KR20150070784A

KR20150070784A - 액정 프레넬 렌즈 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150070784A
Application number: KR1020130157383A
Authority: KR
Inventors: 조정현; 윤해영
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-25
Also published as: US20150168756A1

Abstract

액정 프레넬 렌즈는 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판, 절연막, 렌즈 전극들, 공통 전극, 및 액정층을 포함한다. 상기 절연막은 상기 제1 기판상에 배치된다. 상기 렌즈 전극들은 상기 제1 기판 및 상기 절연막 상에 배치되고, 서로 이격된 복수개로 제공된다. 상기 공통 전극은 상기 제2 기판 상에 제공된다. 상기 액정층은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 배치된다. 상기 액정 프레넬 렌즈는 서로 다른 셀갭을 갖는 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다. 상기 절연막은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 서로 다른 두께를 갖거나 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 어느 하나에 대응하게 형성될 수 있다.

Description

액정 프레넬 렌즈 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL FRESNEL LENS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 액정 프레넬 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것으로 위상 오류를 개선할 수 있는 액정 프레넬 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 3차원을 표현하는 입체화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에, 두 눈의 위치의 차이로 왼쪽과 오른쪽 눈은 서로 약간 다른 영상을 보게 된다. 이와 같이, 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안 시차(binocular disparity)라고 한다. 그리고, 3차원 입체 영상 표시 장치는 이러한 양안 시차를 이용하여 왼쪽 눈은 왼쪽 눈에 대한 영상만 보게 하고 오른쪽 눈은 오른쪽 눈 영상만을 볼 수 있게 한다.

즉, 좌/우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하는 것이다. 이러한 능력을 통상 스테레오그라피(stereography)라 하며, 이를 표시 장치로 응용한 장치를 입체 표시 장치라 한다.

상기 입체 표시 장치는 3D를 구현하기 위해 양안에 제공되는 영상을 분리하기 위한 구성이 요구되는데 최근, 액정층을 이용하여 렌즈를 구성하는 액정 전계 렌즈, 그 중 액정 프레넬 렌즈가 개발되고 있다.

상기 액정 전계 렌즈는 제1 전극이 형성된 제1 기판, 제2 전극이 형성된 제2 기판, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함한다. 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가된 전압에 의해 상기 액정층은 렌즈로 기능할 수 있다. 즉, 액정층에 입사하는 입사광은 액정층에 형성된 전계에 따라 위상 변화를 느끼게 되고, 그 결과 액정층은 실제 렌즈와 같이 입사광의 경로를 제어할 수 있다.

한편, 액정 프레넬 렌즈는 기존의 액정 전계 렌즈에 비해 두께를 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 위상 오류가 개선되어 회절 효율이 증가된 액정 프레넬 렌즈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액정 프레넬 렌즈는 제1 기판, 제2 기판, 절연막, 렌즈 전극들, 공통 전극, 및 액정층을 포함한다. 상기 절연막은 상기 제1 기판상에 배치된다. 상기 렌즈 전극들은 상기 제1 기판 및 상기 절연막 상에 배치되고, 서로 이격된 복수개로 제공된다. 상기 공통 전극은 상기 제2 기판 상에 제공된다. 상기 액정층은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 배치된다. 상기 액정 프레넬 렌즈는 서로 다른 셀갭을 갖는 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다.

상기 절연막은 상기 제1 영역에 대응하게 형성되고, 상기 제2 영역에 대응하게 형성되지 않을 수 있다.

상기 절연막은 상기 제1 영역에 대응하여 제1 두께를 갖도록 형성되고, 상기 제2 영역에 대응하여 상기 제1 두께와 서로 다른 제2 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

상기 절연막은 제1 절연막 및 제2 절연막을 포함할 수 있다. 상기 제1 절연막은 상기 기판상에 형성될 수 있다. 상기 제2 절연막은 상기 제1 절연막 상에 배치될 수 있다.

상기 렌즈 전극들은 제1 렌즈 전극들 및 제2 렌즈 전극들을 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈 전극들은 상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막 사이에 배치되고, 서로 이격된 복수개로 제공될 수 있다. 상기 제2 렌즈 전극들은 상기 제2 절연막 상에 배치되고, 서로 이격된 복수개로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액정 프레넬 렌즈의 제조 방법은, 균일한 제1 셀갭을 갖는 예비 액정 프레넬 렌즈를 준비하는 단계; 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포를 분석하는 단계; 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포를 근거로 상기 제1 셀갭이 변경될 제2 셀갭 및 상기 제2 셀갭을 갖는 제1 영역을 결정하는 단계; 및 상기 제1 영역에서 상기 제1 셀갭과 서로 다른 제2 셀갭을 갖는 액정 프레넬 렌즈를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포를 분석하는 단계는 설계된 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 시뮬레이션 결과나 시제품화된 상기 예비 액정 프레넬 렌즈를 측정할 수 있다.

상기 제1 영역은 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포와 기준 위상과의 차이가 미리 설정된 기준값 이상인 위치를 검출하여 결정할 수 있다.

상기 액정 프레넬 렌즈를 형성하는 단계는, 제1 기판 상에 일정한 두께를 갖는 절연 물질층을 형성하는 단계; 상기 절연 물질층을 패터닝하여 상기 제1 영역과 나머지 영역에서 서로 다른 두께를 갖는 절연막을 형성하는 단계; 상기 제1 기판 및 상기 절연막 상에 렌즈 전극을 형성하는 단계; 제2 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 액정 프레넬 렌즈를 형성하는 단계는, 제1 기판 상에 일정한 두께를 갖는 절연 물질층을 형성하는 단계; 상기 제1 영역에 대응하는 상기 절연 물질층을 제거하여 절연막을 형성하는 단계; 상기 제1 기판 및 상기 절연막 상에 렌즈 전극을 형성하는 단계; 제2 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 액정 프레넬 렌즈에 의하면, 위상 오류가 감소되고, 회절 효율이 증가될 수 있다.

또한, 본 발명의 액정 프레넬 렌즈의 제조 방법에 의하면, 상기한 액정 프레넬 렌즈가 제조될 수 있다.

도 1a은 본 발명의 일 실시에에 따른 액정 프레넬 렌즈를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 제1 기판 상에 형성된 렌즈 전극을 도시한 평면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1a의 렌즈 영역의 일부를 여러가지 실시예에 따라 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 프레넬 렌즈의 일부를 도시한 단면도이다.
도 5는 복수의 셀갭을 갖는 예비 액정 프레넬 렌즈들의 위상 분포와 기준 위상을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에서 복수의 셀갭을 갖는 예비 액정 프레넬 렌즈들의 위상 오류를 도시한 도면이다.
도 7은 상기 제1 영역에서 제2 셀갭을 갖는 액정 프레넬 렌즈를 도시한 단면도이다.
도 8은 위상 보정 후의 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포와 기준 위상을 도시한 도면이다.
도 9는 위상 보정 후의 액정 프레넬 렌즈의 회절 효율을 도시한 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

도 1a은 본 발명의 일 실시에에 따른 액정 프레넬 렌즈(100)를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 1b는 도 1a의 제1 기판 상에 형성된 렌즈 전극을 도시한 평면도이다.

여기서, 본 발명의 액정 전계 렌즈는, 이차원 영상 신호를 렌즈면의 프로파일에 따라 삼차원 영상 신호를 출사하는 기능을 갖는 것으로, 상기 이차원을 구현하는 표시 패널(미도시) 상에 위치하며, 전압 인가 여부에 따라 선택적으로 삼차원 영상 신호의 출사 혹은 이차원 영상 신호를 그대로 출사하는 기능을 한다. 즉, 전압 무인가시 광이 투과되는 특성을 이용하여, 전압 무인가시는 이차원 표시, 전압 인가시는 삼차원 표시와 같은 스위칭 기능을 겸용할 수 있다.

상기 액정 프레넬 렌즈(100)는 제1 기판(10), 제2 기판(20), 절연막(30), 렌즈 전극(40), 공통 전극(50), 및 액정층(LC)을 포함한다.

상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)은 서로 마주할 수 있다. 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20) 각각은 절연 기판일 수 있다.

상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)에는 복수의 렌즈 영역(LA)이 정의될 수 있다. 상기 렌즈 영역(LA)은 상기 렌즈 전극(40)과 상기 공통 전극(50)에 인가된 전압에 의해 형성된 전계에 따라 상기 액정층(LC)이 렌즈 기능을 갖도록 배열되는 단위 영역을 의미한다.

상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20) 각각은 제1 방향(DR1)으로 연장되는 제1 변과 상기 제1 변에 인접하고, 상기 제1 방향(DR1)에 교차하는 제2 방향(DR2)으로 연장되는 제2 변을 가질 수 있다.

상기 렌즈 영역(LA)의 폭은 중심에서 멀어질수록 작아질 수 있다.

상기 렌즈 영역(LA)은 복수의 서브 영역들(SA1~SA4)으로 이루어질 수 있다. 상기 복수의 서브 영역들(SA1~SA4)은 상기 제1 방향(DR1)으로 서로 인접하게 배치될 수 있다. 도 1a 및 도 1b에서 상기 서브 영역들(SA1~SA4)은 4 개로 이루어진 것을 일 예로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 서브 영역들(SA1~SA4)에서 형성되는 전계의 크기는 서로 다를 수 있다. 상기 서브 영역들(SA1~SA4)의 폭은 중심에서 상기 제1 방향(DR1)을 따라 외각으로 멀어질수록 작아질 수 있다.

상기 절연막(30)은 상기 제1 기판(10) 상에 배치된다. 상기 절연막(30)은 상기 제1 기판(10) 하부에 배치된 표시 패널(미도시)에 구비된 전극들과 상기 렌즈 전극(40) 또는 상기 공통 전극(50) 사이에 기생 커패시터가 형성되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 상기 절연막(30)은 상기 액정층(LC)의 두께(이하, 셀갭)를 복수의 영역 별로 조절하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 절연막(30)의 두께는 복수의 영역 별로 서로 다르게 형성될 수 있다. 자세한 내용은 후술된다.

상기 렌즈 전극(40)은 상기 제1 기판(10) 및 상기 절연막(30) 상에 형성된다. 상기 렌즈 전극(40)은 각 렌즈 영역(LA) 마다 서로 이격된 복수개로 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 렌즈 전극(40)은 상기 서브 영역들(SA1~SA4) 각각에 대응하게 형성될 수 있다. 상기 복수의 렌즈 전극들(40)은 상기 제1 방향(DR1)으로 서로 인접하게 배치되고, 각 렌즈 전극(40)은 상기 제2 방향(DR2)으로 연장된 형상을 가질 수 있다.

상기 렌즈 전극(40)은 상기 서브 영역들(SA1~SA4) 각각에 대응하는 제1 내지 제4 렌즈 전극(41~44)를 포함할 수 있다. 상기 제1 렌즈 전극(41)에서 상기 제4 렌즈 전극(44)으로 갈수록 렌즈 전극의 폭과 렌즈 전극들 사이의 상기 제1 방향(DR1)간격이 작아질 수 있다. 즉, 상기 렌즈 전극(40)의 폭 및 인접한 렌즈 전극들 사이의 간격은 중심에서 상기 제1 방향(DR1)을 따라 외각으로 멀어질수록 작아질 수 있다.

상기 제1 내지 제4 렌즈 전극들(41~44)에는 서로 다른 전압이 인가될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 렌즈 전극(41)에는 가장 큰 전압이 인가되고, 상기 제2 및 제3 렌즈 전극들(42, 43)로 갈수록 점점 낮은 전압이 인가되어 상기 제4 렌즈 전극(44)에는 가장 작은 전압이 인가될 수 있다.

상기 공통 전극(50)은 상기 제2 기판(20) 상에 상기 렌즈 전극(40)과 대향하게 배치될 수 있다. 상기 공통 전극(50)은 통전극으로 형성될 수 있다. 상기 공통 전극(50)에는 공통 전압이 인가될 수 있다.

상기 렌즈 전극(40) 및 상기 공통 전극(50)은 투명 전극으로 형성될 수 있다.

상기 액정층(LC)은 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20) 사이에 배치되고, 형성된 전계에 따라 배열 상태를 변경하는 액정 분자들을 포함한다. 상기 액정층(LC)은 상기 렌즈 전극(40) 및 상기 공통 전극(50) 사이에 형성된 전계에 따라 렌즈 기능을 한다.

도 1a에서, 상기 액정층(LC)에 도시된 실선은 상기 서브 영역(SA1~SA4) 별로 형성된 전계의 크기를 나타내고, 상기 액정층(LC)에 도시된 점선은 렌즈로서 기능하는 상기 액정층(LC)의 위상 분포를 나타낸다.

한편, 도시하지는 않았으나, 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)의 외각 영역에 씰 패턴(미도시)이 형성되어 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20) 사이를 지지할 수 있다.

한편, 도시하지는 않았으나, 상기 액정층(LC)과 상기 렌즈 전극(40) 사이 및 상기 액정층(LC)과 상기 공통 전극(50) 사이에는 배향막이 형성되어 상기 액정층(LC)의 초기 배향을 결정할 수 있다.

도 2 및 도 3은 도 1a의 렌즈 영역의 일부를 여러가지 실시예에 따라 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 액정 프레넬 렌즈(110)는 서로 다른 셀갭을 갖는 제1 영역(AR1) 및 제2 영역(AR2)을 포함할 수 있다. 여기서, 셀갭은 액정층(LC)의 두께, 즉 상기 렌즈 전극(40)과 상기 공통 전극(50) 사이의 거리를 의미한다.

상기 제1 영역(AR1) 및 상기 제2 영역(AR2) 각각은 상기 서브 영역들(SA) 중 하나와 중첩할 수 있고, 상기 서브 영역들(SA) 중 적어도 2 개 이상과 중첩할 수 있다.

상기 액정 프레넬 렌즈(110)는 상기 제1 영역(AR1)에서 제1 셀갭(W1)을 갖고, 상기 제2 영역(AR2)에서 제2 셀갭(W2)을 가질 수 있다. 도 2에서 상기 제1 셀갭(W1)은 상기 제2 셀갭(W2) 보다 큰 것을 일 예로 도시하였다.

상기 절연막(30)은 제1 두께(D1)를 가지며 상기 제2 영역(AR2)에 대응하게 형성될 수 있다. 상기 절연막(30)은 상기 제1 영역(AR1)에는 형성되지 않거나, 상기 제1 두께(D1) 보다 작은 두께를 가지며 상기 제1 영역(AR1)에 대응하게 형성될 수 있다. 도 2에서 상기 절연막(30)은 상기 제2 영역(AR2)에만 형성되고, 상기 제1 영역(AR1)에는 형성되지 않은 것을 일 예로 도시하였다.

도 3을 참조하면, 상기 액정 프레넬 렌즈(120)는 서로 다른 셀갭을 갖는 제3 영역(AR3), 제4 영역(AR4), 및 제5 영역(AR5)을 포함할 수 있다.

상기 제3 영역(AR3), 상기 제4 영역(AR4), 및 상기 제5 영역(AR5) 각각은 상기 서브 영역들(SA) 중 하나와 중첩할 수 있고, 상기 서브 영역들(SA) 중 적어도 2 개 이상과 중첩할 수 있다.

상기 액정 프레넬 렌즈(120)는 상기 제3 영역(AR1)에서 제3 셀갭(W3)을 갖고, 상기 제4 영역(AR4)에서 제4 셀갭(W4)을 갖고, 상기 제5 영역(AR5)에서 제5 셀갭(W5)을 가질 수 있다. 상기 제3 셀갭(W3)에서 상기 제5 셀갭(W5)으로 갈수록 작아질 수 있다.

상기 절연막(30)은 상기 제2 두께(D2)를 가지며 상기 제4 영역(AR4)에 대응하게 형성되고, 상기 제2 두께(D2) 보다 큰 제3 두께(D3)을 가지며 상기 제5 영역(AR5)에 대응하게 형성될 수 있다. 또한, 또한, 상기 절연막(30)은 상기 제3 영역(AR3)에는 형성되지 않거나, 상기 제2 두께(D2) 보다 작은 두께를 가지며 상기 제3 영역(AR3)에 대응하게 형성될 수 있다. 도 3에서 상기 절연막(30)은 상기 제4 영역(AR4) 및 상기 제5 영역(AR5)에만 형성되고, 상기 제3 영역(AR3)에는 형성되지 않은 것을 일 예로 도시하였다.

액정 프레넬 렌즈(110, 120)의 인접한 두 개의 렌즈 전극(40) 사이의 영역에서는 액정 분자를 제어하기 어려워 상기 액정층(LC)의 위상 분포가 설계된 기준 위상과 차이가 생길 수 있고, 따라서 액정층(LC)을 통과하는 광에 위상 오류가 발생될 수 있다. 상기 액정층(LC)의 위상 분포는 상기 렌즈 전극(40)과 상기 공통 전극(50)에 의해 형성된 전계뿐만 아니라, 셀갭에 의해서도 영향을 받는다.

본 발명의 경우, 설계된 액정 프레넬 렌즈의 시뮬레이션 결과나 액정 프레넬 렌즈의 시제품의 위상 분포를 측정하여 위상 오류가 발생한 영역에서 상기 액정 프레넬 렌즈의 셀갭을 기준 위상값에 해당되는 셀갭으로 형성한다. 위상 오류가 발생한 영역에서 상기 액정 프레넬 렌즈(110, 120)의 셀갭을 조절하기 위한 수단으로, 상기 절연막(30)의 두께를 조절하거나 상기 절연막(30)을 일부 제거할 수 있다. 이를 통해, 상기 액정 프레넬 렌즈(110, 120)의 일부 영역에서 위상 오류가 발생되는 문제를 해결하고, 상기 액정 프레넬 렌즈(110, 120)가 렌즈 영역(LA) 별로 설계된 위상 분포를 가질 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 프레넬 렌즈(200)의 일부를 도시한 단면도이다.

도 4에 도시된 액정 프레넬 렌즈(200)는 도 2에 도시된 액정 프레넬 렌즈(110)와 비교하여 렌즈 전극이 2 층으로 형성되고, 절연막이 2 층으로 형성된 것을 제외하고, 실질적으로 유사하다. 이하, 도 4에 도시된 액정 프레넬 렌즈(200)와 도 2에 도시된 액정 프레넬 렌즈(110)의 차이점을 중심으로 설명하고, 나머지 구성은 설명을 생략한다.

도 5를 참조하면, 상기 액정 프레넬 렌즈(200)는 제1 기판(10), 제2 기판(20), 제1 절연막(31), 제2 절연막(33), 제1 렌즈 전극(41), 제2 렌즈 전극(43), 공통 전극(50), 및 액정층(LC)을 포함한다.

상기 제1 절연막(31)은 상기 제1 기판(10) 상에 배치된다.

상기 제1 렌즈 전극(41)은 상기 제1 절연막(31) 상에 배치된다. 상기 제1 렌즈 전극(41)은 서로 이격된 복수개로 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 렌즈 전극(41)은 상기 서브 영역들(SA)에 교번하여 대응하게 형성될 수 있다.

상기 제2 절연막(33)은 상기 제1 렌즈 전극(41) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 절연막(33)은 상기 제1 렌즈 전극(41) 및 상기 제2 렌즈 전극(43) 사이를 절연시키는 역할을 한다.

상기 제2 렌즈 전극(43)은 상기 제2 절연막(33) 상에 형성된다. 상기 제2 렌즈 전극(43)은 서로 이격된 복수개로 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 렌즈 전극(43)은 상기 제1 렌즈 전극(41)과 평면상에서 중첩되지 않도록 상기 서브 영역들(SA)에 교번하여 대응하게 형성될 수 있다.

상기 제1 렌즈 전극(41) 및 상기 제2 렌즈 전극(43)은 도 2의 렌즈 전극(40)에 대응되는 기능을 한다. 따라서, 하나의 렌즈 영역 내에서 상기 제1 렌즈 전극(41) 각각과 상기 제2 렌즈 전극(43) 각각에는 서로 다른 전압이 인가될 수 있다.

상기 액정 프레넬 렌즈(200)는 서로 다른 셀갭을 갖는 제6 영역(AR6) 및 제7 영역(AR7)을 포함할 수 있다.

상기 액정 프레넬 렌즈(200)는 상기 제6 영역(AR6)에서 제6 셀갭(W6)을 갖고, 상기 제7 영역(AR7)에서 제7 셀갭(W7)을 가질 수 있다. 도 4에서 상기 제6 셀갭(W6)은 상기 제7 셀갭(W7) 보다 큰 것을 일 예로 도시하였다.

상기 제1 절연막(31)은 일정한 두께로 형성될 수 있다. 한편, 상기 제2 절연막(33)은 제7 두께(D7)를 가지며 제7 영역(AR7)에 대응하게 형성될 수 있다. 상기 제2 절연막(33)은 상기 제6 영역(AR6)에는 형성되지 않거나, 상기 제7 두께(D7)와 서로 다른 두께를 가지며 상기 제6 영역(AR6)에 대응하게 형성될 수 있다. 도 4에서 상기 제2 절연막(33)은 상기 제7 영역(AR7)에만 형성되고, 상기 제6 영역(AR6)에는 형성되지 않은 것을 일 예로 도시하였다.

한편, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 제6 영역(AR6)에서 상기 제6 셀갭(W6) 보다 큰 셀갭을 갖기 위해 상기 제2 절연막(33) 뿐만 아니라 상기 제1 절연막(31)도 상기 제6 영역(AR6)에 형성되지 않을 수 있다.

이하, 액정 프레넬 렌즈의 제조 방법을 설명한다.

먼저, 전 영역에서 균일한 제1 셀갭을 갖는 예비 액정 프레넬 렌즈를 준비한다. 상기 예비 액정 프레넬 렌즈는 시제품으로 형성된 것일 수 있고, 설계된 데이터 값으로 존재할 수 있다. 구체적으로, 상기 예비 액정 프레넬 렌즈는 절연막(도 1a의 30)이 전 영역에서 균일한 두께를 가짐으로써 전 영역에서 균일한 상기 제1 셀갭을 가질 수 있다.

이후, 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포를 분석한다. 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포는 설계된 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 시뮬레이션 결과나 시제품화된 상기 예비 액정 프레넬 렌즈를 측정하여 분석될 수 있다.

도 5는 복수의 셀갭을 갖는 예비 액정 프레넬 렌즈들의 위상 분포와 기준 위상을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에서 복수의 셀갭을 갖는 예비 액정 프레넬 렌즈들의 위상 오류를 도시한 도면이다.

도 5 및 도 6에는 상기 예비 액정 프레넬 렌즈들이 제1 셀갭(C1) 및 제2 셀갭(C2) 을 갖고, C1<C2인 것을 일 예로 도시하였다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 예비 액정 프레넬 렌즈는 기준 위상(R1)에 비해 위상 오류를 갖고, 셀갭에 따라 위상 오류가 달라짐을 알 수 있다. 이후, 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포를 근거로 상기 제1 셀갭(C1)이 변경될 제2 셀갭(C2) 및 상기 제2 셀갭(C2)을 갖는 제1 영역(AR1)을 결정할 수 있다. 도 6에서 상기 제1 영역(AR1)은 A1을 시작점으로 하고, A2를 끝점으로 한다.

상기 예비 액정 프레넬 렌즈가 상기 제1 셀갭(C1)을 갖는 경우, 제1 영역(AR1)에서 위상 오류가 미리 설정된 기준 값(R2) 보다 크게 발생하므로, 제1 영역(AR1)을 셀갭 변경 대상이 되는 영역으로 설정할 수 있다. 물론, 편의상 설명을 생략하나 상기 제1 영역(AR1) 이외에도 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 오류가 발생하는 영역 모두가 셀갭 변경 대상이 되는 영역으로 설정될 수 있다. 상기 제2 셀갭(C2)은 상기 제1 영역(AR1)에서 위상 오류가 가장 작게 발생하는 값으로 선택하여 결정할 수 있다.

이후, 상기 제1 영역(AR1)에서 상기 제1 셀갭(C1)과 서로 다른 상기 제2 셀갭(C2)을 갖는 액정 프레넬 렌즈(130)를 형성한다.

도 7은 상기 제1 영역(AR1)에서 상기 제2 셀갭(C2)을 갖는 액정 프레넬 렌즈(130)를 도시한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 상기 액정 프레넬 렌즈(130)는 제1 기판(10) 상에 일정한 두께를 갖는 절연 물질층을 형성한다. 이후, 상기 절연 물질층을 패터닝하여 상기 제1 영역(AR1)에 해당되는 부분을 제거하여 절연막(30)을 형성한다. 한편, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 제2 셀갭(C2)에 따라 상기 절연막(30)은 상기 제1 영역(AR1)에서 일부가 제거되어 나머지 영역에 비해 더 작은 두께를 가질 수 있다

이후 상기 제1 기판(10) 및 상기 절연막(30) 상에 투명 전극층을 형성하고, 상기 투명 전극층을 패터닝하여 렌즈 전극(40)을 형성한다.

이후, 제2 기판(20) 상에 공통 전극(50)을 형성한다. 상기 제2 기판(20)의 외각 영역의 씰 패턴(미도시)을 형성한다.

상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20)을 합착하고, 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(20) 사이에 액정층(LC)을 형성한다.

상기 액정 프레넬 렌즈(100)는 상기 절연막(30)의 형상에 의해 상기 제1 영역(AR1)에서 상기 제2 셀갭(C2)을 갖고, 나머지 영역에서 상기 제1 셀갭(C1)을 가질 수 있다. 물론, 상기 나머지 영역에서도 상기 제1 셀갭(C1)과 서로 다른 셀갭 값들을 가질 수 있다.

도 8은 위상 보정 후의 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포와 기준 위상을 도시한 도면이고, 도 9는 위상 보정 후의 액정 프레넬 렌즈의 회절 효율을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 보정 후의 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포(CC)는 제1 영역(AR1)에서 위상 오류가 상기 제2 셀갭(C2)을 갖는 경우를 따르므로 상기 제1 셀갭(C1)을 갖는 경우와 비교하여 감소된 것을 알 수 있다.

도 9를 참조하면, 위상 보정된 A1부터 A2 사이의 상기 제1 영역(AR1)에서 상기 액정 프레넬 렌즈(100)의 회절 효율이 주변의 영역에 비해 높게 나타남을 알 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100,110,120,200: 액정 프레넬 렌즈 10: 제1 기판
20: 제2 기판 30: 절연막
40: 렌즈 전극 50: 공통 전극
LC: 액정층 LA: 렌즈 영역

Claims

제1 기판;
상기 제1 기판에 대향하는 제2 기판;
상기 제1 기판상에 배치된 절연막;
상기 제1 기판 및 상기 절연막 상에 배치되고, 서로 이격된 복수개로 제공된 렌즈 전극들;
상기 제2 기판 상에 배치된 공통 전극;
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정층; 및
서로 다른 셀갭을 갖는 적어도 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 액정 프레넬 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 절연막은 상기 제1 영역에 대응하게 형성되고, 상기 제2 영역에 대응하게 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 절연막은 상기 제1 영역에 대응하여 제1 두께를 갖도록 형성되고, 상기 제2 영역에 대응하여 상기 제1 두께와 서로 다른 제2 두께를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 액정 프레넬 렌즈는 복수의 렌즈 영역들을 포함하고, 상기 렌즈 영역들 각각의 폭은 중심에서 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈.
제4항에 있어서,
상기 렌즈 영역들 각각은 복수의 서브 영역들을 포함하고, 상기 서브 영역들 각각의 폭은 중심에서 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈.
제5항에 있어서,
상기 렌즈 전극들 각각은 상기 서브 영역들 각각에 대응하게 형성되고, 상기 렌즈 전극들 각각의 폭 및 상기 렌즈 전극들 사이의 간격은 중심에서 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 절연막은,
상기 기판상에 형성된 제1 절연막; 및
상기 제1 절연막 상에 배치된 제2 절연막을 포함하고,
상기 렌즈 전극들은,
상기 제1 절연막과 상기 제2 절연막 사이에 배치되고, 서로 이격된 복수개로 제공된 제1 렌즈 전극들; 및
상기 제2 절연막 상에 배치되고, 서로 이격된 복수개로 제공된 제2 렌즈 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈.
제7항에 있어서,
상기 제2 절연막은 상기 제1 영역에 대응하게 형성되고, 상기 제2 영역에 대응하게 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈.
제7항에 있어서,
상기 제2 절연막은 상기 제1 영역에 대응하여 제1 두께를 갖도록 형성되고, 상기 제2 영역에 대응하여 상기 제1 두께와 서로 다른 제2 두께를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈.
제7항에 있어서,
평면상에서 상기 제1 렌즈 전극들 및 상기 제2 렌즈 전극들은 서로 중첩되지 않도록 교번하여 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈.
균일한 제1 셀갭을 갖는 예비 액정 프레넬 렌즈를 준비하는 단계;
상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포를 분석하는 단계;
상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포를 근거로 상기 제1 셀갭이 변경될 제2 셀갭 및 상기 제2 셀갭을 갖는 제1 영역을 결정하는 단계; 및
상기 제1 영역에서 상기 제1 셀갭과 서로 다른 제2 셀갭을 갖는 액정 프레넬 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 액정 프레넬 렌즈의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포를 분석하는 단계는 설계된 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 시뮬레이션 결과나 시제품화된 상기 예비 액정 프레넬 렌즈를 측정하는 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 영역은 상기 예비 액정 프레넬 렌즈의 위상 분포와 기준 위상과의 차이가 미리 설정된 기준값 이상인 위치를 검출하여 결정하는 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 액정 프레넬 렌즈를 형성하는 단계는,
제1 기판 상에 일정한 두께를 갖는 절연 물질층을 형성하는 단계;
상기 절연 물질층을 패터닝하여 상기 제1 영역과 나머지 영역에서 서로 다른 두께를 갖는 절연막을 형성하는 단계;
상기 제1 기판 및 상기 절연막 상에 렌즈 전극을 형성하는 단계;
제2 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 액정 프레넬 렌즈를 형성하는 단계는,
제1 기판 상에 일정한 두께를 갖는 절연 물질층을 형성하는 단계;
상기 제1 영역에 대응하는 상기 절연 물질층을 제거하여 절연막을 형성하는 단계;
상기 제1 기판 및 상기 절연막 상에 렌즈 전극을 형성하는 단계;
제2 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 액정 프레넬 렌즈의 상기 제1 위치에서, 상기 제1 셀갭을 갖는 경우 보다 상기 제2 셀갭을 갖는 경우 상기 기준 위상에 더 근접한 것을 특징으로 하는 액정 프레넬 렌즈의 제조 방법.