KR20160002054A - 무안경 3d 디스플레이 장치를 위한 스위칭 렌즈 및 그 제조 방법 - Google Patents

무안경 3d 디스플레이 장치를 위한 스위칭 렌즈 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20160002054A
KR20160002054A KR1020140080776A KR20140080776A KR20160002054A KR 20160002054 A KR20160002054 A KR 20160002054A KR 1020140080776 A KR1020140080776 A KR 1020140080776A KR 20140080776 A KR20140080776 A KR 20140080776A KR 20160002054 A KR20160002054 A KR 20160002054A
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lens
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    • G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses

Abstract

본 발명은,
상부 기판, 상기 상부 기판 하단면에 형성된 상부 투명전극 및 상기 상부 투명전극 하단면에 형성된 다수개의 렌티큘라 렌즈가 횡방향으로 평행하게 배치된 렌티큘라 렌즈부를 포함하는 상판;
하부 기판, 상기 하부 기판 상단면에 형성된 하부 투명전극 및 상기 하부 투명전극 상단면에 형성된 하부 배향막을 포함하는 하판; 및
상기 상판과 하판 사이에 포함되어 상기 상부 투명전극과 하부 투명전극에 의해 인가되는 전계에 의해 구동되는 액정층을 구비하며;
상기 렌티큘라 렌즈의 곡면상에 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈를 제공한다.

Description

무안경 3D 디스플레이 장치를 위한 스위칭 렌즈 및 그 제조 방법{SWITCHING LENS FOR GLASSLESS THREE-DIMENSIONAL DISPLAY APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 입체영상 표시장치에 사용되는 3D 스위칭 렌즈에 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 생성한다. 즉, 소정의 기구나 기술을 이용함으로써 사용자의 양안이 상이한 화상들을 보도록 하는데, 두 눈들이 약 65mm 정도 서로 이격되어 있기 때문에 야기되는 양안시차(binocular disparity)는 입체감의 가장 중요한 요인들 중 하나이다. 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. 이렇게 쌍안시(binocular vision)를 이용하여 3차원 화상을 창출하는 기술은 스테레오그라피(stereography)라고 지칭되며, 3D 디스플레이 장치는 이 스테레오그라피를 응용한 장치이다.
이를 위해 3D 디스플레이 장치는 스위칭 렌즈를 포함할 수 있다. 스위칭 렌즈는 전계 인가 여부와 같은, 2D와 3D 사이의 모드 전환에 따라 상이한 굴절률을 나타낼 수 있는 액정과 같은 복굴절 재료(birefringent material)를 포함한다. 스위칭 렌즈는, 2D 모드 하에서 경로 변경 없이 입사광을 그대로 통과시키지만, 3D 모드 하에서는 좌안과 우안에 서로 다른 2차원 화상들을 제공하기 위하여 입사광의 경로를 변경시키는 렌즈로서의 기능을 수행한다.
스위칭 렌즈는 렌즈 패턴들을 가지며, 상기 렌즈 패턴들은 액정으로 채워져 있다. 스위칭 렌즈가 원하는 광학 특성을 갖기 위해서는 렌즈 패턴들 내의 액정 분자들이 초기에 특정 방향(orientation)으로 정확히 배열되어 있어야 한다. 액정 분자들의 초기 배열 상태를 설정하기 위한 수단으로서 일반적으로 배향막이 채택된다. 액정과 배향막이 직접 접촉함으로써 액정 분자들의 방향이 배향막에 의해 결정된다. 일반적으로, 폴리이미드와 같은 고분자로 막을 형성한 후 상기 막을 러빙포(rubbing cloth)로 러빙 처리함으로써 배향막을 형성한다.
막 형성을 위하여 고분자가 도포될 기판이 곡면 형태(curved shape)를 가지면, 상기 기판 상에 형성되는 고분자 막도 역시 곡면 형태를 가지게 된다. 이렇게 곡면 형태를 갖는 기판에 고분자를 도포하고, 이 고분자 막을 러빙 처리함에 있어서 도포의 어려움, 균일성 저하 등 많은 문제점들이 존재하고, 액정의 배향불량을 야기한다.
따라서, 렌즈 패턴들의 전체 만곡면 상에 배향막층과 러빙처리 없이 액정 배향을 형성함으로써 간단한 공정으로 디스플레이 장치를 위한 스위칭 렌즈의 제조 방법에 대한 연구가 요구되고 있다.
본 발명은, 상기 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
렌티큘라 렌즈 패턴들의 전체 만곡면 상에 상부 배향막층과 러빙처리 없이도 액정 배향을 형성하도록 함으로써, 적은 제조비용과 간단한 공정을 통하여 제조 가능한, 디스플레이 장치를 위한 스위칭 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상부 배향막층과 러빙처리 없이 액정 배향을 형성하도록 하여, 액정의 배향 불량을 막음으로써 액정 배향성이 향상되는 3D 스위칭 렌즈를 제공하고, 이를 이용하여 더욱 효과적인 입체 영상 구현이 가능한 디스플레이를 제조하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
상부 기판, 상기 상부 기판 하단면에 형성된 상부 투명전극 및 상기 상부 투명전극 하단면에 형성된 두 개 이상의 렌티큘라 렌즈가 횡방향으로 평행하게 배치된 렌티큘라 렌즈부를 포함하는 상판;
하부 기판, 상기 하부 기판 상단면에 형성된 하부 투명전극 및 상기 하부 투명전극 상단면에 형성된 하부 배향막을 포함하는 하판; 및
상기 상판과 하판 사이에 포함되어 상기 상부 투명전극과 하부 투명전극에 의해 인가되는 전계에 의해 구동되는 액정층을 구비하며;
상기 렌티큘라 렌즈의 곡면상에 액정 배향용 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈를 제공한다.
또한, 본 발명은
(1) SUS, Ni, Cu, Al 또는 Fe에 Byte로, 피치가 10 ~1000㎛인 음각의 렌티큘라 렌즈 패턴을 묘화하는 단계;
(2) 상기 렌티큘라 렌즈 패턴에, 0.1 ~1000Å 피치로 홈을 형성하여 마스터롤을 제작하는 단계; 및
(3) 상기 제작된 마스터롤을 이용하여 기재상에 렌티큘라 렌즈 패턴 및 홈을 전사하여 인각시킨 뒤 경화하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은
상기 3D 스위칭 렌즈를 포함하는 3D 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 3D 스위칭 렌즈는 상부 배향막층 및 러빙처리 없이 액정 배향을 형성할 수 있어 제조 공정의 간소화 및 공정 비용 절감 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 3D 스위칭 렌즈는 렌즈 패턴들의 전체 만곡면 상에 상부 배향막층 및 러빙처리 없이 액정 배향을 형성함으로써, 배향막층 형성과 러빙처리 과정에서 발생하는 액정의 불량을 막아 액정 배향성의 향상 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 3D 스위칭 렌즈를 포함하는 3D 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 렌티큘라 렌즈에 의한 입체영상의 구현원리를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 3D 스위칭 렌즈의 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3 은 본 발명의 3D 스위칭 렌즈의 일예를 보여주는 분해 사시도이다.
도 4 는 종래의 3D 스위칭 렌즈의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 3D 스위칭 렌즈의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 6및 7은 본 발명의 3D 스위칭 렌즈의 상판 및 렌티큘라 렌즈부의 일예를 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 하기 실시예에서 개별 구성 요소와 기능은 명확히 요구되지 않는 한, 일반적으로 선택될 수 있으며, 과정의 순서는 변경될 수 있다.
도 2 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상부 기판(111), 상기 상부 기판 하단면에 형성된 상부 투명전극(112) 및 상기 상부 투명전극 하단면에 형성된 두 개 이상의 렌티큘라 렌즈가 횡방향으로 평행하게 배치된 렌티큘라 렌즈부(113)를 포함하는 상판(110);
하부 기판(121), 상기 하부 기판 상단면에 형성된 하부 투명전극(122) 및 상기 하부 투명전극 상단면에 형성된 하부 배향막(123)을 포함하는 하판(120); 및
상기 상판(110)과 하판(120) 사이에 포함되어 상기 상부 투명전극(112)과 하부 투명전극(122)에 의해 인가되는 전계에 의해 구동되는 액정층(140)을 구비하며;
상기 렌티큘라 렌즈 곡면상에 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈를 제공한다.
기재상에 렌티큘라 렌즈의 형태 및 액정 배향용 홈을 인각시키는 공정은,
렌티큘라 패턴 및 액정 배향용 홈이 형성된 마스터롤로부터 기재상에 전사하여 인각시키는 방법을 사용할 수 있다.
마스터롤은 프리즘 시트, 렌즈 등의 기재에 산과 골을 성형시키는 도구로써 일반적으로 원기둥 형태의 롤을 가리키며, 이를 이용하여 산과 골의 연속적인 패턴형태를 인각시킬 수 있다.
본 발명에서, 렌티큘라 렌즈의 형태 및 액정 배향용 홈을 인각시키기 위하여,
(1) SUS, Ni, Cu, Al 또는 Fe에 Byte로, 피치가 10 ~1000㎛인 음각의 렌티큘라 렌즈 패턴을 묘화하는 단계;
(2) 상기 렌티큘라 렌즈 패턴에 0.1 ~1000Å 피치로 홈을 형성하여 마스터롤을 제작하는 단계; 및
(3) 상기 제작된 마스터롤을 이용하여 기재상에 렌티큘라 렌즈 패턴 및 홈을 전사하여 인각시킨 뒤 경화하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈 제조방법을 이용할 수 있다. 이를 통해 원하는 렌티큘라 렌즈의 형태를 갖고, 렌티큘라 렌즈의 곡면상에 액정 배향용 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈를 제조할 수 있다.
즉, 액정 분자를 홈의 방향에 의하여 배향함으로써, 상부 배향막층 및 러빙 처리 없이 액정 배향을 형성하도록 하는, 디스플레이 장치를 위한 3D 스위칭 렌즈 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기 (1) 단계에서, 피치는 보다 바람직하게는 100 내지 600㎛ 일 수 있다.
상기 (2) 단계에서, 홈은 너비 및 깊이가 0.1 내지 1000Å 인 것이 바람직하며, 홈의 형태는 미세한 홈(microgroove)을 형성할 수 있으면 제한하지 않으며, 일예로서 V 자, U자 형태 등을 들 수 있다.
상기 (3) 단계는 이 분야에 공지된 일반적인 인각 및 경화단계를 통해 실시할 수 있으며, 음각의 마스터롤을 통해 양각의 몰드를 형성하고, 상기 양각 몰드를 이용하여 음각으로 렌티큘라 기재상에 인각시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기와 같이 렌티큘라 렌즈부 곡면상에, 렌티큘라 패턴 및 액정 배향용 홈이 형성된 마스터롤로부터 기재상에 전사하여 인각시킨, 렌티큘라 렌즈의 형태 및 액정 배향용 홈을 갖게 되는 경우, 러빙 처리 및 상부 배향막을 통하여 실시했던 액정 분자들의 방향 설정의 역할을 수행함으로써 액정의 배향을 조정할 수 있다.
도 4 는 종래의 3D 스위칭 렌즈의 구조를 보여주는 단면도이다. 종래의 3D 스위칭 렌즈는 디스플레이 패널(300)과 점착제층(400)에 의하여 합착된다.
상판(210)은 제1 필름(211), 상기 제1 필름(211) 하단면에 형성된 제1 투명전극(212), 상기 제1 투명전극(212) 하단면에 형성된 렌티큘라 렌즈부(213), 상기 렌티큘라 렌즈층 하단면에 형성된 상부 배향막(214), 및 상기 상부 배향막(214)과 접촉되는 액정(215)을 포함한다.
상기 렌티큘라 렌즈부(213)는 다수의 렌티큘라 렌즈 패턴들을 가진다. 하판(220)은 제2 필름(221), 상기 제2 필름(221) 상단면에 형성된 제2 투명전극(222), 및 상기 제 2 투명전극 상단면에 형성된 하부 배향막(223)을 포함한다.
상기 상판(210)의 액정(215)과 상기 하판(220)의 하부 배향막(223)이 직접 접촉하도록, 상기 상판(210)과 하판(220)은 라미네이팅 공정을 통해 서로 합착된다.
종래 기술은 상부 배향막(214)을 형성하기 위해 곡면 형태의 기판에 고분자를 도포하는 과정을 필요로 하였다. 이 과정에서 고분자 용액이 중력에 의해 흘러내려 각 패턴들의 중심부로 모이게 되고, 그 결과 렌즈 패턴들의 만곡면(curvature surface) 상에 형성되는 고분자 막의 두께 편차가 발생하고, 그 범위가 허용 가능한 범위를 벗어나게 되었다. 뿐만 아니라 렌즈 패턴들의 만곡면 중 일부가 고분자 용액으로 도포되지 못함에 따라 액정의 불량을 야기하였다.
또한, 러빙포를 이용하여 고분자 막에 러빙 처리를 수행할 때 발생하게 되는 고분자 막의 손상, 특히 이웃하는 오목렌즈 패턴들 사이의 산(mountain) 부분들이 러빙포에 의해 손상되어 액정 불량을 야기할 수 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 한계점을 극복하기 위해,
렌티큘라 패턴 및 액정 배향용 홈이 형성된 마스터롤로부터 기재상에 전사하여, 렌티큘라 렌즈의 형태 및 액정 배향용 홈을 인각시킨 후 경화하여 제조하는 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈를 제공하고, 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공함으로써 우수한 삼차원 효과를 나타내는 3D 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 3D 스위칭 렌즈의 구조를 보여주는 단면도이다. 본 발명의 3D 스위칭 렌즈는 디스플레이 패널(300)과 점착제층(400)에 의하여 합착된다.
상판(210)은 제1 필름(211), 상기 제1 필름(211) 하단면에 형성된 제1 투명전극(212), 상기 제1 투명전극(212) 하단면에 형성된 곡면상에 렌티큘라 렌즈의 형태 및 액정배향용 홈을 포함하는 렌티큘라 렌즈(213), 및 액정(215)을 포함한다.
상기 렌티큘라 렌즈부 (213)는 다수의 렌티큘라 렌즈 패턴들을 가진다. 하판(220)은 제2 필름(221), 상기 제2 필름(221) 상단면에 형성된 제2 투명전극(222), 및 상기 제 2 투명전극 상단면에 형성된 하부 배향막(223)을 포함한다.
상기 상판(210)의 액정(215)과 상기 하판(220)의 하부 배향막(223)이 직접 접촉하도록, 상기 상판(210)과 하판(220)은 라미네이팅 공정을 통해 서로 합착된다.
본 발명에서 표시장치(130)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출표시장치(Field Emission Display,FED), 플라즈마 표시패널(Plasma Display Panel, PDP) 및 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode) 등의 평판표시장치를 포함한다.
본 발명의 3D 스위칭 렌즈는 전기적으로 제어 가능한 액정층을 사이에 두고 대향하는 상판(110) 및 하판(120)을 포함하여 3D 영상모드에서 표시장치(130)로부터의 광을 굴절시켜 좌안화상에 해당하는 광의 진행경로와 우안화상에 해당하는 광의 진행경로를 분리시키는 광 제어기 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 의한 스위칭 렌즈(200)도, 3D 모드 하에서 좌안과 우안에 서로 다른 2차원 영상들을 제공하기 위하여 입사광의 경로를 변경시키는 렌즈로서의 기능을 수행한다.
본 발명에 있어서, 상기 디스플레이 패널(300)은 3D 모드 하에서는 3D 영상(좌안 영상 및 우안 영상)을 제공하는 패널로서 PDP 패널, LCD 패널, 또는 OLED 패널일 수 있다.
상기 스위칭 렌즈(200)와 상기 디스플레이 패널(300)의 합착을 위한 점착제층(400)을 형성하는 접착제로는 예컨대, 투명 감압 점착제가 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에서, 상하부 기판, 상하부 투명전극, 렌티큘라 렌즈부, 하부 배향막, 액정 등의 소재 및 이들을 사용하여 3D 스위칭 렌즈를 구성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며 이 분야에 공지된 기술을 적용할 수 있다.
또한 본 발명에서, 제 1 필름, 제 2 필름, 하부 배향막, 제 1 투명전극, 제 2 투명전극, 액정 등의 소재 및 이들을 사용하여 3D 스위칭 렌즈를 구성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며 이 분야에 공지된 기술을 적용할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
1: 렌티큘라 렌즈 100: 렌티큘라 렌즈부 홈
110: 상판 111: 상부 기판
112: 상부 투명전극 113: 렌티큘라 렌즈
120: 하판 121: 하부 기판
122: 하부 투명전극 123: 하부 배향막
130: 표시장치 140: 액정층
200: 스위칭 렌즈 210: 상판
211: 제 1 필름 212: 제 1 투명전극
213: 렌티큘라 렌즈부 214: 상부 배향막
215: 액정 220: 하판
221: 제 2 필름 222: 제 2 투명전극
223: 하부 배향막 300: 디스플레이패널
400: 점착제층

Claims (7)

  1. 상부 기판, 상기 상부 기판 하단면에 형성된 상부 투명전극 및 상기 상부 투명전극 하단면에 형성된 두 개 이상의 렌티큘라 렌즈가 횡방향으로 평행하게 배치된 렌티큘라 렌즈부를 포함하는 상판;
    하부 기판, 상기 하부 기판 상단면에 형성된 하부 투명전극 및 상기 하부 투명전극 상단면에 형성된 하부 배향막을 포함하는 하판; 및
    상기 상판과 하판 사이에 포함되어 상기 상부 투명전극과 하부 투명전극에 의해 인가되는 전계에 의해 구동되는 액정층을 구비하며;
    상기 렌티큘라 렌즈의 곡면상에 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌티큘라 렌즈부는, 렌티큘라 패턴 및 홈이 형성된 마스터롤로부터 기재상에 전사하여 제조된 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 3D 스위칭 렌즈는 상부 배향막을 포함하지 않으며, 러빙처리 하지 않은 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 렌티큘라 렌즈부는,
    (1) SUS, Ni, Cu, Al 또는 Fe에 Byte로, 피치가 10 ~1000㎛인 음각의 렌티큘라 렌즈 패턴을 묘화하는 단계;
    (2) 상기 렌티큘라 렌즈 패턴에, 0.1 ~1000Å 피치로 홈을 형성하여 마스터롤을 제작하는 단계; 및
    (3) 상기 제작된 마스터롤을 이용하여 기재상에 렌티큘라 렌즈 패턴 및 홈을 전사하여 인각시킨 뒤 경화하는 단계;
    를 포함하여 제조된 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈.
  5. (1) SUS, Ni, Cu, Al 또는 Fe에 Byte로, 피치가 10 ~1000㎛인 음각의 렌티큘라 렌즈 패턴을 묘화하는 단계;
    (2) 상기 렌티큘라 렌즈 패턴에 0.1 ~1000Å 피치로 홈을 형성하여 마스터롤을 제작하는 단계; 및
    (3) 상기 제작된 마스터롤을 이용하여 기재상에 렌티큘라 렌즈 패턴 및 홈을 전사하여 인각시킨 뒤 경화하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈은 깊이가 0.1 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 3D 스위칭 렌즈.
  7. 청구항 1의 3D 스위칭 렌즈를 포함하는 3D 디스플레이 장치.
KR1020140080776A 2014-06-30 2014-06-30 무안경 3d 디스플레이 장치를 위한 스위칭 렌즈 및 그 제조 방법 KR20160002054A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019132658A1 (en) * 2017-12-29 2019-07-04 Zhangjiagang Kangde Xin Optronics Material Co. Ltd Process for producing a lenticular device
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WO2024027585A1 (zh) * 2022-08-02 2024-02-08 张家港康得新光电材料有限公司 一种液晶盒和2d-3d可切换的显示装置

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