KR101844909B1 - 표시장치 - Google Patents

Abstract

본발명은, 좌안영상 및 우안영상을 표시하는 표시패널과; 상기 표시패널 상부에 형성되는 편광필름과; 상기 편광필름 상부에 형성되어, 상기 좌안영상을 제 1 편광상태가 되도록 하는 좌안 영역과, 상기 우안영상을 제 2 편광상태가 되도록 하는 우안 영역을 포함하는 패턴드 리타더를 포함하고, 상기 패턴드 리타더는 상기 편광필름과 접착되는 이분파장판(HWP)과, 상기 이분파장판 상부에 형성되는 사분파장판(QWP)을 포함하는 표시장치를 제공한다.

Description

표시장치{display device}

본발명은 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 입체영상을 표시하기 위한 표시장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD : liquid crystal display), 플라즈마표시장치(PDP : plasma display panel), 유기전계발광소자 (OLED : organic light emitting diode)와 같은 여러가지 표시장치(display device)가 활용되고 있다.

최근에는, 표시장치는 시공간을 초월하여 입체적으로 보고 느끼고 즐기는 3차원(3D) 영상을 제공하고 있다.

여기서 3차원 영상 구동 소자는, 3차원 영상을 제공하기 위하여 예를 들면 패턴드 리타더(patterned retarder)가 접착 된 표시패널과, 안경위상차필름이 접착 된 특수안경인 편광안경을 포함할 수 있다. 이를 통하여, 관찰자는 좌안영상과 우안영상을 분리하여 보게 되는 바, 3차원 입체 영상을 느낄 수 있게 된다.

그러나, 일반적인 3D영상 표시장치는 다양한 표시패널의 모드(예를 들면, TN모드, S-IPS, H-IPS)에 관계없이 하나의 모드의 표시패널에 적합한 편광안경만을 이용한다. 이에 따라, 시청자가 일정한 모드에 적합한 편광안경을 이용하여, 다른 모드의 표시패널의 3D영상을 감상하게 될 경우 색차 발생, 휘도 및 크로스토크가 증가 등의 문제점이 발생하게 된다.

일반적인 3D영상 표시장치의 문제점을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

도 1은 세 가지 모드의 표시패널을 개략적으로 도시한 도면과 한 가지 종류의 편광안경을 일예로 도시한 도면이고, 도 2는 포앙카레구(poincare sphere)를 이용하여 일반적인 3D영상 표시장치의 문제점 즉 컬러 쉬프트(color shift) 현상과, 표시패널의 측면에서 빛샘(light leakage) 현상을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 표시패널은, 표시패널의 편광필름(11)의 편광축과 패턴드 리타더(12)의 광축에 따라서 TN모드, S-IPS모드 또는 H-IPS모드로 구분될 수있다.

먼저, TN모드 표시패널의 경우, 편광필름(11)의 편광축은 약 45도를 이루고, 패턴드 리타더(12)의 광축은, 좌안 리타더(L)의 경우 수평선 기준 즉, X축 기준으로 약 0도를 우안 리타더(R)의 경우 약 90도를 이룬다.

S-IPS모드 표시패널의 경우, 편광필름(11)의 편광축은 약 90도를 이루고, 패턴드 리타더(12)의 광축은, 좌안 리타더(L)의 경우 X축 기준으로 약 45도를 우안 리타더(R)의 경우 X축 기준으로 약 135도를 이룬다.

H-IPS모드 표시패널의 경우, 편광필름(11)의 편광축은 약 0도를 이루고, 패턴드 리타더(12)의 광축은, 좌안 리타더(L)의 경우 X축 기준으로 약 135도를 우안 리타더(R)의 경우 X축 기준으로 약 45도를 이룬다.

그러나, 편광안경(13)은 표시패널의 모드에 관계없이, 예를 들면 S-IPS모드에 적합화 된 편광안경(13)만이 이용된다.

이와 같이, 표시패널의 모드에 관계없이 S-IPS모드에 적합한 편광안경(13)을 사용하게 될 경우, S-IPS모드 표시패널의 3D영상을 감상하는 경우에는 문제가 발생하지 않으나, TN모드 표시패널 및 H-IPS모드 표시패널의 3D영상을 감상하는 경우에는 색차 발생 및 크로스토크 증가 등의 문제점이 발생하게 된다.

먼저, 도 2는 표시패널의 편광필름(11)의 편광축 및 패턴드 리타더(12)의 광축과, 편광안경(13)의 안경위상차필름(13a)의 광축과 안경편광필름(13b)의 편광축을 개략적으로 도시하고, 이와 같은 구조에서의 광의 이동 방향을 포앙카레구(poincare sphere)를 이용하여 개략적으로 표시한 도면이다.

여기서, 표시패널의 패턴드 리타더(12)와 편광안경(13)의 안경위상차필름(13a)의 광축이 서로 적합한 경우의 블랙 광경로와, 표시패널의 패턴드 리타더(12)와 안경위상차필름(13a)의 광축이 부적합한 경우의 블랙 광경로는 서로 다르게 나타난다.

구체적으로, 표시패널의 패턴드 리타더(12)의 광축과 안경위상차필름(13a)의 광축이 서로 적합한 블랙 상태의 경우, 적, 녹, 청색 광은, 최초 표시패널로부터 출사된 상태(1)에서는 실질적으로 서로 동일한 위상을 가져서 포앙카레구의 적도 한 지점에 모여있다가, 패턴드 리타더(12)를 통과한 상태(2)에서는 파장에 따라 위상차가 발생하여 세 지점으로 분리되고, 최종적으로 편광안경(13)의 안경위상차필름(13a)을 통과한 상태(3)에서는 다시 수직선 편광이 되어 원래의 적도 지점으로 모임으로써, 안경편광필름(13b)를 통과하지 못하고 완전한 블랙을 표현하게 된다.

그러나, 표시패널의 패턴드 리타더(12)의 광축과 편광안경(13)의 안경위상차필름(13a)의 광축이 서로 부적합한 블랙 상태의 경우, 적, 녹, 청색 광은, 최초 표시패널로부터 출사된 상태(1)에서는 실질적으로 서로 동일한 위상을 가져서 포앙카레구의 한 지점에 모여있다가, 패턴드 리타더(12)를 통과한 상태(2)에서는 파장에 따라 위상차가 발생하여 세 지점으로 분리되고, 최종적으로 편광안경(13)의 안경위상차필름(13a)을 통과한 상태(3)에서는 원래의 지점으로 돌아오지 못하고, 위상차가 더 증가하여 포앙카레구의 더 이격된 세 지점으로 분리되어, 편광안경(13)의 안경편광필름(13b)에 완전히 흡수되지 못하고 빛샘 현상이 발생한다.

즉, 패턴드 리타더(12)의 광축과 편광안경(13)의 안경위상차필름(13a)의 광축이 부적합한 경우, 원래의 지점으로 돌아오지 못하고, 다른 지점에 적, 녹, 청색 파장이 서로 분산되어 이동하게 된다. 이때, 적, 녹, 청색 파장의 위상차가 발생하는 이유는, 적, 녹 청색 파장이 다름에도 불구하고, 패턴드 리타더(12)와 안경위상차필름(13a) 설계시 녹색을 기준(550nm)으로 λ/4(137.5nm)를 125nm 정도로 설정해주기 때문이다. 이는 색차 보정을 위함이다.

표 1은 한 종류의 편광안경을 사용하여 세가지 모드의 표시패널의 3D영상을 감상한 경우에 나타나는 휘도, 크로스토크, 색차 변화를 나타낸 것이다. 여기서, 편광안경은 S-IPS모드 표시패널에 적합한 것이다.

표 1에 보는 바와 같이, S-IPS모드 표시패널의 휘도, 크로스토크, 색차 변화는 거의 발생하지 않는다. 이는 표시패널의 광축과 편광안경의 광축이 적합화 되었기 때문이다.

그러나, TN모드 표시패널과 H-IPS모드 표시패널의 경우, 휘도, 크로스토크, 색차 변화는 S-IPS모드 표시패널에 비해서 매우 높게 나타난다. 이는, 표시패널과 편광안경이 적합화 되어 있지 않기 때문에 나타난다.

이와 같은 문제점은 전술한 바와 같이 표시패널의 모드는 다양한데 반하여, 편광안경은 하나의 표시패널의 적합화 되어 있기 때문에 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 각 표시패널에 적합한 편광안경을 각각 제작해야 한다. 그러나, 이와 같은 방법은 생산비용 증가 및 생산성 저하 등의 문제점이 있다.

본발명은, 와이드밴드 기능을 가진 3차원 입체영상 표시장치를 제공하는데 그 과제가 있다.

전술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본발명은, 좌안영상 및 우안영상을 표시하는 표시패널과; 상기 표시패널 상부에 형성되는 편광필름과; 상기 편광필름 상부에 형성되어, 상기 좌안영상을 제 1 편광상태가 되도록 하는 좌안 영역과, 상기 우안영상을 제 2 편광상태가 되도록 하는 우안 영역을 포함하는 패턴드 리타더를 포함하고, 상기 패턴드 리타더는 상기 편광필름과 접착되는 이분파장판(HWP)과, 상기 이분파장판 상부에 형성되는 사분파장판(QWP)을 포함하는 표시장치를 제공한다.

상기 좌안영역 및 상기 우안영역에서의 상기 이분파장판의 광축은 상기 편광필름의 편광축과 각각 22.5도 및 -22.5도 또는 각각 -22.5도 및 22.5도를 이룬다.

상기 사분파장판의 광축은 상기 편광필름의 편광축과 65도 내지 105도를 이룬다.

상기 사분파장판은 A-플레이트로 형성된다.

좌안영상 및 우안영상을 표시하는 표시패널과; 상기 표시패널 상부에 형성되는 편광필름과; 상기 편광필름 상부에 형성되어, 상기 좌안영상을 제 1 편광상태가 되도록 하는 좌안 영역과, 상기 우안영상을 제 2 편광상태가 되도록 하는 우안 영역을 포함하는 패턴드 리타더를 포함하고, 상기 패턴드 리타더는 사분파장판을 포함하고, 상기 사분파장판의 위상차는 137nm가 되는 표시장치를 제공한다.

좌안영상 및 우안영상을 표시하는 표시패널과; 상기 좌안영상을 제 1 편광상태가 되도록 하는 좌안 영역과, 상기 우안영상을 제 2 편광상태가 되도록 하는 우안 영역을 포함하는 패턴드 리타더와; 상기 좌안영상 및 우안영상을 선택적으로 통과시키고, 좌안 및 우안 안경위상차필름과, 상기 좌안 및 우안 안경위상차필름에 각각 대응되는 좌안 및 우안 안경편광필름을 포함하는 편광안경을 포함하고, 상기 좌안 및 우안 안경위상차필름은 사분파장판과, 상기 사분파장판과 상기 안경편광필름 사이에 개재되는 이분파장판을 포함하는 표시장치를 제공한다.

상기 좌안 및 우안 안경위상치필름의 상기 이분파장판의 광축은 각각 10도 내지 30도 또는 각각 -10도 내지 -30도를 이루거나, 각각 -10도 내지 -30도 또는 각각 10도 내지 30도를 이룬다.

상기 사분파장판의 광축은 65도 내지 105도를 이룬다.

상기 사분파장판은 A-플레이트로 형성된다.

본발명에 따른 표시장치는, 와이드밴드 패턴드 리타더와 와이드밴드 편광안경을 제공하여, 3차원 입체영상을 편리하게 감상할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 다양한 표시패널 모드와 호환 가능한 편광안경을 제공하는 바, 표시패널 모드 각각에 대하여 편광안경을 제조할 필요가 없어 생산비 절감 및 생산성 증가의 효과를 제공한다.

도 1은 다양한 모드의 표시패널과 편광안경을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 일반적은 3차원 표시장치에 있어서 발생되는 문제점을 포앙카레구를 이용하여 나타낸 도면.
도 3은 본발명의 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본발명의 제 1 실시예에 따른 와이드밴드 광학필름을 나타낸 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본발명의 제1 실시예에 따른 와이드밴드 패턴드 리타더의단면도와 평면도.
도 6은 본발명의 제 2 실시예에 따른 패턴드 리타더의 단면도.
도 7은 본발명의 제 3 실시예에 따른 와이드밴드 편광안경을 나타낸 도면.
도 8a 내지 도 8c는 본발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예를 다양하게 조합한 경우의 3차원 입체영상의 다양한 수치를 나타낸 시뮬레이션 결과.

이하, 도면을 참조하여 본발명의 실시예를 설명한다.

도 3은 본발명의 실시예에 따른 3차원 입체영상 표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본발명의 실시예에 따른 표시장치(100)는, 표시패널(200)과, 편광필름(210)과, 패턴드 리타더(220)와, 편광안경(300)을 포함한다.

여기에서, 편광필름(210)과, 패턴드 리타더(220)와, 편광안경(300)은 입체영상 구동소자로서 이용된다.

표시패널(200)은, CRT(cathode ray tube), 플라즈마표시패널(plasma display panel : PDP), 액정패널(liquid crystal display panel), 유기전계발광패널(organic light emitting diode panel) 등이 이용될 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여 액정패널(200)을 예를 들어 설명한다.

액정패널(200)은, 서로 마주하는 두 개의 기판, 예를 들면 어레이기판과 대향기판 그리고 이들 두 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함한다.

액정패널(200)의 어레이기판에는, 제 1 방향을 따라 연장된 다수의 게이트배선과, 제 2 방향을 따라 연장된 다수의 데이터배선이 교차하여, 매트릭스(matrix) 형태로 배치된 다수의 화소가 정의된다.

각 화소에는, 게이트배선 및 데이터배선과 연결된 박막트랜지스터가 형성되어 있다. 박막트랜지스터는 화소전극과 연결되어 있다. 한편, 화소전극에 대응하여 공통전극이 형성된다. 화소전극에 데이터전압이 인가되고, 공통전극에 공통전압이 인가되면, 이들 사이에 전계가 형성되어 액정을 구동하게 된다. 화소전극과 공통전극 그리고 이들 전극 사이에 위치하는 액정은 액정커패시터를 구성하게 된다.

여기에서, 공통전극은 TN(twisted nematic) 모드와 VA(vertical alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서는 대향기판 상에 형성되며, IPS(in plane switching) 모드와 FFS(fringe field switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서는 화소전극과 함께 어레이기판 상에 형성된다.

한편, 각 화소에는, 스토리지커패시터가 더욱 구성되며, 이는 화소전극에 인가된 데이터전압을 다음 프레임까지 저장하는 역할을 하게 된다.

액정패널(200)의 대향기판에는, 각 화소에 대응되는 예를 들면, 적, 녹, 청색의 컬러필터(color filter)와, 블랙매트릭스(black matrix)가 형성된다.

여기서 도시하지는 않았으나, 어레이기판의 배면(백라이트와 대면하는 부분)에는 편광필름이 부착되고, 액정층과 접하는 부분에는 배향막이 형성된다. 또한, 대향기판의 전면(패턴드 리타더(220)와 대면하는 부분)에는 편광필름(210)이 부착되고, 액정층과 접하는 부분에는 배향막이 형성된다.

또한, 액정패널(200)에는, 좌안영상(L)과 우안영상(R)이 행라인 단위로 교대로 표시된다. 즉, 좌안영상(L)과 우안영상(R)이 라인 바이 라인(line by line) 형태로 교대로 표시된다. 구체적으로 예를 들면, 액정패널(200)의 홀수 번째 행라인에 좌안영상(L)이 표시된다면, 짝수 번째 행라인에는 우안영상(R)이 표시된다.

편광필름(210)은, 액정패널(200)의 액정층을 투과하여 입사되는 빛에서 특정 선편광만을 투과시킨다. 즉, 편광필름(210)은 편광자 역할을 하게 된다. 여기서, 편광필름(210)은 액정패널(200)의 대향기판과 패턴드 리타더(220) 사이에서 액정패널(200)의 대향기판과 패턴드 리타더(220)에 접착된다.

패턴드 리타더(220)는, 편광분할 광학매체로서 이용된다. 화소, 행, 또는 열 단위로 2개의 서로 다른 편광 방향을 갖도록 편광필름(210)으로부터 출사되는 선편광을 변조하는 광학수단으로 기능한다.

예를 들어, 패턴드 리타더(220)의 위상차(retardation)를 1/4파장(quarter wave: λ/4)으로 하고, 패턴드 리타더(220)의 광축을 표시장치(100)의 편광필름(210)로부터 출사되는 선편광의 편광방향과 각각 +45도(220a) 및 -45(+135)도(220b)로 배치한다. 이에 따라, 선편광은 각각 좌원편광(left circular polarization: LCP) 및 우원편광(right circular polarization: RCP)으로 변조된다.

본발명의 실시예에서는 행라인 단위로 2개의 서로 다른 편광 방향을 갖도록 편광필름(210)으로부터 출사되는 선편광을 원편광으로 변조한다. 구체적으로 예를 들면, 홀수 번째 행라인으로부터 출사되는 좌안영상은 좌원편광을 갖도록 하고, 짝수 번째 행라인으로부터 출사되는 우안영상은 우원편광을 갖도록 한다.

또한, 패턴드 리타더(220)의 제조에는, 반응성 액정단량체(reactive mesogens: RM)를 기판에 코팅(coating)하고, 서로 다른 광축을 갖도록 패턴을 배향 시킨 후, 광가교 시켜서 액정 고분자 필름으로 만드는 패턴배향 방식이 사용된다.

여기서, 반응성 액정단량체가 코팅되는 기판은 유리 또는 필름 재질의 기판이 사용될 수 있다.

본발명의 실시예에서는 필름 재질의 기판을 사용하는 필름 패턴드 리타더(film patterned retarder : FPR)가 사용될 수 있다.

편광안경(300)은, 액정패널(200)에 표시된 영상을 입체영상으로 느끼도록 하는 역할을 한다. 구체적으로 설명하면, 편광안경(300)의 좌안경은 예를 들면 좌원편광 된 좌원영상(또는 우원편광)만을 통과시키고, 우안경은 예를 들면 우원편광 된 우원영상(또는 좌원편광)만을 통과시킨다.

이에 따라, 편광 안경(300)을 착용한 관찰자는 예를 들면 좌안으로 좌안영상만을 보게 되고, 우안으로 우안영상만을 보게 되어 액정패널(200)에 표시된 영상을 입체영상으로 느끼게 된다.

이를 위해서, 예를 들면 편광안경(300)은, 안경편광필름(310)과 안경위상차필름(320)을 포함할 수 있다.

안경위상차필름(320)은, 액정패널(200)의 패턴드 리타더(220)를 통과함으로써 좌원편광 또는 우원편광된 빛을 선편광 된 빛으로 변조한다.

안경편광필름(310)은, 편광분할 광학매체로서 이용된다. 즉, 안경위상차필름(320)으로부터 출사되는 선편광을 좌안과 우안에 서로 다른 편광 방향을 갖도록 변조하는 광학수단으로 기능한다.

백라이트(미도시)는, 빛을 액정패널(200)에 공급하는 역할을 하게 된다. 백라이트로서, 냉음극관형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL), 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED) 등이 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 패턴드 리타더(220)와 안경위상차필름(320)은 편광 분할 및 변조 광학매체로서 이용되어, 시청자로 하여금 3차원 입체영상을 느낄 수 있도록 한다.

여기서, 본발명의 실시예에 따른 패턴드 리타더(220)와 안경위상차필름(320)은 와이드밴드(wideband) 기능을 제공한다. 즉, 와이드밴드 패턴드 리타더(220)와 와이드밴드 안경위상차필름(320)으로 구성된다.

와이드밴드 기능은 모든 파장에 대해서, 완전하게 선평광을 원편광으로 또는 원편광을 선편광으로 변조하는 것을 말한다. 구체적으로 설명하면, 패턴드 리타더(220)를 통과한 후의 적, 녹, 청색의 파장은 모두 1/4파장(λ/4) 위상차가 생겨 완전한 원편광으로 변조되고, 안경위상차필름(320)을 통과한 적, 녹, 청색의 파장은 모두 1/4파장(λ/4) 위상차가 더욱 생겨 완전한 선편광으로 변조 된다.

이하, 와이드밴드 기능을 제공하는 본발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 대해서 보다 구체적으로 살펴본다.

<제1 실시예>

이하, 도 4를 더욱 참조하여 본발명의 제1 실시예에 따른 와이드밴드 구현 방법에 대해서 살펴본다.

도 4는 본발명의 제 1 실시예에 따른 와이드밴드 적용 후의 광학필름을 나타낸 단면도로서, 좌안영상 및 우안영상 중 하나의 영상을 표현하기 위한 광학필름을 일예로서 도시한 도면이다. 즉, 도 3의 패턴드 리타더 또는 안경위상차필름의 일예이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 와이드밴드가 적용되기 전 패턴드 리타더(도 3의220)와 안경위상차필름(도 3의 320)에 이용되는 광학필름(OF)은 사분파장판(Q1, QWP: quarter wave plate)만을 이용한다. 또한, 사분파장판(Q1)의 광축은 편광필름(도 3의 210)의 편광축을 기준으로 45도 각을 이룬다. 즉, 와이드밴드가 적용되기 전의 광학필름(OF)은, 사분파장판(Q1)의 광축을 편광필름(도 3의210)의 편광축 즉, 출사광인 선편광의 편광방향과 45도 각을 이루도록 구성되어 원편광을 선편광으로, 선편광을 원편광으로 변조한다.

이와 같은 광학필름(OF)을 통과한 후의 적, 녹, 청색의 파장은 서로 다른 굴절률에 의해 위상차가 다르게 발생하고, 이에 따라 적, 녹, 청색의 모든 파장이 완전한 1/4파장(λ/4) 지연이 되지 못하여 포앙카레구(poincare sphere)의 한 지점에 모이지 않고 각각 분산된다. 즉, 광학필름(OF)은, 모든 파장에 대해서 완전하게 선편광을 원편광으로, 원편광을 선편광으로 변조하지 못한다.

여기서, 포앙카레구는 광의 편광 투과 특성을 직관적으로 파악하기 위한 것으로서, 예를 들면 3차원 공간에서 반지름이 1인 공의 방정식을 직교 좌표로 하는 점들로 구성된다. 이를 이용하여, 기하학적으로 광 특성을 해석한다. 즉, 광경로를 통하여 광특성을 해석하게 된다.

포앙카레구의 적도선 위의 모든 점들은 선편광에 대응되고, 북극점은 우 원편광, 남극점은 좌 원편광에 대응된다. 그리고, 북반구의 모든 점들은 우 타원편광, 남반구의 모든 점들은 좌 타원편광에 대응된다.

이하, 와이드밴드가 적용된 광학필름에 대해서 살펴본다. 이때, 설명의 편의를 위하여, 와이드밴드가 적용된 광학필름을 와이드밴드 광학필름(WOF)이라고 칭한다.

본발명의 실시예에 따른 와이드밴드 광학필름(WOF)은, 사분파장판(QWP)과 이분파장판(HWP: half wave plate)을 함께 사용한다. 구체적으로, 사분파장판(QWP)과 이분파장판(HWP)은 예를 들면 상/하부로 서로 중첩되어 형성된다. 이에 따라, 적, 녹, 청색의 파장은 사분파장판(QWP)과 이분파장판(HWP)을 모두 통과하게 된다.

이때, 사분파장판(QWP)의 광축은 편광필름(210)의 편광축 즉, 출사광인 선편광의 편광방향과 약 65도 내지 약 105도의 각을 이룰 수 있으며, 이분파장판(HWP)의 광축은 편광필름(210)의 편광축 즉, 출사광인 선편광의 편광방향과 약 10도 내지 약 30도 또는 약 -10도 내지 약 -30도의 각을 이룰 수 있다. 여기서, 편광필름(210)의 편광축은 예를 들면 수평 방향이 될 수 있다.

빛은 사분파장판(QWP)과 이분파장판(HWP)을 모두 통과함으로써, 적, 녹, 청색의 파장 모두가 완전하게 선편광에서 원편광으로 변조되거나, 원평광에서 선편광으로 변조된다. 즉, 사분파장판(QWP)를 통과함으로써 발생되는 적, 녹, 청색의 파장의 위상차는 이분파장판(HWP)을 통과함으로써 보상된다.

포앙카레구를 참조하여 설명한다. 설명의 편의를 위하여, 선편광에서 원편광으로 변조되는 경우를 예를 들어서 설명한다.

먼저, 이분파장판(HWP)을 통과하기 전 즉, 편광필름(210)을 통과한 후의 적, 녹, 청색의 빛(R, G, B)은 포앙카레구의 적도 지점의 한 지점에서 모인다. 예를 들면, 편광필름(210)의 편광축에 대응하는 지점(S1)에 모인다.

한 지점에 모인 적, 녹, 청색의 빛(R, G, B)은 이분파장판(HWP)을 통과함으로써, 포앙카레구의 적도 다른 지점(S2r, S2g, S2b)으로 옮겨가게 된다. 즉, 이분파장판(HWP)은 빛의 위상차가 1/2파장(λ/2)이 되도록 한다.

이때, 적, 녹, 청색의 빛(R, G, B)의 굴절률이 다름에 따라 각각 다른 위상차가 생겨, 이분파장판(HWP)을 통과한 후 적, 녹, 청색의 빛(R, G, B) 모두가 완전한 1/2파장(λ/2)의 위상지연이 되지 못하고 분산된다.

구체적으로 예를 들면, 적색의 파장(R)은 가장 작은 위상차가 생겨 1/2파장(λ/2) 지점인 S2g 지점보다 가까운 지점인 S2r에 위치하게 되고, 녹색의 파장(G)은 완전한 1/2파장(λ/2) 위상차가 생겨 S2g지점에 위치하게 되고, 청색의 파장(B)은 가장 큰 위상차가 생겨 1/2파장(λ/2) 지점인 S2g지점보다 먼 S2b지점에 위치하게 된다.

이렇게 적, 녹, 청색의 빛(R, G, B)이 서로 분산하게 되는 이유는, 광학필름의 위상차 설계 시, 한 파장을 기준으로 예를 들면 녹색 파장(G)을 기준으로 완전한 1/2파장(λ/2)이 되도록 설계하기 때문이다. 그러나, 적, 녹, 청색의 빛(R, G, B)의 굴절률은 서로 다르기 때문에 광학필름을 통과한 후의 적, 녹, 청색의 빛(R, G, B)의 위상차는 서로 달라지게 된다.

보다 구체적으로 설명하면, <위상차 = 해당 파장의 굴절률 이방성 * 광학필름의 두께>로 나타낼 수 있고, 여기서 적, 녹, 청색 파장에 대한 굴절률 이방성은 적색 파장(R) < 녹색 파장(G) < 청색 파장(B)이 된다. 따라서, 녹색 파장(B)의 빛을 기준으로 위상차가 1/2파장(λ/2)이 되도록 광학필름을 설계하는 경우, 광학필름을 통과한 후의 적색 파장(R)의 빛에 대한 위상차는 1/2파장(λ/2) 보다 작고, 청색 파장(B)의 위상차는 1/2파장(λ/2) 보다는 크게 된다.

이와 같이 위상차가 서로 다르게 발생하여 분산되어 있던 적, 녹, 청색의 빛(R, G, B)의 빛은 사분파장판(QWP)을 통과하면서, 원편광이 되는 한 지점(S3)에 모인다.

이는 전술한 바와 같이, 사분파장판(QWP)을 통과한 후, 적색 파장(R)의 빛에 대한 위상차는 가장 작은 값을 가지는 바, 가장 작은 거리를 이동하여 원편광 지점으로 모이고, 녹색 파장(G)의 위상차는 완전한 1/4파장(λ/4)이 되어 원편광 지점으로 모이고, 청색 파장(B)의 위상차는 가장 큰 값을 가지는 바, 가장 큰 거리를 이동하여 원편광 지점으로 모이게 된다.

즉, 본발명의 실시예에서는 적, 녹, 청색의 빛(R, G, B)의 서로 다른 위상차를 이분파장판(HWP)을 이용하여 보상하게 된다.

이때, 적, 녹 청색의 빛(R, G, B)을 고려하여 가장 최적화된 사분파장판(QWP)의 광축은 편광필름(210)의 편광축과 약 65도 내지 약 105도의 각을 이룰 수 있으며, 이분파장판(HWP)의 광축은 편광필름(210)의 편광축과 약 10도 내지 약 30도의 각을 이룰 수 있다.

이하, 도 5a 및 도 5b를 참조하여, 와이드밴드 광학필름이 적용된 패턴드 리타더에 대해서 상세히 설명한다.

도 5a는 와이드밴드 광학필름이 적용된 패턴드 리타더의 단면도이고, 도 5b는 와이드밴드 광학필름이 적용된 패턴드 리타더의 평면도이다.

먼저, 도 5a를 참조하면, 패턴드 리타더(220)는 리타더층(221)과, 베이스필름(222)과, 보상층(223)을 포함할 수 있다.

여기서, 예를 들면 베이스필름(222)은 리타더층(221) 상부에 개재되고, 베이스필름(222) 상부에는 보상층(223)이 개재된다. 또한, 도시하지는 않았으나 리타더층(221) 하부에는 점착층이 더욱 형성될 수 있으며, 리타더층(221)은 점착층을 사이에 두고 편광필름(도 3의 210)에 부착된다.

리타더층(221)은 서로 번갈아 배치되는 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)를 포함한다.

또한, 리타더층(221)은 제 1 이분파장판(HWP1)으로 형성된다. 이때, 제 1 이분파장판(HWP1)의 광축은 편광필름(도 3의 210)의 편광축 즉, 출사광인 선편광의 편광방향과 약 22.5도 또는 약 -22.5(107.5)도의 각을 이룬다.

구체적으로 예를 들면, 우안 리타더(Rr)는 위상차를 1/2파장(λ/2)으로 하고, 그 광축을 편광필름(도 3의 210)의 편광축과 약 22.5도로 구성하며, 좌안 리타더(Rl)는 위상차를 1/2파장(λ/2)으로 하고, 그 광축을 편광필름(도 3의 210)의 편광축과 약 -22.5(107.5)도로 구성한다.

와이드밴드 광학필름(WOF)의 이분파장판(HWP)의 광축은 편광필름(도 3의 210)과 약 10도에서 약 30도의 값을 갖는다.

본발명의 제 1 실시예에 따른 패턴드 리타더(220)의 제 1 이분파장판(HWP1)은 약 10도에서 약 30도의 값을 가질 수 있다. 이때, 제 1 이분파장판(HWP1)의 광축을 약 22.5도로 한정하는 것이 바람직하다.

여기서, 제 1 이분파장판(HWP1)의 광축을 약 22.5도로 한정하는 것은 제 1 사분파장판(QWP1)의 각과 일치시키기 위함이다. 즉, 패턴드 리타더(220)에서 제 1 이분파장판(HWP1) 광축의 값 22.5도는, 제 1 사분파장판(QWP1)의 각도를 고려하여 가장 최적화된 값이다.

구체적으로 설명하면, 제 1 이분파장판(HWP1)의 광축을 약 22.5도로 형성하지 않을 경우, 제 1 사분파장판(QWP1)의 광축을 제 1 이분파장판(HWP1)의 좌안리타더(Rl)와 우안리타더(Rr)에 대응하여 서로 다른 2개의 값을 갖도록 해야 한다. 즉, 제 1 이분파장판(HWP1)의 광축을 약 22.5도로 형성할 경우, 제 1 사분파장판(QWP1)의 광축을 제 1 이분파장판(HWP1)의 좌안리타더(Rl) 및 우안리타더(Rr)에 대응하여 변경할 필요 없다. 이에 따라, 제 1 사분파장판(QWP1)은 하나의 플레이트를 이용하여 형성할 수 있는 바, 생산비가 절감되는 효과가 있다.

보상층(223)은 제 1 사분파장판(QWP1)로 형성된다. 이때의 제 1 사분파장판(QWP1)의 광축은 와이드밴드 편광필름(도 4의 WOF)의 사분파장판(도 4의 QWP)의 값의 범위를 가진다. 즉, 제 1 사분파장판(QWP1)의 광축은 편광필름(도4의 210)의 편광축과 약 65도 내지 약 105도의 각을 이룬다.

여기서, 제 1 사분파장판(QWP1)은 예를 들면 A-플레이트(A-plate)로 형성될 수 있다. A-플레이트는 예를 들면 시클로올레핀 폴리머필름, 폴리카보네이트필름, UV경화형 수평 또는 수평배향 액정필름, 폴리스티렌수지, 폴리에틸렌테레프틸레이트를 사용 할 수 있다.

또는, 제 1 사분파장판(QWP1)은 베이스필름(222)을 이용하여 형성될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 패턴드 리타더(220)는, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)를 포함하는데, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)는 액정패널(도 3의200)의 수직방향을 따라 번갈아 배치된다.

여기서, 예를 들면 우안 리타더(Rr)의 광축은 편광필름(도 3의 210)의 편광축과 약 22.5도가 되며, 좌안 리타더(Rl)의 광축은 편광필름(도 3의 210)의 편광축과 약 -22.5도가 된다.

이에 따라, 광축이 22.5도인 제 1 이분파장판(도 5a의 HWP1)인 좌안 리타더(Rl) 및 제 1 사분파장판(도 5a의 QWP1)을 통과한 좌안영상의 빛은 좌원편광으로 변조되고, 광축이 -22.5도인 제 1 이분파장판(도 5a의 HWP1)인 우안 리타더(Rr) 및 제 1 사분파장판(도 5a의 QWP1)을 통과한 우안영상의 빛은 우원편광으로 변조된다.

우원편광을 예를 들어 구체적으로 설명하면, 편광필름(도 3의 210)으로부터 출사된 우안영상의 출사광은, 광축이 22.5도인 제 1 이분파장판(HWP1)으로 형성된 우원 리타더(Rr)를 통과하면서 위상차가 약 1/2파장(λ/2)이 된다. 이때, 우안영상의 출사광 적, 녹, 청색의 파장(도 4의 R, G, B)은 서로 분산됨은 전술한 바와 같다.

이와 같이 분산된 적, 녹, 청색의 파장(도 4의 R, G, B)은 제 1 사분파장판(QWP1)을 통과하면서, 우원편광 지점에 모임으로써 완전한 우원편광이 된다.

<제 2 실시예>

이하, 본발명의 제 2 실시예에 대해서 살펴본다.

먼저, 본발명의 제 1 실시예와 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 6은 와이드밴드가 가능한 패턴드 리타더의 단면도이다.

패턴드 리타더(220)는, 리타더층(221)과, 베이스필름(222)을 포함할 수 있다.

여기서, 리타더층(221)인 제 2 사분파장판(QWP2)의 광축은 편광필름(210)으로부터 출사되는 선편광의 편광방향과 각각 +45도 및 -45(+135)도로 배치한다.

이때, 패턴드 리타더(220)에서의 위상차가 1/4파장(λ/4)이 되도록 한다.

여기서, 1/4파장(λ/4)의 값을 550nm를 기준으로 약 137nm이 되도록 한다. 일반적으로, 1/4파장(λ/4)의 값을 550nm파장의 빛을 기준으로 약 125nm가 되도록 하였으나, 이는 모든 파장에 대해서 즉, 녹색 파장에 대해서도 완전한 1/4파장(λ/4)이 되지 못하는 바, 선편광이 완전히 원편광으로 변조되지 못한다.

따라서, 본발명의 제 2 실시예에서는 1/4파장(λ/4)의 값을 550nm를 기준으로 약 137nm가 되도록 하여, 선편광이 완전히 원편광으로 변조될 수 있도록 한다.

<제 3 실시예>

이하, 본발명의 제 3 실시예에 대해서 설명한다.

먼저, 본발명의 제 1 실시예와 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

도 7은 본발명의 와이드밴드 광학필름이 적용된 편광안경을 도시한 도면이다.

도 7에 도시한 봐와 같이, 편광안경(300)은, 안경편광필름(310)과 안경위상차필름(320)을 포함할 수 있다.

안경편광필름(310)은, 편광분할 광학매체로서 이용된다. 즉, 안경위상차필름(320)으로부터 출사되는 선편광을 좌안과 우안에 서로 다른 특정 선편광만 투과할 수 있도록 한다.

안경위상차필름(320)은, 액정패널(200)의 패턴드 리타더(220)를 통과함으로써 좌원편광 또는 우원편광 된 빛을 특정 선으로 변조시킨다. 즉, 안경위상차필름(320)은, 원편광 된 빛을 선편광으로 변조하는 역할을 하게 된다.

본발명의 제 3 실시예에 따른 안경위상차필름(320)은 와이드밴드 광학필름(도 4의 WOF)이 적용된 것이다.

구체적으로, 안경위상차필름(320)은, 제 3 사분파장판(QWP3)과, 제 3 이분파장판(HWP3)으로 구성된다.

제 3 사분파장판(QWP3)의 광축은 약 65도 내지 약 105도의 각을 이룰 수 있다. 여기서 예를 들면 수평 방향을 기준으로 약 65도 내지 약 105도 각을 이룰 수 있다.

여기서, 제 3 사분파장판(QWP3)은 예를 들면 A-플레이트(A-plate)로 형성될 수 있다. A-플레이트는 예를 들면 시클로올레핀 폴리머필름, 폴리카보네이트필름, UV경화형 수평 또는 수평배향 액정필름, 폴리스티렌수지, 폴리에틸렌테레프틸레이트를 사용 할 수 있다.

제 3 이분파장판(HWP3)의 광축은 약 10도 내지 약 30도 또는 약 -10도 내지 약 -30도의 각을 이룰 수 있다. 여기서 예를 들면 수평 방향을 기준으로 약 10도 내지 약 30도 또는 약 -10도 내지 약 -30도의 각을 이룰 수 있다.

구체적으로 예를 들면, 우안안경(302)의 제 3 이분파장판(HWP3)의 광축은 약 10도 내지 약 30도의 각을 이룰 수 있으며, 좌안안경(301)의 제 3 이분파장판(HWP3)의 광축은 약 -10도 내지 약 -30도의 각을 이룰 수 있다.

이에 따라, 패턴드 리타더(도 3의 220)를 통과한 좌안영상은 좌안안경(301)의 제 3 사분파장판(QWP3)과 제 3 이분파장판(HWP3)을 통과하면서 완전한 선편광으로 변조되고, 패턴드 리타더(도 3의 220)를 통과한 우안영상은 우안안경(301)의 제 3 사분파장판(QWP3)과 제 3 이분파장판(HWP3)을 통과하면서 완전한 선편광으로 변조된다.

이하, 도 8a 내지 도 8c 와 표 2를 참조하여, 본발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 효과를 살펴본다.

도 8a 내지 도 8c는 본발명 제 1 실시예 내지 제 3 실시예를 다양하게 조합한 경우의 빛의 투과율을 나타낸 시뮬레이션이다.

도 8a는 일반 편광 안경과 제 2 실시예의 패턴드 리타더를 조합한 경우의 빛의 투과율을 나타낸 시뮬레이션 결과이고, 도 8b는 제 3 실시예의 와이드밴드 편광안경과 제 2 실시예의 패턴드 리타더를 조합한 경우의 빛의 투과율을 나타낸 시뮬레이션 결과이고, 도 8c는 제 1 실시예의 와이드밴드 패턴드 리타더와 제 3 실시예의 와이드밴드 편광안경을 조합한 경우의 빛의 투과율을 나타낸 시뮬레이션 결과이다.

먼저, 도 8a를 살펴보면, 일반 편광안경과 제 2 실시예의 패턴드 리타더(도 6의 220)를 조합한 경우, 표시패널 모드 예를 들면, TN모드, S-IPS 또는 H-IPS와 관계없이, 빛의 파장이 약 530nm에서의 블랙의 빛 투과율은 0%가 된다. 이에 따라, 표시패널은 완전한 블랙을 표현한다. 또한, 파장이 약 530nm에서의 화이트의 빛 투과율은 30%가 되어, 표시패널은 완전한 화이트를 표현한다.

그러나, 빛의 파장이 530nm이상인 경우, S-IPS를 제외한 TN 및 H-IPS에서의 블랙의 빛 투과율은 0% 초과가 되어, 표시패널은 완전한 블랙을 표현하지 못한다. 또한, 화이트의 빛 투과율은 30% 미만이 됨으로써, 표시패널은 완전한 화이트를 구현하지 못한다.

도 8b를 살펴보면, 와이드밴드 편광안경(도 7)과 제 2 실시예의 패턴드 리타더(도 6의 220)를 조합한 경우, 블랙의 빛 투과율은 약 600nm까지 0%가 되어, 표시패널은 완전한 블랙을 표현한다. 또한, TN모드 및 S-IPS모드 표시패널의 모드에서 화이트의 빛 투과율은 약 700nm이상이 되어서야 30% 미만보다 아주 미세한 값으로 낮아진다. 즉, H-IPS모드 표시패널에서는 완전한 화이트가 구현되고, TN모드 및 S-IPS모드 표시패널에는 아주 미세한 차이가 발생 할 뿐인 바, 거의 완전한 화이트가 구현된다.

도 8c를 살펴보면, 제 1 실시예의 패턴드 리타더(도 5a)와 제 3 실시예의 와이드밴드 편광안경(도 7)을 조합한 경우, 블랙의 빛 투과율은 약 630nm까지 0%가 되어, 표시패널은 완전한 블랙을 표현한다. 또한, 화이트의 빛의 투과율은 500nm부터 모드 30%이상이 되는 바, 표시패널은 완전한 화이트를 표현한다.

즉, 와이드밴드 패턴드 리타더와 와이드밴드 편광안경이 조합된 경우, 표시패널의 모드에 관계없이 빛의 투과율이 가장 뛰어나며, 컬러 쉬프트 현상이 가장 적게 발생한다.

표 2를 더욱 참조하면, 와이드밴드 편광안경과 와이드밴드 패턴드 리타더를 조합한 경우, 크로스토크가 가장 적으며, 색차 값이 가장 적게 나타남을 알수 있다.

또한, 화이트 휘도는 표시패널 모드에 관계 없이 약 103.8%를 나타내는 바, 표시패널은 일정한 화이트를 표현하게 된다.

전술한 바와 같이, 본발명의 제 1 실시예 내지 제3 실시예는 표시패널의 모드 및 빛의 파장과 무관하게 완전한 3D영상을 구현할 수 있는 3D표시장치를 제공한다. 구체적으로, 패턴드 리타더는 선편광을 완전하게 원편광으로 변조하고, 편광안경은 원편광을 완전하게 선편광으로 변조한다.

이에 따라, 표시패널의 모드에 관계없이 호환성 있는 한 종류의 편광안경을 이용할 수 있는 바, 시청자는 3D영상을 편리하게 감상할 수 있다. 또한, 각각의 표시패널 모드에 맞도록 편광안경을 제조할 필요가 없는 바, 제조 비용이 감소되고 생산성이 증가되는 효과가 있다.

전술한 본발명의 실시예는 본발명의 일예로서, 본발명의 정신에 포함되는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본발명은, 첨부된 특허청구범위 및 이와 등가되는 범위 내에서의 본발명의 변형을 포함한다.

200 : 표시패널
210 : 편광필름 220 : 패턴드 리타더
300 : 편광안경 310 : 안경편광필름
320 : 안경 위상차 필름 WOF : 와이드밴드 광학필름
QWP : 사분파장판 HWP : 이분파장판

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 좌안영상 및 우안영상을 표시하는 표시패널과;
   상기 표시패널 상부에 형성되는 편광필름과;
   상기 편광필름 상부에 형성되어, 상기 좌안영상을 제 1 편광상태가 되도록 하는 좌안 영역과, 상기 우안영상을 제 2 편광상태가 되도록 하는 우안 영역을 포함하는 패턴드 리타더를 포함하고,
   상기 패턴드 리타더는 상기 편광필름에 부착되고,
   상기 패턴드 리타더는, 베이스필름과, 상기 베이스필름에 직접 접촉하는 제1사분파장판을 포함하고,
   상기 제1사분파장판의 위상차는 137nm가 되는
   표시장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 좌안영상 및 우안영상을 선택적으로 통과시키고, 좌안 및 우안 안경위상차필름과, 상기 좌안 및 우안 안경위상차필름에 각각 대응되는 좌안 및 우안 안경편광필름을 포함하는 편광안경을 더 포함하고,
   상기 좌안 및 우안 안경위상차필름은, 제2사분파장판과, 상기 제2사분파장판과 상기 안경편광필름 사이에 개재되는 이분파장판을 포함하는
   표시장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 좌안 및 우안 안경위상치필름의 상기 이분파장판의 광축은, 수평방향을 기준으로 각각 10도 내지 30도 또는 각각 -10도 내지 -30도를 이루거나, 각각 -10도 내지 -30도 또는 각각 10도 내지 30도를 이루는
   표시장치.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 제2사분파장판의 광축은 수평방향을 기준으로 65도 내지 105도를 이루는
   표시장치.
   
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 제2사분파장판은 A-플레이트로 형성되는
   표시장치.

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