KR20160112067A

KR20160112067A - 광 변조 장치를 포함하는 광학 장치 및 그 구동 방법

Info

Publication number: KR20160112067A
Application number: KR1020150036789A
Authority: KR
Inventors: 조정현; 이정환; 최춘기
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2016-09-28
Also published as: US10354576B2; US20160275884A1; JP2016173570A

Abstract

본 발명은 광 변조 장치를 포함하는 광학 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 특히 액정을 포함하는 광 변조 장치를 포함하는 광학 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 장치는 영상을 표시하는 표시 패널, 표시 패널 위에 위치하는 위상 지연판 그리고 위상 지연판 위에 위치하고, 서로 마주하며 복수의 단위 영역을 포함하는 제1판 및 제2판, 그리고 제1판 및 제2판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하는 광 변조 장치를 포함하고, 제1판은 제1 배향자 및 제1 방향으로 연장되고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 하판 전극을 포함하고, 제2판은 제2 배향자 및 상판 전극을 포함하며, 제1 배향자의 배향 방향과 제2 배향자의 배향 방향은 서로 실질적으로 평행하고, 광 변조 장치는 표시 패널이 제1 서브 프레임 동안 제1 영상을 표시할 때, 복수의 하판 전극에 제1 구동 신호를 인가하고, 표시 패널이 제1 서브 프레임과 연속한 제2 서브 프레임 동안 제2 영상을 표시할 때, 복수의 하판 전극에 제1 구동 신호와 다른 제2 구동 신호를 인가한다.

Description

광 변조 장치를 포함하는 광학 장치 및 그 구동 방법{OPTICAL DEVICE INCLUDING LIGHT MODULATOIN DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 광 변조 장치를 포함하는 광학 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 특히 액정을 포함하는 광 변조 장치를 포함하는 광학 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

최근에는 광의 특성을 변조하는 광 변조 장치를 이용한 광학 장치에 대한 개발이 활발하다. 예를 들어 입체 영상을 표시할 수 있는 광학 표시 장치가 관심을 끌고 있으며, 시청자가 영상을 입체 영상으로 인식할 수 있도록 하기 위해 서로 다른 시점에 영상을 분리하여 보내기 위한 광 변조 장치가 필요하다. 무안경식 3차원 영상 표시 장치에서 사용될 수 있는 광 변조 장치로는 표시 장치의 영상의 빛의 경로를 변경하여 원하는 시점으로 보내는 렌즈, 프리즘 등이 있다.

이와 같이 입사광의 방향을 바꾸기 위해 빛의 위상 변조를 통한 빛의 회절을 이용할 수 있다.

편광된 빛이 위상지연자 등의 광 변조 장치를 통과하면 편광 상태가 바뀐다. 예를 들어 원편광된 빛이 반파장판에 입사하면 원편광된 빛의 회전 방향이 반대로 바뀌어 출사된다. 예를 들어 좌원편광된 빛이 반파장판을 통과하면 우원편광된 빛이 출사된다. 이때 반파장판의 광축, 즉 느린축의 각도에 따라 출사되는 원편광된 빛의 위상이 달라진다.

구체적으로 반파장판의 광축이 평면상(in-plane) φ만큼 회전(rotation)하면 출력되는 광의 위상은 2φ만큼 변한다. 따라서 공간상 x축 방향으로 180도(π radian)만큼의 반파장판의 광축 회전이 생기면 출사되는 빛은 x축 방향으로 360도(2π radian)의 위상 변조 또는 위상 변화를 가지며 출사될 수 있다. 이와 같이 광 변조 장치가 위치에 따라 0부터 2π까지의 위상 변화를 일으키도록 하면 통과되는 빛의 방향이 바뀌거나 꺾을 수 있는 회절 격자 또는 프리즘을 구현할 수 있다.

이러한 반파장판 등의 광 변조 장치의 위치에 따른 광축을 용이하게 조절하기 위해 액정을 이용할 수 있다. 액정을 이용한 위상지연자로서 구현되는 광 변조 장치에서는 액정층에 전기장을 인가하여 배열된 액정 분자들의 장축을 회전시켜 위치에 따라 다른 위상 변조를 일으킬 수 있다. 광 변조 장치를 통과하여 출사되는 빛의 위상은 배열된 액정의 장축의 방향, 즉 방위각(azimuthal angle)에 따라 결정될 수 있다.

액정을 이용한 광 변조 장치를 이용해 연속적인 위상 변조를 일으켜 프리즘, 회절 격자, 렌즈 등을 구현하기 위해서는 액정 분자의 장축이 위치에 따라 연속적으로 변하도록 액정 분자가 배열되어야 한다. 출사되는 광이 위치에 따라 0부터 2π로 변하는 위상 프로파일을 갖기 위해서는 반파장판의 경우 그 광축이 0부터 π까지 변해야 한다. 이를 위해 액정층에 인접한 기판에 대해 위치에 따라 서로 다른 방향의 배향 처리가 필요하기도 하여 공정이 복잡해진다. 또한 미세하게 구분하여 배향 처리를 하여야 하는 경우 러빙 공정 등의 배향 처리를 균일하게 하기 힘들어 표시 장치에 이용될 경우 표시 불량으로 나타날 수 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 액정을 포함하는 광 변조 장치에서 액정 분자의 평면상 회전각을 용이하게 조절하여 광 위상을 변조시키는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 광학 변조 장치를 렌즈로서 기능할 수 있도록 하여 무안경식 3차원 영상 표시 장치 등의 광학 장치에 사용될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 액정 분자의 회전 방향을 다르게 제어하여 광학 변조 장치를 안경식 3차원 영상 표시 장치 등의 광학 장치에 사용될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 장치는 영상을 표시하는 표시 패널, 표시 패널 위에 위치하는 위상 지연판 그리고 위상 지연판 위에 위치하고, 서로 마주하며 복수의 단위 영역을 포함하는 제1판 및 제2판, 그리고 제1판 및 제2판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하는 광 변조 장치를 포함하고, 제1판은 제1 배향자 및 제1 방향으로 연장되고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 하판 전극을 포함하고, 제2판은 제2 배향자 및 상판 전극을 포함하며, 제1 배향자의 배향 방향과 제2 배향자의 배향 방향은 서로 실질적으로 평행하고, 광 변조 장치는 표시 패널이 제1 서브 프레임 동안 제1 영상을 표시할 때, 복수의 하판 전극에 제1 구동 신호를 인가하고, 표시 패널이 제1 서브 프레임과 연속한 제2 서브 프레임 동안 제2 영상을 표시할 때, 복수의 하판 전극에 제1 구동 신호와 다른 제2 구동 신호를 인가한다.

위상 지연판은 사분파장판을 포함하고, 광 변조 장치는 제1 서브 프레임 동안 위상 지연판을 통과하는 빛의 원편광 방향을 변경할 수 있다.

광 변조 장치는 제2 서브 프레임 동안 위상 지연판을 통과하는 빛의 원편광 방향을 유지할 수 있다.

표시 패널은 영상의 빛을 선편광시키는 편광자를 포함할 수 있다.

제1 서브 프레임 동안 복수의 액정 분자는 제1판 및 제2판의 평면과 평행하도록 기울어져 배열될 수 있다.

제1 서브 프레임 동안 복수의 액정 분자의 장축은 제2 방향과 평행한 방향으로 정렬될 수 있다.

제2 서브 프레임 동안 복수의 액정 분자는 제1판 및 제2판의 평면에 수직인 방향으로 기울어져 배열될 수 있다.

광 변조 장치는 제1 서브 프레임 동안 단위 영역에 포함되는 하판 전극들에 제2 방향을 따라 순차적으로 제1 전압을 인가할 수 있다.

제1 서브 프레임 동안 제2 방향으로 인접하는 하판 전극들 간에 제1 전압이 인가되는 시간 간격이 일정할 수 있다.

광 변조 장치는 단위 영역에 포함되는 하판 전극들 중 인접한 하판 전극을 복수로 각각 포함하는 복수의 그룹별로 제2 방향을 따라 순차적으로 제1 전압을 인가할 수 있다.

제1 서브 프레임 동안 제2 방향으로 인접하는 그룹들 간에 제1 전압이 인가되는 시간 간격이 일정할 수 있다.

광 변조 장치는 제1 서브 프레임 동안, 제1 타이밍에 복수의 하판 전극에 제1 전압을 동시에 인가하고, 제1 타이밍에 연속한 제2 타이밍에 복수의 하판 전극에 제1 전압 보다 큰 값을 갖는 제2 전압을 동시에 인가할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 장치의 구동 방법은 영상을 표시하는 표시 패널, 표시 패널 위에 위치하는 위상 지연판, 그리고 위상 지연판 위에 위치하고, 서로 마주하며 복수의 단위 영역을 포함하는 제1판 및 제2판, 및 제1판 및 제2판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하는 광 변조 장치를 포함하는 광학 장치 구동 방법에서, 표시 패널이 제1 서브 프레임 동안 제1 영상을 표시하는 단계, 제1 서브 프레임 동안, 광 변조 장치가 제1판이 포함하고 제1 방향으로 연장되며, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 하판 전극에 제1 구동 신호를 인가하여, 복수의 액정 분자를 제1판 및 제2판의 평면과 평행하도록 기울여 배열하고, 복수의 액정 분자의 장축을 제2 방향과 평행한 방향으로 정렬하는 단계, 표시 패널이 제1 서브 프레임과 연속한 제2 서브 프레임 동안 제2 영상을 표시하는 단계 및 광 변조 장치가 제2 서브 프레임 동안, 복수의 하판 전극에 제1 구동 신호와 다른 제2 구동 신호를 인가하여, 복수의 액정 분자를 제1판 및 제2판의 평면에 수직인 방향으로 기울여 배열하는 단계를 포함한다.

위상 지연판은 사분파장판을 포함하고, 표시 패널은 영상의 빛을 선편광시키는 편광자를 포함하며, 제1판은 제1 배향자를 포함하고, 제2판은 제2 배향자를 포함하며, 제1 배향자의 배향 방향과 제2 배향자의 배향 방향은 서로 실질적으로 평행할 수 있다.

광 변조 장치가 제1 구동 신호를 인가하는 단계는, 단위 영역에 포함되는 하판 전극들에 제2 방향을 따라 순차적으로 제1 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

제2 방향으로 인접하는 하판 전극들 간에 제1 전압이 인가되는 시간 간격이 일정할 수 있다.

광 변조 장치가 제1 구동 신호를 인가하는 단계는, 단위 영역에 포함되는 하판 전극들 중 인접한 하판 전극을 복수로 각각 포함하는 복수의 그룹별로 제2 방향을 따라 순차적으로 제1 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

광 변조 장치가 제1 구동 신호를 인가하는 단계는, 제1 타이밍에 복수의 하판 전극에 제1 전압을 동시에 인가하고, 제1 타이밍에 연속한 제2 타이밍에 복수의 하판 전극에 제1 전압 보다 큰 값을 갖는 제2 전압을 동시에 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면 액정을 포함하는 광 변조 장치에서 액정 분자의 평면상 회전각을 용이하게 조절하여 광 위상을 변조시킬 수 있다.

그리고, 실시 예는 액정 분자의 회전 방향을 다르게 제어하여 광학 변조 장치를 안경식 3차원 영상 표시 장치 등의 광학 장치에 사용할 수 있다.

또한, 실시 예는 이러한 광학 변조 장치를 렌즈로서 기능할 수 있도록 하여 무안경식 3차원 영상 표시 장치 등의 광학 장치에 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 장치의 개략적인 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 구동하는 광학 장치의 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치가 포함하는 제1판 및 제2판에서의 배향 방향을 보여주는 평면도이고,
도 5는 도 3에 도시한 제1판 및 제2판을 합착하는 공정을 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 제1판 및 제2판에 전압차를 부여하지 않았을 때의 액정 분자의 배열을 나타낸 사시도이고,
도 7은 도 6에 도시한 광 변조 장치를 Ⅰ선, Ⅱ 선, 그리고 Ⅲ선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 제1판 및 제2판에 전압차를 부여하였을 때의 액정 분자의 배열을 나타낸 사시도이고,
도 9는 도 8에 도시한 광 변조 장치를 Ⅰ선, Ⅱ 선, 그리고 Ⅲ선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 사시도이고,
도 11는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 구동 신호의 타이밍도이고,
도 12은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 제1판 및 제2판에 전압차가 부여되기 전과 제1스텝의 구동 신호가 인가된 후의 액정 분자의 배열을 나타낸 단면도로서 도 10의 Ⅳ선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치에 제1스텝의 구동 신호를 인가한 후 배열이 안정된 액정 분자의 배열을 나타낸 단면도로서 도 10의 Ⅴ선을 따라 잘라 도시한 단면도 및 그에 대응하는 위상 변화를 나타낸 그래프이고,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치에 제1스텝의 구동 신호를 인가한 후 배열이 안정된 액정 분자의 배열을 나타낸 도면이고,
도 15은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 제1판 및 제2판에 전압차가 부여되기 전과 제1 내지 제3스텝 각각의 구동 신호가 인가된 후의 액정 분자의 배열을 나타낸 단면도로서 도 10의 Ⅳ선을 따라 잘라 도시한 단면도들이고,
도 16 및 도 17는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치에 제1내지 제3스텝의 구동 신호를 차례대로 인가한 후 배열이 안정된 액정 분자의 배열을 나타낸 단면도로서 도 10의 Ⅴ선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 18는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치를 이용하여 구현할 수 있는 렌즈의 원리를 나타낸 도면이고,
도 19 및 도 20은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 구동하는 광학 장치의 분해 사시도이고,
도 21은 본 발명의 다른 실시 예의 일 양태에 따른 광 변조 장치의 구동 신호의 타이밍도이고,
도 22 및 도 23는 본 발명의 다른 실시 예의 일 양태에 따른 광 변조 장치에 하나의 프레임 내의 구동 신호를 차례대로 인가한 후 배열이 안정된 액정 분자의 배열을 나타낸 단면도로서 도 10의 Ⅵ선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 24 및 도 25은 본 발명의 다른 실시 예의 여러 양태에 따른 광 변조 장치의 구동 신호의 타이밍도이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이하의 도면에서 설명하는 실시 예들에서, 광학 장치는 무안경식 3차원 영상 표시 장치 및 안경식 3차원 영상 표시 장치로 동작할 수 있다. 광학 장치는 일 실시 예에 따라 무안경식 3차원 영상 표시 장치로 동작하며, 다른 실시 예에 따라 안경식 3차원 영상 표시 장치로 동작한다.

먼저, 본 발명의 실시 예들에 따른 광 변조 장치를 포함하는 광학 장치의 한 예에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 광학 장치(1)의 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 광학 장치(1)는 3차원 영상 표시 장치로서 표시 패널(300), 위상 지연판(50), 그리고 광 변조 장치(5)를 포함할 수 있다.

표시 패널(300)은 2차원 모드에서 하나의 2차원 영상을 표시할 수 있다. 그리고, 표시 패널(300)은 3차원 모드에서 서로 다른 시점에 대응하는 영상을 공간 분할 또는 시간 분할 방식으로 분할하여 위치적 또는 시간적으로 교대로 표시할 수 있다.

공간 분할 방식의 예로, 하나의 프레임(frame) 동안, 표시 패널(300)의 복수의 화소 중 일부 화소가 어느 한 시점 영상에 대응하는 광을 방출하고, 일부 화소를 제외한 화소들이 다른 시점 영상에 대응하는 광을 방출할 수 있다. 시점의 개수는 2개 이상일 수 있다.

시간 분할 방식의 예로, 표시 패널(300)은 제1 서브 프레임 동안 제1 영상을 표시하고, 제2 서브 프레임 동안 제2 영상을 표시할 수 있다. 연속하는 복수의 프레임(frame) 각각에서 제1 서브 프레임과 제2 프레임은 교대로 배열될 수 있다.

표시 패널(300)은 영상을 표시하기 위한 복수의 전기 소자, 예를 들어 복수의 신호선과 이에 연결되어 있는 복수의 화소를 포함하는 액티브 기판(301), 그리고 액티브 기판(301)에 부착되어 있는 편광자(302)를 포함할 수 있다. 편광자(302)는 입사광을 투과축에 평행한 방향으로 선편광시킨다. 편광자(302)에 의한 선편광 방향은 x축 방향 또는 y축 방향일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 편광자(302)는 액티브 기판(301)과 위상 지연판(50) 사이에 위치할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

표시 패널(300)은 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 표시 패널 또는 액정층을 포함하는 액정 표시 패널 등 다양한 표시 패널일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 패널(300)이 액정 표시 패널인 경우 표시 패널(300)은 액티브 기판(301)의 양쪽 면에 각각 위치하는 한 쌍의 편광자(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 이때 두 편광자의 투과축은 직교할 수 있다.

위상 지연판(phase retardation plate)(50)은 표시 패널(300)의 영상을 표시하는 면 앞쪽에 위치하며 필름 타입(film-type)일 수 있다. 위상 지연판(50)은 투과광에 1/4 파장의 위상 지연을 부여하는 사분파장판(quarter-wave plate)일 수 있다. 표시 패널(300)에서 출사되는 영상의 빛은 선편광되어 있으므로 위상 지연판(50)을 통과하면 원편광된다.

일례로, 위상 지연판(50)은 광축 또는 느린축(slow axis)의 각도가 x축을 기준으로 대략 45도 기울어져 있을 수 있고, 이와 반대일 수도 있다. 본 실시 예에서는 위상 지연판(50)의 느린축이 y축을 기준으로 대략 45도 기울어져 있는 경우를 주로 설명한다.

이 경우 편광자(302)를 통과한 빛이 y축 방향으로 선편광되어 출사되어 위상 지연판(50)을 통과하면 좌원편광된 빛이 나올 수 있다. 이와 달리 편광자(302)를 통과한 빛이 x축 방향으로 선편광되어 출사되어 위상 지연판(50)을 통과하면 우원편광된 빛이 나올 수 있다.

광 변조 장치(5)는 위상 지연판(50)의 앞쪽에 위치하며 스위칭 온/오프될 수 있는 액티브 장치일 수 있다. 광 변조 장치(5)는 턴온되었을 때 x축 방향의 위치에 따라 다른 위상 변화를 나타낼 수 있다. 광 변조 장치(5)는 광학 장치(1)의 영상 표시 방식에 따라 구동 방식이 변경된다.

이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학 장치(1)에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)를 포함하는 광학 장치(1)의 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 표시 패널(300)의 빛은 편광자(302) 및 위상 지연판(50)을 통과하여 광 변조 장치(5)로 입사된다.

이때, 표시 패널(300)은 공간 분할 방식으로 구동하여, 표시 패널(300)의 복수의 화소 중 일부 화소가 어느 한 시점 영상에 대응하는 광을 방출하고, 일부 화소를 제외한 화소들이 다른 시점 영상에 대응하는 광을 방출할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 광 변조 장치(5)는 위상 지연치가 x축 방향에 따라 0부터 2π(radian)까지 변하는 순 위상 경사와 위상 지연치가 x축 방향에 따라 2π(radian)부터 0까지 변하는 역 위상 경사를 형성할 수 있다.

그리고, 광 변조 장치(5)는 x축 방향을 따라 순 위상 경사와 역 위상경사를 교대로 형성할 수 있다. 인접하여 형성된 순 위상 경사와 역 위상 경사는 렌즈를 형성할 수 있다. 따라서, 광 변조 장치(5)는 x축 방향을 따라 복수의 렌즈를 형성할 수 있다.

광 변조 장치(5)를 통과한 표시 패널(300)의 빛은 사용자의 양안으로 각각 입사되어, 사용자는 양안 시차에 의해 3차원 영상을 인식할 수 있다. 이에 대해서는 도 18에서 후술한다.

그러면 앞에서 설명한 도면들과 함께 도 3 내지 도 5를 참조하여 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치가 포함하는 제1판 및 제2판에서의 배향 방향을 보여주는 평면도이고, 도 5는 도 3에 도시한 제1판 및 제2판을 합착하는 공정을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(optical modulation device)(5)는 서로 마주하는 제1판(100) 및 제2판(200), 그리고 그 사이에 위치하는 액정층(3)을 포함한다.

제1판(100)은 유리, 플라스틱 등으로 만들어질 수 있는 제1 기판(110)을 포함할 수 있다. 제1 기판(110)은 강성(rigid) 또는 가요성(flexible)일 수 있으며, 평평하거나 적어도 일부분 휘어 있을 수도 있다.

제1 기판(110) 위에는 복수의 하판 전극(191)이 위치한다. 하판 전극(191)은 도전성 물질을 포함하며 ITO, IZO 등의 투명 도전 물질 또는 금속 등을 포함할 수 있다. 하판 전극(191)은 전압 인가부(도시하지 않음)로부터 전압을 인가받을 수 있고, 인접하거나 서로 다른 하판 전극(191)은 서로 다른 전압을 인가받을 수 있다.

복수의 하판 전극(191)은 일정한 방향, 예를 들어 x축 방향으로 배열되어 있을 수 있으며, 각 하판 전극(191)은 배열된 방향에 수직인 방향, 예를 들어 y축 방향으로 길게 뻗을 수 있다.

이웃한 하판 전극(191) 사이의 공간(space)(G)의 폭은 광 변조 장치의 설계 조건에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 하판 전극(191)의 폭과 그에 인접한 공간(G)의 폭의 비는 대략 N:1 (N은 1 이상의 실수)일 수 있다.

제2판(200)은 유리, 플라스틱 등으로 만들어질 수 있는 제2 기판(210)을 포함할 수 있다. 제2 기판(210)은 강성 또는 가요성일 수 있으며, 평평하거나 적어도 일부분 휘어 있을 수도 있다.

제2 기판(210) 위에는 상판 전극(290)이 위치한다. 상판 전극(290)은 도전성 물질을 포함하며 ITO, IZO 등의 투명 도전 물질 또는 금속 등을 포함할 수 있다. 상판 전극(290)은 전압 인가부(도시하지 않음)로부터 전압을 인가받을 수 있다. 상판 전극(290)은 제2 기판(210) 상에서 통판(whole body)으로 형성되어 있을 수도 있고 패터닝되어 복수의 이격된 부분을 포함할 수도 있다.

액정층(3)은 복수의 액정 분자(31)를 포함한다. 액정 분자(31)는 음의 유전율 이방성(negative dielectric anisotropy)을 가져 액정층(3)에 생성되는 전기장의 방향에 대해 가로지르는(transverse) 방향으로 배열될 수 있다. 액정 분자(31)는 액정층(3)에 전기장이 생성되지 않은 상태에서 제2판(200) 및 제1판(100)에 대해 대략 수직으로 배향되어 있으며, 특정 방향으로 선경사(pre-tilt)를 이룰 수 있다. 액정 분자(31)는 네마틱 액정 분자일 수 있다.

액정층(3)의 셀갭(cell gap)의 높이(d)는 특정 파장(λ)의 빛에 대해 대략 [수학식 1]을 만족할 수 있다. 이에 따르면 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)는 대략 반파장판으로 기능할 수 있고, 회절 격자, 렌즈 등으로 사용 가능하다.

위 [수학식 1]에서 Δnd는 액정층(3)을 통과하는 빛의 위상 지연값이다.

제1판(100)의 안쪽 면에는 제1 배향자(11)가 위치하고, 제2판(200)의 안쪽 면에는 제2 배향자(21)가 위치한다. 제1 배향자(11) 및 제2 배향자(21)는 수직 배향막일 수 있고, 러빙 공정, 광배향 등의 다양한 방법으로 배향력을 가져 제1판(100) 및 제2판(200)에 근접한 액정 분자(31)의 선경사 방향을 결정할 수 있다. 러빙 공정에 의한 경우 수직 배향막은 유기 수직 배향막일 수 있다. 광배향 공정을 이용하는 경우 제1판(100) 및 제2판(200)의 안쪽 면에 감광성 고분자 물질을 포함하는 배향 물질을 도포한 후 자외선 등의 광을 조사하여 광중합 물질을 형성할 수 있다.

도 4를 참조하면 제1판(100) 및 제2판(200)의 안쪽 면에 위치하는 두 배향자(11, 21)의 배향 방향(R1, R2)은 서로 실질적으로 평행(parallel)하다. 또한 각 배향자(11, 21)의 배향 방향(R1, R2)도 일정하다.

제1판(100) 및 제2판(200)의 오정렬(misalign) 마진을 고려할 때 제1판(100)의 제1 배향자(11)의 방위각과 제2판(200)의 제2 배향자(21)의 방위각의 차이는 대략 ±5도일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5를 참조하면, 서로 실질적으로 평행하게 배향된 배향자(11, 21)가 형성된 제1판(100) 및 제2판(200)을 서로 정렬하고 합착하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)를 형성할 수 있다.

도시한 바와 달리 제1판(100)과 제2판(200)의 상하 위치는 바뀔 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면 액정을 포함하는 광 변조 장치(5)의 제1판(100) 및 제2판(200)에 형성된 배향자(11, 21)가 서로 평행하며, 각 배향자(11, 21)의 배향 방향이 일정하므로 광 변조 장치의 배향 공정이 간단해지며 복잡한 배향 공정이 필요 없어 광 변조 장치(5)의 제조 공정을 간단히 할 수 있다. 따라서 배향 불량에 따른 광 변조 장치 또는 이를 포함한 광학 장치의 불량을 방지할 수 있다. 이에 따라 광학 변조 장치의 대형화도 용이하다.

그러면 앞에서 설명한 도면들과 함께 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 동작에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 제1판 및 제2판에 전압차를 부여하지 않았을 때의 액정 분자의 배열을 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시한 광 변조 장치를 Ⅰ선, Ⅱ 선, 그리고 Ⅲ선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치의 제1판 및 제2판에 전압차를 부여하였을 때의 액정 분자의 배열을 나타낸 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시한 광 변조 장치를 Ⅰ선, Ⅱ 선, 그리고 Ⅲ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제1판(100)의 하판 전극(191)과 제2판(200)의 상판 전극(290) 사이에 전압차가 부여되지 않아 액정층(3)에 전기장이 생성되지 않은 경우 액정 분자(31)는 초기의 선경사를 이루며 배열되어 있다. 도 7은 도 6에 도시한 광 변조 장치(5)의 복수의 하판 전극(191) 중 어느 한 하판 전극(191)에 대응하는 Ⅰ선을 따라 잘라 도시한 단면도, 이웃한 두 하판 전극(191) 사이의 공간(G)에 대응하는 Ⅱ선을 따라 잘라 도시한 단면도, 그리고 상기 하판 전극(191)에 인접한 하판 전극(191)에 대응하는 Ⅲ선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 이를 참조하면 액정 분자(31)의 배열은 대략 일정할 수 있다.

도 7 등의 도면에서 액정 분자(31)의 일부가 제1판(100) 또는 제2판(200) 영역에 침투한 것으로 도시되어 있는 부분이 있으나 이는 편의상 그렇게 도시된 것으로 실제 제1판(100) 또는 제2판(200) 영역에 액정 분자(31)가 침투하여 위치하는 것은 아니며, 이는 이후 도면에서도 마찬가지이다.

제1판(100) 및 제2판(200)에 인접한 액정 분자(31)는 배향자(11, 21)의 평행한 배향 방향에 따라 초기 배향되므로 제1판(100)에 인접한 액정 분자(31)의 선경사 방향과 제2판(200)에 인접한 액정 분자(31)의 선경사 방향은 서로 평행하지 않고 반대이다. 즉, 제1판(100)에 인접한 액정 분자(31)과 제2판(200)에 인접한 액정 분자(31)는 단면도 상에서 액정층(3)의 중앙을 따라 가로로 뻗는 가로 중앙선을 기준으로 서로 대칭을 이루는 방향으로 기울어져 있을 수 있다. 예를 들어 제1판(100)에 인접한 액정 분자(31)가 오른쪽으로 기울어져 있으면 제2판(200)에 인접한 액정 분자(31)는 왼쪽으로 기울어져 있을 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 제1판(100)의 하판 전극(191)과 제2판(200)의 상판 전극(290) 사이에 문턱 전압 이상의 전압차가 부여되어 액정층(3)에 전기장이 생성된 직후에는 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(31)는 전기장의 방향에 수직인 방향으로 기울어지려 한다. 따라서 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 액정 분자(31)는 대부분 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 대략 평행하게 기울어져 평면상(in-plane) 배열을 이루며 액정 분자(31)의 장축이 평면상 회전되며 배열된다. 평면상(in-plane) 배열이란 액정 분자(31)의 장축이 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 평행하도록 배열되는 것을 의미한다.

이때 액정 분자(31)의 평면상(in-plane)에서의 회전각, 즉 방위각(azimuthal angle)은 대응하는 하판 전극(191) 및 상판 전극(290)에 인가되는 전압에 따라 달라질 수 있으며, 결국 x축 방향의 위치에 따라 나선형(spiral)으로 변할 수 있다.

그러면 앞에서 설명한 도면들과 함께 도 10 내지 도 17를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)의 구동 방법 및 동작에 대해 설명한다. 그러나, 도 10 내지 도 17에서 설명하는 구동 방법은 광학 장치(1)가 무안경식 입체 영상을 표시하기 위해 광 변조 장치(5)를 구동하는 방법의 일례이므로, 무안경식으로 입체 영상을 표시하기 위한 광 변조 장치(5)의 구동 방법은 이에 한정되지 않는다.

그러면 앞에서 설명한 도면들과 함께 도 10 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)를 이용하여 순 위상경사를 구현하는 방법에 대해 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 액정을 포함하는 광 변조 장치(5)를 도시하며 앞에서 설명한 실시 예와 동일한 구조를 가질 수 있다. 광 변조 장치(5)는 복수의 단위 영역(unit)을 포함하고, 각 단위 영역(unit)은 적어도 하나의 하판 전극(191)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 인가되는 전압에 의해 순 위상 경사 및 역 위상 경사를 포함하는 하나의 렌즈가 형성될 수 있다.

본 실시 예에서는 각 단위 영역(unit)이 하나의 하판 전극(191)을 포함하는 예를 중심으로 설명하며, 이웃한 두 단위 영역(unit)에 각각 위치하는 두 하판 전극(191a, 191b)을 중심으로 살펴본다. 두 하판 전극(191a, 191b)을 각각 제1 전극(191a) 및 제2 전극(191b)이라 한다.

도 12의 위쪽 그림을 참조하면, 제1 및 제2 전극(191a, 191b)과 상판 전극(290)에 전압이 인가되지 않았을 때 액정 분자(31)는 제1판(100) 및 제2판(200)의 평면에 대략 수직인 방향으로 초기 배향되어 있으며, 앞에서 설명한 바와 같이 제1판(100) 및 제2판(200)의 배향 방향에 따라 선경사를 이룰 수 있다. 이때 제1 및 제2 전극(191a, 191b)에 상판 전극(290)의 전압을 기준으로 0Ⅴ의 전압이 인가될 수도 있고, 액정 분자(31)의 배열이 바뀌기 시작하는 문턱 전압(Vth) 이하의 전압이 인가될 수도 있다.

도 11를 참조하면, 먼저 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)가 순 위상경사를 구현하기 위해 한 프레임 동안 이웃한 하판 전극(191a, 191b) 및 상판 전극(290)은 제1스텝(step1)의 구동 신호를 인가받을 수 있다. 제1스텝(step1)에서는 제1판(100)의 하판 전극(191a, 191b)과 제2판(200)의 상판 전극(290) 사이에 전압차가 형성되면서 인접한 제1 전극(191a)과 제2 전극(191b) 사이에도 전압차가 형성된다. 예를 들어 제2 전극(191b)에 인가되는 제2 전압의 절대치의 크기가 제1 전극(191a)에 인가되는 제1 전압의 절대치보다 클 수 있다. 또한 상판 전극(290)에 인가되는 제3 전압은 하판 전극(191a, 191b)에 인가되는 제1 전압 및 제2 전압과 다르다. 예를 들어 상판 전극(290)에 인가되는 제3 전압은 제1 및 제2 전극(191a, 191b)에 인가되는 제1 전압의 절대치 및 제2 전압의 절대치보다 작을 수 있다. 예를 들어 제1 전극(191a)에 5V, 제2 전극(191b)에 6V, 그리고 상판 전극(290)에 0Ⅴ의 전압이 인가될 수 있다.

도시한 바와 달리 단위 영역(unit)이 복수의 하판 전극(191)을 포함하는 경우, 하나의 단위 영역(unit)의 복수의 하판 전극(191)에는 모두 동일한 전압이 인가될 수도 있고 적어도 하나의 하판 전극(191)을 단위로 순차적으로 변하는 전압이 인가될 수도 있다. 이때 이웃한 단위 영역(unit)의 경계를 기준으로 한쪽 단위 영역(unit)의 하판 전극(191)에는 적어도 하나의 하판 전극(191)을 단위로 점차적으로 증가하는 전압이 인가될 수 있고 다른 쪽 단위 영역(unit)의 하판 전극(191)에는 적어도 하나의 하판 전극(191)을 단위로 점차적으로 감소하는 전압이 인가될 수 있다.

모든 단위 영역(unit)의 하판 전극(191)에 인가되는 전압은 상판 전극(290)의 전압을 기준으로 정극성 또는 부극성으로 일정한 극성을 가질 수 있다. 또한 하판 전극(191)에 인가되는 전압의 극성은 적어도 한 프레임을 주기로 반전될 수 있다.

그러면 도 12의 아래쪽 그림 및 도 13과 같이 액정 분자(31)가 액정층(3)에 생성된 전기장에 따라 재배열된다. 구체적으로 액정 분자(31)는 대부분 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 대략 평행하게 기울어져 평면상(in-plane) 배열을 이루며 장축이 평면상 회전되어 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 나선형(spiral) 배열을 이루며, 더 구체적으로 u자형 배열을 이룬다. 액정 분자(31)는 하판 전극(191)의 피치를 주기로 액정 분자(31)의 장축의 방위각이 대략 0도부터 대략 180도까지 변화할 수 있다. 액정 분자(31)의 장축의 방위각이 대략 0도부터 대략 180도까지 변화하는 부분이 하나의 u자형 배열을 형성할 수 있다.

광 변조 장치(5)가 제1스텝(step1)의 구동 신호를 인가받은 후 액정 분자(31)의 배열이 안정화되기까지 일정 시간이 걸릴 수 있으며 순 위상경사를 형성하는 광 변조 장치(5)는 도 11에 도시한 바와 달리 제1스텝(step1)의 구동 신호를 지속적으로 인가받을 수 있다.

도 13을 참조하면, 액정 분자(31)가 x축 방향을 따라 180도 회전하며 배열되는 영역을 하나의 단위 영역(unit)으로 정의할 수 있다. 본 실시 예의 경우 하나의 단위 영역(unit)은 제1 전극(191a) 및 그에 인접하는 제2 전극(191b)과의 사이의 공간(G)을 포함할 수 있다.

일반적으로 반파장판의 광축이 평면상(in-plane) φ만큼 회전(rotation)하면 출력되는 광의 위상은 2φ만큼 변하므로 도 13에 도시한 바와 같이 액정 분자(31)의 장축의 방위각이 180도 변하는 하나의 단위 영역(unit)에서 출사되는 빛의 위상은 x축 방향을 따라 0부터 2π(radian)까지 변한다. 이를 순 위상경사라 하기로 한다. 이러한 위상 변화는 단위 영역(unit)마다 반복될 수 있고, 이러한 광 변조 장치(5)를 이용해 빛의 방향을 바꾸는 렌즈의 순 위상경사 부분을 구현할 수 있다.

이제 앞에서 설명한 도면들, 특히 도 11 내지 도 13과 함께 도 15 내지 도 17를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)를 이용하여 역 위상경사를 구현하는 방법에 대해 설명한다.

도 15의 좌상 그림을 참조하면, 제1 및 제2 전극(191a, 191b)과 상판 전극(290)에 전압이 인가되지 않았을 때 액정 분자(31)는 제1판(100) 및 제2판(200)의 평면에 대략 수직인 방향으로 초기 배향되어 있으며, 앞에서 설명한 바와 같이 제1판(100) 및 제2판(200)의 배향 방향에 따라 선경사를 이룰 수 있다.

앞에서 설명한 도 11를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)가 제1스텝(step1)의 구동 신호를 인가받은 후 일정 시간(예를 들어 50ms)이 지난 후 하판 전극(191a, 191b) 및 상판 전극(290)은 제2스텝(step2)의 구동 신호를 인가받을 수 있다.

제2스텝(step2)에서는 이웃한 제1 전극(191a)과 제2 전극(191b)에 상판 전극(290)에 인가되는 전압을 기준으로 반대 극성의 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어 제1 전극(191a)에는 상판 전극(290)의 전압을 기준으로 -6Ⅴ의 전압이 인가되고 제2 전극(191b)에는 6Ⅴ의 전압이 인가될 수 있고, 이와 반대일 수도 있다.

그러면 도 15의 좌하 그림에 도시한 바와 같이 등전위선(ⅤL)이 형성되고 제1 및 제2 전극(191a, 191b) 사이의 공간(G)에 대응하는 영역(A)의 액정 분자(31)가 기판(100, 200)에 대략 수직인 방향으로 배열되고 평면상 나선형 배열이 깨진다.

제2스텝(step2)의 구간은 예를 들어 20ms일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

도시한 바와 달리 단위 영역(unit)이 복수의 하판 전극(191)을 포함하는 경우, 하나의 단위 영역(unit)의 복수의 하판 전극(191)에는 모두 동일한 전압이 인가될 수도 있고 적어도 하나의 하판 전극(191)을 단위로 순차적으로 변하는 전압이 인가될 수도 있다. 이웃한 단위 영역(unit)의 하판 전극(191)에 인가되는 전압은 상판 전극(290)의 전압을 기준으로 서로 반대의 극성의 전압이 인가될 수 있다. 또한 하판 전극(191)에 인가되는 전압의 극성은 적어도 한 프레임을 주기로 반전될 수 있다.

다음, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)가 제2스텝(step2)의 구동 신호를 인가받은 후 일정 시간(예를 들어 20ms)이 지난 후 하판 전극(191a, 191b) 및 상판 전극(290)은 제3스텝(step3)의 구동 신호를 인가받고 해당 프레임의 나머지 구간 동안 유지할 수 있다.

제3스텝(step3)에서 하판 전극(191a, 191b) 및 상판 전극(290)에 인가되는 전압 레벨은 제1스텝(step1)에서와 유사하나 제1 전극(191a)과 제2 전극(191b)에 인가되는 전압의 상대적인 크기가 반대로 바뀔 수 있다. 즉, 제1스텝(step1)에서 제1 전극(191a)에 인가된 전압이 제2 전극(191b)에 인가된 전압보다 작았다면, 제3스텝(step3)에서는 제1 제1 전극(191a)에 인가된 전압이 제2 전극(191b)에 인가된 전압보다 클 수 있다. 예를 들어 제3스텝(step3)에서 제1 전극(191a)에 10V, 제2 전극(191b)에 6V, 그리고 상판 전극(290)에 0Ⅴ의 전압이 인가될 수 있다.

그러면 도 15의 우하 그림과 같이 액정 분자(31)가 액정층(3)에 생성된 전기장에 따라 재배열된다. 구체적으로 액정 분자(31)는 대부분 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 대략 평행하게 기울어져 평면상(in-plane) 배열을 이루며 장축이 평면상 회전되어 도 16 및 도 17에 도시한 바와 같이 나선형(spiral) 배열을 이루며, 더 구체적으로 n자형 배열을 이룬다. 액정 분자(31)는 하판 전극(191)의 피치를 주기로 액정 분자(31)의 장축의 방위각이 대략 180도부터 대략 0도까지 변화할 수 있다. 액정 분자(31)의 장축의 방위각이 대략 180도부터 대략 0도까지 변화하는 부분이 하나의 n자형 배열을 형성할 수 있다.

광 변조 장치(5)가 제3스텝(step3)의 구동 신호를 인가받은 후 액정 분자(31)의 배열이 안정화되기까지 일정 시간이 걸릴 수 있으며 역 위상경사를 형성하는 광 변조 장치(5)는 제3스텝(step3)의 구동 신호를 지속적으로 인가받을 수 있다.

일반적으로 반파장판의 광축이 평면상(in-plane) φ만큼 회전(rotation)하면 출력되는 광의 위상은 2φ만큼 변하므로 도 16에 도시한 바와 같이 액정 분자(31)의 장축의 방위각이 180도 변하는 하나의 단위 영역(unit)에서 출사되는 빛의 위상은 x축 방향을 따라 2π(radian)부터 0까지 변한다. 이를 역 위상경사라 한다. 이러한 위상 변화는 단위 영역(unit)마다 반복될 수 있고, 이러한 광 변조 장치(5)를 이용해 빛의 방향을 바꾸는 렌즈의 역 위상경사 부분을 구현할 수 있다.

역 위상 경사를 구현하는 방법은 순 위상 경사를 구현하는 방법과 그 원리가 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면 구동 신호의 인가 방법에 따라 액정 분자(31)의 평면상 회전각을 용이하게 조절하여 광 위상을 다양하게 변조시킬 수 있고, 다양한 빛의 회절각을 형성할 수 있다.

도 18는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5) 및 위상 지연판(50)을 이용하여 구현할 수 있는 렌즈의 위치에 따른 위상 변화를 나타낸다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 광 변조 장치(5)에 입사되는 빛의 원편광 방향에 따라 순 위상경사와 역 위상경사를 모두 구현할 수 있으므로 렌즈를 형성할 수 있다. 도 18는 광 변조 장치(5)가 구현할 수 있는 렌즈의 예로서 프레넬 렌즈(Fresnel lens)의 위치에 따른 위상 변화를 나타낸다. 프레넬 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)의 광학적 특성을 이용한 렌즈로서 위상 분포가 주기적으로 반복되어 유효 위상 지연이 고체 볼록 렌즈 또는 그린 렌즈와 동일하거나 유사할 수 있다.

도 18에 도시한 바와 같이 하나의 프레넬 렌즈의 중심(O)을 기준으로 좌측 부분(La)은 x축 방향의 폭이 다를 수 있는 복수의 순 위상경사 영역을 포함하고, 우측 부분(Lb)은 x축 방향의 폭이 다를 수 있는 복수의 역 위상경사 영역을 포함한다. 따라서 프레넬 렌즈의 좌측 부분(La)에 대응하는 광 변조 장치(5)의 부분은 앞에서 설명한 제1스텝(step1)의 구동 신호만을 인가하여 순 위상경사를 형성할 수 있고, 프레넬 렌즈의 우측 부분(Lb)에 대응하는 광 변조 장치(5)의 부분은 앞에서 설명한 제1스텝(step1), 제2스텝(step2) 및 제3스텝(step3)의 구동 신호를 순차적으로 인가하여 역 위상경사를 형성할 수 있다.

프레넬 렌즈의 좌측 부분(La)이 포함하는 복수의 순 위상경사는 위치에 따라 다른 폭을 가질 수 있는데, 이를 위해 각 순 위상경사 부분에 대응하는 광 변조 장치(5)의 하판 전극(191)의 폭 및/또는 한 단위 영역(unit)에 포함되는 하판 전극(191)의 수 등을 적절히 조절할 수 있다. 마찬가지로 프레넬 렌즈의 우측 부분(Lb)이 포함하는 복수의 역 위상경사는 위치에 따라 다른 폭을 가질 수 있는데, 이를 위해 각 역 위상경사 부분에 대응하는 광 변조 장치(5)의 하판 전극(191)의 폭 및/또는 한 단위 영역(unit)에 포함되는 하판 전극(191)의 수 등을 적절히 조절할 수 있다.

하판 전극(191) 및 상판 전극(290)에 인가되는 전압을 조절하면 프레넬 렌즈의 위상 곡률도 변경할 수 있다.

이러한 광학 변조 장치를 렌즈로서 기능할 수 있도록 하여 3차원 영상 표시 장치 등의 광학 장치에 사용할 수 있다.

이하에서는 도 19 내지 도 25을 참조하여, 다른 실시 예에 따라 구동하는 광학 장치(1)에 대해서 설명한다.

도 19 및 도 20은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 구동하는 광학 장치(1)의 분해 사시도이다. 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 광학 장치(1)는 시간 분할 방식으로 입체 영상을 표시할 수 있다. 이때, 사용자는 편광 안경(800)을 통해 양안에 대응하는 영상이 각각 인식한다. 편광 안경(800)은 제1 영상(L)의 편광만을 투과시키는 제1 필터(800L)와, 제2 영상(R)의 편광만을 투과시키는 제2 필터(800R)를 포함한다. 사용자는 양안시차를 통해 표시 패널(300)에 표시된 영상을 3차원으로 인식할 수 있다.

도 19에 도시된 바와 같이, 표시 패널(300)은 제1 영상을 표시할 수 있다. 표시 패널(300)에 표시된 제1 영상의 빛은 편광자(302)를 통과하여 y축 방향으로 선편광된다. 그러면, y축 방향으로 선편광된 제1 영상의 빛이 위상 지연판(50)을 통과하여 좌원편광된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 표시 패널(300)이 제1 영상을 표시하는 동안, 광 변조 장치(5)의 액정 분자(31)는 대부분 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 대략 평행하게 기울어져 평면상 배열을 이루며 액정 분자(31)의 장축이 대부분 같은 방향으로 x축과 평행하게 배열된다.

액정 분자(31)의 장축이 대부분 같은 방향으로 x축과 평행하게 배열 된 광 변조 장치(5)는 표시 패널(300)로부터 입사되는 빛의 편광특성을 변경한다. 예를 들어, 광 변조 장치(5)는 입사되는 빛의 원편광의 방향을 변경한다. 즉, 좌원편광된 제1 영상의 빛은 광 변조 장치(5)를 통과하여 우원편광된다.

그러면, 우원편광된 제1 영상의 빛은 편광 안경(800)의 우안 필터(800R)를 통과하나, 좌안 필터(800L)에 의해 차단되므로, 사용자의 우안에 제1 영상이 인식될 수 있다.

그리고, 도 20에 도시된 바와 같이, 표시 패널(300)은 제2 영상을 표시할 수 있다. 표시 패널(300)에 표시된 제2 영상의 빛은 편광자(302)를 통과하여 y축 방향으로 선편광된다. 그러면, y축 방향으로 선편광된 제2 영상의 빛이 위상 지연판(50)을 통과하여 좌원편광된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 표시 패널(300)이 제2 영상을 표시하는 동안, 광 변조 장치(5)의 액정 분자(31)는 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 수직인 방향으로 기울어진 배열을 이루며 액정 분자(31)의 장축이 대부분 같은 방향으로 배열된다.

액정 분자(31)가 대부분 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 수직인 방향으로 기울어져 배열된 광 변조 장치(5)는 표시 패널(300)로부터 입사되는 빛의 편광특성을 변경하지 않고, 빛을 그대로 통과시킨다.

그러면, 좌원편광된 제2 영상의 빛은 편광 안경(800)의 좌안 필터(800L)를 통과하나, 우안 필터(800R)에 의해 차단되므로, 사용자의 좌안에 제2 영상이 인식될 수 있다.

따라서, 사용자는 편광 안경(800)의 우안 필터(800R)로 입사되는 우원 편광의 제1 영상만을 우안으로 보게 되고, 편광 안경(800)의 좌안 필터(800L)로 입사되는 좌원 편광의 제2 영상만을 좌안으로 보게 된다. 결국, 사용자는 양안 시차로 인해 입체감을 느낄 수 있다.

이하에서는, 도 10, 도 21 내지 도 23를 참조하여 도 19 및 도 20에서 설명한 다른 실시 예의 일 양태에 따라 구동하는 광 변조 장치(5)에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 광 변조 장치(5)는 적어도 하나의 하판 전극(191a~191j)을 포함할 수 있다. 제1 전극(191a) 내지 제10 전극(191j)은 x축 방향을 따라 연속적으로 배열되고, y축 방향으로 연장된다. 본 실시 예에서는 하나의 렌즈에 포함되는 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 구동 신호를 인가하는 예를 중심으로 설명한다.

도 21은 본 발명의 다른 실시 예의 일 양태에 따른 광 변조 장치(5)의 구동 신호의 타이밍도이고, 도 22 및 도 23는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광 변조 장치에 한 프레임 내의 구동 신호를 차례대로 인가한 후 배열이 안정된 액정 분자의 배열을 나타낸 단면도로서 도 10의 Ⅵ선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 한 프레임은 연속하는 제1 서브 프레임 및 제2 서브 프레임을 포함하고, 한 프레임의 프레임 레이트(frame rate)는 60Hz인 것으로 가정한다.

도 21에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 제1 서브 프레임 동안 제1 서브 프레임의 구동 신호가 인가된다. 그리고, 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 인가된 구동 신호는 제1 서브 프레임 동안 유지된다.

구체적으로, 광 변조 장치(5)가 3차원 모드로 구동하게 되면, 제1 서브 프레임 동안 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 순차적으로 제4 전압(V1)이 인가된다. 예를 들어, 제1 시점(T10)에서, 제1 전극(191a)에 제4 전압(V1)이 인가된 후, 제2 시점(T11)에서, 제2 그룹에 제4 전압(V1)이 인가된다. 이때, 상판 전극(290)에 공통 전압(Vcom)이 인가된다.

하판 전극(191a~191j)에 제4 전압(V1)이 인가되는 시간 간격은 일정할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(191a)에 제4 전압(V1)이 인가될 때(T10)부터 제2 전극(191b)에 제4 전압(V1)이 인가될 때까지의 기간(T11)은 제2 전극(191b)에 제4 전압(V1)이 인가될 때(T11)부터 제3 전극(191c)에 제4 전압(V1)이 인가될 때(T12)까지의 기간과 동일하다.

제10 전극(191j)에 제4 전압(V1)이 인가된 후 액정 분자(31)의 배열이 안정화되기까지 일정 시간이 걸릴 수 있다.

상판 전극(290) 및 하판 전극들(191a~191j)에 인가된 전압에 의해 전기장이 형성되어, 도 22에 도시된 바와 같이, 액정 분자(31)는 대부분 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 대략 평행하게 기울어져 평면상(in-plane) 배열을 이루며 액정 분자(31)의 장축이 x축 방향과 평행하도록 배열된다. 액정 분자(31)는 모두 동일한 방향으로 배열된다.

이때, 표시 패널(300)은 제1 서브 프레임 동안 제1 영상을 표시한다. 예를 들어, 표시 패널(300)은 우안 영상(R)을 표시할 수 있다.

표시 패널(300)에 표시된 우안 영상(R)의 빛은 편광자(302)를 통과하여 y축 방향으로 선편광된다. 그러면, y축 방향으로 선편광된 우안 영상(R)의 빛이 위상 지연판(50)을 통과하여 좌원편광된다.

액정 분자(31)의 장축이 대부분 같은 방향으로 x축과 평행하게 배열 된 광 변조 장치(5)는 좌원편광된 우안 영상(R)의 빛을 우원편광으로 변경시킨다.

다음으로, 제1 서브 프레임이 종료되면 제2 서브 프레임이 시작되고, 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 제2 서브 프레임의 구동 신호가 인가된다. 그리고, 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 인가된 구동 신호는 제2 서브 프레임 동안 유지된다.

구체적으로, 광 변조 장치(5)가 3차원 모드로 구동하게 되면, 제1 서브 프레임과 연속하는 제2 서브 프레임 동안 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 동시에 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 전압이 인가된 후 액정 분자(31)의 배열이 안정화되기까지 일정 시간이 걸릴 수 있다.

그러면, 도 23에 도시된 바와 같이, 액정 분자(31)는 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 수직인 방향으로 기울어진 배열을 이루며 액정 분자(31)의 장축이 대부분 같은 방향으로 배열된다. 액정 분자(31)는 모두 동일한 방향으로 배열된다.

이때, 표시 패널(300)은 제2 서브 프레임 동안 제2 영상을 표시한다. 예를 들어, 표시 패널(300)은 좌안 영상(L)을 표시할 수 있다.

표시 패널(300)에 표시된 좌안 영상(L)의 빛은 편광자(302)를 통과하여 y축 방향으로 선편광된다. 그러면, y축 방향으로 선편광된 좌안 영상(L)의 빛이 위상 지연판(50)을 통과하여 좌원편광된다.

액정 분자(31)가 대부분 제1판(100) 또는 제2판(200)의 평면에 수직인 방향으로 기울어져 배열된 광 변조 장치(5)는 표시 패널(300)로부터 입사되는 빛의 편광특성을 변경하지 않고, 좌원편광된 좌안 영상(L)의 빛을 그대로 통과시킨다.

하나의 영상 프레임은 표시 패널(300)이 우안 영상(R)을 표시하는 제1 서브 프레임 및 표시 패널(300)이 좌안 영상(L)을 표시하는 제2 서브 프레임을 포함한다.

제1 서브 프레임 동안 하판 전극(191)에 순차적으로 제4 전압(V1)이 인가되고, 이에 따라 액정 분자(31)가 평면상 배열을 이루게 되므로, 광 변조 장치(5)는 원편광의 방향을 변경할 수 있다. 그러면, 좌원편광된 우안 영상(R)의 빛은 광 변조 장치(5)를 통과함으로써 우원편광되고, 우원편광된 우안 영상(R)의 빛은 편광 안경(800)의 우안 필터(800R)를 통과하므로, 사용자의 우안에 우안 영상(R)이 인식될 수 있다.

제2 서브 프레임 동안 하판 전극(191)에 동시에 공통 전압(Vcom)이 인가되고, 이에 따라 액정 분자(31)가 제1판(100) 및 제2판(200)의 평면과 수직인 배열을 이루게 되므로, 광 변조 장치(5)는 원편광의 방향을 변경하지 않는다. 그러면, 좌원편광된 좌안 영상(L)의 빛은 광 변조 장치(5)를 그대로 통과하고, 좌원편광된 좌안 영상(L)의 빛은 편광 안경(800)의 좌안 필터(800L)를 통과하므로, 사용자의 좌안에 좌안 영상(L)이 인식될 수 있다.

다음으로 도 24 및 도 25을 참조하여 다른 실시 예의 여러 양태에 따른 광 변조 장치(5)의 구동 방법에 대해 설명한다.

도 24 및 도 25은 본 발명의 다른 실시 예의 여러 양태에 따른 광 변조 장치(5)의 구동 신호의 타이밍도이다.

다른 실시 예의 다른 양태에 따른 광 변조 장치(5)의 구동 방법을 살펴보면, 도 24에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 제1 서브 프레임 동안 제1 서브 프레임의 구동 신호가 인가된다. 그리고, 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 인가된 구동 신호는 제1 서브 프레임 동안 유지된다. 이때, 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에는 복수의 전극 단위로 구동 신호가 인가된다.

구체적으로, 광 변조 장치(5)가 3차원 모드로 구동하게 되면, 제1 서브 프레임 동안 제1 내지 제10 전극(191a~191j)을 전극 위치에 따라 복수의 그룹으로 구분하여 순차적으로 제4 전압이 인가된다. 제1 내지 제10 전극(191a~191j)을 인접한 전극끼리 묶어 총 5개의 그룹으로 구분할 수 있다. 예를 들어, x축 방향에 따라 제1 및 제2 전극(191a, 191b)을 제1 그룹으로, 제3 및 제4 전극(191c, 191d)을 제2 그룹으로, 제5 및 제6 전극(191e, 191f)을 제3 그룹으로, 제7 및 제8 전극(191g, 191h)을 제4 그룹으로, 제9 및 제10 전극(191i, 191j)을 제5 그룹으로 구분한다.

그리고, 제1 그룹 내지 제5 그룹에 순차적으로 제4 전압이 인가된다. 예를 들어, 제1 시점(T20)에서, 제1 그룹에 제4 전압(V1)이 인가된 후, 제2 시점(T21)에서, 제2 그룹에 제4 전압(V1)이 인가된다. 이때, 상판 전극(290)에 공통 전압(Vcom)이 인가된다.

제1 그룹 내지 제5 그룹에 제4 전압(V1)이 인가되는 시간 간격은 일정할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극(191a, 191b)에 제4 전압(V1)이 인가될 때(T20)부터 제3 및 제4 전극(191c, 191d)에 제4 전압(V1)이 인가될 때까지의 기간(T21)은 제3 및 제4 전극(191c, 191d)에 제4 전압(V1)이 인가될 때(T21)부터 제5 및 제6 전극(191e, 191f)에 제4 전압(V1)이 인가될 때(T22)까지의 기간과 동일하다.

제5 그룹에 제4 전압(V1)이 인가된 후 액정 분자(31)의 배열이 안정화되기까지 일정 시간이 걸릴 수 있다.

제1 서브 프레임 동안 하판 전극(191)을 복수의 그룹으로 구분하여 순차적으로 제4 전압(V1)이 인가되고, 이에 따라 액정 분자(31)가 평면상 배열을 이루게 되므로, 광 변조 장치(5)는 원편광의 방향을 변경할 수 있다. 그러면, 좌원편광된 우안 영상(R)의 빛은 광 변조 장치(5)를 통과함으로써 우원편광되고, 우원편광된 우안 영상(R)의 빛은 편광 안경(800)의 우안 필터(800R)를 통과하므로, 사용자의 우안에 우안 영상(R)이 인식될 수 있다.

다른 실시 예의 또 다른 양태에 따른 광 변조 장치(5)의 구동 방법을 살펴보면, 도 25에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 제1 서브 프레임 동안 제1 서브 프레임의 구동 신호가 인가된다.

그리고, 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 인가된 구동 신호는 제1 서브 프레임 동안 유지된다. 이때, 모든 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에는 적어도 1회로 값이 변경되는 구동 신호가 함께 인가된다.

구체적으로, 광 변조 장치(5)가 3차원 모드로 구동하게 되면, 제1 서브 프레임 동안 제1 내지 제10 전극(191a~191j) 모두에 제5 전압(V2)이 인가된다. 그리고, 제1 내지 제10 전극(191a~191j) 모두에 제5 전압(V2)이 인가되고 소정 시간 후에, 제1 내지 제10 전극(191a~191j) 모두에 제4 전압(V1)이 인가된다.

예를 들어, 제1 시점(T30)에서, 제1 내지 제10 전극(191a~191j) 모두에 제5 전압(V2)이 동시에 인가된다. 그리고, 제2 시점(T31)에서, 제1 내지 제10 전극(191a~191j) 모두에 제4 전압(V1)이 동시에 인가된다. 이때, 상판 전극(290)에 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 제4 전압(V1)은 제5 전압(V2) 보다 큰 값을 갖는다.

제4 전압(V1)이 인가된 후 액정 분자(31)의 배열이 안정화되기까지 일정 시간이 걸릴 수 있다.

구체적으로, 광 변조 장치(5)가 3차원 모드로 구동하게 되면, 제1 서브 프레임과 연속하는 제2 서브 프레임 동안 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 동시에 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 제1 내지 제10 전극(191a~191j)에 제4 전압(V1)이 인가된 후 액정 분자(31)의 배열이 안정화되기까지 일정 시간이 걸릴 수 있다.

제1 서브 프레임 동안 하판 전극(191) 에는 적어도 1회로 값이 변경되는 구동 신호가 인가되고, 이에 따라 액정 분자(31)가 평면상 배열을 이루게 되므로, 광 변조 장치(5)는 원편광의 방향을 변경할 수 있다. 그러면, 좌원편광된 우안 영상(R)의 빛은 광 변조 장치(5)를 통과함으로써 우원편광되고, 우원편광된 우안 영상(R)의 빛은 편광 안경(800)의 우안 필터(800R)를 통과하므로, 사용자의 우안에 우안 영상(R)이 인식될 수 있다.

도 21, 도 24 및 도 25에서의 구동 방법에 따라, 표시 패널(300)이 하나의 프레임 내에 포함된 복수의 서브 프레임 각각에 서로 다른 시점의 영상을 표시할 때, 광 변조 장치(5)는 입사되는 빛의 원편광 방향을 서브 프레임에 대응하여 변경할 수 있다.

광 변조 장치(5)는 단일의 사용자가 편광 안경(800)을 쓰지 않고 입체 영상을 시청할 때, 반복적으로 순 위상경사와 역 위상경사가 구현되는 프레넬 렌즈로 구동한다.

그리고, 단일의 사용자가 편광 안경(800)을 쓰고 입체 영상을 시청할 때, 광학 장치(1)는 시간 분할 방식으로 입체 영상을 표시할 수 있다. 이때, 광 변조 장치(5)는 서브 프레임에 대응하여 원편광 방향을 변경한다. 단일의 사용자는 편광 안경(800)을 통해 좌안에 좌원편광의 좌안 영상을 인식하고, 우안에 우원편광의 우안영상을 인식한다. 이에 따라 양안시차가 발생하여, 단일의 사용자는 입체 영상을 인식할 수 있다.

또한, 광 변조 장치(5)는 복수의 사용자가 입체 영상을 시청할 때 서브 프레임에 대응하여 원편광 방향을 변경한다. 복수의 사용자 각각은 편광 안경(800)을 통해 좌안에 좌원편광의 좌안 영상을 인식하고, 우안에 우원편광의 우안영상을 인식한다. 이에 따라 양안시차가 발생하여, 복수의 사용자는 입체 영상을 인식할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 광학 장치
3: 액정층
5: 광 변조 장치
11, 21: 배향자
31: 액정 분자
50: 위상 지연판
100: 제1판
110, 210: 기판
191: 하판 전극
200: 제2판
290: 상판 전극
800: 편광 안경

Claims

영상을 표시하는 표시 패널;
상기 표시 패널 위에 위치하는 위상 지연판; 그리고
상기 위상 지연판 위에 위치하고, 서로 마주하며 복수의 단위 영역을 포함하는 제1판 및 제2판, 그리고 상기 제1판 및 상기 제2판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하는 광 변조 장치;
를 포함하고,
상기 제1판은 제1 배향자 및 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 하판 전극을 포함하고, 상기 제2판은 제2 배향자 및 상판 전극을 포함하며,
상기 제1 배향자의 배향 방향과 상기 제2 배향자의 배향 방향은 서로 실질적으로 평행하고,
상기 광 변조 장치는 상기 표시 패널이 제1 서브 프레임 동안 제1 영상을 표시할 때, 상기 복수의 하판 전극에 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 표시 패널이 상기 제1 서브 프레임과 연속한 제2 서브 프레임 동안 제2 영상을 표시할 때, 상기 복수의 하판 전극에 상기 제1 구동 신호와 다른 제2 구동 신호를 인가하는 광학 장치.
제1 항에 있어서,
상기 위상 지연판은 사분파장판을 포함하고,
상기 광 변조 장치는 상기 제1 서브 프레임 동안 상기 위상 지연판을 통과하는 빛의 원편광 방향을 변경하는 광학 장치.
제2 항에 있어서,
상기 광 변조 장치는 상기 제2 서브 프레임 동안 상기 위상 지연판을 통과하는 빛의 원편광 방향을 유지하는 광학 장치.
제3 항에 있어서,
상기 표시 패널은 영상의 빛을 선편광시키는 편광자를 포함하는 광학 장치.
제4 항에 있어서,
상기 제1 서브 프레임 동안 상기 복수의 액정 분자는 상기 제1판 및 상기 제2판의 평면과 평행하도록 기울어져 배열되는 광학 장치.
제5 항에 있어서,
상기 제1 서브 프레임 동안 상기 복수의 액정 분자의 장축은 상기 제2 방향과 평행한 방향으로 정렬되는 광학 장치.
제6 항에 있어서,
상기 제2 서브 프레임 동안 상기 복수의 액정 분자는 상기 제1판 및 상기 제2판의 평면에 수직인 방향으로 기울어져 배열되는 광학 장치.
제4 항에 있어서,
상기 광 변조 장치는 상기 제1 서브 프레임 동안 상기 단위 영역에 포함되는 하판 전극들에 상기 제2 방향을 따라 순차적으로 제1 전압을 인가하는 광학 장치.
제8 항에 있어서,
상기 제1 서브 프레임 동안 상기 제2 방향으로 인접하는 하판 전극들 간에 상기 제1 전압이 인가되는 시간 간격이 일정한 광학 장치.
제4 항에 있어서,
상기 광 변조 장치는 상기 단위 영역에 포함되는 하판 전극들 중 인접한 하판 전극을 복수로 각각 포함하는 복수의 그룹별로 상기 제2 방향을 따라 순차적으로 제1 전압을 인가하는 광학 장치.
제10 항에 있어서,
상기 제1 서브 프레임 동안 상기 제2 방향으로 인접하는 그룹들 간에 상기 제1 전압이 인가되는 시간 간격이 일정한 광학 장치.
제4 항에 있어서,
상기 광 변조 장치는 상기 제1 서브 프레임 동안, 제1 타이밍에 상기 복수의 하판 전극에 제1 전압을 동시에 인가하고, 상기 제1 타이밍에 연속한 제2 타이밍에 상기 복수의 하판 전극에 상기 제1 전압 보다 큰 값을 갖는 제2 전압을 동시에 인가하는 광학 장치.
영상을 표시하는 표시 패널, 상기 표시 패널 위에 위치하는 위상 지연판, 그리고 상기 위상 지연판 위에 위치하고, 서로 마주하며 복수의 단위 영역을 포함하는 제1판 및 제2판, 및 상기 제1판 및 상기 제2판 사이에 위치하며 복수의 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하는 광 변조 장치를 포함하는 광학 장치의 구동 방법에서,
상기 표시 패널이 제1 서브 프레임 동안 제1 영상을 표시하는 단계,
상기 제1 서브 프레임 동안, 상기 광 변조 장치가 상기 제1판이 포함하고 제1 방향으로 연장되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 배열되는 복수의 하판 전극에 제1 구동 신호를 인가하여, 상기 복수의 액정 분자를 상기 제1판 및 상기 제2판의 평면과 평행하도록 기울여 배열하고, 상기 복수의 액정 분자의 장축을 상기 제2 방향과 평행한 방향으로 정렬하는 단계;
상기 표시 패널이 상기 제1 서브 프레임과 연속한 제2 서브 프레임 동안 제2 영상을 표시하는 단계; 및
상기 광 변조 장치가 상기 제2 서브 프레임 동안, 상기 복수의 하판 전극에 상기 제1 구동 신호와 다른 제2 구동 신호를 인가하여, 상기 복수의 액정 분자를 상기 제1판 및 상기 제2판의 평면에 수직인 방향으로 기울여 배열하는 단계;
를 포함하는 광학 장치의 구동 방법.
제13 항에 있어서,
상기 위상 지연판은 사분파장판을 포함하고, 상기 표시 패널은 영상의 빛을 선편광시키는 편광자를 포함하며,
상기 제1판은 제1 배향자를 포함하고, 상기 제2판은 제2 배향자를 포함하며,
상기 제1 배향자의 배향 방향과 상기 제2 배향자의 배향 방향은 서로 실질적으로 평행한 광학 장치의 구동 방법.
제14 항에 있어서,
상기 광 변조 장치가 상기 제1 구동 신호를 인가하는 단계는,
상기 단위 영역에 포함되는 하판 전극들에 상기 제2 방향을 따라 순차적으로 제1 전압을 인가하는 단계를 포함하는 광학 장치의 구동 방법.
제15 항에 있어서,
상기 제2 방향으로 인접하는 하판 전극들 간에 상기 제1 전압이 인가되는 시간 간격이 일정한 광학 장치의 구동 방법.
제14 항에 있어서,
상기 광 변조 장치가 상기 제1 구동 신호를 인가하는 단계는,
상기 단위 영역에 포함되는 하판 전극들 중 인접한 하판 전극을 복수로 각각 포함하는 복수의 그룹별로 상기 제2 방향을 따라 순차적으로 제1 전압을 인가하는 단계를 포함하는 광학 장치의 구동 방법.
제17 항에 있어서,
상기 제1 서브 프레임 동안 상기 제2 방향으로 인접하는 그룹들 간에 상기 제1 전압이 인가되는 시간 간격이 일정한 광학 장치의 구동 방법.
제14 항에 있어서,
상기 광 변조 장치가 상기 제1 구동 신호를 인가하는 단계는,
제1 타이밍에 상기 복수의 하판 전극에 제1 전압을 동시에 인가하고, 상기 제1 타이밍에 연속한 제2 타이밍에 상기 복수의 하판 전극에 상기 제1 전압 보다 큰 값을 갖는 제2 전압을 동시에 인가하는 단계를 포함하는 광학 장치의 구동 방법.