KR20120134214A - 3ｄ 액정렌즈 및 이를 이용한 입체영상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 3D 액정렌즈 및 이를 이용한 입체영상표시장치는 나선(spiral)의 투명전극을 액정렌즈의 하부전극으로 이용하여 전류인가 방식으로 3D 액정렌즈를 구현함으로써 간단한 방법으로 전기장 분포를 정밀하게 제어하기 위한 것으로, 상부 기판의 전면(全面)에 형성된 투명한 공통전극; 하부 기판에 형성되며, 중앙을 중심으로 나선형의 구조를 가지는 한편 전압을 인가 받기 위해 상부전극과 하부전극을 구비하는 투명전극; 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다.
이때, 상기의 3D 액정렌즈는 초점제어(focus controlled) 방식의 입체영상표시장치의 초점가변 렌즈로 이용할 수 있으며, 상기 초점제어 방식의 입체영상표시장치는 2D 표시패널의 각각의 화소에 초점가변 렌즈를 배치하여 각각의 화소로부터 방출되는 빛의 수렴, 발산되는 위치를 조절함으로써 현재의 해상도 수준의 2D 표시패널을 이용하여 고해상도의 실사(real) 3D 영상을 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

3Ｄ 액정렌즈 및 이를 이용한 입체영상표시장치{3D LIQUID CRYSTAL LENS AND STEREOSCOPIC 3D DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 3D 액정렌즈 및 이를 이용한 입체영상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2D/3D 전환이 가능한 3D 액정렌즈 및 이를 2차원으로 배열하여 3D 영상을 구현하도록 한 입체영상표시장치에 관한 것이다.

3D 디스플레이(display)란 간단히 정의를 내리자면 "인위적으로 3D 영상을 재생시켜 주는 시스템의 총체"라고 할 수 있다.

여기서, 시스템이란 3D로 보여질 수 있는 소프트웨어적인 기술과 그 소프트웨어적 기술로 만든 컨텐츠를 실제로 3D로 구현해내는 하드웨어를 동시에 포함한다. 소프트웨어 영역까지 포함시키는 이유는 3D 디스플레이 하드웨어의 경우 각각의 입체 구현방식마다 별도의 소프트웨어적 방식으로 구성된 컨텐츠가 따로 필요하기 때문이다.

이 중, 가상 3D 디스플레이는 사람이 입체감을 느끼는 여러 요인 중 우리 눈이 가로방향으로 약 65mm 떨어져 있어서 나타나는 양안시차(binocular disparity)를 이용하여 평면적인 디스플레이 하드웨어에서 말 그대로 가상적으로 입체감을 느낄 수 있게 하는 시스템의 총체이다. 다시 말해 우리의 눈은 양안시차 때문에 똑같은 사물을 바라보더라도 각각 약간은(정확히 말하면 좌우의 공간적 정보를 약간씩 나눠 가지고 있는) 다른 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합시킴으로써 우리가 입체감을 느낄 수 있게 되는데, 그것을 이용하여 2D 디스플레이 장치에서 좌우 화상 2개를 동시에 표시하여 각각의 눈으로 보내는 설계를 통해 가상적인 입체감을 만들어 내는 것이 바로 가상 3D 디스플레이인 것이다.

이러한 가상 3D 디스플레이 하드웨어 장치에서 하나의 화면으로 두 채널의 화상을 나타내기 위해서는 대부분의 경우 하나의 화면에서 가로나 세로의 한쪽 방향으로 줄을 한 줄씩 바꿔가며 한 채널씩 출력하게 된다. 그렇게 동시에 두 채널의 화상이 하나의 디스플레이 장치에서 출력되면 하드웨어적 구조상 무안경 방식의 경우에는 오른쪽 화상은 그대로 오른쪽 눈으로 들어가고, 왼쪽 화상은 왼쪽 눈으로만 들어가게 된다. 또한, 안경을 착용하는 방식의 경우에는 각각의 방식에 맞는 특수한 안경을 통하여 오른쪽 화상은 왼쪽 눈이 볼 수 없게 가려주고, 왼쪽 화상은 오른쪽 눈이 볼 수 없게 각각 가려주는 방법을 사용한다.

이와 같이 사람이 입체감과 깊이감을 느끼는 요인으로 가장 중요하게는 두 눈 사이의 간격에 의한 양안시차를 들 수 있지만, 이외에도 심리적, 기억적 요인에도 깊은 관계가 있고, 이에 따라 입체 구현방식 역시 관찰자에게 어느 정도의 3D 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3D표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.

또한, 실사(real) 3D 디스플레이는 빛의 회절 또는 굴절을 이용하여 공간상에 영상을 형성하는 형태의 디스플레이를 의미하며, 기존의 양안시차 방식과는 다르게 실사 3D 방식이라는 점에서 차세대 3D 방식으로 각광을 받고 있으나, 구현의 어려움과 많은 데이터량 등의 난제로 인해 상용화가 쉽게 이루어지고 있지는 않다.

현재 실사 3D 방식은 크게 3가지로 나눌 수 있다. 즉, 집적영상(integral imaging)방식과 부피표현방식, 그리고 홀로그래피(holography)방식이 그것인데, 이중 부피표현방식은 평판 디스플레이가 아니라는 점을 감안하고 보면, 집적영상 방식과 홀로그래피방식이 차세대 실사 3D 디스플레이 방식이라고 할 수 있다.

상기 홀로그래피방식은 기록과 재생으로 이루어져 있는데, 먼저 기록 부분에서는 간섭성(coherence)의 빛을 물체를 맞고 나오는 물체 광과 동일한 파장의 참조광의 형태로 기록매질 혹은 CCD 카메라 등의 기록 매체에 저장하게 된다. 이렇게 저장된 영상에 상기 기록에 사용한 빛과 동일한 빛을 조사하게 되면, 물체에 대응하는 영상이 재생되게 된다.

이와 같은 홀로그래피방식은 기본적으로 물체 광과 참조 광으로 이루어진 패턴을 계산하는데도 많은 시간과 데이터량을 필요로 하고, 구현을 위한 백라이트 광원 또한 간섭성의 평행(collimation)한 소스(source)를 사용해야 한다. 이러한 소스로 레이저(laser)를 가장 많이 사용하고 있는데, 이에 있어서 레이저의 스펙클(speckle)이 생성되는 문제점이 있다.

상기 집적영상 방식은 시차 배리어로서 곤충의 복안(複眼)과 닮은 렌즈를 이용하여 각각의 렌즈에 대응하는 요소영상(elemental image)을 렌즈의 배후에 배열하여 표시하는 방식이며, 플리핑(flipping)이 없이 완전히 연속적인 운동시차로 되어 수평, 수직, 경사방향 모두 실물에 가까운 영상을 재현할 수 있다. 요소영상은 유한한 사이즈로 이산(離散)적인 화소로 나누어져 있지 않고 연속적인 것이 바람직하지만, 요소영상을 액정표시소자와 같은 이산적인 화소의 집합에 의해 구성할 경우에도 화소 피치의 정밀도를 높이면 실용상 문제없을 정도의 레벨의 연속적인 운동시차를 얻을 수 있다.

상기 집적영상 방식 역시 대상물의 3D 정보를 획득하는 픽업 단계와 픽업 단계에서 얻어진 정보를 다시 3D 영상으로 재현하는 디스플레이 단계로 나누어진다.

이하, 상기 집적영상 방식의 입체영상표시장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 집적영상 방식의 입체영상표시장치의 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 집적영상 방식의 3D 영상촬영장치는 촬영용 렌즈 어레이(20')와 촬영패널(30')로 이루어진다.

상기 촬영용 렌즈 어레이(20')는 매트릭스 형태로 배치된 다수의 볼록렌즈를 포함하고, 상기 촬영패널(30')은 정지영상일 경우 사진 필름이 사용되고, 동영상일 경우 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)가 사용되며, 다수의 화소(미도시)가 정의된다.

집적영상 방식 3D 영상촬영장치의 촬영용 렌즈 어레이(20') 전방에 대상물(10')이 배치되어 있을 경우, 대상물(10')은 촬영용 렌즈 어레이(20')로 다수의 빛을 발산하고 다수의 빛은 촬영용 렌즈 어레이(20')에서 집광되어 촬영패널(30')의 각 화소에 기록된다.

이때, 상기 촬영패널(30')의 각 화소에는 촬영용 렌즈 어레이(20')의 각 볼록렌즈에서 바라본 대상물(10')에 대응되는 영상(15')들이 기록되므로, 집적영상 방식 3D 영상촬영장치는 대상물(10')을 공간상의 여러 방향에서 바라본 영상 데이터를 얻게 된다.

이와 같이 픽업 단계에서 얻어진 영상 데이터를 전체 요소영상이라 하며, 촬영용 렌즈 어레이(20')의 각 볼록렌즈에서 대상물(10')을 바라본 단일 요소영상(15')들이 기록되게 된다.

이러한 영상 데이터는 집적영상 방식의 입체영상표시장치에서 표시되고 사용자에 의하여 합성되어 3D 영상을 구현하게 된다.

상기 집적영상 방식의 입체영상표시장치는 크게 표시패널(30)과 표시용 렌즈 어레이(20)로 이루어진다.

표시패널(30)은 정지영상일 경우는 사진이 사용되고, 동영상일 경우 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)가 사용되며, 다수의 화소(미도시)가 정의된다. 또한, 표시용 렌즈 어레이(20)는 촬영용 렌즈 어레이(20')와 동일하게 매트릭스 형태로 배치된 다수의 볼록렌즈를 포함한다.

표시패널(30)은 집적영상 방식의 3D 영상촬영장치에 기록된 영상 데이터를 표시하는데, 이에 따라 표시패널(30)의 각 화소는 여러 방향에서 바라본 영상(15')에 대응되는 영상(15)을 표시하고, 다수의 화소에서 출사된 광선은 표시용 렌즈 어레이(20)의 볼록렌즈에 의하여 집광된다.

볼록렌즈에 의하여 생성되는 빛들은 공간상에서 다수의 입체화소(voxel)를 이루고, 다수의 입체화소에 표시되는 부분 영상들은 한 점에 집적되어 공간상의 특정위치에 대상물(10')에 대응되는 영상(10)을 이룬다.

이와 같이 전체 요소영상의 단일 요소영상(15')들은 표시용 렌즈 어레이(20)의 볼록렌즈를 통해 원래 대상물이 있던 위치에 집적되게 되어 픽업 단계에서 이용한 대상물(10')과 동일한 모습의 3D 영상(10)으로 재현되게 된다.

즉, 사용자는 공간상의 영상(10)을 보면서 실제 대상물(10')을 보는 것과 같이 느끼게 되어, 집적영상 방식의 입체영상표시장치는 실제 대상물(10')과 동일한 3D 영상(10)을 표시하게 된다.

이러한 집적영상 방식의 입체영상표시장치는 공간상에 3D 영상을 형성하기 때문에 일정한 시야각 내에서는 연속적인 수평, 수직 시차를 제공하여, 혼자 혹은 다수의 사용자가 특수한 안경 없이 자유롭게 3D 영상을 관측할 수 있지만, 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 형성되는 입체화소들의 위치가 고정되어 있어 깊이표현의 범위(depth range)가 제한되는 단점이 있다.

또한, 기존의 집적영상 방식의 입체영상표시장치는 고정된 초점을 가지는 렌즈 어레이를 사용함으로써 물체로부터 영상 정보가 위치별로 왜곡되어 기록될 수 있으며, 3D 디스플레이로만 사용되는 단점이 있어 새로운 방식의 렌즈 어레이 및 입체영상표시장치의 개발이 요구된다.

한편, 상기 집적영상 방식의 입체영상표시장치에 사용되는 표시용 렌즈 어레이에는 액정렌즈가 적용될 수 있으며, 상기 액정렌즈는 일종의 굴절률 분포형(Gradient Refractive Index; GRIN) 렌즈로서 액정층에 위치별로 서로 다른 전압을 인가하여 위치별로 서로 다른 전기장에 의하여 액정층이 구동되도록 함으로써 실제 렌즈와 같이 입사광의 경로를 제어할 수 있게 된다.

이러한 액정렌즈는 렌즈의 모양 또는 액정층 내부의 전극 형태에 따라 어레이(array) 전극 액정렌즈와 포인트(point) 전극 액정렌즈로 분류될 수 있다.

우선, 어레이 전극 액정렌즈는 선형적으로 배열된 어레이 전극을 구비한 하부전극에 전압을 적절히 분포시킴으로써 렌티큘러와 동등한 기능을 하는 2D 액정렌즈를 구현하게 된다. 즉, 상부 기판에 전면 도포된 상부전극과 상기 직선형의 하부전극에 전압을 인가하고 각각의 상, 하부전극들에 전압을 적절히 분포시킴으로써 액정 렌티큘러를 구현하게 된다.

상기 어레이 전극 액정렌즈는 많은 수의 어레이 전극에 개별적으로 전압을 인가하여야 하기 때문에 각각의 어레이 전극에 전압을 인가하기 위한 복잡한 배선연결이 요구되는 한편, 원형 렌즈를 구현하려 할 경우 장치 디자인(device design) 및 제작 공정 측면에서 어려운 단점이 있다. 또한, 렌즈들이 어레이로 존재할 경우, 각각의 렌즈들이 많은 수의 전극을 보유하고 있기 때문에 각각의 렌즈들을 독립적으로 구동하는 것이 어렵다.

다음으로, 도 2는 일반적인 전압인가 방식의 액정렌즈를 예를 들어 나타내는 도면으로써, 상기 포인트 전극 액정렌즈에 이용되는 하부 패널의 포인트 전극 구조를 개략적으로 나타내고 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 포인트 전극 액정렌즈(40)는 하부 기판(10)에 수직으로 형성된 카본나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT) 전극(3)과 상부 기판(5)에 전면 도포된 상부전극(9) 사이에 전압을 인가함으로써 액정층 내에 3차원의 전기장을 형성시킨다.

이때, 상기 상부전극(9)은 접지 되고, 하부전극(2)을 통하여 전압이 상기 CNT 전극(3)에 선택적으로 인가될 수 있으며, 액정분자들은 상기 CNT 전극(3)을 중심으로 대칭을 이루며 배열되어 3D 액정렌즈를 형성하게 된다.

상기 포인트 전극 액정렌즈는 액정층 내의 전기장 세기 분포가 면 형태의 상부전극과 포인트 형태의 하부전극 사이의 기하학적 구조에 의존하기 때문에 액정층 내의 전기장 세기의 제어가 실질적으로 어려우며, 액정층 내의 횡전계 영향이 크기 때문에 일반적으로 이용되는 단일방향 배향과 수직 전기장 인가에 의한 굴절률 분포 제어 방법은 사용하기 어렵다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 가장 효율적인 방식으로 공간상에 3D 영상을 형성하며, 2D 표시패널의 이용을 극대화할 수 있는 고해상도의 실사 3D 영상을 구현하도록 한 초점제어(focus controlled) 방식의 입체영상표시장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 3D 액정렌즈보다 방사형으로 대칭적이면서도 전압 분포의 자유로운 제어가 가능한 3D 액정렌즈 및 이를 이용한 초점제어 방식의 입체영상표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 입체영상표시장치는 표현하고자 하는 대상물의 색깔 및 계조를 표현하는 표시패널; 상기 표시패널을 구성하는 각각의 화소들 전면(前面)에 설치되며, 상부 기판에 형성된 공통전극, 하부 기판에 형성되어 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형의 구조를 가지는 투명전극 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 3D 액정렌즈; 및 상기 표시패널 배면에 설치되어 상기 표시패널에 평행한 빛을 공급하는 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 3D 액정렌즈는 상기 화소로부터 방출되는 빛이 수렴되는 위치를 조절하여 3D 영상의 깊이를 표현하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 표시패널 전면에 배치된 포커싱 렌즈를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 표시패널은 액정표시장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 투명전극은 절연층을 사이에 두고 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 가지는 제 1 투명전극과 제 2 투명전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 투명전극은 렌즈의 중앙을 중심으로 서로 다른 방향으로 나선형 구조를 가지는 제 1 투명전극과 제 2 투명전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제 1 투명전극은 상기 제 2 투명전극에 대해 180도 회전된 방향으로 형성되어 각각의 나선형의 제 1, 제 2 투명전극의 간극을 메어주는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 3D 액정렌즈는 상부 기판의 전면에 형성된 투명한 공통전극; 하부 기판에 형성되며, 중앙을 중심으로 나선형의 구조를 가지는 한편 전압을 인가 받기 위해 상부전극과 하부전극을 구비하는 투명전극; 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다.

이때, 상기 공통전극과 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO), 그래핀 또는 그 이외의 투명 전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 상부전극은 원형으로 상기 투명전극의 가장자리 상부에 위치하고, 상기 하부전극은 절연층을 사이에 두고 상기 상부전극 아래에 위치하여 상기 투명전극의 중심부에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 투명전극과 액정층 사이에 배향막이 형성되며, 상기 배향막의 러빙방향은 하부 편광판의 편광방향과 일치하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부전극을 접지한 상태에서 상기 하부전극을 통해 상기 투명전극의 중심부에 Vcc 전압을 인가하여, 상기 투명전극의 각 지점에 서로 다른 전위를 형성함으로써 상기 액정층을 구성하는 액정분자의 굴절률 분포를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 투명전극의 폭을 조절하여 상기 전위의 분포를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 투명전극은 절연층을 사이에 두고 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 가지는 제 1 투명전극과 제 2 투명전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 투명전극은 렌즈의 중앙을 중심으로 서로 다른 방향으로 나선형 구조를 가지는 제 1 투명전극과 제 2 투명전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제 1 투명전극은 상기 제 2 투명전극에 대해 180도 회전된 방향으로 형성되어 각각의 나선형의 제 1, 제 2 투명전극의 간극을 메어주는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 초점제어 방식의 입체영상표시장치는 실사 3D 디스플레이로서 눈의 초점과 가시선(line of sight)의 교점(intersection point) 사이에 불일치(accommodation-vergence conflict)가 없다는 장점을 갖는다. 또한, 상기 본 발명에 따른 초점제어 방식의 입체영상표시장치는 2D 표시패널의 해상도와 3D 해상도가 거의 일치하기 때문에 고해상도의 영상을 시청할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 3D 액정렌즈는 기존보다 적은 수의 전극, 즉 2개의 신호전극으로 제어가 가능하며, 각각의 3D 액정렌즈를 개별적으로 제어함으로써 2차원으로 배열된 액정렌즈 패널을 구현할 수 있게 된다. 이에 따라 상하, 좌우 시차(parallax)를 갖는 2D/3D 스위처블(switchable) 집적영상 방식의 입체영상표시장치 또는 초점제어방식의 입체영상표시장치의 구현에 이용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 3D 액정렌즈는 전기장 분포의 정밀한 제어가 가능함에 따라 수차를 줄인 액정렌즈를 구현할 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 집적영상 방식의 입체영상표시장치의 개념을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 일반적인 전압인가 방식의 액정렌즈를 예를 들어 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 전류인가 방식의 3D 액정렌즈를 이용한 입체영상표시장치의 구성을 예를 들어 나타내는 도면.
도 4는 상기 도 3에 도시된 입체영상표시장치에 있어, 초점제어 방식의 개념을 개략적으로 나타내는 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 7은 상기 도 6에 도시된 3D 액정렌즈의 셀 구조를 예를 들어 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.

본 발명은 새로운 방식의 3D 액정렌즈 및 이를 이용한 실사 3D 영상 재생 시스템에 관한 것으로, 현재의 해상도 수준의 2D 표시패널을 이용하여 고해상도의 실사 3D 영상을 구현하는 것을 특징으로 한다. 현재까지 알려진 실사 3D 디스플레이 개념 중 같은 해상도의 2D 표시패널을 이용할 경우 실사 3D 구현 시의 해상도가 가장 높을 뿐만 아니라, 3D 영상의 실사 영상 픽업 단계 또한 매우 효율적으로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전류인가 방식의 3D 액정렌즈는 전기장 세기의 분포가 렌즈의 중앙을 중심으로 대칭적이면서 전기장 분포의 제어가 자유로운 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 이는 보다 정밀한 액정분자의 제어를 가능하게 함으로써, 수차가 최소화된 액정렌즈를 구현할 수 있게 된다.

우선, 실사 3D 디스플레이는 공간상에 영상을 형성하는 것으로 본 발명은 공간상에 가상의 표면을 가정하고 표면을 구성하는 점들에서 빛이 발산하게 하는 방식으로 3D 영상을 구현한다. 본 발명은 2D 표시패널의 각각의 화소에 초점가변 렌즈를 결합하여, 각각의 화소에서 방출되는 빛이 공간상의 각각의 점들에서 수렴하였다가 발산하게 함으로써 3D 영상을 구현하는 초점제어(focus controlled) 방식의 입체영상표시장치를 제공한다.

이때, 초점가변 렌즈는 자신의 초점거리를 조절함으로써 화소로부터 방출되는 빛이 수렴?발산되는 위치를 조절할 수 있으며, 상기 본 발명에 따른 전류인가 방식의 3D 액정렌즈를 이용할 수 있다. 이때, 빛이 수렴?발산되는 점들의 연결된 표면은 영상을 형성하여 공간상에서 물체 영상의 표면으로 인식되게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3D 액정렌즈 및 이를 이용한 입체영상표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전류인가 방식의 3D 액정렌즈를 이용한 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 예시도이다.

또한, 도 4는 상기 도 3에 도시된 입체영상표시장치에 있어, 초점제어 방식의 개념을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 초점가변 렌즈(140)가 부착된 표시패널(130), 상기 표시패널(130) 전면에 배치된 포커싱 렌즈(150)와 영상조향(image steering) 유닛(160) 및 사용자의 위치를 추적하는 위치추적(tracking) 시스템(170)으로 구성된다.

이때, 상기 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 표시패널(130)을 구성하는 각각의 화소(135)들에 초점가변 렌즈(140)가 부착된 형태를 가지며, 표시패널(130)에서는 평면 또는 구면의 평행한 빛(collimated light)이 방출되며 초점가변 렌즈(140)는 화소(135)로부터 방출되는 빛이 수렴되는 점(146)의 위치를 조절하여 3D 영상(110)의 깊이를 표현할 수 있다.

즉, 상기 표시패널(130)은 표현하고자 하는 대상물의 색깔 및 계조를 표현하며, 초점가변 렌즈(140)는 대상물의 깊이에 따라 초점을 조절하여 각각의 화소(135)로부터 방출되는 빛이 수렴되는 점(146)의 위치를 조절하게 된다.

이와 같이 빛이 수렴되는 점(146)들의 연결된 집합은 3D 영상(110)의 표면(147)을 형성한다.

상기 표시패널(130)은 표시면 내에 위치한 각각의 화소(135)에서 평면 또는 구면의 평행한 빛을 방출하는 것을 특징으로 하며, 이러한 표시패널(130)의 예로 평행한 빛을 공급하는 백라이트 유닛(180)이 결합된 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)가 이용될 수 있다.

참고로, 집적영상 방식은 다수의 화소에 하나의 볼록렌즈가 대응되는 반면, 상기 본 발명의 초점제어 방식은 하나의 화소(135)에 하나의 초점가변 렌즈(140)가 대응되는 것을 특징으로 한다.

상기 포커싱 렌즈(150)는 표시패널(130) 전체를 덮고 있는 소자로서 표시패널(130)에 분포된 각각의 화소로부터 방출된 빛들이 시청거리 만큼 떨어진 위치에 표시패널(130)의 중앙방향으로 향하게 하는 역할을 한다.

상기 포커싱 렌즈(150)로는 일반적인 불가변의 렌즈 또는 액정렌즈와 같은 초점가변 렌즈가 이용될 수 있다. 또한, 굴절률 분포형 렌즈, 프레넬 렌즈, 볼록 렌즈 또는 기타 목적에 맞는 렌즈가 이용될 수 있다.

그리고, 넓은 각도에서 실사 3D 영상을 시청하기 위해서는 사용자의 위치를 추적하고 적절한 방향으로 영상조향을 하여 사용자의 위치로 영상을 전달하여야 한다. 또한, 다수의 사용자들을 위해서는 시분할(field sequential) 방식으로 각각의 사용자에게 순차적으로 영상을 전달하여야 한다.

이를 위해 상기 도 3에 도시된 사용자 위치추적 시스템(170)은 사용자의 눈의 위치나 사용자의 머리의 위치를 실시간으로 추적(eye-tracking 또는 head-tracking)하고, 추적된 사용자의 눈의 위치 또는 머리의 위치를 계산하여, 이에 대한 움직임을 이동 정보로 변환하여 저장하며, 이를 영상조향 유닛(160)으로 전달한다.

상기 영상조향 유닛(160)은 포커싱 렌즈(150)를 통과한 빛을 액정전계 프리즘 등의 장치를 이용하여 사용자의 방향으로 향하게 하는 역할을 한다.

이와 같이 구성된 상기 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 실사 3D 디스플레이로서 눈의 초점과 가시선(line of sight)의 교점(intersection point) 사이에 불일치(accommodation-vergence conflict)가 없다는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 2D 표시패널의 해상도와 3D 해상도가 거의 일치하기 때문에 고해상도의 영상을 시청할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 2D 모드 및 3D 모드 사이에 전환이 자유로워 2D 및 3D 콘텐츠(contents) 이용이 용이하다.

또한, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 홀로그래피방식과 비교하여 극단적으로 작은 크기의 화소를 요구하지 않아 대형 패널 구현에 유리하고, 회절이 아닌 굴절 방식으로 영상을 형성함으로써 색깔표현 면에서 유리하다.

한편, 상기 본 발명에 따른 입체영상표시장치에 있어, 대상물의 깊이에 따라 초점을 조절하기 위해 구비된 상기 초점가변 렌즈는 본 발명에 따른 3D 액정렌즈를 사용할 수 있으며, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도로써, 전류인가 방식의 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내고 있다.

상기 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 액정렌즈(140)는 전극의 면 저항(sheet resistance)을 이용하여 간단한 전극 구조를 가지며, 상기 초점제어 방식의 입체영상표시장치의 초점가변 렌즈로 이용될 수 있다.

이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 액정렌즈(140)는 표시패널과 서로 동기화 해줄 수 있다.

이러한 3D 액정렌즈(140)는 2차원으로 렌즈 어레이를 배열하기 위해 상부의 투명한 공통전극(미도시)과 하부의 투명전극(143) 및 그들 사이에 형성된 액정층으로 이루어지며, 이때 상기 하부의 투명전극(143)은 디스크 형태를 가지는 한편 전압을 인가 받기 위해 상부전극(142)과 하부전극(141)을 구비하게 된다.

상기 상부전극(142)은 큰 원형으로 상기 투명전극(143)의 가장자리 상부에 위치하고, 상기 하부전극(141)은 절연층(144)을 사이에 두고 상기 상부전극(142) 아래에 위치하여 상기 투명전극(143)의 중심부에 연결되도록 구성된다.

이때, 상기 상부전극(142)을 접지(ground)한 상태에서 상기 하부전극(141)을 통해 상기 투명전극(143)의 중심부에 Vcc 전압을 인가하면, 디스크 형태의 투명전극(143)을 통해 방사형으로 연속적으로(continuous) 전압 강하가 이루어진다. 이와 같이 전압이 연속적으로 감소하면서 투명전극(143)의 각 지점에 서로 다른 전위가 형성되며, 이 전압 값으로 액정분자의 굴절률 분포를 제어할 수 있다.

이때, 전압 강하 방식이 아닌 기존의 전압인가 방식으로 구현할 경우 전극 라인이 모든 동심원들에 각각 연결되어야 하므로 이를 2D 어레이로 배열할 경우 매우 복잡한 구성이 된다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도로써, 하부의 투명전극이 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 갖는 전류인가 방식의 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내고 있다.

또한, 도 7은 상기 도 6에 도시된 3D 액정렌즈의 셀 구조를 예를 들어 나타내는 단면도이다.

상기 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 액정렌즈(240)는 전극의 면 저항을 이용하여 간단한 전극 구조를 가지며, 상기 초점제어 방식의 입체영상표시장치의 초점가변 렌즈로 이용될 수 있다.

이때, 전술한 바와 같이 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 액정렌즈(240)는 표시패널과 서로 동기화 해줄 수 있다.

이러한 3D 액정렌즈(240)는 2차원으로 렌즈 어레이를 배열하기 위해 상부 기판(248)의 투명한 공통전극(249)과 하부의 투명전극(243) 및 그들 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.

상기 공통전극(249)과 투명전극(243)은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO), 그래핀 또는 그 이외의 투명 전도성 물질로 형성할 수 있으며, 상기 액정층은 상기 공통전극(249)과 투명전극(243) 사이에 형성된 수직 전기장에 의해 구동하는 액정분자(245)로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 공통전극(249)은 상부 기판(248)의 전면(全面)에 형성되어 공통전압을 인가 받으며, 상기 하부의 투명전극(243)은 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 가지는 한편 전압을 인가 받기 위해 상부전극(242)과 하부전극(241)을 구비하게 된다.

상기 상부전극(242)은 큰 원형으로 상기 투명전극(243)의 가장자리 상부에 위치하고, 상기 하부전극(241)은 절연층(244)을 사이에 두고 상기 상부전극(242) 아래에 위치하여 상기 투명전극(243)의 중심부에 연결되도록 구성된다.

그리고, 상기 3D 액정렌즈(240)의 투명전극(243)과 액정층 사이에는 배향막(미도시)이 형성되는데, 이때 상기 배향막의 러빙방향을 하부 편광판(미도시)의 편광방향과 일치시켜 상기 하부 편광판을 통해 입사된 빛의 편광방향이 액정분자(245)의 광축(optic axis)과 일치되도록 할 수 있다.

이때, 상기 상부전극(242)을 접지한 상태에서 상기 하부전극(241)을 통해 상기 투명전극(243)의 중심부에 Vcc 전압을 인가하면, 나선형의 투명전극(243)을 통해 나선형으로 연속적으로 전압 강하가 이루어진다. 이와 같이 전압이 연속적으로 감소하면서 투명전극(243)의 각 지점에 서로 다른 전위가 형성되며, 이 전압 값으로 액정분자(245)의 굴절률 분포를 제어할 수 있다.

즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 액정렌즈(240)에 있어 액정층에 전기장을 인가하는 방법은 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 갖는 상기 투명전극(243)에 전류를 인가함으로써 이루어진다. 면 저항을 갖는 상기 나선형의 투명전극(243)에 전류가 인가되면 상기 투명전극(243)의 중심에서 밖으로 또는 그 역의 방향으로 전류가 흐르게 된다. 이때, 전류의 진행 방향에 따라 상기 투명전극(243)에는 면 저항에 의한 전압 강하가 일어난다.

이때, 상기 투명전극(243)의 나선형은 원형대칭과 유사하기 때문에 전체 투명전극(243) 주변에는 거의 원형대칭의 전압 분포를 이루는 것이 가능하며, 전압 분포의 제어는 상기 나선형의 투명전극(243)의 폭을 조절함으로써 가능하다.

이와 같이 상기 본 발명의 제 2 실시예의 3D 액정렌즈는 나선형 투명전극의 면 저항을 이용함으로써, 보다 완전한 원형대칭을 갖는 전기장 분포를 액정층에 인가할 수 있는 한편, 전기장의 분포를 자유롭게 제어할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 액정렌즈는 기존보다 적은 수의 전극, 즉 2개의 신호전극(상부전극과 하부전극)으로 제어가 가능하기 때문에 배선 구조가 간결하고 구동이 용이하다.

또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 액정렌즈는 각각의 3D 액정렌즈들의 배선 구조 및 구동이 간결하기 때문에 각각의 3D 액정렌즈를 개별적으로 제어하여 2차원으로 배열된 액정렌즈 어레이 패널을 구현할 수 있게 된다. 이에 따라 상하, 좌우 시차(parallax)를 갖는 2D/3D 스위처블(switchable) 집적영상 방식의 입체영상표시장치 또는 초점제어방식의 입체영상표시장치의 구현에 이용될 수 있다. 상기 상하, 좌우 시차를 갖는 집적영상 방식을 구현하기 위해서는 2차원 배열의 렌즈 어레이가 필요하다.

다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 액정렌즈는 1차원으로 배열된 액정렌즈 어레이 패널을 형성할 수도 있다.

이때, 각각의 액정렌즈에는 박막 트랜지스터가 연결되어 액티브 매트릭스(active matrix) 방식으로 그 구동이 제어될 수 있다.

또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 액정렌즈는 전기장 분포의 정밀한 제어가 가능함에 따라 수차를 줄인 액정렌즈를 구현할 수 있게 된다.

한편, 보다 균일하고 방사형으로 대칭적인 전압분포를 얻기 위해서는 하나의 나선형 투명전극에 대해 중앙을 중심으로 180도 회전된 다른 하나의 나선형 투명전극을 추가로 형성하게 되는데, 이를 다음의 제 3 실시예 및 제 4 실시예를 통해 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도로써, 2개의 투명전극이 얇은 절연층을 사이에 두고 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 갖는 전류인가 방식의 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내고 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 3D 액정렌즈(340)는 전극의 면 저항을 이용하여 간단한 전극 구조를 가지며, 상기 초점제어 방식의 입체영상표시장치의 초점가변 렌즈로 이용될 수 있다.

이러한 3D 액정렌즈(340)는 2차원으로 렌즈 어레이를 배열하기 위해 상부의 투명한 공통전극(미도시)과 하부의 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b) 및 그들 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.

상기 공통전극과 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드, 그래핀 또는 그 이외의 투명 전도성 물질로 형성할 수 있으며, 상기 액정층은 상기 공통전극과 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b) 사이에 형성된 수직 전기장에 의해 구동하는 액정분자(미도시)로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 공통전극은 상부 기판의 전면에 형성되어 공통전압을 인가 받으며, 상기 하부의 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)은 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 가지는 한편 전압을 인가 받기 위해 상부전극(342)과 하부전극(341)을 구비하게 된다. 이때, 상기 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)은 얇은 절연층(346)을 사이에 두고 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 가지며, 상기 제 1 투명전극(343a)은 상기 제 2 투명전극(343b)에 대해 180도 회전된 방향으로 형성되어 각각의 나선형의 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)의 간극을 메어주게 됨으로써 보다 연속적인 전기장의 분포를 만들어 낼 수 있다.

상기 상부전극(342)은 큰 원형으로 상기 제 2 투명전극(343b)의 가장자리 상부에 위치하고, 상기 하부전극(341)은 또 다른 절연층(344)을 사이에 두고 상기 제 1 투명전극(343a) 아래에 위치하여 상기 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)의 중심부에 연결되도록 구성된다.

그리고, 상기 3D 액정렌즈(340)의 제 2 투명전극(343b)과 액정층 사이에는 배향막(미도시)이 형성되는데, 이때 상기 배향막의 러빙방향을 하부 편광판(미도시)의 편광방향과 일치시켜 상기 하부 편광판을 통해 입사된 빛의 편광방향이 액정분자의 광축과 일치되도록 할 수 있다.

이때, 상기 상부전극(342)을 접지한 상태에서 상기 하부전극(341)을 통해 상기 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)의 중심부에 Vcc 전압을 인가하면, 나선형의 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)을 통해 나선형으로 연속적으로 전압 강하가 이루어진다. 이와 같이 전압이 연속적으로 감소하면서 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)의 각 지점에 서로 다른 전위가 형성되며, 이 전압 값으로 액정분자의 굴절률 분포를 제어할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 상기 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)은 얇은 절연층(346)을 사이에 두고 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 가지며, 상기 제 1 투명전극(343a)은 상기 제 2 투명전극(343b)에 대해 180도 회전된 방향으로 형성되어 각각의 나선형의 제 1, 제 2 투명전극(343a, 343b)의 간극을 메어주게 됨으로써 보다 연속적인 전기장의 분포를 만들어 낼 수 있다.

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도로써, 2개의 투명전극이 렌즈의 중앙을 중심으로 서로 다른 방향으로 나선형 구조를 갖는 전류인가 방식의 3D 액정렌즈의 전극구조를 개략적으로 나타내고 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 3D 액정렌즈(440)는 전극의 면 저항을 이용하여 간단한 전극 구조를 가지며, 상기 초점제어 방식의 입체영상표시장치의 초점가변 렌즈로 이용될 수 있다.

이러한 3D 액정렌즈(440)는 2차원으로 렌즈 어레이를 배열하기 위해 상부의 투명한 공통전극(미도시)과 하부의 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b) 및 그들 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.

상기 공통전극과 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드, 그래핀 또는 그 이외의 투명 전도성 물질로 형성할 수 있으며, 상기 액정층은 상기 공통전극과 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b) 사이에 형성된 수직 전기장에 의해 구동하는 액정분자(미도시)로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 공통전극은 상부 기판의 전면에 형성되어 공통전압을 인가 받으며, 상기 하부의 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)은 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 가지는 한편 전압을 인가 받기 위해 상부전극(442)과 하부전극(441)을 구비하게 된다. 이때, 상기 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)은 렌즈의 중앙을 중심으로 서로 다른 방향으로 나선형 구조를 가지는데, 즉 상기 제 1 투명전극(443a)은 상기 제 2 투명전극(443b)에 대해 180도 회전된 방향으로 형성되어 각각의 나선형의 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)의 간극을 메어주게 됨으로써 보다 연속적인 전기장의 분포를 만들어 낼 수 있다.

상기 상부전극(442)은 큰 원형으로 상기 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)의 가장자리 상부에 위치하고, 상기 하부전극(441)은 절연층(444)을 사이에 두고 상기 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b) 아래에 위치하여 상기 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)의 중심부에 연결되도록 구성된다.

그리고, 상기 3D 액정렌즈(440)의 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)과 액정층 사이에는 배향막(미도시)이 형성되는데, 이때 상기 배향막의 러빙방향을 하부 편광판(미도시)의 편광방향과 일치시켜 상기 하부 편광판을 통해 입사된 빛의 편광방향이 액정분자의 광축과 일치되도록 할 수 있다.

이때, 상기 상부전극(442)을 접지한 상태에서 상기 하부전극(441)을 통해 상기 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)의 중심부에 Vcc 전압을 인가하면, 나선형의 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)을 통해 나선형으로 연속적으로 전압 강하가 이루어진다. 이와 같이 전압이 연속적으로 감소하면서 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)의 각 지점에 서로 다른 전위가 형성되며, 이 전압 값으로 액정분자의 굴절률 분포를 제어할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 상기 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)은 렌즈의 중앙을 중심으로 서로 다른 방향으로 나선형 구조를 가지는데, 즉 상기 제 1 투명전극(443a)은 상기 제 2 투명전극(443b)에 대해 180도 회전된 방향으로 형성되어 각각의 나선형의 제 1, 제 2 투명전극(443a, 443b)의 간극을 메어주게 됨으로써 보다 연속적인 전기장의 분포를 만들어 낼 수 있다.

이와 같이 상기 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예의 3D 액정렌즈는 나선형 투명전극의 면 저항을 이용하는 한편, 투명전극의 간극을 메어주어 대칭(symmetry)을 형성함으로써, 상기 제 2 실시예의 3D 액정렌즈보다 완전한 원형대칭을 갖는 전기장 분포를 액정층에 인가할 수 있는 한편, 전기장의 분포를 자유롭게 제어할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 따른 3D 액정렌즈는 기존보다 적은 수의 전극, 즉 2개의 신호전극(상부전극과 하부전극)으로 제어가 가능하기 때문에 배선 구조가 간결하고 구동이 용이하다.

또한, 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 따른 3D 액정렌즈는 각각의 3D 액정렌즈들의 배선 구조 및 구동이 간결하기 때문에 각각의 3D 액정렌즈를 개별적으로 제어하여 2차원으로 배열된 액정렌즈 어레이 패널을 구현할 수 있게 된다. 이에 따라 상하, 좌우 시차를 갖는 2D/3D 스위처블 집적영상 방식의 입체영상표시장치 또는 초점제어방식의 입체영상표시장치의 구현에 이용될 수 있다.

다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 따른 3D 액정렌즈는 1차원으로 배열된 액정렌즈 어레이 패널을 형성할 수도 있다.

이때, 각각의 액정렌즈에는 박막 트랜지스터가 연결되어 액티브 매트릭스 방식으로 그 구동이 제어될 수 있다.

또한, 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 따른 3D 액정렌즈는 전기장 분포의 정밀한 제어가 가능함에 따라 수차를 줄인 액정렌즈를 구현할 수 있게 된다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

130 : 표시패널 140~440 : 3D 액정렌즈
141~441 : 하부전극 142~442 : 상부전극
143,243,343a,343b,443a,443b : 투명전극
144,244,344,346,444 : 절연층
150 : 포커싱 렌즈 160 : 영상조향 유닛
170 : 위치추적 시스템 180 : 백라이트 유닛
245 : 액정분자 248 : 상부 기판
249 : 공통전극

Claims (15)

1. 상부 기판의 전면(全面)에 형성된 투명한 공통전극;
   하부 기판에 형성되며, 중앙을 중심으로 나선형의 구조를 가지는 한편 전압을 인가 받기 위해 상부전극과 하부전극을 구비하는 투명전극; 및
   상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 3D 액정렌즈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 공통전극과 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO), 그래핀 또는 그 이외의 투명 전도성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 3D 액정렌즈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극은 원형으로 상기 투명전극의 가장자리 상부에 위치하고, 상기 하부전극은 절연층을 사이에 두고 상기 상부전극 아래에 위치하여 상기 투명전극의 중심부에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 액정렌즈.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 투명전극과 액정층 사이에 배향막이 형성되며, 상기 배향막의 러빙방향은 하부 편광판의 편광방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 3D 액정렌즈.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극을 접지한 상태에서 상기 하부전극을 통해 상기 투명전극의 중심부에 Vcc 전압을 인가하여, 상기 투명전극의 각 지점에 서로 다른 전위를 형성함으로써 상기 액정층을 구성하는 액정분자의 굴절률 분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 액정렌즈.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 투명전극의 폭을 조절하여 상기 전위의 분포를 제어하는 것을 특징으로 하는 3D 액정렌즈.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 투명전극은 절연층을 사이에 두고 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 가지는 제 1 투명전극과 제 2 투명전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 액정렌즈.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 투명전극은 렌즈의 중앙을 중심으로 서로 다른 방향으로 나선형 구조를 가지는 제 1 투명전극과 제 2 투명전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 액정렌즈.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 투명전극은 상기 제 2 투명전극에 대해 180도 회전된 방향으로 형성되어 각각의 나선형의 제 1, 제 2 투명전극의 간극을 메어주는 것을 특징으로 하는 3D 액정렌즈.
10. 표현하고자 하는 대상물의 색깔 및 계조를 표현하는 표시패널;
    상기 표시패널을 구성하는 각각의 화소들 전면(前面)에 설치되며, 상부 기판에 형성된 공통전극, 하부 기판에 형성되어 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형의 구조를 가지는 투명전극 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진 3D 액정렌즈; 및
    상기 표시패널 배면에 설치되어 상기 표시패널에 평행한 빛을 공급하는 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 3D 액정렌즈는 상기 화소로부터 방출되는 빛이 수렴되는 위치를 조절하여 3D 영상의 깊이를 표현하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 표시패널 전면에 배치된 포커싱 렌즈를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 표시패널은 액정표시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 투명전극은 절연층을 사이에 두고 렌즈의 중앙을 중심으로 나선형 구조를 가지는 제 1 투명전극과 제 2 투명전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
14. 제 10 항에 있어서, 상기 투명전극은 렌즈의 중앙을 중심으로 서로 다른 방향으로 나선형 구조를 가지는 제 1 투명전극과 제 2 투명전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 투명전극은 상기 제 2 투명전극에 대해 180도 회전된 방향으로 형성되어 각각의 나선형의 제 1, 제 2 투명전극의 간극을 메어주는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.

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