KR20120096732A - Device for controlling refractive index - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A refractive index control device is provided to obtain a linear refractive index profile by continuous voltage drop features. CONSTITUTION: A first substrate(110) faces a second substrate(120). A first transparent electrode(113) is formed on each unit cell of the first substrate. A second transparent electrode(121) is formed on a frontal side of the second substrate. A first metal electrode(111) and a second metal electrode(114) are connected to the most central area and the outermost area of the first transparent electrode. A liquid crystal layer(150) is formed between the first and second substrates.

Description

굴절률 제어 소자 {Device for Controlling Refractive Index}Refractive Index Control Device {Device for Controlling Refractive Index}

본 발명은 액정 광학 소자에 관한 것으로 특히, 연속적 전압 강하 특성을 통해 선형적인 굴절률 프로파일을 갖는 굴절률 제어 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal optical device, and more particularly, to a refractive index control device having a linear refractive index profile through the continuous voltage drop characteristics.

오늘날 초고속 정보 통신망을 근간으로 구축될 정보의 고속화를 위해 실현될 서비스들은 현재의 전화와 같이 단순히「듣고 말하는」서비스로부터 문자, 음성, 영상을 고속 처리하는 디지털 단말을 중심으로 한「보고 듣는」멀티 미디어형 서비스로 발전하고 궁극적으로는「시?공간을 초월하여 실감 있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는」초공간형 실감 3차원 입체 정보통신 서비스로 발전할 것으로 예상된다.The services to be realized for the high speed of information to be built on the high-speed information communication network today are 'seeing and listening' multi-media centering on digital terminals that process text, voice, and video at high speed from simply 'listening and talking' service like the current telephone. It is expected to develop into a media type service and ultimately become a hyper-space realistic 3D stereoscopic information communication service that transcends time and space.

일반적으로 3차원을 표현하는 입체화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에, 두 눈의 위치의 차이로 왼쪽과 오른쪽 눈은 서로 약간 다른 영상을 보게 된다. 이와 같이, 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안 시차(binocular disparity)라고 한다. 그리고, 3차원 입체 표시 장치는 이러한 양안 시차를 이용하여 왼쪽 눈은 왼쪽 눈에 대한 영상만 보게 하고 오른쪽 눈은 오른쪽 눈 영상만을 볼 수 있게 한다. In general, the three-dimensional image representing the three-dimensional image is made by the principle of stereo vision through two eyes, because the parallax of two eyes, that is, the two eyes are about 65mm apart, the left and right side due to the difference between the positions of the two eyes The eyes see slightly different images. As such, the difference in the image due to the positional difference between the two eyes is called binocular disparity. The 3D stereoscopic display device uses the binocular parallax to allow the left eye to see only the image of the left eye and the right eye to see only the right eye image.

즉, 좌/우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하는 것이다. 이러한 능력을 통상 스테레오그라피(stereography)라 하며, 이를 표시 장치로 응용한 장치를 입체 표시 장치라 한다.In other words, the left and right eyes see different two-dimensional images, and when these two images are delivered to the brain through the retina, the brain accurately fuses them to reproduce the depth and reality of the original three-dimensional image. Such a capability is commonly referred to as stereography, and a device in which it is applied as a display device is called a stereoscopic display device.

한편, 입체 표시 장치는 3D(3-dimension)을 구현하는 렌즈를 이루는 구성요소에 따라 구분될 수 있으며, 일 예로, 액정층을 이용하여 렌즈를 구성하는 방식을 액정 전계 렌즈 방식이라 한다.Meanwhile, the stereoscopic display device may be classified according to components that form a lens that implements 3D (3-dimension). For example, a method of configuring a lens using a liquid crystal layer is called a liquid crystal field lens method.

일반적으로 액정 표시 장치는 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층으로 구성되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동한다. 액정 분자는 분극 성질과 광학적 이방성(optical anisotropy)을 갖는다. 여기서, 분극 성질은 액정분자가 전기장 내에 놓일 경우 액정 분자내의 전하가 액정 분자의 양쪽으로 몰려서 전기장에 따라 분자 배열 방향이 변환되는 것을 말하며, 광학적 이방성은 액정분자의 가늘고 긴 구조와 앞서 말한 분자배열 방향에 기인하여 입사광의 입사 방향이나 편광 상태에 따라 출사광의 경로나 편광 상태를 달리 변화시키는 것을 말한다.In general, a liquid crystal display device is composed of two opposite electrodes and a liquid crystal layer formed therebetween. The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are driven by an electric field generated by applying a voltage to the two electrodes. Liquid crystal molecules have polarization properties and optical anisotropy. Here, the polarization property means that when liquid crystal molecules are placed in an electric field, charges in the liquid crystal molecules are attracted to both sides of the liquid crystal molecules so that the molecular arrangement direction is changed according to the electric field, and optical anisotropy is characterized by the elongated structure of the liquid crystal molecules and the aforementioned molecular arrangement direction. This means that the path of the outgoing light or the polarization state is changed differently according to the incident direction or the polarization state of the incident light.

이에 따라 액정층은 2개의 전극에 인가되는 전압에 의하여 투과율의 차이를 나타내게 되고 그 차이를 화소별로 달리하여 영상을 표시할 수 있다.Accordingly, the liquid crystal layer may exhibit a difference in transmittance due to voltages applied to two electrodes, and may display an image by changing the difference for each pixel.

최근에 이러한 액정분자의 특성을 이용하여 제안된, 액정층이 렌즈 역할을 하게 하는 액정 전계 렌즈(liquid crystal lens electrically driven)는, 렌즈를 구성하는 물질과 공기와의 굴절율 차이를 이용하여 입사광의 경로를 위치별로 제어하는 것이다. 이러한 액정 전계 렌즈는 액정층에 전극의 위치별로 서로 다른 전압을 인가하여 전기장를 조성하여 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.
Liquid crystal lens electrically driven, which has recently been proposed by using the characteristics of the liquid crystal molecules, allows the liquid crystal layer to act as a lens, by using a refractive index difference between the material constituting the lens and air. To control by location. When the liquid crystal field lens applies a different voltage to each position of the electrode to form an electric field to drive the liquid crystal layer, the incident light incident on the liquid crystal layer feels a different phase change for each position. Like an actual lens, the path of incident light can be controlled.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 전계 렌즈를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional liquid crystal field lens will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 액정 전계 렌즈의 단위 렌즈 셀을 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1의 단위 렌즈 셀을 복수개 구성시 광경로 프로파일을 나타낸 사시도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a unit lens cell of a conventional liquid crystal field lens, and FIG. 2 is a perspective view illustrating an optical path profile when a plurality of unit lens cells of FIG. 1 are configured.

도 1과 같이, 종래의 액정 전계 렌즈는 마주보는 제 1 기판(10) 및 제 2 기판(20)과, 상기 제 1, 제 2 기판(10, 20) 사이에 형성된 액정층(30)으로 구성된다.As shown in FIG. 1, the conventional liquid crystal field lens includes a first substrate 10 and a second substrate 20 facing each other, and a liquid crystal layer 30 formed between the first and second substrates 10 and 20. do.

여기서, 상기 제 1 기판(10) 상에는 제 1 전극(11)이 단위 렌즈 셀별로 형성된다. 즉, 상기 제 1 전극(11)은 단위 렌즈 셀의 중심에 위치할 수도 있고, 혹은 에지에 위치할 수도 있다. Here, the first electrode 11 is formed for each unit lens cell on the first substrate 10. That is, the first electrode 11 may be located at the center of the unit lens cell or at the edge.

이 때, 인접한 제 1 전극(11)들간에 있어서, 일측 제 1 전극(11)의 중심으로부터 타측 제 1 전극(11)의 중심까지의 거리를 피치(pitch)라 하며, 상기 피치를 주기로 동일한 패턴(제 1 전극)이 반복되어 형성된다.In this case, the distance from the center of one side of the first electrode 11 to the center of the other side of the first electrode 11 between the adjacent first electrodes 11 is called a pitch, and the same pattern with the pitch as a cycle (First electrode) is formed repeatedly.

상기 제 1 기판(10)상에 대향되는 제 2 기판(20) 상에는 전면 제 2 전극(21)이 형성된다. The front second electrode 21 is formed on the second substrate 20 facing the first substrate 10.

상기 제 1, 제 2 전극(11, 21)은 투명 금속으로 이루어진다. 그리고, 상기 제 1, 제 2 전극(11, 21) 사이의 이격 공간에는 액정층(30)이 형성되며, 이러한 액정층(30)을 이루는 액정 분자는 상기 제 1 전극(11)을 교차하는 방향의 각 렌즈 영역(L)에서, 도 2와 같이, 포물선상의 전위면을 갖게 된다. 즉, 상기 액정층(30)의 액정 분자는 전기장의 세기 및 분포에 따라 반응하는 것으로, 상기 제 1 전극(11)과 제 2 전극(21)에 인가된 전압 차 및 상기 액정 분자의 유전율 이방성 등의 성질에 의해 전위면이 렌즈 형상과 같이 조성되는 것이다.The first and second electrodes 11 and 21 are made of a transparent metal. The liquid crystal layer 30 is formed in the spaced space between the first and second electrodes 11 and 21, and the liquid crystal molecules forming the liquid crystal layer 30 cross the first electrode 11. In each lens region L of, as shown in FIG. 2, a parabolic dislocation surface is provided. That is, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 30 react according to the intensity and distribution of the electric field, and the voltage difference applied to the first electrode 11 and the second electrode 21 and the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules. By virtue of the dislocation surface is formed like a lens shape.

그런데, 상기 제 1 전극(11)은 일 방향으로 막대 형상으로 길게 형성되는 것으로, 막대의 길이 방향에서는 전위면이 동일하게 유지되어, 실제 광경로 프로파일은 도 2와 같이, 제 1 전극(11)을 교차하는 방향에서만 포물선상으로 형성되고, 제 1 전극(11)의 길이 방향에서는 동일한 형상이 유지되는 것이다. However, the first electrode 11 is formed to be long in the shape of a rod in one direction, the potential surface is maintained the same in the longitudinal direction of the rod, the actual light path profile is as shown in Figure 2, the first electrode 11 It is formed in a parabolic shape only in the direction crossing the, and the same shape is maintained in the longitudinal direction of the first electrode 11.

따라서, 단위렌즈 셀이 매트릭스상으로 구비된 전체 액정 전계 렌즈에서 보면, 도 2와 같이, 반원 기둥의 렌즈가 평행하게 반복되는 구조로 광 경로 프로파일이 형성되며, 이러한 형상에 따른 렌즈 효과를 얻는다. Therefore, when viewed in the entire liquid crystal field lens provided with the unit lens cell in a matrix form, as shown in FIG. 2, the optical path profile is formed in a structure in which the lenses of the semi-circular pillars are repeated in parallel, thereby obtaining a lens effect according to the shape.

상기와 같은 종래의 액정 전계 렌즈는 다음과 같은 문제점이 있다.The conventional liquid crystal field lens as described above has the following problems.

종래의 액정 전계 렌즈는 일 방향으로만 렌즈가 조성되어, 시청자가 시청 위치를 바꾸는 경우에는 입체 영상 표시가 불가하다. 즉, 시청자가 얼굴을 틀어버리거나 누은 상태에서는 시청 영역이 반원기둥상의 렌즈로부터 벗어나게 되어, 액정 전계 렌즈를 구비한 입체 영상 표시 장치가 3D 영상을 출사한다 하더라도, 3D 영상이 시인 영역으로부터 시청자가 벗어나 있어, 이를 시인할 수 없게 된다. 이와 같이, 종래의 액정 전계 렌즈는 입체 영상 시청 영역이 특정 방향으로만 한정된다는 한계가 있다. In the conventional liquid crystal field lens, the lens is formed only in one direction, and stereoscopic image display is impossible when the viewer changes the viewing position. In other words, when the viewer turns or presses his or her face, the viewing area is deviated from the semi-cylindrical lens, and even though the stereoscopic image display device having the liquid crystal field lens emits the 3D image, the viewer is deviated from the viewing area. It cannot be admitted. As described above, the conventional liquid crystal field lens has a limitation in that the stereoscopic image viewing area is limited to a specific direction.

또한, 액정 전계 렌즈의 완만한 프로파일 변화를 위해서는 렌즈 영역에 복수개의 전극을 구비하여야 하고, 이들 전극 각각에 구분된 배선과의 접속을 통해 서로 다른 전압을 인가하여야 하는데, 이 경우 배선 구조가 복잡하여 유효 렌즈 영역이 줄어들고 개구 영역이 줄어드는 문제점이 있다. In addition, in order to change the profile smoothly of the liquid crystal field lens, a plurality of electrodes must be provided in the lens region, and different voltages must be applied to each of these electrodes through connection with separate wirings. In this case, the wiring structure is complicated. There is a problem that the effective lens area is reduced and the aperture area is reduced.

또한, 종래의 액정 전계 렌즈에 의하면 일방향의 포물 렌즈로만 기능하므로, 실제 3D 표시에 다양한 요구에 부응하는 광학 소자로서는 한계가 있다. In addition, according to the conventional liquid crystal field lens, since it functions only as a parabolic lens in one direction, there is a limit as an optical element that meets various needs for actual 3D display.

본 발명은 연속적 전압 강하 특성을 통해 선형적인 굴절률 프로파일을 갖는 굴절률 제어 소자를 제공하는 데, 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a refractive index control element having a linear refractive index profile through continuous voltage drop characteristics.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 굴절률 제어 소자는 각각 단위셀이 매트릭스상으로 정의되며, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;과, 상기 제 1 기판 상의 각 단위 셀에 형성된 제 1 투명 전극;과, 상기 제 2 기판 전면에 형성된 제 2 투명 전극;과, 상기 제 1 투명 전극의 최중심과 최외곽에 각각 접속된 제 1 금속 전극과 제 2 금속 전극; 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 형성된 것에 그 특징이 있다. The refractive index control device of the present invention for achieving the above object is a unit cell is defined in a matrix form, respectively, the first substrate and the second substrate facing each other; and the first formed in each unit cell on the first substrate A transparent electrode; a second transparent electrode formed on the entire surface of the second substrate; and a first metal electrode and a second metal electrode connected to the center and the outermost portion of the first transparent electrode, respectively; And a liquid crystal layer between the first and second substrates.

상기 제 1 투명 전극은 상기 단위 셀의 형상으로 이루어진다. The first transparent electrode has a shape of the unit cell.

예를 들어, 상기 제 1 투명 전극은 원형일 수 있으며, 경우에 따라 상기 제 1 투명 전극은 다각형일 수 있다. For example, the first transparent electrode may be circular, and in some cases, the first transparent electrode may be polygonal.

그리고, 상기 제 1 투명 전극과 상기 제 1 전극간 제 1 콘택을 제외하여, 상기 제 1 투명 전극과 상기 제 1 전극 사이의 층간에 층간 절연막이 더 구비되는 것이 바람직하다. An interlayer insulating film may be further provided between the first transparent electrode and the first electrode except for the first contact between the first transparent electrode and the first electrode.

또한, 상기 제 1 투명 전극은, 인접한 단위 셀들간에서 서로 이격된다. In addition, the first transparent electrodes are spaced apart from each other between adjacent unit cells.

그리고, 상기 제 1 금속 전극 및 제 2 금속 전극은 상기 제 1 투명 전극보다 전도율이 큰 것이 바람직하다. The first metal electrode and the second metal electrode may have a higher conductivity than the first transparent electrode.

또한, 상기 제 1 투명 전극을 포함한 상기 제 1 기판 전면과, 상기 제 2 투명전극 상에 각각 제 1 배향막 및 제 2 배향막이 더 형성될 수 있다. In addition, a first alignment layer and a second alignment layer may be further formed on the entire surface of the first substrate including the first transparent electrode and on the second transparent electrode.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 굴절률 제어 소자는, 각각 단위셀이 매트릭스상으로 정의되며, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;과, 상기 제 1 기판 상의 각 단위 셀에 형성된 제 1 투명 전극;과, 상기 제 2 기판 전면에 형성된 제 2 투명 전극;과, 상기 제 1 투명 전극의 양측과 각각 접속된 제 1 금속 전극과 제 2 금속 전극; 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 형성된 것에 또 다른 특징이 있다. In addition, the refractive index control element of the present invention for achieving the same object, each unit cell is defined in a matrix form, the first substrate and the second substrate facing each other; and the first formed on each unit cell on the first substrate A first transparent electrode; a second transparent electrode formed on an entire surface of the second substrate; first and second metal electrodes respectively connected to both sides of the first transparent electrode; And a liquid crystal layer between the first and second substrates.

상기와 같은 본 발명의 굴절률 제어 소자는 다음과 같은 효과가 있다.The refractive index control device of the present invention as described above has the following effects.

면저항이 큰 재료인 투명전극을 단위 셀에 구비하고, 상기 단위 셀의 서로 대향하는 위치 혹은 중심과 최외곽에 대응하여 서로 다른 전압을 인가함으로써, 서로 다른 전압이 인가된 거리상에서 균일한 전압 강하를 통해 선형적인 굴절률이 변화하는 굴절률 제어 소자를 얻을 수 있다.A transparent electrode, which is a material having a high sheet resistance, is provided in a unit cell, and different voltages are applied in correspondence with positions or centers and outermost regions of the unit cells, thereby providing a uniform voltage drop over a distance at which different voltages are applied. Through this, it is possible to obtain a refractive index control element in which the linear refractive index changes.

이 경우, 상기 단위 셀을 동심원 또는 방사상으로 구현시 굴절률 변화가 방사상으로 균일하게 얻을 수 있어, 이를 액정 전계 렌즈로 이용시 시청자의 자세 변화에 관계없이 입체 영상 시인이 가능하다.In this case, when the unit cell is implemented concentrically or radially, the refractive index change may be uniformly radially obtained, and when the unit cell is used as the liquid crystal field lens, the stereoscopic image may be recognized regardless of the change in the attitude of the viewer.

또한, 단위 셀의 대향되는 위치에 전극을 구비시에는 선형적으로 굴절률이 변화하는 굴절률 제어 소자를 통해, 단순히 렌즈나 배리어 외에도, 프리즘과 같은 기능을 하게 하여, 입체 영상 표시를 홀로그램이나 집적 영상 방식으로 구현할 때의 스티어링 장치(steering device)로 이용 가능하다. In addition, when an electrode is provided at an opposing position of a unit cell, a refractive index control element in which the refractive index changes linearly allows a stereoscopic image display to be performed by a hologram or integrated image system in addition to a lens or a barrier. When implemented as a steering device (steering device) can be used.

또한, 전극의 형상을 구비함에 있어서 단위 셀에 구비된 전극마다 각각 서로 다른 전압을 인가함으로써, 배선 수를 늘리는 방법을 사용하지 않고, 투명 전극의 면저항 성질을 이용하여, 구조를 단순화하여 전계가 조성되는 유효 영역 및 개구 영역을 늘릴 수 있다.In addition, in the shape of the electrode, by applying different voltages to each electrode provided in the unit cell, an electric field is formed by simplifying the structure by using the sheet resistance property of the transparent electrode without using a method of increasing the number of wirings. It is possible to increase the effective area and the opening area.

도 1은 종래의 액정 전계 렌즈의 단위 렌즈 셀을 나타낸 단면도
도 2는 도 1의 단위 렌즈 셀을 복수개 구성시 광경로 프로파일을 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴절률 제어 소자를 나타낸 평면도
도 4는 도 3의 중심을 가로 방향으로 자른 선상의 단면도
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 굴절률 제어 소자를 나타낸 평면도
도 6은 도 5의 중심을 가로 방향으로 자른 선상의 단면도1 is a cross-sectional view showing a unit lens cell of a conventional liquid crystal field lens
2 is a perspective view illustrating an optical path profile when a plurality of unit lens cells of FIG. 1 are configured;
3 is a plan view illustrating a refractive index control device according to a first embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along a line in the horizontal direction of the center of FIG. 3.
5 is a plan view illustrating a refractive index control device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view along a line cut along the center of FIG. 5 in a horizontal direction. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 굴절률 제어 소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the refractive index control element of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴절률 제어 소자를 나타낸 평면도이며, 도 4는 도 3의 중심을 가로 방향으로 자른 선상의 단면도이다.3 is a plan view illustrating a refractive index control device according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view along a line cut along the center of FIG.

도 3 및 도 4와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴절률 제어 소자는 각각 단위셀이 매트릭스상으로 정의되며, 서로 대향된 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)과, 상기 제 1 기판(110) 상의 각 단위 셀에 형성된 제 1 투명 전극(113)과, 상기 제 2 기판(120) 전면에 형성된 제 2 투명 전극(121)과, 상기 제 1 투명 전극(113)의 최중심과 최외곽에 각각 접속된 제 1 금속 전극(111)과 제 2 금속 전극(114) 및 상기 제 1, 제 2 기판(110, 120) 사이의 액정층(150)을 포함하여 형성된다. 3 and 4, the refractive index control element according to the first embodiment of the present invention, each unit cell is defined in a matrix form, the first substrate 110 and the second substrate 120 facing each other, and A first transparent electrode 113 formed in each unit cell on the first substrate 110, a second transparent electrode 121 formed on the entire surface of the second substrate 120, and a maximum of the first transparent electrode 113. The liquid crystal layer 150 is formed to include a first metal electrode 111 and a second metal electrode 114 connected to the center and the outermost portion, and the first and second substrates 110 and 120, respectively.

한편, 도 4는 도 3의 중심을 좌우 반전시켜 자른 단면을 도시한 것이다. 상기 제 1 금속 전극(111)은 경우에 따라, 도 3에 위치한 바와 같이, 좌측에만 혹은 도 4에 위치한 바와 같이, 우측에만 형성될 수도 있고, 경우에 따라, 중심을 가로질러 상기 원형의 제 1 투명 전극(113)의 직경을 지나는 형상으로 일자로 형성될 수도 있다.4 is a cross-sectional view of the center of FIG. 3 cut left and right. In some cases, as shown in FIG. 3, the first metal electrode 111 may be formed only on the left side or only on the right side, as shown in FIG. 4. In some cases, the first circular electrode may be formed across the center. The transparent electrode 113 may have a shape that passes through the diameter of the transparent electrode 113.

여기서, 상기 제 1 투명 전극(113)은 상기 단위 셀의 형상으로 이루어진다. Here, the first transparent electrode 113 is formed in the shape of the unit cell.

예를 들어, 상기 제 1 투명 전극(113)은 도 3과 같이, 원형일 수 있으며, 경우에 따라 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형으로 형성될 수도 있다. 어느 경우나 상기 단위 셀의 형상을 따라 형성된다.For example, as illustrated in FIG. 3, the first transparent electrode 113 may be circular, and in some cases, may be formed of a polygon such as a triangle, a square, a hexagon, and the like. In any case, it is formed along the shape of the unit cell.

그리고, 상기 제 1 투명 전극(113)과 상기 제 1 금속 전극(111)간 제 1 콘택(115)을 제외하여, 상기 제 1 투명 전극(113)과 상기 제 1 금속 전극(111) 사이의 층간에 층간 절연막(112)이 더 구비된다. 도 4에서는 상기 층간 절연막(112)이 제 1 콘택(115)을 제외한 상기 제 1 기판(110) 전면에 형성되어 있다. 상기 층간 절연막(112)은, 상기 제 1 콘택(115) 외의 제 1 투명 전극(113)과 제 1 금속 전극(111)간 절연을 위한 것이다.The interlayer between the first transparent electrode 113 and the first metal electrode 111 except for the first contact 115 between the first transparent electrode 113 and the first metal electrode 111. The interlayer insulating film 112 is further provided. In FIG. 4, the interlayer insulating layer 112 is formed on the entire surface of the first substrate 110 except for the first contact 115. The interlayer insulating layer 112 is for insulating between the first transparent electrode 113 and the first metal electrode 111 other than the first contact 115.

또한, 상기 제 1 투명 전극(113)은, 인접한 단위 셀들간에서 서로 이격된다. 이는 단위 셀별 별개로 구동하기 위함이다.In addition, the first transparent electrodes 113 are spaced apart from each other between adjacent unit cells. This is to drive separately for each unit cell.

그리고, 상기 제 1 금속 전극(111) 및 제 2 금속 전극(114)은 상기 제 1 투명 전극(113)보다 전도율이 큰 물질의 금속으로 형성한다. 예를 들어, 상기 제 1 투명 전극(113)이 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 중 어느 하나일 때, 상기 제 1 금속 전극(111) 및 제 2 금속 전극(114)은, 구리, 몰리브덴, 알루미늄 중 어느 하나 또는, 이들중 둘 이상의 합금으로 이루어질 수 있다. In addition, the first metal electrode 111 and the second metal electrode 114 are formed of a metal having a higher conductivity than the first transparent electrode 113. For example, when the first transparent electrode 113 is any one of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), and indium tin zinc oxide (ITZO), the first metal electrode 111 and the first The second metal electrode 114 may be made of any one of copper, molybdenum, aluminum, or an alloy of two or more thereof.

도시된 도면 상에서는 상기 제 1 금속 전극(111)이 단위 셀의 최중심에 들어오는 경로를 최단거리로 하기 위해 원형의 제 1 투명 전극(113)의 반지름 상에 형성되어 있음이 도시되어 있다. 경우에 따라, 그 형상을 변경될 수 있으나, 이는 최중심에 인가되는 전압 저하를 방지하는 조건으로 형성되어야 한다.In the figure, the first metal electrode 111 is formed on the radius of the circular first transparent electrode 113 in order to shorten the path entering the center of the unit cell. In some cases, the shape may be changed, but it should be formed under conditions that prevent the voltage drop applied to the center.

그리고, 상기 이 경우, 도 3과 같이, 상기 제 1 금속 전극(111) 및 제 2 금속 전극(114)에 각각 Vcc(상전압), GND(접지 전압)이 인가된다. 경우에 따라, 상기 제 1 금속 전극(111) 및 제 2 금속 전극(114)에 인가되는 전압 값을 바꾸어 인가할 수도 있을 것이다. 여기서, 상전압 Vcc는 1V 이상의 값으로, 제 2 기판(120) 상의 제 2 투명 전극(121)과, 상기 제 1 금속 전극(111)에 접속된 제 1 투명 전극(113) 사이에 충분히 수직 전계가 조성될 수 있는 정도의 전압이다. 이 경우, 상기 제 2 투명 전극(121)에는 공통 전압, 예를 들어 접지 전압이나 1V보다 작은 상전압이 인가된다.In this case, as shown in FIG. 3, Vcc (phase voltage) and GND (ground voltage) are applied to the first metal electrode 111 and the second metal electrode 114, respectively. In some cases, the voltage values applied to the first metal electrode 111 and the second metal electrode 114 may be changed and applied. Here, the phase voltage Vcc is a value of 1 V or more, and is a sufficiently vertical electric field between the second transparent electrode 121 on the second substrate 120 and the first transparent electrode 113 connected to the first metal electrode 111. Is a voltage that can be formed. In this case, a common voltage, for example, a ground voltage or a phase voltage smaller than 1V is applied to the second transparent electrode 121.

도시되지 않았지만, 상기 제 1 투명 전극(113)을 포함한 상기 제 1 기판(110) 전면과, 상기 제 2 투명전극(121) 상에 각각 제 1 배향막 및 제 2 배향막이 더 형성될 수 있다. 또한, 상기 액정층(150)의 셀갭을 일정하게 유지하기 위해 칼럼 스페이서가 더 형성될 수도 있다. Although not shown, a first alignment layer and a second alignment layer may be further formed on the entire surface of the first substrate 110 including the first transparent electrode 113 and on the second transparent electrode 121, respectively. In addition, a column spacer may be further formed to maintain a constant cell gap of the liquid crystal layer 150.

이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴절률 제어 소자의 원리를 설명하면 다음과 같다.Referring to the principle of the refractive index control element according to the first embodiment of the present invention as follows.

그리고, 상기 제 1 금속 전극(111) 및 제 2 금속 전극(114)에 각각 Vcc, GND이 인가되면, 상기 제 1 투명 전극(113)이 갖는 면저항으로 인해 제 1 투명 전극(113)의 최중심에는 가장 강한 수직 전계가 걸리고 외곽으로 가며 점차 전계의 세기가 작아진다. 이 경우, 상기 제 1 투명 전극(113)의 최중심으로부터 최외곽 사이의 거리를 기준으로 설명하면, 거리가 0에서 반지름(최외곽과 최중심 사이의 거리)으로 가며 전계가 음의 일차 함수와 같이 선형적으로 작아진다. 즉, 연속적인 전압 강하를 얻을 수 있어, 최중심으로부터 그려지는 서로 다른 동심원으로 동일 전위면이 형성되며, 동일 전위면에서는 동일한 광경로차가 조성된다.When Vcc and GND are applied to the first metal electrode 111 and the second metal electrode 114, respectively, the center of the first transparent electrode 113 is due to the sheet resistance of the first transparent electrode 113. Has the strongest vertical electric field and goes outward and gradually decreases in intensity. In this case, referring to the distance between the outermost center and the outermost center of the first transparent electrode 113, the distance goes from 0 to the radius (distance between outermost and outermost center) and the electric field is negative negative function. As linearly small. That is, a continuous voltage drop can be obtained, and the same potential surface is formed with different concentric circles drawn from the center, and the same optical path difference is formed on the same potential surface.

이에 따라 전계의 세기에 따라 광경로차가 발생하며, 제 1 투명 전극(113)의 최중심에서 액정의 광경로가 가장 짧고, 외곽으로 갈수록 광경로가 짧아진다. Accordingly, the optical path difference is generated according to the intensity of the electric field, and the optical path of the liquid crystal is shortest at the center of the first transparent electrode 113, and the optical path is shortened toward the outside.

상술한 제 1 실시예에 따른 굴절률 제어 소자는, 예를 들어, 2D 영상을 굴절시켜 각각 좌안과 우안으로 전달하는 스위칭 소자인 액정 전계 렌즈에 이용될 수 있으며, 이 경우, 액정 전계 렌즈는 동심원상의 동일 전위면을 갖게 되고, 동일 전위면에서 동일한 굴절률, 동일한 광경로차를 얻을 수 있으며, 방향을 갖지 않는 액정 전계 렌즈 기능을 한다. 종래 일방향으로 렌즈 기능이 한정된 액정 전계 렌즈와 달리 본 발명의 제 1 실시예에 굴절률 제어 소자로 제조된 액정 전계 렌즈는 시청자의 자세 변화에 관계없이 3D 영상 표시가 가능한 것이다. The refractive index control element according to the first embodiment described above may be used, for example, in a liquid crystal field lens that is a switching element that refracts a 2D image and delivers it to the left eye and the right eye, respectively. It has the same potential surface, the same refractive index and the same optical path difference can be obtained on the same potential surface, and it functions as a liquid crystal field lens having no direction. Unlike the liquid crystal field lens in which the lens function is limited in one direction in the related art, the liquid crystal field lens manufactured by the refractive index control element in the first embodiment of the present invention is capable of displaying 3D images regardless of the change of attitude of the viewer.

한편, 제 1 실시예에 따른 굴절률 제어 소자를 액정 전계 렌즈로 이용시에는, 상기 제 1 굴절률 제어 소자 하부에 위치하며, 상기 굴절률 제어 소자 측으로 이차원 영상을 출사하는 표시 패널을 포함하여 이루어진다. On the other hand, when using the refractive index control element according to the first embodiment as a liquid crystal field lens, the display panel positioned below the first refractive index control element, and emits a two-dimensional image toward the refractive index control element.

상술한 제 1 실시예에 따른 굴절률 제어 소자를 구동하는 모드는 수직 전계 구동이 가능한 TN(Twisted Nematic), ECB(electrically controlled birefringence), VA(Vertical Alignment), 플렉소 일렉트릭(flexo-electric) 등 어느 것으로도 가능할 것이다.The mode for driving the refractive index control element according to the first embodiment described above may be any one of a twisted nematic (TN), an electrically controlled birefringence (ECB), a vertical alignment (VA), and a flexo-electric (flexo-electric). It would also be possible.

또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴절률 제어 소자의 제 1 투명 전극(113)은, 방사상의 전계 형상을 위해 상술한 원형, 삼각형, 사각형 등에 구조에 한정되는 것이 아니라 이들을 포함한 다각형 루프의 여러 가지 변형 형상에도 동일 또는 유사하게 적용 가능할 것이다.In addition, the first transparent electrode 113 of the refractive index control element according to the first embodiment of the present invention is not limited to the above-described structures such as circles, triangles, quadrangles, and the like for the radial electric field shape, but includes a variety of polygonal loops including them. The same or similarly applicable to the branch deformation shape.

그리고, 상기 제 1 투명 전극(113)은 인접한 단위 셀들간 이격시켜 배치시켜 단위 셀별 독립적인 전압 인가를 가능하게 하여 독립 구동이 가능하게 할 수 있다. 이 경우를 액티브 방식이라 한다. The first transparent electrode 113 may be spaced apart from adjacent unit cells to enable independent voltage application for each unit cell, thereby enabling independent driving. This case is called an active method.

경우에 따라, 매 단위 셀별 제 1 투명 전극(113)들에 동일한 전압 값이 인가되도록 제 1, 제 2 금속 전극(111, 114)을 접속시킬 수 있으며, 이는 패시브 방식이라 한다.In some cases, the first and second metal electrodes 111 and 114 may be connected to each other so that the same voltage value is applied to the first transparent electrodes 113 for each unit cell, which is called a passive method.

액티브 방식과 패시브 방식은 적용하는 어플리케이션에 따라 선택하며 적용할 수 있으며, 제 1, 제 2 금속 전극(111, 114)의 접속 방식에 의해 선택이 가능하다.
The active method and the passive method can be selected and applied according to the application to be applied, and can be selected by the connection method of the first and second metal electrodes 111 and 114.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 굴절률 제어 소자를 나타낸 평면도이며, 도 6은 도 5의 중심을 가로 방향으로 자른 선상의 단면도이다.FIG. 5 is a plan view illustrating a refractive index control device according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view along a line cut along the center of FIG.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 굴절률 제어 소자는, 각각 단위셀이 매트릭스상으로 정의되며, 서로 대향된 제 1 기판(210) 및 제 2 기판(220)과, 상기 제 1 기판(210) 상의 각 단위 셀에 형성된 제 1 투명 전극(212)과, 상기 제 2 기판(220) 전면에 형성된 제 2 투명 전극(221)과, 상기 제 1 투명 전극(212)의 양측과 각각 접속된 제 1 금속 전극(211)과 제 2 금속 전극(213) 및 상기 제 1, 제 2 기판(210, 220) 사이의 액정층(250)을 포함하여 형성된다. In the refractive index control device according to the second embodiment of the present invention, each unit cell is defined in a matrix form, and the first substrate 210 and the second substrate 220 opposed to each other, and the first substrate 210 on the first substrate 210. A first metal electrode connected to the first transparent electrode 212 formed in each unit cell, the second transparent electrode 221 formed on the entire surface of the second substrate 220, and both sides of the first transparent electrode 212, respectively. The liquid crystal layer 250 is formed between the electrode 211, the second metal electrode 213, and the first and second substrates 210 and 220.

여기서, 상기 제 1, 제 2 금속 전극(211, 213)은 상기 제 1 기판(210) 상에서 일 방향으로 길게 형성될 수 있다. Here, the first and second metal electrodes 211 and 213 may be formed long in one direction on the first substrate 210.

또한, 상기 제 1 투명 전극(212)은 도시된 바와 같이, 상기 제 1, 제 2 금속 전극(211, 213)과 사이드 콘택하며 제 1, 제 2 금속 전극(211, 213)의 사이에만 형성될수도 있고, 혹은 상기 제 1, 제 2 금속 전극(211, 213)의 상부 또는 하부를 지나며 형성될 수도 있다. 어느 경우나 상기 제 1 투명 전극(212)의 일측은 제 1 금속 전극(211)과 콘택되고, 상기 제 2 금속 전극(213)은 제 2 금속 전극(213)과 콘택된다. 그리고, 이러한 제 2 실시예에 따른 굴절률 제어 소자는, 제 1 실시예에 비해 절연막을 생략할 수 있다.In addition, as illustrated, the first transparent electrode 212 may be in side contact with the first and second metal electrodes 211 and 213 and may be formed only between the first and second metal electrodes 211 and 213. Alternatively, the first and second metal electrodes 211 and 213 may be formed to pass through the upper part or the lower part of the first and second metal electrodes 211 and 213. In any case, one side of the first transparent electrode 212 is in contact with the first metal electrode 211, and the second metal electrode 213 is in contact with the second metal electrode 213. The refractive index control element according to the second embodiment can omit the insulating film as compared with the first embodiment.

여기서, 상기 제 2 금속 전극(213)에는 Vcc 전압이, 제 1 금속 전극(211)에는 접지(GND)되어 있다. 이 경우, 제 2 금속 전극(213)과 제 1 금속 전극(211)간에는 면저항을 갖는 제 1 투명 전극(212)에 의해, 제 2 금속 전극(213)에서부터 제 1 금속 전극(211)으로 가며 음의 일차 함수로 그려지는 전계 변화를 더 전압 강하가 얻어진다. 이 경우, 액정의 굴절률 변화는 액정의 유전율 이방성에 따라 상기 전계 변화에 따르거나 수직한 것으로, 굴절률 변화 또한 선형적인 변화하는 것으로, 이러한 구조를 갖는 굴절률 소자는 프리즘과 유사한 효과는 것이다.Here, the Vcc voltage is applied to the second metal electrode 213 and the ground GND is applied to the first metal electrode 211. In this case, the first metal electrode 213 is moved from the second metal electrode 213 to the first metal electrode 211 by the first transparent electrode 212 having sheet resistance between the second metal electrode 213 and the first metal electrode 211. The voltage drop is obtained by changing the electric field, which is plotted as a linear function of. In this case, the refractive index change of the liquid crystal is in accordance with or perpendicular to the electric field change according to the dielectric anisotropy of the liquid crystal, and the refractive index change also changes linearly. The refractive index element having such a structure has an effect similar to that of a prism.

따라서, 상술한 굴절률 소자는 영상 패널 상에 배치할 때 원하는 방향으로 영상을 굴절시킬 수 있어, 단순 액정 전계 렌즈 외에도 집적 영상 방식이나 홀로그래피 등에서 이용할 수 있는 스티어링 장치(steering device)로 적용할 수 있다. Therefore, the above-described refractive index element can be used to refract the image in a desired direction when disposed on the image panel, it can be applied as a steering device that can be used in the integrated image system, holography, etc. in addition to the simple liquid crystal field lens.

한편, 제 2 실시예에서 설명하지 않은 사항은 제 1 실시예에서 설명한 바와 동일하다.
Incidentally, the matters not described in the second embodiment are the same as those described in the first embodiment.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.On the other hand, the present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, it is possible that various substitutions, modifications and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.

110: 제 1 기판 111: 제 1 금속 전극
112: 절연막 113: 제 1 투명 전극
114: 제 2 금속 전극 115: 제 1 콘택
120: 제 2 기판 121: 공통 전극
150: 액정층110: first substrate 111: first metal electrode
112: insulating film 113: first transparent electrode
114: second metal electrode 115: first contact
120: second substrate 121: common electrode
150: liquid crystal layer

Claims (10)

각각 단위셀이 매트릭스상으로 정의되며, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
상기 제 1 기판 상의 각 단위 셀에 형성된 제 1 투명 전극;
상기 제 2 기판 전면에 형성된 제 2 투명 전극;
상기 제 1 투명 전극의 최중심과 최외곽에 각각 접속된 제 1 금속 전극과 제 2 금속 전극; 및
상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 굴절률 제어 소자.Unit cells each defined as a matrix and having a first substrate and a second substrate facing each other;
A first transparent electrode formed in each unit cell on the first substrate;
A second transparent electrode formed on the entire surface of the second substrate;
A first metal electrode and a second metal electrode connected to the most central and outermost portions of the first transparent electrode, respectively; And
And a liquid crystal layer between the first and second substrates. 제 1항에 있어서,
상기 제 1 투명 전극은 상기 단위 셀의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 굴절률 제어 소자.The method of claim 1,
The first transparent electrode is a refractive index control element, characterized in that formed in the shape of the unit cell. 제 1항에 있어서,
상기 제 1 투명 전극은 원형인 것을 특징으로 하는 굴절률 제어 소자.The method of claim 1,
The first transparent electrode is a refractive index control element, characterized in that the circular. 제 1항에 있어서,
상기 제 1 투명 전극은 다각형인 것을 특징으로 하는 굴절률 제어 소자.The method of claim 1,
The first transparent electrode is a refractive index control element, characterized in that the polygon. 제 1항에 있어서,
상기 제 1 투명 전극과 상기 제 1 전극간 제 1 콘택을 제외하여, 상기 제 1 투명 전극과 상기 제 1 전극 사이의 층간에 층간 절연막이 더 구비된 것을 특징으로 하는 굴절률 제어 소자.The method of claim 1,
An interlayer insulating film is further provided between the first transparent electrode and the first electrode except for the first contact between the first transparent electrode and the first electrode. 제 1항에 있어서,
상기 제 1 투명 전극은, 인접한 단위 셀들간에서 서로 이격된 것을 특징으로 하는 굴절률 제어 소자.The method of claim 1,
The first transparent electrode, the refractive index control element, characterized in that spaced from each other between adjacent unit cells. 제 1항에 있어서,
상기 제 1 금속 전극 및 제 2 금속 전극은 상기 제 1 투명 전극보다 전도율이 큰 것을 특징으로 하는 굴절률 제어 소자.The method of claim 1,
The first metal electrode and the second metal electrode is a refractive index control element, characterized in that the conductivity is larger than the first transparent electrode. 제 1항에 있어서,
상기 제 1 투명 전극을 포함한 상기 제 1 기판 전면과, 상기 제 2 투명전극 상에 각각 제 1 배향막 및 제 2 배향막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.The method of claim 1,
And a first alignment layer and a second alignment layer on the entire surface of the first substrate including the first transparent electrode and on the second transparent electrode, respectively. 각각 단위셀이 매트릭스상으로 정의되며, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
상기 제 1 기판 상의 각 단위 셀에 형성된 제 1 투명 전극;
상기 제 2 기판 전면에 형성된 제 2 투명 전극;
상기 제 1 투명 전극의 양측과 각각 접속된 제 1 금속 전극과 제 2 금속 전극; 및
상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 굴절률 제어 소자.Unit cells each defined as a matrix and having a first substrate and a second substrate facing each other;
A first transparent electrode formed in each unit cell on the first substrate;
A second transparent electrode formed on the entire surface of the second substrate;
First and second metal electrodes connected to both sides of the first transparent electrode, respectively; And
And a liquid crystal layer between the first and second substrates. 제 9항에 있어서,
상기 제 1 금속 전극 및 제 2 금속 전극은 상기 제 1 투명 전극보다 전도율이 큰 것을 특징으로 하는 굴절률 제어 소자.The method of claim 9,
The first metal electrode and the second metal electrode is a refractive index control element, characterized in that the conductivity is larger than the first transparent electrode.
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