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KR20150078196A - 입체영상 표시 장치용 2d/3d 스위칭 렌즈 - Google Patents

입체영상 표시 장치용 2d/3d 스위칭 렌즈 Download PDF

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KR20150078196A
KR20150078196A KR1020130167377A KR20130167377A KR20150078196A KR 20150078196 A KR20150078196 A KR 20150078196A KR 1020130167377 A KR1020130167377 A KR 1020130167377A KR 20130167377 A KR20130167377 A KR 20130167377A KR 20150078196 A KR20150078196 A KR 20150078196A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
liquid crystal
lens
plate
switching
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Withdrawn
Application number
KR1020130167377A
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English (en)
Inventor
손영교
Original Assignee
코오롱인더스트리 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 코오롱인더스트리 주식회사 filed Critical 코오롱인더스트리 주식회사
Priority to KR1020130167377A priority Critical patent/KR20150078196A/ko
Priority to PCT/KR2014/005413 priority patent/WO2014204228A1/ko
Publication of KR20150078196A publication Critical patent/KR20150078196A/ko
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Abstract

본 발명은 제 1 필름 및 상기 제 1 필름 하단면에 형성된, 다수개의 프레넬 렌즈가 횡방향으로 평행하게 배치된 프레넬 렌즈부를 포함하는 상판; 제 2 필름 및 상기 제 2 필름 상단면에 형성된 하부 배향막을 포함하는 하판; 및 상기 상판과 하판 사이에 액정층을 포함하는 것을 특징으로 2D/3D 스위칭 렌즈를 제공한다.

Description

입체영상 표시 장치용 2D/3D 스위칭 렌즈{2D/3D SWITCHING LENS FOR THREE-DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 입체영상 표시 장치용 2D/3D 스위칭 렌즈에 관한 것이다.
입체 디스플레이(stereoscopic display)는 보통 개개의 좌안 및 우안 시점(viewpoint)으로부터 시차(parallax)를 갖는 이미지를 관찰자에게 제공한다. 관찰자의 양안에 시차 이미지를 제공하는 방법으로는 다음과 같은 2가지의 방법이 존재한다.
첫 번째 방법은 좌/우 이미지 디스플레이의 교번과 동기화에 의하여 광을 시청자의 눈을 향해 투과시키거나 차단시키는 한 쌍의 셔터(shutter) 또는 3D 안경을 이용하는 것이다.
두 번째 방법에서는, 상기와 유사하게 우안과 좌안의 시점이 관찰자의 각각의 눈에 교대로 디스플레이 되지만, 3D 안경은 이용하지 않는다. 이러한 두 번째 방법은 무안경 입체(autostereoscopic)로 지칭되며, 별도의 안경이 필요하지 않기 때문에 입체 3D 시청에 바람직하다.
상기 무안경 입체 방식에는 패럴랙스 베리어(parallax barrier) 방식과 렌티큘라 렌즈(lensticularlens) 방식이 있다.
액정 디스플레이(LCD)는 디스플레이의 임의의 지점 또는 픽셀에서의 이미지가 그 픽셀이 전형적으로 1/60초 또는 그 보다 빨리 그 다음 이미지 리프레시 시간에 업데이트될 때까지 안정되어 있게 되는 샘플/홀드 디스플레이(sample and hold display) 장치이다. 그러한 샘플/홀드 시스템에서, 상이한 이미지들을 디스플레이 하는 것, 구체적으로는 무안경 입체 디스플레이를 위한 교번하는 좌 및 우 이미지들을 디스플레이 하는 것은, 예를 들어 좌안 이미지 광원이 우안에 대한 데이터의 디스플레이 동안에 켜지지 않도록 하고, 그 반대의 경우도 성립하도록 광원들의 주의 깊은 타이밍 시퀀싱(timing sequencing)을 필요로 한다.
좌 및 우 광원들이 이미지 디스플레이와 동기화하여 켜지거나 꺼지는 것을 보장하는 것은 고품질의 무안경 입체 이미지를 달성하는 데 중요하다.
한편, 렌티큘라 렌즈 방식은 패럴랙스 배리어 방식 대비 디스플레이 대형화시 시야각 및 휘도면에서 유리하다. 하지만 렌티큘라 렌즈 방식은 패럴랙스 배리어 방식 대비 액정 사용량이 많으며 디스플레이의 사이즈 증가에 따라 렌즈 두께가 두꺼워져 액정 사용량 증가 및 이에 따른 액정의 배향성이 문제가 된다. 따라서 기존 렌티큘라 렌즈의 성능은 유지하되 적은 액정 사용량으로 배향도가 높은 기술이 요구된다.
한국 특허공개 제10-2010-0139017호
본 발명은 종래 기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무안경 입체 이미지를 제공할 수 있는 2D/3D 스위칭 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 액정층의 두께가 얇아서 사용 액정량을 줄일 수 있어서 원가가 절감 되고 액정 배향성이 향상되는 2D/3D 스위칭 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
제 1 필름 및 상기 제 1 필름 하단면에 형성된, 다수개의 프레넬 렌즈가 횡방향으로 평행하게 배치된 프레넬 렌즈부를 포함하는 상판;
제 2 필름 및 상기 제 2 필름 상단면에 형성된 하부 배향막을 포함하는 하판; 및
상기 상판과 하판 사이에 액정층을 포함하는 것을 특징으로 2D/3D 스위칭 렌즈를 제공한다.
상기 2D/3D 스위칭 렌즈는 프레넬 렌즈부의 하부 곡면에 배향막이 형성되는 특징을 가질 수 있다.
상기 2D/3D 스위칭 렌즈는 제 1 필름의 하단면과 프레넬 렌즈부 상단면 사이에 제 1 투명전극이 더 구비되고; 상기 제 2 필름 상단면과 하부 배향막 사이에 제 2 투명전극이 더 구비되는 특징을 가질 수 있다.
상기 2D/3D 스위칭 렌즈는 액정층에 포함된 액정이 경화된 반응성 액정인 특징을 가질 수 있다.
상기 2D/3D 스위칭 렌즈는 하판에는 편광 스위칭부가 결합되며, 상기 편광 스위칭부는
제 3 필름, 상기 제 3 필름 하단면에 형성된 제 1 전극 및 상기 제 1 전극 하단면에 형성된 상부 배향막을 포함하는 상판;
제 4 필름, 상기 제 4 필름 상단면에 형성된 제 2 전극 및 상기 제 2 전극 상단면에 형성된 하부 배향막을 포함하는 하판; 및
상기 상판과 하판 사이에 액정층을 포함하는 특징을 가질 수 있다.
본 발명의 2D/3D 스위칭 렌즈는 프레넬 렌즈부를 액정과 접촉되는 제 1 필름 하부에 구비함으로써 액정층의 두께가 얇아지므로 사용 액정량을 절감시키며, 이에 따라 원가절감 및 액정 배향성의 향상 효과를 제공한다.
도 1 내지 2는 종래의 2D/3D 스위칭 렌즈의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 2D/3D 스위칭 렌즈의 일예를 보여주는 사시도이다.
도 5은 프레넬 렌즈의 개념도(a) 및 프레넬 렌즈의 구조(b)를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 하기 실시예에서 개별 구성 요소와 기능은 명확히 요구되지 않는 한, 일반적으로 선택될 수 있으며, 과정의 순서는 변경될 수 있다. 몇 몇 실시예의 부분과 특징은 다른 실시예에 포함되거나 다른 실시예로 대체될 수 있다.
도 1및 도2는 종래의 2D/3D 스위칭 렌즈의 구조를 보여주는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 2D/3D 스위칭 렌즈는 디스플레이 패널(200)과 점착제층(300)에 의하여 합착된다.
본 발명의 2D/3D 스위칭 렌즈(100)는 서로 합착된 상판(110) 및 하판(120)을 포함한다.
상기 상판(110)은 제1 필름(111), 상기 제1 필름(111) 하단면에 형성된 제1 투명전극(112), 상기 제1 투명전극(112) 하단면에 형성된 수지층(113), 상기 수지층 하단면에 형성된 상부 배향막(114), 및 상기 상부 배향막(114)과 접촉되는 액정(115)을 포함한다.
상기 수지층(113)은 다수의 렌티큘라 렌즈 패턴들을 가진다. 상기 하판(120)은 제2 필름(121), 상기 제2 필름(121) 상단면에 형성된 제2 투명전극(122), 및 상기 제2 투명전극(122) 상단면에 형성된 하부 배향막(123)을 포함한다.
상기 상판(110)의 액정(115)과 상기 하판(120)의 하부 배향막(123)이 직접 접촉하도록, 상기 상판(110)과 하판(120)은 라미네이팅 공정을 통해 서로 합착된다.
또한, 종래의 2D/3D 스위칭 렌즈는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상판(110), 상기 상판(110)과 합착된 하판(120), 편광 스위칭부(130), 및 상기 하판(120)과 편광 스위칭부(130) 사이의 점착제층(140)을 포함할 수 있다.
상기 상판(110)은 제1 필름(111), 상기 제1 필름(111) 하단면에 형성된 수지층(113), 상기 수지층 하단면에 형성된 상부 배향막(114), 및 상기 상부 배향막(114)과 접촉되는 경화된 반응성 액정(reactive mesogen)(116)을 포함한다. 상기 수지층(113)은 다수의 렌티큘라 렌즈 패턴들을 가진다.
상기 하판(120)은 제2 필름(121), 상기 제2 필름(121) 상단면에 형성된 상부 배향막(123)을 포함한다.
상기 상판(110)과 하판(120)은 라미네이팅 공정을 통해 합착되어 있으며, 상기 상판(110)의 경화된 반응성 액정(116)은 상기 하판(120)의 하부 배향막(123)과 직접 접촉되어 있다.
상기 점착제층(140)을 통해 상기 하판(120)과 합착되어 있는 상기 편광 스위칭부(130)는 제3 및 제4 필름들(131, 132), 상기 제3 및 제4 필름들(131, 132) 상에 각각 형성된 제1 및 제2 투명전극들(133, 134), 상기 제1 및 제2 투명전극들(133, 134) 상에 각각 형성된 상부 및 하부 배향막들(135, 136), 및 상기 배향막들(135, 136) 사이에 위치한 액정(137)을 포함한다.
상기 상부 및 하부 배향막들(135, 136) 사이의 액정(137)의 분자 방향은, 도 2에 예시된 바와 같이, 상부 및 하부 배향막들(135, 136)에 의해 결정된다. 제1 및 제2 투명전극들(133, 134) 사이에 전계가 인가됨에 따라 도 2에 예시된 바와 같이 상기 액정(137)의 분자 방향이 변하게 되고, 그 결과 상기 편광 스위칭부(130)를 통과한 광의 편광 방향이 변경된다.
그러나 상기와 같은 2D/3D 스위칭 렌즈는 디스플레이가 대형화되는 경우, 렌즈의 두께가 높아져 액정 사용량이 많아지고 액정의 배향이 어려워 높은 품질의 무안경 입체 이미지를 제공하지 못하는 단점을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 프레넬 렌즈 요소를 2D/3D 스위칭 렌즈에 채용한 것을 특징으로 한다.
빛의 위상은 2π마다 주기적으로 변하므로, 기존의 볼록렌즈 형태에서 렌즈에 의한 빛의 phase delay가 2π만큼 변화되는 지점을 잘라내어 평면에 옮겨 붙인 형태로 구성해도 동일한 볼록렌즈로 기능한다. 이러한 렌즈를 프레넬 렌즈(Fresnel lens)라 하며, 도 5의 (a) 및 (b)는 이러한 프레넬 렌즈의 개념을 보여주고 있다. 프레넬 렌즈는 기존의 볼록렌즈의 두꺼운 두께를 얇은 형태로 제작할 수 있는 장점을 가진다. 이러한 프레넬 렌즈의 설계를 위해 도 6의 (b)에 나타난 구조에서 거리에 따른 프레넬 렌즈의 높이는 다음과 같이 정의된다:
Figure pat00001
상기 수식에서 m은 프레넬 존의 개수를 의미하며, f는 프레넬 렌즈의 초점거리를 나타낸다. 액정 렌즈를 일반 GRIN 렌즈 타입이 아닌 프레넬 렌즈의 형태로 구현하면, 얇은 액정층을 이용하여 단초점 구현이 가능하므로, 낮은 구동전압, 빠른 응답속도, 낮은 색수차와 같은 장점을 가진다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 2D/3D 스위칭 렌즈의 일예를 보여주는 사시도이다.
상기 도 3에 예시된 바와 같이, 본 발명의 2D/3D 스위칭 렌즈는 점착제층(300)에 의해 디스플레이 패널(200)과 합착될 수 있다.
상기 2D/3D 스위칭 렌즈(100)는 서로 합착된 상판(110) 및 하판(120)을 포함한다.
상기 상판(110)은 제1 필름(111), 상기 제1 필름(111) 하단면에 형성된 제1 투명전극(112), 상기 제1 투명전극(112) 하단면에 형성된 수지층(113), 수지층의 하단면에 형성된 상부 배향막(114), 및 상기 상부 배향막(114)과 접촉되는 액정(115)을 포함한다.
상기 수지층(113)은 다수의 프레넬 렌즈 패턴들을 가진다. 상기 하판(120)은 제2 필름(121), 상기 제2 필름(121) 상단면에 형성된 제2 투명전극(122), 및 상기 제2 투명전극(122) 상단면에 형성된 하부 배향막(123)을 포함한다.
상기 상판(110)의 액정(115)과 상기 하판(120)의 하부 배향막(123)이 직접 접촉하도록, 상기 상판(110)과 하판(120)은 라미네이팅 공정을 통해 서로 합착된다. 상기 상부 및 하부 배향막들(114, 123) 사이 액정(115)의 초기 분자 방향은, 도1에 예시된 바와 같이, 배향막들(114, 123)에 의해 결정된다. 제1 및 제2 투명전극들(112, 122) 사이에 전계가 인가됨에 따라, 도 2에 예시된 바와 같이, 상기 액정(115)의 분자 방향이 변하게 되고, 그 결과 상기 액정(115)의 굴절율도 변하게 된다. 예를 들어, 제1 및 제2 투명전극들(112, 122) 사이에 전계를 인가함으로써 3D로의 모드 전환이 수행될 수 있다. 본 발명의 스위칭 렌즈(100)는, 2D 모드 하에서는 경로 변경 없이 입사광을 그대로 통과시키지만, 3D 모드 하에서는 좌안과 우안에 서로 다른 2차원 영상들을 제공하기 위하여 입사광의 경로를 변경시키는 렌즈로서의 기능을 수행한다.
본 발명의 2D/3D 스위칭 렌즈는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상판(110), 상기 상판(110)과 합착된 하판(120), 편광 스위칭부(130), 및 상기 하판(120)과 편광 스위칭부(130) 사이의 점착제층(140)을 포함한다.
상기 상판(110)은 제1 필름(111), 상기 제1 필름(111) 하단면에 형성된 수지층(113), 상기 수지층 하단면에 형성된 상부 배향막(114), 및 상기 상부 배향막(114)과 접촉되는 경화된 반응성 액정(reactive mesogen)(116)을 포함한다. 상기 수지층(113)은 다수의 프레넬 렌즈 패턴들을 가진다.
상기 하판(120)은 제2 필름(121), 상기 제2 필름(121) 상단면에 형성된 하부 배향막(123)을 포함한다.
상기 상판(110)과 하판(120)은 라미네이팅 공정을 통해 합착되어 있으며, 상기 상판(110)의 경화된 반응성 액정(116)은 상기 하판(120)의 하부 배향막(123)과 직접 접촉된다.
상기 점착제층(140)을 통해 상기 하판(120)과 합착되어 있는 상기 편광 스위칭부(130)는 제3 및 제4 필름들(131, 132), 상기 제3 및 제4 필름들(131, 132) 상에 각각 형성된 제1 및 제2 투명전극들(133, 134), 상기 제1 및 제2 투명전극들(133, 134) 상에 각각 형성된 상부 및 하부 배향막들(135, 136), 및 상기 배향막들(135, 136) 사이에 위치하는 액정(137)을 포함한다.
상기 상부 및 하부 배향막들(135, 136) 사이의 액정(137)의 분자 방향은, 도 2에 예시된 바와 같이, 배향막들(135, 136)에 의해 결정된다. 제1 및 제2 투명전극들(133, 134) 사이에 전계가 인가됨에 따라 도 2에 예시된 바와 같이 상기 액정(137)의 분자 방향이 변하게 되고, 그 결과 상기 편광 스위칭부(130)를 통과한 광의 편광 방향이 변경된다.
즉, 제1 및 제2 투명전극들(133, 134) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서 상기 편광 스위칭부(130)를 통과한 광의 편광 방향과 제1 및 제2 투명전극들(133, 134) 사이에 전계가 인가된 상태에서 상기 편광 스위칭부(130)를 통과한 광의 편광 방향은 상이하고, 이와 같이 서로 다른 편광 방향을 갖는 입사광에 대하여 상기 경화된 반응성 액정(116)은 다른 굴절율을 갖는다.
결국, 본 발명의 제2 실시예에 의한 스위칭 렌즈(100)도, 2D 모드 하에서는 경로 변경 없이 입사광을 그대로 통과시키지만, 3D 모드 하에서는 좌안과 우안에 서로 다른 2차원 영상들을 제공하기 위하여 입사광의 경로를 변경시키는 렌즈로서의 기능을 수행한다.
예를 들어, 제1 및 제2 투명전극들(133, 134) 사이에 전계를 인가함으로써 3D로의 모드 전환이 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 디스플레이 패널(200)은 2D 모드 하에서는 2D 영상을 제공하고 3D 모드 하에서는 3D 영상(좌안 영상 및 우안 영상)을 제공하는 패널로서 PDP 패널, LCD 패널, 또는 OLED 패널일 수 있다.
상기 스위칭 렌즈(100)와 상기 디스플레이 패널(200)의 합착을 위한 점착제층(300)을 형성하는 접착제로는 예컨대, 투명 감압 점착제가 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에서 프레넬 렌즈는 이 분야에 공지되어 있는 것을 의미하면, 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에서, 상기 수지층(113)에 포함된 각각의 프레넬 렌즈의 내표면에 형성되는 상부 배향막은 필수적인 것은 아니다. 왜냐하면, 상기 내부곡면을 러빙처리만 해도 액정의 배향이 가능할 수 있기 때문이다.
상기와 같은 형태의 2D/3D 스위칭 렌즈는 액정층의 두께가 얇기 때문에, 사용되는 액정량이 작으며, 이에 따라 원가절감 및 액정 배향성 향상의 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에서, 제 1 필름, 제 2 필름, 제3 필름, 제 4 필름, 상하부 배향막, 제 1 투명전극, 제 2 투명전극, 액정 등의 소재 및 이들을 사용하여 2D/3D 스위칭 렌즈를 구성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며 이 분야에 공지된 기술을 적용할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100: 스위칭 렌즈 110: 상판
111: 제 1 필름 112: 제 1 투명전극
113: 수지층(프레넬 렌즈부) 114, 135: 상부 배향막
115, 116, 137: 액정 120: 하판
121: 제 2 필름 122: 제 2 투명전극
123, 136: 하부 배향막 130: 편광 스위칭부
131: 제 3 필름 132: 제 4 필름
133: 제 1 투명전극 134: 제 2 투명전극
140, 300: 점착제층 200: 디스플레이패널

Claims (5)

  1. 제 1 필름 및 상기 제 1 필름 하단면에 형성된, 다수개의 프레넬 렌즈가 횡방향으로 평행하게 배치된 프레넬 렌즈부를 포함하는 상판;
    제 2 필름 및 상기 제 2 필름 상단면에 형성된 하부 배향막을 포함하는 하판; 및
    상기 상판과 하판 사이에 액정층을 포함하는 것을 특징으로 2D/3D 스위칭 렌즈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부의 하부 곡면에 배향막이 형성된 것을 특징으로 하는 2D/3D 스위칭 렌즈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 필름의 하단면과 프레넬 렌즈부 상단면 사이에 제 1 투명전극이 더 구비되고; 상기 제 2 필름 상단면과 하부 배향막 사이에 제 2 투명전극이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 2D/3D 스위칭 렌즈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 액정층에 포함된 액정은 경화된 반응성 액정인 것을 특징으로 하는 2D/3D 스위칭 렌즈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    하판에는 편광 스위칭부가 결합되며, 상기 편광 스위칭부는
    제 3 필름, 상기 제 3 필름 하단면에 형성된 제 1 전극 및 상기 제 1 전극 하단면에 형성된 상부 배향막을 포함하는 상판;
    제 4 필름, 상기 제 4 필름 상단면에 형성된 제 2 전극 및 상기 제 2 전극 상단면에 형성된 하부 배향막을 포함하는 하판; 및
    상기 상판과 하판 사이에 액정층을 포함하는 것을 특징으로 2D/3D 스위칭 렌즈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent event code: PA01091R01D

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Patent event date: 20131230

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid