KR20140015187A - 스위처블 렌즈 장치 및 그 제조방법과, 이를 이용한 2ｄ/3ｄ 영상 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무안경 방식으로 2D 영상과 3D 영상을 모두 표시할 수 있는, 스위처블 렌즈 장치와 그 제조방법 및 그를 이용한 입체영상 표시장치를 관한 것으로, 수위처블 렌즈 장치는, 제 1 베이스 필름; 상기 제 1 베이스 필름 상에 형성되고, 제 1 방향으로 제 1 굴절율을 가지며, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 상기 제 1 굴절율보다 작은 제 2 굴절율을 가지며, 오목면들을 구비한 제 1 렌즈층; 상기 제 1 렌즈층의 오목면들에 채워지는 볼록면을 가지며, 상기 제 1 굴절율을 갖는 제 2 렌즈층; 및 상기 제 2 렌즈층에 부착되는 제 2 베이스 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스위처블 렌즈 장치 및 그 제조방법과, 이를 이용한 2Ｄ/3Ｄ 영상 표시장치{SWITCHABLE LENS DEVICE, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND 2-DIMENSIONAL AND 3-DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 스위처블 렌즈 장치(switchable lens device) 및 그 제조방법과, 이를 이용한 2차원/3차원(2Ｄ/3Ｄ) 영상 표시장치에 관한 것이다.

입체영상 표시장치는 안경의 사용 유무에 따라, 안경방식과 무안경방식으로 나눌 수 있다.

안경방식은 공간적으로 좌/우 영상을 분리해서 표시하거나, 시분할 방식으로 좌/우 영상을 분할해서 표시하는 방식이 대표적이다. 이 안경 방식에서는 3D 영상을 시청시, 시청자가 안경을 착용해야만 하는 불편함이 있어, 무안경 방식의 입체영상 표시장치가 개발되고 있다.

무안경 방식은 일반적으로 좌안 영상과 우안 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴렉스 배리어(parallex barrier), 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 등의 광학 소자를 표시 화면의 앞 또는 뒤에 설치하여 3D 영상을 구현한다.

그러나, 이와 같은 종래의 무안경 방식 입체영상 표시장치는 3D 영상만 표시하고, 2D 영상은 표시하지 못하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 무안경 방식으로 2D 영상과 3D 영상을 모두 표시할 수 있는, 스위처블 렌즈 장치와 그 제조방법 및 그를 이용한 입체영상 표시장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 재료비를 낮춰 생산단가를 줄일 수 있는 스위처블 렌즈 장치와 그 제조방법 및 그를 이용한 입체영상 표시장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 실시예에 따른 스위처블 렌즈 장치는, 제 1 베이스 필름; 상기 제 1 베이스 필름 상에 형성되고, 제 1 방향으로 제 1 굴절율을 가지며, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 상기 제 1 굴절율보다 작은 제 2 굴절율을 가지며, 오목면들을 구비한 제 1 렌즈층; 상기 제 1 렌즈층의 오목면들에 채워지는 볼록면을 가지며, 상기 제 1 굴절율을 갖는 제 2 렌즈층; 및 상기 제 2 렌즈층에 부착되는 제 2 베이스 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에서, 제 1 렌즈층의 부피는 상기 제 2 렌즈층의 부피 보다 작게 형성된다.

또한, 상기 제 1 베이스 필름은 100㎚ 이하의 낮은 위상차, 등방성, 및 일축성을 갖는 물질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제 1 렌즈층은 굴절율 이방성을 갖는 반응성 메조겐(reactive mesogen)인 광 경화성 액정물질로 형성되고, 상기 제 2 렌즈층은 광 경화성 레진으로 형성될 수 있다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 실시예에 따른 2D/3D 영상표시 장치는, 제 1 방향으로 선편광된 빛으로 영상을 표시하는 표시패널; 상기 제 1 방향의 빛을 이와 직교하는 제 2 방향의 선편광된 빛으로 선택적으로 스위칭하는 편광제어 유닛; 및 굴절율 차이를 이용해서 상기 편광제어 유닛에서 입사되는 빛을 굴절시켜 좌안 영상용 빛과 우안 영상용 빛을 분리해 3D 영상을 구현하거나, 그대로 투과시켜 2D 영상을 구현하는 상기 스위처블 렌즈 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명의 실시예에 따른 스위처블 렌즈 장치의 제제조방법은, (a) 제 1 방향으로 제 1 굴절율을 갖고, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 상기 제 1 굴절율보다 작은 제 2 굴절율을 가지며, 오목면들을 구비한 제 1 렌즈층을 제 1 베이스 필름 상에 형성하는 단계;, (b) 상기 제 1 굴절율을 가지며, 상기 제 1 렌즈층의 오목면들에 채워져 볼록면이 형성되도록 제 2 렌즈층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 제 2 렌즈층 상에 제 2 베이스 필름을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (a) 단계는, (a1) 기판 상에 저굴절율 광경화성 레진을 도포하고, 제 1 몰드를 이용하여 볼록면들을 갖는 제 1 층을 형성하는 단계; (a2) 상기 볼록면들 상에 굴절율 이방성을 갖는 반응성 메조겐(reactive mesogen)으로 된 제 2 층을 도포하는 단계; (a3) 상기 제 2 층에 선평광된 자외선을 조사하여 상기 반응성 메조겐의 액정분자를 배향함과 동시에 경화시키는 단계; (a4) 상기 제 2 층 상에 제 1 베이스 필름을 부착하여 베이스 패널을 형성하는 단계; 및 (a5) 상기 베이스 패널에서 상기 제 1 층과 상기 기판을 제거하여 상기 제 1 베이스 필름 상에 상기 제 1 렌즈층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 (a) 단계는, (a1) 제 1 베이스 필름 위에 굴절율 이방성을 갖는 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 도포하는 단계; 및 (a2) 제 2 몰드를 이용하여 오목면들을 갖는 제 1 층을 형성하는 단계; 및 (a2) 상기 제 1 층에 선평광된 자외선을 조사하여 상기 반응성 메조겐의 액정분자를 배향함과 동시에 경화시켜 제 1 렌즈층을 형성하는 단계를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 오목면들이 형성된 제 1 렌즈층 상에 고굴절율 광경화성 레진을 디스펜싱으로 도포한 후 경화하는 단계; 및 (b1) 상기 고굴절율 광경화성 레진을 평탄화하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 고굴절율 광경화성 레진은 솔벤트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 (b) 단계는, 선편광된 UV(ultraviolet)를 상기 반응성 메조겐에 조사해서 상기 액정분자를 선편광된 방향으로 배향시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치는 2개의 상이한 굴절율을 갖는 제 1 렌즈층과 단일 굴절율의 제 2 렌즈층을 포함하기 때문에 무안경 방식으로 2D/3D 영상을 표시할 수 있다.

또한, 제 1 렌즈층을 반응성 메조겐으로 형성하고, 제 2 렌즈층을 광경화성 레진으로 형성하며, 제 1 렌즈층의 부피를 제 2 렌즈층의 부피보다 작게 함으로써 고가의 반응성 메조겐의 사용량을 줄일 수 있어 제조 원가를 낮출 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 스위처블 렌즈 장치의 제조 방법에 따르면, 고굴절율(ne)을 갖는 광경화성 레진을 몰드를 이용해서 요철면을 형성하는 대신, 반응성 메조겐에 요철면을 형성한 다음, 그 요철면 위에 솔벤트를 용매로 사용하는 고굴절율 광경화성 레진을 도포하는 방식으로 스위처블 렌즈 장치을 제조하기 때문에, 솔벤트를 용매로 사용하는 고굴절율 광경화 레진을 이용한 스위처블 렌즈 장치을 용이하게 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2D/3D 영상 표시장치의 개략적인 구성을 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 본 발명의 실시예에 따르는 2D/3D 영상 표시장치의 편광제어 유닛을 도시한 단면도,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 편광제어 유닛의 동작 상태에 따른 빛의 편광 방향을 설명하기 위한 단면도,
도 4는 도 1의 본 발명의 실시예에 따르는 2D/3D 영상 표시장치의 스위처블 렌즈 장치를 도시한 단면도,
도 5는 스위처블 렌즈 장치에서 오목면에 의해 빛이 수렴되는 원리를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 2D/3D 영상표시 장치에서 2D 영상 및 3D 영상이 표시되는 원리를 설명하기 위한 도면,
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치의 제조공정의 일례를 도시한 도면,
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치의 제조공정의 다른 예를 도시한 도면.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스위처블 렌즈 장치와 그를 이용한 2D/3D 영상표시 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다. 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.

우선 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 2D/3D 영상표시 장치에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2D/3D 영상표시 장치의 개략적인 구성을 도시하 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 2D/3D 영상표시 장치는, 표시패널(100), 편광 제어유닛(200), 스위처블 렌즈 장치(300)를 포함하며, 이들은 빛의 진행 경로를 따라, 표시패널(100), 편광 제어유닛(200), 스위처블 렌즈 장치(300)의 순서로 배치된다.

표시패널(100)은 2D 영상과 3D 영상 데이터를 표시하는 표시장치로서, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 및 무기 전계발광 표시장치와 유기 발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 포함한 전계발광 표시장치(Electroluminescence Device, EL), 전기영동 표시장치(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시장치를 포함한다. 이하의 설명에서는, 표시패널(100)이 액정 표시장치인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

표시패널(100)은 박막 트랜지스터(thin film trasistor, TFT)를 포함하는 화소 어레이가 형성되어 있는 박막 트랜지스터(TFT) 기판과, 컬러를 구현하는 컬러필터들이 형성되어 있는 컬러필터 기판과, 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판 사이에 배치된 액정층을 포함한다. 표시패널(100)의 TFT 기판과 컬러필터 기판의 표면에는 광흡수축이 서로 90°를 이루는 편광판들이 부착되어 있다. 이에 따라, 수평방향 또는 수직 방향 중 어느 한 방향에서 표시패널(100)로 입사된 빛은 입사된 빛의 광 흡수측과 90°를 이루는 방향으로 선편광되어 표시패널(100) 밖으로 나온다.

편광제어 유닛(200)은 표시패널(100) 상에 배치되며, 표시패널(100)에서 공급되는 빛을 그대로 투과시키거나 90°만큼 선편광시킨 후 스위처블 렌즈 장치(300)에 공급한다. 이 편광제어 유닛(200)은 TN 모드(Twisted Nematic mode), VA 모드 (Vertical Alignment mode), IPS 모드(In-Plane Switching mode), FFS 모드(Fringe Field Switching mode)로 구동되는 액정패널에 적용될 수 있다.

스위처블 렌즈 장치(300)은 편광제어 유닛(200) 상에 배치되며, 편광제어 유닛(200)에서 공급된 빛의 편광 방향에 따라, 빛을 그대로 투과시켜 2D 영상을 표시하거나, 우안영상에 해당하는 빛과 좌안영상에 해당하는 빛의 진행경로를 분리시켜 3D 영상을 표시한다.

이하, 도 2 및 도 3a, 도 3b를 참조하여 편광제어 유닛(200)의 구성 및 동작에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 TN 모드 액정패널로 구성된 편광제어 유닛(200)의 구성를 보여주는 단면도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 편광제어 유닛의 동작 상태에 따른 빛의 편광 방향을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 편광제어 유닛(200)은 제 1 기판(210)(도 2에서 하부 기판) 상에 형성되는 제 1 전극(230)과, 제 1 전극(230)과 대향하며 제 2 기판(220)(도 2에서 상부 기판) 상에 형성되는 제 2 전극(240)과, 제 1 전극(230)과 제 2 전극(240) 사이에 배치되는 액정층(250)을 포함한다.

제 1 기판(210)과 제 2 기판(220) 각각은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 형성된다.

제 1 전극(230)과 제 2 전극(240)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide)와 같은 투명 도전성 물질로 형성된다.

액정층(250)을 이루는 액정분자들은 포지티브 액정(Positive Liquid Crystal)들로 이루어 진다. 포지티브 액정은 액정분자의 장축방향 유전율(ε∥)이 단축 방향 유전율(ε┴)보다 큰 Δε>0으로 정의되는 액정이다. 이 액정들은 제 1 및 제 2 전극들(230, 240)에 각각 부착된 배향막들(도시생략) 사이에 배치되어 있으며, 프리틸트(pre-tilt)되어 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, TN 모드에서 액정들은 전계가 인가되지 않은 상태에서는 도 3a에 도시된 바와 같이 입사된 빛의 수직방향(ⓧ) 선평광을 90°만큼 회전시켜 수평방향(↔) 선편광으로 변화시키도록 배열된다. 반면, 액정들은 전계가 인가되면 도 3b에 도시된 바와 같이 빛을 그대로 투과시키도록 배열된다. 이에 따라, 전계가 인가되지 않은 상태에서, 도 3a에 도시된 바와 같이 편광제어 유닛(200)은 수직방향(ⓧ)의 편광축을 갖는 빛을 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 빛으로 선편광시켜서 투과시킨다. 그리고, 전계가 인가된 상태에서, 편광제어 유닛(200)은 도 3b에 도시된 바와 같이 수직방향(ⓧ)의 편광축을 갖는 빛을 그대로 투과시켜 투과된 빛의 편광축 역시 수직 방향으로 된다.

다음으로, 도 4를 참조하여 스위처블 렌즈 장치(300)에 대해서 설명하기로 한다. 도 4는 도 1의 본 발명의 실시예에 따르는 2D/3D 영상 표시장치의 스위처블 렌즈 장치를 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 스위처블 렌즈 장치(300)은 제 1 필름(310)과, 제 2 필름(320)과, 제 1 및 제 2 필름들(310, 320) 사이에 배치되며, 오목면(330a)을 구비하는 제 1 렌즈층(330)과 볼록면을 구비하는 제 2 렌즈층(340)이 서로 결합된 렌즈셀(LCC)을 포함한다.

제 1 필름(310)은 100㎚ 이하의 낮은 위상차(low retardation)와, 등방성과 일축성을 갖는 물질로 형성된다. 제 1 필름(310)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 트리아세틸 셀룰로오스(Triacetyl Cellulose, TAC), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)를 포함하는 재료로부터 선택될 수 있다.

제 1 필름(310)은 표시패널(100)과의 합착시 필요한 배면거리를 확보해 줄 수 있기 때문에 표시패널과 스위처블 렌즈 장치간 거리 확보를 위한 별도의 조치를 취할 필요가 없게 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제 1 필름(310)은 낮은 위상차를 갖도록 형성되기 때문에 표시패널로부터 출사되는 빛에 대한 위상차를 느끼지 않게 되어 3D 크로스토크 특성의 저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

제 2 필름(320)은 제 1 필름(310)과 동일한 재료를 이용하여 형성될 수 있으나, 제 1 필름(310)과 다른 재료를 이용하여 형성될 수도 있다. 제 2 필름(320) 또한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 트리아세틸 셀룰로오스(Triacetyl Cellulose, TAC), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)를 포함하는 재료로부터 선택될 수 있다.

제 1 렌즈층(330)은 광경화성 액정을 수직방향(도면의 z축 방향)으로 배향한 상태에서 경화시켜 형성하며, 연속되는 오목면(330a)을 갖는 형태로 형성된다. 따라서, 제 1 렌즈층(330)을 이루고 있는 액정들은 모든 위치에서 수직방향으로 배향된 형태를 영구적으로 유지한다. 반응성 메조겐(reactive mesogen)인 광경화성 액정은 광 반응에 의해 분자들이 네트워크를 형성하여 초기 액정 분자들의 배향을 유지할 수 있기 때문이다. 따라서, 이 광경화성 액정에 편광된 UV(ultraviolet)를 조사하면, 광경화성 액정은 UV의 편광된 빛에 맞춰 초기 배향된 상태를 유지한 채 경화되어 제 1 렌즈층(330)이 형성된다.

제 1 렌즈층(330)은 액정분자의 굴절율 이방성 때문에 방향에 따라 제 1 굴절율(ne)과 제 2 굴절율(no)을 갖는다. 즉, 제 1 렌즈층(330)은 액정분자의 장축 방향에서는 제 1 굴절율(ne)을 갖지만 단축방향에서는 제 1 굴절율(ne)보다 작은 제 2 굴절율(no)을 갖는다. 본 발명의 실시예에 따르는 제 1 렌즈층(330)의 액정분자의 장축은 수직 방향(도면의 z축 방향)과 동일한 방향으로 배열되어 있기 때문에 수직 방향(도면의 z축 방향)에서는 제 1 굴절율(ne)을 가지며, 액정분자의 단축은 수평방향(도면의 x축 방향)과 동일한 방향으로 배열되어 있기 때문에 수평방향(도면의 x축 방향)에서는 제2 굴절율(no)을 갖는다.

제 2 렌즈층(340)은 제 1 렌즈층(330)의 오목면(330a)을 평탄하게 덮도록 오목면(330a) 내에 형성된다. 제 2 렌즈층(340)은 투명한 수지로 형성될 수 있으며, 제 1 렌즈층(330)의 장축방향 굴절율과 동일한 제1 굴절율(ne)을 갖는다.

이와 같은 구성을 갖는 스위처블 렌즈 장치(300)에 의하면, 제 1 렌즈층(330)을 형성하기 위한 재료를 줄일 수 있기 때문에 생산단가를 줄일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 렌즈층(330)은 오목렌즈 형상으로 형성되기 때문에 그 부피가 볼록렌즈 형상을 갖는 제 2 렌즈층(340)의 부피에 대해 대략 1/4 이하로 형성할 수 있다. 제 1 렌즈층(330)을 형성하는 반응성 메조겐은 그램당 ＄1∼2(US달러/g)인 반면, 제 2 렌즈층(340)을 형성하는 광경화성 레진(UV resin)은 ＄0.05(US달러/g) 정도로 반응성 메조겐에 비해 상당히 저렴하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르는 제 1 렌즈층(330)의 부피(volume)는 제 2 렌즈층(340)의 부피보다 훨씬 작고, 부피가 큰 제 2 렌즈층(340)을 값싼 광경화성 레진으로 형성하고 있기 때문에 제조비용을 절감할 수 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 5는 상술한 스위처블 렌즈 장치(300)에서 빛이 초점에 수렴하기 위한 조건을 설명하는 도면이다. 3D 영상을 표시하기 위해서, 빛은 스위처블 렌즈 장치(300)에서 좌안 영상용 빛과 우안 영상용 빛으로 나눠져 초점에 각각 수렴해야만 한다.

상술한 바처럼, 제 1 렌즈층(330)은 빛의 편광 방향에 따라 제 1 굴절율(ne)과 제 2 굴절율(no)을 갖고, 제 2 렌즈층(340)은 제 1 굴절율(ne)을 갖는다.

스넬의 법칙에 따르면, 빛은 굴절율이 다른 2개의 매질을 투과할 때, 두 매질의 경계에서 입사각(α)과 굴절각(β) 사이에는 no·sinα= ne·sinβ인 관계를 갖는다. 그런데, 제 2 굴절율(no)은 제 1 굴절율(ne)보다 작으므로, 입사각(α)이 굴절각(β)보다 커야만 한다. 따라서, 제 1 렌즈층(330)과 제2 렌즈층(340)의 경계가 오목면(330a)을 이루고 있어야 초점에 수렴할 수 있고, 반대로 볼록면을 이루는 경우는 초점에 수렴하지 못하기 때문에, 좌안 영상용 빛과 우안 영상용 빛을 분리하지 못한다.

이하, 도 6을 참조로 본 발명의 실시예에 따르는 2D/3D 영상표시 장치에서 2D 영상 및 3D 영상이 표시되는 과정을 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 2D/3D 영상표시 장치에서 2D 영상 및 3D 영상이 표시되는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서 스위처블 렌즈 장치는 표시패널 중 3라인의 픽셀들에 대응하게 배치된 것으로 설명한다.

3D 영상 모드에서, 빛은 전계가 인가되지 않은 편광제어 유닛(200)을 투과하면서, 편광축이 수직방향(ⓧ, 도면의 z축 방향)에서 수평방향(↔, 도면의 x축 방향)으로 90도만큼 회전한다. 이에 따라, 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 빛이 스위처블 렌즈 장치(300)에 공급된다.

한편, 스위처블 렌즈 장치(300)의 렌즈셀(LCC) 중 제 1 렌즈층(330)은 액정분자가 수직방향으로 배향된 상태를 이루고 있어, 입사된 빛의 편광방향은 액정분자의 단축 방향과 동일하다. 따라서, 제 1 렌즈층(330)은 제 2 굴절율(no)을 갖는 층으로 작용하는 반면, 제 2 렌즈층(340)은 제 1 굴절율(ne)을 갖는 층으로 작용한다. 따라서 스넬의 법칙에 따라 빛은 오목면(330a)에서 굴절되어 초점(p)에 수렴하게 된다. 결과적으로, 빛은 스위처블 렌즈 장치(300)를 투과하면서 우안영상에 해당하는 빛의 진행경로와 좌안영상에 해당하는 빛의 진행경로로 나누어지게 되고, 서로 다른 초점으로 수렴하게 되어 3D 영상이 표시된다.

2D 영상 모드에서, 빛은 전계가 형성된 편광제어 유닛(200)을 투과하면서, 편광축의 변화없이 그대로 투과한다. 따라서, 빛은 편광제어 유닛(200)을 투과하기 전이나, 투과한 후 모두 수직방향(ⓧ, 도면의 z축 방향)으로 된다.

따라서, 수직방향(ⓧ) 편광축을 갖는 빛이 스위처블 렌즈 장치(300)에 공급된다.

한편, 스위처블 렌즈 장치(300)의 렌즈셀(LCC) 중 제 1 렌즈층(330)은 액정분자가 수직방향으로 배향된 상태를 이루고 있으므로, 입사된 빛의 편광방향은 액정분자의 장축 방향과 동일하다. 따라서, 제 1 렌즈층(330)은 제 1 굴절율(ne)을 갖는 것으로 작용하고, 제 2 렌즈층(340) 역시 제 1 굴절율(ne)로 작용하게 되므로 빛은 스위처블 렌즈 장치(300)에서 굴절되지 않고 그대로 투과해 2D 영상을 표시한다.

이하, 도 7a 내지 도 7f를 참조로, 본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치(300)을 제조하는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치의 제조공정의 일례를 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 스위처블 렌즈 장치(300)의 제 2 렌즈층(340)은 굴절율이 제 1 렌즈층(330)을 이루는 액정분자의 장축방향 굴절율(ne)과 동일하다. 즉, 제 2 렌즈층(340)을 구성하는 광경화성 레진(UV)의 굴절율은 제 1 렌즈층의(330)의 액정분자의 장축 방향 굴절율(ne)과 동일하다. 제 1 렌즈층(330)의 액정분자는 장축 방향에서, 대략 1.75 정도의 고굴절율을 갖는다. 현재까지 개발된 고굴절율 광경화성 레진들은 솔벤트를 용매로 사용한다.

스위처블 렌즈 장치(300)의 제조 방법은 일반적으로 몰드를 이용해서 제 1 렌즈층(330) 또는 제 2 렌즈층(340)에 요철면(볼록면, 또는 오목면)을 형성하는 형태로 이뤄진다. 그런데, 몰드를 이용해서 요철면을 형성하려면, 솔벤트가 몰드를 용해시킬 수 있기 때문에 요철면을 형성하기 위한 물질이 솔벤트를 용매로 사용하지 않는 것이어야만 한다. 따라서, 몰드를 이용하여 고굴절율의 제 2 렌즈층(340)에 볼록면을 형성하는 것이 종래에는 불가능하였다.

본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치의 제조방법에 따르면 몰드를 이용하여 고굴절율의 제 2 렌즈층을 형성하는 것이 가능하게 된다.

도 7a을 참조하면, 제 1 베이스 필름(10) 위에 저굴절율 광경화성 레진(UV resin)(11)을 소정 두께로 도포한다(도 7a 참조). 여기서, 저굴절율은 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 이루는 액정분자의 장축 방향 굴절율(ne)보다 작은 것을 의미하며, 일례로, 단축 방향 굴절율(no)과 동일할 수 있다.

그리고, 제 1 몰드(20)를 이용하여 광경화성 레진(11) 위에 볼록면(40a)을 형성하고, 그와 동시에 램프(30)를 이용해 UV를 광경화성 레진(11)에 조사하여 광경화성 레진(11)을 경화시킨다.

도 7b를 참조하면, 제 1 베이스 필름(10) 위에 볼록면(40a)을 갖는 제1 굴절율층(40)을 형성한 다음에, 디스펜서(50)를 이용하여 반응성 메조겐(51)을 볼록면(40a) 위에 디스펜싱하고, 이와 함께 롤러(60)를 이용해서 제2 베이스 필름(70)을 반응성 메조겐(51) 위에 부착한다. 다음으로, 선편광된 UV를 반응성 메조겐(51)에 조사하여 액정분자를 초기 배향시키고자 하는 방향으로 배향함과 동시에 경화시킨다. 여기에서, 액정분자는 수직 방향, 즉 도면의 z축 방향을 따라 장축으로 배열될 수 있다.

도 7c를 참조하면, 제 1 베이스 필름(10)과 제 2 베이스 필름(70) 사이에, 저굴절율(no) 광경화성 레진으로 형성되고 볼록면(40a)을 갖는 제 1 굴절율층(40)과, 볼록면(40a) 사이에 채워지며 반응성 메조겐(51)으로 형성되는 제 2 굴절율층(80)이 배치된 베이스 패널을 얻을 수 있다.

도 7d를 참조하면, 베이스 패널에서 제 1 굴절율층(40)과 제 1 베이스 필름(10)이 제거된다. 제 1 굴절율층(40)은 제 2 굴절율층(80)의 볼록면(40a)과 경계를 이루도록 되어 있는데, 제 1 굴절율층(40)과 제 2 굴절율층(80)은 물성이 다르기 때문에, 기계적으로 이 둘을 분리시킬 수 있다. 이와 달리, 제 1 굴절율층(40) 위에 반응성 메조겐(51)을 도포하기 전에, 이형재를 도포해서 제 1 굴절율층(40)과 제 2 굴절율층(80)을 분리시키거나, 식각비의 차이를 이용한 건식 또는 습식 식각 방식으로 제2 굴절율층(80)에서 제 1 굴절율층(40) 만을 선택적으로 제거할 수도 있다.

이처럼, 베이스 패널에서 제 1 굴절율층(40)과 제 1 베이스 기판(10)을 제거함으로써 제 2 베이스 필름(80) 상에 오목면(330a)이 형성된 제 1 렌즈층(330)을 형성할 수 있다.

도 7e를 참조하면, 디스펜서(50)를 이용하여 고굴절율 광경화성 레진(95)을 잉크 형태로 오목면(330a)에 디스펜싱하고, 스퀴즈(squeeze)(sq)를 이용해서 표면을 평탄화시킨다. 이와 동시에, 램프(30)를 이용해서 디스펜싱된 고굴절율 광경화성 레진(95)에 UV를 조사해서 경화시킨다. 한편, 이 단계에서 사용되는 고굴절율 광경화성 레진(95)은 솔벤트를 용매로 사용하는 물질로, 잉크젯 인쇄법을 이용하기 때문에, 고굴절율 광경화성 레진(95)을 이용하여 제2 렌즈층(340)을 형성할 수가 있다.

도 7f를 참조하면, 고굴절율 광경화성 레진(95)이 형성된 후, 롤러(60)를 이용하여 제 3 베이스 필름(90)을 제 2 렌즈층(340) 위에 부착함으로써 스위처블 렌즈 장치(300)가 제조된다.

상술한 본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치의 제조 방법은, 고굴절율(ne)을 갖는 광경화성 레진을 몰드를 이용해서 요철면을 형성하는 대신, 저굴절율(no)을 갖는 광경화성 레진을 이용해서 패턴 전사하는 형태로 반응성 메조겐에 요철면을 형성한 다음, 그 요철면 위에 솔벤트를 용매로 사용하는 고굴절율 광경화성 레진을 도포하는 형태로 스위처블 렌즈 장치을 제조하기 때문에, 스위처블 렌즈 장치을 제조할 수 있게 된다.

이하, 도 8a 내지 도 8d를 참조로, 본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치(300)을 제조하는 다른 예의 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치의 제조공정의 다른 예를 도시한 도면이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제 1 베이스 필름(100) 위에 반응성 메조겐(151)을 소정 두께로 도포한다. 그리고, 제 2 몰드(120)를 이용하여 반응성 메조겐(151)에 오목면(330a)을 형성하고, 그와 동시에 오목면을 갖는 반응성 메조겐(151)에 선편광된 UV를 조사하여 액정분자를 초기 배향시키고자 하는 방향으로 배향함과 동시에 경화시킨다. 여기에서, 액정분자는 수직 방향, 즉 도면의 z축 방향을 따라 장축으로 배열될 수 있다.

도 8c를 참조하면, 디스펜서(150)를 이용하여 고굴절율 광경화성 레진(195)을 잉크 형태로 오목면(330a)에 디스펜싱하고, 스퀴즈(squeeze)(sq)를 이용해서 표면을 평탄화시킨다. 이와 동시에, 램프(130)를 이용해서 디스펜싱된 고굴절율 광경화성 레진(195)에 UV를 조사해서 경화시킨다. 한편, 이 단계에서 사용되는 고굴절율 광경화성 레진(195)은 솔벤트를 용매로 사용하는 물질로, 잉크젯 인쇄법을 이용하기 때문에, 고굴절율 광경화성 레진(195)을 이용하여 제 2 렌즈층(340)을 형성할 수가 있다.

도 8d를 참조하면, 고굴절율 광경화성 레진(195)이 형성된 후, 롤러(160)를 이용하여 제 2 베이스 필름(200)을 제 2 렌즈층(340) 위에 부착함으로써 스위처블 렌즈 장치(300)가 제조된다.

상술한 본 발명의 실시예에 따르는 스위처블 렌즈 장치의 제조 방법에 의하면, 고굴절율(ne)을 갖는 광경화성 레진을 몰드를 이용해서 요철면을 형성하는 대신, 반응성 메조겐에 요철면을 형성한 다음, 그 요철면 위에 솔벤트를 용매로 사용하는 고굴절율 광경화성 레진을 도포하는 방식으로 스위처블 렌즈 장치을 제조하기 때문에 스위처블 렌즈 장치을 제조할 수 있게 된다.

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.

100: 표시패널 200: 편광제어유닛
300: 스위처블 렌즈 장치 330: 제 1 렌즈층
330a: 오목면 340: 제 2 렌즈층

Claims (11)

1. 제 1 베이스 필름;
   상기 제 1 베이스 필름 상에 형성되고, 제 1 방향으로 제 1 굴절율을 가지며, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 상기 제 1 굴절율보다 작은 제 2 굴절율을 가지며, 오목면들을 구비한 제 1 렌즈층;
   상기 제 1 렌즈층의 오목면들에 채워지는 볼록면을 가지며, 상기 제 1 굴절율을 갖는 제 2 렌즈층; 및
   상기 제 2 렌즈층에 부착되는 제 2 베이스 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위처블 렌즈 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 렌즈층의 부피는 상기 제 2 렌즈층의 부피 보다 작은 것을 특징으로 하는 스위처블 렌즈 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 베이스 필름은 100㎚ 이하의 낮은 위상차, 등방성, 및 일축성을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 스위처블 렌즈 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 렌즈층은 굴절율 이방성을 갖는 반응성 메조겐(reactive mesogen)인 광 경화성 액정물질로 형성되고, 상기 제 2 렌즈층은 광 경화성 레진으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스위처블 렌즈 장치.
   
5. 제 1 방향으로 선편광된 빛으로 영상을 표시하는 표시패널;
   상기 제 1 방향의 빛을 이와 직교하는 제 2 방향의 선편광된 빛으로 선택적으로 스위칭하는 편광제어 유닛; 및
   굴절율 차이를 이용해서 상기 편광제어 유닛에서 입사되는 빛을 굴절시켜 좌안 영상용 빛과 우안 영상용 빛을 분리해 3D 영상을 구현하거나, 그대로 투과시켜 2D 영상을 구현하는 청구항 1 내지 청구항 5 기재의 어느 하나의 스위처블 렌즈 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 2D/3D 영상표시 장치.
   
6. (a) 제 1 방향으로 제 1 굴절율을 갖고, 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향으로 상기 제 1 굴절율보다 작은 제 2 굴절율을 가지며, 오목면들을 구비한 제 1 렌즈층을 제 1 베이스 필름 상에 형성하는 단계;,
   (b) 상기 제 1 굴절율을 가지며, 상기 제 1 렌즈층의 오목면들에 채워져 볼록면이 형성되도록 제 2 렌즈층을 형성하는 단계; 및
   (c) 상기 제 2 렌즈층 상에 제 2 베이스 필름을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위처블 렌즈 장치의 제조 방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 (a) 단계는,
   (a1) 기판 상에 저굴절율 광경화성 레진을 도포하고, 제 1 몰드를 이용하여 볼록면들을 갖는 제 1 층을 형성하는 단계;
   (a2) 상기 볼록면들 상에 굴절율 이방성을 갖는 반응성 메조겐(reactive mesogen)으로 된 제 2 층을 도포하는 단계;
   (a3) 상기 제 2 층에 선평광된 자외선을 조사하여 상기 반응성 메조겐의 액정분자를 배향함과 동시에 경화시키는 단계;
   (a4) 상기 제 2 층 상에 제 1 베이스 필름을 부착하여 베이스 패널을 형성하는 단계; 및
   (a5) 상기 베이스 패널에서 상기 제 1 층과 상기 기판을 제거하여 상기 제 1 베이스 필름 상에 상기 제 1 렌즈층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위처블 렌즈 장치의 제조 방법.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 (a) 단계는,
   (a1) 제 1 베이스 필름 위에 굴절율 이방성을 갖는 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 도포하는 단계; 및
   (a2) 제 2 몰드를 이용하여 오목면들을 갖는 제 1 층을 형성하는 단계; 및
   (a2) 상기 제 1 층에 선평광된 자외선을 조사하여 상기 반응성 메조겐의 액정분자를 배향함과 동시에 경화시켜 제 1 렌즈층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위처블 렌즈 장치의 제조 방법.
   
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 (b) 단계는,
   (b1) 상기 오목면들이 형성된 제 1 렌즈층 상에 고굴절율 광경화성 레진을 디스펜싱으로 도포한 후 경화하는 단계; 및
   (b1) 상기 고굴절율 광경화성 레진을 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위처블 렌즈 장치의 제조 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 고굴절율 광경화성 레진은 솔벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위처블 렌즈 장치의 제조 방법.
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 선편광된 UV(ultraviolet)를 상기 반응성 메조겐에 조사해서 상기 액정분자를 선편광된 방향으로 배향시키는 단계를 포함하는 액정렌즈 유닛의 제조 방법.
    

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