KR20120096194A - Electrically-driven liquid crystal lens and image display device using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A liquid crystal electric field lens and an image display device using the same are provided to make an electric field lens to a radially uniform lens profile without directivity. CONSTITUTION: A resistor(115) connects a plurality of first electrodes. A second electrode(121) is formed on a frontal side of a second substrate. A liquid crystal layer(150) is formed between a first substrate and a second substrate. First and second voltage terminals(111,117) are connected to first electrodes in the outermost area and the most center area. The first and second voltage terminals apply different voltages.

Description

액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 영상 표시 장치 {Electrically-Driven Liquid Crystal Lens and Image Display Device Using the Same}Liquid crystal field lens and image display device using the same {Electrically-Driven Liquid Crystal Lens and Image Display Device Using the Same}

본 발명은 액정 전계 렌즈에 관한 것으로 특히, 전계 렌즈가 방향성을 갖지 않고 방사상으로 고른 렌즈 프로파일을 갖는 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 영상 표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal field lens, and more particularly, to a liquid crystal field lens having a radially even lens profile without directionality and an image 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 become a hyper-space 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 영상을 보게 된다. 이와 같이, 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안 시차(binocular disparity)라고 한다. 그리고, 3차원 입체 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 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 전기장를 조성하여 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.
In other words, the lens is to control the path of the incident light by position using the difference in the refractive index between the material constituting the lens and the air, when the liquid crystal layer is driven by applying a different voltage to each position of the electrode to the liquid crystal layer to form an electric field The incident light incident on the liquid crystal layer feels a different phase change for each position, and 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 렌즈의 단위 렌즈 셀을 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1의 단위 렌즈 셀을 복수개 구성시 광경로 프로파일을 나타낸 사시도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a unit lens cell of a conventional liquid crystal field lens, and FIG. 2 is a perspective view illustrating an optical path profile when a plurality of unit lens cells of FIG. 1 are configured.

도 1과 같이, 종래의 액정 전계 렌즈는 마주보는 제 1 기판(10) 및 제 2 기판(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 substrate 10 and a second substrate 20 facing each other, and a liquid crystal layer 30 formed between the first and second substrates 10 and 20. do.

여기서, 상기 제 1 기판(10) 상에는 제 1 전극(11)이 단위 렌즈 셀별로 형성된다. 즉, 상기 제 1 전극(11)은 단위 렌즈 셀의 중심에 위치할 수도 있고, 혹은 에지에 위치할 수도 있다.Here, the first electrode 11 is formed for each unit lens cell on the first substrate 10. That is, the first electrode 11 may be located at the center of the unit lens cell or at the edge.

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.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(10)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 10.

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)이 형성되며, 이러한 액정층(30)을 이루는 액정 분자는 상기 제 1 전극(11)을 교차하는 방향의 각 렌즈 영역(L)에서, 도 2와 같이, 포물선상의 전위면을 갖게 된다. 즉, 상기 액정층(30)의 액정 분자는 전기장의 세기 및 분포에 따라 반응하는 것으로, 상기 제 1 전극(11)과 제 2 전극(21)에 인가된 전압 차 및 상기 액정 분자의 유전율 이방성 등의 성질에 의해 전위면이 렌즈 형상과 같이 조성되는 것이다.The first and second electrodes 11 and 21 are made of a transparent metal. The liquid crystal layer 30 is formed in the spaced space between the first and second electrodes 11 and 21, and the liquid crystal molecules forming the liquid crystal layer 30 cross the first electrode 11. In each lens region L of, as shown in FIG. 2, a parabolic dislocation surface is provided. That is, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 30 react according to the intensity and distribution of the electric field, and the voltage difference applied to the first electrode 11 and the second electrode 21 and the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules. By virtue of the dislocation surface is formed like a lens shape.

그런데, 상기 제 1 전극(11)은 일 방향으로 막대 형상으로 길게 형성되는 것으로, 막대의 길이 방향에서는 전위면이 동일하게 유지되어, 실제 광경로 프로파일은 도 2와 같이, 제 1 전극(11)을 교차하는 방향에서만 포물선상으로 형성되고, 제 1 전극(11)의 길이 방향에서는 동일한 형상이 유지되는 것이다. However, the first electrode 11 is formed to be long in the shape of a rod in one direction, the potential surface is maintained the same in the longitudinal direction of the rod, the actual light path profile is as shown in Figure 2, the first electrode 11 It is formed in a parabolic shape only in the direction crossing the, and the same shape is maintained in the longitudinal direction of the first electrode 11.

따라서, 단위렌즈 셀이 매트릭스상으로 구비된 전체 액정 전계 렌즈에서 보면, 도 2와 같이, 반원기둥의 렌즈가 평행하게 반복되는 구조로 광 경로 프로파일이 형성되며, 이러한 형상에 따른 렌즈 효과를 얻는다.
Therefore, when viewed in the entire liquid crystal field lens provided with the unit lens cell in a matrix form, as shown in FIG. 2, the optical path profile is formed in a structure in which the semi-cylindrical lenses are repeated in parallel, thereby obtaining a lens effect according to the shape.

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

종래의 액정 전계 렌즈는 일 방향으로만 렌즈가 조성되어, 시청자가 시청 위치를 바꾸는 경우에는 입체 영상 표시가 불가하다. 즉, 시청자가 얼굴을 틀어버리거나 누은 상태에서는 시청 영역이 반원기둥상의 렌즈로부터 벗어나게 되어, 액정 전계 렌즈를 구비한 입체 영상 표시 장치가 3D 영상을 출사한다 하더라도 이를 시인할 수 없게 된다. 이와 같이, 종래의 액정 전계 렌즈는 입체 영상 시청 영역이 특정 방향으로만 한정된다는 한계가 있다. In the conventional liquid crystal field lens, the lens is formed only in one direction, and stereoscopic image display is impossible when the viewer changes the viewing position. That is, when the viewer turns his face or squeezes the viewing area, the viewing area is deviated from the semi-cylindrical lens, so that even if the 3D image display device including the liquid crystal field lens emits a 3D image, the viewing area cannot be recognized. As described above, the conventional liquid crystal field lens has a limitation in that the stereoscopic image viewing area is limited to a specific direction.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 전계 렌즈가 방향성을 갖지 않고 방사상으로 고른 렌즈 프로파일을 갖는 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 영상 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a liquid crystal field lens and a video display device using the same in which the field lens has a radially-even lens profile without directionality.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 전계 렌즈는 각각 단위셀이 매트릭스상으로 정의되며, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판 상의 각 단위 셀의 최중심에서 최외곽에 걸쳐 각각 중심을 공유하는 폐루프(closed-loop)의 형상으로 형성된 복수개의 제 1 전극; 상기 복수개의 제 1 전극들을 연결하는 저항체;, 상기 제 2 기판 전면에 형성된 제 2 전극; 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층; 및 상기 복수개의 제 1 전극들 중 최중심과 최외곽의 제 1 전극에 각각 접속되며, 서로 다른 전압을 인가하는 제 1, 제 2 전압 단자를 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다. The liquid crystal field lens of the present invention for achieving the above object is each unit cell is defined in a matrix form, the first substrate and the second substrate facing each other; A plurality of first electrodes formed in the shape of a closed-loop that each share a center from the center to the outermost of each unit cell on the first substrate; A resistor for connecting the plurality of first electrodes, a second electrode formed on an entire surface of the second substrate; A liquid crystal layer between the first and second substrates; And first and second voltage terminals connected to the center and outermost first electrodes of the plurality of first electrodes, respectively, and configured to apply different voltages.

여기서, 상기 제 2 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나이다. The second electrode may be any one of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), and indium tin zinc oxide (ITZO).

상기 제 1 전극은, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), 구리, 몰리브덴, 알루미늄 중 어느 하나 또는, 이들중 둘 이상의 합금으로 이루어진다. 그리고, 상기 저항체는 상기 제 1 전극보다 전도율이 작은 물질이다. The first electrode is made of any one of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tin zinc oxide (ITZO), copper, molybdenum, aluminum, or an alloy of two or more thereof. The resistor is a material having a lower conductivity than the first electrode.

상기 저항체는 상기 복수개의 제 1 전극들을 최중심에서 최외곽의 방향으로 일자로 연결하는 형상이다. 여기서, 상기 저항체는 각 단위셀에 대해 상기 최중심을 기준으로 대칭형으로 복수개 구비된다. The resistor has a shape in which the plurality of first electrodes are connected to each other in the direction from the center to the outermost. Here, a plurality of resistors are provided in symmetrical form with respect to each center of the unit cell.

또한, 상기 복수개의 제 1 전극들은 중심에서 외곽으로 갈수록 그 폭이 늘어날 수 있으며, 동일할 수도 있다. In addition, the plurality of first electrodes may increase in width from the center to the outside and may be the same.

상기 복수개의 제 1 전극들은 원형 루프 또는 다각형 루프이다. The plurality of first electrodes is a circular loop or a polygonal loop.

그리고, 상기 제 1 전압 단자 및 제 2 전압 단자 중 어느 하나는 1V 이상의 상전압이 인가되고, 나머지 하나는 접지된다. In addition, one of the first voltage terminal and the second voltage terminal is applied with a phase voltage of 1V or more, and the other is grounded.

상기 제 1, 제 2 전압 단자는 금속이다. The first and second voltage terminals are metal.

그리고, 상기 제 1 전극 및 저항체를 포함한 상기 제 1 기판 전면과, 상기 제 2 전극 상에 각각 제 1 배향막 및 제 2 배향막이 더 형성될 수 있다. In addition, a first alignment layer and a second alignment layer may be further formed on the entire surface of the first substrate including the first electrode and the resistor, and on the second electrode.

또한, 상술한 액정 전계 렌즈와, 상기 액정 전계 렌즈 하부에 위치하며, 상기 액정 전계 렌즈측으로 이차원 영상을 출사하는 표시 패널을 포함하여 영상 표시 장치를 구현할 수도 있다. In addition, an image display device may be implemented by including the above-described liquid crystal field lens and a display panel positioned below the liquid crystal field lens and outputting a two-dimensional image to the liquid crystal field lens side.

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

액정 전계 렌즈를 형성하는 전극을 방사상으로 형성하여 액정 전계 렌즈의 전위면을 일 방향이 아닌 사방으로 균일하게 형성하여, 시청자의 자세 변화에 관계없이 입체 영상을 시인할 수 있게 된다.The electrodes forming the liquid crystal field lens are radially formed to uniformly form the dislocation surface of the liquid crystal field lens in all directions instead of one direction, thereby allowing the viewer to recognize a stereoscopic image regardless of a change in the attitude of the viewer.

또한, 전극의 형상을 구비함에 있어서 단위 셀에 구비된 전극마다 각각 서로 다른 전압을 인가함으로써, 배선 수를 늘리는 방법을 사용하지 않고, 저항체를 사용하여, 구조를 단순화하여 전계가 조성되는 유효 영역 및 개구 영역을 늘릴 수 있다.In addition, in the shape of the electrode, by applying different voltages to each electrode included in the unit cell, an effective region in which an electric field is formed by simplifying the structure using a resistor, without using a method of increasing the number of wirings, and The opening area can be increased.

도 1은 종래의 액정 전계 렌즈의 단위 렌즈 셀을 나타낸 단면도
도 2는 도 1의 단위 렌즈 셀을 복수개 구성시 광경로 프로파일을 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도
도 4는 도 3의 I~I' 선상의 단면도
도 5는 도 3의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 단면도
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도
1 is a cross-sectional view showing a unit lens cell of a conventional liquid crystal field lens
2 is a perspective view illustrating an optical path profile when a plurality of unit lens cells of FIG. 1 are configured;
3 is a plan view illustrating a liquid crystal field lens according to a first exemplary embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 3.
5 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG.
6 is a plan view illustrating a liquid crystal field lens according to a second exemplary embodiment of the present invention.
7 is a plan view illustrating a liquid crystal field lens according to a third exemplary embodiment of the present invention.
8 is a plan view illustrating a liquid crystal field lens according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 전계 렌즈를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the liquid crystal field lens of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 3의 I~I' 선상의 단면도이고, 도 5는 도 3의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 단면도이다.3 is a plan view illustrating a liquid crystal field lens according to a first exemplary embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line II—II ′ of FIG. 3.

도 3 내지 도 5와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는 각각 단위셀이 매트릭스상으로 정의되며, 서로 대향된 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)과, 상기 제 1 기판(110) 상의 각 단위 셀의 최중심에서 최외곽에 걸쳐 각각 중심을 공유하는 폐루프(closed-loop)의 형상으로 갖는 복수개의 제 1 전극(113)과, 상기 복수개의 제 1 전극들을 연결하는 저항체(115)와, 상기 제 2 기판(120) 전면에 형성된 제 2 전극(121)과, 상기 제 1, 제 2 기판(110, 120) 사이의 액정층(150) 및 상기 복수개의 제 1 전극들(113) 중 최중심과 최외곽의 제 1 전극에 각각 접속되며, 서로 다른 전압을 인가하는 제 1, 제 2 전압 단자(111, 117)를 포함하여 이루어진다.3 to 5, the liquid crystal field lens according to the first exemplary embodiment of the present invention has a unit cell defined in a matrix form, and has a first substrate 110 and a second substrate 120 facing each other, and A plurality of first electrodes 113 having a closed-loop shape that shares a center from the center to the outermost of each unit cell on the first substrate 110, and the plurality of first electrodes Resistors 115 connecting the first and second electrodes 121 formed on the entire surface of the second substrate 120, the liquid crystal layer 150 between the first and second substrates 110 and 120, and the plurality of resistors. Each of the first electrodes 113 is connected to a first center electrode and an outermost first electrode, and includes first and second voltage terminals 111 and 117 for applying different voltages.

여기서, 상기 최중심의 제 1 전극에 연결된 제 1 전압 단자(111)와, 최외곽의 제 1 전극에 연결된 제 2 전압 단자(117)에 인가되는 전압 값은 그 값을 서로 바꿀 수도 있다. 즉, 도시된 바와 같이, 최중심에 Vcc(고전압 또는 상전압), 최외곽에 GND(접지)를 인가할 수도 있고, 이를 바꿀 수도 있는 것이다.Here, the voltage value applied to the first voltage terminal 111 connected to the first electrode of the center and the second voltage terminal 117 connected to the outermost first electrode may be interchanged. That is, as shown in the figure, Vcc (high voltage or phase voltage) at the center and GND (ground) at the outermost side may be applied or changed.

이 때, 상기 제 1 전압 단자(111) 및 제 2 전압 단자(117) 중 어느 하나는 1V 이상의 상전압이 인가되고, 나머지 하나는 접지(GND)된다. 도 3에 따르면 각 단위 셀별로 각 최중심과 최외곽에 동일한 Vcc, GND가 인가되었지만, 경우에 따라, 단위셀별로 분리하여 제 1, 제 2 전압 단자에 서로 다른 전압 값을 인가하여 액티브 방식으로 단위셀들의 구동도 가능할 것이다. 이 경우에도 제 1, 제 2 전압 단자 중 하나는 공통적으로 접지된다.At this time, any one of the first voltage terminal 111 and the second voltage terminal 117 is applied a phase voltage of 1V or more, and the other is grounded (GND). According to FIG. 3, the same Vcc and GND are applied to each center cell and the outermost center for each unit cell. However, in some cases, different voltage values are applied to the first and second voltage terminals separately for each unit cell, thereby providing an active method. It is also possible to drive the unit cells. Also in this case, one of the first and second voltage terminals is commonly grounded.

또한, 상기 제 1 전압 단자(111) 및 제 2 전압 단자(117)는 도시된 바와 같이 동일층에 형성할 수도 있고, 혹은 서로 다른 층에 나누어 형성할 수도 있다. 마스크 수를 절약하는 관점에서는 도시된 바와 같이 동일층에 형성하는 것이 바람직할 것이다. 그리고, 상기 제 1, 제 2 전압 단자(111, 117)는 금속으로, 인가되는 전압 저하를 방지한다. In addition, the first voltage terminal 111 and the second voltage terminal 117 may be formed on the same layer as shown, or may be formed on different layers. In view of saving the number of masks, it may be preferable to form the same layer as shown. In addition, the first and second voltage terminals 111 and 117 are metals to prevent the voltage from being applied.

여기서, 상기 제 2 전극(121)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나로 투명 전극으로 형성된다. Here, the second electrode 121 is formed of any one of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), and indium tin zinc oxide (ITZO) as a transparent electrode.

상기 제 1 전극(113)은, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), 구리, 몰리브덴, 알루미늄 중 어느 하나 또는, 이들중 둘 이상의 합금으로 이루어진다. 그리고, 상기 저항체(115)는 상기 제 1 전극(113)보다 전도율이 작은 물질이다.The first electrode 113 is made of any one of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tin zinc oxide (ITZO), copper, molybdenum, aluminum, or an alloy of two or more thereof. In addition, the resistor 115 is a material having a lower conductivity than the first electrode 113.

여기서, 상기 제 1 전극(113)은 되도록 ITO, IZO, ITZO 등의 투명 전극인 것이 바람직하며, 구리, 몰리브덴, 알루미늄일 경우에는 그 두께를 얇게하여 투명성을 유지하도록 한다. 본 발명의 제 1 실시예에 따르면 제 1 전극(113)들을 서로 동일 중심을 갖는 원형으로 도시한 것으로, 이들 제 1 전극들의 형상이 반드시 이에 한정된 것은 아니다.Here, the first electrode 113 is preferably a transparent electrode such as ITO, IZO, ITZO, or the like, and in the case of copper, molybdenum, and aluminum, the thickness thereof is made thin to maintain transparency. According to the first exemplary embodiment of the present invention, the first electrodes 113 are illustrated in a circle having the same center, and the shapes of the first electrodes 113 are not necessarily limited thereto.

상기 저항체(115)는 상기 복수개의 제 1 전극들(113)을 최중심에서 최외곽의 방향으로 일자로 연결하는 형상이다. 도시된 바와 같이, 십자 형상으로 형성될 수도 있고, 그 밖에도 상기 저항체(115)는 각 단위셀에 대해 상기 최중심을 기준으로 대칭형으로 복수개 구비될 수도 있다. 상기 저항체(115)는 도시된 바와 같이, 제 1 전극들(113) 사이에만 위치할 수도 있고, 혹은 제 1 전극들(113)의 표면을 지나며 형성될 수도 있다.The resistor 115 has a shape in which the plurality of first electrodes 113 are connected to each other in a direction from the center to the outermost. As shown, it may be formed in a cross shape, in addition, a plurality of resistors 115 may be provided symmetrically with respect to the center of the unit cell. As illustrated, the resistor 115 may be positioned only between the first electrodes 113 or may be formed to pass through the surfaces of the first electrodes 113.

또한, 상기 복수개의 제 1 전극들(113)은 중심에서 외곽으로 갈수록 그 폭이 늘어날 수 있으며, 동일할 수도 있다. In addition, the widths of the plurality of first electrodes 113 may increase from the center to the outside and may be the same.

여기서, 상기 제 1 전극들(113)은 폭과 이격된 간격은 형성하고자 하는 액정 전계 렌즈의 프로파일을 고려하여 조정할 수 있을 것이다.Here, the first electrodes 113 may be adjusted in consideration of the profile of the liquid crystal field lens to be formed.

그리고, 상기 제 1 전극(113) 및 저항체(115)를 포함한 상기 제 1 기판(110) 전면과, 상기 제 2 전극(121) 상에 각각 제 1 배향막(116) 및 제 2 배향막(123)이 더 형성된다. 이러한 제 1, 제 2 배향막(116, 123)은 상기 제 1 전극(113)들의 방향과 평행 또는 수직한 방향으로 러빙되어 초기 액정 방향을 제어할 수 있다.In addition, a first alignment layer 116 and a second alignment layer 123 may be formed on the entire surface of the first substrate 110 including the first electrode 113 and the resistor 115, and on the second electrode 121, respectively. More is formed. The first and second alignment layers 116 and 123 may be rubbed in a direction parallel or perpendicular to the directions of the first electrodes 113 to control the initial liquid crystal direction.

여기서, 설명하지 않은 부호 114, 118은 하부의 제 1, 제 2 전압 단자(111, 117)와 상부의 제 1 전극(113)과 접속하는 제 1, 제 2 콘택홀을 의미한다. 112는 절연막으로 상기 제 1, 제 2 콘택홀(114, 118)이 형성되는 층이며, 상기 제 1, 제 2 전압 단자(111, 117)와 상부의 제 1 전극들(113) 및 저항체(115)간의 층간 절연을 위한 것이다.Here, reference numerals 114 and 118 not described herein refer to first and second contact holes connected to the first and second voltage terminals 111 and 117 and the first electrode 113 at the upper side. 112 is a layer in which the first and second contact holes 114 and 118 are formed as an insulating layer, and the first and second voltage terminals 111 and 117 and the first electrodes 113 and the resistor 115 are disposed thereon. For interlayer insulation between layers.

또한, 122는 스페이서로 액정층(150)의 셀갭을 지지하기 위한 것이며, 그 형상은 원형, 다각 기둥 등으로 가변할 수도 있다. 도시된 스페이서(122)는 단위 셀의 개구율 저하를 방지하기 위해 단위 셀 외곽에 형성된 상태를 도시하였으나, 필요에 따라 단위 셀 내로 들어올 수도 있다.In addition, 122 is used to support the cell gap of the liquid crystal layer 150 with a spacer, and the shape thereof may be changed into a circle, a polygonal column, or the like. Although the illustrated spacer 122 is formed outside the unit cell in order to prevent a decrease in the aperture ratio of the unit cell, the spacer 122 may be introduced into the unit cell as necessary.

경우에 따라, 도시되어 있지 않지만 상기 단위 셀들의 가장자리에는 씰 물질이 형성되어, 단위 셀별 액정의 구동을 구분할 수도 있을 것이다.In some cases, although not shown, a seal material may be formed at the edges of the unit cells to distinguish driving of the liquid crystal for each unit cell.

이하, 상술한 액정 전계 렌즈의 구동 원리를 설명한다.Hereinafter, the driving principle of the above-mentioned liquid crystal field lens will be described.

동심원으로 형성된 제 1 전극들(113)들의 최중심에 Vcc, 최외곽에 GND(접지전압)가 인가되고, 상기 제 2 전극(121)에 공통 전압(Vcc 보다 낮은 전압) 또는 GND(접지전압)이 인가되면, 최중심에는 가장 강한 수직 전계가 조성되고, 최외곽에는 약하거나 거의 없는 전계가 조성되어, 평면적으로 상기 제 1 전극들의 중심부터 외곽에 걸쳐 점차 낮아지는 전위면이 형성된다. 이에 따라 전위면에 따른 방향 또는 수직한 방향으로 광경로차가 발생하며, 이로 인해 렌즈 효과가 발생되는 것이다. 여기서, 상기 전위면에 따르거나 수직한 방향에 따르거나 하는 액정의 배열은 액정이 가진 성질, 예를 들어 유전율 이방성에 의해 달라지는 것이다.Vcc and GND (ground voltage) are applied to the center of the first electrodes 113 formed concentrically, and a common voltage (voltage lower than Vcc) or GND (ground voltage) is applied to the second electrode 121. When this is applied, the strongest vertical electric field is formed at the center, and the weakest or almost no electric field is formed at the outermost, so that the potential surface gradually lowers from the center of the first electrodes to the outer surface. Accordingly, the optical path difference occurs in the direction or the vertical direction along the dislocation surface, which causes the lens effect. Here, the arrangement of the liquid crystals depending on the potential plane or in the vertical direction depends on the properties of the liquid crystals, for example, dielectric anisotropy.

여기서, 각 동심원들의 제 1 전극들(113)은 개별 전극들에서 동일 전위면을 형성하게 되며, 저항체(115)는, 저항체가 갖는 고유의 저항 값에 의해 서로 이격된 제 1 전극들(113)간 전압 차를 주게 되어, 최중심에서부터 최외곽으로 가며, 혹은 그 반대 방향으로 가며, 전압 강하량을 조절하게 되는 것이다.Here, the first electrodes 113 of the concentric circles form the same potential surface at the individual electrodes, and the resistor 115 may be spaced apart from each other by the intrinsic resistance of the resistor. The difference in voltage between the two, going from the center to the outermost or vice versa, adjusts the voltage drop.

이러한 액정 전계 렌즈를 구현시, 사방으로 고른 전계 효과를 얻을 수 있기 때문에, 상술한 액정 전계 렌즈를 구비하여 렌즈를 구현시 어느 방향으로도 고른 입체 영상의 시인할 수 있는 것이다.When the liquid crystal field lens is implemented, an even field effect may be obtained in all directions, and thus the stereoscopic image may be visualized in any direction when the lens is provided by the above-described liquid crystal field lens.

특히, 상술한 액정 전계 렌즈는 단위 셀들에 있어서, 3개 이상의 복수개의 전극들이 구비되더라도 최중심과 최외곽에 위치한 제 1 전극에만 전압 값을 인가하므로, 개별 전극별로 서로 다른 전압 값을 인가하는 구조 대비 배선 수를 줄일 수 있어, 유효 셀 영역을 늘리고, 차광 금속을 사용하는 배선의 사용을 줄여 개구율을 높일 수 있는 것이다. In particular, the above-described liquid crystal field lens applies a voltage value only to the first electrode located at the center and the outermost part even if three or more electrodes are provided in the unit cells, thereby applying different voltage values to individual electrodes. The number of wirings can be reduced, the effective cell area can be increased, and the use of wirings using light shielding metals can be reduced to increase the aperture ratio.

한편, 본 발명의 영상 표시 장치는, 상술한 액정 전계 렌즈와, 상기 액정 전계 렌즈 하부에 위치하며, 상기 액정 전계 렌즈측으로 이차원 영상을 출사하는 표시 패널을 포함하여 이루어진다. On the other hand, the video display device of the present invention comprises a liquid crystal field lens described above, and a display panel positioned below the liquid crystal field lens and emitting a two-dimensional image to the liquid crystal field lens side.

여기서, 상기 액정 전계 렌즈는 상술한 바와 같이, 제 1, 제 2 전압 단자에 Vcc, GND를 인가하고, 제 2 전극에 공통 전압을 인가할 때에는 액정 전계 렌즈를 기능하며, 제 1, 제 2 전압 단자 및 제 2 전극을 플로팅하거나 모두 접지시킬 때에는 투명한 셀로 기능하는 것으로, 스위칭 셀로 기능하는 것이다. As described above, the liquid crystal field lens functions as a liquid crystal field lens when Vcc and GND are applied to the first and second voltage terminals, and a common voltage is applied to the second electrode. When the terminal and the second electrode are both floated or grounded, they function as transparent cells and as switching cells.

이에 따라, 상기 액정 전계 렌즈의 전압 인가에 따라 2D-3D 영상 전환이 가능할 수 있다. 즉, 예를 들어, 2D 영상 표시시에는, 상기 액정 전계 렌즈를 투명한 셀을 기능시키며, 하부의 영상 패널로부터 영상을 그대로 출사하게 하며, 3D 영상 표시시에는, 제 1, 제 2 전압 단자에 Vcc, GND를 인가하고, 제 2 전극에 공통 전압을 인가함에 의해 액정 전계 렌즈로 기능시킨다.Accordingly, 2D-3D image switching may be possible according to the application of the voltage of the liquid crystal field lens. That is, for example, when displaying a 2D image, the liquid crystal field lens functions as a transparent cell, and outputs an image as it is from the lower image panel, and when displaying a 3D image, Vcc is provided to the first and second voltage terminals. , GND is applied, and a common voltage is applied to the second electrode to function as a liquid crystal field lens.

상술한 액정 전계 렌즈를 구동하는 모드는 수직 전계 구동이 가능한 TN(Twisted Nematic), ECB(electrically controlled birefringence), VA(Vertical Alignment), 플렉소 일렉트릭(flexo-electric) 등 어느 것으로도 가능할 것이다. The above-described mode for driving the liquid crystal field lens may be any of a twisted nematic (TN), an electrically controlled birefringence (ECB), a vertical alignment (VA), and a flexo-electric (flexo-electric).

이하, 액정 전계 렌즈의 다양한 실시예에 대해 살펴본다.Hereinafter, various embodiments of the liquid crystal field lens will be described.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도이다.6 is a plan view illustrating a liquid crystal field lens according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈로, 제 1 실시예와 비교하여, 제 1 전극(213)들은 동일 폭으로 형성할 것을 특징으로 한 것이다. 제 1 실시예와 마찬가지로 저항체(215)는 상기 제 1 전극(213) 사이에만 형성될 수도 있고, 혹은 이들과 상부 혹은 하부 표면을 지나도록 하여 오버랩시킬 수도 있다. 어느 경우나 상기 제 1 전극(213)들과 저항체(215)들은 측부나 상부에서 접속된다.FIG. 6 is a liquid crystal field lens according to a second embodiment of the present invention. In comparison with the first embodiment, the first electrodes 213 have the same width. As in the first embodiment, the resistor 215 may be formed only between the first electrodes 213, or may overlap the upper and lower surfaces with the resistors 215. In any case, the first electrodes 213 and the resistors 215 are connected at the side or the top.

여기서, 설명하지 않은 부분은 상술한 제 1 실시예와 동일하다.Here, the part which is not demonstrated is the same as that of 1st Embodiment mentioned above.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도이다.7 is a plan view illustrating a liquid crystal field lens according to a third exemplary embodiment of the present invention.

도 7과 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는, 제 1 전극(313)들의 형상을 삼각형의 형상으로 한 점 외에는 상술한 제 2 실시예와 차이가 없다. As shown in FIG. 7, the liquid crystal field lens according to the third exemplary embodiment of the present invention is not different from the above-described second exemplary embodiment except that the first electrodes 313 are shaped like triangles.

이 경우, 단위 셀들은 최외곽에 위치한 제 1 전극(313)이 갖는 삼각형의 형상을 따르게 되며, 전체 제 1, 제 2 기판 상에서 이들 단위 셀의 배치는 삼각형과, 이를 반전한 역삼각형이 반복되는 방식으로 매트릭스를 이루어 단위셀의 유효 면적을 늘릴 수 있을 것이다.In this case, the unit cells follow the shape of the triangle of the first electrode 313 located at the outermost part, and the arrangement of these unit cells on the entire first and second substrates is repeated with the triangle and the inverted triangle inverted. In this way, the effective area of the unit cell may be increased by forming a matrix.

도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액정 전계 렌즈를 나타낸 평면도이다.8 is a plan view illustrating a liquid crystal field lens according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.

도 8과 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는, 제 1 전극(413)의 형상을 사각형으로 한 점을 제외하고는 상술한 제 2 실시예와 동일한 구조를 따른다. As shown in FIG. 8, the liquid crystal field lens according to the fourth exemplary embodiment has the same structure as the above-described second exemplary embodiment except that the first electrode 413 has a rectangular shape.

한편, 본 발명의 액정 전계 렌즈의 제 1 전극들은 방사상의 전계 형상을 위해 상술한 원형, 삼각형, 사각형 등에 구조에 한정되는 것이 아니라 이들을 포함한 다각형 루프의 여러 가지 변형 형상에도 동일 또는 유사하게 적용 가능할 것이다.
On the other hand, the first electrodes of the liquid crystal field lens of the present invention are not limited to the above-described structures such as circles, triangles, squares, etc. for the radial electric field shape, but may be similarly or similarly applied to various deformation shapes of polygonal loops including the same. .

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.

110: 제 1 기판 111: 제 1 전압 단자
112: 절연막 113: 제 1 전극
114: 제 1 콘택홀 115: 저항체
116: 제 1 배향막 117: 제 2 전압 단자
118: 제 2 콘택홀 120: 제 2 기판
121: 공통 전극 122: 스페이서
123: 제 2 배향막 150: 액정층
110: first substrate 111: first voltage terminal
112: insulating film 113: first electrode
114: first contact hole 115: resistor
116: first alignment layer 117: second voltage terminal
118: second contact hole 120: second substrate
121: common electrode 122: spacer
123: second alignment layer 150: liquid crystal layer

Claims (12)

각각 단위셀이 매트릭스상으로 정의되며, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
상기 제 1 기판 상의 각 단위 셀의 최중심에서 최외곽에 걸쳐 각각 중심을 공유하는 폐루프(closed-loop)의 형상으로 형성된 복수개의 제 1 전극;
상기 복수개의 제 1 전극들을 연결하는 저항체;
상기 제 2 기판 전면에 형성된 제 2 전극;
상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층; 및
상기 복수개의 제 1 전극들 중 최중심과 최외곽의 제 1 전극에 각각 접속되며, 서로 다른 전압을 인가하는 제 1, 제 2 전압 단자를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
Unit cells each defined as a matrix and having a first substrate and a second substrate facing each other;
A plurality of first electrodes formed in the shape of a closed-loop that each share a center from the center to the outermost of each unit cell on the first substrate;
A resistor connecting the plurality of first electrodes;
A second electrode formed on the entire surface of the second substrate;
A liquid crystal layer between the first and second substrates; And
And first and second voltage terminals connected to the center and outermost first electrodes of the plurality of first electrodes, respectively, for applying different voltages.
제 1항에 있어서,
상기 제 2 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
The method of claim 1,
The second electrode is any one of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), and indium tin zinc oxide (ITZO).
제 1항에 있어서,
상기 제 1 전극은, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), 구리, 몰리브덴, 알루미늄 중 어느 하나 또는, 이들중 둘 이상의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
The method of claim 1,
The first electrode is any one of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tin zinc oxide (ITZO), copper, molybdenum, aluminum, or a liquid crystal, characterized in that formed of two or more of these alloys. Electric field lens.
제 1항에 있어서,
상기 저항체는 상기 제 1 전극보다 전도율이 작은 물질인 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
The method of claim 1,
The resistor is a liquid crystal field lens, characterized in that the material having a smaller conductivity than the first electrode.
제 1항에 있어서,
상기 저항체는 상기 복수개의 제 1 전극들을 최중심에서 최외곽의 방향으로 일자로 연결하는 형상인 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
The method of claim 1,
The resistor has a shape that connects the plurality of first electrodes in a direction from the center to the outermost in a straight line.
제 5항에 있어서,
상기 저항체는 각 단위셀에 대해 상기 최중심을 기준으로 대칭형으로 복수개 구비된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
6. The method of claim 5,
And a plurality of resistors are provided in symmetrical form with respect to each center of the unit cell.
제 1항에 있어서,
상기 복수개의 제 1 전극들은 중심에서 외곽으로 갈수록 그 폭이 늘어나는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
The method of claim 1,
And a plurality of first electrodes extending in width from the center to the outside thereof.
제 1항에 있어서,
상기 복수개의 제 1 전극들은 원형 루프 또는 다각형 루프인 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
The method of claim 1,
And the plurality of first electrodes are circular loops or polygonal loops.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 전압 단자 및 제 2 전압 단자 중 어느 하나는 1V 이상의 상전압이 인가되고, 나머지 하나는 접지된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
The method of claim 1,
Any one of the first voltage terminal and the second voltage terminal is applied a phase voltage of 1V or more, and the other is grounded.
제 1항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 전압 단자는 금속인 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
The method of claim 1,
And the first and second voltage terminals are metal.
제 1항에 있어서,
상기 제 1 전극 및 저항체를 포함한 상기 제 1 기판 전면과, 상기 제 2 전극 상에 각각 제 1 배향막 및 제 2 배향막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.
The method of claim 1,
A first alignment layer and a second alignment layer are further formed on the entire surface of the first substrate including the first electrode and the resistor, and on the second electrode, respectively.
제 1 내지 제 11항 중 어느 하나의 액정 전계 렌즈와, 상기 액정 전계 렌즈 하부에 위치하며, 상기 액정 전계 렌즈측으로 이차원 영상을 출사하는 표시 패널을 포함하여 이루어진 영상 표시 장치. 12. The image display device of claim 1, further comprising a liquid crystal field lens and a display panel positioned below the liquid crystal field lens and outputting a two-dimensional image toward the liquid crystal field lens.
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