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KR102061234B1 - 표시 장치 및 이를 위한 액정 렌즈 패널 - Google Patents

표시 장치 및 이를 위한 액정 렌즈 패널 Download PDF

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KR102061234B1
KR102061234B1 KR1020130128716A KR20130128716A KR102061234B1 KR 102061234 B1 KR102061234 B1 KR 102061234B1 KR 1020130128716 A KR1020130128716 A KR 1020130128716A KR 20130128716 A KR20130128716 A KR 20130128716A KR 102061234 B1 KR102061234 B1 KR 102061234B1
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linear
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정경호
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

표시 장치는 영상을 표시하는 표시 패널, 및 상기 영상이 2차원 영상으로 인지되도록 하기 위한 2차원 모드 또는 3차원 영상으로 인지되도록 하기 위한 3차원 모드로 동작하도록 구성된 액정 렌즈 패널을 포함하고, 상기 액정 렌즈 패널은, 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 위에 배치되어 있는 제1 전극층, 상기 제2 기판 위에 배치되어 있는 제2 전극층, 및 상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 개재되고, VA(vertical alignement) 모드로 배향되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 제1 전극층은 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극을 포함하고, 상기 액정층에 포함된 액정 분자들 중에서 상기 제1 선형 전극 상의 액정 분자는 제1 방향으로 선경사되도록 배향되어 있고, 상기 제2 선형 전극 상의 액정 분자는 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 선경사되도록 배향되어 있다.

Description

표시 장치 및 이를 위한 액정 렌즈 패널{DISPLAY DEVICE AND LIQUID CRYSTAL LENDS PANEL FOR THE SAME}
본 발명은 표시 장치 및 이를 위한 액정 렌즈 패널에 관한 것이다.
최근에 표시 장치 기술의 발전에 따라서 3차원(3D)의 입체 영상 표시 장치가 관심을 끌고 있으며, 다양한 3차원 영상 표시 방법이 연구되고 있다.
입체 영상 표시를 구현함에 있어서 가장 일반적으로 사용되는 방법 중의 하나는 좌우 양안 시차(binocular display)를 이용하는 방법이다. 좌우 양안 시차를 이용하는 방법은 왼쪽 눈에 도달하는 영상과 오른쪽 눈에 도달하는 영상을 같은 표시 장치에서 표시하고, 이 두 영상이 각각 관찰자의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 입사되도록 만들어 주는 것이다. 즉, 양쪽 눈에 각각 다른 각도에서 관찰된 영상이 입력되도록 함으로써 관찰자가 입체감을 느낄 수 있도록 하는 것이다.
이때, 영상을 관찰자의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각각 들어가게 하는 방법으로는 배리어(barrier)를 사용하는 방법과 원통형 렌즈(cylindrical lens)의 일종인 렌티큘러 렌즈(lenticular lens)를 사용하는 방법 등이 있다.
배리어를 이용하는 입체 영상 표시 장치는 배리어에 슬릿을 형성하여 이 슬릿을 통해 표시 장치로부터의 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 나누어 관찰자의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각각 들어가도록 한다.
렌즈를 이용하는 입체 영상 표시 장치는 좌안 영상과 우안 영상을 각각 표시하고 입체 영상 표시 장치로부터의 영상을 렌즈를 사용하여 광경로를 변경함으로써 좌안 영상 및 우안 영상으로 나눈다.
한편, 평면 영상 및 입체 영상을 표시할 수 있는 2차원/3차원 겸용 표시 장치가 개발되고 있으며, 이를 위해 평면 영상과 입체 영상 간의 스위칭이 가능한 액정 렌즈 패널이 개발되고 있다. 기존의 액정 렌즈 패널에는 관찰자가 외광 성분이 제거된 선명한 영상을 볼 수 있도록 하는 편광판이 부착된다.
액정 렌즈 패널의 편광판은 표시 패널로부터 방출되는 광의 효율을 떨어뜨릴 수 있으며, 결과적으로 액정 렌즈 패널의 특성을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 액정 렌즈 패널의 특성을 향상시킬 수 있는 표시 장치 및 이를 위한 액정 렌즈 패널을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 영상을 표시하는 표시 패널, 및 상기 영상이 2차원 영상으로 인지되도록 하기 위한 2차원 모드 또는 3차원 영상으로 인지되도록 하기 위한 3차원 모드로 동작하도록 구성된 액정 렌즈 패널을 포함하고, 상기 액정 렌즈 패널은, 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판, 상기 제1 기판 위에 배치되어 있는 제1 전극층, 상기 제2 기판 위에 배치되어 있는 제2 전극층, 및 상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 개재되고, VA(vertical alignement) 모드로 배향되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 제1 전극층은 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극을 포함하고, 상기 액정층에 포함된 액정 분자들 중에서 상기 제1 선형 전극 상의 액정 분자는 제1 방향으로 선경사되도록 배향되어 있고, 상기 제2 선형 전극 상의 액정 분자는 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 선경사되도록 배향되어 있다.
상기 제2 전극층은 판상 전극일 수 있다.
상기 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극 위에 배치되는 제1 배향막, 및 상기 제2 전극층 위에 배치되는 제2 배향막을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극은 복수 개로 마련되고, 상기 복수의 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극은 y축 방향으로 연장되고, x 축 방향으로 교대로 배치될 수 있다.
상기 제1 방향은 +y 방향 및 -y 방향 중 어느 하나이고, 상기 제2 방향은 다른 하나일 수 있다.
상기 2차원 모드로 동작할 때, 상기 제1 전극층, 상기 제1 선형 전극 및 상기 제2 선형 전극에 기준 전압일 수 있다.
상기 3차원 모드로 동작할 때, 상기 제2 전극층에는 상기 기준 전압이 인가되고, 상기 제1 선형 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제2 선형 전극에는 제2 전압이 인가될 수 있다.
상기 제2 전극층과 상기 제1 선형 전극 간의 제1 전압차가 상기 제2 전극층과 상기 제2 선형 전극 간의 제2 전압차보다 클 수 있다.
상기 제2 전극층과 상기 제1 선형 전극 간의 제1 전압차가 상기 제2 전극층과 상기 제2 선형 전극 간의 제2 전압차보다 작을 수 있다.
상기 3차원 모드로 동작함에 따라, 상기 제1 선형 전극과 상기 제2 선형 전극 사이의 액정 분자들이 하나의 평면 내에서 회전하여 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 영상을 표시하는 표시 패널에 부착되어 상기 영상을 2차원 영상 또는 3차원 영상으로 제공하는 액정 렌즈 패널은, 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극을 포함하는 제1 기판, 판상 전극을 포함하는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되고, VA 모드로 배향되어 있는 액정층을 포함하고, 상기 제1 선형 전극 및 상기 제2 선형 전극은 하나의 렌즈로 기능하는 단위 소자에 포함되는 존(zone)을 이루고, 상기 존은 제1 선형 전극 측의 제1 영역 및 상기 제2 선형 전극 측의 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역에서 액정 분자는 제1 방향으로 선경사되도록 배향되어 있고, 상기 제2 영역에서 액정 분자는 상기 제2 방향으로 선경사되도록 배향되어 있다.
상기 제2 방향은 상기 제1 방향의 반대 방향일 수 있다.
상기 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극 위에 배치되는 제1 배향막, 및 상기 판상 전극 위에 배치되는 제2 배향막을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극은 복수 개로 마련되고, 상기 복수의 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극은 y축 방향으로 연장되고, x 축 방향으로 교대로 배치될 수 있다.
상기 단위 소자에는 복수의 존이 포함되고, 상기 렌즈의 바깥쪽에서 중심으로 갈수록 상기 복수의 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극의 폭이 넓어질 수 있다.
상기 제1 방향은 +y 방향 및 -y 방향 중 어느 하나이고, 상기 제2 방향은 다른 하나일 수 있다.
상기 2차원 영상을 제공할 때, 상기 판상 전극, 상기 제1 선형 전극 및 상기 제2 선형 전극에 기준 전압이 인가될 수 있다.
상기 3차원 영상을 제공할 때, 상기 판상 전극에는 상기 기준 전압이 인가되고, 상기 제1 선형 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제2 선형 전극에는 제2 전압이 인가될 수 있다.
상기 판상 전극과 상기 제1 선형 전극 간의 제1 전압차 및 상기 판상 전극과 상기 제2 선형 전극 간의 제2 전압차는 서로 다를 수 있다.
상기 3차원 영상을 제공할 때, 상기 제1 선형 전극과 상기 제2 선형 전극 사이의 액정 분자들이 하나의 평면 내에서 회전하여 배열될 수 있다.
액정 렌즈 패널의 특성을 향상시킬 수 있다. 액정 렌즈 패널에 별도의 편광판이 요구되지 않으며, 표시 패널로부터 방출되는 광의 효율이 편광판 등에 의해 저하되지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 구조 및 2차원 영상을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략저인 구조 및 3차원 영상을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함된 액정 렌즈 패널의 사시도이다.
도 4는 도 3의 액정 렌즈 패널을 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 액정 렌즈 패널의 xy 평면의 평면도의 일예이다.
도 6은 도 3의 액정 렌즈 패널의 xy 평면의 평면도의 다른 예이다.
도 7은 하나의 단위 소자에서 위치에 따라 형성되는 위상 지연의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 하나의 단위 소자에서 위치에 따라 형성되는 위상 지연의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 소자가 프레넬 존 플레이트로 동작하도록 구성된 액정 렌즈 패널의 일부의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈 패널의 선경사 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 소자가 프레넬 존 플레이트로 동작하도록 구성된 액정 렌즈 패널의 일부의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널의 액정층의 액정 분자의 배열을 xy 평면에서 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널의 액정층의 액정 분자의 배열을 xz 평면에서 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 변조 영역의 특성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 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. 마찬가지로, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 구조 및 2차원 영상을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략저인 구조 및 3차원 영상을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 표시 장치는 영상을 표시하는 표시 패널(300), 및 표시 패널(300)의 영상이 표시되는 면 앞에 위치하는 액정 렌즈 패널(400)을 포함한다. 표시 패널(300) 및 액정 렌즈 패널(400)은 2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작할 수 있다.
표시 패널(300)은 플라즈마 표시 장치(plasma display panel), 액정 표시 장치(liquid crystal display), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display) 등과 같은 다양한 방식의 표시 패널일 수 있다. 표시 패널(300)은 행렬 형태로 배열되어 있으며 영상을 표시하는 복수의 화소(PX)를 포함한다. 표시 패널(300)은 2차원 모드에서는 하나의 평면 영상을 표시하지만, 3차원 모드에서는 우안 영상, 좌안 영상 등 여러 시역에 해당하는 영상을 공간 또는 시간 분할 방식으로 표시할 수 있다. 예를 들어, 3차원 모드에서 표시 패널(300)은 우안 영상과 좌안 영상을 한 열의 화소마다 번갈아 표시할 수 있다.
액정 렌즈 패널(400)은 표시 패널(300)에서 표시되는 영상이 2차원 영상으로 인지되도록 하기 위한 2차원 모드 또는 3차원 영상으로 인지되도록 하기 위한 3차원 모드로 동작하도록 구성된다. 액정 렌즈 패널(400)은 2차원 모드에서 표시 패널(300)에 표시된 영상이 그대로 투과되도록 한다. 액정 렌즈 패널(400)은 3차원 모드에서 표시 패널(300)에 표시된 영상의 시역을 분리한다. 즉, 3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널(400)은 표시 패널(300)에 표시된 좌안 영상과 우안 영상을 포함한 다시점 영상을 빛의 회절 및 굴절 현상을 이용하여 각 시점 영상 별로 해당하는 시역에 상이 맺히도록 한다.
도 1은 표시 패널(300) 및 액정 렌즈 패널(400)이 2차원 모드로 동작하는 경우를 나타낸다. 2차원 모드에서 좌안과 우안에 동일한 영상이 도달하여 2차원 영상이 인지된다.
도 2는 표시 패널(300) 및 액정 렌즈 패널(400)이 3차원 모드로 동작하는 경우를 나타낸다. 액정 렌즈 패널(400)이 표시 패널(300)의 영상을 좌안 및 우안 시역으로 분리하여 굴절시킴으로써 3차원 영상이 인지된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함된 액정 렌즈 패널의 사시도이다. 도 4는 도 3의 액정 렌즈 패널을 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 5는 도 3의 액정 렌즈 패널의 xy 평면의 평면도의 일예이다.
도 3 내지 5를 참조하면, 액정 렌즈 패널(400)은 x축 방향으로 차례로 위치하는 복수의 단위 소자(U1~U5)를 포함한다. 하나의 단위 소자는 표시 패널(300)의 N 시점을 커버한다(N은 자연수). 하나의 시점은 하나의 화소에 대응된다. 예를 들어, 하나의 단위 소자는 9 시점을 커버할 수 있다. 하나의 단위 소자는 하나의 렌즈로 기능할 수 있다.
액정 렌즈 패널(400)은 유리, 플라스틱 등의 절연 물질로 이루어지며 서로 마주하는 제1 기판(110) 및 제2 기판(210), 그리고 두 기판(110, 210) 사이에 개재되어 있는 액정층(3)을 포함한다.
제1 기판(110) 위에는 제1 전극층(190) 및 제1 배향막(11)이 차례대로 배치되어 있다. 제2 기판(210) 위에는 제2 전극층(290) 및 제2 배향막(21)이 차례대로 배치되어 있다. 제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 제1 전극층(190)은 복수의 선형 전극으로 패턴되어 형성될 수 있다. 제1 전극층(190)의 복수의 선형 전극에 대해서는 도 9에서 후술한다. 제2 전극층(290)은 별도의 패턴 없이 하나의 판상 전극으로 형성될 있다.
도 5에서 액정 렌즈 패널(400)의 단위 소자(U1~U5)간의 경계는 y축에 평행하나 이는 예시에 불과하다.
도 6은 도 3의 액정 렌즈 패널의 xy 평면의 평면도의 다른 예이다.
도 6을 참조하면, 액정 렌즈 패널(409)은 복수의 단위 소자(U1~U6)를 포함하고, 단위 소자(U1~U6)간의 경계는 y축에 대해 a만큼 기울어져 있다. 예를 들어, a는 10도 내지 30도 사이일 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위해 도 5에 도시한 바와 같이 액정 렌즈 패널(400)의 단위 소자(U1~U5)간의 경계는 y축에 평행한 것으로 가정한다.
다시 도 4를 참조하면, 제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)은 인가되는 전압에 따라 액정층(3)에 전기장이 형성되어 액정층(3)의 액정 분자들(31)의 배열이 제어된다. 배향막(11, 21)은 액정층(3)의 액정 분자들(31)의 초기 배향을 결정한다. 액정층(3)은 VA(vertical alignment) 모드로 배향되어 있을 수 있다. VA 모드에서 배향막(11, 21)은 수직 배향막이 되며, 배향막(11, 21)에 액정 분자들(31)이 수직으로 배향되며, 액정층(3) 내부에서 액정 분자들(31)이 기판(110, 210)의 법선 방향으로 서 있게 된다.
액정 렌즈 패널(400)은 제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)에 인가되는 전압에 따라 2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작한다. 제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)에 전압이 인가되지 않는 경우, 액정 렌즈 패널(400)은 2차원 모드로 동작한다. 제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)에 전압이 인가되는 경우, 액정 렌즈 패널(400)은 3차원 모드로 동작할 수 있다. 이를 위하여 액정 분자들(31)의 초기 배향 방향이 적절하게 조절될 수 있다.
액정 렌즈 패널(400)이 3차원 모드로 동작하는 경우, 액정 렌즈 패널(400)의 각 단위 소자(U1~U5)는 하나의 렌즈 역할을 수행한다. 액정 분자들(31)은 각 단위 소자(U1~U5)가 하나의 렌즈 역할을 수행할 수 있도록 초기 배향되어 있을 수 있다.
이제, 액정 렌즈 패널(400)이 3차원 모드에서 그린(Gradient index, GRIN) 렌즈 또는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)로 동작하는 원리에 대하여 설명한다.
도 7은 하나의 단위 소자에서 위치에 따라 형성되는 위상 지연의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 8은 하나의 단위 소자에서 위치에 따라 형성되는 위상 지연의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 7은 하나의 단위 소자가 그린 렌즈로 동작하는 경우를 나타내고, 도 8은 하나의 단위 소자가 프레넬 존 플레이트로 동작하는 경우를 나타낸다.
프레넬 존 플레이트는 일반적으로 프레넬 존(Fresnel zone)과 같이 방사상으로 배열되어 있으며 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 간격이 좁아지는 복수의 동심원을 이용하여 빛의 굴절 대신 빛의 회절 현상을 이용하여 렌즈 역할을 하도록 하는 장치를 의미한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 단위 소자는 중심을 기준으로 바깥쪽으로 차례대로 위치하는 적어도 하나 이상의 존(zone)을 포함한다. 도 7 및 도 8의 단위 소자는 모두 중심을 기준으로 존이 대칭으로 위치할 수 있다. 도 7은 단위 소자의 중심과 바깥쪽 사이에 하나의 존(Z1)만이 존재하는 경우이다. 도 8은 단위 소자의 중심쪽과 바깥쪽 사이에 복수의 존(Z1~Z3)이 존재하는 경우이다. 도 8에서 단위 소자의존(Z1~Z3)의 폭은 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 좁아진다. 도 8에서는 중심과 바깥쪽 사이에 3개의 존(Z1~Z3)이 존재하는 경우를 도시하였으나, 이는 예시에 불과하다.
도 7의 단위 소자의 존(Z1)에서 바깥쪽에서 중심으로 갈수록 위상 지연이 증가한다. 도 8의 단위 소자의 존(Z1~Z3) 각각에서 바깥쪽에서 중심으로 갈수록 위상 지연이 증가한다. 도 7 및 도 8의 단위 소자는 모두 중심을 기준으로 위상 지연이 대칭일 수 있다.
도 7 또는 도 8과 같은 위상 지연 분포를 형성함으로써, 단위 소자는 빛의 회절, 소멸 간섭 및 보강 간섭을 통해 단위 소자를 통과하는 빛이 초점 위치에 모이도록 굴절시킬 수 있다. 이와 같이, 단위 소자는 그린 렌즈 또는 프레넬 존 플레이트로 동작하여 렌즈 역할을 수행할 수 있다.
이하, 도 9 내지 13을 참조하여, 단위 소자가 프레넬 존 플레이트로 동작하도록 구성된 액정 렌즈 패널(400)에 대하여 설명한다. 액정 렌즈 패널(400)을 스위칭 가능한 존 플레이트(switchable zone plate)라고도 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 소자가 프레넬 존 플레이트로 동작하도록 구성된 액정 렌즈 패널의 일부의 단면도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈 패널의 선경사(pretilt) 방향을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 소자가 프레넬 존 플레이트로 동작하도록 구성된 액정 렌즈 패널의 일부의 단면도이다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널의 액정층의 액정 분자의 배열을 xy 평면에서 나타낸 것이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널의 액정층의 액정 분자의 배열을 xz 평면에서 나타낸 것이다.
도 9 내지 13을 참조하면, 여기서는 액정 렌즈 패널(400)의 단위 소자에 포함된 n+1번째 존(Zn+1), n번째 존(Zn) 및 n-1번째 존(Zn-1)을 나타내었다. 도 9는 액정 렌즈 패널(400)이 2차원 모드로 동작하는 상태를 나타내고, 도 11은 액정 렌즈 패널(400)이 3차원 모드로 동작하는 상태를 나타낸다.
제1 기판(110) 위에 배치된 제1 전극층(190)은 복수의 제1 선형 전극(191) 및 제2 선형 전극(192)을 포함한다. 복수의 제1 선형 전극(191) 및 제2 선형 전극(192)은 y축에 평행한 방향으로 연장될 수 있으며, 복수의 제1 선형 전극(191)과 제2 선형 전극(192)은 x축 방향으로 교대로 배치될 수 있다. 서로 인접하는 한 쌍의 제1 선형 전극(191)과 제2 선형 전극(192)은 소정의 간격(W)으로 배치될 수 있다. 복수의 제1 선형 전극(191) 및 제2 선형 전극(192)의 폭은 바깥쪽에서 중심으로 갈수록 단계적으로 넓어질 수 있다. 이는 단위 소자에 위치에 따른 위상 지연의 변화에 대응된 것이다.
하나의 존에는 제1 선형 전극(191)의 일부와 제2 선형 전극(192)의 일부가 포함될 수 있다. 예를 들어, n번째 존(Zn)에는 n+1번째 존(Zn+1)과 n번째 존(Zn)에 걸쳐서 배치되어 있는 제1 선형 전극(191)의 일부, 및 n-1번째 존(Zn-1)과 n번째 존(Zn)에 걸쳐서 배치되어 있는 제2 선형 전극(192)의 일부가 포함될 수 있다. 즉, 제1 선형 전극(191) 및 제2 선형 전극(192)은 존의 경계부에 걸쳐서 배치될 수 있다.
제1 전극층(190)에 마주하는 제2 전극층(290)은 하나의 전극으로 형성된다. 제2 전극층(290)에는 공통 전압(common voltage)과 같은 기준 전압이 인가된다.
2차원 모드에서, 제1 선형 전극(191) 및 제2 선형 전극(192)에는 기준 전압이 인가된다. 즉, 2차원 모드에서, 제1 선형 전극(191), 제2 선형 전극(192) 및 제2 전극층(290)에 동일한 레벨의 기준 전압이 인가된다. 이에 따라, 제1 선형 전극(191), 제2 선형 전극(192) 및 제2 전극층(290) 간에는 전압차가 발생하지 않게 된다. 액정층(3)은 VA 모드로 배향되어 있으므로, 도 9에 도시한 바와 같이 액정 분자들(31)은 기판(110, 210)의 법선 방향(z축 방향)으로 서 있게 된다. 액정 분자들(31)이 모두 z축 방향으로 서 있으므로, 액정 렌즈 패널(400)에서 위치에 따른 위상 지연은 동일하거나 거의 동일하게 된다. 즉, 액정 렌즈 패널(400)에서 위치에 따른 위상 지연의 차이가 발생하기 않게 되고, 액정 렌즈 패널(400)은 렌즈 역할을 수행하지 않고 2차원 모드로 동작하게 된다.
하나의 존 내에서, 배향막(11, 21)에 인접한 액정 분자(31)는 제1 영역에서 제1 방향으로 선경사(pretilt)되도록 배향되어 있고, 제2 영역에서 제2 방향으로 선경사되도록 배향되어 있다. 선경사는 액정층(3)의 방향자가 기판(110, 210)에 대한 기울짐을 의미한다. 제1 방향과 제2 방향은 서로 반대 방향일 수 있다. 예를 들어, 제1 선형 전극(191) 상에서 배향막(11, 21)에 인접한 액정 분자(31)는 제1 방향으로 선경사되도록 배향되어 있고, 제2 선형 전극(192) 상에서 배향막(11, 21)에 인접한 액정 분자(31)는 제2 방향으로 선경사되도록 배향되어 있을 수 있다.
배향막(11, 21)에 인접한 액정 분자(31)는 인접한 존 간의 경계부에서 선경사의 방향이 동일하도록 배향되어 있을 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, n 번째 존(Zn)의 제1 영역에서 선경사 방향은 +y 방향이 되고 제2 영역에서 선경사 방향은 -y 방향이 될 수 있다. n 번째 존(Zn)에 인접한 n+1 번째 존(Zn+1)의 제1 영역에서 선경사 방향은 -y 방향이 되고 제2 영역에서 선경사 방향은 +y 방향이 될 수 있다. n+1 번째 존(Zn+1)의 제2 영역과 n 번째 존(Zn)의 제1 영역은 존 간의 경계부를 이루고, 존 간의 경계부에서 선경사의 방향이 +y 방향으로 동일하게 된다. 하나의 존 내에서 제1 영역과 제2 영역의 범위는 각 존의 위상 지연을 고려하여 적절한 범위로 설정될 수 있다.
이와 같이, 배향막(11, 21)은 바깥쪽에서 중심으로 갈수록 액정 분자(31)의 선경사 방향이 제1 방향(+y 방향)에서 제2 방향(-y 방향)으로, 제2 방향(-y 방향)에서 제1 방향(+y 방향)으로 교대로 바뀌도록 광 배향될 수 있다.
3차원 모드에서, 제1 선형 전극(191)에는 제1 전압이 인가되고, 제2 선형 전극(192)에는 제2 전압이 인가되며, 제2 전극층(290)에 기준 전압이 인가된다. 제1 전압과 제2 전압은 서로 다른 레벨의 전압이다. 이에 따라, 제2 전극층(290)과 제1 선형 전극(191) 간의 제1 전압차(V1)가 발생하고, 제2 전극층(290)과 제2 선형 전극(191) 간의 제2 전압차(V2)가 발생한다. 제1 전압차(V1)가 제2 전압차(V2)보다 클 수도 있고 작을 수도 있다.
도 11에서는 제1 전압차(V1)가 제2 전압차(V2)보다 큰 경우를 도시하였다. 도 3의 액정층(3) 내의 점선은 등전위면을 나타낸다. 제1 전압차(V1) 및 제2 전압차(V2)가 발생함에 따라, 액정 분자들(31)은 선경사 방향으로 눕게 된다. 예를 들어, n 번째 존(Zn)의 제1 영역에 위치한 액정 분자들(31)은 선경사 방향에 따라 제1 방향(+y 방향)으로 눕게 되고, n 번째 존(Zn)의 제2 영역에 위치한 액정 분자들(31)은 선경사 방향에 따라 제2 방향(-y 방향)으로 눕게 된다. 그리고 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치한 액정 분자들(31)은 제1 영역과 제2 영역 간의 전위차에 의해 x축 방향 또는 -x축 방향으로 눕게 된다.
도 12 및 13에 도시한 바와 같이, 액정 분자들(31)이 존(Zn)의 제1 영역에서는 제1 방향(+y 방향) 또는 제2 방향(-y 방향)으로 눕게 되고, 제1 영역과 제2 영역 중간으로 갈수록 순차적으로 x축 방향으로 눕게 되며, 존(Zn)의 제2 영역으로 갈수록 순차적으로 제2 방향(-y 방향) 또는 제1 방향(+y 방향)으로 눕게 된다.
이와 같이, 제1 선형 전극(191)에는 제1 전압이 인가되고, 제2 선형 전극(192)에는 제2 전압이 인가되며, 제2 전극층(290)에 기준 전압이 인가됨에 따라 액정 분자들(31)이 하나의 평면 내에서 회전(in plane rotation)하여 배열된다. 즉, 제1 선형 전극(191)과 제2 선형 전극(192) 사이의 액정 분자들이 하나의 평면 내에서 회전하여 배열된다. 액정 분자들(31)이 하나의 평면 내에서 회전하여 배열됨에 따라 각 존에서 중심 방향으로 갈수록 위상 지연이 증가하게 된다. 이는 QHQ 영역의 특성에 대응한다. QHQ 영역은 쿼터 위상차 판(quarter wave plate), 하프 위상차 판(half wave plate) 및 쿼터 위상차 판(quarter wave plate)이 3중으로 적층된 구조를 가진다. QHQ 영역의 특성은 도 14에 기술되어 있다. 도 14는 아래의 문헌에 기술된 내용이다.
A review of phased array steering for narrow-band electro-optical system, Paul F. Mcmanamon, Etc., IEEE 2009
상술한 바와 같이, 3차원 모드에서 액정 분자들(31)이 하나의 평면 내에서 회전하도록 구현하여 QHQ 특성을 갖도록 함으로써, 별도의 편광판이 요구되지 않게되고, 표시 패널(300)로부터 방출되는 광의 효율이 편광판 등에 의해 저하되지 않도록 할 수 있다. 또한, 액정 렌즈 패널(400)에 인가되는 전원으로 제1 선형 전극(191), 제2 선형 전극(192) 및 제2 전극층(290)에 대한 3 가지 전원만이 사용될 수 있으므로, 다수의 전원선을 배치하기 위한 불필요한 영역을 줄일 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
11 : 제1 배향막
21 : 제2 배향막
110 : 제1 기판
190 : 제1 전극층
191 : 제1 선형 전극
192 : 제2 선형 전극
210 : 제2 기판
290 : 제2 전극층
300 : 표시 패널
400 : 액정 렌즈 패널

Claims (20)

  1. 영상을 표시하는 표시 패널; 및
    상기 영상이 2차원 영상으로 인지되도록 하기 위한 2차원 모드 또는 3차원 영상으로 인지되도록 하기 위한 3차원 모드로 동작하도록 구성된 액정 렌즈 패널을 포함하고,
    상기 액정 렌즈 패널은,
    서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판 위에 배치되어 있는 제1 전극층;
    상기 제2 기판 위에 배치되어 있는 제2 전극층; 및
    상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 개재되고, VA(vertical alignment) 모드로 배향되어 있는 액정층을 포함하고,
    상기 제1 전극층은 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극을 포함하고, 상기 액정층에 포함된 액정 분자들 중에서 상기 제1 선형 전극 상의 액정 분자는 제1 방향으로 선경사되도록 배향되어 있고, 상기 제2 선형 전극 상의 액정 분자는 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향으로 선경사되도록 배향되어 있고,
    상기 3차원 모드로 동작함에 따라 상기 제1 선형 전극과 상기 제2 선형 전극 사이의 액정 분자들이 하나의 평면 내에서 회전하여 배열되는 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극층은 판상 전극인 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극 위에 배치되는 제1 배향막; 및
    상기 제2 전극층 위에 배치되는 제2 배향막을 더 포함하는 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극은 복수 개로 마련되고,
    상기 복수의 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극은 y축 방향으로 연장되고, x 축 방향으로 교대로 배치되는 표시 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 방향은 +y 방향 및 -y 방향 중 어느 하나이고, 상기 제2 방향은 다른 하나인 표시 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 2차원 모드로 동작할 때, 상기 제1 전극층, 상기 제1 선형 전극 및 상기 제2 선형 전극에 기준 전압이 인가되는 표시 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 3차원 모드로 동작할 때, 상기 제2 전극층에는 기준 전압이 인가되고, 상기 제1 선형 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제2 선형 전극에는 제2 전압이 인가되는 표시 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 전극층과 상기 제1 선형 전극 간의 제1 전압차가 상기 제2 전극층과 상기 제2 선형 전극 간의 제2 전압차보다 큰 표시 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 전극층과 상기 제1 선형 전극 간의 제1 전압차가 상기 제2 전극층과 상기 제2 선형 전극 간의 제2 전압차보다 작은 표시 장치.
  10. 삭제
  11. 영상을 표시하는 표시 패널에 부착되어 상기 영상을 2차원 영상 또는 3차원 영상으로 제공하는 액정 렌즈 패널에서,
    상기 액정 렌즈 패널은,
    제1 선형 전극 및 제2 선형 전극을 포함하는 제1 기판;
    판상 전극을 포함하는 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되고, VA 모드로 배향되어 있는 액정층을 포함하고,
    상기 제1 선형 전극 및 상기 제2 선형 전극은 하나의 렌즈로 기능하는 단위 소자에 포함되는 존(zone)을 이루고, 상기 존은 제1 선형 전극 측의 제1 영역 및 상기 제2 선형 전극 측의 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역에서 액정 분자는 제1 방향으로 선경사되도록 배향되어 있고, 상기 제2 영역에서 액정 분자는 제2 방향으로 선경사되도록 배향되어 있는 액정 렌즈 패널.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향의 반대 방향인 액정 렌즈 패널.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극 위에 배치되는 제1 배향막; 및
    상기 판상 전극 위에 배치되는 제2 배향막을 더 포함하는 액정 렌즈 패널.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극은 복수 개로 마련되고,
    상기 복수의 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극은 y축 방향으로 연장되고, x 축 방향으로 교대로 배치되는 액정 렌즈 패널.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 단위 소자에는 복수의 존이 포함되고, 상기 렌즈의 바깥쪽에서 중심으로 갈수록 상기 복수의 제1 선형 전극 및 제2 선형 전극의 폭이 넓어지는 액정 렌즈 패널.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 방향은 +y 방향 및 -y 방향 중 어느 하나이고, 상기 제2 방향은 다른 하나인 액정 렌즈 패널.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 2차원 영상을 제공할 때, 상기 판상 전극, 상기 제1 선형 전극 및 상기 제2 선형 전극에 기준 전압이 인가되는 액정 렌즈 패널.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 3차원 영상을 제공할 때, 상기 판상 전극에는 기준 전압이 인가되고, 상기 제1 선형 전극에는 제1 전압이 인가되고, 상기 제2 선형 전극에는 제2 전압이 인가되는 액정 렌즈 패널.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 판상 전극과 상기 제1 선형 전극 간의 제1 전압차 및 상기 판상 전극과 상기 제2 선형 전극 간의 제2 전압차는 서로 다른 액정 렌즈 패널.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 3차원 영상을 제공할 때, 상기 제1 선형 전극과 상기 제2 선형 전극 사이의 액정 분자들이 하나의 평면 내에서 회전하여 배열되는 액정 렌즈 패널.
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