KR20090003023A - Liquid crystal lens electrically driven and stereoscopy display device - Google Patents

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Abstract

A liquid crystal lens electrically driven and stereoscopy display device are provided to reduce the cell gap of the liquid crystal layer by changing the arrangement of a buffer layer and electrode structure. A first and a second substrates(100,200) are placed corresponding to a plurality of lens areas facing with each other. A first electrode(101) is formed on the central part of the left and right lens area about the each lens area on the first substrate. The insulating layer is formed in the first top of the substrate including first electrode(102). The second electrode corresponding to the edge part of each lens region and is formed on the insulating layer(103). The buffer layer is formed on the insulating layer including second electrode(104).

Description

액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치{Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device} Liquid crystal field lens and three-dimensional display device using the same {Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device}

본 발명은 표시장치에 관한 것으로 특히, 버퍼층의 배치 또는 전극 구조를 변경하여 액정의 배향에 의해 렌즈를 구현시 완만한 포물면의 렌즈면 형성을 가능하게 하며, 소요되는 액정층의 셀갭을 줄일 수 있는 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device, in particular, by changing the arrangement of the buffer layer or the structure of the electrode to enable formation of the lens surface of the smooth parabolic surface when implementing the lens by the alignment of the liquid crystal, and to reduce the cell gap of the required liquid crystal layer. A liquid crystal field lens and a stereoscopic display device using the same.

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.The services to be realized for the high speed of information to be built on the high-speed information communication network today are 'seeing and listening' multi-media centering on digital terminals that process text, voice, and video at high speed from simply 'listening and talking' service like the current telephone. It is expected to develop into a media-type service and ultimately develop into a hyper-spatial, realistic 3D stereoscopic information communication service that transcends time and space.

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 영상 을 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 오른쪽 눈 영상만을 볼 수 있게 한다. In general, the three-dimensional image representing the three-dimensional image is made by the principle of stereo vision through two eyes, because the parallax of two eyes, that is, the two eyes are about 65mm apart, the left and right side due to the difference between the positions of the two eyes The eyes see slightly different images. As such, the difference in the image due to the positional difference between the two eyes is called binocular disparity. The 3D stereoscopic image display device uses the binocular parallax to allow the left eye to see only the image of the left eye and the right eye to see only the right eye image.

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.In other words, the left and right eyes see different two-dimensional images, and when these two images are delivered to the brain through the retina, the brain accurately fuses them to reproduce the depth and reality of the original three-dimensional image. Such a capability is commonly referred to as stereography, and a device in which it is applied as a display device is called a stereoscopic display device.

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.Meanwhile, the stereoscopic display device may be classified according to components that form a lens that implements 3D (3-dimension). For example, a method of configuring a lens using a liquid crystal layer is called a liquid crystal field lens method.

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.In general, a liquid crystal display device is composed of two opposite electrodes and a liquid crystal layer formed therebetween. The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are driven by an electric field generated by applying a voltage to the two electrodes. Liquid crystal molecules have polarization properties and optical anisotropy. Here, the polarization property means that when liquid crystal molecules are placed in an electric field, charges in the liquid crystal molecules are attracted to both sides of the liquid crystal molecules so that the molecular arrangement direction is changed according to the electric field, and optical anisotropy is characterized by the elongated structure of the liquid crystal molecules and the aforementioned molecular arrangement direction. This means that the path of the outgoing light or the polarization state is changed differently according to the incident direction or the polarization state of the incident light.

이에 따라 액정층은 2개의 전극에 인가되는 전압에 의하여 투과율의 차이를 나타내게 되고 그 차이를 화소별로 달리하여 영상을 표시할 수 있다.Accordingly, the liquid crystal layer may exhibit a difference in transmittance due to voltages applied to two electrodes, and may display an image by changing the difference for each pixel.

최근에 이러한 액정분자의 특성을 이용하여 액정층이 렌즈 역할을 하게 하는 액정 전계 렌즈(liquid crystal lens electrically driven)가 제안되었다.Recently, a liquid crystal lens electrically driven, in which a liquid crystal layer functions as a lens using the characteristics of the liquid crystal molecules, has been proposed.

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.That is, the lens is to control the path of the incident light by position by using the difference in refractive index between the material constituting the lens and the air, by applying different voltage to each position of the electrode to the liquid crystal layer by the different electric field When driven, the incident light incident on the liquid crystal layer feels a different phase change for each position. As a result, the liquid crystal layer can control the path of the incident light like an actual lens.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 전계 렌즈를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional liquid crystal field lens will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도와, 도 2는 도 1의 액정 전계 렌즈 형성시 전압 인가 후 전위 분포를 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional liquid crystal field lens, and FIG. 2 is a view showing a potential distribution after voltage application when forming the liquid crystal field lens of FIG. 1.

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.As shown in FIG. 1, the conventional liquid crystal field lens includes a first and second substrates 10 and 20 facing each other and a liquid crystal layer 30 formed between the first and second substrates 10 and 20.

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.Here, the first electrode 11 is formed on the first substrate 10 at a first separation distance from each other. In this case, the distance from the center of one side of the first electrode 11 to the center of the other side of the first electrode 11 between the adjacent first electrodes 11 is called a pitch, and the same pattern with the pitch as a cycle (First electrode) is formed repeatedly.

상기 제 1 기판(20)상에 대향되는 제 2 기판(20) 상에는 전면 제 2 전극(21)이 형성된다. The front second electrode 21 is formed on the second substrate 20 facing the first substrate 20.

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.The first and second electrodes 11 and 21 are made of a transparent metal. The liquid crystal layer 30 is formed in the liquid crystal layer 30 in the spaced space between the first and second electrodes 11 and 21, and the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 30 react to characteristics of the electric field. As a result, a phase distribution similar to that of the liquid crystal field lens of FIG. 2 is obtained.

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 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, 도 2의 액정 전계 렌즈와 같이, 표면이 포물면을 갖는 렌즈와 유사한 광 전달 효과를 갖게 된다. The liquid crystal field lens is formed under a condition of applying a high voltage to the first electrode 11 and grounding the second electrode 21. The liquid crystal field lens is the strongest at the center of the first electrode 11 under such a voltage condition. A vertical electric field is formed, and a weak vertical electric field is formed as it moves away from the first electrode 11. Accordingly, when the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 30 have positive dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules are arranged in accordance with an electric field, and stand at the center of the first electrode 11, and the first electrode 11. The farther away from), the closer to horizontal the slanted array will be. Therefore, from the standpoint of light transmission, the center of the first electrode 11 has a short optical path, and the farther away from the first electrode 11, the longer the optical path becomes. As in the liquid crystal field lens of FIG. 2, the surface has a light transmission effect similar to that of a lens having a parabolic surface.

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.Here, the second electrode 21 induces the behavior of the liquid crystal electric field, thereby inducing the refractive index of light as a whole to be a spatial parabolic function, and the first electrode 11 forms an edge portion (edge area) of the lens. Do it.

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 이룸으로써, 공간적인 굴절율 분포를 포물면 형태로 이루지 못하거나, 혹은 전압에 대해 매우 민감하게 움직이는 특징이 있다. At this time, a voltage slightly higher than that of the second electrode 21 is applied to the first electrode 11, so that a potential difference occurs between the first electrode 11 and the second electrode 21 as shown in FIG. 2. By doing so, in particular, the first electrode 11 is caused to cause a sudden side electric field. Accordingly, the liquid crystal does not form a smooth distribution, but rather forms a distorted shape, thereby making it impossible to form a spatial refractive index in a parabolic form or very sensitive to voltage.

한편, 도 2와 같이, 제 1 전극(11)에 인가된 전압에 의해 전위 분포가 급격히 변화하는 부분에 액정이 맞닿아 있음을 확인할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 2, it can be seen that the liquid crystal is in contact with the portion where the potential distribution is rapidly changed by the voltage applied to the first electrode (11).

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.Such a liquid crystal field lens can be obtained by forming an electrode on both substrates with a liquid crystal interposed between the liquid crystal and the liquid crystal without applying a lens having a physically parabolic surface, and applying a voltage thereto.

상기와 같은 종래의 액정 전계 렌즈는 다음과 같은 문제점이 있다.The conventional liquid crystal field lens as described above has the following problems.

즉, 구조상 전극과 바로 인접하여 액정이 위치하여, 전위 분포가 급격히 변하는 부분에 액정이 배치한다. 따라서, 전압에 대해 매우 민감하게 액정이 움직임을 알 수 있어, 전압 인가에 따른 액정의 배향이 급격하게 이루어져, 완만한 액정 전계 형성이 어려움을 알 수 있다. 또한, 하판에 형성되는 전극이 렌즈 영역의 극히 일 부분에만 형성되어, 상기 전극에 대응되는 렌즈 에지 영역과 이와 멀어지는 렌즈 중심 영역 사이의 전계가 완만하게 형성되지 않고, 급격한 측면 전장을 유발시켜 다소 왜곡된 위상의 액정 전계 렌즈를 갖도록 형성한다. That is, the liquid crystal is positioned immediately adjacent to the electrode structurally, and the liquid crystal is disposed at a portion where the potential distribution changes rapidly. Therefore, the liquid crystal moves very sensitively to voltage, so that the alignment of the liquid crystal rapidly occurs due to the application of voltage, thereby making it difficult to form a smooth liquid crystal electric field. In addition, the electrode formed on the lower plate is formed only at a portion of the lens region, so that an electric field between the lens edge region corresponding to the electrode and the lens center region away from the electrode is not formed smoothly, causing a sudden lateral electric field, thereby causing some distortion. It is formed to have a liquid crystal field lens of the phase.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 버퍼층의 배치 또는 전극 구조를 변경하여 액정의 배향에 의해 렌즈를 구현시 완만한 포물면의 렌즈면 형성이 가능하고, 소요되는 액정층의 셀갭을 줄일 수 있는 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to form the lens surface of the smooth parabolic surface when implementing the lens by the alignment of the liquid crystal by changing the arrangement of the buffer layer or the electrode structure, the cell gap of the required liquid crystal layer It is an object of the present invention to provide a liquid crystal field lens and a stereoscopic display device using the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 전계 렌즈는, 복수개의 렌즈영역이 대응되어 정의되어, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상의 각 렌즈 영역들에 대하여, 인접한 좌우 렌즈영역의 중심 사이에 걸쳐 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극을 포함한 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 절연막과, 상기 제 1 절연막 상에, 상기 각 렌즈 영역의 에지부에 대응하여 형성된 제 2 전극과, 상기 제 2 전극을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성된 버퍼층과, 상기 제 2 기판 상에 전면 형성된 제 3 전극 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.In the liquid crystal field lens of the present invention for achieving the above object, a plurality of lens regions are defined corresponding to each other, for each of the first and second substrates and the lens regions on the first substrate, A first electrode formed between the centers of adjacent left and right lens regions, a first insulating film formed on the first substrate including the first electrode, and an edge portion of each lens region on the first insulating film A second electrode formed, a buffer layer formed on the first insulating film including the second electrode, a third electrode formed on the second substrate, and a liquid crystal layer filled between the first substrate and the second substrate. It is characterized by what is done.

상기 버퍼층은 포토 아크릴 또는 BCB(BenzeneCycloButene)이다. 이 때, 상기 버퍼층의 유전율이 액정층의 유전율보다 작은 것이다. 상기 버퍼층은 1~10㎛의 두께를 갖는다.The buffer layer is photo acrylic or BCB (Benzene CycloButene). At this time, the dielectric constant of the buffer layer is smaller than that of the liquid crystal layer. The buffer layer has a thickness of 1 ~ 10㎛.

한편, 상기 제 1 전극은 상기 제 2 전극을 경계로 좌우 인접한 렌즈 영역에 대해 대칭형으로 형성한다. On the other hand, the first electrode is formed symmetrically with respect to the left and right adjacent lens area bordering the second electrode.

그리고, 상기 버퍼층 및 상기 제 3 전극 상에 각각 제 1, 제 2 배향막이 더 형성된다. 이 때, 상기 제 1 배향막은 상기 제 2 전극의 길이 방향으로 러빙되며, 상기 제 2 배향막은 상기 제 1 배향막의 러빙 방향과 교차하는 방향으로 러빙된다.Further, first and second alignment layers are further formed on the buffer layer and the third electrode, respectively. In this case, the first alignment layer is rubbed in the longitudinal direction of the second electrode, and the second alignment layer is rubbed in a direction crossing the rubbing direction of the first alignment layer.

상기 제 1 및 제 3 전극은 투명 금속으로 형성하며, 상기 제 2 전극은 차광성 금속으로 형성한다.The first and third electrodes are formed of a transparent metal, and the second electrode is formed of a light blocking metal.

또한, 상기 액정층의 구동시 상기 제 1 전극에는 1.6~2V를 피크값으로 하는 교류 전압이 인가되며, 상기 제 2 전극에 2.5~15V를 피크값으로 하는 교류 전압이 인가되고, 상기 제 3 전극은 접지된다.In addition, when driving the liquid crystal layer, an AC voltage having a peak value of 1.6 to 2 V is applied to the first electrode, an AC voltage having a peak value of 2.5 to 15 V is applied to the second electrode, and the third electrode is applied. Is grounded.

상기 제 1 기판과 상기 제 1 전극을 포함한 제 1 절연막 사이의 층간에, 제 2 절연막을 개재하여 상기 제 1 기판 전면에 형성된 제 4 전극을 더 포함할 수도 있다. The interlayer between the first substrate and the first insulating film including the first electrode may further include a fourth electrode formed on the entire surface of the first substrate via the second insulating film.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 전계 렌즈는 복수개의 렌즈영역이 대응되어 정의되어, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 전면에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극을 포함한 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 절연막과, 상기 제 1 절연막 상에, 각 렌즈 영역들에 대하여, 인접한 좌우 렌즈영역의 중심 사이를 걸쳐 형성된 제 2 전극과, 상기 제 2 전극을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성된 제 2 절연막과, 상기 제 2 절연막 상에, 상기 각 렌즈 영역의 에지부에 대응하여 형성된 제 3 전극과, 상기 제 2 기판 전면에 형성된 제 4 전극 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다.In addition, the liquid crystal field lens of the present invention for achieving the same object is defined by a plurality of lens areas corresponding to each other, the first and second substrates disposed opposite to each other, the first electrode formed on the front surface of the first substrate, A first insulating film formed on the first substrate including a first electrode, a second electrode formed on the first insulating film between centers of adjacent left and right lens areas with respect to each lens area, and the second electrode A second insulating film formed on the first insulating film including a second insulating film, a third electrode formed on the second insulating film corresponding to an edge portion of each lens region, a fourth electrode formed on the entire surface of the second substrate, and the second Another feature is that the liquid crystal layer is filled between the first substrate and the second substrate.

상기 제 3 전극을 포함한 상기 제 2 절연막 상 및 상기 제 4 전극 상에는 각각 제 1, 제 2 배향막이 더 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제 1 배향막은 상기 제 2 전극의 길이 방향으로 러빙되며, 상기 제 2 배향막은 상기 제 1 배향막의 러빙 방향과 교차하는 방향으로 러빙되는 것이 바람직하다.First and second alignment layers may be further formed on the second insulating layer and the fourth electrode including the third electrode, respectively. In this case, it is preferable that the first alignment layer is rubbed in the longitudinal direction of the second electrode, and the second alignment layer is rubbed in a direction crossing the rubbing direction of the first alignment layer.

한편, 상기 제 1, 제 2 전극 및 제 4 전극은 투명 금속으로 형성되며, 상기 제 3 전극은 차광 금속으로 이루어진다. Meanwhile, the first, second and fourth electrodes are formed of a transparent metal, and the third electrode is made of a light shielding metal.

그리고, 상기 제 3 전극을 포함한 상기 제 2 절연막 상에는 오버코층이 더 형성될 수 있다. The overcoil layer may be further formed on the second insulating layer including the third electrode.

상기 액정층의 구동시 상기 제 1 전극에는 0~1.6V의 교류 전압이 인가되며, 상기 제 2 전극에는 1.6~2V를 피크값으로 하는 교류 전압이 인가되며, 상기 제 3 전극에 2.5~10V를 피크값으로 하는 교류 전압이 인가되고, 상기 제 4 전극은 접지된다.When driving the liquid crystal layer, an AC voltage of 0 to 1.6 V is applied to the first electrode, an AC voltage having a peak value of 1.6 to 2 V is applied to the second electrode, and 2.5 to 10 V is applied to the third electrode. An AC voltage having a peak value is applied, and the fourth electrode is grounded.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 입체 표시 장치는 상술한 액정 전계 렌즈와, 상기 액정 전계 렌즈 하부에 이차원의 제 1 및 제 2 영상을 출사하는 표시 패널을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, in order to achieve the same object, the stereoscopic display device according to the present invention may include the above-described liquid crystal field lens and a display panel configured to emit two-dimensional first and second images under the liquid crystal field lens. have.

상기와 같은 본 발명의 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.The liquid crystal field lens of the present invention and the stereoscopic display device using the same have the following effects.

첫째, 급격한 전기장 변화가 액정층에 직접 맞닿지 않도록, 오버코트층과 같은 버퍼층을 액정층과 전극 사이에 형성한다. 이로써, 버퍼층에 렌즈 에지의 강한 전계 변화가 일어나는 부분이 포함되도록 하고, 실질적으로 액정 렌즈가 구현되는 액정층에는 완만한 전계 효과에 따라 완만한 포물면을 그리는 액정 전계 렌즈를 형성할 수 있다. First, a buffer layer such as an overcoat layer is formed between the liquid crystal layer and the electrode so that the abrupt electric field change does not directly contact the liquid crystal layer. Accordingly, the liquid crystal field lens may be formed in the buffer layer to include a portion where a strong electric field change occurs at the edge of the lens, and a smooth parabolic surface may be formed in the liquid crystal layer substantially implementing the liquid crystal lens.

둘째, 마스크 수의 증가 없이, 하판측에 인접한 렌즈 영역 중심간에 형성되는 제 2 전극과 상기 제 2 전극 중심에 대응되어 형성되는 제 3 전극 외에 상기 제 2 전극측 하부에 하판상에 전면 형성되는 제 1 전극을 형성하고, 이들과 대향 기판측에 형성된 제 4 전극에 전압을 인가하여 수직 전계를 형성하여 액정을 배향시켜 액정 전계 렌즈를 형성함에 있어서, 다층의 전극 구성에 의해 보다 완만한 전계 형성에 따른 완만한 포물면을 갖는 액정 전계 렌즈 형성이 가능하다.Secondly, the second electrode is formed between the center of the lens region adjacent to the lower plate side and the third electrode formed corresponding to the center of the second electrode without increasing the number of masks. In forming one electrode and applying a voltage to the fourth electrode formed on the opposite substrate side to form a vertical electric field to align the liquid crystal to form a liquid crystal electric field lens, the formation of a more gentle electric field is achieved by the multilayer electrode configuration. It is possible to form a liquid crystal field lens having a gentle parabolic surface.

셋째, 완만한 액정 전계 형성, 즉, 새그(액정 전계 렌즈의 높이)의 크기를 줄일 수 있으며, 이에 따라 소요되는 액정층의 셀갭을 줄이게 되어, 액정의 주입 또는 적하시에 필요한 액정량을 줄일 수 있으며, 이로 인해 공정 부담을 줄일 수 있다.Third, the formation of a smooth liquid crystal field, that is, the size of the sag (the height of the liquid crystal field lens) can be reduced, thereby reducing the cell gap of the required liquid crystal layer, thereby reducing the amount of liquid crystal required for injecting or dripping the liquid crystal. This can reduce the process burden.

넷째, 완만한 액정 전계에 의해 형성할 수 있는 렌즈 영역 피치를 넓게 할 수 있어, 이로 인해 하나의 렌즈 영역으로 볼수 있는 뷰(view) 수를 늘릴 수 있어, 대면적 표시 장치에 있어서도 이용가능하며, 이로 인해 멀티뷰(multi-view)가 가능하여 입체 표시 장치의 시감을 향상시킬 수 있다.Fourth, it is possible to widen the pitch of the lens region that can be formed by the gentle liquid crystal electric field, thereby increasing the number of views that can be seen in one lens region, and thus can be used in a large area display device. As a result, multi-view is possible, thereby improving the visibility of the stereoscopic display device.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a liquid crystal field lens and a stereoscopic display device using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

* 제 1 실시예 *First Embodiment

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 이용한 입체 표시 장치를 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 3의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 4의 구조에 전압 인가시 전위 분포 및 액정 분자 배열 분포를 나타낸 그래프이며, 도 6은 도 4 및 도 5를 통해 얻어진 액정 전계 렌즈의 위치에 따른 위상을 나타낸 그래프이다.3 is a cross-sectional view illustrating a stereoscopic display device using a liquid crystal field lens according to a first exemplary embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view showing the liquid crystal field lens of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram illustrating a voltage applied to the structure of FIG. 4. FIG. 6 is a graph illustrating a potential distribution and a liquid crystal molecular array distribution, and FIG. 6 is a graph illustrating phases according to positions of liquid crystal field lenses obtained through FIGS. 4 and 5.

도 3과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 포함하는 표시 장치는, 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정 전계 렌즈(10000)와, 상기 액정 전계 렌즈(10000) 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.As shown in FIG. 3, the display device including the liquid crystal field lens according to the first exemplary embodiment of the present invention includes a liquid crystal field lens 10000 having a lens function driven under voltage application, and a lower side of the liquid crystal field lens 10000. And a light source 700 for transmitting light to the display panel 350 under the display panel 350.

경우에 따라, 상기 표시 패널(350)이 광을 직접 발광하는 장치라면, 상기 광원(700)의 생략이 가능하다.In some cases, if the display panel 350 directly emits light, the light source 700 may be omitted.

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 crystlal Display Divice :LCD), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Display Device : OLED), 플라즈마 표시 소자(Plasma Display Panel: PDP), 전계발광소자(Field Emission Display Device: FED) 등의 평판 표시 장치가 사용될 수 있다.The display panel 350 sequentially repeats the first and second image pixels P1 and P2 for displaying the first and second images IM1 and IM2, respectively. Flat display such as liquid crystal display division (LCD), organic light emitting display device (OLED), plasma display panel (PDP), and field emission display device (FED) The device can be used.

도 3 내지 도 6과 같이, 상기 액정 전계 렌즈(10000)에 구비된 제 1, 제 2 및 제 3 전극(101, 103, 201)에 각각 문턱 전압, 고전압 및 접지 전압을 인가할 경우, 액정 전계 렌즈(10000)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(10000)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.3 to 6, when a threshold voltage, a high voltage, and a ground voltage are applied to the first, second, and third electrodes 101, 103, and 201 of the liquid crystal field lens 10000, respectively, the liquid crystal field The lens 10000 functions as a lens similar to a parabolic optical lens, and the first and second images IM1 and IM2 emitted from the display panel 350 are respectively formed by the liquid crystal field lens 10000. When the distance between the first and second viewing zones V1 and V2 is transmitted and the distance between the first and second viewing zones V1 and V2 is designed as the distance between two eyes of a person, the user may select the first and second viewing zones V1 and V2. The first and second images IM1 and IM2 transmitted to the two viewing areas V1 and V2 are respectively synthesized to recognize a 3D image due to binocular disparity.

한편, 제 1, 제 2 및 제 3 전극(101, 103, 201)에 전압을 인가하지 않을 경우, 상기 액정 전계 렌즈(10000)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.Meanwhile, when no voltage is applied to the first, second, and third electrodes 101, 103, and 201, the liquid crystal field lens 10000 may display the first and second images IM1, of the display panel 350. It acts as a simple transparent layer that is displayed as it is without refraction of IM2). Accordingly, the first and second images IM1 and IM2 are transmitted to the user without the visual field classification, and the user recognizes the 2D image.

도시된 도면에서는, 상기 액정 전계(10000)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.In the drawing, one lens area L of the liquid crystal electric field 10000 is formed to correspond to the width of two pixels P1 and P2 of the display panel 350 positioned under the liquid crystal field lens. In some cases, a plurality of pixels may be formed corresponding to the one lens area L. FIG. In addition, the lens regions L may be formed in a direction inclined at a predetermined angle with respect to the pixels, and in some cases, a stepped shape with respect to the pixels (the lens arrangement is (n + 1) th with respect to the nth pixel horizontal line). The width may be shifted by a predetermined width on the pixel horizontal line side).

상기 렌즈 영역(L)은 일 피치(pitch)에 대응되는 폭을 갖도록 정의되며, 동 일한 피치를 갖는 렌즈 영역(L)이 일 방향(도 4에서는 가로 방향)으로 주기적으로 반복된다. 이 때, 일 피치(pitch)란 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 렌즈 기능을 갖는 영역을 표시한 것이다.The lens region L is defined to have a width corresponding to one pitch, and the lens region L having the same pitch is periodically repeated in one direction (the horizontal direction in FIG. 4). In this case, one pitch refers to the width of the lens region L, and the lens region does not have a physical lens shape as shown in the convex lens, but a lens function formed by liquid crystal arrangement according to application of an electric field. It is an area with.

이하, 상기 액정 전계 렌즈(10000)를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the liquid crystal field lens 10000 will be described in detail.

상기 액정 전계 렌즈(10000)는 복수개의 렌즈영역이 대응되어 정의되어, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판(100, 200)과, 상기 제 1 기판(100) 상의 각 렌즈 영역들에 대하여, 인접한 좌우 렌즈영역의 중심 사이에 걸쳐 형성된 제 1 전극(101)과, 상기 제 1 전극(101)을 포함한 상기 제 1 기판(100) 상에 형성된 절연막(102)과, 상기 절연막(102) 상에, 상기 각 렌즈 영역의 에지부에 대응하여 형성된 제 2 전극(103)과, 상기 제 2 전극(103)을 포함한 상기 절연막(102) 상에 형성된 버퍼층(104)과, 상기 제 2 기판(200) 상에 전면 형성된 제 3 전극(201) 및 상기 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200) 사이에 채워진 액정층(300)을 포함하여 이루어진다. In the liquid crystal field lens 10000, a plurality of lens regions are defined to correspond to each other, and the first and second substrates 100 and 200 disposed to face each other, and the lens regions on the first substrate 100, respectively. A first electrode 101 formed between the centers of adjacent left and right lens regions, an insulating film 102 formed on the first substrate 100 including the first electrode 101, and on the insulating film 102. A second electrode 103 formed corresponding to an edge portion of each lens region, a buffer layer 104 formed on the insulating layer 102 including the second electrode 103, and the second substrate 200. And a liquid crystal layer 300 filled between the third electrode 201 and the first substrate 100 and the second substrate 200 formed on the front surface.

여기서, 상기 제 2 전극(103) 상에 위치한 버퍼층(104)은 예를 들어, 포토아크릴(photo-acryl)이나 BCB(BenzeneCycloButene)와 같은 저유전율의 유기막 성분으로 오버코트층(Overcoat layer)과 같은 형상으로 표면이 평탄하게 형성하며, 약 1~10㎛ 두께를 가지며, 상기 액정층(300)에 비해 낮은 유전율을 갖는 유기 성분의 재료를 이용한다. Here, the buffer layer 104 disposed on the second electrode 103 is a low dielectric constant organic film component such as photo-acryl or BCB (BenzeneCycloButene), for example, such as an overcoat layer. The surface is formed flat in shape, has a thickness of about 1 to 10 μm, and uses a material of an organic component having a lower dielectric constant than that of the liquid crystal layer 300.

여기서, 상기 버퍼층(104)은 상기 제 3 전극(201)과, 상기 제 2 전극(103)간 에 형성되는 강한 전계를 완충하는 작용을 한다. 특히, 급격히 전기장 변화가, 상기 제 2 전극(103) 상측 위에 수 ㎛ 두께의 버퍼층(104)의 배치에 의해 완화된다. 이 경우, 상기 버퍼층(104)의 유전율은 액정층(300)의 장/단축 유전율 각각에 대해 작기 때문에, 전계는 유전율이 작은 쪽에 더욱 집중되는 현상을 보이므로 실질적으로 상기 버퍼층(104) 상의 액정층(300)은 도 5와 같이, 상기 버퍼층(104)에서보다 완만한 전위 분포를 형성한다. Here, the buffer layer 104 buffers a strong electric field formed between the third electrode 201 and the second electrode 103. In particular, the abrupt change in the electric field is alleviated by the arrangement of the buffer layer 104 having a thickness of several micrometers on the upper side of the second electrode 103. In this case, since the dielectric constant of the buffer layer 104 is small with respect to each of the long and short dielectric constants of the liquid crystal layer 300, the electric field shows a phenomenon that the dielectric constant is more concentrated on the smaller one, so that the liquid crystal layer on the buffer layer 104 is substantially 300 forms a gentle dislocation distribution than in the buffer layer 104, as shown in FIG.

결과적으로 액정층(300)의 액정 분자는 상기 제 2 전극(103) 부근에서는 전체적으로 일어섰다가 상기 제 2 전극(103)으로부터 멀어질수록 완만하게 눕는 배열을 가지므로, 도 5와 같이, 위치에 따른 전계 효과 및 액정 배열을 그래프에 따르면, 상기 제 2 전극(103)에 의해 유도되는 강한 전계는 대부분 상기 버퍼층(104) 내에서 생성되며, 실제로 상기 액정층(300)에서는 완만한 전계에 따라 완만한 포물면을 형성함을 알 수 있다. 즉, 광의 전달의 입장에서는, 상기 제 2 전극(103)의 중심이 광경로가 짧게 되고, 상기 제 2 전극(103)으로부터 멀어지면 멀어질수록 광경로가 길어지게 되며, 이를 위상면으로 나타냈을 때, 도 6과 같이, 상기 제 2 전극 형성 부위를 경계로, 좌우 대칭된 반분된 포물 렌즈와 거의 동일한 광 전달 효과를 갖는 위상의 액정 전계 렌즈가 형성됨을 알 수 있다. As a result, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 300 have an arrangement that rises as a whole near the second electrode 103 but lie gently as it moves away from the second electrode 103. According to the electric field effect and the liquid crystal arrangement according to the graph, a strong electric field induced by the second electrode 103 is mostly generated in the buffer layer 104, and in fact, in the liquid crystal layer 300, it is gentle according to a gentle electric field. It can be seen that it forms a parabolic surface. That is, from the viewpoint of light transmission, the optical path becomes shorter at the center of the second electrode 103, and the longer the optical path becomes, the farther it is from the second electrode 103. 6, it can be seen that a liquid crystal field lens having a phase having substantially the same light transmission effect as a half-divided parabolic lens bilaterally symmetrical is formed around the second electrode formation site.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈(10000)는, 그 자체로는 삼차원 구현에 이용되는 렌즈 역할을 하는 것이고, 도 3과 같이, 이차원을 구현하는 표시 패널(350) 상부에 위치하여, 이차원 영상을 삼차원 영상으로 변환시켜 영상을 표시하는 스위칭 수단으로 이용될 수 있다. 즉, 전압 무인가시 광이 투과되는 특성을 이용하여, 전압 무인가시는 이차원 표시, 전압 인가시는 삼차원 표시와 같은 스위칭 기능을 겸용할 수 있다. 즉, 상기 2차원 영상 표시와 3차원 영상 표시의 스위칭(switching) 기능이 가능하여, 상기 액정 전계 렌즈는 전압 인가시 하부 표시 장치로부터 나오는 이차원 영상 신호의 입체(삼차원) 영상 표시를 가능하게 하고, 전압 무인가시에는 하부 표시 장치(350)로부터 나오는 2차원 영상 표시를 바로 관측자에게 전달하여 2차원 영상 표시가 가능할 것이다.The liquid crystal field lens 10000 according to the first exemplary embodiment of the present invention serves as a lens used in a three-dimensional implementation by itself, and as shown in FIG. 3, is positioned above the display panel 350 implementing two-dimensional. In addition, the present invention may be used as a switching means for converting a 2D image into a 3D image and displaying the image. That is, by utilizing the characteristic that light is transmitted when no voltage is applied, it is possible to use a switching function such as two-dimensional display when no voltage is applied and three-dimensional display when voltage is applied. That is, the switching function of the two-dimensional image display and the three-dimensional image display is possible, so that the liquid crystal field lens enables stereoscopic (three-dimensional) image display of the two-dimensional image signal from the lower display device when voltage is applied. When no voltage is applied, the 2D image display from the lower display device 350 may be directly transmitted to the observer to display the 2D image.

이 때, 상기 액정 전계 렌즈(10000)에 전압 무인가시 2차원 영상 표시가 가능하도록 도 4와 같이, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)에, 초기 상태(전압 무인가시)에서 광의 투과가 가능하게 배향처리를 한다. 즉, 상기 제 1, 제 2 배향막(105, 202)은 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서, 상기 액정층(300)이 광을 투과시키는 배향 특성을 갖도록, 상기 제 1 배향막(105) 측은 상기 제 2 전극(103) 방향(도면상에서 지면을 통과하는 방향)으로 러빙(rubbing)하고, 상기 제 2 배향막(202)은 이에 교차하는 방향으로, 안티 패럴랠(anti-parallel)하게 한다. 여기서, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)의 배면측은 편광판이 구비되지 않는 것으로, 이에 따라 하부로부터 상기 표시장치(350)를 통해 상기 액정 전계 렌즈(10000)를 통과한 빛은 그대로 관측자에게 투과되어 전달된다.At this time, as shown in FIG. 4, light is transmitted to the first and second substrates 100 and 200 in an initial state (when no voltage is applied) to enable the two-dimensional image display when no voltage is applied to the liquid crystal field lens 10000. Is oriented as possible. In other words, the first and second alignment layers 105 and 202 may have an alignment characteristic in which the liquid crystal layer 300 transmits light in an initial state where no voltage is applied. Rubbing in the direction of the second electrode 103 (the direction passing through the ground on the drawing), and the second alignment layer 202 is anti-parallel in the direction crossing it. Here, the back side of the first and second substrates 100 and 200 is not provided with a polarizing plate, and thus the light passing through the liquid crystal field lens 10000 through the display device 350 from the bottom is not directly observed. It is transmitted through and transmitted to.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는 각 전극에 전압 인가시 상기 액정층(300)이 포물선면의 표면을 갖는 렌즈와 동일한 효과를 갖는 것으로, 이를 이용할 경우, 좌안과 우안에서 다른 영상 신호를 인지할 수 있는 효과에 의해 관측자에게 삼차원 구현이 가능하게 된다. The liquid crystal field lens according to the first exemplary embodiment of the present invention has the same effect as the lens having the parabolic surface when the voltage is applied to each electrode. The effect of recognizing the signal enables three-dimensional implementation for the observer.

특히, 본 발명의 액정 전계 렌즈는, 왜곡이 심한 렌즈 에지 영역(제 2 전극 부근)에 있는 상기 제 2 전극(103) 자체를 차광 금속으로 하여, 이 부위를 차광시켜, 상기 제 2 전극(103)의 부근에 각각 좌안 및 우안에 잘못된 정보가 인가되어 발생하는 크로스토크(crosstalk) 현상을 개선할 수 있게 된다.Particularly, in the liquid crystal field lens of the present invention, the second electrode 103 in the highly distorted lens edge region (near the second electrode) is used as a light shielding metal, and the light shielding is performed on the second electrode 103. It is possible to improve the crosstalk caused by incorrect information applied to the left and right eyes, respectively, in the vicinity of the?

한편, 상기 제 1 전극(101)과, 제 2 전극(103)이 상기 제 3 전극(201)에 대하여 갖는 수직 거리를 살펴보면, 상기 제 2 전극(103)이 상기 제 1 전극(101)에 비해 상기 제 3 전극(201)에 대해 거리가 가까움을 알 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극(103)이 상대적으로 고전압이 걸리기 때문에, 상기 제 2 전극(103)과 상기 제 3 전극(201) 사이의 전압차에 의한 전계의 영향이 강하게 걸린다. 여기서, 상기 제 1 전극(101)의 기능은 고전압에 비해 상대적으로 작은 전압 값을 주어, 상기 제 2 전극(103)이 형성되지 않은 부위의 전계의 컨트롤을 가능하게 하며, 전계 형성이 급격하지 않고, 완만한 곡선을 갖도록 하고, 또한, 상기 제 2 전극(103)과 함께, 전계에 따라 배열되는 액정의 배향 특성에 기하여 얻어지는 액정 전계 렌즈의 위상의 크기를 조절할 수 있게 한다. Meanwhile, when looking at the vertical distance between the first electrode 101 and the second electrode 103 with respect to the third electrode 201, the second electrode 103 is compared with the first electrode 101. It can be seen that the distance is close to the third electrode 201. In addition, since the second electrode 103 is relatively high in voltage, the influence of the electric field due to the voltage difference between the second electrode 103 and the third electrode 201 is strongly affected. Here, the function of the first electrode 101 is to give a relatively small voltage value compared to the high voltage, to enable the control of the electric field of the portion where the second electrode 103 is not formed, the field formation is not abrupt It is possible to adjust the magnitude of the phase of the liquid crystal field lens obtained based on the alignment characteristics of the liquid crystals arranged along the electric field together with the second electrode 103.

상기 제 1 및 제 2 전극(101, 103)은 도면에 수직한 방향(도면을 투과하는 방향)으로 연장된 막대 형상으로 형성한다. The first and second electrodes 101 and 103 are formed in a rod shape extending in a direction perpendicular to the drawing (direction passing through the drawing).

또한, 상기 일 렌즈 영역(L)은, 액정 전계 렌즈 하측에 위치하는 표시 패널(350)의 화소들(P1, P2)에 대응되어 형성되며, 복수개의 화소들이 상기 일 렌즈 영역(L)에 대응되어 형성할 수 있다. 또한, 상기 렌즈 영역(L)들은 화소들에 대하 여 일정 각도로 기울인 방향으로 형성할 수도 있고, 경우에 따라 화소들에 대해 계단형상(n번째 수평 라인에 대해 (n+1)번째 수평라인이 일정 폭 쉬프트됨)으로 형성할 수도 있을 것이다.In addition, the one lens area L is formed to correspond to the pixels P1 and P2 of the display panel 350 positioned below the liquid crystal field lens, and a plurality of pixels correspond to the one lens area L. Can be formed. In addition, the lens regions L may be formed in a direction inclined at a predetermined angle with respect to the pixels, and in some cases, a stepped shape (n + 1) horizontal line with respect to the nth horizontal line may be formed with respect to the pixels. May be shifted by a certain width).

상기 렌즈 영역(L)은 일 피치(pitch)에 대응되는 폭을 갖도록 정의되며, 동일한 피치를 갖는 렌즈 영역(L)이 일 방향(도 4에서는 가로 방향)으로 주기적으로 반복된다. 이 때, 일 피치(pitch)란 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 렌즈 기능을 갖는 영역을 표시한 것이다.The lens region L is defined to have a width corresponding to one pitch, and the lens region L having the same pitch is periodically repeated in one direction (the horizontal direction in FIG. 4). In this case, one pitch refers to the width of the lens region L, and the lens region does not have a physical lens shape as shown in the convex lens, but a lens function formed by liquid crystal arrangement according to application of an electric field. It is an area with.

도 4에 도시한 단면도는 좌우 인접한 렌즈 영역의 중심부 사이의 영역을 나타낸 것(제 2 전극(103)이 각각 좌우 인접한 렌즈 영역의 에지부가 되며, 'O'점 표시가 좌우 렌즈 영역의 중심부를 나타냄)으로, 렌즈 영역의 일 피치(pitch)에 해당하는 폭의 단면도이다. 이 경우, 상기 제 2 전극(103)과 제 1 전극(101)에는 각각 2.5~15V 정도의 고전압, 1.6~2V의 문턱 전압을 각각 인가하고, 대향되는 제 3 전극(201)에 접지 전압을 주게 되면, 전계에 의한 액정의 배향의 따라 굴절률 차이가 발생하여, 이로 인해 상기 제 2 전극(103)의 중심을 기준으로 인접한 좌우 렌즈 영역(L)의 각각의 반분된 포물선면의 위상 특성을 갖는 액정 전계 렌즈가 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극(101)에 인가되는 전압은 V=

Figure 112007049136576-PAT00001
(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정의 자유 상태(Splay) 탄성 계수, ε0은 자유공간 유전율) 을 피크값으로 하는 교류 사각파(square wave)이며, 상기 제 2 전극(103)에 인가되는 전압은 상기 2.5~15V를 피크값으로 하여 인가되는 교류 사각파이다. 4 is a cross-sectional view showing an area between the centers of the left and right adjacent lens regions (the second electrode 103 becomes the edge portion of the left and right adjacent lens regions, and the 'O' point mark represents the center of the left and right lens regions. ) Is a cross-sectional view of a width corresponding to one pitch of the lens region. In this case, a high voltage of about 2.5 to 15V and a threshold voltage of 1.6 to 2V are applied to the second electrode 103 and the first electrode 101, respectively, and a ground voltage is applied to the opposing third electrode 201. In this case, a difference in refractive index occurs depending on the orientation of the liquid crystal by the electric field, and thus the liquid crystal having phase characteristics of each half-divided parabolic surface of the adjacent left and right lens regions L with respect to the center of the second electrode 103. An electric field lens is formed. Here, the voltage applied to the first electrode 101 is V =
Figure 112007049136576-PAT00001
(Δε is the liquid crystal dielectric anisotropy, K1 is the free state (Splay) elastic modulus of the liquid crystal, ε 0 is a free square dielectric constant) is an alternating square wave (peak) is applied to the second electrode 103 The voltage is an AC square wave applied with the above 2.5 to 15V as the peak value.

이러한 동일한 구조의 패턴이 일 방향(가로 방향)으로 반복되면 포물선면의 액정 전계 렌즈가 연속하여 일 피치(pitch)를 주기로 형성된다. When the pattern of the same structure is repeated in one direction (horizontal direction), the parabolic liquid crystal field lens is continuously formed at one pitch.

한편, 도시하지 않았지만, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)의 외곽 영역에는 씰 패턴(미도시)이 형성되어 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이를 지지한다. 또한, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 액정층(300)은 충분한 위상의 액정 전계 렌즈 형성을 위해, 충분한 두께로 형성하는데, 이러한 액정층(300)의 두께를 안정하게 유지하기 위해 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200) 사이의 셀 갭을 지지하는 볼 스페이서 또는 칼럼 스페이서가 더 형성될 수 있다. 이 경우, 포함되는 스페이서는 상기 액정 전계 렌즈의 위상을 왜곡시키지 않는 위치에 형성하는 것이 좋다.Although not shown, a seal pattern (not shown) is formed in the outer regions of the first and second substrates 100 and 200 to support the first and second substrates 100 and 200. In addition, the liquid crystal layer 300 between the first and second substrates 100 and 200 is formed to a sufficient thickness to form a liquid crystal electric field lens of sufficient phase, and maintains the thickness of the liquid crystal layer 300 stably. To this end, a ball spacer or a column spacer supporting the cell gap between the first and second substrates 100 and 200 may be further formed. In this case, the included spacers are preferably formed at positions where the phases of the liquid crystal field lenses are not distorted.

여기서, 상기 제 1 전극(101) 및 제 3 전극(201)은 투명 전극으로 형성되며, 상기 제 2 전극(103)은 차광 금속으로 이루어진다. 이 경우, 도 5와 같이, 상기 차광 금속으로 이루어진 제 2 전극(103) 형성 부위는, 상기 제 2 전극(103)에 의해 가려진다. 이때, 상기 제 2 전극(103)은 고전압이 인가되는데, 상기 제 2 전극(103)과 상기 제 3 전극(201) 사이의 강한 전계 중 대부분의 강한 전계는 유전율이 낮은 상기 버퍼층(104)에 집중된다. 이러한 상기 버퍼층(104)은 투명하여, 전계의 집중과 함께 하부로부터 표시 패널(350)을 통해 나오는 광을 투과시키는 역할을 한다. Here, the first electrode 101 and the third electrode 201 are formed of a transparent electrode, the second electrode 103 is made of a light shielding metal. In this case, as shown in FIG. 5, the portion of the second electrode 103 formed of the light shielding metal is covered by the second electrode 103. In this case, a high voltage is applied to the second electrode 103, and most of the strong electric fields between the second electrode 103 and the third electrode 201 concentrate on the buffer layer 104 having a low dielectric constant. do. The buffer layer 104 is transparent, and transmits light emitted through the display panel 350 from the bottom with concentration of an electric field.

이러한 구성의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 경우, 포물면의 유효 전계 렌즈가 버퍼층 상부의 액정층에만 형성되며, 또한, 전계 자체는 버퍼층을 포함하여 액정층에 조성되는 것으로, 실제로 유효 액정 전계 렌즈가 형성되는 액정층의 두께는 상기 버퍼층의 두께에 상당한 정도를 줄일 수 있다. 이에 의해 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 액정층을 형성시, 줄어든 셀갭 두께만큼 액정량을 줄일 수 있으며, 이에 따라 상기 액정층을 형성하기 위한 진공 주입 또는 적하시 액정층 형성 공정 부담을 줄일 수 있다.In the case of the liquid crystal field lens according to the first embodiment of the present invention having such a configuration, the effective field lens of the parabolic surface is formed only on the liquid crystal layer above the buffer layer, and the electric field itself is formed on the liquid crystal layer including the buffer layer. The thickness of the liquid crystal layer in which the effective liquid crystal field lens is formed can be reduced to a considerable extent to the thickness of the buffer layer. As a result, when the liquid crystal layer is formed between the first and second substrates, the amount of liquid crystal can be reduced by the reduced cell gap thickness, thereby reducing the burden of the liquid crystal layer formation process during vacuum injection or dripping to form the liquid crystal layer. have.

여기서, 상기 제 2 전극(103)측에 인가되는 전압은, 상기 제 2 전극(103)과 상기 제 3 전극(201)과의 사이에 수직 전계가 상기 액정층(300)에 충분히 영향을 끼치기 위하여는 상대적으로 버퍼층을 구비하지 않는 구조에 비해 높은, 예를 들어, 약 1.5배 정도 높은 전압이 인가되는 것이 좋다. 즉, 버퍼층(104)이 없는 일반 전극 구조에서 하판에 형성된 전극에 인가되는 전압이 약 2.5~10V라 하면, 상기 제 2 전극(103)에 인가되는 전압은 2.5~15V로 인가한다.In this case, the voltage applied to the second electrode 103 side is such that a vertical electric field between the second electrode 103 and the third electrode 201 sufficiently affects the liquid crystal layer 300. Relatively high voltage, for example, about 1.5 times higher than the structure having no buffer layer is preferably applied. That is, in the general electrode structure without the buffer layer 104, when the voltage applied to the electrode formed on the lower plate is about 2.5 to 10V, the voltage applied to the second electrode 103 is applied to 2.5 to 15V.

도 5를 참조하면, 상기 버퍼층(104)의 두께가 약 5㎛일 때, 상기 액정층(300)의 두께가 약 10㎛ 정도가 됨을 알 수 있다. 이 경우, 즉, 전계 형성은 상기 버퍼층(104)이 형성되는 상기 제 1 기판(미도시)의 계면에 형성되는 시점부터 그 표면높이까지에 해당되는 전계만큼 상기 액정층(300)의 두께를 줄일수 있음을 의미한다. 여기서, 렌즈 영역의 피치는 약 94㎛ 정도로, 시뮬레이션에 이용된 표시 패널은 각 단위 서브픽셀(R, G, B 서브픽셀)의 폭이 50㎛ 이하로 작은 소형 모델이다.Referring to FIG. 5, when the buffer layer 104 has a thickness of about 5 μm, the thickness of the liquid crystal layer 300 may be about 10 μm. In this case, that is, the electric field is formed to reduce the thickness of the liquid crystal layer 300 by an electric field corresponding to the surface height of the buffer layer 104 formed at the interface of the first substrate (not shown). That means you can. Here, the pitch of the lens region is about 94 µm, and the display panel used for the simulation is a small model having a width of 50 µm or less for each unit subpixel (R, G, B subpixel).

또한, 상기 제 2 전극(103) 상부는, 상기 제 2 전극(103)에 기인한 급격한 전기장 변화가 직접 액정층(300)에 맞닿지 않도록 버퍼층(104)이 더 형성되어 있다. 이 때, 상기 버퍼층(104)의 유전율은 상기 액정층(300)을 이루는 액정 분자의 장/단축 유전율보다 작도록 하면, 전계는 유전율이 작은 쪽에 더욱 집중되는 현상을 보이므로, 상기 버퍼층(104)은 심한 전계가 형성된 부위를 포함하고, 상기 액정층(300)은 완만한 전위 분포가 포함된다. 결과적으로 상기 액정층(300)의 액정 분자는 전체적으로 완만하게 일어섰다가 눕는 형상을 가지므로, 이를 도 6을 참조한 굴절율에 있어서, 상기 제 2 전극(103)의 중심으로부터 멀어질수록(렌즈 영역의 중심으로 갈수록) 완만한 포물 렌즈면(일점쇄선)에 가깝게 형성할 수 있다. 즉, 액정 전계 렌즈(실선)의 위상이 완만한 포물 렌즈면 형태로 형성된다.In addition, the buffer layer 104 is further formed on the second electrode 103 so that the abrupt electric field change caused by the second electrode 103 does not directly contact the liquid crystal layer 300. At this time, if the dielectric constant of the buffer layer 104 is smaller than the long / short dielectric constant of the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 300, the electric field is more concentrated on the smaller dielectric constant, the buffer layer 104 Includes a site where a severe electric field is formed, and the liquid crystal layer 300 includes a gentle potential distribution. As a result, since the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 300 generally have a shape that rises gently and is lying down, the further away from the center of the second electrode 103 in the refractive index of FIG. It can be formed close to the smooth parabolic lens surface (dotted line). That is, the phase of the liquid crystal field lens (solid line) is formed in the form of a parabolic lens surface with a gentle phase.

또한, 전압 변동에 민감한 액정 전계 렌즈를 보다 전압에 덜 민감하게 형성할 수 있으며, 완만한 포물 렌즈면(일점쇄선) 효과에 의해 액정 전계 렌즈의 높이(새그:sag)가 낮아져, 액정층(300)의 셀갭을 줄일 수도 있다. 즉, 상기 버퍼층(104)이 상기 액정층(300)과 함께 전계가 형성되는 부위로 이용되고, 또한, 전계 형성시 심한 변화가 발생한 부위를 포함하게 되어, 액정층(300)에 대한 버퍼 기능을 갖게 되는 것이다.In addition, the liquid crystal field lens sensitive to voltage fluctuation can be formed less sensitive to voltage, and the height (sag) of the liquid crystal field lens is lowered due to the gentle parabolic surface (single-dashed line) effect, and thus the liquid crystal layer 300 Cell gap may be reduced. That is, the buffer layer 104 is used as a portion where an electric field is formed together with the liquid crystal layer 300, and also includes a portion where a severe change occurs when the electric field is formed, thereby providing a buffer function for the liquid crystal layer 300. Will have.

*제 2 실시예*Second Embodiment

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 이용한 입체 표시 장치를 나타낸 단면도이다. 7 is a cross-sectional view of a stereoscopic display device using a liquid crystal field lens according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 7과 같이, 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함하는 표시 장치는, 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정 전계 렌즈(1000)와, 상기 액정 전계 렌즈(1000) 하측에 이차원 영상 정보를 출사하는 표시 패널(350)과, 상기 표시 패널(350) 하측에 표시 패널(350)의 광을 전달하는 광원(700)을 포함하여 이루어진다.As illustrated in FIG. 7, the display device including the liquid crystal field lens of the present invention emits two-dimensional image information under the liquid crystal field lens 1000 and the liquid crystal field lens 1000 that are driven by voltage and have a lens function. And a light source 700 for transmitting the light of the display panel 350 to the lower side of the display panel 350.

경우에 따라 표시 패널(350)이 광을 직접 발광하는 장치라면, 상기 광원(700)의 생략이 가능하다.In some cases, if the display panel 350 directly emits light, the light source 700 may be omitted.

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 crystlal Display Divice :LCD), 유기 전기 발광 소자(Organic Light Emitting Display Device : OLED), 플라즈마 표시 소자(Plasma Display Panel: PDP), 전계발광소자(Field Emission Display Device: FED) 등의 평판 표시 장치가 사용될 수 있다.The display panel 350 sequentially repeats the first and second image pixels P1 and P2 for displaying the first and second images IM1 and IM2, respectively. Flat panel such as liquid crystal display division (LCD), organic light emitting display device (OLED), plasma display panel (PDP), and field emission display device (FED) Display devices can be used.

상기 액정 전계 렌즈(1000)에 포함된 제 1 내지 제 4 전극(401, 403, 405, 501)에 각각 문턱 전압보다 작은 양전압, 문턱 전압, 고전압 및 접지 전압을 인가할 경우, 액정 전계 렌즈(1000)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(1000)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 스테레오 그래픽에 의한 3차원 영상을 인식한다.When a positive voltage, a threshold voltage, a high voltage, and a ground voltage smaller than a threshold voltage are respectively applied to the first to fourth electrodes 401, 403, 405, and 501 included in the liquid crystal field lens 1000, the liquid crystal field lens ( The lens 1000 acts as a lens similar to a parabolic optical lens, and the first and second images IM1 and IM2 emitted from the display panel 350 are respectively formed by the liquid crystal field lens 1000. When the distance between the first and second viewing zones V1 and V2 is transmitted to the second viewing zone V1 and V2 and the distance between the two eyes of a person is designed, the user may view the first and second viewing zones. The first and second images IM1 and IM2 delivered to (V1 and V2) are respectively synthesized to recognize a 3D image by stereo graphics.

한편, 제 1 내지 제 4 전극(401, 403, 405, 501)에 전압을 인가하지 않을 경우, 상기 액정 전계 렌즈(1000)는 각각 제 2 및 제 3 전극(403, 405) 방향으로 러빙된 제 1 배향막(406)과, 이에 교차하게 배향된 제 2 배향막(502)에 의해 제 1 배향막(406)으로부터 제 2 배향막(502)까지 수평하게 배향된 액정층(600)에 의해, 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.Meanwhile, when no voltage is applied to the first to fourth electrodes 401, 403, 405, and 501, the liquid crystal field lens 1000 is rubbed in the directions of the second and third electrodes 403 and 405, respectively. The display panel may be formed by the liquid crystal layer 600 which is horizontally oriented from the first alignment layer 406 to the second alignment layer 502 by the first alignment layer 406 and the second alignment layer 502 that is aligned to cross each other. It serves as a simple transparent layer that is displayed as it is without refraction of the first and second images IM1 and IM2 of 350. Accordingly, the first and second images IM1 and IM2 are transmitted to the user without the visual field classification, and the user recognizes the 2D image.

그리고, 도 8은 도 7의 액정 전계 렌즈와 대응되는 픽셀 어레이를 나타낸 평면도이며, 도 9는 액정 전계 렌즈의, 제 2 기판 상의 전극을 나타낸 평면도이고, 도 10은 액정 전계 렌즈의, 제 1 기판 상의 전극을 나타낸 평면도이다. 또한, 도 11은 도 7의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도이고, 도 12는 도 7의 액정 전계 렌즈를 나타낸 사시도이다. 8 is a plan view showing a pixel array corresponding to the liquid crystal field lens of FIG. 7, FIG. 9 is a plan view showing an electrode on a second substrate of the liquid crystal field lens, and FIG. 10 is a first substrate of the liquid crystal field lens. It is a top view which shows the electrode of phase. 11 is a cross-sectional view illustrating the liquid crystal field lens of FIG. 7, and FIG. 12 is a perspective view illustrating the liquid crystal field lens of FIG. 7.

도 8 내지 도 12와 같이, 각각 R, G, B 영상 신호가 스프라이프(stripe)형으로 출사되는 표시 패널(350)에 대하여, 상측에 위치하여 2D 영상 신호를 3D 영상 신호로 출사하는 액정 전계 렌즈(1000)가 위치한다. As shown in FIGS. 8 to 12, the liquid crystal electric field which is located above and emits a 2D video signal as a 3D video signal with respect to the display panel 350 in which the R, G, and B video signals are output in a stripe type, respectively. The lens 1000 is located.

여기서, 도 8과 같이, 상기 표시 패널(350)은, 하나의 픽셀당 R, G, B 서브 픽셀이 포함되어 이루어지며, 상기 하나의 픽셀의 가로 폭이 상기 액정 전계 렌즈의 일 렌즈 영역(L)의 피치(pitch)에 상당한다. 이러한 표시 패널(350)은 2차원 영상 표시가 가능한 액정 패널, 유기 EL(Electro Luminescence) 패널, PDP 패널 등을 이용할 수 있다.Here, as shown in FIG. 8, the display panel 350 includes R, G, and B subpixels per pixel, and the width of the one pixel is one lens area L of the liquid crystal field lens. Corresponds to the pitch of The display panel 350 may use a liquid crystal panel capable of displaying two-dimensional images, an organic electroluminescence (EL) panel, a PDP panel, or the like.

또한, 액정 전계 렌즈는 도 9와 같이, 제 1 기판(400: 도 11 및 도 12 참조) 상에는, 전면 형성된 제 1 전극(401)과, 인접한 좌우 렌즈 영역들의 중심간에 형성된 제 2 전극(403)과, 상기 제 2 전극(403)의 중심에 위치하며, 또한, 렌즈 영역(L) 에지부에 대응되기도 한 제 3 전극(405)을 포함하여 형성되며, 도 10과 같이, 상기 제 2 기판(500: 도 11 및 도 12 참조)의 전면에 제 4 전극(501)이 형성된다.In addition, as shown in FIG. 9, the liquid crystal field lens includes a first electrode 401 formed on the front surface of the first substrate 400 (see FIGS. 11 and 12) and a second electrode 403 formed between the centers of adjacent left and right lens regions. And a third electrode 405 positioned at the center of the second electrode 403 and corresponding to an edge portion of the lens region L, as shown in FIG. 10. 500: see FIG. 11 and FIG. 12, the fourth electrode 501 is formed.

여기서, 도시된 도면에서는 상기 표시 패널(350)의 상기 R, G, B 열을 합한 폭에 대응되어 렌즈 영역의 피치(pitch)가 결정되며, 각 렌즈 영역의 에지가 상기 표시 패널(350)의 G열에 대응되어 위치하는 것으로 나타내고 있다. 상기 표시 패널(350)에 대응되는 렌즈 영역의 폭은 경우에 따라 변경될 수 있다. 이에 따라, 상기 상기 렌즈 영역(L)의 에지에 대응되는 상기 표시 패널(350)의 부위도 그 위치 및 주기를 달리할 수 있다. Here, in the drawing, the pitch of the lens area is determined to correspond to the widths of the R, G, and B columns of the display panel 350, and the edge of each lens area is determined by the display panel 350. It is shown to be located corresponding to the G column. The width of the lens area corresponding to the display panel 350 may be changed in some cases. Accordingly, a portion of the display panel 350 corresponding to the edge of the lens region L may also have a different position and period.

실험상으로, 상기 제 1 전극(401)의 길이가 길수록 형성되는 액정 전계 렌즈의 광경로가 전압에 덜 민감해질 수 있음을 확인할 수 있었다. 이를 이용하여, 상기 제 1 전극(401)의 폭을 최대로 길게, 즉, 상기 제 1 기판(400) 전면에 투명한 상기 제 1 전극(401)을 형성한다. 이러한 상기 제 1 전극(401) 위에 인접한 렌즈 영역의 중심으로부터 이격하여 인접한 좌우 렌즈 영역에 걸쳐 투명한 상기 제 2 전극(403)을 형성하고, 상기 제 2 전극(403)의 중앙 부위에 대응하여 금속 패턴을 이용하여 제 3 전극(405)을 형성한다. 즉, 마스크의 증가없이, 상기 제 1 전극(401) 의 형성이 가능하고, 또한, 렌즈 피치(pitch: 일 렌즈 영역의 가로 폭)가 넓고 셀갭이 낮은 완만한 렌즈 모양을 형성할 수 있다.Experimentally, it can be seen that the longer the length of the first electrode 401, the light path of the formed liquid crystal field lens may be less sensitive to voltage. By using this, the width of the first electrode 401 is maximized, that is, the transparent first electrode 401 is formed on the entire surface of the first substrate 400. The transparent second electrode 403 is formed on the first electrode 401 to be spaced apart from the center of the adjacent lens region, and the metal pattern corresponds to the central portion of the second electrode 403. To form a third electrode 405. That is, the first electrode 401 can be formed without increasing the mask, and a gentle lens shape having a wide lens pitch and low cell gap can be formed.

이 때, 상기 제 2 전극(403)에는 1.6~2V의 문턱 전압을, 상기 제 3 전극(405)에는 약 2.5~10V의 고전압을 인가하고, 상기 제 4 전극(501)에는 접지 전압(0V)을 인가한다. 그리고, 상기 제 1 전극(401)에는 접지 전압(0V)과 상기 제 2 전극(403)에 인가되는 전압(1.6~2V) 사이의 전압 값을 인가한다. 여기서, 상기 제 2 전극(403)에 인가되는 문턱 전압은 V=

Figure 112007049136576-PAT00002
(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정의 탄성 계수, ε0은 자유공간 유전율)로 계산되며, 이를 피크값으로 하는 교류 사각파(square wave)로 인가되며, 상기 제 1 전극(401)에는 이보다 작은 값을 피크값으로 하는 교류 사각파, 상기 제 3 전극(405)는 약 2.5~10V를 피크값으로 하여 인가되는 교류 사각파이다. In this case, a threshold voltage of 1.6 to 2 V is applied to the second electrode 403, a high voltage of about 2.5 to 10 V is applied to the third electrode 405, and a ground voltage (0 V) is applied to the fourth electrode 501. Is applied. In addition, a voltage value between a ground voltage (0V) and a voltage (1.6 to 2V) applied to the second electrode 403 is applied to the first electrode 401. Here, the threshold voltage applied to the second electrode 403 is V =
Figure 112007049136576-PAT00002
(Δε is calculated by the liquid crystal dielectric anisotropy, K1 is the elastic modulus of the liquid crystal, ε 0 is the free-space dielectric constant), and is applied as an AC square wave with the peak value, and is applied to the first electrode 401 An AC square wave having a small value as a peak value, and the third electrode 405 is an AC square wave applied with a peak value of about 2.5 to 10V.

이러한 전압 인가에 의해 서로 대향된 제 1, 제 2 기판(400, 500)간에는 수직 전계가 형성되고, 상기 제 1 기판(400) 상에 형성된 제 1 내지 제 3 전극(401, 403, 405)에 의해 상기 제 1, 제 2 기판(400, 500) 사이의 조성되는 전기장은 완만하게 포물선이 그려지는 측면 전기장으로 형성된다. A vertical electric field is formed between the first and second substrates 400 and 500 facing each other by applying the voltage, and the first to third electrodes 401, 403, and 405 formed on the first substrate 400 are formed. As a result, the electric field formed between the first and second substrates 400 and 500 is formed as a side electric field in which a parabolic curve is drawn gently.

즉, 구체적으로 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 도 11 및 도 12를 통해 참조하면 설명한다. That is, the liquid crystal field lens according to the second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 11 and 12.

복수개의 렌즈영역이 대응되어 정의되어, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판(400, 500)과, 상기 제 1 기판(400) 전면에 형성된 제 1 전극(401)과, 상기 제 1 전극(401) 상에 형성된 제 1 절연막(402)과, 상기 각 렌즈 영역들에 대하여, 인접한 좌우 렌즈영역의 중심 사이에 걸쳐 형성된 제 2 전극(403)과, 상기 제 2 전극(403)을 포함한 상기 제 1 절연막(402) 상에 형성된 제 2 절연막(404)과, 상기 제 2 절연막(404) 상에, 상기 각 렌즈 영역의 에지부에 대응하여 형성된 제 3 전극(405)과, 상기 제 2 기판(500) 상에 전면 형성된 제 4 전극(501) 및 상기 제 1 기판(400) 및 제 2 기판(500) 사이에 채워진 액정층(600)을 포함하여 이루어진다. A plurality of lens regions are defined to correspond to each other, and are disposed to face each other, the first and second substrates 400 and 500, the first electrode 401 formed on the entire surface of the first substrate 400, and the first electrode ( A first insulating layer 402 formed on the 401, a second electrode 403 formed between the centers of the adjacent left and right lens regions with respect to each of the lens regions, and the second electrode 403 including the second electrode 403. The second insulating film 404 formed on the first insulating film 402, the third electrode 405 formed on the second insulating film 404 corresponding to the edge portion of each lens region, and the second substrate ( And a liquid crystal layer 600 filled between the fourth electrode 501 and the first substrate 400 and the second substrate 500 formed on the entire surface of the substrate 500.

이러한 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는, 문턱 전압이 인가되는 상기 제 2 전극(403) 외에 상대적으로 면적이 더 크며 낮은 전압이 인가되는 제 1 전극(401)이 형성되어, 상기 제 3 전극(405)과 상기 제 4 전극(501)과의 사이에 형성되는 전위면이 낮아지게 하고, 이에 따라 결과적으로 형성되는 액정 전계 렌즈의 높이, 즉, 새그(sag)를 낮출 수 있게 되어, 액정 전계 렌즈가 형성되지 않는 두께의 액정을 생략할 수 있어, 액정층(600)의 두께를 줄일 수 있다. In the liquid crystal field lens according to the second exemplary embodiment, a first electrode 401 having a relatively large area and a low voltage applied thereto is formed in addition to the second electrode 403 to which a threshold voltage is applied. The potential surface formed between 405 and the fourth electrode 501 is lowered, thereby lowering the height of the resulting liquid crystal field lens, that is, sag, and thus the liquid crystal electric field. Since the liquid crystal having a thickness in which the lens is not formed may be omitted, the thickness of the liquid crystal layer 600 may be reduced.

또한, 여기서, 상기 제 3 전극(405)을 포함한 상기 제 2 절연막(404) 상에 버퍼층을 형성할 수도 있는데, 앞서 설명한 원리로 전압 변화가 심한 부위를 버퍼층(미도시)을 두어, 실질적으로 액정층(600)에는 보다 포물면이 완만한 액정 전계 렌즈의 형성이 가능하다.In addition, a buffer layer may be formed on the second insulating layer 404 including the third electrode 405. A buffer layer (not shown) is provided at a portion where a voltage change is severe in accordance with the above-described principle, thereby substantially liquid crystal. In the layer 600, a more parabolic liquid crystal field lens can be formed.

도시된 도면에서는, 상기 액정층(600)을 이루는 액정 분자는 양의 유전율 이방성을 가진 경우를 도시하였으나, 도 3에 도시된 액정 전계 렌즈와 달리 이에 비 해 쉬프트된 액정 전계 렌즈를 의도하는 경우, 혹은 도시된 바와 동일한 효과의 액정 전계 렌즈를 형성하는 경우라도, 상기 제 1 기판(400) 상에 배치되는 전극의 배치를 달리하거나 상기 제 1, 제 2 기판(400, 500)의 위치를 서로 반전시켜 음의 유전율 이방성을 갖는 재료를 사용할 수도 있다.Although the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 600 have a positive dielectric anisotropy in FIG. 3, unlike the liquid crystal field lens illustrated in FIG. 3, a shifted liquid crystal field lens is intended. Alternatively, even in the case of forming a liquid crystal field lens having the same effect as shown, the electrode disposed on the first substrate 400 is different, or the positions of the first and second substrates 400 and 500 are inverted. It is also possible to use a material having negative dielectric anisotropy.

한편, 본 발명의 액정 전계 렌즈(1000)는, 그 자체로는 삼차원 구현에 이용되는 렌즈 역할을 하는 것이고, 경우에 따라, 이차원을 구현하는 표시 장치상에 위치하여, 이차원 영상을 삼차원 영상으로 변환시켜 영상을 표시할 수 있다. 또한, 전압 무인가시 광이 투과되는 특성을 이용하여, 전압 무인가시는 이차원 표시, 전압 인가시는 삼차원 표시와 같은 스위칭 기능을 겸용할 수 있다. 이러한 액정 전계 렌즈는, 하부에 2차원 영상 표시가 가능한 표시 장치를 두어, 이용가능할 것이다. 즉, 상기 2차원 영상 표시와 3차원 영상 표시의 스위칭(switching) 기능이 가능하여, 상기 액정 전계 렌즈는 전압 인가시는 하부 표시 장치로부터 나오는 이차원 영상 신호의 입체(삼차원) 영상 표시를 가능하게 하고, 전압 무인가시에는 하부 표시 장치로부터 나오는 2차원 영상 표시를 바로 관측자에게 전달하여 2차원 영상 표시가 가능할 것이다.On the other hand, the liquid crystal field lens 1000 of the present invention serves as a lens used in the three-dimensional implementation itself, and in some cases, is located on the display device for implementing the two-dimensional, converting the two-dimensional image to a three-dimensional image To display an image. In addition, by utilizing the characteristic that light is transmitted when no voltage is applied, it is possible to use a switching function such as two-dimensional display when no voltage is applied and three-dimensional display when voltage is applied. Such a liquid crystal field lens may be used by placing a display device capable of displaying a two-dimensional image at a lower portion thereof. That is, the switching function of the two-dimensional image display and the three-dimensional image display is possible, and the liquid crystal field lens enables stereoscopic (three-dimensional) image display of the two-dimensional image signal from the lower display device when voltage is applied. When no voltage is applied, the 2D image display from the lower display device is directly transmitted to the observer, thereby enabling the 2D image display.

이 때, 전압 무인가시 2차원 영상 표시가 가능하도록 상기 제 1, 제 2 기판(400, 500)에, 초기 상태(전압 무인가시)에서 광의 투과가 가능하게 배향처리를 한다. 즉, 상기 제 1, 제 2 배향막(406, 502)은 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서, 상기 액정층(600)이 광을 투과시키는 배향 특성을 갖도록, 상기 제 1 배향막(406) 측은 상기 제 3 전극(405)으로 러빙(rubbing)하고, 상기 제 2 배향막(502) 은 이에 교차하는 방향으로, 안티 패럴랠(anti-parallel)하게 한다. 여기서, 상기 제 1, 제 2 기판(400, 500)의 배면측은 편광판이 구비되지 않는 것으로, 이에 따라 하부로부터 표시장치를 통해 상기 액정 전계 렌즈를 통과한 빛은 그대로 관측자에게 투과되어 전달된다.At this time, the first and second substrates 400 and 500 are oriented so that light can be transmitted in an initial state (when no voltage is applied) to enable two-dimensional image display when no voltage is applied. That is, the first and second alignment layers 406 and 502 may have an alignment characteristic in which the liquid crystal layer 600 transmits light in an initial state where no voltage is applied. Rubbing with the three electrodes 405, and the second alignment layer 502 is anti-parallel in the direction crossing it. Here, the back side of the first and second substrates 400 and 500 is not provided with a polarizing plate, so that the light passing through the liquid crystal field lens from the bottom through the display device is transmitted to the viewer as it is.

본 발명의 액정 전계 렌즈는 각 전극에 전압 인가시 상기 액정층(600)이 포물선면의 표면을 갖는 렌즈와 동일한 효과를 갖는 것으로, 이를 이용할 경우, 영상 신호의 삼차원 구현이 가능하게 된다. In the liquid crystal field lens of the present invention, when the voltage is applied to each electrode, the liquid crystal layer 600 has the same effect as the lens having a parabolic surface, and when used, a three-dimensional implementation of an image signal is possible.

특히, 본 발명의 액정 전계 렌즈는, 액정 전계 변화가 심한 부위를 버퍼층으로 가려, 실질적으로 액정층의 전계 변화를 낮추어, 액정 전계 렌즈를 완만하게 조절할 수 있으며, 그 높이까지 조절할 수 있다.In particular, the liquid crystal field lens of the present invention covers a portion where the change in the liquid crystal field is severe with the buffer layer, thereby substantially reducing the change in the electric field of the liquid crystal layer, so that the liquid crystal field lens can be gently adjusted, and the height can be adjusted.

이하, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈와 버퍼층을 구비하지 않은 3전극 구조의 액정 전계 렌즈에 대해 시뮬레이션된 자료를 통해 비교 설명한다.Hereinafter, the liquid crystal field lens and the liquid crystal field lens having a three-electrode structure having no buffer layer according to the second embodiment of the present invention will be compared and explained through simulated data.

도 13은 버퍼층의 구비없이 3 전극을 구비한 액정 전계 렌즈의 렌즈 모양의 시뮬레이션도이며, 도 14는 본 발명의 4 전극을 구비한 액정 전계 렌즈의 렌즈 모양의 시뮬레이션도이다.FIG. 13 is a lenticular simulation diagram of a liquid crystal field lens with three electrodes without a buffer layer, and FIG. 14 is a lenticular simulation diagram of a liquid crystal field lens with four electrodes of the present invention.

액정층 외에 별도 버퍼층의 구비없이, 3전극으로 액정 전계 렌즈를 형성시는 도 13과 같이 포물렌즈면에 비해 그 표면에서 일탈이 심하였고, 반면 도 14와 같이, 4전극으로 액정 전계 렌즈를 형성시는 포물렌즈면과 유사한 위상을 갖는 것이 관찰된다. 여기서, 도 13 및 도 14에서 각각 고전압이 인가되는 제 2 전극 및 제 3 전극은 차광 금속으로 이루어져 렌즈 형성이 이루어지지 못하고 차광되는 영역으로 이 부위에서 동일한 광경로를 갖게 되어 동일한 위상 값을 나타나고 있다.When the liquid crystal field lens was formed of three electrodes without a separate buffer layer in addition to the liquid crystal layer, deviation from the surface thereof was severe compared to the parabolic surface as shown in FIG. 13, while the liquid crystal field lens was formed of four electrodes as shown in FIG. 14. The eye is observed to have a phase similar to the parabolic surface. Here, in FIG. 13 and FIG. 14, the second electrode and the third electrode to which the high voltage is applied, respectively, are made of light shielding metal, and thus the lens is not formed, and the light shielding area is the same. .

도 13 및 도 14의 액정 전계 렌즈를 시뮬이션한 값을 일예로 들어 설명한다. The values obtained by simulating the liquid crystal field lenses of FIGS. 13 and 14 will be described as an example.

예를 들어, 셀갭의 비율이 약 10: 1(실험상에서는 렌즈 영역의 일 피치가 200㎛이며, 액정층의 셀갭이 20㎛)일 때, 각각 최적 전압에서 형성되는 렌즈 프로파일을 보면, 3 전극 구조의 경우 정상적인 렌즈 프로파일(포물렌즈면)을 갖는 갖지 못함을 알 수 있었다. 이는 렌즈 영역의 피치가 커질수록, 제 2 전극 위치에서 높게 형성되는 위상의 특성상 렌즈의 꼭지점(렌즈의 높이가 가장 높은 점)을 적어도 포함하여야 하는 액정층의 셀갭은 자연적으로 커지기 마련이다. 그러나, 도 14와 같이, 4 전극 구조의 경우, 제 1 기판 상에 형성되는 제 1 전극부터 제 3 전극으로 갈수록 점점 작아지고, 좀 더 큰 전압이 인가되게 되므로, 측면 전기장이 보다 완만하게 조성되며, 이에 수직한 위상 또한, 완만한 포물렌즈면에 유사하게 형성되어, 물리적으로 형성한 포물 렌즈와 비교하여 크게 렌즈면 차이가 없는 액정 전계 렌즈의 형성이 가능하게 된다.For example, when the ratio of the cell gap is about 10: 1 (experimentally, one pitch of the lens region is 200 µm and the cell gap of the liquid crystal layer is 20 µm), the three-electrode structure is formed when the lens profiles are formed at optimum voltages, respectively. It can be seen that does not have a normal lens profile (parabolic lens surface). This is because the larger the pitch of the lens region, the larger the cell gap of the liquid crystal layer, which should include at least the vertex of the lens (the point where the height of the lens is) due to the phase formed at the second electrode position. However, as shown in FIG. 14, in the case of the four-electrode structure, since the first electrode formed on the first substrate is gradually smaller from the first electrode to the third electrode, a larger voltage is applied, so that the side electric field is more gentle. In addition, the vertical phase is similarly formed on the smooth parabolic lens surface, and thus, it is possible to form a liquid crystal field lens having no large lens surface difference compared to the physically formed parabolic lens.

실험상에서, 상기 렌즈 영역의 피치는 200㎛로 한 것으로, 이 때 상기 제 2 전극의 폭은 이의 9/10의 정도인 약 180㎛ 정도로 하며, 상기 제 3 전극은 렌즈 영역의 1/20인 10㎛으로 하여 얻은 액정 전계 렌즈의 프로파일이다. 필요한 렌즈의 피치 및 새그에 따라, 각각의 폭 및 배율 정도는 변경 가능할 것이다. Experimentally, the pitch of the lens region was set to 200 µm, where the width of the second electrode was about 180 µm, about 9/10 of that, and the third electrode was 10, which is 1/20 of the lens region. It is the profile of the liquid crystal field lens obtained as micrometer. Depending on the pitch and sag of the lens required, the respective widths and magnifications will vary.

상술한 시뮬레이션에서 관찰된 액정 전계 렌즈는 2뷰(view)(뷰: 하나의 시역안에 들어있는 서브픽셀 수) 또는 3뷰(view)가 가능한 것으로 중소형 패널에 적용하기 용이한 것으로, 이하, 표시 패널의 단일 화소가 커지는 대면적 표시 장치에 있어서, 렌즈 영역의 뷰 수를 늘려 실험한 예를 살펴본다.The liquid crystal field lens observed in the above-described simulation is capable of two views (view: the number of subpixels in one field of view) or three views, and is easy to apply to small and medium-sized panels. In a large-area display device in which a single pixel of a large is enlarged, an example of experimenting by increasing the number of views of the lens area will be described.

도 15a 및 도 15b는 9뷰(view) 액정 전계 렌즈를 버퍼층 없이 3전극으로 구현한 경우의 배치 구조와 이의 렌즈 모양을 나타낸 시뮬레이션도이며, 도 16a 및 도 16b는 9뷰(view) 액정 전계 렌즈를 4전극 및 버퍼층을 함께 구비하여 구현한 경우의 배치 구조와 이의 렌즈 모양을 나타낸 시뮬레이션도이다.15A and 15B are simulation views showing an arrangement structure and a lens shape when a 9-view liquid crystal field lens is implemented by three electrodes without a buffer layer, and FIGS. 16A and 16B are 9-view liquid crystal field lenses. Is a simulation diagram showing an arrangement structure and a lens shape thereof when the four electrodes and the buffer layer are implemented together.

9뷰를 구현하기 위하여는 일 렌즈 영역의 가로길이에 4.5개, 세로길이에 2개의 서브픽셀(R, G, B 서브픽셀)이 들어오도록 피치를 늘려야 한다. 3 전극 구조의 도 15a의 시뮬레이션 상에서는, 상기 피치를 730㎛로 하였으며, 상기 일 렌즈 영역내에 전계에 의한 효과를 충분히 주기 위해 상대적으로 제 2 전극의 폭을 약 90㎛ 정도로 하였다. 도 15b 를 통해 이 경우, 액정층의 전기장 변화에 따른 렌즈 프로파일을 살펴보면, 포물 렌즈의 형상으로부터 일탈이 심함을 알 수 있다. 특히, 상기 제 2 전극의 부근, 상기 제 2 전극과 제 3 전극(대향기판측에 전면 형성된 전극) 사이에 수직 전계가 강하게 걸리는 부위에, 포물렌즈에 대비된 기울기가 커지며, 렌즈 중심 영역(도면에서 좌우 가장자리)에 비해 광경로가 매주 작아지게 되어, 렌즈로 이용할 수 없는 비유효 영역이 발생하며, 이와 같이, 포물 렌즈의 형상에 비해 많이 일탈하거나 비유효 영역이 늘게 될수록, 왜곡을 유발하는 정도가 커 지므로 액정 전계 렌즈로 이용하기 힘들다.In order to implement 9 views, the pitch should be increased so that 4.5 sub-pixels and 2 sub-pixels (R, G, and B subpixels) enter the length of one lens region. In the simulation of FIG. 15A of the three-electrode structure, the pitch was set to 730 µm, and the width of the second electrode was set to about 90 µm in order to sufficiently effect the electric field in the one lens region. 15B, in this case, looking at the lens profile according to the electric field change of the liquid crystal layer, it can be seen that the deviation from the shape of the parabolic lens is severe. In particular, in a region where the vertical electric field is strongly applied to the vicinity of the second electrode and between the second electrode and the third electrode (electrode formed on the opposite substrate side), the inclination of the parabolic lens increases, and the lens center region (Fig. The optical paths become smaller each week than the left and right edges, resulting in an invalid area that cannot be used as a lens. Thus, the more the deviation or the invalid area is increased compared to the shape of the parabolic lens, the more the distortion is caused. It becomes hard to use as a liquid crystal field lens because it becomes large.

이에 비해, 도 16a와 같이, 9뷰 액정 전계 렌즈를 4 전극 및 버퍼층을 함께 구비하여 구현한 경우, 하판측에 위에서부터 아래로 점점 폭이 넓어지는 제 1 내지 제 3 전극을 형성하고, 대향 기판측에 전면 형성된 제 4 전극을 형성시, 도 16b와 같이, 상기 제 3 전극 부근을 제외하고는 거의 포물 렌즈에 근사한 형태의 렌즈 프로파일을 얻을 수 있다.On the contrary, as shown in FIG. 16A, when the 9-view liquid crystal field lens is implemented with four electrodes and a buffer layer, the first to third electrodes, which are gradually widened from top to bottom, are formed on the lower plate side, and the opposite substrate is formed. When the fourth electrode formed entirely on the side is formed, as shown in Fig. 16B, a lens profile can be obtained that is close to the parabolic lens except for the vicinity of the third electrode.

이 경우, 상기 제 1 전극에는 약 1.8V, 제 2 전극에는 약 2V, 제3 전극에는 4V을 인가하였으며, 상기 제 1 내지 제 3 전극의 폭을 각각 730㎛, 230㎛, 10㎛로 하여 실험하였다. 이 때, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에는 제 1 절연막을 개재하고, 상기 제 2 전극 및 제 3 전극 사이에는 제 2 절연막을 개재하고, 상기 제 3 절연막 상에는 버퍼층을 더 구비하였고, 이 때, 각 절연막 및 버퍼층의 두께는 차례로, 0.2㎛, 0.2㎛, 2㎛으로 하였다. In this case, about 1.8 V was applied to the first electrode, about 2 V to the second electrode, and 4 V to the third electrode, and the widths of the first to third electrodes were set to 730 μm, 230 μm, and 10 μm, respectively. It was. In this case, a first insulating film is interposed between the first electrode and the second electrode, a second insulating film is interposed between the second electrode and the third electrode, and a buffer layer is further provided on the third insulating film. The thicknesses of the insulating films and the buffer layers were in the order of 0.2 m, 0.2 m and 2 m, in turn.

상기 제 3 전극은 차광 금속을 이용하여 형성하여, 특히, 크로스토크가 심한 부위를 선택적으로 가리도록 하며, 이에 따라, 상기 제 3 전극 상부는 굴곡을 갖는 렌즈로 이용되지 않는다.The third electrode is formed using a light shielding metal, and particularly, to selectively cover a portion having a high crosstalk, and thus the upper portion of the third electrode is not used as a lens having a bend.

이러한 9뷰 4전극 구조에서는, 렌즈 영역의 피치가 큰 관계로, 피치에 비례하여 새그(sag) 또한 커질것으로, 충분히 액정층의 두께를 두껍게(약 50㎛ 상당) 하여, 액정 전계 렌즈를 형성한다. In the nine-view four-electrode structure, the sag is also increased in proportion to the pitch because the pitch of the lens region is large, and the liquid crystal layer is sufficiently thick (equivalent to about 50 µm) to form a liquid crystal field lens. .

이러한 버퍼층과 4전극을 구비한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는 도 16b와 같이, 포물 렌즈에 거의 유사한 형태로 안정적인 프로파일을 구현 할 수 있어, 특히, 5뷰, 7뷰, 9뷰 등의 멀티뷰로 표시되는 대면적 표시 장치에 이용하기 유용하다.The liquid crystal field lens according to the second exemplary embodiment of the present invention having the buffer layer and the four electrodes may implement a stable profile in a shape substantially similar to that of the parabolic lens, as shown in FIG. 16B. It is useful for a large area display device displayed in a multi-view such as a view.

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.On the other hand, the present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, it is possible that various substitutions, modifications and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.

도 1은 종래의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도1 is a cross-sectional view showing a conventional liquid crystal field lens

도 2는 도 1의 액정 전계 렌즈 형성시 전압 인가 후 전위 분포를 나타낸 도면FIG. 2 is a diagram illustrating potential distribution after voltage application when forming the liquid crystal field lens of FIG. 1; FIG.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 이용한 입체 표시 장치를 나타낸 단면도3 is a cross-sectional view of a stereoscopic display device using a liquid crystal field lens according to a first exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도4 is a cross-sectional view illustrating a liquid crystal field lens of FIG. 3.

도 5는 도 4의 구조에 전압 인가시 전위 분포 및 액정 분자 배열 분포를 나타낸 그래프FIG. 5 is a graph showing a potential distribution and a liquid crystal molecular array distribution when a voltage is applied to the structure of FIG. 4; FIG.

도 6은 도 4 및 도 5를 통해 얻어진 액정 전계 렌즈의 위치에 따른 위상을 나타낸 그래프6 is a graph illustrating phases according to positions of liquid crystal field lenses obtained through FIGS. 4 and 5.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 이용한 입체 표시 장치를 나타낸 단면도7 is a cross-sectional view of a stereoscopic display device using a liquid crystal field lens according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 8은 도 7의 액정 전계 렌즈와 대응되는 픽셀 어레이를 나타낸 평면도8 is a plan view illustrating a pixel array corresponding to the liquid crystal field lens of FIG. 7.

도 9는 액정 전계 렌즈의, 제 2 기판 상의 전극을 나타낸 평면도9 is a plan view showing an electrode on a second substrate of a liquid crystal field lens;

도 10은 액정 전계 렌즈의, 제 1 기판 상의 전극을 나타낸 평면도10 is a plan view showing an electrode on a first substrate of a liquid crystal field lens;

도 11은 도 7의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the liquid crystal field lens of FIG. 7. FIG.

도 12는 도 7의 액정 전계 렌즈를 나타낸 사시도12 is a perspective view illustrating the liquid crystal field lens of FIG. 7.

도 13은 버퍼층의 구비없이 3 전극을 구비한 액정 전계 렌즈의 렌즈 모양의 시뮬레이션도13 is a lenticular simulation diagram of a liquid crystal field lens having three electrodes without a buffer layer.

도 14는 본 발명의 4 전극을 구비한 액정 전계 렌즈의 렌즈 모양의 시뮬레이션도14 is a lenticular simulation diagram of a liquid crystal field lens with four electrodes of the present invention.

도 15a 및 도 15b는 9뷰(view) 액정 전계 렌즈를 버퍼층 없이 3전극으로 구현한 경우의 배치 구조와 이의 렌즈 모양을 나타낸 시뮬레이션도15A and 15B are simulation views showing an arrangement structure and a lens shape thereof when the 9-view liquid crystal field lens is implemented with three electrodes without a buffer layer.

도 16a 및 도 16b는 9뷰(view) 액정 전계 렌즈를 4전극 및 버퍼층을 함께 구비하여 구현한 경우의 배치 구조와 이의 렌즈 모양을 나타낸 시뮬레이션도16A and 16B are simulation diagrams showing an arrangement structure and a lens shape when a 9-view liquid crystal field lens is implemented with four electrodes and a buffer layer.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 제 1 기판 101 : 제 1 전극100: first substrate 101: first electrode

102 : 절연막 103 : 제 2 전극102 insulating film 103 second electrode

104 : 버퍼층 200 : 제 2 기판104: buffer layer 200: second substrate

201 : 제 3 전극 300 : 액정층201: third electrode 300: liquid crystal layer

350 : 표시 패널 400 : 제 1 기판350: display panel 400: first substrate

401 : 제 1 전극 402 : 제 1 절연막401: first electrode 402: first insulating film

403 : 제 2 전극 404 : 제 2 절연막403: second electrode 404: second insulating film

405 : 제 3 전극 406 : 제 1 배향막405: third electrode 406: first alignment layer

500 : 제 2 기판 501 : 제 4 전극500: second substrate 501: fourth electrode

502 : 제 2 배향막 600 : 액정층502: second alignment layer 600: liquid crystal layer

700 : 광원 1000, 10000: 액정 전계 렌즈700: light source 1000, 10000: liquid crystal field lens

Claims (19)

복수개의 렌즈영역이 대응되어 정의되어, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판;First and second substrates in which a plurality of lens regions are defined correspondingly and disposed to face each other; 상기 제 1 기판 상의 각 렌즈 영역들에 대하여, 인접한 좌우 렌즈영역의 중심 사이에 걸쳐 형성된 제 1 전극;A first electrode formed between the centers of adjacent left and right lens regions with respect to each of the lens regions on the first substrate; 상기 제 1 전극을 포함한 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 절연막;A first insulating film formed on the first substrate including the first electrode; 상기 제 1 절연막 상에, 상기 각 렌즈 영역의 에지부에 대응하여 형성된 제 2 전극;A second electrode formed on the first insulating layer corresponding to an edge portion of each lens region; 상기 제 2 전극을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성된 버퍼층;A buffer layer formed on the first insulating film including the second electrode; 상기 제 2 기판 상에 전면 형성된 제 3 전극; 및A third electrode formed entirely on the second substrate; And 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.And a liquid crystal layer filled between the first substrate and the second substrate. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼층은 포토 아크릴 또는 BCB(BenzeneCycloButene)인 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.The buffer layer is a photo acrylic or BCB (Benzene CycloButene) characterized in that the liquid crystal field lens. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼층의 유전율이 액정층의 유전율보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.And a dielectric constant of the buffer layer is smaller than that of the liquid crystal layer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼층은 1~10㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 전계렌즈. The buffer layer is a liquid crystal field lens, characterized in that having a thickness of 1 ~ 10㎛. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 전극은 상기 제 2 전극을 경계로 좌우 인접한 렌즈 영역에 대해 대칭형으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.And the first electrode is formed symmetrically with respect to the left and right adjacent lens regions bordering the second electrode. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼층 및 상기 제 3 전극 상에 각각 제 1, 제 2 배향막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.And first and second alignment layers are further formed on the buffer layer and the third electrode, respectively. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 배향막은 상기 제 2 전극의 길이 방향으로 러빙되며, 상기 제 2 배향막은 상기 제 1 배향막의 러빙 방향과 교차하는 방향으로 러빙되는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.And the first alignment layer is rubbed in a longitudinal direction of the second electrode, and the second alignment layer is rubbed in a direction crossing the rubbing direction of the first alignment layer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 및 제 3 전극은 투명 금속인 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.And the first and third electrodes are transparent metals. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제 2 전극은 차광성 금속인 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.The second electrode is a light shielding metal, characterized in that the liquid crystal field lens. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 액정층의 구동시 When driving the liquid crystal layer 상기 제 1 전극에는 1.6~2V를 피크값으로 하는 교류 전압이 인가되며, 상기 제 2 전극에 2.5~15V를 피크값으로 하는 교류 전압이 인가되고, 상기 제 3 전극은 접지되는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.AC voltage having a peak value of 1.6 to 2V is applied to the first electrode, AC voltage having a peak value of 2.5 to 15V is applied to the second electrode, and the third electrode is grounded. Electric field lens. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 기판과 상기 제 1 전극을 포함한 제 1 절연막 사이의 층간에, 제 2 절연막을 개재하여 상기 제 1 기판 전면에 형성된 제 4 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.And a fourth electrode formed on the entire surface of the first substrate via a second insulating film between the layers between the first substrate and the first insulating film including the first electrode. 복수개의 렌즈영역이 대응되어 정의되어, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판;First and second substrates in which a plurality of lens regions are defined correspondingly and disposed to face each other; 상기 제 1 기판 전면에 형성된 제 1 전극;A first electrode formed on the entire surface of the first substrate; 상기 제 1 전극을 포함한 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 절연막;A first insulating film formed on the first substrate including the first electrode; 상기 제 1 절연막 상에, 각 렌즈 영역들에 대하여, 인접한 좌우 렌즈영역의 중심 사이를 걸쳐 형성된 제 2 전극;A second electrode formed on the first insulating layer between the centers of adjacent left and right lens regions with respect to each lens region; 상기 제 2 전극을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성된 제 2 절연막;A second insulating film formed on the first insulating film including the second electrode; 상기 제 2 절연막 상에, 상기 각 렌즈 영역의 에지부에 대응하여 형성된 제 3 전극;A third electrode formed on the second insulating layer corresponding to an edge portion of each lens region; 상기 제 2 기판 전면에 형성된 제 4 전극; 및A fourth electrode formed on the entire surface of the second substrate; And 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.And a liquid crystal layer filled between the first substrate and the second substrate. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제 3 전극을 포함한 상기 제 2 절연막 상 및 상기 제 4 전극 상에는 각각 제 1, 제 2 배향막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.A first and a second alignment layer are further formed on the second insulating film and the fourth electrode including the third electrode, respectively. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 1 배향막은 상기 제 2 전극의 길이 방향으로 러빙되며, 상기 제 2 배향막은 상기 제 1 배향막의 러빙 방향과 교차하는 방향으로 러빙되는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.And the first alignment layer is rubbed in a longitudinal direction of the second electrode, and the second alignment layer is rubbed in a direction crossing the rubbing direction of the first alignment layer. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제 1, 제 2 전극 및 제 4 전극은 투명 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.The first, the second electrode and the fourth electrode is a liquid crystal field lens, characterized in that made of a transparent metal. 제 15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 제 3 전극은 차광 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.The third electrode is a liquid crystal field lens, characterized in that made of a light shielding metal. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제 3 전극을 포함한 상기 제 2 절연막 상에는 오버코층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.The overcoating layer is further formed on the second insulating layer including the third electrode. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 액정층의 구동시 When driving the liquid crystal layer 상기 제 1 전극에는 0~1.6V의 교류 전압이 인가되며, 상기 제 2 전극에는 1.6~2V를 피크값으로 하는 교류 전압이 인가되며, 상기 제 3 전극에 2.5~10V를 피크값으로 하는 교류 전압이 인가되고, 상기 제 4 전극은 접지되는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.An AC voltage of 0 to 1.6 V is applied to the first electrode, an AC voltage having a peak value of 1.6 to 2 V is applied to the second electrode, and an AC voltage having a peak value of 2.5 to 10 V to the third electrode. Is applied, and the fourth electrode is grounded. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항의 액정 전계 렌즈와, A liquid crystal field lens according to any one of claims 1 to 18, 상기 액정 전계 렌즈 하부에 이차원의 제 1 및 제 2 영상을 출사하는 표시 패널을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.And a display panel configured to emit two-dimensional first and second images under the liquid crystal field lens.
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