KR101812511B1 - 렌즈 패널, 이의제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치 - Google Patents

렌즈 패널, 이의제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

렌즈 패널은 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판 상에 형성된 제1 전극, 및 상기 제1 전극상에 형성되고 제1 방위각을 갖는 제1 배향 영역 및 제2 방위각을 갖는 제2 배향 영역을 갖는 단위 렌즈 영역을 포함하는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판, 제2 베이스 기판, 상기 제2 베이스 기판 상에 형성된 제2 전극, 및 제3 방위각을 갖도록 배향된 제2 배향막을 포함하는 제2 기판 및 상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함한다. 배향막의 방위각 조절을 통해 미세 피치 패턴을 갖는 전극 형성 없이도 렌즈 패널을 프레넬 렌즈로 구동하도록 제어할 수 있다.

Description

렌즈 패널, 이의제조 방법 및 이를 갖는 표시 장치{LENS PANEL, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 렌즈 패널, 상기 렌즈 패널의 제조 방법 및 상기 렌즈 패널을 갖는 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2차원 및 3차원 영상을 표시 할 수 있는 렌즈 패널, 상기 렌즈 패널의 제조 방법 및 상기 렌즈 패널을 갖는 표시 장치에 관한 것이다.
게임, 영화 등과 같은 분야에서 3차원 입체 영상에 대한 수요가 증가함에 따라, 3차원 입체 영상을 표시하는 입체 영상 표시 장치에 대한 개발이 가속되고 있다. 입체 영상 표시 장치는 관찰자의 양안에 서로 다른 2차원 평면 영상들을 인가함으로써 입체 영상을 표시할 수 있다. 즉, 관찰자는 양안을 통해 한 쌍의 2차원 평면 영상들을 보게 되고, 뇌에서 상기 평면 영상들을 융합하여 입체감을 시인하게 된다.
입체 영상 표시 장치는 관찰자의 특수 안경의 착용 여부에 따라 안경식(stereo-scopic) 및 비안경식(auto stereo-scopic)으로 구분되는데, 평판 표시장치에는 렌티큘라(lenticular) 방식 등과 같은 비안경식의 입체 영상 표시 장치가 주로 이용된다.
상기 렌티큘라 방식은 렌즈를 이용하여 좌측 픽셀 및 우측 픽셀을 통과하는 광을 굴절시킴으로써 입체 영상을 표시하는 것으로, 볼록 렌즈 및 프레넬렌즈가 사용될 수 있다. 그러나, 최근에는 이와 같은 렌즈를 직접 사용하기 보다, 상기 볼록 렌즈 및 프레넬 렌즈의 두께 및 렌즈를제어하기 위해, 상부 전극 및 하부 전극 사이에 액정층을 주입하고 전압을 인가하여 상기 프레넬 렌즈와 동일한 효과를내는 액정 렌즈를 사용한다.
그러나, 복수의 전극들에 전압을 인가하여 상기 프레넬 렌즈 효과를 나타내는 경우, 전극의개수가 증가하면 렌즈의 두께는얇아지지만, 배선 간격이 좁아져저항 증가 및 단선이 발생할수 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 광배향을 이용하여 응답 속도 및 신뢰성이 향상된 렌즈 패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 렌즈 패널의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 렌즈 패널을 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 렌즈 패널은 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판 상에 형성된 제1 전극, 및 상기 제1 전극상에 형성되고 제1 방위각을 갖는 제1 배향 영역 및 제2 방위각을 갖는 제2 배향 영역을 갖는 단위 렌즈 영역을 포함하는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판, 제2 베이스 기판, 상기 제2 베이스 기판 상에 형성된 제2 전극, 및 제3 방위각을 갖도록 배향된 제2 배향막을 포함하는 제2 기판 및 상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 방위각과 상기 제2 방위각의 차는 약 180°일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제3 방위각은 상기 제1 및 제2 방위각과 직교할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 단위 렌즈 영역에 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역은 교번적으로 배열될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역의 폭은 단위렌즈 영역의 중심으로 갈수록 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 전극은 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역에 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 전극을 커버하는 절연층 및 상기 절연층 상에 형성되는 제3 전극을 더 포함하며, 상기 제1 및 제3 전극들은 바 형상을 가지며, 상기 제1 전극은 상기 제1 배향 영역에 배치되고, 상기 제3 전극은 상기 제2 배향 영역에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제3 전극에는 상기 제1 전극보다 높은 전압이 인가될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 전극은 상기 제1 베이스 기판의 전체면에 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한일 실시예에 따른 렌즈 패널의 제조 방법은 제1 베이스 기판 상에 제1 전극을 형성한다. 상기 제1 전극이 형성된 상기 제1 베이스 기판 상에 제1 광반응성 고분자막을 형성한다. 상기 제1 광반응성 고분자막 상에 광을 조사하여, 제1 방위각을 갖는 제1 배향 영역 및 제2 방위각을 갖는 제2 배향 영역을 갖는 적어도 하나의 단위 렌즈 영역을 포함하는 제1 배향막을 형성한다. 제2 베이스 기판 상에 제2 전극을 형성한다. 상기 제2 전극이 형성된 상기 제2 베이스 기판 상에 제3 방위각으로 배향된 제2 배향막을 형성한다. 상기 제1 베이스 기판과 상기 제2 베이스 기판 사이에 액정층을 주입하고 밀봉한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 배향막을 형성하는 단계에서, 상기 제1 배향 영역 상에 배치되는 개구부를 포함하는 제1 마스크 및 상기 제2 배향 영역 상에 배치되는 개구부를 포함하는 제2 마스크를 이용하여 광을 조사할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 배향막을 형성하는 단계에서, 상기 제1 및 제2 마스크들의 개구부들의 면적은 상기 단위 렌즈 영역의 중심에 가까울수록 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 배향막을 형성하는 단계에서, 상기 단위 노광 영역내에서, 상기 개구부의 면적은 상기 단위 렌즈 영역의 중심으로 갈수록 증가할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 배향 영역의 광 조사 방향과 상기 제2 배향 영역의 광 조사 방향은 반대 방향일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 배향막을 형성하는 단계는 제2 광반응성 고분자막을 형성하는 단계 및 상기 제2 광반응성 고분자막 상에 상기 제1 배향 영역의 광 조사 방향 및 상기 제2 배향 영역의 광 조사 방향과 직교하는 광 조사 방향으로 광을 조사하여 상기 제2 배향막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 전극을 형성하는 단계는 상기 제1 베이스 기판 상에 제1 투명 도전성 물질을 도포하는 단계 및 상기 제1 투명 도전성 물질을 패터닝하여 상기 단위 렌즈 영역의 길이 방향으로 연장된 바 형상의 상기 제1 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 전극은 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역에 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 전극이 형성된 상기 제1 베이스 기판 상에 상기 제1 전극을 커버하는 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층 상에 제2 투명 도전성 물질을 도포하는 단계 및 상기 제2 투명 도전성 물질을 패터닝 하여, 상기 제1 전극과 교번적으로 형성되는 제3 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 전극은 상기 제1 배향 영역에 형성되고, 상기 제3 전극은 상기은 상기 제2 배향 영역에 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 입체 영상 또는 평면 영상을 표시하는 패널 모듈, 렌즈 패널 및 상기 패널 모듈의 하부에 배치되어, 상기 패널 모듈에 광을 제공하는 광원 모듈을 포함한다. 상기 렌즈 패널은 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판 상에 형성된 제1 전극, 및 상기 제1 전극상에 형성되고, 제1 방위각을 갖는 제1 배향 영역 및 제2 방위각을 갖는 제2 배향 영역을 갖는 적어도 하나의 단위 렌즈 영역을 포함하는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판, 제2 베이스 기판, 상기 제2 베이스 기판 상에 형성된 제2 전극, 및 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 제1 및 제2 방위각과 직교하는 제3 방위각을 갖도록 배향된 제2 배향막을 포함하는 제2 기판 및 상기 제1 및 제2 기판의 사이에 개재되는 액정층을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 배향막의 방위각조절을 통해 미세 피치 패턴을 갖는 전극 형성 없이도 렌즈 패널을 프레넬렌즈로 구동하도록 제어할수 있어 미세 피치 패턴 제작에 따른 공정 부담이감소하며, 렌즈 패널의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 렌즈 패널의 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I`라인을 따라 절단한 단면도 및 이에 따른 단위 렌즈의 굴절율 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 3의 배향막을 기준 평면으로 광배향 방향을 정의하는 좌표계를 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 3의 제1 및 제2 배향막들의 배향 방향에 따른 유효 방위각과 위상차를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 3의 렌즈 패널의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 3의 제1 배향막의 배향 방법을나타내는 평면도이다.
도 8은 도 3의 제2 배향막의 배향 방법을 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 패널의단면도이다.
도 10은 도 9의 제1 및 제2 배향막들의 배향 방향에 따른 유효 방위각과 위상차를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 패널의단면도이다.
도 12는 도 1에 도시된표시 장치에 의해 2차원 평면 영상이 표시되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 도 1에 도시된 표시 장치에 의해3차원 입체 영상이 표시되는 것을 설명하기 위한개념도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의사시도이다.
도 1을 참조하면, 상기 표시 장치(1000)는 제어부(100), 렌즈 패널(200), 패널 모듈(300), 광원 모듈(400)을 포함한다.
상기 제어부(100)는 외부 장치로부터 입력되는 평면 영상(2D) 또는 입체 영상(3D)을 수신하고, 상기 표시 장치(1000)가 상기 평면 영상(2D) 또는 상기 입체 영상(3D)을 표시하도록 제어한다. 구체적으로, 상기 제어부(100)는 상기 렌즈 패널(200)이 프레넬 렌즈로 구동할지 여부 및 상기 패널 모듈(300)이 입체 영상을 표시할지 여부를 결정한다. 또한, 상기 표시 장치(1000)가 표시 하는 영상을 바탕으로 상기 광원 모듈(400)의 광원의 휘도를 제어한다. 예를 들어, 상기 표시 장치가 상기 평면 영상 모드인 경우, 상기 제어부(100)는 상기 광원 모듈(400)이 제1 휘도의 광을 제공하도록 제어하고, 상기 표시 장치가 상기 입체 영상 모드인 경우, 상기 제어부(100)는 상기 광원 모듈(400)이 상기 제1 휘도보다 큰 제2 휘도의 광을 제공하도록 제어할 수 있다.
상기 렌즈 패널(200)은 제1 기판(210), 제2 기판(220) 및 상기 제1 및 제2 기판들(210, 220) 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220)은 상기 액정층을 초기 배향시키는 제1 및 제2 배향막들을 각각 포함한다. 상기 제1 배향막은 전체적으로 동일한 방향각으로 배향되고, 상기 제2 배향막은 복수의 배향 영역들로 나누고, 각 배향 영역들은 서로 다른 방향각들로 배향된다. 따라서, 상기 렌즈 패널(200)에 전압이 인가되면, 상기 제1 및 제2 배향막들에 의해 복수의 단위 렌즈들(LU)을 형성한다. 상기 렌즈 패널(200)는 2차원 모드 또는 3차원 모드로 구동한다. 예를 들어, 상기 표시 장치(1000)가 3차원 입체 영상을 표시하는 경우, 상기 제1 및 제2 기판들(210, 220)에는 전압들이 인가되고, 상기 액정층의 액정 분자들은 상기 제1 및 제2 기판들(210, 220) 사이에 형성된 전계에 의해 배열된다. 이때, 상기 제1 및 제2 배향막들에 의해 초기 배향된 액정 분자들에 의해 상기 액정 분자들은 서로 다른 방위각 및 위상차를 갖게 된다. 상기 액정 분자들의 방위각 및 위상차가 달라짐에 따라, 상기 렌즈 패널(200)은 프레넬 렌즈로 동작하는 상기 단위 렌즈들(LU)을 형성하게 된다. 따라서, 상기 표시 패널(310)로부터 제공된 광을 굴절시키고 이에 따라 관찰자는 3차원 입체 영상을 시인한다.
상기 패널 모듈(300)은 표시 패널(310), 데이터 회로부(320), 소스 인쇄회로기판(330) 및 게이트 회로부(340)를 포함한다. 상기 데이터 회로부(320)는 상기 화소(P)에 데이터 전압을 인가하고, 상기 소스 인쇄회로기판(330)과 전기적으로 연결된다. 상기 게이트 회로부(340)는 상기 화소(P)에 상기 데이터 전압이 충전되는 타이밍을 제어하는 게이트 신호를 제공한다. 상기 게이트 회로부(340)는 상기 표시 패널(310) 상에 칩 형태로 실장되거나, 상기 표시 패널(310)에 포함된 박막 트랜지스터를 제조하는 공정을 통해 상기 표시 패널(310) 상에 동시에 집적될 수 있다.
상기 광원 모듈(400)는 상기 패널 모듈(300)에 광을 제공한다. 상기 광원 모듈(400)는 광을 발생하는 광원(미도시)을 포함한다. 상기 광원은 형광 램프 또는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(400)는 상기 광원이 배치되는 위치에 따라서 직하형 또는 에지형일 수 있다. 상기 광원 모듈(400)가 에지형인 경우 상기 광원 모듈(400)는 도광판을 더 포함할 수 있다.
상기 표시 장치(1000)는 상기 제어부(100)와 상기 렌즈 패널(200), 상기 패널 모듈(300) 및 상기 광원 모듈(400)를 각각 전기적으로 연결하는 제1 연결부(510), 제 2 연결부(520) 및 제3 연결부(530)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 연결부(510), 상기 제 2 연결부(520) 및 상기 제3 연결부(530)는 각각 연성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB)일 수 있다.
상기 제1 연결부(510)은 상기 렌즈 패널(200)에 연결되어 상기 제1 및 제2 기판들(210, 220)에 직접 전압을 인가할 수 있다.
도 2는 도 1의 렌즈 패널의 평면도이다. 도 3은 도 2의 I-I`라인을 따라 절단한 단면도 및 이에 따른 단위 렌즈의 굴절율 분포를 나타낸 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 렌즈 패널(200)은 제1 기판(210), 상기 제1 기판(210)과 대향하는 제2 기판(220) 및 상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220) 사이에 게재된 액정층(230)을 포함한다. 본 실시예에서는, 음의 유전율은 가지며, 전계가 형성되지 않을 시에는수직 배향되는 액정 물질을 예로 설명한다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 액정 물질을 사용할 수 있다.
상기 렌즈 패널(200)은 상기 단위 렌즈들(LU)이 형성된렌즈부(LA) 및 상기 렌즈부(LA)의 일 측면에 형성된 주변부(PA)를 포함한다.
상기 주변부(PA)는 외부 회로 기판(510)에 직접 연결되어 상기 렌즈부(LA)에 인가되는 전압을 전달한다. 상기 외부 회로 기판(510)은 연성 인쇄 회로 기판일 수 있다.
상기 렌즈부(LA)는 상기 렌즈 패널(200)에 전압이 인가되면, 상기 복수의 단위 렌즈들(LU)을 형성한다. 상기 각 단위 렌즈들(LU)은 제2 방향(D2)에 대해 경사각(θ, 0°＜θ＜90°)으로 기울어진 렌즈 축(Lx)을 가지며, 상기 렌즈 축(Lx)는 상기 제3 방향(D3)과 평행하다. 상기 단위 렌즈들(LU)은 상기 경사각(θ)으로 기울어져 서로 평행하게 형성된다. 본 실시예에서는 상기 렌즈 축(Lx)이 상기 경사각(θ)을 가지고 기울어진 것을 예로 하였으나, 상기 렌즈 축(Lx)은 상기 제2 방향(D2)과 평행할 수 있다.
도 3을 참조하면 상기 렌즈 패널(200)에 전압이 인가되면, 상기 단위 렌즈들(LU)을 형성한다. 상기 단위 렌즈들(LU)은 복수의 굴절 영역들(Z1, Z2, Z3, Z4……Zn-2, Zn-1, Zn)을 포함하는 상기 프레넬 렌즈와 동일하게 동작한다.
상기 프레넬 렌즈는 볼록 렌즈를 일정한 두께를 갖는 굴절 영역들(Z1, Z2, Z3, Z4……Zn-2, Zn-1, Zn)로 나누고, 상기 영역들에 포함되는 원호의 양단들을 채택하여 만든 렌즈이다. 상기 각 굴절 영역들(Z1, Z2, Z3, Z4……Zn-2, Zn-1, Zn)은 각 원호들(C1, C2, C3, C4……Cn-2, Cn-1, Cn) 및 상기 각 원호들(C1, C2, C3, C4……Cn-2, Cn-1, Cn)의 경계에 위치한 각 경계 첨부들(H1, H2, H3, H4……Hn-2, Hn-1, Hn)을 포함한다. 상기 프레넬 렌즈는 렌즈의 중심을 기준으로 좌우대칭이며, 상기 프레넬 렌즈의 상기 경계 첨부들(H1, H2, H3, H4……Hn-2, Hn-1, Hn)의 길이는 동일하지만 상기 굴절 영역들(Z1, Z2, Z3, Z4……Zn-2, Zn-1, Zn)의 상기 제1 방향(D1)의 폭들(W1, W2, W3, W4……Wn-2, Wn-1, Wn)은 상기 프레넬 렌즈의 중심에 근접할수록 길어진다. 또한, 상기 프레넬 렌즈의 두께는 이에 대응하는 볼록 렌즈의 두께의 1/k이 된다. 상기k는 상기 프레넬 렌즈에 포함된 원호의 개수가 n이라면, n/2에 대응하는 자연수이다.
따라서, 상기 프레넬 렌즈의 상기 굴절 영역들(Z1, Z2, Z3, Z4……Zn-2, Zn-1, Zn)에 대응하여 상기 렌즈 패널(200)을 상기 단위 렌즈(LU)를 형성하는 복수의 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)로 나누고, 상기 각 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)내에서 액정 분자들의 초기 배향을 서로 다르게 형성한다. 상기 단위 렌즈(LU)의 경계 첨부에 대응하는 영역에 배치되는 액정 분자들의 초기 배향각이 가장 크고, 상기 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……) 내에서 상기 단위 렌즈(LU)의 중심에서 멀어질수록 액정 분자들의 초기 배향각이 작아지도록 배향막을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 렌즈 패널(200)에 전압이 인가되면, 상기 제1 및 제2 기판(210, 220) 사이에 개재된 상기 액정층(230)의 액정 분자들은 서로 다른 초기 배향각에 의해 서로 다른 굴절률 및 위상차를 가지며 상기 단위 렌즈(LU)를 형성한다. 따라서, 상기 렌즈 패널(200)은 상기 프레넬 렌즈와 동일하게 동작한다.
상기 제1 기판(210)은 제1 베이스 기판(211)을 포함한다. 상기 제1 베이스 기판(211) 상에는복수의 제1 전극(212)들이 형성된다. 상기 제1 전극(212)은 투명 도전성 물질을 포함할수 있으며, 예를 들어, 산화인듐주석(indium tin oxide: ITO) 또는 산화인듐아연(indium zinc oxide: IZO) 등일 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 제1 전극(212)들은 상기 단위 렌즈(LU)와 평행한 바(bar) 형상으로 형성되며, 상기 제1 베이스 기판(211) 상에 서로 이격되어 형성된다. 상기 인접한 제1 전극들(212) 사이에는 두 개의 배향 영역들이 형성된다. 상기 제1 전극들(212)의 폭들은 상기 단위 렌즈(LU)의 중심으로 갈수록 증가할수 있다. 또한, 서로 대칭되는 배향 영역들 (A1, A2, A3, A4……, An-2, An-1, An) 에 형성되는 상기 제1 전극들(212)의 폭은 서로 동일할 수 있다.
상기 바 형상의 제1 전극들(212)에는 동일한 전압을 인가하여 상기 렌즈 패널(200)을 구동할 수 있다.
상기 제1 전극(212)이 형성된 상기 제1 베이스 기판(211) 상에는 제1 배향막(213)이 형성된다. 상기 제1 배향막(213)은 광반응성 고분자막으로부터 형성될 수 있다. 상기 광반응성 고분자 막은 시나메이트(cinnamate) 계열의 광반응성 고분자(photo-reactive polymer) 및 폴리이미드(polyimide) 계열의 고분자의 블렌드(blend)를 상기 제1 베이스 기판(211) 상에 도포하고, 경화시켜 형성될 수 있다. 이후, 상기 광반응성 고분자막에 자외선(UV)을 조사하여 상기 광반응성 고분자막을 광배향하여 상기 제1 배향막(213)을 형성할 수 있다.
상기 제2 기판(220)은 제2 베이스 기판(221)을 포함한다. 상기 제2 베이스기판(221) 상에는 제2 전극(22)이 형성된다. 상기 제2 전극(222)은 별도의 패터닝 공정 없이 상기 제2 베이스 기판(221)의 상기 렌즈부(LA)의 전체에 균일하게 형성된다. 상기 제2 전극(222)은 상기 제1 전극(212)과 동일한 물질로 형성될수 있다. 상기 제2 전극(222)는 별도의 패터닝 공정 없이 진행되므로, 상기 렌즈 패널(200)의 전체면에서 동일한전압을 인가받는다.
상기 제2 전극(222)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(221) 상에는 제2 배향막(223)이 형성된다. 상기 제2 배향막(223)은 광반응성 고분자막으로부터 형성될 수 있다. 상기 광반응성 고분자 막은 시나메이트(cinnamate) 계열의 광반응성 고분자(photo-reactive polymer) 및 폴리이미드(polyimide) 계열의 고분자의 블렌드(blend)를 상기 제2 베이스 기판(221) 상에 도포하고, 경화시켜 형성될 수 있다. 이후, 상기 광반응성 고분자막에 자외선(UV)을 조사하여 상기 광반응성 고분자막이 광배향하여 상기 제2 배향막(223)을 형성할 수 있다.
도 4는 배향막을 기준 평면으로 광배향 방향을 정의하는 좌표계를 도시하는 사시도이다. 도 5는 도 3의 제1 및 제2 배향막들의 배향 방향을 나타낸 개념도이다. 도 5에 도시된 벡터의 크기는 배향 방향의 편각의 크기를 개념적으로 나타낸다.
도 4를 참조하면, 배향막이 형성되는 평면을 기준으로 법선(n) 방향과 배향 방향(X)이 이루는 각이 편각(polar angle;α)으로 정의된다. 따라서, 상기 배향 방향과 배향막이 이루는 각도는 (90-α)가 된다. 또한, 반시계 방향을 따라 제1 방향(D1)의 양의 행방향과 상기 배향 방향(X)의 배향막까지의 투영선의 각도를 방위각(azimuth angle; β)으로 정의한다.
이러한 정의에 따라, 도3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 배향막(213)은 상기 렌즈 축(Lx)방향과 평행하게, 상기 제3 방향(D3)의 양의 방향(+) 및 상기 제3 방향(D3)의 음의 방향(-)을 따라 배향되고, 전체적으로 동일한 편각을 갖도록 배향된다.구체적으로, 상기 단위 렌즈(LU)의 상기 굴절 영역들(Z1, Z2, Z3, Z4)에 대응하여 상기 제1 배향막(213)은 상기 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)로 나누어 배향된다. 상기 굴절 영역들(Z1, Z2, Z3, Z4……)의 폭이 상기 단위 렌즈(LU)의 중심으로 근접할수록 길어지므로, 상기 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)의 폭들도 렌즈의 중심으로 근접할수록 길어지는 것이 바람직하다.
상기 인접한 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)은 서로 반대방향의 편각들을 갖도록 배향된다. 예를 들어, 상기 제1 배향막(213)은 상기 인접한 제1 전극들(212) 사이에서 2 개의 배향 영역들(A1, A2)로 나누어 지고, 상기 배향 영역들(A1, A2)은 각각 상기 제3 방향(D3)의 양의 방향(+) 및 상기 제3 방향(D3)의 음의 방향(-)을 따라 배향된다. 상기 제1 배향막(213)의 편각은 전체적으로 동일하게 배향될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 배향막(213)은 약 1° 내지 약 5° 정도의 편각을 가질 수 있다.
상기 제2 배향막(223)은 상기 렌즈 축(Lx)방향과 직교하도록 (90-θ)의 각을 갖도록 전체적으로 동일한 방향으로 배향되고, 상기 제2 배향막(223) 전체에서 동일한 값을 편각을 가질 수 있다. 따라서, 상기 제1 배향막(213)의 방위각과 상기 제2 배향막(223)의 방위각은 직교한다. 상기 제2 배향막(223)은 약 1° 내지 약 5° 정도의 편각을 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 배향막들(213, 223)에 의해서 상기 액정층(230)의 액정 분자들이 초기 배향된다. 상기 렌즈 패널(200)의 상기 제1 및 제2 전극들(212, 222)에 전압이 인가되면 상기 액정층(230)에 전계가 형성된다. 이때, 상기 제1 기판(210)상의 서로 다른 선경사각으로 초기 배향된 액정 분자들에 의해 상기 액정층(230)의 액정 분자들은 상기 제1 및 제2 기판들(210, 220) 사이에서 서로 다른 유효 방위각(effective azimuth angle)으로 배향되며, 상기 단위 렌즈(LU)는 프레넬 렌즈와 같이 동작하게 된다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 액정층(230)의 상기 렌즈 패널(200)에 전계가 형성되지 않는 경우, 액정 분자들은 상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220)에 대해 수직으로 배향 된다.
상기 제1 배향 영역(A1)은 상기 제3 방향(D3)의 양의 방향을 따라 배향된다. 따라서, 상기 제1 배향 영역(A1)의 액정 분자들은 상기 제1 배향막(213)의 제1 벡터(v1) 및 상기 제2 배향막(223)의 제3 벡터(v3)의 합성 방향에 따라 배향된다.
구체적으로, 상기 인접한 두 개의 배향 영역들이 각각 반대 방향으로 배향되므로, 상기 제1 배향 영역(A1)의 상기 제1 전극(212)과 중첩되는 부분은상기 제2 배향막(223)에 의해서액정 분자가 배향된다. 따라서, 상기 제3 벡터(v3)에 의해 배향되어, 상기 제1 전극(212)의 상부의 액정 분자들은 약 0°의 유효 방위각을 갖는다.
상기 제1 배향 영역(A1)의 상기 제1 전극(212)과 중첩되지 않는 부분은 상기 제1 벡터(v1) 및 상기 제3 벡터(v3)의 합성 방향 및 인접한 배향 영역들의 영향을 받는다. 따라서, 상기 제1 배향 영역(A1)내의 액정 분자들의 유효 방위각들은 약 0°부터 약 45°까지 범위 내에서 변화된다. 상기 제1 배향 영역(A1)의 양 단부들에서 약 0°의 유효 방위각을 가지며, 상기 단위 렌즈(LU)의 중심으로 갈수록 상기 유효 방위각은 증가하여 약 45°까지 증가한 후 다시 약 0°까지 감소한다. 상기 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)의 폭들은 상기 단위 렌즈(LU)의 중심으로 갈수록 길어지므로, 상기 제1 배향 영역(A1) 내에서 상기 유효 방위각이 증가하는 부분의 폭은 감소하는 부분의 폭 보다 넓어 상기 프레넬 렌즈의 각 굴절 영역들과 유사한 위상차를 갖게 된다.
상기 제2 배향 영역(A2)은 상기 제3 방향(D3)의 음의 방향(-)을 따라 배향된다. 따라서, 상기 제2 배향 영역(A2)의 액정 분자들은 상기 제1 배향막(213)의 제2 벡터(v2) 및 상기 제2 배향막(223)의 상기 제3 벡터(v3)의 합성 방향에 따라 배향된다.
구체적으로, 상기 인접한 두 개의 배향 영역들이 각각 반대 방향으로 배향되므로, 상기 제2 배향 영역(A2)의 상기 제1 전극(212)과 중첩되는 부분은 상기 제2 배향막(223)에 의해서 액정 분자가 배향된다. 따라서, 상기 제3 벡터(v3)에 의해 배향되어, 상기 제1 전극(212)과 인접하게 배열된 액정 분자들은 약 0°의 유효 방위각을 갖는다.
상기 제2 배향 영역(A2)의 상기 제1 전극(212)과 중첩되지 않는 부분은 상기 제2 벡터(v2) 및 상기 제3 벡터(v3)의 합성 방향 및 인접한 배향 영역들의 영향을 받는다. 따라서, 상기 제2 배향 영역(A2)내의 액정 분자들의 유효 방위각들은 약 0°부터 약 45°까지 범위 내에서 변화된다. 상기 제2 배향 영역(A2)의 양 단부들에서 약 0°의 유효 방위각을 가지며, 상기 단위 렌즈(LU)의 중심으로 갈수록 상기 유효 방위각은 증가하여 약 45°까지 증가한 후 다시 약 0°까지 감소한다. 상기 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)의 폭들은 상기 단위 렌즈(LU)의 중심으로 갈수록 길어지므로, 상기 제2 배향 영역(A2) 내에서 상기 유효 방위각이 증가하는 부분의 폭은 감소하는 부분의 폭 보다 넓어 상기 프레넬 렌즈의 각 굴절 영역들과 유사한 위상차를 갖게 된다.
따라서, 상기 렌즈 패널(200)에 전압이 인가되면, 상기 렌즈 패널(200)의 상기 단위 렌즈(LU)의 중심으로 갈수록 각 배향 영역들(A1, A2, A3, ……)들의 위상차가 증가하게 되고, 상기 단위 렌즈(LU)는 상기 프레넬렌즈와 같이 동작하게 된다.
상기 렌즈 패널(200)은 상기 제1 기판(210) 상에 형성되는 광차단 필름(240)을 더 포함할 수 있다. 상기 광차단 필름(240)은 상기 제1 기판(210)의 상기 제1 배향막(213)이 형성된 면의 이면에 형성될 수 있다. 상기 렌즈 패널(200)을 장시간 구동하게 되면 외부광에 노출되어 투과율이 저하될 수 있다. 실제, 상기 렌즈 패널(200)을 약 1000시간 태양광에 노출시킨 후 투과율 변화를 측정해보면, 약 -3% ~ 약 8% 정도의 투과율이 저하되었다. 이는 외부광에 의해 상기 제1 및 제2 배향막들(213, 223)의 초기 배향각도가 변화된 것이 원인일 수 있다. 따라서, 상기 렌즈 패널(200)의 신뢰성을 높이기 위해 상기 제1 기판(210)이 외부로 노출되는 면인, 제1 배향막(213)이 형성된 면의 이면에 상기 광차단 필름(240)을 더 형성할 수 있다. 상기 광차단 필름(240)은 자외선 및 단파장 물질을 흡수할 수 있는 필름인 것이 바람직하다.
이와 달리, 상기 광차단 필름(240)을 외부에 부착하는 대신, 상기 제1 베이스 기판(111)에 광차단 물질을 첨가할 수도 있다. 이러한 광차단 물질은 자외선 및 단파장 물질을 흡수할 수 있는 필름인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따르면, 상기 단위 렌즈를 복수의 원호로 분할하여 형성된 상기 프레넬 렌즈로 구동하므로, 렌즈 패널의 액정 셀 갭을 줄일 수 있다. 이에 따라 액정 렌즈 패널의 제조 효율 향상 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
렌즈 패널의 제1 전극들의 간격을기존 렌즈 패널의 제1 전극들의 간격보다 넓게 형성하고, 제1 배향막을 복수의 배향 영역들로 나누어 서로 반대되는 방위각들을 갖도록 배향한다. 따라서, 배향막의 방위각 조절을 통해 미세 피치 패턴을 갖는 전극 형성 없이도 렌즈 패널을 프레넬렌즈로 구동하도록 제어할수 있어 미세 피치 패턴 제작에 따른 공정 부담이감소하며, 렌즈 패널의 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 제1 전극에 단일한 전압을인가하여 렌즈 패널을 구동할수 있으므로, 별도의 데이터 구동부를 사용하는 대신 외부 회로 기판으로부터 직접 구동 전압을인가 받을 수 있으므로 부품 및 제조 비용이 감소된다.
한편 광차단 물질을 첨가하거나 광차단 필름을 형성함으로써, 외부광에 의한 배향막의 손상을줄여 장시간 구동에도 상기 렌즈 패널의 구동 신뢰성을 향상할수 있다.
도 6은 도 3의 렌즈 패널의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 7a 및7b는 도 3의 제1 배향막의 배향 방법을 나타내는 평면도이다. 도 8은 도 3의 제2 배향막의 배향 방법을 나타내는 평면도이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 상기 제1 베이스 기판(211) 상에 상기 제1 전극(212)을 형성한다(단계 S110). 상기 제1 전극은 투명 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 산화인듐주석(indium tin oxide ITO) 또는 산화인듐아연(indium zinc oxide IZO) 등일 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 투명 도전성 물질을 상기 제1 베이스 기판(211) 상에 증착시킨다. 이후, 포토레지스트 공정을이용하여 상기 투명 도전성물질을 패터닝 하여 바 형상의 상기 제1 전극(212)을 형성한다.
상기 제1 전극(212)이 형성된상기 제1 베이스 기판(211) 상에 제1 광반응성 고분자막을 형성한다(S120). 상기 광반응성 고분자막은 시나메이트(cinnamate) 계열의 광반응성 고분자(photo-reactive polymer) 및 폴리이미드(polyimide) 계열의 고분자의 블렌드(blend)를 상기 제1 전극(212) 위에 도포하고, 경화시켜 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기시나메이트 계열의 광반응성 고분자 및 폴리이미드 계열의 고분자를 1: 9 내지 9: 1 의 비율로 블렌드하여 유기용매에 용해시키고, 상기유기 용매에 용해된 상기 고분자를 상기기판 위에 스핀코팅법을 통해도포할 수 있다. 이후, 상기 기판 위에 코팅된 고분자를 가열하한 후 이를 경화시켜서 상기제1 광반응성 고분자막을 형성할 수 있다.
도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 이후, 상기제1 광반응성 고분자막(213a)에 자외선(UV)을 조사하여 방위각이 서로 다른 복수의 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)을 갖는 상기 제1 배향막(213)을 형성한다(단계 S130). 예를 들어, 외부의 노광 설비를 이용하여, 상기 제1 광반응성 고분자막(213a)이 형성된 상기 제1 베이스 기판(211)을 상기 제1 및 제2 마스크들(MS1, MS2)의 개구부들을 통해 노광하여, 상기 제1 배향막(213)을 형성한다.
상기 제1 마스크(MS1)는 복수의 제1 개구부들(OP1)을 포함한다. 상기 제1 마스크(MS1)의 제1 개구부들(OP1)은 상기 홀수 번째 배향 영역들(A1, A3,……, A2n-1)의 상기 제1 전극(212)을 제외한 부분에 배치된다. 따라서, 상기 제1 개구부들(OP1)은 상기 단위 렌즈(LU)의 중심에 가까이 배치될수록, 면적 및 상기 제1 방향(D1)의 폭이 증가하게 된다. 예를 들어, 상기 제1 배향 영역(A1)상에 배치되는 제1 개구부(OP1)는 상기 제1 배향 영역(A1)과 동일하게 제1 폭(W1)을 가질 수 있다. 상기 제3 배향 영역(A3) 상에 배치되는 제1 개구부(OP1)는 상기 제3 배향 영역(A3)과 동일하게 제3 폭(W3)을 가질 수 있다.
상기 제2 마스크(MS2)는 복수의제2 개구부들(OP2)을 포함한다. 상기 제2 마스크(MS2)의 제2 개구부들(OP2)은 상기 짝수 번째 배향 영역들(A2, A4,……, A2n)의 상기 제1 전극(212)을 제외한 부분에배치된다. 따라서, 상기 제2 개구부들(OP2)은 상기 단위 렌즈(LU)의 중심에 가까이 배치될수록, 면적 및 상기 제1 방향(D1)의 폭이 증가하게 된다. 예를 들어, 상기 제2 배향 영역(A2)상에 배치되는 제2 개구부(OP2)는 상기 제2 배향 영역(A2)과 동일하게 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 상기 제4 배향 영역(A4) 상에 배치되는 제2 개구부(OP2)는 상기 제4 배향 영역(A4)과 동일하게 제4 폭(W4)을 가질 수 있다.
상기 제1 베이스 기판(211)을 상기 제1 마스크(MS1)의 하부에배치하고, 상기 제1 마스크(MS1) 상에 자외선을 조사한다. 상기 제1 개구부들(OP1)을 통해 상기 제1 광반응성 고분자막(213a)이 배향되어, 상기 홀수 번째 배향 영역들(A1, A3,……, A2n-1)이 형성된다.
상기 자외선 램프의 조사 에너지를 고정시킨 상태에서, 상기 제1 마스크(MS1)의 제1 개구부(OP1)의 하부에 위치하는 상기 제1 광반응성 고분자막(213a)을 충분히 노광한 후, 상기 제1 마스크(MS1)를 노광되지 않은 다음 영역으로 이동시키며 상기 제1 광반응성 고분자막(213a)에 입사되는 자외선의 양을 균일하게 조정할 수 있다.
이후, 상기 제1 베이스기판(211)을 상기 제2 마스크(MS2)의 하부에 배치하고, 상기 제2 마스크(MS2) 상에 자외선을 조사한다. 상기 제2 개구부들(OP2)을 통해 상기 제1 광반응성 고분자막(213a)이 배향되어, 상기 짝수 번째 배향 영역들(A2, A4,……, A2n)이 형성된다.
상기 제2 마스크(MS2)를 이용하여 자외선을 조사하는 방법은 상기 제1 마스크(MS1)을 이용하는 방법과동일할 수 있다.
상기 제1 광반응성 고분자막(213a)에 입사되는 자외선은 상기 제3 방향(D3)의 양의 방향(+) 및 음의 방향(-)으로 입사된다.
따라서, 상기 제1 및 제2 마스크들(MS1, MS2)을 이용하여 상기 제1 광반응성 고분자막(213a)을 배향하여 상기 제1 배향막(213)을 형성할 수 있다. 상기 제1 배향막(213)은 상기 제3 방향(D3)의 양의 방향(+)으로 배향된 배향 영역 및 상기 제3 방향(D3)의 음의 방향(-)으로 배향된 배향 영역을포함한다.
본 실시예에서, 배향막의 편각의 크기는약 1° 내지 약 5°로 배향할 수 있다. 배향막의 편각을 약 2°로 배향하기 위해서는, 자외선 조사량이 약 20mJ이면 가능하다. 이는 종래의 배향막 제조 공정의편각의 크기 범위 내에 있으므로, 기존의 제조 설비를이용하여 상기 제1 배향막(213)을 형성할 수 있다.
상기 제2 베이스 기판(221) 상에 상기 제2 전극(222)을 형성한다(단계 S140). 상기 제2 전극(222)은 상기 제1 전극(212)과 동일한물질을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(222)은 상기 제2 베이스 기판(221)상에 상기 투명 도전성 물질을 전체적으로 증착시켜 형성할 수 있다.
상기 제2 베이스 기판(221) 상에 형성되는 제2 광반응성 고분자막도 상기 제1 광반응성 고분자막과 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다(단계 S150).
도 3 및 도 8을 참조하면, 상기 제2 광반응성 고분자막(223a)에 자외선(UV)을 조사하여 전체적으로 동일한 편각 및 동일한 방위각을 갖는 방향으로 광배향하여 상기 제2 배향막(223)을 형성한다(단계 S160). 예를 들어, 외부의 노광 설비를 이용하여, 상기 제2 광반응성 고분자막(223a)이 형성된 상기 제2 베이스 기판(221)을 제3 마스크(MS3)의 하부에 배치하여, 상기 제2 베이스 기판(221)이 상기 제3 마스크(MS3)의 노광 영역을 통과하도록 상기 제3 마스크(MS3)를 상기 제3 방향(D3)을 따라 이동시킬 수 있다.
상기 제3 마스크(MS3)는 직사각형 모양의 제3 개구부(OP3)를 가질 수 있다. 상기 제2 배향막(223)은 전체적으로 동일한 편각 및 동일한 방위각을 갖도록 배향된다. 상기 제2 배향막(223)은 상기 제2 광반응성 고분자막(223a)에 입사되는 자외선의 양 및 자외선의 입사 방향을 균일하게 조정함으로써 동일한 편각 및 동일한 방위각을 갖도록 배향할 수 있다.
구체적으로, 상기 자외선 램프의조사 에너지 및 상기 제3 마스크(MS3)의 이동 속도는 고정 시킨 상태에서, 상기 제2 베이스기판(221)을 상기 제3 마스크(MS3)의 하부를 통과하게 하여 상기 제2 광반응성 고분자막(223a)에 입사되는 자외선의 양을 균일하게 조정할 수 있다.
또는, 상기 자외선 램프의조사 에너지를 고정시킨 상태에서, 상기 제3 마스크(MS3)의 제3 개구부(OP3)의 하부에 위치하는 상기 제2 광반응성 고분자막(223a)을 충분히 노광한 후, 상기 제3 마스크(MS3)를 노광되지 않은 다음 영역으로 이동시키며 상기 제2 광반응성 고분자막(223a)에 입사되는 자외선의 양을 균일하게 조정할 수 있다.
상기 제2 광반응성 고분자막(223a)에 입사되는 자외선은 상기 제1 광반응성 고분자막(213a)에 입사되는 자외선과 직교하게 상기 제1 방향(D1)에 대하여 양의 방향으로 (90-θ)°의 각도로입사된다. 또한, 상기 제2 베이스 기판(221)은 상기 제1 방향(D1)과 평행하게 진행한다.
따라서, 상기 제2 광반응성 고분자막(223a)에는 전체적으로 균일한 광량및 방향의 자외선이 조사되어, 전체적으로 편각 및 방위각이 균일한상기 제2 배향막(223)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 약 20mJ의 자외선이 조사되는 경우, 상기 제2 배향막(223)이 약 2°의 편각을 갖도록 배향할 수 있다.
이후, 상기 제1 배향막(213)이 형성된 제1 기판(210) 및 상기 제2 배향막(223)이 형성된 제2 기판(220) 사이에 액정 물질을 주입하여 상기 액정층(230)을 형성하고 밀봉하여 상기 렌즈 패널(200)을 형성한다(단계 S170).
본 실시예에서는 상기 제2 배향막을 광반응성 고분자막 및 외부 노광기를 이용하여 자외선을 조사하는 방법을 통해 형성하는 것을 예로 들어 설명하였으나. 상기 제2 배향막의 형성 방법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제2 배향막은 종래의 러빙 방법을 이용하여 전체적으로 균일하게 배향된 배향막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 기판(210)의 상기 제1 배향막(213)이 형성된 면의 이면에 광차단 필름(240)을 더 형성할 수 있다. 또는 상기 광차단 필름(240)을 외부에 부착하는 대신, 상기 제1 베이스 기판(111)에 광차단 물질을 첨가할 수도 있다. 이러한 광차단 물질은 자외선 및 단파장 물질을 흡수할 수 있는 필름인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따르면, 제1 전극들의 간격을 기존 렌즈 패널의 제1 전극들의 간격보다 넓게 형성하고, 제1 배향막을 복수의 배향 영역들로 나누어 서로 반대되는 방위각들을 갖도록 배향한다. 따라서, 배향막의 방위각 조절을 통해 미세 피치 패턴을 갖는 전극 형성 없이도 렌즈 패널을 프레넬렌즈로 구동하도록 제어할수 있어 미세 피치 패턴 제작에 따른 공정 부담이감소하며, 렌즈 패널의 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 실시예에서는 스캔 속도 및 자외선 램프의 발광량을 일정하고, 개구부의 비율을 변화시켜 자외선 조사량을 제어하는 것을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 자외선 조사량은 자외선 램프의 발광량 및 마스크의 이동 속도를 변화시켜 제어할 수 있으며, 마스크의 개구부의 형상도 적절하게 변형할수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 패널의단면도 및 이에 따른 단위 렌즈의 굴절율 분포를 나타낸 그래프이다. 도 10은 도 9의 제1 및 제2 배향막들의 배향 방향을 나타낸개념도 및 이에 따른 유효 방위각과 위상차를 나타내는 그래프이다.
본 실시예에 따른 렌즈 패널은 제1 전극을 제외하고 도 1 내지 도 5에 따른 렌즈 패널과 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 렌즈 패널(200a)는 제1 기판(210a), 제2 기판(220) 및 액정층(230)을 포함한다.
상기 제1 기판(210a)은 제1 베이스 기판(211)을 포함한다. 상기 제1 베이스기판(211) 상에는 제1 전극(212a)이 형성된다. 상기 제1 전극(212a)은 별도의 패터닝 공정 없이 상기 제1 베이스 기판(211)의 상기 렌즈부(LA)의 전체에균일하게 형성된다. 상기 제1 전극(212)은 투명 도전성물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 산화인듐주석(indium tin oxide: ITO) 또는 산화인듐아연(indium zinc oxide: IZO) 등일 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 제1 전극(212a)는 별도의 패터닝 공정 없이 진행되므로, 상기 렌즈 패널(200)의 전체면에서 동일한 전압을 인가받는다.
상기 제1 전극(212a)이 형성된상기 제1 베이스 기판(211) 상에 제1 배향막(213)이 형성된다. 상기 제1 배향막(213)은 도 1 내지 도 5에 도시된 것과 같이 복수의 배향 영역들(A1, A2, A3, A4)을 포함하며, 상기 인접한 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)은 서로 반대 방향으로 배향된다. 예를 들어, 상기 제1 배향 영역(A1)은 상기 제3 방향(D1)의 양의 방향(+)으로 배향되고, 상기 제2 배향 영역(A2)은 상기 제3 방향(D1)의 음의 방향(-)으로 배향된다.
본 실시예에 따르면, 렌즈 패널의 제1 전극을미세 피치 패턴을 갖도록 형성하는 대신, 제1 전극은 렌즈 패널의 전체면에 별도의 패터닝없이 형성하고, 제1 배향막을 복수의배향 영역들로 나누어 서로 반대되는 방위각들을 갖도록 배향한다. 따라서, 배향막의 방위각 조절을 통해 미세 피치 패턴을 갖는 전극 형성 없이도 렌즈 패널을 프레넬렌즈로 구동하도록 제어할수 있어 미세 피치 패턴 제작에 따른 공정 부담이감소하며, 렌즈 패널의 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 제1 전극에 단일한 전압을인가하여 렌즈 패널을 구동할수 있으므로, 별도의 데이터 구동부를 사용하는 대신 외부 회로 기판으로부터 직접 구동 전압을인가 받을 수 있으므로 부품 및 제조 비용이 감소된다.
본 실시예에 따른 렌즈 패널의제조 방법은 상기 제1 전극을패터닝 하는 과정이 생략되는 것 외에는 도 6 내지 도 8에 도시된 렌즈 패널의제조 방법과 동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 렌즈 패널의 단면도 및 이에 따른 단위 렌즈의 굴절율 분포를 나타낸 그래프이다.
본 실시예에 따른 렌즈 패널은 제1 기판을 제외하고 도 1 내지 도 5에 따른 렌즈 패널과 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소는 동일한도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략한다.
도 11을 참조하면, 상기 렌즈 패널(200b)는 제1 기판(210b), 제2 기판(220) 및 액정층(230)을 포함한다.
상기 제1 기판(210b)은 제1 베이스 기판(211)을 포함한다. 상기 제1 베이스기판(211) 상에는 복수의 제1 전극들(212)이 형성된다. 상기 제1 전극(212)은 투명 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 산화인듐주석(indium tin oxide: ITO) 또는 산화인듐아연(indium zinc oxide: IZO) 등일 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 제1 전극들(212)은 상기 단위 렌즈(LU)와 평행한 바(bar) 형상으로 형성되며, 상기 제1 베이스 기판(211) 상에 서로 이격되어 형성된다. 상기 제1 전극들(212)의 폭들은 상기 단위 렌즈(LU)의 중심으로 갈수록증가할 수 있다. 또한, 서로 대칭되는 배향 영역들 (A1, A2, A3……, An-2, An-1, An) 에 형성되는 상기 제1 전극들(212)의 폭은 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 전극(212b)이 형성된상기 제1 베이스 기판(211) 상에 절연막(214)이 형성될 수 있다. 상기 절연막(214)은 광을 투과 시키는 절연물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 질화물(SiNx) 또는 실리콘산화물(SiOx) 등일 수 있다.
상기 절연막(214)이 형성된 상기 제1 베이스 기판(211) 상에 복수의제3 전극(215)이 형성된다. 상기 제3 전극(215)은 투명 도전성 물질을 포함할수 있다. 상기 제3 전극(215)은 상기 제1 전극(212)과 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제3 전극은 각 상기 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)에 교번적으로 형성될수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(212)은 상기 홀수 번째 배향 영역들(A1, A3……)의 상기 제1 방향(D1)의 음의 방향(-)에 가깝게 형성될수 있다. 상기 제3 전극(215)은 상기 짝수 번째 배향 영역들(A2, A4……)의 상기 제1 방향(D1)의 양의 방향(+)에 가깝게 형성될 수 있다. 상기 단위 렌즈(LU)의 각 굴절 영역의 인접한 상기 제1 및 제3 전극들(212, 215)은 서로 중첩하지 않는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제3 전극들(212, 215)은 각각 서로 다른 전압을 인가 받는다. 상기 제1 전극들(212)이 제1 전압을 인가 받는다면, 상기 제3 전극들(215)는 제3 전압을 인가 받는다. 상기 제3 전압은 상기 제1 전압보다 큰 것이 바람직하다.
인접한 상기 제1 및 제3 전극들(212, 215)의 전압이 급격히변화함에 따라, 상기 제1 및 제3 전극들(212, 215)의 상부에 위치하는 액정 분자들은 상기 각 굴절 영역들(Z1, Z2, ……)의 경계 첨부(H1, H2,……)와 같은 위상차 변화를 나타낼 수 있다.
상기 제3 전극(215)이 형성된 상기 제1 베이스 기판(211) 상에 제1 배향막(213)이 형성된다. 상기 제1 배향막(213)은 도 1 내지 도 5에 도시된 것과 같이 복수의 배향 영역들(A1, A2, A3, A4……)을 포함하며, 상기 인접한 배향 영역들(A1, A2, A3, A4)은 서로 반대 방향으로 배향된다. 예를 들어, 상기 제1 배향 영역(A1)은 상기 제3 방향(D1)의 양의 방향(+)으로 배향되고, 상기 제2 배향 영역(A2)은 상기 제3 방향(D1)의 음의 방향(-)으로 배향된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인접한상기 제1 및 제3 전극들의 전압이급격히 변화함에 따라, 상기 배향 영역들의 경계에서 위상차가 급격히변하며, 프레넬 렌즈의 경계 첨부에서와 같은 위상차를 나타낼수 있다.
또한, 배향막의 방위각조절을 통해 미세 피치 패턴을 갖는 전극 형성 없이도 렌즈 패널을 프레넬렌즈로 구동하도록 제어할수 있어 미세 피치 패턴 제작에 따른 공정 부담이감소하며, 렌즈 패널의 신뢰성이 향상될 수 있다.
본 실시예에 따른 렌즈 패널의제조 방법은 절연층 형성 및 상기 제1 전극과 동일한 방법으로 제3 전극을 형성하는 것 외에는 도 6 내지 도 8에 도시된 렌즈 패널의 제조 방법과동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.
도 12은 도 1에 도시된 표시 장치에 의해 2차원 평면 영상이 표시되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 12를 참조하면, 상기 광원 모듈(400)은 광을 발생한다.
상기 광원 모듈(400)로부터 발생된 광은 상기 표시 패널(310)에 제공된다. 이 때, 상기 표시 패널(310)은 2차원 평면 영상을 표시한다.
상기 표시 패널(310)을 투과한 광은 상기 렌즈 패널(200)에 제공된다. 이 때, 상기 렌즈 패널(200)에는 전압이 제공되지 않는다. 상기 렌즈 패널(200)의 액정 분자들은 초기 배향 상태를 유지하고, 상기 표시 패널(310)을 투과한 광은 상기 렌즈 패널(200)에서 굴절되지 않고 그대로 투과된다.
따라서, 상기 표시 장치(1000)는 2차원 평면 영상을 표시한다.
도 13은 도 1에 도시된 표시 장치에 의해 3차원 입체 영상이 표시되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 13을 참조하면, 상기 광원 모듈(400)은 광을 발생한다.
상기 광원 모듈(400)로부터 발생된 광은 상기 표시 패널(310)에 제공된다. 이 때, 상기 표시 패널(310)은 3차원 입체 영상을 표시한다.
상기 표시 패널(310)을 투과한 광은 상기 렌즈 패널(200)에 제공된다. 이 때, 상기 렌즈 패널(200)에는 상기 제1 및 제2 전극들(212, 222)에 인가되는 상기 제1 및 제2 전압들이 제공된다.
상기 렌즈 패널(200)에 상기 전압들이 인가됨에 따라, 상기 액정 분자들이 재배열되어 상기 단위 렌즈들(LU) 각각은 상기 프레넬 렌즈로 구동된다. 따라서, 상기 표시 패널(310)을 투과한 광은 상기 액정 렌즈 패널(200)에서 굴절된다.
상기 표시 장치(1000)는 3차원 입체 영상을 표시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단위 렌즈를 복수의 원호로 분할하여 형성된 상기 프레넬렌즈로 구동하므로, 렌즈 패널의 액정 셀 갭을 줄일 수 있다. 이에 따라 액정 렌즈 패널의 제조 효율 향상 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
렌즈 패널의 제1 전극을 미세 피치 패턴을 갖도록 형성하는 대신, 배향막의 방위각 조절을 통해 미세 피치 패턴을 갖는 전극 형성 없이도 렌즈 패널을 프레넬 렌즈로 구동하도록 제어할 수 있어 미세 피치 패턴 제작에 따른 공정 부담이 감소하며, 렌즈 패널의 신뢰성이 향상될 수 있다.
또한, 제1 전극에 단일한 전압을 인가하여 렌즈 패널을 구동할 수 있으므로, 별도의 데이터 구동부를 사용하는 대신 외부 회로 기판으로부터 직접 구동 전압을 인가 받을 수 있으므로 부품 및 제조 비용이 감소된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 표시 장치는 프레넬 렌즈로 렌즈 패널을 구성함으로써, 렌즈 패널의 액정 셀 갭을 줄일 수 있으며, 응답 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 배향막의 방위각조절을 통해 미세 피치 패턴을 갖는 전극 형성 없이도 렌즈 패널을 프레넬렌즈로 구동하도록 제어할수 있어 미세 피치 패턴 제작에 따른 공정 부담이감소하며, 렌즈 패널의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 제어부 200: 렌즈 패널
300: 패널 모듈 400: 광원
213, 223: 배향막 A1, A2, A3, A4: 배향 영역
212, 222: 전극 230: 액정층

Claims (20)

  1. 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판 상에 형성된 제1 전극, 및 상기 제1 전극상에 형성되고 제1 방위각을 갖는 제1 배향 영역 및 상기 제1 방위각의 방향과 반대 방향의 제2 방위각을 갖는 제2 배향 영역을 갖는 단위 렌즈 영역을 포함하는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판;
    제2 베이스 기판, 상기 제2 베이스 기판 상에 형성된 제2 전극, 및 제3 방위각을 갖도록 배향된 제2 배향막을 포함하는 제2 기판; 및
    상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하며,
    상기 제3 방위각은 상기 제1 및 제2 방위각과 직교하고, 상기 단위 렌즈 영역에 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역은 교번적으로 배열되며,
    상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역의 경계는 인접한 제1 전극들 사이의 갭(gap)에 대응하는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역의 폭은 단위렌즈 영역의 중심으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 렌즈 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극을 커버하는 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성되는 제3 전극을 더 포함하며,
    상기 제1 및 제3 전극들은 바 형상을 가지며,
    상기 제1 전극은 상기 제1 배향 영역에 배치되고, 상기 제3 전극은 상기 제2 배향 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3 전극에는 상기 제1 전극보다 높은 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제1 베이스 기판의 전체면에 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널.
  10. 제1 베이스 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 전극이 형성된 상기 제1 베이스 기판 상에 제1 광반응성 고분자막을 형성하는 단계;
    상기 제1 광반응성 고분자막 상에 광을 조사하여, 제1 방위각을 갖는 제1 배향 영역 및 상기 제1 방위각의 방향과 반대 방향의 제2 방위각을 갖는 제2 배향 영역을 갖는 적어도 하나의 단위 렌즈 영역을 포함하는 제1 배향막을 형성하는 단계;
    제2 베이스 기판 상에 제2 전극을 형성하는 단계;
    상기 제2 전극이 형성된 상기 제2 베이스 기판 상에 제3 방위각으로 배향된 제2 배향막을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 베이스 기판과 상기 제2 베이스 기판 사이에 액정층을 주입하고 밀봉하는 단계를 포함하고,
    상기 제3 방위각은 상기 제1 및 제2 방위각과 직교하고, 상기 단위 렌즈 영역에 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역은 교번적으로 배열되며,
    상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역의 경계는 인접한 제1 전극들 사이의 갭(gap)에 대응하는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 배향막을 형성하는 단계에서,
    상기 제1 배향 영역 상에 배치되는 개구부를 포함하는 제1 마스크 및 상기 제2 배향 영역 상에 배치되는 개구부를 포함하는 제2 마스크를 이용하여 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 배향막을 형성하는 단계에서,
    상기 제1 및 제2 마스크들의 개구부들의 면적은 상기 단위 렌즈 영역의 중심에 가까울수록 증가하는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 배향막을 형성하는 단계에서,
    상기 단위 렌즈 영역내에서, 상기 개구부의 면적은 상기 단위 렌즈 영역의 중심으로 갈수록 증가되는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  14. 제10 항에 있어서, 상기 제1 배향 영역의 광 조사 방향과 상기 제2 배향 영역의 광 조사 방향은 반대 방향인 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  15. 제10 항에 있어서, 상기 제2 배향막을 형성하는 단계는
    제2 광반응성 고분자막을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 광반응성 고분자막 상에 상기 제1 배향 영역의 광 조사 방향 및 상기 제2 배향 영역의 광 조사 방향과 직교하는 광 조사 방향으로 광을 조사하여 상기 제2 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  16. 제10 항에 있어서, 상기 제1 전극을 형성하는 단계는
    상기 제1 베이스 기판 상에 제1 투명 도전성 물질을 도포하는 단계; 및
    상기 제1 투명 도전성 물질을 패터닝하여 상기 단위 렌즈 영역의 길이 방향으로 연장된 바 형상의 상기 제1 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 전극이 형성된 상기 제1 베이스 기판 상에 상기 제1 전극을 커버하는 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 상에 제2 투명 도전성 물질을 도포하는 단계; 및
    상기 제2 투명 도전성 물질을 패터닝 하여, 상기 제1 전극과 교번적으로 형성되는 제3 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 제1 배향 영역에 형성되고, 상기 제3 전극은 상기 제2 배향 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 렌즈 패널의 제조 방법.
  20. 입체 영상 또는 평면 영상을 표시하는 패널 모듈;
    제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판 상에 형성된 제1 전극, 및 상기 제1 전극상에 형성되고, 제1 방위각을 갖는 제1 배향 영역 및 상기 제1 배향 영역의 방향과 반대 방향의 제2 방위각을 갖는 제2 배향 영역을 갖는 적어도 하나의 단위 렌즈 영역을 포함하는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판, 제2 베이스 기판, 상기 제2 베이스 기판 상에 형성된 제2 전극, 및 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 제1 및 제2 방위각과 직교하는 제3 방위각을 갖도록 배향된 제2 배향막을 포함하는 제2 기판 및 상기 제1 및 제2 기판의 사이에 개재되는 액정층을 포함하는 렌즈 패널; 및
    상기 패널 모듈의 하부에 배치되어, 상기 패널 모듈에 광을 제공하는 광원 모듈을 포함하고,
    상기 단위 렌즈 영역에 상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역은 교번적으로 배열되며,
    상기 제1 배향 영역 및 상기 제2 배향 영역의 경계는 인접한 제1 전극들 사이의 갭(gap)에 대응하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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