KR20080001172A - 렌티큘라 렌즈와 그 액정 배향방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 곡면 형태의 렌즈면 상에 균일하게 배향막이 형성된 렌티큘라 렌즈에 관한 것이다.
이 렌티큘라 렌즈는 상부 투명전극이 형성되고 곡면 형태를 가지는 다수의 렌즈면이 형성된 상판; 비정질 산화 실리콘을 포함하여 상기 렌즈면들에 형성된 상부 배향막; 하부 투명전극과 하부 배향막이 형성된 하판; 상기 상판과 상기 하판 사이에 형성되어 상기 상부 투명전극과 상기 하부 투명전극에 의해 인가되는 전계에 의해 구동되는 액정층을 구비한다.

Description

렌티큘라 렌즈와 그 액정 배향방법{Lenticular lens and Method of Aligning Liquid Crystal Therein}
도 1은 슬릿베리어를 사용한 종래의 입체영상 표시장치를 나타내는 도면.
도 2는 렌티큘라 렌즈를 사용하는 종래의 입체영상 표시장치를 나타내는 도면.
도 3은 종래의 렌티큘라 렌즈에서 액정분자들에 전계가 인가되지 않은 상태에서의 광경로를 나타내는 도면.
도 4는 종래의 렌티큘라 렌즈에서 액정분자들에 전계가 인가될 때의 광경로를 나타내는 도면.
도 5는 도 3 및 도 4와 같은 렌티큘라 렌즈의 구조를 보여 주는 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 렌티큘라 렌즈의 구조를 보여 주는 분해 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 렌티큘라 렌즈의 배향막 형성공정에서 이온빔 노출공정을 나타내는 도면.
도 8은 도 6에 도시된 렌티큘라 렌즈에서 액정분자들에 전계가 인가되지 않 은 상태에서의 광경로를 나타내는 도면.
도 9는 도 6에 도시된 렌티큘라 렌즈에서 액정분자들에 전계가 인가될 때의 광경로를 나타내는 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
101 : 표시장치 102, 106 : 투명전극
103, 107 : 배향막 111 : 상판
110 : 하판
본 발명은 입체영상 표시장치에 관한 것으로, 특히 곡면 형태의 렌즈면 상에 균일하게 배향막이 형성된 렌티큘라 렌즈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 배향막을 이용하여 액정분자들의 스위칭 특성을 개선하도록 한 렌티큘라 렌즈의 액정 배향방법에 관한 것이다.
입체영상 표시장치는 두 눈에 인지되는 서로 다른 영상신호가 합성될 때 원근감이 나타나는 것을 이용하여 영상을 입체적으로 표시하게 된다. 입체영상 표시장치는 크게 오토스테레오스코픽(Autostereoscopic) 방식과 바이노큘라(Binocular) 방식으로 나뉘어진다.
바이노큘라 방식 즉, 양안시차를 이용한 방식은 좌안(left eye)에 해당하는 카메라로 촬영한 영상과 우안(right eye)에 해당하는 카메라로 촬영한 영상을 동일한 표시패널에 표시하고, 표시된 좌안화상을 좌안으로 입사되게 하고 우안화상을 우안으로 입사되게 하여 3차원 입체영상을 구현하게 된다. 바이노큘라방식을 구현하는 입체영상 표시장치로는 슬릿베리어(Slit barrier)를 사용하는 방법과 렌티큘라 렌즈(Lenticular lens)를 사용하는 방법 등이 있다.
슬릿베리어를 사용하는 방법은 도 1과 같이 슬릿베리어(12)를 이용하여 표시장치(11)에서 조사되는 빛을 선택적으로 차단함으로써 좌안화상과 우안화상을 나누어 3차원 입체영상을 구현한다. 이러한 슬릿베리어(12)를 사용하는 방법은 3차원 입체영상 시청시 액정표시소자로 구현된 슬릿베리어(12)를 활성화시키고 2차원 평면영상 시청시 슬릿베리어(12)를 오프시키면 되므로 3D/2D 영상모드가 쉽게 전환될 수 있는 장점이 있는데 반하여 슬릿베리어(12)에서 투과되는 빛이 입사광 대비 대략 50% 이하로 줄기 때문에 휘도 손실이 많은 단점이 있다.
렌티큘라 렌즈를 사용하는 방법은 도 2와 같이 렌티큘라 렌즈(21)로 우안화상과 좌안화상을 분리하여 3차원 입체영상을 구현한다. 이러한 렌티큘라 렌즈를 사용하는 방법은 슬릿베리어를 사용하는 방법에 비하여 휘도손실이 작은 장점이 있는데 반하여, 렌트큘라렌즈의 광분리를 온/오프할 수 없으므로 3차원 입체영상만 구현할 수 있고 3차원 입체영상과 2차원 평면영상의 전환이 불가능한 단점이 있었다.
이러한 렌티큘라 렌즈의 단점을 해결하기 위하여 액정의 굴절율을 전기적으 로 제어함으로써 렌티큘라 렌즈를 구현하여 3D/2D 영상의 절환이 가능한 렌티큘라 렌즈(이하, "액정 렌티큘라 렌즈"라 함)가 제안된 바 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 액정 렌티큘라 렌즈(30)는 영상이 표시되는 표시장치(31)와 소정의 거리를 두고 이격되도록 배치된다.
액정 렌티큘라 렌즈(30)는 도 3과 같이 액정분자들(34)이 수평 배향된 3D 영상모드에서 표시장치(31)로부터 입사되는 빛을 굴절시켜 우안화상에 해당하는 빛의 진행경로와 좌안화상에 해당하는 빛의 진행경로를 분리시킨다. 이 3D 영상모드에서 액정분자들(34)에는 전계가 인가되지 않는다.
액정 렌티큘라 렌즈(30)의 액정분자들에 전계가 인가되는 2D 영상모드에서, 도 4와 같이 액정분자들(34)이 구동되어 액정분자들(34)이 세워지게 된다. 그 결과, 액정분자들(34)과 투명수지(35) 사이의 굴절율차가 거의 없어지게 되어 표시장치(31)로부터 조사되는 빛이 액정 렌티큘라 렌즈(30)를 그대로 통과한다.
이러한 액정 렌티큘라 렌즈(30)는 도 5와 같이 액정층을 사이에 두고 대향하는 상판(41) 및 하판(40)을 구비한다.
상판(41)은 상부 투명기판 상에 형성된 투명전극(36)과, 투명전극(36) 상에 형성된 투명기판(35)을 포함한다. 투명수치층(35) 상에는 오목렌즈 형상의 곡면으로 음각패턴(35a)이 형성된다.
하판(40)은 하부 투명기판 상에 형성된 투명전극(32)과, 투명전극(32) 상에 도포된 배향막(33)을 포함한다. 배향막(33)은 폴리이미드 배향막으로써 러빙공정에 의해 액정의 배향방향(33a)을 따라 러빙되어 액정분자들(34)의 프리틸트(pre- tilt)를 결정한다.
액정분자들(34)은 포지티브 액정(Positive Liquid Crystal)이다. 포지티브 액정은 액정분자의 장축방향 유전율(ε∥)이 단축 방향 유전율(ε┴)보다 큰 Δε>0으로 정의되는 액정으로써 배향막(33)에 의해 수평배향되고 인가 전계의 방향으로 액정분자의 장축방향이 나란하게 정렬된다.
이러한 액정 렌티큘라 렌즈에서 액정분자들의 스위칭이 빠르고 균일하게 일어나게 하기 위해서는 상판에도 배향막이 있어야 하나, 오목하게 파여진 음각패턴(35a)의 곡면 형상으로 상판에 배향막을 균일한 두께로 형성하기가 어렵고, 상판에 배향막을 형성한다 하더라도 그 배향막에 대한 접촉식 러빙이 균일하게 이루어지기가 어렵다. 따라서, 액정 렌티큘라 렌즈에는 하판(40) 상에만 폴리이미드 배향막이 형성되고 있기 때문에 액정 분자들의 스위칭 속도가 느리고 액정분자들이 균일하게 스위칭되지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 곡면 형태의 렌즈면 상에 균일하게 배향막이 형성된 렌티큘라 렌즈를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 배향막을 이용하여 액정분자들의 스위칭 특성을 향상시키도록 한 렌티큘라 렌즈와 그 액정 배향방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 렌티큘라 렌즈는 상부 투명전극이 형성되고 곡면 형태를 가지는 다수의 렌즈면이 형성된 상판; 비정질 산화 실리콘을 포함하여 상기 렌즈면들에 형성된 상부 배향막; 하부 투명전극과 하부 배향막이 형성된 하판; 상기 상판과 상기 하판 사이에 형성되어 상기 상부 투명전극과 상기 하부 투명전극에 의해 인가되는 전계에 의해 구동되는 액정층을 구비한다.
상기 하부 배향막은 폴리 이미드와 상기 비정질 산화 실리콘 중 어느 하나를 포함한다.
상기 액정층은 상기 상부 배향막과 상가 하부 배향막 사이에서 수직으로 배향되고 상기 전계가 인가될 때 단축방향이 상기 전계의 방향과 나란하게 정렬되는 네가티브 액정을 포함한다.
상기 렌티큘라 렌즈의 액정 배향방법은 비정질 산화 실리콘막을 곡면 형태의 렌즈면 상에 형성하는 단계; 상기 비정질 산화 실리콘막을 이온빔에 노출시켜 상판에 상부 배향막을 형성시키는 단계; 상기 상판과 대향하는 하판에 하부 배향막을 형성하는 단계; 및 상기 상판과 상기 하판 사이에 액정층을 형성하여 상기 상부 배향막과 상기 하부 배향막 사이에 액정분자들을 배향시키는 단계를 포함한다.
상기 하부 배향막을 형성하는 단계는 비정질 산화 실리콘막을 상기 하판 상에 형성하는 단계; 및 상기 하판에 형성된 비정질 산화 실리콘막을 이온빔에 노출시키는 단계를 포함한다.
상기 하부 배향막을 형성하는 단계는 폴리이미드막을 상기 하판 상에 형성하 는 단계; 및 상기 폴리이미드막을 러빙하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도 6 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 입체영상 표시장치는 표시장치(101)와, 표시장치(101)로부터 소정의 거리로 이격되도록 배치되는 액정 렌티큘라 렌즈를 구비한다.
표시장치(101)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 표시패널(Plasma Display Panel, PDP) 및 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode) 등의 평판표시장치로 구현된다. 이 표시장치(101)는 데이터 신호배선들과 스캔 신호배신들이 형성되고 스캔 신호에 응답하여 각 서브픽셀들에 공급되는 데이터를 스위칭하는 능동 스위치소자들이 형성될 수 있다. 이러한 표시장치(101)는 영상소스와 사용자로부터 입력되는 2D/3D 모드 선택신호에 따라 2차원 평면영상을 표시하거나, 좌안화상 데이터와 우안화상 데이터가 분리된 3 차원 입체영상을 표시한다.
액정 렌티큘라 렌즈는 전기적으로 제어 가능한 액정층을 사이에 두고 대향하는 상판(111) 및 하판(110)을 포함하여 2D 영상모드에서 표시장치(101)로부터의 광을 그대로 투과시키고, 3D 영상모드에서 표시장치(101)로부터의 광을 굴절시켜 좌안화상에 해당하는 광의 진행경로와 우안화상에 해당하는 광의 진행경로를 분리시키는 광 제어기 역할을 한다.
액정 렌티큘라 렌즈의 상판(111)은 상부 투명기판 상에 형성된 투명전 극(106)과, 투명전극(106) 상에 형성된 투명기판(105), 및 투명기판(105) 상에 형성된 상부 배향막(107)을 포함한다. 투명기판(105) 상에는 오목렌즈 형상의 곡면으로 음각패턴(105a)이 형성된다.
상부 배향막(107)은 비정질 산화 실리콘(amorphous SiOx : 이하, "a-SiOx"라 함) 필름으로 형성되어 액정분자들(104)을 균일하게 수직 배향시킨다. 이 상부 배향막(107)의 a-SiOx 필름은 스퍼터링 공정에 의해 투명기판(105)의 음각패턴(105a) 상에 균일한 두께로 증착된 후, 도 7과 같이 이온빔(ion-beam)에 노출되어 그 표면에 액정분자들(104)을 구속하는 앵커링 에너지(Anchoring energy)가 발생된다. 이러한 하부 배향막(107)과 접하는 액정분자들(104)의 프리틸트각(pre-tilt angle)은 이온빔의 조사방향(100)에 따라 제어될 수 있다. 즉, 이온빔의 조사방향(100)으로 액정분자들(105)이 플리틸트되기 때문에 이온빔의 조상방향(100)과 이온빔에 노출되는 a-SiOx 필름의 경사각을 조절하면 액정분자들(105)의 플리틸트각을 조정할 수 있다.
액정 렌티큘라 렌즈의 하판(110)은 하부 투명기판 상에 형성된 투명전극(102)과, 투명전극(102) 상에 도포된 하부 배향막(103)을 포함한다. 하부 배향막(103)은 폴리이미드 배향막 또는, a-SiOx 필름으로써 러빙공정이나 이온빔 노출공정에 의해 액정분자들(104)의 프리틸트를 결정한다. 즉, 하부 배향막(103)은 종래 기술과 같이 폴리 이미드 배향막을 균일하게 형성하는 공정과, 그 폴리이미드 배향막의 표면을 러빙하는 공정으로 하판(110) 상에 형성될 수 있으며 또한, 상부 배향막(107)과 같은 방법 즉, a-SiOx 필름을 증착하는 공정과, 그 a-SiOx 필름을 이온빔에 노출시키는 공정으로 하판(110) 상에 형성될 수 있다.
상판(111)과 하판(110) 사이에 협지된 액정분자들은 네가티브 액정(Negative Liquid Crystal)이다. 네가티브 액정은 액정분자의 단축 방향 유전율(ε┴)이 장축방향 유전율(ε∥)보다 큰 Δε<0으로 정의되는 액정으로써 상부 배향막(107)과 하부 배향막(103)에 의해 수직배향되고 인가 전계의 방향으로 액정분자의 단축방향이 나란하게 정렬된다.
이러한 액정 렌티큘라 렌즈에서, 액정분자들(104)은 상부 배향막(107)과 하부 배향막(103)의 앵커링 에너지로 인하여 상판과의 계면과 하판과의 계면 각각에서 균일하게 배향되고 액정분자들(104)이 회동하는 스위칭 속도가 빠르고 균일하게 된다.
상부 투명전극(106)과 하부 투명전극(102)은 전도성을 가지며 투과율이 높은 공지의 어떠한 투명전극재료 예컨대, ITO(Indium tin oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로 형성되어 구동회로로부터 공급되는 구동전압을 액정분자들(104)에 인가한다.
본 발명에 따른 입체영상 표시장치의 동작을 도 8 및 도 9를 결부하여 설명하면 다음과 같다.
2D 영상모드에서, 액정 렌티큘라 렌즈의 투명전극들(103, 106)에는 도 8과 같이 구동전압이 인가되지 않는다. 이 상태에서, 액정분자들(104)은 상/하부 배향막(103, 107)에 의해 상판(111)과 하판(110) 사이에서 수직배향 상태를 유지한다. 이러한 액정층의 굴절율과 투명기판(105)의 굴절은 거의 차이가 없다. 따라서, 표 시장치(101)로부터 조사되는 빛은 액정 렌티큘라 렌즈의 액정층과 투명수지를 그대로 통과한다.
3D 영상모드에서, 액정 렌티큘라 렌즈의 투명전극들(103, 106)에는 도 9와 같이 소정의 구동전압이 인가된다. 이 구동전압에 의해 발생되는 전계는 상판(111)과 하판(110) 사이에서 수직전계로 형성되므로 네가티브 액정인 액정분자들(104)이 회동하여 그 단축방향이 전계방향과 나란하게 되어 수평으로 정렬된다. 이 때 액정층의 굴절율은 투명기판(105)의 굴절률보다 큰 액정분자(104)의 단축방향 굴절율이 된다. 따라서, 액정층은 볼록렌즈 역할을 하여 표시장치(101)로부터 입사되는 우안화상의 빛과 좌안화상의 빛을 분리한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 렌티큘라 렌즈는 a-SiOx 필름을 렌즈면이 형성된 상판 상에 형성하고 그 a-SiOx 필름을 이온빔에 노출시켜 곡면 형태의 렌즈면 상에 균일하게 배향막을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 렌티큘라 렌즈의 액정 배향방법은 상기 상판의 배향막과 하판의 배향막을 이용하여 액정분자들의 스위칭 특성을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (9)

  1. 상부 투명전극이 형성되고 곡면 형태를 가지는 다수의 렌즈면이 형성된 상판;
    비정질 산화 실리콘을 포함하여 상기 렌즈면들에 형성된 상부 배향막;
    하부 투명전극과 하부 배향막이 형성된 하판; 및
    상기 상판과 상기 하판 사이에 형성되어 상기 상부 투명전극과 상기 하부 투명전극에 의해 인가되는 전계에 의해 구동되는 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 배향막은 폴리 이미드와 상기 비정질 산화 실리콘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 상부 배향막과 상가 하부 배향막 사이에서 수직으로 배향되고 상기 전계가 인가될 때 단축방향이 상기 전계의 방향과 나란하게 정렬되는 네가티브 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈.
  4. 비정질 산화 실리콘막을 곡면 형태의 렌즈면 상에 형성하는 단계;
    상기 비정질 산화 실리콘막을 이온빔에 노출시켜 상판에 상부 배향막을 형성시키는 단계;
    상기 상판과 대향하는 하판에 하부 배향막을 형성하는 단계; 및
    상기 상판과 상기 하판 사이에 액정층을 형성하여 상기 상부 배향막과 상기 하부 배향막 사이에 액정분자들을 배향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈의 액정 배향방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부 배향막은 폴리 이미드와 상기 비정질 산화 실리콘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈의 액정 배향방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 배향막을 형성하는 단계는,
    비정질 산화 실리콘막을 상기 하판 상에 형성하는 단계; 및
    상기 하판에 형성된 비정질 산화 실리콘막을 이온빔에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈의 액정 배향방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부 배향막을 형성하는 단계는,
    폴리이미드막을 상기 하판 상에 형성하는 단계; 및
    상기 폴리이미드막을 러빙하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈의 액정 배향방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 상판과 상기 하판 각각에 상기 액정층에 전계를 인가하기 위한 투명전극들을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈의 액정 배향방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 상부 배향막과 상가 하부 배향막 사이에서 수직으로 배향되고 상기 전계가 인가될 때 단축방향이 상기 전계의 방향과 나란하게 정렬되는 네가티브 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 렌즈의 액정 배향방법.
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