KR20130106719A - Prism using a liquid crystal - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A liquid crystal prism is provided to reduce the thickness, weight, and manufacturing costs of a device by using a plastic substrate. CONSTITUTION: A liquid crystal cell (LC) is formed between a first substrate (110) and a second substrate (120). A first electrode (113) and a second electrode (121) form an electric field that rotates liquid crystal molecules in a liquid crystal cell. A transparent protection layer (123) protects the second electrode. The first substrate is made of a plastic substrate and has a first thickness (d1). The second substrate is made of a glass substrate and has a second thickness (d2) that is thicker than the first thickness.

Description

액정 프리즘{Prism using a liquid crystal}Liquid prism {Prism using a liquid crystal}

본 발명은 입체영상 또는 홀로그램을 구현하는데 유용하게 사용되는 액정을 이용해서 구현한 프리즘(이하, 액정 프리즘)에 관한 것이다.The present invention relates to a prism (hereinafter, referred to as a liquid crystal prism) implemented by using a liquid crystal usefully used to implement a stereoscopic image or a hologram.

사람의 양안은 약 6.5cm 떨어져 있기 때문에, 좌안과 우안으로 보는 이미지에 차이가 생기며, 머릿속에서 두 개의 이미지를 자동으로 합성하여 하나로 인식하는 과정에서 입체감을 느끼게 된다. 지금의 스테레오 스코픽(stereo-scopic) 입체 영상은 이러한 차이를 이용하는 것으로, 좌/우 눈에 차이가 있는 이미지를 보여줌으로써 입체감을 표현한다.Since both eyes are about 6.5cm apart, there is a difference in the image seen by the left and right eyes, and in the process of automatically synthesizing two images in the head and recognizing them as a three-dimensional feeling. Today's stereo-scopic stereoscopic images use such a difference and express a stereoscopic feeling by showing an image having a difference in left and right eyes.

입체 영상을 표시하는 방식으로 크게, 안경방식과 무안경방식으로 나눌 수 있다. 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 이미지의 편광 방향을 바꿔서 또는 시분할 방식으로 표시하고, 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체이미지를 구현한다. 무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 이미지의 편광축을 분리하기 위한 패럴렉스 베리어, 렌티큘러 렌즈 등의 광학 부품을 표시 화면의 앞에 또는 뒤에 설치하여 입체이미지를 구현한다.The method of displaying a stereoscopic image can be largely divided into a glasses method and a glasses-free method. The spectacle method displays the image by changing the polarization direction of the left and right parallax image on the direct-view display device or the projector or by time division, and realizes a stereoscopic image using polarized glasses or liquid crystal shutter glasses. In the autostereoscopic method, an optical component such as a parallax barrier and a lenticular lens for separating a polarization axis of a left and right parallax image is generally installed in front of or behind a display screen to realize a stereoscopic image.

안경 방식의 경우, 일반적으로 편광필름 또는 액정셔터를 렌즈로 사용하는 안경이 보편적으로 사용되고 있는데, 시청자가 안경을 착용한 채 이미지를 보아야 하기 때문에 시야에 제한을 받거나 착용감/움직임 등에서 불편한 점이 있다.In the case of the eyeglass method, eyeglasses using a polarizing film or a liquid crystal shutter as a lens are generally used. However, since the viewer must see the image while wearing the glasses, there is a problem in that it is inconvenient in the field of view or the feeling of wearing / moving.

이 같은 이유로, 안경을 쓰지 않은 채 입체 영상을 볼 수 있는 무안경 방식이 사용자에게 보다 가깝게 다가 갈 수 있으나, 시점이 한정돼 있다는 한계가 있다. 즉, 무안경 방식의 입체 표시장치는 모두 빛을 특정 시점으로 모아주는 렌즈를 사용하는데, 렌즈를 투과한 빛은 특정한 지점에 모이게 된다. 따라서, 시청자는 이 지점에 위치한 경우에만 입체 영상을 볼 수 가 있고, 다른 곳에서는 입체 영상을 보지 못하는 한계가 있다.For this reason, the glasses-free method of viewing a stereoscopic image without wearing glasses may be closer to the user, but there is a limitation that the viewpoint is limited. That is, all of the autostereoscopic display devices use a lens that collects light at a specific point in time, and the light passing through the lens is collected at a specific point. Therefore, the viewer can see the stereoscopic image only when it is located at this point, and there is a limitation that the stereoscopic image cannot be seen elsewhere.

하지만, 액정 프리즘은 빛을 원하는 방향으로 굴절시킬 수가 있어, 시청자의 위치에 맞춰 빛을 굴절시키는 경우에, 시청자는 무안경 방식으로 어느 곳에서나 입체 영상을 시청할 수가 있다. However, the liquid crystal prism can refract light in a desired direction, and when the light is refracted to the viewer's position, the viewer can watch a stereoscopic image anywhere in the autostereoscopic manner.

본 발명은 이 같은 배경에서 창안된 것으로, 원하는 방향으로 빛을 굴절시킬 수 있는 액정 프리즘을 제공하는데 있다.The present invention was devised in such a background, and provides a liquid crystal prism capable of refracting light in a desired direction.

또한, 본 발명은 종전 입체 표시장치에 적용하는 경우에, 디스플레이의 두께 및 무게를 줄일 수 있도록 한 액정 프리즘을 제공하는데 있다.In addition, the present invention is to provide a liquid crystal prism that can reduce the thickness and weight of the display, when applied to the conventional stereoscopic display device.

또한, 본 발명은 직각 삼각형 형태를 이루는 이상적인 액정 프리즘을 제공하는데 있다.In addition, the present invention is to provide an ideal liquid crystal prism in the form of a right triangle.

본 발명의 일 실시예에서는 제1 기판과 제2 기판 사이에 협지된 액정셀과, 상기 액정셀을 이루는 액정 분자들을 회전시키는 전기장을 생성하는 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 액정분자들은 프리즘의 밑면 길이에 해당하는1피치 내에서 상기 전기장에 맞춰 배열이 점진적으로 변화하고, 상기 제1 기판 또는 제2 기판 중 적어도 하나는 플라스틱 기판으로 이뤄진 액정 프리즘을 개시한다.In an embodiment of the present invention, a liquid crystal cell sandwiched between a first substrate and a second substrate, a first electrode and a second electrode generating an electric field for rotating the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal cell, and the liquid crystal molecules may be prisms. The arrangement gradually changes in accordance with the electric field within one pitch corresponding to the bottom length of, and at least one of the first substrate and the second substrate discloses a liquid crystal prism made of a plastic substrate.

상기 플라스틱 기판은 폴리카보네이트 또는 폴리이미드 중 하나로 이뤄질 수 있다.The plastic substrate may be made of either polycarbonate or polyimide.

상기 액정셀은 ECB 모드 액정셀이고, 상기 제1 전극은 상기 제1 기판 상에 스트라이프 배열을 이루도록 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 제2 기판 상에 전체로 이뤄진다.The liquid crystal cell is an ECB mode liquid crystal cell, the first electrode is formed to form a stripe arrangement on the first substrate, and the second electrode is entirely formed on the second substrate.

상기 1피치 내에서, 상기 액정분자들은 선형적으로 굴절율이 커지는 방향으로 배열될 수 있다.Within one pitch, the liquid crystal molecules may be linearly arranged in a direction of increasing refractive index.

상기 1 피치 내에 상기 제1 전극은 n(n=자연수)개가 배열되고, 상기 n개의 제1 전극들로는 전압이 최대에서 최소 방향으로 선형적으로 작아지는 전압들로 이뤄진 구동전압이 인가되고, 상기 제2 전극으로는 공통 전압이 인가될 수 있다.In the first pitch, n (n = natural numbers) are arranged in the first electrode, and a driving voltage consisting of voltages of which the voltage decreases linearly from maximum to minimum is applied to the n first electrodes. The common voltage may be applied to the two electrodes.

본 발명의 다른 실시예에서는 제1 기판과 제2 기판 사이에 협지된 액정셀과, 상기 액정셀을 이루는 액정 분자들을 회전시키는 프린지 필드를 생성하는 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 액정분자들은 프리즘의 밑면 길이에 해당하는1피치 내에서 상기 프린지 필드에 맞춰 배열이 점진적으로 변화하고, 상기 액정셀은 HAN 모드 액정셀로 구성되고, 상기 액정셀을 이루는 액정분자들 중 일부는 상기 프린지 필드의 방향에 따라 동일한 평면에서 시계 방향으로 회전된 상태로 배열되고, 나머지는 반시계 방향으로 회전된 상태로 배열되는 액정 프리즘을 개시한다.In another embodiment of the present invention, a liquid crystal cell sandwiched between a first substrate and a second substrate, a first electrode and a second electrode generating a fringe field for rotating the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal cell, and the liquid crystal molecules The arrangement gradually changes in accordance with the fringe field within one pitch corresponding to the bottom length of the prism, and the liquid crystal cell is composed of a HAN mode liquid crystal cell, and some of the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal cell are formed in the fringe field. Disclosed is a liquid crystal prism which is arranged in a state rotated in the clockwise direction in the same plane along the direction, and the rest is arranged in a state rotated in the counterclockwise direction.

상기 액정 프리즘에 입사되는 수직방향으로 선편광시키는 선편광판과, 상기 선편광판을 투과한 빛을 좌원편광 또는 우원편광시켜 액정 프리즘으로 공급하는 원편광판을 포함할 수 있다.And a linear polarizer for linearly polarizing the light incident on the liquid crystal prism, and a circular polarizer for supplying the light transmitted through the linear polarizer to the liquid crystal prism.

상기 1피치 내에서, 상기 액정분자들은 정극성 전압(전위차가 +)에 따라 시계방향으로 0도에서 90도까지 회전된 상태로 배열되고, 부극성 전압(전위차가 -)에 따라 반시계 방향으로0도에서 90도까지 회전된 상태로 배열될 수 있다.Within the 1 pitch, the liquid crystal molecules are arranged in a state rotated clockwise from 0 degrees to 90 degrees according to the positive voltage (potential difference is +), and counterclockwise according to the negative voltage (potential difference is-). It can be arranged rotated from 0 degrees to 90 degrees.

상기 액정분자들은 동일 평면에서 0도 에서 360도까지 선형적으로 회전한 배열을 이루고, 이 중 0도에서 180도 범위의 액정분자 배열에 의해 제1 프리즘이 이뤄지고, 180도에서 360도 범위의 액정분자 배열에 의해 제1 프리즘에 이웃해서 제2 프리즘이 형성될 수 있다.The liquid crystal molecules are linearly rotated from 0 degrees to 360 degrees in the same plane, of which a first prism is achieved by an array of liquid crystal molecules ranging from 0 degrees to 180 degrees, and the liquid crystals of 180 degrees to 360 degrees. The second prism may be formed adjacent to the first prism by the molecular arrangement.

본 발명의 일 실시예에서는, 유리기판을 사용하지 않고 플라스틱 기판을 사용해서 액정 프리즘을 형성하므로, 장치의 두께 및 무게 그리고 제조 비용을 줄일 수 있다.In one embodiment of the present invention, since the liquid crystal prism is formed using the plastic substrate without using the glass substrate, the thickness and weight of the apparatus and the manufacturing cost can be reduced.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 액정분자들이 동일 평면에서 0도 에서 360도까지 선형적으로 회전한 배열을 가지고 액정 프리즘을 구현함으로써, 직각 삼각형 모양의 이상적인 프리즘을 구현할 수가 있다.In addition, in another embodiment of the present invention, by implementing the liquid crystal prism with the liquid crystal molecules linearly rotated from 0 degrees to 360 degrees in the same plane, it is possible to implement the ideal prism of the right triangle shape.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 프리즘의 단면 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 액정 프리즘과 표시패널의 배치관계를 설명하는 도면이다.
도 3은 액정 프리즘이 비활성화된 상태에서 빛이 진행하는 경로를 예시하는 도면이다.
도 4는 액정 프리즘이 활성화된 상태에서 빛이 진행하는 경로를 예시하는 도면이다.
도 5 내지 도 9는 도 1에 도시한 액정 프리즘의 제조 과정을 설명하는 도면이다.
도 10은 ECB 모드 액정셀로 구현된 액정 프리즘에서 액정분자의 배열을 보여주는 도면이다.
도 11 내지 도 14는 죤스 메트릭스를 설명하기 위한 도면들이다.
도 15는 HAN 모드 액정셀에서 액정분자를 0도에서 180도까지 배열시킨 상태와 그에 따른 구동 전압을 보여주는 도면이다.
도 16 내지 도 17은 HAN 모드 액정셀로 구현된 액정 프리즘을 설명하는 도면이다.
1 is a view showing a cross-sectional view of a liquid crystal prism according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an arrangement relationship between a liquid crystal prism and a display panel.
3 is a diagram illustrating a path in which light travels in a state where a liquid crystal prism is inactivated.
4 is a diagram illustrating a path in which light travels in a state where a liquid crystal prism is activated.
5 to 9 are diagrams illustrating a manufacturing process of the liquid crystal prism shown in FIG. 1.
FIG. 10 is a diagram illustrating an arrangement of liquid crystal molecules in a liquid crystal prism implemented with an ECB mode liquid crystal cell.
11 to 14 are diagrams for explaining the Jones matrix.
FIG. 15 is a view illustrating a state in which liquid crystal molecules are arranged from 0 degrees to 180 degrees in a HAN mode liquid crystal cell and driving voltages thereof accordingly.
16 to 17 illustrate a liquid crystal prism implemented as a HAN mode liquid crystal cell.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Like reference numerals throughout the specification denote substantially identical components. In the following description, when it is determined that a detailed description of known functions or configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 프리즘(100)의 단면 모습을 보여준다. 이 실시예에서, 액정 프리즘(100)은 두 전극 사이에 액정이 협지된 구조를 이루고 있으나, IPS 모드나 FFS모드처럼 두 전극은 동일 기판에 형성돼서 수평방향의 전계를 형성하는 것도 가능하다. 이 액정 프리즘(100)은 액정의 배열 방향을 조절해서 선 격자(line grating)를 이루고, 이에 따라 빛을 원하는 방향으로 굴절시킬 수 있도록 한다.1 shows a cross-sectional view of a liquid crystal prism 100 according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the liquid crystal prism 100 has a structure in which the liquid crystal is sandwiched between the two electrodes, but like the IPS mode or the FFS mode, the two electrodes may be formed on the same substrate to form a horizontal electric field. The liquid crystal prism 100 adjusts the alignment direction of the liquid crystal to form a line grating, thereby allowing the light to be refracted in a desired direction.

도 1에서, 액정 프리즘(100)은 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 액정(LC)이 주입된 구조를 이룬다.In FIG. 1, the liquid crystal prism 100 has a structure in which a liquid crystal LC is injected between the first substrate 110 and the second substrate 120.

제1 기판(110)은 폴리카보네이트와 같은 물질로 이뤄진 플라스틱 기판으로 구성된다. 폴리카보네이트는 유리에 비해 내열성 범위가 섭씨 150도~180도로 낮지만, 필름 형태로 얇게 기판을 만들 수 있으며, 또한 유리보다 가벼우면서도 플렉서블한 장점을 가지고 있다. 따라서, 플라스틱 기판으로 제1 기판을 구성하는 경우에, 액정 프리즘(100)의 두께 및 무게를 줄일 수 있다.The first substrate 110 is composed of a plastic substrate made of a material such as polycarbonate. Polycarbonate has a low heat resistance range of 150 degrees to 180 degrees Celsius compared to glass, but a thin film can be made in a film form, and it is also lighter and flexible than glass. Therefore, when the first substrate is formed of a plastic substrate, the thickness and weight of the liquid crystal prism 100 can be reduced.

이 제1 기판(110) 위에는 제1 전극(113)이 형성된다. 제1 전극(113)은 투명한 도전성 물질, 일 예로, ITO, IZO와 같은 투명한 도전성 산화물을 포토리소그라피 공정을 통해서 하부 기판(110) 위에 형성될 수 있다. 이 제1 전극(113)은 일 방향으로 길게 연장돼 있으며, 이웃한 것과는 소정 거리로 떨어져 있으며, 서로 나란하게 배치돼서 격자 형태를 이룬다. 도 1에서는 제1 전극(113)이 도면을 관통하는 방향으로 서로 나란하게 배치된 형태를 예시한다. 이러한 제1 전극(113)은 투명한 보호층(115)으로 덮어져 보호된다. 이 투명한 보호층(115)은 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기물로 이뤄진다.The first electrode 113 is formed on the first substrate 110. The first electrode 113 may be formed on the lower substrate 110 by using a transparent conductive material, for example, a transparent conductive oxide such as ITO or IZO through a photolithography process. The first electrode 113 extends long in one direction, is spaced apart from the neighboring by a predetermined distance, and is disposed side by side to form a lattice. 1 illustrates a form in which the first electrodes 113 are arranged parallel to each other in a direction penetrating the drawing. The first electrode 113 is protected by being covered with a transparent protective layer 115. The transparent protective layer 115 is made of an inorganic material such as silicon oxide (SiOx) or silicon nitride (SiNx).

제2 기판(120)은 유리기판으로 이뤄져 액정 프리즘(100)의 기계적 강도를 유지하도록 구성된다. 이처럼, 제2 기판(120)은 유리기판으로 구성됨으로, 제1 기판(110)에 비해서 상대적으로 두껍다. 도면에 예시된 바처럼, 제1 기판(110)은 플라스틱 기판으로 구성돼 제1 두께(d1)를 이루고 있지만, 제2 기판(120)은 유리기판으로 구성돼 제1 두께(d1)보다 두꺼운 제2 두께(d2)를 이룬다. 따라서, 제1 및 제2 기판(110, 120)이 모두 유리기판으로 구성되는 경우와 비교해서, 제2 두께(d2)와 제1 두께(d1)의 차이(d2-d1)에 해당하는 만큼의 두께를 줄일 수 있다. 또한, 제1 기판(110)은 제2 기판(120)에 비해서 상대적으로 가벼운 플라스틱을 사용하기 때문에, 무게 역시 줄일 수가 있다.The second substrate 120 is made of a glass substrate and is configured to maintain the mechanical strength of the liquid crystal prism 100. As such, since the second substrate 120 is formed of a glass substrate, the second substrate 120 is relatively thicker than the first substrate 110. As illustrated in the drawing, the first substrate 110 is made of a plastic substrate to form a first thickness d1, but the second substrate 120 is made of a glass substrate and is thicker than the first thickness d1. 2 thickness (d2). Therefore, as compared with the case where both the first and second substrates 110 and 120 are made of glass substrates, the amount corresponding to the difference d2-d1 between the second thickness d2 and the first thickness d1 is increased. The thickness can be reduced. In addition, since the first substrate 110 uses a plastic that is relatively lighter than the second substrate 120, the weight can also be reduced.

제2 기판(120) 위에는 제2 전극(121)이 형성되는데, 제1 전극(113)과 달리 상부 기판(120) 전체에 공통으로 형성된다. 이 같은 제2 전극(121)은 빛이 통과할 수 있도록 투명한 물질, 예로 ITO, IZO와 같은 투명한 도전성 산화물로 형성될 수 있다. 이러한 제2 전극(121)은 투명한 보호층(123)으로 덮어져 보호된다. 이 투명한 보호층(123)은 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기물로 이뤄진다.The second electrode 121 is formed on the second substrate 120. Unlike the first electrode 113, the second electrode 121 is formed in common on the entire upper substrate 120. The second electrode 121 may be formed of a transparent material such as transparent conductive oxide such as ITO or IZO to allow light to pass therethrough. The second electrode 121 is covered with a transparent protective layer 123 and protected. The transparent protective layer 123 is made of an inorganic material such as silicon oxide (SiOx) or silicon nitride (SiNx).

이처럼 구성되는 액정 프리즘(100)은 도 2에서 예시하는 바처럼, 입체영상을 표시하는 표시패널(11)의 픽셀 열들과 얼라인된 상태로 배치된다. 도 2에서, 예시된 액정 프리즘(100)은 제1 내지 제10 유닛(TC1~TC10)으로 구성되는 것을 예시한다. 유닛(TC1-TC10)은 액정 프리즘(100)이 구동되는 최소 단위로, 액정(LC)은 유닛 단위로 프리즘을 형성해 빛을 원하는 방향으로 굴절시켜 시청자에게 제공한다. 예로, 제1 유닛(TC1)에 대응하게 배치된 픽셀 열들(도면의 점선)은 제1 유닛(TC1)이 형성하는 프리즘의 영향을 받아 소정 각도로 빛이 굴절된다. As illustrated in FIG. 2, the liquid crystal prism 100 configured as described above is disposed in alignment with pixel columns of the display panel 11 displaying a stereoscopic image. In FIG. 2, the illustrated liquid crystal prism 100 illustrates that the first to tenth units TC1 to TC10 are configured. The units TC1-TC10 are the smallest units in which the liquid crystal prism 100 is driven, and the liquid crystal LC forms a prism in units of units to refract light in a desired direction to provide the viewer. For example, light lines are refracted at a predetermined angle under the influence of a prism formed by the first unit TC1 in the pixel columns (dotted lines in the drawing) disposed corresponding to the first unit TC1.

이하, 유닛(TC1~TC10) 단위로 이뤄진 액정 프리즘의 동작에 대해서 설명한다. 도 3은 제1 전극(113)과 제2 전극(121) 사이에 전위차가 발생하지 않은 경우, 즉 액정 프리즘이 비활성화된 상태에서, 빛이 진행하는 경로를 예시하는 도면이다.Hereinafter, the operation of the liquid crystal prism made in units TC1 to TC10 will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating a path in which light travels when a potential difference does not occur between the first electrode 113 and the second electrode 121, that is, when the liquid crystal prism is inactivated.

두 전극(113, 121) 사이에 전계가 인가되지 않으면, 액정(LC)은 초기 배열 상태를 유지한다. 예로, ECB모드 액정(LC)은 수평 방향으로 배열된다. 이처럼, 액정셀(LC)은 모두 수평 상태로 배열된 상태를 유지하기 때문에, 위치에 따라 액정들의 굴절율에는 아무런 변화가 없다. 이에 따라, 액정 프리즘(100)은 투과하는 빛에 아무런 영향을 주지 않아, 빛은 아무런 변화없이 액정 프리즘(100)을 그대로 투과한다.If no electric field is applied between the two electrodes 113 and 121, the liquid crystal LC maintains its initial arrangement. For example, the ECB mode liquid crystals LC are arranged in the horizontal direction. As such, since the liquid crystal cells LC all maintain the state arranged in the horizontal state, there is no change in the refractive index of the liquid crystals depending on the position. Accordingly, the liquid crystal prism 100 has no influence on the transmitted light, so that the light passes through the liquid crystal prism 100 without any change.

도 4는 제1 전극(113)과 제2 전극(121) 사이에 전위차가 발생하는 경우에, 빛이 진행하는 경로를 예시하는 도면이다. 이하의 설명에서, 액정 프리즘은 4개의 제1 전극들(113a~113d)로 이뤄진 경우를 예로 설명하고, 액정 프리즘(100)을 이루는 제1 전극은 왼편에서 오른편의 방향으로 가전극(113a), 나전극(113b), 다전극(113c), 라전극(113d)이라 한다.4 is a diagram illustrating a path in which light travels when a potential difference occurs between the first electrode 113 and the second electrode 121. In the following description, the liquid crystal prism will be described as an example in which four first electrodes 113a to 113d are formed, and the first electrode constituting the liquid crystal prism 100 may have a provisional electrode 113a in a direction from left to right. It is referred to as a bare electrode 113b, a multi-electrode 113c, and a la electrode 113d.

도 4에서, 제2 전극(121)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 가전극(113a)은 제1 전압(V1)이 인가되고, 나전극(113b)은 제2 전압(V2)이, 다전극(113c)은 제3 전압(V3)이, 라전극(113d)은 제4 전압(V4)이 인가된다. 전압의 크기는 '제1 전압(V1) < 제2전압(V2) < 제3전압(V3) < 제4전압(V4)'의 순서를 만족한다.In FIG. 4, the common voltage Vcom is applied to the second electrode 121, the first electrode V1 is applied to the provisional electrode 113a, and the second voltage V2 is applied to the bare electrode 113b. The third voltage V3 is applied to the multi-electrode 113c and the fourth voltage V4 is applied to the R-electrode 113d. The magnitude of the voltage satisfies the order of 'first voltage V1 <second voltage V2 <third voltage V3 <fourth voltage V4'.

따라서, 가전극(113a)과 제2 전극(121) 사이에 배치된 제1 액정은 가전압에 비례해서 회동하고, 나전극(113b)과 제2 전극(121) 사이에 배치된 제2 액정은 나전압에 비례해서 제1 액정보다 더 많이 회동한다. 마찬가지로, 제3 액정과 제4 액정도 둘 사이에 걸리는 전압에 비례해 회동하므로, 제1 액정에서 제4 액정으로 갈수록 액정의 회동 정도는 커지게 된다. 따라서, 도 4에 예시한 바와 같이, 위치에 따른 굴절율의 차이가 발생해 액정셀(LC)에는 직각 삼각형 모양의 프리즘이 형성된다. 이 상태에서, 하부 기판(110)을 통해 들어온 빛은 액정 프리즘의 빗면 기울기 각도 α와 동일한 각도만큼 굴절되어 액정 프리즘(100)을 투과하게 된다. Therefore, the first liquid crystal disposed between the provisional electrode 113a and the second electrode 121 rotates in proportion to the applied voltage, and the second liquid crystal disposed between the bare electrode 113b and the second electrode 121 It rotates more than a 1st liquid crystal in proportion to a lag voltage. Similarly, since the third liquid crystal and the fourth liquid crystal rotate in proportion to the voltage applied between the two liquid crystals, the degree of rotation of the liquid crystal increases from the first liquid crystal to the fourth liquid crystal. Therefore, as illustrated in FIG. 4, a difference in refractive index occurs according to the position, and a right triangular prism is formed in the liquid crystal cell LC. In this state, the light entering through the lower substrate 110 is refracted by an angle equal to the oblique slope angle α of the liquid crystal prism to pass through the liquid crystal prism 100.

여기서, 굴절 각도(α)는 아래의 수학식 1과 같이 빛의 파장(λ)과 프리즘의 피치 폭(Wp)에 의해서 결정된다.Here, the refractive angle α is determined by the wavelength λ of the light and the pitch width Wp of the prism as shown in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

sin α = λ / Wpsin α = λ / Wp

이처럼, 액정 프리즘(100)은 유닛에 배치된 액정의 배열 상태를 조절해서 프리즘을 형성하므로, 시청자의 위치에 맞춰 빛을 굴절시키게 되면 무안경 방식으로도 시야각에 제한을 받지 않고 입체 영상을 볼 수가 있다. 예를 들어서, 입체 표시장치가 좌안을 표시하는 동안에, 액정 프리즘(100)은 시청자의 좌안 위치에 맞춰 빛을 굴절시킨다. 그리고, 우안을 표시하는 동안에, 액정 프리즘(100)은 시청자의 우안 위치에 맞춰 빛을 굴절시킨다. 이처럼 액정 프리즘(100)이 좌안 영상 및 우안 영상을 시청자의 위치에 맞춰 각각 공급함으로써, 시청자는 무안경 상태로 입체 영상을 시청할 수가 있다.As such, the liquid crystal prism 100 forms a prism by adjusting the arrangement of the liquid crystals arranged in the unit. When the light is refracted according to the position of the viewer, the liquid crystal prism 100 can view a stereoscopic image without being limited to the viewing angle even in an autostereoscopic method. have. For example, while the stereoscopic display device displays the left eye, the liquid crystal prism 100 refracts light in accordance with the viewer's left eye position. And while displaying the right eye, the liquid crystal prism 100 refracts the light in accordance with the viewer's right eye position. As such, the liquid crystal prism 100 supplies the left eye image and the right eye image according to the viewer's position, respectively, so that the viewer can watch a stereoscopic image in a non-glasses state.

한편, 상술한 액정 프리즘(100)은 제1 기판(110)이 플라스틱 기판으로 구성되는 경우를 실시예로 설명했지만, 제1 기판(110)은 유리기판으로 구성되고, 제2 기판(120)은 플라스틱 기판으로 구성하는 것도 가능하다. 나아가, 제1기판(110) 및 제2 기판(120) 모두를 플라스틱 기판으로 구성할 수도 있다.Meanwhile, the liquid crystal prism 100 described above has described the case in which the first substrate 110 is formed of a plastic substrate, but the first substrate 110 is formed of a glass substrate, and the second substrate 120 is formed of a glass substrate. It is also possible to comprise a plastic substrate. Further, both the first substrate 110 and the second substrate 120 may be formed of a plastic substrate.

이하, 첨부 도면을 참조로 상술한 실시예처럼 제1 기판은 플라스틱 기판으로 구성되고, 제2 기판은 유리기판으로 구성된 액정 프리즘의 제조 과정을 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of a liquid crystal prism consisting of a plastic substrate and a second substrate made of a glass substrate will be described as in the above-described embodiment with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 5 및 도 6은 유리기판으로 이뤄진 제2 기판을 베이스로 한 제조 과정을 보여준다.First, FIGS. 5 and 6 show a manufacturing process based on a second substrate made of a glass substrate.

도 5 및 도 6에서, 유리기판(120)을 세정한 후에, ITO를 스패터링 타겟(Spattering Target)으로 가공해서 유리기판(120) 전체에 스퍼터링시키거나, ITO를 유리기판(120)에 증착시켜서 제2 전극(121)을 형성할 수가 있다.5 and 6, after cleaning the glass substrate 120, the ITO is processed into a sputtering target to sputter the entire glass substrate 120 or the ITO is deposited on the glass substrate 120. The second electrode 121 can be formed.

이처럼, 유리기판(120)에 ITO를 증착한 후에는 제2 전극(121)의 면저항값이 40(Ω/square) 가 되도록 섭씨 230도 내지 섭씨 250도 범위로 어닐링(annealing)을 실시한다.As such, after depositing ITO on the glass substrate 120, annealing is performed in the range of 230 ° C. to 250 ° C. such that the sheet resistance of the second electrode 121 is 40 (Ω / square).

어닐링이 끝난 후에는, 제2 전극(121) 위로 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기물을 증착해서 투명한 보호층(123)을 형성한다. 이 투명한 보호층(123)은 제2 전극(121)이 손상되는 것을 방지한다.After the annealing is finished, an inorganic material such as silicon oxide (SiOx) or silicon nitride (SiNx) is deposited on the second electrode 121 to form a transparent protective layer 123. The transparent protective layer 123 prevents the second electrode 121 from being damaged.

다음으로, 도 7 내지 도 9를 참조로 플라스틱 기판으로 이뤄진 제1 기판을 베이스로 한 제조 과정을 설명한다.Next, a manufacturing process based on a first substrate made of a plastic substrate will be described with reference to FIGS. 7 to 9.

도 7 및 도 9에서, 플라스틱 기판(110) 위에 ITO를 증착해서 제1 전극패턴(113A)을 전면적으로 형성한다.7 and 9, ITO is deposited on the plastic substrate 110 to form the first electrode pattern 113A on the entire surface.

이처럼, 플라스틱 기판(110) 위에 제1 전극패턴(113A)을 형성한 후에는 그 위에 제1 전극패턴(113A)을 패터닝(patterning)하기 위한 마스크(MA)를 준비한다. 도 8에서는 포토리소그라피 방식으로 제1 전극패턴(113A)을 패터닝하는 방법을 예시하고 있고, 마스크(MA)가 포토레지스트로 구성되는 경우를 예로써 보여준다. 주지하는 바처럼, 포토리소그라피 방식은 포토레지스트(MA)에 패턴을 전사한 다음에, 이를 베리어로 제1 전극패턴(113A)을 패터닝하게 된다.As such, after the first electrode pattern 113A is formed on the plastic substrate 110, a mask MA for patterning the first electrode pattern 113A is prepared thereon. In FIG. 8, a method of patterning the first electrode pattern 113A by a photolithography method is illustrated, and a case in which the mask MA is formed of a photoresist is shown as an example. As is well known, the photolithography method transfers a pattern to the photoresist MA, and then patterns the first electrode pattern 113A as a barrier.

도 8에서와 같이 마스크(MA)를 이용해서 제1 전극패턴(113A)을 패터닝하게 되면, 상술한 바처럼 스트라이프 형상을 이루고, 이웃한 것과 평행하게 배치된 제1 전극(113)이 플라스틱 기판(110) 위에 형성된다. 그리고 나서 마스크(MA)층은 제거한다.As shown in FIG. 8, when the first electrode pattern 113A is patterned using the mask MA, as described above, the first electrode 113 having a stripe shape and disposed in parallel with the neighboring portion is a plastic substrate ( 110). The mask MA layer is then removed.

이처럼, 제1 전극(113)을 플라스틱 기판(110) 위에 형성한 후에는 제1 전극(113)을 어닐링한다. 그런데, 상술한 바처럼, 제1 전극(113)은 폴리카보네이트로 이뤄진 플라스틱 기판(110) 위에 형성돼 있기 때문에, 폴리카보네이트의 내열성을 감안해서, 제1 전극(113)의 면저항값이 47(Ω/square)이 되도록 섭씨 120도 내지 130도 범위에서 어닐링을 실시한다. As such, after the first electrode 113 is formed on the plastic substrate 110, the first electrode 113 is annealed. However, as described above, since the first electrode 113 is formed on the plastic substrate 110 made of polycarbonate, in view of the heat resistance of the polycarbonate, the sheet resistance value of the first electrode 113 is 47 (Ω). / square) to 120 degrees Celsius to 130 degrees.

어닐링이 끝난 후에는, 제1 전극(113) 위로 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기물을 증착해서 투명한 보호층(115)을 형성한다. 이 투명한 보호층(115)은 제1 전극(113)이 손상되는 것을 방지한다.After the annealing is finished, an inorganic material such as silicon oxide (SiOx) or silicon nitride (SiNx) is deposited on the first electrode 113 to form a transparent protective layer 115. The transparent protective layer 115 prevents the first electrode 113 from being damaged.

이처럼, 제1 기판 및 제2 기판의 제조가 끝난 후에는 두 기판 사이에 액정을 채워 액정 프리즘(100)을 완성한다. 일 실시예에서, 액정셀(LC)은 아래에서 설명되는 바처럼, ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드로 구성될 수 있다.As such, after the manufacturing of the first substrate and the second substrate is finished, the liquid crystal prism 100 is completed by filling a liquid crystal between the two substrates. In one embodiment, the liquid crystal cell LC may be configured in an electrically controlled birefringence (ECB) mode, as described below.

주지하는 바처럼, ECB 모드는 제1 및 제2 기판 내측에 형성된 배향막(미도시)의 러빙 방향이 같고, 프리 틸티각은0도이다. 그리고, 그 사이에 존재하는 액정들은 장축이 기판에 대해서 평행하도록 수평배향 되어 있다. 이 ECB 모드에서, 전압을 인가하기 전에는 액정셀 내의 모든 액정분자들은 기판에 대해 장축이 평행한 상태로 배열되며, 전압을 인가하면 액정분자들은 전기장과 동일한 방향으로 장축이 배열된 상태를 이루도록 회동한다. 즉, ECB 모드에서, 액정분자들은 수평방향과 수직방향 사이의 90도 회동을 한다.As is known, in the ECB mode, the rubbing directions of the alignment films (not shown) formed inside the first and second substrates are the same, and the pretilt angle is 0 degrees. The liquid crystals present therebetween are horizontally aligned such that their major axes are parallel to the substrate. In this ECB mode, all the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell are arranged in parallel with the long axis with respect to the substrate before applying the voltage, and when the voltage is applied, the liquid crystal molecules rotate to form the long axis in the same direction as the electric field. . That is, in the ECB mode, the liquid crystal molecules rotate 90 degrees between the horizontal direction and the vertical direction.

도 10은 이처럼 회전하는 ECB 모드의 액정 배열을 상술한 액정 프리즘에 맞춰 보여주는 도면이다.FIG. 10 is a view showing the rotating liquid crystal array of the ECB mode in accordance with the above-described liquid crystal prism.

도시된 바처럼, ECB 모드에서 액정 프리즘은 액정의 배열 방향을 조절하는 것으로 구현된다. 즉, ECB 모드에서 액정은 기판에 대해서 수평한 상태(도면의 x축 방향)와 기판에 대해서 수직한 상태(도면의 y축 방향) 사이의 배열 상태를 이룬다. ECB 모드에서 액정은 기판에 대해서 수직한 방향을 이루고 있을 때 굴절율(no)이 최소이고, 기판에 대해서 수평한 방향을 이루고 있을 때 굴절율(ne)은 최대이다. 따라서, 프리즘의 1피치(P) 내에 포함되는 액정의 배열 방향을 수직한 상태에서 점진적으로 수평한 상태가 되도록 액정의 배열 방향을 조절하게 되면, 기울기가 θ인 액정 프리즘을 형성할 수가 있다.As shown, in the ECB mode, the liquid crystal prism is implemented by adjusting the alignment direction of the liquid crystal. That is, in the ECB mode, the liquid crystal forms an arrangement state between the state horizontal to the substrate (the x-axis direction of the drawing) and the state perpendicular to the substrate (the y-axis direction of the figure). In the ECB mode, the liquid crystal has a minimum refractive index no when the liquid crystal has a direction perpendicular to the substrate, and a maximum refractive index (ne) when the liquid crystal has a horizontal direction with respect to the substrate. Therefore, when the alignment direction of the liquid crystal is adjusted so that the alignment direction of the liquid crystal contained in one pitch P of the prism becomes gradually horizontal from the vertical state, the liquid crystal prism having the inclination? Can be formed.

그런데, 플라이백 영역(flyback region), 즉 액정분자의 굴절율이 최대(ne)에서 최소(no)로 급격히 변화는 부분(A)을 보면, 새로운 액정 프리즘을 형성하기 위해서 인접한 두 전극들에 연속적으로 최소전압(Vn)과 최대전압(Vo)이 인가된다. 이상적인 액정 프리즘은 직각 삼각형을 이뤄야 하지만, 플라이백 영역에서 액정은 최소전압에 의해서 수평배열을 이루는 한편, 최대전압에 의해서 수직 배열을 이루고, 또한 점선으로 도시한 바처럼 수평배열에서 점진적으로 수직배열을 이루는 다수의 액정들이 혼재하게 된다. 따라서, 이 플라이백 영역때문에, ECB 모드의 액정 프리즘은 이상적인 직각 삼각형이 아닌 삼각형 모양을 이루게 된다. 이처럼 액정 프리즘이 형성되면, 플라이백 영역으로 들어온 빛은 액정 프리즘의 굴절 각도 (θ)로 꺾이지 못하고, 원하지 않는 방향으로 굴절되는 현상이 발생될 수 있다.However, in the flyback region, that is, the portion A in which the refractive index of the liquid crystal molecules changes rapidly from maximum (ne) to minimum (no), the two consecutive electrodes are successively formed to form a new liquid crystal prism. The minimum voltage Vn and the maximum voltage Vo are applied. The ideal liquid crystal prism should form a right triangle, but in the flyback region the liquid crystals are horizontally arranged by the minimum voltage, vertically by the maximum voltage, and also gradually by vertically in the horizontal array as shown by the dotted line. A plurality of liquid crystals that make up are mixed. Thus, due to this flyback region, the liquid crystal prism of the ECB mode has a triangular shape rather than an ideal right triangle. As such, when the liquid crystal prism is formed, light entering the flyback region may not be folded at the refraction angle θ of the liquid crystal prism and may be refracted in an undesired direction.

이와 비교해서, 액정셀(LC)이 아래에서 설명되는 바처럼, HAN(Hybrid Alignment Nematic) 모드로 구성되면, 상술한 현상을 해결할 수가 있다.In contrast, when the liquid crystal cell LC is configured in the HAN (Hybrid Alignment Nematic) mode as described below, the above-described phenomenon can be solved.

주지하는 바처럼, HAN 모드는 제1 기판 내측에 형성된 배향막(미도시)의 러빙 방향에 맞춰 액정의 장축이 기판에 대해서 수평한 방향으로 프리틸트되며, 제2 기판 내측에 형성된 배향막(미도시)의 러빙 방향에 맞춰 액정의 장축이 기판에 대해서 수직한 방향으로 프리틸트된다. 그리고, 그 사이에 존재하는 액정들은 프린지 필드에 의해서 수평 배향된 상태로 동일 평면에서 회전을 한다.As is well known, in the HAN mode, the long axis of the liquid crystal is pretilted in a direction horizontal to the substrate in accordance with the rubbing direction of the alignment film (not shown) formed inside the first substrate, and the alignment film (not shown) formed inside the second substrate The long axis of the liquid crystal is pretilted in a direction perpendicular to the substrate in accordance with the rubbing direction of. The liquid crystals present therebetween rotate in the same plane in a horizontally oriented state by the fringe field.

HAN 모드에서 액정셀에 입사된 빛이 액정분자의 회전각도(θ)에 따라 어떻게 위상 변조되는지는 아래의 죤스 메트릭스(Jones Matrix)를 통해서 모델링할 수 있는데, 이에 대해서 설명하면 다음과 같다.How the light incident on the liquid crystal cell is phase-modulated in accordance with the rotation angle θ of the liquid crystal molecules in the HAN mode can be modeled through the Jones matrix, which will be described below.

HAN 모드에서, 액정은 상술한 바처럼 동일 평면에서 회전을 하므로, 반파장판(HWP)과 동일하다고 볼 수가 있다. 따라서, 이를 죤스 메트릭스를 이용해서 표현하면 다음의 수학식 1과 같다.In the HAN mode, since the liquid crystal rotates in the same plane as described above, it can be regarded as the same as the half-wave plate (HWP). Therefore, this expression is expressed using Equation 1 below using the Jones matrix.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

그리고, 액정셀에 입력되는 광의 편광 상태에 따라, 우원편광된 광은 아래의 수학식 2처럼 표현되고, 좌원편광된 광은 아래의 수학식 3처럼 표현된다.In addition, according to the polarization state of the light input to the liquid crystal cell, the right circularly polarized light is expressed by Equation 2 below, and the left circularly polarized light is expressed by Equation 3 below.

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

Figure pat00002
Figure pat00002

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

Figure pat00003
Figure pat00003

한편, 도 11에서와 같이 HAN 모드 액정셀(310) 앞에 원편광판(320)과 선편광판(330)이 순차적으로 배치된 경우, 액정셀(310)로 입사되는 빛의 편광 상태는 원편광이다. 보다 자세히, 선편광판(330)을 통과한 빛은 선편광되고, 다시 원편광판(320)에서 λ(파장)/4만큼 위상 지연이 일어나 원편광된다. 따라서, 액정셀(310)로는 원평광판(320)의 편광 조절 방향에 따라 좌원평광 또는 우원편광된 빛이 입사된다.Meanwhile, when the circularly polarizing plate 320 and the linear polarizing plate 330 are sequentially disposed in front of the HAN mode liquid crystal cell 310 as shown in FIG. 11, the polarization state of light incident to the liquid crystal cell 310 is circularly polarized light. In more detail, the light passing through the linear polarizing plate 330 is linearly polarized, and in the circular polarizing plate 320, a phase delay of λ (wavelength) / 4 is generated and circularly polarized. Therefore, the left circularly flat or right circularly polarized light is incident on the liquid crystal cell 310 according to the polarization control direction of the circular flat plate 320.

이에 따라, HAN 모드 액정셀로 입사되는 빛이 우원편광된 상태로 액정셀에 입사가 되면, HAN 모드 액정셀에서 액정의 장축이 θ만큼 회전한 경우에 있어, 이때 출력되는 빛의 위상변조는 아래의 수학식 4와 같이 정의되므로, 이 경우에 빛은 좌원편광된 상태로 출력되며 2θ만큼 위상 변조된다는 사실을 알 수 있다.Accordingly, when light incident on the HAN mode liquid crystal cell is incident on the liquid crystal cell in a right circularly polarized state, when the long axis of the liquid crystal is rotated by θ in the HAN mode liquid crystal cell, the phase modulation of the output light is Since it is defined as in Equation 4, it can be seen that in this case, the light is output in a left circularly polarized state and phase modulated by 2θ.

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

Figure pat00004
Figure pat00004

그리고, 도 12에서와 같이 좌원편광된 상태로 액정셀(310)에 빛이 입사되면, HAN 모드 액정셀에서 액정의 장축이 θ만큼 회전한 경우에 있어, 이때 출력되는 빛의 위상변조는 아래의 수학식 5 같이 정의되므로, 이 경우에 빛은 우원편광된 상태로 출력되며 -2θ만큼 위상 변조된다는 사실을 알 수 있다.In addition, when light is incident on the liquid crystal cell 310 in a left circularly polarized state as illustrated in FIG. 12, when the long axis of the liquid crystal is rotated by θ in the HAN mode liquid crystal cell, the phase modulation of the output light is Since it is defined as Equation 5, it can be seen that in this case, light is output in a right polarized state and phase modulated by -2θ.

[수학식 5]&Quot; (5) &quot;

Figure pat00005
Figure pat00005

그리고, 도 13에서와 같이 우원편광된 상태로 HAN 모드 액정셀에 빛이 입사되면, 액정셀에서 액정의 장축이 -θ만큼 회전한 경우에 있어, 이때 출력되는 빛의 위상변조는 아래의 수학식 6과 같다. 따라서, 이 경우에 빛은 좌원편광된 상태로 출력되며, -2θ만큼 위상 변조된다는 사실을 알 수 있다.In addition, when light is incident on the HAN mode liquid crystal cell in a right circularly polarized state as shown in FIG. 13, when the long axis of the liquid crystal is rotated by -θ in the liquid crystal cell, the phase modulation of the output light is expressed by Same as 6. Thus, it can be seen that in this case the light is output in a left circularly polarized state and phase modulated by -2θ.

[수학식 6]&Quot; (6) &quot;

Figure pat00006
Figure pat00006

마지막으로, 도 14에서와 같이 좌원편광된 상태로 HAN 모드 액정셀에 빛이 입사되면, 액정셀에서 액정의 장축이 -θ만큼 회전한 경우에 있어, 이때 출력되는 빛의 위상변조는 아래의 수학식 7과 같다. 따라서, 이 경우에 빛은 우원편광된 상태로 출력되며, +2θ만큼 위상 변조된다는 사실을 알 수 있다.Finally, when light is incident on the HAN mode liquid crystal cell in a left circularly polarized state as shown in FIG. 14, when the long axis of the liquid crystal is rotated by -θ in the liquid crystal cell, the phase modulation of the output light is Equation 7 Thus, it can be seen that in this case the light is output in a right circularly polarized state and phase modulated by + 2θ.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00007
Figure pat00007

이상의 모델링을 통해서 알 수 있듯이, 원편광된 상태로 HAN 모드 액정셀에 입사된 빛은 액정의 회전각도(θ)에 2배에 해당하는 만큼 위상 지연된 상태로 출력되는 것을 알 수 있다. 또한, HAN 모드 액정셀에 원편광된 상태로 입사된 빛은 원편광과 반대방향으로 회전하는 원편광 상태로 출력되는 것을 알 수 있다.As can be seen from the above modeling, the light incident on the HAN mode liquid crystal cell in a circularly polarized state is output in a phase delayed state corresponding to twice the rotation angle θ of the liquid crystal. In addition, it can be seen that light incident in a circularly polarized state into the HAN mode liquid crystal cell is output in a circularly polarized state rotating in a direction opposite to the circularly polarized light.

이상과 같은 모델링 결과를 통해서, 액정의 회전각도(θ)를 0도에서 180도 범위로 조절하면, HAN 모드 액정셀을 액정 프리즘으로 구현하는 경우에 2π 위상 변조가 가능하다는 것을 알 수 있다.Through the above modeling results, it can be seen that when the rotation angle θ of the liquid crystal is adjusted in the range of 0 to 180 degrees, 2π phase modulation is possible when the HAN mode liquid crystal cell is implemented by the liquid crystal prism.

도 15는 HAN 모드 액정셀에서 인가전압에 따른 액정의 배열 방향을 보여주는 도면이다. 15 is a view showing an arrangement direction of liquid crystals according to an applied voltage in a HAN mode liquid crystal cell.

도 15에서, 액정은 동일 평면(도면의 xy 평면)에서 0도에서 180도 사이의 범위에서 회전하는 것을 보여준다. 도 15에서 예시하는 바처럼, HAN 모드 액정셀에서 액정분자는 인가전압의 방향에 맞춰서 회전한다. 즉, 정극성 전압(전위차가 +)이 인가되는 경우에, 액정은 시계방향으로 회전을 하고, 부극성 전압(전위차가 -)에 대해서는 반시계 방향으로 회전을 한다.In Fig. 15, the liquid crystal shows rotation in the range of 0 to 180 degrees in the same plane (xy plane of the drawing). As illustrated in FIG. 15, in the HAN mode liquid crystal cell, the liquid crystal molecules rotate in accordance with the direction of the applied voltage. That is, when a positive voltage (potential difference is +) is applied, the liquid crystal rotates in a clockwise direction, and a counterclockwise rotation with respect to a negative voltage (potential difference is-).

이에 맞춰, 도 15에서 예시하는 바처럼, 전압을 부극성 방향으로 순차적으로 인가해서 액정을 반시계 방향으로90도 회전시키고, 전압을 정극성 방향으로 인가해서 액정을 순차적으로 시계방향으로 90도 회전시키게 되면, 전체적으로 액정은 180도 범위에서 회전을 시킬 수 있다. 도 15에서는 액정의 회전 방향을 쉽게 알 수 있도록 액정 분자의 한쪽 끝에 바를 표시하였다.Accordingly, as illustrated in FIG. 15, the voltage is sequentially applied in the negative direction to rotate the liquid crystal 90 degrees in the counterclockwise direction, and the voltage is applied in the positive polarity direction to sequentially rotate the liquid crystal 90 degrees in the clockwise direction. In this case, the liquid crystal as a whole can rotate in a 180 degree range. In FIG. 15, a bar is displayed at one end of the liquid crystal molecules so that the rotation direction of the liquid crystal can be easily known.

도 16은 상술한 바와 같은 배경에 맞춰서 HAN 모드에서 구현된 액정 프리즘과 액정의 배열 방향에 따른 위상 지연값을 보여준다. 도 16에서는 2개의 액정 프리즘이 연속해서 형성된 것을 예시한다.FIG. 16 shows a phase delay value according to an alignment direction of a liquid crystal prism and a liquid crystal implemented in a HAN mode according to the background described above. 16 illustrates that two liquid crystal prisms are formed in succession.

도 16에서, 액정셀(310)에 입사되는 빛은 좌원편광 또는 우원편광된 빛이다. 상술한 죤스 메트릭스 모델링을 통해서 확인한 바처럼, HAN 모드 액정셀에 원광편광된 빛이 입사되는 경우에 2π 위상 변조를 할 수가 있다. HAN 모드 액정셀을 투과한 빛은 좌원편광 빛이 액정셀로 입사된 경우에 우원편광 빛으로 출력되고, 우원편광된 빛이 액정셀에 입사되면 좌원편광된 빛이 출력된다.In FIG. 16, light incident on the liquid crystal cell 310 is left circularly polarized light or right circularly polarized light. As confirmed through the Jones matrix modeling described above, when the polarized light is incident on the HAN mode liquid crystal cell, 2π phase modulation can be performed. The light transmitted through the HAN mode liquid crystal cell is output as right circularly polarized light when the left circularly polarized light is incident on the liquid crystal cell, and is output by the left circularly polarized light when the right circularly polarized light is incident on the liquid crystal cell.

도 16에서, 액정셀의 액정은 xy 평면에서 반시계 방향으로 360도 회전하는 것을 보여준다. 액정의 회전 방향을 쉽게 이해하기 위해서, 도면에서는 액정의 한쪽 끝에 바를 표시하였다.In FIG. 16, the liquid crystal of the liquid crystal cell is rotated 360 degrees counterclockwise in the xy plane. In order to understand the rotation direction of a liquid crystal easily, in the figure, the bar was shown at one end of the liquid crystal.

상술한 모델링 과정을 통해서 확인했듯이, 액정의 회전각도(θ)를 0도에서 180도 범위 내로 조정하면, 2π 위상 변조가 가능하다. 여기서, 위상변조 값의 범위는 0 라디안(rad)에서 2π라디안(rad)을 갖는다. 도 16의 경우는 이러한 위상 변조의 특성에 의해 연속적으로 2개의 액정 프리즘이 형성되는 것을 보여준다. 이하, 이 중 액정이 0도 에서 180도 회전함에 따라 구현된 액정 프리즘을 제1 액정 프리즘(1LP)이라 하고, 180도에서 360도까지 회전함에 따라 구현된 액정 프리즘을 제2 액정 프리즘(2LP)이라 한다. 이때, 제1 액정 프리즘(1LP)은 제1 피치(1P)의 길이로 형성되며, 제2 액정 프리즘(2LP)은 제2 피치(2P)의 길이로 형성된다. 여기서, 제1 피치(1P)와 제2 피치(2P)의 길이는 동일하다.As confirmed through the modeling process described above, if the rotation angle θ of the liquid crystal is adjusted within the range of 0 to 180 degrees, 2π phase modulation is possible. Here, the phase modulation value ranges from 0 radians (rad) to 2π radians (rad). In the case of FIG. 16, two liquid crystal prisms are continuously formed by the characteristics of the phase modulation. Hereinafter, the liquid crystal prism implemented as the liquid crystal rotates from 0 degrees to 180 degrees is referred to as a first liquid crystal prism 1LP, and the liquid crystal prism implemented as rotating from 180 degrees to 360 degrees is referred to as the second liquid crystal prism 2LP. This is called. In this case, the first liquid crystal prism 1LP is formed to have a length of the first pitch 1P, and the second liquid crystal prism 2LP is formed to have a length of the second pitch 2P. Here, the lengths of the first pitch 1P and the second pitch 2P are the same.

도 16에서, 제1 액정 프리즘(1LP)을 살펴보면, 액정이 +y축과 나란한 방향으로 배열된 초기 상태를 기준으로 반시계 방향(+θ)으로 180도 회전함으로써 하나의 단위 액정 프리즘이 x축 방향을 따라 구현된 모습을 보여준다. 도 16에서 보여지는 액정의 배열 방향은 액정셀(310)의 저면에서 본 모습을 도시한 것이다.In FIG. 16, when looking at the first liquid crystal prism 1LP, one unit liquid crystal prism is rotated 180 degrees in the counterclockwise direction (+ θ) with respect to the initial state in which the liquid crystal is arranged in a direction parallel to the + y axis. Shows the implementation along the direction. The arrangement direction of the liquid crystal shown in FIG. 16 is a view seen from the bottom of the liquid crystal cell 310.

이 경우에, 우원편광 빛이 액정 셀에 들어오면, 주어진 위치의 액정셀을 통과하면서 위의 수학식 4에 맞춰 위상 변조된 상태로 출력이 된다. 즉, 액정분자의 회전각도(+θ)가 커지면 커질수록 위상 변조 역시 이에 비례해서 커지게 된다. 따라서, x축 양의 방향으로 갈수록 위상 변조값은 커져서 180도 였을 때 최대인 2π라디안(rad)이 된다. 결과적으로 1피치(1P)에 속한 액정들의 위상 변조값은 + x축 방향으로 점진적으로 커지는 선형 값을 가지므로, 기울기가 tan(+α)인 제1 액정 프리즘(1LP)이 형성된다.In this case, when the right circularly polarized light enters the liquid crystal cell, the light is output in a state of being phase-modulated according to Equation 4 while passing through the liquid crystal cell at a given position. That is, as the rotation angle (+ θ) of the liquid crystal molecules increases, the phase modulation also increases in proportion to them. Therefore, the phase modulation value increases in the positive direction of the x-axis, resulting in a maximum of 2π radians (rad) at 180 degrees. As a result, since the phase modulation values of the liquid crystals belonging to one pitch 1P have a linear value gradually increasing in the + x-axis direction, the first liquid crystal prism 1LP having a tan (+ α) is formed.

제2 액정 프리즘(2LP) 역시 제1 액정 프리즘(1LP)과 마찬가지로 구현되는데, 다만 제2 액정 프리즘(2LP)은 x축 양의 방향으로 이동할수록 y축과 나란한 방향 (180도)으로 배열된 액정이 반시계 방향으로180도 만큼 더 회전(360도)해서, 위상 변조값은 0라디안 에서2π라디안까지 증가하게 된다. 결과적으로 2피치(2P)에 속한 액정들의 위상 변조값은 점진적으로 증가하는 선형 값을 가지므로, 기울기가 tan(+α)인 제2 액정 프리즘(2LP)이 형성된다.The second liquid crystal prism 2LP is also implemented as the first liquid crystal prism 1LP, except that the second liquid crystal prism 2LP is arranged in a direction parallel to the y-axis (180 degrees) as the x-axis moves in the positive direction. By further rotating (360 degrees) 180 degrees counterclockwise, the phase modulation value increases from 0 radians to 2 pi radians. As a result, since the phase modulation values of the liquid crystals belonging to the two pitches 2P have a linear value gradually increasing, a second liquid crystal prism 2LP having a tan (+ α) is formed.

도 17의 경우는 상술한 위상 변조의 특성에 의해서 도 16의 경우와 반대의 기울기(tan(-α))를 갖는, 연속적으로 2개의 프리즘이 형성되는 것을 보여주고 있다. 도 16에서 보여지는 액정의 배열 방향은 액정셀(310)의 저면에서 본 모습을 도시한 것이다.The case of FIG. 17 shows that two prisms are formed continuously with the inclination tan (−α) opposite to that of FIG. 16 due to the characteristics of the above-described phase modulation. The arrangement direction of the liquid crystal shown in FIG. 16 is a view seen from the bottom of the liquid crystal cell 310.

이하, 이 중 액정이 0도 에서 180도 회전함에 따라 구현된 액정 프리즘을 제1 액정 프리즘(1LP)이라 하고, 180도에서 360도까지 회전함에 따라 구현된 액정 프리즘을 제2 액정 프리즘(2LP)이라 한다. 이때, 제1 액정 프리즘(1LP)은 제1 피치(1P)의 길이로 형성되며, 제2 액정 프리즘(2LP) 역시 제2 피치(2P)의 길이로 형성된다. 여기서, 제1 피치(1P)와 제2 피치(2P)는 동일하다. Hereinafter, the liquid crystal prism implemented as the liquid crystal rotates from 0 degrees to 180 degrees is referred to as a first liquid crystal prism 1LP, and the liquid crystal prism implemented as rotating from 180 degrees to 360 degrees is referred to as the second liquid crystal prism 2LP. This is called. In this case, the first liquid crystal prism 1LP is formed to have a length of the first pitch 1P, and the second liquid crystal prism 2LP is also formed to have a length of the second pitch 2P. Here, the first pitch 1P and the second pitch 2P are the same.

도 17에서 먼저, 제1 액정 프리즘(1LP)을 살펴보면, 액정이 +y축과 평행한 방향으로 배열된 초기 상태를 기준으로 시계 방향으로 180도 회전함으로써 하나의 단위 액정프리즘이 x축 방향을 따라 구현된 모습을 보여준다. 이 경우에, 우원편광 빛이 액정 셀에 들어오면, 주어진 위치의 액정셀을 통과하면서 위의 수학식 6에 맞춰 위상 변조된 상태로 출력이 된다. 즉, 액정분자의 회전각도(θ)가 커지면 커질수록 위상 변조 역시 이에 비례해서 작아지게 된다.Referring to FIG. 17, first, the first liquid crystal prism 1LP is rotated 180 degrees clockwise with respect to an initial state in which liquid crystals are arranged in a direction parallel to the + y axis. Show the implementation. In this case, when the right circularly polarized light enters the liquid crystal cell, the right circular polarized light passes through the liquid crystal cell at a given position and is output in a phase modulated state according to Equation 6 above. That is, as the rotation angle θ of the liquid crystal molecules increases, the phase modulation also decreases in proportion to them.

따라서, x축 양의 방향으로 갈수록 위상 변조값은 작아져서 0도 였을 때 최대인 2π라인이 되고, 180도였을 때 최소인 0라디안이 된다. 결과적으로 1피치(1P)에 속한 액정들의 위상 변조값은 +축 방향으로 점진적으로 작아지는 선형 값을 가지므로, 기울기가 tan(-α)인 제1 액정 프리즘(1LP)이 형성된다.Therefore, the phase modulation value becomes smaller toward the x-axis positive direction, resulting in a maximum 2π line at 0 degrees, and a minimum of 0 radians at 180 degrees. As a result, since the phase modulation values of the liquid crystals belonging to one pitch 1P have a linear value gradually decreasing in the + axis direction, a first liquid crystal prism 1LP having a tan (−α) is formed.

제2 액정 프리즘(2LP) 역시 제1 액정 프리즘(1LP)과 마찬가지로 구현되는데, 다만 제2 액정 프리즘(2LP)은 x축 양의 방향으로 이동할수록 y축과 나란한 방향 (180도)으로 배열된 액정이 시계 방향으로180도 만큼 더 회전(360도)하게 된다는 점에서만 차이가 있다.The second liquid crystal prism 2LP is also implemented as the first liquid crystal prism 1LP, except that the second liquid crystal prism 2LP is arranged in a direction parallel to the y-axis (180 degrees) as the x-axis moves in the positive direction. The only difference is that it rotates clockwise by 180 degrees (360 degrees).

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

Claims (10)

제1 기판과 제2 기판 사이에 협지된 액정셀과,
상기 액정셀을 이루는 액정 분자들을 회전시키는 전기장을 생성하는 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 액정분자들은 프리즘의 밑면 길이에 해당하는1피치 내에서 상기 전기장에 맞춰 배열이 점진적으로 변화하고,
상기 제1 기판 또는 제2 기판 중 적어도 하나는 플라스틱 기판으로 이뤄진 액정 프리즘.
A liquid crystal cell sandwiched between the first substrate and the second substrate,
A first electrode and a second electrode generating an electric field for rotating the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal cell;
The liquid crystal molecules are gradually changed in alignment with the electric field within one pitch corresponding to the bottom length of the prism,
And at least one of the first and second substrates is a plastic substrate.
제1항에 있어서,
상기 플라스틱 기판은 폴리카보네이트 또는 폴리이미드 중 하나로 이뤄진 액정 프리즘.
The method of claim 1,
The plastic substrate is a liquid crystal prism made of one of polycarbonate or polyimide.
제1항에 있어서,
상기 액정셀은 ECB 모드 액정셀이고,
상기 제1 전극은 상기 제1 기판 상에 스트라이프 배열을 이루도록 형성되며, 상기 제2 전극은 상기 제2 기판 상에 전체로 이뤄진 액정 프리즘.
The method of claim 1,
The liquid crystal cell is an ECB mode liquid crystal cell,
The first electrode is formed to form a stripe arrangement on the first substrate, the second electrode is a liquid crystal prism formed entirely on the second substrate.
제3항에 있어서,
상기 1피치 내에서, 상기 액정분자들은 선형적으로 굴절율이 커지는 방향으로 배열되는 액정 프리즘.
The method of claim 3,
Within 1 pitch, the liquid crystal molecules are linearly arranged in a direction of increasing refractive index.
제3항에 있어서,
상기 1 피치 내에 상기 제1 전극은 n(n=자연수)개가 배열되는 액정 프리즘.
The method of claim 3,
And n (n = natural numbers) of the first electrodes in the first pitch.
제5항에 있어서
상기 n개의 제1 전극들로는 전압이 최대에서 최소 방향으로 선형적으로 작아지는 전압들로 이뤄진 구동전압이 인가되고, 상기 제2 전극으로는 공통 전압이 인가되는 액정 프리즘.
The method of claim 5, wherein
And a driving voltage consisting of voltages of which voltages decrease linearly from maximum to minimum directions to the n first electrodes, and a common voltage to the second electrodes.
제1 기판과 제2 기판 사이에 협지된 액정셀과,
상기 액정셀을 이루는 액정 분자들을 회전시키는 프린지 필드를 생성하는 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 액정분자들은 프리즘의 밑면 길이에 해당하는1피치 내에서 상기 프린지 필드에 맞춰 배열이 점진적으로 변화하고,
상기 액정셀은 HAN 모드 액정셀로 구성되고,
상기 액정셀을 이루는 액정분자들 중 일부는 상기 프린지 필드의 방향에 따라 동일한 평면에서 시계 방향으로 회전된 상태로 배열되고, 나머지는 반시계 방향으로 회전된 상태로 배열되는 액정 프리즘.
A liquid crystal cell sandwiched between the first substrate and the second substrate,
A first electrode and a second electrode generating a fringe field for rotating the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell;
The liquid crystal molecules are gradually changed in alignment with the fringe field within one pitch corresponding to the bottom length of the prism,
The liquid crystal cell is composed of a HAN mode liquid crystal cell,
Some of the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal cell are arranged in a state rotated in the clockwise direction in the same plane according to the direction of the fringe field, the rest are arranged in a state rotated in the counterclockwise direction.
제7항에 있어서,
상기 액정 프리즘에 입사되는 빛을 90도 위상 지연시켜서 선편광시키는 선편광판과,
상기 선편광판을 투과한 빛을 좌원편광 또는 우원편광시켜 액정 프리즘으로 공급하는 원편광판을 포함하고,
빛이 액정 프리즘으로 입사되는 방향을 기준으로 그 앞에 선편광판과 원편광판이 순차적으로 배치되는 액정 프리즘.
The method of claim 7, wherein
A linear polarizing plate for linearly polarizing the light incident on the liquid crystal prism by retarding the light by 90 degrees;
A circularly polarizing plate for supplying the light transmitted through the linearly polarizing plate to the liquid crystal prism by performing left circularly polarized or right circularly polarized light,
A liquid crystal prism in which a linear polarizer and a circular polarizer are sequentially disposed in front of a direction in which light is incident on a liquid crystal prism.
제8항에 있어서,
상기 1피치 내에서, 상기 액정분자들은 정극성 전압(전위차가 +)에 따라 시계방향으로 0도에서 90도까지 회전된 상태로 배열되고, 부극성 전압(전위차가 -)에 따라 반시계 방향으로0도에서 90도까지 회전된 상태로 배열되는 액정 프리즘.
9. The method of claim 8,
Within the 1 pitch, the liquid crystal molecules are arranged in a state rotated clockwise from 0 degrees to 90 degrees according to the positive voltage (potential difference is +), and counterclockwise according to the negative voltage (potential difference is-). Liquid crystal prism arranged in a state rotated from 0 degrees to 90 degrees.
제7항에 있어서,
상기 액정분자들은 동일 평면에서 0도 에서 360도까지 선형적으로 회전한 배열을 이루고, 이 중 0도에서 180도 범위의 액정분자 배열에 의해 제1 프리즘이 이뤄지고, 180도에서 360도 범위의 액정분자 배열에 의해 제1 프리즘에 이웃해서 제2 프리즘이 형성되는 액정 프리즘.
The method of claim 7, wherein
The liquid crystal molecules are linearly rotated from 0 degrees to 360 degrees in the same plane, of which a first prism is achieved by an array of liquid crystal molecules ranging from 0 degrees to 180 degrees, and the liquid crystals of 180 degrees to 360 degrees. A liquid crystal prism in which a second prism is formed adjacent to the first prism by a molecular arrangement.
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