KR20160115885A - Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device - Google Patents

Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device Download PDF

Info

Publication number
KR20160115885A
KR20160115885A KR1020160120931A KR20160120931A KR20160115885A KR 20160115885 A KR20160115885 A KR 20160115885A KR 1020160120931 A KR1020160120931 A KR 1020160120931A KR 20160120931 A KR20160120931 A KR 20160120931A KR 20160115885 A KR20160115885 A KR 20160115885A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
electrode
electrodes
lens
electric field
Prior art date
Application number
KR1020160120931A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101675860B1 (en
Inventor
김성우
이병주
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
Priority to KR1020160120931A priority Critical patent/KR101675860B1/en
Publication of KR20160115885A publication Critical patent/KR20160115885A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101675860B1 publication Critical patent/KR101675860B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
    • G02B26/026—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light based on the rotation of particles under the influence of an external field, e.g. gyricons, twisting ball displays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/004—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on a displacement or a deformation of a fluid
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
    • G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3016—Polarising elements involving passive liquid crystal elements
    • 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
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers

Abstract

The present invention relates to a liquid crystal electric field lens and to a three-dimensional display device using the same. The liquid crystal electric field lens includes a first substrate, a second substrate, a plurality of first electrodes, a second electrode, a first orientation film, and a liquid crystal layer. Thereby, the present invention improves the symmetry of lens, and prevents influence on lateral electric field between divided first electrodes, so as to improve a profile.

Description

액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치 {Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device}[0001] The present invention relates to a liquid crystal field lens and a stereoscopic display device using the same,

본 발명은 액정 전계 렌즈에 관한 것으로 특히, 전극에 30°내지 90°의 방향으로 러빙 방향을 정의하여, 보다 프로파일이 향상되고, 렌즈의 대칭성을 향상시킨 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal electric field lens, and more particularly to a liquid crystal electric field lens in which a rubbing direction is defined in a direction of 30 to 90 degrees to an electrode to further improve the profile and improve the symmetry of the lens, and a stereoscopic display device using the same will be.

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 that will be realized for speeding up the information to be constructed based on the high-speed information communication network today are multi-view and listen multi-functions such as the current telephone, centered on digital terminals that process characters, It is expected to evolve into a media-type service, ultimately becoming a real-space, three-dimensional stereoscopic information communication service that transcends time and space, realizes, feels and feels and feels in three dimensions.

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, stereoscopic images representing three dimensions are made by the principle of stereoscopic vision through two eyes. Since the time difference of the two eyes, that is, the two eyes are separated by about 65 mm, The eyes see slightly different images. Thus, the difference in the image due to the positional difference between the two eyes is referred to as binocular disparity. The three-dimensional stereoscopic display apparatus uses the binocular parallax to allow the left eye to see only the left eye image, 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 transmitted to the brain through the retina, the brain fuses them exactly to reproduce the depth sense and real feeling of the original three-dimensional image. This capability is generally referred to as stereography, and a device using the same as a display device is referred to as 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.On the other hand, the stereoscopic display device can be classified according to a component constituting a lens that implements a 3D (3-dimension). For example, a method of constructing a lens using a liquid crystal layer is called a liquid crystal field lens system.

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.Generally, a liquid crystal display device is composed of two opposing 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 polarizing properties and optical anisotropy. Herein, the polarizing property means that when the liquid crystal molecules are placed in the electric field, the charge in the liquid crystal molecules is concentrated on both sides of the liquid crystal molecules, and the direction of the molecular alignment is changed according to the electric field. The optical anisotropy is determined by the thin and long structure of the liquid crystal molecules, Refers to changing the path of the emitted light and the polarization state differently depending on the incident direction and the polarization state of 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 exhibits a difference in transmittance due to the voltage applied to the two electrodes, and the image can be displayed by varying the difference between the pixels.

최근에 이러한 액정분자의 특성을 이용하여 액정층이 렌즈 역할을 하게 하는 액정 전계 렌즈(liquid crystal lens electrically driven)가 제안되었다.Recently, a liquid crystal lens electrically driven by a liquid crystal layer serving as a lens by using the characteristics of liquid crystal molecules has been proposed.

즉, 렌즈는 렌즈를 구성하는 물질과 공기와의 굴절율 차이를 이용하여 입사광의 경로를 위치별로 제어하는 것인데, 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.That is, the lens controls the path of the incident light by the position using the difference in the refractive index between the material constituting the lens and the air. In order to drive the liquid crystal layer by applying different voltages to the liquid crystal layer according to the positions of the electrodes, , Incident light incident on the liquid crystal layer experiences a different phase change according to the position, and as a result, the liquid crystal layer can control the path of incident light like an actual lens.

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

도 1은 종래의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도와, 도 2는 도 1의 액정 전계 렌즈 형성시 전압 인가 후 전위 분포를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional liquid crystal electric field lens, and FIG. 2 is a diagram showing a potential distribution after a voltage is applied when the liquid crystal electric field lens of FIG. 1 is formed.

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

여기서, 상기 제 1 기판(10) 상에는 서로 제 1 이격 거리로 제 1 전극(11)이 형성된다. 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.Here, the first electrode 11 is formed on the first substrate 10 at a first separation distance from each other. The distance from the center of the first electrode 11 to the center of the first electrode 11 on the other side is referred to as a pitch between the adjacent first electrodes 11, (First electrode) is repeatedly formed.

상기 제 1 기판(10)상에 대향되는 제 2 기판(20) 상에는 전면 제 2 전극(21)이 형성된다.A front second electrode 21 is formed on a second substrate 20 opposed to 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 전기장의 세기 및 분포에 따라 반응하는 특성에 의해 포물선상의 전위면을 갖게 되고, 이에 상관하여 도 2와 같은 액정 전계 렌즈와 유사한 위상분포를 갖게 된다.The first and second electrodes 11 and 21 are made of a transparent metal. A liquid crystal layer 30 is formed in the spacing space between the first and second electrodes 11 and 21 and the liquid crystal molecules forming the liquid crystal layer 30 react with the intensity and distribution of the electric field A parabolic electric potential plane is provided by the parasitic lens, and a phase distribution similar to that of the liquid crystal electric lens shown in Fig. 2 is obtained.

이러한 액정 전계 렌즈는 상기 제 1 전극(11)에 고전압을 인가하고, 상기 제 2 전극(21)을 접지시키는 조건에서 형성되는 것으로, 이러한 전압 조건에 의해 제 1 전극(11)의 중심에서 가장 강한 수직 전계가 형성되고, 상기 제 1 전극(11)으로부터 멀어질수록 약한 수직 전계가 형성된다. 이에 따라, 액정층(30)을 이루는 액정 분자가 양의 유전율 이방성을 가질 때, 상기 액정 분자는 전계에 따라 배열되어, 상기 제 1 전극(11)의 중심에서는 서있게 되고, 상기 제 1 전극(11)과 멀어질수록 수평에 가깝게 기울어진 배열을 갖게 된다. 따라서, 광의 전달의 입장에서는 도 2와 같이, 상기 제 1 전극(11)의 중심이 광경로가 짧게 되고, 상기 제 1 전극(11)으로 멀어지면 멀어질수록 광경로가 길어지게 되며, 이를 위상면으로 나타냈을 때, 표면이 포물면을 갖는 렌즈와 유사한 광 전달 효과를 갖게 된다.The liquid crystal electric field lens is formed under the condition that a high voltage is applied to the first electrode 11 and the second electrode 21 is grounded. A vertical electric field is formed, and a weak vertical electric field is formed as the distance from the first electrode 11 is increased. Accordingly, when the liquid crystal molecules forming the liquid crystal layer 30 have a positive dielectric anisotropy, the liquid crystal molecules are arranged in accordance with the electric field to stand at the center of the first electrode 11, ), The closer to the horizontal, the more inclined the array. 2, the center of the first electrode 11 is shortened in the optical path, and as it is further away from the first electrode 11, the optical path becomes longer, Plane, the surface has a light transmission effect similar to that of a lens having a paraboloid.

여기서, 상기 제 2 전극(21)은 액정 전계의 거동을 유발하여, 전체적으로 빛이 느끼는 굴절율을 공간적으로 포물 함수가 되도록 유도하며, 제 1 전극(11)은 렌즈의 모서리부(에지 영역)를 형성토록 한다.Here, the second electrode 21 induces a behavior of the liquid crystal electric field, thereby inducing the refractive index of the light as a whole to be a parabolic function, and the first electrode 11 forms a corner portion (edge region) of the lens I will.

이 때, 제 1 전극(11)은 제 2 전극(21)에 비해 다소 높은 전압이 인가되며, 따라서, 도 2와 같이, 제 1 전극(11)과 제 2 전극(21) 사이에는 전위차가 발생함으로써, 특히, 상기 제 1 전극(11) 부위에는 급격한 측면 전장을 유발하게 된다. 이에 따라, 액정은 완만한 분포를 이루지 못하고, 다소 왜곡된 형태의 분포를 이룸으로써, 공간적인 굴절율 분포를 포물면 형태로 이루지 못하거나, 혹은 전압에 대해 매우 민감하게 움직이는 특징이 있다.In this case, a voltage slightly higher than that of the second electrode 21 is applied to the first electrode 11, so that a potential difference is generated between the first electrode 11 and the second electrode 21 as shown in FIG. In particular, a sudden side electric field is generated at the first electrode 11. Accordingly, the liquid crystal does not have a gentle distribution and forms a somewhat distorted shape, so that the spatial refractive index distribution can not be formed into a parabolic shape, or is moved very sensitively to a voltage.

이러한 액정 전계 렌즈는 물리적으로 포물면의 표면을 갖는 렌즈의 구비없이, 액정과 상기 액정을 사이에 두고 양 기판 상에 전극을 형성하고, 이에 전압을 인가함에 의해 얻어질 수 있다.Such a liquid crystal field lens can be obtained by forming an electrode on both substrates with the liquid crystal and the liquid crystal therebetween and applying a voltage thereto without a physically having a lens having a paraboloid surface.

그러나, 상기와 같은 종래의 액정 전계 렌즈는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional liquid crystal electric field lens has the following problems.

첫째, 하판에 형성되는 전극이 렌즈 영역의 극히 일 부분에만 형성되어, 상기 전극에 대응되는 렌즈 에지 영역과 이와 멀어지는 렌즈 중심 영역 사이의 전계가 완만하게 형성되지 않고, 급격한 측면 전장을 유발시켜 다소 왜곡된 위상의 액정 전계 렌즈를 갖도록 형성한다. 특히, 액정 전계에 의해 형성하는 액정 전계 렌즈에 있어서, 렌즈 영역의 피치가 늘면 늘수록 고전압이 인가되는 전극이 유한하기 때문에, 렌즈 영역에 상기 고전압이 인가되는 전극과 대향기판 사이에 걸리는 전계가 충분하지 않아, 렌즈와 동일 효과를 갖는 완만한 포물면의 액정 전계 렌즈의 형성이 점점 어려워진다.First, the electrode formed on the lower plate is formed only in a very small portion of the lens region, so that an electric field between the lens edge region corresponding to the electrode and the lens center region away from the electrode edge is not formed gently, Is formed to have a liquid crystal electric field lens having a phase that is the same. Particularly, in the liquid crystal electric field lens formed by the liquid crystal electric field, since the electrode to which the high voltage is applied is finite as the pitch of the lens region increases, the electric field applied between the electrode to which the high voltage is applied and the counter substrate is sufficient It becomes difficult to form a gentle parabolic liquid crystal field lens having the same effect as the lens.

둘째, 대면적 표시 장치일수록 고전압이 인가되는 전극이 위치한 렌즈 영역의 에지 영역에서 멀어지는 렌즈 중심 영역은 전계에 의한 효과가 거의 없어져, 이 부위에서 전기장에 의한 액정 배열 조절이 힘들다. 경우에 따라, 렌즈 중심 영역에서 조절이 불가하거나 어려운 경우, 형성된 액정 전계 렌즈는 불연속적인 렌즈 프로파일을 갖게 되어, 렌즈로 이용하기 어려운 실정이다.Second, in the large-area display device, the lens center region moving away from the edge region of the lens region where the electrode to which the high voltage is applied hardly has an effect by the electric field, and it is difficult to control the liquid crystal alignment by the electric field at this region. In some cases, when the adjustment is impossible or difficult in the lens central region, the formed liquid crystal field lens has a discontinuous lens profile, which is difficult to use as a lens.

셋째, 종래의 액정 전계 렌즈에 있어서, 상술한 문제점을 해결하기 위해 일 기판의 렌즈 영역에 미세 분할 전극들의 구조를 적용하고, 이들에 전압을 차등하여 인가하는 방식이 고려되고 있지만, 이 경우 전극들간, 횡전계가 조성되고, 상기 횡전계의 영향으로 수직 전계로 형성되어 액정 렌즈로 구동하는 액정층의 액정 분자의 배향에 비틀림이 발생한다. 이는 액정 렌즈의 에러로 작용하여 액정 렌즈의 비대칭성을 유발하기에 이를 해결하고자 하는 노력이 제기되고 있다.Thirdly, in order to solve the above-mentioned problems, a conventional method of applying the structure of the finely divided electrodes to the lens region of one substrate and applying a voltage differentially thereto is considered in the conventional liquid crystal field lens. In this case, , A transverse electric field is formed, and twist occurs in the alignment of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer formed by the vertical electric field due to the influence of the transverse electric field and driven by the liquid crystal lens. This is an error of the liquid crystal lens, which causes the asymmetry of the liquid crystal lens, and efforts have been made to solve this problem.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 전극에 30°내지 90°의 방향으로 러빙 방향을 정의하여, 보다 프로파일이 향상되고, 렌즈의 대칭성을 향상시킨 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a liquid crystal electric field lens in which a rubbing direction is defined in a direction of 30 to 90 degrees to an electrode to further improve the profile and improve the symmetry of the lens, The present invention has been made to provide a device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 전계 렌즈는 복수개의 렌즈영역을 포함하여, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판;과, 상기 각 렌즈 영역들에 대응되어 상기 제 1 기판 상에, 서로 이격되며 형성되고, 상기 렌즈 영역의 중심부부터 에지부까지 점차 인가받는 전압의 크기가 증가하며, 일방향으로 형성된 복수개의 제 1 전극;과, 상기 제 2 기판 상에 전면 형성된 제 2 전극;과, 상기 제 1 전극을 포함한 상기 제 1 기판 전면에 형성되며, 상기 제 1 전극의 방향에 30°내지 90°의 방향으로 러빙되며, 프리틸트 각을 갖도록 배향된 제 1 배향막; 및 상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a liquid crystal field lens comprising a first substrate and a second substrate opposing each other and including a plurality of lens regions, A plurality of first electrodes formed on the second substrate and spaced apart from each other and increasing in magnitude of a voltage gradually applied from a center portion to an edge portion of the lens region; A first alignment layer formed on the entire surface of the first substrate including the first electrode, rubbed in a direction of 30 to 90 degrees to the direction of the first electrode, and oriented to have a pretilt angle; And a liquid crystal layer filled between the first substrate and the second substrate.

상기 제 1 배향막의 프리틸트(pre-tilt)는 4~45°이다.The pre-tilt of the first alignment layer is 4 to 45 degrees.

혹은, 상기 제 1 배향막의 프리틸트는 0도 이상, 0.5도 이하일 수 있다.Alternatively, the pretilt of the first alignment layer may be 0 degree or more and 0.5 degree or less.

여기서, 상기 액정층을 이루는 액정은 양의 유전율 이방성일 수 있다.Here, the liquid crystal constituting the liquid crystal layer may have a positive dielectric constant anisotropy.

그리고, 상기 제 2 전극 상에 제 2 배향막이 더 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 배향막은 제 1 배향막의 러빙 방향에 안티패러랠(anti-parallel)하게 러빙될 수 있다.A second alignment layer may be further formed on the second electrode. In this case, the second alignment layer may be rubbed anti-parallel to the rubbing direction of the first alignment layer.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 표시 장치는, 상술한 액정 전계 렌즈와, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널을 포함하여 이루어진다.In order to achieve the same object, the stereoscopic display apparatus of the present invention includes the above-described liquid crystal electric lens and a display panel for emitting a two-dimensional video signal.

이 경우, 상기 표시 패널로부터 상기 액정 전계 렌즈측으로 편광된 광이 전달될 때, 상기 편광된 광의 투과축은 상기 제 1 배향막의 러빙 방향과 동일하게 하는 것이 바람직하다.In this case, when the polarized light is transmitted from the display panel to the liquid crystal electric field lens side, it is preferable that the transmission axis of the polarized light is the same as the rubbing direction of the first alignment film.

상기와 같은 본 발명의 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.The liquid crystal electric lens of the present invention and the stereoscopic display device using the same have the following effects.

첫째, 셀갭을 줄이기 위해 미세 분할 전극들을 구비하고 이들 미세 분할 전극에 전압차를 주어 인가한다. 이와 같은 구조의 경우, 액정 전계 렌즈의 프로파일이 개선되고, 셀 갭이 줄게 되어 공정 비용을 감소할 수 있다.First, fine dividing electrodes are provided to reduce the cell gap and voltage difference is applied to these fine division electrodes. With such a structure, the profile of the liquid crystal electric lens can be improved, and the cell gap can be reduced, so that the process cost can be reduced.

둘째, 미세 분할 전극들의 중심에 고전압을 인가하여, 인접한 전극들과 차전압으로 인해 횡전계가 조성되더라도, 미세 분할 전극에 대해 30°내지 90°의 방향으로 러빙을 하였기 때문에 횡전계에 의한 액정 분자의 횡방향으로의 비틀림이 발생하지 않는다.Secondly, even if a transverse electric field is formed due to the difference voltage between the adjacent electrodes by applying a high voltage to the center of the fine division electrodes, since the rubbing is performed in the direction of 30 to 90 degrees with respect to the fine division electrodes, No warping occurs in the lateral direction of the frame.

셋째, 배향막의 프리틸트 각을 0~0.5도 또는 4도 이상으로 하였기 때문에, 초기 상태에서 전압 인가시로 전환시 프리틸트에 의한 영향을 없애거나 프리틸트에 의한 영향을 전압 인가에 의한 영향을 강하게 주어 액정 전계 렌즈로 구동하는 액정층의 굴절률의 대칭성을 확보할 수 있다. 후자의 경우, 액정 분자의 프리틸트(pretilt) 제어를 통해 미세 분할 전극과 수직한 방향 또는 이에 근사하게 러빙을 하여 횡방향으로 액정 분자의 거동을 제어할 수 있다.Thirdly, since the pretilt angle of the alignment layer is set to 0 to 0.5 degrees or more than 4 degrees, it is possible to eliminate the influence of the pretilt when switching from the initial state to the voltage application, The symmetry of the refractive index of the liquid crystal layer driven by the liquid crystal electric field lens can be ensured. In the latter case, it is possible to control the behavior of the liquid crystal molecules in the transverse direction by rubbing the liquid crystal molecules in a direction perpendicular to the fine divided electrodes or near the fine divided electrodes through pretilt control of the liquid crystal molecules.

도 1은 종래의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도
도 2는 도 1의 액정 전계 렌즈 형성시 전압 인가 후 전위 분포를 나타낸 도면
도 3a 및 도 3b는 전극 방향에 수평한 러빙시 전압 무인가 상태 및 전압 인가 상태의 액정 방향을 나타낸 도면
도 4는 전극과 수직 방향으로 러빙시, 프리틸트 각을 1°로 하였을 때 등전위면 및 액정 배향 상태를 나타낸 도면
도 5는 전극과 수직 방향으로 러빙시, 프리틸트 각을 4°로 하였을 때 등전위면 및 액정 배향 상태를 나타낸 도면
도 6은 러빙 및 프리틸트 각에 따른 렌즈 형상을 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도
도 8a 및 도 8b는 도 7의 인접한 전극들 사이의 전압 무인가시 및 인가시 액정 배향을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 액정 전계 렌즈에 있어서, 프리틸트 변화에 따른 렌즈 모양을 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 입체 표시 장치를 나타낸 단면도1 is a cross-sectional view showing a conventional liquid crystal electric field lens
Fig. 2 is a diagram showing a potential distribution after voltage application when the liquid crystal electric field lens of Fig. 1 is formed
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing liquid crystal directions in a voltage-unapplied state and a voltage applied state in rubbing horizontal to the electrode direction
4 is a view showing an equipotential surface and a liquid crystal alignment state when the pretilt angle is 1 DEG when rubbing in the direction perpendicular to the electrode
5 is a view showing an equipotential surface and a liquid crystal alignment state when the pretilt angle is set to 4 degrees when rubbing in the direction perpendicular to the electrode
6 is a view showing a lens shape according to rubbing and pretilt angle
7 is a cross-sectional view showing the liquid crystal electric field lens of the present invention
Figures 8A and 8B show the voltage uninvited between adjacent electrodes of Figure 7 and the orientation of the liquid crystal upon application
9 is a view showing a lens shape according to a pretilt change in the liquid crystal electric lens of the present invention
10 is a cross-sectional view showing a stereoscopic displaying apparatus according to the present invention

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a liquid crystal field lens of the present invention and a stereoscopic display device using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

렌즈 영역에 단일 전극으로 액정 전계 렌즈를 구현시 렌즈의 미세한 프로파일 제어가 힘들기 때문에, 이를 해결하고자 일 렌즈 영역에 미세 분할 전극들의 구조를 적용하고, 이들에 전압을 차등하여 인가하는 방식이 제안되었다.It is difficult to control the fine profile of the lens when the liquid crystal field lens is implemented as a single electrode in the lens region. To solve this problem, a structure in which the structure of the finely divided electrodes is applied to one lens region, .

이러한 구조에서는 하판에서는 1차 미세 분할 전극이 적용되고, 상판은 기판 전면에 형성되는 2차 전극이 형성되며, 이들 사이의 수직 전계에 의해 액정 전계 렌즈가 구동된다.In such a structure, a first finely divided electrode is applied in the lower plate, and a secondary electrode formed in the front surface of the substrate is formed, and the liquid crystal electric field lens is driven by the vertical electric field therebetween.

그리고, 상기 1차 미세 분할 전극이 적용된 하판에는 전극 방향과 평행하게 러빙하는 구조를 택하고 있다.The lower plate to which the primary finely divided electrode is applied has a structure of rubbing in parallel with the electrode direction.

이하에서는 먼저, 이러한 구조에서 나타나는 액정의 배향 특성을 살펴본다.Hereinafter, the orientation characteristics of the liquid crystal appearing in such a structure will be described.

도 3a 및 도 3b는 전극 방향에 수평한 러빙시 전압 무인가 상태 및 전압 인가 상태의 액정 방향을 나타낸 도면이다.FIGS. 3A and 3B are views showing liquid crystal directions in a voltage-unapplied state and in a voltage applied state during rubbing horizontal to the electrode direction.

미세 분할 구조에서 러빙 방향을 1차 미세 분할 전극들(101a, 101b)의 방향과 수평하게 한 경우에는, 도 3a 와 같이, 액정 분자(110)들은 전압 무인가시의 초기 상태에서 상기 러빙 방향을 따라 상기 1차 미세 분할 전극들(101a, 101b)에 평행하게 배향된다.When the rubbing direction in the fine division structure is made to be parallel to the direction of the first finely divided electrodes 101a and 101b, the liquid crystal molecules 110 are aligned along the rubbing direction in the initial state of the voltage- And are oriented parallel to the first finely divided electrodes 101a and 101b.

그리고, 액정 전계 렌즈에 1차 미세 분할 전극과 제 2 전극에 전압을 인가하면, 그들 사이의 수직 전계가 조성되어, 서로 다른 전위면에 배향된 액정들의 굴절률 차로 액정 전계가 조성된다.When a voltage is applied to the first fine split electrode and the second electrode in the liquid crystal electric field lens, a vertical electric field between them is formed, and a liquid crystal electric field is formed by a refractive index difference of liquid crystals aligned on different potential planes.

그런데, 도 3b와 같이, 1차 미세 분할 전극(101a, 101b)들에 전압이 걸리게 되면, 1차 미세 분할 전극(101a, 101b)뿐만 아니라 상기 1차 미세 분할 전극들(101a, 101b)간의 차전압에 의해 횡전계가 조성되어, 렌즈 구동을 위한 수직 전계와 함께 횡전계가 하판측에서 강하게 걸려 액정 분자의 횡방향 비틀림이 발생하여 정상적인 렌즈의 역할을 하지 못한다.When a voltage is applied to the first finely divided electrodes 101a and 101b as shown in FIG. 3B, not only the first finely divided electrodes 101a and 101b but also the first finely divided electrodes 101a and 101b A transverse electric field is formed by the voltage, and the transverse electric field is strongly stuck on the lower plate side together with the vertical electric field for driving the lens, so that the transverse torsion of the liquid crystal molecules occurs, and the normal lens can not serve.

또한, 하판에 형성된 1차 미세 분할 전극들(101a, 101b)에 인가하는 전압은, 액정층의 셀갭을 낮추기 위해 특히 고전압(high voltage)을 인가하기도 한다. 예를 들어, 인접한 1차 미세 분할 전극들(101a, 101b)에 각각 5V와 1V로 인가한다고 하였을 때, 인접한 두 전극 사이에 횡전계가 조성되어, 전압 무인가시 전극 방향으로 놓여진 액정 분자(110)는 상기 전계 방향을 따라 배향이 틀어져 전극들(101a, 101b)에 대해 교차하는 방향으로 배향되게 된다. 이러한 경향은 상기 1차 미세 분할 전극(101a, 101b)이 형성된 하판에 인접한 액정 분자들(110)에 더 잘 나타나는 경향을 보인다.In addition, the voltage applied to the first finely divided electrodes 101a and 101b formed in the lower plate may apply a particularly high voltage to lower the cell gap of the liquid crystal layer. For example, when 5V and 1V are applied to the adjacent first finely divided electrodes 101a and 101b, a liquid crystal molecule 110 having a transverse electric field formed between adjacent two electrodes and laid in the direction of the voltage- Is oriented in the direction crossing the electrodes 101a and 101b by being turned along the electric field direction. This tendency is more likely to appear in the liquid crystal molecules 110 adjacent to the lower plate on which the first finely divided electrodes 101a and 101b are formed.

이는, 액정 분자(110)가 초기 프리틸트(pretilt)가 가지고 있는 힘보다 전압 인가에 따른 횡전계에 의한 영향을 더 많이 받아 횡방향으로 돌아가 발생하는 문제이다.This is a problem in which the liquid crystal molecules 110 are more affected by the transverse electric field due to voltage application than the initial pretilt force, and are generated in the lateral direction.

이에, 초기 상태와 전압 인가시 상태의 액정 배향 상태를 동일하게 하여, 상기 하판의 1차 미세 분할 전극들간 횡전계에 의한 영향을 줄이고자 하는 노력이 제기되었으며, 그 한 방안으로 전극 방향에 수직한 방향으로 러빙을 하여, 프리틸트를 변경하여 액정 배향 상태를 관찰해보았다.Thus, efforts have been made to reduce the influence of the transverse electric field between the primary fine split electrodes of the lower plate by making the liquid crystal alignment state of the initial state and the state of the liquid crystal alignment at the time of voltage application to be equal. Rubbed in the direction of the liquid crystal, and the liquid crystal alignment state was observed by changing the pre-tilt.

도 4는 전극과 수직 방향으로 러빙시, 프리틸트 각을 1도로 하였을 때 등전위면 및 액정 배향 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 전극과 수직 방향으로 러빙시, 프리틸트 각(pretilt angle)을 4도로 하였을 때 등전위면 및 액정 배향 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a view showing the equipotential surface and the liquid crystal alignment state when the pretilt angle is 1 at rubbing in the direction perpendicular to the electrode, and FIG. 5 is a graph showing the pretilt angle at the time of rubbing in the direction perpendicular to the electrode, And shows the equipotential surface and the alignment state of the liquid crystal.

전극 방향에 수직 방향으로 러빙하였을 때는, 그 프리틸트 각의 정도에 따라 액정 배향 특징이 상이하다. 특히, 도 4와 같이, 프리틸트 각이 1도로 그 값이 작은 경우, 프리틸트의 영향보다는 전계의 영향이 크기 때문에, 대략 중심에 형성된 고전압이 인가되는 전극 양측에서 액정 분자가 대칭성의 배향 특성을 갖는다. 그러나, 프리틸트 각을 준 방향과 다른 방향으로 액정 분자가 배향되는 측(도시된 도면에서 왼쪽)에서 가장 큰 고전압이 걸리는 전극의 중심과 이에 인접한 전극 사이에서는, 횡전계가 크게 걸려 액정이 누워버리는 현상이 나타나고 있다.When rubbing in the direction perpendicular to the electrode direction, the liquid crystal alignment characteristics differ depending on the degree of the pre-tilt angle. Particularly, as shown in FIG. 4, when the pretilt angle is 1 degree and the value is small, since the influence of the electric field is larger than the influence of the pretilt, the liquid crystal molecules are oriented symmetrically on both sides of the electrode, . However, in a region between the center of the electrode where the highest voltage is applied and the electrode adjacent thereto on the side where the liquid crystal molecules are oriented in the direction different from the direction in which the pretilt angle is directed (left in the drawing), the liquid crystal is laid Phenomenon.

즉, 전극을 기준으로 프리틸트를 준 방향으로 전압 인가시 전위면에 수직한 방향으로 액정이 배향이 정상적으로 이루어지나, 프리틸트와 반대측으로 전위면에 수직 방향이 형성되며, 특히 전극의 중심에서 액정이 수평 전계에 구동되는 형태로 상태로 남아있어. 액정 전계 렌즈의 대칭성이 깨진다.That is, when voltage is applied in the direction of the pretilt with respect to the electrode, the liquid crystal is normally aligned in the direction perpendicular to the electric potential plane, but a direction perpendicular to the electric potential plane is formed on the opposite side to the pretilt, Remains in a state driven by the horizontal electric field. The symmetry of the liquid crystal electric field lens is broken.

이에 반해 도 5와 같이, 프리틸트 각도를 약 4도 정도로 크게 주었을 때는, 프리틸트의 영향이 전계의 영향보다 크기 때문에, 전압을 인가하였을 때 전위면에 거의 수직한 방향으로 액정 분자가 배향되며, 이들의 배향은 초기 배향된 프리틸트 각도에 따라 유지하고 있어, 전극의 중심을 경계로 액정 분자가 대칭 배향이 아닌 거의 동일하게 프리틸트를 준 방향을 향해 있다.On the other hand, when the pretilt angle is set to about 4 degrees as shown in FIG. 5, since the influence of the pretilt is larger than the influence of the electric field, the liquid crystal molecules are oriented in a direction substantially perpendicular to the potential plane when voltage is applied, These orientations are maintained in accordance with the pre-tilt angle which is initially oriented, and the liquid crystal molecules are oriented in the direction giving the pre-tilt almost uniformly, not in the symmetrical orientation with the center of the electrode as a boundary.

즉, 도 5의 경우, 액정 분자 배향이 대략 프리틸트 준 방향을 향하며 전위면에 대해 수직한 방향으로 액정 분자들이 배향되어 있다. 이에 따라, 도 4와는 달리 가장 큰 고전압이 걸리는 전극의 중심을 경계로 액정 분자의 배향이 대칭성을 갖지 않는다.That is, in the case of FIG. 5, the liquid crystal molecules are oriented in a direction perpendicular to the potential plane, with the orientation of the liquid crystal molecules oriented substantially toward the pretilt direction. 4, the orientation of the liquid crystal molecules is not symmetrical with respect to the center of the electrode where the highest voltage is applied.

그러나, 액정 전계 렌즈로 구동시 실제 액정층이 렌즈 모양을 형성하는 것이 아니라 액정 분자의 굴절률 차에 의해 액정 전계 렌즈와 같이 포물선형의 광경로차를 영역별로 형성하여 렌즈와 같은 역할을 하게 하는 것으로, 이러한 광경로차는 액정 분자의 서있거나 누워있는 정도에 따라 결정된다고 볼 수 있다.However, when the liquid crystal cell is driven by a liquid crystal field lens, the liquid crystal layer does not form a lens shape but forms a parabolic light path difference region like a liquid crystal field lens due to the refractive index difference of liquid crystal molecules, , It can be seen that the optical path difference is determined by the degree of standing or lying of the liquid crystal molecules.

그리고, 도 4의 경우에 비해, 도 5와 같이, 프리틸트 각을 4도 정도로 크게 하였을 때 전극의 중심 근처에서 액정 분자가 누워 버리는 현상이 없어짐을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5, when the pre-tilt angle is increased to about 4 degrees, the liquid crystal molecules do not lie near the center of the electrode.

이에 반해, 도 5와 같이, 프리틸트 각을 4도로 키우면, 액정 전계 렌즈의 배향 특성의 비대칭성은 생기나, 프리틸트 각에 의해 수직 전계에 의한 영향이 더 커서, 액정이 받는 굴절률 차는 대칭성을 갖게 되어, 수직 배향의 조건을 따른다. 이에 따라, 액정층이 받는 굴절률 차는 고전압이 걸리는 전극을 중심으로 대칭성을 갖게 되어, 이로써, 수직 러빙, 프리틸트 각이 4도 이상일 때는 대칭형의 액정 전계 렌즈를 형성한다.On the other hand, as shown in FIG. 5, when the pre-tilt angle is increased by 4 degrees, the asymmetry of the alignment characteristic of the liquid crystal electric field lens occurs, but the influence of the vertical electric field is greater due to the pretilt angle, , And the condition of vertical alignment is followed. Accordingly, the difference in refractive index received by the liquid crystal layer becomes symmetrical around the electrode to which a high voltage is applied, thereby forming a symmetrical liquid crystal field lens when the vertical rubbing and pre-tilt angles are 4 degrees or more.

도 5의 프리틸트 각이 4도인 경우는 전극을 중심을 경계로 에지로 가며, 액정 분자 배향 방향은 동일하지만, 양측에서 서있거나 누워 있는 정도가 동일하여, 액정 전계 렌즈로 구동시 전극을 중심으로 대칭성을 갖고 동작한다.When the pretilt angle in FIG. 5 is 4 degrees, the electrodes are oriented to the edge with the center as the center, and the alignment directions of the liquid crystal molecules are the same, but the degree of standing or lying on both sides is the same. Operate with symmetry.

이와 같이, 실험을 통해 수직 러빙시 프리틸트 각이 약 4도 이상으로 초기 프리틸트 각을 크게 하여 전계에 의한 영향보다 프리틸트에 의한 영향을 크게 하면, 하판 횡전계에 의한 액정이 돌아가는 문제점을 해결함을 알 수 있다.As a result, the initial tilt angle of the pretilt angle is increased to about 4 degrees or more when the vertical rubbing is performed through the experiment, and when the effect of the pretilt is larger than the influence by the electric field, the problem of the liquid crystal by the lower plate transverse electric field is solved .

도 6은 러빙 및 프리틸트 각에 따른 렌즈 형상을 나타낸 도면이다.6 is a view showing a lens shape according to rubbing and pretilt angle.

도 6은 각각 (1) 이상적인 렌즈와, (2) 러빙 각도 90도, 프리틸트 각을 4도로 하였을 때, (3) 러빙 각도 0도, 프리틸트 각을 1도로 하였을 때, (4) 러빙 각도 0도, 프리틸트 각을 4도로 하였을 때의 액정 전계 렌즈 형상을 나타낸 것이다.6 is a graph showing the relationship between (1) an ideal lens, (2) a rubbing angle of 90 degrees, a pre-tilt angle of 4 degrees, (3) a rubbing angle of 0 degrees, 0 degrees and a pre-tilt angle of 4 degrees, respectively.

이 경우, 특히, (3) 의 조건과 같이, 러빙 각도 0도(전극 방향에 수평)와 프리틸트 각을 1도로 하였을 때, 액정 전계 렌즈의 대칭성이 깨져 렌즈로 구동할 수 없음을 알 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, 전압 인가시 액정 분자가 돌아가 횡방향으로 비틀림 현상이 일어나기에 발생하는 현상이다.In this case, especially when the rubbing angle is 0 degree (horizontal in the electrode direction) and the pre-tilt angle is 1 degree as in the condition (3), the symmetry of the liquid crystal electric field lens is broken and it can not be driven by the lens . This is a phenomenon that occurs when liquid crystal molecules twist in a transverse direction when a voltage is applied as described above.

(4)의 조건의 경우, (3)의 조건에 비해, 전극 중심에 인접한 부위에서 완전히 대칭성이 깨지지는 않으나, 좌우 형상이 다름을 알 수 있어, 전극 방향과 수평한 방향으로 러빙을 주었을 때는 프리틸트 각이 크더라도 렌즈 형상이 이상적으로 나오지 못함을 확인하였다.(4), the symmetry is not completely broken at the portion adjacent to the center of the electrode, but the left and right shapes are different from those in (3), and when rubbing in the direction parallel to the electrode direction, It was confirmed that even if the tilt angle was large, the lens shape did not appear ideally.

이에 반해, (2)의 조건과 같이, 러빙 각도를 90도로 하여 전극 방향과 수직한 방향으로 러빙을 수행하고, 프리틸트 각을 4도로 주었을 경우에는 거의 이상적인 렌즈와 같이 좌우 대칭성을 갖는 렌즈와 같이 동작함을 알 수 있다.On the other hand, as in the condition (2), rubbing is performed in a direction perpendicular to the electrode direction at a rubbing angle of 90 degrees, and when the pretilt angle is set at 4 degrees, as in a nearly ideal lens, It can be seen that it works.

도 7은 본 발명의 액정 전계 렌즈를 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing the liquid crystal electric field lens of the present invention.

도 7과 같이, 본 발명의 액정 전계 렌즈는, 복수개의 렌즈영역(L)이 대응되어 정의되며, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판(400, 500)과, 상기 제 1 기판(400) 상의 각 렌즈 영역들에 대하여, 서로 동일 간격으로 이격된 복수개의 제 1 전극(401a, 401b)과, 상기 제 2 기판(500) 전면에 형성된 제 2 전극(501)과, 상기 제 1 전극들(401a, 401b)에 각각 서로 다른 전압을 인가하는 전압원(Vmin, V1, V2, ...,Vmax) 및 상기 제 1 기판(400) 및 제 2 기판(500) 사이에 채워진 액정층(600)을 포함하여 이루어진다.7, the liquid crystal electric field lens of the present invention includes a first substrate 400 and a second substrate 500 facing each other and defining a plurality of lens regions L corresponding to each other, A plurality of first electrodes 401a and 401b spaced at equal intervals from each other with respect to each of the lens regions on the first substrate 500, a second electrode 501 formed on the entire surface of the second substrate 500, (Vmin, V1, V2, ..., Vmax) for applying different voltages to the first and second substrates 401 and 401b and the liquid crystal layer 600 filled between the first and second substrates 400 and 500, .

하나의 액정 전계 렌즈 내에서 이러한 광경로차를 갖는 부분을 갖는 렌즈 영역(L)이 주기적으로 반복된다.The lens region L having a portion having such optical path difference in one liquid crystal electric field lens is periodically repeated.

또한, 상기 제 1 전극(401a, 401b)들간의 간격은 도시된 바와 같이, 서로 동일 간격 이격하여 형성하거나 혹은 경우에 따라 에지부(E)에서 중앙부(O)로부터 갈수록 간격을 점차 늘리거나 혹은 간격을 점차 줄이도록 하여 형성할 수 있다.The spacing between the first electrodes 401a and 401b may be formed to be equal to each other or may be gradually increased or gradually increased from the center O in the edge portion E, Can be formed to be gradually reduced.

여기서, 상기 제 1 및 제 2 전극(401a/401b, 501)은 투명 금속으로 형성하여, 각 전극이 위치한 부위에서 투과율의 손실을 방지한다.Here, the first and second electrodes 401a / 401b and 501 are formed of a transparent metal, thereby preventing loss of transmittance in a portion where each electrode is located.

그리고, 상기 제 1 전극은 하나의 층상에 서로 이격하여 형성할 수도 있고, 도시된 바와 같이, 제 1 기판(400)측의 제 1 전극(401a)과 상기 절연막(402) 상의 제 1 전극(401b)과 같이 서로 다른 층에 나누어 형성할 수도 있다. 이 때, 후자의 경우 각 층의 제 1 전극(401a, 401b)의 형성시 동일층의 이격한 제 1 전극간의 거리에 여유를 가져 상기 제 1 전극(401a, 401b)들을 미세 폭으로 형성시 인접한 제 1 전극간의 쇼트가 발생됨을 방지할 수 있다 또한, 평면상에서 상기 제 1 전극들(401a, 401b)은 상기 제 1 기판(400)의 표면을 거의 채울 정도로 촘촘히 형성할 수 있다.The first electrodes 401a on the first substrate 400 and the first electrodes 401b on the insulating layer 402 may be spaced apart from each other on a single layer. ) May be formed in different layers. In this case, when the first electrodes 401a and 401b of the respective layers are formed, the first electrodes 401a and 401b have a margin in the distance between the first electrodes spaced apart from each other, The first electrodes 401a and 401b may be formed on the first substrate 400 so as to substantially fill the surface of the first substrate 400. In addition,

이때, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)에서의 제 1 전극은 대략 문턱 전압에 상당한 제 1 전압(Vmin)이 인가되며, 상기 렌즈 영역(L)들의 에지부(E)에 위치한 제 1 전극에 가장 큰 제 n 전압(Vmax)이 인가된다. 이 경우, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)과 에지부(E) 사이의 위치하는 상기 제 1 전극들(401a, 401b)에 인가되는 전압은 상기 렌즈 영역의 문턱 전압(Vmin)에서 제 n 전압(Vmax) 사이에서, 상기 렌즈 영역(L)의 중심에서 멀어질수록 점점 커지는 값의 전압이 인가된다. 한편, 이와 같이, 상기 복수개의 제 1 전극(401a, 401b)에 전압이 인가되면 상기 제 2 전극(501)에는 접지 전압을 인가하여, 상기 제 1 전극들(401a, 401b)과 상기 제 2 전극(501) 사이에 수직 전계를 조성한다.At this time, the first electrode at the center O of the lens region L is applied with the first voltage Vmin which is approximately equal to the threshold voltage, and the first electrode V located at the edge E of the lens region L And the highest n-th voltage (Vmax) is applied to the electrode. In this case, the voltage applied to the first electrodes 401a and 401b positioned between the center O and the edge E of the lens region L is set to be less than the threshold voltage Vmin of the lens region. a voltage having a value gradually increasing from the center of the lens region L is applied between the n voltage Vmax. When a voltage is applied to the plurality of first electrodes 401a and 401b as described above, a ground voltage is applied to the second electrode 501 so that the first electrodes 401a and 401b, A vertical electric field is created between the first electrode 501 and the second electrode 501.

이러한 전압 인가시, 서로 인접한 상기 제 1 전극(401a, 401b)들간의 인가되는 전압 차는 1V 이하로 하여, 상기 제 1 전극들(401a, 401b)간에 조성되는 수평 전계가 크게 발생하지 않도록 한다.When the voltage is applied, a difference in voltage applied between the first electrodes 401a and 401b adjacent to each other is 1V or less, so that a horizontal electric field formed between the first electrodes 401a and 401b is not generated to a large extent.

이러한 복수개의 제 1 전극(401a, 401b)은 상기 렌즈 영역(L)에서, 상기 렌즈 영역의 에지부(E)를 경계로 좌우 대칭형으로 형성된다. 이러한 상기 각 제 1 전극들(401a, 401b)은 패드부(표시 패널(350)의 비표시부에 대응)에서, 해당 전압원(Vmin, V1, V2, ..., Vmax)들과 금속 배선(미도시)을 통해 연결되어, 해당 전압이 인가된다.The plurality of first electrodes 401a and 401b are formed in the lens region L so as to be symmetrical with respect to the edge portion E of the lens region. The first electrodes 401a and the second electrodes 401b are connected to corresponding voltage sources Vmin, V1, V2, ..., Vmax and a metal wiring (not shown) at a pad portion And the corresponding voltage is applied.

여기서, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)에 대응되어 형성된 제 1 전극(401a 또는 401b)에 인가되는 가장 작은 문턱 전압(Vmin)은 약 1.4~2V 를 피크값으로 하는 교류 사각파이며, 이러한 문턱 전압 Vmin)은

Figure pat00001
(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 액정의 탄성 계수, ε0은 자유공간 유전율)로 계산된다. 또한, 상기 렌즈 영역(L)의 에지(E)에 대응되어 제 1 전극들(401a, 401b)에 인가되는 전압 중 가장 큰 고전압은 약 2.5~10V를 피크값으로 하는 인가되는 교류 사각파이다.The smallest threshold voltage Vmin applied to the first electrode 401a or 401b formed corresponding to the center O of the lens region L is an AC square wave having a peak value of about 1.4 to 2 V, This threshold voltage Vmin)
Figure pat00001
(Δε is anisotropy of liquid crystal permittivity, K1 is elastic modulus of liquid crystal, and ε 0 is free space permittivity). The highest voltage among the voltages applied to the first electrodes 401a and 401b corresponding to the edge E of the lens region L is an AC square wave having a peak value of about 2.5 to 10V.

렌즈 영역(L)의 폭이 피치(P)라고 할 때, 상기 렌즈 영역(L)의 중심(O)에서 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)까지는 P/2에 상당한 거리를 가지는 것으로, 상기 렌즈 영역(L)의 에지부(E)에서 각 렌즈 영역의 중심(O)까지 대칭형의 제 1 전극들(401a, 401b)에 대칭의 전압 값이 인가됨을 나타낸다.The distance from the center O of the lens region L to the edge portion E of the lens region L has a distance of P / 2, assuming that the width of the lens region L is the pitch P And a symmetrical voltage value is applied to the symmetrical first electrodes 401a and 401b from the edge E of the lens region L to the center O of each lens region.

그리고, 상기 제 1 전극들(401a, 401b)을 포함한 상기 제 1 기판(400)과, 상기 제 2 전극(501) 상에는 각각 제 1 배향막(403)과 제 2 배향막(502)이 형성된다. 이 때, 상기 제 1, 제 2 배향막(403, 502)은 전압 무인가시의 초기 상태에서 상기 액정 전계 렌즈(2000)를 투과층으로 기능시키기 위해, 제 1 배향막(403)의 러빙 방향을 상기 제 1 전극(401a, 401b)의 길이 방향과 수직하게 교차하는 방향 또는 제 1 전극들의 길이 방향에 대해 30°내지 90°의 방향으로 할 수 있다. 이 때, 상기 제 2 배향막(502)의 러빙 방향을 이에 교차하는 방향 또는 안티 패럴랠(anti-parallel: 평행하나 진행 방향이 반대) 방향으로 한다. 이를 통해 상기 액정 전계 렌즈의 하부에 있는 표시 패널을 통해 하부에서 전달되는 되는 영상이 그대로 관측자에게 투과 전달시킨다.A first alignment layer 403 and a second alignment layer 502 are formed on the first substrate 400 including the first electrodes 401a and 401b and the second electrode 501, respectively. At this time, the first and second alignment layers 403 and 502 are formed so that the rubbing direction of the first alignment layer 403 is the same as that of the first alignment layer 403 in order to make the liquid crystal field lens 2000 function as a transparent layer, It may be in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first electrodes 401a and 401b or in a direction of 30 to 90 degrees with respect to the longitudinal direction of the first electrodes. At this time, the rubbing direction of the second alignment layer 502 is set to be an intersecting direction or an anti-parallel (parallel but opposite in the direction of travel). Through this, the image transmitted from the lower part through the display panel under the liquid crystal electric lens is directly transmitted to the observer.

그리고, 상기 복수개의 제 1 전극(401a, 401b)은 상기 제 1 기판(400) 또는 절연막(402)의 세로 방향(상기 제 1 기판(400)의 일 변의 방향)을 따라 일 방향으로 막대 형상으로 형성되며, 단일 제 1 전극들(401a, 401b)의 각각의 폭은 1~10㎛으로 하며, 인접한 제 1 전극(401a, 401b)간의 간격을 1~10㎛로 하여 배치한다. 예를 들어, 피치는 90 내지 1000㎛ 정도로 다양하게 가변할 수 있는데, 상술한 제 1 전극(401a, 401b)의 폭 및 이격 간격에 따라 렌즈 영역별로 10개 내외에서 100개 이상까지 형성할 수 있다.The plurality of first electrodes 401a and 401b may be formed in a bar shape in one direction along the longitudinal direction of the first substrate 400 or the insulating film 402 (the direction of one side of the first substrate 400) The width of each of the single first electrodes 401a and 401b is 1 to 10 mu m and the interval between adjacent first electrodes 401a and 401b is 1 to 10 mu m. For example, the pitch can be variously varied from about 90 to 1000 탆. Depending on the width and spacing of the first electrodes 401 a and 401 b, .

한편, 도시하지 않았지만, 상기 제 1, 제 2 기판(400, 500)의 외곽 영역(패드부를 포함한 비표시 영역)에는 씰 패턴(미도시)이 형성되어 상기 제 1, 제 2 기판(400, 500) 사이를 지지한다. 또한, 상기 제 1, 제 2 기판(400, 500) 사이의 액정층(600)은 충분한 위상의 액정 전계 렌즈 형성을 위해, 약 15㎛ 이상의 두께에 상당하도록 충분한 두께로 형성하는데, 이러한 액정층(600)의 두께를 안정하게 유지하기 위해 상기 제 1, 제 2 기판(400, 500) 사이의 셀 갭을 지지하는 볼 스페이서 또는 칼럼 스페이서가 더 형성될 수 있다. 이 경우, 포함되는 스페이서는 상기 액정 전계 렌즈의 위상을 왜곡시키지 않는 위치에 형성하는 것이 좋다.Although not shown, a seal pattern (not shown) is formed on the outer area of the first and second substrates 400 and 500 (the non-display area including the pad part) to form the first and second substrates 400 and 500 . The liquid crystal layer 600 between the first and second substrates 400 and 500 is formed to have a thickness sufficient to correspond to a thickness of about 15 mu m or more in order to form a liquid crystal electric lens of a sufficient phase. A ball spacer or a column spacer may be further formed to support a cell gap between the first and second substrates 400 and 500 to stably maintain the thickness of the first and second substrates 400 and 600. In this case, it is preferable that the included spacer is formed at a position that does not distort the phase of the liquid crystal electric field lens.

이와 같이, 상기 제 1 기판(400) 상에 서로 동일 폭의 제 1 전극(401a, 401b)의 배치가 이루어지고, 상기 제 1 전극들(401a, 401b)에 대하여 렌즈 영역(L)의 에지부(E)로부터 중앙(O)까지 점점 작아지는 전압 인가에 의해, 전체적으로 상기 제 1 전극들(401a, 401b)과 제 2 전극(501)간 수직 전계가 완만하게 조성되고, 인접한 제 1 전극들(401a, 401b) 사이에는 약하게 횡전계가 조성된다. 결과적으로 상기 렌즈 영역의 에지부(E)에서 강하며, 상기 렌즈 영역의 중심(O)에서 약하게 걸리는, 완만한 측면 전기장이 형성된 것으로 관측된다.As described above, the first electrodes 401a and 401b having the same width are arranged on the first substrate 400, and the edge portions of the lens regions L are formed with respect to the first electrodes 401a and 401b. The vertical electric field between the first electrodes 401a and 401b and the second electrode 501 is gently formed as a whole by applying a gradually decreasing voltage from the center electrode E to the center O, 401a, and 401b. As a result, it is observed that a gentle lateral electric field which is strong at the edge portion E of the lens region and slightly weakened at the center O of the lens region is observed.

따라서, 위치별 전기장에 따라 배향되는 액정의 광경로 길이를 나타내면, 상기 렌즈 영역의 에지부(E)에서 가장 광경로가 짧으며, 렌즈 영역 중심(O)에서 가장 긴 형태의 완만한 포물렌즈 렌즈면과 유사한 형상으로 액정 전계 렌즈가 형성됨을 알 수 있다.Therefore, when the optical path length of the liquid crystal aligned according to the electric field for each position is expressed, the light path is the shortest at the edge portion E of the lens region, and the slowest parabolic lens lens It can be seen that a liquid crystal electric field lens is formed in a shape similar to a surface.

여기서, 상기 제 1 전극(401a, 401b)과 제 2 전극(501)에 전압 인가는 액정 전계의 거동을 유발하여, 전체적으로 빛이 느끼는 굴절율이 공간적으로 포물 함수가 되도록 유도한다.Here, the application of voltage to the first electrodes 401a and 401b and the second electrode 501 induces the behavior of the liquid crystal electric field, thereby inducing the refractive index of the light as a whole to be a parabolic function spatially.

여기서, 상기 제 1 전극들(401a, 401b)은 도시된 바처럼 이층으로 나누어 형성하여도 좋고, 혹은 동일층에 형성할 수도 있다. 또, 그 간격과 폭을 등간격으로 하여 형성할 수도 있고, 간격과 폭 중 하나를 비등간격으로 하거나, 간격과 폭 모두를 비등간격을 하여 형성할 수 있다. 이러한 간격과 폭의 변경은 상기 형성하고자 하는 렌즈의 프로파일에 따라 달리할 수 있을 것이다.Here, the first electrodes 401a and 401b may be formed in two layers or may be formed in the same layer as shown in FIG. In addition, the intervals and widths may be formed at equal intervals, or one of the intervals and the width may be formed at a boiling interval, or both the interval and the width may be formed at a boiling interval. Such a change in the interval and the width may be changed according to the profile of the lens to be formed.

도 8a 및 도 8b는 도 7의 인접한 전극들 사이의 전압 무인가시 및 인가시 액정 배향을 나타낸 도면이다.FIGS. 8A and 8B are views showing voltage unattended visibility and adjacent liquid crystal alignment between adjacent electrodes in FIG. 7. FIG.

도 8a와 같이, 전압 무인가시 인접한 제 1 전극들(401a, 401b) 사이에는 초기 러빙 방향에 따라 상기 제 1 전극들(401a, 401b) 사이의 액정 분자(610)가 배향되어 있다.As shown in FIG. 8A, the liquid crystal molecules 610 between the first electrodes 401a and 401b are oriented in the initial rubbing direction between the first electrodes 401a and 401b adjacent to each other in a voltage-free state.

도 8b와 같이, 전압 인가시, 예를 들어, 인접한 제 1 전극들(401a, 401b)에 각각 5V와 1V를 인가시, 이들 사이에 횡전계가 걸린다 하더라도 이들에 전압이 인가되어 수평 전계가 초기 배향방향과 동일하여 액정 분자(610)는 그 배향 방향을 달리하지 않고, 초기 상태를 유지한다. 즉, 고전압이 걸리는 제 1 기판(400)측에 상기 액정 분자(610)가 틀어짐을 방지하여 제 1 기판(400)의 횡전계에 의한 영향을 차단할 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 기판(400, 500) 사이에 걸리는 수직 전계에 의해 액정층(600)의 정상 구동이 가능하게 된다.As shown in FIG. 8B, when 5V and 1V are applied to adjacent first electrodes 401a and 401b, respectively, when a voltage is applied, a voltage is applied to the first electrodes 401a and 401b even if a horizontal electric field is applied therebetween, The liquid crystal molecules 610 are the same as the alignment direction, and their alignment directions are not different, and the liquid crystal molecules 610 maintain the initial state. That is, it is possible to prevent the liquid crystal molecules 610 from being distorted on the side of the first substrate 400 to which a high voltage is applied, thereby preventing the influence of the lateral electric field of the first substrate 400. In addition, the liquid crystal layer 600 can be normally driven by the vertical electric field applied between the first and second substrates 400 and 500.

이와 같이, 본 발명의 액정 전계 렌즈는, 제 1 전극들(401a, 401b) 상에 형성되는 제 1 배향막(403)을 상기 제 1 전극들(401a, 401b)에 수직한 방향으로 러빙하여 횡전계에 의한 영향을 제거하여 액정 분자가 횡방향으로 비틀리는 이상 거동을 제어하며, 이에 따라 상기 횡방향에 의한 영향을 막기 위해 충분한 두께로 형성한 액정층의 두께를 줄일 수 있다.As described above, in the liquid crystal electric field lens of the present invention, the first alignment layer 403 formed on the first electrodes 401a and 401b is rubbed in the direction perpendicular to the first electrodes 401a and 401b, So that the thickness of the liquid crystal layer formed to have a sufficient thickness to prevent the influence by the lateral direction can be reduced.

또한, 프리틸트 각 역시 4도 이상으로 주어, 프리틸트에 의한 영향을 전압 구동(특히 횡전계)에 의한 영향보다 크게 하여, 전압 인가시 횡방향에 의한 비틀림 방지하고 또한, 액정 전계 렌즈의 비대칭성을 방지할 수 있다.In addition, the pretilt angle is also set to 4 degrees or more so that the influence by the pretilt is greater than the influence by the voltage drive (in particular, the transverse electric field) to prevent twisting in the transverse direction at the time of voltage application, Can be prevented.

또한, 경우에 따라, UV 배향하여 프리틸트를 줄 경우에는 0도와 같거나 크고 0.5도 이하의 프리틸트 각도를 갖는 경우에도 대칭성을 갖는 액정 전계 렌즈를 적용할 수 있다. 앞서 설명한 수직 러빙시 프리틸트 각도를 1도로 준 경우에는 액정 분자가 기판면에 대해 어느 정도 각도를 갖기 때문에, 전압 인가에 따라 움직이려는 성질이 강하나, 프리틸트 각이 0도 내지 0.5 이하의 경우에는 프리틸트 각이 작기 때문에, 초기 조건보다 전압 인가에 따라 액정 분자의 배향이 이루어진다. 이 경우, 제 1 전극들에 대해 수직으로 방향으로 러빙되어 있어, 전압 무인가시로부터 전압 인가시로 전환시 제 1 전극들에 대해 수평 방향으로 누워있는 액정 분자들이 그 방향을 따라 수직 전계의 영향을 받으며 서게 되어 액정 전계 렌즈로 구동된다.In some cases, when a pre-tilt is given by UV alignment, a liquid crystal electric field lens having symmetry can be applied even when the pre-tilt angle is equal to or larger than zero and less than 0.5 degrees. When the pretilt angle is 1 degree in the vertical rubbing described above, since the liquid crystal molecules have a certain angle with respect to the substrate surface, they tend to move according to the voltage application. When the pretilt angle is 0 to 0.5 Since the pretilt angle is small, alignment of the liquid crystal molecules is performed according to the voltage application than in the initial condition. In this case, since the liquid crystal molecules are rubbed in the direction perpendicular to the first electrodes, the liquid crystal molecules lying in the horizontal direction with respect to the first electrodes upon switching from the voltage-unvisible state to the voltage application affect the vertical electric field along the direction And is driven by the liquid crystal electric field lens.

도 9는 본 발명의 액정 전계 렌즈에 있어서, 프리틸트 변화에 따른 렌즈 모양을 나타낸 도면이다.9 is a view showing a lens shape according to a change in pretilt in the liquid crystal electric lens of the present invention.

도 9와 같이, 러빙 각도가 전극과 수직한 방향일 때, 프리틸트가 4도 이상으로 커질수록 횡전계에 의한 영향을 적게 받아 이상적인 렌즈 형상에 더 가까워지는 것을 시뮬레이션 결과로 확인할 수 있다.As shown in FIG. 9, as the rubbing angle is perpendicular to the electrode, as the pre-tilt becomes larger than 4 degrees, the effect of the transverse electric field is less affected and becomes closer to the ideal lens shape.

여기서, 실험은 러빙 조건을 제 1 전극 방향에 대해 수직한 방향으로 수행하고, 프리틸트 각을 3도에서 5도로 0.5도씩 상승시켜 각각의 액정 전계 렌즈를 구현하였다.Herein, the rubbing condition was performed in a direction perpendicular to the first electrode direction, and the pretilt angle was increased from 3 degrees to 5 degrees and 0.5 degrees to implement each liquid crystal field lens.

이 경우, 3도나, 3.5도일 경우에는 약간 좌우로 액정 전계 렌즈의 높이가 달라지는 비대칭성을 나타내며, 4도 이상일 때, 액정 전계 렌즈가 좌우 대칭성을 확보하여 형성됨을 확인할 수 있다.In this case, when the degree is 3 degrees or 3.5 degrees, the height of the liquid crystal electric field lens is slightly different between right and left, and when it is 4 degrees or more, it is confirmed that the liquid crystal electric field lens secures symmetry.

또한, 상술한 특징은 비단 러빙 각도가 전극과 수직할 때만 적용되는 것이 아니라, 전극의 길이 방향에 대해 30°내지 90°의 방향의 범위 내에서도 유사한 개선 효과를 갖는다.Further, the above-described characteristic is not applied only when the rubbing angle is perpendicular to the electrode, but has a similar improvement effect even in the range of 30 to 90 degrees with respect to the longitudinal direction of the electrode.

상술한 액정 전계 렌즈를 포함한 입체 표시 장치를 설명한다.A stereoscopic display device including the liquid crystal electric field lens described above will be described.

도 10은 본 발명의 입체 표시 장치를 나타낸 단면도이다.10 is a cross-sectional view showing a stereoscopic display apparatus according to the present invention.

도면상에서는 도 10을 기준으로 이와 같은 렌즈 영역(L)이 가로 방향에서 반복되며, 지면을 관통하는 방향으로 상기 제 1 전극들(401a, 401b)이 막대 형상으로 길게 형성된다.10, the lens region L is repeated in the lateral direction, and the first electrodes 401a and 401b are formed in a long rod shape in a direction passing through the paper.

도 10과 같이, 본 발명의 액정 전계 렌즈(2000)를 포함하는 입체 표시 장치는, 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정 전계 렌즈(2000)와, 상기 액정 전계 렌즈(1000) 하측에 이차원 영상 정보를 출사하는 표시 패널(350)과, 상기 표시 패널(350) 하측에 표시 패널(350)로 광을 전달하는 광원(700)을 포함하여 이루어진다.10, a three-dimensional display device including the liquid crystal electric field lens 2000 of the present invention includes a liquid crystal electric field lens 2000 driven by a voltage applied thereto and having a lens function, A display panel 350 for emitting image information and a light source 700 for transmitting light to the display panel 350 under the display panel 350.

경우에 따라, 상기 표시 패널(350)이 광을 직접 발광하는 장치라면, 상기 광원(700)의 생략이 가능하다.In some cases, if the display panel 350 emits light directly, the light source 700 can be omitted.

상기 표시패널(350)에는 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 영상 화소(P1, P2)가 순차적으로 반복 배열되어 있으며, 이러한 표시패널(350)로는 액정표시소자(Liquid crystlal Display Divice: LCD), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Display Device: OLED), 플라즈마 표시 소자(Plasma Display Panel: PDP), 전계발광소자(Field Emission Display Device: FED) 등의 평판 표시 장치가 사용될 수 있다. 이러한 표시 패널(350)은 상기 액정 전계 렌즈(2000) 하측에 위치하여, 상기 액정 전계 렌즈(2000)로 이차원의 영상 신호를 전달하는 역할을 한다.First and second image pixels P1 and P2 for sequentially displaying the first and second images IM1 and IM2 are sequentially and repeatedly arranged on the display panel 350. As the display panel 350, A flat panel display such as a liquid crystal display device (LCD), an organic light emitting display (OLED), a plasma display panel (PDP), and a field emission display device (FED) Device may be used. The display panel 350 is positioned below the liquid crystal field lens 2000 and transmits a two-dimensional image signal to the liquid crystal field lens 2000.

본 발명의 액정 전계 렌즈(2000)는, 이차원 영상 신호를 렌즈면의 프로파일(profile)과 같이 삼차원 영상 신호를 출사하는 기능을 갖는 것으로, 상기 이차원을 구현하는 표시 패널(350) 상에 위치하며, 전압 인가 여부에 따라 선택적으로 삼차원 영상 신호의 출사 혹은 이차원 영상 신호를 그대로 출사하는 기능을 한다. 즉, 전압 무인가시 광이 투과되는 특성을 이용하여, 전압 무인가시는 이차원 표시, 전압 인가시는 삼차원 표시와 같은 스위칭 기능을 겸용할 수 있다.The liquid crystal electric field lens 2000 of the present invention has a function of emitting a three-dimensional image signal as a profile of a lens surface of a two-dimensional image signal. The liquid crystal electric field lens 2000 is positioned on the display panel 350 realizing the two- And selectively emits a three-dimensional video signal or a two-dimensional video signal according to whether a voltage is applied or not. That is, by using the characteristic that the voltage unattended visible light is transmitted, it is possible to use a switching function such as two-dimensional display without voltage unattended display and three-dimensional display when voltage is applied.

한편, 상기 액정 전계 렌즈(2000)에 구비된 복수개의 제 1 전극들(401a, 401b)에 상술한 문턱전압(1.4~2V를 피크값으로 하는 교류 사각파)에서 고전압(2.5~10V를 피크 값으로 하는 교류 사각파) 사이의 값으로 인가하고, 상기 제 2 전극(501)에 접지 전압을 인가할 경우, 액정 전계 렌즈(2000)는 포물선면의 광학 렌즈와 유사한 렌즈로 작용하게 되고, 상기 표시 패널(350)로부터 출사된 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)은 상기 액정 전계 렌즈(2000)에 의하여 각각 제 1 및 제 2 시역(viewing zone)(V1, V2)으로 전달되고, 상기 제 1, 제 2 시역(V1, V2)간의 거리를 사람의 두 눈 사이의 거리로 설계하면 사용자는 상기 제 1 및 제 2 시역(V1, V2)으로 각각 전달되는 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)을 합성하여 양안시차에 의한 3차원 영상을 인식한다.On the other hand, a high voltage (2.5 to 10 V) is applied to a plurality of first electrodes 401a and 401b provided in the liquid crystal electric field lens 2000 by the above-described threshold voltage (AC square wave having a peak value of 1.4 to 2 V) , And when a ground voltage is applied to the second electrode 501, the liquid crystal electric field lens 2000 functions as a lens similar to the parabolic optical lens, The first and second images IM1 and IM2 emitted from the panel 350 are transmitted to the first and second viewing zones V1 and V2 by the liquid crystal field lens 2000, The first and second images IM1 and IM2 which are respectively transmitted to the first and second view areas V1 and V2 by designing the distance between the first and second view areas V1 and V2 to be a distance between two eyes of a person, IM2) are synthesized to recognize a three-dimensional image by binocular parallax.

한편, 제 1 전극(401a, 401b) 및 제 2 전극(501)에 전압을 인가하지 않을 경우, 상기 액정 전계 렌즈(2000)는 상기 표시 패널(350)의 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)의 굴절 없이 그대로 표시되는 단순 투명층 역할을 한다. 따라서, 제 1 및 제 2 영상(IM1, IM2)은 시역구분 없이 그대로 사용자에게 전달되고 사용자는 2차원 영상을 인식하게 된다.When no voltage is applied to the first electrodes 401a and 401b and the second electrode 501, the liquid crystal field lens 2000 applies the first and second images IM1 and IM2 ) As a simple transparent layer that is displayed as it is without refraction. Accordingly, the first and second images IM1 and IM2 are transmitted to the user as they are, without any time division, and the user recognizes the two-dimensional image.

도면에서는, 상기 액정 전계 렌즈(2000)의 일 렌즈 영역(L)은, 액정 전계 렌즈 하측(2000)에 위치하는 표시 패널(350)의 2개의 화소들(P1, P2)의 폭에 대응되어 형성된 모습을 나타내고 있으며, 경우에 따라 복수개의 화소들이 상기 일 렌즈 영역(L)에 대응되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 렌즈 영역(L)들은 화소들에 대하여 일정 각도로 기울인 방향으로 형성할 수도 있고, 경우에 따라 화소들에 대해 계단형상(렌즈 배치가 n번째 화소 수평 라인에 대해 (n+1)번째 화소 수평라인측에서 일정 폭 쉬프트되어 형성)으로 형성할 수도 있을 것이다.In the figure, one lens area L of the liquid crystal electric field lens 2000 is formed so as to correspond to the width of two pixels P1 and P2 of the display panel 350 located on the lower side 2000 of the liquid crystal electric field lens And a plurality of pixels may be formed corresponding to the one lens region L as the case may be. Also, the lens regions L may be formed in a direction tilted at an angle with respect to the pixels, or may be formed in a stepped shape (the lens arrangement may be a (n + 1) th (Formed by a constant width shifted from the pixel horizontal line side).

상기 렌즈 영역(L)은 일 피치(pitch)에 대응되는 폭을 갖도록 정의되며, 동일한 피치를 갖는 렌즈 영역(L)이 일 방향(도 6에서는 가로 방향)으로 주기적으로 반복된다. 이 때, 일 피치(P: pitch)란 일 렌즈 영역(L)의 가로폭을 의미하며, 상기 렌즈 영역은 도시된 볼록 렌즈와 같은 물리적인 렌즈 형상을 갖는 것이 아니라, 전계 인가에 따라 액정이 배열되어 광경로 차에 의해 시감적으로 렌즈 효과를 갖는 영역을 표시한 것이다. 상술한 렌즈 영역(L)은 도시된 10에 도시된 형상이 일 피치(P)를 주기로 가로 방향으로 반복되어 형성된다.The lens region L is defined to have a width corresponding to one pitch, and the lens region L having the same pitch is periodically repeated in one direction (horizontal direction in FIG. 6). In this case, the pitch P means the width of one lens region L. The lens region does not have the same physical lens shape as the convex lens shown in the drawing, And the area having the lens effect is visually displayed by the light path difference. The above-described lens area L is formed by repeating the shape shown in FIG. 10 in the horizontal direction at a period of one pitch P.

한편, 상술한 액정 전계 렌즈에 있어서, 상기 액정층을 이루는 액정 분자는 전계에 따라 배향되며, 전위면에 수직하게 배향되는 양의 유전율 이방성을 갖는 것으로, 만일 음의 유전율 이방성을 갖는 액정일 경우에는 그 배향 특성이 상술한 바와 반대 형상을 가질 수 있다.On the other hand, in the liquid crystal electric lens described above, the liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer are oriented in accordance with an electric field and have a positive dielectric anisotropy perpendicular to the electric potential plane. In the case of a liquid crystal having negative dielectric anisotropy The orientation characteristic may have an opposite shape to that described above.

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.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

400: 제 1 기판 401a, 401b: 제 1 전극
402: 절연막 403: 제 1 배향막
500: 제 2 기판 501: 제 2 전극
502: 제 2 배향막 600: 액정층400: first substrate 401a, 401b: first electrode
402: insulating film 403: first alignment film
500: second substrate 501: second electrode
502: second alignment layer 600: liquid crystal layer

Claims (6)

복수개의 렌즈영역을 포함하여, 서로 대향 배치된 제 1, 제 2 기판;
상기 각 렌즈 영역들에 대응되어 상기 제 1 기판 상에, 서로 동일 폭을 갖고 동일 간격 이격되며 일방향으로 형성된 복수개의 제 1 전극;
상기 제 2 기판 상에 전면 형성된 제 2 전극;
상기 제 1 전극을 포함한 상기 제 1 기판 전면에 형성되며, 상기 제 1 전극의 방향에 90°의 각으로 러빙되며, 4° 내지 45°의 프리틸트 각을 갖도록 배향된 제 1 배향막; 및
상기 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 채워진 액정층을 포함하여 이루어지며,
상기 제 2 전극에 접지 전압을 인가하고, 상기 제 1 전극들과 제 2 전극 사이에 수직 전계가 상기 제 1 전극들간에 조성되는 수평 전계보다 크도록 상기 렌즈 영역의 중심부부터 에지부까지 위치하는 상기 복수개의 제 1 전극들에, 점차 전압의 크기를 증가시켜 인가하여,
상기 제 1 전극들 및 상기 제 2 전극에 전압 인가 전후로, 상기 제 1 전극들 사이에서 상기 러빙 방향에 일치하도록 액정의 방향을 일치시키되, 상기 제 1 전극들과, 제 2 전극 사이의 수직 전계의 변화로 액정이 배향 변화를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.A liquid crystal display comprising: first and second substrates including a plurality of lens regions;
A plurality of first electrodes corresponding to the respective lens regions and formed on the first substrate, the first electrodes being equal in width and spaced apart from each other and formed in one direction;
A second electrode formed on the second substrate;
A first alignment layer formed on the entire surface of the first substrate including the first electrode, the first alignment layer being rubbed at an angle of 90 ° with respect to the direction of the first electrode and having a pretilt angle of 4 ° to 45 °; And
And a liquid crystal layer filled between the first substrate and the second substrate,
And a second electrode disposed between the first electrode and the second electrode so that a vertical electric field between the first electrode and the second electrode is greater than a horizontal electric field formed between the first electrodes, The magnitude of the voltage is gradually increased and applied to the plurality of first electrodes,
The liquid crystal molecules are aligned in the direction of the rubbing direction between the first electrodes before and after applying the voltages to the first electrodes and the second electrodes while aligning the directions of the liquid crystal molecules between the first electrodes and the second electrodes, Wherein the liquid crystal has an orientation change due to the change. 제 1항에 있어서,
상기 액정층을 이루는 액정은 양의 유전율 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.The method according to claim 1,
Wherein the liquid crystal constituting the liquid crystal layer has a positive dielectric anisotropy. 제 1항에 있어서,
상기 제 2 전극 상에 제 2 배향막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.The method according to claim 1,
And a second alignment layer is further formed on the second electrode. 제 3항에 있어서,
상기 제 2 배향막은 제 1 배향막의 러빙 방향에 안티패러랠하게 러빙된 것을 특징으로 하는 액정 전계 렌즈.The method of claim 3,
Wherein the second alignment layer is rubbed anti-parallel to the rubbing direction of the first alignment layer. 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널; 및
상기 표시 패널로부터 이차원의 영상 신호를 그대로 출사하거나 이를 삼차원의 영상 신호로 변환하여 출사하는, 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 액정 전계 렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.A display panel for emitting a two-dimensional video signal; And
The three-dimensional display device according to any one of claims 1 to 4, wherein the two-dimensional image signal is directly outputted from the display panel or is converted into a three-dimensional image signal and emitted. 제 5항에 있어서,
상기 표시 패널로부터 상기 액정 전계 렌즈측으로 편광된 광이 전달될 때, 상기 편광된 광의 투과축은 상기 제 1 배향막의 러빙 방향과 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.6. The method of claim 5,
And the transmission axis of the polarized light is made to be the same as the rubbing direction of the first alignment film when the polarized light is transmitted from the display panel to the liquid crystal electric field lens side.
KR1020160120931A 2016-09-21 2016-09-21 Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device KR101675860B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160120931A KR101675860B1 (en) 2016-09-21 2016-09-21 Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160120931A KR101675860B1 (en) 2016-09-21 2016-09-21 Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090135686A Division KR20110078788A (en) 2009-12-31 2009-12-31 Liquid crystal lens electrically driven and stereoscopy display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160115885A true KR20160115885A (en) 2016-10-06
KR101675860B1 KR101675860B1 (en) 2016-11-14

Family

ID=57164993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160120931A KR101675860B1 (en) 2016-09-21 2016-09-21 Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101675860B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004021100A (en) * 2002-06-19 2004-01-22 Sharp Corp Light irradiation apparatus and light irradiation method
JP2005024927A (en) * 2003-07-02 2005-01-27 Seiko Epson Corp Liquid crystal device, method of manufacturing the same, electronic apparatus, and projector
US20070115417A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-24 Zhibing Ge Liquid crystal display devices with high transmittance and wide viewing angle
KR20090065934A (en) * 2007-12-18 2009-06-23 엘지디스플레이 주식회사 Liquid crystal lens electrically driven and stereoscopy display device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004021100A (en) * 2002-06-19 2004-01-22 Sharp Corp Light irradiation apparatus and light irradiation method
JP2005024927A (en) * 2003-07-02 2005-01-27 Seiko Epson Corp Liquid crystal device, method of manufacturing the same, electronic apparatus, and projector
US20070115417A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-24 Zhibing Ge Liquid crystal display devices with high transmittance and wide viewing angle
KR20090065934A (en) * 2007-12-18 2009-06-23 엘지디스플레이 주식회사 Liquid crystal lens electrically driven and stereoscopy display device

Also Published As

Publication number Publication date
KR101675860B1 (en) 2016-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101419234B1 (en) Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device
KR101622650B1 (en) Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device
KR101362157B1 (en) Liquid Crystal Lens Electrically Driven and Display Device Using the Same
KR101649234B1 (en) Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device
KR101658147B1 (en) Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device
US8941786B2 (en) Electrically-driven liquid crystal lens and stereoscopic display device using the same
US7872694B2 (en) Electrically-driven liquid crystal lens and stereoscopic display device using the same
KR101585003B1 (en) Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device Using the Same
KR101429906B1 (en) Liquid Crystal Lens Electrically Driven and Stereoscopy Display Device
US8358399B2 (en) Electrically-driven liquid crystal lens and stereoscopic display device using the same
US8305550B2 (en) Electrically-driven liquid crystal lens and stereoscopic device using the same
KR101649235B1 (en) Stereoscopy Display Device
EP3086161B1 (en) Autostereoscopic display device
KR101362160B1 (en) Lens of Liquid Crystal electrically driven, Stereoscopic Display device using the same and Method for Driving thereof
US9030614B2 (en) Liquid crystal optical element and stereoscopic image display device
KR101362158B1 (en) Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device
KR101419231B1 (en) Stereoscopic Display Device
KR101675860B1 (en) Liquid Crystal Lens Electrically driven and Stereoscopy Display Device
KR101839323B1 (en) Electrically-Driven Liquid Crystal Lens and Image Display Device Using the Same

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191015

Year of fee payment: 4