의 S2, S8 영역은 액정 전계 렌즈의 액정층(530)은 액정 분자는 각 거리별로 모든 액정이 서있게 되어, 2D를 구현하게 된다. 즉, 도 14c에 따라, 이때 액정 전계 렌즈에서 위상차가 이상적인 포물 렌즈와 무관하게 거리(X축)에 변화에 상관없이 광경로차가 발생하지 않음을 알 수 있다.
또한, 제 4 조건은 도 13d 및 도 14d와 같이, 각각 상판의 제 2 분할 전극에는 (Vmax+A)V, 하판의 제 1 분할 전극들에 대하여는 각각 0V 전압이 인가되는 것으로, 앞서 상술한 바와 같이, 상기 상하판 사이의 전압차가 A V 이상인 경우는 거리별로 전계차이를 갖지 않는 강한 수직 전계가 조성되는 것이다. 즉, 이러한 제 4 조건의 S1, S3, S7, S9 영역은 액정 전계 렌즈의 액정층(530)은 액정 분자는 각 거 리별로 모든 액정이 서있게 되어, 2D를 구현하게 된다. 즉, 도 14d에 따라, 이때 액정 전계 렌즈에서 위상차가 이상적인 포물 렌즈와 무관하게 거리(X축)에 변화에 상관없이 광경로차가 발생하지 않음을 알 수 있다.
즉, 상술한 입체 표시 장치의 의해, 액정 전계 렌즈의 형상을 크게 변경하지 않고, 복수개의 전압 인가 조건을 주는 구동부 구비에 영역별 선택적 구동과, 이들 영역의 이차원 /삼차원의 전환이 가능하며, 한 화면에서 이차원/삼차원 동시 구동이 가능하며, 이를 상술한 시뮬레이션에 의해 확인할 수 있었다.
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 액정 전계 렌즈의 위치에 따른 광경로 길이(위상)를 나타낸 그래프
도 3은 본 발명의 입체 표시 장치를 나타낸 개략도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체 표시 장치에 있어서, 영역별 구동이 가능한 액정 전계 렌즈를 나타낸 개략도
도 5a 및 도 5b는 도 4의 액정 전계 렌즈의 배선을 구체적으로 나타낸 평면도
도 6은 본 발명의 입체 표시 장치를 나타낸 단면도
도 7은 본 발명의 액정 전계 렌즈와 이의 전압 인가부를 나타낸 개략도
도 8은 도 7의 액정 전계 렌즈에 인가되는 인가 전압과 이로 인해 나타나는 위상차를 도시한 그래프
도 9는 입체 표시 구현 영역의 각 렌즈 영역의 거리별 인가 전압을 나타낸 그래프
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치에 있어서, 하판(제 1 기판) 및 상판(제 2 기판)을 나타낸 평면도
도 11은 도 10a 및 도 10b의 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치의 각 영역별 구동을 나타낸 평면도
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치의 각 영역별 구동시 인가 전압을 나타낸 도면
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치 구현시 각 영역별 액정의 배향을 나타낸 단면도
도 14a 내지 도 14d는 각각 도 13a 내지 도 13d의 대응되는 렌즈 모양을 나타낸 그래프
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 입체 표시 장치 110 : 이차원 표시 영역
120 : 3차원 표시 영역 151 : 액티브 영역
152 : 패드부 160 : 분할전극 인가 전압 생성부
161 : 링크부 200, 300, 600 : 액정 전계 렌즈
210 : 액티브 영역 220 : 패드 영역
231~234 : 구동부 300 : 입체 표시 장치
310, 500 : 제 1 기판 311, 501 : 제 1 전극(미세 분할전극)
312 : 제 1 배향막 320, 550 : 제 2 기판
551 : 제 2 전극 511~513 : 제 1 기판(하판) 구동부
561~563 : 제 2 기판(상판) 구동부 330, 530 : 액정층
700 : 광원

Claims (14)

  1. 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널;
    상기 표시 패널 상부에 위치하고, 서로 대향되며 각각 서로 교차하는 방향으로 'l (l은 2 이상의 자연수)'개 영역과, 'k (k는 2 이상의 자연수)'개 영역을 구분하여 갖는 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상의 'l'개 영역과 상기 제 2 기판 상의 'k'개 영역별로 분리된 전극들과, 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 이루어지며, 상기 전극들에 전압 인가에 의해 각 m (l x k = m)개의 영역에서 독립적으로 구동되는 액정 전계 렌즈;
    각각 전원 전압을 인가받아, 상기 제 1 기판 상의 'l'개 영역과, 제 2 기판 상의 'k'개 영역별로 독립적으로 전극들에 대응되는 복수개의 전압 신호를 생성하여 상기 액정 전계 렌즈로 전달하는 구동부; 및
    상기 구동부의 전원 전압 인가를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부는 'l + k' 개 구비되고,
    상기 제어부는 상기 m 개의 영역 각각이 이차원(2D)과 삼차원(3D) 모드 중 하나의 상태가 되도록 상기 구동부가 해당하는 전압 신호를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 m개의 영역 각각에 대하여 이차원 모드/삼차원 모드의 선택부를 구비한 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  4. 삭제
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 액정 전계 렌즈는 상기 m개의 영역에 대해 각각 복수개의 렌즈 영역들을 포함하며,
    상기 제 1, 제 2 기판 상에 형성된 전극들은, 상기 제 1 기판 상의 'l'개의 영역내 각각의 복수개의 렌즈 영역들에 대하여 각각 서로 이격된 복수개의 제 1 분할 전극 및 상기 제 2 기판 상의 'k'개 영역마다 공통 전극 형상으로 분리된 제 2 분할 전극으로 형성된 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 제 1 기판 상의 'l'개의 영역 내 상기 복수개의 제 1 분할 전극들에 연결되는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 'k'개의 영역의 제 2 분할 전극 중 적어도 하나에는 상기 복수개의 제 1 분할 전극에 인가되는 최소 전압과 동일한 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 'k'개의 영역의 각 제 2 분할 전극의 전압 인가는 상기 구동부 또는 상기 제어부로부터 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 복수개의 제 1 분할 전극은 상기 제 1 기판의 일변에 평행한 제 1 방향으로 막대 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  10. 삭제
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 제 1 기판 상의 'l'개의 영역에 대응된 'l'개와, 상기 제 2 기판 상의 k개의 영역에 대응된 'k'개가 형성되며,
    상기 'l'개의 구동부는 상기 제 1 기판의 'l'개의 영역으로 나눈 각 영역의 복수개의 제 1 분할 전극과 연결되며,
    상기 'k'개의 구동부는 상기 제 2 기판의 'k'개의 영역으로 나눈 각 영역의 제 2 분할 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 각 구동부가 동시에 상기 복수개의 제 1 분할 전극들과 상기 제 2 분할 전극들의 전압 신호를 동시에 인가하도록, 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 분할 전극은 상기 제 1 분할 전극과 교차하는 방향의 긴 막대 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
  14. 제 5항에 있어서,
    상기 m개의 영역 중 삼차원 모드가 선택되는 영역은,
    상기 제 1 기판 상의 대응되는 복수개의 상기 제 1 분할 전극들에 대해, 각 렌즈 영역들의 중심에서 에지까지 점차 증가하는 전압이 인가되고,
    상기 제 2 기판 상의 대응되는 상기 제 2 분할 전극에 대해 0V를 인가하는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
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