KR101849177B1 - 입체 영상 표시장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 액정층을 개재하여 다수의 화소영역이 정의된 어레이 기판과 컬러필터 기판이 합착되며 그 외측면에 각각 제 1 및 제 2 편광판이 부착된 액정표시장치와, 상기 제 2 편광판 외측면에 구비된 패턴드 리타더를 포함하는 3D 영상 표시장치에 있어서, 상기 컬러필터 기판은 베이스를 이루는 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 제 1 두께를 가지며 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 기판을 노출시키는 개구 가지며 상기 각 화소영역의 경계에 형성된 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트리스 사이로 노출된 상기 제 1 기판상에 제 1 굴절율을 가지며 각 화소영역의 가장자리에서 중앙부로 갈수록 그 두께가 점진적으로 감소하는 형태를 가지며 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층을 덮으며 상기 제 1 굴절율보다 큰 제 2 굴절율을 가지며 투명하고 평탄한 표면을 가지며 형성된 오버코트층을 포함하여 구성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

입체 영상 표시장치 및 이의 제조방법{3 dimensional stereography image display device and method of fabricationg the same}

본 발명은 3D 영상 표시장치에 관한 것으로, 특히 3D 영상 시청을 위한 시야각을 향상시킨 3D 영상 표시장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층으로 구성되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동한다. 액정분자는 분극성질과 광학적 이방성(optical anisotropy)을 갖는데, 분극성질은 액정분자가 전기장 내에 놓일 경우 액정분자내의 전하가 액정분자의 양쪽으로 몰려서 전기장에 따라 분자배열 방향이 변화되는 것을 말하고, 광학적 이방성은 액정분자의 가늘고 긴 구조와 앞서 말한 분자배열 방향에 기인하여 입사광의 입사방향이나 편광상태에 따라 출사광의 경로나 편광상태를 달리 변화시키는 것을 말한다.

이에 따라 액정층은 2개의 전극에 인가되는 전압에 의하여 투과율의 차이를 나타내게 되고 그 차이를 화소별로 달리하여 2D 영상을 표시할 수 있다.

한편, 최근에는 입체성을 가져 더욱 실감있는 영상을 표현하기 위한 즉, 3D 영상 구현이 가능한 액정표시장치에 대한 사용자들의 요구가 증대됨으로써 이에 부응하여 3D 영상 표현이 가능한 액정표시장치가 개발되고 있다.

일반적으로 3D를 표현하는 입체화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데, 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65㎜정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나게 되는 양안시차(binocular disparity)를 이용하여 입체감 있는 영상을 보여줄 수 있는 액정표시장치가 제안되었다.

조금 더 상세히 3D 영상 구현에 대해 설명하면, 액정표시장치를 바라보는 좌우의 눈은 각각 서로 다른 2D 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3D 영상의 깊이감과 실제감을 재생하게 되는 것이며, 이 같은 현상을 통상 스테레오그라피(stereography)라 한다.

액정표시장치 등과 같은 2D의 화상 표시를 갖는 장치에서 3D 입체화상을 표시하기 위해 제시된 기술로는 특수 안경에 의한 입체화상 디스플레이, 무안경식 입체화상 디스플레이 및 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 방식이 있다.

이중 특수 안경에 의한 입체화상 디스플레이 방식은 편광의 진동방향 또는 회전방향을 이용한 편광 안경방식과, 좌우화상을 서로 전환시켜가면서 교대로 제시하는 시분할 안경방식 및 좌/우안에 서로 다른 밝기의 빛을 전달하는 방식인 농도차 방식으로 나눌 수 있다.

또한, 무안경식 입체화상 디스플레이 방식은 좌/우안에 해당하는 각각의 화상 앞에 세로격자 모양의 개구(aperture)를 통하여 화상을 분리하여 관찰할 수 있게 하는 패러랙스 배리어(parallax barrier) 방식과, 반원통형 렌즈(cylindrical lens)를 스트라이프 배치한 렌티큘러 판(lenticular plate)을 이용하는 렌티큘러(lenticular) 방식 및 파리 눈 모양의 렌즈판을 이용하는 인테그럴 포토그라피(integral photography) 방식으로 나눌 수 있다.

이중, 편광안경을 이용한 3D 영상 표시장치가 가장 많이 이용되고 있다.

편광안경을 이용한 3D 영상 구현 시스템은 크게 화상을 표시하는 액정표시장치(10)와, 상기 액정표시장치(10)의 외측면에 부착된 λ/4 패턴드 리타더(40)와, 상기 액정표시장치(10)부터 상기 λ/4 패턴드 리타더(40)를 통과하여 나오는 화상을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 편광안경(45)으로 구성되고 있다.

이러한 구성을 갖는 종래의 3D 영상 표시장치는 3D 영상 시청 가능 영역은 상기 액정표시장치의 중앙부에서의 법선을 기준으로 상하좌우방향으로 ± 13도 정도가 되고 있다.

따라서 사용자는 상기 액정표시장치를 정면을 기준으로 상하좌우방향으로 ± 13도 이상으로 정도를 벗어나서 상기 액정표시장치를 바라보는 경우, 좌안으로 입사되어야 하는 화상 정보 중 일부가 우안으로 입사되고, 우안으로 입사되어야 하는 화상 정보 중 일부가 좌안으로 입사됨으로써 영상 섞임이 발생하여 정상적인 3D 화상 시청이 불가능하거나 또는 3D 영상 품질이 현저히 저하되고 있다.

따라서, 각 3D 영상 표시장치 제조사는 3D 영상 시청 가능 영역의 상하좌우방향으로의 각도를 늘려 3D 영상 시청 범위를 늘리고자 노력하고 있다.

3D 영상 시청 가능 영역의 상하좌우방향으로의 각도를 향상시키는 방법으로는 상기 액정표시장치와 패턴드 리타더 간의 이격간격을 작게 하는 것이 있다.

하지만, 패턴드 리타더와 액정표시장치의 이격간격을 줄이기 위해서는 액정표시장치의 두께를 줄여야 하는데, 액정표시장치의 베이스를 이루는 투명한 절연기판은 통상 유리기판이 되고 있으며, 이러한 유리기판은 최근에 0.3t 내지 0.7t 정도의 두께를 가지며 이 보다 더 얇게 형성하는 것은 액정표시장치의 제조 시 기판 깨짐 및 크렉 불량이 다발하여 불량률이 큰 폭으로 증가하여 제조 비용을 증가시키는 요인이 되며, 액정표시장치를 완성한 후에도 약간의 외부 충격에도 쉽게 파손되는 문제가 발생되므로 제품의 내구성 차원에서 무리가 있다.

따라서, 현 상태에서는 액정표시장치와 패턴드 리타더 간의 이격간격을 줄여 3D 영상 시청을 위한 시야각을 향상시키는 것은 무리가 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 3D 영상 시청을 위한 시야각을 좌우방향으로 현재 한계 각도인 ± 14보다 큰 각도를 갖는 3D 영상 표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치는, 액정층을 개재하여 다수의 화소영역이 정의된 어레이 기판과 컬러필터 기판이 합착되며 그 외측면에 각각 제 1 및 제 2 편광판이 부착된 액정표시장치와, 상기 제 2 편광판 외측면에 구비된 패턴드 리타더를 포함하는 3D 영상 표시장치에 있어서, 상기 컬러필터 기판은 베이스를 이루는 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 제 1 두께를 가지며 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 기판을 노출시키는 개구 가지며 상기 각 화소영역의 경계에 형성된 블랙매트릭스와; 상기 블랙매트리스 사이로 노출된 상기 제 1 기판상에 제 1 굴절율을 가지며 각 화소영역의 가장자리에서 중앙부로 갈수록 그 두께가 점진적으로 감소하는 형태를 가지며 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터층을 덮으며 상기 제 1 굴절율보다 큰 제 2 굴절율을 가지며 투명하고 평탄한 표면을 가지며 형성된 오버코트층을 포함하여 구성된 것이 특징이다.

이때, 상기 제 1 두께는 1.3㎛ 내지 2.7㎛ 이며, 상기 컬러필터층은 그 최대 두께가 상기 제 1 두께인 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 굴절율은 1.40 내지 1.52이며, 상기 제 2 굴절율은 1.41 내지 1.70인 것이 특징이다.

그리고, 상기 3D 영상 표시장치는 3D 영상 시청 가능 시야각이 상기 액정표시장치의 중앙부의 법선을 기준으로 상하좌우 방향으로 14도 내지 17도인 것이 특징이다.

또한, 상기 컬러필터층은 적, 녹, 청색이 각 화소영역별로 순차 반복하는 형태를 이루는 것이 특징이며, 상기 패턴드 리타더는 좌원 또는 우원 편광된 빛만을 투과시키는 제 1 위상패턴과 상기 제 1 위상패턴과 반대되는 편광된 빛만을 투과시키는 제 2 위상패턴이 교대하며 형성된 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비된 것이 특징이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 3D 영상 표시장치의 제조 방법은, 액정층을 개재하여 다수의 화소영역이 정의된 어레이 기판과 컬러필터 기판이 합착되며 그 외측면에 각각 제 1 및 제 2 편광판이 부착된 액정표시장치와, 상기 제 2 편광판 외측면에 구비된 패턴드 리타더를 포함하는 3D 영상 표시장치의 제조 방법에 있어서, 상기 컬러필터 기판의 베이스를 이루는 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역의 경계에 제 1 두께를 가지며 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 기판을 노출시키는 개구를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙매트리스 사이로 노출된 상기 제 1 기판상에 잉크젯 장치를 이용하여 컬러 안료를 포함하며 제 1 굴절율을 갖는 유기물질을 상기 블랙매트릭스와 접촉하는 부분에서의 두께가 상기 제 1 두께가 되도록 드롭량을 조절하여 제팅함으로서 각 화소영역의 가장자리에서 중앙부로 갈수록 그 두께가 점진적으로 감소하는 형태를 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 위로 상기 제 1 굴절율보다 큰 제 2 굴절율을 가지며 투명하고 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 형성하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 제 1 두께는 1.3㎛ 내지 2.7㎛ 이며, 상기 제 1 굴절율은 1.40 내지 1.52이며, 상기 제 2 굴절율은 1.41 내지 1.70인 것이 특징이다.

본 발명에 따른 3D 영상 표시장치는, 액정표시장치에 있어 각 화소영역에 구비되는 컬러필터층의 형태를 각 화소영역의 가장자리에서 중앙부로 갈수록 얇은 두께를 갖도록 하고, 이의 상부에 형성되는 오버코트층에 있어 상기 컬러필터층과 굴절율 차이를 갖는 물질로 형성함으로써 상기 오버코트층을 통과한 빛이 상기 컬러필터층을 통과하면서 굴절 확산되도록 함으로써 최종적으로 3D 영상 시청 범위를 종래대비 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 구비된 액정표시장치용 컬러필터 기판의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어서 오버코트층과 컬러필터 경계에서의 빛의 진행을 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치의 한 구성요소인 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도.

이하 도면을 참조하며 본 발명에 따른 3D 영상 구현 시스템의 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 구비된 액정표시장치용 컬러필터 기판의 단면도이다.

우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치는 크게 양 외측면에 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)을 구비한 화상을 표시하는 액정표시장치(110)와, 상기 액정표시장치(110)의 제 2 편광판(130) 외측면에 구비된 패턴드 리타더(140)와, 좌안용과 우안용의 서로 수직한 투과축을 갖도록 배치된 편광필름(150a, 150b)이 구비된 편광안경(145)으로 구성되고 있다.

우선, 상기 액정표시장치(110)는 어레이 기판(115)과, 컬러필터 기판(120)과 이들 두 기판(115, 120) 사이에 개재된 액정층(미도시)과, 상기 두 기판(115, 120) 각각의 외측면에 부착된 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)과 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 1 편광판(125)의 외측면에 백라이트 유닛(미도시)을 포함하여 구성되고 있다.

상기 어레이 기판(115)에는 서로 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하는 게이트 및 데이터 배선(116, 118)과 이들 두 배선(116, 118)과 연결되어 각 화소영역(P)에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 구비되고 있으며, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 연결되며 화소전극(119)이 구비되고 있다. 이때, 상기 어레이 기판(115)은 액정표시장치(110)의 모드에 따라 다양하게 각 화소영역(P)의 구성이 변경될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서는 도면에서는 각 화소영역(P)에 판 형태의 화소전극(119)이 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 어레이 기판(115)에는 상기 게이트 배선(116)과 나란하게 공통배선(미도시)이 구비되며 상기 각 화소영역(P)에는 상기 공통배선(P)과 연결되며 다수의 바(bar) 형태의 공통전극(미도시)이 일정간격 이격하는 형태로 더욱 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 화소전극(미도시) 또한 판 형태가 아닌 바(bar) 형태를 이루며 상기 다수의 공통전극(미도시)과 교대하는 형태를 이룬다.

이러한 구성을 갖는 어레이 기판(115)에 대향하여 위치하는 상기 컬러필터 기판(120)의 내측면에는 각 화소영역(P)의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(153)가 구비되고 있으며, 각 화소영역(P)에 순차 대응하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(156a, 156b, 156c)으로 이루어진 컬러필터층(156)과, 상기 컬러필터층(156)을 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(159)과, 이의 상부로 전면에 공통전극(162)이 전면에 구비되고 있다.

이때, 이러한 구성을 갖는 컬러필터 기판(120)의 경우 상기 공통전극(162)이 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 어레이 기판(115)에 바(bar) 형태의 공통전극(미도시)과 바(bar) 형태의 화소전극(미도시)이 교대하는 형태로 형성되는 경우 상기 컬러필터 기판(120) 전면에 구비되는 상기 공통전극(162)은 생략된다.

이때, 본 발명의 가장 특징적인 구성을 갖는 상기 컬러필터 기판(120)의 구성에 대해 조금 더 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 구비되고 있는 컬러필터 기판(120)은 베이스를 이루는 투명한 기판(150)과, 이의 상부로 각 화소영역(P)의 경계에 구비된 블랙매트릭스(153)와, 각 화소영역(P) 별로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(153a, 153b, 153c)이 순차 반복되는 컬러필터층(153)과 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(159)과, 상기 오버코트층(159) 상부로 투명한 공통전극(162)이 구비되고 있다. 이때, 상기 투명한 공통전극(162)은 어레이 기판(115)의 구성에 따라 상기 어레이 기판(115)에 형성될 수도 있으며 이 경우 컬러필터 기판(120)에서는 생략된다.

이때, 본 발명의 특징적인 구성은 블랙매트릭스(153)와 컬러필터층(156)과 오버코트층(159)에 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어, 상기 컬러필터층(156)과 인접하여 형성되는 상기 블랙매트릭스(153)는 종래의 액정표시장치에 구비되는 블랙매트릭스의 두께대비 0.3㎛ 내지 1.5㎛ 정도 더 두껍게 형성되고 있는 것이 특징이다.

일반적으로 액정표시장치용 컬러필터 기판에 구비되는 블랙매트릭스는 1㎛ 내지 1.2㎛ 정도의 두께를 갖지만, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(110)의 컬러필터 기판(120) 내측면에 구비되는 블랙매트릭스(153)의 경우, 1.3㎛ 내지 2.7㎛ 정도의 두께를 갖는 것이 특징이다. 이렇게 블랙매트릭스(153)의 두께를 일반적인 액정표시장치에 구비되는 블랙매트릭스 대비 0.3㎛ 내지 1.5㎛ 정도 더 두껍게 형성하는 것은 이후 상기 블랙매트릭스(153)로 둘러싸인 화소영역(P)에 구비되는 컬러필터 패턴이 특정한 형태를 이루도록 하기 위함이다.

다음, 상기 블랙매트릭스(153) 사이에 구비된 상기 컬러필터층(156)을 살펴보면, 그 형태에 있어서 종래의 3D 영상 표시장치 또는 일반적인 액정표시장치에 구비되는 컬러필터층과 큰 차이가 있음을 알 수 있다.

즉, 종래의 3D 영상 표시장치 또는 일반적인 액정표시장치의 경우, 컬러필터층은 통상 평탄한 표면을 가지며 각 화소영역 내에서 일정한 두께를 갖도록 형성되고 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(100)에 구비되는 컬러필터층(156)은 각 화소영역(P) 내에서 각 화소영역(P) 가장자리부분에서 중앙부로 갈수록 점진적으로 작은 두께를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.

따라서, 상기 컬러필터층(156)의 각 화소영역(P)에서의 단면 구조를 살펴보면, 기판 면측으로 오목한 렌즈 형태를 이루는 것이 특징이다.

또한, 일반적으로 컬러필터층은 통상적으로 블랙매트릭스 상부에도 형성되고 있지만 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터층(156)의 경우, 블랙매트릭스(153) 상부에는 형성되지 않고 상기 블랙매트릭스(153)로 둘러싸인 화소영역(P)의 내부에만 형성되고 있는 것이 특징이다.

이렇게 본 발명의 실시예에 있어서, 컬러필터층(156)을 각 화소영역(P)내에서 오목한 렌즈 형태를 이루도록 한 것은 상기 컬러필터층(156)이 렌즈 역할을 함으로써 패턴드 리타더(140)로 입사되는 빛의 각도가 조절되어 최종적으로 3D 영상 표시장치(100)의 3D 영상 시청 가능 시야각 범위를 향상시키기 위함이다.

한편, 이러한 컬러필터층(156)은 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(156a, 156b, 156c) 별로 각 색의 안료를 포함하여 그 굴절율이 통상 상기 베이스를 이루는 기판(150)의 굴절율과 유사한 1.40 내지 1.52 정도가 되는 유기물질로 이루어지는 것이 특징이다.

다음, 이러한 굴절율과 구성을 갖는 상기 컬러필터층(156) 상부에는 상기 컬러필터층(156)을 덮으며 상기 컬러필터층(156)의 굴절율보다 즉, 1.41 내지 1.70 정도의 고굴절율을 갖는 투명한 유기물질로 이루어지며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(159)이 형성되고 있다.

이때, 상기 오버코트층(159)은 상기 컬러필터층(156)의 굴절율보다는 반드시 큰 굴절율을 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다. 일례로 상기 컬러필터층(156)의 굴절율이 1.40인 경우, 상기 오버코트층(159)은 그 굴절율이 1.40보다 큰 1.41 내지 1.70의 굴절율을 가지며, 상기 컬러필터층(156)의 굴절율을 1.52인 경우 상기 오버코트층(159)의 굴절율은 1.53 내지 1.70의 굴절율을 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.

한편, 이러한 구성을 갖는 컬러필터 기판(120)과 어레이 기판(115) 사이에는 액정층(미도시)이 개재되고 있으며, 상기 어레이 기판(115) 및 컬러필터 기판(120)의 외측면에는 상기 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)이 구비되고 있다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)은 그 투과축이 서로 수직 교차하도록 구성되고 있는 것이 특징이다.

또한, 상기 컬러필터 기판(120)의 외측면에 부착된 상기 제 2 편광판(130)의 외측면에 구비된 상기 패턴드 리타더(140)는 가로방향으로 홀수번째 화소라인에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 이들 화소영역(P)으로부터 상기 제 2 편광판(130)을 통해 나온 빛을 우원편광 상태가 되도록 하며, 짝수번째 화소라인에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 좌원편광 상태가 되도록 하는 역할을 하도록 베이스를 이루는 투명한 TAC 필름(미도시) 상에 그 내부적으로 위상을 변경시키는 복굴절 물질로 이루어지며 화소영역(P) 라인별로 교대하여 서로 다른 방향성을 갖는 제 1 및 제 2 위상패턴(141a. 141b )이 패턴된 것이 특징이다. 이렇게 빛을 좌원편광 또는 우원편광 되도록 하는 상기 패턴드 리타더(140)는 일례로 λ/4 위상 차이를 발현시키는 것이 특징이다.

이렇게 λ/4의 위상차가 발생하도록 하는 패턴드 리타더(140)에 있어 그 광축은 상기 액정표시장치(110)에 구비된 제 2 편광판(130)의 투과축에 대해 각각 +45도와 -45도를 이루고 있다.

따라서, 3D 영상 구현 시스템(101)의 구성에 의해 상기 액정표시장치(110)는 상기 패턴드 리타더(140)를 통과한 후에는 홀수번째의 화소라인에 위치하는 화소영역(P)으로부터는 우원편광 된 상태의 빛이 나오고, 짝수번째의 화소라인에 위치하는 화소영역(P)으로부터는 좌원편광된 상태의 빛이 나오게 된다.

이때, 상기 액정표시장치(110)에 있어 홀수번째 화소라인에 위치하는 화소영역(P)에 대해서는 사용자의 좌안으로 입사되는 좌안용 영상신호를, 짝수번째 화소라인에 위치하는 화소영역(P)에 대해서는 우안으로 입사되는 우안용 영상신호를 인가하도록 함으로써 3D 영상 구현이 가능하도록 하는 표시장치를 이루게 되는 것이다.

한편, 전술한 구성을 갖는 λ/4 패턴드 리타더(140)를 포함하는 액정표시장치(110)와 하나의 세트를 이루는 편광안경(145)은, 투명한 유리재질로 이루어진 통상적인 안경에 편광필름(150a, 150b) 및 λ/4 위상차 필름(미도시)이 부착된 것이 특징이다.

이때, 안경(145) 착용 시 사용자의 좌안에 대응되는 좌안용 렌즈(145a)에는 원편광된 빛을 직선편광으로 바꾸는 역할을 하는 λ/4 위상필름(미도시)과 제 1 편광필름(150a)이 부착되어 있고, 우안용 렌즈(145b)에는 원편광된 빛을 선택적으로 직선편광으로 바꾸는 역할을 하는 λ/4 위상필름(미도시)과 편광필름(150b)이 부착되고 있다.

따라서, 사용자가 이러한 구성을 갖는 편광안경(145)을 착용하고, 라인별로 교대하여 좌안용 및 우안용 화상 데이터가 인가되고 서로 다른 원편광 상태를 갖는 화상을 표시하는 액정표시장치(110)를 통해 화상을 시청하는 경우, 좌안용 렌즈(145a)를 통해서는 좌안용 영상이, 우안용 렌즈(145b)를 통해서는 우안용 영상이 입사되므로 이들 두 화상의 합성에 의해 사용자는 3D 화상을 시청할 수 있게 된다.

한편, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(100)는 상기 액정표시장치(110)를 바라보는 사용자의 3D 영상 시청 가능 범위가 종래 대비 확장된 것이 특징이다.

즉, 종래의 3D 영상 표시장치의 경우, 3D 영상을 시청할 수 있는 범위가 상기 액정표시장치의 표시영역 중앙부의 법선을 기준으로 상하좌우 방향으로 ± 13도 정도가 되지만, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치의 경우, 3D 영상을 시청할 수 있는 범위가 상기 액정표시장치의 표시영역 중앙부의 법선을 기준으로 상하좌우 방향으로 ± 14도 내지 ± 17도 정도가 됨으로써 3D 영상을 시청 범위가 향상된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어서 오버코트층과 컬러필터 경계에서의 빛의 진행을 도시한 도면이다.

도시한 바와같이, 그 표면이 곡면 형태를 갖는 컬러필터층(156)을 덮으며 상기 컬러필터층(156) 대비 더 큰 굴절율을 갖는 유기물질로 이루어진 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(159)이 형성된 경우, 상기 오버코트층(159)과 컬러필터층(156)의 굴절율 차이와 상기 오버코트층(159)과 컬러필터층(156)의 계면이 곡면 형태를 이룸에 의해 고굴절에서 저굴절로 빛이 입사하는 렌즈 타입의 계면이 형성 된다. 이는 액정층(미도시)에서 오버코트층(159)을 지나 상기 컬러필터층(156)을 만나는 경계조건에 의해 빛의 경로를 확산하는 결과를 이루게 되며 이는 최종적으로 3D 영상 표시장치의 3D 영상 시청 가능 시야각을 넓히는 효과를 구현하게 된다.

즉, 오버코트층(159)에서 상기 컬러필터층(156)의 중앙부를 향하여 곧게 입사되어 굴절율 차이 등에 의해 그 변위가 발생되지 않는 빛(이하 기준 빛이라 칭함)을 기준으로 상기 오버코트층(159)에서 상기 컬러필터층(156)으로 비스듬히 입사하는 빛이 이루는 각도를 제 1 각도(θ1)라 정의하고, 상기 제 1 각도(θ1)를 가지며 상기 컬러필터층(156)을 향하여 입사된 빛이 상기 컬러필터층(156)에서 제 1 기판(150)을 통해 상기 패턴드 리타더(미도시)로 입사하는 빛의 각도를 제 2 각도(θ2)라 정의할 때, 상기 컬러필터층(156)의 표면이 도시한 바와같이 곡면을 이루게 되면 상기 곡면의 중앙을 관통하는 중앙축을 기준으로 이를 통과하는 빛의 위치에 따라 제 3 각도(θ3)의 각도가 생기며, 따라서 상기 컬러필터층(156)의 곡면 형상의 표면으로 입사되는 빛의 각도는 상기 제 3 각도(θ3)만큼 각의 변위를 가지게 된다.

이에 의해 고굴절율을 갖는 상기 오버코트층(159)을 통과한 빛이 상기 오버코트층(159) 대비 작은 굴절율을 갖는 상기 컬러필터층(156)의 곡면과 만나게 되면 상기 제 2 각도(θ2)가 더 커지게 되고, 결과적으로 상하좌우 방향으로 빛의 경로를 더 크게 벌어지게 하는 역할을 하게 된다.

따라서, 이렇게 상기 컬러필터층(156)을 통과할 때 상하좌우로 벌어진 빛은 최종적으로 3D 영상 표시장치에서 상하좌우 방향으로의 3D 시청 가능 시야각을 약± 1도 내지 ± 4도 정도 향상시키는 것이다.

이후에는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어서 가장 특징적인 구성을 갖는 컬러필터 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치의 한 구성요소인 컬러필터 기판의 제조 단계별 공정 단면도이다.

우선, 도 4a에 도시한 바와같이, 베이스를 이루는 투명한 제 1 기판(150) 예를들면 투명한 유리기판 상에 감광성 특성을 갖는 블랙 레진을 도포하여 1.3㎛ 내지 2.7㎛ 정도의 두께를 갖는 블랙레진층(미도시)을 형성한다.

이후, 상기 블랙레진층(미도시) 상부에 투과영역(미도시)과 차단영역(미도시)을 갖는 노광 마스크(미도시)를 이용한 노광을 실시한 후, 상기 블랙레진층(미도시)을 현상함으로써 각 화소영역(P)의 경계에 각 화소영역(P)을 노출시키는 개구를 가지며 1.3㎛ 내지 2.7㎛ 정도의 두께를 갖는 블랙매트릭스(153)를 형성한다.

다음, 도 4b에 도시한 바와같이, 상기 블랙매트릭스(153) 위로 적, 녹, 청색 중 어느 한 가지 색의 안료를 포함하며 굴절율이 상기 제 1 기판(150)과 유사한 1.40 내지 1.52 정도가 되는 유기물질 일례로 도면에서는 적색을 안료를 포함하는 유기물질을 잉크젯 장치(191)를 이용하여 상기 적색을 나타내는 화소영역(P)에 대응하여 적정량 도포함으로써 상기 블랙매트릭스(153) 사이로 적색 컬러필터 패턴(156a)을 형성한다.

이때, 상기 잉크 젯 장치(191)에서 도포되는 적색 유기물질의 도포량을 조절하여 상기 블랙매트릭스(153)와 계면을 이루는 부분의 두께가 상기 블랙매트릭스(153)의 두께만큼이 되도록 하는 경우 도면에 나타낸 바와같이, 각 화소영역(P)에 있어 상기 블랙매트릭스(153)와 접촉하는 가장자리에서 그 중앙부로 갈수록 점진적으로 두께가 줄어드는 형태를 이루게 됨으로써 상기 적색 컬러필터 패턴(156a)의 표면은 상기 제 1 기판측으로 오목한 곡면 형상을 이루게 된다.

이렇게 잉크 젯 장치(191)를 이용하여 각 화소영역(P)에 컬러필터 패턴(156a)을 형성하는 경우, 상기 블랙매트릭스(153)의 두께에 영향이 있으며, 상기 블랙매트릭스(153)의 두께가 1.1 정도보다 크게 형성되는 경우 전술한 바와같이 각 화소영역(P) 내에서 가장자리에서 중앙부로 갈수록 두께가 감속하는 형태의 컬러필터 패턴(156a)이 형성됨을 실험을 통해 알 수 있었으며, 본 발명의 실시예의 경우, 안정적으로 상기 컬러필터 패턴(156a)의 표면이 곡면 형태를 이루도록 하기 위해 상기 블랙매트릭스(153)의 높이를 1.3㎛ 내지 2.7㎛ 정도가 되도록 형성한 것이다.

다음, 도 4c에 도시한 바와같이, 도 4b를 통해 적색 컬러필터 패턴(156a)을 형성한 것과 동일한 공정을 진행하여 상기 적색 컬러필터 패턴(156a)과 순차적으로 인접하여 녹 및 청색 컬러필터 패턴(156b, 156c)을 형성함으로써 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(156a, 156b, 156c)이 순차 반복하는 형태의 컬러필터층(156)을 이루도록 한다.

다음, 도 4d에 도시한 바와같이, 그 표면이 각 화소영역(P)별로 곡면 형태를 갖는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(156a, 156b, 156c)으로 이루어진 상기 컬러필터층(156) 위로 상기 컬러필터층(156)의 굴절율보다 큰 1.41 내지 1.70 정도의 고굴절율을 갖는 투명한 유기물질을 2㎛이상 두껍게 형성함으로써 그 하부에 위치하는 상기 컬러필터층(156)의 단차를 극복하여 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(159)을 형성함으로써 본 발명의 실시예에 따른 컬러필터 기판(120)을 완성한다.

이때, 상기 평탄한 표면을 갖는 상기 오버코트층(159) 상부로 선택적으로 투명한 도전성 물질을 증착하여 투명한 공통전극(162)을 더욱 형성할 수도 있다.

도 1을 참조하면, 이러한 방식으로 완성된 컬러필터 기판(120)과 일반적인 방법에 의해 완성된 어레이 기판(115)을 액정층(미도시)을 재개하여 합착함으로써 액정패널을 완성한 후, 상기 액정패널의 외측면에 각각 투과축이 수직하게 교차하는 형태로 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)을 부착하고 상기 어레이 기판(115)의 외측면에 부착된 상기 제 1 편광판(125) 외측면에 백라이트 유닛(미도시)을 구비함으로써 액정표시장치(110)를 완성한다.

이후, 상기 액정표시장치(110)의 제 2 편광판(130) 외측으로 일반적인 방법으로 제작된 패턴드 리타더(140)를 부착함으로써 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(100)를 완성할 수 있다.

이렇게 완성된 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(100)는 오버코트층(159)과 컬러필터층(156)의 굴절율 차이와 컬러필터층(156)이 곡면 형태를 갖는 구조적 특징에 의해 최종적으로 3D 영상 시청 가능한 상하좌우 시야각 범위가 종래의 3D 영상 표시장치 대비 약 ± 1도 내지 ± 4도 정도 향상시키는 효과를 갖는다.

150 : 제 1 기판
153 : 블랙매트릭스
156 : 컬러필터층
156a, 156b, 156c : 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴
159 : 오버코트층
162 : 공통전극
P : 화소영역

Claims (10)

1. 액정층을 개재하여 다수의 화소영역이 정의된 어레이 기판과 컬러필터 기판이 합착되며, 그 외측면에 각각 제 1 및 제 2 편광판이 부착된 액정표시장치와, 상기 제 2 편광판 외측면에 구비된 패턴드 리타더를 포함하는 3D 영상 표시장치에 있어서,
   상기 컬러필터 기판은 베이스를 이루는 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 제 1 두께를 가지며 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 기판을 노출시키는 개구 가지며 상기 각 화소영역의 경계에 위치하는 블랙매트릭스와;
   상기 다수의 화소영역 별로, 상기 블랙매트리스 사이로 노출된 상기 제 1 기판 상의 상기 개구에 위치하며, 제 1 굴절율을 가지며 상기 각 화소영역의 가장자리에서 중앙부로 갈수록 그 두께가 점진적으로 감소하는 형태를 가지는 컬러필터패턴과;
   상기 컬러필터패턴과 상기 블랙매트릭스와 밀착되어, 상기 컬러필터패턴과 상기 블랙매트릭스 상부로 완전히 덮으며, 상기 제 1 굴절율 보다 큰 제 2 굴절율을 가지며 투명하고 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 포함하여 구성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 두께는 1.3㎛ 내지 2.7㎛ 인 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 컬러필터패턴은 그 최대 두께가 상기 제 1 두께인 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 굴절율은 1.40 내지 1.52이며, 상기 제 2 굴절율은 1.41 내지 1.70인 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 3D 영상 표시장치는 3D 영상 시청 가능 시야각이 상기 액정표시장치의 중앙부의 법선을 기준으로 상하좌우 방향으로 14도 내지 17도인 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 컬러필터패턴은 적, 녹, 청색이 상기 각 화소영역 별로 순차 반복하는 형태를 이루는 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 패턴드 리타더는 좌원 또는 우원 편광된 빛만을 투과시키는 제 1 위상패턴과 상기 제 1 위상패턴과 반대되는 편광된 빛만을 투과시키는 제 2 위상패턴이 교대하며 형성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
   
9. 액정층을 개재하여 다수의 화소영역이 정의된 어레이 기판과 컬러필터 기판이 합착되며 그 외측면에 각각 제 1 및 제 2 편광판이 부착된 액정표시장치와, 상기 제 2 편광판 외측면에 구비된 패턴드 리타더를 포함하는 3D 영상 표시장치의 제조 방법에 있어서,
   상기 컬러필터 기판의 베이스를 이루는 제 1 기판 상의 상기 각 화소영역의 경계에 제 1 두께를 가지며 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 기판을 노출시키는 개구를 갖는 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
   상기 개구에 의해 상기 블랙매트리스 사이로 노출된 상기 제 1 기판 상에 잉크젯 장치를 이용하여 컬러 안료를 포함하며 제 1 굴절율을 갖는 유기물질을 상기 블랙매트릭스와 접촉하는 부분에서의 두께가 상기 제 1 두께가 되도록 드롭량을 조절하여 제팅함으로서, 상기 각 화소영역의 가장자리에서 중앙부로 갈수록 그 두께가 점진적으로 감소하는 형태를 갖는 컬러필터패턴을 형성하는 단계와;
   상기 컬러필터패턴과 상기 블랙매트릭스 상부로 상기 제 1 굴절율보다 큰 제 2 굴절율을 가지며 투명하고 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 형성하는 단계
   를 포함하며,
   상기 오버코트층은 상기 컬러필터패턴과 상기 블랙매트릭스와 밀착되어, 상기 컬러필터패턴과 상기 블랙매트릭스를 완전히 덮는 3D 영상 표시장치의 제조 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 1.3㎛ 내지 2.7㎛ 이며, 상기 제 1 굴절율은 1.40 내지 1.52이며, 상기 제 2 굴절율은 1.41 내지 1.70인 것이 특징인 3D 영상 표시장치의 제조 방법.

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