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KR101707607B1 - 표시장치 - Google Patents

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KR101707607B1
KR101707607B1 KR1020100019536A KR20100019536A KR101707607B1 KR 101707607 B1 KR101707607 B1 KR 101707607B1 KR 1020100019536 A KR1020100019536 A KR 1020100019536A KR 20100019536 A KR20100019536 A KR 20100019536A KR 101707607 B1 KR101707607 B1 KR 101707607B1
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정경호
이승훈
김희섭
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

표시장치는 표시패널과 광학부재를 포함한다. 표시패널은 다수의 픽셀을 포함하며 이차원의 영상을 표시한다. 광학부재는 각각 다수의 초점을 가지고 2개 이상의 픽셀을 하나의 3차원 픽셀에 대응시키는 다수의 렌즈를 구비하며, 상기 이차원의 영상을 좌안용 영상과 우안용 영상으로 분리시킨다.

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 입체영상을 표시하는 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 입체영상 표시장치에서는 렌티큘러 방식 또는 배리어 방식으로 평면 영상을 좌안용 영상과 우안용 영상으로 분리한다.
상기 배리어 방식은 시차 장벽을 이용하여 좌측 픽셀 및 우측 픽셀을 통과하는 광을 차단 및 투과시킴으로써 평면 영상을 좌안용 영상과 우안용 영상으로 분리한다. 상기 렌티큘러 방식은 렌티큘러 렌즈를 이용하여 평면 영상을 좌안용 영상과 우안용 영상으로 분리한다.
상기 배리어 방식에 의하면, 광의 일부가 차단되므로 휘도가 감소되어 표시 품질을 저하시킬 수 있으나, 상기 렌티큘러 방식은 상기 렌티큘러 렌즈를 통해 광이 대부분 통과하므로 상기 배리어 방식에 비해 휘도의 감소가 적다. 최근에는 다양한 렌티큘러 방식의 입체영상 표시장치가 개발되고 있다.
본 발명의 목적은 입체영상의 휘도 분포의 균일성을 높혀 입체 영상의 화질이 향상된 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 표시장치는 표시패널 및 광학부재를 포함한다. 상기 표시패널은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 픽셀을 구비하고, 이차원의 영상을 표시한다. 상기 광학부재는 상기 표시패널 상부에 구비되고, 각각 다수의 초점을 가지며 적어도 2개 이상의 상기 픽셀을 1개의 3차원 픽셀에 대응시키는 다수의 렌즈를 구비하고, 상기 다수의 렌즈를 이용하여 상기 이차원의 영상을 좌안용 영상과 우안용 영상으로 분리시킨다. 상기 광학부재는 베이스 시트를 더 포함하고, 상기 베이스 시트 상에 상기 다수의 렌즈들이 구비될 수 있다.
상기 각 렌즈는 상기 제2 방향으로 J개의 영역을 포함하고, 상기 영역 각각은 J개의 서브 렌즈들의 일부를 포함한다. 상기 서브 렌즈들은 동일한 곡률을 갖고, 상기 제2 방향으로 부분적으로 오버랩되어 순차적으로 배열되며, L번째 영역(L은 1 이상 J 이하의 자연수)은 L번째 서브 렌즈의 일부를 포함한다.
또한 상기 광학부재는 액정 전계 렌즈 일 수 있다. 상기 액정 전계 렌즈는 제1 기판, 제2 기판 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 제1 기판은 베이스 기판 및 상기 제1 베이스 기판상에 서로 이격되어 형성된 다수의 제1 전극을 포함한다. 상기 제2 기판은 상기 제1 기판과 대향하는 제2 베이스 기판 및 상기 제2 베이스 기판상에 형성된 제2 전극을 포함한다. 상기 액정 전계 렌즈는 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들에 인가된 전압에 의해 형성된 다수의 내부 렌즈를 포함하고, 상기 각 내부 렌즈는 각 내부 렌즈를 형성하는 상기 제1 전극들에 인가되는 전압값에 따라 복수의 초점을 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 표시장치는 다수의 초점을 갖는 렌즈에 의해 항상 블랙 매트릭스와 픽셀이 일정비율로 섞여 시인되므로, 휘도 분포의 균일성이 높아져 입체 영상의 화질이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 3a는 도 2의 표시 장치에 포함되는 표시패널 및 광학부재의 일부를 도시한 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 4a는 렌즈의 구조를 설명하기 위해 도 2의 I-I'를 따라 절단한 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 렌즈의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치에 구비되는 렌즈 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 렌즈를 통과하는 광의 경로가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치가 도시된 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 II-II'를 따라 절단한 액정 전계 렌즈의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치에 구비되는 액정 전계 렌즈의 단면도이다.
도 9a 및 도 10a는 도 7의 액정 전계 렌즈의 각 내부 렌즈를 형성하는 제1 전극들에 인가되는 전압을 도시한 그래프이다.
도 9b 및 도 10b는 각각 도 9a 및 도 10a의 전압에 의해 형성된 각 내부 렌즈의 초점이 도시된 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치(1)는 표시패널(10) 및 광학부재(20)를 포함한다. 상기 표시패널(10)은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 픽셀(11)을 구비하고, 이차원의 영상을 표시한다. 일 예로, 상기 표시패널(10)은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정표시패널 등이 될 수 있다. 상기 각 픽셀(11)은 다수의 서브 픽셀(11x)들을 포함하고, 다수의 서브 픽셀(11x) 사이에는 블랙 매트릭스(12)가 구비된다. 상기 다수의 서브 픽셀(11x)들은 레드, 그린 및 블루 중 어느 하나의 색을 가질 수 있다.
상기 광학부재(20)는 적어도 2개 이상의 픽셀(11)에 대응하는 다수의 렌즈(200)들을 구비한다. 상기 각 렌즈(200)는 2개 이상의 상기 픽셀(11)을 1개의 3차원 픽셀에 대응시키고, 상기 광학부재(20)는 상기 다수의 렌즈(200)들을 이용하여 상기 이차원의 영상을 좌안용 영상과 우안용 영상으로 분리한다. 상기 각 렌즈(200)는 물리적인 렌즈의 형상을 갖는 렌즈이거나 액정 전계 렌즈일 수 있다. 상기 광학부재(20)는 상기 표시패널(10)로부터 상기 다수의 렌즈(200)들의 초점거리만큼 이격되어 구비된다. 상기 표시패널(10)과 상기 광학부재(20) 사이에는 상기 초점거리를 유지하기 위한 지지부(미도시)가 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 표시장치(2)는 도 1에 도시된 표시장치(1)와 마찬가지로, 표시패널(10) 및 광학부재(21)를 포함한다. 상기 표시패널(10)은 도 1과 동일한 표시패널(10)이므로, 동일한 구성 요소에 대해서는 설명을 생략한다.
상기 광학부재(21)는 상기 베이스 시트(250) 및 상기 다수의 렌즈(210)들을 포함하고, 상기 베이스 시트(250) 상에 상기 다수의 렌즈(210)들이 구비된다. 상기 다수의 렌즈(210)들은 별도로 제작되어 상기 베이스 시트(250) 상에 부착될 수 있다. 또한, 상기 베이스 시트(250) 및 상기 다수의 렌즈(210)들은 일체로 제작될 수 있다. 상기 베이스 시트(250)는 고분자 물질로 구성될 수 있다.
상기 다수의 렌즈(210)들 각각은 상기 베이스 시트(250) 상에서 제1 방향(D1)으로 연장되어 상기 제1 방향(D1)과 직교하는 제2 방향(D2)으로 배열된다.
도 3a는 도 2의 표시 장치에 포함되는 표시패널 및 광학부재의 일부를 도시한 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 일부를 확대하여 도시한 평면도이다.
구체적으로, 도 3a는 도 2의 표시장치(2)의 일부(SR1)를 확대하여 도시하였고, 도 3b는 도 3a의 표시패널의 일부(PX1)를 확대하여 도시하였다. 또한 도 3a에서는 상기 베이스 시트(250)를 제외한 상기 각 렌즈(210)의 일부 및 상기 표시패널(10)의 일부만을 도시하였다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 각 픽셀(11)은 상기 제1 방향(D1)으로 배열된 레드 서브 픽셀(11a), 그린 서브 픽셀(11b) 및 블루 서브 픽셀(11c)을 포함한다. 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c) 각각은 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2) 중 적어도 한 방향으로 인접한 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)과 다른 색상을 갖는다. 서로 인접한 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c) 사이에는 블랙 매트릭스(12)가 구비된다. 보다 구체적으로, 도 3a에서 상기 레드 서브 픽셀(11a)와 서로 인접한 서브 픽셀들은 상기 그린 서브 픽셀(11b), 상기 블루 서브 픽셀(11c)이다.
상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c) 각각의 상기 제 2 방향(D2)의 폭(Wc)과 상기 블랙 매트릭스(12)의 상기 제2 방향(D2)의 폭(Wb)은 M:N(M과 N은 1 이상의 수)의 비를 갖는다. 일 예로, 상기 M:N은 2:1 또는 4:1이 될 수 있다.
여기서 상기 다수의 렌즈(210)는 2개 이상의 픽셀(11)에 대응되므로, 각각의 상기 제2 방향(D2)의 폭(T)은 상기 각 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)의 상기 제2 방향(D2)의 폭(Wc) 및 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c) 사이에 위치하는 상기 블랙 매트릭스(12)의 상기 제2 방향(D2)의 폭(Wt)의 합에 2배 이상이어야 한다.
도 3a를 참조하면, 상기 각 렌즈(210)는 상기 제2 방향(D2)으로 9개의 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)에 대응한다. 따라서, 상기 제2 방향(D2)의 폭(T)은 적어도 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c) 각각의 상기 제 2 방향(D2)의 폭(Wc)과 상기 블랙 매트릭스(12)의 상기 제2 방향(D2)의 폭(Wb)의 합(Wt)의 9배(9Wt)가 된다.
도 4a는 렌즈의 구조를 설명하기 위해 도 2의 I-I'을 따라 절단한 단면도이다. 상기 표시장치는 다수의 렌즈를 포함하지만, 상기 각 렌즈의 구조가 동일하므로, 하나의 렌즈에 대해서만 설명하기로 한다.
도 3a 3b 및 도 4a를 참조하면, 상기 각 렌즈(210)는 J개(J는 M+N과 같거나 작은 자연수)의 영역을 포함한다. 일 예로, 상기 M:N이 2:1인 경우, 상기 각 렌즈(210)는 3개의 영역(RE1, RE2, RE3)을 포함한다. 상기 3개의 영역(RE1, RE2, RE3)은 평면상에서 상기 제2 방향(D2)으로 동일한 폭(LR1)을 가지며, 구체적으로 상기 각 렌즈의 제2 방향(D2)의 폭(T)을 3으로 나눈 값을 가진다.
상기 각 렌즈(210)의 상기 3개의 영역(RE1, RE2, RE3) 각각은 3개의 서브 렌즈들(21sa, 21sb, 21sc)의 일부를 포함한다. 상기 3개의 서브 렌즈들(21sa, 21sb, 21sc)은 동일한 곡률을 갖고, 동일 평면상에서 상기 제2 방향(D2)으로 서로 인접한 서브 렌즈들(21sa, 21sb, 21sc) 간에 소정 간격(Δs)을 두고 순차적으로 배열된다. 따라서 상기 3개의 서브 렌즈들(21sa, 21sb, 21sc)은 서로 부분적으로 오버랩된다.
이때, 상기 소정 간격(Δs)은 도 3b에 도시된 상기 블랙 매트릭스(12)의 상기 제2 방향(D2)의 폭과 상기 각 서브 픽셀(11a, 11b, 11c)의 상기 제2 방향(D2)의 폭의 합을 3으로 나눈 값이다.
여기서, L번째 영역(L은 1 이상 J 이하의 자연수)은 L번째 서브 렌즈의 일부를 포함한다. 즉, 상기 제1 영역(RE1)은 상기 제1 서브 렌즈(21sa)의 일부를 포함하고, 상기 제2 영역(RE2)은 상기 제2 서브 렌즈(21sb)의 일부를 포함하고, 상기 제3 영역(RE3)은 제3 서브 렌즈(21sc)의 일부를 포함한다. 따라서, 상기 각 렌즈(210)는 도 3a와 같은 곡면을 가지게 되며, 이로 인해 상기 각 렌즈(210)는 다수의 초점을 갖게 된다.
도 4b는 도 4a의 렌즈의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 표시패널(10), 상기 표시패널 상에 구비되는 렌즈(210) 및 상기 렌즈(210)에 의해 확대된 이미지(100)를 도시하고 있다. 또한 도 2의 표시장치(2)는 상기 다수의 렌즈(210)를 포함하지만, 도 4b에서는 설명의 편의상 하나의 렌즈(210)가 동작하는 원리를 설명하기로 한다. 또한, 렌즈(210)로 입사하는 광들은 동일 방향으로부터 서로 평행하게 상기 렌즈(210)로 입사한다고 가정한다.
상기 각 렌즈(210)는 9개의 픽셀(11)을 하나의 3차원 픽셀에 대응시켜 표시한다. 특히, 상기 각 렌즈(210)는 상기 제2 방향(D2)으로 9개의 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)에 대응한다.
상기 각 렌즈(210)로 입사된 광들은 상기 각 렌즈(210)의 곡면에 의해 굴절된다. 이때, 상기 광들은 입사된 영역에 따라 서로 다른 지점에서 모인다. 즉, 상기 제1 영역(RE1)으로 입사된 광들은 상기 제1 서브 렌즈의 초점인 제1 초점(f1a)에 모이고, 상기 제2 영역(RE2)으로 입사된 광들은 상기 제2 서브 렌즈의 초점인 제2 초점(f1b)에 모이고, 상기 제3 영역(RE3)에 입사된 광들은 상기 제1 서브 렌즈의 초점인 제3 초점(f1c)에 모인다. 다시 말하면, 상기 각 렌즈(210)의 상기 3개의 초점(f1a, f1b, f1c)은 상기 3개의 영역(RE1, RE2, RE3) 각각의 곡면에 일대일 대응하여 생긴다.
여기서, 상기 3개의 초점(f1a, f1b, f1c) 중 2개의 초점(f1a, f1b)은 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c) 위에 위치하고, 나머지 1개의 초점(f1c)은 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)에 인접한 블랙 매트릭스(12) 위에 위치한다. 따라서, 초점이 맞춰진 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)과 상기 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)에 인접한 블랙 매트릭스(12)가 상기 각 렌즈(210)에 의해 함께 확대되어 시인된다(100). 시점이 바뀌어 초점이 이동하는 경우에도 항상 같은 비율로 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)과 인접한 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)에 인접한 블랙 매트릭스(12)가 시인되므로, 사용자의 시점에 따라 블랙 매트릭스만 인식되는 블랙 매트릭스 무아레를 극복할 수 있다. 따라서, 표시장치(2)의 휘도의 균일성이 높아져 입체영상의 화질이 향상된다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치에 구비되는 렌즈 구조를 설명하기 위한 단면도이다. 본 발명의 다른 실시예에서는 중복된 설명을 피하기 위하여 상기 일 실시예와 다른 점을 위주로 설명한다. 이하 실시예에서 특별히 설명하지 않은 부분은 상기 제1 실시예에 따른다. 동일한 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
상기 표시장치(2)는 표시패널(10) 및 광학부재(21)를 포함하고, 상기 광학부재(21)는 베이스 기판(250) 및 상기 베이스 기판(250) 상에 구비되는 다수의 렌즈(220)를 포함한다. 상기 다수의 렌즈(220)는 도 2의 렌즈(210)과 동일하게 상기 제1 방향(D1)으로 연장되어 상기 제2 방향(D2)으로 배열된다.
도 5a를 참조하면, 상기 각 렌즈(220)는 J개(J는 M+N과 같거나 작은 자연수)의 영역을 포함한다. 일 예로, 상기 M:N이 4:1인 경우, 상기 각 렌즈(220)는 5개의 영역(RA1, RA2, RA3, RA4, RA5)을 포함한다.
상기 5개의 영역(RA1, RA2, RA3, RA4, RA5)은 평면상에서 상기 제2 방향(D2)으로 각각 동일한 폭(LR2)을 가지며, 구체적으로 상기 각 렌즈(220)의 상기 제2 방향(D2)의 폭(T)을 5로 나눈 값을 가진다.
상기 각 렌즈(220)는 상기 제2 방향(D2)으로 9개의 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)에 대응한다. 따라서, 상기 각 렌즈(220)의 상기 제2 방향(D2)의 폭(T2)은 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c) 각각의 상기 제 2 방향(220)의 폭과 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c) 사이에 인접한 블랙 매트릭스(12)의 상기 제2 방향(D2)의 폭의 합의 9배가 된다.
상기 각 렌즈(210)의 상기 5개의 영역(RA1, RA2, RA3, RA4, RA5) 각각은 5개의 서브 렌즈들(22sa, 22sb, 22sc, 22sd, 22se)의 일부를 포함한다. 상기 5개의 서브 렌즈들(22sa, 22sb, 22sc, 22sd, 22se)은 동일한 곡률을 갖고, 동일 평면상에서 상기 제2 방향(D2)으로 서로 인접한 상기 서브 렌즈들(22sa, 22sb, 22sc, 22sd, 22se) 간에 소정 간격(Δs2)을 두고 순차적으로 배열된다. 이 때, 상기 소정 간격(Δs2)은 상기 블랙 매트릭스(12)의 상기 제2 방향(D2)의 폭(Wc)과 상기 각 서브 픽셀(11a, 11b, 11c)의 상기 제2 방향(D2)의 폭(Wb)의 합(Wt)을 5로 나눈 값이다.
여기서, 상기 제1 영역(RA1)은 상기 제1 서브 렌즈(22sa)의 일부를 포함하고, 상기 제2 영역(RA2)은 상기 제2 서브 렌즈(22sb)의 일부를 포함하고, 상기 제3 영역(RA3)은 제3 서브 렌즈(22sc)의 일부를 포함한다. 마찬가지로, 상기 제4 영역(RA4)은 상기 제4 서브 렌즈(22sd)의 일부를 포함하고, 상기 제5 영역(RA5)은 제5 서브 렌즈(22se)의 일부를 포함한다. 따라서, 상기 각 렌즈(220)는 도 5a에 도시된 것과 같은 곡면을 가지게 되며, 이로 인해 상기 각 렌즈(220)는 다수의 초점을 갖게 된다.
도 5b는 도 5a의 렌즈를 통과하는 광의 경로가 도시된 도면이다.
도 5b는 표시패널(10), 상기 표시패널 상에 구비되는 렌즈(220) 및 상기 렌즈(210)에 의해 확대된 이미지(101)를 도시하고 있다. 또한 이 실시예에서, 표시장치는 상기 다수의 렌즈(220)를 포함하지만, 도 5b에서는 설명의 편의상 하나의 렌즈(220)가 동작하는 원리를 설명하기로 한다. 또한, 렌즈(220)로 입사하는 광들은 동일 방향으로부터 서로 평행하게 상기 렌즈(220)로 입사한다고 가정한다.
도 5b를 참조하면, 상기 각 렌즈(220)로 입사된 광들은 상기 각 렌즈(220)의 곡면에 의해 굴절된다. 이때, 상기 광들은 상기 5개의 영역(RA1, RA2, RA3, RA4, RA5) 중 입사된 영역에 따라 서로 다른 지점에서 모인다. 즉, 상기 제1 영역(RA1)으로 입사된 광은 상기 제1 서브 렌즈의 초점인 제1 초점(f2a)에 모이고, 상기 제2 영역(RA2)으로 입사된 광은 상기 제2 서브 렌즈의 초점인 제2 초점(f2b)에 모이고, 상기 제3 영역(RA3)으로 입사된 광은 상기 제3 서브 렌즈의 초점인 제3 초점(f2c)에 모인다. 또한 상기 제4 영역(RA4)으로 입사된 광은 상기 제4 서브 렌즈의 초점인 제4 초점(f2d)에 모이고, 상기 제5 영역(RA5)으로 입사된 광은 상기 제5 서브 렌즈의 초점인 제5 초점(f2e)에 모인다. 다시 말하면, 상기 각 렌즈(220)의 5개의 초점(f2a, f2b, f2c, f2d, f2e)은 상기 5개의 영역(RA1, RA2, RA3, RA4, RA5) 각각의 곡면에 일대일 대응하여 생긴다. 다시 말하면, 상기 각 렌즈(220)는 5개의 초점을 갖는다.
여기서, 상기 5개의 초점(f2a, f2b, f2c, f2d, f2e) 중 4개의 초점(f2a, f2b, f2c, f2d)은 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c) 위에 위치하고, 나머지 1개의 초점(f2e)은 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)에 인접한 상기 블랙 매트릭스(12) 위에 위치한다. 따라서, 초점이 맞춰진 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)과 상기 블랙 매트릭스(12)가 상기 각 렌즈(210)에 의해 함께 확대되어 시인된다(101). 상기 광이 렌즈로 입사되는 방향이 바뀌어 초점이 이동하는 경우에도 항상 같은 비율로 상기 서브 픽셀들(11a, 11b, 11c)과 인접한 상기 블랙 매트릭스(12)가 시인된다. 따라서 사용자의 시점에 따라 블랙 매트릭스만 인식되는 블랙 매트릭스 무아레를 극복할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치가 도시된 분해 사시도이고, 도 7은 도 6의 II-II'를 따라 절단한 액정 전계 렌즈의 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 표시장치(3)는 표시패널(10), 액정 전계 렌즈(22) 및 액정 전계 렌즈(22)의 상부에 구비된 편광판(40)을 포함한다. 상기 편광판(40)은 상기 표시패널(10)이 액정표시패널인 경우 제거될 수 있다.
상기 표시패널(10)은 도 2에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소이므로, 동일한 참조부호를 병기하고 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 액정 전계 렌즈(22)는 제1 기판(310), 제2 기판(320) 및 상기 제1 기판(310)과 상기 제2 기판(320) 사이에 개재된 액정층(330)을 포함한다.
상기 제1 기판(310)은 제1 베이스 기판(311) 및 다수의 제1 전극(313)들을 포함한다. 상기 제1 전극(313)들은 상기 제1 베이스 기판(311) 상에 서로 이격되어 형성된다.
상기 제2 기판(320)은 상기 제1 기판(310)과 대향하는 제2 베이스 기판(321) 및 상기 제2 베이스 기판(321)상에 구비되는 제2 전극(323)을 포함한다.
본 발명의 액정 전계 렌즈(22)의 내부에 형성되는 다수의 내부 렌즈(230)는 다수의 제1 전극(313)들 및 상기 제2 전극(323)에 의해 형성된다. 구체적으로, 상기 제2 전극(323)에는 접지 전압이 인가되고 상기 제1 전극(313)들에는 고전압이 인가되면, 상기 인가된 전압에 따라 상기 제1 기판(310)과 상기 제2 기판(320) 사이에 전계가 형성된다. 상기 전계의 세기는 각 지점별로 형성되므로 각 지점별 액정 투과율의 차이에 의해 상기 액정 전계 렌즈(22) 내에 렌즈의 기능을 하는 다수의 내부 렌즈(230)가 형성된다.
상기 액정 전계 렌즈(22)는 전압이 인가되지 않았을 때 2차원 영상을 그대로 통과시키도록 상기 액정층(330)을 배열하기 위해, 상기 액정 전계 렌즈(22)는 상기 제1 및 제2 전극들(313, 323) 상에 배향막을 더 포함할 수 있다.
상기 각 내부 렌즈(230)는 상기 제2 방향으로 대응하는 서브 픽셀(11x)들의 수에 비례하여 상기 제2 방향(D2)의 폭을 갖는다. 즉, 상기 각 서브 픽셀(11x)의 상기 제2 방향(D2)의 폭 및 상기 서브 픽셀(11x)들 사이에 위치한 상기 블랙 매트릭스(12)의 상기 제2 방향(D2)의 폭의 합의 배수로 상기 제2 방향(D2)의 폭을 가진다. 일 예로, 상기 각 내부 렌즈(230)가 상기 제2 방향(D2)으로 9개의 서브 픽셀(11x)들에 대응한다면, 상기 각 내부 렌즈(230)의 폭은 상기 각 서브 픽셀(11x)의 상기 제2 방향(D2)의 폭 및 상기 서브 픽셀(11x)들 사이에 위치한 상기 블랙 매트릭스(12)의 상기 제2 방향(D2)의 폭의 합의 9배가 된다. 이 실시예에서, 상기 각 내부 렌즈(230)의 폭은 상기 제1 전극(313)들의 간격, 하나의 내부 렌즈(230)를 구성하는 상기 제1 전극(313)들 수 및 상기 제1 전극(313)들에 인가되는 전압값에 따라 결정될 수 있다. 이 실시예에서, 상기 각 내부 렌즈(230)는 35개의 상기 제1 전극(313)들에 의해 형성된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치에 구비되는 액정 전계 렌즈의 단면도이다. 단, 도 8에 도시된 구성요소 중 도 7에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소는 도 7과 동일한 부호를 병기하고, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 액정 전계 렌즈(23)는 도 7의 액정 전계 렌즈(22)와 동일한 구성요소를 포함하며, 다수의 제3 전극들을 더 포함한다. 상기 다수의 제3 전극들(314)은 상기 제1 베이스 기판(311) 상에 상기 제1 전극(313)들과 상기 제2 방향(D2)으로 교번적으로 배열된다. 이때, 상기 제3 전극들(314)의 상부에는 절연막(312)이 형성되고, 상기 절연막(312)의 상부에 상기 제1 전극(313)들이 형성되어 있다. 상기 액정 전계 렌즈(23)의 구조는 도 7의 액정 전계 렌즈(22)의 구조에 비해 전계의 조절이 용이하다.
도 9a 및 도 10a는 도 7의 액정 전계 렌즈의 각 내부 렌즈를 형성하는 제1 전극들에 인가되는 전압을 도시한 그래프이고, 도 9b 및 도 10b는 각각 도 9a 및 도 10a의 전압에 의해 형성된 각 내부 렌즈의 초점이 도시된 도면이다. 상기 제1 전극(313)들에 인가되는 전압값에 따라, 상기 각 내부 렌즈(230)의 초점의 개수가 결정된다.
도 9a 및 10a를 참조하면, 상기 그래프의 x축은 상기 각 내부 렌즈(230)를 형성하는 제1 전극(313)들의 번호를 의미하고, y축은 상기 각 제1 전극(313)들에 인가되는 전압값을 의미한다. 상기 제1 전극(313)들의 번호는 상기 제1 전극(313)들을 상기 제 2방향(D2)으로 순차적으로 부여했다. 상기 제1 전극(313)들에 인가되는 전압값은 셀 갭, 초점 거리에 의해 조정될 수 있다.
도 9a에 도시된 전압값을 상기 각 제1 전극(313)에 인가된 후 상기 액정 전계 렌즈(22)로 동일 방향에서 평행하게 광을 입사시키면, 상기 광이 상기 각 내부 렌즈(230)를 통과하면서 굴절되어 도 9b에 도시된 것과 같이 3개의 초점(fl3)이 생긴다.
도 9b를 참조하면, 상기 3개의 초점(fl3)은 도 4b에 도시된 초점들(f1a, f1b, f1c)과 동일하며, 다시 말하면 상기 각 내부 렌즈(230)는 도 4a 및 4b에 도시된 렌즈(210)와 동일한 기능을 갖는다.
예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 유사하게, 상기 각 서브 픽셀(11x)의 폭과 상기 서브 픽셀들 사이의 블랙 매트릭스(12)의 폭의 비가 2:1인 경우 상기 액정 전계 렌즈(22)로 입사된 광은 상기 3개의 초점 중(fl13) 2개는 상기 서브 픽셀(11x)들 중 어느 하나의 위에 생기고, 상기 1개의 초점은 2개의 초점이 있는 서브 픽셀(11x)과 인접한 블랙 매트릭스(12) 상에 생긴다. 따라서, 사용자는 초점이 위치한 서브 픽셀(11x) 및 블랙 매트릭스(12)를 인식하게 된다. 이 때, 사용자의 시점이 변화되어 초점의 이동이 발생하더라도, 항상 같은 비율로 서브 픽셀(11x)과 블랙 매트릭스(12)를 인식하게 되므로, 사용자의 시점에 따라 블랙 매트릭스만 인식되는 블랙 매트릭스 무아레를 극복할 수 있다.
도 10a에 도시된 전압값을 상기 제1 전극(313)들에 인가한 후 광이 상기 액정 전계 렌즈(22)로 입사하면, 도 10b에 도시된 것과 같이 5개의 초점(fl5)이 생긴다. 도 10b를 참조하면, 상기 5개의 초점(fl5)은 도 5b에 도시된 초점들(f2a, f2b, f2c, f2d, f2e)과 동일하며, 상기 각 내부 렌즈(230)는 도 5a 및 5b에 도시된 렌즈(220)와 동일한 기능을 갖는다.
즉, 도 4b에 도시된 바와 유사하게, 도 6에 도시된 상기 각 서브 픽셀(11x)의 폭과 상기 서브 픽셀들 사이의 블랙 매트릭스(12)의 폭의 비가 4:1인 경우 상기 액정 전계 렌즈(22)로 입사된 광은 상기 5개의 초점 중(fl13) 4개는 상기 서브 픽셀(11x)들 중 어느 하나의 위에 생기고, 상기 1개의 초점은 4개의 초점이 위치한 서브 픽셀(11x)과 인접한 블랙 매트릭스(12) 상에 생긴다. 따라서, 사용자는 초점이 위치한 서브 픽셀(11x) 및 블랙 매트릭스(12)를 인식하게 된다. 이 때, 사용자의 시점이 변화되어 초점의 이동이 발생하더라도, 항상 같은 비율로 서브 픽셀(11x)과 블랙 매트릭스(12)를 인식하게 되므로, 사용자의 시점에 따라 블랙 매트릭스만 인식되는 블랙 매트릭스 무아레를 극복할 수 있다.
상기 각 내부 렌즈(230)는 프리넬 렌즈일 수 있다. 프리넬 렌즈란 볼록 또는 오목 렌즈 역할을 하는 렌즈 면을 분할하여 일정한 높이를 이루도록 배열한 렌즈를 말한다. 상기 내부 렌즈(230)들이 프리넬 렌즈인 액정 전계 렌즈를 액정 프리넬 렌즈라고 한다.
기존의 액정 전계 렌즈가 50㎛의 셀 갭을 필요로 하는데 반해 액정 프리넬 렌즈는 10~15㎛의 셀 갭을 필요로 하므로, 액정 전계 렌즈의 두께를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 그러나 액정 프리넬 렌즈는 상기 인접한 분할된 렌즈면에 해당하는 영역에서 투과되는 빛에 의해 빛샘이 발생한다는 문제점을 가진다. 도상기 내부 렌즈(230)가 프리넬 렌즈인 경우에는 6에서 도시된 것과 마찬가지로 상기 액정 전계 렌즈(22)의 상부에 편광축이 상기 액정 전계 렌즈(22)의 상기 제1 전극(313)들과 수직 또는 수평한 편광판(40)을 구비하여 상기 빛샘을 방지할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 표시장치 10 : 표시패널
11: 픽셀 11x : 서브 픽셀
12: 블랙 매트릭스 20, 21: 광학부재
210,220 : 렌즈 250:베이스 시트
22, 23 : 액정 전계 렌즈

Claims (18)

  1. 매트릭스 형태로 배열되며, 각각이 복수의 서브 픽셀들을 포함하는 다수의 픽셀, 및 서로 인접한 서브 픽셀들 사이에 위치하는 블랙 매트릭스를 구비하고 이차원의 영상을 표시하는 표시패널; 및
    상기 표시패널 상부에 구비되고, 각각 다수의 초점을 가지며 적어도 2개 이상의 상기 픽셀을 1개의 3차원 픽셀에 대응시키는 다수의 렌즈를 구비하고, 상기 다수의 렌즈를 이용하여 상기 이차원의 영상을 좌안용 영상과 우안용 영상으로 분리시키는 광학부재를 포함하고,
    상기 다수의 렌즈 각각은 제1 방향으로 연장되어 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 배열되고,
    상기 각 서브 픽셀의 상기 제2 방향의 폭 및 상기 서로 인접한 상기 서브 픽셀들 사이의 상기 블랙 매트릭스의 상기 제2 방향의 폭의 비가 M:N(M 및 N은 1 이상의 수)이고, 상기 다수의 초점은 J개(J는 M+N과 같거나 작은 가장 큰 자연수)이고, 상기 J개의 초점 중 M개의 초점은 상기 서브 픽셀들 중 어느 하나 위에 위치하고, 상기 J개의 초점 중 N개의 초점은 상기 서브 픽셀들과 인접한 블랙 매트릭스 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 서브 픽셀들은 레드 서브 픽셀, 그린 서브 픽셀 및 블루 서브 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 서브 픽셀들 각각은 상기 제1 방향 및 상기 제1 방향과 직교하는 상기 제2 방향 중 적어도 한 방향으로 인접한 서브 픽셀들과 다른 색을 가지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 각 렌즈는 상기 서브 픽셀들의 상기 제2 방향의 폭 및 상기 서브 픽셀들 사이에 위치하는 상기 블랙 매트릭스의 상기 제2 방향의 폭의 합의 2배 이상 큰 상기 제2 방향의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 표시장치.

  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 각 렌즈는 상기 제2 방향으로 J개의 영역을 포함하고, 상기 영역 각각은 J개의 서브 렌즈들의 일부를 포함하되,
    상기 서브 렌즈들은 동일한 곡률을 갖고, 상기 제2 방향으로 부분적으로 오버랩되어 순차적으로 배열되며, L번째 영역(L은 1 이상 J 이하의 자연수)은 L번째 서브 렌즈의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 서브 렌즈들은 동일 평면상에서 상기 제2 방향으로 서로 인접한 서브렌즈 간에 소정 간격을 가지고 배열되며,
    상기 소정 간격은 상기 블랙 매트릭스의 폭과 상기 각 서브 픽셀의 폭의 합을 J로 나눈 값임을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 J개의 초점은 상기 J개의 영역 각각의 곡면에 일대일 대응하여 생기는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 영역 각각은 평면상에서 동일한 상기 제2 방향의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 M:N은 2:1인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 M:N은 4:1인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 광학부재는 베이스 시트를 더 포함하고,
    상기 베이스 시트 상에 상기 다수의 렌즈들이 구비된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 광학부재는
    제1 베이스 기판 및 상기 제1 베이스 기판상에 서로 이격되어 형성된 다수의 제1 전극을 포함하는 제1 기판, 상기 제1 기판과 대향하는 제2 베이스 기판 및 상기 제2 베이스 기판상에 형성된 제2 전극을 포함하는 제2 기판 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정 전계 렌즈이고,
    상기 다수의 렌즈는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 인가되는 전압에 의해 상기 액정 전계 렌즈의 내부에 형성된 다수의 내부 렌즈인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제1 전극들의 하부와 상기 제1 베이스 기판 사이에 구비되는 절연막 및 상기 제1 전극들과 상기 제2 방향으로 교번적으로 배열되고, 상기 절연막과 상기 제1 베이스 기판 사이에 구비된 다수의 제3 전극을 더 포함하는 표시장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 각 내부 렌즈는 2개 이상의 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극에 의해 형성되고, 상기 2개 이상의 상기 제1 전극들에 인가되는 전압값에 따라 복수의 초점을 가지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 각 내부 렌즈는 프리넬 렌즈인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 액정 전계 렌즈의 상부에 구비된 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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