KR20140028475A

KR20140028475A - 액정 렌즈 패널, 이를 포함하는 3차원 패널 어셈블리 및 표시 장치

Info

Publication number: KR20140028475A
Application number: KR1020120094848A
Authority: KR
Inventors: 서현승; 윤해영; 김일주; 정승준; 김선기; 김진환
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-10
Also published as: US9128295B2; US20140063379A1

Abstract

액정 렌즈 패널은 제1 기판, 제2 기판 및 액정층을 포함한다. 상기 제1 기판은 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판 상에 배치된 렌즈 공통 전극 및 상기 렌즈 공통 전극 상에 배치되고 제1 배향 방향을 갖는 제1 배향막을 포함한다. 상기 제2 기판은 제1 베이스 기판과 대향하는 제2 베이스 기판, 상기 제2 베이스 기판 상에 렌즈 축을 따라 연장되고 서로 평행하게 배열된 복수의 렌즈 전극들 및 상기 렌즈 전극들 상에 배치되고 상기 제1 배향 방향과 수직하는 제2 배향 방향을 갖는 제2 배향막을 포함한다. 상기 액정층은 상기 제1 및 제2 배향막 사이에 배치된다. 상기 제1 배향 방향과 상기 렌즈 축은 수직할 수 있다. 상기 액정 렌즈 패널은 90도 꼬임 액정 배향을 가짐으로써 안경식 및 무안경식을 겸용으로 3차원 영상을 표시할 수 있다. 또한, 렌즈 전극의 기울기만큼 편광 방향을 변경하는 λ/2 위상 지연 필름을 액정 표시 패널과 액정 렌즈 패널 사이에 배치함으로써 광 손실을 줄일 수 있다.

Description

액정 렌즈 패널, 이를 포함하는 3차원 패널 어셈블리 및 표시 장치{LIQUID CRYSTAL LENS PANEL, THREE DIMENSIONAL PANEL ASSEMBLY AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 액정 렌즈 패널, 이를 포함하는 3차원 패널 어셈블리 및 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안경 및 무안경식 겸용을 위한 액정 렌즈 패널, 이를 포함하는 3차원 패널 어셈블리 및 표시 장치에 관한 것이다.

게임, 영화 등과 같은 분야에서 3차원 입체 영상에 대한 수요가 증가함에 따라, 3차원 입체 영상을 표시하는 입체 영상 표시 장치에 대한 개발이 가속되고 있다. 입체 영상 표시 장치는 관찰자의 양안에 서로 다른 2차원 평면 영상들을 인가함으로써 입체 영상을 표시할 수 있다. 즉, 관찰자는 양안을 통해 한 쌍의 2차원 평면 영상들을 보게 되고, 뇌에서 상기 평면 영상들을 융합하여 입체감을 시인하게 된다.

입체 영상 표시 장치는 관찰자의 특수 안경의 착용 여부에 따라 안경식(stereo-scopic) 및 무안경식(auto stereo-scopic)으로 구분된다. 상기 안경식 입체 영상 표시 장치는 편광 방식을 포함하고, 상기 무안경식 입체 영상 표시장치는 렌티큘라(lenticular) 방식을 포함한다.

상기 편광 방식은 액정 표시 패널로부터 출사되는 좌안 영상 및 우안 영상을 서로 다른 편광으로 변환하는 능동형 편광 패널을 포함하고, 상기 능동형 편광 패널로부터 출사되는 서로 다른 편광을 갖는 좌안 영상 및 우안 영상을 각각 시인하기 위한 편광 안경을 포함한다.

상기 렌티큘라 방식은 상기 액정 표시 패널의 좌안용 및 우안용 픽셀로부터 출사되는 좌안 및 우안 영상을 복수의 시점으로 굴절시키는 렌티큘라 렌즈를 포함한다. 최근에는 이와 같은 렌티큘라 렌즈를 상부 전극 및 하부 전극 사이에 액정층이 개재된 액정 렌즈 패널을 사용한다.

이에, 본 발명이 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 안경 및 무안경식 겸용을 위한 액정 렌즈 패널을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 액정 렌즈 패널을 포함하는 3차원 패널 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 액정 렌즈 패널을 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 액정 렌즈 패널은 제1 기판, 제2 기판 및 액정층을 포함한다. 상기 제1 기판은 제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판 상에 배치된 렌즈 공통 전극 및 상기 렌즈 공통 전극 상에 배치되고 제1 배향 방향을 갖는 제1 배향막을 포함한다. 상기 제2 기판은 제1 베이스 기판과 대향하는 제2 베이스 기판, 상기 제2 베이스 기판 상에 렌즈 축을 따라 연장되고 서로 평행하게 배열된 복수의 렌즈 전극들 및 상기 렌즈 전극들 상에 배치되고 상기 제1 배향 방향과 수직하는 제2 배향 방향을 갖는 제2 배향막을 포함한다. 상기 액정층은 상기 제1 및 제2 배향막 사이에 배치된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 배향 방향과 상기 렌즈 축은 수직할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 렌즈 전극들에 복수의 전압들이 인가되는 경우 투과 광의 위상 분포에 따라서 복수의 렌즈 영역들로 구분되고, 각 렌즈 영역 중 위상 경사가 시작되는 렌즈 전극은 인접한 렌즈 전극과 이격되어 배치될 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 3차원 패널 어셈블리는 액정 렌즈 패널 및 제1 위상 지연 필름을 포함한다. 상기 액정 렌즈 패널은 렌즈 공통 전극 및 상기 렌즈 공통 전극 상에 배치되고 제1 배향 방향을 갖는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판과, 렌즈 축을 따라 연장되고 서로 평행하게 배열된 복수의 렌즈 전극들 및 상기 렌즈 전극들 상에 배치되고 상기 제1 배향 방향과 수직하는 제2 배향 방향을 갖는 제2 배향막을 포함하는 제2 기판, 및 상기 제1 및 제2 배향막 사이에 배치된 액정층을 포함한다. 상기 제1 위상 지연 필름은 상기 제1 기판과 인접하게 배치되고, 상기 렌즈 축의 기울기만큼 편광 방향을 변경한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 위상 지연 필름은 λ/2 지연 축을 갖고, 상기 λ/2 지연 축의 각도는 (θ-90°)/2 일 수 있다. 여기서, θ는 상기 렌즈 축의 기울기 각도이다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제2 기판과 인접하게 배치되고, 상기 액정 렌즈 패널을 투과한 편광을 원편광으로 변경하는 제2 위상 지연 필름을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제2 위상 지연 필름은 λ/4 지연 축을 갖고, 상기 λ/4 지연 축의 각도는 (θ-45°)일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 배향 방향과 상기 렌즈 축은 수직일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 액정 렌즈 패널에 전압을 인가하는 능동 구동부를 더 포함하고, 상기 능동 구동부는 안경 모드시 상기 렌즈 공통 전극에 인가되는 전압과 동일한 전압 및 상기 렌즈 공통 전극에 인가된 전압과 다른 전압을 상기 렌즈 전극들에 시분할하여 인가하고, 무안경 모드시 상기 렌즈 전극들에 액정 렌즈 구현을 위한 다양한 레벨의 전압들을 인가할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널, 액정 렌즈 패널 및 안경부를 포함한다. 상기 액정 표시 패널은 영상을 표시한다. 상기 액정 렌즈 패널은 상기 액정 표시 패널과 인접하게 배치되고, 렌즈 공통 전극 및 상기 렌즈 공통 전극 상에 배치되고 제1 배향 방향을 갖는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판과, 렌즈 축을 따라 연장되고 서로 평행하게 배열된 복수의 렌즈 전극들 및 상기 렌즈 전극들 상에 배치되고 상기 제1 배향 방향과 수직하는 제2 배향 방향을 갖는 제2 배향막을 포함하는 제2 기판, 및 상기 제1 및 제2 배향막 사이에 배치된 액정층을 포함한다. 상기 안경부는 서로 다른 편광을 각각 수신하는 좌안부와 우안부를 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 안경 모드시 좌안 영상과 우안 영상을 상기 액정 표시 패널에 시분할하여 표시하고, 무안경 모드시 다시점 영상들을 상기 액정 표시 패널에 표시하는 영상 구동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 안경 모드시 상기 렌즈 공통 전극에 인가되는 전압과 동일한 전압 및 상기 렌즈 공통 전극에 인가된 전압과 다른 전압을 상기 렌즈 전극들에 시분할하여 인가하고, 무안경 모드시 액정 렌즈 구현을 위한 다양한 레벨의 전압들을 상기 렌즈 전극들에 인가하는 능동 구동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 좌안부 및 상기 우안부 각각은 λ/4 지연 축을 갖는 위상 지연 필름을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 액정 렌즈 패널은 90도 꼬임 액정 배향을 포함함으로써 안경식 및 무안경식을 겸용으로 3차원 영상을 표시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 3차원 패널 어셈블리에 대한 사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 액정 렌즈 패널에 대한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 액정 렌즈 패널에 대한 광의 위상 분포를 나타낸 그래프들이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1의 표시 장치에 따른 안경식 입체 영상 표시 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 도 1의 표시 장치에 따른 무안경식 입체 영상 표시 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다. 도 2는 도 1의 3차원 패널 어셈블리에 대한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 표시 장치는 표시 패널 어셈블리(100), 광원부(200), 3차원 패널 어셈블리(300) 및 안경부(400)를 포함한다.

상기 표시 패널 어셈블리(100)는 액정 표시 패널(110) 및 상기 액정 표시 패널(110)을 구동하는 영상 구동부(150)를 포함한다.

상기 액정 표시 패널(110)은 제1 기판(111), 제2 기판(112) 및 제1 액정층(113)을 포함한다.

상기 제1 기판(111)은 복수의 게이트 라인들(GL)과 복수의 데이터 라인들(DL), 복수의 스위칭 소자들(TR) 및 복수의 화소 전극들(PE)을 포함한다. 상기 게이트 라인(GL)은 제1 방향(D1)으로 연장되고 상기 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 배열된다. 상기 데이터 라인(DL)은 상기 제2 방향(D2)으로 연장되고 상기 제1 방향(D1)으로 배열된다. 상기 스위칭 소자(TR)는 상기 게이트 라인(GL) 및 상기 데이터 라인(DL)과 연결된다. 상기 화소 전극(PE)은 상기 스위칭 소자(TR)와 연결되고, 화소 영역에 배치된다.

상기 제2 기판(112)은 상기 제1 기판(111)과 대향하고, 상기 제1 기판(111)과 결합되어 상기 제1 액정층(113)을 수용한다. 상기 제2 기판(112)은 상기 화소 영역에 대응하여 배치된 컬러 필터를 포함한다. 또한, 상기 제2 기판(112)은 상기 제1 기판(112) 상에 배치된 상기 화소 전극(PE)과 수직 전계를 형성하기 위해 화소 공통 전극을 포함할 수 있다. 또는, 상기 화소 공통 전극은 상기 화소 전극(PE)과 수평 전계를 형성하기 위해 상기 제1 기판(112) 상에 상기 화소 전극(PE)과 중첩되어 배치될 수 있고, 이 경우, 상기 화소 공통 전극은 슬릿 패턴이 형성될 수 있다.

상기 영상 구동부(150)는 안경 모드시 상기 액정 표시 패널(110)에 좌안 영상 및 우안 영상을 홀수 번째 프레임 및 짝수 번째 프레임으로 시분할하여 표시한다. 무안경 모드시 상기 액정 표시 패널(110)에 다시점 영상을 표시한다.

상기 영상 구동부(150)는 게이트 구동부(120) 및 데이터 구동부(130)를 포함한다. 상기 게이트 구동부(120)는 상기 게이트 라인들(GL)에 게이트 신호들을 순차적으로 인가한다. 상기 게이트 구동부(120)는 도시된 바와 같이, 테이프 캐리어 패키지 형태로 상기 액정 표시 패널(110)에 실장되거나, 또는 상기 제1 기판(112)의 상기 스위칭 소자(TR)와 동일한 공정을 통해서 상기 제1 기판(112) 상에 직접 형성될 수 있다.

상기 데이터 구동부(130)는 상기 데이터 라인들(DL)에 데이터 신호들을 출력한다.

본 실시예에 따르면, 상기 표시 장치가 안경식 모드로 동작하는 경우, 상기 액정 표시 패널(110)은 홀수 번째 프레임에는 좌안 영상을 표시하고, 짝수 번째 프레임에는 우안 영상을 표시한다. 물론, 반대로 상기 홀수 번째 프레임에 우안 영상을 표시하고, 짝수 번째 프레임에 좌안 영상을 표시할 수 있다.

또한, 상기 표시 장치가 무안경식 모드로 동작하는 경우, 상기 액정 표시 패널(110)은 n(n은 2이상의 자연수) 시점 영상들을 표시한다. 즉, 한 프레임 영상은 복수의 시점 영상들을 포함한다. 이에 따라서, 상기 무안경식 모드의 경우 상기 안경식 모드에 비해 해상도가 n 배 낮아질 수 있다.

상기 광원부(200)는 광을 발생하고, 상기 액정 표시 패널(110)에 광을 제공한다. 상기 광원부(200)는 직하형 구조 또는 에지형 구조를 가질 수 있다. 상기 직하형 구조는 복수의 화소들이 배열된 상기 액정 표시 패널(110)의 표시 영역 아래에 배치된 적어도 하나의 광원을 포함하고, 상기 에지형 구조는 상기 표시 영역 아래에 배치된 도광판과 상기 도광판의 에지 부분에 배치된 적어도 하나의 광원을 포함한다.

상기 3차원 패널 어셈블리(300)는 액정 렌즈 패널(310), 제1 위상 지연 필름(320), 제2 위상 지연 필름(330) 및 능동 구동부(350)를 포함한다.

상기 액정 렌즈 패널(310)은 제3 기판(311), 제4 기판(312) 및 제2 액정층(313)을 포함한다.

상기 제3 기판(311)은 렌즈 공통 전극 및 제1 배향 방향(AA1)을 갖는 제1 배향막을 포함한다. 상기 렌즈 공통 전극은 패턴이 없는 통판 형태로 형성될 수 있다.

상기 제4 기판(312)은 상기 제3 기판(311)과 대향하고, 복수의 렌즈 전극들(LE) 및 상기 제1 배향 방향(AA1)과 90도 차를 갖는 제2 배향 방향(AA2)을 갖는 제2 배향막을 포함한다. 상기 렌즈 전극들(LE)은 복수의 단위 액정 렌즈들(LU)에 대응하여 복수의 전극 그룹들로 그룹핑된다. 각 전극 그룹은 소정개의 렌즈 전극들(LE)을 포함한다. 상기 렌즈 전극(LE)은 상기 제2 방향(D2)에 대해 경사진 제3 방향(D3)으로 연장된다. 즉, 상기 렌즈 전극들(LE)의 렌즈 축은 경사각(θ)을 갖는다.

상기 제2 배향막의 상기 제2 배향 방향(AA2)의 방위각은 상기 렌즈 축의 경사각(θ)과 같고, 이에 따라서, 상기 제1 배향막의 상기 제1 배향 방향(AA1)의 방위각은 상기 렌즈 축의 경사각(θ)과 90도 차를 갖는다. 즉, 상기 제2 배향 방향(AA2)은 상기 렌즈 축과 평행하고, 상기 제1 배향 방향(AA1)은 상기 렌즈 축과 수직하다.

상기 제2 액정층(313)은 상기 제3 및 제4 기판들(311, 312) 사이에 배치되고, 상기 제3 기판(311)의 제1 배향막과 상기 제4 기판(312)의 제2 배향막에 의해 90도 꼬인 형태로 배향된다.

상기 제1 위상 지연 필름(320)은 상기 액정 표시 패널(110)과 인접하게 배치되고, 상기 액정 표시 패널(110)로부터 출사된 광의 위상을 λ/2 지연시킨다. 상기 제1 위상 지연 필름(320)의 λ/2 지연 축(RA1) 각도는 광 손실을 줄이기 위해서 상기 제1 위상 지연 필름(320)의 의해 λ/2 지연된 편광의 편광 축이 상기 렌즈 축과 수직이 되도록 설정한다.

상기 제2 위상 지연 필름(330)은 상기 액정 렌즈 패널(310)과 인접하게 배치되고, 상기 액정 렌즈 패널(310)로부터 출사된 광의 위상을 λ/4 지연시킨다. 상기 제2 위상 지연 필름(330)은 λ/4 지연 축(RA2)을 갖고, 상기 제2 위상 지연 필름(330)을 통과한 광은 좌원 편광 또는 우원 편광으로 변경된다.

상기 액정 렌즈 패널(310), 상기 제1 위상 지연 필름(320) 및 상기 제2 위상 지연 필름(330)은 다음의 표와 같이 각도가 설정될 수 있다.

[표 1]

상기 능동 구동부(350)는 상기 액정 렌즈 패널(310)에 전압을 인가한다.

상기 능동 구동부(350)는 안경 모드시 상기 렌즈 공통 전극에 인가되는 전압과 동일한 전압 및 상기 렌즈 공통 전극에 인가된 전압과 다른 전압을 상기 렌즈 전극들에 홀수 번째 프레임 및 짝수 번째 프레임으로 시분할하여 인가하고, 무안경 모드시 상기 렌즈 전극들에 액정 렌즈 구현을 위한 다양한 레벨의 전압들을 인가한다.

상기 안경부(400)는 좌안부(410)와 우안부(420)를 포함하고, 상기 좌안부(410) 및 상기 제2 우안부(420)는 서로 다른 편광의 좌안 영상 및 우안 영상을 수신한다. 상기 좌안부(410) 및 상기 우안부(420) 각각은 λ/4 지연 축을 갖는 위상 지연 필름을 포함한다.

상기 안경부(400)는 상기 표시 장치가 안경식 모드로 동작하는 경우 사용되고, 상기 표시 장치가 무안경 모드로 동작하는 경우에는 사용되지 않는다.

본 실시예에 따르면, 상기 표시 장치가 안경식 모드로 동작하는 경우, 상기 액정 렌즈 패널(310)은 입사된 광을 제1 편광 방향 또는 제2 편광 방향을 갖는 광으로 출사하는 편광 스위칭 패널로 동작한다.

예를 들면, 상기 액정 렌즈 패널(310)은 상기 홀수 번째 프레임 동안 상기 제3 기판(311)의 상기 렌즈 공통 전극과 상기 제4 기판(312)의 상기 렌즈 전극들에 동일한 전압을 각각 인가한다. 이 경우, 상기 액정 렌즈 패널(310)을 좌안 온 상태(LEFT_ON)로 정의한다. 또한, 상기 액정 표시 패널(110)은 상기 홀수 번째 프레임 동안 좌안 영상을 표시한다.

상기 액정 표시 패널(110)로부터 출사된 제1 편광 축(PA1)을 갖는 제1편광은 상기 제1 위상 지연 필름(320)의 λ/2 지연 축(RA1)에 지연되어 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광으로 변경되고 상기 액정 렌즈 패널(310)에 입사된다. 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광은 좌안 온 상태(LEFT_ON)인 상기 액정 렌즈 패널(310)에 의해 상기 제2 편광 축(PA2)과 90도 차를 갖는 제3 편광 축(PA3)을 갖는 제3 편광으로 변경된다. 상기 제3 편광 축(PA3)을 갖는 상기 좌안 영상의 제3 편광은 상기 제2 위상 지연 필름(330)에 의해 제1 원 편광(CPA1)으로 출사된다.

이에 대응하여, 상기 제1 원 편광은 상기 안경부(400)의 상기 좌안부(410)에 입사되고, 관찰자는 상기 홀수 번째 프레임 동안 좌안 영상을 시인할 수 있다.

한편, 상기 액정 렌즈 패널(310)은 상기 짝수 번째 프레임 동안 상기 제3 기판(311)의 상기 렌즈 공통 전극과 상기 제4 기판(312)의 상기 렌즈 전극들에 최대 전위차를 갖는 전압을 각각 인가한다. 이 경우, 상기 액정 렌즈 패널(310)을 우안 온 상태(RIGHT_ON)로 정의한다. 또한, 상기 액정 표시 패널(110)은 상기 짝수 번째 프레임 동안 우안 영상을 표시한다.

상기 액정 표시 패널(110)로부터 출사된 제1 편광 축(PA1)을 갖는 제1 편광은 상기 제1 위상 지연 필름(320)의 λ/2 지연 축(RA1)에 지연되어 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광으로 변경되고 상기 액정 렌즈 패널(310)에 입사된다. 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광은 우안 온 상태(RIGHT_ON)인 상기 액정 렌즈 패널(310)에 의해 실질적으로 편광 축은 변경되지 않고 그대로 출사된다. 상기 제2 편광 축(PA2)을 갖는 상기 우안 영상의 제2 편광은 상기 제2 위상 지연 필름(330)에 의해 제2 원 편광(CPA2)으로 출사된다.

이에 대응하여, 상기 제2 원 편광(CPA2)은 상기 안경부(400)의 상기 우안부(420)에 입사되고, 관찰자는 상기 짝수 번째 프레임 동안 우안 영상을 시인할 수 있다. 따라서, 관찰자는 안경 방식으로 3차원 영상을 시인할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 표시 장치가 무안경식 모드로 동작하는 경우, 상기 액정 렌즈 패널(310)은 단위 액정 렌즈에 대응하는 액정 렌즈로 동작하는 액정 렌즈 패널로 동작한다.

예를 들면, 상기 액정 렌즈 패널(310)은 상기 제3 기판(311)의 렌즈 공통 전극에는 공통 전압을 인가하고, 상기 제4 기판(312)에는 액정 렌즈의 굴절률 분포가 프레넬 렌즈 모양이 되도록 렌즈 전극들에 다양한 전압들을 인가한다. 상기 액정 표시 패널(110)은 한 프레임 화면에 n 개의 시점 영상들을 표시한다.

상기 액정 표시 패널(110)로부터 출사된 제1 편광 축(PA1)을 갖는 n 개의 시점 영상들의 제1 편광은 상기 제1 위상 지연 필름(320)에 의해 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광으로 변경되고, 상기 액정 렌즈 패널(310)에 입사된다.

상기 액정 렌즈로 동작하는 상기 액정 렌즈 패널(310)은 다시점 온 상태(MULTI_ON)이므로, 상기 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광은 다수의 편광 축을 갖는 다수의 편광들로 변경되고, 상기 다수의 편광들로 변경된 상기 n 개의 시점 영상들은 상기 액정 렌즈에 의해 n 개의 시점 영역들 측으로 굴절된다. 상기 액정 렌즈 패널(310)에 의해 굴절된 n 개의 시점 영상들은 상기 제2 위상 지연 필름(330)에 의해 다수의 원 편광들로 변경되고 n 개의 시점 영역들에 각각 출사된다.

따라서, 복수의 관찰자는 무안경 방식으로 3차원 영상을 시인할 수 있다.

도 3은 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 액정 렌즈 패널에 대한 단면도이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 액정 렌즈 패널(310)은 제3 기판(311), 제4 기판(312) 및 제2 액정층(313)을 포함한다.

상기 제3 기판(311)은 제1 베이스 기판(301)을 포함하고, 상기 제1 베이스 기판(301) 위에 배치된 복수의 렌즈 전극들(LE11, LE12,.., LE21, LE22, LE23, LE24..., LE31, LE32, LE33,..) 및 제1 배향막(311a)을 포함한다.

상기 제3 기판(311)은 단위 액정 렌즈가 형성되는 단위 렌즈 영역을 포함하고, 상기 단위 액정 영역은 복수의 렌즈 영역들을 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 단위 액정 영역은 제1 렌즈 영역(LZ1), 제2 렌즈 영역(LZ2) 및 제3 렌즈 영역(LZ3)을 포함한다. 제1 렌즈 영역(LZ1)은 복수의 제1 렌즈 전극들(LE11, LE12,..)이 배치되고, 제2 렌즈 영역(LZ2)은 복수의 제2 렌즈 전극들(LE21, LE22,..)이 배치되고, 제3 렌즈 영역(LZ3)은 복수의 제3 렌즈 전극들(LE31, LE32, LE33,..)이 배치된다. 상기 렌즈 전극들LE11, LE12,.., LE21, LE22, LE23, LE24..., LLE31, LE32, LE33,..)은 경사각(θ)을 갖는 렌즈 축을 따라서 연장되고, 서로 평행하게 배열된 바(Bar) 형상을 갖는다.

각 렌즈 영역에 포함된 렌즈 전극들(LE31, LE32, LE33,..)은 도시된 바와 같이 2 층으로 배열되고 인접한 렌즈 전극들(LE32, LE33)의 단부는 이격되지 않고 동일 선상에 배치된다. 단, 각 렌즈 영역에서 위상 경사가 시작되는 렌즈 전극(LE31), 예를 들면, 최고 전압이 인가되는 렌즈 전극(LE31)은 상대적으로 폭을 감소하고 인접한 렌즈 전극들(LE24, LE32)의 단부들과 각각 이격 거리(d)만큼 이격된다.

상기 최고 전압이 인가되는 렌즈 전극의 좌우에 걸리는 인접 전계에 의해 액정의 방향자가 결정되며 이에 따라서 위상 역경사 영역(Fly Back Region) 및 불연속 영역이 발생된다. 따라서, 상기 최고 전압이 인가되는 렌즈 전극의 폭을 감소시킴으로써 상기 위상 역경사 영역 및 불연속 영역을 줄여 광의 회절 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 각 렌즈 영역에서 위상 경사가 시작되는 상기 렌즈 전극의 폭은 설계 가능한 범위 내에서 최소의 폭을 형성하는 것이 상기 광의 회절 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 제1 배향막(311a)은 제1 배향 방향(AA1)을 가지며, 상기 제1 배향 방향(AA1)은 상기 렌즈 축과 수직이다. 즉, 상기 제1 배향 방향(AA1)의 방위각은 상기 렌즈 축의 경사각(θ)과 90도 차를 갖는다.

상기 제4 기판(312)은 제2 베이스 기판(302)을 포함하고, 상기 제2 베이스 기판(302) 위에 배치된 렌즈 공통 전극(CE) 및 제2 배향막(312a)을 포함한다.

상기 렌즈 공통 전극(CE)은 패턴되지 않은 통판 구조를 가질 수 있다.

상기 제2 배향막(312a)은 제2 배향 방향(AA2)을 가지며, 상기 제2 배향 방향(AA2)은 상기 렌즈 축과 평행하다. 즉, 상기 제2 배향 방향(AA2)의 방위각은 상기 렌즈 축의 경사각(θ)과 실질적으로 같다.

안경 모드시, 홀수 번째 프레임 동안 상기 액정 렌즈 패널(310)의 상기 렌즈 공통 전극(CE)에는 공통 전압이 인가된다. 상기 액정 렌즈 패널(310)의 상기 렌즈 전극들(LE11, LE12,.., LE21, LE22, LE23, LE24..., LLE31, LE32, LE33,..)에는 상기 공통 전압이 동일하게 인가된다. 한편, 짝수 번째 프레임 동안 상기 액정 렌즈 패널(310)의 상기 렌즈 공통 전극(CE)에는 공통 전압이 인가된다. 상기 액정 렌즈 패널(310)의 상기 렌즈 전극들(LE11, LE12,.., LE21, LE22, LE23, LE24..., LLE31, LE32, LE33,..)에는 최대 전압이 동일하게 인가된다.

무안경 모드시, 상기 액정 렌즈 패널(310)의 상기 렌즈 공통 전극(CE)에는 공통 전압이 인가된다. 상기 액정 렌즈 패널(310)의 렌즈 전극들에 단위 액정 렌즈를 형성하기 위한 전압을 인가한다. 예를 들면, 제2 렌즈 영역(LZ2)의 제1 렌즈 전극(LE21)에 최고 전압을 인가하고, 제4 렌즈 전극(LE4)에 최저 전압을 인가하고, 나머지 제2 및 제3 렌즈 전극들(LE2, LE3)에 점진적으로 감소하는 전압들을 인가한다.

이에 따라서, 상기 액정 렌즈 패널(310)은 도시된 바와 같이, 굴절률 분포가 프레넬 렌즈 모양을 갖는 단위 액정 렌즈를 형성한다.

도 4a 및 도 4b는 액정 렌즈 패널에 의한 위상 분포를 나타낸 그래프들이다.

도 4a는 실시예에 따른 액정 렌즈 패널의 위상 분포를 나타낸 것이다. 실시예에 따른 액정 렌즈 패널은 각 렌즈 영역 중 위상 경사가 시작되는 렌즈 전극의 폭을 감소하여 인접한 렌즈 전극의 단부와 이격된 구조이다.

도 4a를 참조하면, 제2 렌즈 영역(LZ2)에 포함된 렌즈 전극들 중 위상 경사가 시작되는 제1 렌즈 전극(LE21)은 폭(W1)이 감소되었고 이에 따라서 인접한 렌즈 전극과 이격되었다. 액정 렌즈 구현을 위해 상기 제1 렌즈 전극(LE21)에 고전압이 인가되었고, 상기 제1 렌즈 전극(LE21)과 좌우에 걸리는 인접 전계에 의해 위상 역경사 영역(또는 위상 불연속 영역)(FBR1)이 발생하였다. 상기 제1 렌즈 전극(LE21)의 폭(W1)이 감소됨에 따라서 상기 위상 역경사 영역(FBR1)이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

도 4b는 비교예에 따른 액정 렌즈 패널의 위상 분포를 나타낸 것이다. 비교예에 따른 액정 렌즈 패널은 각 렌즈 영역 중 위상 경사가 시작되는 렌즈 전극의 단부가 인접한 렌즈 전극의 단부와 동일 선상에 배치된 구조이다.

도 4b를 참조하면, 제2 렌즈 영역(LZ2)에 포함된 렌즈 전극들 중 위상 경사가 시작되는 제1 렌즈 전극(LE21)의 단부는 인접한 렌즈 전극의 단부와 이격되지 않고 동일 수직 선상에 배치되었다. 비교예에 따른 상기 제1 렌즈 전극(LE21)의 폭(W2)은 실시예에 따른 상기 제1 렌즈 전극(LE21)의 폭(W1) 보다 컸다. 액정 렌즈 구현을 위해 상기 제1 렌즈 전극(LE21)에 고전압이 인가되었고, 상기 제1 렌즈 전극(LE21)과 좌우에 걸리는 인접 전계에 의해 위상 역경사 영역(FBR2)이 발생하였다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 비교예에 따른 상기 제1 렌즈 전극(LE21)의 폭이 실시예에 따른 제1 렌즈 전극(LE21)의 폭 보다 크므로 비교예에 따른 상기 위상 역경사 영역(FBR2)이 실시예에 따른 상기 위상 역경사 영역(FBR1) 보다 넓은 것을 확인할 수 있었다.

상기 위상 역경사 영역에 따른 회절 효율을 예측한 결과, 비교예의 경우 회절 효율은 약 56.2 % 이었고, 실시예의 경우 회절 효율은 약 77.1 % 이었다. 따라서, 각 렌즈 영역 중 위상 경사가 시작되는 렌즈 전극의 폭을 감소하는 경우 상기 위상 역경사 영역을 줄여 회절 효율을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.

도 5a 및 도 5b는 도 1의 표시 장치에 따른 안경식 입체 영상 표시 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2 및 도 5a를 참조하면, 홀수 번째 프레임 동안, 상기 액정 표시 패널(110)은 좌안 영상(LI)을 표시한다. 또한, 상기 액정 렌즈 패널(310)은 상기 제3 및 제4 기판들(311, 312)에 동일한 전압을 각각 인가하여 상기 액정 렌즈 패널(310)을 좌안 온 상태(LEFT_ON)로 동작한다.

상기 액정 표시 패널(110)로부터 출사된 제1 편광 축(PA1)을 갖는 상기 좌안 영상(LI)의 제1 편광은 상기 제1 위상 지연 필름(320)의 λ/2 지연 축(RA1)에 지연되어 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광으로 변경되고 상기 액정 렌즈 패널(310)에 입사된다. 제2 편광 축(PA2)을 갖는 상기 좌안 영상(LI)의 제2 편광은 좌안 온 상태(LEFT_ON)인 상기 액정 렌즈 패널(310)에 의해 상기 제2 편광 축(PA2)과 90도 차를 갖는 제3 편광 축(PA3)을 갖는 제3 편광으로 변한다. 상기 제3 편광 축(PA3)을 갖는 상기 좌안 영상(LI)의 제3 편광은 상기 제2 위상 지연 필름(330)에 의해 우원 편광(CPA1)으로 변경된다.

상기 안경부(400)의 좌안부(410)는 λ/4 지연 축을 갖는 위상 지연 필름(411)을 포함한다. 상기 우원 편광(CPA1)은 상기 위상 지연 필름(411)에 상기 제3 편광 축(PA3)을 갖는 제3 편광으로 변경되어 관찰자의 좌안에 입사된다. 이에 따라서, 관찰자는 상기 홀수 번째 프레임 동안 좌안 영상을 시인할 수 있다.

도 2 및 도 5b를 참조하면, 짝수 번째 프레임 동안, 상기 액정 표시 패널(110)은 우안 영상(RI)을 표시한다. 상기 제3 및 제4 기판들(311, 312)에 최대 저위차를 갖는 전압을 각각 인가하여 상기 액정 렌즈 패널(310)을 우안 온 상태(RIGHT_ON)로 동작한다.

상기 액정 표시 패널(110)로부터 출사된 제1 편광 축(PA1)을 갖는 우안 영상(RI)의 제1 편광은 상기 제1 위상 지연 필름(320)의 λ/2 지연 축(RA1)에 지연되어 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광으로 변경되고 상기 액정 렌즈 패널(310)에 입사된다. 제2 편광 축(PA2)을 갖는 상기 우안 영상(RI)의 제2 편광은 온 상태(ON)인 상기 액정 렌즈 패널(310)에 의해 실질적으로 편광 축은 변경되지 않고 그대로 출사된다. 상기 제2 편광 축(PA2)을 갖는 상기 우안 영상(RI)의 제2 편광은 상기 제2 위상 지연 필름(330)에 의해 좌원 편광(CPA2)으로 변경된다.

상기 안경부(400)의 좌안부(420)는 λ/4 지연 축을 갖는 위상 지연 필름(421)을 포함한다. 상기 좌원 편광(CPA2)은 상기 위상 지연 필름(421)에 상기 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광으로 변경되어 관찰자의 우안에 입사된다. 이에 따라서, 관찰자는 상기 짝수 번째 프레임 동안 우안 영상을 시인할 수 있다.

이에 대응하여, 상기 좌원 편광(CPA2)은 상기 안경부(400)의 상기 우안부(420)에 입사되고, 관찰자는 상기 짝수 번째 프레임 동안 우안 영상을 시인할 수 있다. 따라서, 관찰자는 안경 방식으로 3차원 영상을 시인할 수 있다.

도 6은 도 1의 표시 장치에 따른 무안경식 입체 영상 표시 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 액정 표시 패널(110)은 연속하는 n 개(n은 자연수)의 화소들에 n 개의 시점 영상들을 각각 표시한다. 따라서, 상기 액정 표시 패널(110)은 한 프레임 화면에 n 개의 시점 영상들(I1, I2, ..., In)을 표시한다.

상기 액정 렌즈 패널(310)은 상기 제3 기판(311)의 렌즈 공통 전극에는 공통 전압을 인가하고, 상기 제4 기판(312)에는 액정 렌즈의 굴절률 분포가 프레넬 렌즈 모양이 되도록 렌즈 전극들에 다양한 전압들을 인가한다.

상기 액정 표시 패널(110)로부터 출사된 제1 편광 축(PA1)을 갖는 n 개의 시점 영상들(I1, I2, ..., In)의 제1 편광은 상기 제1 위상 지연 필름(320)에 의해 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광으로 변경되고, 상기 액정 렌즈 패널(310)에 입사된다.

상기 액정 렌즈로 동작하는 상기 액정 렌즈 패널(310)은 다시점 온 상태(MULTI_ON)이므로, 상기 제2 편광 축(PA2)을 갖는 제2 편광은 다수의 편광 축을 갖는 다수의 편광들로 변경되고, 상기 다수의 편광들로 변경된 상기 n 개의 시점 영상들(I1, I2, ..., In)은 상기 액정 렌즈 패널에 의해 n 개의 시점 영역들(V1, V2,..., Vn) 측으로 각각 굴절된다. 상기 액정 렌즈 패널(310)에 의해 굴절된 n 개의 시점 영상들(I1, I2, ..., In)은 상기 제2 위상 지연 필름(330)에 의해 다수의 원 편광들로 변경되어 n 개의 시점 영역들(V1, V2,..., Vn)에 각각 출사된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 액정 렌즈 패널은 90도 꼬임 액정 배향을 포함함으로써 안경식 및 무안경식을 겸용으로 3차원 영상을 표시할 수 있다. 또한, 렌즈 전극의 기울기만큼 편광 방향을 변경하는 λ/2 위상 지연 필름을 액정 표시 패널과 액정 렌즈 패널 사이에 배치함으로써 광 손실을 줄일 수 있다. 또한, 액정 렌즈 구현시 위상 경사가 시작되는 렌즈 영역의 첫 번째 렌즈 전극의 폭을 줄여 인접한 렌즈 전극과 이격시킴으로써 위상 역경사 영역 및 위상 불연속 영역을 줄여 회절 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 액정 렌즈 패널의 상하에 배치되는 편광판을 생략할 수 있으므로 편광매질에 의한 광 손실을 줄여 광효율을 향상시킬 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 표시 패널 어셈블리 110 : 액정 표시 패널
120 : 게이트 구동부 130 : 데이터 구동부
200 : 광원부 300 : 3차원 패널 어셈블리
310 : 액정 렌즈 패널 320 : 제1 위상 지연 필름
330 : 제2 위상 지연 필름 400 : 안경부

Claims

제1 베이스 기판, 상기 제1 베이스 기판 상에 배치된 렌즈 공통 전극 및 상기 렌즈 공통 전극 상에 배치되고 제1 배향 방향을 갖는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판;
제1 베이스 기판과 대향하는 제2 베이스 기판, 상기 제2 베이스 기판 상에 렌즈 축을 따라 연장되고 서로 평행하게 배열된 복수의 렌즈 전극들 및 상기 렌즈 전극들 상에 배치되고 상기 제1 배향 방향과 수직하는 제2 배향 방향을 갖는 제2 배향막을 포함하는 제2 기판; 및
상기 제1 및 제2 배향막 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정 렌즈 패널.
제1항에 있어서, 상기 제1 배향 방향과 상기 렌즈 축은 수직하는 것을 특징으로 하는 액정 렌즈 패널.
제1항에 있어서, 상기 렌즈 전극들에 복수의 전압들이 인가되는 경우 투과 광의 위상 분포에 따라서 복수의 렌즈 영역들로 구분되고, 각 렌즈 영역 중 위상 경사가 시작되는 렌즈 전극은 인접한 렌즈 전극과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 렌즈 패널.
렌즈 공통 전극 및 상기 렌즈 공통 전극 상에 배치되고 제1 배향 방향을 갖는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판과, 렌즈 축을 따라 연장되고 서로 평행하게 배열된 복수의 렌즈 전극들 및 상기 렌즈 전극들 상에 배치되고 상기 제1 배향 방향과 수직하는 제2 배향 방향을 갖는 제2 배향막을 포함하는 제2 기판, 및 상기 제1 및 제2 배향막 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정 렌즈 패널; 및
상기 제1 기판과 인접하게 배치되고, 상기 렌즈 축의 기울기만큼 편광 방향을 변경하는 제1 위상 지연 필름을 포함하는 3차원 패널 어셈블리.
제4항에 있어서, 상기 제1 위상 지연 필름은 λ/2 지연 축을 갖고, 상기 λ/2 지연 축의 각도는 (θ-90°)/2 인 것을 특징으로 하는 3차원 패널 어셈블리(여기서, θ는 상기 렌즈 축의 기울기 각도임).
제5항에 있어서, 상기 제2 기판과 인접하게 배치되고, 상기 액정 렌즈 패널을 투과한 편광을 원편광으로 변경하는 제2 위상 지연 필름을 더 포함하는 3차원 패널 어셈블리.
제6항에 있어서, 상기 제2 위상 지연 필름은 λ/4 지연 축을 갖고, 상기 λ/4 지연 축의 각도는 (θ-45°)인 것을 특징으로 하는 3차원 패널 어셈블리.
제5항에 있어서, 상기 제1 배향 방향과 상기 렌즈 축은 수직하는 것을 특징으로 하는 3차원 패널 어셈블리.
제4항에 있어서, 상기 렌즈 전극들에 복수의 전압들이 인가되는 경우 투과 광의 위상 분포에 따라서 복수의 렌즈 영역들로 구분되고, 각 렌즈 영역 중 위상 경사가 시작되는 렌즈 전극은 인접한 렌즈 전극과 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 패널 어셈블리.
제4항에 있어서, 상기 액정 렌즈 패널에 전압을 인가하는 능동 구동부를 더 포함하고, 상기 능동 구동부는
안경 모드시 상기 렌즈 공통 전극에 인가되는 전압과 동일한 전압 및 상기 렌즈 공통 전극에 인가된 전압과 다른 전압을 상기 렌즈 전극들에 시분할하여 인가하고, 무안경 모드시 상기 렌즈 전극들에 액정 렌즈 구현을 위한 다양한 레벨의 전압들을 인가하는 것을 특징으로 하는 3차원 패널 어셈블리.
영상을 표시하는 액정 표시 패널;
상기 액정 표시 패널과 인접하게 배치되고, 렌즈 공통 전극 및 상기 렌즈 공통 전극 상에 배치되고 제1 배향 방향을 갖는 제1 배향막을 포함하는 제1 기판과, 렌즈 축을 따라 연장되고 서로 평행하게 배열된 복수의 렌즈 전극들 및 상기 렌즈 전극들 상에 배치되고 상기 제1 배향 방향과 수직하는 제2 배향 방향을 갖는 제2 배향막을 포함하는 제2 기판, 및 상기 제1 및 제2 배향막 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정 렌즈 패널; 및
서로 다른 편광을 각각 수신하는 좌안부와 우안부를 포함하는 안경부를 포함하는 표시 장치.
제11항에 있어서, 안경 모드시 좌안 영상과 우안 영상을 상기 액정 표시 패널에 시분할하여 표시하고, 무안경 모드시 다시점 영상들을 상기 액정 표시 패널에 표시하는 영상 구동부를 더 포함하는 표시 장치.
제12항에 있어서, 상기 안경 모드시 상기 렌즈 공통 전극에 인가되는 전압과 동일한 전압 및 상기 렌즈 공통 전극에 인가된 전압과 다른 전압을 상기 렌즈 전극들에 시분할하여 인가하고, 무안경 모드시 액정 렌즈 구현을 위한 다양한 레벨의 전압들을 상기 렌즈 전극들에 인가하는 능동 구동부를 더 포함하는 표시 장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 위상 지연 필름은 λ/2 지연 축을 갖고, 상기 λ/2 지연 축의 각도는 (θ-90°)/2 인 것을 특징으로 하는 표시 장치(여기서, θ는 상기 렌즈 축의 기울기 각도임).
제14항에 있어서, 상기 제2 기판과 인접하게 배치되고, 상기 액정 렌즈 패널을 투과한 편광을 원편광으로 변경하는 제2 위상 지연 필름을 더 포함하는 표시 장치.
제15항에 있어서, 상기 제2 위상 지연 필름은 λ/4 지연 축을 갖고, 상기 λ/4 지연 축의 각도는 (θ-45°)인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제15에 있어서, 상기 좌안부 및 상기 우안부 각각은 λ/4 지연 축을 갖는 위상 지연 필름을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제14항에 있어서, 상기 제1 배향 방향과 상기 렌즈 축은 수직하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.