KR101861717B1 - 패턴드 리타더, 이를 포함하는 삼차원 영상 표시장치 및 삼차원 영상 구현시스템 - Google Patents

패턴드 리타더, 이를 포함하는 삼차원 영상 표시장치 및 삼차원 영상 구현시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패턴드 리타더와 삼차원 영상 표시장치 그리고 삼차원 영상 구현시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 패턴드 리타더는, 서로 다른 제1 및 제2편광상태로 변조하는 제1수평 리타더와 제2수평 리타더가 제1방향을 따라 배치되는 제1패턴드 리타더와, 상기 제1패턴드 리타더의 상부에 구비되고, 상기 제1 및 제2편광상태를 서로 다른 제3 및 제4편광상태로 변조하는 제1수직 리타더와 제2수직 리타더가 상기 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 배치되는 제2패턴드 리타더로 이루어진다.
이와 같이 제1 및 제2패턴드 리타더를 조합하여 사용함으로써 저렴한 제작비용을 들여 해상도를 향상시킬 수 있게 된다.

Description

패턴드 리타더, 이를 포함하는 삼차원 영상 표시장치 및 삼차원 영상 구현시스템{PATTERNED RETARDER, 3D IMAGE DISPLAY DEVICE AND 3D IMAGE REALIZATION SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 인지적 해상도를 향상시켜 고품질의 삼차원 영상을 구현할 수 있는 패턴드 리타더와 이를 포함하는 삼차원 영상 표시장치 및 삼차원 영상 구현시스템에 관한 것이다.
인간이 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차 외에도 심리적, 기억적 요인이 있으며, 이에 따라 3차원 입체영상 표시기술 역시 관찰자에게 어느 정도의 3차원 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3차원표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.
부피표현방식은 심리적인 요인과 흡입효과에 의해 깊이방향에 대한 원근감이 느껴지도록 하는 방법으로서, 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터그래픽 또는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제공하여 그 공간 내로 빨려 들어가는 것 같은 착시현상을 불러일으키는 이른바 아이맥스 영화 등에 응용되고 있다.
그리고, 3차원표현방식은 가장 완전한 입체영상 표시기술로서, 레이저광 재생 홀로그래피 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.
또한, 입체감표현방식은 양안의 생리적 요인을 이용하는 입체감을 느끼는 방식으로, 구체적으로 약 65㎜정도 떨어져 있는 좌우안에 시차정보가 포함된 평면의 연관영상을 제공하면뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다.
이러한 입체감표현방식은 다안상 표시방식이라 불리며, 실질적인 입체감 생성위치에 따라 관찰자가 특수안경을 착용하는 안경방식 또는 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 또는 인테그럴(integral) 등의 렌즈어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.
이 중 안경방식은 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 영상 표시장치를 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 삼차원 영상 표시장치에 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 적으나 한 화면으로 동시에 두 영상을 표시하기 위해 행, 열, 또는 화소를 2분할하기 때문에 단안(單眼) 해상도가 반으로 줄어드는 문제가 있다.
그러나, 삼차원 영상 표시장치와 같은 현행하는 표시장치 대부분이 이미 고해상도를 달성하고 있으며 향후 해상도를 더 향상시키는 것이 충분히 가능하기 때문에, 사실상 편광분할 방식의 3차원 입체영상 표시장치에서는 단안 해상도 반감이 문제되지 않을 것으로 예상된다.
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) 등을 장착하면 가격이 매우 저렴한 편광안경을 착용하고 다수가 감상할 수 있으므로 비용이 상대적으로 매우 적게 든다.
이러한 편광분할 광학매체로서 사용되는 패턴드 리타더는, 표시장치의 전면에 배치되어 화소, 행, 또는 열 단위로 2개의 서로 다른 편광방향을 갖도록 출사광을 변조하는 광학수단으로 기능한다.
이러한 편광안경 방식의 3차원 영상 표시장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래 패턴드 리타더 방식의 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래 삼차원 영상 구현시스템(1)은 화상을 표시하는 삼차원 영상 표시장치(10)와, 삼차원 영상 표시장치(10)를 통과하여 나오는 화상을 선택적으로 좌안 또는 우안으로 투과시키는 편광안경(80)으로 구성된다.
여기서 삼차원 영상 표시장치(10)는 표시패널(20)과, 표시패널(20)의 상부에 구비되는 편광필름(30), 그리고 편광필름(30) 상부에 형성되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(40)를 포함한다. 여기서, 표시패널(20)의 배면으로는 빛을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)이 위치될 수 있다.
표시패널(20)은 제1기판(미도시)과 이와 서로 마주보며 이격된 제2기판(미도시)으로 이루어진다.
이러한 표시패널(20)은 영상을 표시하는 표시영역(DA)과 표시영역(DA) 사이의 비표시영역(NDA)을 포함하고, 표시영역(DA)은 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)을 포함한다.
좌안영상을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)은 표시패널(20)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되고, 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에는 적, 녹, 청색의 서브 화소(R, G, B)가 순차적으로 배치된다.
상기 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안 수평화소라인(Hr)의 단위화소들로부터 출사되는 빛은 편광필름(30)에 의해 선편광되어 출사된다.
상기 편광필름(30)의 상부에 위치되는 패턴드 리타더(40)는 표시패널(20)의 좌안 수평화소라인(Hl)에 대응되는 좌안 리타더(Rl)와, 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되는 우안 리타더(Rr)를 포함한다.
이러한 패턴드 리타더(40)의 좌안 리타더(Rl)는 표시패널(20)의 좌안 수평화소라인(Hl)에 대응되는 단위화소들로부터 편광필름(30)을 통해 출사된 선편광을 좌원편광 상태가 되도록 하고, 우안 리타더(Rr)는 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되는 단위화소들로부터 편광필름(30)을 통해 출사된 선편광을 우원편광 상태가 되도록 한다.
즉, 이와 같이 구성되는 삼차원 영상 표시장치(10)은 표시패널(20)의 수직방향을 따라 라인별로 배치된 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안 수평화소라인(Hr)이 패턴드 리타더(40)의 좌안 리타더(Rl)와 우안 리타더(Rr) 각각과 일대일로 매칭되도록 형성됨으로써, 표시패널(20)에서 구현된 좌안영상이 좌안수평화소라인(Hl) 및 좌안 리타더(Rl)를 통해 출사되고, 우안영상이 우안수평화소라인(Hr) 및 우안 리터더(Rr)를 통해 출사된다.
한편, 전술한 구성을 갖는 삼차원 영상 표시장치(10)와 하나의 세트를 이루는 편광안경(80)은, 좌안렌즈(80a) 및 우안렌즈(80b)를 포함하는데, 좌안렌즈(80a)는 좌원편광만 투과시키고 우안렌즈(80b)는 우원편광만 투과시킨다.
따라서, 시청자에게 전달된 영상 중, 좌원편광된 좌안영상(Il)은 좌안렌즈(80a)를 통하여 시청자의 좌안에 전달되고, 우원편광된 우안영상(Ir)은 우안렌즈(80b)를 통하여 시청자의 우안에 전달되며, 시청자는 좌우안으로 각각 전달된 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)을 조합하여 3차원 입체영상을 인식하게 된다.
한편, 최근 삼차원 영상 표시장치는 빠른 화면의 스포츠, 영화 등과 같은 다양한 컨텐츠를 고화질로 제공하기 위해 보다 높은 해상도를 구현하기 위한 노력을 활발히 진행하고 있으나, 높은 해상도를 구현하기 위해서는 제조공정이 복잡해지고 이로 인해 제품비용이 상승되는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 제작비용을절감하면서 해상도를 향상시킬 수 있는 패턴드 리타더와 삼차원 영상 표시장치 및 삼차원 영상 구현시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴드 리타더는, 서로 다른 제1 및 제2편광상태로 변조하는 제1수평 리타더와 제2수평 리타더가 제1방향을 따라 배치되는 제1패턴드 리타더와; 상기 제1패턴드 리타더의 상부에 구비되고, 상기 제1 및 제2편광상태를 서로 다른 제3 및 제4편광상태로 각각 변조하는 제1수직 리타더와 제2수직 리타더가 상기 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 배치되는 제2패턴드 리타더를 포함한다.
여기서, 상기 제1패턴드 리타더는 1/2 파장으로 위상지연을 하고 상기 제2패턴드 리타더는 1/4 파장으로 위상지연을 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1패턴드 리타더의 제1수평 리타더와 제2수평 리타더는 광축을 영상 표시장치의 출사광 편광방향과 +22.5 및 -22.5도로 각각 배치하고, 상기 제2패턴드 리타더의 제1수직 리타더와 제2수평 리타더는 광축을 상기 제1패턴드 리타더의 출사광 편광방향과 90도 및 0도로 각각 배치하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼차원 영상 표시장치는, 제1방향을 따라 제1영상과 제2영상을 표시하는 표시패널과; 상기 표시패널의 상부에 구비되어 상기 제1영상과 상기 제2영상 각각을 선편광시키는 편광필름과; 상기 편광필름의 상부로 구비되고 상기 제1영상과 제2영상 각각을 서로 다른 제1 및 제2편광상태로 변조하는 제1수평 리타더와 제2수평 리타더를 포함하는 제1패턴드 리타더와; 제1패턴드 리타더의 상부로 구비되고 상기 제1 및 제2편광상태를 서로 다른 제3 및 제4편광상태로 각각 변조하는 제1수직 리타더와 제2수직 리타더를 포함하는 제2패턴드 리타더를 포함하고, 상기 제1패턴드 리타더의 제1수평 리타더와 제2수평 리타더는 상기 제1방향을 따라 배치되고, 상기 제2패턴드 리타더의 제1수직 리타더와 제2수직 리타더는 상기 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.
다른 한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템은, 제1방향을 따라 제1영상과 제2영상을 표시하는 표시패널과; 상기 표시패널의 상부에 구비되어 상기 제1영상과 상기 제2영상 각각을 선편광시키는 편광필름과; 상기 편광필름의 상부로 구비되고 상기 제1영상과 제2영상 각각을 서로 다른 제1 및 제2편광상태로 변조하는 제1수평 리타더와 제2수평 리타더를 포함하는 제1패턴드 리타더와; 제1패턴드 리타더의 상부로 구비되고 상기 제1 및 제2편광상태를 서로 다른 제3 및 제4편광상태로 각각 변조하는 제1수직 리타더와 제2수직 리타더를 포함하는 제2패턴드 리타더 및 상기 서로 다른 제3 및 제4편광상태의 제1영상과 제2영상 각각을 선편광시키는 좌안 및 우안 리타더와, 상기 좌안 및 우안 리타더 각각을 통해 나온 위상을 달리하는 광을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 좌안 및 우안 편광필름이 부착된 편광안경을 포함하고, 상기 제1패턴드 리타더의 제1수평 리타더와 제2수평 리타더는 상기 제1방향을 따라 배치되고, 상기 제2패턴드 리타더의 제1수직 리타더와 제2수직 리타더는 상기 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명에 따르면, 수직방향을 따라 제1수평 리타더와 제2수평 리타더가 교번 배치된 제1패턴드 리타더와 수평방향을 따라 제1수직 리타더와 제2수직 리타더가 교번 배치된 제2패턴드 리타더를 조합하여 각 단위화소와 리타더가 일대일로 매칭되도록 함으로써 표시패널의 각 단위화소 영상을 반복 교대하여 좌원편광과 우원편광으로 변조할 수 있게 된다.
이와 같이 제1 및 제2패턴드 리타더를 이용하여 교번 배열을 가지는 모자이크 패턴의 패턴드 리타더를 구현함으로써 저렴한 비용으로 삼차원 영상 표시장치의 단안 기준 인지적 해상도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 패턴드 리타더 방식의 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도.
도 3a는 도 2의 제1패턴드 리타더를 도시한 단면도.
도 3b는 도 2의 제2패턴드 리타더를 도시한 단면도.
도 4a는 본 발명에 따른 제1 및 제2패턴드 리타더의 조합을 보여주는 도면.
도 4b는 본 발명에 따른 제1 및 제2패턴드 리타더의 조합에 따른 동작을 설명하기 위한 삼차원 영상 표시장치의 일부 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도이고, 도 3a는 도 2의 제1패턴드 리타더를 도시한 단면도이며, 도 3b는 도 2의 제2패턴드 리타더를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 삼차원 영상 구현시스템(100)은, 영상을 표시하는 삼차원 영상 표시장치(110)와, 삼차원 영상 표시장치(110)를 통과하여 나오는 영상을 선택적으로 좌안 또는 우안으로 투과시키는 편광안경(180)으로 구성된다.
삼차원 영상 표시장치(110)는, 표시패널(120)과, 표시패널(120)의 외측면에 각각 구비되는 제1 및 제2편광필름(125, 130) 및 제2편광필름(130)의 상부에 구비되는 제1 및 제2패턴드 리타더(140, 150)를 포함한다. 여기서, 표시패널(120)의 배면으로는 빛을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)이 위치된다.
표시패널(120)은 어레이 기판(115)과 이와 서로 마주보며 이격된 컬러필터 기판(117)으로 이루어진다. 상기 어레이 기판(115)과 상기 컬러필터 기판(117) 사이에는 액정층(미도시)이 개재된다.
여기서 어레이 기판(115)에는 서로 교차하여 다수의 단위화소(P)를 정의하는 게이트 및 데이터 배선(116, 118)과 상기 게이트 및 데이터 배선(116, 118)과 연결되어 각 단위화소(P)에 대응되는 박막트랜지스터(Tr)가 구비되고 있다. 또한, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 연결되는 화소전극(119)이 구비된다.
컬러필터 기판(117)에는 각 단위화소(P)의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(122)와, 각 단위화소(P)에 순차 대응하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴으로 이루어진 컬러필터층(미도시)이 형성된다. 한편, 공통전극(미도시)은 컬러필터층(미도시)의 위에 형성되어 어레이 기판(115)의 화소전극(119)과 함께 수직 전계를 발생하거나, 또는 어레이 기판(115)에 화소전극(119)과 함께 형성되어 수평 전계를 발생할 수 있다.
이와 같은 어레이 기판(115)과 컬러필터 기판(117)으로 구성되는 표시패널(120)은 영상을 표시하는 표시영역(DA)과 인접한 표시영역(DA) 사이의 비표시영역으로 구분할 수 있고, 표시영역(DA)은 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)을 포함한다.
좌안영상(LI)을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상(RI)을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)은 표시패널(120)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되고, 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에는 적, 녹, 청색의 서브 화소(미도시)가 순차적으로 배치된다.
제1편광필름(125)은 백라이트 유닛(미도시)에 의한 광을 제1선편광 상태를 갖도록 하고, 제2편광필름(130)은 컬러필터 기판(117)으로부터 출사되는 광을 제2선편광 상태를 갖도록 한다. 여기서, 제1선편광상태와 제2선편광상태는 서로 수직을 이룬다.
제2편광필름(130)의 상부에 구비되는 제1패턴드 리타더(140)는, 도 3a에 도시된 바와 같이 제1베이스기재(142)와, 제1베이스기재(142) 하부의 제1리타더층(144), 그리고 제1리타더층(144)의 하부에 제1점착층(146)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 제1베이스기재(142)와 제1리타더층(144)의 위치는 서로 바뀌어 제1베이스기재(142)의 상부로 제1리타더층(144)이 위치될 수 있다.
제1베이스기재(142)는 유리기판을 적용할 수 있는데, 상기 유리기판은 표면의 편평도가 우수하며 투명도가 높고 복굴절성이 없어 광학특성이 균일하면서, 일반적인 스핀 코팅(spin coating)법으로 배향막이나 반응성 액정단량체를 균일한 두께로 형성할 수 있는 장점을 가지는 반면, 가격이 비싸고 제조 중 파손 가능성이 높으며 공정시간이 길어서 수율과 양산성이 떨어지는 문제점을 가진다. 이로 인해, 필름 재질이 많이 사용되는 추세에 있다.
이에 따라, 제1베이스기재(142)는 트리아세틸셀룰로오스(tri-acetyl cellulose:TAC), 아크릴(acrylic) 및 싸이클로 올레핀 폴리머(cyclo olefin polymer:COP) 중 하나로 이루어지는 필름(film) 재질일 수 있다.
제1리타더층(144)은, 표시패널(120)의 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에 대응되어 표시패널(120)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되는 제1수평 리타더부(144a) 및 제2수평 리타더부(144b)를 포함한다.
여기서, 제1수평 리타더부(144a)는 제2편광필름(130)에 의해 변조된 제2선편광 상태의 광을 제3선편광 상태로 변조하여 출력하고, 제2수평 리타더부(144b)는 제2편광필름(130)에 의해 변조된 제2선편광 상태의 광을 제4선편광 상태로 변조하여 출력한다.
이러한 제1수평 리타더부(144a) 및 제2수평 리타더부(144b) 각각은 배향막의 편광 UV에 의한 광배향과 반응성 메조겐(RM:reactive mesogen)의 코팅 및 경화를 통해서 서로 다른 광축을 갖도록 패턴이 형성되는데, 위상지연을 1/2 파장으로 하고, 그 광축을 제2편광필름(130)의 광축과 각각 +22.5도 및 -22.5도로 배치하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이를 보다 상세히 설명하면, 제1베이스기재(142)의 상면에 배향막을 형성한 후, 개구부를 갖는 제1마스크를 통하여 제1편광자외선을 배향막에 선택적으로 조사함으로써, 제1수평 리타더부(144a)에 대응되는 제1도메인을 형성하고, 제1마스크와 상이한 위치의 개구부를 갖는 제2마스크를 통하여 제1편광자외선과 상이한 편광상태를 갖는 제2편광자외선을 배향막에 선택적으로 조사함으로써, 제2수평 리타더부(144b)에 대응되는 제2도메인을 형성할 수 있다. 이때, 제1수평 리타더부(144a)에 대응되는 제1도메인과 제2수평 리타더부(144b)에 대응되는 제2도메인은 표시패널(120)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되도록 형성된다
이어 제1 및 제2도메인이 형성된 배향막 상부에 반응성 액정단량체(RM)를 코팅하고 광경화함으로써, 좌안영상 및 우안영상이 서로 다른 편광상태를 갖도록 변조하는 제1수평 리타더부(144a) 및 제2수평 리타더부(144b)를 포함하는 제1리타더층(144)을 완성할 수 있다.
제1점착층(146)은 제2편광필름(130)에 제1패턴드 리타더(140)를 부착시킨다.
이러한 제1패턴드 리타더(140)은 위상지연을 1/2 파장으로 하는 1/2 파장판(half wave plate:HWP)에 해당된다.
제2패턴드 리타더(150)은, 도 3b에 도시된 바와 같이 제2베이스기재(152)와, 제2베이스기재(152)의 하부에 제2리타더층(154), 그리고 제2리타더층(154)의 하부에 제2점착층(156)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 제2베이스기재(152)와 제2리타더층(154)의 위치는 서로 바뀌어 제2리타더층(154)이 최상위에 위치될 수 있다.
제2베이스기재(152)는 유리기판 또는 트리아세틸셀룰로오스(tri-acetyl cellulose:TAC), 아크릴(acrylic) 및 싸이클로 올레핀 폴리머(cyclo olefin polymer:COP) 중 하나로 이루어지는 필름(film) 재질일 수 있다.
제2리타더층(154)은, 각 단위화소에 대응하여 표시패널(120)의 수평방향을 따라 번갈아 배치되는 제1수직 리타더부(154a)와 제2수직 리타더부(154b)를 포함한다.
여기서, 제1수직 리타더부(154a)는 제1패턴드 리타더(140)에 의해 변조된 제3선편광 또는 제4선편광 상태의 광을 좌원편광 또는 우원편광으로 변조하여 출력하고, 제2수직 리타더부(154b)는 제1패턴드 리타더(140)에 의해 변조된 제4선편광 또는 제3선편광 상태의 광을 우원편광 또는 좌원편광으로 변조하여 출력한다.
이러한 제1수직 리타더부(154a)와 제2수직 리타더부(154b) 각각은 배향막의 편광 UV에 의한 광배향과 반응성 메조겐(RM:reactive mesogen)의 코팅 및 경화를 통해서 서로 다른 광축을 갖도록 패턴을 형성할 수 있는데, 위상지연을 1/4 파장으로 하고, 그 광축을 제1패턴드 리타더(140)의 광축과 각각 90도 및 0도로 배치하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이를 보다 상세히 설명하면, 제2베이스기재(152)의 상면에 배향막을 형성한 후, 개구부를 갖는 제3마스크를 통하여 제3편광자외선을 배향막에 선택적으로 조사함으로써, 제1수직 리타더부(154a)에 대응되는 제3도메인을 형성하고, 제3마스크와 상이한 위치의 개구부를 갖는 제4마스크를 통하여 제3편광자외선과 상이한 편광상태를 갖는 제4편광자외선을 배향막에 선택적으로 조사함으로써, 제2수직 리타더부(154b)에 대응되는 제4도메인을 형성할 수 있다. 이때, 제1수직 리타더부(154a)에 대응되는 제3도메인과 제2수직 리타더부(154b)에 대응되는 제4도메인은 표시패널(120)의 수평방향을 따라 번갈아 배치되도록 형성된다
이어 제3 및 제4도메인이 형성된 배향막 상부에 반응성 액정단량체(RM)를 코팅하고 광경화함으로써, 서로 다른 편광상태를 갖도록 변조하는 제1수직 리타더부(154a) 및 제2수직 리타더부(154b)를 포함하는 제2리타더층(154)을 완성할 수 있다.
제2점착층(156)은 제1패턴드 리타더(140)에 제2패턴드 리타더(150)를 부착시킨다.
한편 도시하지는 않았지만, 최상위층인 제2베이스기재(152) 또는 제2리타더층(154)의 상부에는 표면처리층을 더 포함할 수 있는데, 표면처리층은 외부광에 의한 반사를 저감하는 역할을 수행할 수 있다.
이와 같은 제2패턴드 리타더(150)은 위상지연을 1/4 파장으로 하는 1/4 파장판(quarter wave plate:QWP)에 해당된다.
전술한 바와 같이, 표시패널(120)의 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안 수평화소라인(Hr) 각각에 대응되어 수직방향을 따라 제1수평 리타더부(144a)와 제2수평 리타더부(144b)가 번갈아 배치되는 제1패턴드 리타더(140)와, 표시패널(120)의 수평방향을 따라 제1수직 리타더부(154a)와 제2수직 리타더부(154b)가 번갈아 배치되는 제2패턴드 리타더(150)가 제2편광필름(130)의 상부에 구비됨으로써 표시패널(120)의 각 단위화소(P) 영상이 수직방향과 수평방향을 따라 교번적으로 좌안편광 및 우안편광으로 변조되어 출력된다.
즉, 제1패턴드 리타더(140)와 제2패턴드 리타더(150)는 서로 작용하여 좌원편광 및 우원편광을 교번적으로 이루도록 하는 모자이크 패턴의 패턴드 리타더(patterned retarder)로서의 역할을 수행한다.
이와 같이 본 발명에 따른 제1패턴드 리타더(140)와 제2패턴드 리타더(150)는 종래와 동일한 제조공정에 의해 제조되는 반면, 모자이크 패턴을 가지는 하나의 패턴드 리타더를 제조하기 위해서는, 서로 다른 편광상태를 갖도록 변조하는 리타더 패턴을 각 단위화소에 대응하여 교번 배열해야 하기 때문에 제조공정이 복잡하고, 이로 인해 제작시간이 길어지고 제작비용이 많이 드는 문제점이 있다.
즉, 본 발명에 따라 제1패턴드 리타더(140)와 제2패턴드 리타더(150)를 조합하여 사용하여 서로 인접한 단위화소를 서로 다른 편광상태를 갖도록 변조하는 모자이크 패턴의 패턴드 리타더를 구현함으로써 저렴한 비용으로 인지적 해상도를 향상시킬 수 있게 된다.
한편 전술한 구성을 갖는 삼차원 영상 표시장치(110)와 하나의 세트를 이루는 편광안경(180)은, 삼차원 영상 표시장치(110)를 통과한 좌원편광 및 우원편광된 상태의 빛을 선택적으로 투과시키는 좌안렌즈(180a)와 우안렌즈(180b)로 구성된다.
이를 상세히 설명하면, 사용자의 좌안에 대응되는 좌안렌즈(180a)에는 좌원편광된 빛을 선편광된 상태로 변조시키는 좌안 리타더(183a)와, 좌안 리타더(183a)를 통과하면서 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 좌안 편광필름(186a)이 부착된다. 그리고, 우안렌즈(180b)에는 우안편광된 빛을 선편광된 상태로 변조시키는 우안 리타더(183b)와, 우안 리타더(183b)를 통과하면서 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 우안 편광필름(186b)이 부착된다.
따라서, 시청자에게 전달되는 영상 중, 삼차원 영상 표시장치(110)를 통해 좌원편광된 좌안영상은 좌안렌즈(180a)를 통하여 시청자의 좌안에 전달되고, 우원편광된 우안영상은 우안렌즈(180b)를 통하여 시청자의 우안에 전달되어 시청자는 자신의 좌안과 우안으로 각각 전달되는 좌안영상 및 우안영상의 합성에 의해 삼차원 영상을 시청할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 따라 단위화소별로 교대하여 서로 다른 타원편광 상태를 갖는 좌안용 및 우안용 영상을 표시하는 삼차원 영상 표시장치(110)를, 전술한 편광안경(180)을 착용하고 시청하면, 삼차원 영상 표시장치(110)에서 표시되는 좌안용 및 우안용 영상이 편광안경(180)의 좌안렌즈(180a)를 통해서는 좌안용 영상이, 우안렌즈(180b)를 통해서는 우안용 영상이 입사되므로 이들 두 화상의 합성에 의해 사용자는 3D 화상을 시청할 수 있게 된다.
도 4a는 본 발명에 따른 제1 및 제2패턴드 리타더의 조합을 보여주는 도면이고, 도 4b는 본 발명에 따른 제1 및 제2패턴드 리타더의 조합에 따른 동작을 설명하기 위한 삼차원 영상 표시장치의 일부 도면으로, 도 2를 참조한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 수직방향을 따라 제1수평 리타더(144a)와 제2수평 리타더(144b)가 번갈아 배치되는 제1패턴드 리타더(140)와, 이의 상부에 구비되는 수평방향을 따라 제1수직 리타더(154a)와 제2수직 리타더(154b)가 번갈아 배치되는 제2패턴드 리타더(150)를 조합함으로써 좌원편광 및 우원편광된 상태로 각각 변조시키는 리타더 패턴(201, 202)이 수직방향과 수평방향의 단위화소별로 번갈아 배치되는 모자이크 형태의 패턴드 리타더(200)를 구현할 수 있게 된다.
이를 도 4b를 참조하여 상세히 설명하면, 표시패널(120)에서 첫번째(1st) 행의 제1단위화소 영상(la)은 제2편광필름(130)에 의해 제2선편광 상태로 변조되고, 제2선편광된 제1단위화소 영상은 1/2파장의 위상지연을 하고 제2편광필름(130)의 광축과 +22.5도로 배치된 제1패턴드 리타더(140)의 제1수평 리타더(144a)를 통과하면서 +45도 회전된 제3선편광 상태로 변조된다.
이어, 제3선편광 상태의 제1단위화소 영상은 1/4파장의 위상지연을 하고 제1리타더(144a)의 광축과 90도로 배치된 제2패턴드 리타더(150)의 제1수직 리타더(154a)를 통과하면서 제1단위화소 영상은 좌원편광되어 출사된다.
표시패널(120)에서 첫번째(1st) 행의 제2단위화소 영상(lb)은 제2편광필름(130)에 의해 제2선편광 상태로 변조되고, 제2선편광된 제2단위화소 영상은 1/2파장의 위상지연을 하고 제2편광필름(130)의 광축과 +22.5도로 배치된 제1패턴드 리타더(140)의 제1수평 리타더(144a)를 통과하면서 +45도 회전된 제3선편광 상태로 변조된다.
이어, 제3선편광 상태의 제2단위화소 영상이 1/4파장의 위상지연을 하고 제1리타더(144a)의 광축과 0도로 배치된 제2패턴드 리타더(150)의 제2수직 리타더(154b)를 통과하면서 제2단위화소 영상은 우원편광되어 출사되게 된다.
표시패널(120)에서 두번째(2nd) 행의 제3단위화소 영상(ra)은 제2편광필름(130)에 의해 제2선편광 상태로 변조되고, 제2선편광된 제3단위화소 영상은 1/2파장의 위상지연을 하고 제2편광필름(130)의 광축과 -22.5도로 배치된 제1패턴드 리타더(140)의 제2수평 리타더(144b)를 통과하면서 -45도 회전된 제4선편광 상태로 변조된다.
이어, 제4선편광 상태의 제3단위화소 영상이 1/4파장의 위상지연을 하고 제2리타더(144b)의 광축과 90도로 배치된 제2패턴드 리타더(150)의 제1수직 리타더(154a)를 통과하면서 제3단위화소 영상은 우원편광되어 출사되게 된다.
표시패널(120)에서 두번째(2nd) 행의 제4단위화소 영상(rb)은 제2편광필름(130)에 의해 제2선편광 상태로 변조되고, 제2선편광된 제4단위화소 영상은 1/2파장의 위상지연을 하고 제2편광필름(130)의 광축과 -22.5도로 배치된 제1패턴드 리타더(140)의 제2수평 리타더(144b)를 통과하면서 -45도 회전된 제4선편광 상태로 변조된다.
이어, 제4선편광 상태의 제4단위화소 영상이 1/4파장의 위상지연을 하고 제2리타더(144b)의 광축과 0도로 배치된 제2패턴드 리타더(150)의 제2수직 리타더(154b)를 통과하면서 제4단위화소 영상은 좌원편광되어 출사되게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제1패턴드 리타더와 제2패턴드 리타더를 조합하여 사용함으로써 단위화소별로 서로 다른 편광상태를 갖도록 하는 패턴드 리타더를 손쉽게 구현할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 단위화소별로 서로 다른 편광상태를 갖도록 하는 모자이크 형상의 패턴드 리타더를 제작하는 공정보다 제1방향의 라인에 대해 서로 다른 편광상태를 갖도록 하는 제1패턴드 리타더와 제1방향과 수직인 제2방향에 대해 서로 다른 편광상태를 갖도록 하는 제2패턴드 리타더를 각각 제작하여 조합하는 것이 공정면에서도 쉽고 단순하여 생산성을 증가시킬 수 있으며, 공정시간과 공정비용을 절감하여 전체 제작비용도 절감할 수 있게 된다.
이상과 같은 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위 및 이와 균등한 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
110: 삼차원 영상 표시장치 120: 표시패널
125: 제1편광필름 130: 제2편광필름
140: 제1패턴드 리타더(144a: 제1수평 리타더, 144b: 제2수평 리타더)
150: 제2패턴드 리타더(154a: 제1수직 리타더, 154b: 제2수직 리타더)
180: 편광안경 180a: 좌안렌즈
180b: 우안렌즈

Claims (9)

  1. 선편광을 제1선편광상태로 변조하는 제1수평 리타더와 상기 선편광을 상기 제1선편광상태와 상이한 제2선편광상태로 변조하는 제2수평 리타더가 제1방향을 따라 번갈아 배치되는 제1패턴드 리타더와;
    상기 제1패턴드 리타더의 상부에 구비되고, 상기 제1 및 제2선편광상태를 각각 좌원편광상태 및 우원편광상태로 변조하는 제1수직 리타더와 상기 제1 및 제2선편광상태를 각각 상기 우원편광상태 및 상기 좌원편광상태로 변조하는 제2수직 리타더가 상기 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 번갈아 배치되는 제2패턴드 리타더
    를 포함하는 삼차원 영상 표시장치용 패턴드 리타더.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1패턴드 리타더는
    1/2 파장으로 위상지연을 하고
    상기 제2패턴드 리타더는
    1/4 파장으로 위상지연을 하는 것을 특징으로 하는 삼차원 영상 표시장치용 패턴드 리타더.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1패턴드 리타더의 제1수평 리타더와 제2수평 리타더는
    광축을 영상 표시장치의 출사광 편광방향과 +22.5 및 -22.5도로 각각 배치하고,
    상기 제2패턴드 리타더의 제1수직 리타더와 제2수평 리타더는
    광축을 상기 제1패턴드 리타더의 출사광 편광방향과 90도 및 0도로 각각 배치하는 것을 특징으로 하는 삼차원 영상 표시장치용 패턴드 리타더.
  4. 제1방향을 따라 제1영상과 제2영상을 표시하는 표시패널과;
    상기 표시패널의 상부에 구비되어 상기 제1영상과 상기 제2영상 각각을 선편광시키는 편광필름과;
    상기 편광필름의 상부로 구비되고, 상기 제1영상과 제2영상 각각을 제1선편광상태로 변조하는 제1수평 리타더와 상기 제1영상과 제2영상 각각을 상기 제1선편광상태와 상이한 제2선편광상태로 변조하는 제2수평 리타더를 포함하는 제1패턴드 리타더와;
    상기 제1패턴드 리타더의 상부로 구비되고, 상기 제1 및 제2선편광상태를 각각 좌원편광상태 및 우원편광상태로 변조하는 제1수직 리타더와 상기 제1 및 제2선편광상태를 각각 상기 우원편광상태 및 상기 좌원편광상태로 변조하는 제2수직 리타더를 포함하는 제2패턴드 리타더를 포함하고,
    상기 제1패턴드 리타더의 상기 제1수평 리타더와 상기 제2수평 리타더는 상기 제1방향을 따라 번갈아 배치되고, 상기 제2패턴드 리타더의 상기 제1수직 리타더와 상기 제2수직 리타더는 상기 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 번갈아 배치되는 삼차원 영상 표시장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1패턴드 리타더는
    1/2 파장으로 위상지연을 하고
    상기 제2패턴드 리타더는
    1/4 파장으로 위상지연을 하는 것을 특징으로 하는 삼차원 영상 표시장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제1패턴드 리타더의 제1수평 리타더와 제2수평 리타더는
    광축을 영상 표시장치의 출사광 편광방향과 +22.5 및 -22.5도로 각각 배치하고,
    상기 제2패턴드 리타더의 제1수직 리타더와 제2수평 리타더는
    광축을 상기 제1패턴드 리타더의 출사광 편광방향과 90도 및 0도로 각각 배치하는 것을 특징으로 하는 삼차원 영상 표시장치.
  7. 제1방향을 따라 제1영상과 제2영상을 표시하는 표시패널과;
    상기 표시패널의 상부에 구비되어 상기 제1영상과 상기 제2영상 각각을 선편광시키는 편광필름과;
    상기 편광필름의 상부로 구비되고, 상기 제1영상과 제2영상 각각을 제1선편광상태로 변조하는 제1수평 리타더와 상기 제1영상과 제2영상 각각을 상기 제1선편광상태와 상이한 제2선편광상태로 변조하는 제2수평 리타더를 포함하는 제1패턴드 리타더와;
    상기 제1패턴드 리타더의 상부로 구비되고, 상기 제1 및 제2선편광상태를 각각 좌원편광상태 및 우원편광상태로 변조하는 제1수직 리타더와 상기 제1 및 제2선편광상태를 각각 상기 우원편광상태 및 상기 좌원편광상태로 변조하는 제2수직 리타더를 포함하는 제2패턴드 리타더; 및
    상기 좌원편광상태 및 상기 우원편광상태의 상기 제1영상과 제2영상 각각을 선편광시키는 좌안 및 우안 리타더와, 상기 좌안 및 우안 리타더 각각을 통해 나온 위상을 달리하는 광을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 좌안 및 우안 편광필름이 부착된 편광안경을 포함하고,
    상기 제1패턴드 리타더의 상기 제1수평 리타더와 상기 제2수평 리타더는 상기 제1방향을 따라 번갈아 배치되고, 상기 제2패턴드 리타더의 상기 제1수직 리타더와 상기 제2수직 리타더는 상기 제1방향과 수직인 제2방향을 따라 번갈아 배치되는 삼차원 영상 구현시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1패턴드 리타더는
    1/2 파장으로 위상지연을 하고
    상기 제2패턴드 리타더는
    1/4 파장으로 위상지연을 하는 것을 특징으로 하는 삼차원 영상 구현시스템.
  9. 제 7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1패턴드 리타더의 제1수평 리타더와 제2수평 리타더는
    광축을 영상 표시장치의 출사광 편광방향과 +22.5 및 -22.5도로 각각 배치하고,
    상기 제2패턴드 리타더의 제1수직 리타더와 제2수평 리타더는
    광축을 상기 제1패턴드 리타더의 출사광 편광방향과 90도 및 0도로 각각 배치하는 것을 특징으로 하는 삼차원 영상 구현시스템.
KR1020110106286A 2011-10-18 2011-10-18 패턴드 리타더, 이를 포함하는 삼차원 영상 표시장치 및 삼차원 영상 구현시스템 KR101861717B1 (ko)

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