KR20090063534A - 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세 분할 전극을 포함하여 액정 전계 렌즈를 구성할 경우, 미세 분할 전극과 이에 신호를 인가하는 신호 배선간의 전기적 연결을 최소한의 마스크를 이용하여 취할 수 있고 상기 미세 분할 전극에 라인 저항에 의한 영향을 방지한 액정 표시 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 액정 전계 렌즈는 복수개의 렌즈영역이 정의되어, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상의 일측변에 형성된 복수개의 금속 배선과, 상기 금속 배선을 포함한 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 절연막과, 상기 복수개의 금속 배선과 교차하며, 상기 제 1 절연막 상의 각 렌즈 영역들 내에, 복수개 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극들을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성되며, 상기 각 렌즈 영역에 대하여, 상기 제 1 전극과 교번하는 위치에 복수개 형성된 제 2 전극과, 상기 제 2 전극과 동일층의 투명 도전 패턴을 이용한, 상기 제 1 전극들과 상기 복수개의 금속 배선들간의 제 1 콘택부와, 상기 제 2 전극들과 상기 복수개의 금속 배선들간의 제 2 콘택부와, 상기 제 2 기판 상에 전면 형성된 공통 전극 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
액정 전계 렌즈, 4 마스크, 신호 배선, 미세 분할 전극, 이중층, 2/3D 전환

Description

액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치{Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device Using the Same}
본 발명은 입체 표시 장치에 관한 것으로 특히, 미세 분할 전극을 포함하여 액정 전계 렌즈를 구성할 경우, 미세 분할 전극과 이에 신호를 인가하는 신호 배선간의 전기적 연결을 최소한의 마스크를 이용하여 취할 수 있고 상기 미세 분할 전극에 신호 인가시 라인 저항에 의한 영향을 방지한 액정 표시 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치에 관한 것이다.
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.
일반적으로 3차원을 표현하는 입체화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm정도 떨어져서 존재하기 때문에, 두 눈의 위치의 차이로 왼쪽과 오른쪽 눈은 서로 약간 다른 영상을 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.
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 한다.
상술한 3차원 입체 영상을 표시하는 기술은 입체표시 방식, 체적 측정 방식, 홀로그램 방식으로 나눌 수 있다. 그리고, 입체 표시 방식은 안경착용여부에 따라 3D 안경(3D glasses) 방식과 안경미착용 방식으로 나누어진다. 다시 안경미착용 방식은, 3D 방식 구현에 이용하는 구조물의 형상에 따라 패럴랙스 배리어형(parallax barrier type)과, 렌티큘러형(lenticular type)으로 나뉘며, 이하에서는 렌티큘러형의 입체 표시 방식에 대하여 설명한다.
이하, 도면을 참조하여 일반적인 렌티큘러 방식의 입체 액정 표시 장치를 설명한다.
도 1은 일반적인 렌티큘러 방식의 입체 액정 표시 장치를 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1의 입체 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 일반적인 렌티큘러 방식의 입체 액정 표시 장치는, 상하부 기판(10a, 10b)과 그 사이에 액정(10c)이 충진된 액정 패널(10)과, 상기 액정 패널(10)의 후면(後面)에 위치하여 광을 조사하는 백라이트 유닛(20)과, 입체 영상의 구현을 위해 상기 액정 패널(10) 전면(前面)에 위치하는 렌티큘러 플레이트(30)를 포함하여 이루어진다.
또한, 도 2와 같이, 상기 상부 기판(10a)의 상부면과, 상기 하부 기판(10b)의 하부면에는 각각 제 1, 제 2 편광판(11, 12)이 부착되어 있다.
여기서, 상기 렌티큘러 플레이트(30)는 평평한 기판 상에, 그 상부 표면이 볼록 렌즈 형상의 물질층이 형성되어 이루어진다.
여기서, 상기 액정 패널(10)를 투과한 영상 이미지는 상기 렌티큘러 플레이트(30)를 통과하여 최종 관찰자의 각 눈으로 다른 이미지 그룹이 들어오게 하여, 삼차원의 입체 영상을 느낄 수 있게 된다.
이러한 일반적인 입체 액정 표시 장치는 상기 렌티큘러 플레이트(30)와 상기 액정 패널(10)은 기구물(미도시) 등에 의해 지지되어, 상기 렌티큘러 플레이트(30)와 상기 액정 패널(10) 상의 상기 제 1 편광판(11)의 사이가 소정 간격 이격되어 있다.
이 경우, 상기 액정 패널(10)상의 제 1 편광판(11)과 상기 렌티큘러 플레이트(30) 사이의 공간으로 상기 액정 패널(10) 또는 상기 렌티큘러 플레이트(30)가 처지거나 휘는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 휨 현상이 발생하면, 최종적으로 백라이트 유닛(20), 액정 패널(10) 및 렌티큘러 플레이트(30)를 투과하는 광경로의 이상이 발생되어, 화질을 저하시키는 문제점이 있다.
이러한 상기 액정 패널(10)과 렌티큘러 플레이트(30)간의 공간을 줄이기 위해 상기 액정 패널(10)과 렌티큘러 플레이트(30) 사이를 점착제를 채워 상기 액정 패널(10)과 렌티큘러 플레이트(30)를 서로 부착하여 형성할 수도 있으나, 이 경우, 액정 패널(10)이 대면적화할수록, 점착제가 많이 소요되고, 또한, 점착제에 기인하여 투과율을 저하시키는 또 다른 문제점을 야기하게 된다.
상기와 같은 렌티큘러 렌즈를 부착하는 경우, 접착제의 사용이나, 휨 현상에 의해 나타나는 시감 저하 문제나, 렌티큘러 렌즈를 매끄럽게 가공하는 데 있어서 어려움 문제점이 있다.
이에 따라, 액정 전계 렌즈를 표면을 렌즈의 형상으로 곡면 가공한 것이 아닌 상하 기판 사이에 액정을 채우고 상기 액정에 전계를 가하였을 때, 액정이 전위면에 따라 갖는 광경로 차가 발생하는 점을 이용한 액정 전계 렌즈가 소개되었다.
그런데, 상기 액정 전계 렌즈에 있어서, 액정 전계 렌즈의 크기가 커질수록 전극을 라인형태로 형성시 전극이 갖는 라인 저항에 의해 그 상하 단부에 인가되는 전압차가 발생하였다.
또한, 전극을 이중층으로 형성시 각 층의 전극과 신호배선의 컨택 공정이 요구되어, 마스크 소요가 커 이에 따른 노광 및 현상 공정의 회수 증가에 따라 수율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 미세 분할 전극을 포함하여 액정 전계 렌즈를 구성할 경우, 미세 분할 전극과 이에 신호를 인가하는 신호 배선간의 전기적 연결을 최소한의 마스크를 이용하여 취할 수 있고 상기 미세 분할 전극에 신호 인가시 라인 저항에 의한 영향을 방지한 액정 표시 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
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 일측변에 형성된 복수개의 금속 배선과, 상기 금속 배선을 포함한 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 절연막과, 상기 복수개의 금속 배선과 교차하며, 상기 제 1 절연막 상의 각 렌즈 영역들 내에, 복수개 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 전극들을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성되며, 상기 각 렌즈 영역에 대하여, 상기 제 1 전극과 교번하는 위치에 복수개 형성된 제 2 전극과, 상기 제 2 전극과 동일층의 투명 도전 패턴을 이용한, 상기 제 1 전극들과 상기 복수개의 금속 배선들간의 제 1 콘택부와, 상기 제 2 전극들과 상기 복수개의 금속 배선들간의 제 2 콘택부와, 상기 제 2 기판 상에 전면 형성된 공통 전극 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.
상기 제 1 콘택부는 상기 제 1 전극 상의 상기 제 2 절연막이 선택제거된 제 1 콘택홀과, 상기 금속 배선 상의 상기 제 2, 제 1 절연막이 선택제거된 제 2 콘택홀 및 상기 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 채우며 이들 상부를 지나도록 형성된 상기 투명 전극 패턴을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제 2 콘택부는 상기 금속 배선과 상기 제 2 전극이 교차하는 부분의 상기 제 2 절연막이 선택제거된 제 3 콘택홀을 포함하여 이루어진다. 상기 제 2 전극은 상기 제 3 콘택홀을 매립하며 형성된다.
또한 상기 제 1 기판은 복수개의 영역으로 구분되며, 상기 복수개의 영역 각각의 복수개의 렌즈 영역을 구비하여 형성할 수 있다. 이 때, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 이들과 제 1 콘택부 및 제 2 콘택부를 통해 연결되는 신호 배선은 상기 각 영역별로 분리되어 형성될 수 있다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 전계 렌즈는, n개의 영역으로 구분되어 정의되며, n 개의 영역에 각각 복수개의 렌즈 영역을 구비한 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 n개의 영역마다 구분되어, 상기 제 1 기판 상의 가장 자리에 형성된 복수개의 금속 배선과, 상기 제 1 기판 상의 상기 n개의 영역의 각 렌즈 영역들에 대하여, 서로 동일 간격으로 이격된 복수개의 제 1 전극과, 상기 제 1 기판에 대향된 제 2 기판과, 상기 제 2 기판 상에 전면 형성된 제 2 전극 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다. 이 때, 상기 각 렌즈 영역에 대응하여 상기 제 1 전극은 동일층 혹은 복수개의 층상에 서로 다른 위치에 형성될 수도 있다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 표시 장치는, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널 및 상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 상술한 액정 전계 렌즈를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 복수개의 층으로 제 1 전극을 배치시, 상기 매층의 제 1 전극과 금속 배선간의 컨택을 하는 것이 아니라, 최상층에서 콘택홀과 이와 연결되는 소정 패턴 을 이용하여 금속 배선간의 컨택을 꾀하여, 콘택홀 형성에 들어가는 마스크 수를 저감할 수 있다. 즉, 예를 드러, 이층으로 제 1 전극을 형성시, (금속 배선), (제 1층의 제 1 전극), (복수의 콘택홀 형성 공정), (제 2 층의 제 1 전극)으로 4개의 마스크가 소요되어 마스크 사용 수를 감소시켜, 그에 따른 노광 및 현상 공정을 생략할 수 있다. 이에 따라 수율 향상과 제반 비용 감소가 기대된다.
둘째, 제 1 전극의 형태를 영역 구분없이, 제 1 기판의 일 변 방향으로 길게 형성되었을 때, 만일 도전성의 이물이 상기 제 1 전극 일부에 발생하였을 때, 결합이 라인상으로 나타나기 때문에 결함에 취약하고, 전극 혹은 금속 배선이 갖는 라인 저항에 의해 전압 인가측과 멀어지는 측에서 전압 강하가 발생하는 점을 감안하여 도출된 것이다. 이와 같은 영역별 분리된 구성에 의해 금속 배선 또는 제 1 전극의 라우팅(routing)이 길게 되는 점을 해소하였고, 제 1 전극의 일부에 나타나더라도 해당 영역에만 나타나고 나머지 영역들에서는 정상적으로 구동이 가능하여, 상대적으로 불량에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
셋째, 하나의 금속 배선에 콘택되는 수를 분리된 영역 수만큼 줄일 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 분리된 영역수가 4개라면 하나의 금속 배선이 제 1 전극과 콘택되는 수를 1/4로 줄일 수 있어, 결과적으로, 콘택 공정에서 발생하는 저항 증가나, 전극간 쇼트 문제를 예방할 수 있다. 특히, 대면적 액정 전계 렌즈에 있어서 보다 안정적인 전압 인가 및 균일한 라인 저항 확보가 가능할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입 체 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함한 입체 표시 장치를 나타낸 단면도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 액정 전계 렌즈의 거리별 전위 분포 및 셀 갭을 나타낸 시뮬레이션도이며, 도 5는 도 4의 액정 전계 렌즈를 포물 렌즈와 비교한 도면이다.
도 3과 같이, 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함하는 입체 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)로 광을 전달하는 광원(700)을 포함하여 이루어진다.
경우에 따라, 상기 표시 패널(350)이 광을 직접 발광하는 장치라면, 상기 광원(700)의 생략이 가능하다.
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. 이러한 표시 패널(350)은 상기 액정 전계 렌즈(1000) 하측에 위치하여, 상기 액정 전계 렌즈(1000)로 이차원의 영상 신호를 전달하는 역할을 한다.
본 발명의 액정 전계 렌즈(1000)는, 이차원 영상 신호를 렌즈면의 프로파일(profile)과 같이 삼차원 영상 신호를 출사하는 기능을 갖는 것으로, 상기 이차원을 구현하는 표시 패널(350) 상에 위치하며, 전압 인가 여부에 따라 선택적으로 삼차원 영상 신호의 출사 혹은 이차원 영상 신호를 그대로 출사하는 기능을 한다. 즉, 전압 무인가시 광이 투과되는 특성을 이용하여, 전압 무인가시는 이차원 표시, 전압 인가시는 삼차원 표시와 같은 스위칭 기능을 겸용할 수 있다.
이하, 상기 액정 전계 렌즈(1000)를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는, 복수개의 렌즈영역이 대응되어 정의되며, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판(100, 200)과, 상기 제 1 기판(100) 상의 각 렌즈 영역들에 대하여, 서로 동일 간격으로 이격된 복수개의 제 1 전극(101)과, 상기 제 2 기판(200) 전면에 형성된 제 2 전극(201)과, 상기 제 1 전극들(101)에 각각 서로 다른 전압을 인가하는 전압원(Vmin, V1, V2, ...,Vmax) 및 상기 제 1 기판(100) 및 제 2 기판(200) 사이에 채워진 액정층(300)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 전극(101, 201)은 투명 금속으로 형성하여, 각 전극이 위치한 부위에서 투과율의 손실을 방지한다.
이때, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)에서는 대략 문턱 전압에 상당한 제 1 전압(Vmin)이 인가되며, 상기 렌즈 영역(L)들의 에지부(E)에 위치한 제 1 전극(101)에 가장 큰 제 n 전압(Vmax)이 인가된다. 이 경우, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)과 에지부(E) 사이의 위치하는 상기 제 1 전극들(101)에 인가되는 전압은 상 기 렌즈 영역의 문턱 전압(Vmin)에서 제 n 전압(Vmax) 사이에서, 상기 렌즈 영역(L)의 중심에서 멀어질수록 점점 커지는 값의 전압이 인가된다. 한편, 이와 같이, 상기 복수개의 제 1 전극(101)에 전압이 인가되면 상기 제 2 전극(201)에는 접지 전압을 인가하여, 상기 제 1 전극(101)과 상기 제 2 전극(201) 사이에 수직 전계를 조성한다.
이러한 복수개의 제 1 전극(101)은 상기 렌즈 영역(L)에서, 상기 렌즈 영역의 에지부(E)를 경계로 좌우 대칭형으로 형성된다. 이러한 상기 각 제 1 전극(101)들은 패드부(표시 패널(350)의 비표시부에 대응)에서, 해당 전압원(Vmin, V1, V2, ..., Vmax)들과 전압 인가 배선들(101)을 통해 연결되어, 해당 전압이 인가된다.
여기서, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)에 대응되어 형성된 제 1 전극(101)에 인가되는 가장 작은 문턱 전압(Vmin)은 약 1.4~2V 를 피크값으로 하는 교류 사각파이며, 이러한 문턱 전압 Vmin)은
Figure 112007090060286-PAT00001
(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정의 탄성 계수, ε0은 자유공간 유전율)로 계산된다. 또한, 상기 렌즈 영역(L)의 에지(E)에 대응되어 제 1 전극(101)에 인가되는 전압 중 가장 큰 고전압은 약 2.5~10V를 피크값으로 하는 인가되는 교류 사각파이다.
한편, 상기 액정 전계 렌즈(1000)에 구비된 복수개의 제 1 전극들(101)에 상술한 문턱전압(1.4~2V를 피크값으로 하는 교류 사각파)에서 고전압(2.5~10V를 피크 값으로 하는 교류 사각파) 사이의 값으로 인가하고, 상기 제 2 전극(201)에 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 양안시차에 의한 3차원 영상을 인식한다.
한편, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(201)에 전압을 인가하지 않을 경우, 상기 액정 전계 렌즈(1000)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.
도면에서는, 상기 액정 전계(1000)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.
상기 렌즈 영역(L)은 일 피치(pitch)에 대응되는 폭을 갖도록 정의되며, 동일한 피치를 갖는 렌즈 영역(L)이 일 방향(도 3에서는 가로 방향)으로 주기적으로 반복된다. 이 때, 일 피치(P: pitch)란 일 렌즈 영역(L)의 가로폭을 의미하며, 상기 렌즈 영역은 도시된 볼록 렌즈와 같은 물리적인 렌즈 형상을 갖는 것이 아니라, 전계 인가에 따라 액정이 배열되어 광경로 차에 의해 시감적으로 렌즈 효과를 갖는 영역을 표시한 것이다.
도 4 및 도 5에서, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)에서 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)까지는 P/2에 상당한 거리를 가지는 것으로, 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)에서 각 렌즈 영역의 중심(O)까지 대칭형의 제 1 전극(101)들에 대칭의 전압 값이 인가됨을 나타낸다.
그리고, 상기 제 1 전극(101)을 포함한 상기 제 1 기판(100)과, 상기 제 2 전극(201) 상에는 각각 제 1 배향막(102)과 제 2 배향막(202)이 형성된다. 이 때, 상기 제 1, 제 2 배향막(102, 202)은 전압 무인가시의 초기 상태에서 상기 액정 전계 렌즈(1000)를 투과층으로 기능시키기 위해, 제 1 배향막(102)의 러빙 방향을 상기 제 1 전극(101)의 방향과 동일하게 하고, 상기 제 2 배향막(202)의 러빙 방향을 이에 교차하는 방향 또는 안티 패럴랠(anti-parallel: 평행하나 진행 방향이 반대) 방향으로 한다. 이를 통해 표시 패널(350)을 통해 하부에서 전달되는 되는 상기 액정 전계 렌즈(1000)를 거쳐 그대로 관측자에게 투과 전달시킨다.
상술한 렌즈 영역(L)은 도시된 4 및 도 5에 도시된 형상이 일 피치(P)를 주 기로 가로 방향으로 반복되어 형성된다.
그리고, 상기 복수개의 제 1 전극(101)은 상기 제 1 기판(100)의 세로 방향(도면을 투과하는 방향)을 따라 막대 형상으로 형성되며, 단일 제 1 전극(101)의 폭을 5~10㎛으로 하며, 인접한 제 1 전극(101)간의 간격을 5~10㎛로 하여 배치한다. 예를 들어, 피치는 90 내지 1000㎛ 정도로 다양하게 가변할 수 있는데, 상술한 제 1 전극(101)의 폭 및 이격 간격에 따라 렌즈 영역별로 10개 내외에서 100개 이상까지 형성할 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 상기 제 1, 제 2 기판(100, 200)의 외곽 영역(패드부를 포함한 비표시 영역)에는 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, 약 15㎛ 이상의 두께에 상당하도록 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.
도 4는 상술한 본 발명의 액정 전계 렌즈의 전위 분포를 나타낸 것으로, 이와 같은 시뮬레이션에서 상기 액정층(300)의 두께는 20.000㎛으로 하고, 상기 액정층(300)을 이루는 액정은 양의 유전율 이방성을 갖는 것이다.
이 때, 즉, 액정층(300)의 셀갭을 하측의 0.000㎛ 지점을 상기 제 1 기 판(100)의 제 1 배향막(102) 표면이라 하고, 20.000㎛ 지점을 상기 제 2 기판(200)의 제 2 배향막(202)의 표면이라 할 수 있다. 이와 같이, 동일 기판 상에 서로 동일 폭의 제 1 전극의 배치가 이루어지고, 상기 제 1 전극들에 대하여 렌즈 영역의 에지부로부터 중앙까지 점점 작아지는 전압 인가에 의해, 도 4와 같이, 전체적으로 수직 전계가 완만하게 조성되고, 인접한 제 1 전극들 사이에는 약하게 횡전계가 조성된다. 결과적으로 상기 렌즈 영역의 에지부(E)(도면상의 중심)에서 강하며, 상기 렌즈 영역의 중심(O)에서 약하게 걸리는, 완만한 측면 전기장이 형성된 것으로 관측된다. 따라서, 도 5와 같이, 위치별 전기장에 따라 배향되는 액정의 광경로 길이를 나타내면, 상기 렌즈 영역의 에지부(E)에서 가장 광경로가 짧으며, 렌즈 영역 중심(O)에서 가장 긴 형태의 완만한 포물렌즈 렌즈면과 유사한 형상으로 액정 전계 렌즈가 형성됨을 알 수 있다. 이 때, 상기 액정 전계 렌즈는 각 렌즈 영역별 복수개의 미세전극을 구비하고, 이들에 서로 다른 전압을 인가하여 완전히 매끄러운 포물 렌즈를 구현하는 것이 아니고, 약간의 미세 파동을 갖는 것으로, 포물 렌즈면과 거의 근사한 형태로 렌즈 프로파일이 형성된다.
도 4에서는 상기 액정층(300)의 셀 갭을 20.000㎛으로 한 것으로, 상술한 미세한 제 1 전극 구비에 의해 액정 전계 렌즈의 새그(렌즈의 고점)가 낮아지게 되어, 액정 전계 렌즈가 형성되는 액정층(300)의 두께(셀갭)를 낮게할 수 있음을 의미하기도 한다. 즉, 하판측에 렌즈 에지부에만 유한한 폭으로 형성되는 전극을 구비하는 액정 전계 렌즈의 경우, 도 5에 시뮬레이션된 그래프와 동일한 새그를 갖기 위해서는 액정층을 약 50.000㎛ 정도 혹은 그 이상의 셀갭(두께)로 하여야 하나, 본 발명에서는 렌즈 영역 전계의 완만한 전계 분포에 의해 상기 액정층을 줄일 수 있게 한다.
또한, 이러한 미세한 패턴의 제 1 전극(101)의 구비에 의해 일 렌즈 영역에 복수개의 뷰(view)를 갖는 경우, 본 발명의 액정 전계 렌즈가 종래의 액정 전계 렌즈에 비해 유리함을 알 수 있다. 종래의 경우 피치 증가에 따라 하판의 전극이 부재하는 렌즈 영역의 중심에서 전계 약화에 의해 액정 배향 조절이 어려운데 비해, 본 발명의 액정 전계 렌즈는 이러한 위치별 전계 조절이 용이하다.
도 6은 도 3의 액정 전계 렌즈를 다른 형태로 구현한 단면도이며, 도 7은 도 6의 액정 전계 렌즈를 나타낸 사시도이다.
도 6 및 도 7과 같이, 액정 전계 렌즈를 형성함에 있어서, 상기 복수개의 제 1 전극을 복수개의 층에 나누어 형성할 수도 있다. 예를 들어, 한 평면에 상기 제 1 전극을 복수개로 나누어 패터닝할 경우, 이격 간격과 패턴 자체의 폭을 미세하게 형성하는데 있어서는 제약이 따르기 때문에 도시된 바와 같이 이중층으로 제 1 전극을 나누어 형성할 수도 있다. 이 경우, 제 1 층에 형성된 제 1 전극과의 이격 간격에 대응되는 제 2 층에 제 1 전극들이 형성될 수 있을 것이다.
도 6 및 도 7과 같이, 본 발명의 다른 예에 따른 액정 전계 렌즈는 복수개의 제 1 전극(401a, 401b)을 서로 다른 층에 형성한 것으로, 렌즈 영역의 피치에 요구되는 제 1 전극의 수가 크고, 단일층에서는 제 1 전극간 이격 간격 확보가 어려울 때, 이용할 수 있는 예이다. 즉, 제 1 기판(400) 상부에 제 1 절연막(402) 혹은 그 외에 복수층의 절연막을 더 구비함에 의해 기판 및 제 1 절연막(402)에 제 1 전극들을 분배하여 배치할 수도 있다. 여기서, 상기 복수개의 제 1 전극(401a, 401b)은 상기 제 1 기판(400) 상 또는 복수개의 절연막(402) 상에 대하여, 상기 렌즈 영역에서, 상기 렌즈 영역의 에지부(E)를 경계로 좌우 대칭형이 되도록 형성한다.
여기서, 설명하지 않은 나머지 구성 요소 403은 제 1 배향막이고, 500은 제 2 기판을 나타내고, 501, 502는 각각 제 2 전극과 제 2 배향막을 나타내고, 600은 액정층으로 앞서 설명한 도 3에서의 액정 전계 렌즈와 동일 기능을 갖는 것으로, 이에 대한 설명은 생략한다.
이와 같이, 도 6 및 도 7과 같이, 액정 전계 렌즈의 제 1 기판(400)측 제 1 전극(401a, 401b)을 이중층으로 형성한 경우, 전극 배치를 보다 밀접 및 촘촘하게 할 수 있어, 상술한 도 5에 도시된 도면보다 형성되는 액정 전계 렌즈의 프로파일의 보다 포물 렌즈에 근사하게 형성할 수 있다.
이하, 상술한 액정 전계 렌즈의 각 전극에 신호를 인가하는 방법에 대하여 살펴본다.
도 8은 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 액정 전계 렌즈의 전압 인가 상태를 나타낸 평면도이다.
도 8과 같이, 앞서 설명한 도 3 및 도 6, 7에 따른 본 발명의 액정 전계 렌즈(1000)는, 크게 표시가 이루어지는 액티브 영역(151)과, 상기 액티브 영역(151)에 형성된 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(201)에 전압 신호를 인가 및 전달하기 위 한 패드 영역(152)을 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 패드 영역(152)은 외부로부터 전압 신호를 인가하는 전압원을 구비하며, 상기 전압원은 분할 전극에 인가 전압을 생성하는 분배 전압 생성부(도 8의 160 참조)와, 상기 분배 전압 생성부와 상기 패드 영역(152)을 연결하는 링크부(161)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 전압원은 상기 복수개의 제 1 전극(도 3 의 101/도 6 및 도 7의 401a, 401b)에 각각 서로 다른 전압과, 상기 제 2 전극(도 3 의 201/도 6 및 도 7의 501)에 접지 전압을 인가하며, 이 때, 상기 복수개의 제 1 전극(101 혹은 401a, 401b)에 서로 다른 전압을 인가하기 위해, 상기 전압원은 최대, 최소 전압과 그 사이의 각각의 전압 출력단 사이에 저항을 구비하고, 상기 전압 출력단에 버퍼를 더 구비하여 분배전압 생성부를 더 형성된다. 이 때, 상기 최소 전압(Vmin)과 최대 전압(Vmax)과, 각각의 전압 출력단 사이에 출력되는 저항들(R1, ..., Rn-1)의 크기는 분배가 이루어지는 전압 크기에 따라 조절한다. 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)에서 중앙부(O)로 가면서 각 제 1 전극(101 혹은 401a, 401b)에 인가되는 전압이 점점 커진 값으로 인가되며, 이러한 전압의 조절은 앞서 저항들의 크기에 따라 조절될 수 있다.
여기서, 상기 각 제 1 전극(101 혹은 401a, 401b)의 단부와, 상기 패드 영역에 형성된 각각 제 1 전압(Vmin)부터 제 n 전압(Vmax)까지의 총 n 개의 전압 신호가 인가되는 금속 배선들(110)과 콘택된다.
도 9는 본 발명의 액정 전계 렌즈의 신호 배선과 전극과의 연결관계를 나타 낸 평면도이다.
도 9에서는, 도 6 및 도 7과 같이 이중층으로 제 1 전극(401a, 401b)을 형성한 경우, 금속 배선(410)이 각각 액티브 영역의 상하에 위치한 패드 영역에 위치한 상태가 도시되어 있고, 상기 상하 패드 영역에 (2n-1)개의 금속 배선이 형성된 상태를 나타내고 있다. 여기서, 도면상의 중앙에 도시된 렌즈 영역의 에지부와 좌측의 렌즈 영역의 중심부 사이에, 총 n 개의 금속 배선(410)이 가장 하단부터 시작하여, 제 1 전압(Vmin)이 인가되며 이로부터 점점 커져 n 번째 금속 배선(410)에서는 제 n 전압(Vmax)이 인가된다. 그리고, 상기 우측의 렌즈 영역의 중심부(O)와, 중앙에 도시된 렌즈 영역의 에지부(E) 사이에, 총 n개의 금속 배선(410)이 위치하고, 위에서부터 차례로, 제 1 전압(Vmin)부터 제 n전압(Vmax)까지 인가된다. 이 경우, 전압 인가는 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)를 경계로 하여, 상기 에지부(E)에 대응되는 제 1 전극(401a 또는 401b)과 이와 콘택하는 금속 배선(410)을 경계로 하여, 그 상하의 금속 배선(410)이 대칭적으로 점점 제 n 전압(Vmax)으로부터 제 1 전압(Vmin)까지 줄어드는 전압 신호가 인가되며, 각각의 제 1 전극들(401a, 401b)이 이들 금속 배선(410)과 차례로 콘택되어, 상기 렌즈 영역의 에지부(E)로부터 중심부(O)로 갈수록 점점 줄어드는 전압 값이 인가된다. 이 때, 상기 제 1 전극들(401a, 401b)과 상기 금속 배선(410)과의 콘택은 그 사이에 보호막(미도시)을 개재하여 콘택홀을 형성하여 이루어진다.
여기서, 상기 복수개의 제 1 전극(401a, 401b)은 상기 렌즈 영역에서 동일 간격의 폭과 이격 간격을 갖도록 배치되며, 이들은 상기 제 1 기판(400) 상의 서로 다른 층 상에 형성된다. 도 6 및 도 7에 있어서는, 상기 제 1 전극(401a, 401b)이 상기 제 1 기판(400)의 표면 및 절연막(402)에 형성된 상태가 도시되어 있다.
그리고, 도시한 일 렌즈 영역과 같은 형태로 반복되는 다른 렌즈 영역에 있어서도 상기 각각의 제 1 전극들(401a, 401b)과 도시된 금속 배선(410)이 같은 방식으로 콘택을 이룬다. 즉, 하나의 금속 배선(410)에 대하여 상기 제 1 기판(400)에 정의된 렌즈 영역의 수만큼 콘택을 갖게 된다.
한편, 제 2 전극(501)에 대하여는 상기 제 2 기판(500) 상에 전면 형성된 것으로, 하측의 제 1 전극들(401a, 401b) 중 가장 작은 전압(Vmin)이 인가되는 전압과 콘택시켜 Vmin 전압을 인가받거나 혹은 별도로 전압 인가부로부터 커넥터를 통해 Vmin 전압을 인가할 수도 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 액정 전계 렌즈에 있어서, 신호 배선과 전극과의 연결관계를 나타낸 평면도이다.
도 10은 다른 형태를 갖는 액정 전계 렌즈의 평면도로, 도 9와 비교하여, 패드 영역의 구성을 상하 대칭 구조로 취하지 않고, 액티브 영역의 상측에만 n 개의 금속 배선(420)을 포함한 패드 영역을 구비하여, 최대한 금속 배선(420) 형성 부위와 콘택 부위를 줄여, 액티브 영역을 늘려 형성한 예를 나타낸다. 이 경우, 상기 금속 배선(420) 중, n 개의 금속배선(420)은 제 1 전압(Vmin)부터 제 n 전압(Vmax)까지 각각 총 n 개의 전압 신호가 인가되어 있고, 하나의 렌즈 영역(도면상에서는 가운데를 렌즈 영역의 에지부로 하고, 가장자리를 중앙부로 정의), 일측 에지부부 터 타측 에지부까지 총 (2n-1)개의 제 1 전극(401a, 401b)이 구비되어 있어, 제 n 전압(Vmax)신호가 인가되는 금속 배선(420)을 제외하고는 나머지 제 1 전압(Vmin)부터 제 (n-1) 전압(Vmax-1)신호가 인가되는 금속 배선들(420)을 각각의 제 1 전극(401a, 401b)과 좌우 대칭적으로 2개의 콘택을 구비하고 있다.
이러한 상기 패드부의 구성을 제외하고는 상기 상술한 구조는 앞서 설명한 도 9의 구조와 일치하며, 동일한 부분에 대하여는 설명을 생략한다.
한편, 상기 제 1 전극(401a, 401b)이 갖는 라인 저항을 고려하여, 상기 금속 배선들(420)은 도시된 바와 같이 상측뿐만 아니라 이와 상하 대칭적으로 하측에도 형성될 수 있으며, 도시된 바에 대칭적으로 상기 금속 배선들(420)과 상기 제 1 전극(401a, 401b)들간에 갖는다.
이하, 구체적으로 상술한 패드 영역에서의 제 1 전극들과 상기 금속 배선들간의 콘택 방법에 대하여 살펴본다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극 및 신호 배선(금속 배선) 형성 방법을 나타낸 공정 평면도이며, 도 12a 내지 도 12d는 도 11a의 I~I' 선상의 구조 단면을 공정 순서대로 나타낸 공정 단면도이며, 도 13a 및 도 13b는 도 11e의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면을 공정 순서대로 나타낸 공정 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극 및 신호 배선의 형성은, 먼저, 도 11a 및 도 12a와 같이, 제 1 기판(400) 상에 금속을 증착한 후 이를 선택적으로 제거하 여 금속 배선(410)을 형성한다. 여기서, 상기 금속 배선(410)은 라인 형상으로, 일변(도면상에서는 왼쪽변)에서 FPC(미도시) 혹은 커넥터와의 접속을 통해 외부의 전압 인가부(미도시)와 연결부위를 가지며, 상기 일변에서 꺽어져 상측 혹은 하측에 상기 상측변 또는 하측변에 평행한 방향으로 형성된다.
여기서, 상기 금속 배선(410)은 외부의 전압 인가부로부터 전압 신호가 인가되는 것으로, 그 수는 상기 제 1 기판(400) 상에 정의되는 일 렌즈 영역에 형성되는 제 1 전극의 수에 관련되어 형성된다. 즉, 도 9의 구조에서는 상기 렌즈 영역의 총 (2n-1) 개의 제 1 전극이 형성된다면 (2n-1)의 수만큼 형성되고, 각각 렌즈 영역의 중심에 대응되는 금속 배선에는 최소 전압(제 1 전압(Vmin))이, 에지부에 대응되는 금속 배선에는 최대 전압(제 n 전압(Vmax)이 인가되고, 그 사이의 전극들에 대응된 금속 배선들에는 상기 최소 전압과 최대 전압 사이에서 분압된 전압이 인가된다. 여기서, 상기 에지부에 대응되는 금속 배선(Vmax 인가)의 상하로 서로 대칭적인 위치의 금속 배선들에 동일한 전압(Vmin~Vmax-1)이 인가된다.
이어, 도 11b 및 도 12b와 같이, 상기 금속 배선(410)을 포함한 상기 제 1 기판(400) 전면에 제 1 절연막(411)을 형성하고, 이를 선택적으로 제거하여, 제 1 층에 형성될 제 1 전극과 콘택부를 갖는 제 1 콘택홀(411a)을 형성한다.
이어, 도 11c 및 도 12c와 같이, 상기 제 1 콘택홀(411a)을 매립하며, 상기 제 1 절연막(411) 상부에 투명 전극을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여, 상기 제 1 콘택홀(411a)을 통해 상기 금속 배선(410)과 콘택되며, 상기 금속 배선(410)과 교차하는 방향의 제 1 층의 제 1 전극(401a)을 형성한다. 이 때, 상기 각 렌즈 영역에 형성되는 제 1층의 제 1 전극(401a) 수만큼 형성한다. 도시된 도면에서는 하나의 렌즈 영역의 제 1 층의 제 1 전극(401a)과 금속 배선(410)이 콘택된 상태를 도시한 것이고, 다른 렌즈 영역들에도 도시된 바와 같이, 상기 금속 배선(410)과의 콘택을 갖는 제 1 전극(401a)이 형성된다.
이어, 도 11d 및 도 12d와 같이, 상기 제 1층의 제 전극(401a)을 포함한 상기 제 1 절연막(411) 전면에 제 2 절연막(412)을 형성한다. 이어, 도 13a와 같이, 상기 제 2 절연막(412) 및 제 1 절연막(411)을 선택적으로 제거하여, 제 2 콘택홀(412a)을 형성한다. 이러한 제 2 콘택홀(412a)은 금속 배선(410) 중 하나(도 11b에서 형성된 제 1 콘택홀과 다른 부위)를 노출하게 된다.
이어, 도 11e 및 도 13b와 같이, 상기 제 2 콘택홀(412a)을 매립하고 전면에 투명 전극을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 제 2 콘택홀(412a)을 통해 상기 금속 배선(410)과 콘택하며, 이와 교차하는 방향의 제 2층의 제 1 전극(401b)을 형성한다.
한편, 도시된 도면에서는 상기 금속 배선(410)이 2개 도시되어 있지만, 상기 금속 배선(410)이 n개 혹은 (2n-1)와 같이, 복수개 형성된 경우에도 동일 방식으로 콘택을 이룰 수 있다. 이 때, 상기 금속 배선(410)이 복수개 형성될 경우, 차례로 각각 제 1 층의 제 1 전극(401a)과 제 2 층의 제 1 전극(401b)과 서로 교번하여 콘택을 갖게 된다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극 및 금속 배선의 형성에 의하면, 각각 (금속 배선의 형성), (제 1 콘택홀 형성), (제 1 층의 전극 형성), (제 2 콘 택홀 형성) 및 (제 2층의 전극 형성)으로 총 5개의 마스크가 소요된다. 각각의 마스크 소요시마다 패터닝을 위해 감광막의 노광 및 현상 공정이 소요되고, 마스크간 정렬위치가 문제되는 것으로, 마스크 증가에 따라 수율 감소의 문제가 있어, 마스크를 사용수를 감소하고자 하는 노력이 제기되었다.
이하에서는, 마스크 수를 감소하여, 전극 및 금속 배선간의 콘택을 실시한 제 2 실시예에 따른 전극 및 금속 배선의 형성 방법에 대하여 살펴본다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극 및 금속 배선 형성 방법을 나타낸 공정 단면도이며, 도 15a 내지 도 15d는 도 14c의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 구조 단면을 공정 순서대로 나타낸 공정 단면도이며, 도 16a 및 도 16b는 도 14c의 Ⅳ~Ⅳ' 선상의 구조 단면을 공정 순서대로 나타낸 공정 단면도이다.
도시된 도면들은 제 1 기판 상의 패드 영역들, 특히, 전극 및 금속 배선간의 콘택이 이루어지는 제 1 기판의 상측 또는 하측에 위치한 패드 영역만을 선택하여 도시한 것이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극 및 신호 배선의 형성은, 먼저, 도 14a 및 도 15a와 같이, 제 1 기판(400) 상에 금속을 증착한 후 이를 선택적으로 제거하여 금속 배선(430)을 형성한다. 여기서, 상기 금속 배선(430)은 라인 형상으로, 서로 일정하게 이격되어 형성된다. 도시되지 않았지만, 도 11a를 참조하여, 전체 제 1 기판(400)에 있어서, 일변(도면상에서는 왼쪽변)에서 FPC(미도시) 혹은 커넥터와의 접속을 통해 외부의 전압 인가부(미도시)와 연결부위를 가지며, 상기 일변에서 꺽어져 상측 혹은 하측에 상기 상측변 또는 하측변에 평행한 방향으로 형성된다.
여기서, 상기 금속 배선(430)은 외부의 전압 인가부로부터 전압 신호가 인가되는 것으로, 그 수는 상기 제 1 기판(400) 상에 정의되는 일 렌즈 영역에 형성되는 제 1 전극의 수에 관련되어 형성된다. 즉, 도 9의 구조에서는 상기 렌즈 영역의 총 (2n-1) 개의 제 1 전극이 형성된다면 (2n-1)의 수만큼 형성되고, 각각 렌즈 영역의 중심에 대응되는 금속 배선에는 최소 전압(제 1 전압(Vmin))이, 에지부에 대응되는 금속 배선에는 최대 전압(제 n 전압(Vmax)이 인가되고, 그 사이의 전극들에 대응된 금속 배선들에는 상기 최소 전압과 최대 전압 사이에서 분압된 전압이 인가된다. 여기서, 상기 에지부에 대응되는 금속 배선(Vmax 인가)의 상하로 서로 대칭적인 위치의 금속 배선들에 동일한 전압(Vmin~Vmax-1)이 인가된다.
이어, 도 14b 및 도 14b와 같이, 상기 금속 배선(430)을 포함한 상기 제 1 기판(400) 전면에 제 1 절연막(431)을 형성한다.
이어, 상기 제 1 절연막(431) 상에 상기 금속 배선(430)과 교차하는 방향의 제 1 층의 제 1 전극(401a)을 형성한다.
이어, 도 14c, 도 15c 및 도 16a와 같이, 상기 제 1 전극(401a)을 포함한 상기 제 1 절연막(431) 전면에 제 2 절연막(432)을 형성한 후, 상기 제 2 절연막(432)을 선택적으로 제거하여, 상기 각각의 제 1 층의 제 1 전극(401a)을 일부분을 노출하는 제 1 콘택홀(432a)과, 상기 제 2 절연막(432) 및 상기 제 1 절연막(431)을 선택적으로 제거하여 상기 각 금속 배선(430) 상의 소정 부위를 노출하는 제 2 콘택홀(432b) 및 제 3 콘택홀(432c)을 형성한다.
이어, 도 14d, 15d 및 도 16b와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 콘택홀(432a, 432b, 432c)을 매립하며, 상기 제 2 절연막(432) 전면에 투명 금속을 증착한 후 이를 선택적으로 제거하여, 상기 제 3 콘택홀(432c)을 통해 노출된 금속 배선(430)과 접하며 이와 평면상에서 교차하는 방향으로 형성되고 상기 제 1층의 제 1 전극(401a) 사이에 위치하는 제 2층의 제 1 전극(401b)을 형성한다. 이와 동시에, 상기 금속 배선(430)들 중 제2 콘택홀(432b)을 통해 노출된 금속 배선(430)과 접하며 이와 교차하는 방향으로 상기 제 1 콘택홀(432a) 상부에서 지나가는 투명 전극 패턴(435)을 형성한다.
여기서, 상기 제 2 콘택홀(432b)은 상기 투명 전극 패턴(435)에 의해 상기 제 1 콘택홀(432a)과 연결되는 부분이고, 상기 제 3 콘택홀(432c)은 상기 제 2 층의 제 1 전극(401b)과 연결되는 부분이다. 결과적으로 상기 금속 배선(430), 이와 연결된 상기 투명 전극 패턴(435) 및 제 1 층의 제 1 전극(401a)으로의 연결을 통해 상기 제 1층의 제 1 전극(401a)에 신호가 인가되고, 상기 금속 배선(430) 및 제 2층의 제 1 전극(401b)으로의 연결을 통해 상기 제 2층의 제 1 전극(401b)으로 신호가 인가된다.
이와 같이, 상술한 제 2 실시예의 방법을 통하면, 각각, (금속 배선), (제 1층의 제 1 전극), (복수의 콘택홀 형성 공정), (제 2 층의 제 1 전극)으로 4개의 마스크가 소요되고, 상대적으로 제 1 실시예에 비해 마스크가 1회 감소되며, 그에 따른 노광 및 현상 공정을 생략할 수 있다. 이에 따라 수율 향상과 제반 비용 감소가 기대된다.
한편, 도시된 도면에서는 상기 금속 배선(430)이 4개 도시되어 있지만, 상기 금속 배선(430)이 n개 혹은 (2n-1)와 같이, 복수개 형성된 경우에도 동일 방식으로 콘택을 이룰 수 있다. 이 때, 상기 금속 배선(430)이 복수개 형성될 경우, 차례로 각각 제 1 층의 제 1 전극(401a)과 제 2 층의 제 1 전극(401b)과 서로 교번하여 콘택을 갖게 된다.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도이다.
도 17과 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는, 제 1 전극 또는 금속 배선이 길어질수록 라인 저항이 커짐에 따라 신호 인가측과 멀어진 측에서 인가 전압과 다른 전압이 적용되어, 장치의 신뢰성이 떨어짐을 개선하기 위하여 제안된 것이다.
이를 위해 제 1 기판(800)을 복수개의 영역(A,B, C, D)으로 구분하여, 각각 제 1 전극(811, 812, 813, 814)의 배치를 하고, 각각의 제 1 전극(811, 812, 813 814)과 콘택되는 금속 배선(831, 832, 833, 834)을 형성한 것이다.
이 경우, 상기 금속 배선(831, 832, 833, 834)에 인가하는 전압이 n 개의 전압이 있을 때, 각 영역(A, B, C, D)에 인가되는 전압 개수와 범위와 동일하다면, 외부의 전압 인가부에서 n개의 전압을 생성한 후, 이를 각 영역의 금속 배선(831, 832, 833, 834)측으로 나누어 인가할 수 있을 것이다. 경우에 따라, 각 영역별로 서로 다른 개수와 레인지의 전압 인가가 가능할 수도 있는 것으로, 후자의 경우에는 영역별 선택적 구동이 가능할 수 있을 것이다.
도 17에 있어서, 예를 들어, 상기 제 1 영역(A)에 있어서, 일 렌즈 영역의 폭을 P라 할 때, 각각 그 중심은 렌즈 영역의 중심부, 에지는 렌즈 영역의 에지부로 정의하며, 각각 중심을 기준으로 대칭적인 전압이 인가되도록 한다. 즉, 상기 렌즈 영역의 중심부에는 최소 전압, 상기 렌즈 영역의 에지부에는 최대 전압을 인가하도록 한다.
여기서, 상기 제 1 기판(800)에 대향되는 제 2 기판(미도시)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 제 2 기판 상에 전면 형성되는 공통 전극 형상의 제 2 전극이 형성된다.
그리고, 상기 제 3 실시예에 따른 액정 전계 렌즈 역시 각각 미세 분할 전극 형태의 제 1 전극(811, 812, 813, 814)과 제 2 전극(미도시) 사이의 수직 전계 조성에 의해 영역별 액정의 유효 굴절률 차이를 주어 액정 전계 렌즈를 형성하도록 한다. 전압 방식과 인가 전압 형태는, 영역별로 분류되어 인가되는 점 외에 상술한 방법을 따른다.
하판에는 패시브 매트릭스 방식의 투명 전극을 설치하고, 상판에는 전면 통 ITO 전극을 설치한다. 하판 ITO 전극은 도시된 바와 같이 다분할 전극으로 만들고, 저늑 하자에 서로 다른 전압을 인가하여 상/하판에 수직 전계를 만들어 주면 도시된 바와 같은 영역의 액정의 유효 구절률이 변환하여 렌즈 역할을 할 수 있게 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 같은 액정 전계 렌즈는, 제 1 전극의 형태를 영역 구분없이, 제 1 기판의 일 변 방향으로 길게 형성되었을 때, 만일 도전성의 이물이 상기 제 1 전극 일부에 발생하였을 때, 결합이 라인상으로 나타나기 때문에 결함에 취약하고, 전극 혹은 금속 배선이 갖는 라인 저항에 의해 전압 인가측과 멀어지는 측에서 전압 강하가 발생하는 점을 감안하여 도출된 것이다. 이와 같은 영역별 분리된 구성에 의해 금속 배선 또는 제 1 전극의 라우팅(routing)이 길게 되는 점을 해소하였고, 제 1 전극의 일부에 나타나더라도 해당 영역에만 나타나고 나머지 영역들에서는 정상적으로 구동이 가능하여, 상대적으로 불량에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
또한, 하나의 금속 배선에 콘택되는 수를 분리된 영역 수만큼 줄일 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 분리된 영역수가 4개라면 하나의 금속 배선이 제 1 전극과 콘택되는 수를 1/4로 줄일 수 있어, 결과적으로, 콘택 공정에서 발생하는 저항 증가나, 전극간 쇼트 문제를 예방할 수 있다. 특히, 대면적 액정 전계 렌즈에 있어서 상술한 제 3 실시예를 적용한 경우 보다 안정적인 전압 인가 및 균일한 라인 저항 확보가 가능할 것이다.
도 17에 있어서, 상기 A, B 영역과 C, D 영역을 나누는 가로 점선 부근의 제 1 전극(811, 812, 813, 814)이 없는 영역의 가급적 인접한 영역간 제1 전극의 쇼트가 발생하지 않을 한도 내에서 최소한의 간격으로 설계하고, 시감적으로 인식하지 못하도록 블랙 매트릭스층(미도시)을 위치시킬 수 있다. 혹은 도시된 바와 같은 라인형의 공간이 아닌 부정형으로 배치시켜 시감상 인식하지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 A영역과 D 영역의 인접 부위에 있어서, 상기 A 영역의 제 1 전극(811)들을 일부는 길고, 일부는 짧게 형성하고, D 영역은 그 반대의 배치를 갖게 하여, 서로 어슷한 배치를 갖도록 하여, 띠 형상의 비렌즈 영역이 인지되지 않도록 할 수 있다.
또한, 상술한 제 2 실시예와 제 3 실시예의 액정 표시 장치는 함께 적용할 수 있을 것이다. 즉, 제 3 실시예와 같이 영역이 구분된 제 1 기판을 구비하고, 각각 영역별로 구분되 신호 배선과 제 1 전극들을 4 마스크(제 2 실시예)를 이용하여 형성할 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 입체 표시 장치는, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널 및 상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 상술한 여러 가지 실시예에서 설명한 액정 전계 렌즈를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 이러한 입체 표시 장치의 구동 방법은, 상기 액정 전계 렌즈가 이차원의 영상 신호를 출사시 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 플로팅시키거나 0V를 인가하여 이루어질 수 있다. 그리고, 삼차원의 영상신호(입체) 표시할 때에는, 상기 제 1 전극에는 양전압을 인가하고, 상기 제 2 전극(공통 전극)에는 접지 전압을 인가하여, 상기 렌즈 영역으로 상기 액정층을 구동시켜, 상기 표시 패널의 가로 보기로 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하여 이루어질 수 있다.
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.
도 1은 일반적인 렌티큘러 렌즈 방식의 입체 표시 장치를 나타낸 사시도
도 2는 도 1의 단면도
도 3은 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함한 입체 표시 장치를 나타낸 단면도
도 4는 도 3의 액정 전계 렌즈의 거리별 전위 분포 및 셀 갭을 나타낸 시뮬레이션도
도 5는 도 4의 액정 전계 렌즈를 포물 렌즈와 비교한 도면
도 6은 도 3의 액정 전계 렌즈를 다른 형태로 구현한 단면도
도 7은 도 6의 액정 전계 렌즈를 나타낸 사시도
도 8은 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 액정 전계 렌즈의 전압 인가 상태를 나타낸 평면도
도 9는 본 발명의 액정 전계 렌즈의 신호 배선과 전극과의 연결관계를 나타낸 평면도
도 10은 다른 실시예에 따른 액정 전계 렌즈에 있어서, 신호 배선과 전극과의 연결관계를 나타낸 평면도
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈에 있어서, 전극 및 금속 배선 형성 방법을 나타낸 공정 평면도
도 12a 내지 도 12d는 도 11a의 I~I' 선상의 구조 단면을 공정 순서대로 나타낸 공정 단면도
도 13a 및 도 13b는 도 11e의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면을 공정 순서대로 나 타낸 공정 단면도
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈에 있어서, 전극 및 금속 배선 형성 방법을 나타낸 공정 단면도
도 15a 내지 도 15d는 도 14c의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 구조 단면을 공정 순서대로 나타낸 공정 단면도
도 16a 및 도 16b는 도 14c의 Ⅳ~Ⅳ' 선상의 구조 단면을 공정 순서대로 나타낸 공정 단면도
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도
*도면의 주요 부분을 나타내는 부호의 설명*
100, 400 : 제 1 기판 101 : 제 1 전극
102, 403 : 제 1 배향막 151 : 액티브 영역
152 : 패드 영역 160 : 분배 전압 생성부
161 : 링크부 200, 500 : 제 2 기판
201, 501 : 제 2 전극 202, 502 : 제 2 배향막
300, 600 : 액정층 350 : 액정 패널
401a : 제 1 층의 제 1 전극 401b : 제 2층의 제 1 전극
700 : 광원 1000 : 액정 전계 렌즈
410, 420, 430 : 금속 배선 402 : 절연막(보호막)
411, 431 : 제 1 절연막 412, 432 : 제 2 절연막
432a : 제 1 콘택홀 432b : 제2 콘택홀
432c : 제 3 콘택홀 435 : 투명 도전 패턴
800 : 제 1 기판 811, 812, 813, 814 : 제 1 전극
831, 832, 833, 834 : 금속 배선

Claims (9)

  1. 복수개의 렌즈영역이 대응되어 정의되어, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상의 일측변에 형성된 복수개의 금속 배선;
    상기 금속 배선을 포함한 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 절연막;
    상기 복수개의 금속 배선과 교차하며, 상기 제 1 절연막 상의 각 렌즈 영역들 내에, 복수개 형성된 제 1 전극;
    상기 제 1 전극들을 포함한 상기 제 1 절연막 상에 형성되며, 상기 각 렌즈 영역에 대하여, 상기 제 1 전극과 교번하는 위치에 복수개 형성된 제 2 전극;
    상기 제 2 전극과 동일층의 투명 도전 패턴을 이용한, 상기 제 1 전극들과 상기 복수개의 금속 배선들간의 제 1 콘택부;
    상기 제 2 전극들과 상기 복수개의 금속 배선들간의 제 2 콘택부;
    상기 제 2 기판 상에 전면 형성된 공통 전극; 및
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 콘택부는
    상기 제 1 전극 상의 상기 제 2 절연막이 선택제거된 제 1 콘택홀과,
    상기 금속 배선 상의 상기 제 2, 제 1 절연막이 선택제거된 제 2 콘택홀 및
    상기 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 채우며 이들 상부를 지나도록 형성된 상기 투명 전극 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 콘택부는
    상기 금속 배선과 상기 제 2 전극이 교차하는 부분의 상기 제 2 절연막이 선택제거된 제 3 콘택홀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 제 3 콘택홀을 매립하며 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 복수개의 영역으로 구분되며, 상기 복수개의 영역 각각의 복수개의 렌즈 영역을 구비한 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 이들과 제 1 콘택부 및 제 2 콘택부를 통해 연결되는 신호 배선은 상기 각 영역별로 분리되어 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
  7. n개의 영역으로 구분되어 정의되며, n 개의 영역에 각각 복수개의 렌즈 영역을 구비한 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 상에 n개의 영역마다 구분되어, 상기 제 1 기판 상의 가장 자리에 형성된 복수개의 금속 배선;
    상기 제 1 기판 상의 상기 n개의 영역의 각 렌즈 영역들에 대하여, 서로 동일 간격으로 이격된 복수개의 제 1 전극;
    상기 제 1 기판에 대향된 제 2 기판;
    상기 제 2 기판 상에 전면 형성된 제 2 전극; 및
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 각 렌즈 영역에 대응하여 상기 제 1 전극은 복수개의 층상에 서로 다른 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
  9. 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널; 및
    상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 액정 전 계 렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
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