KR20100074015A - 렌즈 어레이 소자 및 화상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

렌즈 어레이 소자는, 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 방향으로 연장되는 투명 전극들을 포함하도록 제1 기판 상에 형성된 제1 전극 그룹과, 제2 방향으로 연장되는 투명 전극들을 포함하도록 제2 기판 상에 형성된 제2 전극 그룹과, 액정 분자 배향을 변경함으로써 렌즈 효과를 발생시키도록 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 굴절률 이방성을 갖는 액정층을 포함한다. 액정층은 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹에 인가되는 전압에 따라 세 개의 상태 중 하나의 상태로 전기적으로 변경된다. 세 개의 상태는, 렌즈 효과가 없는 상태, 제1 방향으로 연장되는 제1 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제1 렌즈 상태, 및 제2 방향으로 연장되는 제2 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제2 렌즈 상태를 포함한다.

렌즈 어레이 소자, 화상 표시 장치, 렌즈 효과, 굴절률 이방성

Description

렌즈 어레이 소자 및 화상 표시 장치{LENS ARRAY DEVICE AND IMAGE DISPLAY}

본 발명은 액정을 이용함으로써 렌즈 효과의 발생을 전기적으로 제어할 수 있는 렌즈 어레이 소자, 및 예를 들어 렌즈 어레이 소자를 이용함으로써 2차원 표시와 3차원 표시 간에 전기적으로 전환가능한 화상 표시 장치에 관한 것이다.

종래 기술에는, 관찰자의 양안에 시차 화상을 표시함으로써 입체감을 실현하는 2안식 또는 다안식 입체 표시 장치가 있다. 또한, 보다 자연스러운 입체감을 실현하는 방법을 이용하는 공간 화상 입체 표시 장치가 있다. 공간 화상 입체 표시 장치에서는, 방사 방향이 서로 다른 복수의 광선이 공간 내로 방사되어 복수의 시야각에 대응하는 공간 화상을 형성하게 된다.

이러한 입체 표시 장치를 얻는 방법으로는, 예를 들어, 액정 표시 장치와 같은 2차원 표시 장치 및 2차원 표시 장치로부터의 표시 화상 광을 복수의 시야각으로 편향시키는 3차원 표시 장치용 광학 디바이스의 조합이 알려져 있다. 3차원 표시 장치용 광학 디바이스로는, 예를 들어, 복수의 원통형 렌즈가 병렬 배치된 렌즈 어레이를 이용한다. 예를 들어, 2안 입체 표시의 경우, 서로 다른 좌측 및 우측 시차 화상들이 관찰자의 양안에 나란히 표시되면, 입체 효과를 얻게 된다. 입체 효과를 얻기 위해서는, 수직 방향으로 연장되는 복수의 원통형 렌즈가 2차원 표시 장치의 표시면 상에서 측면 방향으로 병렬 배치되고, 2차원 표시 장치로부터의 표시 화상 광은 좌측과 우측으로 편향되고, 이에 따라 좌측 및 우측 시차 화상들이 관찰자의 좌안과 우안에 각각 적절히 도달하게 된다.

이러한 3차원 표시용 광학 디바이스로는, 예를 들어, 수지 몰딩에 의해 형성되는 마이크로렌즈 어레이를 이용할 수 있다. 또한, 액정 렌즈들로 구성되는 전환 시스템 렌즈 어레이를 이용할 수 있다. 액정 렌즈들로 구성되는 전환 시스템 렌즈 어레이는 렌즈 효과가 발생하는 상태 및 렌즈 효과가 발생하지 않는 상태 사이에서 전기적으로 전환가능하고, 이에 따라, 두 개의 표시 모드, 즉, 2차원 표시 모드와 3차원 표시 모드 간의 전환은, 2차원 표시 장치와 전환 시스템 렌즈 어레이의 조합에 의해 수행될 수 있다. 다시 말하면, 2차원 표시 모드에서, 렌즈 어레이는 렌즈 효과가 발생하지 않는 상태(렌즈 어레이가 굴절력을 갖지 않는 상태)로 되고, 2차원 표시 장치로부터의 표시 화상 광이 그대로 투과하게 된다. 3차원 표시 모드에서, 렌즈 어레이는 렌즈 효과가 발생하는 상태(예를 들어, 렌즈 어레이가 양의 굴절력을 갖는 상태)로 되고, 2차원 표시 장치로부터의 표시 화상 광은 입체감을 얻도록 복수의 시야각 방향으로 편향된다.

도 15와 도 16은 액정 렌즈들로 구성되는 전환 시스템 렌즈 어레이의 제1 구성예를 도시한다. 렌즈 어레이는 예를 들어 유리 물질로 형성되는 제1 투명 기판(221)과 제2 투명 기판(222), 및 제1 투명 기판(221)과 제2 투명 기판(222) 사이에 개재된 액정층(223)을 포함한다. 예를 들어 ITO(인듐 주석 산화물)막과 같은 투명 도전막으로 형성되는 제1 투명 전극(224)은 제1 기판(221)의 액정층(223)에 가까운 측의 거의 전면 상에 균일하게 형성된다. 동일한 방식으로 제2 투명 전극(225)은 제2 기판(222)의 액정층(223)에 가까운 측의 거의 전면 상에 균일하게 형성된다.

액정층(223)은, 오목 렌즈 형상의 몰드가 예를 들어 포토레플리케이션(photoreplication) 공정이라 칭하는 제조 방법에 의해 액정 분자들(231)로 채워지는 구성을 갖는다. 배향막(232)은 액정층(223)의 제1 기판(221)에 가까운 측 상에 평면적으로 배치된다. 레플리카(replica; 234)의 몰드로 형성되는 볼록 형상의 배향막(233)은 액정층(223)의 제2 기판(222)에 가까운 측 상에 배치된다. 다시 말하면, 액정층(223)에서, 하측 상의 평면적 배향막(232)과 상측 상의 볼록 형상의 배향막(233) 사이의 영역은 액정 분자들(231)로 채워지고, 그 상측 상의 나머지 영역이 레플리카(234)이다. 이에 따라, 액정층(223)에서, 액정 분자들(231)로 채워지는 부분은 볼록 형상을 갖는다. 볼록 형상 부분은 전압 인가에 응답하여 선택적으로 마이크로렌즈로 되는 부분이다.

액정 분자들(231)은 굴절률 이방성을 갖고, 예를 들어, 투과 광선에 대하여 긴 방향과 짧은 방향으로 굴절률들이 서로 다른 타원 굴절률 구성을 갖는다. 또한, 액정 분자들(231)의 배향은 제1 투명 전극(224)과 제2 투명 전극(225)으로부터 인가되는 전압에 응답하여 변경된다. 이 경우, 차 전압인 소정의 전압이 액정 분자들(231)에 인가되어 있는 상태에서 분자 배향에 제공되는 투과 광선에 대한 굴절률은 n0이다. 또한, 차 전압이 제로인 상태에서 분자 배향에 제공되는 투과 광선 에 대한 굴절률은 ne이다. 또한, 이 굴절률들의 크기 관계는 ne > n0이다. 레플리카(234)의 굴절률은, 차 전압인 소정의 전압이 액정 분자들(231)에 인가되어 있는 상태에서 굴절률 ne보다 낮은 굴절률 n0과 같다.

이에 따라, 제1 투명 전극(224)과 제2 투명 전극(225)으로부터 인가되는 차 전압이 제로인 상태에서는, 투과 광선 L에 대한 액정 분자들(231)의 굴절률 ne와 레플리카(234)의 굴절률 n0 사이에 차가 존재한다. 그 결과, 도 16에 도시한 바와 같이, 볼록 형상 부분이 볼록 렌즈로서 기능하게 된다. 반면에, 차 전압이 소정의 전압인 상태에서는, 투과 광선 L에 대한 액정 분자들(231)의 굴절률 n0과 레플리카(234)의 굴절률 n0이 같고, 볼록 형상 부분이 볼록 렌즈로서 기능하지 않는다. 이에 따라, 도 15에 도시한 바와 같이, 액정층(223)을 투과하는 광선은 편향되지 않고 그대로 투과한다.

도 17a, 도 17b, 도 18, 및 도 19는 액정 렌즈들로 구성된 전환 시스템 렌즈 어레이의 제2 구성예를 도시한다. 도 17a와 도 17b에 도시한 바와 같이, 렌즈 어레이는, 예를 들어 유리 물질로 형성된 제1 투명 기판(101)과 제2 투명 기판(102), 및 제1 투명 기판(101)과 제2 투명 기판(102) 사이에 개재된 액정층(103)을 포함한다. 제1 투명 기판(101)과 제2 투명 기판(102)은 서로 거리 d를 두고 대향하도록 배치된다.

도 18과 도 19에 도시한 바와 같이, ITO 막과 같은 투명 도전막으로 구성된 제1 투명 전극(111)은, 제1 기판(101) 상에서 제2 기판(102)에 대향하는 측의 거의 전면에 균일하게 형성된다. 또한, ITO 막과 같은 투명 도전막으로 구성된 제2 투 명 전극(112)은, 제2 기판(102) 상에서 제2 기판(101)에 대향하는 측의 거의 전면 에 부분적으로 형성된다. 도 19에 도시한 바와 같이, 제2 투명 전극(112)은 예를 들어 전극 폭이 L인 전극을 갖고, 수직 방향으로 연장된다. 복수의 제2 투명 전극(112)은 렌즈 효과가 발생하는 렌즈 피치 p에 대응하는 간격으로 병렬 배치된다. 두 개의 인접하는 투명 전극들(112) 간의 공간은 폭이 A인 개구부이다. 또한, 도 19에서는, 제2 투명 전극들(112)의 배치를 설명하기 위해, 전환 시스템 렌즈 어레이가 거꾸로 된 상태, 즉, 제1 기판(101)이 상측 상에 배치되고 제2 기판(102)이 하측 상에 배치된 상태가 도시되어 있다.

또한, 제1 투명 전극(111)과 액정층(103) 사이에 배향막(도시하지 않음)이 형성된다. 또한, 동일한 방식으로 제2 투명 전극(112)과 액정층(103) 사이에 배향막이 형성된다. 도 17a에 도시한 바와 같이, 액정층(103)은 도 15와 도 16의 구성예에서 도시한 렌즈 형상을 갖지 않으며, 굴절률 이방성을 갖는 액정 분자들(104)은 균일하게 분포된다.

이 렌즈 어레이에서는, 도 17a에 도시한 바와 같이, 인가 전압이 0V인 통상 상태에서, 액정 분자들(104)은 배향막에 의해 결정되는 소정의 방향으로 균일하게 배향된다. 따라서, 투과 광선의 파면(201)은 평면파이고, 렌즈 어레이는 렌즈 효과가 없는 상태로 된다. 반면에, 이 렌즈 어레이에서는, 도 18과 도 19에 도시한 바와 같이, 제2 투명 전극들(112)이 폭 A를 갖는 개구부들을 사이에 두고 배치되며, 이에 따라 소정의 구동 전압이 도 18에 도시한 상태에서 인가되면, 액정층(103)의 전계 분포가 바이어싱(bias)된다. 보다 구체적으로, 제2 투명 전 극(112)이 형성되어 있는 영역에 대응하는 부분에서 구동 전압에 따라 전계 강도가 증가하고 폭 A를 갖는 개구부의 중심부에 대한 거리 감소에 따라 전계 강도가 점진적으로 감소하는 전계가 발생한다. 따라서, 도 17b에 도시한 바와 같이, 액정 분자들(104)의 배치는 전계 강도 분포에 따라 변경된다. 이에 따라, 투과 광선의 파면(202)은, 렌즈 어레이가 렌즈 효과가 발생하는 상태로 되도록 변경된다.

일본 미심사 특허출원 공개번호 제2008-9370호에서는, 도 18과 도 19에 도시한 전극 구성에서 제2 투명 전극(112)에 대응하는 부분이 2층 구성을 갖는 액정 렌즈가 개시되어 있다. 이러한 액정 렌즈에서, 액정층의 일측 상에 배치된 2층 구성의 제1 층과 제2 층의 투명 전극들 간의 간격들은 서로 다르며, 이에 따라 액정층에 형성되는 전계 분포의 제어를 보다 쉽게 최적화한다.

그러나, 도 15와 도 16에 도시한 렌즈 어레이가 2차원 표시 모드와 3차원 표시 모드 간의 전환을 위해 사용되는 경우, 다음과 같은 사항들이 발생한다. 먼저, 기판 상에 액정 분자들(231)로 채워질 몰드를 형성하는 것이 필요하고, 몰드 형성은 공정과 비용면에서 매우 불리하다. 또한, 전압이 액정층(223)에 인가되지 않은 경우에 렌즈 효과가 발생하는 상태는 3차원 표시 모드이지만, 현재로는 2차원 표시 모드가 더 자주 사용된다는 것을 쉽게 예측할 수 있으며, 이에 따라 전력 소비에 있어서 불리하다고 고려된다. 또한, 2차원 표시 모드의 화상 표시 품질은 액정층(223)에 포함되는 특정한 몰드 또는 액정의 시야각 의존 때문에 악화된다.

반면에, 도 17a와 도 17b에 도시한 렌즈 어레이를 사용하는 경우에, 전압이 액정층(103)에 인가되지 않은 상태는 렌즈 효과가 없는 상태, 즉, 2차원 표시 모드이다. 따라서, 2차원 표시 모드를 자주 사용하는 경우에는, 전력 소비면에서 유리하다. 또한, 렌즈 형상의 몰드는 액정층(103)에 포함되지 않으며, 이에 따라 도 15와 도 16에 도시한 렌즈 어레이와 비교하여, 2차원 표시 모드에서의 화상 표시 품질은 덜 열화되는 경향이 있다.

고정 표시 장치의 경우에, 통상적으로 스크린의 수직 방향과 수평 방향으로의 표시 장치 상태들은 항상 고정되어 있다. 예를 들어, 랜드스케이프형 스크린을 갖는 고정 표시 장치의 경우에, 스크린은 항상 랜드스케이프형 표시 상태로 고정된다. 그러나, 예를 들어, 휴대 전화와 같은 모바일 기기에서는, 표시부의 스크린의 표시 상태가 포트레이트형 상태(스크린의 길이가 스크린의 폭보다 큰 상태)와 랜드스케이프형 상태(스크린의 폭이 스크린의 길이보다 큰 상태) 간에 전환가능한 표시 장치가 개발되었다. 이러한 랜드스케이프형 표시 모드와 포트레이트형 표시 모드 간의 전환은, 예를 들어, 기기를 90°만큼 회전시키거나 표시면에서의 표시 부분을 90°만큼 독립적으로 회전시키고, 또한 표시 화상을 90°만큼 회전시킴으로써 실현될 수 있다. 이제, 이러한 랜드스케이프형 상태와 포트레이트형 상태 간에 전환이 가능한 기기에서 3차원 표시를 행하는 것을 고려해 본다. 액정 렌즈들을 이용하지 않고 수지 몰딩에 의해 형성되는 원통형 렌즈 어레이에 의해 3차원 표시를 행하는 시스템의 경우, 통상적으로, 원통형 렌즈 어레이는 2차원 표시 장치의 표시면에 고정된다. 따라서, 랜드스케이프형 표시 상태와 포트레이트형 표시 상태 중 하나의 상태에서만 3차원 표시를 적절히 실현한다. 예를 들어, 3차원 표시가 랜드스케이프형 표시 상태에서 적절히 행해지도록 원통형 렌즈 어레이가 배치된 경우, 포트레이트형 표시 상태에서, 굴절력은, 수직 방향으로 제공되지만 측 방향으로는 제공되지 않으며, 이에 따라 입체감을 적절히 실현하는 것이 어렵다. 또한, 종래 기술에서 액정 렌즈들로 구성된 원통형 렌즈 어레이를 사용하는 경우, 동일한 문제가 발생한다. 구체적으로, 종래 기술에서는, 액정 렌즈를 이용함으로써 2차원 표시 모드와 3차원 표시 모드 간의 전환이 허용되지만, 3차원 표시 모드에서는, 랜드스케이프형 표시 상태와 포트레이트형 표시 상태 간의 전환에 응답하여 적절한 표시 전환을 행하는 것이 어렵다.

또한, 일본 미심사 특허출원 공개번호 제2008-9370호에서 설명한 액정 렌즈 와 같이 액정층의 일측 상에 2층 전극 구성이 형성되는 경우, 전극들을 포함하는 2층을 배치하는 것이 필요하며, 공정 및 비용면에서 매우 불리하다. 또한, 디바이스 구성으로서, 상하 기판들은, 상측 기판 상에 전극들을 포함하는 2층을 분리하는 유전막에 의해 서로 전기적으로 비대칭이다. 다시 말하면, 이 상태는 상측 기판 상에 두꺼운 배향막이 제공되는 상태와 동일하고, 이 상태로 인해 액정에 번인(burn-in) 현상과 같은 문제가 발생하는 것은 자명하다.

원통형 렌즈의 렌즈 효과가 두 개의 방향 간에 전환될 수 있는 렌즈 어레이 소자, 및 이러한 렌즈 어레이 소자를 이용하는 화상 표시 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 서로 거리를 두고 대향하도록 배치된 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판 상에서 제2 기판에 대향하는 측에 형성되며 제1 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극을 포함하는 제1 전극 그룹 - 복수의 투명 전극은 폭 방향으로 간격을 두고 병렬 배치됨 - 과, 제2 기판 상에서 제1 기판에 대향하는 측에 형성되며 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극을 포함하는 제2 전극 그룹 - 복수의 투명 전극은 폭 방향으로 간격을 두고 병렬 배치됨 -과, 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치되며 굴절률 이방성을 갖는 액정 분자들을 포함하고 제1 전극 그룹과 제2 전극 그룹에 인가되는 전압들에 응답하여 액정 분자들의 배향 방향을 변경함으로써 렌즈 효과를 발생시키는 액정층을 포함하는 렌즈 어레이 소자를 제공한다. 이 액정층은, 제1 전극 그룹과 제2 전극 그룹에 인가되는 전압들의 상태에 따라 세 개의 상태 중 하나의 상태로 전기적으로 변경되고, 세 개의 상태는, 렌즈 효과가 없는 상태, 제1 방향으로 연장되는 제1 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제1 렌즈 상태, 및 제2 방향으로 연장되는 제2 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제2 렌즈 상태를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자에서, 액정층은, 제1 전극 그룹과 제2 전극 그룹에 인가되는 전압들의 상태에 따라, 렌즈 효과가 없는 상태, 제1 방향으로 연장되는 제1 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제1 렌즈 상태, 및 제2 방향으로 연장되는 제2 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제1 렌즈 상태를 포함하는 세 가지 상태 중 하나의 상태로 전기적으로 변경된다. 예를 들어, 액정층을 렌즈 효과가 없는 상태로 변경할 수 있도록, 제1 전극 그룹 및 제2 전극 그룹의 모든 투명 전극들은 동일한 전위로 설정된다. 액정층을 제1 렌즈 상태로 변경할 수 있도록, 제2 전극 그룹의 모든 투명 전극들에 공통 전압이 인가되고 제1 원통형 렌즈의 렌즈 피치에 대응하는 위치에 있는 제1 전극 그룹의 투명 전극들에만 선택적으로 구동 전압이 인가된다. 액정층을 제2 렌즈 상태로 변경할 수 있도록, 제1 전극 그룹의 모든 투명 전극들에 공통 전압이 인가되고 제2 원통형 렌즈의 렌즈 피치에 대응하는 위치에 있는 제2 전극 그룹의 투명 전극들에만 선택적으로 구동 전압이 인가된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 화상을 2차원으로 표시하는 표시 패널과, 표시 패널의 표시면에 대향하도록 배치되고 표시 패널로부터의 광선의 투과 상태를 선택적으로 변경하는 렌즈 어레이 소자를 포함하는 화상 표시 장치를 제공한다. 이 렌즈 어레이 소자는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화상 표시 장치에서는, 예를 들어, 렌즈 어레이 소자의 상태를 렌즈 효과가 없는 상태와 제1 또는 제2 렌즈 상태 간에 적절히 전환함으로써, 2차원 표시와 3차원 표시 간의 전기적 전환을 행할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 어레이 소자를 렌즈 효과가 없는 상태로 둠으로써, 표시 패널로부터의 표시 화상 광을 편향시키지 않고 렌즈 어레이 소자를 투과시킴으로써 2차원 표시를 행할 수 있다. 또한, 렌즈 어레이 소자를 제1 렌즈 상태로 둠으로써, 표시 패널로부터의 표시 화상 광이 제1 방향에 직교하는 방향으로 편향될 수 있으므로, 관찰자의 양안이 제1 방향에 직교하는 방향을 따라 배치될 때 입체 효과를 얻는 3차원 표시를 행할 수 있다. 또한, 렌즈 어레이 소자를 제2 렌즈 상태로 둠으로써, 표시 패널로부터의 표시 화상 광이 제2 방향에 직교하는 방향으로 편향될 수 있으므로, 관찰자의 양안이 제2 방향에 직교하는 방향을 따라 배치될 때 입체 효과를 얻는 3차원 표시를 행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자에서, 제1 전극 그룹과 제2 전극 그룹은 액정층을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되며, 제1 전극 그룹과 제2 전극 그룹은 두 개의 서로 다른 방향으로 각각 연장되는 복수의 투명 전극을 포함하고, 제1 전극 그룹과 제2 전극 그룹에 인가되는 전압들의 상태는 액정층에서의 렌즈 효과를 적절히 제어하도록 적절히 제어되며, 이에 따라 렌즈 효과의 존재와 부재 간의 전기적 전환을 쉽게 행할 수 있다. 또한, 원통형 렌즈의 렌즈 효과는 두 개의 방향 간에 전기적으로 쉽게 전환가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화상 표시 장치에서, 표시 패널로부터의 광선의 투과 상태를 선택적으로 변경하는 광학 소자로는, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자를 사용하며, 이에 따라, 예를 들어, 2차원 표시와 3차원 표시 간의 전기적 전환을 쉽게 행할 수 있다. 또한, 예를 들어, 3차원 표시를 행하는 경우의 표시 방향은 두 개의 서로 다른 방향 간에 전기적으로 쉽게 전환가능하다.

본 발명의 목적, 특징, 이점 및 다른 목적, 특징, 이점은 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 따르면, 2차원 표시와 3차원 표시 간의 전기적 전환을 쉽게 행할 수 있으며, 공정 및 비용면에서 유리한 등의 효과가 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제1 실시예

렌즈 어레이 소자 및 화상 표시 장치의 전체 구성

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자(1)의 구성예를 도시한다. 렌즈 어레이 소자(1)는 서로 거리 d를 두고 대향하는 제1 기판(10)과 제2 기판(20), 및 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 간에 배치된 액정층(3)을 포함한다. 제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 예를 들어 유리 물질이나 수지 물질로 형성된 투명 기판들이다. 제1 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극이 폭 방향으로 간격을 두고 병렬 배치되는 제1 전극 그룹(14)은 제1 기판(10) 상에서 제2 기판(20)에 대향하는 측에 형성된다. 배향막(13)은 제1 전극 그룹(14)을 사이에 두고 제1 기판(10) 상에 형성된다. 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극이 폭 방향으로 간격을 두고 병렬 배치되는 제2 전극 그룹(24)은 제2 기판(20) 상에서 제1 기판(10)에 대향하는 측에 형성된다. 배향막(23)은 제2 전극 그룹(24)을 사이에 두고 제2 기판(20) 상에 형성된다.

렌즈 어레이 소자(1)는, 예를 들어 2차원 표시 모드와 3차원 표시 모드 간에 전환가능한 화상 표시를 구성하도록 화상을 2차원으로 표시하는 표시 패널(2)과 조합된다. 이 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 렌즈 어레이 소자(1)는 표시 패널(2)의 표시면(2A)에 대향하도록 배치된다. 렌즈 어레이 소자(1)는 표시 모드에응답하여 렌즈 효과를 제어함으로써 표시 패널(2)로부터의 광선의 투과 상태를 선택적으로 변경한다. 이 경우, 표시 패널(2)은 예를 들어 액정 표시 장치로 구성된다. 표시 패널(2)은, 2차원 표시를 행하는 경우 2차원 화상 데이터에 기초하여 화상을 표시하고, 3차원 표시를 행하는 경우 3차원 화상 데이터에 기초하여 화상을 표시한다. 또한, 3차원 화상 데이터는, 3차원 표시에 있어서 복수의 시야각 방향에 대응하는 복수의 시차 화상을 포함하는 데이터이다. 예를 들어, 2안식 3차원 표시를 행하는 경우, 3차원 화상 데이터는 우안 표시와 좌안 표시를 위한 시차 화상들을 포함하는 데이터이다.

액정층(3)은 액정 분자들(5)을 포함하고, 렌즈 효과는 제1 전극 그룹(14)과 제2 전극 그룹(24)에 인가되는 전압들에 응답하여 액정 분자들(5)의 배향 방향을 변경함으로써 제어된다. 액정 분자들(5)은 굴절률 이방성을 갖고, 예를 들어, 긴 방향과 짧은 방향에 있어서 투과 광선에 대한 타원 굴절률이 서로 다른 구성을 갖는다. 액정층(3)은, 세 가지 상태, 즉, 렌즈 효과가 없는 상태, 제1 전극 그룹(14)과 제2 전극 그룹(24)에 인가되는 전압들의 상태에 응답하는 제1 렌즈 상태 및 제2 렌즈 상태 중 하나의 상태로 전기적으로 변경된다. 제1 렌즈 상태는 제1 방향으로 연장되는 제1 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 상태이다. 제2 렌즈 상태는 제2 방향으로 연장되는 제2 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 상태이다. 또한, 렌즈 어레이 소자(1)에서, 렌즈 효과가 발생하는 기본 원리는, 렌즈 어레이 소자(1)가 렌즈 효과의 방향을 두 개의 서로 다른 방향 간에 전환함으로써 렌즈 효과를 발생시킨다는 점을 제외하고 도 17a와 도 17b에 도시한 액정 렌즈에서의 기본 원리와 동일하다.

이하, 실시예에서, 전술한 제1 방향은 도 1에서 X 방향(지면에서의 측 방향)으로 규정되고, 전술한 제2 방향은 도 1에서 Y 방향(면에 직교하는 방향)으로 규정된다. X 방향과 Y 방향은 기판 면에서 서로 직교한다.

렌즈 어레이 소자(1)의 전극 구성

도 2는 렌즈 어레이 소자(1)의 전극 구성의 구성예를 도시한다. 도 2에서는, 도 19에 도시한 종래 기술의 전극 구성과의 차이를 쉽게 인식하도록, 도 1의 렌즈 어레이 소자(1)가 거꾸로 된 상태, 즉, 제1 기판(10)이 상측 상에 배치되고 제2 기판(20)이 하측 상에 배치된 상태를 도시하고 있다.

제1 전극 그룹(14)은, 복수의 투명 전극으로서 서로 다른 전극 폭들을 갖는 두 종류의 전극들이 교대로 병렬 배치된 구성을 갖는다. 다시 말하면, 제1 전극 그룹(14)은, 교대로 병렬 배치된 복수의 X 방향 제1 전극(제1 전극(11X)) 및 복수의 X 방향 제2 전극(제2 전극(12X))을 포함하는 구성을 갖는다. 제1 전극들(11X)의 각각은 제1 폭 Ly를 갖고, 제1 방향(X 방향)으로 연장된다. 제2 전극들(12X)의 각각은 제1 폭 Ly보다 넓은 제2 폭 Sy를 갖고, 제1 방향으로 연장된다. 복수의 제1 전극(11X)은 렌즈 효과로서 발생하는 제1 원통형 렌즈의 렌즈 피치 p에 대응하는 간격으로 병렬 배치된다. 제1 전극들(11X)과 제2 전극들(12X)은 간격 a로 배치된다.

또한, 제2 전극 그룹(24)은, 복수의 투명 전극으로서 서로 다른 전극 폭들을 갖는 두 종류의 전극들이 교대로 병렬 배치된 구성을 갖는다. 다시 말하면, 제2 전극 그룹은, 교대로 병렬 배치된 복수의 Y 방향 제1 전극(제1 전극(21Y)) 및 복수의 Y 방향 제2 전극(제2 전극(22Y))을 포함하는 구성을 갖는다. 제1 전극들(21Y)의 각각은 제1 폭 Lx를 갖고, 제2 방향(Y 방향)으로 연장된다. 제2 전극들(22Y)의 각각은 제1 폭 Lx보다 넓은 제2 폭 Sx를 갖고, 제2 방향으로 연장된다. 복수의 제1 전극(21Y)은 렌즈 효과로서 발생하는 제2 원통형 렌즈의 렌즈 피치 p에 대응하는 간격으로 병렬 배치된다. 제1 전극들(21Y)과 제2 전극들(22Y)은 간격 a로 배치된다.

렌즈 어레이 소자의 제조

렌즈 어레이 소자(1)를 제조하는 경우, 먼저, 예를 들어, ITO 막과 같은 투명 도전막들을, 제1 전극 그룹(14)과 제2 전극 그룹(24)을 각각 형성하도록 유리 물질 또는 수지 물질로 형성한 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 상에 소정의 패턴으로 형성한다. 배향막들(13, 23)은, 폴리이미드와 같은 폴리머 화합물이 포(cloth)에 의해 한 방향으로 러빙되는 러빙 방법 또는 SiO 등의 사방 증착(oblique evaporation) 방법에 의해 형성된다. 이에 따라, 액정 분자들(5)의 긴 축들이 한 방향으로 배향된다. 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 간의 거리 d를 균일하게 유지하려면, 유리 물질이나 수지 물질로 형성된 스페이서(4)가 분산된 밀봉 물질이 배향막들(13, 23) 상에 인쇄된다. 이어서, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)은 서로 본딩되고, 스페이서(4)를 포함하는 밀봉 물질이 경화된다. 이후, TN 액정 또는 STN 액정과 같이 공지된 액정 물질이 밀봉 물질의 개구부로부터 제1 기판(10)과 제2 기판(20) 간에 주입되고, 이어서 밀봉 물질의 개구부가 밀봉된다. 이어서, 액정 조성물이 등방상(isotropic phase)까지 가열된 후, 천천히 냉각되어 렌즈 어레이 소자(1)가 완성된다. 또한, 실시예에서, 액정 분자들(5)의 굴절률 이방성 Δn이 클수록, 렌즈 효과도 커지고, 이에 따라 액정 물질은 바람직하게 이러한 조성을 갖는다. 반면에, 굴절률 이방성 Δn이 큰 액정 조성물의 경우, 액정 조성물의 물성이 손상되어 점성이 증가함으로 인해, 기판들 간에 액정 조성물을 주입하는 것이 어려울 수 있고, 또는 액정 조성물이 저온에서 결정 상태에 가까운 상태로 변경될 수 있고, 또는 내부 전계가 증가하여 액정 소자의 구동 전압을 증가시킬 수 있다. 따라서, 액정 물질은 바람직하게 제조가능성과 렌즈 효과 둘 다에 기초하는 조성을 갖는다.

렌즈 어레이 소자의 제어 동작

다음으로, 도 3과 도 4의 (A) 내지 (C)를 참조하여, 렌즈 어레이 소자(1)의 제어 동작(렌즈 효과의 제어 동작)을 설명한다. 도 3은 전극들의 연결 관계와 함께 전압 인가 상태와 발생한 렌즈 효과 간의 대응 관계를 도시한다. 도 4의 (A) 내지 (C)는 렌즈 어레이 소자(1)에서 발생하는 광학적으로 등가인 렌즈 효과를 도시한다.

렌즈 어레이 소자(1)에서, 액정층(3)은, 세 가지 상태, 즉, 렌즈 효과가 없는 상태, 제1 전극 그룹(14)과 제2 전극 그룹(24)에 인가되는 전압들의 상태에 따른 제1 렌즈 상태 및 제2 렌즈 상태 중 하나의 상태로 전기적으로 변경된다. 제1 렌즈 상태는 제1 방향(X 방향)으로 연장되는 제1 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 상태이다. 제2 렌즈 상태는 제2 방향(Y 방향)으로 연장되는 제2 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 상태이다.

렌즈 어레이 소자(1)에서, 액정층(3)이 렌즈 효과가 없는 상태로 변경되는 경우, 전압은 제1 전극 그룹(14)의 복수의 투명 전극 및 제2 전극 그룹(24)의 복수의 투명 전극이 동일한 전위(0V)를 갖는 전압 상태(도 3에서 중간 부분에 도시한 상태)로 변경된다. 이 경우, 액정 분자들(5)은 도 17a에 도시한 경우와 동일한 원리에 의해 배향막들(13, 23)에 의해 결정되는 소정의 방향으로 균일하게 배향되고, 이에 따라 액정층(3)은 렌즈 효과가 없는 상태로 변경된다.

또한, 액정층(3)이 제1 렌즈 상태로 변경되는 경우, 액정층(3)의 위와 아래에 있는 투명 전극들 간에 액정 분자들(5)의 배향이 변경될 수 있게 하는 소정의 전위차가 제1 전극 그룹(14)의 제1 전극들(11X)에 대응하는 부분에서 발생한다. 예를 들어, 공통 전압은 제2 전극 그룹(24)의 복수의 투명 전극(제1 전극들(21Y)과 제2 전극들(22Y)) 모두에 인가된다. 동시에, 소정의 구동 전압은 제1 전극 그룹(14)의 복수의 투명 전극(제1 전극들(11X)과 제2 전극들(12X)) 중 제1 전극들(11X)에만 선택적으로 인가된다(도 3의 하부에 도시한 상태를 참조). 이 경우, 액정층(3)의 전계 분포는 도 17b에 도시한 경우와 동일한 원리에 의해 바이어싱된다. 구체적으로, 제1 전극들(11X)이 형성되어 있는 영역들에 대응하는 부분들에서 구동 전압에 따라 전계 강도가 증가하고 제1 전극들(11X)로부터의 거리 증가에 따라 전계 강도가 점진적으로 감소하는 전계가 발생한다. 다시 말하면, 전계 분포는 제2 방향(Y 방향)으로 렌즈 효과를 발생시키도록 변경된다. 도 4의 (B)에 도시한 바와 같이, 렌즈 어레이 소자(1)는, X 방향으로 연장되며 Y 방향으로 굴절력을 갖는 복수의 제1 원통형 렌즈(31X)(X 방향 원통형 렌즈)가 Y 방향으로 병렬 배치되는 렌즈 상태로 등가적으로 변경된다. 이 경우, 전압은 제1 전극 그룹(14)에서 제1 원통형 렌즈들(31X)의 렌즈 피치 p에 대응하는 위치에 있는 투명 전극들(제1 전극들(11X))에만 선택적으로 인가된다.

또한, 액정층(3)이 제2 렌즈 상태로 변경되는 경우, 액정층(3)의 위와 아래에 있는 투명 전극들 간에 액정 분자들(5)의 배향이 변경될 수 있게 하는 소정의 전위차는, 제2 전극 그룹(24)의 제1 전극들(21Y)에 대응하는 부분들에서 발생한다. 예를 들어, 공통 전압은 제1 전극 그룹(14)의 복수의 투명 전극 모두에 인가된다. 동시에, 소정의 구동 전압은 제2 전극 그룹(24)을 구성하는 복수의 투명 전극 중 제1 전극들(21Y)에만 선택적으로 인가된다(도 3의 상부에 도시한 상태를 참조). 이 경우, 액정층(3)의 전계 분포는 도 17b에 도시한 경우와 동일한 원리에 의해 바 이어싱된다. 구체적으로, 제1 전극들(21Y)이 형성되어 있는 영역들에 대응하는 부분들에서 구동 전압에 따라 전계 강도가 증가하고 제1 전극들(21Y)로부터의 거리 증가에 따라 전계 강도가 점진적으로 감소하는 전계가 발생한다. 다시 말하면, 전계 분포는 제1 방향(X 방향)으로 렌즈 효과를 발생시키도록 변경된다. 도 4의 (A)에 도시한 바와 같이, 렌즈 어레이 소자(1)는, Y 방향으로 연장되며 X 방향으로 굴절력을 갖는 복수의 제2 원통형 렌즈(31Y)(Y 방향 원통형 렌즈)가 X 방향으로 병렬 배치되는 렌즈 상태로 등가적으로 변경된다. 이 경우, 전압은 제2 전극 그룹(24)에서 제2 원통형 렌즈들(31Y)의 렌즈 피치 p에 대응하는 위치에 있는 투명 전극들(제1 전극들(21Y))에만 선택적으로 인가된다.

제1 전극 그룹(14)과 제2 전극 그룹(24)에서, 전극폭들(Ly, Lx 등) 또는 간격들(a)은 (Ly = Lx와 같이) 서로 동일해도 된다. 이 경우, 서로 다른 방향으로 동일한 렌즈 피치 p와 동일한 굴절력을 갖는 원통형 렌즈들의 효과를 발생시킬 수 있다. 반면에, 제1 전극 그룹(14)과 제2 전극 그룹(24)이 서로 다른 전극폭들 또는 전극들 간에 서로 다른 간격들을 갖는 경우, 제1 렌즈 상태와 제2 렌즈 상태에서 서로 다른 렌즈 피치들을 갖는 원통형 렌즈들의 효과를 발생시킬 수 있다.

화상 표시 장치의 제어 동작

이하, 도 5의 (A) 내지 (D)를 참조하여, 렌즈 어레이 소자(1)를 이용하는 화상 표시 장치의 제어 동작을 설명한다. 도 5의 (A) 내지 (D)는 화상 표시 장치에서 표시 상태들 간의 전환의 일례를 도시한다. 여기서, 예를 들어, 스크린의 표시 상태가 랜드스케이프(landscape)형 상태와 포트레이트(portrait)형 상태 간에 전환 가능한 모바일 기기와 같은 기기에 화상 표시 장치를 적용하는 경우를 일례로서 설명한다. 또한, 화상 표시 장치가 2차원 표시 모드와 3차원 표시 모드 간에 전환가능한 경우를 일례로서 설명한다.

화상 표시 장치에서는, 전술한 바와 같이, 렌즈 효과가 없는 상태, 제1 렌즈 상태, 및 제2 렌즈 상태 간의 적절히 전환을 행함으로써 2차원 표시와 3차원 표시 간의 전기적 전환을 행한다. 예를 들어, 렌즈 어레이 소자(1)가 렌즈 효과가 없는 상태로 변경되면, 표시 패널(2)로부터의 표시 화상 광은 편향되지 않으며 그대로 투과하며, 이에 따라 2차원 표시를 행한다. 도 5의 (C)는 스크린의 표시 상태가 랜드스케이프형인 상태에서 2차원 표시를 행하는 스크린 예를 도시하고, 도 5의 (D)는 스크린의 표시 상태가 포트레이트형인 상태에서 2차원 표시를 행하는 스크린 예를 도시한다.

또한, 렌즈 어레이 소자(1)가 제1 렌즈 상태로 변경되는 경우, 표시 패널(2)로부터의 표시 화상 광은 제1 방향(X 방향)에 직교하는 방향(Y 방향)으로 편광되고, 이에 따라 관찰자의 양안이 제1 방향에 직교하는 방향을 따라 배치될 때 입체 효과를 얻는 3차원 표시를 행한다. 이는 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이 스크린의 표시 상태가 포트레이트형인 상태에서 3차원 표시를 행하는 경우에 대응한다. 이 상태에서는, 도 4의 (C)에 도시한 상태(도 4의 (B)에 도시한 상태가 90°만큼 회전된 상태)에서의 렌즈 효과가 발생하고, 이에 따라 스크린의 표시 상태가 포트레이트형인 상태에서 양안이 측 방향을 따라 배치될 때, 입체 효과를 얻게 된다.

또한, 렌즈 어레이 소자(1)가 제2 렌즈 상태로 되면, 표시 패널(2)로부터의 표시 화상 광은 제2 방향(Y 방향)에 직교하는 방향(X 방향)으로 편향되고, 이에 따라 양안이 제2 방향에 직교하는 방향을 따라 배치될 때 입체 효과가 얻어지는 3차원 표시를 행한다. 이는, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이 스크린의 표시 상태가 랜드스케이프형인 상태에서 3차원 표시를 행하는 경우에 대응한다. 이 상태에서는, 도 4의 (A)에 도시한 상태에서의 렌즈 효과가 발생하고, 이에 따라 스크린의 표시 상태가 랜드스케이프형인 상태에서 양안이 측 방향을 따라 배치될 때, 입체 효과를 얻게 된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자(1)에서는, 제1 전극 그룹(14)과 제2 전극 그룹(24)에 인가되는 전압들의 상태가 적절히 제어되면, 액정층(3)의 렌즈 효과가 적절히 제어된다. 이에 따라, 렌즈 효과의 부재와 존재 간의 전기적 전환을 쉽게 행한다. 또한, 원통형 렌즈의 렌즈 효과는 두 개의 방향 간에 쉽게 전환될 수 있다. 렌즈 어레이 소자(1)에서는, 액정층(3)을 사이에 두고 서로 대향하는 전극 구성이 단층 구성이며, 이에 따라 일본 미심사 특허출원 공개번호 제2008-9370호에 개시된 액정 렌즈의 경우와 같이 액정층의 일측 상에 2층 전극 구성이 형성되는 경우와 비교할 때, 렌즈 어레이 소자(1)는 공정과 비용면에서 유리하다. 또한, 2층 전극 구성의 경우에 야기되는 액정의 번인 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 화상 표시 장치에서는, 광선의 표시 패널(2)로부터의 투과 상태를 선택적으로 변경하는 광학 디바이스로서, 렌즈 어레이 소자(1)를 사용하므로, 2차원 표시와 3차원 표시 간의 전기적 전환을 쉽게 행한다. 또한, 3 차원 표시를 행하는 경우의 표시 방향은 두 개의 서로 다른 방향 간에 전기적으로 쉽게 전환될 수 있다.

제2 실시예

다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자와 화상 표시 장치를 설명한다. 유사한 구성 요소들은 제1 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자(1)와 화상 표시 장치의 유사한 번호들로 표시하며, 더 설명하지 않는다.

제1 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자(1)에서는, 도 3에 도시한 구동 방법에 의해 구동 전압을 상측 및 하측 상의 투명 전극들에 인가한 상태의 경우, 렌즈 형상(액정 분자들(5)의 배향 상태)이 시간 경과에 따라 변경되어 액정층(3)을 원하는 렌즈 상태로 제어하지 못할 가능성이 있다. 특히, 높은 정밀도(definition)와 빠른 응답 속도 등을 얻도록 전극들 간의 갭(기판들 간의 거리 d)이 좁은 경우, 액정층(3)을 원하는 렌즈 상태로 제어하지 못할 가능성이 높다. 예를 들어, 도 3의 상부에 도시한 상태에서는, 예를 들어, 제2 전극 그룹(24)의 제1 전극들(21Y)만이 외부 구동 회로에 연결되어 소정의 구동 전압이 제1 전극들(21Y)에만 선택적으로 인가되지만, 제2 전극들(22Y)은 전기적으로 분리되며 부동 상태에 있다. 이 경우, 렌즈 어레이 소자(1)가 연속적으로 동작하면, 제2 전극들(22Y)이 부동 상태에 있으므로, 제2 전들(22Y)에 대응하는 부분들에서의 액정 분자들(5)의 배향이 초기 상태와 다르게 되어 제어불가능한 상태로 될 가능성이 있다. 도 3의 상부에 도시한 상태에서 양호한 렌즈 상태를 유지하려면, 제2 전극들(22Y)이 전극이 아니며 제2 전극들(22Y)에 대응하는 부분들이 전기적으로 부동되지 않는 것처럼 제2 전극들(22Y) 이 기능하는 상태를 생성할 필요가 있다. 본 실시예는 제1 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자(1)를 구동하는 방법의 개선에 관한 것이다. 렌즈 어레이 소자와 화상 표시 장치의 기본적인 구성은 제1 실시예와 동일하므로, 구동 방법만을 설명한다.

도 6은 전극들의 연결 관계와 함께 본 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자에서 전압 인가 상태와 발생한 렌즈 효과 간의 대응 관계를 도시한다. 본 실시예에서, 제1 전극 그룹(14)의 복수의 투명 전극(제1 전극들(11X)와 제2 전극들(12X))의 각각의 일단은 제1 외부 구동 회로인 X 방향 신호 발생기(제1 구동 신호 발생기(40X))에 연결가능하다. 또한, 제2 전극 그룹(24)의 복수의 투명 전극(제1 전극들(21Y)와 제2 전극들(22Y))의 각각의 일단은 제2 외부 구동 회로인 Y 방향 신호 발생기(제2 구동 신호 발생기(40Y))에 연결가능하다.

도 7은 렌즈 어레이 소자에서 각 전극의 전압 인가 상태와 발생한 렌즈 효과 간의 대응 관계를 도시한다. 도 8의 (A)는 렌즈 어레이 소자에서 렌즈 효과가 발생하는 경우에 제1 구동 신호 발생기(40X)에 의해 발생된 구동 신호의 전압 파형(진폭 Vx를 갖는 제1 구동 전압)의 일례를 도시한다. 도 8의 (B)는 제2 구동 신호 발생기(40Y)에 의해 발생된 구동 신호의 전압 파형(진폭 Vy를 갖는 제2 구동 전압)의 일례를 도시한다. 제1 구동 신호 발생기(40X)와 제2 구동 신호 발생기(40Y)의 각각은, 예를 들어, 30Hz 이상의 구형파 신호를 발생시킨다. 도 8의 (A)와 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 구동 신호 발생기(40X)와 제2 구동 신호 발생기(40Y)는, 진폭이 거의 동일하고(Vx = Vy) 위상이 180°다른 구동 신호들을 각각 발생시킨다.

도 9의 (A)와 (B)는 본 실시예에서 제2 렌즈 상태(도 6의 상부, Y 방향 원통 형 렌즈)에 있는 전극들 간의 전위를 수직 방향으로 도시한다. 특히, 도 9의 (A)는 제2 전극 그룹(24)의 제1 전극(21Y)에 대응하는 부분의 전압 파형을 도시하고, 도 9의 (B)는 제2 전극(22Y)에 대응하는 부분의 전압 파형을 도시한다. 액정층(3)이 제2 렌즈 상태로 변경되는 경우, 액정층(3)의 위와 아래에 있는 투명 전극들 간의 액정 분자들(5)의 배향이 변경될 수 있게 하는 소정의 전위차는, 제2 전극 그룹(24)의 제1 전극들(21Y)에 대응하는 부분들에서 발생한다. 먼저, 제1 전극 그룹(14)의 복수의 투명 전극의 각각의 일단은 제1 구동 신호 발생기(40X)에 연결되고, 공통 전압(진폭 Vx를 갖는 제1 구동 전압)은 그 투명 전극들 모두에 인가된다. 또한, 제2 전극 그룹(24)의 복수의 투명 전극의 제1 전극들(21Y)만이 제2 구동 신호 발생기(40Y)에 연결되고, 소정의 구동 전압(진폭 Vy를 갖는 제2 구동 전압)이 제1 전극들(21Y)에 선택적으로 인가된다. 동시에, 제2 전극 그룹(24)의 복수의 투명 전극의 제2 전극들(22Y)은 접지된다. 이에 따라, 도 3의 상부의 상태와 비교할 때, 제2 전극들(22Y)은 전기적으로 부유되지 않는다. 이 경우, 제1 구동 신호 발생기(40X)와 제2 구동 신호 발생기(40Y)는, 도 8의 (A)와 (B)에 도시한 바와 같이 전압 진폭이 거의 동일하고 위상이 180°다른 구형파의 구동 신호들을 각각 발생시킨다. 따라서, 도 9의 (A)에 도시한 바와 같이, 진폭 전압(Vx + Vy)을 갖는 구형파는 제2 전극 그룹(24)의 제1 전극들(21Y)과 제1 전극 그룹(14)의 제1 전극들(11X)에 대응하는 부분들 간에 인가된다. 반면에, 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이, 진폭 전압(Vx = Vy = (Vx + Vy)/2)을 갖는 구형파는 제2 전극 그룹(24)의 제2 전극들(22Y)과 제1 전극 그룹(14)의 제2 전극들(12X)에 대응하는 부분들 간에 인가 된다. 이때, 제2 전극들(22Y)에 대응하는 부분들에서는, 그 진폭 전압이 액정의 임계 전압 이하이면, 액정 분자들(5)은 실제로 이동하지 않지만, 제2 전극들(22Y)에 의한 횡 전계에 의해, 액정 분자들(5)의 초기 배향 분포, 즉, 굴절률 분포가 야기된다.

도 10의 (A)와 (B)는 제1 렌즈 상태(도 6의 하부, X 방향 원통형 렌즈)에서의 전위를 수직 방향으로 도시한다. 특히, 도 10의 (A)는 제1 전극 그룹(14)의 제1 전극(11X)에 대응하는 부분의 전압 파형을 도시하고, 도 10의 (B)는 제2 전극(12X)에 대응하는 부분의 전압 파형을 도시한다. 액정층(3)이 제1 렌즈 상태로 변경되는 경우, 액정층(3)의 위와 아래에 있는 투명 전극들 간의 액정 분자들(5)의 배향이 변경될 수 있게 하는 소정의 전위차는, 제1 전극 그룹(14)의 제1 전극들(11X)에 대응하는 부분들에서 발생한다. 먼저, 제2 전극 그룹(24)의 복수의 투명 전극의 각각의 일단은 제2 구동 신호 발생기(40Y)에 연결되고, 공통 전압(진폭 Vy를 갖는 제2 구동 전압)은 그 투명 전극들 모두에 인가된다. 또한, 제1 전극 그룹(14)의 복수의 투명 전극의 제1 전극들(11X)만이 제1 구동 신호 발생기(40X)에 연결되고, 소정의 구동 전압(진폭 Vx를 갖는 제1 구동 전압)이 제1 전극들(11X)에 선택적으로 인가된다. 동시에, 제1 전극 그룹(14)의 복수의 투명 전극의 제2 전극들(12X)은 접지된다. 이에 따라, 도 3의 하부의 상태와 비교할 때, 제2 전극들(12X)은 전기적으로 부유되지 않는다. 이 경우, 도 8의 (A)와 (B)에 도시한 바와 같이, 제1 구동 신호 발생기(40X)와 제2 구동 신호 발생기(40Y)는, 전압 진폭이 거의 동일하고 위상이 180°다른 구형파의 구동 신호들을 각각 발생시킨다. 따라 서, 도 10의 (A)에 도시한 바와 같이, 진폭 전압(Vx + Vy)을 갖는 구형파는 제1 전극 그룹(14)의 제1 전극들(11X)과 제2 전극 그룹(24)의 제1 전극들(21Y)에 대응하는 부분들 간에 인가된다. 반면에, 도 10의 (B)에 도시한 바와 같이, 진폭 전압(Vx = Vy = (Vx + Vy)/2)을 갖는 구형파는 제1 전극 그룹(14)의 제2 전극들(12X)과 제2 전극 그룹(24)의 제2 전극들(22Y)에 대응하는 부분들 간에 인가된다. 이때, 제2 전극들(22Y)에 대응하는 부분들에서는, 그 진폭 전압이 액정의 임계 전압 이하이면, 액정 분자들(5)은 실제로 이동하지 않지만, 제2 전극들(12X)에 의한 횡 전계에 의해, 액정 분자들(5)의 초기 배향 분포, 즉, 굴절률 분포가 야기된다.

액정층(3)이 렌즈 효과가 없는 상태로 변경되는 경우, 전압은 제1 전극 그룹(14)의 복수의 투명 전극과 제2 전극 그룹(24)의 복수의 투명 전극이 동일한 전위(0V)를 갖는 전압 상태(도 6의 중간 부분에 도시한 상태)로 변경된다. 즉, 각 전극은 접지된다. 이 경우, 액정 분자들(5)은 도 17a에 도시한 경우와 동일한 원리에 의해 배향막들(13, 23)에 의해 결정되는 소정의 방향으로 균일하게 배향되고, 이에 따라 액정층(3)은 렌즈 효과 없는 상태로 변경된다.

따라서, 본 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자에서는, 렌즈 효과가 발생하는 경우, 렌즈 어레이 소자는 전기적 부동을 야기하지 않도록 구동되며, 이에 따라 시간 경과에 따른 렌즈 형상(액정 분자들(5)의 배향 상태)의 변경이 방지될 수 있다. 이에 따라, 렌즈 어레이 소자는 원하는 렌즈 상태로 연속적으로 제어될 수 있다.

특정예

다음으로, 본 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자(1)를 이용하는 화상 표시 장 치의 특정예들을 설명한다.

도 11은 특정예들에 따른 화상 표시 장치의 구성을 도시한다. 이 특정 예에서는, 렌즈 어레이 소자(1)의 제1 기판(10)과 제2 기판(20)으로서, 유리 기판 상에 ITO로 형성된 투명 전극들을 배치함으로써 형성된 전극 기판들을 사용하였다. 이어서, 알려져 있는 포토리소그래피 방법 및 습식 에칭 방법 또는 건식 에칭 방법에 의해, 전극들은 제1 전극 그룹(14)과 제2 전극 그룹(24)의 전극들(제1 전극들(11X)과 제2 전극들(12X) 및 제1 전극들(21Y)과 제2 전극들(22Y)에 해당함)의 형상으로 패터닝된다. 스핀 코팅에 의해 기판에 폴리이미드를 도포하였으며, 이어서 폴리이미드를 소성하여 배향막들(13, 23)을 형성하였다. 물질의 소성 후, 배향막들(13, 23)의 표면들에 러빙 공정을 수행하였고, IPA 등에 의해 배향막들(13, 23)을 세정하고, 이어서 가열에 의해 건조시켰다. 냉각 후, 러빙 방향들이 서로 대향하도록 약 30 내지 50㎛의 거리 d를 사이에 두고서 제1 기판(10)과 제2 기판(20)을 서로 본딩하였다. 전면 상에 스페이서를 분산시킴으로써 거리 d를 유지하였다. 이후, 진공 주입 방법에 의해 밀봉 물질의 개구부 내로 액정 물질을 주입하였으며, 밀봉 물질의 개구부를 밀봉하였다. 이어서, 액정 셀을 등방상까지 가열한 후, 천천히 냉각시켰다. 이 예에서 사용된 액정 물질로는, 통상적인 네마틱 액정인 MBBA(p-methoxybenzylidene-p'-butylaniline)를 사용하였다. 굴절률 이방성 Δn의 값은 20℃에서 0.255였다.

표시 패널(2)로는, 하나의 화소의 크기가 70.5㎛인 TFT-LCD 패널을 사용하였다. 표시 패널(2)은 적색(R) 화소, 녹색 화소(G), 및 청색 화소(B)를 포함하였고, 복수의 화소를 행렬 형태로 배치하였다. 또한, 렌즈 어레이 소자(1)에 의해 형성된 원통형 렌즈의 피치 p에 대한 표시 패널(2)의 화소의 수는 2 이상인 N과 같이 정수배였다. N과 동일한 3차원 표시의 광선 수(시선의 수)를 제공하였다.

표 1은 특정예 1 내지 6으로 설정된 설계 파라미터들의 값들을 도시한다. N은 표시 패널(2)의 렌즈 피치 p에 대한 화소 수를 가리킨다. 전극들의 폭들 Lx, Sx, Ly 및 Sy, 전극들 간의 간격 a, 기판들 간의 거리 d는 도 2에 도시한 바와 같다. 또한, 본 발명의 구성은 이하의 특정예에서 표시된 설계 파라미터들의 값들로 한정되지 않는다.

특정예	화소 수 (N)	p (㎛)	Lx (㎛)	Sx (㎛)	Ly (㎛)	Sy (㎛)	a (㎛)	d (㎛)
1	4	282	45	217	45	217	10	50
2	4	282	45	217	45	217	10	30
3	4	282	20	242	20	242	10	50
4	2	141	20	111	20	111	5	30
5	2	141	20	111	20	111	5	10
6	2	141	10	121	10	121	5	30

특정예 1 내지 6에서, 표시 패널(2)로는, 도 12에 도시한 3인치 WVGA(864 x 480 화소)를 사용하였다. 도 13a와 도 13b는 도 12에 도시한 표시 패널(2)의 화소 구성에 따른 렌즈 어레이 소자(1)의 전극 구성들을 도시한다. 도 13a는 제1 기판(10)측의 전극 구성을 도시하고, 도 13b는 제2 기판(20)측의 전극 구성을 도시한다.

도 14는 특정예에서의 3차원 표시의 가시성 평가의 개념을 도시한다. 3차원 표시 품질을 판단하기 위한 특정한 테스트 수단은 존재하지 않으며, 이에 따라 특정예에서는, 다음에 따르는 평가에 의해, 판단 기준인 3차원 표시를 인식할 수 있는지 여부를 간단히 판단하였다. 도 14에 도시한 예에서는, 두 개의 청색 화소와 두 개의 적색 화소, 즉, 4개의 화소를 렌즈 어레이 소자(1)의 하나의 원통형 렌즈에 할당하였다. 도 14는 특정예 1 내지 3에 대응하는 화상도이다. 반면에, 특정예 4 내지 6에서는, 하나의 청색 화소와 하나의 적색 화소, 즉, 2개의 화소를 하나의 원통형 렌즈에 할당하였다. 또한, 도 14는 개념도이며, 도 14에서는, 화소 형상 등이 도 11과 도 12에 도시한 화소 형상 등과 다르다.

도 14에 개념적으로 도시되어 있듯이, 우안과 좌안이 청색과 적색을 각각 보도록 표시 패턴들을 표시 패널(2)에 출력하였다. 우안과 좌안의 위치에 대응하는 위치에 카메라들을 배치하였다. 표시 패널(2)을 카메라로 촬상하였으며, 판단 기준으로는, 적색과 청색을 개별적으로 보았는지 여부를 판단하였다. 동일한 방식으로, 표시 스크린이 랜드스케이프형과 포트레이트형인 경우에 평가를 수행하였다. 또한, 구동 진폭 전압을 점진적으로 증가시켰고, 그 전압이 증가하더라도 가시성이 변하지 않은 영역이 존재하였으며, 포화값 바로 아래의 전압값이 구동 전압이었다. 또한, 0V를 인가함으로써 3차원 표시 모드로부터 2차원 표시 모드로 변경하는 데 필요한 시간(2D 전환 응답 시간)을 관찰하였다. 그 결과를 표 2에 도시하였다. 표 2에서, "A"는 적색과 청색을 충분히 개별적으로 본 상태를 나타낸다. "C"는 적색과 청색이 분리되는 한계 상태(critical point)를 본 것을 나타낸다. "B"는 전술한 상태들 간의 중간 상태를 본 것을 나타낸다.

특정예에서, 렌즈 어레이 소자(1)에서 전압 인가 상태와 발생한 렌즈 효과 간의 대응 관계는 도 3 또는 도 6에 도시한 대응 관계와 동일하였다. 전압 인가를 위한 외부 전원은 30Hz 이상의 구형파를 표준으로서 이용하였다. 이때 진폭 전압은 약 5V 내지 10V였고, 원통형 렌즈의 피치 또는 상측 및 하측 전극 기판들 간의 갭에 따라 조절되었다. 기판들 간의 거리 d가 증가할수록, 진폭 전압을 높게 설정할 필요가 있었다. 전술한 바와 같이, 도 6에 도시한 제2 구동 방법을 이용하는 경우, 제1 구동 신호 발생기(40X)와 제2 구동 신호 발생기(40Y)는, 전압 진폭(Vx = Vy)이 거의 동일하고 위상이 180°다른 구동 신호들을 각각 발생시켰다. 도 3에 도시한 제1 구동 방법을 이용하는 경우, 각 렌즈 상태에서, 각 전극에 인가된 구형파의 전압 진폭(V)은 V = 2Vx = 2Vy였다.

예	적색/청색 분리 표시 (랜드스케이프)	적색/청색 분리 표시 (포트레이트)	진폭 전압(V)	2D 전환 응답 시간 (sec)
1	A	A	7	2
2	B	B	5	1
3	C	C	7	2
4	A	A	5	1
5	B	B	4	0.5
6	C	C	5	1

도 3에 도시한 제1 구동 방법의 경우와 도 6에 도시한 제2 구동 방법에서 기본적인 가시성의 평가는 표 2에 도시한 바와 동일하였다. 그러나, 렌즈 어레이 소자(1)를 연속적으로 구동한 경우, 시간 경과에 따라 액정 분포 상태는 제1 및 제2 구동 방법에서 변경되었다. 시간 경과에 따른 액정 분포 상태의 변경 평가를 표 3에 도시하였다. 그 변경 정도를, 시간 경과에 따라 초기 렌즈 형상을 변경하지 않고 양호한 상태가 유지되는 레벨로부터 변동이 발생하는 레벨까지 3개의 레벨로 주관적으로 평가하였다. 표 3에서, "A"는 렌즈 형상이 거의 변경되지 않은 레벨을 나타내고, "C"는 렌즈 형상의 변동이 발생한 레벨을 나타낸다. "B"는 전술한 레벨들 간의 레벨을 나타낸다. 표 3에 의하면, 제1 구동 방법에서는, 전극들 간의 갭(기판들 간의 거리 d)이 비교적 좁은 특정예에서 렌즈 형상이 시간 경과에 따라 변경되는 경향이 있음이 명백하다. 반면에, 제2 구동 방법에서는, 특정예 모두에서 시간 경과에 따라 렌즈 형상이 변경되지 않았다.

액정 분포 상태 (시간 경과에 따른 렌즈 형상의 변경)
예	제1 구동 방법	제2 구동 방법
1	B	A
2	C	A
3	B	A
4	B	A
5	C	A
6	C	A

또한, 2차원 표시 모드로의 전환에 대한 보다 빠른 응답을 얻기 위해서는, 전극들 사이의 갭(기판들 사이의 거리)을 저감시키는 것이 필요하다. 반면에, 렌즈 효과의 크기는 굴절률 이방성 Δn 및 기판들 사이의 거리 d에 의해 영향을 받는다(Δn x d). 따라서, 굴절률 이방성 Δn이 보다 큰 액정 물질을 사용하면, 기판들 사이의 거리 d를 예에서의 기판들 사이의 거리 d보다 작게 할 수 있다.

기타 실시예

본 발명은, 전술한 실시예들 및 특정예들로 한정되지 않으며, 다양하게 수정될 수 있다. 예를 들어, 전술한 실시예들 및 특정예들에서는, 렌즈 효과가 발생하는 방향을 90°만큼 전환하는 경우에 대하여 설명하고 있지만, 그 방향을 전환하는 각도는 90°로 한정되지 않으며 임의의 각도이어도 된다. 예를 들어, 원통형 렌즈의 렌즈 효과의 방향은 수직 방향으로 그리고 수직 방향으로부터 수 도 내지 수십 도 정도로 시프트되는 방향으로 전환되어도 된다. 이 경우, 제1 전극 그룹(14)과 제2 전극 그룹(24)은 렌즈 효과 방향이 전환되는 각도에 대응하는 각도로 형성되어도 된다.

본 출원은, 일본 특허청에 2008년 12월 22일자로 출원된 일본 특허 출원 제2008-326503호 및 2009년 3월 16일자로 출원된 일본 특허 출원 제2009-063276호에 개시된 요지에 관련된 요지를 포함하며, 이러한 우선권의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 원용된다.

당업자라면, 다양한 수정, 조합, 부조합, 변경이, 청구범위 또는 청구범위의 균등론의 범위 내에 있는 한 설계 요구 사항과 기타 요인에 따라 발생할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자의 구성 예를 도시하는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자의 전극 부분의 구성 예를 도시하는 사시도이다.

도 3은 전극들의 연결 관계와 함께 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자에서 전압 인가 상태와 발생하는 렌즈 효과 간의 대응 관계를 도시하는 설명도이다.

도 4의 (A) 내지 (C)는 원통형 렌즈들을 이용함으로써 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자의 렌즈 효과의 전환 상태들을 광학적으로 균일하게 도시하는 설명도이다.

도 5의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서 표시 상태들 간의 전환의 일례를 도시하는 설명도이다.

도 6은 전극들의 연결 관계와 함께 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서 전압 인가 상태와 렌즈 어레이 소자에서 발생한 렌즈 효과 간의 대응 관계를 도시하는 설명도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자에서 발생한 렌즈 효과와 각 전극의 전압 인가 상태 간의 대응 관계를 도시하는 설명도이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 렌즈 어레이 소자에 있어서 구동 전압을 도시하는 파형도로서, 도 8의 (A)와 (B)는 제1 구동 전압의 파형 및 제2 구동 전압의 파형을 각각 도시한다.

도 9는 제2 렌즈 상태에서 전극들 간의 전위를 수직 방향(Y 방향 원통형 렌즈)으로 도시하는 파형도로서, 도 9의 (A)와 (B)는 제2 전극 그룹(24)에서 제1 전극(21Y)에 대응하는 일부의 전압 파형 및 제2 전극(22Y)에 대응하는 일부의 전압 파형을 각각 도시한다.

도 10은 제1 렌즈 상태에서 전극들 간의 전위를 수직 방향(X 방향 원통형 렌즈)으로 도시하는 파형도로서, 도 10의 (A)와 (B)는 제1 전극 그룹(14)에서 제1 전극(11X)에 대응하는 일부의 전압 파형 및 제2 전극(12X)에 대응하는 일부의 전압 파형을 각각 도시한다.

도 11은 본 발명의 일례에 따른 화상 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 12는 본 발명의 일례에 따른 화상 표시 장치의 화상 표시면의 화소 구성을 도시하는 평면도이다.

도 13a와 도 13b는 본 발명의 일례에 따른 화상 표시 장치의 렌즈 어레이 소자의 전극의 크기를 도시하는 평면도이다.

도 14는 본 발명의 일례에 따른 화상 표시 장치에서의 3차원 표시의 가시성 평가의 설명도이다.

도 15는 렌즈 효과가 없는 상태에서 액정 렌즈들로 구성된 전환 시스템 렌즈 어레이의 제1 구성예의 단면도이다.

도 16은 렌즈 효과가 발생하는 상태에서 액정 렌즈들로 구성된 전환 시스템 렌즈 어레이의 제1 구성예의 단면도이다.

도 17a와 도 17b는 렌즈 효과가 없는 상태와 렌즈 효과가 발생하는 상태에서 액정 렌즈들로 구성된 전환 시스템 렌즈 어레이의 제2 구성예를 각각 도시하는 단면도이다.

도 18은 도 17a와 도 17b에 도시한 액정 렌즈의 전극 부분의 구성예를 도시하는 단면도이다.

도 19는 도 17a와 도 17b에 도시한 액정 렌즈의 전극 부분의 구성예를 도시하는 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1 렌즈 어레이 소자 2 표시 패널

2A 표시면 3 액정층

4 스페이서 5 액정 분자

10 제1 기판 11X 제1 전극

12X 제2 전극 13, 24 배향막

14 제1 전극 그룹 20 제2 전극 그룹

31X 제1 원통형 렌즈 31Y 제2 원통형 렌즈

40X 제1 구동신호 발생부 40Y 제2 구동신호 발생부

Claims (13)

1. 렌즈 어레이 소자(lens array device)로서,

   서로 거리를 두고 대향하도록 배치된 제1 기판 및 제2 기판과,

   상기 제1 기판 상에서 상기 제2 기판에 대향하는 측에 형성되며, 제1 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극을 포함하는 제1 전극 그룹 - 상기 복수의 투명 전극은 폭 방향으로 간격을 두고 병렬 배치됨 - 과,

   상기 제2 기판 상에서 상기 제1 기판에 대향하는 측에 형성되며, 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극을 포함하는 제2 전극 그룹 - 상기 복수의 투명 전극은 폭 방향으로 간격을 두고 병렬 배치됨 -과,

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치되며, 굴절률 이방성을 갖는 액정 분자들을 포함하고, 상기 제1 전극 그룹과 상기 제2 전극 그룹에 인가되는 전압들에 응답하여 상기 액정 분자들의 배향 방향을 변경함으로써 렌즈 효과를 발생시키는 액정층을 포함하고,

   상기 액정층은 상기 제1 전극 그룹과 상기 제2 전극 그룹에 인가되는 전압들의 상태에 따라 세 개의 상태 중 하나의 상태로 전기적으로 변경되고, 상기 세 개의 상태는, 렌즈 효과가 없는 상태, 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제1 렌즈 상태, 및 상기 제2 방향으로 연장되는 제2 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제2 렌즈 상태를 포함하는, 렌즈 어레이 소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 액정층이 상기 렌즈 효과가 없는 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제1 및 제2 전극 그룹의 모든 투명 전극들은 동일한 전위로 설정되고,

   상기 액정층이 상기 제2 렌즈 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제1 전극 그룹의 모든 투명 전극들에 공통 전압이 인가되고, 상기 제2 원통형 렌즈의 렌즈 피치에 대응하는 위치에 있는 상기 제2 전극 그룹의 투명 전극들에만 선택적으로 구동 전압이 인가되고,

   상기 액정층이 상기 제1 렌즈 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제2 전극 그룹의 모든 투명 전극들에 공통 전압이 인가되고, 상기 제1 원통형 렌즈의 렌즈 피치에 대응하는 위치에 있는 상기 제1 전극 그룹의 투명 전극들에만 선택적으로 구동 전압이 인가되는, 렌즈 어레이 소자.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 전극 그룹은, 제1 폭을 갖고 상기 제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극(A1), 및 상기 제1 폭보다 넓은 제2 폭을 갖고 상기 제1 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극(A2)을 포함하고, 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들은 교대로 병렬 배치되며,

   상기 제2 전극 그룹은, 제1 폭을 갖고 상기 제2 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극(B1), 및 상기 제1 폭보다 넓은 제2 폭을 갖고 상기 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극(B2)을 포함하고, 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들은 교대로 병렬 배치되는, 렌즈 어레이 소자.
4. 제3항에 있어서,

   상기 액정층이 상기 렌즈 효과가 없는 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제1 및 제2 전극 그룹의 모든 투명 전극들은 동일한 전위로 설정되고,

   상기 액정층이 상기 제2 렌즈 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제1 전극 그룹의 모든 투명 전극들에 공통 전압이 인가되고, 상기 제2 전극 그룹의 상기 제1 전극들(B1)에만 선택적으로 구동 전압이 인가되고,

   상기 액정층이 상기 제1 렌즈 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제2 전극 그룹의 모든 투명 전극들에 공통 전압이 인가되고, 상기 제1 전극 그룹의 상기 제1 전극들(A1)에만 선택적으로 구동 전압이 인가되는, 렌즈 어레이 소자.
5. 제4항에 있어서,

   상기 액정층이 상기 제2 렌즈 상태로 변경될 수 있도록 상기 제2 전극 그룹의 상기 제2 전극들(B2)은 접지되고, 상기 액정층이 상기 제1 렌즈 상태로 변경될 수 있도록 상기 제1 전극 그룹의 상기 제2 전극들(A2)은 접지되는, 렌즈 어레이 소자.
6. 제5항에 있어서,

   상기 액정층이 상기 제2 렌즈 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제1 전극 그룹 의 모든 투명 전극들에 제1 구동 전압이 공통 인가되고, 상기 제2 전극 그룹의 상기 제1 전극들에만 선택적으로 제2 구동 전압이 인가되고,

   상기 액정층이 상기 제1 렌즈 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제2 전극 그룹의 모든 투명 전극들에 상기 제2 구동 전압이 공통 인가되고, 상기 제1 전극 그룹의 상기 제1 전극들에만 선택적으로 상기 제1 구동 전압이 인가되고,

   상기 제1 구동 전압과 상기 제2 구동 전압은, 전압 진폭이 동일하고 위상이 180°다른 구형파들로서 인가되는, 렌즈 어레이 소자.
7. 제3항에 있어서,

   상기 제1 전극 그룹의 상기 제1 전극들(A1)은 상기 제1 원통형 렌즈의 렌즈 피치에 대응하는 간격으로 배치되고, 상기 제2 전극 그룹의 상기 제1 전극들(B1)은 상기 제2 원통형 렌즈의 렌즈 피치에 대응하는 간격으로 배치되는, 렌즈 어레이 소자.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 직교하고, 상기 렌즈 효과가 발생하는 상태는 서로 직교하는 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 간에 전기적으로 전환되는, 렌즈 어레이 소자.
9. 화상 표시 장치(image display)로서,

   화상을 2차원으로 표시하는 표시 패널과,

   상기 표시 패널의 표시면에 대향하도록 배치되고 상기 표시 패널로부터의 광선의 투과 상태를 선택적으로 변경하는 렌즈 어레이 소자를 포함하고,

   상기 렌즈 어레이 소자는,

   서로 거리를 두고 대향하도록 배치된 제1 기판 및 제2 기판과,

   상기 제1 기판 상에서 상기 제2 기판에 대향하는 측에 형성되며, 제1 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극을 포함하는 제1 전극 그룹 - 상기 복수의 투명 전극은 폭 방향으로 간격을 두고 병렬 배치됨 - 과,

   상기 제2 기판 상에서 상기 제1 기판에 대향하는 측에 형성되며, 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극을 포함하는 제2 전극 그룹 - 상기 복수의 투명 전극은 폭 방향으로 간격을 두고 병렬 배치됨 -과,

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치되며, 굴절률 이방성을 갖는 액정 분자들을 포함하고, 상기 제1 전극 그룹과 상기 제2 전극 그룹에 인가되는 전압들에 응답하여 상기 액정 분자들의 배향 방향을 변경함으로써 렌즈 효과를 발생시키는 액정층을 포함하고,

   상기 액정층은 상기 제1 전극 그룹과 상기 제2 전극 그룹에 인가되는 전압들의 상태에 따라 세 개의 상태 중 하나의 상태로 전기적으로 변경되고, 상기 세 개의 상태는, 렌즈 효과가 없는 상태, 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제1 렌즈 상태, 및 상기 제2 방향으로 연장되는 제2 원통형 렌즈의 렌즈 효과가 발생하는 제2 렌즈 상태를 포함하는, 화상 표시 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 렌즈 어레이 소자의 상태를 상기 렌즈 효과가 없는 상태와 상기 제1 또는 제2 렌즈 상태 간에 전환함으로써, 2차원 표시와 3차원 표시 간의 전기적 전환을 행할 수 있는, 화상 표시 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 렌즈 어레이 소자를 상기 렌즈 효과가 없는 상태로 둠으로써, 상기 표시 패널로부터의 표시 화상 광을 편향시키지 않고 상기 렌즈 어레이 소자를 투과시킴으로써 2차원 표시를 행할 수 있으며,

    상기 렌즈 어레이 소자를 상기 제1 렌즈 상태로 둠으로써, 상기 표시 패널로부터의 상기 표시 화상 광이 상기 제1 방향에 직교하는 방향으로 편향될 수 있으므로, 관찰자의 양안이 상기 제1 방향에 직교하는 방향을 따라 배치될 때 입체 효과를 얻는 3차원 표시를 행할 수 있으며,

    상기 렌즈 어레이 소자를 상기 제2 렌즈 상태로 둠으로써, 상기 표시 패널로부터의 상기 표시 화상 광이 상기 제2 방향에 직교하는 방향으로 편향될 수 있으므로, 상기 관찰자의 양안이 상기 제2 방향에 직교하는 방향을 따라 배치될 때 입체 효과를 얻는 3차원 표시를 행할 수 있는, 화상 표시 장치.
12. 화상 표시 장치로서,

    화상을 표시하는 표시 패널과,

    상기 표시 패널의 표시면에 대향하도록 배치된 렌즈 어레이 소자를 포함하고,

    상기 렌즈 어레이 소자는,

    서로 거리를 두고 대향하도록 배치된 제1 기판 및 제2 기판과,

    상기 제1 기판 상에서 상기 제2 기판에 대향하는 측에 형성되며, 제1 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극을 포함하는 제1 전극 그룹과,

    상기 제2 기판 상에서 상기 제1 기판에 대향하는 측에 형성되며, 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향으로 연장되는 복수의 투명 전극을 포함하는 제2 전극 그룹과,

    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 액정층을 포함하고,

    상기 액정층은 상기 제1 전극 그룹과 상기 제2 전극 그룹에 인가되는 전압들의 상태에 따라 세 개의 상태 중 하나의 상태로 전기적으로 변경되고,

    상기 세 개의 상태는,

    상기 표시 패널로부터의 표시 화상 광이 상기 제1 방향에 직교하는 방향으로 편향될 수 있는 제1 상태와,

    상기 표시 패널로부터의 상기 표시 화상 광이 상기 제2 방향에 직교하는 방향으로 편향될 수 있는 제2 상태와,

    상기 표시 패널로부터의 상기 표시 화상 광이 편향되지 않고 상기 렌즈 어레이 소자를 투과할 수 있는 제3 상태를 포함하는, 화상 표시 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 액정층이 상기 제1 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제2 전극 그룹의 모든 투명 전극들에 공통 전압이 인가되고, 상기 제1 전극 그룹의 투명 전극들에만 선택적으로 구동 전압이 인가되고,

    상기 액정층이 상기 제2 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제1 전극 그룹의 모든 투명 전극들에 공통 전압이 인가되고, 상기 제2 전극 그룹의 투명 전극들에만 선택적으로 구동 전압이 인가되고,

    상기 액정층이 상기 제3 상태로 변경될 수 있도록, 상기 제1 및 제2 전극 그룹의 모든 투명 전극들은 동일한 전위로 설정되는, 화상 표시 장치.

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