KR20140110485A - 스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법 - Google Patents

스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140110485A
KR20140110485A KR1020130024895A KR20130024895A KR20140110485A KR 20140110485 A KR20140110485 A KR 20140110485A KR 1020130024895 A KR1020130024895 A KR 1020130024895A KR 20130024895 A KR20130024895 A KR 20130024895A KR 20140110485 A KR20140110485 A KR 20140110485A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lens
liquid crystal
lens cell
fresnel lens
upper plate
Prior art date
Application number
KR1020130024895A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102018759B1 (ko
Inventor
이승희
이준호
김경기
오상훈
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
전북대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사, 전북대학교산학협력단 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020130024895A priority Critical patent/KR102018759B1/ko
Priority to US13/918,385 priority patent/US9239504B2/en
Priority to CN201310261963.2A priority patent/CN104035260B/zh
Publication of KR20140110485A publication Critical patent/KR20140110485A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102018759B1 publication Critical patent/KR102018759B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/13378—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation
    • G02F1/133788—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by light irradiation, e.g. linearly polarised light photo-polymerisation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133742—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for homeotropic alignment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

본 발명은 스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법에 관한 것으로, 그 스위쳐블 프레넬 렌즈는 제1 전극이 형성된 상판; 제2 전극이 형성된 하판; 및 상기 상판과 상기 하판 사이에 밀봉된 액정층으로 이루어진 렌즈 셀을 포함한다. 상기 렌즈 셀은 상기 제1 및 제2 전극을 통해 인가되는 전기장에 의해 형성되고 불연속적인 경계면을 갖는 프레넬 렌즈를 포함한다. 상기 렌즈 셀은 상기 프레넬 렌즈의 불연속적인 경계면에서 상기 상판과 상기 하판 사이에 수직으로 형성된 격벽을 포함한다.

Description

스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법{SWITCHABLE FLESNEL LENS AND FABRICATING METHOD THEREOF}
본 발명은 스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법에 관한 것이다.
텔레비젼이나 모니터와 같은 표시장치에 입체 영상 재현 기술이 적용되어 가정에서도 3D 입체 영상을 감상할 수 있는 시대가 도래하였다. 입체 영상 표시장치는 안경 방식과 무안경 방식으로 나뉘어질 수 있다. 안경 방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꿔서 또는 시분할 방식으로 표시하고, 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 구현한다. 무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴랙스 베리어(parallax barrier, 이하 "베리어"라 함), 렌즈(lens) 등의 광학 부품을 표시 화면의 앞이나 뒤에 설치하여 입체 영상을 구현한다.
도 1은 렌즈를 이용한 무안경 입체 영상 표시장치의 일 예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 무안경 입체 영상 표시장치는 표시패널의 픽셀 어레이(PIX) 앞에 배치된 렌즈(LENS)를 포함한다. 렌즈(LENS)는 좌안 영상(L)이 기입된 픽셀로부터의 빛과, 우안 영상(R)이 기입된 픽셀로부터의 빛의 광축을 분리한다. 시청자는 렌즈(LENS)를 통해 좌안으로 좌안 영상(L)이 기입된 픽셀들을 보는 반면, 렌즈(LENS)를 통해 우안으로 우안 영상(R)이 기입된 픽셀들을 보게 되므로 양안 시차를 느끼게 되어 입체 영상을 감상할 수 있다.
렌즈(LENS)는 일반적으로, 단면이 반구형 또는 타원형인 볼록한 렌티큘라 렌즈 어레이로 구현된다. 최근에는 액정이 밀봉된 스위쳐블 렌즈 셀(switchable lens)로 렌즈(LENS)를 구현하는 방법이 제안되고 있다. 스위쳐블 렌즈는 전극을 통해 액정 분자들에 전기장을 인가하여 액정 분자들의 굴절률 변화로 렌즈를 형성하고 전극에 인가되는 구동 전압을 제어하여 2D 모드와 3D 모드의 스위칭을 쉽게 제어할 수 있다. 본원 출원인은 미국출원 13/077565, 미국출원 13/325272, 대한민국 출원 10-2010-0030531, 대한민국 출원 10-2010-0130547 등을 통해 스위쳐블 베리어와 스위쳐블 렌즈를 제안한 바 있다. 한편, 도 1과 같은 구조의 렌즈(LENS)는 그 두께(t)가 두껍다. 또한, 스위쳐블 렌즈로 렌즈(LENS)를 구현하더라도 스위쳐블 렌즈의 셀 갭(cell gap)이 두껍다.
본 발명은 슬림화될 수 있는 스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 스위쳐블 프레넬 렌즈는 제1 전극이 형성된 상판; 제2 전극이 형성된 하판; 및 상기 상판과 상기 하판 사이에 밀봉된 액정층으로 이루어진 렌즈 셀을 포함한다. 상기 렌즈 셀은 상기 제1 및 제2 전극을 통해 인가되는 전기장에 의해 형성되고 불연속적인 경계면을 갖는 프레넬 렌즈를 포함한다.
상기 렌즈 셀은 상기 프레넬 렌즈의 불연속적인 경계면에서 상기 상판과 상기 하판 사이에 수직으로 형성된 격벽을 포함한다.
상기 격벽 내에서, 반응성 메조겐과 액정 분자가 가교 네트워크를 형성한다.
상기 격벽 내에서 상기 액정 분자가 수직으로 배향된다.
상기 상판과 상기 하판 각각에 배향막이 형성되고, 상기 격벽 이외의 부분에서 상기 배향막 상에만 반응성 메조겐 막이 형성된다.
상기 스위쳐블 프레넬 렌즈의 제조 방법은 제1 전극이 형성된 상판과, 제2 전극이 형성된 하판 사이에 밀봉된 액정층으로 렌즈 셀을 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 전극을 통해 상기 렌즈 셀에 전기장을 인가하여 상기 렌즈 셀 내에 불연속적인 경계면을 갖는 프레넬 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 액정층으로 이루어진 렌즈 셀 내에 프레넬 렌즈를 형성하여 스위쳐블 프레넬 렌즈를 슬림화할 수 있다.
또한, 본 발명의 스위쳐블 프레넬 렌즈의 제조 방법은 액정과 반응성 메조겐(RM)의 광 중합 반응을 이용한 고분자 안정화 처리로 렌즈 셀 내에 프레넬 렌즈의 불연속적인 경계면에 격벽을 형성한다. 그 결과, 본 발명은 스위쳐블 프레넬 렌즈의 렌즈 셀 내에 이상적인 프레넬 렌즈 프로파일에 가까운 프레넬 렌즈를 구현할 수 있으므로 크로스토크 없이 3D 영상의 화질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 렌즈를 이용한 무안경 입체 영상 표시장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스위쳐블 프레넬 렌즈를 보여 주는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 스위쳐블 프레넬 렌즈에서 동심원들 간의 경계면을 확대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위쳐블 프레넬 렌즈의 제조 방법을 단계적으로 보여 주는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5f는 도 4에 도시된 스위쳐블 프레넬 렌즈의 제조 방법에서 각 단계를 상세히 보여 주는 단면도들이다.
도 6은 스위쳐블 프레넬 렌즈의 불연속적인 경계면에 형성된 격벽을 보여 주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 스위쳐블 프레넬 렌즈에 대한 시뮬레이션 데이터를 보여 주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소자들을 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.
본 발명의 입체 영상 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 본 발명의 입체 영상 표시장치는 스위쳐블 프레넬 렌즈(switchable fresnel lens)를 이용한 무안경 방식의 입체 영상 표시장치로 구현될 수 있다. 본 발명의 입체 영상 표시장치는 2D 모드에서 2D 영상 데이터를 표시하고 3D 모드에서 3D 영상 데이터를 표시한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)는 상판과 하판 사이에 형성된 렌즈 셀(lens cell)(13)을 포함한다. 상판은 제1 투명 기판(10), 제1 투명 기판(10) 상에 형성된 제1 전극(11), 제1 배향막(12) 등을 포함한다. 제1 전극(11)에는 소정의 직류 전압으로 설정된 공통 전압이 인가된다. 하판은 제2 투명 기판(10), 제2 투명 기판(10) 상에 형성된 제2 전극(15a, 15b), 및 제2 배향막 등을 포함한다. 제2 배향막은 도면에서 생략되어 있다. 배향막들은 렌즈 셀(13) 내의 액정 분자들의 프리 틸트각(pre-tilt angle)을 설정한다. 제2 전극(15a, 15b)은 상부 전극들(15a)과 하부 전극들(15b)로 분할된다. 상부 전극들(15a)과 하부 전극들(15b)에는 렌즈 셀(13) 내의 액정 분자들이 프레넬 렌즈 프로파일(fresnel lens profile)로 배열되도록 개별적으로 전압이 인가된다. 액정 분자들은 제1 전극(11)과 제2 전극(15a, 15b)에 인가되는 전압에 따라 형성된 전기장에 의해 구동되고, 그 전기장의 세기에 비례하여 더 큰 각도로 회전하여 도 2 및 도 3과 같이 프레넬 렌즈를 구현한다.
프레넬 렌즈는 도 1과 같은 렌즈를 동심원들로 나누어 평면 상에 배치하는 방법으로 구현된다. 렌즈 셀(13) 내에 형성된 프레넬 렌즈는 좌안 영상의 빛과 우안 영상의 빛의 광축을 분리한다. 렌즈 셀(13)의 액정 분자들은 프레넬 렌즈 프로파일 형태로 배열된다. 프레넬 렌즈는 렌즈 성능 저하 없이 렌즈 셀(13)의 셀 갭을 최소화한다.
프레넬 렌즈에서 분할된 동심원들 사이의 경계면에서 액정의 굴절률이 급격히 변한다. 따라서, 렌즈 셀(13) 내에서 프레넬 렌즈를 구현하려면 액정의 유효 굴절율이 급격하게 변하는 불연속적인 경계면이 형성되어야 한다. 하지만, 이웃한 액정 분자들이 함께 거동하는 액정의 연속체적 성질에 의한 집단적 거동과 사선 방향의 전기장으로 인하여, 렌즈 셀(13) 내에서 특정 부분만 액정의 굴절률을 급격히 다르게 구현하기가 어렵다. 도 2에서 굵은 실선은 이상적인 프레넬 렌즈 프로파일이다. 도 2에서, 점선은 렌즈 셀(13) 내에서 실제로 구현된 프레넬 렌즈 프로파일이다. 도 2의 점선과 같이 액정의 연속체적 성질로 인하여 프레넬 렌즈에서 동심원들 간의 경계면에서 액정의 굴절율이 불규칙적으로 변하기 때문에 이상적인 프레넬 렌즈를 구현하기가 어렵다. 프레넬 렌즈에서 불연속적인 경계면에서 굴절율이 완만하게 변하면 입체 영상 표시장치에서 좌안 영상과 우안 영상이 겹쳐 보이는 크로스토크(Crosstalk) 현상이 나타날 수 있다.
본 발명은 이상적인 프레넬 렌즈를 구현하기 위하여, 도 4 내지 도 5와 같은 방법으로 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)를 제작한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)의 제조 방법을 단계적으로 보여 주는 흐름도이다. 도 5a 내지 도 5f는 도 4에 도시된 입체 영상 표시장치용 렌즈의 제조 방법의 각 단계를 상세히 보여 주는 단면도들이다.
도 4 및 도 5a를 참조하면, 본 발명은 액정(13a)과 반응성 메조겐(RM, reactive mesogens)(13b)을 혼합하여 상판과 하판 사이의 렌즈 셀(13)에 밀봉한다.
반응성 메조겐(13b)은 중합이 가능한 말단기를 포함하는 액정 물질로서, 액정성을 발현할 수 있는 메조겐과 중합이 가능한 말단기를 포함하여 액정상을 갖게 되는 단량체 분자이다. 중합이 가능한 말단기는 아크릴기나 메타크릴기일 수 있으며, 중합이 가능하다면 특별히 한정되지 않는다. 반응성 메조겐(13b)은 광에 노출되어 중합되면, 액정의 배열된 상을 유지하면서 액정 분자(13a)와 가교된 고분자 네트워크를 형성한다. 이러한 액정상 가교 네트워크는 액정이 가지는 광학 이방성이나 유전율 등의 특성을 그대로 가지면서도 고체상으로 견고한 구조를 가지기 때문에 기계적이나 열적으로 안정하다.
반응성 메조겐(13b)으로서 RM257이 사용될 수 있다. 반응성 메조겐(13b)은 액정의 중량을 100wt%라 할 때 그 액정 대비 약 1wt% 내지 30wt%의 중량비로 액정(13a)과 혼합될 수 있다. 여기에, 광개시제가 반응성 메조겐(13b) 대비 약 1wt% 첨가된다. 광개시제로서 Irgaucre 651이 선택될 수 있다. 실험 결과에 의하면, 반응성 메조겐(13b)이 액정 대비 0.5wt% 이하로 첨가되면 후술하는 공정에서 렌즈 셀(123)에 수직 전기장을 인가한 후 그 렌즈 셀(123)에 자외선(UV)을 조사할 때 반응성 메조겐(13b)과 액정 분자(13a) 간에 가교 네트워크가 충분히 형성되지 않기 때문에 자외선 조사 전후에 렌즈 셀(123)의 변화가 거의 없다. 반응성 메조겐(13b)이 액정 대비 1wt% 이상 첨가되어야 자외선(UV) 조사 후에 반응성 메조겐(13b)과 액정(13a)이 가교 네트워크를 형성하여 광 경화되었고 그 부분에서 휘도 변화가 관찰되었다. 또한, 반응성 메조겐(13b)이 액정 대비 1wt% 이상 첨가될 때 액정 분자의 틸트 각(tilt angle)이 형성된 것을 확인할 수 있었다. 반응성 메조겐(13b)이 2wt% 만큼 첨가될 때 액정 분자의 틸트 각은 약 73˚ 형성되었다.
본 발명은 S2 단계에서 도 4 및 도 5b와 같이 전극들(11, 15a, 15b)에 전원(V)을 연결하여 렌즈 셀(13)의 액정 분자들(13a)과 반응성 메조겐(13b)에 수직 전기장을 인가하여 액정 분자들(13a)이 수직으로 배향되게 한다. 이어서, 본 발명은 S3 단계에서 도 4 및 도 5c와 같이 포토 마스크(photo mask)(20)를 렌즈 셀(13) 위에 정렬하고, 그 포토 마스크(20)를 통해 자외선(UV)을 렌즈 셀(13)에 조사한다. 포토 마스크(20)의 광 투과 부는 프레넬 렌즈의 불연속적인 경계면에 해당한다. 렌즈 셀(13)에서 자외선에 노광된 부분은 반응성 메조겐(13b)과 액정(13a)이 광 중합되어 가교 네트워크를 형성하여 고분자 안정화(polymer stabilization)된다. 그 결과, 프레넬 렌즈의 불면속적인 경계면에서 액정 분자들(13a)이 수직 배향된 상태로 고화되어 격벽(13c)이 형성된다. 격벽(13c)은 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)의 상판과 하판 사이에 수직으로 형성된다.
본 발명은 S4 및 S5 단계에서 도 4, 도 5d 내지 도 5f와 같이 전극들(11, 15a, 15b)에 연결된 전원(V)을 분리한 상태에서 렌즈 셀(13) 전체에 자외선(UV)을 조사한다. S5 단계에서, 렌즈 셀(13)의 전면에 자외선(UV)을 한번 더 조사 하면, 반응성 메조겐(13b)과 액정 분자(13a)와의 상호 작용(interaction)보다 배향막(12)의 폴리 이미드(Polyimide, PI)와의 상호 작용이 더 크기 때문에 프레넬 렌즈의 불연속적인 경계면 이외의 부분에서 잔류하는 반응성 메조겐(13b)이 배향막 표면으로 이동하여 얇은 막을 형성한다. 이렇게 형성된 반응성 메조겐 막은 앵커링(anchoring energy)를 높여 액정의 배향을 더 안정화한다.
도 6은 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)의 불연속적인 경계면에 형성된 격벽(13c)을 보여 주는 단면도이다. 도 7은 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)에 대한 시뮬레이션 데이터를 보여 주는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 격벽(13c) 내에서 액정 분자들(13a)은 수직으로 배향되어 고화되어 있다. 렌즈 셀(14) 내에 전기장이 인가되더라도 격벽(13c) 내의 액정 분자들(13a)은 구동되지 않는다. 굴절율은 격벽(13c)에서 급격히 변한다. 따라서, 도 7과 같이 이상적인 프레넬 렌즈와 유사한 굴절율 특성을 얻을 수 있었다. 도 7에서, 가로축은 거리(μm)이고 세로축은 굴절율(Angstrom unit, A.U.)이다. 도 7에서, "After PS"는 반응성 메조겐(13b)으로 고분자 안정화 처리를 통해 렌즈 셀(13) 내에 격벽(13c)이 형성된 실험 샘플이고, "Before PS"는 고분자 안정화가 되지 않은 실험 샘플이다.
도 8은 본 발명의 입체 영상 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 입체 영상 표시장치는 표시패널(100), 표시패널 구동부, 스위쳐블 프레넬 렌즈(200), 렌즈 셀 구동부(210), 타이밍 콘트롤러(101) 등을 포함한다.
표시패널(100)은 서로 직교하는 데이터라인들(105)과 게이트라인들(또는 스캔라인들)(106), 및 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀들 각각은 서로 다른 색의 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이는 2D 모드에서 2D 영상을 표시하고, 3D 모드에서 좌안 영상과 우안 영상을 표시한다.
표시패널 구동부는 데이터 구동회로(102)와 게이트 구동회로(103)를 포함한다. 표시패널 구동부는 3D 모드에서 좌안 및 우안 영상 데이터를표시패널(100)의 픽셀들에 공간적으로 분산하여 기입한다.
데이터 구동회로(102)는 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 아날로그 감마전압으로 변환하여 데이터전압들을 발생하고 그 데이터전압을 표시패널(100)의 데이터라인들(105)에 공급한다. 게이트 구동회로(103)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 데이터라인들(105)에 공급되는 데이터전압과 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(106)에 공급하고, 그 게이트펄스를 순차적으로 시프트시킨다.
스위쳐블 프레넬 렌즈(200)는 도 4 내지 도 5와 같은 방법으로 제작된다. 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)에서, 불연속적인 경계면에는 격벽(13c)이 형성된다. 3D 모드에서 렌즈 셀(13)에 인가되는 전기장에 의해 렌즈 셀(13) 내에는 프레넬 렌즈가 형성된다. 프레넬 렌즈는 좌안 영상 데이터가 기입된 픽셀의 빛과, 우안 영상 데이터가 기입된 픽셀의 빛의 광축을 분리한다. 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)의 렌즈 셀(13)은 2D 모드에서 전기장이 인가되지 않기 때문에 그 내부에 프레넬 렌즈가 형성되지 않는다. 따라서, 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)는 3D 모드에서 좌안 영상과 우안 영상의 광축을 분리하여 입체 영상을 구현하는 반면 2D 모드에서 입사광을 그대로 투과시켜 2차원 평면 영상을 구현한다.
렌즈 셀 구동부(210)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 3D 모드에서 표시패널(100)의 픽셀 어레이에 기입되는 픽셀 데이터와 동기되어 스위쳐블 프레넬 렌즈(200)의 전극들에 프레넬 렌즈를 형성하기 위한 전원을 공급한다.
타이밍 콘트롤러(101)는 호스트 시스템(110)으로부터 입력되는 2D/3D 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 데이터 구동회로(102)에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(101)는 2D/3D 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와 동기되어 호스트 시스템(110)로부터 입력된 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 메인 클럭 등의 타이밍신호를 수신한다. 타이밍 콘트롤러(101)는 수신된 타이밍 신호를 이용하여 표시패널 구동부(102, 103), 렌즈 셀 구동부(210) 각각의 동작 타이밍을 제어하고 그 구동부들의 동작 타이밍을 동기시키기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 타이밍 제어신호들은 데이터 구동회로(102)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 소스 타이밍 제어신호(DDC), 게이트 구동회로(103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC) 및 렌즈 셀 제어신호(3DC) 등을 포함한다.
타이밍 콘트롤러(101)는 입력 영상의 프레임 레이트×N(N은 2 이상의 양의 정수) Hz의 주파수로 프레임 레이트를 높여 표시패널 구동부(102, 103)와 렌즈 셀 구동부(210)의 동작 주파수를 N 배 체배된 프레임 레이트로 제어할 수 있다. 입력 영상의 프레임 레이트(frame rate)는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다.
호스트 시스템(110)과 타이밍 콘트롤러(101) 사이에는 3D 데이터 포맷터(data formatter, 120)가 설치될 수 있다. 3D 데이터 포맷터(120)는 3D 모드에서 호스트 시스템(110)으로부터 입력되는 3D 영상의 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 표시패널의 픽셀 어레이에 맞게 재정렬하여 타이밍 콘트롤러(101)로 전송한다. 3D 데이터 포맷터(120)는 3D 모드에서 2D 영상 데이터가 입력되면 미리 설정된 2D-3D 영상 변환 알고리즘을 실행하여 2D 영상 데이터로부터 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 생성하고 그 데이터들을 재정렬하여 타이밍 콘트롤러(101)에 전송할 수도 있다.
호스트 시스템(110)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(110)은 스케일러(scaler)를 이용하여 2D/3D 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(PNL, 100)의 해상도에 맞는 포맷으로 변환하고 그 데이터와 함께 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(101)로 전송한다.
호스트 시스템(110)은 2D 모드에서 2D 영상을 타이밍 콘트롤러(101)에 공급하는 반면, 3D 모드에서 3D 영상 또는 2D 영상 데이터를 3D 데이터 포맷터(120)에 공급한다. 호스트 시스템(110)은 유저 인터페이스(112)를 통해 입력되는 사용자 데이터에 응답하여 타이밍 콘트롤러(101)에 모드 신호를 전송하여 2D 모드와 3D 모드에서 입체 영상 표시장치를 제어할 수 있다. 유저 인터페이스(112)는 키패드, 키보드, 마우스, 온 스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 리모트 콘트롤러(Remote controller), 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface, GUI), 터치 UI(User Interface), 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 구현될 수 있다. 사용자는 유저 인터페이스(112)를 통해 2D 모드와 3D 모드를 선택할 수 있고, 3D 모드에서 2D-3D 영상 변환을 선택할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
13 : 렌즈 셀 13a : 액정 분자
13b : 반응성 메조겐(RM) 100 : 표시패널
101 : 타이밍 콘트롤러 102 : 데이터 구동회로
103 : 게이트 구동회로 110 : 호스트 시스템
120 : 3D 데이터 포맷터 200 : 스위쳐블 프레넬 렌즈
210 : 렌즈 셀 구동부

Claims (9)

  1. 제1 전극이 형성된 상판;
    제2 전극이 형성된 하판; 및
    상기 상판과 상기 하판 사이에 밀봉된 액정층으로 이루어진 렌즈 셀을 포함하고,
    상기 렌즈 셀은 상기 제1 및 제2 전극을 통해 인가되는 전기장에 의해 형성되고 불연속적인 경계면을 갖는 프레넬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위쳐블 프레넬 렌즈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 셀은,
    상기 프레넬 렌즈의 불연속적인 경계면에서 상기 상판과 상기 하판 사이에 수직으로 형성된 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위쳐블 프레넬 렌즈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 격벽 내에서, 반응성 메조겐과 액정 분자가 가교 네트워크를 형성한 것을 특징으로 하는 스위쳐블 프레넬 렌즈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 격벽 내에서 상기 액정 분자가 수직으로 배향된 것을 특징으로 하는 스위쳐블 프레넬 렌즈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상판과 상기 하판 각각에 배향막이 형성되고,
    상기 격벽 이외의 부분에서 상기 배향막 상에만 반응성 메조겐 막이 형성된 것을 특징으로 하는 스위쳐블 프레넬 렌즈.
  6. 제1 전극이 형성된 상판과, 제2 전극이 형성된 하판 사이에 밀봉된 액정층으로 렌즈 셀을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 전극을 통해 상기 렌즈 셀에 전기장을 인가하여 상기 렌즈 셀 내에 불연속적인 경계면을 갖는 프레넬 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위쳐블 프레넬 렌즈의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상판과 상기 하판 각각에 배향막이 형성되고,
    상기 격벽 이외의 부분에서 상기 배향막 상에만 반응성 메조겐 막이 형성된 것을 특징으로 하는 스위쳐블 프레넬 렌즈의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 렌즈 셀을 형성하는 단계는,
    액정과 반응성 메조겐을 혼합하여 상기 상판과 상기 하판 내에 밀봉하여 렌즈 셀을 형성하는 단계;
    상기 전극들에 전원을 연결하여 상기 렌즈 셀에 수직 전기장을 인가하여 액정 분자가 수직으로 배향되게 하는 단계;
    포토 마스크를 상기 렌즈 셀 위에 정렬하고 상기 포토 마스크를 통해 상기 렌즈 셀을 노광하여 상기 프레넬 렌즈의 불연속적인 경계면에서 상기 반응성 메조겐과 상기 액정 분자를 광 중합하여 격벽을 형성하는 단계; 및
    상기 전극들과 상기 전원을 분리한 상태에서 상기 렌즈 셀 전체를 노광하여 상기 격벽 이외의 부분에서 잔류하는 반응성 메조겐을 상기 배향막 쪽으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위쳐블 프레넬 렌즈의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 격벽 내에서 상기 액정 분자가 수직으로 배향된 것을 특징으로 하는 스위쳐블 프레넬 렌즈의 제조 방법.
KR1020130024895A 2013-03-08 2013-03-08 스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법 KR102018759B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130024895A KR102018759B1 (ko) 2013-03-08 2013-03-08 스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법
US13/918,385 US9239504B2 (en) 2013-03-08 2013-06-14 Switchable Fresnel lens and fabrication method thereof
CN201310261963.2A CN104035260B (zh) 2013-03-08 2013-06-27 可切换菲涅耳透镜及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130024895A KR102018759B1 (ko) 2013-03-08 2013-03-08 스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140110485A true KR20140110485A (ko) 2014-09-17
KR102018759B1 KR102018759B1 (ko) 2019-09-05

Family

ID=51466084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130024895A KR102018759B1 (ko) 2013-03-08 2013-03-08 스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9239504B2 (ko)
KR (1) KR102018759B1 (ko)
CN (1) CN104035260B (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9239509B2 (en) * 2011-10-14 2016-01-19 Sharp Kabushiki Kaisha Optical deflector
US20150022631A1 (en) * 2013-07-17 2015-01-22 Htc Corporation Content-aware display adaptation methods and editing interfaces and methods for stereoscopic images
US9720283B2 (en) * 2014-02-26 2017-08-01 Samsung Display Co., Ltd Curved display device comprising first and second liquid crystal molecules with respective first and second pretilt-angles and method of manufacturing the same
CN104503182B (zh) * 2014-12-30 2016-07-06 深圳超多维光电子有限公司 驱动电路、立体显示设备、显示切换装置及其方法
CN106324878B (zh) * 2016-10-31 2017-11-21 京东方科技集团股份有限公司 显示装置和控制显示装置的方法
JP7026925B2 (ja) * 2017-06-13 2022-03-01 株式会社エルシオ 眼鏡
CN107942528B (zh) * 2018-01-02 2021-01-26 京东方科技集团股份有限公司 一种裸眼3d显示设备及其制作方法
CN110286529B (zh) * 2018-03-19 2021-04-06 京东方科技集团股份有限公司 液晶盒及其驱动方法和液晶镜片
NL2022478B1 (en) * 2019-01-30 2020-08-18 Morrow N V Electroactive lens assembly

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130008744A (ko) * 2011-07-13 2013-01-23 엘지디스플레이 주식회사 입체영상 표시장치 및 그 제조방법
EP2565707A1 (en) * 2011-08-30 2013-03-06 Japan Display West Inc. Liquid crystal optical device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7079203B1 (en) * 2003-06-23 2006-07-18 Research Foundation Of The University Of Central Florida, Inc. Electrically tunable polarization-independent micro lens using polymer network twisted nematic liquid crystal
US8885139B2 (en) * 2005-01-21 2014-11-11 Johnson & Johnson Vision Care Adaptive electro-active lens with variable focal length
CN100595620C (zh) * 2005-01-21 2010-03-24 庄臣及庄臣视力保护公司 具有可变焦距的自适应电激活透镜
US8654281B2 (en) * 2009-09-04 2014-02-18 California State University, Sacramento Photo-patterned pre-tilt liquid crystal cells, lenses and methods
TWI476499B (zh) * 2011-06-09 2015-03-11 Nat Univ Chung Hsing 多聚焦模式之繞射光學元件

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130008744A (ko) * 2011-07-13 2013-01-23 엘지디스플레이 주식회사 입체영상 표시장치 및 그 제조방법
EP2565707A1 (en) * 2011-08-30 2013-03-06 Japan Display West Inc. Liquid crystal optical device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hongwen Ren et al.,"Gradient polymer network liquid crystal with a large refractive index change", OPTICS EXPRESS 26464, Vol. 20, No. 24 *
Miao Xu et al.,"A microlens array based on polymer network liquid crystal", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 113 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20140253832A1 (en) 2014-09-11
KR102018759B1 (ko) 2019-09-05
CN104035260B (zh) 2017-10-24
CN104035260A (zh) 2014-09-10
US9239504B2 (en) 2016-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102018759B1 (ko) 스위쳐블 프레넬 렌즈와 그 제조 방법
US8345088B2 (en) Autostereoscopic display apparatus
US8638402B2 (en) Stereoscopic display
US9575352B2 (en) Addressable switchable transparent display
US7408696B2 (en) Three-dimensional electrophoretic displays
JP5852124B2 (ja) 立体ディスプレイシステムと、そのシステムに使用されるメガネおよびそのディスプレイ方法
JP5619863B2 (ja) 無眼鏡立体映像表示装置とその制御方法
US20100238097A1 (en) 2-D and 3-D switchalbe and multi-full size image dispaly system
US20030048522A1 (en) Three-dimensional electrophoretic displays
KR101981527B1 (ko) 무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법
US8681280B2 (en) Stereoscopic image display and method for driving the same
US9709877B2 (en) Video projector employing ferroelectric liquid crystal display
CN101738736A (zh) 可切换二维与三维显示模式的显示装置及其主动散射透镜
CN108388018B (zh) 裸眼式立体显示器以及立体影像的显示方法
GB2405518A (en) Multiple view display
JP2012013871A (ja) レンズアレイ素子、および画像表示装置
KR101818249B1 (ko) 입체영상 표시장치 및 그 제조방법
KR101705902B1 (ko) 입체영상 표시장치 및 그 구동방법
Andreev et al. Novel FLC-materials open new possibilities for FLCoS based microdisplays and video projectors
KR101227145B1 (ko) 입체영상 표시장치 및 그 제조방법
KR20180062552A (ko) 입체영상 표시장치
Caillaud et al. High speed large viewing angle shutters for triple-flash active glasses
KR102001672B1 (ko) 무안경 입체 영상 표시장치
KR101941956B1 (ko) 입체 영상 표시장치와 그 제어 방법
Kompanets Advanced and tendencies in the development of display technologies

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right