KR20080084527A - 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

액정렌즈를 포함하는 액정표시장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20080084527A
KR20080084527A KR1020070067869A KR20070067869A KR20080084527A KR 20080084527 A KR20080084527 A KR 20080084527A KR 1020070067869 A KR1020070067869 A KR 1020070067869A KR 20070067869 A KR20070067869 A KR 20070067869A KR 20080084527 A KR20080084527 A KR 20080084527A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
substrate
electrode
electrodes
crystal layer
Prior art date
Application number
KR1020070067869A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101433107B1 (ko
Inventor
이병주
홍형기
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Publication of KR20080084527A publication Critical patent/KR20080084527A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101433107B1 publication Critical patent/KR101433107B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1347—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells
    • G02F1/13471—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells in which all the liquid crystal cells or layers remain transparent, e.g. FLC, ECB, DAP, HAN, TN, STN, SBE-LC cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/294—Variable focal length devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

본 발명은 액정층을 이용하여 형성되는 액정렌즈를 포함하는 영상표시장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판과 서로 마주보며 이격된 제2기판과; 상기 제1기판 내면에 형성되는 제1전극과; 상기 제2기판 내면에 반복적으로 형성되며, 각각이 제1거리에 대응되는 폭의 제1개구부를 갖는 다수의 제2전극과; 상기 제1전극과 상기 다수의 제2전극 사이에 형성되는 제1액정층과; 상기 제1기판 하부에 배치되는 제3기판과; 상기 제3기판과 서로 마주보며 이격되고, 상기 제1기판과 접촉하는 제4기판과; 상기 제3기판 내면에 형성되는 화소전극과; 상기 제4기판과; 상기 제3기판과 제4기판 사이에 형성되는 제2액정층과; 상기 제3기판 외면에 형성되는 제1편광판과; 상기 제2기판 외면에 형성되는 제2편광판을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
액정표시장치, 액정렌즈,

Description

액정렌즈를 포함하는 액정표시장치{Liquid Crystal Display Device Including Liquid Crystal Lens}
본 발명은 액정렌즈(liquid crystal lens)를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로, 3개의 전극을 이용하여 액정층을 구동하는 액정렌즈 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층으로 구성되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동한다. 액정분자는 분극성질과 광학적 이방성(optical anisotropy)을 갖는데, 분극성질은 액정분자가 전기장 내에 놓일 경우 액정분자내의 전하가 액정분자의 양쪽으로 몰려서 전기장에 따라 분자배열 방향이 변화되는 것을 말하고, 광학적 이방성은 액정분자의 가늘고 긴 구조와 앞서 말한 분자배열 방향에 기인하여 입사광의 입사방향이나 편광상태에 따라 출사광의 경로나 편광상태를 달리 변화시키는 것을 말한다.
이에 따라 액정층은 2개의 전극에 인가되는 전압에 의하여 투과율의 차이를 나타내게 되고 그 차이를 화소별로 달리하여 영상을 표시할 수 있다.
최근에 이러한 액정분자의 특성을 이용하여 액정층이 렌즈 역할을 하게 하는 액정렌즈가 제안되었다.
즉, 렌즈는 렌즈를 구성하는 물질과 공기와의 굴절률 차이를 이용하여 입사광의 경로를 위치별로 제어하는 것인데, 액정층에 위치별로 서로 다른 전압을 인가하여 위치별로 서로 다른 전기장에 의하여 액정층이 구동되도록 하면, 액정층에 입사하는 입사광은 위치별로 서로 다른 위상 변화를 느끼게 되고, 그 결과 액정층은 실제 렌즈와 같이 입사광의 경로를 제어할 수 있게 된다.
이러한 액정렌즈를 도면을 참조하여 설명한다.
도1a 및 도1b는 각각 일반적인 액정렌즈의 사시도 및 단면도이다.
도1a 및 도1b에 도시한 바와 같이, 일반적인 액정렌즈(10)는 마주보는 제1 및 제2기판(20, 30)과 제1 및 제2기판(20, 30) 사이에 형성된 액정층(40)으로 구성된다. 제1기판(20)의 내면 전체에는 제1전극(22)이 형성되어 있고, 제2기판(30)의 내면에는 이격거리(d)만큼 서로 이격된 제2전극(32)이 형성되어 있다.
제1 및 제2전극(22, 32)에 전압이 인가되면 두 전극(22, 32) 사이에는 전기장(electric field)이 형성되는데, 제2전극(32)이 제2기판(30)의 외면 전체에 형성되어 있지 않고 분리된 형태를 가지므로 완전한 수직 전기장이 형성되지 않고 제2전극(32)의 이격구간(32a)에서 멀리 떨어진 영역에는 제1 및 제2기판(20, 30)에 거의 수직한 전기장이 생성되는 반면, 제2전극(32)의 이격구간(32a)에 가까운 영역에는 제1 및 제2기판(20, 30)에 경사진 전기장이 생성된다.
따라서 제1 및 제2전극(22, 32)에 의하여 생성된 전기장은 제2전극(32)의 이격구간(32a)으로부터의 거리에 따라 세기와 방향이 변하고, 그 결과 전기장에 의하여 구동되는 액정층(40)도 제1 및 제2전극(22, 32)의 이격구간(32a)으로부터의 거리에 따라 입사광의 위상을 다르게 변화시킨다.
도2는 도1a 및 도1b의 액정렌즈를 빛이 통과할 경우 입사광의 위상변화를 도시한 그래프이다. 도2에서는 비교를 위하여 빛이 실제 렌즈를 통과할 경우에 느끼는 위상변화를 함께 도시하였다.
도2에서, 제1, 2, 3곡선(40a, 40b, 40c)은 각각 다른 구성의 액정렌즈를 통과하는 빛의 위상변화를 보여주는 곡선이며, 제4곡선(40d)은 유리 등으로 구성되는 실제 렌즈를 통과하는 빛의 위상변화를 보여주는 곡선이다. 제1, 2, 3곡선(40a, 40b, 40c)에서 알 수 있듯이, 액정렌즈를 통과하는 빛의 위상변화는 제2전극(도1a 및 도1b의 32)의 이격구간(도1a 및 도1b의 32a)을 중심으로 좌우로 대칭을 이룬다.
예를 들어 제1, 2, 3곡선(40a, 40b, 40c)은 제2전극(도1a 및 도1b의 32)의 이격거리(도1a 및 도1b의 d)를 점점 크게 변화시킬 때의 곡선일 수 있는데, 이격거리(도1a 및 도1b의 d)를 적절히 조절한다고 해도 한계가 있어서 실제 렌즈와 동일한 결과를 얻을 수는 없다. 즉, 제1, 2곡선(40a, 40b)은 전체적으로 제4곡선(40d)보다 위상변화가 적은 반면, 제3곡선(40c)은 전체적으로 제4곡선(40d)보다 위상변화가 많다.
이러한 결과는 액정렌즈의 위상변화 조절 변수가 적은 것에 기인하는 것으로, 액정렌즈에 있어서 위상변화를 조절할 수 있는 것은 제2전극(도1a 및 도1b의 32)의 이격거리(도1a 및 도1b의 d)와 제2전극(도1a 및 도1b의 32)에 인가되는 전압뿐이어서, 이를 적절히 조절한다고 해도 실제 렌즈에서의 위상변화와 동일한 곡선을 얻기는 어렵다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 3개의 전극을 이용하여 액정층을 구동함으로써 위상변화를 더 자유롭게 조절할 수 있는 액정렌즈 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 액정렌즈와 액정표시패널 사이의 거리를 감소시켜 증가된 해상도하에서도 2차원 평면영상과 3차원 입체영상의 전환 표시가 가능한 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판과 서로 마주보며 이격된 제2기판과; 상기 제1기판 내면에 형성되는 제1전극과; 상기 제2기판 내면에 반복적으로 형성되며, 각각이 제1거리에 대응되는 폭의 제1개구부를 갖는 다수의 제2전극과; 상기 제1전극과 상기 다수의 제2전극 사이에 형성되는 제1액정층과; 상기 제1기판 하부에 배치되는 제3기판과; 상기 제3기판과 서로 마주보며 이격되고, 상기 제1기판과 접촉하는 제4기판과; 상기 제3기판 내면에 형성되는 화 소전극과; 상기 제4기판과; 상기 제3기판과 제4기판 사이에 형성되는 제2액정층과; 상기 제3기판 외면에 형성되는 제1편광판과; 상기 제2기판 외면에 형성되는 제2편광판을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
다른 한편, 본 발명은 제1기판과; 상기 제1기판을 사이에 두고 서로 마주보며 이격된 제2 및 제3기판과; 상기 제2기판과 마주보는 상기 제1기판의 일면에 형성되는 제1전극과; 상기 제2기판 내면에 반복적으로 형성되며, 각각이 제1거리에 대응되는 폭의 제1개구부를 갖는 다수의 제2전극과; 상기 제1전극과 상기 다수의 제2전극 사이에 형성되는 제1액정층과; 상기 제3기판 내면에 형성되는 화소전극과; 상기 제1기판과 제3기판 사이에 형성되는 제2액정층과; 상기 제3기판 외면에 형성되는 제1편광판과; 상기 제2기판 외면에 형성되는 제2편광판을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 액정표시장치는 상기 제2전극과 상기 제1액정층 사이에 반복적으로 형성되며, 각각이 제2거리에 대응되는 폭의 제2개구부를 갖는 다수의 제3전극을 더욱 포함할 수 있다.
이때, 상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극 각각은 막대형상으로 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극에 전압을 인가할 경우 3차원 입체영상을 표시하고, 상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극에 전압을 인가하지 않을 경우 2차원 평면영상을 표시하는데, 상기 화소전극은 상기 제3기판 내면에 서로 이격된 다수개로 형성되어 다수의 영상화소를 정 의하고, 상기 액정표시장치가 상기 3차원 입체영상을 표시할 경우 상기 다수의 영상화소는 제1 및 제2영상을 교대로 표시한다.
또한, 상기 액정표시장치가 상기 3차원 입체영상을 표시할 경우, 상기 제1액정층은 선택된 일 편광에 대해서는 광경로를 변경하고 그 외의 편광에 대해서는 광경로를 변경하지 않는다.
액정표시장치는 상기 제1전극과 상기 액정층 사이에 형성되는 제1배향막과; 상기 제3전극과 상기 액정층 사이에 형성되는 제2배향막과; 상기 제2전극과 상기 제3전극 사이에 형성되는 절연막을 더욱 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극, 상기 다수의 제3전극에는 각각 제1전압, 제2전압, 제3전압이 인가되고, 상기 제1 내지 제3전압 중 적어도 하나는 교류전압일 수 있으며, 특히, 상기 제1전압은 직류전압이고, 상기 제2 및 제3전압은 동일한 주파수와 상이한 크기를 갖는 교류전압일 수 있다.
그리고, 상기 제1거리는 상기 제2거리보다 작도록 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판과 서로 마주보며 이격된 제2기판과; 상기 제1기판 내면에 형성되는 제1전극과; 상기 제2기판 내면에 형성되는 제2전극과; 상기 제2전극 하부로 반원통형의 오목한 오목부를 가지며 형성된 절연층과; 상기 제 1 전극과 상기 절연층 사이에 상기 오목부를 채우며 형성된 제 1 액정층과; 상기 제1기판 하부에 배치되는 제3기판과; 상기 제3기판과 서로 마주보며 이격되고, 상기 제1기판과 접촉하는 제4기판과; 상기 제3기판 내면에 형성되는 화소전극과; 상기 제3기판과 제4기판 사이에 형성되는 제2액정층과; 상기 제3기판 외면에 형성되는 제1편광판과; 상기 제2기판 외면에 형성되는 제2편광판을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
또 다른 실시예에 따른 본 발명은, 제1기판과; 상기 제1기판 상부로 상기 제 1 기판 서로 마주보며 이격된 제2기판과; 상기 제1기판 상면에 형성되는 판형태의 제1전극과; 상기 제2기판 하면에 형성되는 판형태의 제2전극과; 상기 제2전극 하부로 반원통형의 오목한 오목부를 가지며 형성된 절연층과; 상기 제 1 전극과 상기 절연층 사이에 상기 오목부를 채우며 형성된 제 1 액정층과; 상기 제1기판 하부에 서로 마주보며 이격되고, 상기 제1기판과 접촉하는 제3기판과; 상기 제3기판 내면에 형성되는 화소전극과; 상기 제1기판과 제3기판 사이에 형성되는 제2액정층과; 상기 제3기판 외면에 형성되는 제1편광판과; 상기 제2기판 외면에 형성되는 제2편광판을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 절연층은 그 굴절율이 상기 제 1 액정층을 이루는 액정분자의 장축 굴절율과 동일한 값을 갖는 것이 특징이며, 상기 제 1 액정층을 이루는 액정은 수직배향 또는 수평배향 특성을 갖는 것이 특징이다.
상기 제 1 전극과 상기 제 1 액정층 사이에 제 1 배향막이, 상기 오목부를 갖는 절연층과 상기 제 1 배향막 사이에 제 2 배향막이 더욱 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극과 제 2 전극은 판형태로써 각각 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 전면에 형성된 것이 특징이다.
본 발명에 따른 모든 액정표시장치 중 4개의 기판을 포함하는 경우는, 상기 제 4 기판 내면에는 공통전극이 더욱 형성되며, 상기 제 2 액정층은 상기 화소전극 과 상기 공통전극 사이에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 모든 액정표시장치 중 3개의 기판을 포함하는 경우는, 상기 제3기판과 마주보는 상기 제1기판의 일면에는 공통전극이 더욱 형성되며, 상기 제2액정층은 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 액정렌즈는, 3개의 전극을 이용하여 전기장을 생성하고 이 전기장으로 액정층을 구동하거나 또는 2개의 판형태의 전극 및 반원통형의 오목부를 갖는 절연층과 상기 오목부를 채우는 액정층으로 구성하여 상기 판형태의 전극에 의해 전기장을 생성하여 상기 반원통형상의 액정층을 구동함으로써 광학렌즈와 실질적으로 동일한 액정렌즈를 구현할 수 있으며, 이러한 액정렌즈를 포함하는 본 발명에 따른 액정표시장치는, 액정렌즈에 인가되는 전압을 조절하여 2차원 영상과 3차원 영상을 전환 표시할 수 있는 장점이 있다.
또한, 액정렌즈와 액정표시패널 간의 이격거리를 최소화하여 고해상도 하에서도 3차원 입체영상을 원활히 표시할 수 있다.
또한, 제 1, 2 편광판은 액정표시패널과 액정렌즈를 각각 구성하는 최외각에 위치한 기판의 외측면에 배치함으로써 편광판의 확산작용에 의해 상기 액정렌즈로 입사된 빛의 경로가 표시영역 외부로 벗어나게 되어 발생하는 표시품질 저하를 방지하는 효과가 있다.
또한, 액정렌즈와 액정표시패널을 총 3개의 기판을 이용하여 제조함으로써 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
<제 1 실시예>
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정렌즈를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정렌즈(110)는 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판(120, 130)과 제1 및 제2기판(120, 130) 사이에 형성된 액정층(140)으로 구성된다. 제1기판(120)의 내면에는 제1전극(122)이 전면에 형성되어 있고, 제1전극(122) 상부에는 제1배향막(124)이 형성되어 있다.
제2기판(130)의 내면에는 제2기판(130)의 중앙부를 중심으로 서로 제1거리(d1)에 대응되는 폭의 제1개구부를 갖는 제2전극(132)이 형성되어 있으며, 제2전극(132) 하부에는 절연막(134)이 형성되어 있다. 절연막(134) 하부에는 제2기판(130)의 중앙부를 중심으로 서로 제2거리(d2)에 대응되는 폭의 제2개구부를 갖는 제3전극(136)이 형성되어 있으며, 제3전극(136) 하부에는 제2배향막(138)이 형성되어 있다. 제2 및 제3전극(132, 136)은 절연막(134)에 의하여 서로 전기적으로 절연되며, 서로 일부가 중첩되도록 배치된다. 도시하지는 않았지만, 평면적으로 봤을 때 제2 및 제3전극(132, 136)은 제1 및 제2개구부 끝단에서 서로 연결될 수 있다.
제1 및 제2배향막(124, 138) 사이에는 액정층(140)이 형성되는데, 특별한 경 우에는 제1 및 제2배향막(124, 138)을 생략할 수도 있다. 본 실시예에서는 제2배향막(138)이 제3전극(136)과 접촉하여 형성되지만 다른 실시예에서는 제3전극(136)과 제2배향막(138) 사이에 절연물질로 이루어진 보호막이 형성될 수도 있다. 또한 제1, 2, 3전극(122, 132, 136)은 투명도전성 물질로 이루어질 수 있다.
이러한 구조의 액정렌즈(110)에서, 제1, 2, 3전극(122, 132, 136)에 각각 인가되는 제1, 2, 3전압에 의하여 전기장이 생성되고 생성된 전기장에 의하여 액정층(140)이 구동된다. 이 때 생성된 전기장은 제1, 2, 3전압의 크기와 제1, 2거리(d1, d2)에 의하여 그 크기 및 방향이 조절되는데, 종래보다 더 많은 조절 변수가 있으므로 더 다양한 형태의 전기장을 더 세밀하게 생성할 수 있다.
생성된 전기장의 위치별 크기 및 방향의 다양성은 액정층(140)에서의 위상변화 곡선의 다양성을 의미하며, 이들 제1, 2, 3전압과 제1, 2거리(d1, d2)를 적절히 조절하여 실제 렌즈에서와 실질적으로 동일한 위상변화 곡선을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정렌즈(110)에서는 생성된 전기장에 의하여 액정층(140)의 굴절률이 위치별로 세밀하게 조절되며 이에 따라 액정층(140)을 통과하는 입사광이 느끼는 세밀한 위상변화는 실제 렌즈에서와 동일한 광경로 변경효과를 나타낸다.
이러한 액정렌즈(110)의 구동을 살펴보면, 제1, 2, 3전극에 각각 인가되는 제1, 2, 3전압은 그 크기가 서로 다른 전압일 수 있으며, 직류(DC)전압 또는 교류(AC)전압일 수 있다. 액정층(140)에 직류전압에 의한 전기장을 지속적으로 인가할 경우 전하의 한 방향으로의 축적에 의하여 액정층(140)이 열화될 수 있으므로, 제1, 2, 3전압 중 적어도 하나의 전압은 교류전압인 것이 바람직 할 것이다. 예를 들어, 제1전극(122)에 직류전압을 인가하고, 제2 및 제3전극(132, 136)에 동일한 주파수에 상이한 크기를 갖는 교류전압을 인가할 수 있다.
또한 본 실시예에서는 제1거리(d1)가 제2거리(d2)보다 작지만, 다른 실시예에서는 필요에 따라 제1거리(d1)가 제2거리(d2)보다 크거나 같을 수도 있다.
한편, 이러한 액정렌즈는 전극에 인가되는 전압 유무에 따라 렌즈역할을 하거나 단순한 투과층의 역할을 하므로, 이를 액정표시패널에 적용하여 2차원 평면영상과 3차원 입체영상을 전환하여 표시하도록 할 수 있다.
<제 2 실시예>
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도이다. 도4의 액정렌즈에 대하여 도3의 액정렌즈와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치(201)는 액정렌즈(210)와 액정렌즈(210) 하부에 구성된 액정표시패널(250)로 구성된다.
액정렌즈(210)는 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판(220, 230)과, 제1 및 제2기판(220, 230) 사이에 형성된 제1액정층(240)으로 구성된다. 제1기판(220)의 내면에는 제1전극(222)이 전면에 형성되어 있고, 제1전극(222) 상부에는 제1배향막(224)이 형성되어 있다.
제2기판(230)의 내면에는 각각이 제1거리(d1)에 대응되는 폭의 제1개구부를 갖는 다수의 제2전극(232)이 반복적으로 형성되어 있으며, 다수의 제2전극(232) 하부에는 절연막(234)이 형성되어 있다. 절연막(234) 하부에는 각각이 제2거리(d2)에 대응되는 폭의 제2개구부를 갖는 다수의 제3전극(236)이 반복적으로 형성되어 있으며, 제3전극(236) 하부에는 제2배향막(238)이 형성되어 있다. 다수의 제2전극 및 다수의 제3전극(232, 236)은 절연막(234)에 의하여 서로 전기적으로 절연되며, 서로 일부가 중첩되도록 배치된다. 도시하지는 않았지만, 하나의 단위액정렌즈(ULL)에 형성되는 제2전극(232)과 제3전극(236)은 평면적으로 볼 때 도면에 수직한 방향으로 연장된 막대 형상일 수 있으며, 제1및 제2개구부의 끝단에서 각각 연결된 형태일 수 있다.
이러한 액정렌즈(210)는 도3에서 설명한 바와 같이 각 전극에 전압을 인가함으로써 하나의 렌즈로 작용하는데, 제1전극(222), 한 쌍의 제2전극(232)과 한 쌍의 제3전극(236)은 하나의 단위액정렌즈(ULL)를 구성한다. 즉 제1전극(222), 한 쌍의 제2전극(232), 한 쌍의 제3전극(236)에 각각 제1, 2, 3전압을 인가함으로써 단위액정렌즈(ULL)는 하나의 원통형렌즈(cylindrical lens)로 작용하고, 액정렌즈(210) 전체는 다수의 연결된 원통형렌즈로 작용한다.
비록 도4에서는 제2 및 제3전극(232, 236) 각각이 각 단위액정렌즈(ULL) 별로 분리된 것으로 도시되어 있지만, 단위액정렌즈(ULL)의 굴절률 등의 광학특성이 동일하도록 설계되었다면 각 단위액정렌즈(ULL)의 제2 및 제3전극(232, 236) 각각에는 동일한 전압이 인가되므로 인접한 단위액정렌즈(ULL)의 제2 및 제3전극(232, 236) 각각은 연결된 일체형으로 형성될 수 있다.
제1, 2, 3전극(222, 232, 236)에 각각 인가되는 제1, 2, 3전압에 의하여 전기장이 생성되고 생성된 전기장에 의하여 제1액정층(240)이 구동된다. 이 때 생성된 전기장은 제1, 2, 3전압의 크기와 제1, 2거리(d1, d2)에 의하여 그 크기 및 방향이 조절되어 결과적으로 제1액정층(240)에서의 위상변화 곡선의 형태가 조절된다.
제1, 2, 3전압은 그 크기가 서로 다른 전압일 수 있으며, 직류(DC)전압 또는 교류(AC)전압일 수 있고, 제1, 2, 3전압 중 적어도 하나의 전압은 교류전압인 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1전극(222)에 직류전압을 인가하고, 제2 및 제3전극(232, 236)에 동일한 주파수에 상이한 크기를 갖는 교류전압을 인가할 수 있다.
액정표시패널(250)은 서로 마주보며 이격된 제3 및 제4기판(260, 270)과, 제3 및 제4기판(260, 270)사이에 형성된 제2액정층(280)으로 구성된다. 제3기판(260)의 내면에는 화소전극(262)이 각 영상화소(P1, P2)에 대응하여 형성되고, 제2기판(270)의 내면에는 공통전극(272)이 전면에 형성된다. 제2액정층(280)은 화소전극(262)과 공통전극(272) 사이에 형성되어 화소전극(262)과 공통전극(272)에 인가된 전압에 따라 입사광의 편광상태 및 투과율 등을 변화시켜서 영상을 표시한다.
이에 따라 제3 및 제4기판(260, 270) 각각의 외면에는 제1 및 제2편광판(292, 294)이 형성된다. 제1 및 제2편광판(292, 294)의 편광축은 서로 직교하도록 구성될 수 있으며, 제2액정층(280)은 인가전압에 따라 제1편광판(292)으로 입사되는 입사광의 편광상태를 변경하거나 유지하여 제2편광판(292)의 통과 여부를 결 정함으로써 영상을 표시한다.
이때, 액정표시패널(250)에는 제1 및 제2영상(IM1, IM2)을 각각 표시하는 제1 및 제2영상화소(P1, P2)가 순차적으로 반복 배열되어 있다.
제1, 2, 3전극(222, 232, 236)에 제1, 2, 3전압을 인가하여 액정렌즈(210)가 광학 렌즈로 작용하게 될 경우, 액정표시패널(250)의 제1 및 제2영상(IM1, IM2)은 액정렌즈(210)에 의하여 각각 제1 및 제2시역(viewing zone: VZ1, VZ2)으로 전달된다. 만약 제1 및 제2시역(VZ1, VZ2)간의 거리를 사람의 두 눈 사이의 거리로 설계하면, 사용자는 제1 및 제2시역(VZ1, VZ2)으로 각각 전달되는 제1 및 제2영상(IM1, IM2)을 합성하여 스테레오그래픽에 의한 3차원 영상을 인식하게 된다.
그리고, 제1, 2, 3전극(222, 232, 236)에 제1, 2, 3전압을 인가하지 않아서 액정렌즈(210)가 단순 투명층 역할만을 할 경우, 액정표시패널(250)의 제1 및 제2영상(IM1, IM2)이 굴절 없이 그대로 액정렌즈(210)를 통과하게 된다. 따라서 제1 및 제2영상(IM1, IM2)은 시역구분 없이 그대로 사용자에게 전달되고 사용자는 2차원 영상을 인식하게 된다.
결론적으로 본 발명의 제2실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치는 액정렌즈의 각 전극에 인가되는 전압 유무에 따라 2차원 평면영상과 3차원 입체영상을 전환하여 표시할 수 있다.
도4에 도시하지는 않았지만, 액정표시패널(250)은 제3기판(260)과 화소전극(262) 사이에는 서로 교차하는 게이트배선 및 데이터배선과, 게이트배선 및 데이터배선과 연결되는 박막트랜지스터가 형성될 수 있으며, 박막트랜지스터는 화소전 극(262)과 연결되어 화소전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 할 수 있다. 그리고, 제4기판(270)과 공통전극(272) 사이에는 게이트배선 및 데이터배선에 대응되는 블랙매트릭스와, 블랙매트릭스 하부의 컬러필터층이 형성될 수 있다. 또한, 화소전극(262)과 제2액정층(280) 사이와 공통전극(272)과 제2액정층(280) 사이에는 제3 및 제4배향막이 형성될 수 있다.
그런데, 더 높은 해상도가 요구되는 추세에 따라 액정표시패널의 화소의 크기가 작아지고, 이에 따라 제1 및 제2영상(IM1, IM2)을 각각 표시하는 제1 및 제2영상화소(P1, P2)간의 이격거리, 즉, 영상화소의 피치도 작아진다. 그러나, 사람의 양안 시차는 약 65mm로 일정하므로 감소된 제1 및 제2영상화소(P1, P2)간의 이격거리를 갖는 액정표시장치로 3차원 입체영상을 원활히 표시하기 위해서는 액정렌즈(210)와 액정표시패널(250)간의 제1이격거리(L1: 제1액정층의 중심면과 제2액정층의 중심면 사이의 거리) 역시 감소되어야 한다.
예를 들어, 액정표시패널(250)의 영상화소의 피치가 약 50μm일 경우 액정렌즈(210)와 액정표시패널(250)간의 제1이격거리(L1)는 약 0.5mm가 되어야 제1 및 제2영상(IM1, IM2)을 원활히 분리하여 3차원 입체영상을 표시할 수 있다.
이러한 액정렌즈(210)와 액정표시패널(250)간의 제1이격거리(L1)를 결정하는 주요 요소는 제1기판(220), 제2편광판(294) 및 제4기판(270)의 두께라고 할 수 있는데, 각 기판의 두께를 감소시킨다 하더라도 약 2mm의 두께의 편광판이 걸림돌이 될 수 있다.
이하, 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명이 제공하는 액정표시장치에 대하여 설명한다.
<제 3 실시예>
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도이다. 도5의 액정렌즈에 대하여 도3의 액정렌즈와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시장치(360)는 액정렌즈(310)와 액정렌즈(310)와 접하여 그 하부에 구성된 액정표시패널(350)로 구성된다.
액정렌즈(310)는 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판(320, 330)과, 제1 및 제2기판(320, 330) 사이에 형성된 제1액정층(340)으로 구성된다. 제1기판(320)의 내면에는 제1전극(322)이 전면에 형성되어 있고, 제1전극(322) 상부에는 제1배향막(324)이 형성되어 있다.
제2기판(330)의 내면에는 각각이 제1거리(d1)에 대응되는 폭의 제1개구부를 갖는 다수의 제2전극(332)이 반복적으로 형성되어 있으며, 다수의 제2전극(332) 하부에는 절연막(334)이 형성되어 있다. 절연막(334) 하부에는 각각이 제2거리(d2)에 대응되는 폭의 제2개구부를 갖는 다수의 제3전극(336)이 반복적으로 형성되어 있으며, 제3전극(336) 하부에는 제2배향막(338)이 형성되어 있다. 다수의 제2전극 및 다수의 제3전극(332, 336)은 절연막(334)에 의하여 서로 전기적으로 절연되며, 서 로 일부가 중첩되도록 배치된다. 도시하지는 않았지만, 제2전극(332)과 제3전극(336)은 도면에 수직한 방향으로 연장된 막대 형상일 수 있으며, 제1및 제2개구부의 끝단에서 각각 연결된 형태일 수 있다.
이러한 액정렌즈(310)는 도3에서 설명한 바와 같이 각 전극에 전압을 인가함으로써 하나의 렌즈로 작용하는데, 제1전극(322), 한 쌍의 제2전극(332)과 한 쌍의 제3전극(336)은 하나의 단위액정렌즈(ULL)를 구성한다. 즉 제1전극(322), 한 쌍의 제2전극(332), 한 쌍의 제3전극(336)에 각각 제1, 2, 3전압을 인가함으로써 단위액정렌즈(ULL)는 하나의 원통형렌즈(cylindrical lens)로 작용하고, 액정렌즈(310) 전체는 다수의 연결된 원통형렌즈로 작용한다.
비록 도5에서는 제2 및 제3전극(332, 336) 각각이 각 단위액정렌즈(ULL) 별로 분리된 것으로 도시되어 있지만, 각 단위액정렌즈(ULL)의 굴절률 등의 광학특성이 동일하도록 설계되었다면 각 단위액정렌즈(ULL)의 제2 및 제3전극(332, 336) 각각에는 동일한 전압이 인가되므로 인접한 단위액정렌즈(ULL)의 제2 및 제3전극(332, 336) 각각은 연결된 일체형으로 형성될 수 있다.
제1, 2, 3전극(322, 332, 336)에 각각 인가되는 제1, 2, 3전압에 의하여 전기장이 생성되고 생성된 전기장에 의하여 제1액정층(340)이 구동된다. 이 때 생성된 전기장은 제1, 2, 3전압의 크기와 제1, 2거리(d1, d2)에 의하여 그 크기 및 방향이 조절되어 결과적으로 제1액정층(340)에서의 위상변화 곡선의 형태가 조절된다.
제1, 2, 3전압은 그 크기가 서로 다른 전압일 수 있으며, 직류(DC)전압 또는 교류(AC)전압일 수 있고, 제1, 2, 3전압 중 적어도 하나의 전압은 교류전압인 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1전극(322)에 직류전압을 인가하고, 제2 및 제3전극(332, 336)에 동일한 주파수에 상이한 크기를 갖는 교류전압을 인가할 수 있다.
액정표시패널(350)은 서로 마주보며 이격된 제3 및 제4기판(360, 370)과, 제3 및 제4기판(360, 370)사이에 형성된 제2액정층(380)으로 구성된다. 제3기판(360)의 내면에는 화소전극(362)이 각 영상화소(P1, P2)에 대응하여 형성되고, 제4기판(370)의 내면에는 공통전극(372)이 전면에 형성된다. 제2액정층(380)은 화소전극(362)과 공통전극(372) 사이에 형성되어 화소전극(362)과 공통전극(372)에 인가된 전압에 따라 입사광의 편광상태 및 투과율 등을 변화시켜서 영상을 표시한다.
이때, 액정렌즈(310)와 액정표시패널(350) 간의 거리를 최소화하기 위하여 액정렌즈(310)의 제1기판(320)과 액정표시패널(350)의 제4기판(370)은 서로 접촉하도록 맞닿아 밀착 배치되고, 액정표시패널(350)의 영상표시에 필요한 제1 및 제2편광판(392, 394)은 각각 제3 및 제2기판(360, 330)의 외면에 형성된다.
결과적으로, 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시장치(360)의 액정렌즈(310)와 액정표시패널(350)간의 제2이격거리(L2)는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치(도4의 201)의 액정렌즈(도4의 210)와 액정표시패널(도4의 250)간의 제1이격거리(도4의 L1)보다 감소되어 증가된 해상도를 갖는 환경(고정세)에서도 원활히 3차원 입체영상을 표현할 수 있다.
한편, 제1 및 제2편광판(392, 394)의 편광축은 서로 직교하도록 구성될 수 있으며, 제2액정층(380)은 인가전압에 따라 제1편광판(392)으로 입사되는 입사광의 편광상태를 변경하거나 유지하여 제2편광판(392)의 통과 여부를 결정함으로써 영상을 표시한다.
그리고, 액정표시패널(350)에는 제1 및 제2영상을 각각 표시하는 제1 및 제2영상화소(P1, P2)가 순차적으로 반복 배열되어 있다.
제1, 2, 3전극(322, 332, 336)에 제1, 2, 3전압을 인가하여 액정렌즈(310)가 광학 렌즈로 작용하게 될 경우, 액정표시패널(350)의 제1 및 제2영상은 액정렌즈(310)에 의하여 각각 제1 및 제2시역으로 전달되고, 제1 및 제2시역간의 거리를 사람의 두 눈 사이의 거리로 설계한 경우 사용자는 제1 및 제2시역으로 각각 전달되는 제1 및 제2영상을 합성하여 스테레오그래픽에 의한 3차원 영상을 인식하게 된다.
그리고, 제1, 2, 3전극(322, 332, 336)에 제1, 2, 3전압을 인가하지 않아서 액정렌즈(310)가 단순 투명층 역할만을 할 경우, 액정표시패널(350)의 제1 및 제2영상이 굴절 없이 그대로 액정렌즈(310)를 통과하여 시역구분 없이 그대로 사용자에게 전달되고 사용자는 2차원 영상을 인식하게 된다.
결론적으로 본 발명의 제3실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치는 액정렌즈의 각 전극에 인가되는 전압 유무에 따라 2차원 평면영상과 3차원 입체영상을 전환하여 표시할 수 있다.
도5에 도시하지는 않았지만, 액정표시패널(350)은 제3기판(360)과 화소전극(362) 사이에는 서로 교차하는 게이트배선 및 데이터배선과, 게이트배선 및 데이터배선과 연결되는 박막트랜지스터가 형성될 수 있으며, 박막트랜지스터는 화소전 극(362)과 연결되어 화소전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 할 수 있다. 그리고, 제4기판(370)과 공통전극(372) 사이에는 게이트배선 및 데이터배선에 대응되는 블랙매트릭스와, 블랙매트릭스 하부의 컬러필터층이 형성될 수 있다. 또한, 화소전극(362)과 제2액정층(380) 사이와 공통전극(372)과 제2액정층(380) 사이에는 제3 및 제4배향막이 형성될 수 있다.
다음으로, 증가된 해상도에 부응하여 더욱 원활히 3차원 입체영상을 표시할 수 있는 본 발명이 제공하는 액정표시장치에 대하여 설명한다.
<제 4 실시예>
도6은 본 발명의 제4실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도이다. 도6의 액정렌즈에 대하여 도3의 액정렌즈와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시장치(460)는 액정렌즈(410)와 액정렌즈(410)와 일체로 그 하부에 구성된 액정표시패널(450)로 구성된다. 즉, 액정표시장치(460)는 제1기판(420)과, 제1기판(420)을 사이에 두고 서로 마주보는 제2 및 제3기판(430, 460)과, 제1 및 제2기판(420, 430) 사이의 제1액정층(440)과, 제1 및 제3기판(420, 460) 사이의 제2액정층(480)으로 이루어지면, 여기서 제1기판(420)은 액정렌즈(410) 및 액정표시패널(450)을 구성하는 기판의 역할을 겸한다.
액정렌즈(410)는 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판(420, 430)과, 제1 및 제2기판(420, 430) 사이에 형성된 제1액정층(440)으로 구성된다. 제1기판(420)과 제1액정층(440)의 사이에는 제1전극(422)이 전면에 형성되어 있고, 제1전극(422) 상부에는 제1배향막(424)이 형성되어 있다.
제2기판(430)의 내면에는 각각이 제1거리(d1)에 대응되는 폭의 제1개구부를 갖는 다수의 제2전극(432)이 반복적으로 형성되어 있으며, 다수의 제2전극(432) 하부에는 절연막(434)이 형성되어 있다. 절연막(434) 하부에는 각각이 제2거리(d2)에 대응되는 폭의 제2개구부를 갖는 다수의 제3전극(436)이 반복적으로 형성되어 있으며, 제3전극(436) 하부에는 제2배향막(438)이 형성되어 있다. 다수의 제2전극 및 다수의 제3전극(432, 436)은 절연막(434)에 의하여 서로 전기적으로 절연되며, 서로 일부가 중첩되도록 배치된다. 도시하지는 않았지만, 제2전극(432)과 제3전극(436)은 도면에 수직한 방향으로 연장된 막대 형상일 수 있으며, 제1및 제2개구부의 끝단에서 각각 연결된 형태일 수 있다.
이러한 액정렌즈(410)는 도3에서 설명한 바와 같이 각 전극에 전압을 인가함으로써 하나의 렌즈로 작용하는데, 제1전극(422), 한 쌍의 제2전극(4332)과 한 쌍의 제3전극(436)은 하나의 단위액정렌즈(ULL)를 구성한다. 즉 제1전극(422), 한 쌍의 제2전극(432), 한 쌍의 제3전극(436)에 각각 제1, 2, 3전압을 인가함으로써 단위액정렌즈(ULL)는 하나의 원통형렌즈(cylindrical lens)로 작용하고, 액정렌즈(410) 전체는 다수의 연결된 원통형렌즈로 작용한다.
비록 도5에서는 제2 및 제3전극(432, 436) 각각이 각 단위액정렌즈(ULL) 별 로 분리된 것으로 도시되어 있지만, 각 단위액정렌즈(ULL)의 굴절률 등의 광학특성이 동일하도록 설계되었다면 각 단위액정렌즈(ULL)의 제2 및 제3전극(432, 436) 각각에는 동일한 전압이 인가되므로 인접한 단위액정렌즈(ULL)의 제2 및 제3전극(432, 436) 각각은 연결된 일체형으로 형성될 수 있다.
제1, 2, 3전극(422, 432, 436)에 각각 인가되는 제1, 2, 3전압에 의하여 전기장이 생성되고 생성된 전기장에 의하여 제1액정층(440)이 구동된다. 이 때 생성된 전기장은 제1, 2, 3전압의 크기와 제1, 2거리(d1, d2)에 의하여 그 크기 및 방향이 조절되어 결과적으로 제1액정층(440)에서의 위상변화 곡선의 형태가 조절된다.
제1, 2, 3전압은 그 크기가 서로 다른 전압일 수 있으며, 직류(DC)전압 또는 교류(AC)전압일 수 있고, 제1, 2, 3전압 중 적어도 하나의 전압은 교류전압인 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1전극(422)에 직류전압을 인가하고, 제2 및 제3전극(432, 436)에 동일한 주파수에 상이한 크기를 갖는 교류전압을 인가할 수 있다.
액정표시패널(450)은 서로 마주보며 이격된 제3 및 제1기판(460, 420)과, 제3 및 제1기판(460, 420)사이에 형성된 제2액정층(480)으로 구성된다. 제3기판(460)의 내면에는 화소전극(462)이 각 영상화소(P1, P2)에 대응하여 형성되고, 제1기판(420)과 제2액정층(480) 사이에는 공통전극(472)이 전면에 형성된다. 제2액정층(480)은 화소전극(462)과 공통전극(472) 사이에 형성되어 화소전극(462)과 공통전극(472)에 인가된 전압에 따라 입사광의 편광상태 및 투과율 등을 변화시켜서 영상을 표시한다.
이때, 액정렌즈(410)와 액정표시패널(450) 간의 거리를 최소화하기 위하여 제1기판(420)은 액정렌즈(410)의 구성요소인 동시에 액정표시패널(450)의 구성요소이며, 액정표시패널(450)의 영상표시에 필요한 제1 및 제2편광판(492, 494)은 각각 제3 및 제2기판(460, 430)의 외면에 형성된다.
결과적으로, 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시장치(460)의 액정렌즈(410)와 액정표시패널(450)간의 제3이격거리(L3)는 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시장치(도5의 301)의 액정렌즈(도5의 310)와 액정표시패널(도5의 350)간의 제2이격거리(도5의 L2)보다 더욱 감소되어 증가된 해상도를 갖는 환경(고정세)에서도 더욱 원활히 3차원 입체영상을 표현할 수 있다.
한편, 제1 및 제2편광판(492, 494)의 편광축은 서로 직교하도록 구성될 수 있으며, 제2액정층(480)은 인가전압에 따라 제1편광판(492)으로 입사되는 입사광의 편광상태를 변경하거나 유지하여 제2편광판(492)의 통과 여부를 결정함으로써 영상을 표시한다.
그리고, 액정표시패널(450)에는 제1 및 제2영상을 각각 표시하는 제1 및 제2영상화소(P1, P2)가 순차적으로 반복 배열되어 있다.
제1, 2, 3전극(422, 432, 436)에 제1, 2, 3전압을 인가하여 액정렌즈(410)가 광학 렌즈로 작용하게 될 경우, 액정표시패널(450)의 제1 및 제2영상은 액정렌즈(410)에 의하여 각각 제1 및 제2시역으로 전달되고, 제1 및 제2시역간의 거리를 사람의 두 눈 사이의 거리로 설계한 경우 사용자는 제1 및 제2시역으로 각각 전달되는 제1 및 제2영상을 합성하여 스테레오그래픽에 의한 3차원 영상을 인식하게 된 다.
그리고, 제1, 2, 3전극(422, 432, 436)에 제1, 2, 3전압을 인가하지 않아서 액정렌즈(410)가 단순 투명층 역할만을 할 경우, 액정표시패널(450)의 제1 및 제2영상이 굴절 없이 그대로 액정렌즈(410)를 통과하여 시역구분 없이 그대로 사용자에게 전달되고 사용자는 2차원 영상을 인식하게 된다.
결론적으로 본 발명의 제4실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치는 액정렌즈의 각 전극에 인가되는 전압 유무에 따라 2차원 평면영상과 3차원 입체영상을 전환하여 표시할 수 있다.
도6에 도시하지는 않았지만, 액정표시패널(450)은 제3기판(460)과 화소전극(462) 사이에는 서로 교차하는 게이트배선 및 데이터배선과, 게이트배선 및 데이터배선과 연결되는 박막트랜지스터가 형성될 수 있으며, 박막트랜지스터는 화소전극(462)과 연결되어 화소전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 할 수 있다. 그리고, 제1기판(420)과 공통전극(472) 사이에는 게이트배선 및 데이터배선에 대응되는 블랙매트릭스와, 블랙매트릭스 하부의 컬러필터층이 형성될 수 있다. 또한, 화소전극(462)과 제2액정층(480) 사이와 공통전극(472)과 제2액정층(480) 사이에는 제3 및 제4배향막이 형성될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제4실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 동작을 입사광의 편광상태를 기준으로 설명한다.
도7a 및 도7b는 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시장치의 액정렌즈가 각 각 오프 및 온 상태일 경우 입사광의 광경로 및 편광상태를 보여주는 개략도이다. 도7a 및 도7b에서는 액정표시장치의 구성요소 중 입사광의 광경로 및 편광상태에 영향을 주는 광학적 요소인 편광판과 액정층만을 도시하였다.
도7a 및 도7b에 도시한 바와 같이, 액정렌즈(도6의 410)의 오프, 온 상태(액정렌즈가 단순한 투명층 역할을 할 경우를 오프 상태, 광학렌즈 역할을 할 경우를 온 상태로 정의)에 상관없이 액정표시패널(도6의 450) 하부의 백라이트(미도시)에서 출사된 입사광은 제1편광판(492)을 통과하면서 제1편광(ⓧ)이 되어 제2액정층(480)으로 입사된다.
이후 제1편광(ⓧ)은 제2액정층(480)을 통과하면서 액정표시패널(도6의 450) 오프, 온 상태에 따라 그 편광상태가 변하게 되는데, 액정표시패널(도6의 450)이 노멀리블랙모드(normally black mode)인 경우 화소전극(도6의 462)과 공통전극(도6의 472)에 전압이 인가되지 않을 경우에는 블랙영상(black image)을 표시하게 되고 화소전극(도6의 462)과 공통전극(도6의 472)에 전압이 인가될 경우에는 화이트영상(white image)을 표시하게 된다.
즉, 제1편광(ⓧ)인 입사광은 블랙영상을 표시하는 영상화소에 대응하는 제2액정층(480)을 통과하는 경우 편광상태의 변화없이 그대로 제1편광(ⓧ)으로 출사되는 반면 화이트영상을 표시하는 영상화소에 대응하는 제2액정층(480)을 통과하는 경우 편광상태가 변화하여 제2편광(↔)으로 출사된다.
또한, 백라이트의 출사광이 제1편광판(492)과 제2액정층(480)을 통과하는 동안 광경로의 변화는 없으므로, 백라이트의 출사광은 직진하여 제2액정층(480)을 빠 져나온다.
액정표시패널(도6의 450)의 출사광은 이후 액정렌즈(도6의 410)의 제1액정층(440) 및 제2편광판(494)을 통과하게 되는데, 이때 광경로 및 편광상태는 액정렌즈(도6의 410)의 오프, 온 상태에 따라 상이하게 변화하므로 나누어서 설명한다.
도7a에 도시한 바와 같이, 액정렌즈(도6의 410)가 오프 상태인 경우 제1액정층(440)은 모든 편광상태의 입사광에 대하여 단순히 투명층의 역할을 하므로 액정표시패널(도6의 450)의 제2액정층(480)으로부터 출사된 제1 및 제2편광(ⓧ, ↔)은 광경로 및 편광상태의 변화없이 제1액정층(440)을 통과하여 제2편광판(494)에 도달한다.
제2편광판(494)은 제1편광판(492)과 상이한 편광축을 가지므로, 액정렌즈(도6의 410)의 제1액정층(440)의 출사광 중에서 제1편광(ⓧ)은 제2편광판(494)을 통과하지 못하여 블랙영상을 표시하게 되고 제2편광(↔)은 제2편광판(494)을 통과하여 화이트영상을 표시하게 된다. 이때, 제1 및 제2편광은 광경로가 변화하지 않으므로 별개의 시역을 생성하지 못하므로, 액정렌즈(도6의 461)가 오프 상태인 경우 액정표시장치(도6의 460)는 2차원 평면영상을 표시하게 된다.
한편, 도7b에 도시한 바와 같이, 액정렌즈(도6의 410)가 온 상태인 경우 제1액정층(440)은 입사광의 편광상태에 따라 광학 렌즈의 역할을 한다.
즉, 액정렌즈(도6의 410)의 입사광 중에서 선택된 편광에 대해서는 광경로를 변경하는 광학렌즈의 역할을 하고 그 외의 편광에 대해서는 광경로를 변경하지 않는 단순한 투명층의 역할을 한다.
여기서는 액정렌즈(도6의 410)의 입사광 중에서 제2편광에 대해서는 광학렌즈의 역할을 하고 그 외의 편광에 대해서는 단순한 투명층의 역할을 하는 것을 예로 들었지만, 다른 실시예에서는 이와 상이하게 제1액정층(440)을 설계할 수 있다.
따라서, 제1편광(ⓧ)은 광경로 및 편광상태의 변화없이 제1액정층(440)을 통과하여 그대로 제2편광판(494)에 도달하는 반면, 제2편광(↔)은 편광상태는 변화하지 않지만 광경로가 변경되어 제2편광판(494)에 도달한다.
제2편광판(494)은 제1편광판(492)과 상이한 편광축을 가지므로, 액정렌즈(도6의 410)의 제1액정층(440)의 출사광 중에서 제1편광(ⓧ)은 제2편광판(494)을 통과하지 못하여 블랙영상을 표시하게 되고 광경로가 변경된 제2편광(↔)은 제2편광판(494)을 통과하여 화이트영상을 표시하게 된다. 이때, 제1편광(ⓧ)은 광경로가 변경되지 않으므로 시역생성에 기여하지 못하는 성분이지만 제2편광판(494)에 의하여 차단되므로 액정표시장치의 3차원 입체영상표시를 방해하지 않으며, 제2편광(↔)은 광경로가 변경된 상태로 제2편광판(494)을 통과하여 시역을 생성하므로, 액정렌즈(도6의 461)가 온 상태인 경우 액정표시장치(도6의 460)는 3차원 입체영상을 표시하게 된다.
위의 실시예에서는, 액정표시패널(도6의 450)이 노멀리블랙모드인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 액정표시패널(도6의 450)이 노멀리화이트모드(normally white mode)인 경우에도 표시되는 영상의 휘도와 전압인가여부가 노멀리블랙모드와 반대인 것을 제외하고는 동일하게 작동되어, 액정표시장치(도6의 460)는 2차원 평 면영상과 3차원 입체영상을 전환하여 표시할 수 있다.
또한, 도5에 도시한 액정표시장치(301)는 액정렌즈(310)와 액정표시패널(350)을 각각 형성한 후 접착제 등을 이용하여 제1 및 제4기판(320, 370)을 붙여서 형성할 수 있으며, 도6에 도시한 액정표시장치(401)는 제1기판(420)의 양면에 각각 의 제1전극(422) 및 공통전극(472)을 형성하고 제2 및 제3전극(432, 436)이 형성된 제2기판(430)을 제1액정층(440)을 개재하여 제1기판(420)과 합착한 후 화소전극(462)이 형성된 제3기판(460)을 제2액정층(480)을 개재하여 합착하여 형성하거나, 제2 및 제3기판(430, 460)의 합착 순서를 바꾸어서 형성할 수 있다.
<제 5 실시예>
도8은 본 발명의 제5실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도이다.
우선, 본 발명의 제 5 실시예에 이용되는 액정렌즈에 대해 설명한다.
본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정표시장치(501)에 이용되는 액정렌즈(510)는 전술한 제 1 내지 제 4 실시예에서와 같이 다수의 이격하는 전극을 구성할 필요없이 판형태의 제 1, 2 전극(522, 537)을 형성하고 이들 두 전극(522, 537)에 전압을 인가하여 수직전계를 형성함으로써 상기 수직전계에 노출된 다수의 반원통 형태의 제 1 액정층(540)이 간단히 반원통형의 볼록부를 갖는 렌티큘라 렌즈로서의 역할을 하도록 구현함을 특징으로 한다.
즉 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 액정렌즈에 있어서는 렌즈를 형성하는 액정층이 판형태를 이룸으로써 그 상부 또는 하부에 소정의 이격간격을 가지며 형성된 다수의 전극에 의해 상기 판형태의 액정층이 볼록렌즈로서의 역할을 하도록 구성되고 있지만, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정렌즈(510)는 렌즈역할을 하는 제 1 액정층(540) 자체가 투명한 재질로 이루어진 다수의 반원통형의 오목부를 갖는 절연층(539)에 의해 포획된 형태를 이룸으로써 실질적으로 그 자체가 도시한 바와 같이 그 하부에 위치한 제 1 기판(520)의 상면을 기준으로 그 하면은 평평하며 그 상부가 다수의 볼록한 반원통 형태를 갖는 것이 특징이다. 이때 상기 다수의 반원통형의 오목부를 갖는 절연층(539)은 그 굴절율 값이 상기 제 1 액정층(540)을 이루는 액정분자의 장축방향의 굴절율과 동일한 값을 갖는 것이 특징이다.
이때, 상기 다수의 반원통 형태를 갖는 제 1 액정층(540)의 하부에는 평탄한 판형태의 제 1 배향막(524)이, 그 상부에는 상기 제 1 액정층(540)의 굴곡을 따라 다수의 반원통 형태로 제 2 배향막(538)이 더욱 형성되어 있다.
그리고 상기 제 1 배향막(524) 하부에는 전면에 판형태로써 투명한 재질로 제 1 전극(522)이 형성되어 있으며, 상기 오목부를 갖는 절연층(539) 상부에는 상기 제 1 전극(522)에 대응하여 상기 제 1 전극(522)과 동일하게 투명한 재질로 판형태의 제 2 전극(537)이 전면에 형성되어 있다.
또한, 상기 제 1 전극(522) 하부에는 투명한 재질로써 제 1 기판(520)이, 상기 제 2 전극(537) 상부에는 투명한 재질로써 제 2 기판(530)이 구성되어 있다.
따라서, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정표시장치에 이용된 액정렌 즈(510)는, 서로 마주하는 제 1 기판(520)과 제 2 기판(530) 사이에 상기 제 1 기판(510)을 기준으로 순차적으로 판형태의 제 1 전극(522), 판형태의 제 1 배향막(524), 다수의 반원통 형태를 갖는 제 1 액정층(540), 상기 제 1 액정층을 포획하는 다수의 반원통의 오목부를 가지며 특정 굴절율(상기 제 1 액정층(540)을 이루는 액정분자의 장축방향으로의 굴절율) 값은 갖는 절연층(539), 다수의 반원통 형태의 형태의 제 2 배향막(538) 및 판형태의 제 2 전극(537)이 적층되어 구성되고 있다.
이러한 구성을 갖는 제 5 실시예에 따른 액정렌즈(510)의 동작에 대해 전원의 온(on)/ 오프(off) 시의 제 1 액정층의 변화를 나타낸 도 9a 및 도 9b를 참조하여 설명한다. 이때, 상기 제 1 액정층(540)을 이루는 액정은 상기 제 1, 2 전극(522, 537)에 전압을 인가하지 않았을 경우 상기 제 1 배향막(540)에 대해 그 장축이 평행하게 배열되는 수평 배향 특성을 갖거나 또는 상기 제 1 배향막(540)에 대해 그 장축이 수직하게 배열되는 수직 배향 특성을 갖는 액정인 것이 바람직하다.
도면에서는 전압을 인가하지 않았을 경우 제 1 배향막(540)에 대해 그 장축이 평행하게 배열되는 특징을 갖는 수평 배향 액정을 사용하였으며, 상기 다수의 반원통형의 오목부를 갖는 절연층(539)은 상기 수평 배향되는 특성을 갖는 액정분자(541)의 장축방향으로의 굴절율 값과 동일한 크기의 굴절율 값을 갖는 물질로 이루어진 것을 사용한 것을 나타낸 것이다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 상기 액정렌즈(510)의 제 1, 2 전극(522, 537)에 서로 다른 전압을 인가하여 상기 제 1, 2 전극(522, 537) 사이에 충분히 센 수직전계가 형성되면, 상기 제 1, 2 전극(522, 537)간의 수직전계에 의해 상기 다수의 반원통 형태의 제 1 액정층(540) 내부의 액정분자(541)들은 그 장축이 상기 수직전계에 나란하게 배열된다.
한편 하부의 백라이트 유닛에서 출광된 빛이 전술한 바와같은 액정분자들이 수직 전계 인가에 의해 수직 배열된 상태를 갖는 상기 제 1 액정층(540)을 통과하여 액정분자(541)의 장축방향으로 빛의 진행이 발생하며, 이 경우 빛은 액정분자(541)의 장축방향의 굴절율(이를 ne라 칭함)을 느끼게 된다.
이 경우 상기 다수의 반원통형의 오목부를 갖는 절연층(539)은 상기 제 1 액정층(540)을 이루는 액정분자(541)의 장축방향으로의 굴절율과 동일한 굴절율 값을 갖게 되는 바, 상기 빛이 상기 제 1 액정층(540)을 통과하여 상기 절연층(539)으로 입사 시 굴절되지 않고 빛의 진행방향 그대로 직진하게 되며, 따라서 상기 제 1 액정층(540)은 반원통 형의 렌즈(렌티큘라 렌즈)로서의 역할을 하지 않게 된다.
한편, 도 9b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 2 전극(522, 537)에 전압을 인가하지 않으면, 상기 제 1, 2 전극(522, 537) 사이에 수직전계가 발생하지 않으므로 상기 다수의 반원통 형태를 갖는 제 1 액정층(540) 내의 액정분자(541)들은 그 장축이 상기 제 1 배향막(540)에 평행한 상태를 유기하게 된다. 이러한 상태에서 하부의 백라이트 유닛으로부터 출사된 빛이 상기 제 1 액정층(540)으로 입사될 경우, 상기 빛은 액정분자(541)의 단축방향으로의 굴절율(이를 no라 칭함)을 느끼게 되며, 이러게 단축방향으로의 굴절율(no)을 갖는 제 1 액정층(540)을 통과한 빛이 상기 액정분자(541)의 장축방향으로의 굴절율(ne)과 동일한 굴절율을 갖는 상기 절연층(539)으로 입사되면 굴절율의 차이로 그 경계에서 굴절이 발생하게 되며, 이 경우 액정분자(541)의 장축방향의 굴절율(ne)이 단축방향의 굴절율(no)보다 작은 값을 가지므로 스넬의 법칙에 의해 상기 빛이 입사되는 지점에서의 법선을 기준으로 더 큰 각도를 가지며 굴절되어 나아가게 되는 바, 상기 제 1 액정층(540)이 렌티큘라 렌즈로서의 역할을 하게 된다.
비교예로서 상기 반원통형의 오목부를 갖는 절연층의 굴절율이 상기 제 1 액정층의 액정분자의 단축방향 굴절율을 갖도록 한 경우는, 전압을 인가하지 않았을 시 상기 제 1 액정층 내의 액정분자들은 그 장축이 상기 제 1 배향막에 대해 평행하도록 배열되며 이때는 상기 제 1 액정층을 그 하부에서 상부로 관통하여 지나는 빛은 단축방향의 굴절율을 느끼게 되며 이는 상기 절연층의 굴절율과 같으므로 그 경계면에서 굴절이 발생하지 않고 그대로 상기 절연층을 지나게 된다. 한편, 이와 동일한 상태에서 상기 제 1, 2 전극에 전압을 인가하는 경우, 액정분자들의 장축이 상기 제 1 및 제 2 배향막에 대해 수직한 배열을 하게 되며, 이 경우 상기 제 1 액정층을 지나는 빛은 장축방향의 굴절율을 느끼게 된다. 이 상태에서 상기 제 1 액정층을 관통한 빛이 액정의 단축 방향의 굴절율을 갖는 절연층으로 입사되면 굴절율의 차이로 인해 그 경계에서 굴절이 발생한다. 하지만 수평배향 특성을 갖는 액정은 액정분자의 단축방향의 굴절율이 장축방향의 굴절율보다 큰 값을 갖는 것이 특징이며, 빛이 굴절율이 작은 물질에서 굴절율이 큰 물질로 입사되는 경우는 물질간 경계면에서 법선에 대해 입사각보다 작은 굴절각을 가지며 진행하게 되다. 따라서 이 경우 상기 제 1 액정층을 통과한 빛은 상기 절연층으로 입사되며 빛이 마치 산란층을 통과한 것과 같이 더욱 퍼져나가는 형태를 갖게 되는 바, 비록 빛을 확산시키는 확산렌즈로의 역할을 할지 모르지만 상기 제 1 액정층이 렌티큘라 렌즈로서의 역할을 하지 못하게 된다.
따라서, 상기 제 1 액정층(540)이 반원통형의 렌즈 즉 렌티큘라 렌즈로서의 역할을 하도록 하기 위해서는 상기 다수의 반원통형의 오목부를 갖는 절연층(539)이 액정분자(541)의 장축방향의 굴절율과 동일한 크기의 굴절율(ne)을 갖도록 형성해야 한다.
제 5 실시예의 변형예로써 배향막에 대해 그 장축이 수직 배향되는 특성을 갖는 액정을 이용하여 반원통형의 제 1 액정층을 구성하였을 경우에 대해 도면없이 설명한다. 이 경우도 반원통의 오목부를 갖는 절연층은 상기 수직 배향되는 액정의 장축 방향의 굴절율과 동일한 크기의 굴절율 값을 갖도록 구성하였다.
이러한 제 5 실시예의 변형예에 따른 액정렌즈는 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하는 경우, 상기 제 1 액정층 내의 액정분자들은 제 1, 2 배향막에 대해 수평배향을 하게 되므로, 상기 제 1 액정층과 절연층에 있어 굴절율 차이를 갖게 되며, 상기 제 1 액정층 내부의 굴절율이 상기 절연층의 굴절율보다 크므로 상기 제 1 액정층이 반원통형의 렌즈(렌티큘라 렌즈) 역할을 하게 된다.
한편, 제 5 실시예의 변형예에 따른 액정렌즈에 전압을 인가하지 않았을 경우는 수직 배향 특성을 갖는 액정 특성상 상기 반원통형태의 제 1 액정층은 그 내부의 액정분자들이 상기 제 1 배향막에 대하여 수직 배열된 상태가 되며, 이 경우 상기 제 1 액정층을 통과하는 빛은 액정의 장축방향의 굴절율을 느끼고 이는 상기 반원통형의 오목부를 갖는 절연층의 굴절율과 동일하므로 상기 제 1 액정층과 절연층에 대해서는 빛이 굴절되지 않고 직진하여 진행하는 바, 상기 반원통형의 제 1 액정층은 렌즈로서의 역할을 하지 않게 된다.
따라서, 제 5 실시예 및 변형예에 따른 액정표시장치에 구비된 액정렌즈 또한 상기 액정렌즈에 대해 전압의 인가유무에 따라 렌즈로서의 역할을 하거나 또는 단순히 투명층의 역할을 하게되므로 이를 구비한 액정표시장치 또한 3D 또는 2D 영상의 시청이 가능하게 된다.
이후에는 다시 도 8을 참조하여 전술한 바와 같은 구성을 갖는 액정렌즈를 구성한 본 발명의 제 5 실시예에 따른 액정표시장치의 전체적인 구성에 대해 설명한다.
본 발명의 제5실시예에 따른 액정표시장치(501)는 다수의 반원통 형태를 갖는 제 1 액정층(540)과 다수의 반원통형의 오목부를 갖는 절연층(539)을 포함하는 갖는 액정렌즈(510)와 상기 액정렌즈(510)와 일체로 그 하부에 구성된 액정표시패널(550)로 구성된다.
이때 상기 다수의 반원통 형태의 제 1 액정층(540)을 구비한 액정렌즈(510)는 전술한 구성과 같으며, 이러한 구성을 갖는 상기 액정렌즈(510) 하부에 위치한 액정표시패널(550)은 서로 마주보며 이격된 제 3 및 제 4 기판(560, 570)과, 제 3 및 제 4 기판(560, 570)사이에 형성된 제 2 액정층(580)으로 구성된다. 이때, 상기 제 3 기판(560)의 내면(상면)에는 화소전극(562)이 각 영상화소(P1, P2)에 대응하여 형성되고 있으며, 상기 제 4 기판(570)의 내면(하면)에는 공통전극(572)이 전면에 형성되고 있다. 이때, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 화소전극(562) 상부와 상기 공통전극(572) 하부에는 이들 두 전극(562, 572) 사이에 위치한 상기 제 2 액정층(580) 내의 액정분자들의 초기 배열을 상태를 일정하게 유지시키기 위해 제 3 및 제 4 배향막(미도시)이 더욱 형성된다. 이때, 상기 제 2 액정층(580)은 상기 화소전극(562)과 공통전극(572) 더욱 정확히는 상기 제 3 및 제 4 배향막(미도시) 사이에 형성되어 상기 화소전극(562)과 공통전극(572)에 인가된 전압에 따라 입사광의 편광상태 및 투과율 등을 변화시켜서 영상을 표시한다.
한편, 상기 액정렌즈(510)와 액정표시패널(550) 간의 거리를 최소화하기 위하여 상기 액정렌즈(510)의 제 1 기판(520)과 상기 액정표시패널(550)의 제 4 기판(570)은 서로 접촉하도록 맞닿아 밀착 배치되고, 상기 액정표시패널(550)의 영상표시에 필요한 제 1 및 제 2 편광판(592, 594)은 상기 액정표시패널(550)의 일기판인 제 3 기판(560) 및 상기 액정렌즈(510)의 일기판인 제 2 기판(530)의 외측면에 각각 형성되는 것이 특징이다. 이때, 제 1 및 제 2 편광판(592, 594)의 편광축은 서로 직교하도록 구성된다.
이렇게 제 1 편광판(592)과 제 2 편광판(594)을 각각 액정렌즈(510)와 액정표시패널(510)의 최외각에 위치한 기판(530, 560)의 외측면에 각각 구성한 것은, 상기 제 2 편광판(594)이 상기 액정표시패널(550)과 액정렌즈(510) 사이에 위치하게 됨으로써 발생할 수 있는 빛의 경로 확산에 의한 표시품질 저하를 방지하기 위함이다.
도 10은 제 5 실시예의 또 다른 비교예로서 편광판을 액정표시패널과 액정렌즈 사이에 위치한 액정표시장치에 있어 표시영역의 최외각에 위치한 하나의 화소영역에 대한 빛의 경로를 간략히 도시한 도면이다. 이때 구성요소를 간략화하여 빛의 경로에 영향을 주는 구성요소만을 도시하였으며, 도면부호는 제 5 실시예와 동일하게 부여하였다.
통상적으로 편광판(592, 594) 자체는 이를 투과한 빛을 확산시키는 특성(특히 광시야각 구현을 위해)을 가지며 이러한 특성을 갖는 편광판(592, 594)을 액정표시패널(550)을 구성하는 제 3 및 제 4 기판(560, 570)의 외측면에 형성하면 상기 편광판(592, 594)의 빛의 확산 기능에 의해 상기 액정렌즈(510)로 입사되는 빛 중 특정 경로를 갖는 빛(다수의 반원통 형태를 갖는 제 1 액정층(540)의 최외각 쪽으로 입사되는 빛, ①번 경로의 빛)은 정상적이라면 상기 액정렌즈(510)를 통해 상기 액정렌즈(510)의 정면에서 사용자가 바라보는 정면의 특정 영역에 집광(①번경로)되어야 하지만 상기 제 2 편광판(594)의 확산 현상에 의해 상기 액정렌즈(510) 통과 후 액정표시장치(501)의 측면으로 진행하는 경로(②번 경로)의 빛이 발생하게 된다.
따라서, 이러한 편광판(594)이 액정표시패널(550)과 액정렌즈(510)사이에 위치하게 됨으로써 발생하는 빛샘 및 이를 통한 표시품질 저하를 방지하기 위해 상기 제 1, 2 편광판(592, 594), 더욱 정확히는 제 2 편광판(594)을 액정렌즈(510)를 구성하는 제 2 기판(530)의 외측면에 구성한 것이다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만 상기 액정표시패널(550)은 제 3 기판(560)과 화소전극(562) 사이에는 서로 교차하는 게이트배선 및 데이터배선과, 게이트배선 및 데이터배선과 연결되는 박막트랜지스터가 형성될 수 있으며, 박막트랜지스터는 화소전극(562)과 연결되어 화소전극(562)에 인가되는 전압을 스위칭하는 역할을 할 수 있다. 그리고, 제 1 기판(520)과 공통전극(572) 사이에는 게이트배선 및 데이터배선에 대응되는 블랙매트릭스와, 블랙매트릭스 하부의 컬러필터층이 형성될 수 있다.
<제 6 실시예>
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도이다.
본 발명의 제 6 실시예에 따른 액정표시장치(601) 또한 제 5 실시예에 따른 액정표장치에 구성된 액정렌즈와 동일하게 다수의 반원통형 형태를 갖는 제 1 액정층(640)과, 다수의 반원통형의 오목부를 가져 상기 제 1 액정층을 포획하는 구조를 갖는 절연층(639)을 포함하는 액정렌즈(610)와 액정표시패널(650)로 구성되고 있으며, 단지 제 5 실시예와 차이가 있는 점은 총 3개의 기판이 이용되고 있다는 것이다. 그 외의 구성요소는 전술한 제 5 실시예와 동일한 구성을 가지며, 동일한 구성요소에 대해서는 제 5 실시예에 부여된 도면부호에 100을 더하여 부여하였다.
본 발명의 제 6 실시예의 경우, 제 5 실시예에 제시된 액정렌즈(도 8의 510)에 각각 구비된 제 1 및 제 2 기판(도 8의 520, 530) 중 상기 제 1 기판(도 8의 520)이 액정표시패널(도 8의 550)의 상부기판을 이루는 제 4 기판(도 8의 570)으로 대체된 것에 특징이다.
즉 본 발명의 제 6 실시예에 있어서는 제 4 기판(670)은 액정표시패널(650)을 구성하는 일 기판이 되는 동시에 그 상부에 위치한 액정렌즈(610)를 구성하는 일 기판이 되는 것이 특징이다.
이 경우 액정표시패널(650)과 액정렌즈(610)를 각각 제조하여 부착하지 않고, 제 3 및 제 4 기판(660, 670)을 이용하여 액정표시패널(650)을 우선 제조한 후, 상기 액정표시패널(650)의 상부기판을 이루는 상기 제 4 기판(670)의 외측면에 제 1 배향막(622)을 형성하고, 상기 액정렌즈(610)의 상부기판인 제 2 기판(630)에 상기 다수의 반원통형의 오목부를 갖는 절연층(639)까지 형성한 후, 합착하여 액정을 주입 또는 적하하여 상기 다수의 오목부에 반원통 형태를 갖는 제 1 액정층(640)을 형성함으로써 완성할 수 있다.
이 경우 액정렌즈(610)를 포함하는 액정표시장치(601)를 3장의 기판(제 2, 3, 4 기판(630, 660, 670))으로 제조함으로써 제조비용을 절감하는 효과를 갖는 특징이 있다.
그 외의 구성요소에 대해서는 전술한 제 5 실시예와 동일한 구성을 갖는 바 그 설명은 생략한다.
한편, 전술한 제 2 내지 제 6 실시예에 따른 액정표시장치에 있어서, 그 구 성요소인 액정표시패널의 경우, 화소전극과 공통전극이 액정층을 사이에 두고 서로 대향하는 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 액정표시패널은 이러한 구성에 한정되지 않고 액정표시패널의 구동 모드에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일례로서 횡전계 방식으로 구동되는 경우 화소전극이 형성된 동일한 기판에 상기 화소전극과 이격하여 교대하는 형태로 공통전극을 형성될 수도 있다.
본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도1a 및 도1b는 각각 일반적인 액정렌즈의 사시도 및 단면도.
도2는 도1a 및 도1b의 액정렌즈를 빛이 통과할 경우 입사광의 위상변화를 도시한 그래프.
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정렌즈를 개략적으로 도시한 단면도.
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도.
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도.
도6은 본 발명의 제4실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도.
도7a 및 7b는 본 발명의 제4실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 입사광의 광경로 및 편광상태를 보여주는 개략도.
도8은 본 발명의 제5실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도.
도 9a 및 도 9b 제 5 실시예에 따른 액정렌즈(510)의 동작에 대해 전원의 온(on)/ 오프(off) 시의 제 1 액정층의 변화를 나타낸 도면.
도 10은 제 5 실시예의 또 다른 비교예로서 편광판을 액정표시패널과 액정렌즈 사이에 위치한 액정표시장치에 있어 표시영역의 최외각에 위치한 하나의 화소영역에 대한 빛의 경로를 간략히 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
410 : 액정렌즈 420 : 제1기판
422 : 제1전극 424 : 제1배향막
430 : 제2기판 432 : 제2전극
434 : 절연층 436 : 제3전극
438 : 제2배향막 440 : 제1액정층
450 : 액정표시패널 460 : 제3기판
480 : 제2액정층 462 : 화소전극
472 : 공통전극 492 : 제1편광판
494 : 제2편광판

Claims (20)

  1. 제1기판과;
    상기 제1기판과 서로 마주보며 이격된 제2기판과;
    상기 제1기판 내면에 형성되는 제1전극과;
    상기 제2기판 내면에 반복적으로 형성되며, 각각이 제1거리에 대응되는 폭의 제1개구부를 갖는 다수의 제2전극과;
    상기 제1전극과 상기 다수의 제2전극 사이에 형성되는 제1액정층과;
    상기 제1기판 하부에 배치되는 제3기판과;
    상기 제3기판과 서로 마주보며 이격되고, 상기 제1기판과 접촉하는 제4기판과;
    상기 제3기판 내면에 형성되는 화소전극과;
    상기 제4기판과;
    상기 제3기판과 제4기판 사이에 형성되는 제2액정층과;
    상기 제3기판 외면에 형성되는 제1편광판과;
    상기 제2기판 외면에 형성되는 제2편광판
    을 포함하는 액정표시장치.
  2. 제1기판과;
    상기 제1기판을 사이에 두고 서로 마주보며 이격된 제2 및 제3기판과;
    상기 제2기판과 마주보는 상기 제1기판의 일면에 형성되는 제1전극과;
    상기 제2기판 내면에 반복적으로 형성되며, 각각이 제1거리에 대응되는 폭의 제1개구부를 갖는 다수의 제2전극과;
    상기 제1전극과 상기 다수의 제2전극 사이에 형성되는 제1액정층과;
    상기 제3기판 내면에 형성되는 화소전극과;
    상기 제1기판과 제3기판 사이에 형성되는 제2액정층과;
    상기 제3기판 외면에 형성되는 제1편광판과;
    상기 제2기판 외면에 형성되는 제2편광판
    을 포함하는 액정표시장치.
  3. 제 1 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2전극과 상기 제1액정층 사이에 반복적으로 형성되며, 각각이 제2거리에 대응되는 폭의 제2개구부를 갖는 다수의 제3전극을 더욱 포함하는 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극 각각은 막대형상인 액정표시장 치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극은 각각 일체형으로 형성되는 액정표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극에 전압을 인가할 경우 3차원 입체영상을 표시하고, 상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극과 상기 다수의 제3전극에 전압을 인가하지 않을 경우 2차원 평면영상을 표시하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 화소전극은 상기 제3기판 내면에 서로 이격된 다수개로 형성되어 다수의 영상화소를 정의하고, 상기 액정표시장치가 상기 3차원 입체영상을 표시할 경우, 상기 다수의 영상화소는 제1 및 제2영상을 교대로 표시하는 액정표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정표시장치가 상기 3차원 입체영상을 표시할 경우, 상기 제1액정층은 선택된 일 편광에 대해서는 광경로를 변경하고 그 외의 편광에 대해서는 광경로를 변경하지 않는 액정표시장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제1액정층 사이에 형성되는 제1배향막과;
    상기 제3전극과 상기 제1액정층 사이에 형성되는 제2배향막과;
    상기 제2전극과 상기 제3전극 사이에 형성되는 절연막
    을 더욱 포함하는 액정표시장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1전극, 상기 다수의 제2전극, 상기 다수의 제3전극에는 각각 제1전압, 제2전압, 제3전압이 인가되고, 상기 제1 내지 제3전압 중 적어도 하나는 교류전압인 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1전압은 직류전압이고, 상기 제2 및 제3전압은 동일한 주파수와 상이한 크기를 갖는 교류전압인 액정표시장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1거리는 상기 제2거리보다 작은 액정표시장치.
  13. 제1기판과;
    상기 제1기판과 서로 마주보며 이격된 제2기판과;
    상기 제1기판 내면에 형성되는 제1전극과;
    상기 제2기판 내면에 형성되는 제2전극과;
    상기 제2전극 하부로 반원통형의 오목한 오목부를 가지며 형성된 절연층과;
    상기 제 1 전극과 상기 절연층 사이에 상기 오목부를 채우며 형성된 제 1 액정층과;
    상기 제1기판 하부에 배치되는 제3기판과;
    상기 제3기판과 서로 마주보며 이격되고, 상기 제1기판과 접촉하는 제4기판과;
    상기 제3기판 내면에 형성되는 화소전극과;
    상기 제3기판과 제4기판 사이에 형성되는 제2액정층과;
    상기 제3기판 외면에 형성되는 제1편광판과;
    상기 제2기판 외면에 형성되는 제2편광판
    을 포함하는 액정표시장치.
  14. 제1기판과;
    상기 제1기판 상부로 상기 제 1 기판 서로 마주보며 이격된 제2기판과;
    상기 제1기판 상면에 형성되는 판형태의 제1전극과;
    상기 제2기판 하면에 형성되는 판형태의 제2전극과;
    상기 제2전극 하부로 반원통형의 오목한 오목부를 가지며 형성된 절연층과;
    상기 제 1 전극과 상기 절연층 사이에 상기 오목부를 채우며 형성된 제 1 액정층과;
    상기 제1기판 하부에 서로 마주보며 이격되고, 상기 제1기판과 접촉하는 제3기판과;
    상기 제3기판 내면에 형성되는 화소전극과;
    상기 제1기판과 제3기판 사이에 형성되는 제2액정층과;
    상기 제3기판 외면에 형성되는 제1편광판과;
    상기 제2기판 외면에 형성되는 제2편광판
    을 포함하는 액정표시장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 절연층은 그 굴절율이 상기 제 1 액정층을 이루는 액정분자의 장축 굴절율과 동일한 값을 갖는 것이 특징인 액정표시장치.
  16. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 액정층을 이루는 액정은 수직배향 또는 수평배향 특성을 갖는 것이 특징인 액정표시장치.
  17. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 1 액정층 사이에 제 1 배향막이, 상기 오목부를 갖는 절연층과 상기 제 1 배향막 사이에 제 2 배향막이 더욱 형성된 액정표시장치.
  18. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 제 2 전극은 판형태로써 각각 상기 제 1 기판 및 제 2 기 판 전면에 형성된 것이 특징인 액정표시장치.
  19. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 4 기판 내면에는 공통전극이 더욱 형성되며, 상기 제 2 액정층은 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 형성된 액정표시장치.
  20. 제 2 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 제3기판과 마주보는 상기 제1기판의 일면에는 공통전극이 더욱 형성되며, 상기 제2액정층은 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 형성된 액정표시장치.
KR1020070067869A 2007-03-13 2007-07-06 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치 KR101433107B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20070024342 2007-03-13
KR1020070024342 2007-03-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080084527A true KR20080084527A (ko) 2008-09-19
KR101433107B1 KR101433107B1 (ko) 2014-08-27

Family

ID=40024846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070067869A KR101433107B1 (ko) 2007-03-13 2007-07-06 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101433107B1 (ko)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102929068A (zh) * 2012-11-14 2013-02-13 中航华东光电有限公司 液晶透镜及立体显示装置
KR20130082323A (ko) * 2012-01-11 2013-07-19 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이를 이용한 입체 영상 표시 방법
WO2013119066A1 (ko) * 2012-02-07 2013-08-15 주식회사 엘지화학 액정 렌즈
WO2013119068A1 (ko) * 2012-02-07 2013-08-15 주식회사 엘지화학 디스플레이 장치
KR20130102679A (ko) * 2012-03-08 2013-09-23 삼성디스플레이 주식회사 광원 어셈블리 및 이를 포함하는 표시장치
KR101409080B1 (ko) * 2012-03-22 2014-06-18 가부시끼가이샤 도시바 액정 광학 소자 및 화상 표시 장치
KR101436217B1 (ko) * 2012-03-05 2014-09-01 가부시끼가이샤 도시바 화상 표시 디바이스
TWI481903B (zh) * 2013-07-08 2015-04-21 Au Optronics Corp 液晶透鏡裝置與應用該液晶透鏡裝置之立體顯示器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102329535B1 (ko) * 2014-12-04 2021-11-22 엘지디스플레이 주식회사 다중시각 표시장치 및 그 제조방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2398130A (en) * 2003-02-05 2004-08-11 Ocuity Ltd Switchable active lens for display apparatus
KR101113066B1 (ko) * 2005-05-26 2012-02-15 엘지디스플레이 주식회사 패러렉스 베리어 액정패널 및 이를 이용한입체영상표시장치
JP2007017934A (ja) 2005-06-07 2007-01-25 Konica Minolta Holdings Inc 光学素子および光ピックアップ
JP2007052323A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Sanyo Epson Imaging Devices Corp 電気光学装置及び電子機器

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130082323A (ko) * 2012-01-11 2013-07-19 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이를 이용한 입체 영상 표시 방법
WO2013119066A1 (ko) * 2012-02-07 2013-08-15 주식회사 엘지화학 액정 렌즈
WO2013119068A1 (ko) * 2012-02-07 2013-08-15 주식회사 엘지화학 디스플레이 장치
KR20130091282A (ko) * 2012-02-07 2013-08-16 주식회사 엘지화학 디스플레이 장치
CN104094163A (zh) * 2012-02-07 2014-10-08 Lg化学株式会社 显示装置
US9019465B2 (en) 2012-02-07 2015-04-28 Lg Chem, Ltd. Liquid crystal lens
US9411166B2 (en) 2012-02-07 2016-08-09 Lg Chem, Ltd. Display device
KR101436217B1 (ko) * 2012-03-05 2014-09-01 가부시끼가이샤 도시바 화상 표시 디바이스
KR20130102679A (ko) * 2012-03-08 2013-09-23 삼성디스플레이 주식회사 광원 어셈블리 및 이를 포함하는 표시장치
KR101409080B1 (ko) * 2012-03-22 2014-06-18 가부시끼가이샤 도시바 액정 광학 소자 및 화상 표시 장치
CN102929068A (zh) * 2012-11-14 2013-02-13 中航华东光电有限公司 液晶透镜及立体显示装置
TWI481903B (zh) * 2013-07-08 2015-04-21 Au Optronics Corp 液晶透鏡裝置與應用該液晶透鏡裝置之立體顯示器

Also Published As

Publication number Publication date
KR101433107B1 (ko) 2014-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101122199B1 (ko) 2차원/3차원 영상 호환용 입체영상 디스플레이 장치
US9599853B2 (en) Display device
JP5921550B2 (ja) マルチビュー表示装置
JP5142356B2 (ja) 立体画像変換パネル
US9514692B2 (en) Display device and switching method of its display modes
TWI574096B (zh) 光束整形裝置
KR101113066B1 (ko) 패러렉스 베리어 액정패널 및 이를 이용한입체영상표시장치
KR20080084527A (ko) 액정렌즈를 포함하는 액정표시장치
US8582043B2 (en) 2D/3D switchable LC lens unit for use in a display device
KR101729682B1 (ko) 광학 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치
EP2287660A2 (en) Switchable array of birefringent lenses
JP5267666B2 (ja) 液晶シャッターおよび液晶シャッターめがね
JP2010224191A (ja) 立体画像表示装置
KR20070082955A (ko) 입체영상 변환패널 및 이를 갖는 입체영상 표시장치
US9229267B2 (en) Liquid crystal lens panel comprising a liquid crystal layer having a refractive index of 0.2 to 0.29 and a dielectric constant of 5.5 F/m to 10 F/m and display device having the same
KR20150092424A (ko) 표시 장치
KR20130048070A (ko) 표시장치
WO2016086483A1 (zh) 可在2d和3d模式之间切换的显示器及其控制方法
US20160091726A1 (en) Polarization control unit and 2d and 3d image display device having the same
KR20050054415A (ko) 2차원과 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있는디스플레이
US8836874B2 (en) Three-dimensional image display apparatus including shutter panel
TWI479243B (zh) Liquid crystal optical element and image display device
KR102061234B1 (ko) 표시 장치 및 이를 위한 액정 렌즈 패널
KR101147088B1 (ko) 화상전환용 액정표시소자
CN110456554B (zh) 显示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170713

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190723

Year of fee payment: 6