液晶レンズおよびそれを含む表示装置
【課題】光経路を調節する液晶レンズおよびそれを含む表示装置を提供する。
【解決手段】液晶レンズは、互いに対向する第１電極および第２電極、第１電極および第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および第２電極と液晶層間に介在した誘電層を含み、誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、第１サブ誘電層は第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での単位パターンの高さと第２平坦区間での単位パターンの高さが異なる。
【解決手段】液晶レンズは、互いに対向する第１電極および第２電極、第１電極および第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および第２電極と液晶層間に介在した誘電層を含み、誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、第１サブ誘電層は第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での単位パターンの高さと第２平坦区間での単位パターンの高さが異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズおよびそれを含む表示装置に関し、より詳細には光経路を調節する液晶レンズおよびこれを含む表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示装置は、多様な方式で光を出射して映像を表示する。表示装置の光を出射する方式は、表示装置の種類を区分する基準になることもある。各光出射方式については、出射される光の輝度を効果的に制御し、表示品質を向上させるための多様な研究が競争的に行われている。
【０００３】
近年、光輝度制御とは別に、光経路制御により３次元映像を実現する立体映像表示装置に関する研究が注目を浴びている。左眼映像を観察者の左眼に、右眼映像は観察者の右眼に提供すると、観察者はこれを立体で認識できることを基本原理としている。偏光方式、時分割方式などのメガネ方式や、パララックス−バリアー方式、レンチキュラ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ）またはマイクロレンズ方式およびブリンキングライト（ｂｌｉｎｋｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）方式などが主に研究されている。
【０００４】
一方、３次元映像を長時間視聴するとめまいを感じることがある。また、視聴者が３次元映像コンテンツだけでなく２次元映像コンテンツの視聴を所望する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国特許公開第２００８−０１０５５７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モード別に光経路を異なるように制御できると、２次元映像および３次元映像をいずれも表示することが可能である。光経路を自在に制御することは、表示装置だけでなく、光を利用する多様な応用分野を創り出すことができる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、光経路の調節が可能な液晶レンズを提供することにある。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の課題は、光経路の調節が可能な表示装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための本発明の一実施形態による液晶レンズは、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および前記第２電極と前記液晶層との間に介在した誘電層を含み、前記誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる。
【００１１】
前記課題を解決するための本発明の他の実施形態による液晶レンズは、第１電極と、前記第１電極上の液晶層と、前記液晶層上の誘電層であって、少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは上面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる誘電層、および前記誘電層の上面にコンフォーマルするように形成された第２電極を含む。
【００１２】
前記他の課題を解決するための本発明の一実施形態による表示装置は、光提供装置、および前記光提供装置上に配置された液晶レンズであって、互いに対向する第１電極および第２電極、前記第１電極および前記第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および前記第２電極と前記液晶層との間に介在した誘電層を含み、前記誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる液晶レンズを含む。
【００１３】
前記また他の課題を解決するための本発明の一実施形態による液晶レンズの製造方法は、第１電極上に誘電層であって、第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる誘電層を形成し、前記誘電層上に液晶層および第２電極を配置することを含む。
【００１４】
その他実施形態の具体的な内容は詳細な説明および図面に含まれている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば少なくとも次のような効果がある。
【００１６】
すなわち、本発明の実施形態による液晶レンズによれば、多様な光経路の調節が可能である。したがって、表示装置、太陽電池、イメージセンサなど光を利用した多様な素子に適用することができる。また、本発明の実施形態による液晶レンズを採用した表示装置の場合、多様な光経路の調節が可能であるため、２Ｄ／３Ｄスイッチングが可能であり、３次元映像と２次元映像いずれも表示することができる。さらに、焦点距離の調節が容易であるため、簡便に３次元映像視聴可能視点を探すことができる。
【００１７】
本発明による効果は、以上で例示された内容によって制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による表示装置の概略的な構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図３】図２に示す誘電層の位置別誘電率を図示するグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による液晶レンズの第１モードの動作を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施形態による液晶レンズの第１モードで液晶層の水平方向位置別屈折率を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による液晶レンズの第２モードの動作を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による液晶レンズの第２モードで液晶層の水平方向位置別屈折率を示すグラフである。
【図８Ａ】隣接する液晶分子による液晶分子方位角の影響を説明するための概念図である。
【図８Ｂ】隣接する液晶分子による液晶分子方位角の影響を説明するための概念図である。
【図９】本発明の他の実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１０】図９に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。
【図１１】本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１２】図１１に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。
【図１３】本発明のまた他の実施形態に他の液晶レンズの断面図である。
【図１４】図１３に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。
【図１５】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１６】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１７】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１８】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１９】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２０】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２１】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２２】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２３】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２４】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２５】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２６】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２７】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２８】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２９】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図３０】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの斜視図である。
【図３１】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの斜視図である。
【図３２】本発明の一実施形態による表示装置の断面図である。
【図３３】第２モードでの表示装置の例示的な動作を説明するための断面図である。
【図３４】本発明の一実施形態による液晶レンズの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３５】本発明の他の実施形態による液晶レンズの製造方法を説明するための工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の利点および特徴、並びにそれらを達成する方法は、添付する図面とともに、後述する実施形態を参照することによって明確になる。しかし、本発明の目的は、以下に開示される実施形態に限定されず、異なる多様な実施形態によっても達成可能である。したがって、以下の実施形態は、単に、本発明の開示を十全たるものとし、当業者に本発明の範囲を認識させるために提供するものである。本発明の範囲は、あくまで請求項に記載された発明によってのみ規定される。
【００２０】
素子（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）または層が、他の素子または層の「上（ｏｎ）」と指称されるものは、他の素子の真上だけでなく、中間に他の層または他の素子を介在した場合をすべて含む。明細書全体において、同一参照符号は同一構成要素を指す。
【００２１】
第１、第２などが、多様な素子、構成要素を説明するために使用される。しかしながら、これら構成要素は、これらの用語によって制限されないことはもちろんである。これらの用語は単に一つの構成要素を構成要素と区別するために使用されるものである。したがって、以下で言及される第１素子は、本発明の技術的思想内で第２素子あり得ることはもちろんである。
【００２２】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態による表示装置の概略的な構成図である。図１を参照すると、表示装置３０は光提供装置２０および光提供装置２０の一側に配置された液晶レンズ１０を含む。
【００２４】
光提供装置２０は液晶レンズ１０に光を提供する。光提供装置２０が液晶レンズ１０に提供する光は光提供装置２０からの出射光および／または液晶レンズ１０から入射されて光提供装置２０により反射する反射光を含んでもよい。
【００２５】
光提供装置２０は表示パネルを含む。いくつかの実施形態において、表示パネルはＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ、無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｓｐｌａｙ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＳＥＤ（ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）などのように自発光表示パネルであってもよい。他のいくつかの実施形態において、表示パネルはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、電気泳動表示装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＥＰＤ）などのような非発光表示パネルであってもよい。表示パネルが非発光表示パネルの場合、光提供装置２０はバックライトアセンブリのような光源をさらに含んでもよい。
【００２６】
液晶レンズ１０は光提供装置２０の一側に配置され光提供装置２０から出射された光の入射を受ける。液晶レンズ１０は入射された光の経路や位相などの光特性を少なくとも部分的に変調する。いくつかの実施形態において、液晶レンズ１０の光特性変調はモードによって異なる。例えば、第１モードで液晶レンズ１０は光特性を変調させないが、第２モードで液晶レンズ１０は光特性を変調させてもよい。モード別に光変調特性を異なるように変調すると、光提供装置２０の表示パネルから出射される画像をモード別に異なるように変調することができ、それにより液晶レンズ１０を介して出射される画像をモード別に異なるように制御することができる。このような液晶レンズ１０のモード別の選択的光変調特性は後述するように、２Ｄ／３Ｄスイッチングが可能なディスプレイを実現できるようにする。
【００２７】
以下、本発明の一実施形態による液晶レンズについてより詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態による液晶レンズの断面図である。図２において、Ｘは水平方向をＹは垂直方向を示す。図２を参照すると、液晶レンズ１１００は互いに対向する第１電極１１０と第２電極１２０、第１電極１１０と第２電極１２０の間に介在した液晶層１３０および誘電層１４１を含む。
【００２８】
第１電極１１０は第１基板１０１上に形成されてもよい。第２電極１２０は第２基板１０２上に形成されてもよい。第１基板１０１および第２基板１０２は透明基板であってもよい。例えば、第１基板１０１および第２基板１０２は透明なプラスチック基板、透明なガラス基板、または透明な石英基板などで形成されてもよい。いくつかの実施形態において、第１基板１０１および第２基板１０２のうち少なくとも一つはフレキシブル基板であってもよい。
【００２９】
第１電極１１０と第２電極１２０は各々透明な導電性物質からなる。例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺＯ（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ）、ＴｉＯ（Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）などのような酸化物からなる。また他の例として、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）、金属ナノワイヤー（ｍｅｔａｌ ｎａｎｏｗｉｒｅ）、導電性高分子（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）などの物質を含んでもよい。第１電極１１０と第２電極１２０が必ず同一物質で形成される必要はない。
【００３０】
第１電極１１０は第１電圧を印加受け、第２電極１２０は第２電圧の印加を受ける。したがって、第１電極１１０の上面と第２電極１２０の下面の間には第１電圧と第２電圧の差に相応する所定の電界が形成され得る。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態で、第１電極１１０および第２電極１２０は各々パターニングされない全面（ｗｈｏｌｅ ｓｕｒｆａｃｅ）電極であってもよい。第１電極１１０および第２電極１２０は相互平行になるように配置されてもよい。
【００３２】
第１電極１１０および第２電極１２０の間には液晶層１３０および誘電層１４１が介在する。図２は第１電極１１０上に液晶層１３０が積層され、液晶層１３０の上に誘電層１４１が積層された例を図示する。
【００３３】
液晶層１３０の上面（１３０＿１）と下面（１３０＿２）は実質的に平坦であってもよい。液晶層１３０の上面（１３０＿１）と下面（１３０＿２）が平坦であれば、容易に液晶分子１３５を均一に分布させることができる。さらに液晶層１３０の上面（１３０＿１）および下面（１３０＿２）は相互平行であってもよい。
【００３４】
上面（１３０＿１）と下面（１３０＿２）により定義された空間内で液晶層１３０は複数の液晶分子１３５を含む。このような液晶分子１３５は液晶層１３０の全領域にかけて均一な密度で分布され得る。本実施形態で、液晶分子１３５は正の誘電率異方性を有し、水平方向に初期配向されている。ここで、水平方向に配向されているとは、液晶分子１３５の長軸が水平方向に平行になるように置かれる状態であり、例えば液晶分子１３５の方位角が０°である状態を意味する。
【００３５】
本発明の他のいくつかの実施形態で、液晶分子１３５は負の誘電率異方性を有し得る。この場合、液晶分子１３５は垂直方向に初期配向されてもよい。ここで、垂直方向に初期配向されているとは、液晶分子１３５の方位角が９０°である場合だけでなく、所定角度だけプレチルト角を有する場合を含む。このような観点から、垂直方向に初期配向された液晶分子１３５の方位角は例えば、８０〜９０°であってもよい。
【００３６】
図示していないが、第１電極１１０と液晶層１３０の下面（１３０＿１）の間には液晶層１３０内の液晶分子１３５らを初期配向する第１配向膜が介在してもよい。また、液晶層１３０の上面（１３０＿１）と誘電層１４１の下面（１４１＿２）の間には第２配向膜（図示せず）が介在してもよい。
【００３７】
誘電層１４１は第１サブ誘電層１４１ａおよび第２サブ誘電層１４１ｂを含む。第１サブ誘電層１４１ａと第２サブ誘電層１４１ｂは互いに異なる誘電率を有してもよい。例えば、第１サブ誘電層１４１ａの誘電率はε１であり、第２サブ誘電層１４１ｂの誘電率はε１より小さいε２であってもよい。誘電層１４１の上面および下面は平坦な面であってもよい。さらに、誘電層１４１の上面（１４１＿１）および下面（１４１＿２）は相互平行になるように配置されてもよい。図２において、誘電層１４１の上面（１４１＿１）は第２サブ誘電層１４１ｂの上面として構成され、誘電層１４１の下面（１４１＿２）は第１サブ誘電層１４１ａの下面および第２サブ誘電層１４１ｂの下面として構成される。
【００３８】
第１サブ誘電層１４１ａは少なくとも一つの単位パターンを含んでもよい。各単位パターンは相互離隔してもよい。各単位パターンは実質的に同一形状を有してもよい。各単位パターンの配列は均一なものであってもよい。すなわち、各単位パターンは特定ピッチで配列されてもよい。この場合、隣接する単位パターン間の隔離距離も同一になる。
【００３９】
第１サブ誘電層１４１ａの複数の単位パターンのうち少なくとも一つは一面が平坦な複数の平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）を含む。図２に示す実施形態で、単位パターンは上面が第１平坦区間ないし第５平坦区間（ｆ１−ｆ５）の５個の平坦区間を含む。単位パターンの下面を基準に複数の平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）のうち少なくとも２個は下面から上面までの距離が互いに異なる。すなわち、単位パターンの高さが互いに異なる２以上の平坦区間が存在する。
【００４０】
より詳細に説明すると、第１平坦区間（ｆ１）での第１サブ誘電層１４１ａの単位パターンの高さ、第２平坦区間（ｆ２）での高さ、第３平坦区間（ｆ３）での高さ、第４平坦区間（ｆ４）での高さ、および第５平坦区間（ｆ５）での高さのうち少なくとも２個はその値が互いに異なる。図２において、隣接する平坦区間では高さが互いに異なる。ただし、隣接しない平坦区間では高さが同一な場合もある。例えば、第１平坦区間（ｆ１）の高さと第５平坦区間（ｆ５）の高さが互いに同一であり、第２平坦区間（ｆ２）の高さと第４平坦区間（ｆ４）の高さが相互同一であってもよい。
【００４１】
隣接する平坦区間は垂直側壁（１４１ａ＿ｓ）により接続されている。第１サブ誘電層１４１ａの下面が平坦であり、上面と互いに平行であれば、垂直側壁（１４１ａ＿ｓ）の長さは隣接する平坦区間の間の高さの差を示し得る。
【００４２】
複数の平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）と垂直側壁（１４１ａ＿ｓ）は互いに連結されて実質的に階段形状を構成することができる。
【００４３】
第１サブ誘電層１４１ａ上には第２サブ誘電層１４１ｂが形成される。第２サブ誘電層１４１ｂは第１サブ誘電層１４１ａを完全に覆う形状で形成されてもよい。
【００４４】
第１サブ誘電層１４１ａの複数の単位パターンを中心に複数の単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）が定義され得る。第１単位レンズ区間（Ｌ１）は第１単位パターンを含む区間で定義され得る。図２でＰ０地点とＰ１地点の間の区間がそれに該当する。第１単位レンズ区間（Ｌ１）に隣接する第２単位レンズ区間（Ｌ２）は前記第１単位パターンに隣接する第２単位パターンを含む区間で定義され得る。図２において、Ｐ１地点とＰ２地点の間の区間がそれに該当する。単位パターンが同一な形状で形成され、特定ピッチで均一に配列されていれば、第１単位レンズ区間（Ｌ１）と第２単位レンズ区間（Ｌ２）の境界（Ｐ１）は前記第１単位パターンと前記第２単位パターンの離隔された空間の中心に設定され得る。
【００４５】
各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）は後述するように第１電極１１０および第２電極１２０に印加される電圧によって凸レンズ、凹レンズなどの光学レンズと類似の光学的特性を示す。各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）の光学特性は第１電極１１０および第２電極１２０に印加される電圧により変わる。すなわち、各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）は可変レンズとして機能することができる。
【００４６】
単一光学レンズは単一光変調特性を示す。例えば、凸レンズの場合、光がレンズ面に入射する位置によって屈折される程度などに差異があるが、これらが集まって、例えば集光という統合的な一つの光変調特性を示す。このような観点から、液晶レンズ１１００の各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）は光学レンズに対応する別途の光変調特性を有し得る。すなわち、第１単位レンズ区間（Ｌ１）は第１光変調特性を、第２単位レンズ区間（Ｌ２）は第２光変調特性を示し得る。第１光変調特性と第２光変調特性は実質的に同一なものであってもよい。例えば、第１光変調特性と第２光変調特性はいずれも同一な凸レンズの光学特性を示し得る。この場合、第１単位レンズ区間（Ｌ１）および第２単位レンズ区間（Ｌ２）は光学的に２個の同一な凸レンズを配列したように動作することができる。
【００４７】
各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）の光変調特性を詳細に説明するために図２、図３〜図７を参照する。
【００４８】
一つの単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）内で、誘電層１４１の上下面（１４１＿１、１４１＿２）の間の電気抵抗は平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）によって異なる。特定水平位置での第１サブ誘電層１４１ａの高さをｄ１とし、第２サブ誘電層１４１ｂの高さをｄ２とし、全体誘電層１４１の上下面（１４１＿１、１４１＿２）が平坦でかつ平行であると仮定すると次の等式が成立する。
【００４９】
【００５０】
ただし、前記式１でＤは全体誘電層１４１の上下面（１４１＿１、１４１＿２）の間の距離であり、常数である。
【００５１】
各水平位置での電気抵抗（Ｒ）は次の式２によって求めることができる。
【００５２】
【００５３】
ただし、前記式２で、Ｒ１は第１サブ誘電層１４１ａの電気抵抗を、Ｒ２は第２サブ誘電層１４１ｂの電気抵抗を、Ａは断面積を示す。
【００５４】
前記式１及び式２を利用すると次のような式３を導き出すことができる。
【００５５】
【００５６】
前記式３でε１、ε２、Ｄ、Ａはいずれも定数として取り扱われ得るため、誘電層１４１の電気抵抗（Ｒ）は第１サブ誘電層１４１ａの高さ（ｄ１）によって変わることが分かる。ε２がε１より小さければ（ε１−ε２）は正数であるため、誘電層１４１の電気抵抗（Ｒ）は第１サブ誘電層の高さ（ｄ１）が大きいほど大きくなる。
【００５７】
図２に示す実施形態の場合、第１サブ誘電層１４１ａの高さ（ｄ１）は平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）によって異なる。したがって、誘電層１４１の電気抵抗は第１サブ誘電層１４１ａの平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）によって異なる。例えば、図３に図示するように、誘電層１４１の水平方向に沿った電気抵抗グラフは第１サブ誘電層１４１ａのパターンと類似のパターンに描かれる。
【００５８】
前記のような構成を有する液晶レンズ１１００の動作について説明する。図４は、本発明の一実施形態による液晶レンズの第１モードの動作を示す概略図である。図５は、本発明の一実施形態による液晶レンズの第１モードで液晶層の水平方向位置別屈折率を示すグラフである。
【００５９】
図４および図５を参照すると、液晶レンズ１１００の第１モードは液晶層１３０の液晶分子１３５を水平方向（Ｘ）の位置に関係なくいずれも同一方位角で配列するモードである。例えば、第１モードは第１電極１１０と第２電極１２０に同一電圧が印加されることによって実現できる。第１電極１１０と第２電極１２０に同一電圧が印加されれば、誘電層１４１および液晶層１３０に印加される電位差（Ｖ１）は０Ｖである。液晶層１３０に電圧が印加されないため、液晶分子１３５は初期配向方向の水平方向を維持する。したがって、液晶レンズ１１００に入射された光は液晶層１３０の水平方向位置と関係がなく同一屈折率を感じる。したがって、液晶層１３０に入射された光は液晶層１３０内で光の進行経路を変更せず直進する。
【００６０】
液晶層１３０を通過した光が誘電層１４１に到達するとき、誘電層１４１の屈折率が液晶層１３０の屈折率と同一であれば光は誘電層１４１を光学的に他の物質と認識しない。したがって、光経路を変更せず光をそのまま透過させる。仮に、液晶層１３０の屈折率と誘電層１４１の屈折率が異なっても液晶層１４０を垂直に透過した大多数の光は屈折率が互いに異なる界面で周波数の変移のみを起こすで光経路は変更されない。したがって、図５に図示するように、液晶レンズ１１００に入射された光は液晶層１３０と誘電層１４１をそのまま通過する。
【００６１】
図６は、本発明の一実施形態による液晶レンズの第２モードの動作を示す概略図である。図７は、本発明の一実施形態による液晶レンズの第２モードで液晶層の水平方向位置別屈折率を示すグラフである。
【００６２】
図６および図７を参照すると、液晶レンズ１１００の第２モードは液晶層１３０の液晶分子１３５が水平方向位置に応じて少なくとも部分的に異なる方位角を有するように配列するモードである。例えば、第１電極１１０と第２電極１２０に互いに異なる電圧を印加し、その間に所定の電界を形成すれば第２モードが駆動される。第２モードでも第１電極１１０の上面と第２電極１２０の下面の間は水平方向（Ｘ）に沿って位置別電界が同一である。しかし、液晶層１３０の観点からは上下面（１３１＿１、１３１＿２）の電界が水平方向（Ｘ）の位置別に、より具体的には第１サブ誘電層１４１ａの平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）別に異なる。
【００６３】
より具体的に説明すると、第１電極１１０と第２電極１２０の間には液晶層１３０と誘電層１４１が介在する。液晶層１３０の下面（１３０＿２）は第１電極１１０と隣接するため、水平方向（Ｘ）の位置に関係なく第１電圧がそのまま印加されることができる。しかし、液晶層１３０の上面（１３０＿１）は第１電極１１０との間では液晶層１３０を介在し、第２電極１２０との間で誘電層１４１を介在する。電圧分配原則に従い液晶層１３０の上面（１３０＿１）は第１電極１１０に印加される第１電圧と第２電極１２０に印加される第２電圧の間値に該当する電圧が印加される。ここで、誘電層１４０の電気抵抗が高ければ、液晶層１３０の上面（１３０＿１）に印加される電圧は相対的に第１電圧との差が小さくなり、誘電層１４１の電気抵抗が低くければ、液晶層１３０の上面（１３０＿１）に印加される電圧は相対的に第１電圧との差異が大きくなる。
【００６４】
しかし、図３を参照して説明したように、誘電層１４１は水平方向（Ｘ）に平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）によって電気抵抗が異なるため、液晶層１３０の上面に印加される電圧も異なる。誘電層１４１の電気抵抗が大きい区間では相対的に第１電圧との差異が小さい電圧が印加される。すなわち、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の大きさが小さくなる。誘電層１４０の電気抵抗が小さい区間では相対的に第１電圧との差が小さい電圧が印加されるため、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界のサイズが大きくなる。
【００６５】
前述したように本実施形態で液晶分子１３５は正の誘電率異方性を有するため、電界が大きいほど電界方向にさらに多く回転する。したがって、液晶分子１３５の配列は誘電層１４０の電気抵抗が小さい区間では液晶分子１３５が垂直方向に多く回転して、誘電層１４１の電気抵抗が大きい区間では液晶分子１３５が相対的に少なく回転する。
【００６６】
一方、一つの平坦区間内では水平位置に関係なく第１サブ誘電層１４１ａの高さ（ｄ１）が一定であるため、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界も一定である。したがって、液晶層１３０の電界は一つの平坦区間全体にかけて液晶分子１３５の方位角は同一に維持させようとする。ただし、液晶分子１３５の方位角は該当電界だけでなく、隣接する液晶分子１３５の方位角や隣接する電界からも影響を受け得る。より詳細な説明のために図８Ａおよび図８Ｂを参照する。図８Ａおよび図８Ｂは隣接する液晶分子による液晶分子方位角の影響を説明するための概念図である。
【００６７】
先に、図８Ａを参照すると、液晶層が互いに隣接する第１区間（Ｓ１）および第２区間（Ｓ２）に区分され、第１区間（Ｓ１）と第２区間（Ｓ２）に各々互いに異なる電圧が印加できると仮定する。第１区間（Ｓ１）と第２区間（Ｓ２）に同一に０Ｖの電圧が印加されれば液晶分子１３５は回転せず、本来の水平配向を維持する。
【００６８】
図８Ｂに図示するように、第１区間（Ｓ１）は０Ｖを印加し、第２区間（Ｓ２）は液晶分子１３５を垂直に回転させ得る電圧（Ｖ２１）を印加すれば、印加された電界によって第１区間（Ｓ１）の液晶分子１３５は本来の０°の方位角を維持しようとし、第２区間（Ｓ２）の液晶分子１３５は９０°の方位角で回転しようとする。しかし、実際液晶分子１３５の動きは印加される電圧だけでなく、隣接する液晶分子１３５の回転からも影響を受ける。特に第１区間（Ｓ１）と第２区間（Ｓ２）の境界に位置する第１区間（Ｓ１）の液晶分子１３５は電界によっては各々０°の方位角を強要されるが、隣接した第２区間（Ｓ２）の液晶分子１３５は９０°で回転しようとするため、その回転動きによって第１区間（Ｓ１）の液晶分子１３５も共に回転することができる。一方、境界に位置する第２区間（Ｓ２）の液晶分子１３５も電界による回転力の一部を隣接する第１区間（Ｓ１）の液晶分子１３５に提供するため、実際の回転角度は９０°より小さくなることもある。このような方式で、たとえ液晶分子１３５に直接印加される電界は階段式で急激に変化しても、液晶分子１３５の方位角は隣接する他の液晶分子１３５の回転によって影響を受けると、方位角のサイズが緩やかに変更され得る。このような現象は隣接する電界の影響によっても発生し得る。すなわち、第１区間（Ｓ１）に印加された電圧は隣接する第２区間（Ｓ２）にも一部影響を与え、極端な電界の変化を緩やかに変える。
【００６９】
再び、図６を参照すると、図８Ｂと同じ理由で液晶分子１３５が一つの平坦区間内に位置しても、すべての方位角が一定であるものではなく、周辺液晶分子１３５の方位角や周辺電界の影響により全体的に緩やかに方位角が変化し得る。
【００７０】
一方、液晶分子１３５は屈折率に対して異方性を有する。すなわち、液晶分子１３５は光学的に長軸方向の光に対する常光線（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒａｙ）屈折率（ｎｏ）と、短縮方向の光に対する異常光線（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｒａｙ）屈折率（ｎｅ）の二つの種類の屈折率を有する。ここで、常光線屈折率（ｎｏ）は異常光線屈折率（ｎｅ）より低くてもよい。例えば、液晶分子の常光線屈折率（ｎｏ）は１．５であり、液晶分子の異常光線屈折率（ｎｅ）は１．７であってもよい。
【００７１】
したがって、液晶分子１３５が水平配列されていれば、光は異常光線屈折率（ｎｅ）を感じるため相対的に屈折率が高くなる。これに対し、液晶分子１３５が垂直方向に回転すると、光は相対的により小さい常光線屈折率（ｎｏ）を感じるため相対的に屈折率がより低くなる。したがって、図６のような液晶分子の方位角配列を有する液晶層１３５の水平方向の位置による屈折率は図７のような分布を示し得る。
【００７２】
光は屈折率が均一な物質内では直線進行するが、図７のように物質内で屈折率が漸進的に変わるグリーン（ＧＲＩＮ、Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズ構造では屈折率が低い媒質から屈折率が高い媒質側へ光経路が曲がる。前記グリーンレンズの構造および動作原理については米国特許第５、７９０、３１４号に開示されており、前記特許に開示された内容は本明細書に十分に開示されているため援用して統合される。
【００７３】
したがって、第２モードで液晶層１３０を通過する光は高屈折率の媒質側に光経路が曲がって図６のような光進行経路を示し得る。図６の光進行経路の変調はあたかも凸レンズを通過した光進行経路と類似する。すなわち、第２モードで液晶レンズ１１００の液晶層１３０は別途の凸レンズなしでも光を集光することができる。
【００７４】
液晶層１３０を通過した光は誘電層１４１の界面に到るが、液晶層１３０を通過しながら曲がった光は誘電層１４１に所定の入射角で入射する。誘電層１４１が液晶層１３０と実質的に同一屈折率を有する場合、光経路の変化なしで進行する。誘電層１４１が液晶層１４０と異なる屈折率を有する場合、界面で光は屈折する。仮に、誘電層１４１の屈折率が液晶層１３０より小さければスネルの法則に従い入射角よりより大きい角で屈折して集光する焦点距離を減らすであろう。逆に、誘電層１４１の屈折率が液晶層１３０より大きければその逆になることは自明である。
【００７５】
第１電圧と第２電圧のサイズは第１モードと第２モードを決定するだけでなく、同一な第２モード内でも光変調特性を異なるように制御する。前述したように、第１電極１１０と第２電極１２０に同一な電圧が印加されれば液晶レンズ１１００は第１モードとして駆動される。一方、第１電圧と第２電圧の差が非常に大きい場合にも第１モードとして駆動され得る。例えば、極端に第１電圧と第２電圧の差が無限大であると仮定すると、液晶層１３０の上面（１３０＿１）に印加される電圧が水平方向（Ｘ）の位置によって異なっても液晶層１３０の上面（１３０＿１）の電圧と液晶層１３０の下面（１３０＿２）の電圧差の絶対値が非常に大きいため、すべての液晶分子１３５が垂直方向に回転することができる。すなわち、液晶層１３０のすべての液晶分子１３５の方位角が９０°であり、同一であるため、液晶層１３０を通過する光は水平方向の位置と関係がなくいずれも常光線の屈折率を感じる。この場合グリーンレンズが構成されないため、光は液晶層１３０内で曲がらず直進する。
【００７６】
一方、第１電圧と第２電圧が異なる値を有するが、その差が非常に小さいため、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の最大値が液晶分子１３０を回転させるためのしきい電界レベルを越えなければ、この場合にもすべての液晶分子１３０が水平配向を維持することができる。したがって、グリーンレンズが構成されないため、光は液晶層内で曲がらず直進する。
【００７７】
以上により、液晶レンズ１３０の第２モードを駆動する条件は、単に第１電圧と第２電圧が異なることで満たされるものではなく、第１電圧と第２電圧の差が所定範囲内になければならないことが分かる。すなわち、第１電圧と第２電圧の差によって液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の最大値が液晶分子１３５を回転させるためのしきい電界レベルより大きくなければならなく、同時に第１電圧と第２電圧の差によって液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の最小値は液晶分子１３５を垂直回転させ得る電界より小さくなければならない。
【００７８】
一方、液晶レンズ１１００が第２モードで駆動されても、第１電圧および第２電圧の差によって屈折率の分布が異なる場合もある。すなわち、第１電圧および第２電圧の差は図７に例示されたグリーンレンズの曲率を多様に制御する。これにより互いに異なる焦点距離が調節されることは自明である。
【００７９】
前記のような第１モードと第２モードを駆動する細部条件や、第２モードの焦点距離制御方法などは本技術分野の当業者であれば、以上で開示された内容を参照して誘電体の誘電率、液晶分子の種類などに応じて第１電圧と第２電圧を適切に調節することによって簡単に実現できるものであるため、本発明が曖昧になることを避けるために具体的な例示は省略する。
【００８０】
以上の実施形態では液晶レンズ１１００が２個の単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）を有するものを例示しているが、３個以上の単位レンズ区間を含んでもよいことはもちろんである。これは以下の実施形態において同様である。
【００８１】
以下、本発明の多様な実施形態による液晶レンズについて説明する。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態において、液晶レンズは第１単位レンズ区間と第２単位レンズ区間で互いに異なる光変調特性を有し得る。図９〜図１１は、このような特性を有する液晶レンズを例示する。
【００８３】
図９は、本発明の他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１０は、図９に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。図９および図１０を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０１は誘電層１４２が第１サブ誘電層１４２ａおよび第２サブ誘電層１４２ｂを含む。ここで、第１単位レンズ区間（Ｌ１）の第１サブ誘電層１４２ａの高さが最大になる平坦区間の水平位置と第２単位レンズ区間（Ｌ２）の第１サブ誘電層１４２ａの高さが最大になる平坦区間の水平位置が互いに相異なる。すなわち、第１単位レンズ区間（Ｌ１）で第１サブ誘電層１４２ａの高さが最大になる平坦区間はおおよそＰ０地点とＰ１地点の中間地点を基準に右側に偏っている。これに対し、第２単位レンズ区間（Ｌ２）で第１サブ誘電層１４２ａの高さが最大になる平坦区間はＰ１地点とＰ２地点の中間地点を基準に左側に偏っている。これにより、図１０に図示するように、第１単位レンズ区間（Ｌ１）での光進行経路は図６と比較したとき、右側に偏ることに対し、第２単位レンズ区間（Ｌ２）での光進行経路は相対的に左側に偏る。
【００８４】
図１１は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１２は、図１１に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。図１１および図１２を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０２は誘電層１４３が第１サブ誘電層１４３ａおよび第２サブ誘電層１４３ｂを含む。ここで、第１単位レンズ区間（Ｌ１）での第１サブ誘電層１４３ａの高さの最大値と第２単位レンズ区間（Ｌ２）での第１サブ誘電層１４３ａの高さの最大値が互いに異なる。これにより、図１２に図示するように第１単位レンズ区間（Ｌ１）の誘電層１４３の電気抵抗グラフの曲率が第２単位レンズ区間（Ｌ２）の誘電層１４３の電気抵抗グラフの曲率より大きい。
【００８５】
したがって、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の水平方向変化率も第１単位レンズ区間（Ｌ１）がより大きい。これにより、図１１に図示するように第２モード駆動時第１単位レンズ区間（Ｌ１）の液晶分子１３５が水平位置別方位角の差がより大きくなり、液晶分子１３５の屈折率の変化率も大きくなって光進行経路が第２単位レンズ区間（Ｌ２）でよりもさらに大きく曲がり得る。したがって、第１単位レンズ区間（Ｌ１）での光焦点距離が第２単位レンズ区間（Ｌ２）での光焦点距離より短くなる場合もある。
【００８６】
図１３は、本発明のまた他の実施形態に他の液晶レンズの断面図である。図１４は、図１３に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。図１３および図１４を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０３は誘電層１４４が第１サブ誘電層１４４ａおよび第２サブ誘電層１４４ｂを含む。ここで、第１サブ誘電層１４４ａが第２サブ誘電層１４４ｂの上部に配置される点が図２に示す実施形態と異なる。したがって、第１単位レンズ区間（Ｌ１）で誘電層１４４の上下面の電気抵抗がＰ０地点からＰ１方向に行くほど減少してまた増加する、下に凸の放物線グラフを描く。第２単位レンズ区間（Ｌ２）の場合も実質的に同一なグラフを形成する。前述したように、グリーンレンズ構造では屈折率が低い媒質から屈折率が高い媒質側に光経路が曲がるため、図１３の液晶層１３０は第２モードであたかも凹レンズと類似の光進行経路の変調を誘発する。すなわち、第２モードで液晶レンズの液晶層１３０は別途の凹レンズなしでも光を発散または拡散することができる。
【００８７】
図１５は、本発明のまた他の実施形態に他の液晶レンズの断面図である。図１５を参照すると、本実施形態は液晶層１３０と誘電層１４５の積層順序が変わってもよい場合を例示する。すなわち、本実施形態による液晶レンズ１１０４は図２に示す実施形態とは異なって第１サブ誘電層１４５ａおよび第２サブ誘電層１４５ｂを含む誘電層１４５が液晶層１３０の下部に位置する。このように、液晶層１３０と誘電層１４５の積層順序が変わっても、液晶層１３０に印加される電界には影響がない。したがって、図２に示す実施形態と実質的に同一電気抵抗分布を示し、これにより第２モードでの液晶分子１３５の方位角も図２と実質的に同一に維持することができる。
【００８８】
一方、本実施形態は下部から入射された光が液晶層１３０より誘電層１４５を先に通過するため、第１サブ誘電層１４５ａと第２サブ誘電層１４５ｂの屈折率が異なっても、垂直入射した光は誘電層１４５で進行方向が変更されず直進する。したがって、液晶分子１３５の方位角のみ調節すれば誘電層１３０の屈折率に影響されず光の進行方向を制御することができる。
【００８９】
図１６は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１６を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０５は第１サブ誘電層１４６ａの上面の一部が誘電層１４６の上面を構成する点が図２に示す実施形態と異なる。前記構造によって第２サブ誘電層１４６ｂの上面は平坦面で成されるが、第１サブ誘電層１４６ａの平坦な上面領域によって部分的に断絶される。このような構成においても誘電層１４６が平坦区間別に互いに異なる電気抵抗を示すため、図２に示す実施形態と実質的に同一電気抵抗分布を示し得る。したがって、グリーンレンズ構造が形成されるため、凸レンズと類似の光学特性を示し得る。
【００９０】
図１７は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１７を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０６は第１サブ誘電層１４７ａの単位パターンが互いに離隔されず連結されている点が図２に示す実施形態と異なる。このような構成においても誘電層１４７が平坦区間別に互いに異なる電気抵抗を示すため、図２に示す実施形態と実質的に同一な電気抵抗分布を示し得る。したがって、グリーンレンズ構造が形成されるため、凸レンズと類似の光学特性を示し得る。未説明の符号である１４７ｂは第２サブ誘電層を指し示す。
【００９１】
図１８は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１８を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０７は第１サブ誘電層１４８ａの隣接する平坦区間を連結するのが側壁ではなく、斜線部（１４８ａ＿ｓ）である点が図２に示す実施形態と異なる。側壁が斜線部（１４８ａ＿ｓ）で代替されれば、電気抵抗の変化がより緩やかになる。したがって、より効果的なグリーンレンズ構造を形成することができる。未説明の符号である１４８ｂは第２サブ誘電層を示す。
【００９２】
図１９は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１９を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０８は第１サブ誘電層１４９ａの形状は図２に示す実施形態と同一であるが、第１サブ誘電層１４９ａが第２サブ誘電層１４９ｂ内に埋もれて配置された点が図２に示す実施形態とは異なる。第１サブ誘電層１４９ａの配置が異なるにもかかわらず、第１サブ誘電層１４９ａを含む区間での第１サブ誘電層１４９ａの高さ（ｄ１）は図２に示す第１サブ誘電層１４１ａの高さ（ｄ１）と同一である。また、同区間で第２サブ誘電体１４９ｂの高さの総和は図２に示す第２サブ誘電体１４１ｂの高さ（ｄ２）と同一である。したがって、誘電層１４９の全体誘電率および電気抵抗は図２に示す実施形態と実質的に同一であるため、同一方法で動作するものであることが簡単に分かる。
【００９３】
図２０は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２０を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０９は第１サブ誘電層１５０ａが第３サブ誘電層１５０ｃを覆っている点から図１４の実施形態とは異なる。したがって、誘電層１５０は水平位置別に第１サブ誘電層１５０ａと第２サブ誘電層１５０ｂを含む区間も含むが、第１サブ誘電層１５０ａ、第２サブ誘電層１５０ｂおよび第３サブ誘電層１５０ｃをすべて含む区間も含み、ここでの誘電層１５０の誘電率は３個のサブ誘電層（１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ）の誘電率および該当高さを共に考慮する。
【００９４】
このように、サブ誘電層（１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ）の数が増加すれば、多様な誘電率組合を実現できるため、誘電層１５０の誘電率分布の微細チューニングが容易である。
【００９５】
図２１は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２１を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１０は第１サブ誘電層１５１ａおよび第２サブ誘電層１５１ｂの形状および相対的な配置は図２に示す実施形態と実質的に同一であるが、第１サブ誘電層１５１ａと第２サブ誘電層１５１ｂの下に上下面が平坦でかつ平行な第３サブ誘電層１５１ｃを含む点が図２に示す実施形態とは異なる。水平位置別誘電層１５１の全体電気抵抗は第１サブ誘電層１５１ａおよび第２サブ誘電層１５１ｂだけでなく、第３サブ誘電層１５１ｃの誘電率および高さによって影響を受ける。実質的な水平位置別電気抵抗分布は図３と類似する。本実施形態では第１サブ誘電層１５１ａおよび第２サブ誘電層１５１ｂの下に第３サブ誘電層１５１ｃが形成される場合を例示するが、第３サブ誘電層１５１ｃが第１サブ誘電層１５１ａおよび第２サブ誘電層１５１ｂの上に積層されてもよく、下および上に共に積層されてもよい。
【００９６】
図２２は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２６を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１１は誘電層１５２が第１サブ誘電層１５２ａおよび第２サブ誘電層１５２ｂだけではなく、その上に第３サブ誘電層１５２ｃおよび第４サブ誘電層１５２ｄをさらに含む点が図２に示す実施形態とは異なる。第１サブ誘電層１５２ａおよび第２サブ誘電層１５２ｂの形状および配置は図２と実質的に同一である。第３サブ誘電層１５２ｃおよび第４サブ誘電層１５２ｄの形状および配置は第１サブ誘電層１５２ａおよび第２サブ誘電層１５２ｂの形状および配置と実質的に同一である。すなわち、図２２の実施例は図２に示す誘電層１４１を２階で積層した形態を例示する。したがって、図２に示す液晶レンズ１１１１より実質的に同一な屈折率分布を有するが、屈折率変化量の勾配はより大きいグリーンレンズを構成することができる。一方、第３サブ誘電層１５２ｃおよび第４サブ誘電層１５２ｄの誘電率は第１サブ誘電層１５２ａおよび第２サブ誘電層１５２ｂの誘電率とそれぞれ同一であってもよく、異なってもよい。
【００９７】
図２３および図２４は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２３の液晶レンズ１１１２は第３サブ誘電層１５３ｃの単位パターンのサイズおよびピッチが第１サブ誘電層１５３ａより小さい場合を例示する。具体的に第３サブ誘電層１５３ｃの単位パターンのサイズおよびピッチが第１サブ誘電層１５３ａの半分の例である。このような構造は誘電層１５３の全体誘電率をより細密に制御するのに有利である。未説明の符号である１５３ｂおよび１５３ｄは各々第２サブ誘電層および第４サブ誘電層である。
【００９８】
図２４の液晶レンズ１１１３は第３サブ誘電層１５４ｃの単位パターンが第１サブ誘電層１５４ａとサイズは同一であるが交錯した配列を有する場合を例示する。このような構造によってより多様な誘電率分布の制御が可能になる。未説明符号である１５４ｂおよび１５４ｄは各々第２サブ誘電層および第４サブ誘電層である。
【００９９】
図２５は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２５を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１４は第３サブ誘電層１５５ｃおよび第４サブ誘電層１５５ｄが液晶層１３０の下にさらに形成されている点が図２に示す実施形態とは異なる。第１電極１１０は第３サブ誘電層１５５ｃおよび第４サブ誘電層１５５ｄの下に配置される。第１サブ誘電層１５５ａおよび第２サブ誘電層１５５ｂは図２と実質的に同一である。したがって、本実施形態の電気光学的構造は図２と実質的に同一であるため、彼と実質的に類似のグリーンレンズを実現することができる。
【０１００】
図２６は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図３０を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１５は第２電極１２１が誘電層１５６と液晶層１３０の間に配置されず、誘電層１５６内に、具体的には第１サブ誘電層１５６ａと第２サブ誘電層１５６ｂの間に配置される点が図２に示す実施形態と異なる。第１サブ誘電層１５６ａの上面が階段形状を成すため、第１サブ誘電層１５６ａの上面にコンフォーマルに形成される第２電極１２１も階段形状を成すように形成され得る。第２電極１２１と液晶層１３０の上面（１３０＿１）の間には第２サブ誘電層１５６ｂなしで第１サブ誘電層１５６ａのみが介在する。
【０１０１】
第１サブ誘電層１５６ａの誘電率が水平方向（Ｘ）に沿って同一であっても、第１サブ誘電層１５６ａの高さ（ｄ１）は平坦区間別に水平方向（Ｘ）に沿って相異なる。したがって、平坦区間別に他の電気抵抗分布を有する。すなわち、第１サブ誘電層１５６ａの高さ（ｄ１）が最も低い平坦区間は電気抵抗も最も低いが、その高さが増加するほど電気抵抗も大きくなる。したがって、水平方向（Ｘ）に沿って液晶層１３０の上面に印加される電圧も相異なることが分かる。その結果、第２モード駆動時、水平方向別に液晶分子１３５の方位角が相異なるようになり、グリーンレンズ構造を実現することができる。
【０１０２】
本実施形態で第２サブ誘電層１５６ｂの誘電率は液晶層１３０に印加される電界に影響を与えない。したがって、第２サブ誘電層１５６ｂは省略してもよい。
【０１０３】
図２７は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２７を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１６は液晶層１３０の下に上面が階段形状である第３サブ誘電層１５７ｃと第３サブ誘電層１５７ｃを覆う第４サブ誘電層１５７ｄが配置され、第１電極１１１が第３サブ誘電層１５７ｃと第４サブ誘電層１５７ｄの間に形成された点が図２６の実施形態とは異なる。
【０１０４】
本実施形態では水平方向に沿って液晶層１３０の上面だけではなく、下面に印加される電圧も相異なる場合もある。したがって、液晶層１３０の上下面に形成される電界の差が倍になり得、これによりグリーンレンズ構造の実現がしやすくなる。
【０１０５】
図２８は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２８を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１７は第２基板１０２上に光学レンズ１６０をさらに含む点が図２に示す実施形態とは異なる。すなわち、本実施形態による液晶レンズ１１１７は図２に示す液晶レンズ１１００上に断面が凸レンズ形状である光学レンズ１６０を積層した構造を例示する。光学レンズ１６０の単位レンズは第１サブ誘電層１４１ａの単一パターンらと実質的に同一ピッチで配列されてもよい。光学レンズ１６０の光変調特性は液晶層１３０などによって実現されるグリーンレンズ構造と組合わせて光経路を変調することができる。例えば、グリーンレンズが集光特性を示す場合、凸レンズは焦点距離をより短くすることができる。仮に、グリーンレンズが発散特性を示す場合、凸レンズの集光特性がこれを相殺することによって光の発散や集光程度を緩和させることができる。さらに、発散および集光が正確に相殺されるように制御されると、グリーンレンズを介して発散された光が直進するように経路を変更することができる。適用される光学レンズ１６０が凹レンズであれば、これとは逆の効果があることは自明である。
【０１０６】
より多様な光制御のためには光学レンズ１６０の単位レンズのサイズやピッチを第１サブ誘電層１４１ａの単位パターンのそれと異なるように設計することができる。
【０１０７】
図２９は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２９を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１８は第１サブ誘電層１５８ａが複数の積層膜（１５８ａ＿１、１５８ａ＿２、１５８ａ＿３）で構成された点から図２に示す実施形態とは異なる。
【０１０８】
第１積層膜（１５８ａ＿１）上に第２積層膜（１５８ａ＿２）が形成され、第２積層膜（１５８ａ＿２）上に第３積層膜（１５８ａ＿３）が形成される。各積層膜（１５８ａ＿１、１５８ａ＿２、１５８ａ＿３）の上面は平坦であってもよい。第２積層膜（１５８ａ＿２）は第１積層膜（１５８ａ＿１）の上面を少なくとも部分的に露出してもよい。このように露出された第１積層膜（１５８ａ＿１）の上面は平坦区間として作用する。同様に、第３積層膜（１５８ａ＿３）は第２積層膜（１５８ａ＿２）の上面を少なくとも部分的に露出し、また他の平坦区間を提供することができる。第３積層膜（１５８ａ＿３）が最上位積層膜の場合、第３積層膜の上面はまた他の平坦区間となる。
【０１０９】
本実施形態の場合にも、誘電層１５８の電気抵抗分布は図２と実質的に同一である。したがって、グリーンレンズ構造を構成することができる。
【０１１０】
各積層膜（１５８ａ＿１、１５８ａ＿２、１５８ａ＿３）は誘電率が相互同一であってもよいが、異なってもよい。各積層膜（１５８ａ＿１、１５８ａ＿２、１５８ａ＿３）の誘電率を多様に適用すれば、誘電層１５８の電気抵抗に対するより微細なチューニングが可能になる。未説明の符号である１５８ｂは第２サブ誘電層である。
【０１１１】
図３０は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの斜視図である。図３０の実施形態による液晶レンズ１１１９は誘電層１５９が第１方向（Ｘ）および第２方向（Ｙ）に垂直した第３方向（Ｚ）に沿って実質的に同一なパターンを維持している場合を例示する。すなわち、本実施形態で第１サブ誘電層１５９ａは第３方向（Ｚ）に沿って延長されたレンチキュラタイプで形成される。したがって、あたかもレンチキュラレンズの場合のように、第３方向（Ｚ）に沿って液晶レンズの光変調特性も均一に維持することができる。未説明の符号である１５９ｂは第２サブ誘電層である。
【０１１２】
図３１は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの斜視図である。図３１の実施形態による液晶レンズ１１２０は誘電層１６０が第１方向（Ｘ）および第２方向（Ｙ）に垂直した第３方向（Ｚ）に沿ってパターンが変わる場合を例示する。すなわち、本実施形態において、第３方向（Ｚ）に沿っても複数の単位パターンが配列される。第１サブ誘電層１６０ａはマイクロレンズタイプで形成される。したがって、実質的にマイクロレンズと類似の光変調特性を示すことを理解することができる。未説明の符号である１６０ｂは第２サブ誘電層である。
【０１１３】
図３０および図３１の実施形態は先立って断面図の例をあげて説明した多様な実施形態と組合わせて適用することができる。
【０１１４】
以上で説明した液晶レンズは、図１を参照して説明したように、光提供装置と共に表示装置を構成することができる。のみならず、光経路を自在に変更および制御できるため、太陽電池、イメージセンサなど光を利用した多様な素子にも適用することができる。
【０１１５】
以下では液晶レンズが表示パネルと共に使用され、２Ｄ／３Ｄスイッチングが可能なディスプレイを実現する具体的な例を詳細に説明する。
【０１１６】
図３２は、本発明の一実施形態による表示装置の断面図である。図３３は、第２モードでの表示装置の例示的な動作を説明するための断面図である。図３２および図３３は液晶レンズとして図２に示す実施形態による液晶レンズを採用し、光提供装置として液晶表示パネルを適用した例を図示する。
【０１１７】
図３２および図３３を参照すると、本発明の一実施形態による表示装置３００は液晶表示パネル２００および液晶レンズ１１０１を含む。
【０１１８】
液晶表示パネル２００は互いに対向する下部基板２１０と上部基板２２０、およびこれらの間に介在した液晶分子層２３０を含む。
【０１１９】
下部基板２１０上にはマトリックス形態で配列されるように定義された複数の画素領域（ＰＡ１−ＰＡ１２）ごとに画素電極２１１が形成されている。画素電極２１１は薄膜トランジスタのようなスイッチング素子に連結され、個別に画素電圧の印加を受ける。
【０１２０】
上部基板２２０の下には画素電極２１１と対向する共通電極２２４が配置されている。上部基板２２０には画素領域（ＰＡ１−ＰＡ１２）別に対応してＲ、ＧおよびＢカラーフィルタ２２１が配置されてもよい。画素領域（ＰＡ１−ＰＡ１２）の境界にはブラックマトリックス２２２が形成されてもよい。カラーフィルタ２２１および共通電極２２４の間には平坦化膜２２３が介在してもよい。
【０１２１】
下部基板２１０と上部基板２２０の間には液晶分子層２３０が介在する。液晶分子層２３０の液晶分子２３５は画素電極２１１と共通電極２２４の間に形成される電界によって回転し、液晶表示パネル２００の透過率を制御する。
【０１２２】
下部基板２１０および上部基板２２０の外側には各々偏光板（図示せず）が付着されてもよい。いくつかの実施形態で、液晶レンズ１１０１の第１基板１０１の外側面にも偏光板（図示せず）が付着してもよい。この場合、上部基板２２０上の偏光板は省略してもよい。
【０１２３】
液晶表示パネル２００の下側にはバックライトアセンブリ（図示せず）が配置されてもよい。
【０１２４】
液晶表示パネル２００上には液晶レンズ１１０１が配置される。図面では液晶レンズ１１０１が液晶表示パネル２００と離隔され配置された例を図示しているが、これに制限されるものではなく、液晶レンズ１１０１が液晶表示パネル２００に付着されてもよい。
【０１２５】
液晶レンズ１１０１の各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）は液晶表示パネル２００の複数の画素領域（ＰＡ１−ＰＡ１２）に対応するように配置してもよい。図３２は６個の画素領域と一つの単位レンズ区間が相互対応する場合を例示する。すなわち、一つの単位レンズ区間の幅内にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの６個の画素領域が配列される。
【０１２６】
このような表示装置３００で、液晶レンズ１１０１を第１モードで駆動すると、液晶レンズ１１０１が光経路を特別に変調しないため、表示装置３００は２次元映像を表示することができる。これに対し、液晶レンズ１１０１を第２モードで駆動すると、表示装置３００は３次元映像を表示することができる。より具体的に説明するため図３３を参照する。
【０１２７】
図３３を参照すると、第２モードでの液晶レンズ１１１０の光学特性は図２および図３を参照して説明したように、凸レンズのそれと類似する。したがって、各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）の中央部を基準に左側に配列されたＲ、Ｇ、Ｂ３個の画素領域から単位レンズ区間に入射された光はあたかも凸レンズの左側領域を通過するように光経路が変調するため、右側方向に曲がって行く。これに対し、各単位レンズ区間の中央部を基準に右側に配列されたＲ、Ｇ、Ｂ３個の画素領域から単位レンズ区間に入射された光はあたかも凸レンズの右側領域を通過するように光経路が変調するため、左側方向に曲がって行く。前記光が各々観察者の左眼（Ｅ１）および右眼（Ｅ２）に入力されれば、観察者は３次元映像を認識することができる。
【０１２８】
図３２および図３３の実施形態では一つの単位レンズ区間の幅内に６個の画素領域を配列することを例示したが、一つの単位レンズ区間の幅内により多い画素領域を配列することもでき、この場合また点３次元映像駆動が可能になる。また、前述したように液晶レンズの第１電極および第２電極に印加される電圧を調節すれば、液晶レンズの焦点距離を変えることができるため、３次元視聴が可能な時点距離を調節することができる。例えば、観察者がリモコンを介して表示装置に視点転換モードを作動させ、その応答として液晶レンズの第１電極および第２電極に印加される電圧が順次に変わり、視点が前後方に移動するようにすれば、簡単に３次元映像視聴可能視点を見つけることができる。
【０１２９】
本発明の他のいくつかの実施形態で、液晶表示パネルの共通電極に印加される共通電圧は液晶レンズの第１電極に印加される第１電圧または第２電極に印加される第２電圧と同一であってもよい。この場合、駆動回路が単純になる。
【０１３０】
また、本発明の他のいくつかの実施形態で、液晶表示パネルの上部基板は液晶レンズの第１基板と共有される。したがって、液晶表示パネルの上部基板および液晶レンズの第１基板のうちいずれか一つは省略してもよい。さらに、液晶表示パネルの共通電極と液晶レンズの第１電極のうちいずれか一つを省略し、残りの一つは共有してもよい。
【０１３１】
図３２および図３３の実施形態では光提供装置として液晶表示パネル２００を適用したのを例示したが、前述したように、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、無機ＥＬ、ＦＥＤ、ＳＥＤ、ＰＤＰ、ＣＲＴ、電気泳動表示装置などを適用してもよい。これに対する実施形態は当業者であれば、図３２および図３３の実施形態から非常に簡単に類推することができる。したがって、本発明が曖昧になることを避けるため具体的な説明を省略する。
【０１３２】
また、図３２および図３３の実施形態では液晶レンズとして図２に示す実施形態による液晶レンズ１１０１を採用した場合を例示したが、その他の本発明の多様な実施形態による液晶レンズを適用できるのは自明である。
【０１３３】
続けて、本発明の実施形態による液晶レンズの製造方法について説明する。図３４は、本発明の一実施形態による液晶レンズの製造方法を説明するための工程断面図である。
【０１３４】
図３４を参照すると、先に、第１基板１０１上に第１電極１１０を形成する。次いで、第１電極１１０上に第１サブ誘電層用物質層を積層し、これをパターニングして複数の単位パターンを含む第１サブ誘電層１４１ａを形成する。ここで、前記パターニングは写真エッチング工程を利用して行われる。次いで、第１サブ誘電層１４１ａ上に第２サブ誘電層用物質層を積層し、必要に応じて平坦化して第２サブ誘電層を形成し、その次に、第２サブ誘電層上に液晶層および第２電極が形成された第２基板を積層することによって液晶レンズ製造することができる。
【０１３５】
本実施形態では第１基板１０１上の第１電極１１０上に第１サブ誘電層用物質層を積層したものを例示したが、第２基板上の第２電極上に第１サブ誘電層用物質層を形成して後続手続を進めてもよい。
【０１３６】
図３５は、本発明の他の実施形態による液晶レンズの製造方法を説明するための工程断面図である。
【０１３７】
図３５を参照すると、先に、第１基板１０１上に第１電極１１０を形成する。次いで、第１電極１１０上に第２サブ誘電層用物質層を積層し、これをパターニングして複数のリセス領域１７１ａを含む第２サブ誘電層１４１ｂを形成する。ここで、前記パターニングは写真エッチング工程を利用して行われる。次いで、第２サブ誘電層１４１ｂのリセス領域１７１ａに第１サブ誘電層用物質層を充填し、必要に応じて平坦化して複数の単位パターンを含む第１サブ誘電層を形成し、次に、第１および第２サブ誘電層上に液晶層および第２電極が形成された第２基板を積層することによって液晶レンズを製造することができる。
【０１３８】
本実施形態では第１基板１０１上の第１電極１１０上に第２サブ誘電層用物質層を積層したことを例示したが、第２基板上の第２電極上に第２サブ誘電層用物質層を形成して後続手続を進めてもよい。
【０１３９】
以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明のその技術的思想や必須の特徴を変更しない範囲で他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、上記実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。
【符号の説明】
【０１４０】
１１０ 第１電極
１２０ 第２電極
１３０ 液晶層
１３５ 液晶分子
１４１ 誘電層
１１００ 液晶レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶レンズおよびそれを含む表示装置に関し、より詳細には光経路を調節する液晶レンズおよびこれを含む表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示装置は、多様な方式で光を出射して映像を表示する。表示装置の光を出射する方式は、表示装置の種類を区分する基準になることもある。各光出射方式については、出射される光の輝度を効果的に制御し、表示品質を向上させるための多様な研究が競争的に行われている。
【０００３】
近年、光輝度制御とは別に、光経路制御により３次元映像を実現する立体映像表示装置に関する研究が注目を浴びている。左眼映像を観察者の左眼に、右眼映像は観察者の右眼に提供すると、観察者はこれを立体で認識できることを基本原理としている。偏光方式、時分割方式などのメガネ方式や、パララックス−バリアー方式、レンチキュラ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ）またはマイクロレンズ方式およびブリンキングライト（ｂｌｉｎｋｉｎｇ ｌｉｇｈｔ）方式などが主に研究されている。
【０００４】
一方、３次元映像を長時間視聴するとめまいを感じることがある。また、視聴者が３次元映像コンテンツだけでなく２次元映像コンテンツの視聴を所望する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国特許公開第２００８−０１０５５７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モード別に光経路を異なるように制御できると、２次元映像および３次元映像をいずれも表示することが可能である。光経路を自在に制御することは、表示装置だけでなく、光を利用する多様な応用分野を創り出すことができる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、光経路の調節が可能な液晶レンズを提供することにある。
【０００８】
本発明が解決しようとする他の課題は、光経路の調節が可能な表示装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための本発明の一実施形態による液晶レンズは、互いに対向する第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および前記第２電極と前記液晶層との間に介在した誘電層を含み、前記誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる。
【００１１】
前記課題を解決するための本発明の他の実施形態による液晶レンズは、第１電極と、前記第１電極上の液晶層と、前記液晶層上の誘電層であって、少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは上面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる誘電層、および前記誘電層の上面にコンフォーマルするように形成された第２電極を含む。
【００１２】
前記他の課題を解決するための本発明の一実施形態による表示装置は、光提供装置、および前記光提供装置上に配置された液晶レンズであって、互いに対向する第１電極および第２電極、前記第１電極および前記第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および前記第２電極と前記液晶層との間に介在した誘電層を含み、前記誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる液晶レンズを含む。
【００１３】
前記また他の課題を解決するための本発明の一実施形態による液晶レンズの製造方法は、第１電極上に誘電層であって、第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる誘電層を形成し、前記誘電層上に液晶層および第２電極を配置することを含む。
【００１４】
その他実施形態の具体的な内容は詳細な説明および図面に含まれている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば少なくとも次のような効果がある。
【００１６】
すなわち、本発明の実施形態による液晶レンズによれば、多様な光経路の調節が可能である。したがって、表示装置、太陽電池、イメージセンサなど光を利用した多様な素子に適用することができる。また、本発明の実施形態による液晶レンズを採用した表示装置の場合、多様な光経路の調節が可能であるため、２Ｄ／３Ｄスイッチングが可能であり、３次元映像と２次元映像いずれも表示することができる。さらに、焦点距離の調節が容易であるため、簡便に３次元映像視聴可能視点を探すことができる。
【００１７】
本発明による効果は、以上で例示された内容によって制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による表示装置の概略的な構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図３】図２に示す誘電層の位置別誘電率を図示するグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による液晶レンズの第１モードの動作を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施形態による液晶レンズの第１モードで液晶層の水平方向位置別屈折率を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による液晶レンズの第２モードの動作を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による液晶レンズの第２モードで液晶層の水平方向位置別屈折率を示すグラフである。
【図８Ａ】隣接する液晶分子による液晶分子方位角の影響を説明するための概念図である。
【図８Ｂ】隣接する液晶分子による液晶分子方位角の影響を説明するための概念図である。
【図９】本発明の他の実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１０】図９に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。
【図１１】本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１２】図１１に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。
【図１３】本発明のまた他の実施形態に他の液晶レンズの断面図である。
【図１４】図１３に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。
【図１５】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１６】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１７】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１８】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図１９】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２０】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２１】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２２】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２３】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２４】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２５】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２６】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２７】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２８】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図２９】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの断面図である。
【図３０】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの斜視図である。
【図３１】本発明の多様な実施形態による液晶レンズの斜視図である。
【図３２】本発明の一実施形態による表示装置の断面図である。
【図３３】第２モードでの表示装置の例示的な動作を説明するための断面図である。
【図３４】本発明の一実施形態による液晶レンズの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３５】本発明の他の実施形態による液晶レンズの製造方法を説明するための工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の利点および特徴、並びにそれらを達成する方法は、添付する図面とともに、後述する実施形態を参照することによって明確になる。しかし、本発明の目的は、以下に開示される実施形態に限定されず、異なる多様な実施形態によっても達成可能である。したがって、以下の実施形態は、単に、本発明の開示を十全たるものとし、当業者に本発明の範囲を認識させるために提供するものである。本発明の範囲は、あくまで請求項に記載された発明によってのみ規定される。
【００２０】
素子（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）または層が、他の素子または層の「上（ｏｎ）」と指称されるものは、他の素子の真上だけでなく、中間に他の層または他の素子を介在した場合をすべて含む。明細書全体において、同一参照符号は同一構成要素を指す。
【００２１】
第１、第２などが、多様な素子、構成要素を説明するために使用される。しかしながら、これら構成要素は、これらの用語によって制限されないことはもちろんである。これらの用語は単に一つの構成要素を構成要素と区別するために使用されるものである。したがって、以下で言及される第１素子は、本発明の技術的思想内で第２素子あり得ることはもちろんである。
【００２２】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態による表示装置の概略的な構成図である。図１を参照すると、表示装置３０は光提供装置２０および光提供装置２０の一側に配置された液晶レンズ１０を含む。
【００２４】
光提供装置２０は液晶レンズ１０に光を提供する。光提供装置２０が液晶レンズ１０に提供する光は光提供装置２０からの出射光および／または液晶レンズ１０から入射されて光提供装置２０により反射する反射光を含んでもよい。
【００２５】
光提供装置２０は表示パネルを含む。いくつかの実施形態において、表示パネルはＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ、無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｓｐｌａｙ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＳＥＤ（ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）などのように自発光表示パネルであってもよい。他のいくつかの実施形態において、表示パネルはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、電気泳動表示装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＥＰＤ）などのような非発光表示パネルであってもよい。表示パネルが非発光表示パネルの場合、光提供装置２０はバックライトアセンブリのような光源をさらに含んでもよい。
【００２６】
液晶レンズ１０は光提供装置２０の一側に配置され光提供装置２０から出射された光の入射を受ける。液晶レンズ１０は入射された光の経路や位相などの光特性を少なくとも部分的に変調する。いくつかの実施形態において、液晶レンズ１０の光特性変調はモードによって異なる。例えば、第１モードで液晶レンズ１０は光特性を変調させないが、第２モードで液晶レンズ１０は光特性を変調させてもよい。モード別に光変調特性を異なるように変調すると、光提供装置２０の表示パネルから出射される画像をモード別に異なるように変調することができ、それにより液晶レンズ１０を介して出射される画像をモード別に異なるように制御することができる。このような液晶レンズ１０のモード別の選択的光変調特性は後述するように、２Ｄ／３Ｄスイッチングが可能なディスプレイを実現できるようにする。
【００２７】
以下、本発明の一実施形態による液晶レンズについてより詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態による液晶レンズの断面図である。図２において、Ｘは水平方向をＹは垂直方向を示す。図２を参照すると、液晶レンズ１１００は互いに対向する第１電極１１０と第２電極１２０、第１電極１１０と第２電極１２０の間に介在した液晶層１３０および誘電層１４１を含む。
【００２８】
第１電極１１０は第１基板１０１上に形成されてもよい。第２電極１２０は第２基板１０２上に形成されてもよい。第１基板１０１および第２基板１０２は透明基板であってもよい。例えば、第１基板１０１および第２基板１０２は透明なプラスチック基板、透明なガラス基板、または透明な石英基板などで形成されてもよい。いくつかの実施形態において、第１基板１０１および第２基板１０２のうち少なくとも一つはフレキシブル基板であってもよい。
【００２９】
第１電極１１０と第２電極１２０は各々透明な導電性物質からなる。例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＺＯ（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ）、ＴｉＯ（Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）などのような酸化物からなる。また他の例として、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）、金属ナノワイヤー（ｍｅｔａｌ ｎａｎｏｗｉｒｅ）、導電性高分子（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ）などの物質を含んでもよい。第１電極１１０と第２電極１２０が必ず同一物質で形成される必要はない。
【００３０】
第１電極１１０は第１電圧を印加受け、第２電極１２０は第２電圧の印加を受ける。したがって、第１電極１１０の上面と第２電極１２０の下面の間には第１電圧と第２電圧の差に相応する所定の電界が形成され得る。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態で、第１電極１１０および第２電極１２０は各々パターニングされない全面（ｗｈｏｌｅ ｓｕｒｆａｃｅ）電極であってもよい。第１電極１１０および第２電極１２０は相互平行になるように配置されてもよい。
【００３２】
第１電極１１０および第２電極１２０の間には液晶層１３０および誘電層１４１が介在する。図２は第１電極１１０上に液晶層１３０が積層され、液晶層１３０の上に誘電層１４１が積層された例を図示する。
【００３３】
液晶層１３０の上面（１３０＿１）と下面（１３０＿２）は実質的に平坦であってもよい。液晶層１３０の上面（１３０＿１）と下面（１３０＿２）が平坦であれば、容易に液晶分子１３５を均一に分布させることができる。さらに液晶層１３０の上面（１３０＿１）および下面（１３０＿２）は相互平行であってもよい。
【００３４】
上面（１３０＿１）と下面（１３０＿２）により定義された空間内で液晶層１３０は複数の液晶分子１３５を含む。このような液晶分子１３５は液晶層１３０の全領域にかけて均一な密度で分布され得る。本実施形態で、液晶分子１３５は正の誘電率異方性を有し、水平方向に初期配向されている。ここで、水平方向に配向されているとは、液晶分子１３５の長軸が水平方向に平行になるように置かれる状態であり、例えば液晶分子１３５の方位角が０°である状態を意味する。
【００３５】
本発明の他のいくつかの実施形態で、液晶分子１３５は負の誘電率異方性を有し得る。この場合、液晶分子１３５は垂直方向に初期配向されてもよい。ここで、垂直方向に初期配向されているとは、液晶分子１３５の方位角が９０°である場合だけでなく、所定角度だけプレチルト角を有する場合を含む。このような観点から、垂直方向に初期配向された液晶分子１３５の方位角は例えば、８０〜９０°であってもよい。
【００３６】
図示していないが、第１電極１１０と液晶層１３０の下面（１３０＿１）の間には液晶層１３０内の液晶分子１３５らを初期配向する第１配向膜が介在してもよい。また、液晶層１３０の上面（１３０＿１）と誘電層１４１の下面（１４１＿２）の間には第２配向膜（図示せず）が介在してもよい。
【００３７】
誘電層１４１は第１サブ誘電層１４１ａおよび第２サブ誘電層１４１ｂを含む。第１サブ誘電層１４１ａと第２サブ誘電層１４１ｂは互いに異なる誘電率を有してもよい。例えば、第１サブ誘電層１４１ａの誘電率はε１であり、第２サブ誘電層１４１ｂの誘電率はε１より小さいε２であってもよい。誘電層１４１の上面および下面は平坦な面であってもよい。さらに、誘電層１４１の上面（１４１＿１）および下面（１４１＿２）は相互平行になるように配置されてもよい。図２において、誘電層１４１の上面（１４１＿１）は第２サブ誘電層１４１ｂの上面として構成され、誘電層１４１の下面（１４１＿２）は第１サブ誘電層１４１ａの下面および第２サブ誘電層１４１ｂの下面として構成される。
【００３８】
第１サブ誘電層１４１ａは少なくとも一つの単位パターンを含んでもよい。各単位パターンは相互離隔してもよい。各単位パターンは実質的に同一形状を有してもよい。各単位パターンの配列は均一なものであってもよい。すなわち、各単位パターンは特定ピッチで配列されてもよい。この場合、隣接する単位パターン間の隔離距離も同一になる。
【００３９】
第１サブ誘電層１４１ａの複数の単位パターンのうち少なくとも一つは一面が平坦な複数の平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）を含む。図２に示す実施形態で、単位パターンは上面が第１平坦区間ないし第５平坦区間（ｆ１−ｆ５）の５個の平坦区間を含む。単位パターンの下面を基準に複数の平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）のうち少なくとも２個は下面から上面までの距離が互いに異なる。すなわち、単位パターンの高さが互いに異なる２以上の平坦区間が存在する。
【００４０】
より詳細に説明すると、第１平坦区間（ｆ１）での第１サブ誘電層１４１ａの単位パターンの高さ、第２平坦区間（ｆ２）での高さ、第３平坦区間（ｆ３）での高さ、第４平坦区間（ｆ４）での高さ、および第５平坦区間（ｆ５）での高さのうち少なくとも２個はその値が互いに異なる。図２において、隣接する平坦区間では高さが互いに異なる。ただし、隣接しない平坦区間では高さが同一な場合もある。例えば、第１平坦区間（ｆ１）の高さと第５平坦区間（ｆ５）の高さが互いに同一であり、第２平坦区間（ｆ２）の高さと第４平坦区間（ｆ４）の高さが相互同一であってもよい。
【００４１】
隣接する平坦区間は垂直側壁（１４１ａ＿ｓ）により接続されている。第１サブ誘電層１４１ａの下面が平坦であり、上面と互いに平行であれば、垂直側壁（１４１ａ＿ｓ）の長さは隣接する平坦区間の間の高さの差を示し得る。
【００４２】
複数の平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）と垂直側壁（１４１ａ＿ｓ）は互いに連結されて実質的に階段形状を構成することができる。
【００４３】
第１サブ誘電層１４１ａ上には第２サブ誘電層１４１ｂが形成される。第２サブ誘電層１４１ｂは第１サブ誘電層１４１ａを完全に覆う形状で形成されてもよい。
【００４４】
第１サブ誘電層１４１ａの複数の単位パターンを中心に複数の単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）が定義され得る。第１単位レンズ区間（Ｌ１）は第１単位パターンを含む区間で定義され得る。図２でＰ０地点とＰ１地点の間の区間がそれに該当する。第１単位レンズ区間（Ｌ１）に隣接する第２単位レンズ区間（Ｌ２）は前記第１単位パターンに隣接する第２単位パターンを含む区間で定義され得る。図２において、Ｐ１地点とＰ２地点の間の区間がそれに該当する。単位パターンが同一な形状で形成され、特定ピッチで均一に配列されていれば、第１単位レンズ区間（Ｌ１）と第２単位レンズ区間（Ｌ２）の境界（Ｐ１）は前記第１単位パターンと前記第２単位パターンの離隔された空間の中心に設定され得る。
【００４５】
各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）は後述するように第１電極１１０および第２電極１２０に印加される電圧によって凸レンズ、凹レンズなどの光学レンズと類似の光学的特性を示す。各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）の光学特性は第１電極１１０および第２電極１２０に印加される電圧により変わる。すなわち、各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）は可変レンズとして機能することができる。
【００４６】
単一光学レンズは単一光変調特性を示す。例えば、凸レンズの場合、光がレンズ面に入射する位置によって屈折される程度などに差異があるが、これらが集まって、例えば集光という統合的な一つの光変調特性を示す。このような観点から、液晶レンズ１１００の各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）は光学レンズに対応する別途の光変調特性を有し得る。すなわち、第１単位レンズ区間（Ｌ１）は第１光変調特性を、第２単位レンズ区間（Ｌ２）は第２光変調特性を示し得る。第１光変調特性と第２光変調特性は実質的に同一なものであってもよい。例えば、第１光変調特性と第２光変調特性はいずれも同一な凸レンズの光学特性を示し得る。この場合、第１単位レンズ区間（Ｌ１）および第２単位レンズ区間（Ｌ２）は光学的に２個の同一な凸レンズを配列したように動作することができる。
【００４７】
各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）の光変調特性を詳細に説明するために図２、図３〜図７を参照する。
【００４８】
一つの単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）内で、誘電層１４１の上下面（１４１＿１、１４１＿２）の間の電気抵抗は平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）によって異なる。特定水平位置での第１サブ誘電層１４１ａの高さをｄ１とし、第２サブ誘電層１４１ｂの高さをｄ２とし、全体誘電層１４１の上下面（１４１＿１、１４１＿２）が平坦でかつ平行であると仮定すると次の等式が成立する。
【００４９】
【００５０】
ただし、前記式１でＤは全体誘電層１４１の上下面（１４１＿１、１４１＿２）の間の距離であり、常数である。
【００５１】
各水平位置での電気抵抗（Ｒ）は次の式２によって求めることができる。
【００５２】
【００５３】
ただし、前記式２で、Ｒ１は第１サブ誘電層１４１ａの電気抵抗を、Ｒ２は第２サブ誘電層１４１ｂの電気抵抗を、Ａは断面積を示す。
【００５４】
前記式１及び式２を利用すると次のような式３を導き出すことができる。
【００５５】
【００５６】
前記式３でε１、ε２、Ｄ、Ａはいずれも定数として取り扱われ得るため、誘電層１４１の電気抵抗（Ｒ）は第１サブ誘電層１４１ａの高さ（ｄ１）によって変わることが分かる。ε２がε１より小さければ（ε１−ε２）は正数であるため、誘電層１４１の電気抵抗（Ｒ）は第１サブ誘電層の高さ（ｄ１）が大きいほど大きくなる。
【００５７】
図２に示す実施形態の場合、第１サブ誘電層１４１ａの高さ（ｄ１）は平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）によって異なる。したがって、誘電層１４１の電気抵抗は第１サブ誘電層１４１ａの平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）によって異なる。例えば、図３に図示するように、誘電層１４１の水平方向に沿った電気抵抗グラフは第１サブ誘電層１４１ａのパターンと類似のパターンに描かれる。
【００５８】
前記のような構成を有する液晶レンズ１１００の動作について説明する。図４は、本発明の一実施形態による液晶レンズの第１モードの動作を示す概略図である。図５は、本発明の一実施形態による液晶レンズの第１モードで液晶層の水平方向位置別屈折率を示すグラフである。
【００５９】
図４および図５を参照すると、液晶レンズ１１００の第１モードは液晶層１３０の液晶分子１３５を水平方向（Ｘ）の位置に関係なくいずれも同一方位角で配列するモードである。例えば、第１モードは第１電極１１０と第２電極１２０に同一電圧が印加されることによって実現できる。第１電極１１０と第２電極１２０に同一電圧が印加されれば、誘電層１４１および液晶層１３０に印加される電位差（Ｖ１）は０Ｖである。液晶層１３０に電圧が印加されないため、液晶分子１３５は初期配向方向の水平方向を維持する。したがって、液晶レンズ１１００に入射された光は液晶層１３０の水平方向位置と関係がなく同一屈折率を感じる。したがって、液晶層１３０に入射された光は液晶層１３０内で光の進行経路を変更せず直進する。
【００６０】
液晶層１３０を通過した光が誘電層１４１に到達するとき、誘電層１４１の屈折率が液晶層１３０の屈折率と同一であれば光は誘電層１４１を光学的に他の物質と認識しない。したがって、光経路を変更せず光をそのまま透過させる。仮に、液晶層１３０の屈折率と誘電層１４１の屈折率が異なっても液晶層１４０を垂直に透過した大多数の光は屈折率が互いに異なる界面で周波数の変移のみを起こすで光経路は変更されない。したがって、図５に図示するように、液晶レンズ１１００に入射された光は液晶層１３０と誘電層１４１をそのまま通過する。
【００６１】
図６は、本発明の一実施形態による液晶レンズの第２モードの動作を示す概略図である。図７は、本発明の一実施形態による液晶レンズの第２モードで液晶層の水平方向位置別屈折率を示すグラフである。
【００６２】
図６および図７を参照すると、液晶レンズ１１００の第２モードは液晶層１３０の液晶分子１３５が水平方向位置に応じて少なくとも部分的に異なる方位角を有するように配列するモードである。例えば、第１電極１１０と第２電極１２０に互いに異なる電圧を印加し、その間に所定の電界を形成すれば第２モードが駆動される。第２モードでも第１電極１１０の上面と第２電極１２０の下面の間は水平方向（Ｘ）に沿って位置別電界が同一である。しかし、液晶層１３０の観点からは上下面（１３１＿１、１３１＿２）の電界が水平方向（Ｘ）の位置別に、より具体的には第１サブ誘電層１４１ａの平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）別に異なる。
【００６３】
より具体的に説明すると、第１電極１１０と第２電極１２０の間には液晶層１３０と誘電層１４１が介在する。液晶層１３０の下面（１３０＿２）は第１電極１１０と隣接するため、水平方向（Ｘ）の位置に関係なく第１電圧がそのまま印加されることができる。しかし、液晶層１３０の上面（１３０＿１）は第１電極１１０との間では液晶層１３０を介在し、第２電極１２０との間で誘電層１４１を介在する。電圧分配原則に従い液晶層１３０の上面（１３０＿１）は第１電極１１０に印加される第１電圧と第２電極１２０に印加される第２電圧の間値に該当する電圧が印加される。ここで、誘電層１４０の電気抵抗が高ければ、液晶層１３０の上面（１３０＿１）に印加される電圧は相対的に第１電圧との差が小さくなり、誘電層１４１の電気抵抗が低くければ、液晶層１３０の上面（１３０＿１）に印加される電圧は相対的に第１電圧との差異が大きくなる。
【００６４】
しかし、図３を参照して説明したように、誘電層１４１は水平方向（Ｘ）に平坦区間（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）によって電気抵抗が異なるため、液晶層１３０の上面に印加される電圧も異なる。誘電層１４１の電気抵抗が大きい区間では相対的に第１電圧との差異が小さい電圧が印加される。すなわち、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の大きさが小さくなる。誘電層１４０の電気抵抗が小さい区間では相対的に第１電圧との差が小さい電圧が印加されるため、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界のサイズが大きくなる。
【００６５】
前述したように本実施形態で液晶分子１３５は正の誘電率異方性を有するため、電界が大きいほど電界方向にさらに多く回転する。したがって、液晶分子１３５の配列は誘電層１４０の電気抵抗が小さい区間では液晶分子１３５が垂直方向に多く回転して、誘電層１４１の電気抵抗が大きい区間では液晶分子１３５が相対的に少なく回転する。
【００６６】
一方、一つの平坦区間内では水平位置に関係なく第１サブ誘電層１４１ａの高さ（ｄ１）が一定であるため、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界も一定である。したがって、液晶層１３０の電界は一つの平坦区間全体にかけて液晶分子１３５の方位角は同一に維持させようとする。ただし、液晶分子１３５の方位角は該当電界だけでなく、隣接する液晶分子１３５の方位角や隣接する電界からも影響を受け得る。より詳細な説明のために図８Ａおよび図８Ｂを参照する。図８Ａおよび図８Ｂは隣接する液晶分子による液晶分子方位角の影響を説明するための概念図である。
【００６７】
先に、図８Ａを参照すると、液晶層が互いに隣接する第１区間（Ｓ１）および第２区間（Ｓ２）に区分され、第１区間（Ｓ１）と第２区間（Ｓ２）に各々互いに異なる電圧が印加できると仮定する。第１区間（Ｓ１）と第２区間（Ｓ２）に同一に０Ｖの電圧が印加されれば液晶分子１３５は回転せず、本来の水平配向を維持する。
【００６８】
図８Ｂに図示するように、第１区間（Ｓ１）は０Ｖを印加し、第２区間（Ｓ２）は液晶分子１３５を垂直に回転させ得る電圧（Ｖ２１）を印加すれば、印加された電界によって第１区間（Ｓ１）の液晶分子１３５は本来の０°の方位角を維持しようとし、第２区間（Ｓ２）の液晶分子１３５は９０°の方位角で回転しようとする。しかし、実際液晶分子１３５の動きは印加される電圧だけでなく、隣接する液晶分子１３５の回転からも影響を受ける。特に第１区間（Ｓ１）と第２区間（Ｓ２）の境界に位置する第１区間（Ｓ１）の液晶分子１３５は電界によっては各々０°の方位角を強要されるが、隣接した第２区間（Ｓ２）の液晶分子１３５は９０°で回転しようとするため、その回転動きによって第１区間（Ｓ１）の液晶分子１３５も共に回転することができる。一方、境界に位置する第２区間（Ｓ２）の液晶分子１３５も電界による回転力の一部を隣接する第１区間（Ｓ１）の液晶分子１３５に提供するため、実際の回転角度は９０°より小さくなることもある。このような方式で、たとえ液晶分子１３５に直接印加される電界は階段式で急激に変化しても、液晶分子１３５の方位角は隣接する他の液晶分子１３５の回転によって影響を受けると、方位角のサイズが緩やかに変更され得る。このような現象は隣接する電界の影響によっても発生し得る。すなわち、第１区間（Ｓ１）に印加された電圧は隣接する第２区間（Ｓ２）にも一部影響を与え、極端な電界の変化を緩やかに変える。
【００６９】
再び、図６を参照すると、図８Ｂと同じ理由で液晶分子１３５が一つの平坦区間内に位置しても、すべての方位角が一定であるものではなく、周辺液晶分子１３５の方位角や周辺電界の影響により全体的に緩やかに方位角が変化し得る。
【００７０】
一方、液晶分子１３５は屈折率に対して異方性を有する。すなわち、液晶分子１３５は光学的に長軸方向の光に対する常光線（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒａｙ）屈折率（ｎｏ）と、短縮方向の光に対する異常光線（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｒａｙ）屈折率（ｎｅ）の二つの種類の屈折率を有する。ここで、常光線屈折率（ｎｏ）は異常光線屈折率（ｎｅ）より低くてもよい。例えば、液晶分子の常光線屈折率（ｎｏ）は１．５であり、液晶分子の異常光線屈折率（ｎｅ）は１．７であってもよい。
【００７１】
したがって、液晶分子１３５が水平配列されていれば、光は異常光線屈折率（ｎｅ）を感じるため相対的に屈折率が高くなる。これに対し、液晶分子１３５が垂直方向に回転すると、光は相対的により小さい常光線屈折率（ｎｏ）を感じるため相対的に屈折率がより低くなる。したがって、図６のような液晶分子の方位角配列を有する液晶層１３５の水平方向の位置による屈折率は図７のような分布を示し得る。
【００７２】
光は屈折率が均一な物質内では直線進行するが、図７のように物質内で屈折率が漸進的に変わるグリーン（ＧＲＩＮ、Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズ構造では屈折率が低い媒質から屈折率が高い媒質側へ光経路が曲がる。前記グリーンレンズの構造および動作原理については米国特許第５、７９０、３１４号に開示されており、前記特許に開示された内容は本明細書に十分に開示されているため援用して統合される。
【００７３】
したがって、第２モードで液晶層１３０を通過する光は高屈折率の媒質側に光経路が曲がって図６のような光進行経路を示し得る。図６の光進行経路の変調はあたかも凸レンズを通過した光進行経路と類似する。すなわち、第２モードで液晶レンズ１１００の液晶層１３０は別途の凸レンズなしでも光を集光することができる。
【００７４】
液晶層１３０を通過した光は誘電層１４１の界面に到るが、液晶層１３０を通過しながら曲がった光は誘電層１４１に所定の入射角で入射する。誘電層１４１が液晶層１３０と実質的に同一屈折率を有する場合、光経路の変化なしで進行する。誘電層１４１が液晶層１４０と異なる屈折率を有する場合、界面で光は屈折する。仮に、誘電層１４１の屈折率が液晶層１３０より小さければスネルの法則に従い入射角よりより大きい角で屈折して集光する焦点距離を減らすであろう。逆に、誘電層１４１の屈折率が液晶層１３０より大きければその逆になることは自明である。
【００７５】
第１電圧と第２電圧のサイズは第１モードと第２モードを決定するだけでなく、同一な第２モード内でも光変調特性を異なるように制御する。前述したように、第１電極１１０と第２電極１２０に同一な電圧が印加されれば液晶レンズ１１００は第１モードとして駆動される。一方、第１電圧と第２電圧の差が非常に大きい場合にも第１モードとして駆動され得る。例えば、極端に第１電圧と第２電圧の差が無限大であると仮定すると、液晶層１３０の上面（１３０＿１）に印加される電圧が水平方向（Ｘ）の位置によって異なっても液晶層１３０の上面（１３０＿１）の電圧と液晶層１３０の下面（１３０＿２）の電圧差の絶対値が非常に大きいため、すべての液晶分子１３５が垂直方向に回転することができる。すなわち、液晶層１３０のすべての液晶分子１３５の方位角が９０°であり、同一であるため、液晶層１３０を通過する光は水平方向の位置と関係がなくいずれも常光線の屈折率を感じる。この場合グリーンレンズが構成されないため、光は液晶層１３０内で曲がらず直進する。
【００７６】
一方、第１電圧と第２電圧が異なる値を有するが、その差が非常に小さいため、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の最大値が液晶分子１３０を回転させるためのしきい電界レベルを越えなければ、この場合にもすべての液晶分子１３０が水平配向を維持することができる。したがって、グリーンレンズが構成されないため、光は液晶層内で曲がらず直進する。
【００７７】
以上により、液晶レンズ１３０の第２モードを駆動する条件は、単に第１電圧と第２電圧が異なることで満たされるものではなく、第１電圧と第２電圧の差が所定範囲内になければならないことが分かる。すなわち、第１電圧と第２電圧の差によって液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の最大値が液晶分子１３５を回転させるためのしきい電界レベルより大きくなければならなく、同時に第１電圧と第２電圧の差によって液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の最小値は液晶分子１３５を垂直回転させ得る電界より小さくなければならない。
【００７８】
一方、液晶レンズ１１００が第２モードで駆動されても、第１電圧および第２電圧の差によって屈折率の分布が異なる場合もある。すなわち、第１電圧および第２電圧の差は図７に例示されたグリーンレンズの曲率を多様に制御する。これにより互いに異なる焦点距離が調節されることは自明である。
【００７９】
前記のような第１モードと第２モードを駆動する細部条件や、第２モードの焦点距離制御方法などは本技術分野の当業者であれば、以上で開示された内容を参照して誘電体の誘電率、液晶分子の種類などに応じて第１電圧と第２電圧を適切に調節することによって簡単に実現できるものであるため、本発明が曖昧になることを避けるために具体的な例示は省略する。
【００８０】
以上の実施形態では液晶レンズ１１００が２個の単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）を有するものを例示しているが、３個以上の単位レンズ区間を含んでもよいことはもちろんである。これは以下の実施形態において同様である。
【００８１】
以下、本発明の多様な実施形態による液晶レンズについて説明する。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態において、液晶レンズは第１単位レンズ区間と第２単位レンズ区間で互いに異なる光変調特性を有し得る。図９〜図１１は、このような特性を有する液晶レンズを例示する。
【００８３】
図９は、本発明の他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１０は、図９に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。図９および図１０を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０１は誘電層１４２が第１サブ誘電層１４２ａおよび第２サブ誘電層１４２ｂを含む。ここで、第１単位レンズ区間（Ｌ１）の第１サブ誘電層１４２ａの高さが最大になる平坦区間の水平位置と第２単位レンズ区間（Ｌ２）の第１サブ誘電層１４２ａの高さが最大になる平坦区間の水平位置が互いに相異なる。すなわち、第１単位レンズ区間（Ｌ１）で第１サブ誘電層１４２ａの高さが最大になる平坦区間はおおよそＰ０地点とＰ１地点の中間地点を基準に右側に偏っている。これに対し、第２単位レンズ区間（Ｌ２）で第１サブ誘電層１４２ａの高さが最大になる平坦区間はＰ１地点とＰ２地点の中間地点を基準に左側に偏っている。これにより、図１０に図示するように、第１単位レンズ区間（Ｌ１）での光進行経路は図６と比較したとき、右側に偏ることに対し、第２単位レンズ区間（Ｌ２）での光進行経路は相対的に左側に偏る。
【００８４】
図１１は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１２は、図１１に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。図１１および図１２を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０２は誘電層１４３が第１サブ誘電層１４３ａおよび第２サブ誘電層１４３ｂを含む。ここで、第１単位レンズ区間（Ｌ１）での第１サブ誘電層１４３ａの高さの最大値と第２単位レンズ区間（Ｌ２）での第１サブ誘電層１４３ａの高さの最大値が互いに異なる。これにより、図１２に図示するように第１単位レンズ区間（Ｌ１）の誘電層１４３の電気抵抗グラフの曲率が第２単位レンズ区間（Ｌ２）の誘電層１４３の電気抵抗グラフの曲率より大きい。
【００８５】
したがって、液晶層１３０の上下面（１３１＿１、１３１＿２）に印加される電界の水平方向変化率も第１単位レンズ区間（Ｌ１）がより大きい。これにより、図１１に図示するように第２モード駆動時第１単位レンズ区間（Ｌ１）の液晶分子１３５が水平位置別方位角の差がより大きくなり、液晶分子１３５の屈折率の変化率も大きくなって光進行経路が第２単位レンズ区間（Ｌ２）でよりもさらに大きく曲がり得る。したがって、第１単位レンズ区間（Ｌ１）での光焦点距離が第２単位レンズ区間（Ｌ２）での光焦点距離より短くなる場合もある。
【００８６】
図１３は、本発明のまた他の実施形態に他の液晶レンズの断面図である。図１４は、図１３に示す誘電層の水平位置別電気抵抗を図示するグラフである。図１３および図１４を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０３は誘電層１４４が第１サブ誘電層１４４ａおよび第２サブ誘電層１４４ｂを含む。ここで、第１サブ誘電層１４４ａが第２サブ誘電層１４４ｂの上部に配置される点が図２に示す実施形態と異なる。したがって、第１単位レンズ区間（Ｌ１）で誘電層１４４の上下面の電気抵抗がＰ０地点からＰ１方向に行くほど減少してまた増加する、下に凸の放物線グラフを描く。第２単位レンズ区間（Ｌ２）の場合も実質的に同一なグラフを形成する。前述したように、グリーンレンズ構造では屈折率が低い媒質から屈折率が高い媒質側に光経路が曲がるため、図１３の液晶層１３０は第２モードであたかも凹レンズと類似の光進行経路の変調を誘発する。すなわち、第２モードで液晶レンズの液晶層１３０は別途の凹レンズなしでも光を発散または拡散することができる。
【００８７】
図１５は、本発明のまた他の実施形態に他の液晶レンズの断面図である。図１５を参照すると、本実施形態は液晶層１３０と誘電層１４５の積層順序が変わってもよい場合を例示する。すなわち、本実施形態による液晶レンズ１１０４は図２に示す実施形態とは異なって第１サブ誘電層１４５ａおよび第２サブ誘電層１４５ｂを含む誘電層１４５が液晶層１３０の下部に位置する。このように、液晶層１３０と誘電層１４５の積層順序が変わっても、液晶層１３０に印加される電界には影響がない。したがって、図２に示す実施形態と実質的に同一電気抵抗分布を示し、これにより第２モードでの液晶分子１３５の方位角も図２と実質的に同一に維持することができる。
【００８８】
一方、本実施形態は下部から入射された光が液晶層１３０より誘電層１４５を先に通過するため、第１サブ誘電層１４５ａと第２サブ誘電層１４５ｂの屈折率が異なっても、垂直入射した光は誘電層１４５で進行方向が変更されず直進する。したがって、液晶分子１３５の方位角のみ調節すれば誘電層１３０の屈折率に影響されず光の進行方向を制御することができる。
【００８９】
図１６は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１６を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０５は第１サブ誘電層１４６ａの上面の一部が誘電層１４６の上面を構成する点が図２に示す実施形態と異なる。前記構造によって第２サブ誘電層１４６ｂの上面は平坦面で成されるが、第１サブ誘電層１４６ａの平坦な上面領域によって部分的に断絶される。このような構成においても誘電層１４６が平坦区間別に互いに異なる電気抵抗を示すため、図２に示す実施形態と実質的に同一電気抵抗分布を示し得る。したがって、グリーンレンズ構造が形成されるため、凸レンズと類似の光学特性を示し得る。
【００９０】
図１７は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１７を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０６は第１サブ誘電層１４７ａの単位パターンが互いに離隔されず連結されている点が図２に示す実施形態と異なる。このような構成においても誘電層１４７が平坦区間別に互いに異なる電気抵抗を示すため、図２に示す実施形態と実質的に同一な電気抵抗分布を示し得る。したがって、グリーンレンズ構造が形成されるため、凸レンズと類似の光学特性を示し得る。未説明の符号である１４７ｂは第２サブ誘電層を指し示す。
【００９１】
図１８は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１８を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０７は第１サブ誘電層１４８ａの隣接する平坦区間を連結するのが側壁ではなく、斜線部（１４８ａ＿ｓ）である点が図２に示す実施形態と異なる。側壁が斜線部（１４８ａ＿ｓ）で代替されれば、電気抵抗の変化がより緩やかになる。したがって、より効果的なグリーンレンズ構造を形成することができる。未説明の符号である１４８ｂは第２サブ誘電層を示す。
【００９２】
図１９は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図１９を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０８は第１サブ誘電層１４９ａの形状は図２に示す実施形態と同一であるが、第１サブ誘電層１４９ａが第２サブ誘電層１４９ｂ内に埋もれて配置された点が図２に示す実施形態とは異なる。第１サブ誘電層１４９ａの配置が異なるにもかかわらず、第１サブ誘電層１４９ａを含む区間での第１サブ誘電層１４９ａの高さ（ｄ１）は図２に示す第１サブ誘電層１４１ａの高さ（ｄ１）と同一である。また、同区間で第２サブ誘電体１４９ｂの高さの総和は図２に示す第２サブ誘電体１４１ｂの高さ（ｄ２）と同一である。したがって、誘電層１４９の全体誘電率および電気抵抗は図２に示す実施形態と実質的に同一であるため、同一方法で動作するものであることが簡単に分かる。
【００９３】
図２０は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２０を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１０９は第１サブ誘電層１５０ａが第３サブ誘電層１５０ｃを覆っている点から図１４の実施形態とは異なる。したがって、誘電層１５０は水平位置別に第１サブ誘電層１５０ａと第２サブ誘電層１５０ｂを含む区間も含むが、第１サブ誘電層１５０ａ、第２サブ誘電層１５０ｂおよび第３サブ誘電層１５０ｃをすべて含む区間も含み、ここでの誘電層１５０の誘電率は３個のサブ誘電層（１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ）の誘電率および該当高さを共に考慮する。
【００９４】
このように、サブ誘電層（１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ）の数が増加すれば、多様な誘電率組合を実現できるため、誘電層１５０の誘電率分布の微細チューニングが容易である。
【００９５】
図２１は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２１を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１０は第１サブ誘電層１５１ａおよび第２サブ誘電層１５１ｂの形状および相対的な配置は図２に示す実施形態と実質的に同一であるが、第１サブ誘電層１５１ａと第２サブ誘電層１５１ｂの下に上下面が平坦でかつ平行な第３サブ誘電層１５１ｃを含む点が図２に示す実施形態とは異なる。水平位置別誘電層１５１の全体電気抵抗は第１サブ誘電層１５１ａおよび第２サブ誘電層１５１ｂだけでなく、第３サブ誘電層１５１ｃの誘電率および高さによって影響を受ける。実質的な水平位置別電気抵抗分布は図３と類似する。本実施形態では第１サブ誘電層１５１ａおよび第２サブ誘電層１５１ｂの下に第３サブ誘電層１５１ｃが形成される場合を例示するが、第３サブ誘電層１５１ｃが第１サブ誘電層１５１ａおよび第２サブ誘電層１５１ｂの上に積層されてもよく、下および上に共に積層されてもよい。
【００９６】
図２２は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２６を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１１は誘電層１５２が第１サブ誘電層１５２ａおよび第２サブ誘電層１５２ｂだけではなく、その上に第３サブ誘電層１５２ｃおよび第４サブ誘電層１５２ｄをさらに含む点が図２に示す実施形態とは異なる。第１サブ誘電層１５２ａおよび第２サブ誘電層１５２ｂの形状および配置は図２と実質的に同一である。第３サブ誘電層１５２ｃおよび第４サブ誘電層１５２ｄの形状および配置は第１サブ誘電層１５２ａおよび第２サブ誘電層１５２ｂの形状および配置と実質的に同一である。すなわち、図２２の実施例は図２に示す誘電層１４１を２階で積層した形態を例示する。したがって、図２に示す液晶レンズ１１１１より実質的に同一な屈折率分布を有するが、屈折率変化量の勾配はより大きいグリーンレンズを構成することができる。一方、第３サブ誘電層１５２ｃおよび第４サブ誘電層１５２ｄの誘電率は第１サブ誘電層１５２ａおよび第２サブ誘電層１５２ｂの誘電率とそれぞれ同一であってもよく、異なってもよい。
【００９７】
図２３および図２４は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２３の液晶レンズ１１１２は第３サブ誘電層１５３ｃの単位パターンのサイズおよびピッチが第１サブ誘電層１５３ａより小さい場合を例示する。具体的に第３サブ誘電層１５３ｃの単位パターンのサイズおよびピッチが第１サブ誘電層１５３ａの半分の例である。このような構造は誘電層１５３の全体誘電率をより細密に制御するのに有利である。未説明の符号である１５３ｂおよび１５３ｄは各々第２サブ誘電層および第４サブ誘電層である。
【００９８】
図２４の液晶レンズ１１１３は第３サブ誘電層１５４ｃの単位パターンが第１サブ誘電層１５４ａとサイズは同一であるが交錯した配列を有する場合を例示する。このような構造によってより多様な誘電率分布の制御が可能になる。未説明符号である１５４ｂおよび１５４ｄは各々第２サブ誘電層および第４サブ誘電層である。
【００９９】
図２５は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２５を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１４は第３サブ誘電層１５５ｃおよび第４サブ誘電層１５５ｄが液晶層１３０の下にさらに形成されている点が図２に示す実施形態とは異なる。第１電極１１０は第３サブ誘電層１５５ｃおよび第４サブ誘電層１５５ｄの下に配置される。第１サブ誘電層１５５ａおよび第２サブ誘電層１５５ｂは図２と実質的に同一である。したがって、本実施形態の電気光学的構造は図２と実質的に同一であるため、彼と実質的に類似のグリーンレンズを実現することができる。
【０１００】
図２６は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図３０を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１５は第２電極１２１が誘電層１５６と液晶層１３０の間に配置されず、誘電層１５６内に、具体的には第１サブ誘電層１５６ａと第２サブ誘電層１５６ｂの間に配置される点が図２に示す実施形態と異なる。第１サブ誘電層１５６ａの上面が階段形状を成すため、第１サブ誘電層１５６ａの上面にコンフォーマルに形成される第２電極１２１も階段形状を成すように形成され得る。第２電極１２１と液晶層１３０の上面（１３０＿１）の間には第２サブ誘電層１５６ｂなしで第１サブ誘電層１５６ａのみが介在する。
【０１０１】
第１サブ誘電層１５６ａの誘電率が水平方向（Ｘ）に沿って同一であっても、第１サブ誘電層１５６ａの高さ（ｄ１）は平坦区間別に水平方向（Ｘ）に沿って相異なる。したがって、平坦区間別に他の電気抵抗分布を有する。すなわち、第１サブ誘電層１５６ａの高さ（ｄ１）が最も低い平坦区間は電気抵抗も最も低いが、その高さが増加するほど電気抵抗も大きくなる。したがって、水平方向（Ｘ）に沿って液晶層１３０の上面に印加される電圧も相異なることが分かる。その結果、第２モード駆動時、水平方向別に液晶分子１３５の方位角が相異なるようになり、グリーンレンズ構造を実現することができる。
【０１０２】
本実施形態で第２サブ誘電層１５６ｂの誘電率は液晶層１３０に印加される電界に影響を与えない。したがって、第２サブ誘電層１５６ｂは省略してもよい。
【０１０３】
図２７は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２７を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１６は液晶層１３０の下に上面が階段形状である第３サブ誘電層１５７ｃと第３サブ誘電層１５７ｃを覆う第４サブ誘電層１５７ｄが配置され、第１電極１１１が第３サブ誘電層１５７ｃと第４サブ誘電層１５７ｄの間に形成された点が図２６の実施形態とは異なる。
【０１０４】
本実施形態では水平方向に沿って液晶層１３０の上面だけではなく、下面に印加される電圧も相異なる場合もある。したがって、液晶層１３０の上下面に形成される電界の差が倍になり得、これによりグリーンレンズ構造の実現がしやすくなる。
【０１０５】
図２８は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２８を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１７は第２基板１０２上に光学レンズ１６０をさらに含む点が図２に示す実施形態とは異なる。すなわち、本実施形態による液晶レンズ１１１７は図２に示す液晶レンズ１１００上に断面が凸レンズ形状である光学レンズ１６０を積層した構造を例示する。光学レンズ１６０の単位レンズは第１サブ誘電層１４１ａの単一パターンらと実質的に同一ピッチで配列されてもよい。光学レンズ１６０の光変調特性は液晶層１３０などによって実現されるグリーンレンズ構造と組合わせて光経路を変調することができる。例えば、グリーンレンズが集光特性を示す場合、凸レンズは焦点距離をより短くすることができる。仮に、グリーンレンズが発散特性を示す場合、凸レンズの集光特性がこれを相殺することによって光の発散や集光程度を緩和させることができる。さらに、発散および集光が正確に相殺されるように制御されると、グリーンレンズを介して発散された光が直進するように経路を変更することができる。適用される光学レンズ１６０が凹レンズであれば、これとは逆の効果があることは自明である。
【０１０６】
より多様な光制御のためには光学レンズ１６０の単位レンズのサイズやピッチを第１サブ誘電層１４１ａの単位パターンのそれと異なるように設計することができる。
【０１０７】
図２９は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの断面図である。図２９を参照すると、本実施形態による液晶レンズ１１１８は第１サブ誘電層１５８ａが複数の積層膜（１５８ａ＿１、１５８ａ＿２、１５８ａ＿３）で構成された点から図２に示す実施形態とは異なる。
【０１０８】
第１積層膜（１５８ａ＿１）上に第２積層膜（１５８ａ＿２）が形成され、第２積層膜（１５８ａ＿２）上に第３積層膜（１５８ａ＿３）が形成される。各積層膜（１５８ａ＿１、１５８ａ＿２、１５８ａ＿３）の上面は平坦であってもよい。第２積層膜（１５８ａ＿２）は第１積層膜（１５８ａ＿１）の上面を少なくとも部分的に露出してもよい。このように露出された第１積層膜（１５８ａ＿１）の上面は平坦区間として作用する。同様に、第３積層膜（１５８ａ＿３）は第２積層膜（１５８ａ＿２）の上面を少なくとも部分的に露出し、また他の平坦区間を提供することができる。第３積層膜（１５８ａ＿３）が最上位積層膜の場合、第３積層膜の上面はまた他の平坦区間となる。
【０１０９】
本実施形態の場合にも、誘電層１５８の電気抵抗分布は図２と実質的に同一である。したがって、グリーンレンズ構造を構成することができる。
【０１１０】
各積層膜（１５８ａ＿１、１５８ａ＿２、１５８ａ＿３）は誘電率が相互同一であってもよいが、異なってもよい。各積層膜（１５８ａ＿１、１５８ａ＿２、１５８ａ＿３）の誘電率を多様に適用すれば、誘電層１５８の電気抵抗に対するより微細なチューニングが可能になる。未説明の符号である１５８ｂは第２サブ誘電層である。
【０１１１】
図３０は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの斜視図である。図３０の実施形態による液晶レンズ１１１９は誘電層１５９が第１方向（Ｘ）および第２方向（Ｙ）に垂直した第３方向（Ｚ）に沿って実質的に同一なパターンを維持している場合を例示する。すなわち、本実施形態で第１サブ誘電層１５９ａは第３方向（Ｚ）に沿って延長されたレンチキュラタイプで形成される。したがって、あたかもレンチキュラレンズの場合のように、第３方向（Ｚ）に沿って液晶レンズの光変調特性も均一に維持することができる。未説明の符号である１５９ｂは第２サブ誘電層である。
【０１１２】
図３１は、本発明のまた他の実施形態による液晶レンズの斜視図である。図３１の実施形態による液晶レンズ１１２０は誘電層１６０が第１方向（Ｘ）および第２方向（Ｙ）に垂直した第３方向（Ｚ）に沿ってパターンが変わる場合を例示する。すなわち、本実施形態において、第３方向（Ｚ）に沿っても複数の単位パターンが配列される。第１サブ誘電層１６０ａはマイクロレンズタイプで形成される。したがって、実質的にマイクロレンズと類似の光変調特性を示すことを理解することができる。未説明の符号である１６０ｂは第２サブ誘電層である。
【０１１３】
図３０および図３１の実施形態は先立って断面図の例をあげて説明した多様な実施形態と組合わせて適用することができる。
【０１１４】
以上で説明した液晶レンズは、図１を参照して説明したように、光提供装置と共に表示装置を構成することができる。のみならず、光経路を自在に変更および制御できるため、太陽電池、イメージセンサなど光を利用した多様な素子にも適用することができる。
【０１１５】
以下では液晶レンズが表示パネルと共に使用され、２Ｄ／３Ｄスイッチングが可能なディスプレイを実現する具体的な例を詳細に説明する。
【０１１６】
図３２は、本発明の一実施形態による表示装置の断面図である。図３３は、第２モードでの表示装置の例示的な動作を説明するための断面図である。図３２および図３３は液晶レンズとして図２に示す実施形態による液晶レンズを採用し、光提供装置として液晶表示パネルを適用した例を図示する。
【０１１７】
図３２および図３３を参照すると、本発明の一実施形態による表示装置３００は液晶表示パネル２００および液晶レンズ１１０１を含む。
【０１１８】
液晶表示パネル２００は互いに対向する下部基板２１０と上部基板２２０、およびこれらの間に介在した液晶分子層２３０を含む。
【０１１９】
下部基板２１０上にはマトリックス形態で配列されるように定義された複数の画素領域（ＰＡ１−ＰＡ１２）ごとに画素電極２１１が形成されている。画素電極２１１は薄膜トランジスタのようなスイッチング素子に連結され、個別に画素電圧の印加を受ける。
【０１２０】
上部基板２２０の下には画素電極２１１と対向する共通電極２２４が配置されている。上部基板２２０には画素領域（ＰＡ１−ＰＡ１２）別に対応してＲ、ＧおよびＢカラーフィルタ２２１が配置されてもよい。画素領域（ＰＡ１−ＰＡ１２）の境界にはブラックマトリックス２２２が形成されてもよい。カラーフィルタ２２１および共通電極２２４の間には平坦化膜２２３が介在してもよい。
【０１２１】
下部基板２１０と上部基板２２０の間には液晶分子層２３０が介在する。液晶分子層２３０の液晶分子２３５は画素電極２１１と共通電極２２４の間に形成される電界によって回転し、液晶表示パネル２００の透過率を制御する。
【０１２２】
下部基板２１０および上部基板２２０の外側には各々偏光板（図示せず）が付着されてもよい。いくつかの実施形態で、液晶レンズ１１０１の第１基板１０１の外側面にも偏光板（図示せず）が付着してもよい。この場合、上部基板２２０上の偏光板は省略してもよい。
【０１２３】
液晶表示パネル２００の下側にはバックライトアセンブリ（図示せず）が配置されてもよい。
【０１２４】
液晶表示パネル２００上には液晶レンズ１１０１が配置される。図面では液晶レンズ１１０１が液晶表示パネル２００と離隔され配置された例を図示しているが、これに制限されるものではなく、液晶レンズ１１０１が液晶表示パネル２００に付着されてもよい。
【０１２５】
液晶レンズ１１０１の各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）は液晶表示パネル２００の複数の画素領域（ＰＡ１−ＰＡ１２）に対応するように配置してもよい。図３２は６個の画素領域と一つの単位レンズ区間が相互対応する場合を例示する。すなわち、一つの単位レンズ区間の幅内にＲ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂの６個の画素領域が配列される。
【０１２６】
このような表示装置３００で、液晶レンズ１１０１を第１モードで駆動すると、液晶レンズ１１０１が光経路を特別に変調しないため、表示装置３００は２次元映像を表示することができる。これに対し、液晶レンズ１１０１を第２モードで駆動すると、表示装置３００は３次元映像を表示することができる。より具体的に説明するため図３３を参照する。
【０１２７】
図３３を参照すると、第２モードでの液晶レンズ１１１０の光学特性は図２および図３を参照して説明したように、凸レンズのそれと類似する。したがって、各単位レンズ区間（Ｌ１、Ｌ２）の中央部を基準に左側に配列されたＲ、Ｇ、Ｂ３個の画素領域から単位レンズ区間に入射された光はあたかも凸レンズの左側領域を通過するように光経路が変調するため、右側方向に曲がって行く。これに対し、各単位レンズ区間の中央部を基準に右側に配列されたＲ、Ｇ、Ｂ３個の画素領域から単位レンズ区間に入射された光はあたかも凸レンズの右側領域を通過するように光経路が変調するため、左側方向に曲がって行く。前記光が各々観察者の左眼（Ｅ１）および右眼（Ｅ２）に入力されれば、観察者は３次元映像を認識することができる。
【０１２８】
図３２および図３３の実施形態では一つの単位レンズ区間の幅内に６個の画素領域を配列することを例示したが、一つの単位レンズ区間の幅内により多い画素領域を配列することもでき、この場合また点３次元映像駆動が可能になる。また、前述したように液晶レンズの第１電極および第２電極に印加される電圧を調節すれば、液晶レンズの焦点距離を変えることができるため、３次元視聴が可能な時点距離を調節することができる。例えば、観察者がリモコンを介して表示装置に視点転換モードを作動させ、その応答として液晶レンズの第１電極および第２電極に印加される電圧が順次に変わり、視点が前後方に移動するようにすれば、簡単に３次元映像視聴可能視点を見つけることができる。
【０１２９】
本発明の他のいくつかの実施形態で、液晶表示パネルの共通電極に印加される共通電圧は液晶レンズの第１電極に印加される第１電圧または第２電極に印加される第２電圧と同一であってもよい。この場合、駆動回路が単純になる。
【０１３０】
また、本発明の他のいくつかの実施形態で、液晶表示パネルの上部基板は液晶レンズの第１基板と共有される。したがって、液晶表示パネルの上部基板および液晶レンズの第１基板のうちいずれか一つは省略してもよい。さらに、液晶表示パネルの共通電極と液晶レンズの第１電極のうちいずれか一つを省略し、残りの一つは共有してもよい。
【０１３１】
図３２および図３３の実施形態では光提供装置として液晶表示パネル２００を適用したのを例示したが、前述したように、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、無機ＥＬ、ＦＥＤ、ＳＥＤ、ＰＤＰ、ＣＲＴ、電気泳動表示装置などを適用してもよい。これに対する実施形態は当業者であれば、図３２および図３３の実施形態から非常に簡単に類推することができる。したがって、本発明が曖昧になることを避けるため具体的な説明を省略する。
【０１３２】
また、図３２および図３３の実施形態では液晶レンズとして図２に示す実施形態による液晶レンズ１１０１を採用した場合を例示したが、その他の本発明の多様な実施形態による液晶レンズを適用できるのは自明である。
【０１３３】
続けて、本発明の実施形態による液晶レンズの製造方法について説明する。図３４は、本発明の一実施形態による液晶レンズの製造方法を説明するための工程断面図である。
【０１３４】
図３４を参照すると、先に、第１基板１０１上に第１電極１１０を形成する。次いで、第１電極１１０上に第１サブ誘電層用物質層を積層し、これをパターニングして複数の単位パターンを含む第１サブ誘電層１４１ａを形成する。ここで、前記パターニングは写真エッチング工程を利用して行われる。次いで、第１サブ誘電層１４１ａ上に第２サブ誘電層用物質層を積層し、必要に応じて平坦化して第２サブ誘電層を形成し、その次に、第２サブ誘電層上に液晶層および第２電極が形成された第２基板を積層することによって液晶レンズ製造することができる。
【０１３５】
本実施形態では第１基板１０１上の第１電極１１０上に第１サブ誘電層用物質層を積層したものを例示したが、第２基板上の第２電極上に第１サブ誘電層用物質層を形成して後続手続を進めてもよい。
【０１３６】
図３５は、本発明の他の実施形態による液晶レンズの製造方法を説明するための工程断面図である。
【０１３７】
図３５を参照すると、先に、第１基板１０１上に第１電極１１０を形成する。次いで、第１電極１１０上に第２サブ誘電層用物質層を積層し、これをパターニングして複数のリセス領域１７１ａを含む第２サブ誘電層１４１ｂを形成する。ここで、前記パターニングは写真エッチング工程を利用して行われる。次いで、第２サブ誘電層１４１ｂのリセス領域１７１ａに第１サブ誘電層用物質層を充填し、必要に応じて平坦化して複数の単位パターンを含む第１サブ誘電層を形成し、次に、第１および第２サブ誘電層上に液晶層および第２電極が形成された第２基板を積層することによって液晶レンズを製造することができる。
【０１３８】
本実施形態では第１基板１０１上の第１電極１１０上に第２サブ誘電層用物質層を積層したことを例示したが、第２基板上の第２電極上に第２サブ誘電層用物質層を形成して後続手続を進めてもよい。
【０１３９】
以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は、本発明のその技術的思想や必須の特徴を変更しない範囲で他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、上記実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。
【符号の説明】
【０１４０】
１１０ 第１電極
１２０ 第２電極
１３０ 液晶層
１３５ 液晶分子
１４１ 誘電層
１１００ 液晶レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および前記第２電極と前記液晶層との間に介在した誘電層を含み、
前記誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、
前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、
前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、
少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる液晶レンズ。
【請求項２】
前記誘電層は上面および下面が平坦である請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
前記誘電層の上面、および前記各平坦区間は互いに平行である請求項２に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
前記単位パターンの断面は階段形状を含む請求項２または３のいずれかに記載の液晶レンズ。
【請求項５】
前記第２平坦区間は前記第１平坦区間に隣接し、前記第１平坦区間と前記第２平坦区間は垂直側壁または斜線部によって連結される請求項２〜４のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項６】
前記第１サブ誘電層の屈折率および前記第２サブ誘電層の屈折率が互いに異なる請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項７】
前記第１サブ誘電層の前記一面は前記第２誘電層によって覆われている請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項８】
前記第１サブ誘電層の前記各単位パターンは相互離隔され、前記第１サブ誘電層の前記各単位パターンは前記第２サブ誘電層によって囲まれている請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項９】
前記第１サブ誘電層の前記各単位パターンは同一な形状で形成され、水平方向に沿って均一に配列される請求項１〜８のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項１０】
前記第１電極および第２電極は各々前面電極である請求項１〜９のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項１１】
前記第１電極および前記第２電極は相互平行になるように配置されている請求項１０に記載の液晶レンズ。
【請求項１２】
前記第２基板上に配置された光学レンズをさらに含む請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項１３】
少なくとも一つの前記単位パターンは一面および他面が平坦な第１積層膜および第２積層膜を含み、
前記第２積層膜は前記第１積層膜の一面を部分的に露出するように前記第１積層膜の一面上に形成され、
前記第１平坦区間は前記第２積層膜によって前記第１積層膜の一面が露出された領域が位置する区間を含み、前記第２平坦区間は前記第２積層膜の一面が位置する区間の少なくとも一部を含む請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項１４】
前記第１積層膜および前記第２積層膜は誘電率が同一である請求項１３に記載の液晶レンズ。
【請求項１５】
第１電極と、
前記第１電極上の液晶層と、
前記液晶層上の誘電層であって、少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは上面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる誘電層、および
前記誘電層の上面にコンフォーマルするように形成された第２電極を含む液晶レンズ。
【請求項１６】
光提供装置、および
前記光提供装置上に配置された液晶レンズであって、
互いに対向する第１電極および第２電極、
前記第１電極および前記第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および
前記第２電極と前記液晶層との間に介在した誘電層を含み、
前記誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、
前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んで成り、
前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、
少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる液晶レンズを含む表示装置。
【請求項１７】
前記光提供装置は表示パネルを含む請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記表示パネルはＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ、無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｓｐｌａｙ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＳＥＤ（ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、および電気泳動表示装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＥＰＤ）のうちずれか一つである請求項１７に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記表示パネルはマトリックス形態で配列された複数の画素領域を含み、
前記第１サブ誘電層は相互連結された複数個の単位パターンを含み、
前記各単位パターンの幅内に２以上の前記画素領域が配置される請求項１７に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記表示パネルはマトリックス形態で配列された複数の画素領域を含み、
前記第１サブ誘電層は相互離隔された複数個の単位パターンを含み、
前記各単位パターンのピッチごとに２以上の前記画素領域が配置される請求項１７に記載の表示装置。
【請求項２１】
水平方向に沿って前記第１サブ誘電層の高さおよび前記第２サブ誘電層の高さの和が一定である請求項１６に記載の表示装置。
【請求項２２】
前記第１サブ誘電層の屈折率および前記第２サブ誘電層の屈折率が異なる請求項１６に記載の表示装置。
【請求項２３】
第１電極上に誘電層であって、第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる誘電層を形成し、
前記誘電層上に液晶層および第２電極を配置することを含む液晶レンズの製造方法。
【請求項２４】
前記誘電層を形成することは、前記第１電極上に前記第１サブ誘電層の前記単位パターンを形成し、
前記単位パターン上に前記第２サブ誘電層を積層することを含む請求項２３に記載の液晶レンズの製造方法。
【請求項２５】
前記誘電層を形成することは、前記第１電極上にリセスされた領域を含む第２サブ誘電層を形成し、
前記リセスされた領域内に前記第１サブ誘電層を充填することを含む請求項２３に記載の液晶レンズの製造方法。
【請求項１】
互いに対向する第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および前記第２電極と前記液晶層との間に介在した誘電層を含み、
前記誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、
前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、
前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、
少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる液晶レンズ。
【請求項２】
前記誘電層は上面および下面が平坦である請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項３】
前記誘電層の上面、および前記各平坦区間は互いに平行である請求項２に記載の液晶レンズ。
【請求項４】
前記単位パターンの断面は階段形状を含む請求項２または３のいずれかに記載の液晶レンズ。
【請求項５】
前記第２平坦区間は前記第１平坦区間に隣接し、前記第１平坦区間と前記第２平坦区間は垂直側壁または斜線部によって連結される請求項２〜４のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項６】
前記第１サブ誘電層の屈折率および前記第２サブ誘電層の屈折率が互いに異なる請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項７】
前記第１サブ誘電層の前記一面は前記第２誘電層によって覆われている請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項８】
前記第１サブ誘電層の前記各単位パターンは相互離隔され、前記第１サブ誘電層の前記各単位パターンは前記第２サブ誘電層によって囲まれている請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項９】
前記第１サブ誘電層の前記各単位パターンは同一な形状で形成され、水平方向に沿って均一に配列される請求項１〜８のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項１０】
前記第１電極および第２電極は各々前面電極である請求項１〜９のいずれか１項に記載の液晶レンズ。
【請求項１１】
前記第１電極および前記第２電極は相互平行になるように配置されている請求項１０に記載の液晶レンズ。
【請求項１２】
前記第２基板上に配置された光学レンズをさらに含む請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項１３】
少なくとも一つの前記単位パターンは一面および他面が平坦な第１積層膜および第２積層膜を含み、
前記第２積層膜は前記第１積層膜の一面を部分的に露出するように前記第１積層膜の一面上に形成され、
前記第１平坦区間は前記第２積層膜によって前記第１積層膜の一面が露出された領域が位置する区間を含み、前記第２平坦区間は前記第２積層膜の一面が位置する区間の少なくとも一部を含む請求項１に記載の液晶レンズ。
【請求項１４】
前記第１積層膜および前記第２積層膜は誘電率が同一である請求項１３に記載の液晶レンズ。
【請求項１５】
第１電極と、
前記第１電極上の液晶層と、
前記液晶層上の誘電層であって、少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは上面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる誘電層、および
前記誘電層の上面にコンフォーマルするように形成された第２電極を含む液晶レンズ。
【請求項１６】
光提供装置、および
前記光提供装置上に配置された液晶レンズであって、
互いに対向する第１電極および第２電極、
前記第１電極および前記第２電極の間に介在し、上面および下面が平坦な液晶層、および
前記第２電極と前記液晶層との間に介在した誘電層を含み、
前記誘電層は第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、
前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んで成り、
前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、
少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる液晶レンズを含む表示装置。
【請求項１７】
前記光提供装置は表示パネルを含む請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記表示パネルはＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ、無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｓｐｌａｙ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＳＥＤ（ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、および電気泳動表示装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＥＰＤ）のうちずれか一つである請求項１７に記載の表示装置。
【請求項１９】
前記表示パネルはマトリックス形態で配列された複数の画素領域を含み、
前記第１サブ誘電層は相互連結された複数個の単位パターンを含み、
前記各単位パターンの幅内に２以上の前記画素領域が配置される請求項１７に記載の表示装置。
【請求項２０】
前記表示パネルはマトリックス形態で配列された複数の画素領域を含み、
前記第１サブ誘電層は相互離隔された複数個の単位パターンを含み、
前記各単位パターンのピッチごとに２以上の前記画素領域が配置される請求項１７に記載の表示装置。
【請求項２１】
水平方向に沿って前記第１サブ誘電層の高さおよび前記第２サブ誘電層の高さの和が一定である請求項１６に記載の表示装置。
【請求項２２】
前記第１サブ誘電層の屈折率および前記第２サブ誘電層の屈折率が異なる請求項１６に記載の表示装置。
【請求項２３】
第１電極上に誘電層であって、第１サブ誘電層、および第２サブ誘電層を含み、前記第１サブ誘電層は前記第２サブ誘電層と誘電率が異なる物質を含んでなり、前記第１サブ誘電層は少なくとも一つの単位パターンを含み、少なくとも一つの前記単位パターンは一面が平坦な複数の平坦区間を含み、複数の平坦区間のうち第１平坦区間での前記単位パターンの高さと第２平坦区間での前記単位パターンの高さが異なる誘電層を形成し、
前記誘電層上に液晶層および第２電極を配置することを含む液晶レンズの製造方法。
【請求項２４】
前記誘電層を形成することは、前記第１電極上に前記第１サブ誘電層の前記単位パターンを形成し、
前記単位パターン上に前記第２サブ誘電層を積層することを含む請求項２３に記載の液晶レンズの製造方法。
【請求項２５】
前記誘電層を形成することは、前記第１電極上にリセスされた領域を含む第２サブ誘電層を形成し、
前記リセスされた領域内に前記第１サブ誘電層を充填することを含む請求項２３に記載の液晶レンズの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２０１３−１５８０９（Ｐ２０１３−１５８０９Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８９７２（Ｐ２０１１−２３８９７２）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（５１２１８７３４３）三星ディスプレイ株式會社 (73)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】９５，Ｓａｍｓｕｎｇ ２ Ｒｏ，Ｇｉｈｅｕｎｇ−Ｇｕ，Ｙｏｎｇｉｎ−Ｃｉｔｙ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−Ｄｏ，Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（５１２１８７３４３）三星ディスプレイ株式會社 (73)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】９５，Ｓａｍｓｕｎｇ ２ Ｒｏ，Ｇｉｈｅｕｎｇ−Ｇｕ，Ｙｏｎｇｉｎ−Ｃｉｔｙ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−Ｄｏ，Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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