KR101593546B1 - 액정렌즈 및 이의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 다수의 부분영역을 갖는 렌즈형성부가 다수 정의된 렌즈영역과 상기 렌즈영역의 외측으로 패드부와 제 1 및 제 2 비렌즈영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 비렌즈영역에 서로 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 주 전압 인가배선과; 상기 렌즈영역을 사이에 두고 상기 제 1 비렌즈영역과 이격하는 상기 제 2 비렌즈영역에 1V이하로서 일정한 전압차를 갖는 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 부 전압 인가배선과; 상기 렌즈형성부 각각에 상기 그 양끝단이 각각 주 전압 인가배선 및 부 전압 인가배선과 연결되며 이격하여 형성된 다수의 전극과; 상기 다수의 제 1, 2, 3 전극 상부로 상기 렌즈영역에 형성된 제 1 배향막과; 상기 제 1 기판과 서로 마주보며 이격된 제 2 기판과; 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 제 1 배향막과 마주하며 형성된 제 2 배향막과; 상기 제 1 및 2 배향막 사이에 형성된 액정층을 포함하는 액정렌즈 및 이의 구동방법을 제공한다.

액정렌즈, 횡전계, 스윗쳐블, 프레넬렌즈, 차폐전극

Description

액정렌즈 및 이의 구동방법{Liquid Crystal Lens and Driving method of the same}

본 발명은 액정렌즈(liquid crystal lens)에 관한 것으로, 횡전계에 의해 액정층을 구동하는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 및 이의 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층으로 구성되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동한다. 액정분자는 분극성질과 광학적 이방성(optical anisotropy)을 갖는데, 분극성질은 액정분자가 전기장 내에 놓일 경우 액정분자내의 전하가 액정분자의 양쪽으로 몰려서 전기장에 따라 분자배열 방향이 변화되는 것을 말하고, 광학적 이방성은 액정분자의 가늘고 긴 구조와 앞서 말한 분자배열 방향에 기인하여 입사광의 입사방향이나 편광상태에 따라 출사광의 경로나 편광상태를 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 액정렌즈가 제안되었다.

즉, 렌즈는 렌즈를 구성하는 물질과 공기와의 굴절률 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.

이러한 액정렌즈를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 각각 일반적인 액정렌즈의 사시도 및 단면도이다.

도시한 바와 같이, 일반적인 액정렌즈(10)는 마주보는 제 1 및 제 2 기판(20, 30)과 제 1 및 제 2 기판(20, 30) 사이에 형성된 액정층(40)으로 구성된다. 제 1 기판(20)의 내면 전체에는 제 1 전극(22)이 형성되어 있고, 제 2 기판(30)의 내면에는 이격거리(d)만큼 서로 이격된 제 2 전극(32)이 형성되어 있다.

제 1 및 제 2 전극(22, 32)에 전압이 인가되면 두 전극 사이에는 전기장(electric field)이 형성되는데, 제 2 전극(32)이 제 2 기판(30)의 내면 전체에 형성되어 있지 않고 분리된 형태를 가지므로 완전한 수직 전기장이 형성되지 않고 제 2 전극(32)의 이격구간(32a)에서 멀리 떨어진 영역에는 제 1 및 제 2 기판(20, 30)에 거의 수직한 전기장이 생성되는 반면, 제 2 전극(32)의 이격구간(32a)에 가까운 영역에는 제 1 및 제 2 기판(20, 30)에 경사진 전기장이 생성된다.

따라서 제 1 및 제 2 전극(22, 32)에 의하여 생성된 전기장은 제 2 전극(32)의 이격구간(32a)으로부터의 거리에 따라 세기와 방향이 변하고, 그 결과 전기장에 의하여 구동되는 액정층(40)도 제 1 및 제 2 전극(22, 32)의 이격구간(32a)으로부터의 거리에 따라 입사광의 위상을 다르게 변화시킨다.

도 2는 도 1a 및 도 1b의 액정렌즈를 빛이 통과할 경우 입사광의 위상변화를 도시한 그래프이다. 도 2에서는 비교를 위하여 빛이 실제 렌즈를 통과할 경우에 느끼는 위상변화를 함께 도시하였다.

도 2에서, 제 1, 2, 3 곡선(40a, 40b, 40c)은 각각 다른 구성의 액정렌즈를 통과하는 빛의 위상변화를 보여주는 곡선이며, 제 4 곡선(40d)은 유리 등으로 구성되는 실제 렌즈를 통과하는 빛의 위상변화를 보여주는 곡선이다. 제 1, 2, 3 곡선(40a, 40b, 40c)에서 알 수 있듯이, 액정렌즈를 통과하는 빛의 위상변화는 제 2 전극(도 1a 및 도 1b의 32)의 이격구간(도 1a 및 도 1b의 32a)을 중심으로 좌우로 대칭을 이룬다.

예를 들어 제 1, 2, 3 곡선(40a, 40b, 40c)은 제 2 전극(도1a 및 도1b의 32)의 이격거리(도1a 및 도1b의 d)를 점점 크게 변화시킬 때의 곡선일 수 있는데, 이격거리(도1a 및 도1b의 d)를 적절히 조절한다고 해도 한계가 있어서 실제 렌즈와 동일한 결과를 얻을 수는 없다. 즉, 제 1, 2 곡선(40a, 40b)은 전체적으로 제 4 곡선(40d)보다 위상변화가 적은 반면, 제 3 곡선(40c)은 전체적으로 제 4 곡선(40d)보다 위상변화가 많다.

이러한 결과는 액정렌즈의 위상변화 조절 변수가 적은 것에 기인하는 것으 로, 액정렌즈에 있어서 위상변화를 조절할 수 있는 것은 제 2 전극(도1a 및 도1b의 32)의 이격거리(도 1a 및 도 1b의 d)와 제 2 전극(도1a 및 도1b의 32)에 인가되는 전압뿐이어서, 이를 적절히 조절한다고 해도 실제 렌즈에서의 위상변화와 동일한 곡선을 얻기는 어렵다.

또한, 전술한 바와 같이 수직전계를 이용하여 액정렌즈의 위상을 적절히 변화시키기 위해서는 상기 액정층이 일반적인 액정표시장치의 액정층 두께(일반적으로 3㎛ 내지 10㎛정도) 대비 수 배 내지 수 십배 큰 두께가 요구된다. 즉, 렌즈의 초점거리는 액정의 굴절율 이방성과 렌즈의 두께(셀갭)에 반비례한다. 따라서 필요한 초점거리에 따라 액정렌즈의 셀갭은 20㎛ 내지 100㎛가 되어야 한다.

그런데 액정표시장치를 제조하는 공정에서는 액정패널이 주로 3㎛ 내지 10㎛ 정도의 셀갭을 갖도록 하고 있으며, 이러한 범위내의 셀갭을 갖는 액정패널의 제작하는데 유리한 장비가 사용되고 있다. 이러한 상황에서 10㎛ 이상의 셀갭을 갖는 액정렌즈를 제조하기 위해서는 제조 장치를 큰 셀갭을 갖는 패널 제조에 유리한 구성이 되도록 교체하거나 또는 패널 자체도 10㎛ 이상의 큰 셀갭에 대해 외부 압력에 의한 뭉게짐 등이 발생하지 않도록 내구성을 보강할 수 있도록 새로운 재료 등의 개발이 이루어져야 한다.

이 경우 액정층 두께 증가에 따른 재료 비용이 증가되어 결과적으로는 제품의 제조 비용을 향상시키는 요인이 되며, 나아가 장비 자체를 교체해야 하므로 이 또한 설비 투자에 의한 비용 상승의 요인이 됨을 알 수 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 원하는 초점거리를 확보하면서도 액정렌즈를 이루는 액정층의 두께 즉, 셀갭을 일반적인 액정표시장치의 셀갭 수준이 되도록 줄임으로써 새로운 설비 투자없이 제조 비용을 저감시키는 것을 그 목적으로 한다.

나아가 수평전계를 이용하여 액정층을 구동함으로써 위상변화를 더 자유롭게 조절할 수 있는 액정렌즈 및 이의 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 액정렌즈는, 다수의 부분영역을 갖는 렌즈형성부가 다수 정의된 렌즈영역과 상기 렌즈영역의 외측으로 패드부와 제 1 및 제 2 비렌즈영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 비렌즈영역에 1V 이상의 서로 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 주 전압 인가배선과; 상기 렌즈영역을 사이에 두고 상기 제 1 비렌즈영역과 이격하는 상기 제 2 비렌즈영역에 1V이하로서 일정한 전압차를 갖는 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 부 전압 인가배선과; 상기 렌즈형성부 각각에 양끝단이 각각 주 전압 인가배선 및 부 전압 인가배선과 연결되며 이격하여 형성된 다수의 전극과; 상기 다수의 전극 상부로 상기 렌즈영역에 형성된 제 1 배향막과; 상기 제 1 기판과 서로 마주보며 이격된 제 2 기판과; 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 제 1 배향막과 마주하며 형성된 제 2 배향막과; 상기 제 1 및 2 배향막 사이에 형성된 액정층을 포함하며, 상기 각 부분영역간의 경계에는 전압이 인가되지 않거나 또는 OV가 입력되는 차폐전극이 형성된 것이 특징이다.

이때, 상기 제 2 기판과 제 2 배향막 사이에는 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극이 전면에 형성된 것이 특징이다.

상기 차폐전극에는 상기 공통전극에 인가되는 동일한 전압이 인가되며, 상기 차폐전극의 폭은 상기 다수의 각 전극의 폭보다 큰폭을 갖는 것이 특징이다.

상기 다수의 주 전압 인가배선 및 다수의 부 전압 인가배선을 덮으며 상기 주 전압 인가배선을 노출시키는 다수의 제 1 콘택홀과, 상기 부 전압 인가배선을 노출시키는 다수의 제 2 콘택홀을 갖는 제 1 절연층이 형성되며, 상기 다수의 전극은 상기 제 1 절연층 상부에 위치하며 상기 제 1 및 제 2 콘택홀을 통해 상기 주 전압 인가배선 및 상기 부 전압 인가배선과 연결되며, 상기 다수의 전극은 다수의 홀수번째의 전극과 다수의 짝수번째의 전극이 제 2 절연막을 개재하여 그 하부 및 상부로 형성됨으로써 서로 다른층에 형성된 것이 특징이다. 또한, 상기 다수의 주 전압 인가배선 및 다수의 부 전압 인가배선은 그 일끝단이 상기 패드부까지 연장되어 패드전극을 이루는 것이 특징이다.

또한, 상기 다수의 전극은 상기 주 전압 인가배선 및 다수의 부 전압 인가배선과 수직하도록 형성되거나 또는 상기 주 전압 인가배선 및 다수의 부 전압 인가배선에 대해 일정한 기울기를 가져 사선형태로 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 액정렌즈 구동방법은, 홀수개로 이루어진 다수의 부분영역을 갖는 렌즈형성부가 다수 정의된 렌즈영역이 정의된 제 1 기판과, 상기 각 부분영역에 서로 이격하며 양 끝단을 가지며 형성된 다수의 스트라이프 타입 전극과, 상기 제 1 기판과 서로 마주보며 이격된 제 2 기판과, 상기 제 2 기판의 내측면 전면에 형성된 공통전극과, 상기 제 1 및 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 액정렌즈의 구동 방법에 있어서,
상기 홀수개의 부분영역 중 가장 중앙부에 위치하는 중앙부 부분영역에 있어서는 상기 중앙부 부분영역의 가운데 위치하는 스트라이프 타입 전극에는 제 1 전압이 인가되도록 하며, 이를 기준으로 그 양측으로 위치하는 각 스트라이프 타입 전극들에 대해서는 점진적으로 상기 제 1 전압보다 큰 전압이 인가되도록 하며, 상기 중앙부 부분영역 좌측에 위치하는 각 부분영역에 있어서는 이들 각 부분영역 내에 구비된 스트라이프 타입 전극에 대해 그 최 좌측 스트라이프 타입 전극으로부터 최 우측의 스트라이프 타입 전극 순으로 점진적으로 큰 전압에서 작은 전압이 인가되도록 하며, 상기 중앙부 부분영역 우측에 위치하는 각 부분영역에 있어서는 각 부분영역 내에 구비된 스트라이프 타입 전극에 대해 그 최 좌측 스트라이프 타입 전극으로부터 최 우측 스트라이프 타입 전극 순으로 점진적으로 작은 전압에서 큰 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.

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상기 렌즈형성부는 총 3개의 부분영역으로 이루어지며, 상기 렌즈형성부 내에 구비된 모든 전극은 상기 공통전극에 인가되는 전압을 기준으로 이보다 1V 내지 10V 크거나 작은 전압이 인가되는 것이 특징이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정렌즈 구동방법은, 홀수개로 이루어진 다수의 부분영역을 갖는 렌즈형성부가 다수 정의된 렌즈영역이 정의된 제 1 기판과, 상기 각 부분영역에 서로 이격하며 형성된 다수의 전극과, 상기 제 1 기판과 서로 마주보며 이격된 제 2 기판과, 상기 제 2 기판의 내측면 전면에 형성된 공통전극과, 상기 제 1 및 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하며 상기 각 부분영역간의 경계에는 차폐전극이 형성된 액정렌즈의 구동 방법에 있어서, 상기 공통전극 및 상기 차폐전극에 양의 제 1 전압이 인가되며, 상기 홀수개의 부분영역 중 가장 중앙부에 위치하는 중앙부 부분영역에 있어서는 상기 중앙부 부분영역의 가운데 위치하는 전극에는 상기 제 1 전압과의 차이의 절대값이 가장 작은 제 2 전압이 인가되도록 하며, 이를 기준으로 그 양측으로 위치하는 각 전극들에 대해서는 점진적으로 상기 제 1 전압과의 차이의 절대값이 상기 제 2 전압보다 큰 전압이 인가되도록 하며, 상기 중앙부 부분영역 좌측에 위치하는 각 부분영역에 있어서는 이들 각 부분영역 내에 구비된 전극에 대해 그 최 좌측 전극으로부터 최 우측의 전극 순으로 점진적으로 상기 제 1 전압과의 차이의 절대값이 큰 전압에서 작은 전압이 인가되도록 하며, 상기 중앙부 부분영역 우측에 위치하는 각 부분영역에 있어서는 각 부분영역 내에 구비된 전극에 대해 그 최 좌측 전극으로부터 최 우측 전극 순으로 점진적으로 상기 제 1 전압과의 차이의 절대값이 작은 값에서 큰 값을 갖는 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제 2 전압을 포함하여 상기 각 전극에 인가되는 전압은 상기 공통전극에 인가되는 제 1 전압보다 모두 큰 값을 갖는 전압이 인가되거나 또는 모두 작은 값을 갖는 전압이 인가되는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 액정렌즈는, 동일한 층에 서로 다른 전압이 인가되는 다수의 전극을 형성하여 이들 전극 간에 발생하는 횡전계를 이용하여 액정층을 구동함으로써 광학렌즈와 실질적으로 동일한 액정렌즈를 구현하는 장점이 있다.

액정렌즈 형성을 위해 구비된 다수의 전극에 전압을 적절히 조절하여 프레넬 렌즈를 구현하여 액정층의 두께를 일반적인 액정표시장치의 셀갭 수준으로 줄임으로써 재료비 절감을 통한 제조 비용 저감 효과가 있다.

나아가, 렌즈의 역할을 하면서도 셀갭이 일반적인 액정표시장치와 같은 수준이 되는 액정렌즈를 제안함으로써 새로운 설비 투자없이 기존의 액정표시장치 제조용 설비를 그대로 이용하는 것이 가능한 장점이 있으며, 이에 의해 더욱 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈를 개략적으로 도시한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정렌즈(101)는 하부에 위치한 제 1 기판(110)과, 이와 마주하는 제 2 기판(150)과, 상기 제 1, 2 기판(110, 150) 사이에 개재된 액정층(미도시)으로 구성된다.

또한, 평면상으로 상기 액정렌즈(101)는 렌즈영역(LA)과 비렌즈영역(NLA)으로 나뉘며, 상기 비렌즈영역(NLA)의 일측에는 전압을 인가하기 위한 외부 전원과 연결되는 패드부(PA)가 구성되고 있다. 또한 이러한 비렌즈영역에는 상기 렌즈영역(LA) 외측을 테두리하며 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 150)을 접착하기 위한 영역이 포함되고 있다.

상기 렌즈영역(LA)에는 다수의 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)이 스트라이프 타입으로 서로 이격하며 형성되고 있으며, 이러한 다수의 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)에 의해 구동되는 액정층(미도시)에 의해 렌즈로서의 역할을 하게 된다.

한편, 상기 비렌즈영역(NLA)에는 상기 다수의 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)에 서로 다른 전압을 인가하기 위한 다수의 주 전압 인가배선(L1 내지 L8) 및 상기 다수의 각 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)에 인가되는 전압을 미세 조정하기 위한 다수의 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)이 형성되고 있다. 이때, 상기 다수의 주 전압 인가배선(L1 내지 L8) 및 다수의 부 전압 인가배선(M1 내지 M10) 각각의 일끝단은 상기 패드부(PA)로 연장되어 배선 패드전극(115, 117)과 연결되고 있다. 상기 다수의 주 전압 인가배선(L1 내지 L8)은 예를들면 1V 단위로 1V 내지 7V의 전압이 인가되며, 상기 다수의 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)은 예를들면 0.1V 단위로 0V 내지 0.9V까지 인가되는 것이 특징이다. 이때 상기 주 전압 인가배선(L1 내지 L8)에 인가되는 전압은 일례로서 1V 내지 7V라 언급하였지만, 1V 내지 10V 될 수도 있으며, 이는 다양하게 변경될 수 있으며, 이에 의해 상기 주 전압 인가배선(L1 내지 L8)의 수 또한 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 상기 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)에 있어서도 0.1V 단위로 0V 내지 0.9V의 전압이 인가되는 것을 보이고 있지만, 이 또한 더욱 작은 전압 단위로 인가될 수 있으며, 이에 의해 그 수 또한 다양하게 변경될 수 있다.

이렇게 주 전압 인가배선(L1 내지 L8)과 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)을 별도로 형성한 이유는 상기 각 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)에 대해 일례로 0.1V 단위 차이를 갖도록 전압을 인가하기 위함이다. 이때 각 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)에 인가될 수 있는 전압의 차이는 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)의 전압 차이에 따라 달라질 수 있다. 일례로 7v의 전압을 일 전극에 인가시킨다고 하면, 상기 일 전극은 그 일끝단이 7V가 인가되는 제 1 주 전압 인가배선(L1)과 연결하고 동시에 그 타 끝단은 0V가 인가되는 제 1 부 전압 인가배선(M1)과 연결함으로써 가능하다. 또 다른 예로서 5.4V의 전압이 인가되도록 하려면 일 전극의 일끝단을 6V가 인가되는 제 2 주 전압 인가배선(L2)과 연결하고, 타 끝단을 0.6V가 인가되는 제 7 부 전압 인가배선(미도시)과 연결시키면 된다. 따라서 전술한 방법과 같이 각 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)을 주 전압 인가배선(L1 내지 L8) 및 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)과 연결시킴으로써 1V에서 7V까지의 전압 중 0.1V 단위로 변화시키며 인가하는 것이 가능하다. 이때 도면에 나타내지 않았지만, 0.05V의 전압 차이를 갖도록 더욱 많은 개수의 부 전압 인가배선이 형성되는 경우 각 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)에 대해 더 세밀한 전압 인가도 가능하다.

한편, 렌즈영역(LA)에는 그 일끝단이 상기 다수의 주 전압 인가배선(L1 내지 L8) 중 하나와 제 1 콘택홀(135) 등을 통해 접촉하며, 동시에 그 타끝단은 상기 다 수의 부 전압 인가배선(M1 내지 M10) 중 하나와 제 2 콘택홀(137) 등을 통해 접촉하며 스트라이프 타입으로 다수의 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)이 서로 나란하게 이격하며 형성되어 있다.

일례로서 도면에서는 제 1 기판(110)의 상측에 위치한 비렌즈영역(NLA)에 제 1 내지 제 8 주 전압 인가배선(L1 내지 L8)이 서로 나란하게 제 1 방향으로 연장하여 형성되어 있으며, 상기 제 1 기판(110) 하측의 비렌즈영역(NLA)에 제 1 내지 제 10 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)이 상기 제 1 방향으로 연장하여 이격하며 형성되고 있다.

또한, 상기 제 1 기판(110)의 중앙부에 위치하는 각 렌즈영역(LA)에는 상기 제 1 내지 제 8 주 전압 인가배선(L1 내지 L8)과 연결된 제 1 내지 n 전극(E1 내지 En)이 상기 제 1 방향과 소정의 각도를 이루는 제 2 방향으로 연장 형성되고 있다. 이때 상기 제 1 내지 제 n 전극(E1 내지 En)의 타끝단은 상기 다수의 제 1 내지 제 10 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)과도 연결되고 있다.

도면에서는 상기 제 1 방향의 상기 주 전압 인가배선(L1 내지 L8) 및 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)과 상기 제 2 방향의 다수의 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)이 서로 수직하게 배치된 것으로 나타내었다. 하지만, 이는 일례를 보인 것이며, 그 변형예로서 상기 다수의 주 전압 인가배선(L1 내지 L8) 및 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)의 연장방향인 제 1 방향과, 상기 다수의 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)의 연장 방향인 제 2 방향은 90도보다 작거나 또는 90도 보다 큰 각도를 갖도록 사선 형태로 배치될 수도 있다.

한편, 상기 렌즈영역(LA) 내에서의 각 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)의 배치는 제 1 전극(E1), 제 2 전극(E2), ...., 제 n-1 전극(E(n-1)) 제 n 전극(En)의 순으로 반복되고 있다. 이때, 상기 제 1 전극(E1) 제 n 전극(En)과 이들 두 전극(E1, En) 사이에 위치하는 다수의 전극(E2, ... ,E(n-1))이 구비된 영역을 하나의 렌즈형성영역(이하 제 1 렌즈영역(FA)이라 칭함)으로 하여 이들 각각의 제 1 렌즈영역(FA)과 중첩되는 액정층(미도시)이 상기 제 1 렌즈영역(FA) 내에 구비된 각 전극(E1, E2, ... ,E(n-1), En)에 의해 구동됨으로써 하나의 프레넬 렌즈를 구성하게 된다. 이 경우 상기 제 1 렌즈영역(FA)은 상기 제 1 기판(110) 전면에 대해 하나만이 생성될 수도 또는 다수 개 형성될 수도 있다.

이때, 본 발명의 실시예의 가장 특징적인 것은 제 1 렌즈영역 내의 전술한 전극의 배치 이외에 상기 제 1 전극 내지 제 n 전극(E1 내지 En)에의 전압 인가 방법에 있다.

본 발명의 경우 각 제 1 렌즈영역(FA)은 최소 3개의 부분영역(A1, A2, A3)으로 나뉘어지며, 나아가 도면에 나타내지는 않았지만 5개, 7개의 부분영역으로 나뉘어지는 것이 특징이다. 이때, 이러한 홀수개의 부분영역(A1, A2, A3) 중 가장 중앙부에 위치하는 부분영역(이하 중앙부 부분영역(A2)이라 칭함)에 있어서는 이 부분에 속한 각 전극(E(m-t), Em, E(m+t))에 대해 상기 중앙부 부분영역(A2)의 가운데 위치하는 전극(Em)을 기준으로 그 양측으로 위치하는 각 전극(E(m-t) 내지 E(m-1), E(m+t) 내지 E(m+1)) 에 대해 점진적으로 큰 전압이 인가된다. 또한, 중앙부 부분영역(A2)을 제외한 각 부분영역(A1, A2) 중 상기 중앙부 부분영역(A2) 좌측에 위치 하는 부분영역(A1)에 있어서는 그 최 좌측 전극(E1)으로부터 최 우측의 전극(E(m-t-1)) 순으로 큰 전압에서 작은 전압이 인가(6.xxV -> 2.xxV : xx는 임의의 수)되며, 상기 중앙부 부분영역(A2) 우측에 위치하는 부분영역(A3)에 있어서는 그 최 좌측 전극(E(m+t+1))으로부터 최 우측 전극(En) 순으로 작은 전압에서 큰 전압이 인가(2.xxV -> 6.xxV : xx는 임의의 수)되는 것이 특징이다.

따라서, 3개의 부분영역(A1, A2, A3)으로 이루어진 각 제 1 렌즈영역(FA)은 제 1 전극(E1)과 제 n 전극(En)을 포함하여 총 4개의 전극(E1, E(m-t), E(m+t), En)에 대해 상대적으로 큰 전압 예를들면 6V 내지 7V의 전압이 인가되며, 중앙부 부분영역(A2)의 가운데 위치하는 전극(Em)을 포함하여 좌측 부분영역(A1)의 최 우측 전극(E(m-t-1)), 우측 부분영역(A3)의 최 좌측 전극(E(m+t+1))의 3개의 전극(E(m-t-1), Em, E(m+t+1))에 대해 상대적으로 작은 전압 예를들면 1V보다는 크고 2V보다는 작은 전압이 인가되는 것이 특징이다. 이때, 상기 상대적으로 큰 전압이 인가되는 4개의 전극(E1, E(m-t), E(m+t), En)에 인가되는 상기 큰 전압은 모두 동일한 값의 전압이 인가되는 것이 아니며, 마찬가지로 상대적으로 작은 전압이 인가되는 3개의 전극(E(m-t-1), Em, E(m+t+1))에 인가되는 작은 전압 또한 모두 동일한 값의 전압이 인가되는 것은 아니다.

한편, 도면에 나타나지 않았지만, 5개의 부분영역으로 이루어진 제 1 렌즈영역 또한 전술한 3개의 부분영역(A1, A2, A3)으로 이루어진 제 1 렌즈영역(FA)과 비슷한 구조를 갖는다. 단지 차별점은 총 6개 전극에 대해 상대적으로 큰 전압이 인가되고, 5개의 전극에 대해 상대적으로 작은 전압이 인가된다는 것이다. 또한 7 개의 부분영역으로 이루어진 제 1 렌즈영역의 경우 총 8개 전극에 대해 상대적으로 큰 전압이, 7개의 전극에 대해 상대적으로 작은 전압이 인가되며, 이 경우 상기 상대적으로 큰 전압과 상대적으로 작은 전압이 인가되는 부분은 전술한 3개의 부분영역으로 이루어진 제1 렌즈영역과 유사하다.

전술한 바와 같이, 하나의 제 1 렌즈영역(FA)에 일정간격 이격하며 형성된 다수의 전극(E1 내지 En)에 대해 다수의 상대적 최대치 및 최저치를 갖도록 전압을 인가하는 동시에 상기 중앙부 부분영역(A2)을 제외하고는 상기 최대치 및 최저치의 전압이 인가되는 부분은 각 부분영역(A1, A3)의 경계에 위치하는 전극이 되도록 하며, 상기 중앙부 부분영역(A2)에 있어서는 그 중앙에 위치하는 전극(Em)에 대해 최저치를 갖는 전압을 인가하면, 이러한 전압 인가에 의해 각 부분영역(A1, A2, A3)을 지나는 빛의 위상변화가 마치 볼록 렌즈의 내부를 지난 듯한 형태를 이루게 된다. 이때 본 발명에 따른 전극(E1 내지 En) 배치와 전압 인가 방식에 따른 액정렌즈(101)는 그 전체가 볼록한 반원 또는 포물선 형태를 갖는 볼록렌즈와 같은 위상변화를 갖도록 하는 것이 아니라 다수의 불연속면을 가지며 그 역할은 볼록렌즈 역할을 하는 프레넬 렌즈와 같은 위상변화를 갖게 되는 것이 특징이다. 따라서 전술한 전극(E1 내지 En)의 구성 및 구동방법(전극에의 전압 인가 방법)에 의해 액정층(미도시)의 두께인 셀갭의 크기를 현저히 줄이는 목적을 달성하게 되는 것이다.

비교예로서 전극을 전술한 본 발명과 같이 동일한 배치를 한 상태에서 렌즈영역에 대해 그 중앙에 위치한 전극에 대해 최저치의 전압을 인가하고, 이를 기준을 그 좌우측에 위치한 전극들에 대해 점진적으로 큰 값의 전압을 인가하는 경우, 불연속면이 발생하지 않는 포물선 또는 반원형태의 위상변화를 갖는 렌즈가 형성된다. 하지만 이 경우는 위상변화의 형태는 종래의 수직전계를 이용하는 액정렌즈 대비 그 형상은 이상적인 볼록렌즈와 거의 유사하게 형성되지만, 액정층(미도시)의 두께는 여전히 종래와 같거나 또는 약간 줄어든 수준이 된다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈에 있어 하나의 제 1 렌즈영역에 전압을 인가하였을 경우 상기 제 1 렌즈영역으로 빛이 통과 때의 입사광의 위상변화를 시뮬레이션 한 도면이다. 이때, 상기 제 1 렌즈영역(FA)은 일례로 3개의 부분영역(A1, A2, A3)으로 이루어진 것을 이용하였으며, 실선은 시뮬레이션 결과를 점선은 이상적인 프레넬 렌즈 형태를 도시한 것이다. 세로축은 셀갭을 나타낸 것으로 그 단위는 ㎛이며, 가로축은 렌즈의 너비 또는 폭의 길이를 나타낸 것으로 그 단위는 ㎛이다.

한편, 도 5는 비교예로서 전극의 배치는 본 발명의 실시예와 같고 부분영역을 갖지 않는 하나의 렌즈영역에 있어 중앙에 위치하는 전극에 대해 최저치의 전압을 인가하고, 이를 기준으로 그 좌우측에 위치한 전극들에 대해 점진적으로 큰 값의 전압을 인가한 액정렌즈에 대해 상기 렌즈영역으로 통과 한 입사광의 위상변화를 시뮬레이션 한 도면이다. 세로축은 셀갭을 나타낸 것으로 그 단위는 ㎛이며, 가로축은 렌즈의 너비 또는 폭의 길이를 나타낸 것으로 그 단위는 ㎛이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정렌즈에 있어 다수의 부분영역(A1, A2, A3)을 포함하는 하나의 제 1 렌즈영역(FA)에 대해 전압이 인가되는 경우 다수의 부분영역(A1, A2, A3)에 의해 액정렌즈를 지나는 빛의 위상변화가 다수 의 불연속면을 갖는 프레넬 렌즈의 형태와 같이 형성되었음을 알 수 있다. 이때, 상기 도면에 있어서 제 1 초점거리를 갖는 액정렌즈를 구현한 경우 10㎛ 정도의 셀갭이 형성되었음을 알 수 있다.

그러나, 비교예를 보인 도 5를 참조하면, 빛의 위상변화 파형을 보면 본 발명과는 달리 불연속면은 갖지 않지만, 동일한 제 1 초점거리를 갖는 경우 본 발명보다 2배 더 큰 20㎛의 셀갭이 형성되고 있음을 보이고 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 그 중앙부의 부분영역(A2)에 대해서는 이상적인 프레넬 렌즈와 거의 유사하게 일치하고 있지만, 상기 중앙부 부분영역(A2) 좌우측에 위치한 부분영역(A1, A3)의 경우 그 위상변화 파형이 이상적인 프레넬 렌즈의 파형과는 차이가 있음을 알 수 있다. 특히, 불연속면을 이루는 부분영역(A1, A2, A3)간의 경계에서는 수직한 형태의 파형이 이루어져야 불연속면에 의한 오차를 최소화할 수 있는데, 수직한 파형이 나타나지 않고 소정의 기울기를 가져 사선 형태를 갖게되어 이상적인 프레넬 렌즈의 파형과 차이를 보이고 있으며, 이때, 이들 부분영역에서의 파형의 최대치는 8㎛정도인 액정층 부근에서 형성됨을 알 수 있다. 각 부분영역에서의 파형의 최대치의 차이는, 렌즈가 곡률의 차이를 갖는다는 의미가 된다. 즉 이는 서로 다른 곡률반경을 갖는 볼록렌즈를 투과하게 되는 형태가 되므로 렌즈로서 오차가 많이 발생할 여지가 있다. 다시 말해 전술한 제 1 실시예에 따른 액정렌즈에서 중앙부의 부분영역을 통과하는 빛의 위상변화와 상기 중앙부 부분영역 좌측 및 우측에 위치한 부분영역을 통과하는 빛의 위상변화에 차이가 있음을 의미한다.

따라서, 이후에는 전술한 제 1 실시예에 있어 부분영역간 경계에서 발생하는 이상적인 프레넬 렌즈 파형과의 괴리를 극복할 수 있는 제 2 실시예를 제안한다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정렌즈를 개략적으로 도시한 평면도이다. 이때, 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였다.

본 발명에 따른 제 2 실시예의 경우, 전극의 배치는 전술한 제 1 실시예와 동일하며, 차별점이 있는 부분은 각 부분영역(A1, A2, A3)간 경계에 전압이 인가되지 않는 차폐전극(SE)을 형성한 것이다. 즉, 이러한 차폐전극(SE)은 부분영역(A1, A2, A3) 간의 경계에 위치하여 전압을 인가하지 않거나 0V의 전압이 인가되어 상기 전극이 0V를 갖도록 한 것이다. 도면에 있어서는 상기 차폐전극(SE)의 일끝단은 OV가 인가되는 제 8 주 전압 인가배선(L8)과, 타 끝단은 0V가 인가되는 제 1 부 전압 인가배선(M1)과 각각 연결되고 있음을 알 수 있다.

한편, 상기 차폐전극(SE)의 경우 더욱 확실한 역할 구현을 위해 타 전극(E1 내지 En)대비 그 폭을 더 크게 형성할 수도 있다. 즉, 타 전극(E1 내지 En)의 폭을 3㎛ 내지 7㎛ 정도로 하는 경우 상기 차폐전극(SE)은 그 폭을 10㎛ 내지 12㎛ 정도가 되도록 할 수도 있다.

이렇게 본 발명의 제 2 실시예와 같이, 0V가 인가되는 것을 특징으로 하는 차폐전극(SE)을 각 부분영역(A1, A2, A3)의 경계에 배치함으로써 이러한 차폐전극(SE)을 포함하는 제 1 렌즈영역(FA)을 통과한 빛이 이상적인 프레넬 렌즈를 통과한 빛의 위상변화와 유사한 파형을 갖게 할 수 있는 것이다.

도 7은 본 발명의 차폐전극을 포함하는 제 2 실시예에 따른 액정렌즈를 통과 한 입사광의 위상변화를 시뮬레이션 한 도면이다. 이때, 상기 제 1 렌즈영역(FA)은 일례로 3개의 부분영역(A1, A2, A3)으로 이루어진 것을 이용하였으며, 실선은 시뮬레이션 결과를 점선은 이상적인 프레넬 렌즈 형태를 도시한 것이다. 세로축은 셀갭을 나타낸 것으로 그 단위는 ㎛이며, 가로축은 렌즈의 너비 또는 폭의 길이를 나타낸 것으로 그 단위는 ㎛이다.

도시한 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 위상변화 파형(도 4 참조) 대비 각 부분영역(A1, A2, A3)의 경계에서 거의 이상적인 프레넬 렌즈 파형과 유사하게 형성되고 있음을 알 수 있다. 또한 부분영역(A1, A2, A3)간의 경계에서도 제 1 실시예에 따른 파형(도 4 참조)대비 이상적인 프레넬 렌즈와 파형과 더욱 유사하게 일직선 형태를 갖도록 형성되고 있음을 알 수 있다.

한편, 전술한 제 2 실시예에 있어서는, 상기 차폐전극에 0V 또는 전압이 인가되지 않았을 경우를 일례로 들어 설명하였다. 하지만 상기 차폐전극에는 0V 또는 전압이 인가되지 않는 경우 이외에 소정의 전압이 인가될 수도 있다. 즉, 제 2 기판 전면에 공통전극이 형성되는 경우, 상기 공통전극에 인가되는 전압과 동일한 전압이 인가될 수도 있다. 이렇게 제 2 기판의 공통전극에 전압을 인가하는 이유는 액정의 열화를 방지하기 위함이다. 상기 공통전극에 일정 크기의 전압을 인가하고, 이 전압값을 기준으로 상기 다수의 전극에 이보다 큰 전압과 작은 전압을 교대하여 인가함으로써 상기 공통전압을 기준으로 이 보다 큰 정(+) 전압과 이보다 작은 부(-) 전압이 인가되도록 하여 액정의 특정방향의 회전에 의한 열화를 방지하는 것 이다. 이 경우, 상기 차폐전극에 대해서도 상기 공통전극에 인가된 동일한 전압을 인가함으로써 실질적으로 상기 다수의 전극이 느끼는 전압이 0V가 되도록 한 것이다. 이때 상기 공통전극 및 차폐전극에 소정의 제1전압이 인가되는 경우, 전술한 제2실시예에 있어 각 전극에 인가되는 전압은 상기 제1전압을 더해준 값이 된다. 즉, 제2실시예에서 인가되는 전압값의 최대치 및 최저치가 각각 6.xxV 및 1.xxV라 언급하였지만, 공통전극에 8V가 인가되는 경우, 상기 전극의 최대치는 각각 8V가 더해진 14.xxV 및 9.xxV가 된다. 이때 공통전극에 8V가 인가되었으므로 상기 차폐전극에도 8V의 전압이 인가된다. 따라서, 공통전극에 0V이외의 소정의 전압이 인가되는 경우, 전술한 제 1 및 2 실시예에서의 전압값의 최대치 및 최저치 개념이 바뀌어 적용된다. 즉, 전압의 최대치라 함은 상기 공통전극에 인가되는 전압을 기준으로 그 차이의 절대값이 가장 큰 전압, 최저치는 상기 공통전압과의 차이의 절대값이 가장 작은 전압이라 정의되게 된다. 따라서 공통전극에 8V가 인가되었다고 할 때, 각 전극에 부 전압이 인가되는 경우, 그 최대치는 그 절대치가 6.xxV의 차이를 갖는 1.yyV(ABS(8 - 6.xx), yy는 1에서 xx를 뺀 값)가 되고 그 최저치는 6.yyV(ABS(8 - 1.xx),yy는 1에서 xx를 뺀 값)가 되게 된다. 이 경우 하나의 부분영역에서 최 우측 전극에서 최 좌측전극으로 점진적으로 큰 전압이 인가된다고 하는 것은 상기 차폐전극에 인가된 전압과의 차이의 절대값이 큰 전압에서 작은 전압으로 인가됨을 의미한다. 일례로 도 6을 참조하면, 상기 중앙부 부분영역(A2) 좌측에 위치하는 부분영역(A1)에 있어서는 그 최 좌측 전극(E1)으로부터 최 우측의 전극(E(m-t-1)) 순으로 큰 전압에서 작은 전압이 인가된다고 하는 것은 인가된 공통 전압과의 절대치 차이가 되므로 (1.yyV -> 6.xxV : xx는 임의의 수)되며, 상기 중앙부 부분영역(A2) 우측에 위치하는 부분영역(A3)에 있어서는 그 최 좌측 전극(E(m+t+1))으로부터 최 우측 전극(En) 순으로 작은 전압에서 큰 전압이 인가(6.yyV -> 1.yyV : xx는 임의의 수)되는 것이라 할 것이다.

이후에는 본 발명의 제1 및 제 2 실시예에 따른 액정렌즈의 단면 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 8은 도 3을 절단선 Ⅷ-Ⅷ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈(110)는 서로 마주보며 이격된 제 1 및 제 2 기판(110, 150)과 제 1 및 제 2 기판(110, 150) 사이에 형성된 액정층(170)으로 구성된다.

상기 제 1 기판(110)의 내측면에는 제 1 절연층(122)이 형성되어 있으며, 상기 절연층 위로 다수의 전극(E)이 이격하며 형성되어 있다. 이때 이들 다수의 전극(E) 중 각 부분영역(A2, A3)의 경계에 위치하는 전극은 제 2 실시예에서와 같이 차폐전극(미도시)을 이룰 수 있으며, 이 경우 상기 차폐전극(미도시)은 다른 전극대비 더 큰 폭을 가지며 형성될 수도 있다.

한편, 도면에 있어서는 상기 다수의 전극(E)이 모두 동일한 층 즉, 제 1 절연층(122) 상에 형성되고 있음을 보이고 있지만, 변형예를 도시한 도 9(본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 액정렌즈를 도 3에 도시한 절단선 Ⅷ-Ⅷ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도)를 참조하면, 이들 전극(Eodd, Eeven)은 제 2 절연층(126)을 개재하여 상기 제 1 절연층(122) 상부에는 홀수의 전극(Eodd)이 그리고 상기 홀 수의 전극(Eodd) 위로 전면에 형성된 상기 제 2 절연층(126) 상부에는 상기 홀수의 전극(Eodd)과 엇갈려 배치되는 짝수의 전극(Eeven)이 형성됨으로써 층을 달리하여 형성될 수도 있다. 이때 상기 홀수의 전극(Eodd)과 짝수의 전극(Eeven)은 그 층을 바꾸어 형성될 수도 있다.

한편, 도 8을 다시 참조하면, 상기 각 전극(E)들간 이격간격 역시 동일한 크기를 갖도록 형성할 수도 또는 각 부분영역(A2, A3)별로 또는 특정 번째의 전극 간에 각각 그 간격을 달리 형성할 수도 있다. 이렇게 전극(E)들간 이격간격을 달리하는 이유는 서로 이웃한 전극(E)들간의 횡전계의 세기를 미세하게 조절하기 위함이다. 서로 이웃한 전극(E)들간의 횡전계는 이들 전극(E)에 인가되는 전압의 크기에 의해 조절되지만, 특정 영역에 대해서는 이렇게 전극(E) 간격을 타 영역과 달리함으로써 더욱 미세하게 조절하기 위함이다.

일례로서 도 6에 도시한 제 2 실시예의 경우와 같이 차폐전극(SE)이 형성된 경우, 차폐전극(SE)과 이웃하는 전극(E)과의 이격간격을 타 영역 대비 좁게 함으로써 부분영역(A1, A2, A3)간 경계에서 입사된 빛의 위상변화 파형이 이상적인 프레넬 렌즈의 위상변화 파형과 조금 더 일치하도록 즉, 거의 기울기없이 수직하게 형성되도록 할 수 있다.

다음, 도 8을 참조하면, 상기 다수의 전극(E) 위로 전면에 제 1 배향막(138)이 형성되어 있다. 이때, 상기 다수의 전극(E)과 상기 제 1 배향막(138) 사이에는 하부의 구성요소에 의한 단차에 대해 영향을 받지 않고 그 표면이 평탄한 상태의 오버코트층(135)이 더욱 형성될 수도 있다. 이는 상기 다수의 전극(E)에 의해 단차 가 발생하고 있으며, 이러한 단차로 인해 액정층(170)의 두께가 불균일하게 형성될 수 있는 바, 상기 액정층(170)의 두께를 렌즈영역 전면에 대해 일정하게 유지하도록 하기 위함이다.

한편, 이러한 구성을 갖는 제 1 기판(110)에 대해 이와 마주하는 제 2 기판(150)의 내측면에는 제 2 배향막(153)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 및 제 2 배향막(138, 153) 사이에 액정층(170)이 형성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(150)과 상기 제 2 배향막(153) 사이에는 투명한 도전성 물질로써 전면에 공통전극(151)이 더욱 구성될 수도 있다. 이는 상기 공통전극(151)을 통해 소정의 전압을 인가함으로써 상기 제 1 기판(110) 상에 형성된 다수의 전극(E)간의 횡전계에 수직한 전계가 영향을 주도록 하여 상기 액정층(170)의 두께방향으로 전 영역에 대해 상기 횡전계가 걸리도록 하기 위함이다. 즉, 횡전계는 수평하게 서로 이웃한 전극(E)간에 발현되므로 상기 전극(E)이 형성된 주변에 대해서는 강한 횡전계가 걸리고 그 상부로 갈수록 횡전계가 약화되는 경향이 있기 때문에 이를 보상하기 위함이며, 상기 제 2 기판(150)에 형성되는 상기 공통전극(151)은 생략될 수 있다.

한편, 도면에 나타내지 않았지만 상기 렌즈영역(도 3의 LA) 주변의 비렌즈영역(도 3의 NLA)에는 접착제인 씰란트로써 상기 제 1, 2 기판(110, 150)의 가장자리를 따라 씰패턴(미도시)이 더욱 형성됨으로써 상기 액정층(170)이 새는 것을 방지하는 동시에 상기 제 1, 2 기판(110, 150)이 합착된 상태를 유지하도록 하고 있다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 액정렌즈는 동일한 제 1 기판 상에 하나의 렌즈로서 역할을 하는 제 1 렌즈영역을 다수의 부분영역 으로 나누어 각 부분영역간의 경계를 이루는 서로 이웃하는 두 전극에 대해 각각 최대치 및 최저치의 전압이 인가되도록 하거나 도는 0V가 인가되는 차폐전극을 형성함으로써 프레넬 렌즈를 구현하는 것이 특징이다.

본 발명에 의해서는 동일한 기판 상에 형성되며 인가되는 전압의 크기를 달리하는 다수의 전극을 이용하여 횡전계를 형성하고, 이에 의해 액정분자들을 구동함으로써 수직전계를 이용한 종래 액정렌즈보다 훨씬 작은 셀갭을 갖도록 하며, 나아가 불연속적인 전압 인가에 의해 다수의 부분영역을 갖는 프레넬 렌즈를 구현함으로써 점진적으로 전압 인가에 의한 하나의 볼록한 렌즈를 구현하는 액정렌즈보다 그 셀갭을 1/2로 줄일 수 있으므로 재료비 절감을 극대화 하는 효과를 갖게 된다.

이후에는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 액정렌즈의 제조 방법에 대해 도 3과 도 6을 참조하여 간단히 설명한다. 이때 제 2 실시예의 경우 제 1 실시예 대비 부분영역의 경계에 차폐전극이 형성되는 것 이외에는 제 1 실시예와 동일하며, 상기 차폐전극 또한 전극이 형성되는 동일한 층에 동일한 물질로 형성되므로 제 1 실시예에 따른 액정렌즈의 제조 방법 위주로 설명한다.

우선, 다수의 전극이 형성된 제 1 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.

투명한 절연물질로 이루어진 제 1 기판(110)상에 금속물질 또는 투명 전도성 물질을 증착하여 금속층(미도시)을 형성하고 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 비렌즈영역(NLA)에 제 1 방향으로 연장하는 다수의 주 전압 인가배선(L1 내지 L8) 및 다수의 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)을 형성한다. 이때 상기 다수의 주 전압 인가배선(L1 내지 L8)은 렌즈영역(LA)의 상측에 위치하고, 상기 다수의 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)은 렌즈영역(LA)의 하측에 위치하도록 하며, 상기 주 전압 인가배선(L1 내지 L8) 및 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)(113, 118)의 일 끝단은 패드부(PA)까지 연장하도록 형성하며, 이때 상기 각 배선(L1 내지 L8, M1 내지 M10)의 끝단은 그 폭을 상기 배선(L1 내지 L8, M1 내지 M10) 대비 크게 형성함으로서 제 1 및 제 2 패드전극(115, 117)을 이루도록 한다.

다음, 상기 다수의 주 전압 인가배선(L1 내지 L8)과 부 전압 인가배선(M1 내지 M10) 위로 절연물질을 증착하거나 도포하여 전면에 제 1 절연층(122)을 형성한다. 이후 상기 제 1 절연층(122)을 패터닝함으로써 상기 다수의 주 전압 인가배선(L1 내지 L8)을 노출시키는 다수의 제 1 콘택홀(135)과 상기 다수의 부 전압 인가배선(M1 내지 M10)을 노출시키는 다수의 제 2 콘택홀(137)을 형성한다. 이때 상기 패드부(PA)에 있어서는 상기 제 1 및 제 2 패드전극(115, 117)을 노출시키는 패드 콘택홀(139)을 형성한다.

다음, 상기 다수의 제 1 및 제 2 콘택홀(135, 137)을 갖는 제 1 절연층(122) 위로 금속물질 또는 투명 도전성 물질을 증착하고 이를 패터닝함으로써 상기 다수의 제 1 콘택홀(135) 중 하나와 상기 다수의 제 2 콘택홀(137) 중 하나를 통해 그 양끝단이 상기 주 및 부 전압 인가배선(L1 내지 L8, M1 내지 M10)과 접촉하며 이격하는 다수의 전극(E(E1 내지 En))을 형성한다. 동시에 상기 패드 콘택홀(139)을 통해 상기 패드전극(115, 117)과 접촉하는 보조 패드전극(145, 147)을 형성할 수도 있다.

한편 상기 다수의 전극(E(E1 내지 En))을 이중층으로 배치하는 변형예의 경우는 전술한 제 1 및 제 2 콘택홀(135, 137)을 갖는 제 1 절연층(122) 형성 및 그 상부로 다수의 전극(E(E1 내지 En))을 형성하는 과정을 1회 더 진행함으로써 형성할 수 있다. 이 경우 상기 패드 콘택홀(139)은 상기 제 1 절연층(122) 상부에 형성되는 제 2 절연층(도 9의 126) 형성 시 형성하고, 상기 제 2 절연층(도 9의 126) 상에 다수의 전극(도 9의 Eeven)을 형성 시에 상기 보조 패드전극(145, 147)을 형성할 수도 있다.

이후, 상기 다수의 전극(E(E1 내지 En)) 위로 고분자 물질 예를들면 PI(poly imide)를 상기 패드부(PA)를 제외한 전면에 도포하여 제 1 배향막(138)을 형성함으로써 제 1 기판(110)을 완성한다. 이때, 상기 보조 패드전극(145, 147)이 형성된 경우 상기 보조 패드전극(145, 147)이 외부 구동회로(미도시)와 연결됨으로써 서로 다른 전압을 인가받게 되며, 상기 보조 패드전극(145, 147)이 형성되지 않은 경우, 상기 패드 콘택홀(139)을 통해 상기 패드전극(115, 117)과 상기 외부 구동회로(미도시)와 연결됨으로써 서로 다른 전압을 인가받게 되어 액정렌즈로서 구동을 하게 된다.

이때, 상기 제 1 배향막(138)을 형성하기 전 상기 다수의 전극(E(E1 내지 En)) 위로 전면에 그 표면이 평탄한 상태를 갖는 오버코트층(135)을 더욱 형성할 수도 있다. 이 경우 상기 보조 패드전극(145, 147)을 노출시키는 보조 패드 콘택홀(미도시)을 형성하거나 또는 상기 패드부(PA)에 대응해서는 상기 오버코트층(135)은 식각되어 제거될 수도 있다.

한편, 제 2 기판(150)은, 투명한 절연 기판(150)의 전면에 제 2 배향막(153)을 형성함으로써 완성한다. 이때 상기 제 2 기판(150)에 공통전극(151)이 형성되는 경우는 상기 제 2 배향막(153)을 형성하기 전에 투명 도전성 물질을 전면에 증착함으로써 상기 공통전극(151)을 형성할 수 있으며, 이후 상기 제 2 배향막(153)을 상기 공통전극(151) 상부에 형성함으로써 완성할 수 있다.

이렇게 완성된 제 1 기판(110)과 제 2 기판(150)을 상기 제 1, 2 배향막(138, 153)이 서로 마주하도록 한 상태에서 액정층(170)을 형성한 후, 상기 제 1 기판(110) 또는 제 2 기판(150) 중 어느 하나의 기판에 대해 그 가장자리를 따라 즉 상기 렌즈영역(LA) 외측으로 접착제인 씰란트를 이용하여 씰패턴(미도시)을 형성한 후 이들 두 기판(110, 150)을 합착함으로써 본 발명의 제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 따른 액정렌즈(101)를 완성한다.

본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 일반적인 액정렌즈의 사시도 및 단면도.

도 2는 도 1a 및 도 1b의 액정렌즈를 빛이 통과할 경우 입사광의 위상변화를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈를 개략적으로 도시한 평면도.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈에 있어 하나의 제 1 렌즈영역에 전압을 인가하였을 경우 상기 제 1 렌즈영역으로 빛이 통과 때의 입사광의 위상변화를 시뮬레이션 한 도면.

도 5는 비교예로서 전극의 배치는 본 발명의 실시예와 같고 부분영역을 갖지 않는 하나의 렌즈영역에 중앙에 위치하는 전극에 대해 최저치의 전압을 인가하고, 이를 기준을 그 좌우측에 위치한 전극들에 대해 점진적으로 큰 값의 전압을 인가한 액정렌즈에 대해 상기 렌즈영역으로 빛이 통과 때의 입사광의 위상변화를 시뮬레이션 한 도면.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정렌즈를 개략적으로 도시한 평면도.

도 7은 본 발명의 차폐전극을 포함하는 제 2 실시예에 따른 액정렌즈를 빛이 통과 때의 입사광의 위상변화를 시뮬레이션 한 도면.

도 8은 도 3을 절단선 Ⅷ-Ⅷ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.

도 9는 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 액정렌즈를 도 3에 도시한 절단선 Ⅷ-Ⅷ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 액정렌즈 110 : 제 1 기판

115, 117 : 패드전극 135, 137 : 제 1 및 제 2 콘택홀

139 : 패드 콘택홀 145, 147 : 보조 패드전극

150 : 제 2 기판 A1, A2, A3 : 부분영역

E : 전극 FA: 제 1 렌즈영역

LA : 렌즈영역 L1 내지 L8 : 주 전압 인가배선

M1 내지 M10 : 부 전압 인가배선 NLA : 비렌즈영역

PA : 패드부

Claims (13)

1. 다수의 부분영역을 갖는 렌즈형성부가 다수 정의된 렌즈영역과 상기 렌즈영역의 외측으로 패드부와 제 1 및 제 2 비렌즈영역이 정의된 제 1 기판과;

   상기 제 1 비렌즈영역에 1V 이상의 서로 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 주 전압 인가배선과;

   상기 렌즈영역을 사이에 두고 상기 제 1 비렌즈영역과 이격하는 상기 제 2 비렌즈영역에 1V이하로서 일정한 전압차를 갖는 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 부 전압 인가배선과;

   상기 렌즈형성부 각각에 양끝단이 각각 주 전압 인가배선 및 부 전압 인가배선과 연결되며 이격하여 형성된 다수의 전극과;

   상기 다수의 전극 상부로 상기 렌즈영역에 형성된 제 1 배향막과;

   상기 제 1 기판과 서로 마주보며 이격된 제 2 기판과;

   상기 제 2 기판의 내측면에 상기 제 1 배향막과 마주하며 형성된 제 2 배향막과;

   상기 제 1 및 2 배향막 사이에 형성된 액정층

   을 포함하며, 상기 각 부분영역간의 경계에는 차폐전극이 형성된 것이 특징인 액정렌즈.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 기판과 제 2 배향막 사이에는 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극이 전면에 형성된 것이 특징인 액정렌즈.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 차폐전극에는 상기 공통전극에 인가되는 동일한 전압이 인가되는 것이 특징인 액정렌즈.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 차폐전극의 폭은 상기 다수의 각 전극의 폭보다 큰폭을 갖는 것이 특징인 액정렌즈.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 주 전압 인가배선 및 다수의 부 전압 인가배선을 덮으며 상기 주 전압 인가배선을 노출시키는 다수의 제 1 콘택홀과, 상기 부 전압 인가배선을 노출시키는 다수의 제 2 콘택홀을 갖는 제 1 절연층이 형성되며, 상기 다수의 전극은 상기 제 1 절연층 상부에 위치하며 상기 제 1 및 제 2 콘택홀을 통해 상기 주 전압 인가배선 및 상기 부 전압 인가배선과 연결되는 것이 특징인 액정렌즈.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 다수의 전극은 다수의 홀수번째의 전극과 다수의 짝수번째의 전극이 제 2 절연막을 개재하여 그 하부 및 상부로 형성됨으로써 서로 다른층에 형성된 것이 특징인 액정렌즈.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 다수의 주 전압 인가배선 및 다수의 부 전압 인가배선은 그 일끝단이 상기 패드부까지 연장되어 패드전극을 이루는 것이 특징인 액정렌즈.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 전극은 상기 주 전압 인가배선 및 다수의 부 전압 인가배선과 수직하도록 형성되거나 또는 상기 주 전압 인가배선 및 다수의 부 전압 인가배선에 대해 일정한 기울기를 가져 사선형태로 형성된 것이 특징인 액정렌즈.
9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   홀수개로 이루어진 다수의 부분영역을 갖는 렌즈형성부가 다수 정의된 렌즈영역과 상기 렌즈영역의 외측으로 패드부와 제 1 및 제 2 비렌즈영역이 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 비렌즈영역에 1V 이상의 서로 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 주 전압 인가배선과, 상기 렌즈영역을 사이에 두고 상기 제 1 비렌즈영역과 이격하는 상기 제 2 비렌즈영역에 1V이하로서 일정한 전압차를 갖는 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 부 전압 인가배선과, 상기 렌즈형성부 각각에 양끝단이 각각 주 전압 인가배선 및 부 전압 인가배선과 연결되며 서로 이격하며 형성된 다수의 스트라이프 타입 전극과, 상기 다수의 스트라이프 타입 전극 상부의 제 1 배향막과, 상기 제 1 기판과 서로 마주보며 이격된 제 2 기판과, 상기 제 2 기판의 내측면 전면에 형성된 공통전극과, 상기 공통전극 상에 상기 제 1 배향막과 마주하며 형성된 제 2 배향막과, 상기 제 1 및 2 배향막 사이에 형성된 액정층을 포함하며, 상기 각 부분영역간의 경계에는 차폐전극이 형성된 액정렌즈의 구동 방법에 있어서,

   상기 홀수개의 부분영역 중 가장 중앙부에 위치하는 중앙부 부분영역에 있어서는 상기 중앙부 부분영역의 가운데 위치하는 스트라이프 타입 전극에는 제 1 전압이 인가되도록 하며, 이를 기준으로 그 양측으로 위치하는 각 스트라이프 타입 전극들에 대해서는 점진적으로 상기 제 1 전압보다 큰 전압이 인가되도록 하며, 상기 중앙부 부분영역 좌측에 위치하는 각 부분영역에 있어서는 이들 각 부분영역 내에 구비된 스트라이프 타입 전극에 대해 그 최 좌측 스트라이프 타입 전극으로부터 최 우측의 스트라이프 타입 전극 순으로 점진적으로 큰 전압에서 작은 전압이 인가되도록 하며, 상기 중앙부 부분영역 우측에 위치하는 각 부분영역에 있어서는 각 부분영역 내에 구비된 스트라이프 타입 전극에 대해 그 최 좌측 스트라이프 타입 전극으로부터 최 우측 스트라이프 타입 전극 순으로 점진적으로 작은 전압에서 큰 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 구동방법.
10. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 9 항에 있어서,

    상기 렌즈형성부는 총 3개의 부분영역으로 이루어지며, 상기 렌즈형성부 내에 구비된 모든 전극은 상기 공통전극에 인가되는 전압을 기준으로 이보다 1V 내지 10V 크거나 작은 전압이 인가되는 것이 특징인 액정렌즈 구동방법.
11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    홀수개로 이루어진 다수의 부분영역을 갖는 렌즈형성부가 다수 정의된 렌즈영역과 상기 렌즈영역의 외측으로 패드부와 제 1 및 제 2 비렌즈영역이 정의된 제 1 기판과, 상기 제 1 비렌즈영역에 1V 이상의 서로 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 주 전압 인가배선과, 상기 렌즈영역을 사이에 두고 상기 제 1 비렌즈영역과 이격하는 상기 제 2 비렌즈영역에 1V이하로서 일정한 전압차를 갖는 다른 크기의 전압이 각각 인가되며 서로 나란하게 형성된 다수의 부 전압 인가배선과, 상기 렌즈형성부 각각에 양끝단이 각각 주 전압 인가배선 및 부 전압 인가배선과 연결되며 서로 이격하며 형성된 다수의 전극과, 상기 다수의 전극 상부로 상기 렌즈영역에 형성된 제 1 배향막과, 상기 제 1 기판과 서로 마주보며 이격된 제 2 기판과, 상기 제 2 기판의 내측면 전면에 형성된 공통전극과, 상기 공통전극 상에 상기 제 1 배향막과 마주하며 형성된 제 2 배향막과, 상기 제 1 및 2 배향막 사이에 형성된 액정층을 포함하며, 상기 각 부분영역간의 경계에는 차폐전극이 형성된 액정렌즈의 구동 방법에 있어서,

    상기 공통전극 및 상기 차폐전극에 양의 제 1 전압이 인가되며, 상기 홀수개의 부분영역 중 가장 중앙부에 위치하는 중앙부 부분영역에 있어서는 상기 중앙부 부분영역의 가운데 위치하는 전극에는 상기 제 1 전압과의 차이의 절대값이 가장 작은 제 2 전압이 인가되도록 하며, 이를 기준으로 그 양측으로 위치하는 각 전극들에 대해서는 점진적으로 상기 제 1 전압과의 차이의 절대값이 상기 제 2 전압보다 큰 전압이 인가되도록 하며, 상기 중앙부 부분영역 좌측에 위치하는 각 부분영역에 있어서는 이들 각 부분영역 내에 구비된 전극에 대해 그 최 좌측 전극으로부터 최 우측의 전극 순으로 점진적으로 상기 제 1 전압과의 차이의 절대값이 큰 전압에서 작은 전압이 인가되도록 하며, 상기 중앙부 부분영역 우측에 위치하는 각 부분영역에 있어서는 각 부분영역 내에 구비된 전극에 대해 그 최 좌측 전극으로부터 최 우측 전극 순으로 점진적으로 상기 제 1 전압과의 차이의 절대값이 작은 값에서 큰 값을 갖는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 액정렌즈 구동방법.
12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 11 항에 있어서,

    상기 제 2 전압을 포함하여 상기 각 전극에 인가되는 전압은 상기 공통전극에 인가되는 제 1 전압보다 모두 큰 값을 갖는 전압이 인가되거나 또는 모두 작은 값을 갖는 전압이 인가되는 것이 특징인 액정렌즈 구동방법.
13. 제 1 항에 있어,

    상기 차폐전극은 전압이 인가되지 않거나 또는 OV가 입력되는 것이 특징인 액정렌즈.

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