KR101857063B1 - 액정표시장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 경량 및 박형의 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 어레이기판 및 컬러필터기판을 각각 제 1 내지 제 4 기판으로 나눈 후, 각각의 기판 사이에 편광층이 위치하도록 하거나, 컬러필터기판을 제 1 및 제 2 기판으로 나눈 후, 제 1 및 제 2 기판 사이로 제2 편광층과 패턴드 리타더가 위치하도록 함으로써, 별도의 TAC 필름을 삭제할 수 있으며, 패턴드 리타더가 글라스 등과 같은 별도의 기판에 형성되지 않음으로써, 액정표시장치의 전체적인 두께를 줄일 수 있다.
또한, TAC 필름과 패턴드 리타더의 기재 기판으로 인한 재료비 손실을 방지할 수 있으며, 기판의 외면으로 편광판과 패턴드 리타더를 각각 부착하기 위한 별도의 접착 공정을 생략할 수 있어 제공공정의 단순화를 가져올 수 있다.
또한, 크로스 토크(cross-talk)영역을 최소화하는 동시에 개구율을 향상시킬 수 있다.

Description

액정표시장치 및 이의 제조방법{Liquid crystal display device and method of fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 경량 및 박형의 액정표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있다.
특히 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판표시장치(flat panel display)의 필요성이 커지고 있으며, 이에 따라 동화상 표시에 유리하고 콘트라스트비(contrast ratio)가 큰 액정표시장치(Thin film transistor liquidcrystal display)의 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 액정표시장치는 나란한 두 기판(substrate) 사이로 액정층을 개재하여 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수 구성요소로 하며, 액정패널 내의 전기장으로 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율 차이를 구현한다.
즉, 액정표시장치는 액정분자의 광학적이방성(optical anisotropy)과 분극성질(polarization)을 이용하는데, 이는 액정분자의 구조가 가늘고 길며, 그 배열에 있어서 방향성을 갖는 선 경사각(pretilt angle)을 가지고 있기 때문에, 인위적으로 액정에 전압을 인가하면 액정분자가 갖는 선 경사각을 변화시키게 된다.
이를 통해, 액정분자의 배열 방향을 제어할 수 있으므로, 적절한 전압을 액정층에 인가함으로써, 액정분자의 배열 방향을 임의로 조절하여 액정의 분자배열을 변화시키고, 이러한 액정이 가지고 있는 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛을 임의로 변조함으로써 원하는 화상정보를 표현하게 된다.
하지만 액정패널은 자체 발광요소를 갖추지 못한 관계로 투과율 차이를 화상으로 표시하기 위해서 별도의 광원을 요구하고, 이를 위해 액정패널 배면에는 광원(光源)이 내장된 백라이트(backlight)가 구비되며, 액정패널의 상부 및 하부에는 빛의 편광방향을 제어하는 상부 편광판 및 하부 편광판이 각각 구비된다.
한편, 이러한 액정표시장치는 편광판 자체의 두께만 보더라도 0.2 ~ 0.3mm로 이루어지므로, 전체적인 액정표시장치의 박형화에 불리하고, 최근 액정표시장치의 박형화 추세에 역행하게 된다.
특히, 3차원(3D) 영상을 구현하는 액정표시장치의 경우 좌안용 영상과 우안용 영상 별로 편광방향을 바꾸는 패턴드 리타더(patterned retarder)를 더욱 구비하게 되는데, 패턴드 리타더는 고분자 액정층을 포함하므로 그 두께가 수 ㎛를 이루게 되고, 이는 0.5 ~ 0.7mm 인 기판의 두께에 비해 상대적으로 매우 두껍게 형성되는 것을 알 수 있다.
이를 통해, 액정표시장치의 전체 두께가 더욱 두꺼워져 박형화가 더욱 어려워지게 된다. 그리고, 이러한 액정표시장치는 무게 또한 많이 나가게 됨으로써, 경량화 또한 어려워지게 된다.
또한, 패턴드 리타더는 별도의 기재로서 기판을 필요로 하게 되는데, 이는 재료비용을 증가시키게 되며, 패턴드 리타더가 형성된 기판을 액정패널에 부착하기 위한 별도의 접착공정을 필요로 하게 됨으로써, 공정의 효율성을 저하시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 3차원 영상을 구현하는 과정에서 크로스 토크(cross-talk)영역을 최소화하는 동시에 개구율을 향상시키는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, 공정의 효율성을 향상시키고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제 1-1 박막형 기판과 제 1-2 박막형 기판과, 상기 제 1-1 박막형 기판과 상기 제 1-2 박막형 기판 사이에 제 1 편광축을 갖는 제 1 편광층을 포함하는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 제 2 기판은 제 2-1 박막형 기판과 제 2-2 박막형 기판과, 상기 제 2-1 박막형 기판과 제 2-2 박막형 기판 사이의 상기 제 1 편광축과 수직한 제 2 편광축을 갖는 제 2 편광층을 포함하며, 상기 제 1-1 및 제 1-2 박막형 기판과, 상기 제 2-1 및 제 2-2 박막형 기판은 각각 0.1mm 이하의 두께를 갖는다.
그리고, 상기 제 1-1 박막형 기판과 상기 액정층 사이에는 컬러필터층이 형성되며, 상기 제 1-1 박막형 기판과 상기 제 1-2 박막형 기판 사이에는 광축이 서로 직교하는 제 1 패턴과 제 2 패턴이 구비되는 패턴드 리타더(patterned retarder)가 개재된다.
또한, 상기 패턴드 리타더는 상기 제 1 편광층과 상기 제 1-2 박막형 기판 사이에 개재된다.
또한, 본 발명은 제 1-1 박막형 기판과 제 1-2 박막형 기판과, 상기 제 1-1 박막형 기판과 상기 제 1-2 박막형 기판 사이에 제 1 편광축을 갖는 제 1 편광층을 포함하는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하는 액정표시장치 제조방법에 있어서, 상기 제 1 기판은 염착 및 연신된 편광필름을 사이에 두고 제 1-1 박막형 기판과 제 1-2 박막형 기판을 접합시킨 후, 라미네이팅(laminating)하는 단계와; 상기 제 2 기판은 염착 및 연신된 편광필름을 사이에 두고 제 2-1 박막형 기판과 제 2-2 박막형 기판을 접합시킨 후, 라미네이팅(laminating)하는 단계를 포함하는 액정표시장치 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 제 1 기판은 상기 제 1-1 박막형 기판 상에 패턴드 리타더를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 접합 및 상기 라미네이팅은 롤투롤(roll to roll) 방식으로 이루어진다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 어레이기판 및 컬러필터기판을 각각 제 1 내지 제 4 기판으로 나눈 후, 각각의 기판 사이에 편광층이 위치하도록 하거나, 컬러필터기판을 제 1 및 제 2 기판으로 나눈 후, 제 1 및 제 2 기판 사이로 제2 편광층과 패턴드 리타더가 위치하도록 함으로써, 별도의 TAC 필름을 삭제할 수 있으며, 패턴드 리타더가 글라스 등과 같은 별도의 기판에 형성되지 않음으로써, 액정표시장치의 전체적인 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, TAC 필름과 패턴드 리타더의 기재 기판으로 인한 재료비 손실을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 기판의 외면으로 편광판과 패턴드 리타더를 각각 부착하기 위한 별도의 접착 공정을 생략할 수 있어 제공공정의 단순화를 가져올 수 있는 효과가 있다.
또한, 크로스 토크(cross-talk)영역을 최소화하는 동시에 개구율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a ~ 2b는 본 발명의 액정표시장치와 일반적인 액정표시장치의 두께를 비교하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광층을 포함하는 기판의 형성과정을 개략적으로 도시한 공정 개략도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 6a ~ 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치와 일반적인 입체영상표시장치의 크로스 토크 영역을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 또 다른 일예의 입체영상표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광층과 패턴드 리타더를 포함하는 기판의 형성과정을 개략적으로 도시한 공정 개략도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
- 제 1 실시예 -
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 2a ~ 2b는 본 발명의 액정표시장치와 일반적인 액정표시장치의 두께를 비교하기 위한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 크게 액정패널(100)과 제 1 및 제 2 편광층(120, 130), 그리고 액정패널(100)로 빛을 공급하는 백라이트(backlight : 140)로 구성된다.
이를 좀더 자세히 살펴보면, 액정패널(100)은 어레이기판(101)과 컬러필터기판(102)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 어레이기기판(101) 및 컬러필터기판(102) 사이에는 액정층(103)이 개재되어 있다.
이때, 도시하지는 않았지만 어레이기판(101) 상에는 소정간격 이격되어 평행하게 구성된 다수의 게이트배선과 게이트배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선이 구성되어 있다.
그리고, 각 화소영역의 게이트배선과 데이터배선의 교차지점에는 박막트랜지스터가 형성되며, 각 화소영역에는 박막트랜지스터와 드레인 콘택홀을 통해 연결되며 투명 도전성 물질로 이루어진 다수의 화소전극이 형성되어 있다.
여기서, 박막트랜지스터는 게이트전극, 게이트절연막, 반도체층, 소스 및 드레인전극으로 이루어진다.
이때 화소전극은 바(bar) 형태로 다수개로 분리되어 서로 이격하며, 각 화소영역 내에 형성되고 있다. 또한 게이트배선과 나란하게 동일한 층에 공통배선이 형성되고, 공통배선과 전기적으로 연결되며 각 화소영역 내에 분리된 다수의 화소전극과 교대하여 이격하며 다수의 공통전극이 형성된다.
한편, 변형예로서 화소전극은 판 형태로 각 화소영역 별로 형성될 수도 있다. 이때 화소전극의 일부는 게이트배선과 중첩되어 형성되어, 스토리지 커패시터를 이루도록 구성될 수도 있다.
그리고, 각 화소영역 내에 다수의 화소전극과 공통전극이 이격하는 형태로 구성될 경우 IPS모드로 동작하는 액정패널(100)을 이루게 되며, 공통전극을 제외하고 판 형태의 화소전극 만이 어레이기판(101)에 형성될 경우 이는 TN모드, ECB모드, VA모드 중 어느 하나의 모드로 동작하는 액정패널을 이루게 된다. 도면에 있어서는 IPS모드로 동작하는 액정패널(100)을 일예로 설명하겠다.
그리고 어레이기판(101)과 마주보는 컬러필터기판(102) 상에는 화소영역에 대응하는 개구부를 가지는 블랙매트릭스(미도시)가 형성되어 있으며, 이들 개구부에 대응하여 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터를 포함하는 컬러필터층(106)이 형성되어 있다.
그리고, 컬러필터층(106) 상부에는 오버코트층(미도시)이 형성되어 있다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예의 어레이기판(101)은 제 1 및 제 2 기판(101a, 101b)으로 나뉘어지며, 제 1 및 제 2 기판(101a, 101b) 사이에 빛의 편광특성을 변화시키는 제 1 편광축이 형성된 제1 편광층(120)이 형성되어 있다.
그리고, 컬러필터기판(102)은 제 3 및 제 4 기판(102a, 102b)으로 나뉘어지며, 제 3 및 제 4 기판(102a, 102b) 사이에는 제 1 편광축과 수직한 제 2 편광축이 형성된 제 2 편광층(130)이 형성되어 있다.
여기서, 제 1 내지 제 4 기판(101a, 101b, 102a, 102b)은 0.1mm이하의 얇은 두께를 갖는 박막형 기판으로, 필름과 같이 유연한 특성을 갖는다.
이러한, 제 1 및 제 2 기판(101a, 101b)은 제 1 편광층(120)의 연신상태를 유지시키는 동시에 보호 하는 역할을 하게 되며, 제 3 및 제 4 기판(102a, 102b)은 제 2 편광층(130)의 연신상태를 유지시키는 동시에 보호하는 역할을 하게 된다.
따라서, 액정패널(100)의 상, 하부에 위치하는 제 1 및 제 2 편광층(120, 130)에 의해 액정패널(100) 내의 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율 차이를 통해 화상을 구현하게 된다.
이때, 외부로 노출되는 제 1 기판(101a)의 표면의 손상 방지를 위해 하드코팅(hard coating : 미도시) 처리될 수 있으며, 제 4 기판(102b)의 외측으로는 표면처리층(미도시)이 더욱 형성될 수 있다.
표면처리층(미도시)은 실리카비드(silica bead : 미도시)가 포함된 눈부심방지(anti-glare)층 이거나, 제 4 기판(102b) 표면의 손상 방지를 위한 하드 코팅(hard coating)층 일 수 있다.
그리고 본 발명의 액정표시장치의 제 1 기판(101a)의 하부에는 액정패널(100)로 빛을 공급하는 백라이트(140)가 구비되는데, 백라이트(140)는 빛을 발하는 광원(미도시)의 위치에 따라 측광형(side type)과 직하형(direct type)으로 구분된다.
여기서, 측광형은 액정패널(100)에 대해 이의 후방의 일측면으로부터 출사된 광원(미도시)의 빛을 별도의 도광판(미도시)으로 굴절시켜 액정패널(100)로 입사시키며, 직하형은 액정패널(100) 배면으로 복수개의 광원(미도시)을 직접 배치시켜 빛을 입사시킨다.
본 발명은 이 둘 중 어느 것이나 이용가능하다.
이때, 광원(미도시)은 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다. 또는, 이러한 형광램프 이외에 발광다이오드 램프(light emitting diode lamp)가 램프로 이용될 수도 있다.
여기서, 본 발명의 액정패널은 제 1 및 제 2 편광층(120, 130)이 박막형 기판인 제 1 내지 제 4 기판(101a, 101b, 102a, 102b) 사이에 각각 개재되도록 형성함으로써, 기존의 일반적인 액정패널과 비교하면, 기판(101a, 101b, 102a, 102b) 내부에 편광층(120, 130)이 개재되어 기판(101a, 101b, 102a, 102b)과 편광판이 일체화되는 형상을 갖게 된다.
따라서, 제 1 및 2 편광층(120, 130)을 지지하기 위한 별도의 TAC 필름을 삭제할 수 있어, 액정표시장치의 전체적인 두께를 줄일 수 있는 동시에, TAC 필름으로 인한 재료비 손실을 방지할 수 있다.
또한, 기판(101a, 101b, 102a, 102b)의 외면으로 편광판을 부착하기 위한 별도의 접착 공정을 생략할 수 있어 제공공정의 단순화를 가져올 수 있다.
이에 대해 도 2a ~ 2b를 참조하여 좀더 자세히 살펴보면, 일반적인 액정패널(10)은 편광판(6, 9)이 서로 수직한 편광축을 갖는 편광층(4, 7)과 편광층(4, 7)을 지지 및 보호하기 위한 TAC 필름(5a, 5b, 8a, 8b)이 편광층(4, 7)의 양측으로 위치하도록 형성되는데, 이러한 편광판(6, 9)은 적어도 0.2 ~ 0.3mm의 두께(d1)를 갖게 된다.
일예로, 편광판(6, 9)의 편광층(4, 7)은 0.04mm의 두께(d2)를 가지며, TAC 필름(5a, 5b, 8a, 8b)은 각각 0.09mm의 두께(d3)를 갖도록 형성될 수 있다.
여기서, 기판(1, 2)은 강성 및 광투과율 등을 고려하여 0.5 ~ 0.7mm의 두께(d4)를 갖도록 형성되는데, 0.2 ~ 0.3mm의 두께(d1)로 이루어지는 편광판(6, 9)은 이러한 기판(1, 2)의 두께(d4)에 비해 상대적으로 매우 두껍게 형성되는 것이다.
따라서, 편광판(6, 9)은 액정패널(10)의 상,하부에 각각 구비되므로, 하나의 액정패널(10)에서 편광판(6, 9)이 차지하는 두께(d1 × 2)는 적어도 0.4 ~ 0.6mm 를 갖게 된다.
이에 반해, 본 발명의 액정패널(100)은 제 1 내지 제 4 기판(101a, 101b, 102a, 102b)이 0.1mm의 이하의 두께(d5)를 가지며, 이러한 박막형의 기판인 제 1 내지 제 4 기판(101a, 101b, 102a, 102b) 사이에 0.04mm의 두께(d2)를 갖는 제 1 및 제 2 편광층(120, 130)이 개재되도록 함으로써, 하나의 액정패널(100) 내에서 편광층(120, 130)이 차지하는 두께(d2)는 0.04mm이며, 기판(101a, 101b, 102a, 102b)의 두께(d5)를 합한다 해도 총 두께(d6)가 0.4mm를 넘지 않게 된다.
이는, 일반적인 액정패널의 기판(1, 2) 자체의 두께(d4) 보다도 얇은 두께(d6)임을 알 수 있다.(d4 > d6)
따라서, 액정패널(100)의 두께를 현저히 줄일 수 있어, 액정표시장치의 전체적인 두께를 줄일 수 있는 것이다.
그리고, 별도의 편광층(120, 130)을 지지 및 보호하기 위한 TAC 필름(5a, 5b, 8a, 8b)을 삭제할 수 있어, TAC 필름(5a, 5b, 8a, 8b)으로 인한 재료비 손실을 방지할 수 있으며, 또한, 기판(101a, 101b, 102a, 102b)의 외면으로 편광판(6, 9)을 부착하기 위한 별도의 접착 공정을 생략할 수 있어 제공공정의 단순화 또한 가져올 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광층을 포함하는 기판의 형성과정을 개략적으로 도시한 공정 개략도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광층(도 2의 120, 130)을 포함하는 어레이기판 및 컬러필터기판(도 2의 101, 102)의 형성과정은 크게 염착 및 연신단계(ST1), 제 1 및 제 2 라미네이팅단계(laminating : ST2, ST4), 건조단계(ST3)로 이루어진다.
먼저, 제 1 단계(ST1)인 염착 및 연신단계에서는 기재필름(151)을 롤러(160)를 이용하여 연신하고, 연신된 기재필름(151)을 요오드와 이색성염료 용액에 담궈 염착함으로써, 요오드 분자와 연료분자를 연신방향으로 나란하게 배열시켜 편광필름(120)을 형성한다.
요오드 용액과 염료분자는 이색성을 갖기 때문에, 연신 및 염착된 편광필름(120)은 연신방향과 평행한 빛을 흡수하고, 연신방향에 수직한 빛은 투과시키는 기능을 가진다.
여기서, 기재필름(151)은 TAC(triacetyl cellulose) 재질의 유기 고분자 필름이 사용될 수 있다. 이때, TAC(triacetyl cellulose) 재질 이외에도 COP(cyclo olefin copolymer), Pac(Polyacrylate), PES(polyether sulfone), PC(polycarbonate), PEEK(polyetheretherketon), PMMA(polymethylmethaacrylate), PEI(polyetherimide), PEN(polyethylenemaphthatlate), PET(polyethyleneterephtalate), PI(polyimide), PSF(polysulfone), PVA(polyvinylalcohol), PAR(polyarylate), 비정질 불소 수지 등의 재질로 유연한 유기 고분자 필름 중 하나로 이루어질 수 있다.
이어서 제 2 단계로, 롤투롤(roll to roll) 방식으로 편광필름(120)과 제 1 및 제 2 박막형 기판(101a, 101b)의 제 1 라미네이팅단계(ST2)를 진행한다.
제 1 라미네이팅단계(ST2)는 편광필름(120)의 상, 하부로 제 1 및 제 2 박막형 기판(101a, 101b)이 자외선(UV) 경화특성을 갖는 접착제(미도시)를 통해 서로 접착되도록 한다.
다음 제 3 단계로, 편광필름(120)과 제 1 및 제 2 박막형 기판(101a, 101b)을 오븐에 넣고 건조시키는 단계(ST3)를 진행한 후, 제 4 단계로 편광필름(120)과 제 1 및 제 2 박막형 기판(101a, 101b)의 각 외측으로 제 1 및 제 2 보호필름(153a, 153b)을 다시 롤투롤방식으로 제 2 라미네이팅단계(ST4)를 진행한다.
제 1 및 제 2 보호필름(153a, 153b)은 차후 액정패널(도 2b의 100)의 기판 합착 공정에서 제거된다.
마지막으로, 제 1 및 제 2 보호필름(153a, 153b)이 접착된 편광필름(120)과 제 1 및 제 2 박막형 기판(101a, 101b)은 추후 재단단계(ST5)에서 액정패널(도 2b의 100)의 사이즈에 맞게 재단하여, 원하는 편광층(도 2b의 120, 130)을 포함하는 어레이기판 및 컬러필터기판(도 2b의 101, 102)을 얻는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 제 1 및 제 2 편광층(도 2b의 120, 130)이 박막형 기판인 제 1 내지 제 4 기판(도 2b의 101a, 101b, 102a, 102b) 사이에 각각 개재되도록 형성함으로써, 제 1 및 2 편광층(도 2b의 120, 130)을 지지하기 위한 별도의 TAC 필름(도 2a의 5a, 5b, 8a, 8b)을 삭제할 수 있어, 액정표시장치의 전체적인 두께를 줄일 수 있는 동시에, TAC 필름(도 2a의 5a, 5b, 8a, 8b)으로 인한 재료비 손실을 방지할 수 있다.
또한, 기판(도 2a의 1, 2)의 외면으로 편광판(도 2a의 6, 9)을 부착하기 위한 별도의 접착 공정을 생략할 수 있어 제공공정의 단순화를 가져올 수 있다.
- 제 2 실시예 -
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면으로, 3차원(3D) 영상을 구현하는 입체영상표시장치이다.
설명에 앞서, 3차원을 표현하는 입체영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의존하는데, 두 눈의 시차 즉, 약 65㎜정도 떨어져 존재하는 두 눈 사이의 간격에 원인한 양안시차는 입체감의 가장 중요한 요인이라 할 수 있다. 즉, 인체의 좌우 눈이 각각 서로 연관된 2 차원 영상을 볼 경우, 이들 두 영상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실재감을 재생하게 되는데, 이 같은 능력을 스테레오그라피(stereography)라 한다.
이에 상기와 같은 능력을 이용하여 2차원의 화면에서 3차원 입체영상을 표시하는 기술이 소개된 적이 있고, 구체적으로는 특수안경에 의한 입체영상 표시장치, 무안경 방식 입체영상표시장치 그리고 홀로그래픽(holographic) 입체영상표시장치를 들 수 있다.
이 중 특수안경 방식은 무안경 방식에 비해 시야각이 넓고 감상 시 어지러움증 유발이 적으며 비교적 저렴한 원가, 특히 홀로그램에 비해서는 매우 저렴한 원가로 제작이 가능할 뿐만 아니라, 3차원 입체영상 감상 시에는 안경을 착용하고 2차원 평면영상 감상 시에는 안경을 착용치 않아도 되기 때문에 한 개의 영상표시장치를 2차원 평면영상 및 3차원 입체영상 표시에 사용할 수 있다는 장점이 있다.
안경방식은 시교차 방식인 셔터안경 방식(shutter glasses)과 시분할 방식인 편광분할 방식으로 나뉠 수 있는데, 셔터안경 방식은, 하나의 화면으로 좌우안 영상을 번갈아 표시하고 셔터안경의 좌측 셔터와 우측 셔터의 순차적 개폐 타이밍(timing)을 좌우안 영상의 시교차 시간과 일치시켜서 각 영상이 좌안과 우안에 따로 인식되도록 함으로써 입체감을 나타내는 방식이다.
그리고, 편광분할 방식은, 하나의 화면의 화소를 열, 행 또는 화소단위로 2분할하고 좌우안 영상을 서로 다른 편광방향으로 표시하고 편광안경의 좌측 안경과 우측 안경이 서로 다른 편광방향을 갖도록 하여 각 영상이 좌안과 우안에 따로 인식되도록 함으로써 입체감을 나타내는 방식이다.
셔터안경 방식은 감상 시 피로감을 줄이고 입체감을 높이기 위해 단위 시간 당 시교차의 횟수를 높일 필요가 있는데, 이 방식을 액정표시장치에 적용하는 경우 액정의 느린 응답속도와 스캔(scan)방식의 화면 어드레싱 타이밍(addressing timing)이 시교차 타이밍에 완전히 일치하지 못하는데 기인한 플리커(flicker) 현상이 발생할 수 있으며 이는 감상 시 어지러움증과 같은 피로를 유발할 수 있다.
편광분할 방식은 위와 같은 플리커 현상 발생 요인이 없으므로, 감상 시 피로 유발이 적은 장점이 있다.
또한, 셔터안경 방식은 시교차 표시를 위하여 디스플레이 내 하드웨어, 또는 회로 등이 구비되어야 하며, 셔터안경이라는 고가의 안경을 필요로 하여 여러 명이 감상할 경우 비용이 매우 상승되는 반면, 편광분할 방식은 표시소자 전면에 편광을 분할할 수 있는 패터닝된 편광분할 광학매체(예를 들어, 패턴드 리타더(patterned retarder), 마이크로 편광자(micro polarizer) 등)를 장착하면 가격이 매우 저렴한 편광안경을 착용하고 다수가 감상할 수 있으므로 비용이 상대적으로 매우 적게 든다.
이러한 입체영상표시장치의 각 구성요소에 대해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 크게 화상을 표시하는 액정패널(200)과, 패턴드 리타더(230), 액정패널(200)로부터 패턴드 리타더(230)를 통과하여 나오는 화상을 선택적으로 투과시키는 편광안경(240)으로 구성된다.
이들 각각에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 먼저 액정패널(200)은 어레이기판(210)과, 컬러필터기판(220) 그리고 두 기판(210, 220) 사이에 개재된 액정층(미도시)으로 이루어진다.
어레이기판(210)은 능동행렬 방식이라는 전제 하에 내면에는 다수의 게이트라인(213)과 데이터라인(215)이 교차하여 화소영역(P)이 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Tr)가 구비되어 각 화소영역(P)에 형성된 투명 화소전극(미도시)과 일대일 대응 연결되어 있다.
여기서, 박막트랜지스터(Tr)는 게이트전극, 게이트절연막, 반도체층, 소스 및 드레인전극으로 이루어진다.
이때 화소전극(미도시)은 바(bar) 형태로 다수개로 분리되어 서로 이격하며, 각 화소영역(P) 내에 형성되고 있다. 또한 게이트배선(213)과 나란하게 동일한 층에 공통배선(미도시)이 형성되고, 공통배선(미도시)과 전기적으로 연결되며 각 화소영역(P) 내에 분리된 다수의 화소전극(미도시)과 교대하여 이격하며 다수의 공통전극(미도시)이 형성된다.
한편, 변형예로서 화소전극(미도시)은 판 형태로 각 화소영역(P) 별로 형성될 수도 있다. 이때 화소전극(미도시)의 일부는 게이트배선(213)과 중첩되어 형성되어, 스토리지 커패시터를 이루도록 구성될 수도 있다.
그리고, 각 화소영역(P) 내에 다수의 화소전극(미도시)과 공통전극(미도시)이 이격하는 형태로 구성될 경우 IPS모드로 동작하는 액정패널(200)을 이루게 되며, 공통전극(미도시)을 제외하고 판 형태의 화소전극(미도시) 만이 어레이기판(210)에 형성될 경우 이는 TN모드, ECB모드, VA모드 중 어느 하나의 모드로 동작하는 액정패널(200)을 이루게 된다. 도면에 있어서는 IPS모드로 동작하는 액정패널(200)을 일예로 설명하겠다.
그리고 어레이기판(210)과 마주보는 컬러필터기판(220) 상에는 화소영역(P)에 대응하는 개구부를 가지는 블랙매트릭스(223)가 형성되어 있으며, 이들 개구부에 대응하여 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터를 포함하는 컬러필터층(225)이 형성되어 있다.
그리고, 어레이기판(210)의 외측면으로는 하부 편광판(260)이 부착되며, 도면상으로 도시하지는 않았지만 하부 편광판(260)의 외측으로는 백라이트(240, 도 5 참조)이 포함되어 구성된다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 컬러필터기판(220)이 제 1 및 제 2 기판(220a, 220b, 도 5참조)으로 나뉘어지며, 제 1 및 제 2 기판(220a, 220b, 도 5참조) 사이에는 제 1 편광축에 수직한 제 2 편광축을 갖는 제 2 편광층(270, 도 5참조)과 패턴드 리타더(230)가 개재되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제 2 편광층(270, 도 5참조)은 액정패널(200)의 액정층(201, 도 5참조)을 투과하여 입사되는 빛에서 특정 선편광만을 투과시키게 된다.
그리고, 패턴드 리타더(230)는 가로방향으로 정의되는 홀수번째 화소라인에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 이들 화소영역(P)으로부터 제 2 편광층(270, 도 5참조)을 통해 나온 빛을 우원편광 상태가 되도록 하며, 짝수번째 화소라인에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 좌원편광 상태가 되도록 하는 역할을 한다.
이를 위해, 패턴드 리타더(230)는 그 내부적으로 위상값을 변경시키는 물질 즉, 각각 지연자(retarder)로 구성되는 복굴절소자의 조합으로, 액정패널(200)의 화소영역(P) 라인 별로 교대하여 서로 다른 방향을 갖도록 패턴된다.
즉, 액정패널(200)의 홀수번째 화소라인에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 우원편광용 제1패턴(231)이 형성되며, 액정패널(200)의 짝수번째 화소라인에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 좌원편광용 제2패턴(233)이 형성된다. 제1및 제2패턴(231, 233)의 광축은 서로 직교된다.
이 경우, 패턴드 리타더(230)는 액정패널(200)의 홀수번째 화소라인이 좌원편광 상태가 되도록, 그리고 짝수번째 화소라인이 우원편광 상태가 되도록 형성할 수도 있다.
따라서, 전술한 본 발명의 패턴드 리타더(230)의 구성에 의해 홀수번째의 화소라인에 위치하는 제 1 패턴(231)으로부터는 우원편광된 상태의 빛이 나오고, 짝수번째의 화소라인에 위치하는 제 2 패턴(233)으로부터는 좌원편광된 상태의 빛이 나오게 된다.
이때, 액정패널(200)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 3차원 영상 구현이 가능하도록 하는 표시장치를 이루게 된다.
그리고, 액정패널(200)과 하나의 세트를 이루는 3차원 영상 시청용 편광안경(250)은, 투명한 유리재질로 이루어진 통상적인 안경에 편광필름(251, 253)이 부착된다.
착용 시 사용자의 좌안에 대응되는 좌안렌즈에는 우원편광된 빛만을 선택적으로 투과시키는 제 1 편광필름(251)이 부착되고 있고, 우안렌즈에는 좌원편광된 빛만을 선택적으로 투과시키는 제 2 편광필름(253)이 부착된다.
따라서, 사용자가 이러한 구성을 갖는 편광안경(250)을 착용하고, 액정패널(200)의 화소라인 별로 교대하여 좌안 영상과 우안 영상 데이터가 인가되어, 서로 다른 원편광 상태를 갖는 빛을 통과시키는 패턴드 리타더(230)를 통해 화상을 시청하는 경우, 편광안경(250)의 좌안렌즈를 통해서는 좌안 영상이, 우안렌즈를 통해서는 우안 영상이 입사되므로 이들 두 화상의 합성에 의해 사용자는 3차원 입체화상을 시청할 수 있게 된다.
여기서 일예로서 편광안경(250)에 있어 좌안렌즈에는 우원편광된 빛만을 선택적으로 투과시키는 제 1 편광필름(251)이, 우안렌즈에는 좌원편광된 빛만을 선택적으로 투과시키는 제 2 편광필름(253)이 부착된 것을 보이고 있지만, 이러한 제 1 및 제 2 편광필름(251, 253)은 서로 바뀌어 부착될 수도 있다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 제 2 편광층(270, 도 5참조)과 패턴드 리타더(230)가 박막형 기판인 제 1 및 제 2 기판(220a, 220b, 도 5 참조)로 이루어지는 컬러필터기판(220) 사이에 개재되도록 형성함으로써, 기존의 일반적인 입체영상표시장치와 비교하면, 컬러필터기판(220) 내부에 편광층(270, 도 5 참조)과 패턴드 리타더(230)가 개재되어 기판(220)과 상부 편광판(미도시) 그리고 패턴드 리타더(230)가 모두 일체화되는 형상을 갖게 된다.
따라서, 컬러필터기판(220)의 외면에 부착되는 상부 편광판(도 2a의 9)의 제 2 편광층(도 2a의 7)을 지지하기 위한 별도의 TAC 필름(도 2a의 8a, 8b)을 삭제할 수 있으며, 패턴드 리타더(230)가 글라스 등과 같은 별도의 기판에 형성되지 않음으로써, 입체영상표시장치의 전체적인 두께를 줄일 수 있는 동시에, TAC 필름(도 2a의 8a, 8b)과 패턴드 리타더(230)의 기재 기판으로 인한 재료비 손실을 방지할 수 있다.
또한, 기판(220)의 외면으로 상부 편광판(도 2a의 9)과 패턴드 리타더(230)를 각각 부착하기 위한 별도의 접착 공정을 생략할 수 있어 제공공정의 단순화를 가져올 수 있다.
특히, 크로스 토크(cross-talk)영역을 최소화하는 동시에 개구율을 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 특징적인 구성은 단면 구조를 통해 더욱 잘 표현될 수 있으므로, 이하 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치의 단면 구성을 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 6a ~ 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치와 일반적인 입체영상표시장치의 크로스 토크 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 크게 액정패널(200)과 제 1 및 제 2 편광층(251, 270), 그리고 액정패널(200)로 빛을 공급하는 백라이트(backlight : 240)로 구성된다.
이를 좀더 자세히 살펴보면, 액정패널(200)은 박막트랜지스터(도 4의 Tr)가 형성된 어레이기판(210)과 컬러필터층(225)이 형성된 컬러필터기판(220)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 어레이기기판(210) 및 컬러필터기판(220) 사이에는 액정층(201)이 개재되어 있다.
이때, 어레이기판(210)의 외측으로는 하부 편광판(260)이 부착되는데, 하부 편광판(260)은 제 1 편광축이 형성된 제 1 편광층(261)과 제 1 편광층(261)의 양측면에 형성되어 제 1 편광층(261)을 보호 및 지지하는 제 1 및 제 2 TAC 필름(tri-acetatecellulose film : 263a, 263b)으로 이루어진다.
제 1및 제 2 TAC 필름(263a, 263b)은 트리아세틸셀룰로오스(tri-acetatecellulose)로 이루어져, 제 1 편광층(261)의 연신상태를 유지시키는 역할을 한다.
이때, 외부로 노출되는 제 1 TAC 필름(263a)은 표면의 손상 방지를 위해 하드코팅(hard coating) 처리될 수 있다.
그리고 하부 편광판(260)의 하부에는 액정패널(200)로 빛을 공급하는 백라이트(240)가 구비되는데, 백라이트(240)는 빛을 발하는 광원(미도시)의 위치에 따라 측광형(side type)과 직하형(direct type)으로 구분된다.
여기서, 측광형은 액정패널(200)에 대해 이의 후방의 일측면으로부터 출사된 광원(미도시)의 빛을 별도의 도광판(미도시)으로 굴절시켜 액정패널(200)로 입사시키며, 직하형은 액정패널(200) 배면으로 복수개의 광원(미도시)을 직접 배치시켜 빛을 입사시킨다.
본 발명은 이 둘 중 어느 것이나 이용가능하다.
이때, 광원(미도시)은 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다. 또는, 이러한 형광램프 이외에 발광다이오드 램프(light emitting diode lamp)가 램프로 이용될 수도 있다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예의 컬러필터기판(220)은 제 1 및 제 2 기판(220a, 220b)으로 나뉘어지며, 제 1 및 제 2 기판(220a, 220b) 사이에는 제 1 편광축과 수직한 제 2 편광축이 형성된 제 2 편광층(270)과 패턴드 리타더(230)가 형성되어 있다.
즉, 제 1 기판(220a)의 내측으로 블랙매트릭스(도 4의 223)와 적, 녹, 청색 컬러필터로 이루어지는 컬러필터(225)가 형성되는데, 이러한 제 1 기판(220a)의 외측으로는 제 2 편광층(270)과 패턴드 리타더(230)가 순차적으로 위치하고, 패턴드 리타더(230)의 일측에는 제 2 기판(220b)이 위치한다.
여기서, 제 1 및 제 2 기판(220a, 220b)은 0.1mm이하의 얇은 두께를 갖는 박막형 기판으로, 필름과 같이 유연한 특성을 갖는다.
제 2 편광층(270)은 제 1 기판(220a)과 패턴드 리타더(230) 사이에 위치하여, 제 1 기판(220a)과 패턴드 리타더(230)가 제 2 편광층(270)의 연신상태를 유지시키는 동시에 보호 하는 역할을 하도록 한다.
그리고, 제 2 기판(220b)은 패턴드 리터더(230)의 베이스기판의 역할을 하도록 한다.
이때, 외부로 노출되는 제 2 기판(220a)의 외측으로는 표면처리층(미도시)이 형성될 수 있는데, 표면처리층(미도시)은 실리카비드(silica bead : 미도시)가 포함된 눈부심방지(anti-glare)층 이거나, 제 2 기판(220b) 표면의 손상 방지를 위한 하드 코팅(hard coating)층 일 수 있다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 제 2 편광층(270)과 패턴드 리타더(230)가 박막형 기판인 제 1 및 제 2 기판(220a, 220b) 사이에 개재되도록 함으로써, 상부 편광판(도 2a의 9)과 패턴드 리타더(230)가 컬러필터기판(220)과 모두 일체화되도록 형성함으로써, 컬러필터기판(220)의 외면에 부착되는 상부 편광판(도 2a의 9)의 제 2 편광층(270)을 지지하기 위한 별도의 TAC 필름(도 2a의 8a, 8b)을 삭제할 수 있으며, 패턴드 리타더(230)가 글라스 등과 같은 별도의 기판에 형성되지 않음으로써, 입체영상표시장치의 전체적인 두께를 줄일 수 있는 동시에, TAC 필름(도 2a의 8a, 8b)과 패턴드 리타더(230)의 기재 기판으로 인한 재료비 손실을 방지할 수 있다.
또한, 기판(220)의 외면으로 상부 편광판(도 2a의 9)과 패턴드 리타더(230)를 각각 부착하기 위한 별도의 접착 공정을 생략할 수 있어 제공공정의 단순화를 가져올 수 있다.
특히, 크로스 토크(cross-talk)영역을 최소화하는 동시에 개구율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 크로스 토크 영역이란 좌안 영상과 우안 영상이 서로 겹쳐 보이는 영역으로, 시청자의 눈이 이와 같은 크로스 토크 영역에 위치하는 경우, 영상이 흐려 보이고 시청자는 어지러움을 느끼게 된다.
즉, 도 6a를 함께 참조하면, 입체영상표시장치의 정면 또는 좌우 시야각에서는, 액정패널(200)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상(Il)이 패턴드 리타더(230)의 좌안 리타더(Rl)를 통과하여 좌원편광 되어 시청자에게 전달되고, 액정패널(200)의 우안 수평화소라인(Hr)이 표시하는 우안영상(Ir)은 패턴드 리타더(230)의 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광 되어 시청자에게 전달되므로, 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)이 혼합되어 발생하는 크로스 토크는 발생하지 않는다.
하지만, 입체영상표시장치의 상,하 시야각에서는, 액정패널(200)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상(Il)의 일부가 패턴드 리타더(230)의 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광 되어 출력된다.
즉, 우안영상(Ir)과 일부의 좌안영상(Il)이 우원편광 되어 편광안경(250)의 우안렌즈(251)를 통과하여 시청자의 우안에 전달되므로, 우안영상(Ir)과 일부의 좌안영상(Il)이 서로 간섭하여 크로스 토크가 발생하고, 상,하 방향의 시야각 특성이 저하된다.
이러한 크로스 토크 영역은 아래 식(1)을 통해 정의될 수 있는데,
(식 1)
θc = (B/2)/G+C
θc는 크로스 토크가 발생하기 시작하는 각도이며, B는 블랙매트릭스(BM)의 폭, G는 컬러필터기판(220)의 두께, C는 편광판(9)의 두께를 나타낸다.
이러한, 액정패널(200)은 제1폭(h1)을 갖는 표시영역(DA) 사이에 배치된 블랙매트릭스(BM)의 폭(B)을 증가시거나, 컬러필터기판(220)과 편광판(9)의 두께(G, C)를 감소시킬 경우에, 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)의 간섭을 저감함으로써, 크로스 토크가 발생하는 영역을 최소화 할 수 있다.
그러나, 입체영상표시장치의 블랙매트릭스(BM)의 폭(B)이 증가할 경우, 크로스 토크가 발생하는 영역을 최소화할 수 있으나, 이는 개구율을 감소시키게 되며 소비전력을 증가시키게 되는 문제점을 야기하게 된다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 도 6b에 도시한 바와 같이 제 2 편광층(270)과 패턴드 리타더(230)가 박막형 기판인 제 1 및 제 2 기판(220a, 220b) 사이에 개재되도록 함으로써, 컬러필터기판(220a)의 두께(G)를 줄일 수 있으며, 편광판(9)의 두께(C) 또한 삭제할 수 있어, 입체영상표시장치의 상,하 시야각에서 액정패널(200)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상(Il)의 일부가 패턴드 리타더(230)의 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광 되어 출력되지 않는 것을 확인할 수 있다.
즉, 액정패널(200)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상(Il)이 패턴드 리타더(230)의 좌안 리타더(Rl)를 통과하여 좌원편광 되어 시청자에게 전달되고, 액정패널(200)의 우안 수평화소라인(Hr)이 표시하는 우안영상(Ir)은 패턴드 리타더(230)의 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광 되어 시청자에게 전달되므로, 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)이 혼합되어 발생하는 크로스 토크가 발생하지 않는다.
이를 통해, 개구율이 감소되는 것을 방지할 수 있으며, 소비전력이 증가되는 문제점 또한 방지할 수 있는 것이다.
이때, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 어레이기판(210)의 외측면으로 부착되는 하부 편광판(260)을 삭제하고, 어레이기판(210)을 제 3 및 제 4 기판(210a, 210b)으로 나누어, 제 1 편광축을 갖는 제 1 편광층(251)을 제 3 및 제 4 기판(210a, 210b) 사이에 개재되도록 형성하여, 하부 편광판(260)의 TAC 필름(263a, 263b) 삭제를 통해, 입체영상표시장치의 전체적인 두께를 더욱 줄 일 수도 있으며, TAC 필름(263a, 263b)으로 인한 재료비 손실을 방지할 수 있다.
또한, 하부 편광판(260)을 어레이기판(210)의 외면으로 부착하기 위한 별도의 접착 공정을 생략할 수 있어 제공공정의 단순화를 가져올 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광층과 패턴드 리타더를 포함하는 기판의 형성과정을 개략적으로 도시한 공정 개략도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 편광층(도 7의 270)과 패턴드 리타더(도 7의 230)을 포함하는 컬러필터기판(도 7의 220)의 형성과정은 크게 패턴드 리타더 형성단계(ST10), 염착 및 연신단계(ST20), 제 1 및 제 2 라미네이팅단계(ST30, ST50), 건조단계(ST40)로 이루어진다.
여기서, 패턴드 리타더 형성단계(ST10)는 배향막 형성단계(ST11), 건조단계(ST12), 표면 배향 단계(ST13), 광가교성 액정 코팅단계(ST14)로 이루어진다.
먼저, 제 1 단계인 패턴드 리타더 형성단계(ST10)의 배향막 형성단계(ST11)는 0.1mm이하의 얇은 두께를 갖는 제 1 박막형 기판(220a) 상에 광배향막(280)을 코팅한 후, 제 1 박막형 기판(220a)을 오븐에 넣고 건조시키는 단계(ST12)를 진행함으로써, 광배향막을 고온 소성한다.
다음으로 표면 배향 단계(ST13)는, 포트마스크(photomask : 281)를 광배향막(280) 표면에 대고 편광(선편광 또는 타원편광)된 자외선(230nm~350nm)을 수직방향에서 조사(또는 비편광자외선(230nm~350nm)을 경사방향에서 조사)한다.
이를 통해, 광배향막(280)의 제 1 영역(미도시)을 표면 배향시킨다. 그리고, 포토마스크(281)를 화소라인의 행 간격만큼 이동하여 나머지 부분을 같은 방법으로 표면 배향시켜 제 2영역(미도시)을 형성한다.
이 때 자외선의 편광방향(또는 경사조사방향)은 다음 공정에서 코팅되는 액정의 배향방향을 결정한다. 따라서 완성된 패턴드리타더(patterned retarder)가 서로 반대방향의 원편광을 출사하도록 하려면 1, 2 영역(미도시)을 조사할 때 자 외선의 편광은 서로 90도의 차이를 갖도록 한다.
다음으로 광가교성 액정(Reactive mesogen(RM)) 코팅단계(ST14)에서는 배향된 배향막 상부로 광가교성 액정(283)을 코팅 한 후, 액정(283)에 비편광된 자외선(270~450nm)을 조사하여 경화시킨다.
따라서, 액정(283)은 광배향막(280)의 배향방향으로 수평 배열되어 서로 90도의 광축을 이루게 되고, 이를 통해, 액정(283)이 패턴 배향된 패턴드 리타더(patterned retarder : 230)를 제 1 박막형 기판(220a) 상에 형성하게 된다.
패턴드 리타더(230)가 형성된 제 1 박막형 기판(220a)은 롤에 권취되어, 제 2 편광층(도 7의 270)과 패턴드 리타더(230)를 포함하는 컬러필터기판(도 7의 220)의 형성과정에 투입된다.
다음으로, 제 2 단계인 염착 및 연신단계(ST20)에서는 기재필름(285)을 롤러(290)를 이용하여 연신하고, 연신된 기재필름(285)을 요오드와 이색성염료 용액에 담궈 염착함으로써, 요오드 분자와 연료분자를 연신방향으로 나란하게 배열시켜 편광필름(270)을 형성한다.
요오드 용액과 염료분자는 이색성을 갖기 때문에, 연신 및 염착된 편광필름(270)은 연신방향과 평행한 빛을 흡수하고, 연신방향에 수직한 빛은 투과시키는 기능을 가진다.
여기서, 기재필름(285)은 TAC(triacetyl cellulose) 재질의 유기 고분자 필름이 사용될 수 있다. 이때, TAC(triacetyl cellulose) 재질 이외에도 COP(cyclo olefin copolymer), Pac(Polyacrylate), PES(polyether sulfone), PC(polycarbonate), PEEK(polyetheretherketon), PMMA(polymethylmethaacrylate), PEI(polyetherimide), PEN(polyethylenemaphthatlate), PET(polyethyleneterephtalate), PI(polyimide), PSF(polysulfone), PVA(polyvinylalcohol), PAR(polyarylate), 비정질 불소 수지 등의 재질로 유연한 유기 고분자 필름 중 하나로 이루어질 수 있다.
이어서 제 3 단계로, 롤투롤(roll to roll) 방식으로 편광필름(270)과 패턴드 리타더(230)가 형성된 제 1 박막형 기판(220a) 그리고 0.1mm이하의 얇은 두께를 갖는 제 2 박막형 기판(220b)의 제 1 라미네이팅단계(ST3)를 진행한다.
제 1 라미네이팅단계(ST3)는 편광필름(270)의 상, 하부로 제 1 및 제 2 박막형 기판(220a, 220b)이 자외선(UV) 경화특성을 갖는 접착제(미도시)를 통해 서로 접착되도록 한다.
다음 제 4 단계로, 편광필름(270)과 제 1 및 제 2 박막형 기판(220a, 220b)을 오븐에 넣고 건조시키는 단계(ST40)를 진행한 후, 제 5 단계로 편광필름(270)과 제 1 및 제 2 박막형 기판(220a, 220b)의 각 외측으로 제 1 및 제 2 보호필름(293a, 293b)을 다시 롤투롤방식으로 제 2 라미네이팅단계(ST5)를 진행한다.
제 1 및 제 2 보호필름(293a, 293b)은 차후 액정패널(도 7의 200)의 기판 합착 공정에서 제거된다.
마지막으로, 제 1 및 제 2 보호필름(293a, 293b)이 접착된 편광필름(270)과 제 1 및 제 2 박막형 기판(220a, 220b)은 추후 재단단계(ST60)에서 액정패널(도 7의 200)의 사이즈에 맞게 재단하여, 원하는 제 2 편광층(도 7의 270)과 패턴드 리타더(230)를 포함하는 컬러필터기판(도 7의 220)을 얻는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 제 2 편광층(도 7의 270)과 패턴드 리타더(230)를 박막형 기판인 제 1 및 제 2 기판(도 7의 220a, 220b) 사이에 개재되도록 하여, 컬러필터기판(도 7의 220)과 상부 편광판(도 2a의 9) 그리고 패턴드 리타더(230)가 모두 일체화된 형상을 갖도록 함으로써, 컬러필터기판(도 7의 220)의 외면에 부착되는 상부 편광판(도 2a의 9)의 제 2 편광층(도 7의 270)을 지지하기 위한 별도의 TAC 필름(도 2a의 8a, 8b)을 삭제할 수 있으며, 패턴드 리타더(230)가 글라스 등과 같은 별도의 기판에 형성되지 않음으로써, 컬러필터기판(도 7의 220)의 두께를 줄일 수 있다.
또한, TAC 필름(도 2a의 8a, 8b)과 패턴드 리타더(230)의 기재 기판으로 인한 재료비 손실을 방지할 수 있으며, 기판의 외면으로 상부 편광판(도 2a의 9)과 패턴드 리타더(230)를 각각 부착하기 위한 별도의 접착 공정을 생략할 수 있어 제공공정의 단순화를 가져올 수 있다.
또한, 크로스 토크(cross-talk)영역을 최소화하는 동시에 개구율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 어레이기판(101a, 101b : 제 1 및 제 2 기판)
102 : 컬러필터기판(102a, 102b : 제 3 및 제 4 기판)
103 : 액정층, 106 : 컬러필터층
100 :액정패널, 120, 130 : 제 1 및 제 2 편광층
140 : 백라이트

Claims (9)

  1. 제 1-1 박막형 기판과 제 1-2 박막형 기판과, 상기 제 1-1 박막형 기판과 상기 제 1-2 박막형 기판 사이에 제 1 편광축을 갖는 제 1 편광층을 포함하는 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층
    을 포함하며,
    상기 제 1-1 박막형 기판과 상기 액정층 사이에는 컬러필터층이 위치하며,
    상기 제 2 기판의 하부로는 백라이트가 구비되며,
    상기 제 2 기판은 제 2-1 박막형 기판과 제 2-2 박막형 기판과, 상기 제 2-1 박막형 기판과 제 2-2 박막형 기판 사이의 상기 제 1 편광축과 수직한 제 2 편광축을 갖는 제 2 편광층을 포함하며,
    상기 제 1 편광층과 상기 제 1-2 박막형 기판 사이에는 광축이 서로 직교하는 제 1 패턴과 제 2 패턴이 구비되는 패턴드 리타더(patterned retarder)가 개재되는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1-1 및 제 1-2 박막형 기판과, 상기 제 2-1 및 제 2-2 박막형 기판은 각각 0.1mm 이하의 두께를 갖는 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1-1 박막형 기판과 제 1-2 박막형 기판과, 상기 제 1-1 박막형 기판과 상기 제 1-2 박막형 기판 사이에 제 1 편광축을 갖는 제 1 편광층을 포함하는 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 개재되는 액정층을 포함하며, 상기 제 1-1 박막형 기판과 상기 액정층 사이에는 컬러필터층이 위치하며, 상기 제 2 기판의 하부로는 백라이트가 구비되며,
    상기 제 2 기판은 제 2-1 박막형 기판과 제 2-2 박막형 기판과, 상기 제 2-1 박막형 기판과 제 2-2 박막형 기판 사이의 상기 제 1 편광축과 수직한 제 2 편광축을 갖는 제 2 편광층을 포함하며,
    상기 제 1 편광층과 상기 제 1-2 박막형 기판 사이에는 광축이 서로 직교하는 제 1 패턴과 제 2 패턴이 구비되는 패턴드 리타더(patterned retarder)가 개재되는 액정표시장치 제조방법에 있어서,
    상기 제 1 기판은 염착 및 연신된 편광필름을 사이에 두고 제 1-1 박막형 기판과 제 1-2 박막형 기판을 접합시킨 후, 라미네이팅(laminating)하는 단계와;
    상기 제 2 기판은 염착 및 연신된 편광필름을 사이에 두고 제 2-1 박막형 기판과 제 2-2 박막형 기판을 접합시킨 후, 라미네이팅(laminating)하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제 1 기판은 상기 제 1-1 박막형 기판 상에 상기 패턴드 리타더를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 접합 및 상기 라미네이팅은 롤투롤(roll to roll) 방식으로 이루어지는 액정표시장치 제조방법.
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