[go: up one dir, main page]

KR102002820B1 - 광편향패널과 이를 사용한 표시장치 - Google Patents

광편향패널과 이를 사용한 표시장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102002820B1
KR102002820B1 KR1020130006499A KR20130006499A KR102002820B1 KR 102002820 B1 KR102002820 B1 KR 102002820B1 KR 1020130006499 A KR1020130006499 A KR 1020130006499A KR 20130006499 A KR20130006499 A KR 20130006499A KR 102002820 B1 KR102002820 B1 KR 102002820B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
tilt angle
optical deflection
refractive index
panel
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
KR1020130006499A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140094156A (ko
Inventor
김욱성
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 KR1020130006499A priority Critical patent/KR102002820B1/ko
Publication of KR20140094156A publication Critical patent/KR20140094156A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102002820B1 publication Critical patent/KR102002820B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—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
    • G02F1/133753—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers with different alignment orientations or pretilt angles on a same surface, e.g. for grey scale or improved viewing angle
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133753—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers with different alignment orientations or pretilt angles on a same surface, e.g. for grey scale or improved viewing angle
    • G02F1/133761—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers with different alignment orientations or pretilt angles on a same surface, e.g. for grey scale or improved viewing angle with different pretilt angles

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 영상을 표시하는 표시패널과; 상기 표시패널의 표시면 상에 위치하며, 액정의 틸트각 분포를 조절하여 굴절률 구배를 변경하는 광편향패널을 포함하는 표시장치를 제공한다.

Description

광편향패널과 이를 사용한 표시장치{Beam deflection panel and display using the same}
본 발명은 광편향패널에 대한 것으로서, 광편향패널 및 이를 사용한 표시장치에 대한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 디스플레이 분야에 대한 요구도 다양한 형태로 증가하고 있다. 특히, 광의 진행방향을 변경하는 광편향패널을 사용하여 표시패널에서 출사된 빛을 편향시킴으로써, 3D 영상을 표시할 수 있는 표시장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
광편향패널로서, 두 기판에 각각 전극이 구성되고 두 기판 사이에 액정이 배치된 액정 기반 광편향패널 사용되는데, 액정 기반 광편향패널은 전압이 인가되지 않는 경우에는 광편향 기능이 오프(off)되어 등방성플레이트(plate)로서 기능하게 된다. 이와 같은 경우에, 표시패널에서 출사된 영상은 광편향패널을 그대로 통과하여 시청자에게 전달된다.
한편, 인가된 전압에 따라 액정의 방향자는 유전율 이방성이 양수인 경우 전계 방향으로, 그리고 그리고 음의 유전율 이방성을 가질 경우 전계 방향에 수직하게 배열되므로, 전극에 인가되는 전압 분포에 따라 액정 방향자의 분포가 유발될 수 있게 되며, 그 결과 액정의 굴절률 이방성으로 인한 굴절률 구배(index gradient)를 유발하게 된다.
이와 같은 굴절률 구배를 이용하게 되면, 광편향패널은 렌티큘러렌즈와 같이 광편향 기능을 갖도록 동작되어, 무안경 방식의 3D 영상이 구현될 수 있게 된다.
이처럼, 액정 기반 광편향패널을 사용하게 되면, 액정 배열 변환을 통해 광편향 기능을 온/오프 스위칭할 수 있게 되어, 2D 영상이나 3D 영상을 표시할 수 있게 된다.
그런데, 종래에는 광편향패널이 렌즈 기능만을 갖도록 액정의 굴절률 구배가 실현된다. 즉, 광학적으로 렌즈 구조를 구현하여 입사된 광이 특정 위치에 집광될 수 있도록 액정의 굴절률 구배를 형성하게 된다.
이에 따라, 광학적으로 볼 때, 편향 구동시의 광편향패널은 평면파 입사광을 곡면파 출력광으로 변환하는 장치로 작용하게 된다.
이처럼, 종래의 광편향패널은 평면파를 곡면파로 변형하게 되는바, 입사광의 파면(wavefront)에 대한 변형없이 다른 방향으로 진행하게 만드는 장치로서의 사용에 한계가 있다.
따라서, 종래의 광편향패널은 3D 표시를 위한 용도 이외의 용도로 사용될 수 없는 문제점을 갖게 된다.
본 발명은 광편향패널이 입사광의 파면을 변화시키지 않는 기능 또한 갖도록 하여 다양한 용도로 사용될 수 있는 방안을 제공하는 데 과제가 있다.
전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 영상을 표시하는 표시패널과; 상기 표시패널의 표시면 상에 위치하며, 액정의 틸트각 분포를 조절하여 굴절률 구배를 변경하는 광편향패널을 포함하는 표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 광편향패널은, 서로 마주보는 제1 및 2기판과; 상기 제1 및 2기판 내면 상에 각각 형성되며, 서로 대응하는 다수의 제1 및 2전극과; 상기 제1 및 2전극 사이의 액정층을 포함하고, 상기 제1 및 2전극에 전압을 인가하여, 상기 액정의 틸트각 분포를 조절할 수 있다.
상기 액정의 틸트각이 위치에 따라 비선형 함수에 의해 분포되면, 평면파 입사광은 파면 형상의 변형을 최소화한 상태로 진행 방향이 변경되어 출력될 수 있다.
상기 액정의 틸트각이 위치에 따라 선형 함수에 의해 분포되면, 평면파 입사광은 곡면파로 변형되고 진행 방향이 변경되어 출력될 수 있다.
상기 비선형 함수는 위치에 따라 (n/2)제곱에 비례하는 함수이며, n은 2를 제외한 자연수일 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 표시장치용 광편향패널에 있어서, 표시패널의 표시면 상에 위치하며, 액정의 틸트각 분포를 조절하여 굴절률 구배를 변경하는 광편향패널을 제공한다.
여기서, 서로 마주보는 제1 및 2기판과; 상기 제1 및 2기판 내면 상에 각각 형성되며, 서로 대응하는 다수의 제1 및 2전극과; 상기 제1 및 2전극 사이의 액정층을 포함하고, 상기 제1 및 2전극에 전압을 인가하여, 상기 액정의 틸트각 분포를 조절할 수 있다.
상기 액정의 틸트각이 위치에 따라 비선형 함수에 의해 분포되면, 평면파 입사광은 파면 형상의 변형을 최소화한 상태로 진행 방향이 변경되어 출력될 수 있다.
상기 액정의 틸트각이 위치에 따라 선형 함수에 의해 분포되면, 평면파 입사광은 곡면파로 변형되고 진행 방향이 변경되어 출력될 수 있다.
상기 비선형 함수는 위치에 따라 (n/2)제곱에 비례하는 함수이며, n은 2를 제외한 자연수일 수 있다.
본 발명에서는, 액정 기반 광편향패널을 편향 구동함에 있어, 액정의 틸트각이 비선형 함수에 비례하도록 분포시킴으로써, 입사광의 평면 파면이 액정층에서 최대한 유지되어 출사될 수 있게 된다. 그리고, 액정의 틸트각이 선형 함수에 비례하도록 분포시킬 수 있으며, 이와 같은 경우에는 평면 파면이 구면 파면으로 변형되어 출사될 수 있게 된다.
이와 같은 특성을 활용하게 되면, 종래에 비해 다양한 형태의 광편향 기능이 구현될 수 있게 된다. 또한, 이와 같은 다양한 광편향 기능 활용을 통해, 다양한 영상 표시 기능을 실현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광편향패널과 이를 포함한 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광편향패널을 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 광편향패널에 전압이 인가되지 않은 경우를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 액정 방향자 분포 및 광 진행 방향을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 선형 함수를 따르는 경우에 틸트각 및 굴절률을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 선형 함수를 따르는 경우에 굴절률 및 위상을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 선형 함수를 따르는 경우에 굴절률 및 파면을 도시한 도면.
도 8 및 9는 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 선형 함수를 따르는 경우들에서의 파면의 변화를 시뮬레이션(simulation)한 결과를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 액정의 틸트각이 선형 함수과 비선형 함수에 각각 비례하는 경우에서의 틸트각 분포를 도시한 도면.
도 11은 도 10의 틸트각 분포에 따른 파면 형태를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 틸트각이 선형 함수를 따르는 경우에 예상되는 광출력을 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 틸트각이 비선형 함수를 따르는 경우에 예상되는 광출력을 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 비선형 함수를 따르는 경우들에서의 파면의 변화를 시뮬레이션(simulation)한 결과를 나타낸 도면.
도 15 내지 22는 본 발명의 실시예에 따른 광편향패널을 사용하여 다양한 영상 표시 기능을 수행하는 예들을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광편향패널과 이를 포함한 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광편향패널을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치(100)는 표시패널(200)과 광편향패널(300)을 포함한다.
표시패널(200)은 영상을 발생시키는 구성으로서, 다양한 형태의 평판표시패널이 사용될 수 있다. 예를 들면, 액정표시패널(liquid crystal display panel), 전계방출표시패널(field emission display panel), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel), 무기전계발광패널 및 유기발광다이오드패널(orgnic light emitting diode panel)을 포함하는 전계발광표시패널(electroluminescent display panel), 전기영동표시패널(electrophoresis display panel) 등 다양한 형태의 평판표시패널이 사용될 수 있다.
일예로, 액정표시패널이 표시패널(200)로서 사용되는 경우에, 표시패널(200)은 서로 마주보는 두 기판 예를 들면 하부의 어레이기판(210)과 상부의 대향기판(220)과, 이들 두 기판(210, 220) 사이에 위치하는 액정층(250)을 포함할 수 있다. 한편, 액정표시패널이 표시패널(200)로서 사용되는 경우에, 표시패널(200)의 배면 측에는 백라이트유닛이 구성되어 표시패널(200)에 광을 공급할 수 있다.
광편향패널(300)은 표시패널(200)의 표시면 상에 배치되어, 표시패널(200)에서 발생된 영상을 표시 방식에 따라 다양한 형태로 편향시키는 기능을 하게 된다.
광편향패널(300)로서 액정을 사용하는 액정 기반 광편향패널이 사용되며, 전압 인가 여부에 따라 편향 기능이 온/오프된다.
예를 들면, 광편향패널(300)에 전압이 인가되지 않게 되면, 액정은 초기 상태로 배열되어 광학적으로 등방성 플레이트로 작용하게 된다. 한편, 광편향패널(300)에 전압이 인가되면 액정은 인가된 전압에 따라 배열이 변화하게 되는데, 특히 원하는 표시 방식에 따른 굴절률 구배를 갖도록 액정의 방향자 분포가 조절된다. 이처럼, 굴절률 구배 변경을 통해, 편향 모드 구동에서 원하는 표시 방식이 구현될 수 있게 된다.
이와 같은 기능을 하는 광편향패널(300)은 서로 마주보는 두 기판 즉 제1 및 2기판(310, 320)과, 제1 및 2기판(310, 320) 내면 상에 각각 형성된 제1 및 2전극(311, 321)과, 제1 및 2기판(310, 320) 사이에 위치하는 액정층(350)을 포함할 수 있다.
제1기판(310) 상에 형성된 제1전극(311)은 다수개로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 다수의 제1전극(311)은 서로 일정 간격 이격되며 일방향으로서 예를 들면 y방향을 따라 서로 평행하게 연장되도록 구성될 수 있다. 제1전극(311)은 ITO(indium-tin-oxide), IZO(indium-zinc-oxide), ITZO(indium-tin-zinc-oxide)와 같은 투명도전성물질로 이루어질 수 있다.
제2기판(320) 상에 형성된 제2전극(321)은, 제1전극(311)에 대응하도록 다수개로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 다수의 제2전극(321)은 서로 일정 간격 이격되며 y방향을 따라 서로 평행하게 연장되도록 구성될 수 있다. 제2전극(321)은 ITO(indium-tin-oxide), IZO(indium-zinc-oxide), ITZO(indium-tin-zinc-oxide)와 같이 투명도전성물질로 이루어질 수 있다.
여기서, 편향 모드 구동시, 제1 및 2전극(311, 321) 중 하나는 일정한 전압이 인가되는 공통전극으로서 기능할 수 있다. 이와 관련하여 예를 들면, 다수의 제2전극(321)에는 공통된 전압이 인가되고, 다수의 제1전극(311)에는 액정의 방향자를 조절하기 위한 구동전압이 인가되도록 구성될 수 있다.
한편, 전술한 바에서는, 제1 및 2전극(311, 321)이 다수개로 구성되는 경우에 대해 설명하였는데, 이와는 달리 제1 및 2전극(311, 321) 중 하나는 다수로 구성되고, 나머지 하나는 대응되는 기판 전면에 걸쳐 일체로 형성될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 다수의 제1 및 2전극(311, 321)이 서로 대응하여 마주보도록 배열된 경우를 예로 든다.
액정층(350)에 구성된 액정은, 예를 들면, 액정의 방향자가 기판면에 평행한 초기 배향 상태를 가지며, 장축 방향의 굴절률인 이상굴절률이 이에 수직한 단축 방향의 굴절률인 정상굴절률보다 큰 광학특성을 가질 수 있다.
이때, 액정의 초기 배향을 위해, 도시하지는 않았지만, 제1 및 2전극(311, 321) 상에는 각각 배향막이 구성될 수 있다.
이와 같은 경우에, 도 3에 도시한 바와 같이, 광편향패널(300) 전체에 걸쳐 제1 및 2전극(311, 321)에 전압이 인가되지 않게 되면, 제1 및 2전극(311, 321) 사이에는 전계가 발생되지 않게 된다. 따라서, 액정(351)은 초기 배향 상태로서, 예를 들면 방향자가 기판면에 평행하도록 배열되고, 액정(351)의 방향자가 기판면과 이루는 틸트각(tilt angle) 즉 프리틸트(pre-tilt)각은 0도가 된다.
이처럼, 제1 및 2전극(311, 321)에 전압이 인가되지 않아 액정층(350)에 전계가 발생되지 않게 되면, 광편향패널(300)은 광학적으로 등방성 플레이트로서 작용하게 된다. 따라서, 표시패널(200)에서 발생된 영상은, 방향 및 파면의 실질적 변화없이 그대로 광편향패널(300)을 통과하여 시청자에게 전달될 수 있게 된다.
한편, 제1 및 2전극(311, 321)에 전압이 인가되면, 제1 및 2전극(311, 321) 사이에는 전계가 발생되고, 양의 유전율 이방성을 가진 액정의 경우 발생된 전계 방향으로 액정(351)의 방향자가 회전하게 된다. 한편, 음의 음의 굴절률 이방성을 가진 액정의 경우 전계 방향에 수직한 방향으로 액정(351)의 방향자가 회전하게 된다. 여기서, 발생된 전계의 크기에 따라 방향자의 회전 각도 즉 틸트각이 결정된다. 예를 들면, 전계의 크기가 증가함에 따라, 틸트각은 증가하게 된다.
본 발명의 실시예에서는, 위치에 따라 액정(351)의 틸트각 분포를 조절하여 굴절률 구배를 변경하고, 이에 따라 다양한 형태의 편향 기능을 구현할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 실시예에서는, 입사광의 파면의 형상이 변형되는 않도록 위치에 따른 틸트각을 비선형(non-linear) 함수에 따라 구성하는 경우 또한 제안한다.
이하, 편향 구동시, 위치에 따른 액정의 틸트각 분포 조절에 대해 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 액정 방향자 분포 및 광 진행 방향을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 선형(linear) 함수를 따르는 경우에 틸트각 및 굴절률을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 선형 함수를 따르는 경우에 굴절률 및 위상을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 선형 함수를 따르는 경우에 굴절률 및 파면을 도시한 도면이다. 도 4에서 점선은, 액정층에서의 광의 파면을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 편향 구동시에, 설정된 영역에 대해 제1 및 2전극(311, 321)의 연장방향과 수직한 배열방향으로서 예를 들면 +x방향으로 위치에 따라 액정(351)의 틸트각이 증가하도록 광편향패널(300)을 구동하게 된다. 즉, +x방향을 따라, 제1 및 2전극(311, 321)사이의 전압차가 증가하도록 전압을 인가함으로써, 액정(351)의 틸트각이 증가하게 된다.
여기서, 도시된 영역은, 편향 구동시 굴절률 구배가 발생되는 단위 영역으로서, 영상 표시 형태 등에 따라 그 영역의 크기 및/또는 위치가 조절될 수 있다. 이는, 제1 및 2전극(311, 321)에 인가되는 전압의 조절을 통해 이루어질 수 있게 된다.
이때, 위치에 따른 틸트각이 선형 비례하도록 구동되면, 위치에 따른 굴절률 구배는, 도 5에 도시한 바와 같이, 완만한 경향을 보이게 된다. 이와 같은 경우에, 도 6 및 7에 각각 도시한 바와 같이, 위치에 따른 위상과 파면의 변화가 발생하게 된다. 여기서, 도 7을 참조하면, 광편향패널(300)의 액정층(350) 입사시(0 nanosec)에 평면의 파면을 갖는 입사광은, 액정층 통과후(0.05 nanosec)에는 좌측 파면이 우측 파면에 비해 지연된 것을 알 수 있다.
이처럼, 틸트각이 위치에 따라 선형 비례하는 경우에는, 광 진행 방향을 따라 파면이 곡면 형태로 변형되는 것을 확인할 수 있다.
이와 관련하여, 도 8 및 9를 참조할 수 있는데, 도 8 및 9는 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 선형 함수를 따르는 경우들에서의 파면의 변화를 시뮬레이션(simulation)한 결과를 나타내고 있다.
여기서, 도 8은 +x축을 따라 액정의 틸트각이 0에서 90도로 선형 비례하여 변화하는 경우에 대한 것으로서, 8a 내지 8d는 각각 굴절률 구배 단위 영역의 길이(dimension)가 5㎛, 10㎛, 15㎛, 20㎛인 경우에서의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 그리고, 도 9는 +x축을 따라 액정의 틸트각이 90도->0도->90도로 선형 비례하여 변화하는 경우에 대한 것으로서, 굴절률 구배 단위 영역의 길이가 8㎛인 경우에서의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 또한, 도 8 및 9에서, 이상굴절률은 1.8이고 정상굴절률은 1.5인 액정과, 굴절률이 1.5인 기판이 사용된다.
이를 살펴보면, 평면파의 입사광은 액정층(350)을 지나면서 곡면파로 변형되어 출사되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 광편향패널(300)로부터 외부의 공기층으로 출사시, 제2기판(320)과 공기층의 굴절률 차이에 의해 광진행 방향이 변화되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 시뮬레이션시의 광출사각(즉, 기판 법선을 기준으로 한 출사각)이 스넬의 법칙(Snell's law)에 따른 광출사각에 비해 낮은 값을 갖게 된다.
또한, 굴절률 구배 단위 영역의 길이가 작을수록 광 진행 방향의 변화 즉 편향 정도가 커지며, 곡면의 곡률 반경이 감소하는 것을 알 수 있다. 이처럼, 굴절률 구배 단위 영역의 조절을 통해, 출사되는 곡면파의 편향 특성을 조절할 수 있게 된다.
물론, 전술한 시뮬레이션에서는 0도에서 90도로 틸트각이 변화하는 것을 예로 들었으나, 인가되는 전압의 조절을 통해 그 외의 다양한 형태로 틸트각 변화를 조절할 수 있게 되며, 이에 따라 곡면파의 편향 특성을 조절할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 위치에 따라 액정 방향자의 틸트각이 선형 비례하도록 광편향패널(300)을 구동하는 경우에, 평면파 입사광은 곡면파로 변형되어 출사되게 된다.
따라서, 위와 같은 구동 즉 파면 형상 변형 구동은, 예를 들면 3D 영상 표시와 같이, 입사광을 특정 지점으로 모으는 경우에 적용될 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는, 파면 형상을 변형시키지 않고 파면의 방향을 변형하도록 광편향패널(300)을 구동할 수 있다. 이와 관련하여, 도 10 내지 14를 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 액정의 틸트각이 선형 함수과 비선형 함수에 비례하는 경우에서의 틸트각 분포를 도시한 도면이고, 도 11은 도 10의 틸트각 분포에 따른 파면 형태를 도시한 도면이다.
그리고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따라 틸트각이 선형 함수를 따르는 경우에 예상되는 광출력을 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따라 틸트각이 비선형 함수를 따르는 경우에 예상되는 광출력을 나타낸 도면이다.
또한, 도 14는 본 발명의 실시예에 따라 위치에 따른 틸트각이 비선형 함수를 따르는 경우들에서의 파면의 변화를 시뮬레이션(simulation)한 결과를 나타내고 있다.
여기서, 도 14는, 전술한 도 8에 대응되는데, +x축을 따라 액정의 틸트각이 0에서 90도로 비선형 함수에 비례하여 변화하는 경우에 대한 것으로서, 14a 내지 14d는 각각 굴절률 구배 단위 영역의 길이(dimension)가 5㎛, 10㎛, 15㎛, 20㎛인 경우에서의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 또한, 도 14에서, 이상굴절률은 1.8이고 정상굴절률은 1.5인 액정과, 굴절률은 1.5인 기판이 사용된다.
도 10 및 11을 참조하면, 액정의 틸트각이 비선형 함수를 따라 분포된 경우에, 파면은 실질적으로 평면 형상을 갖게 됨을 알 수 있다. 여기서, 비선형 함수는 액정층(350)을 통과하는 광의 파면이 실질적으로 평면 형상을 갖도록 하는 함수로서, 이와 같은 비선형 함수는 액정의 광학적 특성에 따라 결정된다.
이와 같은 비선형 함수로서는, 예를 들면 위치에 따라 (n/2)제곱에 비례하는 함수(n은 2를 제외한 자연수)가 사용될 수 있다. 일예로서, θ = 90*(px/d)(n/2)+a, 0≤f(x)≤1이 사용될 수 있다. 여기서, d는 굴절률 구배 단위 영역의 x방향으로의 길이이며, px는 굴절률 구배 단위 영역의 위치값이고, n은 2를 제외한 자연수이고, θ는 px 위치에서의 액정(351)의 틸트각이고, a는 오프셋값(즉, px = 0에서의 액정의 틸트각)에 해당된다.
이처럼, 틸트각 분포를 비선형 함수에 따르도록 하게 되면, 광편향패널(300)의 액정층(350)에서의 파면은 평면 형상을 가질 수 있다. 따라서, 평면파 입사광은, 도 13 및 14에 도시한 바와 같이, 평면파로서의 특성을 유지하면서 출사될 수 있게 된다.
반면, 틸트각 분포가 선형 함수를 따르는 경우에는, 도 12에 도시한 바와 같이, 평면파 입사광은 곡면파로 변형되어 출사되게 된다.
한편, 도 14를 참조하면, 굴절률 구배 단위 영역의 길이가 작을수록 광 진행 방향의 변화 즉 편향 정도가 커지는 것을 알 수 있다. 이처럼, 굴절률 구배 단위 영역의 조절을 통해, 출사되는 평면파의 편향 특성을 조절할 수 있게 된다.
위와 같이, 입사광의 파면 형상을 변형시키지 않는 구동 즉 파면 형상 미변형 구동은, 예를 들면 듀얼뷰 영상 표시 등과 같이, 입사광을 특정 방향으로 출사시키는 경우에 적용될 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 액정 기반 광편향패널을 편향 구동함에 있어, 액정의 틸트각이 비선형 함수에 비례하도록 분포시킴으로써, 입사광의 평면 파면이 액정층에서 그대로 유지되어 출사될 수 있게 된다. 그리고, 액정의 틸트각이 선형 함수에 비례하도록 분포시킬 수 있으며, 이와 같은 경우에는 평면 파면이 구면 파면으로 변형되어 출사될 수 있게 된다.
이와 같은 특성을 활용하게 되면, 종래에 비해 다양한 형태의 광편향 기능이 구현될 수 있게 된다. 또한, 이와 같은 다양한 광편향 기능 활용을 통해, 다양한 영상 표시 기능을 실현할 수 있게 된다.
도 15 내지 22는 본 발명의 실시예에 따른 광편향패널을 사용하여 다양한 영상 표시 기능을 수행하는 예들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 15 특정 방향으로 영상을 표시하는 경우를 나타내고 있는데, 이는 전술한 바와 같이 비선형 함수에 따라 액정의 틸트각을 조절함으로써 구현될 수 있다.
도 16은 듀얼뷰(dual-view) 표시 기능을 나타내고 있는데, 이는 전술한 바와 같이 비선형 함수에 따라 액정의 틸트각을 조절함으로써 구현될 수 있다. 여기서, 틸트각 분포가 서로 상반되는 굴절률 구배 단위 영역이 교대로 배치됨으로써, 듀얼뷰가 구현될 수 있다. 그리고, 듀얼뷰 구현시, 표시패널(200)에 대해 시간 분할이나 공간 분할 방법이 적용될 수 있으며, 해당 방법에 부합하도록 액정의 분포를 조절하게 된다.
도 17은 3D 표시 기능을 나타내고 있는데, 이는 전술한 바와 같이 선형 함수에 따라 액정의 틸트각을 조절하여 렌즈 구조를 발생시킴으로써 구현될 수 있다.
도 18은 도 16의 듀얼뷰를 확장한 멀티뷰(multi-view) 표시 기능을 나타내고 있다. 이 또한, 듀얼뷰와 마찬가지로, 시간 분할이나 공간 분할 방법이 적용될 수 있다.
도 19는 특정 각도와 거리에서 영상이 인식되는 보안 모드 표시 기능을 나타내고 있다. 이와 같은 경우에, 표시장치(100)에 아이트랙킹(eye-tracking) 기능이 구비된다면, 사용자의 눈에만 영상이 인식되도록 구현할 수 있다. 이와 같은 보안 모드 표시 기능은, 굴절률 구배 단위 영역을 넓게 설정하여 광편향패널(300)을 구동함으로써 구현될 수 있다.
도 20은 시분할된 3D 영상을 다른 깊이(depth)로 출력하는 다중 깊이 3D 표시 기능을 나타내고 있다. 여기서, 시분할된 영상에 각각 동기하여, 해당 깊이로 영상이 출력되도록 광편향패널(300)이 구동될 수 있게 된다.
도 21은 시분할된 2D 또는 3D 영상을 지정된 다른 각도로 출력하는 기능을 나타내고 있다. 이때, 원본 영상이 2D 영상인 경우 가상(virtual) 3D 출력이, 원본 영상이 3D 영상인 경우 실제(real) 3D 출력이 가능하다. 여기서, 시분할된 영상에 각각 동기하여, 서로 다른 각도로 영상이 출력되도록 광편향패널(300)이 구동될 수 있게 된다.
도 22는 근시 등의 사유로 화면을 안경과 같은 보정수단을 통해 시청하는 경우에 시청자가 나안으로 영상을 시청할 수 있도록 시력 보정 영상을 표시하는 기능을 나타내고 있다. 이와 같은 경우에, 광편향패널(300)의 굴절률 구배 조절을 통해, 원본 영상을 시청자의 시력에 적합한 보정 영상으로 변경할 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
100: 표시장치 200: 표시패널
210: 어레이기판 220: 대향기판
250: 액정층 300: 광편향패널
310: 제1기판 311: 제1전극
320: 제2기판 321: 제2전극
350: 액정층

Claims (12)

  1. 영상을 표시하는 표시패널과;
    상기 표시패널의 표시면 상에 위치하며, 단위 영역 별로 액정의 틸트각 분포를 조절하여 굴절률 구배를 변경하는 광편향패널
    을 포함하고,
    상기 광편향패널은, 상기 단위 영역 별로 굴절률 구배를 변경하여 평면파 입사광의 진행 방향을 변경하여 출력하고,
    상기 액정의 틸트각은, 상기 표시패널의 표시면에 평행한 일방향으로 위치에 따라 점진적으로 증가하도록 분포되는
    표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광편향패널은,
    서로 마주보는 제1 및 2기판과;
    상기 제1 및 2기판 내면 상에 각각 형성되며, 서로 대응하는 다수의 제1 및 2전극과;
    상기 제1 및 2전극 사이의 액정층을 포함하고,
    상기 제1 및 2전극에 전압을 인가하여, 상기 액정의 틸트각 분포를 조절하는
    표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정의 틸트각이 위치에 따라 비선형 함수에 의해 분포되면, 상기 평면파 입사광은 파면 형상의 변형 없이 진행 방향이 변경되어 출력되는
    표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정의 틸트각이 위치에 따라 선형 함수에 의해 분포되면, 상기 평면파 입사광은 곡면파로 변형되고 진행 방향이 변경되어 출력되는
    표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 비선형 함수는 위치에 따라 (n/2)제곱에 비례하는 함수이며, n은 2를 제외한 자연수인
    표시장치.
  6. 표시장치용 광편향패널에 있어서,
    표시패널의 표시면 상에 위치하며, 단위 영역 별로 액정의 틸트각 분포를 조절하여 굴절률 구배를 변경하고, 상기 단위 영역 별로 굴절률 구배를 변경하여 평면파 입사광의 진행 방향을 변경하여 출력하고, 상기 액정의 틸트각이 상기 표시패널의 표시면에 평행한 일방향으로 위치에 따라 점진적으로 증가하도록 분포되는 광편향패널.
  7. 제 6 항에 있어서,
    서로 마주보는 제1 및 2기판과;
    상기 제1 및 2기판 내면 상에 각각 형성되며, 서로 대응하는 다수의 제1 및 2전극과;
    상기 제1 및 2전극 사이의 액정층을 포함하고,
    상기 제1 및 2전극에 전압을 인가하여, 상기 액정의 틸트각 분포를 조절하는
    광편향패널.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정의 틸트각이 위치에 따라 비선형 함수에 의해 분포되면, 상기 평면파 입사광은 파면 형상의 변형 없이 진행 방향이 변경되어 출력되는
    광편향패널.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정의 틸트각이 위치에 따라 선형 함수에 의해 분포되면, 상기 평면파 입사광은 곡면파로 변형되고 진행 방향이 변경되어 출력되는
    광편향패널.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 비선형 함수는 위치에 따라 (n/2)제곱에 비례하는 함수이며, n은 2를 제외한 자연수인
    광편향패널.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 비선형 함수는, θ = 90*(px/d)(n/2)+a로 표현되며,
    d는 상기 굴절률 구배 단위 영역의 길이이고, px는 상기 굴절률 구배 단위 영역의 위치값이고, θ는 px 위치에서의 상기 액정의 틸트각이고, a는 px=0에서의 상기 액정의 틸트각인
    표시장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 비선형 함수는, θ = 90*(px/d)(n/2)+a로 표현되며,
    d는 상기 굴절률 구배 단위 영역의 길이이고, px는 상기 굴절률 구배 단위 영역의 위치값이고, θ는 px 위치에서의 상기 액정의 틸트각이고, a는 px=0에서의 상기 액정의 틸트각인
    광편향패널.
KR1020130006499A 2013-01-21 2013-01-21 광편향패널과 이를 사용한 표시장치 Active KR102002820B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130006499A KR102002820B1 (ko) 2013-01-21 2013-01-21 광편향패널과 이를 사용한 표시장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130006499A KR102002820B1 (ko) 2013-01-21 2013-01-21 광편향패널과 이를 사용한 표시장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140094156A KR20140094156A (ko) 2014-07-30
KR102002820B1 true KR102002820B1 (ko) 2019-07-23

Family

ID=51739985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130006499A Active KR102002820B1 (ko) 2013-01-21 2013-01-21 광편향패널과 이를 사용한 표시장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102002820B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170084951A (ko) 2016-01-13 2017-07-21 삼성전자주식회사 광 편향기 및 디스플레이 장치
JP7031160B2 (ja) * 2017-07-31 2022-03-08 凸版印刷株式会社 距離測定装置
US11017742B2 (en) * 2019-05-02 2021-05-25 Dell Products L.P. Information handling system multiple display viewing angle brightness adjustment
CN115524878A (zh) * 2022-10-10 2022-12-27 河南省华锐光电产业有限公司 显示面板及其控制方法和显示装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100744391B1 (ko) * 2006-04-06 2007-07-30 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 액정표시장치
JP2010230834A (ja) 2009-03-26 2010-10-14 Citizen Holdings Co Ltd 光学センサー

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3643439B2 (ja) * 1995-07-25 2005-04-27 株式会社東芝 液晶表示素子
JPH0950026A (ja) * 1995-08-08 1997-02-18 Toshiba Corp 液晶表示装置
GB0119176D0 (en) * 2001-08-06 2001-09-26 Ocuity Ltd Optical switching apparatus
KR101074574B1 (ko) * 2008-10-08 2011-10-17 하이디스 테크놀로지 주식회사 입체 영상 디스플레이 장치 및 그 제조 방법
CN102830568B (zh) * 2011-06-15 2016-08-17 三星显示有限公司 液晶透镜及包括该液晶透镜的显示装置
JP6196421B2 (ja) * 2011-06-30 2017-09-13 三星ディスプレイ株式會社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 液晶レンズおよびそれを含む表示装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100744391B1 (ko) * 2006-04-06 2007-07-30 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 액정표시장치
JP2010230834A (ja) 2009-03-26 2010-10-14 Citizen Holdings Co Ltd 光学センサー

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140094156A (ko) 2014-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10527862B2 (en) Multiview display device
CN102566064B (zh) 利用衍射元件的图像显示设备
CN101424808B (zh) 使用电驱动液晶透镜的立体显示设备
JP4944235B2 (ja) 切り替え可能な複屈折レンズアレイ及びこれを備えた表示装置
US20090153754A1 (en) Electrically-driven liquid crystal lens and stereoscopic display device using the same
WO2011036736A1 (ja) 立体画像表示装置
JP5921376B2 (ja) 立体表示装置
JP5906649B2 (ja) 表示装置
US20110181827A1 (en) Lens array element and image display device
US9508291B2 (en) Image display apparatus
WO2017156875A1 (zh) 一种液晶透镜及显示装置
TWI797115B (zh) 多視域顯示裝置與方法
CN105549266B (zh) 一种液晶显示器
CN103782228B (zh) 液晶光学元件及具备其的图像显示装置
KR20150081106A (ko) 표시 장치
WO2013161304A1 (ja) 光偏向素子及びこれを用いた画像表示装置
US20150268478A1 (en) Display device
CN106200058B (zh) 包括液晶的光学调制装置及其驱动方法和光学装置
KR20130106719A (ko) 액정 프리즘
KR102002820B1 (ko) 광편향패널과 이를 사용한 표시장치
JP5919510B2 (ja) 画像表示装置
JP5942150B2 (ja) 画像表示装置
JP2013218113A (ja) 液晶レンズ及び立体表示装置
JP5508538B2 (ja) マルチビュー表示装置
US20130135452A1 (en) Image display apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20130121

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20180111

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20130121

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20181217

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20190624

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20190717

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20190717

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220615

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240617

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250616

Start annual number: 7

End annual number: 7