KR101147088B1 - 화상전환용 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 렌티큘라층을 화상전환 패널 외측면에 부착하여 공정을 간소화하고 화상전환 패널 사이에 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)셀을 구비하여 입체화상과 평면화상을 선택적으로 전환할 수 있게 하는 화상전환용 액정표시소자에 관한 것으로서, 특히 대향합착된 제 1 ,제 2 기판 사이에 제 1 액정층이 구비되어 데이터 신호에 따라 화상을 표시하는 액정패널과, 상기 액정패널 상면에 배치되고, 서로 대향합착된 제 3 ,제 4 기판과 그 사이에 제 2 액정층이 구비된 화상전환패널과, 상기 화상전환 패널 상면에 부착된 렌티큘라 시트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020050058276
PDLC셀, 렌티큘라 시트, 입체화상, 평면화상

Description

화상전환용 액정표시소자{Display Switchable Mode Liquid Crystal Display Device}
도 1은 종래의 입체화상 표시장치의 3차원 화상의 인지원리를 나타내는 도면.
도 2는 종래의 멀티-뷰(multi-view) 방식을 설명하기 위한 렌티큘라 시트의 배치도.
도 3은 종래 기술에 의한 화상전환용 액정표시소자의 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 화상전환용 액정표시소자의 단면도.
도 5a는 화상전환 패널에 전압이 인가되지 않았을 경우의 단면도.
도 5b는 화상전환 패널에 전압이 안가되었을 경우의 단면도.
도 6은 본 발명의 화상전환 패널을 통과한 빛의 광경로도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
110 : 액정패널 111 : TFT 어레이 기판
112 : 컬러필터 어레이 기판 113 : 액정층
120 : 화상전환 패널 121 : 제 1 기판
122 : 제 2 기판 123 : PDLC셀
123a : 폴리머 볼 124 : 제 1 전극
125 : 제 2 전극 130 : 렌티큘라 시트
본 발명은 화상전환용 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 전기적인 신호에 따라 입체화상(3D)과 평면화상(2D)으로 변환시킬 수 있는 화상전환용 액정표시소자에 관한 것이다.
현재, 3D를 표현하기 위한 많은 방법이 제안되어 왔으며, 이중 평판 디스플레이(display)에 사용 가능한 방법으로 스테레오스코픽(stereoscopic) 방법이 많이 이용되고 있으며, 상기 스테레오스코픽 방법은 안경을 쓰는 방식과 안경을 쓰지 않는 방식으로 나눌 수 있다. 안경을 쓰는 방식은 안경의 양쪽에 서로 다른 처리를 하여 3D를 구현하는 것이고, 안경이 필요없는 방식은 공간적으로 이미지를 분리하여 3D를 구현하는 것이다. 후자의 방법으로 렌티큘라 시트(lenticular sheet)를 사용하거나 파랄락스 배리어(parallax barrier)를 이용하여 공간적으로 이미지를 분리할 수 있다.
일반적으로, 사람의 두 눈은 약 65mm 떨어져 있어서 사물을 바라볼 때 그 위치의 차이 때문에 왼쪽 눈과 오른쪽 눈은 서로 약간 다른 영상을 보게 되며, 이러한 영상은 뇌에서 합쳐지게 되어 입체감을 느끼게 되는데, 이렇게 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안시차(binocular disparity)라고 한다. 3D 디스플레이는 이러한 양안시차를 이용하여 왼쪽 눈은 왼쪽 눈에 대한 영상만 보게 하고 오른쪽 눈은 오른쪽 눈 영상만을 볼 수 있도록 한다.
이하에서, 도면을 참조하여 종래의 화상전환용 액정표시소자에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다. 이하에서는 안경이 필요 없는 방식 중 렌티큘라 시트(Lenticular Sheet)를 사용하는 방식에 관하여 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 입체화상 표시장치의 3차원 화상의 인지원리를 나타내는 도면이고, 도 2는 종래의 멀티-뷰(multi-view) 방식을 설명하기 위한 렌티큘라 시트의 배치도이며, 도 3은 종래 기술에 의한 화상전환용 액정표시소자의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 렌티큘라형 3D 화상표시장치는 액정패널(10)과, 액정패널(10)의 배면에 배치되어 광을 조사하는 광원(20)과, 액정패널 상면에 배치되어 광원으로부터 조사되는 광의 경로를 변조하여 액정패널에 조사하는 렌티큘라형 렌즈(60)를 구비한다.
상기 액정패널(10)은 서로 대향하는 상,하부 기판 사이에 형성된 액정층이, 외부구동회로부터 인가된 데이터 전압에 따라 광원(20)으로부터 조사되는 광의 투과량을 조절하여 원하는 화상을 표시한다.
이와같이, 종래의 렌티큘라형 3D 화상표시장치는 렌티큘라형 렌즈(60)를 이용하여 관측자의 두 눈에 도달하는 광의 경로를 바꾸게 되는데, 관측자의 눈(80)은 렌티큘라형 렌즈(60)에 의해 굵은 실선에 대응되는 액정패널의 픽셀영역과 점선에 대응되는 액정패널의 픽셀영역의 미세한 차이를 느끼고 이로 인하여 관측자의 뇌가 3D 화상을 느끼게 된다.
한편, 렌티큘라형 시트를 기울여 3D를 볼 수 있는 시야각을 넓힐 수 있는데, 이러한 기술을 멀티-뷰(multi-view) 방식이라 하며, 미국특허 US006064424(‘AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY APPARATUS')에 잘 개시되어 있다. 이러한 방식은 3D 표현시 가로, 세로 해상도를 비슷한 정도로 감소시킬 수 있다. 렌티큘라형 시트를 기울이지 않을 경우에는 가로 해상도만 줄어들게 된다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 규칙적으로 배열되어 있는 복수개의 단위픽셀(12)을 통해 화상이 표시되고, 단위픽셀 외곽에는 블랙 매트릭스(18)가 구비되어 있으며, 렌티큘라형 시트(15)는 Y축에 대해 α각도로 기울어져 L을 종축으로 하는데, 렌티큘라형 시트의 굴곡면이 R,G,B로 이루어지는 화소의 폭과 동일한 폭을 가지도록 구성된다.
하지만, 종래의 입체화상 표시장치는 항상 3D 화상만을 표시할 수 있을 뿐 2D를 표시하기에는 어려움이 있는바, 사용자의 의도에 따라 평면화상 2D와 입체화상 3D를 선택적으로 표시할 수 있는 화상전환용 액정표시소자가 절실히 요구되고 있다.
도 3은 렌티큘라 방식의 화상전환용 액정표시소자를 나타낸 것으로, 평면화상 2D를 표시하는 액정패널(81)과, 액정패널 배면에 배치되어 광을 제공하는 백라이트 유니트(도시하지 않음)와, 전기적인 신호에 따라 입체화상(3D)과 평면화상(2D) 중 어느하나로 변환하는 화상전환 패널(82)로 구성된다.
구체적으로, 상기 화상변환 패널(82)은 일정한 간격을 가지고 서로 대향합착된 제 1 ,제 2 기판(90,96)과, 상기 두 기판 사이에 구비된 액정층(83)과, 상기 제 1 기판(90) 상에 형성되어 전기적 신호를 공급하는 투명한 제 1 전극(91)과, 상기 제 1 전극(92) 상에 형성되고 표면에 렌즈모양의 굴곡면을 가지는 렌티큘라층(92)과, 상기 렌티큘라층(93)의 표면 전체에 형성되는 제 1 배향막(93)과, 상기 제 2 기판(96) 상에 형성되어 전압을 인가하는 투명한 제 2 전극(95)과, 상기 제 2 전극(95) 상에 형성되는 제 2 배향막(94)으로 구성된다.
이때, 상기 액정층은 전기광학적 물질로서, 일반적으로 네마틱(nematic) 액정을 사용하며, 상기 액정층의 균일한 배열을 위해 배향막을 더 구비한다.
상기의 렌티큘라 방식의 화상전환 패널은 제 1 ,제 2 전극에 인가되는 전기적 신호에 따라 액정패널로부터 출광되는 화상을 입체화상 또는 평면화상으로 표시할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 멀티모드용 3D 화상표시장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 상기 렌티큘라층은 광학적으로 투명한 폴리메릭(polymeric) 물질을 사용하여 형성하는데, 표면의 굴곡면은 잘 알려진 포토리소그래피 기술에 의해 패터닝하여 형성한다. 따라서, 렌티큘라 시트의 일측면은 편편한 평면이고 반대측면은 규칙적으로 렌즈모양의 굴곡면이 형성된다. 그러나, 화상전환 패널 내부에 일정한 간격과 일정한 굴곡(curvature)을 가지는 폴리머 레이어(polymer layer) 즉, 렌티큘라층를 형성하기는 공정상 용이하지 않다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 렌티큘라층을 화상전환 패널 외측면에 부착하여 공정을 간소화하고 화상전환 패널 사이에 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)셀을 구비하여 입체화상과 평면화상을 선택적으로 전환할 수 있게 하는 화상전환용 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 화상전환용 액정표시소자는 대향합착된 제 1 ,제 2 기판 사이에 제 1 액정층이 구비되어 데이터 신호에 따라 화상을 표시하는 액정패널과, 상기 액정패널 상면에 배치되고, 서로 대향합착된 제 3 ,제 4 기판과 그 사이에 제 2 액정층이 구비된 화상전환패널과, 상기 화상전환패널 상면에 형성된 렌티큘라 시트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 액정층은 PDLC 셀로 하는데, 상기 PDLC셀에 대한 전압 인가 여부에 따라 빛의 산란 여부가 결정되고 결국, 액정패널을 통과한 평면화상이 입체화상으로 전환되는지의 여부가 결정된다.
이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명에 의한 화상전환용 액정표시소자를 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 의한 화상전환용 액정표시소자의 단면도이고, 도 5a는 화상전환 패널에 전압이 인가되지 않았을 경우의 단면도이며, 도 5b는 화상전환 패널에 전압이 안가되었을 경우의 단면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 화상전환 패널을 통과한 빛의 광경로도이다.
본 발명에 의한 렌티큘라 방식의 화상전환용 액정표시소자는, 도 4에 도시된 바와 같이, 데이터 신호에 따라 평면화상(2D)을 디스플레이하는 액정패널(110)과, 액정패널 배면에 배치되어 광을 제공하는 백라이트 유니트(도시하지 않음)와, 외부 전기적인 신호에 따라 액정패널로부터 출사하는 평면화상(2D)을 입체화상(3D)과 평면화상(2D) 중 어느 하나로 출사시키는 화상전환 패널(120)로 구성되는바, 렌티큘라 시트(130)는 상기 화상전환 패널 상면에 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 액정패널(110)은 상부기판인 컬러필터(color filter) 어레이 기판(112)과 하부기판인 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판(111)이 서로 대향되도록 배치되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정층(113)이 형성되는 구조를 가지는 것으로, 화소 선택용 어드레스(address) 배선을 통해 수십 만개의 화소에 부가된 박막트랜지스터(TFT)를 스위칭 동작시켜 해당 화소에 전압을 인가해 주는 방식으로 구동된다.
상기 TFT 어레이 기판(111)과 컬러필터 어레이 기판(112)의 외측면에는 편광필름이 더 부착되어, 자연광을 편광시켜 액정패널에 제공한다. 상기 액정패널의 양면에 부착되는 편광필름은 서로의 편광축이 서로 직교하도록 한다.
그리고, 상기 화상전환 패널(120)은 일정한 간격을 가지고 서로 대향합착된 제 1 ,제 2 기판(121,122)과, 상기 제 1 기판(121) 내측면에 형성되어 전기적 신호를 공급하는 제 1 전극(도 5의 124)과, 상기 제 2 기판 내측면에 형성되어 전기적 신호를 공급하는 제 2 전극(도 5의 125)과, 상기 두 기판 사이에 구비되어 상기 제 1 ,제 2 전극(124,125)에 인가되는 전기적 신호에 따라 그 액정의 배열이 바뀌는 캡슐 형태의 PDLC셀(123)로 구성된다.
이때, 도시하지는 않았으나, 상기 제 1 ,제 2 전극을 포함한 전면에는 액정층의 초기배열을 결정하기 위한 제 1 ,제 2 배향막이 더 구비된다.
그리고, 상기 제 1 ,제 2 전극은 액정패널을 통과한 화상이 그대로 통과되어야 하므로 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명도전물질을 사용하여 형성한다.
상기 PDLC셀(123)은 고분자 복합체로서, 상기 PDLC셀은 내부에 액정이 채워져 있는 복수개의 폴리머 볼(도 5의 123a)이 다시 폴리머층에 분산되어 액정층을 구성하는 것을 특징으로 한다.
참고로, 상기 PDLC셀은 고분자를 발포시켜 속이 비어 있는 폴리머 볼(123a)을 제작하고, 상기 폴리머 볼 내부에 액정을 흡수시킨 후, 느린 건조과정을 거쳐 폴리머 볼 내부의 용매를 제거하여 액정만 남게 하여 형성한 다음, 액정이 채워져 있는 폴리머 볼을 폴리머에 다시 넣어 액정 고분자 복합체를 완성한 후, 이것을 프린팅 방법, 코팅법 또는 도포법에 의해 화상변환 패널의 기판 사이에 형성한다. 이 때 사용되는 폴리머 볼은 폴리스타이렌(Poly Styrene), 폴레에틸렌(Poly Ethylene), 폴리우레탄(Poly Urethane), 폴리염화비닐(Poly chloride Vinyl), 폴리메틸메타아크릴레이트(Poly Methyl Methane Acrylate), 폴리카보네이트 에폭시수지(Poly Carbonate Epoxy Resin), 폴리비닐아크릴레이트(Poly Vinyl Acrylate) 등의 투명한 고분자 물질로 형성한다.
이와같이, 본 발명에 의한 화상전환 패널은 PDLC셀(123)에 의해서 2D의 평면화상을 3D의 입체화상으로 변환시키는데, 구체적으로, 도 5a에 도시된 바와 같이, 화상전환 패널의 제 1 ,제 2 전극(124,125)에 전압이 인가되지 않을 때에는 제 1 ,제 2 전극 사이에 전압차가 발생하지 않으므로 폴리머 볼 내부의 액정이 무질서하게 배열되어 PDLC셀(123)을 통과한 빛이 산란된다.(도 6참고) 빛이 산란될 경우에는 화상변환 패널(120)이 렌즈의 역할을 할 수 없게 됨으로써 입사각에 따라 서로 다른 픽셀을 볼 수 없게 되어 액정패널로부터 출사되는 평면화상을 2D 이미지 그대로 보게 된다.
그리고, 제 1 ,제 2 전극(124,125)에 전압이 인가될 때에는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제 1 ,제 2 전극 사이에 전압차가 발생하여 폴리머 볼 내부의 액정이 일정한 방향으로 배향되므로 빛이 산란되지 않아 양쪽눈이 서로 다른 픽셀을 보게 되는 것이다.(도 6참고) 즉, 양안시차를 생성하여 3D 이미지를 볼 수 있게 된다.
한편, 상기 제 2 기판 외측면에 형성되어 표면에 렌즈모양의 굴곡면을 가지는 렌티큘라 시트(130)는 PMMA(polymethyl methacrylate)와 같은 플라스틱이나 수지를 금형에 부어 경화하여 일측면이 편편한 평면이 되도록 하고 반대측면이 규칙적으로 렌즈모양의 굴곡면을 가지도록 제작한 후, 화상전환 패널의 제 2기판(122)에 부착하여 구성한다. 상기 렌티큘라 시트는 다. 따라서, 화상전환 패널 내부에 렌티큘라 층을 형성하던 종래에 비해 공정이 간소화된다.
이때, 렌티큘라형 시트(130)를 일정한 각도로 기울여 멀티-뷰(multi-view) 방식을 적용할 수 있는데, 이로써 3D를 볼수 있는 시야각을 넓힐 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가 진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명에 의한 화상전환용 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 사용자의 의도에 따라 화상전환 패널의 전극에 전기적 신호를 인가함으로써 평면화상 2D와 입체화상 3D를 선택적으로 디스플레이할 수 있다.
둘째, 금형을 사용하여 제작된 렌티큘라 시트를 화상전환 패널 내부에 형성하지 않고 기판 외측면에 부착하여 형성함으로써, 렌티큘라 시트 제작공정과 렌티큘라 시트를 화상전환 패널에 형성하는 공정이 간소화되고 용이해진다.

Claims (8)

  1. 대향합착된 제 1 ,제 2 기판 사이에 제 1 액정층이 구비되어 데이터 신호에 따라 화상을 표시하는 액정패널과,
    상기 액정패널 상면에 배치되고, 서로 대향합착된 제 3 ,제 4 기판과 그 사이에 제 2 액정층이 구비된 화상전환패널과, 그리고
    상기 화상전환 패널 상면에 부착된 렌티큘라 시트를 구비하며,
    상기 제 3 ,제 4 기판의 내측면에는 상기 제 2 액정층을 사이에 두고 제 1 ,제 2 전극이 더 구비되고, 상기 제 2 액정층에는 액정이 채워진 복수의 폴리머 볼이 구비되어,
    상기 제 1 ,제 2 전극에 인가되는 전압에 따라 상기 각 폴리머 볼에 채워진 액정의 배향 방향을 변화시킴으로써 상기 화상전환 패널의 평면화상을 입체 화상으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 화상전환용 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 액정층은 PDLC 셀인 것을 특징으로 하는 화상전환용 액정표시장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 ,제 2 전극은 투명한 도전물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 화상전환용 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널 배면에 백라이트 유니트가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 화상전환용 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌티큘라 시트를 화상변환 패널의 일축에 대해 일정한 각도로 기울여 구성하는 것을 특징으로 하는 화상전환용 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌티큘라 시트는 고분자 물질을 금형에 부어 경화시킴으로서 제작된 것을 특징으로 하는 화상전환용 액정표시장치.
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