WO2013119068A1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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WO2013119068A1
WO2013119068A1 PCT/KR2013/001016 KR2013001016W WO2013119068A1 WO 2013119068 A1 WO2013119068 A1 WO 2013119068A1 KR 2013001016 W KR2013001016 W KR 2013001016W WO 2013119068 A1 WO2013119068 A1 WO 2013119068A1
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liquid crystal
region
crystal molecules
cholesteric alignment
cholesteric
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PCT/KR2013/001016
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전병건
유수영
박문수
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주식회사 엘지화학
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/07—Polarisation dependent

Definitions

  • the present application relates to a display device.
  • the display device displays a two-dimensional plane image.
  • a display device for displaying 3D stereoscopic images has been developed.
  • the 3D stereoscopic image a pair of 2D planar images are input to both eyes of an observer, and the input images are fused and recognized in the observer's brain.
  • the stereoscopic image display device may be classified into stereoscopic and autostereoscopic according to whether the viewer wears special glasses.
  • the parallax barrier system described in patent document 1 the parallax barrier system described in patent document 2, etc. are mainly used.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2005-0119140
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2003-0088244
  • the present application provides a display device.
  • One embodiment of the present application provides a display device including a display element and a liquid crystal lens panel.
  • the device may be a device capable of displaying a two-dimensional planar image (2D image) and a three-dimensional (3D image).
  • the apparatus may include a display element 20 and a liquid crystal lens panel 10 as shown in FIG. 1 or 2.
  • the apparatus may further include a polarizer between the display element and the liquid crystal lens panel.
  • the apparatus may further include a polarizer and a light source sequentially disposed on the opposite side to the liquid crystal lens panel of the display element.
  • polarizers positioned between the light source and the display element are referred to as first polarizers
  • second polarizers positioned opposite to the first polarizers.
  • the first and second polarizers included in the apparatus are optical elements in which a transmission axis and an absorption axis orthogonal to the transmission axis are formed.
  • the polarizer may transmit only light having a polarization axis parallel to the transmission axis direction of the incident light.
  • angles in this specification when using terms such as vertical, parallel, orthogonal or horizontal, this means substantially vertical, parallel, orthogonal or horizontal in the range that does not impair the desired effect, for example , Error including manufacturing error or variation.
  • the term may include an error within about ⁇ 15 degrees, an error within about ⁇ 10 degrees, or an error within about ⁇ 5 degrees.
  • the absorption axis of the first polarizer and the absorption axis of the second polarizer included in the device may be perpendicular to each other.
  • the transmission axes of the first and second polarizers may also be perpendicular.
  • the light source for example, a direct type or edge type backlight unit (BLU) commonly used in a liquid crystal display (LCD) may be used.
  • BLU edge type backlight unit
  • LCD liquid crystal display
  • various kinds of light sources may be used without limitation.
  • the display element of the device may include an image signal in a driving state, for example, a two-dimensional planar image signal; Alternatively, an image signal including a right eye image signal (hereinafter referred to as an R signal) and a left eye image signal (hereinafter referred to as an L signal) may be generated.
  • the display device may include a right eye image signal generation area (hereinafter, UR area) capable of generating a two-dimensional planar image signal or an R signal in a driving state; And a left eye image signal generation region (hereinafter, UL region) capable of generating a 2D planar image signal or an L signal.
  • the image signal generating area is referred to as the UR area and the UL area.
  • the display device may generate a 2D planar image signal regardless of the name of the area.
  • the display element may be, for example, a region including a transmissive liquid crystal panel or a region formed by the liquid crystal layer of the liquid crystal panel.
  • the transmissive liquid crystal panel may include, for example, a first substrate, a pixel electrode, a first alignment layer, a liquid crystal layer, a second alignment layer, a common electrode, and a second substrate sequentially from the light source side.
  • an active driving circuit including a TFT (Thin Film Transistor), wiring, or the like may be formed as a driving element electrically connected to the transparent pixel electrode.
  • the pixel electrode may include, for example, indium tin oxide (ITO) or the like, and may function as an electrode for each pixel.
  • a 1st or 2nd alignment film can contain materials, such as a polyimide, for example.
  • the liquid crystal layer may include, for example, liquid crystal in a vertical alignment (VA), twisted nematic (TN), super twisted nematic (STN), or in plane switching (IPS) mode.
  • VA vertical alignment
  • TN twisted nematic
  • STN super twisted nematic
  • IPS in plane switching
  • the liquid crystal layer may have a function of transmitting or blocking light from a light source for each pixel by a voltage applied from a driving circuit.
  • the common electrode includes, for example, ITO and can function as a common counter electrode.
  • the display device may include UR and UL regions formed by one or more pixels.
  • a unit pixel including two liquid crystals sealed between the first and second alignment layers or two or more unit pixels may be combined to form the UR or UL region.
  • UR and UL regions may be arranged in the row and / or column direction.
  • 3 is a diagram illustrating an arrangement of exemplary UR and UL regions. As illustrated in FIG. 3, the UR and UL regions have a stripe shape extending in a common direction and may be alternately disposed adjacent to each other. 4 shows another exemplary arrangement, in which the UR and UL regions are alternately arranged adjacent to each other in a lattice pattern.
  • the arrangement of the UR and UL regions is not limited to the arrangement of FIGS. 3 and 4, and various designs known in the art may all be applied.
  • the display element includes a two-dimensional planar image signal by driving pixels of each region in accordance with a signal in a driving state; Alternatively, an image signal including R and L signals may be generated.
  • an image signal including R and L signals by the display element in the apparatus will be described.
  • the light emitted from the light source enters the first polarizer
  • only the light polarized in parallel with the transmission axis of the first polarizer transmits the first polarizer.
  • the transmitted light is incident on the display element, and the light transmitted through the UR region becomes an R signal, and the light transmitted through the UL region may be an L signal.
  • the R and L signals are incident on the second polarizer, only the signal polarized in parallel with the transmission axis of the second polarizer may pass through the second polarizer and enter the liquid crystal lens panel.
  • the polarized signal transmitted through the second polarizer and incident on the liquid crystal lens panel may be a linearly polarized signal.
  • the linearly polarized signal may be polarized in a direction perpendicular to the helix axis of the cholesteric alignment region of the liquid crystal lens panel, which will be described later, and may enter the liquid crystal lens panel.
  • a process of generating a 2D planar image signal by the display device in the apparatus will be described.
  • the light emitted from the light source enters the first polarizer, only the light polarized in parallel with the transmission axis of the first polarizer transmits the first polarizer.
  • the transmitted light is incident on the display element to generate the 2D planar image signal, the light transmitted through the UR region and the light transmitted through the UL region may be the 2D planar image signal.
  • the two-dimensional planar image signal generated as described above is incident on the second polarizer, only a signal polarized in parallel with the transmission axis of the second polarizer may pass through the second polarizer and enter the liquid crystal lens panel.
  • the liquid crystal lens panel may include a lens layer.
  • the lens layer may include a liquid crystal region formed by liquid crystal molecules.
  • the liquid crystal molecules in the liquid crystal region may exhibit dielectric anisotropy ( ⁇ ⁇ 0).
  • dielectric anisotropy may refer to a property in which the dielectric constant in a direction perpendicular to the long axis and the long axis of the liquid crystal molecule is different.
  • the alignment of the liquid crystal molecules may be changed according to the voltage and the intensity of the voltage applied to the lens layer.
  • the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules may have a positive value or a negative value.
  • the positive dielectric constant anisotropy of the liquid crystal molecules means that the dielectric constant in the major axis direction of the liquid crystal molecules is higher than the dielectric constant in the minor axis direction.
  • the negative dielectric constant anisotropy of the liquid crystal molecules means that the dielectric constant in the major axis direction of the liquid crystal molecule is weaker than that in the minor axis direction.
  • the liquid crystal molecules when the liquid crystal molecules have positive dielectric anisotropy, when a voltage is applied to the lens layer, the liquid crystal molecules may be rearranged in the direction in which the voltage is applied.
  • the liquid crystal region may be a region capable of switching to a cholesteric alignment region and a non-cholesteric alignment region.
  • the cholesteric alignment region 300 may include cholesteric aligned liquid crystal molecules as shown in FIG. 5.
  • the cholesteric oriented liquid crystal molecules have a helical structure in which liquid crystal molecules are layered and the directors of the liquid crystal molecules are oriented while being twisted along a helical axis (H). In the helical structure, the distance until the waveguide of the liquid crystal molecules completes the rotation of 360 degrees is referred to as pitch (P).
  • an appropriate voltage may be applied to the lens layer including the cholesteric alignment region, or the applied voltage may be removed to release the cholesteric alignment state while the liquid crystal molecules are aligned in one direction.
  • the cholesteric alignment state is completely solved so that all of the liquid crystal molecules in the liquid crystal region may be aligned in the same direction.
  • the region containing the liquid crystal molecules in this state may be referred to as an cholesteric non-oriented region. That is, as shown in FIG. 6, the cholesteric non-oriented region 300 may be a region in which the entire liquid crystal molecules are aligned in a vertical alignment, a horizontal alignment, or an angle therebetween.
  • the cholesteric oriented region and the non-cholesteric oriented region may be switched with each other by application of a voltage.
  • the region can be switched, for example, to form a cholesteric oriented region or a non-cholesteric oriented region over the entire region. Therefore, when a voltage is applied to the region, the same voltage may be applied to the entire region or the region where the orientation is to be rearranged.
  • the patterning process of the electrode layer for realizing both optical anisotropy and isotropy can be omitted, so that the production can be made in a simple manner.
  • the lens layer may be manufactured by manufacturing a conventional liquid crystal panel.
  • the lens layer in the non-voltage applied state may include a cholesteric alignment region.
  • the cholesteric alignment region may be switched to the non-cholesteric alignment region. Then, when the voltage applied to the lens layer including the cholesteric non-oriented region is removed, the region may be switched to the cholesteric alignment region.
  • the cholesteric alignment region may be a planar alignment region, a homeotropic alignment region or a focal conic alignment region.
  • the planar alignment region may be a region in which the spiral axis of the region is oriented perpendicular to the plane of the lens layer.
  • the homeotropic alignment region may be a region in which the spiral axis of the region is oriented parallel to the plane of the lens layer.
  • the focal cotic alignment region may be a region in which the spiral axis of the region is not perpendicular to the plane of the lens layer and is not horizontal.
  • the cholesteric alignment region can be a homeotropic alignment region.
  • the homeotropic alignment region may be formed such that the spiral axis H of the region is parallel to the surface of the lens layer, as shown in FIG. 5.
  • the homeotropic alignment region may have a periodic refractive index distribution for light linearly polarized perpendicular to the spiral axis of the region.
  • the region may have, for example, a refractive index distribution having a half pitch period.
  • the region may have a refractive index distribution of Equation 1 below.
  • n eff (x) n e n o / (n e 2 cos 2 ⁇ (x) + n o 2 sin 2 ⁇ (x)) 1/2
  • x is an arbitrary number between 0 and P / 2 as coordinates of the cholesteric alignment region, wherein P is the pitch of the cholesteric alignment region, and n eff (x) is at the x point.
  • n e is the extra-ordinary refractive index of the liquid crystal molecules of the cholesteric alignment region
  • n o is the liquid crystal molecules of the cholesteric alignment region It is a normal refractive index
  • ⁇ (x) is the angle of the optical axis of the liquid crystal molecule at the corresponding coordinates with respect to the optical axis of the liquid crystal molecule at the point where x is zero.
  • x has a coordinate value of 0 to P / 2 as coordinates in a direction parallel to the plane of the lens layer in the cholesteric alignment region as shown in FIG. 5.
  • 0 is the coordinate of the point where the pitch of the cholesteric oriented liquid crystal molecules starts, as shown in FIG. 5.
  • the point where the pitch starts may be a point where the long axis of the liquid crystal molecules is formed to be parallel to the surface of the lens layer.
  • P / 2 is the coordinate at which the cholesteric oriented liquid crystal molecules are rotated 180 degrees.
  • ⁇ (x) is the angle of the optical axis of the liquid crystal molecule at the corresponding coordinate x with respect to the optical axis of the liquid crystal molecule at the point where x is 0, ⁇ (0) is zero.
  • the optical axis of the liquid crystal molecule at the point where x is P / 4 rotated 90 degrees from the optical axis of the liquid crystal molecule at the point where x is 0, (theta) (P / 4) is (pi) / 2.
  • the optical axis of the liquid crystal molecule at the point where x is P / 2 rotated 180 degrees from the optical axis of the liquid crystal molecule at the point where x is 0, ⁇ (P / 2) is ⁇ .
  • the cholesteric alignment region may have a normal refractive index at 0 pitch and a half pitch (P / 2) and have a refractive index distribution having an abnormal refractive index at P / 4.
  • the n eff (x) may be, for example, a refractive index measured at point x with respect to light having a wavelength of 550 nm and linearly polarized perpendicular to the spiral axis of the region.
  • the region may act like a lenticular lens.
  • the L and R signals can be split out through the cholesteric alignment region.
  • the cholesteric alignment region has a focal length (F) of 0.1 mm to 100 cm, 0.1 mm to 70 cm, 0.1 mm to 50 cm, 0.1 mm to 30 cm, or 0.1 mm, determined according to Equation 2 below. It can act as a lens that is from 10 cm.
  • Equation 2 P is the pitch of the cholesteric alignment region, d is the thickness of the lens layer, ⁇ n is the abnormal refractive index (n e ) and the normal refractive index (n o ) of the liquid crystal molecules of the cholesteric alignment region Is the difference (n e -n o ).
  • the focal length F may be, for example, a focal length with respect to light linearly polarized perpendicular to the spiral axis of the region. This focal length can be controlled, for example, in view of the viewing distance of the 3D device.
  • the thickness of the lens layer may be adjusted.
  • the pitch of the cholesteric alignment region can be appropriately controlled in consideration of, for example, the pixel size of the display element of the 3D device.
  • the pitch of the cholesteric alignment region may be controlled to about 0.1 ⁇ m to 10 cm, 0.1 ⁇ m to 5 cm, 0.1 ⁇ m to 3 cm, 0.1 ⁇ m to 1 cm, 0.1 ⁇ m to 5000 ⁇ m or 0.1 ⁇ m to 3000 ⁇ m. Can be.
  • the pitch is controlled in the above range, the R and L signals transmitted from the display element may be divided and output through the liquid crystal lens panel.
  • the difference (n e -n o ) between the abnormal refractive index (n e ) and the normal refractive index (n o ) of the liquid crystal molecules in the cholesteric alignment region may be 0.01 to 0.6, 0.1 so that 3D images can be viewed without glasses at a suitable distance. To 0.6 or 0.01 to 0.5.
  • the thickness of the lens layer may be controlled to 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, 0.1 ⁇ m to 50 ⁇ m, 0.1 ⁇ m to 30 ⁇ m, and 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the liquid crystal lens panel may further include a base layer having an electrode layer formed on one surface thereof.
  • the lens layer may be disposed in contact with the electrode layer of the base layer.
  • the liquid crystal lens panel includes two substrate layers 100 and 200 disposed to face each other as illustrated in FIGS. 5 and 6, and an electrode layer is present on one surface of at least one substrate layer among the two substrate layers.
  • the lens layer 300 may be disposed to contact the electrode layer between the opposing base layers.
  • One of the two substrate layers may be referred to as the first substrate layer 100, and the other may be referred to as the second substrate layer 200.
  • the two substrate layers may use the same substrate or different substrates.
  • the base material layer normally used for manufacture of a liquid crystal panel can be used without a restriction
  • a base material layer a glass base material layer, a plastic base material layer, etc.
  • the plastic base layer include cellulose resins such as triacetyl cellulose (TAC) or diacetyl cellulose (DAC); Cyclic olefin polymers (COPs) such as norbornene derivatives; Cyclic olefin copolymer (COC); Acrylic resin such as PMMA (poly (methyl methacrylate); PC (polycarbonate); Polyolefin (PE) or polypropylene (PP); polyvinyl alcohol (PVA); poly ether sulfone (PES); polyetheretherketone (PEEK); PEI polyetherimide); polyester (PEN) such as polyethylenenaphthalate (PEN), polyethyleneterephthalate (PET), polyimide (PI), polysulfone (PSF), or a
  • TAC triacetyl cellulose
  • the base layer may include a sunscreen or a ultraviolet absorber.
  • a sunscreen or absorbent When the sunscreen or absorbent is included in the base layer, deterioration of the lens layer due to ultraviolet rays or the like can be prevented.
  • a salicylic acid ester compound, a benzophenone compound, an oxybenzophenone compound, a benzotriazol compound, a cyanoacrylate compound or a benzoate Organics such as (benzoate) compounds or the like or inorganic materials such as zinc oxide or nickel complex salts may be exemplified.
  • the content of the sunscreen or absorbent in the substrate layer is not particularly limited and may be appropriately selected in consideration of the desired effect.
  • the sunscreen or absorbent may be included in the manufacturing process of the plastic base layer in an amount of about 0.1 wt% to 25 wt% based on the weight ratio of the main material of the base layer.
  • the thickness of the substrate layer is not particularly limited and may be appropriately adjusted according to the intended use.
  • the base material layer may have a single layer or a multilayer structure.
  • a transparent conductive electrode such as indium tin oxide (ITO) may be used.
  • ITO indium tin oxide
  • the liquid crystal lens panel may further include an alignment layer between the base layer and the lens layer.
  • an alignment layer a conventional alignment layer known in the art, for example, an optical alignment layer, an alignment layer of a (nano) imprinting method or a rubbing alignment layer may be used.
  • the alignment film may have an arbitrary configuration, and in some cases, orientation may be provided without the alignment film by rubbing directly on the substrate layer or stretching the substrate layer.
  • a vertical alignment layer may be used as the alignment layer.
  • the vertical alignment layer may be an alignment layer capable of imparting orientation to align adjacent liquid crystal molecules in a direction perpendicular to a plane of the vertical alignment layer.
  • the liquid crystal lens panel may be formed by a method known in the art to satisfy the above conditions.
  • the said panel can be manufactured by facing two base material layers so that an electrode layer may face a base material layer, for example, inject
  • the liquid crystal composition may include all kinds of compositions that may be used to form cholesteric alignment regions.
  • the composition may include a nematic liquid crystal molecule and a chiral agent.
  • Nematic liquid crystal molecules are typically arranged in elongated axial directions, not layered, and arranged in an irregular state of each other.
  • a chiral agent may be added to such nematic liquid crystal molecules to cause a desired spiral pitch.
  • the spiral pitch may be adjusted according to Equation 3 below.
  • Equation 3 P t is the twisting power of the chiral agent, and c is the molar concentration of the chiral agent. Therefore, by using a chiral agent having a large distortion strength or by adjusting the content of the chiral agent high, the pitch of the chiral nematic liquid crystal molecules may be shortened.
  • the nematic liquid crystal molecules may be used in the art without limitation.
  • the compound represented by Chemical Formula 1 may be exemplified as the liquid crystal molecule.
  • A is a single bond, -COO- or -OCO-
  • R 1 to R 10 are each independently hydrogen, halogen, alkyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, cyano group, nitro group, -UQP or Or a pair of two adjacent substituents of R 1 to R 5 or a pair of two adjacent substituents of R 6 to R 10 are connected to each other to form a benzene substituted with -UQP, wherein U is -O-, -COO- or -OCO-, Q is an alkylene group or an alkylidene group, P is an alkenyl group, an epoxy group, a cyano group, a carboxyl group, acryloyl group, methacryloyl group, acrylo Monooxy group or methacryloyloxy group.
  • B is a single bond, -COO- or -OCO-
  • R 11 to R 15 are each independently hydrogen, halogen, alkyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, cyano group, nitro group or -UQP
  • Two adjacent substituents of R 11 to R 15 are connected to each other to form a benzene substituted with -UQP, wherein U is -O-, -COO- or -OCO-, and Q is an alkylene group or an alkylie It is a den group
  • P is an alkenyl group, an epoxy group, a cyano group, a carboxyl group, acryloyl group, methacryloyl group, acryloyloxy group, or methacryloyloxy group.
  • Two substituents adjacent to each other in Formulas 1 and 2 are connected to each other to form benzene substituted with -UQP, which may mean that two adjacent substituents are linked to each other to form a naphthalene skeleton substituted with -UQP as a whole. have.
  • single bond in the above formulas (1) and (2) means a case where no separate atom is present in a portion represented by A or B.
  • A is a single bond in Formula 1
  • benzene on both sides of A may be directly connected to form a biphenyl structure.
  • halogen in Chemical Formulas 1 and 2, fluorine, chlorine, bromine or iodine may be exemplified.
  • alkyl group is a straight or branched chain alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms or 1 to 4 carbon atoms, or 3 to 20 carbon atoms, It may mean a cycloalkyl group having 3 to 16 carbon atoms or 4 to 12 carbon atoms.
  • the alkyl group may be optionally substituted by one or more substituents.
  • alkoxy group may mean an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, 1 to 16 carbon atoms, 1 to 12 carbon atoms, 1 to 8 carbon atoms, or 1 to 4 carbon atoms.
  • the alkoxy group may be linear, branched or cyclic.
  • the alkoxy group may be optionally substituted by one or more substituents.
  • alkylene group or alkylidene group may mean an alkylene group or alkylidene group having 1 to 12 carbon atoms, 4 to 10 carbon atoms or 6 to 9 carbon atoms, unless otherwise specified.
  • the alkylene group or alkylidene group may be linear, branched or cyclic.
  • the alkylene group or alkylidene group may be optionally substituted by one or more substituents.
  • an alkenyl group in the present specification may mean an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, 2 to 16 carbon atoms, 2 to 12 carbon atoms, 2 to 8 carbon atoms, or 2 to 4 carbon atoms, unless otherwise specified.
  • the alkenyl group may be linear, branched or cyclic.
  • the alkenyl group may be optionally substituted by one or more substituents.
  • P may be an acryloyl group, methacryloyl group, acryloyloxy group, or methacryloyloxy group.
  • a substituent other than -UQP or the residue of Formula 2 is, for example, hydrogen, halogen, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, 4 to 12 carbon atoms. It may be a cycloalkyl group, a cyano group, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms or a nitro group.
  • the substituent other than the residue of -UQP or the formula (2) may be chlorine, a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a cycloalkyl group having 4 to 12 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, or a cyano group have.
  • Substituents that may be substituted with a specific compound or functional group in the present specification include alkyl, alkoxy, alkenyl, epoxy, oxo, oxetanyl, mercapto, cyano, carboxyl, acryloyl and methacrylo.
  • Diary, acryloyloxy group, methacryloyloxy group or an aryl group may be exemplified, but is not limited thereto.
  • the chiral agent for causing the spiral pitch in the liquid crystal needs to include at least chirality in the molecular structure.
  • the chiral agent for example, compounds having one or two or more asymmetric carbons, compounds having asymmetric points on heteroatoms such as chiral amines or chiral sulfoxides, or cumulene Or a compound having an axially asymmetric, optically active site with an axial agent such as binaphthol.
  • the chiral agent may be, for example, a low molecular weight compound having a molecular weight of 1,500 or less.
  • a commercially available chiral nematic liquid crystal for example, a chiral dopant liquid crystal S-811 commercially available from Merck or LC756 of BASF may be used.
  • the chiral agent may be used in a ratio of 1 part by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the compound of Formula 1.
  • the spiral twist of the cholesteric alignment region can be effectively induced.
  • the unit weight part may mean a ratio of weight.
  • the cholesteric oriented liquid crystal composition may be part of a coating composition, typically including one or more solvents.
  • a solvent for example, Halogenated hydrocarbons, such as chloroform, dichloromethane, tetrachloroethane, trichloroethylene, tetrachloroethylene, and chlorobenzene; Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, methoxy benzene and 1,2-dimethoxybenzene; Alcohols such as methanol, ethanol, propanol and isopropanol; Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and cyclopentanone; Cellosolves such as methyl cellosolve, ethyl cellosolve and butyl cellosolve; Ethers, such as diethylene glycol dimethyl ether (DEGDME) and dipropylene
  • the liquid crystal composition or the coating composition including the same may further include a polymerizable monomer, a polymer, a dispersant, an initiator, a crosslinking agent, a surfactant, an antioxidant, or an ozone generating agent in a range that does not prevent the alignment of liquid crystal molecules in addition to the above-described components. Can be combined.
  • the coating composition may include various dyes and pigments, if desired, to absorb ultraviolet, infrared or visible light. In some cases, it may be appropriate to add viscosity modifiers such as thickeners and fillers.
  • the cholesteric alignment liquid crystal composition may be injected between the two substrate layers by, for example, various liquid injection methods.
  • the liquid crystal molecules of the injected liquid crystal composition may be aligned to form a lens layer.
  • Orienting the liquid crystal molecules may be performed by, for example, the alignment layer described above.
  • the liquid crystal lens panel can rearrange the alignment of liquid crystal molecules as it is applied to a voltage.
  • the light passing through the region may be divided and output according to the position of the incident light.
  • the device may control the alignment of the region of the liquid crystal lens panel to display a two-dimensional (2D) image and a three-dimensional (3D) image.
  • the liquid crystal lens panel may be disposed to transmit light transmitted from the display element.
  • the liquid crystal lens panel may be arranged such that the half pitch of the cholesteric alignment region corresponds to one pair of the UR and UL regions of the display element, as shown in FIG. 1.
  • the half pitch of the cholesteric alignment regions is arranged so as to correspond to one pair of UR and UL regions such that an image signal generated in the pair of UR and UL regions can be incident within the half pitch of the cholesteric alignment regions.
  • the liquid crystal lens panel may exhibit optical anisotropy and optical isotropy with respect to light linearly polarized in a direction perpendicular to the spiral axis of the cholesteric alignment region according to the application of voltage. Accordingly, the device may display a 2D planar image or a 3D stereoscopic image according to voltage application of the liquid crystal lens panel.
  • the liquid crystal lens panel 10 may include a cholesteric alignment region in a state where a 3D stereoscopic image is displayed.
  • the polarized signal transmitted through the second polarizer may be polarized to enter the liquid crystal lens panel so that the polarization direction of the signal is perpendicular to the spiral axis of the region.
  • the R and L signals generated in the UR and UL regions of the display element 20 may be divided in the cholesteric alignment region and emitted in different directions. In one example, as shown in FIG.
  • the R signal generated in the UR region and the L signal generated in the UL region may be divided while passing through the cholesteric alignment region.
  • the R signal transmitted through the liquid crystal region may be incident on the right eye HR of the observer, and the L signal transmitted through the liquid crystal region may be incident on the left eye HL of the observer. Therefore, the observer can observe a three-dimensional stereoscopic image even without wearing special glasses, for example, shutter glasses or polarized glasses.
  • the liquid crystal lens panel 10 may include an area that is not cholesteric aligned. That is, the liquid crystal lens panel may include a region having optical isotropy with respect to linearly polarized light perpendicular to the spiral axis of the cholesteric alignment region in the driving state for displaying the two-dimensional planar image. Accordingly, the 2D planar image signal generated in the UR and UL regions of the display element 20 may pass through the isotropic region as it is. As a result, the observer can observe the 2D plane image.
  • the device may be implemented by a configuration and a method commonly employed in the art, except that a liquid crystal lens panel may be applied to display a 2D planar image and a 3D stereoscopic image.
  • An exemplary display device of the present application may display a 3D stereoscopic image or a 2D planar image that can be viewed without glasses.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a driving state in which an exemplary display device displays a 3D stereoscopic image.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a driving state in which an exemplary display device displays a 2D planar image.
  • 3 and 4 illustrate exemplary arrangements of the UR region and the UL region.
  • FIG. 5 is a schematic representation of a cross section of an exemplary cholesteric alignment region.
  • FIG. 6 is a schematic representation of a cross section of an exemplary cholesteric non-oriented region.
  • FIG. 7 is a diagram for describing a method of evaluating whether a display device splits and outputs L and R signals in an embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing that the display device of the embodiment splits and outputs L and R signals.
  • a composition containing liquid crystal molecules having a difference (n e -n o ) between the abnormal refractive index n e and the normal refractive index n o was about 0.2.
  • the liquid crystal lens panel was manufactured using the electrode substrate (base material layer in which the electrode layer is formed in one surface) in which the vertical alignment film generally used for manufacture of a liquid crystal panel is formed. Specifically, two substrates including the electrode substrate were disposed to face each other at intervals of about 4.1 ⁇ m, and then the cholesteric alignment liquid crystal composition was injected and manufactured by cholesteric alignment through a conventional liquid crystal injection method. .
  • the lens layer of the liquid crystal lens panel included a homeotropic oriented cholesteric alignment region in a state where no voltage was applied as shown in FIG. 5.
  • the pitch P of the cholesteric alignment region was about 600 ⁇ m, and the thickness of the lens layer 300 was about 4.1 ⁇ m.
  • the liquid crystal molecules have dielectric anisotropy, and thus, when voltage is applied, the liquid crystal molecules are arranged in one direction according to the applied voltage to form a cholesteric non-cholesteric alignment liquid crystal region as shown in FIG. 6.
  • the prepared liquid crystal lens panel was applied as a lenticular lens to a conventional 3D apparatus of a lenticular lens type to manufacture a display device.
  • liquid crystal lens panel in the display device includes a homeotropic oriented cholesteric alignment region, it was evaluated in the following manner to see a three-dimensional stereoscopic image without special glasses.
  • the luminance meter SR-UL2 Spectrometer 50 is disposed at an observation point at which the display device can be observed (any point in contact with the X-ray of FIG. 7). Subsequently, the luminance was measured with a luminance meter while allowing the apparatus to output the L signal. While maintaining the distance to the apparatus, the luminance in each case was measured while moving the luminance meter 50 in the horizontal direction along the X-ray of FIG. The luminance in each of the above cases was measured, and the luminance was defined as the strength of the L signal at each point. Similarly, the luminance was measured in each case while the luminance meter was moved with the apparatus outputting an R signal. The luminance was defined as the strength of the R signal at the point.
  • the measurement angle ⁇ is defined as an angle formed by the imaginary line connecting the point S1 where the Y-line touches the surface of the display element and the center point S2 of the luminance meter to the Y-line in FIG. 7.
  • the measurement angle is defined as a positive value
  • the measurement angle is defined as a negative value.
  • the Y line passes through the center of the device and may be defined as a normal to the face of the device.

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Abstract

본 출원은 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 출원의 예시적인 디스플레이 장치는 안경 없이 감상할 수 있는 3차원 입체 영상을 표시하거나 2차원 평면 영상을 표시할 수 있다.

Description

디스플레이 장치
본 출원은 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 장치는 2차원 평면 영상을 표시한다. 최근 게임 또는 영화 등과 같은 분야에서 3차원 입체 영상에 대한 수요가 증가함에 따라, 3차원 입체 영상을 표시하는 표시 장치가 개발되고 있다. 3차원 입체 영상은 관찰자의 양안에 한 쌍의 2차원 평면 영상들이 입력되고, 관찰자의 뇌에서 상기 입력된 영상들이 융합되어 인식된다.
입체영상 디스플레이 장치(이항, 3D 장치)는 관찰자의 특수 안경의 착용 여부에 따라 안경식(stereo-scopic) 및 비안경식(auto stereo-scopic)으로 구분할 수 있다. 비안경식 장치에서는, 특허문헌 1에 기재되어 있는 패럴렉스 배리어(parallex barrier) 방식 또는 특허문헌 2에 기재되어 있는 렌티큘라 렌즈(lenticular lens) 방식 등이 주로 이용되고 있다.
[특허문헌 1] 대한민국공개특허 제10-2005-0119140호
[특허문헌 2] 대한민국공개특허 제10-2003-0088244호
본 출원은 디스플레이 장치를 제공한다.
본 출원의 하나의 구현예는 표시 소자 및 액정 렌즈 패널을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 장치는 2차원 평면 영상(2 dimensional image, 2D 영상)과 3차원 입체 영상(3 dimensional image, 3D 영상)을 겸용하여 표시할 수 있는 장치일 수 있다.
상기 장치는, 도 1 또는 도 2와 같이, 표시 소자(20) 및 액정 렌즈 패널(10)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 장치는 표시 소자 및 액정 렌즈 패널 사이에 편광자를 추가로 포함할 수 있다. 그리고, 상기 장치는 표시 소자의 액정 렌즈 패널과는 반대측에 순차로 배치된 편광자 및 광원을 추가로 포함할 수 있다. 이하 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 광원 및 표시 소자 사이에 위치하는 편광자는 제 1 편광자로 호칭하고, 제 1 편광자의 반대측에 위치하는 편광자는 제 2 편광자로 호칭한다.
상기 장치에 포함되는 제 1 및 제 2 편광자는 투과축 및 상기 투과축에 직교하는 흡수축이 형성되어 있는 광학 소자이다. 편광자에 빛이 입사되면 편광자는 입사된 빛 가운데 편광자의 투과축 방향과 평행한 편광축을 가지는 빛만을 투과시킬 수 있다. 본 명세서에서 각도를 정의하면서, 수직, 평행, 직교 또는 수평 등의 용어를 사용하는 경우, 이는 목적하는 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 평행, 직교 또는 수평을 의미하는 것으로, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 감안한 오차를 포함하는 것이다. 예를 들면, 상기 용어는, 약 ±15도 이내의 오차, 약 ±10도 이내의 오차 또는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 장치에 포함되는 제 1 편광자의 흡수축과 제 2 편광자의 흡수축은 서로 수직을 이루고 있을 수 있다. 이러한 경우 제 1 및 제 2 편광자의 투과축도 역시 수직을 이루고 있을 수 있다.
광원으로는, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display)에서 통상적으로 사용되는 직하형(direct type) 또는 에지형(edge type)의 백라이트 유닛(BLU; Back Light Unit)을 사용할 수 있다. 광원으로는 상기 외에도 다양한 종류가 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 장치의 표시 소자는, 구동 상태에서 영상 신호, 예를 들면, 2 차원 평면 영상 신호; 또는 우안용 영상 신호(이하, R 신호) 및 좌안용 영상 신호(이하, L 신호)를 포함하는 영상 신호를 생성할 수 있다. 하나의 예시에서 표시 소자는, 구동 상태에서 2차원 평면 영상 신호 또는 R 신호를 생성할 수 있는 우안용 영상 신호 생성 영역(이하, UR 영역); 및 2차원 평면 영상 신호 또는 L 신호를 생성할 수 있는 좌안용 영상 신호 생성 영역(이하, UL 영역)을 포함할 수 있다. 표시 소자에서 영상 신호 생성 영역을 UR 영역 및 UL 영역으로 호칭하지만, 영역의 명칭과 상관 없이 표시 소자는 2차원 평면 영상 신호를 생성할 수 있다.
표시 소자는, 예를 들면, 투과형 액정 패널을 포함하는 영역 또는 상기 액정 패널의 액정층에 의해 형성되는 영역일 수 있다. 투과형 액정 패널은, 예를 들면, 광원측으로부터 순차적으로 제 1 기판, 화소 전극, 제 1 배향막, 액정층, 제 2 배향막, 공통 전극 및 제 2 기판을 포함할 수 있다. 광원측의 제 1 기판에는, 예를 들면, 투명 화소 전극에 전기적으로 접속된 구동 소자로서 TFT(Thin Film Transistor)와 배선 등을 포함하는 액티브형 구동 회로가 형성되어 있을 수 있다. 상기 화소 전극은, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 등을 포함하고, 화소별 전극으로 기능할 수 있다. 또한, 제 1 또는 제 2 배향막은, 예를 들면, 폴리이미드 등의 재료를 포함할 수 있다. 액정층은, 예를 들면, VA(Vertical Alignment), TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic) 또는 IPS(In Plane Switching) 모드의 액정을 포함할 수 있다. 액정층은, 구동 회로로부터 인가되는 전압에 의해서, 광원으로부터의 광을 화소별로 투과 또는 차단하는 기능을 가질 수 있다. 공통 전극은, 예를 들면 ITO 등을 포함하고, 공통의 대향 전극으로 기능할 수 있다.
표시 소자는 하나 이상의 화소(pixel)에 의해 형성되는 UR 및 UL 영역을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 액정 패널에서 제 1 및 제 2 배향막의 사이에 밀봉된 액정을 포함하는 단위 화소 또는 2개 이상의 단위 화소가 조합되어 상기 UR 또는 UL 영역을 형성하고 있을 수 있다.
UR 및 UL 영역은 행 및/또는 열 방향으로 배치되어 있을 수 있다. 도 3은, 예시적인 UR 및 UL 영역의 배치를 나타내는 도면이다. 도 3과 같이, UR 및 UL 영역은 공통 방향으로 연장하는 스트라이프 형상을 가지며, 인접하여 교대로 배치되어 있을 수 있다. 도 4는, 다른 예시적인 배치를 나타내고, UR 및 UL 영역이 격자 패턴으로 서로 인접하여 교대로 배치되어 있다. UR 및 UL 영역의 배치는 도 3 및 4의 배치에 제한되는 것은 아니며, 이 분야에서 알려져 있는 다양한 디자인이 모두 적용될 수 있다.
표시 소자는, 구동 상태에서 신호에 따라 각 영역의 화소를 구동하는 것에 의해서 2차원 평면 영상 신호; 또는 R 및 L 신호를 포함하는 영상 신호를 생성할 수 있다.
하나의 예시로 상기 장치에서 표시 소자가 R 및 L 신호를 포함하는 영상 신호를 생성하는 과정을 설명한다. 예를 들어, 광원에서 출사한 광이 제 1 편광자에 입사하면, 상기 제 1 편광자의 투과축과 평행하게 편광된 광만이 제 1 편광자를 투과한다. 투과된 광이 표시 소자에 입사하여, UR 영역을 투과한 광은 R 신호가 되며, UL 영역을 투과한 광은 L 신호가 될 수 있다. R 및 L 신호가 제 2 편광자에 입사하면, 상기 제 2 편광자의 투과축과 평행하게 편광된 신호만이 상기 제 2 편광자를 투과하여 액정 렌즈 패널에 입사할 수 있다. 하나의 예시에서 제 2 편광자를 투과하여 액정 렌즈 패널에 입사되는 편광된 신호는 직선 편광된 신호일 수 있다. 그리고 상기 직선 편광된 신호는 후술하는 액정 렌즈 패널의 콜레스테릭 배향 영역의 나선축과 수직하는 방향으로 편광되어 액정 렌즈 패널에 입사할 수 있다.
다른 예시로 상기 장치에서 표시 소자가 2차원 평면 영상 신호를 생성하는 과정을 설명한다. 예를 들어, 광원에서 출사한 광이 제 1 편광자에 입사하면, 상기 제 1 편광자의 투과축과 평행하게 편광된 광만이 제 1 편광자를 투과한다. 투과된 광이 표시 소자에 입사하여 2차원 평면 영상 신호를 생성하는 경우에는 UR 영역을 투과한 광 및 UL 영역을 투과한 광은 동일하게 2차원 평면 영상 신호가 될 수 있다. 이렇게 생성된 2차원 평면 영상 신호가 제 2 편광자에 입사하면, 상기 제 2 편광자의 투과축과 평행하게 편광된 신호만이 상기 제 2 편광자를 투과하여 액정 렌즈 패널에 입사할 수 있다.
상기 액정 렌즈 패널은 렌즈층을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 렌즈층은 액정 분자에 의해 형성된 액정 영역을 포함할 수 있다.
상기 액정 영역 내의 액정 분자는 유전율 이방성(Δε ≠ 0)을 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 용어 유전율 이방성은 액정 분자의 장축 방향과 장축에 수직인 방향의 유전율이 다른 성질을 의미할 수 있다.
액정 분자가 유전율 이방성을 가지는 경우 렌즈층에 가해지는 전압 및 그 세기에 따라 액정 분자의 배향이 변경될 수 있다. 액정 분자의 유전율 이방성은 양의 값 또는 음의 값을 가질 수 있다. 액정 분자의 유전율 이방성이 양의 값을 가진다는 것은 액정 분자의 장축 방향의 유전율이 단축 방향의 유전율 보다 세다는 의미이다. 그리고, 액정 분자의 유전율 이방성이 음의 값을 가진다는 것은 액정 분자의 장축 방향의 유전율이 단축 방향의 유전율 보다 약하다는 의미이다. 하나의 예시에서 액정 분자가 양의 유전율 이방성을 가지는 경우, 렌즈층에 전압이 인가되면, 상기 액정 분자는 전압의 인가된 방향으로 재배열될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 액정 영역은 콜레스테릭 배향 영역 및 콜레스테릭 배향되지 않은 영역으로 상호 스위칭될 수 있는 영역일 수 있다.
상기 콜레스테릭 배향 영역(300)은, 도 5와 같이 콜레스테릭 배향된 액정 분자를 포함할 수 있다. 콜레스테릭 배향된 액정 분자는, 액정 분자가 층을 이루며, 상기 액정 분자의 도파기(director)가 나선축(helical axis, H)을 따라 꼬이면서 배향한 나선형 구조를 가진다. 상기 나선형 구조에서 액정 분자의 도파기가 360도의 회전을 완성하기까지의 거리를 피치(pitch, P)라고 호칭한다.
어느 한 시점에서 콜레스테릭 배향 영역을 포함하는 렌즈층에 적절한 전압을 인가하거나, 또는 인가된 전압을 제거하여 액정 분자가 한 방향으로 정렬하면서 콜레스테릭 배향 상태가 풀릴 수 있다. 그리고, 콜레스테릭 배향 상태가 완전히 풀려 액정 영역의 액정 분자가 모두 동일 방향으로 정렬될 수 있다. 이러한 상태의 액정 분자를 포함하는 영역을 콜레스테릭 배향되지 않은 영역이라 할 수 있다. 즉, 상기 콜레스테릭 배향되지 않은 영역(300)은, 도 6과 같이, 액정 분자 전체가 수직 배향, 수평 배향 또는 그 사이의 각도로 배향된 영역일 수 있다.
상기 콜레스테릭 배향 영역 및 콜레스테릭 배향되지 않은 영역은 전압의 인가에 의하여 상호 스위칭될 수 있다. 상기 영역은, 예를 들면, 전 영역에 걸쳐 콜레스테릭 배향 영역 또는 콜레스테릭 배향되지 않은 영역을 형성하도록 스위칭될 수 있다. 따라서, 상기 영역에 전압을 인가하는 경우에는 전체 영역 또는 배향을 재배열하고자 하는 영역에 동일한 전압을 인가할 수 있다. 그 결과, 광학 이방성 및 등방성을 모두 구현하기 위한 전극층의 패턴화 공정을 생략할 수 있어 간소한 방식으로 제작이 가능하다. 또한, 기존의 액정 패널을 제조하는 방식으로 렌즈층을 제조할 수 있다.
하나의 예시에서 전압 비인가 상태의 렌즈층은 콜레스테릭 배향 영역을 포함할 수 있다. 상기 렌즈층에 콜레스테릭 배향 상태가 완전히 풀릴 정도의 전압을 인가하면, 콜레스테릭 배향 영역은 콜레스테릭 배향되지 않은 영역으로 스위칭될 수 있다. 그리고, 콜레스테릭 배향되지 않은 영역을 포함하는 렌즈층에 인가된 전압을 제거하면, 상기 영역은 콜레스테릭 배향 영역으로 스위칭될 수 있다.
상기 콜레스테릭 배향 영역은 플래너(planar) 배향 역역, 호메오트로픽(homeotropic) 배향 영역 또는 포컬 코틱(focal conic) 배향 영역일 수 있다. 상기 플래너 배향 영역은 상기 영역의 나선축이 렌즈층의 면에 수직한 상태로 배향되어 있는 영역일 수 있다. 상기 호메오트로픽 배향 영역은 상기 영역의 나선축이 렌즈층의 면에 평행한 상태로 배향되어 있는 영역일 수 있다. 그리고 포컬 코틱 배향 영역은 상기 영역의 나선축이 렌즈층의 면에 수직하지 않고, 수평하지도 않은 상태로 배향되어 있는 영역일 수 있다. 하나의 예시에서 콜레스테릭 배향 영역은 호메오트로픽 배향 영역일 수 있다. 호메오트로픽 배향 영역은, 상기 영역의 나선축(H)이, 도 5와 같이, 렌즈층의 면에 평행하도록 형성되어 있을 수 있다.
호메오트로픽 배향 영역은 상기 영역의 나선축과 수직하게 선편광된 광에 대하여 주기적인 굴절률 분포를 가질 수 있다. 상기 영역은, 예를 들면, 반피치(1/2 pitch)를 주기로 하는 굴절률 분포를 가질 수 있다. 하나의 예시에서 상기 영역은 하기 수식 1의 굴절률 분포를 가질 수 있다.
[수식 1]
neff(x) = neno / (ne 2 cos2θ(x) + no 2 sin2θ(x))1/2
상기 수식 1에서, x는 콜레스테릭 배향 영역의 좌표로서 0 내지 P/2 사이의 임의의 수이고, 상기에서 P는 콜레스테릭 배향 영역의 피치이며, neff(x)은 x 지점에서의 상기 선편광된 광에 대한 콜레스테릭 배향 영역의 굴절률이고, ne는 콜레스테릭 배향 영역의 액정 분자의 이상 굴절률(extra-ordinary refractive index)이며, no는 콜레스테릭 배향 영역의 액정 분자의 정상 굴절률(ordinary refractive index)이고, θ(x)는, x가 0인 지점에서의 액정 분자의 광축에 대한 해당 좌표에서의 액정 분자의 광축의 각도이다.
상기에서 x는, 도 5와 같이, 콜레스테릭 배향 영역에서 렌즈층의 면에 평행한 방향의 좌표로서 0 내지 P/2의 좌표값을 갖는다. 상기 0은, 도 5와 같이, 콜레스테릭 배향된 액정 분자의 피치가 시작하는 지점의 좌표이다. 하나의 예시에서 상기 피치가 시작하는 지점은 상기 액정 분자의 장축이 렌즈층의 면과 수평하게 형성된 지점일 수 있다. P/2는 콜레스테릭 배향된 액정 분자가 180도 회전한 지점의 좌표이다.
상기에서 θ(x)는, x가 0인 지점에서의 액정 분자의 광축에 대한 해당 좌표(x)에서의 액정 분자의 광축의 각도이므로, θ(0)은 0이다. 그리고, x가 P/4인 지점에서의 액정 분자의 광축은 x가 0인 지점에서의 액정 분자의 광축으로부터 90도 회전하였으므로, θ(P/4)는 π/2이다. 또한, x가 P/2인 지점에서의 액정 분자의 광축은 x가 0인 지점에서의 액정 분자의 광축으로부터 180도 회전하였으므로, θ(P/2)는 π이다.
θ(0) = 0, θ(P/4) = π/2 및 θ(P/2) = π를 상기 수식 1에 대입하면, neff(0) = neff(P/2) = no이고, neff(P/4) = ne인 값을 얻을 수 있다. 즉, 콜레스테릭 배향 영역은 0피치와 반피치(P/2)에서 정상 굴절률을 가지고, P/4에서 이상 굴절률을 가지는 굴절률 분포를 가질 수 있다. 상기 neff(x)은, 예를 들면, 550 nm의 파장을 가지고, 상기 영역의 나선축과 수직하게 선편광된 광에 대하여 x 지점에서 측정한 굴절률일 수 있다.
콜레스테릭 배향 영역의 반피치 내에서의 굴절률 분포를 상기 수식 1에 따라 조절하면, 상기 영역은 렌티큘라 렌즈와 같이 작용할 수 있다. 따라서, 콜레스테릭 배향 영역을 통하여 L 및 R 신호가 분할하여 배출될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 콜레스테릭 배향 영역은 하기 수식 2에 따라 결정되는 초점 거리(F)가 0.1 mm 내지 100 cm, 0.1 mm 내지 70 cm, 0.1 mm 내지 50 cm, 0.1 mm 내지 30 cm 또는 0.1 mm 내지 10 cm인 렌즈로서 작용할 수 있다.
[수식 2]
F = P2/(32×d×△n)
상기 수식 2에서 P는, 콜레스테릭 배향 영역의 피치이고, d는 렌즈층의 두께이며, △n는, 콜레스테릭 배향 영역의 액정 분자의 이상 굴절률(ne)과 정상 굴절률(no)의 차이(ne-no)이다.
상기 초점 거리(F)는, 예를 들면, 상기 영역의 나선축과 수직하게 선편광된 광에 대한 초점 거리일 수 있다. 이러한 초점 거리는, 예를 들면, 3D 장치의 시청 거리를 감안하여 제어될 수 있다. 또한, 초점 거리(F)를 제어하기 위하여 콜레스테릭 배향 영역의 피치 또는 복굴절률; 또는 렌즈층의 두께 등이 조절될 수 있다.
상기 콜레스테릭 배향 영역의 피치는, 예를 들면, 3D 장치의 표시 소자의 화소 크기 등을 고려하여 적절하게 제어될 수 있다. 하나의 예시에서 콜레스테릭 배향 영역의 피치는 0.1㎛ 내지 10 cm, 0.1㎛ 내지 5 cm, 0.1㎛ 내지 3 cm, 0.1㎛ 내지 1 cm, 0.1㎛ 내지 5000㎛ 또는 0.1㎛ 내지 3000㎛정도로 제어될 수 있다. 상기 피치를 상기 범위로 제어하는 경우 표시 소자로부터 전달된 R 및 L 신호가 액정 렌즈 패널을 통하여 분할되어 출사될 수 있다.
또한, 적절한 거리에서 안경 없이 3D 영상을 시청할 수 있도록 콜레스테릭 배향 영역의 액정 분자의 이상 굴절률(ne)과 정상 굴절률(no)의 차이(ne-no)를 0.01 내지 0.6, 0.1 내지 0.6 또는 0.01 내지 0.5의 범위로 제어할 수 있다. 또한, 상기 장치의 적절한 시청 거리를 확보하기 위하여, 렌즈층의 두께를 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 30 ㎛, 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛로 제어할 수 있다.
액정 렌즈 패널은 일면에 전극층이 형성되어 있는 기재층을 추가로 포함할 수 있다. 그리고, 렌즈층은 상기 기재층의 전극층과 접하여 배치되어 있을 수 있다.
하나의 예시에서 액정 렌즈 패널은 도 5 및 도 6과 같이 대향 배치되어 있는 2장의 기재층(100, 200)을 포함하고, 상기 2장의 기재층 중 적어도 하나의 기재층의 일면에 전극층이 존재하며, 렌즈층(300)이 상기 대향 배치되어 있는 기재층의 사이에 상기 전극층과 접하도록 배치될 수 있다. 상기 2장의 기재층에서 어느 하나는 제 1 기재층(100)으로 호칭하고, 다른 하나를 제 2 기재층(200)으로 호칭할 수 있다. 상기 2개의 기재층은 동일한 기재를 사용할 수 있고, 또는 상이한 기재를 사용할 수 있다.
상기 기재층으로는, 액정 패널의 제조에 통상적으로 사용되는 기재층을 제한 없이 사용할 수 있다. 기재층으로는, 예를 들면, 유리 기재층 또는 플라스틱 기재층 등을 예시할 수 있다. 플라스틱 기재층으로는, 예를 들면, TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose) 등과 같은 셀룰로오스 수지; 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclic olefin polymer); COC(cyclic olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate) 등의 아크릴 수지; PC(polycarbonate); PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등의 폴리올레핀; PVA(polyvinyl alcohol); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketone); PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenenaphthalate); PET(polyethyleneterephthalate) 등의 폴리에스테르; PI(polyimide); PSF(polysulfone); 또는 불소 수지 등을 포함하는 시트 또는 필름이 예시될 수 있다. 상기 플라스틱 기재층은, 광학적으로 등방성이거나 혹은 이방성일 수 있다.
상기 기재층은, 자외선 차단제 또는 자외선 흡수제를 포함할 수 있다. 자외선 차단제 또는 흡수제를 기재층에 포함시키면, 자외선에 의한 렌즈층의 열화 등을 방지할 수 있다. 자외선 차단제 또는 흡수제로는, 살리실산 에스테르(salicylic acid ester) 화합물, 벤조페논(benzophenone) 화합물, 옥시벤조페논(oxybenzophenone) 화합물, 벤조트리아졸(benzotriazol) 화합물, 시아노 아크릴레이트(cyanoacrylate) 화합물 또는 벤조에이트(benzoate) 화합물 등과 같은 유기물 또는 산화아연(zinc oxide) 또는 니켈 착염(nickel complex salt) 등과 같은 무기물이 예시될 수 있다. 기재층 내의 자외선 차단제 또는 흡수제의 함량은 특별히 제한되지 않고, 목적 효과를 고려하여 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 플라스틱 기재층의 제조 과정에서 상기 자외선 차단제 또는 흡수제를, 기재층의 주재료에 대한 중량 비율로 약 0.1 중량% 내지 25 중량% 정도로 포함시킬 수 있다.
기재층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 용도에 따라서 적절하게 조절될 수 있다. 기재층은, 단층 또는 다층 구조일 수 있다.
상기 기재층의 일면에 존재하는 전극층으로는, 예를 들면, ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 도전성 전극이 사용될 수 있다.
상기 액정 렌즈 패널은 기재층과 렌즈층의 사이에 배향막을 추가로 포함할 수 있다. 상기 배향막으로는, 이 분야에서 공지되어 있는 통상의 배향막, 예를 들면, 광배향막, (나노) 임프린팅 방식의 배향막 또는 러빙 배향막 등이 사용될 수 있다. 상기 배향막은 임의적인 구성이며, 경우에 따라서는, 기재층에 직접 러빙하거나 기재층을 연신하는 방식으로 배향막 없이 배향성을 부여할 수도 있다.
하나의 예시에서 상기 콜레스테릭 배향 영역이 호메오트로픽 배향 영역인 경우, 상기 배향막으로 수직 배향막을 사용할 수 있다. 상기 수직 배향막은 인접하는 액정 분자를 수직 배향막의 면에 수직하는 방향으로 배향하도록 배향성을 부여할 수 있는 배향막일 수 있다.
상기 액정 렌즈 패널은 상술한 조건을 만족하도록 당 업계에 알려진 방법에 의하여 형성할 수 있다. 상기 패널은, 예를 들면, 2 장의 기재층을 전극층이 기재층과 마주보도록 대향하고, 상기 2장의 기재층 사이에 액정 조성물을 주입하고, 배향하여 렌즈층을 형성함으로써 제조할 수 있다.
상기 액정 조성물은 콜레스테릭 배향 영역을 형성하기 위하여 사용될 수 있는 모든 종류의 조성물이 포함될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 조성물은, 네마틱 액정 분자 및 키랄제를 포함할 수 있다. 네마틱 액정 분자는 통상적으로 기다란 축 방향으로 배열되고, 층을 이루지는 않으며, 서로의 위치가 불규칙한 상태로 배열한다. 이러한 네마틱 액정 분자에 키랄제를 첨가하여 목적하는 나선 피치를 유발할 수 있다. 이때, 나선 피치는 하기 수식 3에 따라 조절될 수 있다.
[수식 3]
P = 1 / (Pt·c)
상기 수식 3에서 Pt는 키랄제의 뒤틀림 세기(twisting power)이고, c는 키랄제의 몰농도이다. 따라서 뒤틀림 세기가 큰 키랄제를 사용하거나 키랄제의 함량을 높게 조절하면, 키랄 네마틱 액정 분자의 피치를 짧게 만들 수 있다.
상기 네마틱 액정 분자는 당 업계에서 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 액정 분자로는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이 예시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2013001016-appb-I000001
상기 화학식 1에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -U-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
[화학식 2]
Figure PCTKR2013001016-appb-I000002
상기 화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -U-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 U는 -O-, -COO- 또는 -OCO-이며, Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이고, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이다.
상기 화학식 1 및 2에서 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -U-Q-P로 치환된 벤젠을 형성한다는 것은, 인접하는 2개의 치환기가 서로 연결되어 전체적으로 -U-Q-P로 치환된 나프탈렌 골격을 형성하는 것을 의미할 수 있다.
상기 화학식 2에서 B의 좌측의 부호
Figure PCTKR2013001016-appb-I000003
는, B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되어 있음을 의미할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 용어 단일 결합은, A 또는 B로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, 화학식 1에서 A가 단일 결합인 경우, A의 양측의 벤젠이 직접 연결되어 비페닐(biphenyl) 구조를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.
본 명세서에서 용어 알킬기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기 또는 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
본 명세서에서 용어 알콕시기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 용어 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 알케닐기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 화학식 1 및 2에서 P는 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기일 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 -U-Q-P 또는 화학식 2의 잔기를 포함하는 경우 상기 -U-Q-P 또는 화학식 2의 잔기는, 예를 들면, R1, R8 또는 R13의 위치에 존재할 수 있고, 예를 들면, 상기는 1개 또는 2개가 존재할 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 화합물 또는 화학식 2의 잔기에서 -U-Q-P 또는 화학식 2의 잔기 이외의 치환기는 예를 들면, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 시아노기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기 또는 니트로기일 수 있다. 다른 예시에서 상기 -U-Q-P 또는 화학식 2의 잔기 이외의 치환기는 염소, 탄소수 1 내지 4의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기 또는 시아노기일 수 있다.
본 명세서에서 특정 화합물 또는 관능기에 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 에폭시기, 옥소기, 옥세타닐기, 머캅토기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기에서 키랄제(chiral agent)로는, 상기 액정의 액정성, 예를 들면, 네마틱 규칙성을 손상시키지 않고, 목적하는 나선 피치를 유발할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 액정에 나선 피치를 유발하기 위한 키랄제는 분자 구조 중에 키랄리티(chirality)를 적어도 포함할 필요가 있다. 키랄제로는, 예를 들면, 1개 또는 2개 이상의 비대칭 탄소(asymmetric carbon)를 가지는 화합물, 키랄 아민 또는 키랄 술폭시드 등의 헤테로원자 상에 비대칭점(asymmetric point)이 있는 화합물 또는 크물렌(cumulene) 또는 비나프톨(binaphthol) 등의 축부제를 가지는 광학 활성인 부위(axially asymmetric, optically active site)를 가지는 화합물이 예시될 수 있다. 상기 키랄제는 예를 들면 분자량이 1,500 이하인 저분자 화합물일 수 있다. 예를 들면, 키랄제로는, 시판되는 키랄 네마틱 액정, 예를 들면, Merck사에서 시판되는 키랄 도판트 액정 S-811 또는 BASF사의 LC756 등을 사용할 수도 있다.
상기 키랄제는 화학식 1의 화합물 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 10 중량부의 비율로 사용될 수 있다. 키랄제의 함량을 상기와 같이 조절함으로써, 콜레스테릭 배향 영역의 나선형 비틀림을 효과적으로 유도할 수 있다. 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 단위 중량부는 중량의 비율을 의미할 수 있다.
콜레스테릭 배향 액정 조성물은 전형적으로 하나 이상의 용매를 포함하는 코팅 조성물의 일부일 수 있다. 용매로는, 예를 들면, 클로로포름, 디클로로메탄, 테트라클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌 및 클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소류; 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메톡시 벤젠 및 1,2-디메톡시벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 이소프로판올 등의 알코올류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 및 시클로펜타논 등의 케톤류; 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브 및 부틸셀로솔브 등의 셀로솔브류; 디에틸렌글리콜 디메틸에테르(DEGDME) 및 디프로필렌글리콜 디메틸에테르(DPGDME)등의 에테르류 등을 들 수 있다. 또한, 상기 용매의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 코팅 효율이나 건조 효율 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
상기 액정 조성물 또는 이를 포함하는 코팅 조성물에는 상술한 성분 외에 액정 분자의 배향을 방해하지 않는 범위 내에서 중합성 모노머, 폴리머, 분산제, 개시제, 가교제, 계면 활성제, 산화방지제 또는 오존발생방지제 등이 추가로 배합될 수 있다. 추가로, 코팅 조성물은 원한다면 자외선, 적외선 또는 가시광선을 흡수하기 위해 다양한 염료 및 안료를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 증점제 및 충진제와 같은 점도 개질제를 첨가하는 것이 적절할 수 있다.
콜레스테릭 배향 액정 조성물은, 예를 들면, 각종 액체 주입 방법에 의해 상기 2장의 기재층 사이에 주입될 수 있다. 그리고 주입된 액정 조성물의 액정 분자는 배향되어 렌즈층을 형성할 수 있다. 액정 분자를 배향하는 것은, 예를 들면, 전술한 배향막에 의하여 수행될 수 있다.
액정 렌즈 패널은, 전압에 인가에 따라 액정 분자의 배향을 재배열할 수 있다. 하나의 예시에서 도 5와 같이 렌즈층이 콜레스테릭 배향 영역을 포함하는 상태에서는 입사되는 광의 위치에 따라 상기 영역을 투과하는 광은 분할되어 출사될 수 있다. 다른 예시에서 도 6과 같이 렌즈층이 콜레스테릭 배향되지 않은 영역을 포함하는 상태에서는 입사되는 광의 위치와 상관 없이 상기 영역을 투과하는 광은 그대로 출사될 수 있다. 이에 따라, 상기 장치는 액정 렌즈 패널의 상기 영역의 배향을 제어하여 2차원 평면 영상(2 dimensional image, 2D 영상) 및 3차원 입체 영상(3 dimensional image, 3D 영상)을 겸용하여 표시할 수 있다.
상기 액정 렌즈 패널은, 도 1 및 도 2와 같이, 상기 표시 소자로부터 전달되는 광이 투과될 수 있도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 액정 렌즈 패널은, 도 1과 같이, 콜레스테릭 배향 영역의 반피치가 상기 표시 소자의 UR 및 UL 영역의 1 쌍과 대응되도록 배열될 수 있다. 콜레스테릭 배향 영역의 반피치가 UR 및 UL 영역의 1 쌍과 대응되도록 배열되는 것은 1 쌍의 UR 및 UL 영역에서 생성된 영상 신호가 상기 콜레스테릭 배향 영역의 반피치 내에 입사될 수 있는 배열을 의미하는 것이고, 반드시 1 쌍의 UR 및 UL 영역; 및 콜레스테릭 배향 영역의 반피치가 동일한 위치 및 크기로 형성되어야 하는 것을 의미하는 것은 아니다.
액정 렌즈 패널은, 콜레스테릭 배향 영역의 나선축과 수직한 방향으로 선편광된 광에 대하여, 전압의 인가에 따라 광학 이방성 및 광학 등방성의 성질을 나타낼 수 있다. 이에 따라 액정 렌즈 패널의 전압 인가에 따라 상기 장치가 2차원 평면 영상을 시현하거나 3차원 입체 영상을 시현할 수 있다.
상기 장치가 3차원 입체 영상을 시현하는 구동 과정을 설명한다. 도 1과 같이, 액정 렌즈 패널(10)은 3차원 입체 영상을 시현하고 있는 상태에서는 콜레스테릭 배향 영역을 포함할 수 있다. 그리고 제 2 편광자를 투과한 편광된 신호는, 상기 신호의 편광 방향이 상기 영역의 나선축과 수직하도록 편광되어 액정 렌즈 패널로 입사될 수 있다. 이에 따라, 표시 소자(20)의 UR 및 UL 영역에서 생성된 R 및 L 신호는 콜레스테릭 배향 영역에서 분할되어 상이한 방향으로 출사될 수 있다. 하나의 예시에서 도 1과 같이 UR 영역에서 생성된 R 신호와 UL 영역에서 생성된 L 신호는 콜레스테릭 배향 영역을 투과하면서 분할될 수 있다. 그리고, 상기 액정 영역을 투과한 R 신호는 관찰자의 우안(HR)에 입사되고, 상기 액정 영역을 투과한 L 신호는 관찰자의 좌안(HL)에 입사될 수 있다. 따라서, 관찰자는 특수 안경, 예를 들면, 셔터 글라스 타입의 안경 또는 편광 안경 등을 착용하지 않더라도 3차원 입체 영상을 관찰할 수 있다.
또한, 상기 장치가 2차원 평면 영상을 시현하는 구동 과정을 설명한다. 도 2와 같이, 표시 소자(20)가 2차원 평면 영상을 시현하고 있는 상태에서는 액정 렌즈 패널(10)은 콜레스테릭 배향되지 않은 영역을 포함할 수 있다. 즉, 2차원 평면 영상을 시현하는 구동 상태에서 액정 렌즈 패널은, 콜레스테릭 배향 영역의 나선축에 수직하는 선편광된 광에 대하여, 광학 등방성을 가지는 영역을 포함할 수 있다. 이에 따라, 표시 소자(20)의 UR 및 UL 영역에서 생성된 2차원 평면 영상 신호는 등방성 영역을 그대로 투과할 수 있다. 그 결과 관찰자는 2차원 평면 영상을 관찰할 수 있다.
상기 장치는 액정 렌즈 패널을 적용하여 2차원 평면 영상과 3차원 입체 영상을 겸용하여 표시할 수 있다는 점 외에는 당 업계에서 통상적으로 채용하는 구성 및 방법에 의하여 구현할 수 있다.
본 출원의 예시적인 디스플레이 장치는 안경 없이 감상할 수 있는 3차원 입체 영상을 표시하거나 2차원 평면 영상을 표시할 수 있다.
도 1은 예시적인 디스플레이 장치가 3차원 입체 영상을 시현하는 구동 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 예시적인 디스플레이 장치가 2차원 평면 영상을 시현하는 구동 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3 및 4는 UR 영역과 UL 영역의 예시적인 배치를 보여주는 도면이다.
도 5는 예시적인 콜레스테릭 배향 영역의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 예시적인 콜레스테릭 배향되지 않은 영역의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예에서 디스플레이 장치가 L 및 R 신호를 분할하여 출사하는지 평가하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시예의 디스플레이 장치가 L 및 R 신호를 분할하여 출사한다는 것을 보여주는 그래프이다.
이하 실시예를 통하여 디스플레이 장치를 보다 상세히 설명하나, 상기 장치가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
(1) 콜레스테릭 배향 액정 조성물의 제조
콜레스테릭 배향 액정 조성물로는, 이상 굴절률(ne)과 정상 굴절률(no)의 차이(ne-no)는 약 0.2인 액정 분자를 포함하는 조성물을 사용하였다.
(2) 액정 렌즈 패널 및 디스플레이 장치의 제조
액정 패널의 제조에 일반적으로 사용되는 수직 배향막이 형성되어 있는 전극 기판(일면에 전극층이 형성되어 있는 기재층)을 사용하여 액정 렌즈 패널을 제조하였다. 구체적으로는 상기 전극 기판을 포함하는 2장의 기판을 약 4.1 ㎛ 정도의 간격으로 대향 배치시킨 후에, 통상적인 액정 주입 방식을 통해 상기 콜레스테릭 배향 액정 조성물을 주입하고, 콜레스테릭 배향시켜서 제조하였다.
상기 액정 렌즈 패널의 렌즈층은 도 5와 같이 전압이 인가되지 않은 상태에서 호메오트로픽 배향된 콜레스테릭 배향 영역을 포함하였다. 상기 콜레스테릭 배향 영역의 피치(P)는 약 600 ㎛이었으며, 렌즈층(300)의 두께는 약 4.1 ㎛이었다. 액정 분자는 유전율 이방성을 가지고, 따라서 전압이 인가되면, 인가된 전압에 따라서 액정 분자가 일방향으로 배열되어 도 6과 같이 콜레스테릭 배향되지 않은 액정 영역이 형성되었다. 제조된 액정 렌즈 패널을 렌티큘라 렌즈 타입의 통상적인 3D 장치에 렌티큘라 렌즈로서 적용하여 디스플레이 장치를 제조하였다.
시험예
상기 디스플레이 장치에서 액정 렌즈 패널이 호메오트로픽 배향된 콜레스테릭 배향 영역을 포함하는 경우, 특수 안경 없이 3차원 입체 영상을 감상할 수 있는지 하기와 같은 방식으로 평가하였다.
우선 도 7과 같이 디스플레이 장치를 관찰할 수 있는 관측 지점(도 7의 X선과 맞닿는 임의의 지점)에 휘도계(SR-UL2 Spectrometer, 50)를 배치하였다. 이어서, 상기 장치가 L 신호를 출력하도록 한 상태에서 휘도계로 휘도를 측정하였다. 장치와의 거리를 유지하되, 도 7의 X선을 따라 수평 방향으로 상기 휘도계(50)를 이동시키면서 각각의 경우의 휘도를 측정하였다. 상기 각각의 경우의 휘도를 측정하고, 그 휘도를 각 지점에서의 L 신호의 세기로 규정하였다. 마찬가지로 상기 장치가 R 신호를 출력하도록 한 상태에서 휘도계를 이동시키면서 각각의 경우의 휘도를 측정하였다. 그리고, 그 휘도를 지점에서의 R 신호의 세기로 규정하였다.
각 지점에서의 L 신호 및 R 신호의 세기는 표 1 및 도 8에 나타내었다.
하기 표 1에서 측정각(θ)은, 도 7에서 Y선과 표시 소자의 면이 닿는 지점(S1)과 휘도계의 중심 지점(S2)을 연결한 가상의 선이 Y선과 이루는 각도로 정의된다. 그리고, 휘도계가 Y선의 오른편에 존재하는 경우 측정각은 양의 값으로 정의하고, 휘도계가 Y선의 왼편에 존재하는 경우 측정각을 음의 값으로 정의하였다. 상기에서 Y선은 장치의 중앙을 통과하고, 장치의 면에 대한 법선으로 정의될 수 있다.
표 1
측정각(단위: 도) L 신호의 세기a R 신호의 세기b
-3 0 0
-2.9 30.9017 0
-2.8 58.7785 0
-2.7 80.9017 0
-2.6 95.1057 0
-2.5 100 0
-2.4 95.1057 0
-2.3 80.9017 0
-2.2 58.7785 0
-2.1 30.9017 0
-2 0 0
2 0 0
2.1 0 30.9017
2.2 0 58.7785
2.3 0 80.9017
2.4 0 95.1057
2.5 0 100
2.6 0 95.1057
2.7 0 80.9017
2.8 0 58.7785
2.9 0 30.9017
3 0 0
a, b: L 및 R 신호의 세기는 최대 휘도가 측정된 지점에서 신호의 세기를 100으로 한 상대 세기이다.

Claims (5)

  1. 우안용 및 좌안용 영상 신호를 포함하는 영상 신호를 출사할 수 있도록 구성된 표시 소자; 액정 분자에 의해 형성된 액정 영역을 포함하는 렌즈층을 가지며, 호메오트로픽 배향된 콜레스테릭 배향 영역 및 콜레스테릭 배향되지 않은 영역으로 상호 스위칭될 수 있는 액정 렌즈 패널을 포함하고, 상기 액정 렌즈 패널은 상기 표시 소자에서 출사된 영상 신호가 입사될 수 있도록 배치되어 있는 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 액정 렌즈 패널은, 표시 소자에서 출사된 한쌍의 우안용 및 좌안용 영상 신호가 콜레스테릭 배향 영역의 반피치에 대응되는 영역으로 입사될 수 있도록 배치되어 있는 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 콜레스테릭 배향 영역은, 상기 영역의 나선축과 수직하게 선편광된 광에 대하여 하기 수식 1에 따른 굴절률 분포를 나타내는 디스플레이 장치:
    [수식 1]
    neff(x) = neno / (ne 2 cos2θ(x) + no 2 sin2θ(x))1/2
    상기 수식 1에서, x는 콜레스테릭 배향 영역의 좌표로서 0 내지 P/2 사이의 임의의 수이고, 상기에서 P는 콜레스테릭 배향 영역의 피치이며, neff(x)은 x 지점에서의 상기 선편광된 광에 대한 콜레스테릭 배향 영역의 굴절률이고, ne는 액정 분자의 이상 굴절률이며, no는 액정 분자의 정상 굴절률이고, θ(x)는, x가 0인 지점에서의 액정 분자의 광축에 대한 해당 좌표에서의 액정 분자의 광축의 각도이다.
  4. 제 1 항에 있어서, 콜레스테릭 배향 영역은 하기 수식 2에 따른 초점 거리(F)가 0.1mm 내지 100cm 인 디스플레이 장치:
    [수식 2]
    F = P2/(32×d×Δn)
    상기 수식 2에서 P는, 콜레스테릭 배향 영역의 피치이고, d는 렌즈층의 두께이며, Δn는, 액정 분자의 이상 굴절률(ne)과 정상 굴절률(no)의 차이(ne-no)이다.
  5. 제 1 항에 있어서, 액정 분자는 양 또는 음의 유전율 이방성을 가지는 디스플레이 장치.
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