KR20150092430A - 액정 렌즈 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

액정 렌즈 및 이를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다. 액정 렌즈는 제1 기판, 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 개재된 액정층, 및 제2 기판의 외측 상부에 배치된 렌즈 편광판으로서, 제1 편광 방향을 갖는 제1 편광 영역, 제1 편광 방향과 상이한 제2 편광 방향을 갖는 제2 편광 영역을 포함하는 렌즈 편광판을 포함한다.

Description

액정 렌즈 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{Liquid crystal lens and display including the same}

본 발명은 액정 렌즈 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

디스플레이 장치는 다양한 방식으로 광을 방출하여 영상을 표시한다. 디스플레이 장치가 광을 방출하는 방식은 디스플레이 장치의 종류를 구분하는 기준이 되기도 한다. 각 광 방출 방식에 대해 방출되는 광의 휘도를 효과적으로 제어하고, 표시 품질을 향상시키기 위한 다양한 연구가 경쟁적으로 이루어지고 있다.

최근 들어, 광 휘도 제어와는 별도로, 광 경로 제어를 통해 3차원 영상을 구현하는 입체 영상 표시장치에 대한 연구가 각광을 받고 있다. 좌안 영상을 관찰자의 좌안에, 우안 영상은 관찰자의 우안에 제공하면, 관찰자가 이를 입체로 인식할 수 있다는 것을 기본 원리로 하고 있다. 안경 방식에 해당하는 편광방식, 시분할 방식이나, 무안경 방식에 해당하는 패럴랙스-배리어방식, 렌티큘러(lenticular) 또는 마이크로 렌즈방식 및 블린킹 라이트(blinking light) 방식 등이 주로 연구되고 있다.

한편, 3차원 영상만을 장시간 시청하면 어지러움을 느낄 수 있다. 또, 시청자가 3차원 영상 콘텐츠 뿐만 아니라 2차원 영상 콘텐츠를 시청하길 원하는 경우도 있다.

모드별로 광 경로를 다르게 제어할 수 있다면, 2차원 및 3차원 영상을 모두 디스플레이하는 것이 가능하다. 이러한 기능을 수행하는 렌즈로서, 액정 렌즈가 고려될 수 있다. 액정 렌즈는 3차원 영상을 표시할 때, 좌우 영상 간 크로스토크가 발생할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 크로스토크가 개선된 액정 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 크로스토크가 개선된 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈는 제1 기판, 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층, 및 상기 제2 기판의 외측 상부에 배치된 렌즈 편광판으로서, 제1 편광 방향을 갖는 제1 편광 영역, 상기 제1 편광 방향과 상이한 제2 편광 방향을 갖는 제2 편광 영역을 포함하는 렌즈 편광판을 포함한다.

여기서, 상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역은 각각 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향을 따라 교대 배열될 수 있다.

상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향은 상기 제1 방향에 대하여 각각 틸트되어 있을 수 있다.

상기 제1 방향에 대한 상기 제1 편광 방향 및 상기 제2 편광 방향의 틸트각은 각각 -10° 내지 10°의 범위에서 설정될 수 있다.

상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 대향하도록 제2 기판 상에 형성되며, 상호 분리된 복수의 서브 전극을 포함하는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.

상기 각 서브 전극은 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다.

상기 액정 렌즈는 상기 제1 전극 상에 형성된 제1 배향막 및 상기 제2 전극 상에 형성되고, 상기 제1 방향으로 배향된 제2 배향막을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 배향막의 배향 방향은 상기 제1 방향과 상이할 수 있다.

상기 제1 편광 영역의 폭과 상기 제2 편광 영역의 폭은 동일할 수 있다.

또한, 인접하는 적어도 하나의 제1 편광 영역과 적어도 하나의 제2 편광 영역을 포함하는 복수의 편광 그룹을 포함하되, 서로 다른 상기 편광 그룹의 상기 제1 편광 방향이 서로 상이하고, 서로 다른 상기 편광 그룹의 상기 제2 편광 방향이 서로 상이할 수 있다.

상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역의 경계를 가로지르는 방향으로 분리된 복수의 편광 그룹을 포함하되, 상기 제1 편광 영역은 서로 다른 상기 편광 그룹에서의 상기 제1 편광 방향이 서로 상이하고, 상기 제2 편광 영역은 서로 다른 상기 편광 그룹에서의 상기 제2 편광 방향이 서로 상이할 수 있다.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 디스플레이 패널, 및 상기 디스플레이 패널 상부에 배치된 액정 렌즈로서, 제1 기판, 상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층, 및 상기 제2 기판의 외측 상부에 배치된 렌즈 편광판으로서, 제1 편광 방향을 갖는 제1 편광 영역, 상기 제1 편광 방향과 상이한 제2 편광 방향을 갖는 제2 편광 영역을 포함하는 렌즈 편광판을 포함하는 액정 렌즈를 포함한다.

여기서, 상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역은 각각 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향을 따라 교대 배열될 수 있다.

상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향은 상기 제1 방향에 대하여 각각 틸트되어 있을 수 있다.

상기 제1 방향에 대한 상기 제1 편광 방향 및 상기 제2 편광 방향의 틸트각은 각각 -10° 내지 10°의 범위에서 설정될 수 있다.

상기 액정 렌즈는 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 대향하도록 제2 기판 상에 형성되며, 상호 분리된 복수의 서브 전극을 포함하는 제2 전극을 더 포함할 수 있다.

상기 각 서브 전극은 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다.

또한, 디스플레이 장치는 상기 디스플레이 패널과 상기 액정 렌즈 사이에 배치된 패널 편광판을 더 포함하고, 상기 액정 렌즈는 상기 패널 편광판의 편광 방향과 동일한 방향으로 배향된 제1 배향막 및 상기 제2 전극 상에 형성되고, 상기 제1 방향으로 배향된 제2 배향막을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 배향막의 배향 방향은 상기 제1 방향과 상이할 수 있다.

상기 디스플레이 패널은 좌안 화소와 우안 화소를 포함하되, 상기 제1 편광 영역은 상기 좌안 화소 상부에 오버랩되도록 배치되고, 상기 제2 편광 영역은 상기 우안 화소 상부에 오버랩되도록 배치될 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 액정 렌즈에 부착되는 렌즈 편광판의 제1 편광 영역과 제2 편광 영역의 편광 방향을 서로 상이하게 설정함으로써, 최대 회절 효율을 개선할 수 있다. 따라서, 액정 렌즈 및 이를 채용한 디스플레이 장치의 전반적인 휘도가 상승할 뿐만 아니라, 입체 영상의 화질이 더욱 선명해지고, 좌우 영상의 크로스토크가 감소할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 액정 렌즈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 액정 렌즈의 평면 배치 및 대응하는 렌즈의 단면 형상을 함께 도시한 개략도이다.
도 4는 액정 렌즈의 편광 방향에 따른 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에서 빛의 투과 경로를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치에서 복수의 방향을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 렌즈의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈의 편광판의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈의 편광판의 평면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 디스플레이 장치의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(300)는 디스플레이 패널(100)과 액정 렌즈(200)를 포함할 수 있다.

디스플레이 패널(100)은 복수의 화소(PX1, PX2)를 포함하며, 각 화소(PX1, PX2)별로 빛을 출사하여 화상을 표시한다. 디스플레이 패널(100)은 자발광 소자를 포함하는 유기발광표시패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 전계방출 디스플레이 패널 등이 적용될 수 있다. 디스플레이 패널은 또한 액정표시패널과 같은 비발광 소자를 포함할 수도 있다. 이 경우, 디스플레이 장치(300)는 액정표시패널에 빛을 제공하는 백라이트 유닛을 더 포함할 수 있다.

디스플레이 패널(100)의 각 화소(PX1, PX2)는 매트릭스 형상으로 배열될 수 있다. 매트릭스 배열된 화소(PX1, PX2)들은 복수의 화소 행과 복수의 화소 열을 이룰 수 있다. 매트릭스 배열의 외형이 직사각형 형상인 예시적인 실시예에서, 각 화소 행에 속하는 화소의 수는 동일하고, 각 화소 열에 속하는 화소의 수는 동일할 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 매트릭스 배열의 외형이 원형인 경우와 같이, 화소 행에 속하는 화소의 수 및 화소 열에 속하는 화소의 수가 화소 행 및 화소 열에 따라 각각 상이할 수도 있다.

디스플레이 패널(100)은 상호 대향하는 제1 표시판 및 제2 표시판을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(100)이 액정표시패널인 경우, 제1 표시판과 제2 표시판 사이에는 액정물질층이 개재될 수 있다. 출광 측인 제2 표시판의 상부 외측에는 패널 편광판(110)이 부착될 수 있다.

디스플레이 장치(300)가 입체 영상 디스플레이 장치인 경우, 복수의 화소(PX1, PX2)는 좌안 화소(PX1) 및 우안 화소(PX2)를 포함할 수 있다. 좌안 화소(PX1)는 좌안 영상을 표시하고, 우안 화소(PX2)는 우안 영상을 표시할 수 있다. 여기서, 좌안 영상과 우안 영상은 시청자에게 양안 시차를 이용하여 입체 영상을 느낄 수 있도록 고려된 영상들로서, 좌안 영상은 시청자의 좌안(LE)으로 관찰되고, 우안 영상은 시청자의 우안(RE)으로 관찰되기를 희망하는 영상일 수 있다. 좌안 화소(PX1)와 우안 화소(PX2)는 열마다 교대로 배열될 수 있다.

디스플레이 패널(100)의 출광 측에는 액정 렌즈(200)가 배치된다. 액정 렌즈(200)는 디스플레이 패널(100)로부터 출사된 빛의 경로를 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 액정 렌즈(200)는 입사된 빛을 굴절 또는 회절시켜 출사 방향을 변경할 수 있다.

액정 렌즈(200)는 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 액정 렌즈(200)의 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)은 모드에 따라 화소 별로 빛의 진행 방향 변경 각도를 상이하게 할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(R1)은 좌안 영역으로서, 디스플레이 패널(100)의 좌안 영상을 표시하는 좌안 화소(PX1) 상부에 위치하면서, 3D 모드에서 하부의 좌안 화소(PX1)에서 출사되는 빛을 우측으로 진행 방향을 변경시켜 시청자의 좌안(LE)을 향하도록 하고, 제2 영역(R2)은 우안 영역으로서, 디스플레이 패널(100)의 우안 영상을 표시하는 우안 화소(PX2)의 상부에 위치하면서, 3D 모드에서 우안 화소(PX2)에서 출사되는 빛을 좌측으로 진행 방향을 변경시켜 시청자의 우안(RE)으로 향하도록 할 수 있다. 한편, 2D 모드에서, 액정 렌즈(200)는 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)의 구별없이 빛의 진행 방향을 일정하게 전달할 수 있다.

이하, 디스플레이 장치(300)에 적용되는 액정 렌즈(200)의 보다 구체적인 실시예들에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 액정 렌즈의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 액정 렌즈의 평면 배치 및 대응하는 렌즈의 단면 형상을 함께 도시한 개략도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 액정 렌즈(200)는 제1 기판(210)과 제2 기판(220)을 포함한다. 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 사이에는 액정층(230)이 개재된다.

제1 기판(210)에는 제1 전극(240)이 형성되고, 제2 기판(220)에는 제2 전극(250)이 형성될 수 있다. 제1 전극(240)과 제2 전극(250)은 액정층(230)을 사이에 두고 상호 대향할 수 있다.

제1 전극(240)은 전면에 형성된 일체형 전극일 수 있다. 제2 전극(250)은 분할된 복수의 서브 전극(250a)들을 포함할 수 있다. 각 서브 전극(250a)들은 상호 이격될 수 있다. 제2 전극(250)의 각 서브 전극(250a)들은 일 방향을 따라 연장될 수 있다. 서브 전극(250a)의 연장 방향은 액정 렌즈(200)의 단변 또는 디스플레이 패널(100)의 화소 열 연장 방향에 대해 소정 각도(α) 틸트될 수 있다.

액정 렌즈(200)는 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함한다. 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)은 제2 전극(250)의 서브 전극(250a) 연장 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)은 그 연장 방향을 가로지르는 방향으로 교대 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)은 액정 렌즈(200)의 장변 방향 또는 디스플레이 패널(100)의 화소 행 방향을 따라 반복하여 교대 배열될 수 있다. 제1 영역(R1)의 폭과 제2 영역(R2)의 폭은 각각 동일할 수 있다. 이웃하는 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)은 쌍을 이루어 렌티큘러 렌즈(LR)와 유사한 역할을 수행할 수 있다.

더욱 구체적으로 설명하면, 액정 렌즈(200) 오프 모드(예컨대 2D 모드)에서는 제1 전극(240) 및 제2 전극(250)에 전압이 인가되지 않거나 동일한 전압이 인가되어 액정층(230)에 전계가 형성되지 않는다. 그에 따라 액정 렌즈(200)는 별다른 광 변조 기능 없이 않고, 디스플레이 패널(100)로부터 출사된 빛을 통과시킨다.

반면, 액정 렌즈(200) 온 모드(예컨대 3D 모드)에서 제1 전극(240)에 공통 전압을 인가하고, 상호 분할되어 있는 서브 전극(250a)들에 상이한 전압을 인가하면, 제1 전극(240)과 제2 전극(250) 사이의 전계는 각 서브 전극(250a)이 배치된 영역마다 상이하게 된다. 그에 따라, 액정 분자의 회전 정도가 상이하게 되고, 굴절율도 상이해질 수 있다. 이와 같은 현상을 이용하여 액정 렌즈(200)는 빛을 굴절시켜 빛의 진행 방향을 변경하는 그린 렌즈 또는 빛을 회절시켜 빛의 진행 방향을 변경하는 프레넬 존 플레이트 등과 같은 광학 렌즈로 동작할 수 있다. 이에 대한 더욱 구체적인 내용은 대한민국 특허공개 제2011-0104701호, 및 대한민국 특허공개 제2013-0046116호에 개시되어 있으며, 상기 문헌들에 개시된 내용은 본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된다.

제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)은 디스플레이 패널(100)의 화소 열 연장 방향 또는 액정 렌즈(200)의 단변에 대하여 소정 각도(α) 틸트되도록 배치될 수 있다.

제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)이 디스플레이 패널(100)의 화소 열 연장 방향과 교차각(α)을 이루며 교차하면, 수평 방향에서의 색분리와 모아레 현상에 기인하는 화질 저하를 개선할 수 있다. 상기 교차각(α)은 화소의 폭과 길이의 비, 시점의 수, 화소의 배열 등을 고려하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 화소의 폭이 a이고, 화소의 길이가 b일 때, 상기 교차각(α)은 tan^-1(b/a)로 표현될 수 있다. 상기 교차각(α)을 설정하는 더욱 다양한 예시적인 방법이 대한민국 특허공개 제2003-0046116호에 개시되어 있으며, 상기 문헌에 개시된 내용은 본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된다.

액정 렌즈(200)는 제1 기판(210) 상에 형성된 제1 배향막(270) 및 제2 기판(220) 상에 형성된 제2 배향막(280)을 더 포함할 수 있다. 제1 배향막(270)은 제1 전극(240)을 덮도록 형성되고, 제2 배향막(280)은 제2 전극(250)을 덮도록 형성된다. 액정층(230)은 제1 배향막(270)과 제2 배향막(280) 사이에 개재되고, 액정 분자가 제1 배향막(270) 및 제2 배향막(280)에 접할 수 있다.

제1 배향막(270)은 제1 배향 방향을 갖고, 제2 배향막(280)은 제2 배향 방향을 갖는다. 제1 배향막(270) 부근에서 액정 분자는 제1 배향 방향으로 배향되고, 제2 배향막(280) 부근에서 액정 분자는 제2 배향 방향을 배향될 수 있다. 제2 제1 배향 방향과 제2 배향 방향은 상이할 수 있다. 제1 배향막(270)과 제2 배향막(280)은 대략 안티 패러럴(anit parallel)한 방향으로 배향될 수 있다.

제1 배향 방향은 디스플레이 패널(100)에서 출광되는 빛의 편광 방향과 동일하거나, 유사할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 제1 배향 방향은 디스플레이 패널(100)에서 출광되는 빛의 편광 방향(즉, 디스플레이 패널(100)의 외측 패널 편광판(110)의 편광 방향)과 동일하거나, 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 배향 방향과 상기 편광 방향의 교차각은 약 -5° 내지 5°의 범위에서 선택될 수 있다.

디스플레이 패널(100)의 외측에 패널 편광판(110)이 부착된 경우, 디스플레이 패널(100)로부터 출사되는 빛은 패널 편광판(110)의 편광축 방향으로 편광된다. 제1 배향막(270) 상의 액정 분자는 제1 배향 방향으로 배향되는데, 제1 배향 방향이 디스플레이 패널(100)에서 출광되는 빛의 편광 방향과 동일하거나 유사하면, 추가적인 위상차 필름이나 편광판 없이도 광 손실이 감소할 수 있다.

이에 제한되는 것은 아니지만, 제2 배향 방향은 제2 전극(250)의 각 서브 전극(250a)의 연장 방향과 동일하거나, 유사할 수 있다. 예를 들어, 제2 배향 방향과 제2 전극(250) 각 서브 전극(250a)의 연장 방향이 이루는 교차각은 약 -5° 내지 5°의 범위에서 선택될 수 있다.

액정 렌즈(200)는 제2 기판(220)의 외측 상부에 배치된 렌즈 편광판(260)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, "편광판"은 "편광 시트"나 "편광 필름"을 포함하는 의미로 해석될 수 있다.

렌즈 편광판(260)은 예를 들어, 기재, 기재 상부에 형성된 편광층, 및 기재 하부에 형성된 점착층을 포함할 수 있다. 렌즈 편광판(260)은 점착층을 통해 제2 기판(220)의 상면에 부착될 수 있다. 그러나, 렌즈 편광판(260)의 구조 및 배치가 위 예시에 제한되지 않음은 물론이다.

렌즈 편광판(260)(또는 편광층)은 제1 영역(R1)에 위치하는 제1 편광 영역(260a)과 제2 영역(R2)에 위치하는 제2 편광 영역(260b)을 포함한다. 제1 편광 영역(260a)의 폭은 액정 렌즈(200)의 제1 영역(R1)의 폭과 동일할 수 있다. 제2 편광 영역(260b)의 폭은 액정 렌즈(200)의 제2 영역(R2)의 폭과 동일할 수 있다. 또한, 제1 편광 영역(260a)과 제1 영역(R1)이 완전히 오버랩되고, 제2 편광 영역(260b)과 제2 영역(R2)이 완전히 오버랩될 수 있다. 아울러, 제1 편광 영역(260a)의 폭과 제2 편광 영역(260b)의 폭은 동일할 수 있다.

제1 편광 영역(260a)은 제1 편광 방향(X1)을 갖고, 제2 편광 영역(260b)은 제1 편광 방향(X1)과 상이한 제2 편광 방향(D2)을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 편광 영역(260a)은 전체가 동일한 제1 편광 방향(X1)을 갖고, 제2 편광 영역(260b)은 전체가 동일한 제2 편광 방향(X2)을 가질 수 있다.

제1 편광 방향(X1)과 제2 편광 방향(X2)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)의 연장 방향과 상이할 수 있다. 제1 편광 방향(X1) 및 제2 편광 방향(X2)에 대한 상세한 설명을 위해 도 4가 참조된다.

도 4는 액정 렌즈(200)의 편광 방향에 따른 회절 효율의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 시뮬레이션 툴로는 Techwiz 3D와 Matlab이 사용되었다.

도 4에서, x축은 렌즈 편광판(260)이 편광축(또는 투과축)이 렌즈 편광판(260)의 가로 변(화소의 행 방향)에 대해 기울어진 각도(경사각)를 나타내고, y축은 렌즈 편광판(260)을 통과할 때의 회절 효율을 나타낸다. 또한, 도 4에서 실선은 좌안 영상을 액정 렌즈(200)의 제1 영역(R1)을 통해 투과시켰을 때의 회절 효율을 나타내고, 점선은 우안 영상을 액정 렌즈(200)의 제2 영역(R2)을 통해 투과시켰을 때의 회절 효율을 나타내고, 일점 쇄선은 좌안 영상의 회절 효율과 우안 영상의 회절 효율의 평균을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 회절 효율은 렌즈 편광축의 경사각에 따라 상이할 뿐만 아니라, 좌안 영상인지 우안 영상인지에 따라서도 회절 효율의 그래프가 달라짐을 알 수 있다. 이것은 제1 배향막(270)과 제2 배향막(280)이 대략 안티 패러럴(anit parallel)한 방향으로 배향되고, 액정 렌즈(200) 내의 액정 분자가 제1 배향막(270) 및 제2 배향막(280)에 인접한 부근에서 프리 틸트되어 있음으로 인해, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)에서 액정 분자가 회전하는 정도가 미세하게 차이가 나기 때문인 것으로 추측된다.

도 4에서, 좌안 영상의 경우, 편광축의 경사각이 약 73°에서 약 97.9% 정도의 최대 회절 효율을 나타내는 반면, 우안 영상의 경우, 편광축의 경사각이 약 85°에서 약 97.9% 정도의 최대 회절 효율을 나타낸다. 렌즈 편광판(260)이 단일 방향 편광축을 갖는다면, 일점 쇄선으로 나타난 것처럼, 약 81° 정도로 편광축의 경사각을 설정하였을 때 97.7% 정도의 최대 회절 효율을 나타낼 것이다. 반면, 좌안 영상이 투과되는 제1 편광 영역(260a)의 제1 편광 방향(X1) 경사각을 약 73°로 설정하고, 우안 영상이 투과되는 제2 편광 영역(260b)의 제2 편광 방향(X2) 경사각을 약 85°로 설정하면, 평균 97.9%의 최대 회절 효율을 나타낼 수 있다. 즉, 제1 편광 영역(260a)과 제2 편광 영역(260b)의 편광 방향을 서로 상이하게 설정함으로써, 최대 회절 효율을 개선할 수 있고, 그에 따라 디스플레이 장치(300)의 전반적인 휘도가 상승할 뿐만 아니라, 입체 영상의 화질이 더욱 선명해지고, 좌우 영상의 크로스토크가 감소할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에서 빛의 투과 경로를 도시한 개략도이다.

도 5를 참조하면, 디스플레이 패널(100)에서 출사된 빛은 패널 편광판(110)의 편광 방향(X6)을 따라 편광된다. 편광된 빛이 액정 렌즈(200)에 입사되면, 제1 전극(240) 및 제1 배향막(270)을 통과한다. 여기서, 제1 배향막(270)의 배향 방향(X5)이 패널 편광판(110)의 편광 방향(X6)과 동일한 경우, 입사된 빛의 편광 방향과 제1 배향막(270)에 인접한 액정 분자의 배향 방향이 일치하므로, 과도한 광 손실 없이 액정층(230) 내부로 입사할 수 있다.

액정 렌즈(200)의 액정층(230) 내부로 진입된 빛은 액정층(230) 내 액정 방향자들의 배향 방향을 따라 미리 결정된 경사 각도로 꼬여진 후, 제2 배향 방향(X4)을 갖는 제2 배향막(280) 및 연장 방향(X3)이 제2 배향 방향(X4)과 동일한 서브 전극(250a)을 포함하는 제2 전극(250)을 통과하고, 이후, 렌즈 편광판(260)을 통과하여 출사될 수 있다. 여기서, 렌즈 편광판(260)의 제1 편광 영역(260a)을 통과하는 빛은 제1 편광 방향(X1)으로 편광되고, 제2 편광 영역(260b)을 통과하는 빛은 제2 편광 방향(X2)으로 편광된다. 상술한 바와 같이 제1 편광 방향(X1)과 제2 편광 방향(X2)이 각각 투과되는 좌안 영상 및 우안 영상에 최대 회절 효율을 나타내는 방향으로 상호 상이하게 설정되면, 전반적인 휘도 상승 및 화질 개선이 이루어질 수 있다.

도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치(300)에서 복수의 방향을 나타낸 개략도이다. 도 6에는 제1 방향(D1), 제2 방향(D2), 제3 방향(D3), 제4 방향(D4), 및 제5 방향(D5)이 예시적으로 도시된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 디스플레이 장치(300)가 직사각형으로 이루어진 경우, 디스플레이 장치(300)는 장변과 단변을 갖는다. 디스플레이 장치(300)의 장변의 연장 방향이 제1 방향(D1)으로 정의되면, 디스플레이 장치(300)의 단변은 제1 방향(D1)에 수직인 제2 방향(D2)을 따라 연장된다.

디스플레이 패널(100) 내의 화소 행은 제1 방향(D1)으로 배열되고, 화소 열은 제2 방향(D2)으로 배열될 수 있다.

패널 편광판(110)의 편광 방향(X6)과 액정 렌즈(200)의 제1 배향막(270)의 제1 배향 방향(X5)은 제2 방향(D2)과 동일할 수 있다. 액정 렌즈(200)의 제2 배향막(280)의 제2 배향 방향(X4)은 제2 방향(D2)에 대해 제1 각도(θ1)의 교차각을 갖는 제3 방향(D3)과 동일할 수 있다. 제1 각도(θ1)는 0°보다 크고, 45° 이하인 범위에서 선택될 수 있다. 액정 렌즈(200) 제2 전극(250)의 서브 전극(250a) 연장 방향(X3)과, 액정 렌즈(200)의 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)의 연장 방향 또한 제3 방향(D3)과 동일할 수 있다.

렌즈 편광판(260)의 제1 편광 방향(X1)(또는 제2 편광 방향(X2))은 제4 방향(D4)과 동일하고, 제2 편광 방향(X2)(또는 제1 편광 방향(X1))은 제5 방향(D5)과 동일할 수 있다. 제4 방향(D4)은 제3 방향(D3)에 대하여 제2 각도(θ2)의 교차각을 갖고, 제5 방향(D5)은 제3 방향(D3)에 대하여 제3 각도(θ3)의 교차각을 가질 수 있다. 제2 각도(θ2)와 제3 각도(θ3)는 서로 상이하며, 각각 -15° 내지 15° 또는 -10° 내지 10°의 범위에서 설정될 수 있다. 위와 같은 범위에서 상술한 바와 같이 좌안 영상과 우안 영상의 회절 효율을 우수하게 구현할 수 있다. 한편, 도면에서는 제4 방향(D4) 및 제5 방향(D5)이 제3 방향(D3)보다 좌측에 위치하여 제2 각도(θ2)와 제3 각도(θ3)가 모두 양의 값을 갖는 경우를 예시하였지만, 둘 중 하나가 음의 값을 갖거나, 모두 음의 값을 가질 수도 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 렌즈의 단면도이다. 본 실시예는 액정 렌즈(201)의 제2 전극(251)이 복수의 층으로 형성될 수 있음을 예시한다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 렌즈(201)는 제2 전극(251)이 제1 서브 전극층 및 제2 서브 전극층을 포함하는 점이 도 2의 실시예와 상이한 점이다.

제1 서브 전극층은 복수의 제1 서브 전극(251a)들을 포함하고, 제2 서브 전극층은 복수의 제2 서브 전극(251b)들을 포함한다. 각 제1 서브 전극(251a)들과 각 제2 서브 전극(251b)들의 연장 방향은 동일할 수 있다.

제1 서브 전극(251a)층과 제2 서브 전극(251b)층 사이에는 절연막(290)이 개재될 수 있다. 제1 서브 전극층의 각 제1 서브 전극(251a)들과 제2 서브 전극층의 각 제2 서브 전극(251b)들은 상호 교대로 배열될 수 있다. 제1 서브 전극(251a)들과 제2 서브 전극(251b)들은 수직 방향으로 오버랩되지 않거나, 대부분 오버랩되지 않고, 제1 서브 전극(251a)의 측 단부와 제2 서브 전극(251b)의 측 단부 부근만 일부 오버랩될 수 있다.

본 실시예의 경우, 서브 전극(251a, 251b)들이 2층으로 형성되고, 교대 배열되어 있으므로, 수평 방향으로 서브 전극(251a, 251b)의 배치 간격을 더욱 조밀하게 구성하더라도 수평 방향으로 이웃하는 제1 서브 전극(251a)과 제2 서브 전극(251b)간 단락을 방지할 수 있다. 즉, 보다 조밀한 서브 전극(251a) 배열이 가능하므로, 액정층(230)에 인가되는 전계 프로파일을 정밀하게 제어할 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈의 렌즈 편광판의 평면도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 렌즈(200)의 렌즈 편광판(261)은 인접하는 적어도 하나의 제1 편광 영역(261a)과 적어도 하나의 제2 편광 영역(261b)을 포함하는 복수의 편광 그룹(G11, G12, G13)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 복수의 편광 그룹(G11, G12, G13)은 렌즈 편광판(261)의 가로 방향을 따라 구분된 제1 편광 그룹(G11), 제2 편광 그룹(G12) 및 제3 편광 그룹(G13)을 포함할 수 있다.

제1 편광 그룹(G11)은 렌즈 편광판(261)의 중앙부에 위치하는 복수의 제1 편광 영역(261a)과 제2 편광 영역(261b)들을 포함한다. 제2 편광 그룹(G12)은 제1 편광 그룹(G11)의 일측(도면에서 우측)에 위치하는 복수의 제1 편광 영역(261a)과 제2 편광 영역(261b)들을 포함한다. 제3 편광 그룹(G13)은 제1 편광 그룹(G11)의 타측(도면에서 좌측)에 위치하는 복수의 제1 편광 영역(261a)과 제2 편광 영역(261b)들을 포함한다.

각 편광 그룹(G11, G12, G13) 내에서 제1 편광 영역(261a)의 제1 편광 방향(X11, X12, X13)들은 모두 동일하고, 제2 편광 영역(261b)의 제2 편광 방향(X21, X22, X23)들은 모두 동일하다. 그러나, 제1 편광 그룹(G11)의 제1 편광 방향(X11)과 제2 편광 그룹(G12)의 제1 편광 방향(X12) 및 제3 편광 그룹(G13)의 제1 편광 방향(X13)은 서로 상이할 수 있다. 마찬가지로, 제1 편광 그룹(G11)의 제2 편광 방향(X21)과 제2 편광 그룹(G21)의 제2 편광 방향(X22) 및 제3 편광 그룹(G13)의 제2 편광 방향(X23)은 서로 상이할 수 있다. 도면에서는 제1 편광 그룹(G11)을 기준으로 제2 편광 그룹(G12)의 편광 방향과 제3 편광 그룹(G13)의 편광 방향이 반대로 틸트된 예를 도시하였지만, 같은 방향으로 틸트될 수도 있다.

다른 실시예에서, 제1 및 제2 편광 방향이 그룹을 이루어 변화하지 않고, 가로 방향(장변 방향)에서의 위치에 따라 점진적으로 변화할 수도 있다. 즉, 액정 렌즈의 중앙에 위치하는 제1 편광 영역(261a)의 제1 편광 방향을 기준으로, 액정 렌즈의 외측으로 멀어질수록 각 제1 편광 영역(261a)의 제1 편광 방향이 점진적으로 틸트될 수도 있다. 마찬가지로, 액정 렌즈의 중앙에 위치하는 제2 편광 영역(261b)의 제2 편광 방향을 기준으로, 액정 렌즈의 외측으로 멀어질수록 각 제2 편광 영역(261b)의 제2 편광 방향이 점진적으로 틸트될 수 있다.

본 실시예는 가로 방향 위치에 따라서 각 제1 편광 방향과 제2 편광 방향이 상이해질 수 있음을 예시한다. 이로부터, 디스플레이 장치(300)의 좌우에서의 시점 위치별 회절 효율이 더욱 정밀하게 제어될 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈의 렌즈 편광판의 평면도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 렌즈의 렌즈 편광판(262)은 제1 편광 영역(262a)과 제2 편광 영역(262b)의 경계를 가로지르는 방향으로 분리된 복수의 편광 그룹(G21, G22, G23)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 복수의 편광 그룹(G21, G22, G23)은 렌즈 편광판(260)의 가로 방향을 따라 구분된 제1 편광 그룹(G21), 제2 편광 그룹(G22) 및 제3 편광 그룹(G23)을 포함할 수 있다.

제1 편광 그룹(G21)은 렌즈 편광판(262)의 중앙부를 가로지도록 배치되고, 제2 편광 그룹(G22)은 제1 편광 그룹(G21)의 상부에서 렌즈 편광판(262)을 가로지르도록 배치되고, 제3 편광 그룹(G23)은 제1 편광 그룹(G21)의 하부에서 렌즈 편광판(262)을 가로지르도록 배치될 수 있다. 이웃하는 편광 그룹 간 경계는 물리적으로 불연속적으로 구분될 수도 있지만, 연속적으로 형성될 수도 있다.

일 방향으로 연장된 제1 편광 영역(262a)에서 제1 편광 그룹(G21)에 속하는 위치에서의 제1 편광 방향(X41)은 제2 편광 그룹(G22)에 속하는 위치에서의 제1 편광 방향(X42) 및 제3 편광 그룹(G23)에 속하는 위치에서의 제1 편광 방향(X43)과 상이할 수 있다. 마찬가지로, 일 방향으로 연장된 제2 편광 영역(262b)에서 제1 편광 그룹(G21)에 속하는 위치에서의 제2 편광 방향(X51)은 제2 편광 그룹(G22)에 속하는 위치에서의 제2 편광 방향(X52) 및 제3 편광 그룹(G23)에 속하는 위치에서의 제2 편광 방향(X53)과 상이할 수 있다.

도면에서는 제1 편광 그룹을 기준으로 제2 편광 그룹의 편광 방향과 제2 편광 그룹의 편광 방향이 반대로 틸트된 예를 도시하였지만, 같은 방향으로 틸트될 수도 있다.

다른 실시예에서, 제1 및 제2 편광 방향이 그룹을 이루어 변화하지 않고, 세로 방향(단변 방향)에서의 위치에 따라 점진적으로 변화할 수도 있다. 즉, 액정 렌즈의 중앙에 위치하는 제1 편광 영역(262a)의 제1 편광 방향을 기준으로, 액정 렌즈의 상하부 측으로 멀어질수록 각 제1 편광 영역(262a)의 제1 편광 방향이 점진적으로 틸트될 수도 있다. 마찬가지로, 액정 렌즈의 중앙에 위치하는 제2 편광 영역(262b)의 제2 편광 방향을 기준으로, 액정 렌즈의 상하부 측으로 멀어질수록 각 제2 편광 영역(262b)의 제2 편광 방향이 점진적으로 틸트될 수 있다.

본 실시예는 세로 방향 위치에 따라서 각 제1 편광 방향과 제2 편광 방향이 상이해질 수 있음을 예시한다. 이로부터, 디스플레이 장치(300)의 상하 방향에서의 시점 위치별 따른 회절 효율이 더욱 정밀하게 제어될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 표시부
200: 구동부
300: 영상 소스
400: 디스플레이 장치

Claims (20)

1. 제1 기판;
   상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판;
   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층; 및
   상기 제2 기판의 외측 상부에 배치된 렌즈 편광판으로서,
   제1 편광 방향을 갖는 제1 편광 영역, 상기 제1 편광 방향과 상이한 제2 편광 방향을 갖는 제2 편광 영역을 포함하는 렌즈 편광판을 포함하는 액정 렌즈.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역은 각각 제1 방향으로 연장되고,
   상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향을 따라 교대 배열되는 액정 렌즈.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향은 상기 제1 방향에 대하여 각각 틸트되어 있는 액정 렌즈.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제1 방향에 대한 상기 제1 편광 방향 및 상기 제2 편광 방향의 틸트각은 각각 -10° 내지 10°의 범위에서 설정되는 액정 렌즈.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극, 및
   상기 제1 전극과 대향하도록 제2 기판 상에 형성되며, 상호 분리된 복수의 서브 전극을 포함하는 제2 전극을 더 포함하는 액정 렌즈.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 각 서브 전극은 상기 제1 방향으로 연장되는 액정 렌즈.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 제1 전극 상에 형성된 제1 배향막, 및
   상기 제2 전극 상에 형성되고, 상기 제1 방향으로 배향된 제2 배향막을 더 포함하는 액정 렌즈.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제1 배향막의 배향 방향은 상기 제1 방향과 상이한 액정 렌즈.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 편광 영역의 폭과 상기 제2 편광 영역의 폭은 동일한 액정 렌즈.
10. 제9 항에 있어서,
    인접하는 적어도 하나의 제1 편광 영역과 적어도 하나의 제2 편광 영역을 포함하는 복수의 편광 그룹을 포함하되,
    서로 다른 상기 편광 그룹의 상기 제1 편광 방향이 서로 상이하고, 서로 다른 상기 편광 그룹의 상기 제2 편광 방향이 서로 상이한 액정 렌즈.
11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역의 경계를 가로지르는 방향으로 분리된 복수의 편광 그룹을 포함하되,
    상기 제1 편광 영역은 서로 다른 상기 편광 그룹에서의 상기 제1 편광 방향이 서로 상이하고, 상기 제2 편광 영역은 서로 다른 상기 편광 그룹에서의 상기 제2 편광 방향이 서로 상이한 액정 렌즈.
12. 디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널 상부에 배치된 액정 렌즈로서,
    제1 기판,
    상기 제1 기판과 대향하는 제2 기판,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재된 액정층, 및
    상기 제2 기판의 외측 상부에 배치된 렌즈 편광판으로서,
    제1 편광 방향을 갖는 제1 편광 영역, 상기 제1 편광 방향과 상이한 제2 편광 방향을 갖는 제2 편광 영역을 포함하는 렌즈 편광판을 포함하는 액정 렌즈를 포함하는 디스플레이 장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역은 각각 제1 방향으로 연장되고,
    상기 제1 편광 영역과 상기 제2 편광 영역은 상기 제1 방향을 가로지르는 제2 방향을 따라 교대 배열되는 디스플레이 장치.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 편광 방향과 상기 제2 편광 방향은 상기 제1 방향에 대하여 각각 틸트되어 있는 디스플레이 장치.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 방향에 대한 상기 제1 편광 방향 및 상기 제2 편광 방향의 틸트각은 각각 -10° 내지 10°의 범위에서 설정되는 디스플레이 장치.
16. 제12 항에 있어서,
    상기 액정 렌즈는
    상기 제1 기판 상에 형성된 제1 전극, 및
    상기 제1 전극과 대향하도록 제2 기판 상에 형성되며, 상호 분리된 복수의 서브 전극을 포함하는 제2 전극을 포함하는 디스플레이 장치.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 각 서브 전극은 상기 제1 방향으로 연장되는 디스플레이 장치.
18. 제16 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널과 상기 액정 렌즈 사이에 배치된 패널 편광판을 더 포함하고,
    상기 액정 렌즈는 상기 패널 편광판의 편광 방향과 동일한 방향으로 배향된 제1 배향막, 및
    상기 제2 전극 상에 형성되고, 상기 제1 방향으로 배향된 제2 배향막을 더 포함하는 디스플레이 장치.
19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 배향막의 배향 방향은 상기 제1 방향과 상이한 디스플레이 장치.
20. 제12 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 좌안 화소와 우안 화소를 포함하되,
    상기 제1 편광 영역은 상기 좌안 화소 상부에 오버랩되도록 배치되고,
    상기 제2 편광 영역은 상기 우안 화소 상부에 오버랩되도록 배치되는 디스플레이 장치.

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