KR20130124488A

KR20130124488A - 렌티큘라 렌즈 격자, 액정 격자 및 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20130124488A
Application number: KR1020137009791A
Authority: KR
Inventors: 웨이 웨이; 앤빙 우
Original assignee: 보에 테크놀로지 그룹 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-11-14
Also published as: EP2662725A4; CN102662208A; CN102662208B; EP2662725A1; EP2662725B1; JP6262671B2; KR101512578B1; WO2013135063A1; JP2015511730A

Abstract

본 발명의 실시예들은, 렌티큘라 렌즈 격자, 액정 격자 및 디스플레이 장치를 제공한다. 렌티큘라 렌즈 격자는 병렬 배열된 복수의 렌티큘라 렌즈를 포함하고, 여기서, 적어도 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈들은 그들 사이에 간격(spacing)을 가지며, 이 간격은 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직인 제1 평면을 포함하고, 및/또는 적어도 하나의 렌티큘라 렌즈의 상부면의 중간 부분은, 적어도 하나의 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직이고 대칭축으로서의 적어도 하나의 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 관하여 대칭인 제2 평면이다. 이러한 렌티큘라 렌즈 격자의 구조를 통해, 컬러 필터 상의 블랙 매트릭스 패턴은 렌티큘라 렌즈의 굴절에 의해 편향하지 않고, 따라서 모아레 효과를 효과적으로 억제할 수 있고, 3D 디스플레이 효과를 상당히 향상시킬 수 있다.

Description

렌티큘라 렌즈 격자, 액정 격자 및 디스플레이 장치{LENTICULAR LENS GRATING, LIQUID CRYSTAL GRATING AND DISPLAY DEVICE}

본 발명의 실시예들은, 렌티큘라 렌즈 격자(lenticular lens grating), 액정 격자 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.

디지털 화상 처리 기술과 장비 제조 수준의 향상으로, 3D 디스플레이는 디스플레이 산업에서 대세가 되었다. 현재의 3D 디스플레이는 "시차(parallax)"에 기초하여 3차원 효과를 생성하며, 즉, 소정의 기구나 기술을 이용함으로써 사용자의 양안이 상이한 화상들을 보도록 하는데; 좌안은 좌안용 화상만을 보고, 우안은 우안용 화상만을 보며, 좌안용 및 우안용 화상들은 물체에 관하여 각각 2개의 상이한 화각(view angle)을 취하므로, 3차원 화상 쌍(picture pair)이라고 부른다. 관찰자의 두뇌는, 양안으로 보는 이들 2종류의 화상을 결합하여 그에 따라 3D 효과를 생성한다.

한 벌의 3D 안경을 통해 3D 디스플레이 효과를 실현하는 방식은 사용자가 한 벌의 3D 안경을 착용할 것을 요구하지만, 이 방식은 사용자의 경험에 심각한 영향을 미치고, 사용자의 자유도를 제한하는 한편, 근시나 원시의 사용자에게 부정적 영향을 미친다. 따라서, 육안의 3D 디스플레이(naked-eye 3D display)가 점차 사용자들이 선호하는 선택이 되고 있다. 육안의 3D 디스플레이 기술은 2종류의 주류 기술, 즉, 시차 장벽(parallax barrier, 슬릿 격자(slit grating)라고도 함)과 렌티큘라 렌즈 기술로 구분할 수 있다.

시차 장벽 기술은, 일련의 슬릿 격자를 갖는 장벽을 디스플레이 스크린 앞에 배치함으로써 사용자의 양안에 상이한 화상들을 보여준다. 그러나 장벽의 존재로 인해, 디스플레이 스크린으로부터 방출되는 광의 일부가 불가피하게 차폐된다. 이것은 디스플레이로부터의 광이 충분히 이용될 수 없게 하여 에너지 손실을 야기할 뿐만 아니라, 투과율을 제한하여 디스플레이 효과에 소정의 부정적 영향을 발생시킨다. 따라서, 비교적 초기에 등장하였음에도 불구하고, 슬릿 격자 기술의 적용 비율은 높지 않다.

렌티큘라 렌즈 격자 기술은, 렌티큘라 렌즈를 디스플레이 스크린 앞에 가까이 배열하는 것이다(렌티큘라 렌즈는 볼록 렌즈이거나 오목 렌즈이다). 디스플레이 상의 부화소 셀들의 일부는 좌안 화상을 보여주는 반면, 다른 부분은 우안 화상을 보여준다. 렌티큘라 렌즈 격자 상에서 렌즈들의 굴절로 인해, 좌안 화소 셀들 및 우안 화소 셀들로부터의 광은 렌티큘라 렌즈 격자를 통과한 후 그 이동 방향에서 편향되어, 좌안 화소들로부터의 광은 사용자의 좌안으로 들어가고, 우안 화소들로부터의 광은 사용자의 우안으로 들어간다.

종래 기술의 렌티큘라 렌즈 격자에서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 렌티큘라 렌즈 격자는 볼록 렌즈 구조이며, 여기서 세미렌티큘라(semilenticular) 렌즈들이 서로 병렬로 근접하게 배열되어 광을 편향시킨다. 그리고, 도 1b에 도시된 바와 같이, 렌티큘라 렌즈 격자는 오목 렌즈 구조이며, 오목 렌티큘라 렌즈들은 서로 병렬로 근접하게 배열되어 광을 편향시킨다. 렌즈 원리에 기초한 광의 편향으로 인해, 컬러 필터의 개별적인 부화소 셀들 사이에 존재하는 블랙 매트릭스(black matrix)는 렌즈의 영향으로 변형된 것처럼 보일 것이므로, 변형된 블랙 매트릭스는 사용자가 보는 화상에서 모아레(Moire, 즉, 간섭 줄무늬)를 야기하여, 화상의 시각적 효과에 심각한 영향을 미친다.

본 발명의 실시예들은, 렌티큘라 렌즈 격자로 화상을 형성하는데 있어 디스플레이 효과에 모아레(Moire)가 영향을 미치는 종래 기술의 문제를 해결하고, 렌티큘라 렌즈 격자, 액정 격자, 및 디스플레이 장치를 제공하며, 디스플레이에서 모아레 효과를 효과적으로 줄인다.

본 발명의 일 양태는, 병렬로 배열된 복수의 렌티큘라 렌즈를 포함하는 렌티큘라 렌즈 격자를 제공한다. 적어도 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈들은 그들 사이에 간격(spacing)을 가지며, 이 간격은 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직인 제1 평면을 포함하고, 및/또는 적어도 하나의 렌티큘라 렌즈의 상부면의 중간 부분은, 상기 적어도 하나의 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직이고 대칭 축으로서의 적어도 하나의 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 관하여 대칭인 제2 평면이다.

렌티큘라 렌즈 격자에서, 예를 들어, 제1 평면의 폭 Ｎ1은 대응하는 컬러 필터 상의 컬러 부화소 셀들 사이의 블랙 매트릭스의 폭 Ｗ와 같고; 및/또는 제2 평면의 폭 Ｎ2는 Ｎ2＝Ｓ／(Ｓ＋ｈ)×Ｗ이며, 여기서, ｈ는 컬러 필터로부터의 격자의 거리이고, Ｓ는 3D 디스플레이를 위한 최적의 시청 거리이다.

렌티큘라 렌즈 격자에서, 예를 들어, 렌티큘라 렌즈는 볼록 렌즈이거나 오목 렌즈이다.

렌티큘라 렌즈 격자에서, 예를 들어, 렌티큘라 렌즈의 상부면은 평활한 곡면(smooth curved surface)이거나 불규칙한 곡면이다.

본 발명의 다른 양태는, 디스플레이 패널과 전술된 렌티큘라 렌즈 격자를 포함하는 디스플레이 장치를 더 제공하며, 여기서, 디스플레이 패널의 컬러 필터 기판의 외부 표면에 렌티큘라 렌즈 격자를 배열한다.

디스플레이 장치에서, 예를 들어, 렌티큘라 렌즈 격자는, 그 상부면이 디스플레이 장치의 디스플레이 패널과 마주하거나 상부면이 디스플레이 장치의 디스플레이 패널과는 반대편에 있도록 하는 방식으로 조립된다.

디스플레이 장치에서, 예를 들어, 렌티큘라 렌즈 격자에 대한 격자 피치 Ｐ는:

여기서, Ｓ_P는 컬러 필터의 부화소 셀들의 폭이고, Ｌ은 사용자의 반-양안간 거리(semi-interocular distance)이다.

디스플레이 장치에서, 예를 들어, 디스플레이 장치는, 편광 시트(polarization sheet)를 더 포함할 수 있고, 여기서, 편광 시트 상에 렌티큘라 렌즈 격자를 구비하고, 디스플레이 패널의 컬러 필터 기판의 외부 표면 상에 편광 시트를 구비한다.

본 발명의 또 다른 양태는, 상부 기판과 하부 기판, 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치된 액정층, 및 상부 기판의 안쪽면에 배치된 제1 전극층 및 하부 기판의 안쪽면에 배치된 제2 전극층을 포함하는 액정 격자를 더 제공한다. 제1 전극층은 평면 전극(plain electrode)이고, 제2 전극층은 복수의 전극 유닛을 포함하는데, 각 전극유닛은 동일한 평면 내에서 병렬로 서로 분리된 2개 이상의 병렬 스트립 전극(strip electrode)으로 이루어진다. 또는, 제2 전극층은 평면 전극이고, 제1 전극층은 복수의 전극 유닛을 포함하는데, 각 전극유닛은 동일한 평면 내에서 병렬로 서로 분리된 2개 이상의 병렬 스트립 전극으로 이루어진다.

액정 격자에서, 예를 들어, 전극 유닛은 2개의 병렬 등거리 단일층 스트립 전극들로 이루어진다. 이와 달리, 전극 유닛은 2개보다 많은 병렬 등거리 단일층 스트립 전극들로 이루어지고, 2개의 인접한 전극 유닛에 의해 공유된 스트립 전극의 폭은 각 전극 유닛 내의 다른 스트립 전극(들)의 폭보다 넓다.

액정 격자에서, 예를 들어, 전극 유닛은, 투명 절연층에 의해 분리된 상부 전극층과 하부 전극층으로 이루어진 이중층 전극 구조이고, 상부 전극층의 폭은 하부 전극층의 폭보다 좁다.

예를 들어, 액정 격자에 의해 형성된 렌즈는 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈이다.

본 발명의 또 다른 양태는, 디스플레이 패널과 전술된 액정 격자를 포함하는 디스플레이 장치를 더 제공하며, 여기서, 디스플레이 패널의 컬러 필터 기판의 외부 표면에 액정 격자를 배치한다.

여기서, S_P는 컬러 필터의 부화소 셀들의 폭이고, Ｌ은 사용자의 반-양안간 거리이다.

디스플레이 장치에서, 예를 들어, 디스플레이 장치는 편광 시트를 더 포함하고, 여기서, 편광 시트 상에 렌티큘라 렌즈 격자를 구비하고, 디스플레이 패널의 컬러 필터 기판의 외부 표면 상에 편광 시트를 구비한다.

본 발명의 실시예들에서, 렌티큘라 렌즈 격자의 개선된 구조에 의해, 컬러 필터 상의 블랙 매트릭스 패턴은 렌티큘라 렌즈의 굴절에 의해 변형되도록 편향되지 않으므로, 모아레 효과를 효과적으로 억제하고 3D 디스플레이 효과를 상당히 향상시킨다. 또한, 본 발명의 실시예의 렌티큘라 렌즈 격자의 제조시, 디스플레이 구조적 특징과 실제로 채용된 기술에 따라 격자 파라미터의 유연한 조정을 통해 바람직한 디스플레이 효과에 도달할 수 있으므로, 기술 개발의 어려움을 상당히 감소시키고, 개발 절차를 간소화하며, 또한 제품 수율을 향상시킨다.

본 발명의 실시예들의 기술적 해결책에 대한 더욱 명료한 설명을 제공하도록 실시예들에 대한 도면들의 전반적 소개가 이하에서 이루어질 것이며, 이하의 설명에서 도면들은 본 발명의 일부 실시예들에 관련된 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것이 아님이 자명하다.
도 1a는 종래 기술의 볼록 렌티큘라 렌즈 격자에서 모아레의 발생을 나타내는 원리 개략도;
도 1b는 종래 기술의 오록 렌티큘라 렌즈 격자에서 모아레의 발생을 나타내는 원리 개략도;
도 2a는 본 발명의 실시예 1의 볼록 렌티큘라 렌즈 격자에 대한 단면 구조의 부분 확대도;
도 2b는 본 발명의 실시예 2의 오록 렌티큘라 렌즈 격자에 대한 단면 구조의 부분 확대도;
도 3a는 실시예 1의 볼록 렌티큘라 렌즈 격자에서 모아레 억제를 나타내는 원리 개략도;
도 3b는 실시예 2의 오록 렌티큘라 렌즈 격자에서 모아레 억제를 나타내는 원리 개략도;
도 4는 본 발명의 렌티큘라 렌즈 격자가 바깥쪽으로 향하는 면에 설치되어 있는 구조도;
도 5는 본 발명의 렌티큘라 렌즈 격자가 안쪽으로 향하는 면에 설치되어 있는 구조도;
도 6은 본 발명의 실시예 3의 액정 격자의 전극의 구조도;
도 7은 액정 격자의 전극들에 전압이 인가된 후에 액정층에 렌티큘라 렌즈 격자가 등가적으로 형성된 실시예 3의 개략도;
도 8은 본 발명의 실시예 4의 액정 격자의 전극의 구조도;
도 9는 액정 격자의 전극들에 전압이 인가된 후에 액정층에 렌티큘라 렌즈 격자가 등가적으로 형성된 실시예 4의 개략도;
도 10은 본 발명의 볼록 렌티큘라 렌즈 격자의 3D 디스플레이를 위한 광 경로를 나타내는 도면; 및
도 11은 렌즈 면이 안쪽으로 향하도록 설치된 본 발명의 볼록 렌티큘라 렌즈 격자 내에서 한 개의 렌티큘라 렌즈의 광 경로를 도시하는 도면이다.

본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 이점들 더욱 명확히 하기 위해, 본 발명의 실시예의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 기술적 해결책에 대한 명료하고 완전한 설명이 이루어질 것이다. 설명되는 실시예들은 본 발명의 실시예들의 일부일 뿐이며, 모든 실시예가 아님이 자명하다. 설명된 본 발명의 실시예들에 기초하여, 어떠한 창조적 노력없이 당업자에 의해 습득되는 모든 다른 실시예들은 본 발명의 보호 범위에 속한다.

달리 정의되지 않는 한, 여기에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 통상 이해하는 바와 동일한 의미를 가진다. 본 출원 발명의 상세한 설명과 청구항에서 사용되는 “제1(first)”, “제2(second)” 등과 같은 용어는 어떤 순서, 양 또는 중요성을 나타내고자 하는 것이 아니라, 다양한 부재들을 구분하기 위한 것이다. 또한, “하나의(a, an)”, “하나(the)” 등과 같은 용어는 양을 제한하고자 하는 것이 아니라, 적어도 한 개의 존재를 나타내기 위한 것이다. 용어 “포함한다(comprises)”, “포함하는(comprising)”,“구비하다(includes)”, “구비하는(including)” 등은 앞서 언급된 요소들이나 개체들이 이들 용어 이후에 열거된 요소나 개체들 또는 그 등가물들을 망라하는 것을 명시하고자 하는 것이지, 다른 요소나 개체들을 배제하기 위한 것이 아니다. 구문 “접속된(connected)” 등은 물리적 접속이나 기계적 접속을 정의하고자 하는 것이 아니라, 직접이나 간접의 전기 접속을 포함할 수 있다. “상에(on)”“아래에(under)”, “우측(right)”“좌측(left)”등과 같은 용어는 상대적 위치 관계를 나타내기 위해서 사용될 뿐이며, 설명되는 개체의 위치가 변하면, 그에 따라 상대적 위치 관계도 변할 수 있다.

종래 기술의 렌티큘라 렌즈 격자 내의 원형 렌티큘라 렌즈는 광을 편향시킬 때 사용자에 의해 보여지는 블랙 매트릭스 영역을 확대하기 때문에, 본 발명의 실시예들은 렌즈들의 구조를 더 향상시켜, 렌티큘라 렌즈 격자는 블랙 매트릭스로부터의 광을 편향시키지 않고, 형성된 화상을 변형시키지 않으므로, 모아레의 발생을 효과적으로 억제한다.

실시예 1

도 2는 실시예 1의 렌티큘라 렌즈 격자의 부분 단면 확대도이다. 디스플레이 패널에서 각 화소들 사이의 블랙 매트릭스에 관한 볼록 렌즈의 확대 효과를 억제하기 위하여, 종래 기술의 원형 렌티큘라 렌즈의 조밀 배열 방식에 대한 변경을 통해 실시예 1의 렌티큘라 렌즈 격자가 얻어지며, 렌티큘라 렌즈 격자는 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직인 평면 부분을 더 구비한다. 렌티큘라 렌즈의 중심 축은 렌즈의 양측 상의 초점들을 잇는 직선을 의미하며, 이 직선은 통상 렌즈의 정중앙에 위치하고, 렌즈를 통과하는 광은 이러한 중심 축의 방향을 따라 편향되지 않을 것이다.

구체적으로는, 기판(103) 상에 병렬 배열로 복수의 볼록 렌티큘라 렌즈(104)를 형성하고, 모든 2개의 렌티큘라 렌즈(104) 마다 그들 사이의 제1 평면(101)에 의해 분리하며, 제1 평면(101)은 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직이고, 제1 평면(101)의 폭은 Ｎ1이다. 이와 달리, 각 렌티큘라 렌즈(104) 상부면(105)의 중간 부분을 제2 평면(102)으로 형성하는데, 제2 평면(102)은 렌티큘라 렌즈(104)의 중심 축에 수직이고, 대칭 축인 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 관하여 대칭이며, 제2 평면(102)의 폭은 Ｎ2이다.

더욱이, 제1 평면의 폭 Ｎ1은 대응하는 컬러 필터의 컬러 부화소 셀들 사이의 블랙 매트릭스의 폭 Ｗ와 같을 수 있고, 제2 평면의 폭 Ｎ2는 Ｎ2＝Ｓ／(Ｓ＋ｈ)×Ｗ이며, 여기서, ｈ는 컬러 필터로부터의 격자의 거리이고, Ｓ는 3D 디스플레이를 위한 최적의 시청 거리이다. 대응하는 컬러 필터는 렌티큘라 렌즈 격자와 협력하여 작동하는 디스플레이 패널의 컬러 필터를 의미한다.

실시예 2

도 2a는 볼록 렌즈를 예로한 설명이며, 제2 실시예를 나타내는 도 2b는 본 실시예에서 오목 렌즈로 형성된 렌티큘라 렌즈 격자를 더 나타낸다.

실시예 2에서, 기판(103) 상에 병렬 배열로 복수의 오목 렌티큘라 렌즈(104')를 형성하고, 오목 렌티큘라 렌즈 격자에는 렌티큘라 렌즈(104')의 중심 축에 수직인 복수의 평면 부분들을 더 포함한다. 모든 2개의 오목 렌티큘라 렌즈(104') 마다 제1 평면(101)에 의해 분리하며, 제1 평면(101)은 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직이고, 그 폭은 Ｎ1이다. 이와 달리, 각 오목 렌티큘라 렌즈(104') 상부면(105')의 중간 부분은 제2 평면(102)으로 형성되는데, 제2 평면(102)은 오목 렌티큘라 렌즈(104')의 중심 축에 수직이고, 대칭 축인 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 대하여 대칭이며, 제2 평면(102)의 폭은 Ｎ2이다. 각 평면의 최적의 폭은 볼록 렌즈를 이용한 전술한 실시예의 경우와 동일할 수 있다.

당업자라면, 볼록 렌즈나 오목 렌즈의 전술한 실시예들에서, 2개의 렌티큘라 렌즈 사이에 있는 제1 평면(101)의 높이가 렌즈의 하부에 있는 기판과 동일 높이인 것은 바람직한 예일 뿐이다. 실제로, 제1 평면(101)의 상부가 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직인 평면이라면 충분하며, 제1 평면(101)의 실제 높이는 제조 기술에 의한 요건에 따라 조절할 수 있다.

볼록 렌즈 또는 오목 렌즈의 전술한 실시예들(실시예 1 또는 실시예 2)과 관련한 기술적 해결책에서 모든 2개의 렌티큘라 렌즈(볼록 렌즈(104) 또는 오목 렌즈(104'))마다 제1 평면(101)에 의해 분리되어 있는 한편, 각 렌티큘라 렌즈(볼록 렌즈(104) 또는 오목 렌즈(104'))의 상부면(105 또는 105')의 중간 부분에 제2 평면(102)을 더 형성할 수 있다는 점, 즉, 렌티큘라 렌즈 격자는 동시에 제1 평면(101) 및 제2 평면(102)을 구비할 수도 있다는 점에 주목해야 한다.

또한, 도면에서 원통면들이 모두 평활 곡면이지만, 당업자라면, 평활 곡면은 도면의 편의를 위한 예일 뿐이며, 본 발명의 실시예들에서, 렌즈들이 전체로서 광의 예상된 편향을 야기할 수 있다면 충분하며, 그 원통면이 불규칙한 표면(예를 들어, 파도 형상의 융기부와 오목부를 갖거나, 삼각형이나 기타 임의의 형상을 갖는 표면)의 곡면인 렌티큘라 렌즈도 적용할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 도 2에 도시된 구조의 렌티큘라 렌즈 격자에 의해 모아레를 억제하는 원리를 나타낸다. 도 3a는 볼록 렌티큘라 렌즈 격자를 갖는 실시예 1의 광 경로를 나타내는 도면이고, 도 3b는 오목 렌티큘라 렌즈 격자를 갖는 실시예 2의 광 경로를 나타내는 도면이다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예의 도 2에 도시된 렌티큘라 렌즈 격자가 육안 3D 디스플레이를 실현하는데 이용될 때, 제1 및 제2 평면이 있음으로써 렌티큘라 렌즈 격자의 2개 평면을 통과하는 광은 화상을 변형시키는 편향을 하지 않는다. 이런 방식으로, 화소들 사이의 블랙 매트릭스에 의해 형성된 화상은 방향을 따라 확대되지 않고, 블랙 매트릭스의 실제 폭에 실질적으로 대응하는 스트립만을 형성하며, 블랙 매트릭스의 실제 폭은 매우 작기 때문에, 스트립에 의해 야기되는 실제 영향은 무시할 수 있고, 따라서 모아레 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명의 실시예의 렌티큘라 렌즈 격자에 대한 다양한 조립 방식이 존재한다. 도 4에 도시된 바와 같은 조립 방식을 채택하여 렌티큘라 렌즈 격자의 상부면이 디스플레이 패널의 반대편에 있도록 할 수 있다. 이와 달리, 도 5에 도시된 바와 같은 조립 방식을 채택하여 렌티큘라 렌즈 격자의 상부면이 디스플레이 패널을 향하도록 할 수 있다.

도 4에서, 렌티큘라 렌즈 격자(1)의 원통면은 바깥쪽을 향하고, 하부면이 예를 들어, OCA(optical clear adhesive) 광학 접착제(2)를 이용하여 편광 시트(3) 상에 접착하고 편광 시트(3)으로부터 소정 거리만큼 이격하며, 편광 시트(3)를 디스플레이 패널(4) 상에 형성한다.

도 5에서, 렌티큘라 렌즈 격자(1)의 원통면이 편광 시트(3)를 향하고, 예를 들어, OCA 광학 접착제(2)를 이용하여 디스플레이 패널(4)의 편광 시트(3) 상에 접착하고, 편광 시트(3)로부터 소정 거리만큼 이격하며, 편광 시트(3)를 디스플레이 패널(4) 상에 형성한다. 표면이 안쪽을 향하는 도 5의 조립 방식을 채택하여 렌즈 격자의 필름 층에 대한 보호를 더 제공할 수 있다.

실시예 3

도 6은 본 발명의 실시예 3을 나타내며, 액정 격자의 실시예를 더 개시한다. 액정 격자에서 주로 액정층의 양측에 있는 기판들의 안쪽 표면들 상의 전극들에 전압을 인가하여, 각 영역 내의 액정 분자들의 편향 정도를 제어하므로, 액정층에서 렌티큘라 렌즈 격자 및 제1 평면에 의해 광에 대한 등가 처리 효과(equivalent treatment effect)를 실현하고, 이것은 광이 액정층의 각 영역을 통과할 때 상이한 편향 방향을 갖게 한다.

구체적으로는, 도 6에 도시된 실시예 3에서 액정 격자(100)는 상부 기판(106), 하부 기판(107), 및 상부 및 하부 기판 사이에 위치한 액정층(108)을 포함한다. 상부 기판(106)의 안쪽면에 제1 전극층(109)을 구비하고, 하부 기판(107)의 안쪽면에 제2 전극층(110)을 구비한다. 예를 들어, 제1 전극층(109)은 평면 전극인 반면, 제2 전극층(110)은 병렬로 등거리 배열된 스트립 전극을 포함한다. 이와 달리, 제1 전극층(109)은 병렬로 등거리 배열된 스트립 전극을 포함하는 반면, 제2 전극층(110)은 평면 전극이다. 이 실시예에서는 제1 전극층(109)이 평면 전극이고, 제2 전극층(110)은 병렬 등거리 배열로 배열된 스트립 전극을 포함하는 예를 취하여 설명하고 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1 전극층(109)과 제2 전극층(110)에 전압을 인가하여 상부 기판과 하부 기판 사이에 구동 전계를 형성함으로써, 액정 분자들의 편향을 발생시킨다. 따라서, 액정층(108)에서 렌티큘라 렌즈(104")를 병렬 배열로 등가적으로 형성하고, 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직인 제1 평면(101')을 적어도 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈들 사이에 등가적으로 형성한다. 구체적으로는, 제2 전극층(110)은 병렬 등거리 배열이 주기적으로 배열된 스트립 전극들을 포함하고, 적어도 2개의 인접한 스트립 전극들이 하나의 전극 유닛을 형성한다. 하나의 전극 유닛이 2개의 인접한 스트립 전극들을 포함할 때, 각 전극 유닛 내의 2개의 스트립 전극들은 폭이 동일하고, 이렇게 형성된 제1 평면(101')의 폭은 Ｎ이며, 스트립 전극의 폭 Ａ는 이렇게 형성된 제1 평면(101')의 폭 Ｎ보다 넓다. 하나의 전극 유닛이 2개 보다 많은 인접한 스트립 전극들을 포함할 때, 본 실시예와 도 6에 도시된 바와 같이, 임의의 2개의 인접한 전극 유닛에 의해 공유되는 스트립 전극(110')의 폭은 각 전극 유닛에서 다른 스트립 전극(110")의 폭보다 넓은 폭을 가지며, 이렇게 형성된 제1 평면(101')의 폭은 Ｎ일 때, 스트립 전극(110')의 폭 Ａ는 이렇게 형성된 제1 평면(101')의 폭 Ｎ보다 넓다.

이 실시예를 예로하여 이하에서 액정 격자의 작동 방법을 설명할 것이다. 액정 격자가 동작 모드에 있을 때, 제1 전극층(109) 및 제2 전극층(110) 상에 전압을 인가한다. 제2 전극층의 하나의 전극 유닛의 중간 부분에 위치한 스트립 전극에 인가된 전압은, 도 6에 도시된 바와 같이, 0 또는 액정 편향의 임계 전압보다 낮다, 즉, 스트립 전극(110")에 0 또는 액정 편향의 임계 전압보다 낮은 전압을 인가한다. 전극 유닛의 중간 부분에 위치한 스트립 전극으로부터, 그 양측에 있는스트립 전극들에 인가되는 전압은 점차 증가하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 전극 유닛들에 의해 공유되는 스트립 전극에 인가되는 전압이 가장 높다, 즉, 스트립 전극(110')에 인가되는 전압이 가장 높다. 인가된 전압에 의해 제1 전극층(109)과 제2 전극층(110)의 스트립 전극(110') 사이에 위치한 액정 분자들이 편향되도록 제어함으로써, 이 부분의 액정 분자들을 통과하는 광은 그 경로 방향을 바꾸지 않고, 제1 평면이 등가적으로 형성된다. 다른 부분들의 액정 분자들의 편향을 제어하여 이들 부분의 액정 분자들을 통과하는 광은 그 경로 방향을 변경한다. 따라서, 이들 부분의 액정 영역에서 병렬 배열로 배열된 렌티큘라 렌즈들을 등가적으로 형성한다.

제2 전극층의 전극 유닛은 동일한 폭의 2개의 주기적이고 병렬이며 동일한 폭의 스트립 전극을 포함한다. 액정 격자가 동작 모드에 있을 때, 제1 전극층 및 제2 전극층 상에 전압을 인가한다. 제2 전극층에서 임의의 전극 유닛 내의 스트립 전극들에 전압을 인가하여, 스트립 전극들 바로 위의 액정 분자들이 편향되도록 제어함으로써, 이들 부분들의 액정 분자들을 통과하는 광은 그 경로 방향을 변경하지 않고, 제1 평면이 등가적으로 형성된다. 다른 부분들에서 액정 분자들의 편향을 제어하여 이들 부분들의 액정 분자들을 통과하는 광은 그 경로 방향을 변경하고, 이들 부분의 액정 영역에서 병렬 배열로 배열된 렌티큘라 렌즈들을 등가적으로 형성한다.

이 실시예는 전극 유닛에서 스트립 전극들의 개수를 제한하지 않으며, 당업자라면 설계 요건에 따라 어떤 창조적 노력없이 스트립 전극의 개수를 선택적으로 설정할 수 있다는 점에 주목해야 한다.

실시예 4

도 8은 다른 액정 격자의 실시예로서 실시예 4를 도시한다. 실시예 4는, 제2 전극층(110)의 스트립 전극에 대한 구조가 이중층 전극 구조라는 점에서 도 6에 도시된 실시예 3과 상이하다.

구체적으로는, 실시예 4에서 상부 기판(106)의 안쪽면 상의 제1 전극층(109)은 평면 전극이고, 하부 전극(107)의 안쪽면의 제2 전극층(110)은 이중층 스트립 전극이 병렬 등거리 배열로 배열되어 있는 구조이다, 즉, 각각의 이중층 스트립 전극은 투명 절연층(111)(예를 들어, 실리콘 질화물 등)에 의해 분리된 상부 전극과 하부 전극으로 이루어지는 이중층 전극 구조이다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제2 전극층(110)의 상부 전극층 구조(110-1)의 폭 Ａ(즉, 스트립 전극의 직사각형 패턴의 단측의 길이)는 하부 전극층(110-2)의 폭 Ｂ보다 좁다. 이중층 스트립 전극의 폭을 제어하고 제1 및 제2의 2개의 전극들에 인가되는 전압을 조정하여, 2개의 선택적 인접한 스트립 전극들(110) 사이의 액정층(108)에 병렬 배열로 배열된 렌티큘라 렌즈를 등가적으로 형성하고, 적어도 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈들 사이에 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직인 제1 평면(101')을 등가적으로 형성한다. 이렇게 형성된 제1 평면(101')의 폭은 Ｎ이고, 전극층 구조(110-1)의 폭 Ａ는 이렇게 형성된 제1 평면(101')의 폭 Ｎ보다 넓다. 도 9는 실시예 4의 작동 효과 도면을 나타내는데, 여기서 액정층에 볼록 렌티큘라 렌즈 격자(104")와 제1 평면(101')을 등가적으로 형성한다.

본 발명의 실시예에는 액정 격자의 전극들에 대해 다양한 배열 방식이 있다. 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 가능한 배열 방식은 상부 기판의 안쪽면 상에 위치한 전극은 평면 전극인 반면, 하부 기판의 안쪽면 상의 전극은 스트립 전극들이 병렬 등거리 배열로 배열되어 있는 구조이다. 한편, 전극들에 전압을 인가하여 야기되는 액정 분자들의 편향으로, 액정층에 병렬 배열로 배열된 볼록 렌즈들을 등가적으로 형성한다. 이와 달리, 상부 전극의 안쪽면 상의 전극은 스트립 전극들이 병렬 등거리 배열로 배열된 구조인 반면, 하부 전극의 안쪽면 상의 전극이 평면 전극(도면에는 미도시)인 배열 방식을 채택할 수 있다. 여기서, 전극들에 전압을 인가하여 야기되는 액정 분자들의 편향으로, 액정층에 오목 렌즈들을 등가적으로 형성한다.

더욱이, 치수, 해상도, 유리 두께, 및 프레임 두께 등과 같은 다양한 디스플레이 장치에 대한 파라미터들은 서로 완전히 별개일 수 있고, 3D 디스플레이를 위한 격자 설계 기술은 복잡하며, 소정 종류의 디스플레이 장치에 대해서만 이용될 수 있다는 공지된 상황을 고려하여, 본 발명의 실시예들은, 상이한 파라미터들의 디스플레이 장치들에 대해 렌티큘라 렌즈 격자를 조정함으로써, 렌티큘라 렌즈 격자를 채택하는 3D 디스플레이의 설계 기술을 간소화시킬 수 있는 전술한 렌티큘라 렌즈 격자의 제조 기술을 더 개시한다.

도 10은 3D 디스플레이를 위한 볼록 렌티큘라 렌즈 격자의 광 경로에 대한 도면을 나타낸다. 컬러 필터로부터의 격자 거리는 ｈ이고, 컬러 필터의 부화소 셀의 폭은 Ｓ_P이며(도면에는 미도시), 격자의 그리드 피치(grid pitch, 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈의 중심 축들 사이의 거리, 즉, 2개의 인접한 제1 평면들의 중심점들 사이의 거리, 또는 2개의 인접한 제2 평면들의 중심점들 사이의 거리)는 Ｐ이고, 사용자의 양안간 거리는 2Ｌ(Ｌ은 반-양안간 거리, 즉, 양안간 거리의 절반이며, 양안간 거리는 통계적 결과에 기초하여 선택된 근사값이지, 어떤 사용자의 실제의 양 안간 거리값이 아님)이고, 3D 디스플레이를 위한 최적의 시청 거리가 Ｓ이므로, 광 경로의 관점에서 나타낸 바와 같은 기하학 형상들 사이의 관계에 따라 이하의 수학식들을 만족한다.

컬러 필터로부터 격자의 거리 ｈ는, 수학식 (1)로부터 유도될 수 있고, 다음으로 격자의 그리드 피치 Ｐ를 유도하기 위해 수학식(2)에 수학식 (1)을 대입한다:

도 11은, 그 표면이 안쪽을 향하도록 조립된 렌티큘라 렌즈 격자의 한 개의 렌티큘라 렌즈의 광 경로를 나타내는 도면이다. 디스플레이 장치에 대해 최적의 디스플레이 효과를 원한다면, 렌티큘라 렌즈의 초점은 컬러 필터의 투광부(즉, 컬러 필터의 유리 기판 뒤에서 실제의 광이 방출되는 부분)에 배열되어야 한다. 컬러 필터(5)와 편광 시트(3)의 조합 두께는 ｅ이고, 편광 시트(3)로부터의 격자의 거리는 ｔ이며, 초점으로부터 방출된 광의 출사각(emergent angle)은 θ이고, 컬러 필터 유리에 의해 광이 굴절된 후의 각도는 α이며, 렌티큘라 렌즈에 광이 입사될 때의 입사각은 β인 반면, 렌티큘라 렌즈에 의해 광이 굴절된 후의 각도는 δ이고, 유리(컬러 필터 및 렌티큘라 렌즈)의 굴절률은 ｎ이며, 그 역수의 값 η=1/ｎ이므로, 굴절의 법칙과 삼각 함수에 따라, 다음과 같은 결과가 얻을 수 있다:

수학식 (4) 내지 (6)으로부터 하기 수학식을 유도할 수 있다:

후속해서, 형상들 사이의 기하학 관계에 기초하여 하기 수학식을 유도할 수 있다:

출사각 θ는 수학식 (9)에 의해 유도될 수 있다. sinθ=ｎ*sin α, sinβ=sin(α+δ)=ｎsinδ이므로, 각도 δ를 유도하는 것이 가능하고, 다음으로 렌티큘라 렌즈의 원호의 반경 ｒ은 수학식 (10)으로부터 유도할 수 있다, 즉, 반경 ｒ은 격자 피치 Ｐ, 편광 시트로부터의 격자의 거리 ｔ, 컬러 필터 유지 기판과 편광 시트의 조합 두께 ｅ, 및 컬러 필터와 렌티큘라 렌즈의 굴절률 ｎ으로 나타낼 수 있다.

전술한 수학식들에 따르고, 편광 시트로부터의 격자의 거리 ｔ(이 거리는 디스플레이 장치의 전체 두께에 영향을 미침), 최적 시청 거리 Ｓ, 최적 시청 거리에서의 연속 수평 시청 거리(사람들이 최적 시청 거리 Ｓ에서 서 있으면서 통상의 3D 화상을 시청할 수 있을 때의 인간의 눈들의 수평 거리를 의미함) 등과 같은 디스플레이 장치의 설계와 동작에 대한 특정 파라미터들을 더 연계하여, 격자의 그리드 피치 Ｐ가 계산될 수 있다, 즉, 상기 수학식 (3)에 기초하여, 렌티큘라 렌즈의 원통면의 원호의 실제 반경 값을 유도하는 것이 가능하므로, 특정 파라미터를 갖는 렌티큘라 렌즈 격자의 설계를 달성할 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 실시예는, 3D 디스플레이를 위해 전술한 렌티큘라 렌즈 격자 또는 전술한 액정 격자를 채용하는 디스플레이 장치를 더 제공한다. 이 디스플레이 장치는, 액정 패널, e-페이퍼 패널, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 패널, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 TV, 액정 디스플레이, 디지털 포토 프레임, 휴대폰, 테블렛 컴퓨터, 및 디스플레이 기능을 갖춘 임의의 제품이나 부품일 수 있다.

렌티큘라 렌즈 격자를 이용하는 실시예에서, 편광 시트를 구비하지 않을 수도 있는데, 예를 들어, OLED 및 PDP에 대해서는 편광 시트가 필요없다.

본 발명의 일부 실시예들에서 렌티큘라 렌즈 격자의 개량 구조를 통해, 컬러 필터 상의 블랙 매트릭스 패턴은 렌티큘라 렌즈에 의해 야기되는 광의 편향으로 인해 변형하지 않으므로, 모아레 효과를 효과적으로 억제하고 3D 디스플레이 효과를 상당히 개선한다.

더욱이, 본 발명의 실시예는, 렌티큘라 렌즈 격자의 제조 방법을 더 제공하며, 이 방법은 디스플레이의 구조적 특징과 실제 기술에 따라 격자 파라미터들의 유연한 조정을 통해 원하는 디스플레이 효과에 도달할 수 있으므로, 기술 개발의 어려움을 상당히 줄이고, 개발 절차를 간소화하며, 또한 제품 수율을 향상시킨다.

전술한 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위해 이용된 것이고, 본 발명의 실제 보호 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정의되어야 한다.

Claims

렌티큘라 렌즈 격자(lenticular lens grating)로서,
병렬 배열된 복수의 렌티큘라 렌즈를 포함하고,
적어도 2개의 인접한 렌티큘라 렌즈들은 그들 사이에 간격을 가지며, 상기 간격은 상기 렌티큘라 렌즈들의 중심 축들에 수직인 제1 평면을 포함하고, 및/또는,
적어도 하나의 렌티큘라 렌즈의 상부면의 중간 부분은 제2 평면이며, 상기 제2 평면은 상기 적어도 하나의 렌티큘라 렌즈의 중심 축에 수직이고, 대칭 축으로서의 상기 적어도 하나의 렌티큘라 렌즈의 상기 중심 축에 대하여 대칭인, 렌티큘라 렌즈 격자.
제1항에 있어서,
상기 제1 평면의 폭 Ｎ1은 대응하는 컬러 필터 상의 컬러 부화소 셀들 사이의 블랙 매트릭스(black matrix)의 폭 Ｗ와 같고, 및/또는
제2 평면의 폭 Ｎ2 = Ｓ/(Ｓ＋ｈ)×Ｗ이며, ｈ는 상기 컬러 필터로부터의 상기 격자의 거리이고, Ｓ는 3D 디스플레이를 위한 최적 시청 거리인, 렌티큘라 렌즈 격자.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 렌티큘라 렌즈는 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈인, 렌티큘라 렌즈 격자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 렌티큘라 렌즈의 상부면은 평활한 곡면(smooth curved surface)이거나 불규칙한 곡면(irregular curved surface)인, 렌티큘라 렌즈 격자.
디스플레이 패널과, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 렌티큘라 렌즈를 포함하고,
상기 디스플레이 패널의 컬러 필터 기판의 외부 표면 상에 상기 렌티큘라 렌즈 격자를 구비하는, 디스플레이 장치.
제5항에 있어서,
상기 렌티큘라 렌즈 격자는, 그 상부면이 상기 디스플레이 장치의 디스플레이 패널을 향하거나 또는 그 상부면이 상기 디스플레이 장치의 디스플레이 패널과 반대편에 있는 방식으로 조립되는, 디스플레이 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 렌티큘라 렌즈 격자의 그리드 피치(grid pitch) Ｐ는 :

여기서, Ｓ_P는 상기 컬러 필터의 부화소 셀들의 폭이고, Ｌ은 사용자의 반-양안간 거리인, 디스플레이 장치.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
편광 시트(polarization sheet)를 더 포함하고, 상기 편광 시트 상에 상기 렌티큘라 렌즈 격자를 구비하고, 상기 디스플레이 패널의 컬러 필터 기판의 외부 표면 상에 상기 편광 시트를 구비하는, 디스플레이 장치.
액정 격자로서,
상부 기판 및 하부 기판;
상기 상부 및 상기 하부 기판 사이에 배열된 액정층; 및
상기 상부 기판의 안쪽면 상에 구비된 제1 전극층과, 상기 하부 기판의 안쪽면 상에 구비된 제2 전극층을 포함하고,
상기 제1 전극층은 평면 전극(plain electrode)이고, 상기 제2 전극층은 동일한 평면 내에서 병렬로 서로 분리된 2개 이상의 스트립 전극(strip electrode)으로 각각 이루어진 복수의 전극 유닛을 포함하고; 또는, 상기 제2 전극층은 평면 전극이고, 상기 제1 전극층은 동일한 평면 내에서 병렬로 서로 분리된 2개 이상의 스트립 전극으로 각각 이루어진 복수의 전극 유닛을 포함하는, 액정 격자.
제9항에 있어서,
상기 전극 유닛들 각각은 동일한 폭을 갖는 2개의 병렬 등거리의 단일층 스트립 전극으로 이루어지고; 또는,
상기 전극 유닛들 각각은 2개보다 많은 병렬 등거리의 단일층 스트립 전극으로 이루어지고, 2개의 인접한 전극 유닛에 의해 공유된 스트립 전극의 폭은 각 전극 유닛 내의 다른 스트립 전극(들)의 폭보다 넓은, 액정 격자.
제9항에 있어서,
상기 전극 유닛들 각각은 투명 절연층에 의해 분리된 상부 전극층과 하부 전극층으로 이루어진 이중층 전극 구조이고, 상기 상부 전극층의 폭은 상기 하부 전극층의 폭보다 좁은, 액정 격자.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정 격자에 의해 형성된 렌즈는 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈인, 액정 격자.
디스플레이 패널과, 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 액정 격자를 포함하고,
상기 액정 격자는 상기 디스플레이 패널의 상기 컬러 필터 기판의 외부 표면 상에 위치하는, 액정 격자.
제13항에 있어서,
상기 렌티큘러 렌즈 격자의 그리드 피치 Ｐ는 :

여기서, Ｓ_P는 상기 컬러 필터의 부화소 셀들의 폭이고, Ｌ은 사용자의 반-양안간 거리인, 액정 격자.
제13항 또는 제14항에 있어서,
편광 시트를 더 포함하고, 상기 편광 시트 상에 상기 액정 격자를 구비하고, 상기 디스플레이 패널의 컬러 필터 기판의 외부 표면 상에 상기 편광 시트를 구비하는, 액정 격자.