KR101493082B1 - 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 영상을 표시하는 액정패널, 상기 액정패널상에 배치된 편광판, 상기 편광판상에 배치된 액정렌즈, 및 상기 액정렌즈와 상기 액정렌즈사이에 개재되어 상기 액정렌즈를 투과하는 광축과 상기 편광판의 광축을 서로 일치시키기 위한 편광부재를 포함하여, 표시장치는 일반 영상, 입체 영상, 멀티 뷰 영상 및 입체 멀티 뷰 영상을 선택적으로 표시하며, 이와 동시에 휘도 및 화질을 개선할 수 있다.
입체, 멀티, 편광, 보상, 액정

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
표시장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 일반영상, 입체 영상 및 멀티 뷰 영상을 선택적으로 표시할 수 있는 표시장치에 관한 것이다.
오늘날, 사람들의 생활 수준이 급격하게 높아짐에 따라, 사람들이 사용하는 전자기기 기능의 다양화에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히, 영상을 표시하는 표시장치에 있어서, 표시장치가 3차원 영상을 표시하는 입체 영상기능을 요구하거나, 또는 하나의 화면을 통해 다른 시야각 방향에서 다른 영상을 표시하는 멀티뷰 기능을 요구한다. 입체 영상기능 또는 멀티뷰 기능은 광고분야, 교육 훈련 분야, 오락, 네비게이션등에서 널리 요구되고 있다.
상기 표시장치에 입체 영상기능 또는 멀티뷰 기능을 부여하기 위해, 영상을 표시하는 표시패널과, 상기 표시패널에서 제공되는 영상을 적어도 제 1 및 제 2 영상으로 분리하기 위한 베리어를 포함한다.
상기 표시패널은 경량박형이 가능하고, 소비전력이 낮은 액정 패널을 이용할 수 있다. 상기 액정 패널은 제 1 및 제 2 기판, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정층, 적어도 상기 제 1 및 제 2 기판의 외측면에 부착된 편광판을 구비한다.
상기 베리어는 광을 차단하는 광차단부와 광을 투과하는 광투과부를 가진다. 이에 따라, 상기 베리어를 이용할 경우, 상기 입체영상 또는 멀티뷰 영상만을 감상할 수 있는 문제점이 있다.
상기 표시장치는 일반영상과 입체영상 또는 멀티뷰 영상을 선택적으로 구현할 수 있기 위해, 상기 베리어를 전계에 따라 굴절율을 변화시키는 액정 렌즈로 대체하는 기술이 개발되었다.
상기 액정 렌즈는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판, 상기 두 기판사이에 개재된 액정을 포함한다. 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판에 각각 제 1 및 제 2 전극을 구비한다.
상기 액정 렌즈가 멀티 뷰 영상을 구현하기 위해, 상기 액정 렌즈는 상기 액정패널의 세로방향에 대해 일정한 각도로 기울어진다. 이에 따라, 상기 액정 패널의 편광판과 상기 액정 렌즈를 투과하는 광축은 크게 상이해질 수 있다. 여기서, 상기 편광판의 광축과 상기 액정렌즈의 광축의 차이가 커질수록, 크로스 토크가 발생하여 화질 저하를 일으킬 수 있다.
또한, 상기 액정렌즈의 배향방향에 따라, 상기 액정 렌즈의 광축과 상기 액정패널의 광축이 서로 달라지게 되어, 입체영상 또는 듀얼 뷰 영상의 화질이 저하되는 문제점이 있었다.
결과적으로, 액정 렌즈를 이용하여 선택적으로 일반영상 및 입체 영상 또는 일반영상 및 멀티 뷰 영상 또는 일반영상 및 입체 멀티 뷰 영상을 감상할 수 있으나, 상기 액정 렌즈의 광학 성질에 의해 화질 저하문제가 발생하였다.
본 발명의 과제는 화질 저하문제를 해결하며, 일반 영상, 입체 영상, 멀티 뷰 영상 및 입체 멀티 뷰 영상을 선택적으로 감상할 수 있는 표시장치에 관한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 표시장치를 제공한다. 상기 표시장치는 영상을 표시하는 액정패널, 상기 액정패널상에 배치된 편광판, 상기 편광판상에 배치된 액정렌즈, 및 상기 액정렌즈상에 부착되어 상기 액정렌즈를 투과하는 광축과 상기 편광판의 광축을 서로 일치시키기 위한 편광부재를 포함한다.
상기 액정렌즈는 상기 편광판과 일정간격을 가진다.
상기 편광부재는 편광필름일 수 있다.
상기 편광부재는 보상필름일 수 있다. 상기 보상필름은 a-플레이트형일 수 있다.
상기 편광부재는 λ/2 위상 지연을 가지고, 상기 편광판의 광축과 상기 액정렌즈의 광축은 2α의 차이를 가지며, 상기 편광판의 광축과 상기 편광부재의 광축 은 α의 각도의 차이를 가질 수 있다.
본 발명의 표시장치는 전계에 따라 굴절률을 변화시킬 수 있는 액정렌즈를 구비하여, 일반영상, 입체 영상 및 멀티 뷰 영상을 선택적으로 표시할 수 있다.
또한, 상기 액정렌즈에 편광부재를 구비하여, 크로스 토크 불량을 방지할 수 있다.
또한, 상기 액정렌즈에 보상필름을 구비하여, 휘도를 향상시키며 크로스 토크 불량과 같은 화질 저하문제를 개선할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 표시장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치는 편광된 광을 디스플레이하는 장치를 포함한다.
대표적으로 액정패널(100)을 예를 들면, 상기 액정 패널(100)은 서로 마주하는 TFT 기판(120)과 컬러필터 기판(110)을 포함할 수 있다. 상기 TFT 기판(120)과 상기 컬러필터 기판(110)사이에 액정층(130)이 개재되어 있다.
상기 TFT 기판(120)은 도면에는 도시되지 않았으나, 서로 교차하는 게이트 배선과 데이터 배선, 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차부에 배치된 박막트랜지스터, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결된 화소전극을 포함한다.
상기 컬러필터 기판(110)은 상기 게이트 배선, 데이터 배선 및 박막트랜지스터와 대응하는 블랙매트릭스, 상기 블랙매트릭스에 의해 노출된 영역에 배치된 컬러필터 패턴, 상기 블랙매트릭스와 상기 컬러필터 패턴상에 배치된 공통전극을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 액정패널(100)의 모드는 트위스트 되는 TN모드에 관하여 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 액정패널(100)은 상기 TFT 기판(120)에 대하여 수직하게 액정을 배열하는 VA 모드 또는 상기 TFT 기판(120)에 대하여 수평하게 액정을 배열하는 IPS 모드일 수 있다.
상기 TFT 기판(120) 및 상기 컬러필터 기판(110)의 외측면에 각각 서로 직교하는 제 1 및 제 2 편광판(150, 140)이 배치되어 있다.
상기 액정패널(100)은 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선의 교차에 의해 정의된 다수의 화소들을 구비한다. 상가 다수의 화소들은 서로 다른 제 1 및 제 2 영상을 제공할 수 있다. 예컨대, 상기 표시장치가 입체 영상을 구현할 경우, 제 1 및 제 2 영상은 각각 좌안용 영상과 우안용 영상일 수 있다. 한편, 상기 표시장치가 듀얼 뷰 영상을 구현할 경우, 제 1 및 제 2 영상은 각각 서로 다른 제 1 및 제 2 시야각 방향으로 표시되는 영상일 수 있다.
상기 표시장치는 상기 액정패널(100)의 배면에 배치된 백라이트 어셈블리(400)를 포함한다. 상기 백라이트 어셈블리(400)는 광을 발생하는 광원부(420), 상기 광을 상기 액정패널(100)로 가이드하는 도광판(410)을 포함한다. 이에 더하여, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 백라이트 어셈블리(400)는 반사기판과 광학시트를 더 포함할 수 있다. 상기 반사기판은 상기 도광판(410)의 배면에 배치되어, 상기 액정패널(100)과 반대 방향으로 누설되는 광을 상기 액정패널(100)로 반사시킨다. 상기 광학시트는 상기 도광판(410)의 전면에 배치되어 상기 도광판(410)에서 제공된 광을 상기 액정패널(100)로 집광시키는 프리즘 시트, 상기 프리즘 시트상에 배치되어 상기 프리즘 시트에서 집광된 광을 상기 액정패널(100)로 균일하게 제공하기 위한 확산시트등을 포함할 수 있다.
상기 표시장치는 상기 액정패널(100)에서 제공된 제 1 및 제 2 영상을 각각 분리하는 액정렌즈(200)를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 액정렌즈의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 액정렌즈(200)는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(210, 220)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(210, 220)사이에 개재된 액정층(260)을 포함한다.
상기 액정렌즈(200)는 전계를 이용하여 영역별로 굴절률을 조절한다.
예를 들면, 상기 액정렌즈(200)는 상기 제 1 기판(210)상에 배치되며, 서로 이격된 다수의 화소전극(240)들, 상기 화소전극(240)들을 포함하는 제 1 기판(210)상에 배치된 절연막(230), 상기 절연막(230)상에 상기 화소전극(240)들과 교대로 배치된 다수의 공통전극(250)들을 포함한다. 이때, 상기 화소전극(240)들은 제 1 전압(기준전압)이 인가되는 제 1 전극(240a), 상기 제 1 전극(240a)의 일측으로 제 1 전압보다 작은 제 2 전압, 상기 제 2 전압보다 작은 제 3 전압이 인가되는 제 2 및 제 3 전극(240b, 240c)들이 배치된다. 또한, 상기 제 1 전극(240a)의 타측으로 상기 제 2 및 제 3 전압들이 각각 인가되는 제 4 및 제 5 전극(240d, 240e)들이 배치된다. 즉, 상기 액정렌즈(200)의 제1 화소전극(240a)에 기준이 되는 기준전압이 공급되고, 제1 화소 전극(240a)를 중심으로 서로 대칭되도록 배치되어 있는 제2 내지 제5전극들(240b, 240c, 240d, 240e)에는 기준전압 보다 순차적으로 낮은 전압들이 공급된다.
이때, 상기 공통전극(250)들에는 동일한 전압이 인가된다. 상기 화소전극(240)들과 상기 공통전극(250)들에 각각 서로 다른 전압을 인가할 경우, 상기 액정렌즈(200)의 액정분자들은 타원형의 형태로 배열되어, 볼록렌즈의 형태를 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 액정렌즈(200)는 상기 액정층(260)의 액정분자들을 렌즈형상으로 배열시켜, 상기 액정렌즈를 투과하는 광의 굴절률을 영역별로 변경한다. 이에 따라, 상기 액정렌즈(200)를 통과하는 광의 시차를 발생시켜, 사용자는 입체영상을 표시할 수 있다. 이와 달리, 상기 액정렌즈에 전압을 인가하지 않을 경우, 상기 액정 렌즈를 투과하는 영상은 일반 영상을 구현할 수 있다.
이에 더하여, 상기 액정 렌즈는 상기 액정패널(100)에서 제공된 영상을 적어도 제 1 및 제 2 시야각 방향으로 집광시켜, 하나의 화면에서 서로 다른 영상을 제공하는 듀얼 뷰 영상을 구현할 수도 있다.
따라서, 상기 액정패널(100)로부터 제공된 영상을 상기 액정렌즈(200)는 선택적으로 일반영상, 입체영상, 멀티뷰 영상 및 입체 멀티뷰 영상으로 구현시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 액정렌즈(200)는 하나의 화소전극을 기준으로 대칭된 전압들이 인가되는 화소전극들을 구비하는 것으로 한정하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 액정렌즈(200)는 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 액정렌즈(200)는 상기 액정층(260)의 액정분자를 초기 배향시키기 위한 상기 제 1 및 제 2 기판(210, 220)의 내측면에 각각 배향막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 액정렌즈(200)는 상기 배향막의 배향방향에 따라, 상기 액정 렌즈(200)의 광축과 상기 액정패널(100)에 구비된 제 2 편광판(140)의 광축이 서로 달라질 수 있다. 또한, 상기 액정 렌즈(200)의 액정 배열 형태와 상기 액정패널(100)의 액정 배열형태가 다를 경우, 상기 액정 패널(100)을 투과하는 광축과 상기 액정 렌즈(200)를 투과하는 광축이 달라질 수 있다.
더욱이, 상기 표시장치가 화질 저하, 예컨대 크로스 토크 불량을 방지하며, 듀얼 뷰 영상을 구현하기 위해, 상기 액정렌즈(200)는 상기 제 2 편광판(140)에 대해 일정하게 기울어진 각도를 가진다. 이에 따라, 상기 액정 렌즈(200)의 광축과 상기 제 2 편광판(140)의 광축이 달라질 수 있다.
이와 같이, 상기 제 2 편광판(140)과 상기 액정렌즈(200)의 광축이 달라질 경우, 화질이 저하되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해, 상기 액정렌즈(200)와 상기 액정패널(100)사이에 편광부재(300)를 개재한다. 상기 편광부재(300)는 일정한 편광 필름일 수 있다. 상기 편광 필름은 상기 액정렌즈와 동일한 투과축을 가질 수 있다. 이로써, 상기 편광부재(300)에 의해 상기 액정패널(100)에서 투과된 광의 광축과 상기 액정렌즈의 광축 을 일치시킴에 따라, 표시장치의 화질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기 편광필름으로 사용되는 재질의 예로서는 연신된 폴리비닐알콜계 필름을 포함할 수 있다.
상기 편광부재(300)를 편광필름으로 사용할 경우, 표시장치의 화질은 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 편광부재(300)가 편광필름일 경우, 상기 액정패널(100)에서 제공된 영상은 제 2 편광판(140)에서 일차적으로 편광되고, 또한, 편광부재(300)에서 이차적으로 편광됨에 따라 액정패널(100)에서 제공되는 휘도에서 적어도 휘도가 50%로 감소할 수 있다.
상기 표시장치의 화질을 개선하며, 이와 동시에 상기 표시장치의 휘도를 향상시키기 위해, 상기 편광부재(300)는 보상필름일 수 있다. 상기 편광부재(300)가 보상필름일 경우, 상기 보상필름은 광의 경로를 변경시키기 위해 a-플레이트형일 수 있다. 이와 같이, 상기 보상필름은 광의 경로를 변경시키므로 휘도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기 보상필름은 λ/2의 위상차를 가지며, 상기 보상필름은 상기 보상필름에 제공되는 선편광과 θ˚의 각도를 갖는 광축을 가질 경우, 상기 보상필름을 투과하는 선편광은 2θ˚의 각도로 회전된다. 이에 따라, 상기 보상필름은 상기 액정패널(100)의 광축 각도와 상기 액정렌즈(200)의 광축 각도의 차이에 대해 1/2의 광축 각도를 가진다.
상기 보상필름은 고분자 필름 또는 UV 경화형 액정필름등으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 편광부재(300)는 상기 액정렌즈(200)의 일측면에 배치되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 편광부재(300)는 상기 제 2 편광판에 배치될 수 있다.
이에 더하여, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 편광부재(300)와 상기 액정렌즈(200)사이에 접착층이 개재되어, 상기 편광부재(300)는 상기 액정렌즈(200)상에 부착되어 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 표시장치에 따른 투과되는 광의 광축을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 액정렌즈(200)의 광축이 X축에 대해 0˚이고, 상기 패널(100)의 제 2 편광판(140)의 광축이 X축에 대해 2α의 각도만큼 기울어질 수 있다. 이때, 상기 보상필름은 X축에 대해 α의 각도만큼 기울어질 경우, 제 2 편광판(140)의 광축(B)과 상기 액정렌즈(200)의 광축(A)을 일치시킬 수 있다. 이는, 선편광이 상기 보상필름을 투과할 경우, 상기 선편광은 θ˚의 광축에서 2θ˚의 광축으로 회전되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 표시장치는 액정렌즈를 이용하여 선택적으로 일반영상, 입체영상, 멀티뷰 영상 및 입체 멀티뷰 영상을 구현함에 있어, 상기 표시장치는 편광부재를 구비하여 상기 액정렌즈와 영상을 표시하는 액정패널의 광축들을 서로 일치시켜, 크로스 토크와 같은 화질 저하문제를 해결하였다.
이에 더하여, 상기 편광부재를 보상필름으로 형성하여, 화질 저하 문제를 개선함과 더불어 표시장치의 휘도를 개선할 수 있었다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액정렌즈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 표시장치에 따른 투과되는 광의 광축을 도시한 도면이다.
(도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명)
100 : 액정 패널 140 : 제 2 편광판
150 : 제 1 편광판 200 : 액정렌즈
300 : 편광부재 400 : 백라이트 어셈블리

Claims (9)

  1. 영상을 표시하기 위해 박막 트랜지스터 기판과 컬러필터 기판이 제1 액정층을 사이에 두고 합착된 액정패널;
    상기 액정패널 상에 제1 기판과 제2 기판이 제2 액정층을 사이에 두고 합착된 액정렌즈;
    상기 액정패널과 액정렌즈 사이에 배치된 편광판; 및
    상기 편광판과 액정렌즈 사이에 배치되고, 상기 액정렌즈를 투과하는 광축과 상기 편광판의 광축을 서로 일치시키기 위해 배치된 편광부재를 포함하고,
    상기 액정패널의 박막 트랜지스터 기판 상에는 제1 화소전극이 배치되고, 상기 액정패널의 컬러필터 기판 상에는 제1 공통전극이 배치되며,
    상기 액정렌즈의 제1 기판 상에는 서로 이격 배치된 복수의 전극들로 구성된 제2 화소 전극과, 상기 제2 화소 전극 상에 절연막을 사이에 두고 상기 제2 화소 전극의 전극들과 서로 교대로 배치된 복수의 전극들로 구성된 제2 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광부재는 보상필름인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보상필름은 a-플레이트형인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광판의 광축과 상기 액정렌즈의 광축은 2α의 차이를 가지며, 상기 보상필름의 광축과 상기 편광판의 광축은 α의 각도의 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광부재는 편광필름인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광부재는 상기 편광판과 마주하는 상기 액정렌즈상에 부착되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광부재는 상기 편광판상에 부착되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 화소 전극의 전극들에는 기준 전압이 인가되는 전극을 중심으로 서로 대칭되도록 배치된 전극들에 순차적으로 상기 기준 전압보다 낮은 전압들이 공급되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제2 화소 전극과 제2 공통 전극에 공급되는 전압을 서로 다르게 하여 상기 제2 액정층의 액정분자들이 볼록 렌즈 형태가 되도록 배열하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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