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KR20130064333A - 2-dimensional and 3-dimensional display device without glasses - Google Patents

2-dimensional and 3-dimensional display device without glasses Download PDF

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KR20130064333A
KR20130064333A KR1020110130900A KR20110130900A KR20130064333A KR 20130064333 A KR20130064333 A KR 20130064333A KR 1020110130900 A KR1020110130900 A KR 1020110130900A KR 20110130900 A KR20110130900 A KR 20110130900A KR 20130064333 A KR20130064333 A KR 20130064333A
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에서는 제1 방향으로 선편광된 빛으로 영상을 표시하는 표시패널과, 상기 제1 방향의 빛을 이와 직교하는 제2 방향의 선편광된 빛으로 선택적으로 바꾸는 편광자와, 장축과 단축 방향에 따라 굴절율 이방성을 갖는 액정셀을 이용해서 상기 편광자에서 공급되는 선편광된 빛을 굴절시키거나 그대로 투과시켜 2D 영상 및 3D 영상을 구현하는 액정렌즈를 포함하는 무안경방식의 2D/3D 영상표시 장치.According to an embodiment of the present invention, a display panel for displaying an image with light linearly polarized in a first direction, a polarizer for selectively converting light in the first direction into linearly polarized light in a second direction orthogonal thereto, and long and short axes An autostereoscopic 2D / 3D image display device including a liquid crystal lens that refracts or transmits linearly polarized light supplied from the polarizer using a liquid crystal cell having refractive anisotropy according to a direction to realize 2D and 3D images. .

Description

무안경 방식의 2차원/3차원 영상 표시장치{2-Dimensional and 3-Dimensional Display Device without glasses}Glasses-free 2D / 3D image display device {2-Dimensional and 3-Dimensional Display Device without glasses}

본 발명은 무안경 방식으로 2차원 영상 및 3차원 영상을 표시하는 입체영상 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a stereoscopic image display device for displaying a two-dimensional image and a three-dimensional image in an autostereoscopic manner.

입체영상 표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique) 또는 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)을 이용하여 3D 영상을 구현한다. 양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경방식과 무안경방식으로 나뉘어질 수 있다. 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꿔서 또는 시분할 방식으로 표시하고, 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체영상을 구현한다. 무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴렉스 베리어, 렌티큘러 렌즈 등의 광학 부품을 표시 화면의 앞에 또는 뒤에 설치하여 입체영상을 구현한다.The stereoscopic image display device implements a 3D image using a stereoscopic technique or an autostereoscopic technique. The binocular parallax method uses parallax images of right and left eyes with large stereoscopic effect, and can be divided into a spectacular method and a non-spectacular method. The spectacle method displays the polarization direction of the left and right parallax image in a direct view display device or a projector by changing the polarization direction or time division method, and implements a stereoscopic image using polarized glasses or liquid crystal shutter glasses. In the autostereoscopic method, an optical component such as a parallax barrier and a lenticular lens for separating an optical axis of a left and right parallax image is generally installed in front of or behind a display screen to implement a stereoscopic image.

무안경 방식의 일 예로, 렌티큘러 렌즈를 사용하는 방법은 렌티큘러 렌즈로 우안화상과 좌안화상을 분리하여 3차원 입체영상을 구현한다. 이러한 렌티큘러 렌즈를 사용하는 방법은 렌트큘라 렌즈의 광 분리를 온/오프할 수 없으므로 3차원 입체영상만 구현할 수 있고 3차원 입체영상과 2차원 평면영상의 전환이 불가능한 단점이 있었다. 이러한 렌티큘러 렌즈의 단점을 해결하기 위하여 액정의 굴절율을 전기적으로 제어함으로써 렌티큘러 렌즈를 구현하여 3D/2D 영상의 절환이 가능한 렌티큘러 렌즈(이하, "액정 렌티큘러 렌즈"라 함)가 제안된 바 있다. As an example of the autostereoscopic method, a method using a lenticular lens implements a 3D stereoscopic image by separating a right eye image and a left eye image with a lenticular lens. Since the method of using the lenticular lens cannot turn on / off the optical separation of the lenticular lens, only a 3D stereoscopic image can be realized and there is a disadvantage in that switching between the 3D stereoscopic image and the 2D planar image is impossible. In order to solve the shortcomings of the lenticular lens, a lenticular lens capable of switching 3D / 2D images by implementing a lenticular lens by electrically controlling the refractive index of the liquid crystal has been proposed (hereinafter, referred to as a "liquid crystal lenticular lens").

도 1 및 도 2를 참조하면, 액정 렌티큘러 렌즈(30)는 영상이 표시되는 표시장치(31)와 소정의 거리를 두고 이격되도록 배치된다. 액정 렌티큘러 렌즈(30)는 도 1과 같이 액정분자들(34)이 수평 배향된 3D 영상모드에서 표시장치(31)로부터 입사되는 빛을 굴절시켜 우안화상에 해당하는 빛의 진행경로와 좌안화상에 해당하는 빛의 진행경로를 분리시킨다. 액정 렌티큘러 렌즈(30)의 액정분자들에 전계가 인가되는 2D 영상모드에서, 도 2와 같이 액정분자들(34)이 구동되어 액정분자들(34)이 세워지게 된다. 그 결과, 액정분자들(34)과 투명수지(35) 사이의 굴절율차가 거의 없어지게 되어 표시장치(31)로부터 조사되는 빛이 액정 렌티큘러 렌즈(30)를 그대로 통과한다. 1 and 2, the liquid crystal lenticular lens 30 is disposed to be spaced apart from the display device 31 on which an image is displayed at a predetermined distance. As shown in FIG. 1, the liquid crystal lenticular lens 30 refracts the light incident from the display device 31 in the 3D image mode in which the liquid crystal molecules 34 are horizontally oriented so that the light path and the left eye image correspond to the right eye image. Separate the corresponding light path. In the 2D image mode in which an electric field is applied to the liquid crystal molecules of the liquid crystal lenticular lens 30, the liquid crystal molecules 34 are driven as shown in FIG. 2 to raise the liquid crystal molecules 34. As a result, the difference in refractive index between the liquid crystal molecules 34 and the transparent resin 35 is almost eliminated so that the light irradiated from the display device 31 passes through the liquid crystal lenticular lens 30 as it is.

이러한 액정 렌티큘러 렌즈(30)는 액정분자들(34)의 배열 방향을 2D 영상 및 3D 영상에 맞춰 조절해 주어야 한다. 따라서, 음각패턴(35a)과 투명전극(32) 상에 배향막을 형성하고 있어야 한다. 그런데, 하부 배향막(33)의 경우에는 평탄한 면 상에 형성됨으로 형성에 문제가 없지만, 오목하게 파여진 음각패턴(35a)의 곡면 형상으로 상판에 배향막을 균일한 두께로 형성하기가 어렵고, 상판에 배향막을 형성한다 하더라도 그 배향막에 대한 접촉식 러빙이 균일하게 이루어지기가 어렵다. 따라서, 액정 렌티큘러 렌즈에는 하판(40) 상에만 배향막이 형성되고 있기 때문에 액정 분자들의 스위칭 속도가 느리고 액정분자들이 균일하게 스위칭되지 않는 문제가 있다.The liquid crystal lenticular lens 30 should adjust the arrangement direction of the liquid crystal molecules 34 according to the 2D image and the 3D image. Therefore, an alignment layer should be formed on the intaglio pattern 35a and the transparent electrode 32. By the way, the lower alignment layer 33 is formed on a flat surface, so there is no problem in formation, but it is difficult to form the alignment layer in a uniform thickness on the upper plate due to the curved shape of the concave intaglio pattern 35a. Even if the alignment film is formed, it is difficult for the contact rubbing to the alignment film to be uniform. Therefore, since the alignment layer is formed only on the lower plate 40 in the liquid crystal lenticular lens, the switching speed of the liquid crystal molecules is slow and the liquid crystal molecules are not uniformly switched.

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 극복하기 위해 고안된 것으로서, 렌티큘러 렌즈의 액정은 그 배열방향을 조절할 필요가 없도록 한 새로운 형태의 무안경 방식 2D/3D 영상 표시장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a new type of autostereoscopic 2D / 3D image display device, which is designed to overcome the above problems, so that the liquid crystal of a lenticular lens does not need to adjust its alignment direction.

본 발명의 일 실시예에서는 제1 방향으로 선편광된 빛으로 영상을 표시하는 표시패널과, 상기 제1 방향의 빛을 이와 직교하는 제2 방향의 선편광된 빛으로 선택적으로 바꾸는 편광자와, 장축과 단축 방향에 따라 굴절율 이방성을 갖는 액정셀을 이용해서 상기 편광자에서 공급되는 선편광된 빛을 굴절시키거나 그대로 투과시켜 2D 영상 및 3D 영상을 구현하는 액정렌즈를 포함하는 무안경방식의 2D/3D 영상표시 장치를 개시한다.According to an embodiment of the present invention, a display panel for displaying an image with light linearly polarized in a first direction, a polarizer for selectively converting light in the first direction into linearly polarized light in a second direction orthogonal thereto, and long and short axes An autostereoscopic 2D / 3D image display device including a liquid crystal lens that refracts or transmits linearly polarized light supplied from the polarizer using a liquid crystal cell having refractive anisotropy according to a direction to realize 2D and 3D images. Initiate.

상기 표시패널은TN 모드로 동작하는 액정패널로 구성될 수 있다.The display panel may be configured as a liquid crystal panel operating in the TN mode.

상기 편광자는 TN모드로 동작하는 액정의 유전율 이방성에 따라 상기 제2 방향의 선평광된 빛을 상기 제1 방향의 선편광된 빛으로 편광시키거나, 그대로 투과시키는 액정패널로 구성될 수 있다.The polarizer may be configured as a liquid crystal panel that polarizes the linearly polarized light in the second direction to linearly polarized light in the first direction or transmits the light as it is according to the dielectric anisotropy of the liquid crystal operating in the TN mode.

상기 편광자는 패러데이 효과에 따라 상기 제1 방향으로 선편광된 빛을 상기 제2 방향으로 선편광시키거나, 그대로 투과시키는 패러데이 회전자를 포함해 구성될 수 있다.The polarizer may include a Faraday rotor that linearly polarizes the light polarized in the first direction or transmits the light linearly polarized in the second direction according to the Faraday effect.

상기 패러데이 회전자는, 페러데이 효과를 나타내는 자성체로 이뤄진 자성체 박막과, 상기 자성체 박막의 양 편에서 상기 자성체 박막과 나란하게 배치되며, 서로 반대 방향의 전류를 공급하는 제1 전기배선 및 제2 전개배선을 포함해 구성될 수 있다.The Faraday rotator is a magnetic thin film made of a magnetic material exhibiting a Faraday effect, and the first electric wiring and the second development wiring which are arranged in parallel with the magnetic thin film on both sides of the magnetic thin film and supply current in opposite directions to each other. It can be configured to include.

상기 액정렌즈는, 광경화성 액정의 장축 방향을 상기 제2 방향과 동일한 방향으로 배향해 경화시킨 제1 렌즈층과, 볼록렌즈면을 경계면으로 상기 제1 렌즈층 위에 상기 액정의 단축 방향 굴절율과 동일한 굴절율을 갖는 제2 렌즈층을 포함해 구성될 수 있다.The liquid crystal lens has a first lens layer in which the long axis direction of the photocurable liquid crystal is aligned in the same direction as the second direction and cured; It may be configured to include a second lens layer having a refractive index.

본 발명의 일 실시예에서는, 종전 액정 렌티큘러 렌즈를 구성하는 액정 분자들의 배열 방향을 영상에 맞춰 조절할 필요가 없고, 선편광된 빛의 편광축에 따라서 2D 영상 및 3D 영상을 구현하고 있다. 따라서, 종전과 같이 곡면에 배향막을 형성해야 하기 때문에 발생하는 문제들을 해결하고, 또한 액정 분자들의 반응속도나 균일하게 스위칭시켜야 하는 등의 문제 역시 해결한다.In one embodiment of the present invention, it is not necessary to adjust the alignment direction of the liquid crystal molecules constituting the conventional liquid crystal lenticular lens according to the image, and to implement 2D image and 3D image according to the polarization axis of the linearly polarized light. Therefore, the problems caused by the alignment film must be formed on the curved surface as before, and also the problems such as the reaction rate or uniform switching of the liquid crystal molecules.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 렌티큘러 렌즈를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 방식 2D/3D 영상 표시장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 3 중 액정분자들로 구성된 편광자를 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 3 중 페러데이 회전자로 구성된 편광자를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 3 중 액정렌즈를 설명하는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 방식 2D/3D 영상 표시장치를 통해서 2D 영상 및 3D 영상이 표시되는 과정을 설명하는 도면이다.
1 and 2 illustrate a liquid crystal lenticular lens according to the prior art.
3 is a view showing a schematic configuration of an autostereoscopic 2D / 3D image display device according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 illustrate polarizers composed of liquid crystal molecules in FIG. 3.
6 and 7 illustrate polarizers composed of a Faraday rotator in FIG. 3.
FIG. 8 is a view for explaining a liquid crystal lens of FIG. 3.
9 and 10 are views illustrating a process of displaying a 2D image and a 3D image through an autostereoscopic 2D / 3D image display device according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Like reference numerals throughout the specification denote substantially identical components. In the following description, when it is determined that a detailed description of known functions or configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 방식 2D/3D 영상표시 장치의 개략적인 구성을 보여준다.3 shows a schematic configuration of an autostereoscopic 2D / 3D image display device according to an embodiment of the present invention.

도 3에서, 이 실시예의 영상표시 장치는, 표시패널(100), 편광자(200), 액정렌즈(300)를 포함해서 구성되며, 이들이 빛의 진행 경로상에서 순차적으로 적층된 구조를 이루고 있다.In FIG. 3, the image display device of this embodiment includes a display panel 100, a polarizer 200, and a liquid crystal lens 300, and has a structure in which they are sequentially stacked on a light propagation path.

표시패널(100)은 2D 영상과 3D 영상 데이터를 표시하는 표시소자로서, 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시소자(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 및 무기 전계발광소자와 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 포함한 전계발광소자(Electroluminescence Device, EL), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자로 구현될 수 있다. 이하에서, 표시패널(100)은 액정표시소자의 표시패널을 중심으로 설명하기로 한다. The display panel 100 is a display device for displaying 2D image and 3D image data, and includes a liquid crystal display (LCD), a field emission display (FED), a plasma display panel, PDP), and flat panel display devices such as electroluminescence devices (EL) and electrophoretic display devices (EPD), including inorganic electroluminescent devices and organic light emitting diodes (OLEDs). Can be. Hereinafter, the display panel 100 will be described based on the display panel of the liquid crystal display device.

표시패널(100)은 화소 어레이가 형성되어 있는 TFT기판과 컬러를 구현하는 컬러필터 기판이 액정층을 사이에 두고 협지된 구조를 이룬다. 이 표시패널(100) 중 TFT 기판과 컬러필터 기판의 표면에는 광흡수축이 90°를 이루는 편광판이 부착되어 있다. 이에 따라, 수평방향 또는 수직 방향 중 어느 한 방향으로 표시패널(100)로 입사된 빛은 입사된 빛의 광 흡수측과 90°를 이루는 방향으로 선편광되어 표시패널(100) 밖으로 나온다.The display panel 100 has a structure in which a TFT substrate on which a pixel array is formed and a color filter substrate implementing color are sandwiched with a liquid crystal layer interposed therebetween. In the display panel 100, a polarizing plate having a light absorption axis of 90 ° is attached to the surfaces of the TFT substrate and the color filter substrate. Accordingly, the light incident on the display panel 100 in either the horizontal direction or the vertical direction is linearly polarized in a direction forming 90 ° with the light absorbing side of the incident light and exits the display panel 100.

편광자(200)는 표시패널(100) 앞에 배치되며, 표시패널(100)에서 공급되는 빛을 그대로 투과시키거나 90°만큼 선편광시켜 위쪽에 배치된 액정렌즈(300)로 공급한다. 이 편광자(200)는 일 예로, TN 모드로 동작하는 액정층을 갖는 액정패널이 바람직하게 이용될 수 있고, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드와 같이 구동하는 액정패널 역시 이용될 수 있다.The polarizer 200 is disposed in front of the display panel 100 and transmits the light supplied from the display panel 100 as it is or linearly polarizes the light by 90 ° to supply the liquid crystal lens 300 disposed above. For example, a liquid crystal panel having a liquid crystal layer operating in the TN mode may be preferably used as the polarizer 200, and a liquid crystal panel driving such as a VA mode, an IPS mode, or an FFS mode may also be used.

또한, 이 편광자(200)는 패러데이 회전자로 구성된 패널일 수도 있다. 패러데이 회전자는 패레데이 효과에 따라 입사된 빛을 편광시키는 물질을 말하며, 이에 대해서는 자세히 후술한다.In addition, the polarizer 200 may be a panel composed of a Faraday rotator. Faraday rotator refers to a material for polarizing the incident light according to the Faraday effect, which will be described later in detail.

액정렌즈(300)는 편광자(200) 앞에 배치되며, 편광자(200)로부터 입사된 빛의 편광 방향에 따라, 빛을 그대로 투과시켜 2D 영상을 표시하거나, 우안영상에 해당하는 빛과 좌안영상에 해당하는 빛의 진행경로를 분리시켜 3D 영상을 표시한다.The liquid crystal lens 300 is disposed in front of the polarizer 200 and according to the polarization direction of the light incident from the polarizer 200, displays the 2D image by transmitting the light as it is, or corresponds to the light and the left eye image corresponding to the right eye image. 3D image is displayed by separating the light path.

이하, 첨부 도면을 참조로 편광자(200) 및 액정렌즈(300)의 구성에 대해서 보다 상세히 설명한다. 도 4는 TN 모드로 동작하는 액정패널로 구성된 편광자(200)의 구조를 보여주는 단면도이다.Hereinafter, configurations of the polarizer 200 and the liquid crystal lens 300 will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a polarizer 200 formed of a liquid crystal panel operating in a TN mode.

도 4에서, 편광자(200)는 하부기판(210)과 상부기판(220) 사이에 액정층(250)이 협지된 구조를 이루고 있다.In FIG. 4, the polarizer 200 has a structure in which the liquid crystal layer 250 is sandwiched between the lower substrate 210 and the upper substrate 220.

하부기판(210)과 상부기판(220) 각각은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이뤄져 있다. 그리고, 하부기판(210)과 상부기판(220)의 표면 각각에는 하부전극(210)과 상부전극(220)이 기판(210, 220)의 표면 전체에 형성돼 있으며, ITO, IZO와 같은 투명한 도전성 물질로 이뤄져 있다.Each of the lower substrate 210 and the upper substrate 220 is made of glass or transparent plastic. The lower electrode 210 and the upper electrode 220 are formed on the entire surfaces of the substrates 210 and 220 on the surfaces of the lower substrate 210 and the upper substrate 220, and transparent conductive materials such as ITO and IZO are used. It is made of matter.

그리고, 이 두 전극(210, 220) 사이에 액정층(250)이 배치되어 있다. 액정층(250)을 이루는 액정분자들은 포지티브 액정(Positive Liquid Crystal)들로 이뤄져 있다. 포지티브 액정은 액정분자의 장축방향 유전율(ε∥)이 단축 방향 유전율(ε┴)보다 큰 Δε>0으로 정의되는 액정이다. 이 액정들은 도시되지 않은 상부 및 하부 배향막 사이에 배치되어 있으며, 프리틸트(pre-tilt)되어 있다. TN 모드에서 이 액정들은 전계가 인가되지 않은 상태에서 입사된 빛의 수직방향(ⓧ) 선평광을 90°만큼 회전시켜 수평방향(↔) 선편광으로 변화시키도록 배열되어 있고(도 5a), 전계가 인가되면 빛을 그대로 투과시키도록 배열된다(도 5b). 이에 따라, 도 5a에서 예시하는 바처럼, 전계가 인가되지 않은 상태에서, 편광자(200)는 수직방향(ⓧ)의 편광축을 갖는 빛을 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 빛으로 선편광시켜서 투과한다. 그리고, 도 5b에서 예시하는 바처럼, 전계가 인가된 상태에서, 편광자(200)는 수직방향(ⓧ)의 편광축을 갖는 빛을 그대로 투과시켜 투과된 빛의 편광축 역시 수직 방향을 이룬다.The liquid crystal layer 250 is disposed between the two electrodes 210 and 220. The liquid crystal molecules constituting the liquid crystal layer 250 are made of positive liquid crystals. A positive liquid crystal is a liquid crystal defined by Δε> 0 in which the long-term dielectric constant? Of the liquid crystal molecules is larger than the short-term dielectric constant ε┴. These liquid crystals are disposed between the upper and lower alignment layers, which are not shown, and are pre-tilted. In the TN mode, these liquid crystals are arranged to rotate the vertical linear flat light of the incident light in the absence of an electric field by 90 ° to change the horizontal linear polarized light (FIG. 5A). When applied, it is arranged to transmit light as it is (FIG. 5B). Accordingly, as illustrated in FIG. 5A, in a state where no electric field is applied, the polarizer 200 transmits light having a polarization axis in a vertical direction by linearly polarizing light having a polarization axis in a horizontal direction ↔. . In addition, as illustrated in FIG. 5B, in a state where an electric field is applied, the polarizer 200 transmits light having a vertical polarization axis as it is, and thus the polarization axis of transmitted light also forms a vertical direction.

도 6은 페러데이 회전자로 이뤄진 편광자(200a)의 구조를 보여주는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing the structure of a polarizer 200a made of a Faraday rotator.

도 6에서, 편광자(200a)는 하부기판(210a)과 상부기판(220a) 사이에 패러데이 회전자(FS1~FS3)가 협지된 구조를 이루고 있다.In FIG. 6, the polarizer 200a has a structure in which Faraday rotors FS1 to FS3 are sandwiched between the lower substrate 210a and the upper substrate 220a.

하부기판(210)과 상부기판(220) 각각은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이뤄져 있다. 그리고, 하부기판(210)의 표면에는 자성체 박막(ML)과 이 자성체 박막(ML)을 사이에 두고 배치된 제1 전기배선(EBL1)과 제2 전기배선(EBL2)으로 이뤄진 제1 내지 제3 패러데이 회전자(FS)들이 배치돼 있다. 이 실시예에서, 패러데이 회전자가 3개가 배치된 형태로 편광자(200a)가 구성되는 것으로 설명하지만, 표시패널(100)의 크기에 맞춰 적절한 개수로 조절될 수 있다.Each of the lower substrate 210 and the upper substrate 220 is made of glass or transparent plastic. On the surface of the lower substrate 210, the first to third electrodes including the first thin film ML and the second thin film ML are disposed between the first thin film ML and the second thin film ML. Faraday Rotors are deployed. In the present exemplary embodiment, the polarizer 200a is configured in such a manner that three Faraday rotors are arranged, but the polarizer 200a may be adjusted to an appropriate number according to the size of the display panel 100.

자성체 박막(ML)은 페러데이 효과를 나타내는 자성체(예, garnet)를 투명한 수지에 분산시켜서 형성되며, 박막 두께를 가져 빛이 투과할 수가 있다. 이 자성체 박막은 하부기판(210a) 위에 일정한 폭을 갖고 띠 형태를 이루고 있다. 이 자기 박막(ML)의 양측에는 자기 박막(ML)과 나란하게 제1 전기배선(EBL1)과 제2 전기배선(EBL2)이 배치되어 있다. 이 전기 배선(EBL1, EBL2)은 전도성이 우수한 구리(Copper)나 알루미늄(Al)으로 이뤄진 박막으로 형성된다.The magnetic thin film ML is formed by dispersing a magnetic material (eg, garnet) having a Faraday effect in a transparent resin, and has a thin film thickness to allow light to pass therethrough. The magnetic thin film has a predetermined width on the lower substrate 210a and forms a strip. On both sides of the magnetic thin film ML, the first electrical wiring EBL1 and the second electrical wiring EBL2 are arranged in parallel with the magnetic thin film ML. The electrical wirings EBL1 and EBL2 are formed of a thin film made of copper or aluminum (Al) having excellent conductivity.

이처럼 구성된 패러데이 회전자(FS1~FS3)는 유전체로 이뤄진 유전체층(270a)에 덮어져 있다.The Faraday rotors FS1 to FS3 configured as described above are covered with a dielectric layer 270a made of a dielectric material.

한편, 페러데이 효과는 물체에 걸린 자기장과 동일한 방향으로 선편광된 빛이 입사되면, 물질을 통과하여 나오는 빛은 통과한 거리에 비례하여 회전되어 나오는데, 주어진 거리에서 그 각은 자기장의 크기에 비례하는 현상을 말하며, 이를 수식으로 표현하면, θ=VB의 관계를 만족하며, θ=회전된 각도, V=통과한 거리, B=자기장의 세기를 의미한다.On the other hand, the Faraday effect is that when light linearly polarized in the same direction as the magnetic field on the object is incident, the light passing through the material is rotated in proportion to the distance passed, and the angle is proportional to the magnitude of the magnetic field at a given distance. When expressed as a formula, it satisfies the relationship of θ = VB, θ = rotated angle, V = distance passed, and B = magnetic field strength.

도 7은 이 같은 페러데이 효과에 의해서 선편광된 빛이 상술한 구조의 페러데이 회전자를 투과하면서 편광되는 원리를 설명한다. 이 도면에서, 수직방향(ⓧ)으로 선편광된 빛이 페러데이 회전자를 투과하는 것으로 설명한다.FIG. 7 illustrates the principle that light linearly polarized by the Faraday effect is polarized while transmitting the Faraday rotor having the above-described structure. In this figure, light linearly polarized in the vertical direction is described as passing through a Faraday rotor.

도 7에서, 제1 전기배선(EBL1)에, +z 축 방향(⊙)으로 전류를 흐르게 하면, 제1 전기배선(EBL1) 주변에 제1 유도 자기장(B1)이 형성된다. 이 제1 유도 자기장(B1)의 방향은 플레밍 오른손 법칙에 의해 도 7에서 도시한 바와 같이 반시계 방향으로 형성된다. 이와 동시에, 제2 전기배선(EBL2)에는 반대 방향인 -z 방향(ⓧ) 전류를 흐르게 하면, 제2 전기배선(EBL2) 주변에는 제2 유도 자기장(B2)이 형성된다. 이 제2 유도 자기장(B2)의 방향은 플레밍 오른손 법칙에 따라 도 7에서 도시한 바와 같이 시계방향으로 형성된다.In FIG. 7, when a current flows in the + z axis direction ⊙ in the first electric wiring EBL1, a first induced magnetic field B1 is formed around the first electric wiring EBL1. The direction of the first induced magnetic field B1 is formed in the counterclockwise direction as shown in FIG. 7 by the Fleming right hand rule. At the same time, when the -z direction current flowing in the opposite direction flows through the second electric wiring EBL2, a second induction magnetic field B2 is formed around the second electric wiring EBL2. The direction of the second induced magnetic field B2 is formed clockwise as shown in FIG. 7 according to the Fleming right hand rule.

즉, 도 7과 같이 전류를 제1 전기배선(EBL1)과 제2 전기배선(EBL2)에 각각 공급하면, 자성체 박막(ML) 전체에는 양 측변에서 서로 반대방향(anti-parallel)으로 흐르는 전류에 의해 +y축 방향으로 흐르는 수직 자기장(BP)이 형성된다. 이에 따라, 수직 자기장(BP)의 방향과 선편광된 빛의 진행방향은 서로 동일하게 됨으로, 페러데이 효과에 따라 페러데이 회전자를 투과하면서 편광축이 회전해 수직방향(ⓧ) 선편광이 수평방향(↔) 선편광으로 바뀌게 된다.That is, when the current is supplied to the first electrical wiring EBL1 and the second electrical wiring EBL2, respectively, as shown in FIG. 7, the magnetic thin film ML is applied to the current flowing in the anti-parallel directions from both sides. As a result, a vertical magnetic field BP flowing in the + y axis direction is formed. Accordingly, the direction of the vertical magnetic field BP and the direction of linearly polarized light become the same, so that the polarization axis rotates while transmitting the Faraday rotor according to the Faraday effect, so that the vertical linear polarization is the horizontal (↔) linear polarization. Will change to

이하, 도 8을 참조로 액정렌즈에 대해서 설명한다. 도 8에서, 액정렌즈(300)는 두 기판(310, 32) 사이에 제1 렌즈층(330)과 제2 렌즈층(340)으로 이뤄진 액정셀(LCC)을 협지한 구조를 이루고 있다.Hereinafter, the liquid crystal lens will be described with reference to FIG. 8. In FIG. 8, the liquid crystal lens 300 has a structure in which a liquid crystal cell (LCC) formed of a first lens layer 330 and a second lens layer 340 is sandwiched between two substrates 310 and 32.

하부기판(310)과 상부기판(320) 각각은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이뤄져 있다.Each of the lower substrate 310 and the upper substrate 320 is made of glass or transparent plastic.

하부기판(310) 위로는 볼록렌즈면(330a)을 갖는 제1 렌즈층(330)이 형성돼 있다. 이 제1 렌즈층(330)은 광경화성 액정을 수평방향으로 배향한 상태에서 경화시켜 형성한 것이다. 따라서, 제1 렌즈층(330)을 이루고 있는 액정들은 층에 상관없이 모든 위치에서 수평방향으로 배향된 형태를 영구적으로 유지한다. 광경화성의 반응성 모노모(reactive monomor) 또는 반응성 메조겐(reactive mesogen)은 편광된 UV를 조사하게 되면, 이중 광경화성 액정은 UV의 편광된 빛에 맞춰 초기 배향된 상태를 유지한 채 경화돼, 제1 렌즈층(330)을 구성한다.The first lens layer 330 having the convex lens surface 330a is formed on the lower substrate 310. The first lens layer 330 is formed by curing the photocurable liquid crystal in a state of being aligned in the horizontal direction. Therefore, the liquid crystals constituting the first lens layer 330 permanently maintain the horizontally oriented form at all positions regardless of the layer. When the photocurable reactive monomor or reactive mesogen is irradiated with polarized UV, the double photocurable liquid crystal is cured while maintaining its initial orientation in accordance with the polarized light of UV. The first lens layer 330 is formed.

이처럼 구성된 제1 렌즈층(330)의 액정의 굴절율 이방성 때문에 방향에 따라 제1 굴절율(ne)과 제2 굴절율(no)을 나타낸다. 액정은 장축 방향에서 제1 굴절율(ne)을 나타내지만 단축방향에서는 제1 굴절율(ne)보다 작은 제2 굴절율(no)을 나타낸다. 따라서, 제1 렌즈층(330)을 이루고 있는 액정은 수평 방향(도면의 x축 방향), 즉 액정의 장축방향과 도면의 x축 방향이 동일한 방향으로 배열되어 있기 때문에, 제1 렌즈층(330)은 수평 방향(도면의 x축 방향)에서 제1 굴절율(ne)을 나타낸다. 이와 비교해서, 도면의z축 방향은 액정의 단축이 배열된 방향과 동일하므로, 이 방향(도면의 z축 방향)에서는 제2 굴절율(no)을 나타낸다.The refractive index anisotropy of the liquid crystal of the first lens layer 330 configured as described above shows the first refractive index ne and the second refractive index no along the direction. The liquid crystal exhibits a first refractive index ne in the major axis direction but a second refractive index no smaller than the first refractive index ne in the minor axis direction. Therefore, since the liquid crystal constituting the first lens layer 330 is arranged in the horizontal direction (the x-axis direction in the drawing), that is, the long-axis direction of the liquid crystal and the x-axis direction in the drawing are arranged in the same direction, the first lens layer 330 Denotes the first refractive index ne in the horizontal direction (x-axis direction in the drawing). In comparison, the z-axis direction in the drawing is the same as the direction in which the short axis of the liquid crystal is arranged, and thus the second refractive index no is shown in this direction (z-axis direction in the drawing).

이처럼 구성된 제1 렌즈층(330) 위로는 볼록렌즈면(330a)을 덮고 있는 제2 렌즈층(340)이 형성돼 있다. 이 제2 렌즈층(340)은 투명한 수지로 형성될 수 있으며, 액정의 단축방향 굴절율과 동일한 제2 굴절율(no)을 갖는다.The second lens layer 340 covering the convex lens surface 330a is formed on the first lens layer 330 configured as described above. The second lens layer 340 may be formed of a transparent resin, and has a second refractive index no equal to the uniaxial refractive index of the liquid crystal.

이하, 도 9 및 도 10을 참조로 이처럼 구성된 2D/3D 영상표시 장치에서 2D 영상 및 3D 영상이 표시되는 과정을 설명한다. 도 9에서, 하나의 렌즈에 대해 3개의 픽셀(px1~px3)이 대응하고, 편광자(200)는 페러데이 회전자(FS)를 협지해 구성한 것으로 설명한다.Hereinafter, a process of displaying a 2D image and a 3D image in the 2D / 3D image display device configured as described above will be described with reference to FIGS. 9 and 10. In FIG. 9, three pixels px1 to px3 correspond to one lens, and the polarizer 200 is configured by sandwiching the Faraday rotor FS.

자계가 형성되는 3D 영상 모드에서, 표시패널(100)은 수직방향(ⓧ)의 편광축을 갖는 빛을 편광자(200)로 공급한다. 자계가 형성된 상태에서, 즉 패러데이 회전자의 제1 전기배선(EBL1)과 제2 전기배선EBL2)에 역방향의 전류를 공급하면, 페러데이 회전자는 빛의 진행방향과 동일한 방향의 자기장을 형성한다. 이에 따라, 패러데이 효과에 의해, 수직방향(ⓧ)의 편광축을 가지며 편광자(200)로 입사된 빛은 편광축이, 수직방향(ⓧ)에서 수평방향(↔)으로 바껴서 편광자(200)를 투과한다.In the 3D image mode in which a magnetic field is formed, the display panel 100 supplies light having a vertical polarization axis to the polarizer 200. In the state where the magnetic field is formed, that is, when the reverse current is supplied to the first electric wiring EBL1 and the second electric wiring EBL2 of the Faraday rotor, the Faraday rotor forms a magnetic field in the same direction as the traveling direction of light. Accordingly, due to the Faraday effect, light incident on the polarizer 200 having a vertical polarization axis passes through the polarizer 200 by changing the polarization axis from the vertical direction to the horizontal direction ↔.

결과적으로, 액정렌즈(300)에는 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 선편광된 빛이 공급된다. 한편, 액정렌즈(300)의 액정셀(LCC)은 액정이 수평방향으로 배향된 상태를 이루고 있어, 도 10에서 예시하는 바처럼 액정의 장축과 빛의 편광축이 수평방향(↔)으로 서로 동일하다. 이처럼, 빛의 편광축과 액정의 장축 방향이 동일하기 때문에, 제1 렌즈층(330)은 제1 굴절율(ne)을 나타낸다.As a result, the linearly polarized light having the polarization axis in the horizontal direction ↔ is supplied to the liquid crystal lens 300. On the other hand, the liquid crystal cell (LCC) of the liquid crystal lens 300 is in a state that the liquid crystal is aligned in the horizontal direction, as shown in Figure 10, the long axis of the liquid crystal and the polarization axis of light are the same in the horizontal direction (↔) . As described above, since the polarization axis of light and the long axis direction of the liquid crystal are the same, the first lens layer 330 exhibits a first refractive index ne.

이와 비교해서, 볼록렌즈면(330a)을 경계로 그 위에 배치된 제2 렌즈층(340)은 제2 굴절율(no)을 가지고 있어, 블록렌즈면(330a)에서 빛은 스넬의 법칙에 따라 굴절해 우안영상에 해당하는 빛의 진행경로와 좌안영상에 해당하는 빛의 진행경로로 나눠져 서로 다른 초점으로 수렴해, 3D 영상이 표시된다.In comparison, the second lens layer 340 disposed on the convex lens surface 330a has a second refractive index no, so that the light in the block lens surface 330a is refracted according to Snell's law. The light travel path corresponding to the right eye image and the light travel path corresponding to the left eye image are divided into different focal points, and 3D images are displayed.

자계가 형성되지 않는 2D 영상 모드에서, 표시패널(100)은 수직방향(ⓧ)의 편광축을 갖는 빛을 편광자(200)로 공급한다. 자계가 형성되지 않은 상태에서, 즉 제1 전기배선(EBL1)과 제2 전기배선(EBL2)에 전류를 공급하지 않으면, 페러데이 회전자는 공급된 빛을 그대로 투과시킨다. 따라서, 수직방향(ⓧ)의 편광축을 가지며 편광자(200)로 입사된 빛은 편광자(200)를 그대로 투과해 수직방향(ⓧ)의 편광축을 갖는 빛으로 액정렌즈(300)에 공급된다.In the 2D image mode in which no magnetic field is formed, the display panel 100 supplies light having a vertical polarization axis to the polarizer 200. In a state in which no magnetic field is formed, that is, when no current is supplied to the first electric wiring EBL1 and the second electric wiring EBL2, the Faraday rotor transmits the supplied light as it is. Therefore, light having a vertical polarization axis and incident to the polarizer 200 passes through the polarizer 200 as it is and is supplied to the liquid crystal lens 300 as light having a vertical polarization axis.

한편, 액정렌즈(300)의 액정셀(LCC)은 액정이 수평방향으로 배향된 상태를 이루고 있어, 도 10에서 예시하는 바처럼 액정의 단축과 빛의 편광축이 수직방향(ⓧ)으로 서로 동일하다. 이처럼, 빛의 편광축과 액정의 단축 방향이 동일하기 때문에, 제1 렌즈층(330)은 제2 굴절율(no)을 나타낸다.On the other hand, the liquid crystal cell (LCC) of the liquid crystal lens 300 has a state in which the liquid crystal is aligned in the horizontal direction, as shown in FIG. 10, the short axis of the liquid crystal and the polarization axis of light are the same in the vertical direction. . As described above, since the polarization axis of the light and the uniaxial direction of the liquid crystal are the same, the first lens layer 330 exhibits a second refractive index no.

이와 비교해서, 볼록렌즈면(330a)을 경계로 그 위에 배치된 제2 렌즈층(340)은 제2 굴절율(no)을 가지고 있어, 제1 렌즈층(330)과 제2 렌즈층(340) 사이에 굴절율 차이가 없다. 따라서, 블록렌즈면(330a)에서 빛은 그대로 투과해 2D 영상이 표시된다.In comparison, the second lens layer 340 disposed thereon at the boundary of the convex lens surface 330a has a second refractive index no, such that the first lens layer 330 and the second lens layer 340 are formed. There is no difference in refractive index between. Therefore, the light is transmitted through the block lens surface 330a as it is and a 2D image is displayed.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

Claims (6)

제1 방향으로 선편광된 빛으로 영상을 표시하는 표시패널과,
상기 제1 방향의 빛을 이와 직교하는 제2 방향의 선편광된 빛으로 선택적으로 바꾸는 편광자와,
장축과 단축 방향에 따라 굴절율 이방성을 갖는 액정셀을 이용해서 상기 편광자에서 공급되는 선편광된 빛을 굴절시키거나 그대로 투과시켜 2D 영상 및 3D 영상을 구현하는 액정렌즈
를 포함하는 무안경방식의 2D/3D 영상표시 장치.
A display panel displaying an image with light linearly polarized in a first direction;
A polarizer for selectively converting the light in the first direction into linearly polarized light in a second direction orthogonal thereto;
A liquid crystal lens for realizing 2D and 3D images by refracting or transmitting the linearly polarized light supplied from the polarizer using a liquid crystal cell having refractive index anisotropy according to a long axis and a short axis.
Glasses-free 2D / 3D image display device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 표시패널은 TN 모드로 동작하는 액정패널인 무안경방식의 2D/3D 영상표시 장치.
The method of claim 1,
The display panel is an auto glasses type 2D / 3D image display device which is a liquid crystal panel operating in the TN mode.
제2항에 있어서,
상기 편광자는 TN모드로 동작하는 액정의 유전율 이방성에 따라 상기 제2 방향의 선평광된 빛을 상기 제1 방향의 선편광된 빛으로 편광시키거나, 그대로 투과시키는 액정패널인 무안경방식의 2D/3D 영상표시 장치.
The method of claim 2,
The polarizer is an autostereoscopic 2D / 3D liquid crystal panel in which the linearly polarized light in the second direction is polarized by the linearly polarized light in the first direction or transmitted as it is according to the dielectric anisotropy of the liquid crystal operating in the TN mode. Video display device.
제2항에 있어서,
상기 편광자는 패러데이 효과에 따라 상기 제1 방향으로 선편광된 빛을 상기 제2 방향으로 선편광시키거나, 그대로 투과시키는 패러데이 회전자를 포함해 이뤄진 무안경방식의 2D/3D 영상표시 장치.
The method of claim 2,
And the polarizer comprises a Faraday rotor which linearly polarizes the light polarized in the first direction or transmits the light polarized in the first direction according to the Faraday effect.
제4항에 있어서, 상기 패러데이 회전자는,
페러데이 효과를 나타내는 자성체로 이뤄진 자성체 박막과,
상기 자성체 박막의 양 편에서 상기 자성체 박막과 나란하게 배치되며, 서로 반대 방향의 전류를 공급하는 제1 전기배선 및 제2 전개배선을 포함하는 무안경방식의 2D/3D 영상표시 장치.
The method of claim 4, wherein the Faraday rotor,
A magnetic thin film made of a magnetic material having a Faraday effect,
An autostereoscopic 2D / 3D image display device disposed on both sides of the magnetic thin film and parallel to the magnetic thin film and including a first electric wiring and a second developing wiring for supplying currents in opposite directions.
제1항에 있어서,
상기 액정렌즈는, 광경화성 액정의 장축 방향을 상기 제2 방향과 동일한 방향으로 배향해 경화시킨 제1 렌즈층과,
볼록렌즈면을 경계면으로 상기 제1 렌즈층 위에 상기 액정의 단축 방향 굴절율과 동일한 굴절율을 갖는 제2 렌즈층을 포함하는 무안경방식의 2D/3D 영상표시 장치.
The method of claim 1,
The liquid crystal lens includes a first lens layer in which the major axis direction of the photocurable liquid crystal is aligned in the same direction as the second direction and cured;
And a second lens layer having a refractive index equal to a uniaxial refractive index of the liquid crystal on the first lens layer with a convex lens surface as an interface.
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