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KR101472052B1 - 표시장치 - Google Patents

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KR101472052B1
KR101472052B1 KR1020080074735A KR20080074735A KR101472052B1 KR 101472052 B1 KR101472052 B1 KR 101472052B1 KR 1020080074735 A KR1020080074735 A KR 1020080074735A KR 20080074735 A KR20080074735 A KR 20080074735A KR 101472052 B1 KR101472052 B1 KR 101472052B1
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electro
lens structure
display device
liquid crystal
display panel
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KR1020080074735A
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김희섭
윤해영
루지안강
정경호
이승훈
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

2차원 및 3차원 겸용 표시장치에서, 표시장치는 표시패널, 렌즈 유닛 및 전기광학 유닛을 포함한다. 표시패널은 CRT, LCD 또는 PDP 등의 디스플레이일 수 있다. 렌즈 유닛은 표시패널의 상부에 배치되어 표시패널로부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시킨다. 전기광학 유닛은 표시패널과 렌즈 유닛의 사이에 배치되며, 전원이 인가되면 위치에 따라 굴절률이 점차적으로 변화도록 구동되어 가변 렌즈 구조를 형성하는 전기 광학 물질을 포함한다. 표시장치는 전기광학 유닛의 모드에 따라 2차원 영상 또는 3차원 영상을 선택적으로 표시한다. 따라서 전기광학 유닛 및 렌즈 유닛이 두께가 감소되어 대형 표시장치를 용이하게 제조할 수 있고, 2차원 및 3차원 전환이 편리하게 된다.
표시, 3차원, 전환, 액정, 렌즈

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 2차원 영상 및 3차원 영상을 선택적으로 구현할 수 있는 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 입체 화상과 3차원 화상을 포함하는 개념인 3차원 영상을 표시하는 입체 영상 디스플레이는 각각 입체 표시방식, 시점(view point), 관찰 조건, 관찰자가 별도의 안경을 착용하는지 여부에 따라 분류할 수 있다. 디스플레이에서 제공되는 영상을 관찰자로 하여금 입체적으로 인식시키기 위해서 주로 양안 시차를 이용하는데, 양쪽 눈에 각각 다른 각도에서 관찰된 영상이 입력되면 두뇌의 작용으로 인하여 공간감을 인식할 수 있다.
차세대 디스플레이 장치로 부각되고 있는 3D 디스플레이는 시차를 가지는 영상을 화면상에 표시하게 되므로, 장시간 시청시 어지러움을 느끼게 된다. 위와 같은 이유로 3D 영상만이 가능한 디스플레이가 아닌 2D-3D 영상을 전환할 수 있는 디스플레이 개발이 필수적으로 요구되고 있다.
종래의 2D-3D 전환 디스플레이의 일 예로, 이방성 렌즈와 스위칭셀(Switching Cell) 방식을 이용한 편광전환 방식 디스플레이가 알려져 있다. 그러 나, 상기 이방성 렌즈는 제조과정이 복잡하고 매우 고가인 단점이 있고, 대형 패널에 대응하는 이방성 렌즈 설계를 위해 필요한 굴절률 이방성 보다 액정(LC) 또는 폴리머 액정(PLC) 물질의 굴절율 이방성이 작아서 제조에 어려움이 있어왔다.
예를 들어, 52인치 9뷰(View)의 경우 대략 100㎛의 셀겝 또는 렌즈 두께를 요구하지만, 액정을 100㎛ 정도의 두께로 하여 배향하기는 어려운 것으로 알려져 있어서, 대형의 2D-3D 전환 디스플레이를 제작하기에 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하는 것으로, 본 발명은 슬림하면서 3차원 및 2차원 영상을 용이하게 구현하여 대형 표시장치에 적합한 2차원 및 3차원 겸용 표시장치를 제공한다.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따른 표시장치는 표시패널, 렌즈 유닛 및 전기광학 유닛을 포함한다. 상기 표시패널은 복수의 화소들을 갖고 영상을 형성한다. 상기 렌즈 유닛은 상기 표시패널의 상부에 배치되어 상기 표시패널로부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시킨다. 상기 전기광학 유닛은 상기 표시패널과 상기 렌즈 유닛의 사이에 배치된다. 상기 전기광학 유닛은 전원이 인가되면 위치에 따라 굴절률이 점차적으로 변화도록 구동되어 가변 렌즈 구조를 형성하는 전기 광학 물질을 포함한다. 상기 표시장치는 상기 전기광학 유닛의 모드에 따라 2차원 영상 또는 3차원 영상을 선택적으로 표시한 다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전기광학 유닛은 하부 기판, 하부 전극 라인들, 상부 기판, 상부 전극 라인들 및 액정층을 포함할 수 있다. 상기 하부 기판은 상기 표시패널의 표시영역과 마주보게 배치된다. 상기 하부 전극 라인들은 상기 하부 기판의 상면에 제1 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 상부 기판은 상기 하부 기판의 상부에 배치된다. 상기 상부 전극 라인들은 상기 상부 기판의 하면에 형성된다. 상기 액정층은 상기 하부 전극 라인과 상기 상부 전극 라인의 사이에 개재된다.
상기 렌즈 유닛은 상기 제1 방향으로 연장된 렌티큘러(Lenticular) 렌즈부들을 포함할 수 있다. 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향과 나란한 각 상기 렌즈부의 폭 내에 복수의 상기 하부 전극 라인들이 배치되며, 각 상기 하부 전극 라인의 폭은 상기 표시패널의 각 화소에 대응하게 배치될 수 있다.
상기 표시장치는 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 구동부는 상기 가변 렌즈 구조의 피치가 상기 렌즈부의 피치와 실질적으로 동일하도록 상기 하부 전극 라인들 및 상기 상부 전극 라인들에 구동신호를 인가할 수 있다.
상기 하부 전극 라인과 상기 상부 전극 라인 각각에 의해 선택적으로 전원이 인가되면, 상기 액정층은 상기 제2 방향을 따라 그 굴절률이 점진적 및 주기적으로 변화도록 구동되어 상기 가변 렌즈 구조는 셀포크 렌즈(self focusing lens) 형태로 형성될 수 있다.
상기 하부 기판 및 상기 상부 기판은 동일한 방향으로 배향처리가 되어, 상 기 액정층은 상기 하부 전극 라인 및 상기 상부 전극 라인에 의해 전원이 인가되지 않은 상태에서 위치에 따라 굴절률이 균일하여 무한 초점의 투광성층을 형성할 수 있다.
3차원 모드시, 상기 렌즈부의 초점을 지나는 중심선에 상기 가변 렌즈 구조의 초점이 실질적으로 일치하도록 형성되며, 상기 가변 렌즈 구조가 볼록 렌즈 구조를 갖도록 형성된다. 따라서 상기 가변 렌즈 구조는 상기 렌즈부와 함께 상기 3차원 영상을 구현한다.
2차원 모드시, 상기 렌즈부들이 서로 연결되는 마디를 지나는 마디선에 상기 가변 렌즈 구조의 초점이 실질적으로 일치하도록 형성되며, 상기 가변 렌즈 구조가 볼록 렌즈 구조를 갖도록 형성된다. 따라서 상기 가변 렌즈 구조는 상기 렌즈부와 함께 2차원 영상을 구현한다.
이와 다르게, 2차원 모드시, 상기 렌즈부의 초점을 지나는 중심선에 상기 가변 렌즈 구조의 초점이 실질적으로 일치하도록 형성되며, 상기 가변 렌즈 구조가 오목 렌즈 구조를 갖도록 형성되어 상기 가변 렌즈 구조는 상기 렌즈부와 함께 2차원 영상을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 3차원 모드시, 상기 액정층은 상기 하부 전극 라인 및 상기 상부 전극 라인에 의해 전원이 인가되지 않은 상태에서 위치에 따라 굴절률이 균일하여 상기 렌즈부에 의해 상기 3차원 영상을 구현할 수도 있다.
상기 표시패널은 CRT, LCD, 플라즈마 디스플레이 또는 EL 디스플레이를 포함할 수 있다. 여기서 상기 표시패널이 LCD인 경우 상기 전기 광학 물질은 액 정(liquid crystal) 또는 액정폴리에스테르(liquid crystal polyester)를 포함을 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 특징에 따른 표시장치는 표시패널, 제1 전기광학 유닛 및 제2 전기광학 유닛을 포함한다. 상기 표시패널은 복수의 화소들을 갖고 영상을 형성한다. 상기 제1 전기광학 유닛은 상기 표시패널의 상부에 배치된다. 상기 제1 전기광학 유닛은 전원이 인가되면 위치에 따라 굴절률이 점차적으로 변화도록 구동되어 제1 가변 렌즈 구조를 형성하는 전기 광학 물질을 포함한다. 상기 제2 전기광학 유닛은 상기 제1 전기광학 유닛의 상부에 배치된다. 상기 제2 전기광학 유닛은 전원이 인가되면 위치에 따라 굴절률이 점차적으로 변화도록 구동되어 제2 가변 렌즈 구조를 형성하는 전기 광학 물질을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 및 제2 전기광학 유닛들은 각각 하부 기판, 하부 전극 라인들, 상부 기판, 상부 전극 라인들 및 액정층을 포함할 수 있다. 상기 하부 기판은 상기 표시패널의 표시영역과 마주보게 배치된다. 상기 하부 전극 라인들은 상기 하부 기판의 상면에 제1 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 상부 기판은 상기 하부 기판의 상부에 배치된다. 상기 상부 전극 라인들은 상기 상부 기판의 하면에 형성된다. 상기 액정층은 상기 하부 전극 라인과 상기 상부 전극 라인의 사이에 개재된 상기 전기 광학 물질을 포함한다.
상기 표시장치는 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 구동부는 상기 제1 가변 렌즈 구조의 피치 및 상기 제2 가변 렌즈 구조의 피치가 실질적으로 서로 동일하도록 상기 하부 전극 라인들 및 상기 상부 전극 라인들에 구동신호를 인가할 수 있 다.
3차원 모드시, 상기 제1 및 제2 가변 렌즈 구조들 중 적어도 하나가 볼록 렌즈 구조를 갖도록 형성되어 상기 3차원 영상을 구현한다. 상기 제1 및 제2 가변 렌즈 구조들이 각기 볼록 렌즈 구조를 갖고, 상기 제1 가변 렌즈 구조의 초점을 지나는 중심선에 상기 제2 가변 렌즈 구조의 초점이 실질적으로 일치하도록 형성되어 상기 3차원 영상을 구현한다.
상기 하부 기판 및 상기 상부 기판은 동일한 방향으로 배향처리가 되어, 상기 액정층은 상기 하부 전극 라인 및 상기 상부 전극 라인에 의해 전원이 인가되지 않은 상태에서 위치에 따라 굴절률이 균일하여 2차원 영상을 구현한다.
상기한 표시장치에 의하면, 3차원 영상의 구현에 필요한 렌즈의 굴절률을 렌즈 유닛과 전기광학 유닛 또는 2개의 전기광학 유닛으로 형성할 수 있다. 따라서 상기 렌즈 유닛 및 상기 전기광학 유닛 각각의 두께를 작게 할 수 있어서, 대형 표시장치를 제조하는 데에 유리하다. 또한, 상기 전기광학 유닛의 구동방식을 적절히 선택하여 2차원 및 3차원 모드 변환을 매우 쉽고 빠르게 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 고안의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용 되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치(100)의 부분 분해 사시도이다. 도 2는 3D 모드시 도 1에 도시된 표시장치(100)를 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시장치(100)는 표시패널(101), 전기광학 유닛(103) 및 렌즈 유닛(105)을 포함한다.
상기 표시패널(101)은 복수의 화소들을 갖고 영상을 형성한다. 상기 표시패널(101)은 영상을 형성시키는 높은 해상도 및 작은 피치 사이즈를 가지는 일반적으로 사용되는 영상 디스플레이, 예를 들어, 액정 디스플레이(liquid crystal display), 플라즈마 디스플레이, EL(electricic luminescence display) 등이 사용될 수 있다. 따라서 상기 표시패널(101)은 외부로부터 영상신호를 입력받아 이를 그대로 출력하며, 일반적인 영상구현 매체라면 사용 가능하다.
본 실시예에서, 상기 표시패널(101)은 액정표시패널(101)을 예로 들어 설명한다. 상기 액정표시패널(101)은 서로 대향하는 어레이 기판(111) 및 대향 기판(113)과 이들 사이에 개재된 제1 액정층(114)을 포함한다. 상기 어레이 기판(111)에는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 화소 영역들마다 화소 전극(115)들이 형성되어 있다. 상기 화소 전극(115)은 스위칭 소자에 연결되어 능동적으로 또한 개별적으로 온 및 오프가 제어될 수 있다.
상기 대향 기판(113)에는 상기 화소 전극(115)과 대향하는 공통 전극(117)이 배치되어 있다. 상기 대향 기판(113)에는 상기 화소 영역별로 대응하여 R, G 및 B 칼라필터가 더 배치될 수 있다.
상기 제1 액정층(114)은 상기 화소 전극(115)과 상기 공통 전극(137)의 사이에 개재된다.
상기 액정표시패널(101)은 외부의 구동부로부터 전달되어 상기 화소 전극(115)과 상기 공통 전극(117)에 인가되는 구동신호 및 배면에 제공되는 백라이트를 기초로 영상을 표시하며, 상기 영상은 2차원 영상이다.
상기 전기광학 유닛(103)의 모드에 따라 상기 2차원 영상은 상기 렌즈 유닛(105)을 통해 그대로 2차원 영상으로 표시되거나, 상기 렌즈 유닛(105)을 통해 3차원 영상으로 변환되어 표시된다.
도 3은 도 2에 도시된 가변 렌즈 구조를 도시하는 확대 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 전기광학 유닛(103)은 선택된 모드에 따라 상기 표시패널(101)로부터 출사된 영상을 그대로 통과시키거나 3차원 영상으로 변환시킨다. 상기 전기광학 유닛(103)은 하부 기판(131), 하부 전극 라인(135)들, 상부 기판(133), 상부 전극 라인(137)들 및 제2 액정층(134)을 포함할 수 있다.
상기 하부 기판(131)은 상기 표시패널(101)의 표시면의 상부에 배치된다. 상기 상부 기판(133)은 상기 하부 기판(131)의 상부에 배치된다. 상기 하부 기판(131) 및 상기 상부 기판(133)은 투광성을 갖는 글라스 또는 플라스틱으로 제조 될 수 있다.
상기 하부 전극 라인(135)들은, 도 1 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 하부 기판(131)의 상면에 제1 방향(x)으로 연장되게 형성되어 있다. 상기 하부 전극 라인(135)과 상기 하부 기판(131)의 사이에는 제1 절연층(도시되지 않음)이 형성될 수 있으며, 상기 하부 전극 라인(135)들은 제2 절연층에 의해 커버되어 서로 전기적으로 절연되어 있다.
각 상기 하부 전극 라인(135)은 상기 표시패널(101)의 각 상기 화소 영역에 대응하도록 배치된다. 따라서 상기 하부 전극 라인(135)의 선폭은 상기 화소 영역 또는 상기 화소 전극(135)과 거의 비슷할 수 있다. 상기 하부 전극 라인(135)의 단부는 외부의 상기 구동부와 전기적으로 연결되어 모드 선택신호를 인가 받을 수 있다.
상기 상부 전극 라인(137)들은 상기 상부 기판(133)의 하면에 상기 제1 방향(x)과 직교하는 제2 방향(y)으로 연장되어 있다. 상기 하부 전극 라인(135) 및 상기 상부 전극 라인(137)은 상기 화소 전극(135)과 동일하게 광투과성을 갖는 투명한 전도성 물질, 예를 들어, 인튬틴옥사이드(ITO) 또는 인듐주석옥사이드(IZO)를 사용하여 형성시킬 수 있다.
상기 상부 전극 라인(137)과 상기 하부 전극 라인(135)이 서로 중첩되는 영역은 상기 표시패널(101)의 상기 화소 영역에 각기 대응될 수 있다. 즉, 상기 상부 전극 라인(137) 및 상기 하부 전극 라인(135)의 선폭이 상기 화소 영역의 사이즈에 대응하게 형성되므로, 상기 하부 전극에 의해 전원이 인가되는 상기 제2 액정 층(134)을 상기 화소 단위로 제어할 수 있게 된다.
상기 제2 액정층(134)은 상기 하부 전극 라인(135)과 상기 상부 전극 라인(137)의 사이에 개재된다. 상기 제2 액정층(134)은 외부 전원에 의해 굴절률이 변화되는 전기광학 물질을 사용한다. 상기 제2 액정층(134)은, 예를 들어, 상기 전기광학 물질로서 액정(liquid crystal) 또는 액정폴리에스테르(liquid crystal polyester)를 사용할 수 있다.
상기 하부 전극 라인(135) 및 상기 상부 전극 라인(137) 상에는 배향막이 더 형성될 수 있다. 상기 배향막은 공지 기술에 의해 배향처리될 수 있고, 배향처리된 상기 배향막에 의해 상기 외부 전원이 인가되지 않은 상태에서 상기 액정, 예를 들어, 네마틱 액정은 상기 하부 기판(131) 및 상기 상부 기판(133)과 수평을 이루도록 배향될 수 있다.
상기 하부 전극 라인(135) 및 상기 상부 전극 라인(137)에 상기 외부 전원이 인가되면, 상기 네마틱 액정의 경우 상기 외부 전원의 크기에 따라 방위가 변경되어 굴절률이 변경된다. 상기 네마틱 액정의 굴절률은 1.52 내지 1.75의 범위에서 변경될 수 있다. 이러한 굴절률의 변화에 따라 통과되는 광량의 변화가 생기게 된다.
도 4는 도 2에 도시된 표시장치(100)의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 제1 방향(x)과 직교하는 제2 방향(y)으로 상기 하부 전극 라인(135) 및 상기 상부 전극 라인(137)에 인가되는 상기 외부 전 원의 레벨을 순차적으로 달리하고 주기적으로 변경시키면, 상기 액정의 방위도 주기적으로 변경되게 상기 액정이 배열된다. 주기적으로 형성된 상기 액정의 어레이를 가변 렌즈 구조로 정의한다. 상기 가변 렌즈 구조는 셀포크 렌즈(self focusing lens)로도 불리며, 일종의 렌즈 역할을 할 수 있다. 상기 외부 전원의 인가 방식에 따라 도 4에 도시된 상기 가변 렌즈 구조의 피치(P)와 굴절률 분포가 변경될 수 있다.
도 4에서 가로축은 상기 표시장치(100)의 일측 에지로부터 상기 제1 방향(x)과 직교하는 제2 방향(y)으로의 이격 거리를 나타낸다. 도 4에 도시된 X1, X2 및 X3은, 도 2에 도시된 것과 같이, 볼록 렌즈 형상으로 형성된 상기 가변 렌즈 구조의 마디에 대응하는 위치를 표시한다. 상기 가변 렌즈 구조의 굴절률은 볼록 렌즈와 같이 중심에 근접할수록 증가함을 알 수 있다.
상기 가변 렌즈 구조는 상기 제1 방향(x)으로 연장되어, 전체적으로 상기 가변 렌즈 구조는 렌티큘러(lenticular) 구조로 형성된다.
상기 렌즈 유닛(105)은 상기 전기광학 유닛(103)의 상부에 배치된다. 상기 렌즈 유닛(105)은 광 투과율, 광 확산율, 내열성, 내화학성 및 기계적 강도 등이 우수한 고분자 수지(polymer resin)를 사용하여 제조될 수 있다. 상기 고분자 수지의 예로는 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide), 폴리프로필렌(polypropylene) 및 폴리우레탄(polyurethane) 등을 들 수 있다.
상기 렌즈 유닛(105)은 시트 형상 베이스 필름과 상기 베이스 필름의 상면에 형성된 렌즈부(151)들을 포함한다. 상기 렌즈부(151)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 방향(x)으로 연장된 렌티큘러 렌즈일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 가변 렌즈 구조는 피치(P)가 상기 렌즈부(151)의 피치(P)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 상기 가변 렌즈 구조는, 예를 들어, 9개의 하부 전극 라인(135)들을 포함하는 피치(P)를 갖는다. 따라서 하나의 상기 렌즈부(151)의 폭 내에는 9개의 상기 하부 전극 라인(135) 및 따라서 9개의 화소들이 상기 제2 방향(y)으로 배열되어 있다.
이하, 상기 표시패널(101)의 3차원 영상이 구현되는 원리를 설명한다.
도 3에는 설명의 편의상 하나의 상기 렌즈부(151)의 피치(P) 내에 9개의 화소가 대응되게 표시되어 있다. 상기 9개의 화소들에는 어떤 물체를 3차원적으로 촬상한 영상이 표시된다. 즉, 상기 9개의 화소들에는 상기 물체를 다양한 각도에서 촬상한 영상신호가 표시된다.
예를 들어, 3B 화소로부터 출사된 3B 영상 신호(L1)는 상기 가변 렌즈 구조의 3B 하부 전극으로 입사되며, 상기 가변 렌즈 구조에 의해 상기 렌즈부(151)의 초점을 지나는 중심선을 향하여 굴절된다. 상기 가변 렌즈 구조에 의해 굴절된 상기 3B 영상 신호는 상기 렌즈부(151)에 의해 굴절되어 관찰자의 좌측 눈(E1)에 입사된다.
이와 동시에, 3H 화소로부터 출사된 3H 영상 신호(L2)는 상기 가변 렌즈 구조의 3H 하부 전극으로 입사되며, 상기 가변 렌즈 구조에 의해 상기 렌즈부(151)의 초점을 지나는 중심선을 향하여 굴절된다. 상기 가변 렌즈 구조에 의해 굴절된 상 기 3H 영상 신호는 상기 렌즈부(151)에 의해 굴절되어 관찰자의 우측 눈(E2)에 입사된다.
따라서, 관찰자의 좌측 눈(E1) 및 우측 눈(E2)에 서로 다른 영상 신호, 특히 상기 물체를 복수의 방향에서 촬상한 영상신호가 관찰자에게 입력된다. 따라서 관찰자의 뇌는 입체감을 느끼게 되어 상기 표시장치(100)는 3차원 영상을 표시한 것이 된다.
도 4를 참조하면, 상기 영상 신호는 상기 가변 렌즈 구조의 굴절률과 상기 렌즈부(151)의 굴절률의 영향이 종합된 표시장치(100)의 굴절률에 의해 굴절되어 3차원 영상이 표시된다. 상기 가변 렌즈 구조의 굴절률을 조절하여 상기 표시장치(100)의 굴절률을 조절할 수 있고, 따라서 상기 표시장치(100)의 초점 거리를 조절할 수 있다.
이하, 상기 표시패널(101)의 2차원 영상이 구현되는 원리를 설명한다.
도 5는 일 예의 2D 모드시 도 1에 도시된 표시장치(100)를 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 6은 도 5에 도시된 표시장치(100)의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 2D 모드(2차원 모드)에서 상기 가변 렌즈 구조는 전술된 3D 모드(3차원 모드)에서의 피치(P)보다 1/2 피치(P)만큼 이동되어 동일한 크기의 피치(P)로 형성될 수 있다. 따라서 상기 가변 렌즈 구조의 초점은 상기 렌즈부(151)들의 초점을 지나는 중심선들의 사이에 배치된다. 즉 상기 렌즈 구조의 초점은 상기 렌즈부(151)들이 서로 연결되는 마디에 대응하게 배치된다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈부(151)의 굴절률과 상기 가변 렌즈 구조의 굴절율을 합산한 표시패널(101)의 굴절률 값은 위치에 따라 거의 비슷하게 된다. 따라서 상기 표시패널(101)로부터 출사된 영상 신호들(L1, L2)은 초점을 형성하지 않고 상기 표시패널(101)에 수직한 방향으로 출사된다. 따라서 관찰자의 좌측 눈(E1) 및 우측 눈(E2)에는 서로 다른 영상이 각기 입력되지 않고 하나의 영상 신호가 입력된다. 따라서 관찰자는 평면 영상, 즉 2차원 영상을 느끼게 되어 상기 표시장치(100)는 2차원 영상을 표시한다.
도 7은 다른 예의 2D 모드시 도 1에 도시된 표시장치(100)를 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 8은 도 7에 도시된 표시장치(100)의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 가변 렌즈 구조는, 도 2 내지 도 6에서 설명된 것과 다르게, 피치(P)가 상기 렌즈부(151)와 일치하지만 오목 렌즈 구조로 형성될 수 있다. 따라서 굴절률 분포는, 도 8에 도시된 것과 같이, 상기 렌즈부(151)와 상기 가변 랜즈부의 굴절률 상쇄되는 형태로 분포된다. 따라서 상기 표시패널(101)의 굴절률은 위치에 따라 균일하여 상기 표시패널(101)은 2차원 영상을 표시한다.
본 실시예에 의하면, 렌즈부(151)의 굴절률과 상기 가변 렌즈부(151)의 굴절율이 종합된 표시패널(101)의 굴절률에 의하여 3차원 또는 2차원 영상을 구현한다. 따라서 상기 렌즈 유닛(105)의 상기 렌즈부(151) 또는 상기 전기광학 유닛(103)의 셀겝 각각의 두께를 100 마이크로미터 이하로 형성하여도 상기 표시장치(100)가 3차원 영상을 표시하기 위해 필요한 초점 거리를 확보할 수 있다. 따라서 상기 표시 패널(101)을 대형화시킬 수 있다.
또한, 전기광학 유닛(103)을 전기광학적으로 구동시키는 것만으로 2차원 모드 및 3차원 모드의 전환이 이루어져서 모드 전환이 매우 용이한 표시장치(100)를 구현할 수 있다.
실시예 2
도 9는 실시예 2에 따른 표시장치(400)의 3D 모드시의 단면도이다. 도 10은 도 9에 도시된 표시장치(400)의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 표시장치(400)는 렌즈 유닛(405) 대신 전기광학 유닛(403)을 포함하는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 6에서 설명된 표시장치(100)와 실질적으로 동일하다.
본 실시예에서, 표시장치(400)는 표시패널(401), 제1 전기광학 유닛(403) 및 제2 전기광학 유닛(405)을 포함한다. 상기 제1 전기광학 유닛(403) 및 상기 제2 전기광학 유닛(405)은 실질적으로 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 전기광학 유닛(403)은 제1 가변 렌즈 구조를 형성하고, 상기 제2 전기광학 유닛(405)은 제2 가변 렌즈 구조를 형성한다. 상기 제1 가변 렌즈 구조 및 상기 제2 가변 렌즈 구조의 피치(P) 및 중심선은 모두 실질적으로 일치하도록 하부 전극 라인(435) 및 상부 전극 라인(437)에 전원을 인가할 수 있다.
따라서, 도 10에 도시된 것과 같이, 볼록 렌즈 형상의 표시패널(401) 굴절률이 형성되어 3차원 영상이 표시된다.
도 11은 일 예의 2D 모드시 도 9에 도시된 표시장치(400)의 단면도이다. 도 12는 도 11에 도시된 표시장치(400)의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 제1 가변 렌즈 구조 및 상기 제2 가변 렌즈 구조는 그 피치(P)가 서로 실질적으로 동일하고, 중심선이 1/2 피치(P)만큼 어긋나게 배열되도록 형성될 수 있다.
따라서, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 표시패널(401)의 굴절률은 위치에 따라 균일하게 형성되어 2차원 영상이 구현될 수 있다.
도 13은 다른 예의 2D 모드시 도 9에 도시된 표시장치(400)의 단면도이다. 도 14는 도 13에 도시된 표시장치(400)의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 제1 가변 렌즈 구조 및 상기 제2 가변 렌즈 구조는 그 피치(P) 및 중심선이 서로 실질적으로 동일하지만, 하나는 볼록 렌즈 구조로 다른 하나는 오목 렌즈 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 13에서 상기 제1 가변 렌즈 구조는 볼록 렌즈 구조로 형성되어 있고, 상기 제2 가변 렌즈 구조는 오목 렌즈 구조로 형성되어 있다. 즉, 상기 제1 가변 렌즈 구조의 굴절률과 상기 제2 가변 렌즈 구조의 굴절률은 서로 상쇄되는 분포를 갖는다. 그 결과, 상기 표시패널(401)의 굴절률은 위치에 따라 균일하게 형성되어 2차원 영상이 구현될 수 있다.
본 실시예에 의하면, 2개의 전기광학 유닛들을 사용하여 초점 거리를 보다 자유롭게 조절할 수 있고, 모드 전환에서 다양한 선택사항을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치에 의하면, 2차원 및 3차원 겸용 표시장치를 대형화하기에 매우 유리하며 2차원 및 3차원 사이에 모드 전환이 매우 용이하게 달성된다. 따라서 본 발명은 2차원 및 3차원 영상 표시를 자유롭게 구현하는 영상표시 분야에 적용될 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치의 부분 분해 사시도이다.
도 2는 3D 모드시 도 1에 도시된 표시장치를 I-I 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 단일 가변 렌즈 구조를 도시하는 확대 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 표시장치의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 5는 일 예의 2D 모드시 도 1에 도시된 표시장치를 I-I 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 표시장치의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 7은 다른 예의 2D 모드시 도 1에 도시된 표시장치를 I-I 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 표시장치의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예 2에 따른 표시장치의 3D 모드시의 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 표시장치의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 11은 일 예의 2D 모드시 도 9에 도시된 표시장치의 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 표시장치의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프 이다.
도 13은 다른 예의 2D 모드시 도 9에 도시된 표시장치의 단면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 표시장치의 위치에 따른 굴절률을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 표시장치 101 : 표시패널
103 : 전기광학 유닛 105 : 렌즈 유닛
131 : 하부 기판 133 : 상부 기판
135 : 하부 전극 라인 137 : 상부 전극 라인
134 : 액정층 151 : 렌즈부

Claims (18)

  1. 복수의 화소들을 갖고 영상을 형성하는 표시패널;
    제1 방향으로 연장된 렌티큘러(Lenticular) 렌즈부들을 포함하고, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향과 나란한 각 상기 렌즈부의 폭 내에 복수의 하부 전극 라인들이 배치되며, 각 상기 하부 전극 라인의 폭은 상기 표시패널의 각 화소에 대응하게 배치되고, 상기 표시패널의 상부에 배치되어 상기 표시패널로부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시키는 렌즈 유닛;
    상기 표시패널의 표시영역과 마주보게 배치된 하부 기판;
    상기 하부 기판의 상면에 상기 제1 방향으로 연장되도록 형성된 상기 하부 전극 라인들;
    상기 하부 기판의 상부에 배치된 상부 기판;
    상기 상부 기판의 하면에 형성된 상부 전극 라인들; 및
    상기 하부 전극 라인과 상기 상부 전극 라인의 사이에 개재된, 전원이 인가되면 위치에 따라 굴절률이 점차적으로 변하도록 구동되어 가변 렌즈 구조를 형성하는 전기 광학 물질을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 표시패널과 상기 렌즈 유닛의 사이에 배치되는 전기광학 유닛; 및
    상기 가변 렌즈 구조의 피치가 상기 렌즈부의 피치와 실질적으로 동일하도록 상기 하부 전극 라인들 및 상기 상부 전극 라인들에 구동신호를 인가하는 구동부를 포함하여, 상기 전기광학 유닛의 모드에 따라 2차원 영상 및 3 차원 영상을 선택적으로 표시하는 표시장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 하부 전극 라인과 상기 상부 전극 라인 각각에 의해 선택적으로 전원이 인가되면, 상기 액정층은 상기 제2 방향을 따라 그 굴절률이 점진적 및 주기적으로 변화도록 구동되어 상기 가변 렌즈 구조는 셀포크 렌즈(self focusing lens) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판은 동일한 방향으로 배향처리가 되어, 상기 액정층은 상기 하부 전극 라인 및 상기 상부 전극 라인에 의해 전원이 인가되지 않은 상태에서 위치에 따라 굴절률이 균일하여 무한 초점의 투광성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 3차원 모드시, 상기 렌즈부의 초점을 지나는 중심선에 상기 가변 렌즈 구조의 초점이 실질적으로 일치하며, 상기 가변 렌즈 구조가 볼록 렌즈 구조를 갖도록 형성되어 상기 렌즈부와 함께 상기 3차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제7항에 있어서, 2차원 모드시, 상기 렌즈부들이 서로 연결되는 마디를 지나는 마디선에 상기 가변 렌즈 구조의 초점이 실질적으로 일치하며, 상기 가변 렌즈 구조가 볼록 렌즈 구조를 갖도록 형성되어 상기 렌즈부와 함께 2차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제7항에 있어서, 2차원 모드시, 상기 렌즈부의 초점을 지나는 중심선에 상기 가변 렌즈 구조의 초점이 실질적으로 일치하며, 상기 가변 렌즈 구조가 오목 렌즈 구조를 갖도록 형성되어 상기 렌즈부와 함께 2차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제1항에 있어서, 3차원 모드시 상기 액정층은 상기 하부 전극 라인 및 상기 상부 전극 라인에 의해 전원이 인가되지 않은 상태에서 위치에 따라 굴절률이 균일하여 상기 렌즈부에 의해 상기 3차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 복수의 화소들을 갖고 영상을 형성하는 표시패널;
    상기 표시패널의 상부에 배치되어, 전원이 인가되면 위치에 따라 굴절률이 점차적으로 변화도록 구동되어 제1 가변 렌즈 구조를 형성하는 전기 광학 물질을 포함하는 제1 전기광학 유닛; 및
    상기 제1 전기광학 유닛의 상부에 배치되어, 전원이 인가되면 위치에 따라 굴절률이 점차적으로 변화도록 구동되어 제2 가변 렌즈 구조를 형성하는 전기 광학 물질을 포함하는 제2 전기광학 유닛을 포함하여, 상기 제1 및 제2 전기광학 유닛의 모드에 따라 2차원 영상 및 3차원 영상을 선택적으로 표시하는 표시장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기광학 유닛들은 각각
    상기 표시패널의 표시영역과 마주보게 배치된 하부 기판;
    상기 하부 기판의 상면에 제1 방향으로 연장되도록 형성된 하부 전극 라인들;
    상기 하부 기판의 상부에 배치된 상부 기판;
    상기 상부 기판의 하면에 형성된 상부 전극 라인들; 및
    상기 하부 전극 라인과 상기 상부 전극 라인의 사이에 개재된 상기 전기 광학 물질을 포함하는 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 가변 렌즈 구조의 피치 및 상기 제2 가변 렌즈 구조의 피치가 실질적으로 서로 동일하도록 상기 하부 전극 라인들 및 상기 상부 전극 라인들에 구동신호를 인가하는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 제15항에 있어서, 3차원 모드시, 상기 제1 및 제2 가변 렌즈 구조들 중 적어도 하나가 볼록 렌즈 구조를 갖도록 형성되어 상기 3차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제16항에 있어서, 3차원 모드시, 상기 제1 및 제2 가변 렌즈 구조들이 각기 볼록 렌즈 구조를 갖고, 상기 제1 가변 렌즈 구조의 초점을 지나는 중심선에 상기 제2 가변 렌즈 구조의 초점이 실질적으로 일치하도록 형성되어 상기 3차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판은 동일한 방향으로 배향처리가 되어, 상기 액정층은 상기 하부 전극 라인 및 상기 상부 전극 라인에 의해 전원이 인가되지 않은 상태에서 위치에 따라 굴절률이 균일하여 2차원 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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