KR20080060872A - 액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치 - Google Patents

액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20080060872A
KR20080060872A KR1020060135484A KR20060135484A KR20080060872A KR 20080060872 A KR20080060872 A KR 20080060872A KR 1020060135484 A KR1020060135484 A KR 1020060135484A KR 20060135484 A KR20060135484 A KR 20060135484A KR 20080060872 A KR20080060872 A KR 20080060872A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
electrode
electrodes
distance
blocking means
Prior art date
Application number
KR1020060135484A
Other languages
English (en)
Inventor
홍형기
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020060135484A priority Critical patent/KR20080060872A/ko
Publication of KR20080060872A publication Critical patent/KR20080060872A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/19—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on variable-reflection or variable-refraction elements not provided for in groups G02F1/015 - G02F1/169

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

본 발명은 액정층을 이용하여 형성되는 액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은, 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판 마주보는 일면에 형성된 제 1 전극과; 상기 제2기판의 마주보는 일면에 형성되며, 제1거리에 대응되는 폭의 제1개구부와, 상기 제 1 개구부의 이격된 양측에 제 2 거리에 대응되는 폭의 제 2 개구부를 갖는 제2전극과; 상기 제 1 전극의 하부에 형성되며, 제 3 거리에 대응되는 폭의 제 3 개구부와, 상기 제 3 개구부의 이격된 양측에 제 4 거리에 대응되는 폭의 제 4 개구부가 형성된 제 3 전극과; 상기 제 4 개구부의 하부에 위치하는 빛 차단수단과, 상기 빛 차단수단의 일 측에 구성된 전기장 차단수단과; 상기 제1 및 제3전극 사이에 형성되는 액정층을 포함하는 액정렌즈를 포함하는 영상 표시장치에 관한 것이다.

Description

액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치{Liquid Crystal Lens And Image Display Device Including The Same}
도1a 및 도1b는 각각 일반적인 액정렌즈의 사시도 및 단면도.
도2는 도1a 및 도1b의 액정렌즈를 빛이 통과할 경우 입사광의 위상변화를 도시한 그래프.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈를 개략적으로 도시한 단면도.
도4는 본 발명에 의한 액정렌즈와, 실제 프레즈넬 렌즈에의 위상차 프로파일과 일반 렌즈의 위상차 프로 파일을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 영상표시장치의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 액정렌즈 120 : 제1기판
122 : 제1전극 124 : 제1배향막
130 : 제2기판 132 : 제2전극
134 : 제 1 절연막 136 : 제3전극
138 : 제 2 절연막 140 : 액정층
150 : 빛차단수단 152 : 전기장 차단수단
본 발명은 액정렌즈(liquid crystal lens)에 관한 것으로, 3개의 전극을 이용하여 액정층을 구동하며, 프레즈넬 렌즈의 위상차 프로파일이 구현되는 액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치에 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.
도1a 및 도1b는 각각 일반적인 액정렌즈의 사시도 및 단면도이다.
도1a 및 도1b에 도시한 바와 같이, 일반적인 액정렌즈(10)는 마주보는 제1 및 제2기판(20, 30)과 제1 및 제2기판(20, 30) 사이에 형성된 액정층(40)으로 구성된다. 제1기판(20)의 내면 전체에는 제1전극(22)이 형성되어 있고, 제2기판(30)의 외면에는 이격거리(d)만큼 서로 이격된 제2전극(32)이 형성되어 있다.
제1 및 제2전극(22, 32)에 전압이 인가되면 두 전극 사이에는 전기장(electric field: E)이 형성되는데, 제2전극(32)이 제2기판(30)의 외면 전체에 형성되어 있지 않고 분리된 형태를 가지므로 완전한 수직 전기장이 형성되지 않고 제2전극(32)의 이격구간(32a)에서 멀리 떨어진 영역에는 제1 및 제2기판(20, 30)에 거의 수직한 전기장이 생성되는 반면, 제2전극(32)의 이격구간(32a)에 가까운 영역에는 제1 및 제2기판(20, 30)에 경사진 전기장이 생성된다.
따라서 제1 및 제2전극(22, 32)에 의하여 생성된 전기장(E)은 제2전극(32)의 이격구간(32a)으로부터의 거리에 따라 세기와 방향이 변하고, 그 결과 전기장(E)에 의하여 구동되는 액정층(40)도 제1 및 제2전극(22, 32)의 이격구간(32a)으로부터의 거리에 따라 입사광의 위상을 다르게 변화시킨다.
도2는 도1a 및 도1b의 액정렌즈를 빛이 통과할 경우 입사광의 위상변화를 도시한 그래프이다. 도2에서는 비교를 위하여 빛이 실제 렌즈를 통과할 경우에 느끼는 위상변화를 함께 도시하였다.
도 2에서, 제1, 2, 3곡선(40a, 40b, 40c)은 액정렌즈를 통과하는 빛의 위상변화를 보여주는 곡선이며, 제4곡선(40d)은 유리 등으로 구성되는 실제 렌즈를 통과하는 빛의 위상변화를 보여주는 곡선이다. 제1, 2, 3곡선(40a, 40b, 40c)에서 알 수 있듯이, 액정렌즈를 통과하는 빛의 위상변화는 제2전극(도1a 및 도1b의 32)의 이격구간(도1a 및 도1b의 32a)을 중심으로 좌우로 대칭을 이룬다.
예를 들어 제1, 2, 3곡선(40a, 40b, 40c)은 제2전극(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, 제1, 2곡선(40a, 40b)은 전체적으로 제4곡선(40d)보다 위상변화가 적은 반면, 제3곡선(40c)은 전체적으로 제4곡선(40d)보다 위상변화가 많다.
이러한 결과는 액정렌즈의 위상변화 조절 변수가 적은 것이 기인하는 것으로, 액정렌즈에 있어서 위상변화를 조절할 수 있는 것은 제2전극(도1a 및 도1b의 32)의 이격거리(도1a 및 도1b의 d)와 제2전극(도1a 및 도1b의 32)에 인가되는 전압뿐이어서, 이를 적절히 조절한다고 해도 실제 렌즈에서의 위상변화와 동일한 곡선 을 얻기는 어렵다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 3개의 전극을 이용하여 액정층을 구동함으로써 위상변화를 더 자유롭게 조절할 수 있는 동시에, 급격히 전기장이 약해지는 영역을 형성하여 위상변화를 프레즈넬 렌즈(fresnel lens)의 형태와 유사하게 형성함으로써, 두께가 최소화된 액정 렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정렌즈는 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판 마주보는 일면에 형성된 제 1 전극과; 상기 제2기판의 마주보는 일면에 형성되며, 제1거리에 대응되는 폭의 제1개구부와, 상기 제 1 개구부의 이격된 양측에 제 2 거리에 대응되는 폭의 제 2 개구부를 갖는 제2전극과; 상기 제 1 전극의 하부에 형성되며, 제 3 거리에 대응되는 폭의 제 3 개구부와, 상기 제 3 개구부의 이격된 양측에 제 4 거리에 대응되는 폭의 제 4 개구부가 형성된 제 3 전극과; 상기 제 4 개구부의 하부에 위치하는 빛 차단수단과, 상기 빛 차단수단의 일측에 구성된 전기장 차단수단과; 상기 제1 및 제3전극 사이에 형성되는 액정층을 포함한다.
상기 제1전극과 상기 액정층 사이에 형성되는 제 1 배향막과; 상기 제2전극 과 상기 제3전극 사이에 형성되는 제 1 절연막과; 상기 제3전극과 상기 빛차단 수단및 전기장 차단수단의 사이에 위치한 제 2 절연막과; 상기 빛차단 수단및 전기장 차단수단과 상기 액정층 사이에 형성되는 제 2 배향막을 더욱 포함한다.
상기 제1 내지 제3전극에는 각각 제1 내지 제3전압이 인가되고, 상기 제1 내지 제3전압 중 적어도 하나는 교류전압인 것을 특징으로 한다.
상기 제1전압은 직류전압이고, 상기 제2 및 제3전압은 동일한 주파수와 상이한 크기를 갖는 교류전압인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 및 제 4 거리는 상기 제 1 및 제 3 거리는 보다 작음과 동시에, 상기 제 1 거리는 제 3 거리보다 작고, 상기 제 2 거리는 상기 제 4 거리보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 제1전극은 상기 제1기판 내면 전면에 형성되고, 상기 제2 및 3전극은 서로 중첩되는 것을 특징으로 한다.
상기 빛차단 수단과 전기장 차단수단이 존재하는 구간은, 액정렌즈의 위상차값이 급격이 떨어져 0이 되는 구간인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상표시장치는 제1 및 제2영상을 표시하는 표시패널과; 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판 마주보는 일면에 형성된 제 1 전극과; 상기 제2기판의 마주보는 일면에 형성되며, 제1거리에 대응되는 폭의 제1개구부와, 상기 제 1 개구부의 이격된 양측에 제 2 거리에 대응되는 폭의 제 2 개구부를 갖는 복수의 제2전극과; 상기 제 1 전극의 하부에 형성되며, 제 3 거리에 대응되는 폭의 제 3 개구부와, 상기 제 3 개구부의 이격된 양측에 제 4 거리에 대 응되는 폭의 제 4 개구부가 형성된 복수의 제 3 전극과; 상기 제 4 개구부의 하부에 위치하는 빛 차단수단과, 상기 빛 차단수단의 일측에 구성된 전기장 차단수단과; 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제 3 극 사이에 형성되는 액정층으로 이루어지는 액정렌즈를 포함한다.
상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극에 전압을 인가할 경우 3차원 입체영상을 표시하고, 상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극에 전압을 인가하지 않을 경우 2차원 평면영상을 표시하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈(110)는 서로 마주보며 이격된 제1 및 제 2기판(120, 130)과 제1 및 제2기판(120, 130) 사이에 형성된 액정층(140)으로 구성된다.
상기 제1기판(120)의 일면에는 제1전극(122)이 전면에 형성되어 있고, 제 1전극(122) 상부에는 제1배향막(124)이 형성되어 있다.
상기 제 1 기판과 마주보는 제2기판(130)의 일면에는, 상기 제2기판(130)의 중앙부를 중심으로 서로 제1거리(d1)에 대응되는 폭의 제1개구부(A1)와, 상기 제 1 개구부(A1)의 이격된 양측에 제 2 거리(d2)에 대응되는 제 2 개구부(A2)를 가지는 제 2 전극(132)이 구성된다.
상기 제 2 전극(132)이 형성된 기판(130)의 전면에는 제 1 절연막(134)이 구 성된다.
상기 제 1 절연막(134) 하부에는 제2기판(130)의 중앙부를 중심으로 서로 제3거리(d3)에 대응되는 폭의 제3개구부(A3)와, 상기 제3개구부(A3)와 이격된 양측에는 상기 제 2 전극(132)의 제 2 개구부(A2)에 대응하여 제 4 거리(d4)에 대응되는 제 4 개구부(A4)를 갖는 제 3 전극(136)이 형성된다.
이때, 상기 제 2 및 제 4 거리(d2,d4)는 상기 제 1 및 제 3 거리(d1,d3)는 보다 작음과 동시에, 상기 제 1 거리(d1)는 제 3 거리(d3)보다 작고, 상기 제 2 거리(d2)는 상기 제 4 거리(d4)보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 전극(136) 하부에는 제2절연막(138)이 형성되어 있다.
성기 제2절연막(138)의 하부에는 상기 제 3 전극(136)의 양측 제 4 개구부(A4)에 대응하여 빛 차단수단(150)을 구성하고, 상기 빛 차단수단(150)의 일 측을 덮으며 전기장을 차단하는 전기장 차단수단(152)을 더욱 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 빛 차단수단(150)이 구성된 제 2 기판(120)의 전면에는 제 2 배향막(154)이 형성된다.
상기 제 1 및 제2배향막(124, 154)사이에는 액정층(140)이 형성되는데, 특별한 경우에는 제1 및 제2배향막(124, 154)을 생략할 수도 있다.
이때, 상기 제1, 2, 3전극(122, 132, 136)은 투명도전성 물질로 이루어질 수 있다.
이러한 구조의 액정렌즈(110)에서, 제1, 2, 3전극(122, 132, 136)에 각각 인 가되는 제1, 2, 3 전압에 의하여 전기장이 생성되고 생성된 전기장에 의하여 액정층(140)이 구동된다. 이 때 생성된 전기장은 제1, 2, 3전압의 크기와 제1 및 제 3 거리(d1,d3)에 의하여 그 크기 및 방향이 조절되는데, 종래보다 더 많은 조절 변수가 있으므로 더 다양한 형태의 전기장을 더 세밀하게 생성할 수 있다.
특히, 본 발명은 상기 제 2 전극(132)과 제 3 전극(136)의 중앙부를 제외한 일 측과 타측에 각각 제 2 개구부(A2)와 제 4 개구부(A4)에 대응하여 빛 차단수단과 전기장 차단층(152)을 두어 전기장이 급격히 감속하는 영역(F1,F2)을 설계함으로써, 프레즈넬 렌즈의 위상차 프로파일을 구현할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
이에 대해, 이하 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 앞서 언급한 액정렌즈(G2)와, 실제 프레즈넬 렌즈의 위상차 프로파일과 일반 렌즈의 위상차 프로 파일을 나타낸 도면이다.
실제, 프레즈넬 렌즈(Fresnel Lens)는 18세기에 제안된 구조이며 렌즈의 부피를 줄이기 위한 것으로, 실제 렌즈와 초점거리만 동일하면 되므로 렌즈와 동일한 초점거리를 맞추면서 렌즈의 부피를 줄이기 위해 실제 렌즈의 곡면을 링 모양으로 나누어 프리즘 모양의 링을 깍아서 이것을 평면에 원형으로 늘어놓은 형태의 렌즈이다.
따라서, 이러한 렌즈의 형태에 따라 나타나는 실제 프레즈넬 렌즈의 위상차 프로 파일(G1)을 보면, 위상값이 최대치에서 최소치로 수직으로 떨어지는 부분(H)이 존재하게 된다.
사실상 이러한 부분이 존재하더라도 이는 일반렌즈와 비교하여 전체적으로 위상차 값이 낮아졌을 뿐 렌즈의 위치에 따라 위상차 값의 변화는 실제 동일함을 알 수 있다.
따라서, 본원 발명은 액정렌즈를 구성할 때, 이러한 프레즈넬 렌즈의 위상차 변화와 동일한 변화를 가지도록 구성하여, 액정렌즈의 부피를 줄이고자 한 것이다.
한편, 플레즈넬 렌즈의 위상차 프로파일에서, 상기 위상차 값이 떨어지는 부분(H)을 중심으로 일 측을 제 1 영역(A)이라 하고 타 측을 제 2 영역(B)이라 한다면, 실제 액정렌즈(G3)를 구성할 때, 상기 위상차값이 떨어지는 부분(H)에 근접한 제 1 영역(A)과 제 2 영역(B)의 위상차 프로파일과 유사한 특성을 보이도록 액정렌즈(G3)의 구성을 설계하면 된다.
이를 위해, 도시한 바와 같이, 상기 제 2 및 제 3 전극(130,136)의 중앙에 제 1 개구부 및 제 4 개구부(A1,A4)를 두는 것 외에, 제 1 및 제 3 개구부(A1,A3)의 각 양측에 제 2 개구부와 제 4 개구부(A2,A4)를 구성하고, 상기 제 2 및 제 4 개구부에 대응하는 하부에 비차단 수단(150)과, 상기 빛 차단수단(150)의 일 측 하부에 전기장을 차단하는 전기장 차단층(152)을 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 전기장 차단층(152)은 투명한 재질이며, 상부의 제 2 전극(130)과 반대되는 특성의 전압을 인가해 주는 별도의 전극을 구성 할 수 도 있다.
이와 같이 하면, 상기 차단층에 대응한 부분은 보이는 바와 같이 위상차 값의 최대치(M)를 나타내게 된다.
그리고, 상기 빛 차단수단(150)에 대응한 부분(제 1 영역의 제 2 전극과 제 3 전극이 겹쳐 성되는 부분 포함)은 당연히 빛이 투과되지 않기 때문에 위상차값이 급격히 떨어져 0이 되는 부문(H)에 대응할 것이다.
즉, 실제 점선(J)으로 표시된 위상차 프로파일을 나타나게 되나, 실제 광학계로 사용되는 부분은 아니므로, 상기 블랙매트릭스(150)로 모두 가려주면 된다.
따라서, 전술한 본 발명에 따른 액정전계의 구성을 통해, 상기 프레즈넬 렌즈의 위상차 프로파일과 유사한 형태로 위상차 값이 나타나도록 구현할 수 있으며, 이와 같이 구현할 경우 당연히 액정층의 두께도 작게 설계하는 것이 가능하여, 액정렌즈의 두께 또한 최소화 될 것임은 자명하다.
또한, 전술한 전극의 형태에 의해 생성된 전기장의 위치별 크기 및 방향의 다양성은 액정층(140)에서의 위상변화 곡선의 다양성을 의미하며, 이들 제1, 2, 3전압과 제1 내지 제 4 거리(d1,d2,d3 d3)를 적절히 조절하여 실제 플레즈넬 렌즈에서와 실질적으로 동일한 위상변화 곡선을 구현할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈(110)에서는 생성된 전기장에 의하여 액정층(140)의 굴절률이 위치별로 세밀하게 조절되며 이에 따라 액정층(140)을 통과하는 입사광이 느끼는 세밀한 위상변화는 실제 플레즈넬 렌즈에서와 동일한 광경로 변경효과를 나타낸다.
이하, 전술한 액정렌즈(110)의 구동을 살펴보면, 제1, 2, 3전극에 각각 인가되는 제1, 2, 3전압은 그 크기가 서로 다른 전압일 수 있으며, 직류(DC)전압 또는 교류(AC)전압일 수 있다. 액정층(140)에 직류전압에 의한 전기장을 지속적으로 인가할 경우 전하의 한 방향으로의 축적에 의하여 액정층(140)이 열화될 수 있으므 로, 제1, 2, 3전압 중 적어도 하나의 전압은 교류전압인 것이 바람직 할 것이다. 예를 들어, 제1전극(122)에 직류전압을 인가하고, 제2 및 제3전극(132, 136)에 동일한 주파수에 상이한 크기를 갖는 교류전압을 인가할 수 있다.
이러한 액정렌즈(110)는 각종 광학수단에 이용될 수 있으며, 특히 2차원 및 3차원 영상을 전환 표시하는 영상표시장치의 렌즈로 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 영상표시장치의 단면도이다. 도3의 액정렌즈에 대하여 도3의 액정렌즈와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치(260)는 표시패널(280)과 액정렌즈(230)로 구성되고, 액정렌즈(230)는 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판(220, 230)과 제1 및 제2기판(220, 230) 사이에 형성된 액정층(240)으로 구성된다. 제1기판(220)의 마주보는 일면에는 제1전극(222)이 전면에 형성되어 있고, 제1전극(222) 상부에는 제1배향막(224)이 형성되어 있다.
제2기판(230)의 마주보는 일면에는 각각이 제1거리(d1)에 대응되는 폭의 제1개구부와, 상기 제 1 개구부(A1)와 이격된 양측에 구성되고, 각각이 제 2 거리(d2)에 대응되는 폭을 가지는 제 2 개구부(A2)를 갖는 다수의 제 2 전극(232)이 반복적으로 형성되어 있으며, 상기 다수의 제2전극(232) 하부에는 제 1 절연막(234)이 형성되어 있다.
상기 제 1 절연막(234) 하부에는 각각이 제 2 거리(d3)에 대응되는 폭의 제 3 개구부(A3)와, 상기 제 3 개구부(A3)의 양측에 제 4 거리(d4)에 대응되는 폭을 가지는 제 4 개구부(A4)를 갖는 다수의 제 3 전극(236)이 반복적으로 형성되어 있으며, 제 3 전극(236)하부에는 제 2 절연막(238)이 형성되어 있다.
이때, 상기 제 2 전극(232)의 제 2 개구부(A2)와, 상기 제 3 전극(236)의 제 4 개구부(A4)는 상하로 대응되는 위치에 구성되며, 상기 제 4 개구부(A4)의 하부에는 빛차단 수단(250)과, 상기 빛차단 수단(250)의 일 측에 전기장을 차단하는 전기장 차단층(152)을 구성한다.
상기 전기장 차단층(152)은 제 4 개구부(A4)에 일부에 대응하며, 투명한 재질로 형성하거나, 상부의 제 2 전극(232)과 반대되는 극성의 전압을 인가하는 전극을 별도로 구성할 수 도 있다.
상기 다수의 제 2 전극 및 다수의 제3전극(232, 236)은 제 1 절연막(234)에 의하여 서로 전기적으로 절연되며, 서로 일부가 중첩되도록 배치된다.
이러한 액정렌즈(210)는 도3에서 설명한 바와 같이 각 전극에 전압을 인가함으로써 하나의 플레즈넬 렌즈로 작용하는데, 제 1 전극(222), 한 쌍의 제 2 전극(232)과 한 쌍의 제 3 전극(236)은 하나의 단위 액정렌즈(ULL)를 구성한다.
즉 제 1 전극(222), 한 쌍의 제 2 전극(232), 한 쌍의 제3전극(236)에 각각 제1, 2, 3전압을 인가함으로써 단위 액정렌즈(ULL)는 하나의 프레즈넬 렌즈(cylindrical lens)로 작용하고, 액정렌즈(210) 전체는 다수의 연결된 원통형렌즈로 작용한다.
비록 도5 에서는 제2 및 제3전극(232, 236)이 각 단위액정렌즈(ULL) 별로 분리된 것으로 도시되어 있지만, 각 단위액정렌즈(ULL)의 굴절률 등의 광학특성이 동 일하도록 설계되었다면 각 단위액정렌즈(ULL)의 제2 및 제3전극(232, 236)에는 동일한 전압이 인가되므로 인접한 단위액정렌즈(ULL)의 제2 및 제3전극(232, 236)은 연결된 일체형으로 형성될 수 있다.
제1, 2, 3전극(222, 232, 236)에 각각 인가되는 제1, 2, 3전압에 의하여 전기장이 생성되고 생성된 전기장에 의하여 액정층(240)이 구동된다. 이 때 생성된 전기장은 제1, 2, 3전압의 크기와 제1, 3거리(d1, d3)에 의하여 그 크기 및 방향이 조절되어 결과적으로 액정층(240)에서의 위상변화 곡선의 형태가 조절된다.
제1, 2, 3전압은 그 크기가 서로 다른 전압일 수 있으며, 직류(DC)전압 또는 교류(AC)전압일 수 있고, 제1, 2, 3전압 중 적어도 하나의 전압은 교류전압인 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 1 전극(222)에 직류전압을 인가하고, 제2 및 제3전극(232, 236)에 동일한 주파수에 상이한 크기를 갖는 교류전압을 인가할 수 있다.
표시패널(280)에는 제1 및 제2영상(IM1, IM2)을 각각 표시하는 제1 및 제2영상화소(P1, P2)가 순차적으로 반복 배열되어 있으며, 이러한 표시패널(280)로는 액정표시소자(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기전기발광소자(Organic Light Emitting Display device: OLED), 플라즈마표시소자(Plasma Display Panel: PDP), 전계발광소자(Field Emission Display device: FED) 등의 평판표시장치(Flat Panel Display: FPD)가 사용될 수 있다.
제1, 2, 3전극(222, 232, 236)에 제1, 2, 3전압을 인가할 경우, 액정렌즈(210)는 광학 렌즈로 작용하게 되고, 표시패널(280)로부터 출사된 제1 및 제2영상은 액정렌즈(210)에 의하여 각각 제1 및 제2시역(viewing zone: VZ1, VZ2)으로 전달되고, 만약 제1 및 제2시역(VZ1, VZ2)간의 거리를 사람의 두 눈 사이의 거리로 설계하면 사용자는 제1 및 제2시역(VZ1, VZ2)으로 각각 전달되는 제1 및 제2영상(IM1, IM2)을 합성하여 스테레오그래픽에 의한 3차원 영상을 인식한다.
한편, 제1, 2, 3전극(222, 232, 236)에 제1, 2, 3전압을 인가하지 않을 경우 액정렌즈(210)는 표시패널(280)의 제1 및 제2영상(IM1, IM2)이 굴절 없이 그대로 표시되는 단순 투명층 역할만을 한다. 따라서 제1 및 제2영상(IM1, IM2)은 시역구분 없이 그대로 사용자에게 전달되고 사용자는 2차원 영상을 인식하게 된다.
결론적으로 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 영상표시장치는 액정렌즈의 각 전극에 인가되는 전압 유무에 따라 2차원 평면영상과 3차원 입체영상을 전환하여 표시할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 액정렌즈는 3개의 전극을 이용하여 전기장을 생성하고 이 전기장으로 액정층을 구동함으로써 액정층에서의 입사광의 위상변화를 정밀하게 제어할 수 있으며 또한, 프레즈넬 렌즈의 위상차 효과로 인해 액정패널의 두께를 감소하여 전체 영상표시장치의 두께를 박형으로 제작할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 액정렌즈를 포함하는 영상표시장치는 액정렌즈에 인가되는 전압을 조절하여 2차원 영상과 3차원 영상을 전환 표시할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판과;
    상기 제1기판의 마주보는 일면에 형성된 제 1 전극과;
    상기 제2기판의 마주보는 일면에 형성되며, 제1거리에 대응되는 폭의 제1개구부와, 상기 제 1 개구부의 이격된 양측에 제 2 거리에 대응되는 폭의 제 2 개구부를 갖는 제2전극과;
    상기 제 1 전극의 하부에 형성되며, 제 3 거리에 대응되는 폭의 제 3 개구부와, 상기 제 3 개구부의 이격된 양측에 제 4 거리에 대응되는 폭의 제 4 개구부가 형성된 제 3 전극과;
    상기 제 4 개구부의 하부에 위치하는 빛 차단수단과, 상기 빛 차단수단의 일측에 구성된 전기장 차단수단과;
    상기 제1 및 제3전극 사이에 형성되는 액정층
    을 포함하는 액정렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 액정층 사이에 형성되는 제 1 배향막과;
    상기 제2전극과 상기 제3전극 사이에 형성되는 제 1 절연막과;
    상기 제3전극과 상기 빛차단 수단및 전기장 차단수단의 사이에 위치한 제 2 절연막과;
    상기 빛차단 수단및 전기장 차단수단과 상기 액정층 사이에 형성되는 제 2 배향막
    을 더욱 포함하는 액정렌즈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3전극에는 각각 제1 내지 제3전압이 인가되고, 상기 제1 내지 제3전압 중 적어도 하나는 교류전압인 액정렌즈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1전압은 직류전압이고, 상기 제2 및 제3전압은 동일한 주파수와 상이한 크기를 갖는 교류전압인 액정렌즈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 및 제 4 거리는 상기 제 1 및 제 3 거리는 보다 작음과 동시에, 상기 제 1 거리는 제 3 거리보다 작고, 상기 제 2 거리는 상기 제 4 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1전극은 상기 제1기판 내면 전면에 형성되는 액정렌즈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 및 3전극은 서로 중첩되는 액정렌즈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 빛차단 수단과 전기장 차단수단이 존재하는 구간은, 액정렌즈의 위상차값이 급격이 떨어져 0이 되는 구간이며, 전술한 액정렌즈는 프레즈넬 위상차 프로파일과 동일한 형태의 위상값 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  9. 제1 및 제2영상을 표시하는 표시패널과;
    서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판과;
    상기 제1기판 마주보는 일면에 형성된 제 1 전극과;
    상기 제2기판의 마주보는 일면에 형성되며, 제1거리에 대응되는 폭의 제1개 구부와, 상기 제 1 개구부의 이격된 양측에 제 2 거리에 대응되는 폭의 제 2 개구부를 갖는 복수의 제2전극과;
    상기 제 1 전극의 하부에 형성되며, 제 3 거리에 대응되는 폭의 제 3 개구부와, 상기 제 3 개구부의 이격된 양측에 제 4 거리에 대응되는 폭의 제 4 개구부가 형성된 복수의 제 3 전극과;
    상기 제 4 개구부의 하부에 위치하는 빛 차단수단과, 상기 빛 차단수단의 일측에 구성된 전기장 차단수단과;
    상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제 3 극 사이에 형성되는 액정층으로 이루어지는 액정렌즈
    를 포함하는 영상표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극 각각은 막대형상인 영상표시장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극은 각각 일체형으로 형성되는 영상표시장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극에 전압을 인가할 경우 3차원 입체영상을 표시하고, 상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극에 전압을 인가하지 않을 경우 2차원 평면영상을 표시하는 영상표시장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 표시패널은 액정표시소자(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기전기발광소자(Organic Light Emitting Display device: OLED), 플라즈마표시소자(Plasma Display Panel: PDP), 전계발광소자(Field Emission Display device: FED) 중 하나인 영상표시장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 빛차단 수단과 전기장 차단수단이 존재하는 구간은, 액정렌즈의 위상차값이 급격이 떨어져 0이 되는 구간이며, 전술한 액정렌즈는 프레즈넬 위상차 프로파일과 동일한 형태의 위상값 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
KR1020060135484A 2006-12-27 2006-12-27 액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치 KR20080060872A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060135484A KR20080060872A (ko) 2006-12-27 2006-12-27 액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060135484A KR20080060872A (ko) 2006-12-27 2006-12-27 액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080060872A true KR20080060872A (ko) 2008-07-02

Family

ID=39813349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060135484A KR20080060872A (ko) 2006-12-27 2006-12-27 액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20080060872A (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110045700A (ko) * 2009-10-27 2011-05-04 엘지디스플레이 주식회사 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치
KR20120028171A (ko) * 2010-09-14 2012-03-22 엘지디스플레이 주식회사 입체영상표시장치 및 그 구동방법
CN102654665A (zh) * 2011-12-14 2012-09-05 京东方科技集团股份有限公司 液晶透镜型调光装置及显示器
KR101362157B1 (ko) * 2007-07-05 2014-02-13 엘지디스플레이 주식회사 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 표시 장치
CN107632448A (zh) * 2017-09-29 2018-01-26 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101362157B1 (ko) * 2007-07-05 2014-02-13 엘지디스플레이 주식회사 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 표시 장치
KR20110045700A (ko) * 2009-10-27 2011-05-04 엘지디스플레이 주식회사 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치
KR20120028171A (ko) * 2010-09-14 2012-03-22 엘지디스플레이 주식회사 입체영상표시장치 및 그 구동방법
CN102654665A (zh) * 2011-12-14 2012-09-05 京东方科技集团股份有限公司 液晶透镜型调光装置及显示器
WO2013086896A1 (zh) * 2011-12-14 2013-06-20 京东方科技集团股份有限公司 液晶透镜型调光装置及液晶显示器
CN107632448A (zh) * 2017-09-29 2018-01-26 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板
US10831054B2 (en) 2017-09-29 2020-11-10 Boe Technology Group Co., Ltd. Display panel and display apparatus
CN107632448B (zh) * 2017-09-29 2021-02-26 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101350971B1 (ko) 액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치
JP5952853B2 (ja) ビーム成形デバイス
KR101722661B1 (ko) 2ｄ/3ｄ 겸용 표시 장치
KR101622650B1 (ko) 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치
KR101419234B1 (ko) 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치
KR101362157B1 (ko) 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 표시 장치
KR101649235B1 (ko) 입체 표시 장치
KR101729682B1 (ko) 광학 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치
US20120008056A1 (en) Three-dimensional (3d) optical device, method and system
KR101852121B1 (ko) 전자 영상 기기
EP1542477A2 (en) 2D and 3D display device
KR20090045842A (ko) 액정전계렌즈를 이용한 입체표시장치
JP2010113332A (ja) 立体表示装置
JP2010282090A (ja) 立体表示装置
KR101433107B1 (ko) 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치
TWI471608B (zh) 裸眼與眼鏡可切換式立體顯示裝置
US20150316778A1 (en) Analogue parallax barrier
KR20080060872A (ko) 액정렌즈 및 이를 포함하는 영상표시장치
US20080169997A1 (en) Multi-dimensional image selectable display device
US8570451B2 (en) Display apparatus and liquid crystal lens
KR20130064325A (ko) 입체 영상 표시용 패럴랙스 배리어 및 이를 이용한 표시 장치
KR20130141096A (ko) 입체영상 표시장치
TW201334510A (zh) 裸眼與眼鏡可切換式立體顯示裝置
KR20080060950A (ko) 입체영상표시장치와 이를 구동하는 방법
KR101301955B1 (ko) 액정렌즈의 피치 제어 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid