KR101040701B1 - 입체영상표시장치용 3ｄ입체안경 및 이를 포함하는 입체영상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우안용 영상광 및 좌안용 영상광을 배출하는 표시 패널 및 상기 우안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제1영역 및 상기 좌안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제2영역을 포함하는 광학 필터를 포함하는 입체영상표시장치에 사용되는 3D 입체안경으로, 상기 3D 입체안경은 우안용 영상광을 투과시키는 우안 영역 및 좌안용 영상광을 투과시키는 좌안 영역을 포함하며, 상기 우안 영역 및 좌안 영역에 상기 광학 필터의 제1영역 및 제2영역 간의 위상차 편차를 보상하기 위한 보상 필름이 구비되며, 상기 우안 영역에 구비되는 위상차 필름과 좌안 영역에 구비되는 보상 필름의 위상차값이 서로 다른 3D 입체안경을 제공한다.

Description

입체영상표시장치용 3Ｄ입체안경 및 이를 포함하는 입체영상표시장치{POLARIZED GLASSES AND STEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 입체영상표시장치용 3D 입체안경 및 이를 포함하는 입체영상표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 광학 필터의 우안용 영상 투과 영역 및 좌안용 영상 투과 영역 사이에 발생하는 위상차 편차를 보상할 수 있도록 개발된 3D 입체안경 및 이를 포함하는 입체영상표시장치에 관한 것이다.

차원 입체 영상은 기존의 2차원 평면 영상과는 달리 사람이 보고 느끼는 실제 영상과 유사하여 시각 정보의 질적 수준을 몇 차원 향상시키는 새로운 개념의 영상이다. 일반적으로 인간이 3차원의 입체감을 느끼는 원인은 오른쪽 눈과 왼쪽 눈이 시차를 두고 사물을 인지하기 때문인 것으로 알려져 있다. 즉, 인간의 두 눈은 약 65mm의 간격을 두고 떨어져 위치하기 때문에, 서로 약간 다른 방향의 영상을 보게 되며, 이때 발생한 양안 시차에 의해 입체감을 인식하게 되는 것이다. 따라서, 관찰자의 양쪽 눈에 시차가 있는 영상을 입력시키는 방법으로 입체 영상을 구현할 수 있다.

종래의 입체 영상 표시 장치는 크게 3D 입체안경을 사용하는 방식과, 3D 입체안경을 사용하지 않는 방법으로 나눌 수 있는데, 이 중에서 3D 입체안경 방식의 입체 영상 표시 장치는 서로 다른 편광 특성을 갖는 좌안용 영상과 우안용 영상을 배출하고, 3D 입체안경에 편광판 등을 부착하여 좌안 렌즈에는 좌안용 영상만 투시되도록 하고, 우안용 렌즈에는 우안용 영상만 투시되도록 함으로써 입체감을 느끼게 하는 방식이다. 이러한 3D 입체안경 방식은 안경을 착용해야 한다는 단점이 있으나, 상대적으로 시야각 제약이 적고, 제작이 용이하다는 장점을 가지고 있다.

종래의 3D 입체안경 방식의 입체 영상 표시 장치는 일반적으로, 좌안용 영상광 및 우안용 영상광을 생성하는 표시 패널과, 상기 표시 패널에 부착되어 좌안용 영상광과 우안용 영상광의 편광 상태를 변화시켜, 서로 다른 편광 상태를 갖도록 하는 광학 필터로 이루어진다.

이때 상기 광학 필터는 일반적으로 우안용 영상광의 편광상태를 조절하는 제1영역과 좌안용 영상광의 편광상태를 조절하는 제2영역이 교대로 패터닝된 형태로 형성된다. 일반적으로 상기 제1영역과 제2영역은 위상차값이 동일하고, 광축이 서로 수직인 위상차층으로 이루어지며, 예를 들면, -λ/4위상차층과 +λ/4위상차층이 스트라이프 형태 또는 바둑판 형태로 교대로 배열된 형태로 이루어질 수 있다.

이와 같이 제1영역과 제2영역이 교대로 패터닝된 광학 필터는 기재 상에 포토레지스트를 피복하고, 소정의 부분을 노광시킨 후에, 수산화칼륨 용액으로 처리하여 일정한 부분에 위상차 지연 기능을 소실시키는 방법으로 제조될 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법은 화학적 에칭에 따르는 복잡한 제조 단계를 거쳐야 하고, 그 결과 생산 비용이 높고, 생산성이 낮다는 문제점이 있었다.

광학 필터를 제조하는 또 다른 방법으로, 기재 상에 액정을 코팅하거나 고분자 연신 필름 등을 부착하여 위상차층을 형성한 다음, 레이저 또는 그라인더 등으로 위상차층의 일부를 제거하는 방법이 있다. 그러나 이 방법의 경우 정밀한 패터닝이 어렵고, 레이저 식각 등에 의해 위상차층에 손상이 발생하여 불량이 발생하기 쉽다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 방법들의 경우, 광학 필터의 패턴이 표시 패널의 픽셀에 정확하게 대응되도록 형성하기가 쉽지 않고, 광학 필터의 패턴과 표시 패널의 픽셀의 불일치로 인해 크로스 토크 발생율이 높다는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 기재 상에 배향막 및/또는 위상차층을 형성하는 액정 물질을 제1영역이나 제2영역 중 한 부분에만 인쇄함으로써, 입체표시장치용 광학 필터를 제조하는 방법이 제안되었다. 이 방법에 의하면, 표시 패널의 픽셀과 광학 필터의 패턴의 일치성을 높일 수 있다는 점에서 유리한 면이 있다. 그러나, 상기 방법으로 제조된 광학 필터는 액정층이 배향된 부분(이하, 배향부)과 배향되지 않은 부분(이하, 비배향부)이 교대로 배열되는 형식으로 제조되는데, 비배향부의 경우 광학 성능이 배향부에 비해 현저히 떨어지기 때문에, 영상 표시 장치의 화질이 전반적으로 저하된다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 기재 상에 광 배향막을 형성한 다음, UV 편광을 조사하여 1차 배향을 실시하고, 마스크를 이용하여 상기 1차로 조사된 UV 편광과 수직인 방향의 UV 편광을 일부 영역에만 조사함으로써 2차 배향시킨 다음, 그 위에 액정층을 도포하는 방법이 제안되었다. 이 방법을 사용할 경우, 비배향된 액정층이 존재하지 않게 되나, 마스크를 사용하여야 하기 때문에, 공정이 복잡하고, 2차 배향된 영역과 1차 배향된 영역에 조사된 UV 광의 세기가 다르기 때문에, 1차 배향된 배향막에 의해 액정이 배향되는 정도와 2차 배향된 배향막에 의해 액정이 배향되는 정도가 동일하지 않아, 위상차 편차가 발생한다는 문제점이 있다. 이처럼 위상차 편차가 발생할 경우, 좌안용 영상과 우안용 영상이 깨끗하게 분리되지 않고, 크로스 토크가 발생하기 때문에 선명한 입체 영상을 구현하는데 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광학 필터의 제1영역과 제2영역 간에 발생하는 위상차 편차를 보상하여 선명한 입체 영상을 구현할 수 있도록 개발된 3D 입체안경 및 이를 포함하는 입체영상표시장치를 제공한다.

이를 위해, 일 측면에서 본 발명은 우안용 영상광 및 좌안용 영상광을 배출하는 표시 패널 및 상기 우안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제1영역 및 상기 좌안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제2영역을 포함하는 광학 필터를 포함하는 입체영상표시장치에 사용되는 3D 입체안경으로, 우안용 영상광을 투과시키는 우안 영역 및 좌안용 영상광을 투과시키는 좌안 영역을 포함하며, 상기 우안 영역 및 좌안 영역에 상기 광학 필터의 제1영역 및 제2영역 간의 위상차 편차를 보상하기 위한 보상 필름이 구비되고, 상기 우안 영역에 구비되는 보상 필름과 좌안 영역에 구비되는 보상 필름의 위상차값이 서로 다른 것을 특징으로 하는 3D 입체안경을 제공한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 우안용 영상광 및 좌안용 영상광을 배출하는 표시 패널; 상기 우안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제1영역 및 상기 좌안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제2영역을 포함하는 광학 필터; 및 우안용 영상광을 투과시키는 우안 영역 및 좌안용 영상광을 투과시키는 좌안 영역을 포함하는 3D 입체안경을 포함하며, 상기 우안 영역 및 좌안 영역에 상기 광학 필터의 제1영역 및 제2영역 사이의 위상차 편차를 보상하기 위한 보상 필름이 포함되고, 상기 우안 영역에 구비되는 보상 필름과 좌안 영역에 구비되는 보상 필름의 위상차값이 서로 다른 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치를 제공한다.

본 발명의 3D 입체안경은 우안 영역과 좌안 영역에 각각 위상차가 다른 보상 필름을 구비하여, 광학 필터의 제1영역과 제2영역 사이에 발생하는 위상차 편차를 보상함으로써, 위상차 편차로 인한 크로스 토크를 방지하고, 보다 선명한 입체 영상을 구현할 수 있도록 하였다.

도 1은 본 발명의 입체영상표시장치의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 입체영상장치에 포함되는 광학 필터의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2와 같은 구조의 광학 필터를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 3D 입체안경에서 광학 보상이 이루어지는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에는 본 발명의 입체영상표시장치의 일 실시예가 도시되어 있다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더 자세히 설명한다. 다만, 하기 도면들은 본 발명의 개념을 보다 이해하기 쉽도록 하기 위한 것으로, 본 발명의 일례에 불과하며, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 도면 상에 표현된 구성요소들의 비율, 크기 및 치수 등은 원활한 설명을 위해 과장되거나, 과소하게 표현될 수 있다.

본 발명은, 표시 패널(100) 및 광학 필터(200)를 포함하는 입체영상표시장치에 사용되는 3D 입체안경(300)으로, 상기 3D 입체안경(300)은 우안 영역(300R) 및 좌안 영역(300L)에 광학 필터(200)의 위상차 편차를 보상하기 위한 보상 필름(700)이 구비하되, 우안 영역에 구비되는 보상 필름(700R)과 좌안 영역에 구비되는 보상 필름(700L)의 위상차값이 서로 다른 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 표시 패널(100)은 입체영상 형성을 위해 좌안용 영상광 및 우안용 영상광을 생성하는 것으로, 예를 들면, 수평 방향 또는 수직 방향으로 이차원적으로 배치된 LCD 셀 등을 포함하는 LCD 패널과 같은 표시 소자(130)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 표시 소자(130)의 후방에는 표시 소자(130)에 광을 공급하기 위한 광원(110)이 배치될 수 있으며, 상기 표시 소자(130)의 양측에는 각각 편광판(120, 140)이 구비될 수 있다. 편의상 광원(110)과 표시 소자(130) 사이에 배치되는 편광판을 제1편광판(120), 표시 소자(130)와 광학 필터(200) 사이에 배치되는 편광판을 제2편광판(140)이라 한다. 상기 제1편광판(120) 및 제2편광판(140)은 특정 편광 상태의 빛을 투과시키거나 차단시켜, 명암을 구현하기 위한 것으로, 제1편광판(120)과 제2편광판(140)의 흡수축이 서로 수직이 되도록 배치되는 것이 일반적이다.

다음으로, 상기 광학 필터(200)는 표시 패널(100)에서 출사되는 좌안용 영상광과 우안용 영상광에 서로 다른 편광 상태를 부여하기 위한 것으로, 우안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제1영역(240R) 및 상기 좌안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제2영역(240L)으로 이루어진다.

상기 광학 필터(200)는 표시패널에서 출사되는 좌안용 영상광과 우안용 영상광에 각기 다른 편광 상태를 부여할 수 있으면 되고, 그 구조나 제조 방법 등이 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 당해 기술 분야에서 사용되는 다양한 구조의 광학 필터들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 필터로는 제1영역과 제2영역이 서로 수직한 배향 방향을 갖도록 패터닝된 λ/4 위상차층, 제1영역 또는 제2영역 중 한 영역에만 형성된 λ/2 위상차층, 또는 λ/4 위상차층 및 제1영역 또는 제2영역 중 한 영역에만 형성된 λ/2 위상차층의 적층체 등이 사용될 수 있다.

이와 같은 광학 필터에 있어서, 상기 제1영역과 제2영역은 그 위상차값의 크기는 동일하고, 위상차 방향이 서로 수직인 것이 가장 이상적이나, 실제로 이와 같은 특성을 갖는 광학 필터를 제조하는 것은 극히 어렵다.

예를 들면, 제1영역과 제2영역에 있어서 서로 수직한 배향 방향을 갖도록 패터닝된 λ/4 위상차층은, 기재 상에 배향막을 도포한 후, 상기 배향막 위에 편광 UV을 1차로 조사하여 배향막을 1차 배향하고, 제1영역에 해당하는 부분에 빛이 통과하지 못하도록 설계된 마스크를 통해 편광 UV를 2차로 조사하여, 제2영역에 해당하는 부분만 2차로 배향시키는 방법으로 제조될 수 있다. 이때 1차로 조사되는 편광 UV와 2차로 조사되는 편광 UV는 그 편광 방향이 서로 수직이다. 배향막은 최종적으로 조사된 UV 편광의 방향에 따라 배향이 결정되기 때문에, 상기와 같은 방법에 의하면, 제1영역은 1차로 조사된 편광 UV의 편광 방향으로 배향되고, 제2영역은 2차로 조사된 편광 UV의 편광 방향으로 배향되어, 위상차 방향이 서로 수직인 제1영역과 제2영역을 갖는 광학 필터를 제조할 수 있다.

그러나, 이와 같은 2차 광 조사를 통해 광학 필터를 제조할 경우, 상기 제1영역의 배향막은 광 조사가 1번 이루어지고, 제2영역의 배향막은 광 조사가 2번 이루어지게 되는데, 이와 같이 광 조사 횟수가 다를 경우, 배향막의 액정 배향능이 달라지게 된다. 따라서, 제1영역 상에 형성되는 액정층과 제2영역 상에 형성되는 액정층의 배향정도가 정확하게 일치하지 않기 때문에, 위상차값의 크기가 동일하지 않게 된다.

한편, λ/4 위상차층 상에 제1영역 또는 제2영역 중 한 영역에만 형성된 λ/2 위상차층이 적층된 광학 필터의 경우, 기재 일면에 λ/4 위상차층을 형성하고, 상기 기재의 타면에 λ/2 위상차층을 형성한 다음, 레이저나 에칭 등을 통해 제1영역 또는 제2영역에 해당하는 부분의 λ/2 위상차층을 제거하는 방법으로 제조되는데, 이 경우, λ/2 위상차층을 제거하는 과정에서 열이나 화학 반응에 의해 위상차 편차가 발생할 수 있다.

이와 같이, 다양한 원인들에 의해 광학 필터의 제1영역(240R)과 제2영역(240L) 사이에 위상차 편차가 발생될 수 있는데, 이와 같은 위상차 편차가 발생할 경우, 우안용 영상광과 좌안용 영상광이 3D 입체안경에서 깨끗하게 분리되지 않기 때문에 선명한 입체 영상을 구현할 수 없다.

따라서, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 연구를 거듭한 결과, 3D 입체안경(300)의 우안 영역(300R)과 좌안 영역(300L)에 각각 위상차값이 상이한 보상필름을 장착함으로써, 광학 필터에서 발생되는 위상차 편차에 의한 크로스 토크 문제를 해결할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 3D 입체안경(300)의 구성을 보다 자세히 설명한다.

본 발명의 3D 입체안경(300)은 우안용 영상광을 투과시키는 우안 영역(300R) 및 좌안용 영상광을 투과시키는 좌안 영역(300L)을 포함하여 이루어진다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3D 입체안경(300)에 있어서, 상기 우안 영역(300R) 및 좌안 영역(300L)은 각각 우안용 영상광을 투과시키는 편광판(320R)과 좌안용 영상광을 투과시키는 편광판(320L) 및 상기 편광판(320R, 320L) 상에 각각 부착되는 보상 필름(360R, 360L)을 포함한다. 이때, 상기 우안 영역에 부착되는 보상 필름(360R)과 좌안 영역에 부착되는 보상 필름(360L)은 그 위상차값의 크기가 서로 상이하다.

보다 바람직하게는, 본 발명의 3D 입체안경의 우안 영역에 부착되는 보상 필름(360R)의 위상차값은 그 크기가 광학 필터의 제2영역(240L)의 위상차값과 동일하고, 광축이 서로 수직이며, 좌안 영역에 부착되는 보상 필름(360L)의 위상차값은 그 크기가 광학 필터의 제1영역(240R)의 위상차값과 동일하고, 광축이 서로 수직인 것이 바람직하다. 즉, 광학 필터의 제1영역(240R)의 위상차값을 α, 상기 제2영역(240L)의 위상차값을 β, 상기 표시패널(100)에서 배출되는 영상광의 파장을 λ라 할 때, α＋β=λ/2이고, α≠β이고, 상기 우안 영역에 포함되는 보상 필름(360R)은 위상차값이 β이고, 광축이 상기 제2영역(240L)의 광축과 수직이며, 상기 좌안 영역에 포함되는 보상 필름(360L)은 위상차값이 α이고, 광축이 상기 제1영역(240R)의 광축과 수직인 것이 바람직하다.

한편, 상기 우안 영역 및 좌안 영역의 편광판(320R, 320L)은, 이로써 제한되는 것은 아니나, 표시 소자(130)와 광학 필터(200) 사이에 배치되는 제2편광판(140)의 광 투과축과 수직인 광 투과축을 갖는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 3D 입체안경을 통해 광학 필터의 위상차 편차가 보상되는 원리를 설명하기 위한 것으로, 이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 위상차 편차 보상 원리를 설명하기로 한다. 도 4의 (A)는 우안용 영상광의 경로를 설명하는 것이고, (B)는 좌안용 영상광의 경로를 설명하는 것이다.

예를 들어, 본 발명의 표시 패널에서 방출되는 빛의 파장이 λ=560nm이고, 광학 필터의 제1영역(240R)의 위상차값이 150nm이고, 광축이 -45°이며, 제2영역(240L)의 위상차값이 130nm이고, 광축이 +45°라고 가정해보자.

이때, 본 발명의 3D 입체안경의 우안 영역의 보상 필름(360R)의 위상차값은 130nm이며, 광축은 -45°이며, 좌안 영역의 보상 필름(360L)의 위상차값은 150nm이고, 광축은 +45°이다.

먼저 도 4의 (A)에 도시되어 있는 우안용 영상광의 경로를 살펴본다.

광학 필터의 제1영역(240R)과 우안 영역의 보상 필름(360R)은 광축이 평행하므로, 광학 필터의 제1영역(240R)을 투과한 광(즉, 우안용 영상광)은 우안 영역의 보상 필름(360R)을 통과할 수 있다. 한편, 이 우안용 영상광은 광학 필터의 제1영역(240R)을 거치면서 150nm의 위상지연이 발생하고, 우안영역의 보상 필름(360R)을 통과하면서 130nm의 위상 지연이 발생하게 된다. 광학 필터의 제1영역에서 발생한 위상지연과 우안 영역 보상 필름에서 발생한 위상 지연을 합하면, 총 280nm의 위상지연이 발생하게 되며, 이는 λ/2에 해당되므로, 최종적으로 우안용 영상광은 총 λ/2의 위상차값을 갖게 되어(즉, 광축 90°회전) 우안 영역의 편광판(320R)을 투과할 수 있게 된다. 따라서, 우안용 영상광은 3D 입체안경 뒤에 있는 오른쪽 눈에 투시될 수 있다.

한편, 광학 필터의 제2영역(240L)과 우안 영역의 보상 필름(360R)은 위상차값 크기는 동일하고, 광축이 서로 수직이기 때문에, 광학 필터의 제2영역(240L)을 투과한 광(즉, 좌안용 영상광)은 상쇄되어 우안 영역의 보상 필름(350R)을 통과하지 못하게 된다. 따라서, 3D 입체안경 뒤에 있는 오른쪽 눈에는 좌안용 영상광이 도달하지 못한다.

좌안용 영상광의 경로도 상기와 유사하다. 즉, 광학 필터의 제2영역(240L)과 좌안 영역의 보상 필름(360L)은 광축이 동일하기 때문에, 좌안용 영상광은, 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 좌안 영역의 보상 필름을 통과할 수 있으며, 이 과정에서 130nm와 150nm의 2차례의 위상 지연을 겪는다. 그 결과 좌안용 영상광의 위상차 값은 총 λ/2이 되어 광축이 90°회전되므로, 좌안 영역의 편광판(320L)을 통과할 수 있게 된다. 따라서, 좌안용 영상광은 3D 입체안경 뒤에 있는 왼쪽 눈에 투시될 수 있다.

그러나, 광학 필터의 제1영역(240R)을 투과한 우안용 영상광은 3D 입체안경의 좌안 영역의 보상 필름(360L)을 통과하지 못하고 상쇄되기 때문에, 왼쪽 눈으로는 우안용 영상광이 도달하지 않게 된다.

이와 같이, 본 발명의 3D 입체안경을 사용하면 광학 필터에 위상차 편차가 존재하더라도, 좌안용 영상광은 좌안 영역으로만 투과되고, 우안용 영상광은 우안 영역으로만 투과되게 되므로, 크로스 토크가 없는 깨끗한 입체 영상을 구현할 수 있다.

이에 비해, 상기와 동일한 조건의 입체영상표시장치에 우안 영역과 좌안 영역에 동일한 위상차값 크기의 보상 필름이 부착된 3D 입체안경을 사용한다면 크로스 토크 개선 효과를 얻을 수 없다. 예를 들어, 우안 영역에 140nm의 위상차값을 갖고, 광축이 -45°인 보상필름을 부착하고, 좌안 영역에 140nm의 위상차값을 갖고, 광축이 +45°인 보상필름을 부착했다고 가정해보자. 이 경우, 우안용 영상광은 광학 필터의 제1영역을 통과하면서 150nm의 위상차가 발생하고, 이 빛이 3D 입체안경으로 투시된다. 이때, 3D 입체안경의 좌안 영역의 보상 필름은 광축이 광학 필터의 제1영역과 수직이나, 140nm의 위상차값을 갖기 때문에, 상기 우안용 영상광이 보상 필름에서 완전히 상쇄되지 않고, 일부가 투과되게 된다. 이는 좌안용 영상광의 경우도 마찬가지이다. 이처럼, 3D 입체안경의 좌안 영역과 우안 영역의 위상차 크기가 동일할 경우, 좌안용 영상광과 우안용 영상광이 깨끗히 분리되지 않아 선명한 입체 영상을 구현하기 어렵다.

다음으로, 본 발명의 입체영상표시장치에 대해 설명한다.

본 발명의 입체영상표시 장치는 표시 패널(100), 광학 필터(200) 및 3D 입체안경(300)을 포함한다. 이 중 표시 패널(100)과 3D 입체안경(300)은 상기에서 설명한 바와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 광학 필터(200)로는 상기한 바와 같이, 우안용 영상광과 좌안용 영상광의 편광 상태를 조절하기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 입체영상표시장치의 광학 필터를 제한없이 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 경우, 광학 필터의 제1영역과 제2영역에 위상차 편차가 있는 경우라도, 편광 안경에서 이를 보상해주기 때문에, 종래보다 선명한 3D 입체영상을 구현할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 광학 필터(200)는 기재; 상기 기재 상에 형성되며, 상기 제1영역에 대응되는 부분과 상기 제2영역에 대응되는 부분이 서로 다른 배향 방향을 갖도록 패터닝된 배향막; 및 상기 배향막의 상면에 형성되는 액정층을 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 기재로는 예를 들면, 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 플라스틱 기재들이 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용 가능한 기재의 예로는, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 노보르넨 유도체 등의 사이클로 올레핀 폴리머 기재 등을 들 수 있다.

상기 기재(210)는 위상차가 없는 등방성 기재이거나, 면 방향 위상차 없이 두께 방향의 위상차 값만을 갖는 것이 바람직하며, 기재(210)의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니나, 일반적으로 30 내지 100㎛ 정도인 것이 바람직하다.

또한, 상기 배향막은 제1영역과 제2영역을 형성할 수 있도록 패터닝되어 있기만 하면 되고, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 즉, 러빙 배향막이나 광 배향막이 사용될 수 있다. 다만, 제조 공정 상의 편의를 고려할 때 광 배향막인 것이 보다 바람직하다.

한편, 상기와 같은 패터닝된 배향막은, 예를 들면, 기재 상에 배향막을 도포한 후, 배향막 전체에 1차 UV 편광을 조사하여 1차 배향을 형성한 다음, 제1영역의 광 투과를 차단하는 마스크를 통해 2차 UV 편광을 조사하여 2차 배향을 형성하는 방법으로 제조될 수 있다. 한편, 상기 제1영역에 대응되는 부분과 상기 제2영역에 대응되는 부분의 배향막 배향 방향은 서로 수직인 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 액정층은 상기 패터닝된 배향막 상에 액정 물질을 도포한 후, 경화시킴으로써 형성될 수 있으며, 배향막의 배향 방향에 따라, 서로 다른 방향으로 고정되어 제1영역과 제2영역을 형성하게 된다. 상기 액정층은, 이로써 한정되는 것은 아니나, λ/4 위상차층인 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 2차 광 조사를 통해 형성된 광학 필터의 경우, 제1영역과 제2영역 사이에 위상차 편차가 발생할 수 있으나, 본 발명의 입체영상표시장치의 경우, 편광 안경에서 위상차 편차를 보상해주기 때문에, 광학 필터에 위상차 편차가 존재하더라도, 깨끗한 3차원 영상을 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 광학 필터는, 도 2에 도시된 바와 같은 구조, 즉, 기재(210), 제1 배향막(220), 제2배향막(230) 및 액정층(240)을 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 기재(210)로는 예를 들면, 이 기술분야에 일반적으로 알려져 있는 플라스틱 기재들이 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용 가능한 기재의 예로는, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 트리아세틸 셀룰로오스, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 노보르넨 유도체 등의 사이클로 올레핀 폴리머 기재 등을 들 수 있다.

상기 기재(210)는 위상차가 없는 등방성 기재이거나, 면 방향 위상차 없이 두께 방향의 위상차 값만을 갖는 것이 바람직하며, 기재(210)의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니나, 일반적으로 30 내지 100㎛ 정도인 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1배향막(220)은 상기 기재(210)의 일면에 전면적으로 형성되고, 상기 제2배향막(230)은 상기 제1배향막(220)의 상면에 일정한 패턴으로 형성된다. 제1배향막(220)과 제2배향막(230)을 이와 같은 구조로 형성할 경우, 기재(210) 일면 상에 제1배향막(220)과 제2배향막(230)이 번갈아가면서 나타나게 되고, 그 위에 액정층(240)을 형성하면, 제1배향막 위에 놓여진 액정층(240R)은 제1배향막(220)에 의해 배향되고, 제2배향막 위에 놓여진 액정층(240L)은 제2배향막(230)에 의해 배향되게 된다.

이때, 상기 제1배향막(220)과 제2배향막(230)은 서로 다른 배향 처리 방식을 가지며, 그 배향 처리 방향도 서로 다른 것을 특징으로 한다. 예를 들면, 제1배향막(220)이 광 배향막이면, 제2배향막(230)으로는 러빙 배향막을 사용하고, 제1배향막(220)이 러빙 배향막이면 제2배향막(230)으로는 광 배향막을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 처리 방식이 다른 배향막을 사용할 경우, 하나의 배향막 처리 방법이 다른 배향막에 영향을 미치지 않기 때문에 마스크나 포토레지스트와 같은 복잡한 과정을 거치지 않고도 서로 다른 배향 처리 방향을 갖는 배향막을 손쉽게 형성할 수 있다. 예를 들면, 러빙 배향막에 UV 편광을 조사한다고 하더라도, 배향막의 배향 처리 방향이 바뀌지 않으며, 거꾸로 광 배향막에 러빙 처리를 하는 경우도 마찬가지이다. 따라서, 러빙 배향막을 도포한 다음, 제1배향 방향으로 러빙 처리를 하여 러빙 배향막을 형성하고, 그 위에 일정한 간격으로 광 배향막용 고분자막을 도포하고, 제1배향 방향과 다른 제2배향 방향으로 편광된 UV 편광을 조사하는 방법으로, 서로 다른 배향 방향을 갖는 제1배향막과 제2배향막을 형성할 수 있다.

이때, 상기 제1배향막(220)과 제2배향막(230)의 배향 처리 방향은 서로 수직인 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 액정층(240)은 상기 제1배향막(220) 및 제2배향막(230)의 상부에 형성되며, 제2배향막에 의해 배향된 제1영역(240R) 및 제1배향막에 의해 배향된 제2영역(240L)을 포함한다. 배향막 위에 액정 물질을 도포하면, 액정 물질은 배향막의 배향 처리 방향을 따라 배향되는데, 상기한 바와 같이, 본 발명에서 있어서, 제1배향막(220)과 제2배향막(230)이 교대로 노출되도록 형성되어 있고, 제1배향막(220)과 제2배향막(230)은 배향 방향이 서로 다르기 때문에, 그 위에 액정층(240)을 형성하면, 서로 다른 방향으로 배향된 액정층(240R, 240L)이 교대로 형성되게 된다.

이때 상기 액정층(240)의 패턴은 제2배향막(230)의 도포 패턴에 따라 결정된다. 즉, 제2배향막이 스트라이프 모양으로 도포되었을 경우에는 액정층이 스트라이프 패턴으로 형성되고, 제2배향막이 바둑판 모양으로 도포되었을 경우에는 액정층이 바둑판 형태로 형성되게 된다.

한편, 상기 액정층(240)은 그 두께에 따라 다양한 위상차를 가질 수 있으며, 바람직하게는 λ/4 위상차층일 수 있다. 상기 액정층(240)이 λ/4 위상차층일 경우, 입사 광원이 선편광인 경우에는 원편광으로, 또 입사광원이 원편광인 경우에는 선편광으로 편광을 바꿔주는 역할을 수행하며, 이러한 기능은 3차원 입체 영상 표시에 유용하게 사용될 수 있기 때문이다.

또한, 상기 액정층(240)은 광학 필터의 전면적에 대하여 형성되되, 우안용 영상광이 투과되는 영역과 좌안용 영상광이 투과되는 영역이 서로 수직한 배향 방향을 갖도록 패터닝되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 우안용 영상광이 투과되는 부분에는 45°각도로 배향된 λ/4 위상차층을 형성하고, 좌안용 영상광이 투과되는 부분에는 -45°각도로 배향된 λ/4 위상차층을 형성되도록 할 수 있다. 이 경우, 제2편광판을 투과한 직선 편광은 λ/4 위상차층을 통과하면서 원 편광으로 변환되고, 우안용 영상광과 좌안용 영상광은 서로 역 방향의 회전 방향을 갖는 원 편광이 된다. 즉, 우안용 영상광이 우원 편광이라면, 좌안용 영상광은 좌원 편광이 된다.

도 3에는 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 광학 필터 제조 방법이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학 필터는 (1) 제1배향막 재료 도포단계, (2) 제1배향막 형성 단계, (3) 제2배향막 재료 도포단계, (4) 제2배향막 형성단계 및 (5) 액정 물질층 형성 단계를 통해 제조될 수 있다.

먼저, 기재의 일면에 제1배향막 재료를 전면적으로 도포한다. 이때 상기 제1배향막 재료는 러빙 배향막용 고분자막 또는 광 배향막용 고분자막일 수 있다.

기재 상에 제1배향막 재료가 전면적으로 도포되면, 이를 배향 처리하여 제1배향막을 형성한다. 이때 배향막 처리 방법은 사용된 제1배향막 재료에 따라 적절한 방법으로 수행된다. 즉, 제1배향막 재료가 러빙 배향막용 고분자막인 경우에는 상기 고분자막을 러빙 천으로 일정한 방향(제1배향방향)으로 문질러 러빙처리하는 방식(러빙 배향 방식)으로 제1배향막을 형성하며, 제1배향막 재료가 광 배향막용 고분자막인 경우에는 상기 고분자막에 일정한 방향(제1배향방향)으로 편광된 UV를 조사하는 방식(광 배향 방식)으로 제1배향막을 형성한다.

상기와 같은 방법으로 제1배향막이 형성된 다음, 그 위에 제2배향막 재료를 도포한다. 이때 상기 제2배향막 재료는 전면적에 도포하지 않고, 일정한 패턴을 형성하도록 도포한다. 예를 들면, 일정한 간격으로 배치된 스트라이프 패턴이나, 바둑판 형태로 도포할 수 있다. 제2배향막을 이와 같이 일정한 패턴으로 선택적으로 도포하면, 외부로 제1배향막과 제2배향막이 교대로 노출되게 된다.

한편, 상기 제1배향막 및/또는 제2배향막은 인쇄 방식에 의해 도포될 수 있다. 인쇄 방식으로 배향막 재료를 도포할 경우, 마스크나 포토레지스트 공정과 같은 복잡한 공정을 거치지 않고도 원하는 위치에만 필요한 물질을 도포할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 불필요한 곳에 재료를 낭비하지 않기 때문에 제조 비용이 저렴하고, 인쇄 패턴 변화를 통해 형성하고자 하는 패턴의 선폭 등을 간단하게 조절할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기 제2배향막 형성용 재료는 제1배향막 형성용 재료와는 다른 방식으로 형성되는 것을 사용한다. 즉, 제1배향막이 광 배향막인 경우에는 제2배향막으로 러빙 배향막용 고분자막을 사용하고, 제1배향막이 러빙 배향막인 경우에는 제2배향막으로 광 배향막용 고분자막을 사용한다.

한편, 제2배향막의 형성 단계는 사용된 제2배향막 재료에 따라 적절한 방법으로 수행된다. 즉, 제2배향막 재료가 러빙 배향막용 고분자막인 경우에는 상기 고분자막을 러빙 천으로 일정한 방향(제2배향방향)으로 문질러 러빙처리하는 방식(러빙 배향 방식)으로 제2배향막을 형성하며, 제2배향막 재료가 광 배향막용 고분자막인 경우에는 상기 고분자막에 일정한 방향(제2배향방향)으로 편광된 UV를 조사하는 방식(광 배향 방식)으로 제2배향막을 형성한다.

이때, 상기 제2배향막의 배향방향은 제1배향막의 배향방향과 다르게 형성되며, 바람직하게는 수직하게 형성된다. 상기한 바와 같이, 제1배향막과 제2배향막은 배향 방식이 다르기 때문에, 제1배향막이 표면에 노출되어 있어도, 제2배향막 처리시에 영향을 받지 않는다. 따라서, 제2배향막이 형성된 후에 기재 표면에는 제1배향 방향으로 배향된 제1배향막과 제2배향방향으로 배향된 제2배향막이 교대로 나타나게 된다.

다음으로, 상기 교대로 형성된 제1배향막과 제2배향막 상에 반응성 액정 물질을 도포한 후, 열 또는 광을 조사하여 가교시키는 방법으로 액정층을 형성한다. 반응성 액정은 광 또는 열에 의해 주변의 액정 모노머들이 서로 중합되면서, 액정 폴리머를 형성하는 물질을 말하는 것으로, 반응성 액정 모노머의 중합 반응을 일으키는 반응기인 아크릴레이트기가 부착된 것들 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 대표적인 예로는 머크사의 RM(Reactive Mesogen)이나, BASF사의 LC242 등을 들 수 있다.

상기와 같이 제조되는 본 발명의 광학 필터는 포토리소그라피법과 같은 다단계 공정 또는 마스크 공정을 거치지 않는 간단한 방법으로 제조될 수 있으며, 액정층 하부에 배향막이 전면적으로 형성되어 있어, 배향이 발생하지 않는 비배향부가 없기 때문에, 광학 성능도 우수하다는 장점이 있다. 또한, 인쇄 공정을 통해 제조될 수 있어, 표시 패널의 픽셀과의 정합도도 우수하다. 다만, 상기 광학 필터의 경우, 제1배향막 위에 두께를 갖는 제2배향막이 형성되어 있기 때문에, 제1배향막 위에 형성되는 액정층의 두께와 제2배향막 위에 형성되는 액정층의 두께가 달라지게 되며, 그 결과 제1영역과 제2영역의 위상차값에 편차가 발생하게 된다. 이와 같이 위상차값에 편차가 발생할 경우, 선명한 입체 영상을 구현하기 어렵다는 문제점이 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 입체영상표시장치의 경우, 이를 보상해주는 3D 입체안경을 사용하기 때문에, 위상차 편차로 인한 크로스 토크 문제를 해결하고, 선명한 입체 영상을 구현할 수 있다.

100: 표시패널
110: 광원
120, 140: 편광판
130: 표시소자
200: 광학 필터
210: 기재
220: 제1배향막
230: 제2배향막
240: 액정층
240(R): 제1영역, 240(L): 제2영역
300: 3D 입체안경
300(R): 우안 영역, 300(L): 좌안 영역
320(R):우안용 편광판, 320(L): 좌안용 편광판
360(R) :우안용 보상필름, 360(L):좌안용 보상필름

Claims (14)

1. 우안용 영상광 및 좌안용 영상광을 배출하는 표시 패널 및 상기 우안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제1영역 및 상기 좌안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제2영역을 포함하는 광학 필터를 포함하는 입체영상표시장치에 사용되는 3D 입체안경으로, 상기 3D 입체안경은 우안용 영상광을 투과시키는 우안 영역 및 좌안용 영상광을 투과시키는 좌안 영역을 포함하며, 상기 우안 영역 및 좌안 영역에 상기 광학 필터의 제1영역 및 제2영역 간의 위상차 편차를 보상하기 위한 보상 필름이 구비되며, 상기 우안 영역에 구비되는 보상 필름과 좌안 영역에 구비되는 보상 필름의 위상차값이 서로 다르고, 상기 표시 패널에서 배출되는 영상광의 파장을 λ라 할 때, 상기 우안 영역의 보상 필름의 위상차값과 상기 제1영역의 위상차값의 합과 상기 좌안 영역의 보상 필름의 위상차값과 상기 제2영역의 위상차값의 합은 각각 λ/2인 3D 입체안경.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 광학 필터의 제1영역의 위상차값을 α, 상기 제2영역의 위상차값을 β, 상기 표시패널에서 배출되는 영상광의 파장을 λ라 할 때, α＋β=λ/2이고, α≠β이고,
   상기 우안 영역에 포함되는 보상 필름은 위상차값이 β이고, 광축이 상기 제2영역의 광축과 수직이며, 상기 좌안 영역에 포함되는 보상 필름은 위상차값이 α이고, 광축이 상기 제1영역의 광축과 수직인 3D 입체안경.
   
3. 우안용 영상광 및 좌안용 영상광을 배출하는 표시 패널; 상기 우안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제1영역 및 상기 좌안용 영상광의 편광 상태를 조절하는 제2영역을 포함하는 광학 필터; 및 우안용 영상광을 투과시키는 우안 영역 및 좌안용 영상광을 투과시키는 좌안 영역을 포함하는 3D 입체안경을 포함하며, 상기 우안 영역 및 좌안 영역에 상기 광학 필터의 제1영역 및 제2영역 사이의 위상차 편차를 보상하기 위한 보상 필름이 포함되고, 상기 우안 영역에 구비되는 보상 필름과 좌안 영역에 구비되는 보상 필름의 위상차값이 서로 다르고, 상기 표시 패널에서 배출되는 영상광의 파장을 λ라 할 때, 상기 우안 영역의 보상 필름의 위상차값과 상기 제1영역의 위상차값의 합과 상기 좌안 영역의 보상 필름의 위상차값과 상기 제2영역의 위상차값의 합은 각각 λ/2인 입체영상표시장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 광학 필터의 제1영역의 위상차값을 α, 상기 제2영역의 위상차값을 β, 상기 표시패널에서 배출되는 영상광의 파장을 λ라 할 때, α＋β=λ/2이고, α≠β이고,
   상기 우안 영역에 포함되는 보상 필름은 위상차값이 β이고, 광축이 상기 제2영역의 광축과 수직이며, 상기 좌안 영역에 포함되는 보상 필름은 위상차값이 α이고, 광축이 상기 제1영역의 광축과 수직인 입체영상표시장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 광학 필터는 기재;
   상기 기재의 전면에 형성되는 제1배향막;
   상기 제1배향막의 상면에 일정한 패턴으로 형성되는 제2배향막; 및
   상기 제1배향막 및 제2배향막 상면에 형성되며, 제1배향막에 의해 배향되는 제1영역 및 제2배향막에 의해 배향되는 제2영역으로 이루어진 액정층을 포함하는 입체영상표시장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1배향막과 제2배향막은 배향처리 방식이 상이한 재료로 이루어지는 입체영상표시장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 액정층은 λ/4 위상차층인 입체영상표시장치.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 제1배향막은 러빙 배향막이고,
   상기 제2배향막은 광 배향막인 입체영상표시장치.
   
9. 제5항에 있어서,
   상기 제1배향막은 광 배향막이고,
   상기 제2배향막은 러빙 배향막인 입체영상표시장치.
   
10. 제5항에 있어서,
    상기 제1배향막과 제2배향막의 배향 방향은 서로 수직인 입체영상표시장치.
    
11. 제3항에 있어서,
    상기 광학 필터는 기재;
    상기 기재 상에 형성되며, 상기 제1영역에 대응되는 부분과 상기 제2영역에 대응되는 부분이 서로 다른 배향 방향을 갖도록 패터닝된 배향막; 및
    상기 배향막의 상면에 형성되는 액정층을 포함하는 입체영상표시장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 배향막은 광 배향막인 입체영상표시장치.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 액정층은 λ/4 위상차층인 입체영상표시장치.
    
14. 제11항에 있어서,
    상기 제1영역에 대응되는 부분과 상기 제2영역에 대응되는 부분이 서로 수직인 배향 방향을 갖는 입체영상표시장치.

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