KR102457205B1 - 편광 제어 패널, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

편광 제어 패널, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전압 인가에 의해 2D/3D 제어가 가능하고, 배향막을 사용하지 않고, 내부 광 이방성층의 배향이 가능한 편광 제어 패널, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 제 1 전극 상에, 대향되는 제 2 전극을 향하여 굴곡진 표면을 갖고, 상기 굴곡진 표면이 제 1 방향으로 러빙된 렌즈층과, 제 2 전극 상에 구비되며, 제 2 방향으로 러빙되어 상기 렌즈층의 최상부와 접착된 접착층 및 상기 접착층과 렌즈층 사이에 채워진 광 이방성층을 구비한다.

Description

편광 제어 패널, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치 {Polarizing Control Panel, Method for Manufacturing the Same, and Stereoscopic Display Device Using the Same}
본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 특히 전압 인가에 의해 2D/3D 제어가 가능하고, 배향막을 사용하지 않고, 내부 광 이방성층의 배향이 가능한 편광 제어 패널, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3차원을 표현하는 입체화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에, 두 눈의 위치의 차이로 왼쪽과 오른쪽 눈은 서로 약간 다른 영상을 보게 된다. 이와 같이, 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안 시차(binocular disparity)라고 한다. 그리고, 3차원 입체 영상 표시 장치는 이러한 양안 시차를 이용하여 왼쪽 눈은 왼쪽 눈에 대한 영상만 보게 하고 오른쪽 눈은 오른쪽 눈 영상만을 볼 수 있게 한다.
즉, 좌/우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하는 것이다. 이러한 능력을 통상 스테레오그라피(stereography)라 하며, 이를 표시 장치로 응용한 장치를 입체 표시 장치라 한다.
한편, 입체 표시 장치는 안경의 유무에 따라 안경 방식과 무안경 방식으로 나뉠 수 있다.
안경 방식으로 공간적으로 좌우 영상을 분리해서 표시하거나, 시분할 방식으로 좌우 영상을 분할해서 표시하는 방식이 대표적이다. 이 안경 방식에서는 3D(3-dimension) 영상을 시청시, 시청자가 안경을 착용해야만 하는 불편함이 있어, 무안경 방식의 입체영상 표시 장치가 대안으로 여겨진다.
무안경 방식은 일반적으로 좌안 영상과 우안 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴랙스 배리어나 렌티큘러 렌즈 등의 광학 소자를 표시 화면의 앞 또는 뒤에 설치하여 3D 영상을 구현한다.
그러나, 렌티큘러 렌즈와 같은 광학 소자는 단일 굴절률의 재료를 사용하고 패럴랙스 배리어는 위치가 고정되어 있기 때문에, 일반적인 무안경 방식의 입체 표시 장치는 3D 영상만 표시하고, 2D 영상의 전환은 불가한 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전압 인가에 의해 2D/3D 제어가 가능하고, 배향막을 사용하지 않고, 내부 광 이방성층의 배향이 가능한 편광 제어 패널, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 편광 제어 필름은, 상하 기재를 접착하는 접착층에 러빙을 통해 배향을 정의하여, 내부 광 이방성의 배향을 접착층을 통해 가능하게 한 것으로, 별도의 배향막을 생략한 것을 그 특징으로 한다.
또한, 이러한 편광 제어 필름은, 서로 대향된 제 1 기재 및 제 2 기재와, 상기 제 1, 제 2 기재 상에 각각 구비된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극 상에, 상기 제 2 전극을 향하여 굴곡진 표면을 갖고, 상기 굴곡진 표면이 제 1 방향으로 러빙된 렌즈층과, 상기 제 2 전극 상에 구비되며, 제 2 방향으로 러빙되어 상기 렌즈층의 최상부와 접착된 접착층 및 상기 접착층과 렌즈층 사이에 채워진 광 이방성층을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 편광 제어 패널의 제조 방법은, 제 1 기재 상에 제 1 전극을 구비하는 단계와, 상기 제 1 전극 상에, 규칙적으로 굴곡진 표면을 갖는 렌즈층을 형성하는 단계와, 상기 렌즈층의 표면을 제 1 방향으로 러빙하는 단계와, 제 2 기재 상에 제 2 전극을 구비하는 단계와, 상기 제 2 전극 상에 접착층을 형성하는 단계와, 상기 접착층을 제 2 방향으로 러빙하는 단계와, 상기 접착층 상에, 상기 액티브 영역의 가장자리를 둘러싸는 측부 씰재를 형성하는 단계와, 상기 렌즈층 사이에 광이방성층을 형성하는 단계 및 상기 접착층이 상기 렌즈층을 마주보도록 하여, 상기 제 1기재 및 제 2 기재를 상기 측부 씰재를 통해 합착하는 단계를 포함한다.
그리고, 이러한 편광 제어 패널을 적용하는 입체 영상 표시 장치는, 상기 편광 제어 패널을 표시 패널에 부착하여 이루어진다.
본 발명의 편광 제어 패널, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 편광 제어 패널 내에 배향막을 별도로 구비하지 않고, 접착층과 렌즈층에 각각 러빙 처리를 하여, 광이방성층의 배향이 가능하다. 따라서, 배향막을 형성하는 공정 및 배향막 재료의 사용을 배제할 수 있어, 공정을 간소화하며 재료의 사용을 최소화할 수 있다.
둘째, 렌즈층과 대향되는 기재의 전면에, 접착층을 사용하여, 점착력 수준이 높으며, 광이방성층의 재료의 누수 방지가 가능하다. 특히, 가장 자리에 접착층과 접한 측부 씰재를 더 적용함에 의해, 주로 액상의 재료로 이루어진 광이방성층의 유동을 방지하여, 편광 제어 패널 기능의 안정성을 꾀할 수 있다.
셋째, 렌즈층과 광 이방성층간의 점착력을 높이며, 동시에 광이방성층의 배향 제어가 가능하다.
넷째, 재료적으로 모두 연성 가능한 재료를 사용하여, 성막 및 배향 방향의 정의가 용이하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광 제어 패널을 나타낸 평면도
도 2는 도 1의 단면도
도 3a 및 도 3b는 도 1의 편광 제어 패널의 하부 기재측과 상부 기재측의 구성을 나누어 나타낸 평면도
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 제어 패널을 나타낸 평면도
도 5a 및 도 5b는 도 1의 편광 제어 패널 내 배향처리 적용 유무에 따라 블랙 상태에서 상면을 찍은 광학 사진
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광 제어 패널의 단면을 찍은 SEM 도
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 편광 제어 패널의 하부 기재측과 상부 기재측의 러빙을 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 편광 제어 패널의 하부 기재와 상부 기재의 합착 공정을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 편광 제어 패널의 형성 방법을 나타낸 공정 순서도
도 10은 본 발명의 입체 영상 표시 장치를 나타낸 단면도
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 부품 명칭과 상이할 수 있다.
일반적으로 좌안 및 우안에 대한 영상 분리를 위해, 렌티큘러 렌즈 또는 패럴랙스 배리어가 이용된다. 그런데, 패럴랙스 배리어의 경우는, 배리어가 차지하는 영역은 광이 통과하지 못하기에, 휘도가 감소되기 때문에, 렌티큘러 렌즈를 이용하는 방식이 주로 선호되었다.
이하에서는, 이를 개선하여, 렌티큘러 렌즈를 포함하여, 3D 모드에서, 좌안/우안에 대한 영상 분리가 가능하며, 또한, 2D 모드에서는 투명 필름으로 기능할 수 있는 편광 제어 패널에 대해 설명한다.
*제 1 실시예*
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광 제어 패널을 나타낸 평면도이며, 도 2는 도 1의 단면도이다. 그리고, 도 3a 및 도 3b는 도 1의 편광 제어 패널(1000)의 하부 기재측과 상부 기재측의 구성을 나누어 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2와 같이, 본 발명의 편광 제어 패널(1000)은 서로 대향된 제 1 기재(100) 및 제 2 기재(200)와, 상기 제 1, 제 2 기재(100, 200) 상에 각각 구비된 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(210)과, 상기 제 1 전극(110) 상에, 상기 제 2 전극(210)을 향하여 굴곡진 표면을 갖고, 상기 굴곡진 표면이 제 1 방향으로 러빙된 렌즈층(120)과, 상기 제 2 전극(210) 상에 구비되며, 제 2 방향으로 러빙되어 상기 렌즈층(120)의 최상부와 접착된 접착층(220) 및 상기 접착층(220)과 렌즈층(120) 사이에 채워진 광 이방성층(optical anisotropic layer)(300)을 포함한다.
상기 제 1, 제 2 기재(100, 200)는 각각 플라스틱 필름으로, 10㎛ 내지 500㎛의 두께로, 연성이 있으며, 투명성이 있는 재료이다. 상기 플라스틱 필름의 두께는 얇은 두께가 바람직할 수 있으나, 편광 광학 소자로 표시 패널 상에 구비시, 표시 패널의 크기에 따라, 배면 거리를 조절할 필요가 있을 때, 의도적으로 그 두께를 두껍게 하는 경우가 있다. 그리고, 상기 제 1, 제 2 기재(100,200)는 종래의 글래스 재료를 대체하여, 편광 제어 패널(1000) 전체 두께의 대부분의 비중을 차지한 제 1, 제 2 기재(100, 200)를, 연성 재료인 플라스틱 필름으로 하여, 편광 제어 패널을 플렉서블한 표시 패널 상에 대응시 전체 장치의 연성(flexibility)을 확보한다. 예를 들어, 상기 제 1, 제 2 기재(100, 200)의 성분은 폴리에틸렌 (polyethylene) 또는 폴리 에틸렌을 포함하는 공중합체, 폴리에스테르(polyester) 또는 폴리 에스테르를 포함하는 공중합체, 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리 이미드를 포함하는 공중합체, 올레핀계 공중합체, 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 또는 폴리아크릴산을 포함하는 공중합체, 폴리스티렌(polystyrene) 또는 폴리스테린을 포함하는 공중합체, 폴리설페이트(polysulfate) 또는 폴리설페이트를 포함하는 공중합체, 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 폴리 카보네이트를 포함하는 공중합체, 폴리아믹산(polyamic acid) 또는 폴리아믹산을 포함하는 공중합체, 폴리아민(polyamine) 및 폴리아믹산을 포함하는 공중합체, 폴리비닐 알콜(polyvinylalcohol), 폴리 알릴아민(polyallyamine)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 고분자 화합물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1, 제 2 기재(100, 200)는 동일 재료일 수도 있고, 서로 다른 재료일 수 있으나, 연성을 가진 점과 일축 성 굴절률을 가지고, 그 일축성 방향으로 연신하여 형성하는 점에서 공통점을 가진다. 이 경우, 상기 제 1, 제 2 기재(100, 200)는 편광 제어 패널(1000)을 표시 패널에 부착시 표시 패널의 최상면에 위치한 편광판의 투과축과 일치시켜 형성한다.
한편, 상기 제 1, 제 2 기재(100, 200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 동일한 직사각형의 형상일 수 있으며, 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(210)에 전압 인가를 위해 도 3a 및 도 3b와 같이, 일변의 일측이 돌출된 제 1 더미 영역(191)과 제 2 더미 영역(192)을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 제 1, 제 2 더미 영역(191, 192)까지, 각각의 제 1, 제 2 기재(100, 200)가 연장되고, 그 상부에 제 1 전극(110)과 제 2 전극(210)이 연장되어 형성된 것이다. 그리고, 상기 돌출된 제 1, 제 2 더미 영역(191, 192)은 전압 인가부를 포함한 FPC(flexible Printed Circuit)에 연결되어, 외부로부터 전압 신호를 제 1, 제 2 전극(110), 210)에 인가받을 수 있다. 그러나, 이와 같이, 제 1, 제 2 더미 영역(191, 192)을 구비한 예는 일예이며, 직사각형의 제 1, 제 2 기재(100, 200)의 외곽 영역 일부를 FPC와 연결 부위로 이용하여, 이 부위를 통해 외부로부터 전압 신호를 인가받을 수 있다. 또한, 상기 제 1, 제 2 더미 영역(191, 192)은 복수개 구비되어, 각 전극(110, 210)에 인가되는 전압의 안정화를 꾀할 수 있다.
상기 제 1, 제 2 전극(110, 210)은 ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide) 또는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)와 같은 투명 전극으로 이루어지며, 상기 제 1, 제 2 기재(100, 200) 상에 스퍼터링하여 형성할 수도 있지만, 필름 상으로 각각의 제 1, 제 2 기재(100, 200) 상에 라미네이션(lamination) 부착 공정을 형성할 수도 있다. 본 발명의 편광 제어 패널(1000)에 있어서는, 제 1, 제 2 기재(100, 200)를 플라스틱 필름으로 사용하기에, 각 층의 형성 공정을 인접한 성막 롤러 사이에 성막 재료만을 달리하여, 용이하게 이루어질 수 있다.
상기 렌즈층(120)은 광 경화성 레진으로 이루어지며, 예를 들어 포토 아크릴과 같이, UV를 조사받으면 경화되는 물질로 이루어진다. 또한, 상기 렌즈층(120)은 UV 조사 후에도 60℃ 내지 70℃의 온도로 프리베이킹시 물리적 압력에 의해 러빙 처리가 가능하도록 열 반응성 모노머를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 렌즈층(120)의 표면은 굴곡진 형상으로, 단면상 일정 주기로 포물선, 비구면, 혹은 반원을 포함한 구면의 일부가 반복된 형상일 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈층의 굴곡진 표면은 상기 제 1 전극(110)으로부터 상기 접착층(220)을 향한 볼록 렌즈 형상이거나 상기 접착층(220)에서 상기 제 1 전극(110)을 향해 오목 렌즈 형상일 수 있다.
그리고, 상기 액티브 영역에 대응하여, 상기 렌즈층(120)과 상기 제 2 전극(220) 사이에 광 이방성층(300)이 채워진다.
상기 광이방성층(300)은 액정 또는 반응성 메소겐(reactive mesogen)과 같이, 서로 다른 값의 이축성의 굴절률(ne, no)을 갖는 것으로, 장축 굴절률(ne)이 단축 굴절률(no)보다 크다(ne>no).
그리고, 상기 렌즈층(120)은 단일 축의 굴절률을 갖는 것으로, 상기 광이방성층(300)의 장축 굴절률(ne)과 동일한 굴절률을 갖는다. 이에 따라, 제 1, 제 2 전극(110, 220)에 전압 미인가시 상기 광이방성층(300)은 장축 굴절률(ne)만을 갖게 되고, 따라서, 하측에서부터 광이 편광 제어 패널(1000)을 그대로 통과하여, 이 경우, 편광 제어 패널(1000)은 마치 투명 필름으로 기능하게 된다. 또한, 상기 제 1, 제 2 전극(110, 210)에 서로 다른 전압을 인가시 제 1, 제 2 전극(110, 210) 사이에는 수직 전계가 조성되어, 광이방성층(300)은 단축의 굴절률(no)로 변화하는데, 이러한 광이방성층(300) 장단축 굴절률의 차인 이방성 굴절률(n=ne-no)에 의해 하측에서, 렌즈층(120)을 통과한 광은 광이방성층(300) 계면에서, 굴절되어 나가 좌안과 우안에 대응된 영상 분리가 가능하다.
본 발명의 편광 제어 패널(1000)은, 제 1, 제 2 기재(100, 200) 사이의 두께를 좌우하는 렌즈층(120)과 광 이방성층(300) 중 볼록하며, 체적이 큰 렌즈층(120)은 단일 굴절률의 재료로 이용하고, 나머지 부분에만 광이방성 물질을 채우는 것으로, 고가의 복굴절 재료의 사용을 현저히 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 접착층(220)은 아크릴계 폴리머 성분을 주성분으로 하며, 추가적으로 에폭시계 폴리머를 더 포함할 수 있다. 이러한 아크릴계 폴리머 또는/및 에폭시계 폴리머는 접착층(220)의 주성분이며, 부성분으로는 광 또는 열 개시제나, 다른 종류의 폴리머를 소량 포함할 수 있다.
또한, 상기 접착층(220)은 그 자체가 쉬트 타입(sheet type)으로 제 2 전극(210)의 전면에 래미네이션하여 형성할 수도 있고, 또는 액상으로 제 2 전극(210) 상에 전면 도포하여, 일정 시간 약 60~70℃의 온도로 프리베이킹하여, 균일한 두께로 성막하여 형성할 수 있다.
그리고, 성막한 상기 접착층(220)은 러빙 공정을 진행하여, 인접한 초기 상태의 광이방성층(300)의 배향 방향을 정의할 수 있다.
상기 접착층(220)은 단축성의 굴절률을 가지며, 이의 굴절률은 1.48 내지 1.68으로, 인접한 렌즈층(120)과 유사한 굴절률을 갖는다.
이러한 접착층(220)은 그 표면에 러빙과 경화 공정만으로, 배향막과 접착층의 기능을 동시에 하는 것으로, 편광 제어 패널(1000) 내의 배향막 사용을 생략할 수 있게 하며, 경화 공정을 통해 상기 렌즈층(120)과 접착성이 좋은 것이다.
한편, 상기 접착층(220)에 대향되는 렌즈층(120)도 러빙을 진행하는데, 상기 접착층(220)과 상기 렌즈층(120)의 러빙 방향은 서로 안티패럴랠(anti-parallel)하다. 이러한 상기 렌즈층(120) 및 접착층(220)의 러빙 방향은 편광 제어 패널(1000)이 놓여지는 표시 패널의 광축에 따라 정의될 수 있다.
상기 접착층(220)과 렌즈층(120)은 사이에 광이방성층(300)을 채운 후 합착 공정을 진행하는데, 합착 과정 중 또는 후에, 70~80℃의 온도로 4시간 내지 48시간동안 열경화하여 상기 접착층(220)과 렌즈층(120)의 최상부가 점착되도록 한다. 이 경우, 상측에 위치한 제 2 기재(200)측의 구성성분들의 자중 또는 별도의 압력을 인가함에 의해 접착층(220)과 렌즈층(120)이 접합되는 효과를 더할 수 있다. 그리고, 이러한 자중이나 압력이 인가되면, 상기 접착층(220)과 렌즈층(120)은 단면 상으로도 점콘택이 아닌 일정 면적을 갖는 면 콘택을 가질 수 있어, 렌즈층(120)과 접착층(220)간의 접합성이 향상된다.
또한, 상기 제 1 기재(100) 및 제 2 기재(200)는 중앙에 액티브 영역이 정의되며, 상기 액티브 영역에 광 이방성층(300)이 채워져 광 이방성층(300)의 굴절률 변화에 따라 2D/3D 제어가 가능하다. 그리고, 상기 광 이방성층(300)을 둘러싸며 광 이방성층(300)을 가두도록 폐고리(closed loop) 상의 측부 씰재(250)가 구비된다. 상기 측부 씰재(250)는 에폭시계열 물질을 포함하여, 상측에는 상기 접착층(220)과 접하며, 하측에는 상기 제 1 전극(110) 또는 렌즈층(120)에 접할 수 있다. 하측에는 상기 측부 씰재(250)와 접하는 대상이 다를 수 있는 것은, 액티브 영역 내에 상기 렌즈층(120)의 굴곡진 표면이 포함되는지 혹은 외곽까지 상기 렌즈층(120)의 굴곡진 표면이 형성되는지에 따라 달려있다. 실질적으로 액티브 영역 이외에는 광 이방성층(300)이 구비되어 있지 않으므로, 전계 인가 여부에 의해 나누어 동작하지 않으므로, 기능적으로 외곽 영역에서 렌즈층(120)과 측부 씰재(250)가 접하는 경우와 제 1 전극(110)과 측부 씰재(250)와 접하는 경우의 차이가 없다.
한편, 상기 광 이방성층(300)은 액상의 재료가 아닌 나노 액정을 캡슐 내에 포함시켜 그 사이를 바인더로 채운 액정층으로 구현할 수 있다. 이 경우, 상기 나노 액정을 포함한 액정층은 그 자체로 필름 타입일 수 있으며, 이 때에는, 상기 측부 씰재(250)를 생략하여, 편광 제어 패널(1000)의 제조가 가능할 수 있다.
상기 편광 제어 패널(1000)은 상하에 위치한 제 1, 제 2 기재(100, 200)가 가장 두께를 많이 차지하는 것으로, 대략 10~300㎛의 두께를, 제 1, 제 2 전극(110, 210)이 대략 100Å 내지 2㎛의 두께를, 상기 렌즈층(120) 및 광 이방성층(220)이 대략 1㎛ 내지 100㎛으로, 전체 편광 제어 패널(1000)은 연성 가능한 상태로 유지할 수 있으며, 얇은 플렉서블 디스플레이에 필름 형으로 부착되어, 그 연성을 저해하지 않고, 3D 제어 기능을 가질 수 있다.
상기 편광 제어 패널(1000)은 2D 모드와 3D 모드를 선택적으로 제어한다.
2D 모드에서는, 제 1, 제 2 전극(110, 210)에 전압 미인가시에는, 하측에서부터 상기 렌즈층(120)과 광 이방성층(300)을 광이 통과할 때, 굴절률 차게 없어, 광의 렌즈층(120)과 광 이방성층(300)간의 계면을 느끼지 못하고, 그대로 출사되어, 상기 편광 제어 패널(1000)이 마치 투명 필름으로 기능하는 것이다.
3D 모드에서는, 상기 제 1, 제 2 전극(110, 210)에 서로 다른 전압을 인가받아 상기 제 1, 제 2 전극(110, 210)간에 수직 전계가 조성되고, 이 때, 광 이방성층(300) 내의 이방성 물질이 그 배열을 달리하여, 하부에서 들어오는 광이 상기 광의 렌즈층(120)과 광 이방성층(300)간의 계면에서 이방성 굴절률(n)을 느껴 굴절되어 출사되어, 시청자는 좌안과 우안의 영상이 분리된 효과를 느끼게 되는 것이다.
한편, 도 1 및 도 3에서는, 렌즈층(120)이 제 1 기재(100)의 제 1 방향(세로 방향)에 대해 Θ 각도 기울어진 형상을 나타내고 있다. 이러한 기울어진 각도는 표시하고자 하는 view 조건 및 표시 패널에 구비되는 픽셀의 피치와 렌즈층(120)가 각 단위 렌즈의 피치 관계에 따라 달라질 수 있다. 2 view 표시와, 렌즈층(120)의 단위 렌즈 피치와 표시 패널의 픽셀 피치가 동일할 경우는, 상기 Θ는 0도일 수 있다.
즉, 본 발명의 편광 제어 패널은, 편광 제어 패널 내에 배향막을 별도로 구비하지 않고, 접착층과 렌즈층에 각각 러빙 처리를 하여, 광이방성층의 배향이 가능하다. 따라서, 배향막을 형성하는 공정 및 배향막 재료의 사용을 배제할 수 있어, 공정을 간소화하며 재료의 사용을 최소화할 수 있다.
*제 2 실시예*
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 제어 패널을 나타낸 평면도이다.
도 4의 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 제어 패널은, 상술한 제 1 실시예와 비교하여, 렌즈층(420)의 형상을 반전시킨 것을 차이로 하고, 나머지 구성 요소에서는 동일하며, 동일 부호를 갖는 것은 동일 기능을 하여, 그 설명을 생략한다.
도 4와 같이, 상기 렌즈층(420) 오목 렌즈의 형상으로, 렌즈층의 굴곡진 표면이 단면상에서, 일정 두께의 평탄한 층 중 비구면, 포물선 혹은 반원을 포함한 구면의 일부가 주기적으로 반복된 형상이 제거되는 형상이다.
이 경우, 광이방성층(300)은 상하의 접착층(220) 및 렌즈층(420)과, 측부의 측부 씰재(250) 사이에 채워진다. 상술한 제 1 실시예와 비교하여, 제 2 실시예의 광이방성층(300) 및 렌즈층(420)이 제 1 실시예의 렌즈층 및 광이방성층에 대응된 체적일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 접착층 유무에 따라 블랙 상태에서 상면을 찍은 광학 사진이다.
도 5a는 상술한 도 1의 본 발명의 편광 제어 패널인 경우와, 도 5b는 본 발명의 접착층이 없는 경우를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 각각 공통적으로, 각각 전극을 구비한 제 1 기재와 제 2 기재 사이에 렌즈층과 광이방성층이 구비되어 있다.
이 경우, 도 5a와 같이, 접착층을 구비하고, 이의 러빙 처리를 한 경우, 블랙 상태의 구현이 정상적으로 나타남을 확인할 수 있다. 그러나, 도 5b와 같이, 접착층이 구비되지 않은 경우, 상하 기재 사이의 들뜸이 있고, 내부 광이방성층의 들뜸이 있어, 렌즈층 사이사이에서 빛샘이 발생함을 확인할 수 있었다.
이러한 현상은 공통적으로 측부 씰재를 적용하여도, 측부 씰재만으로는 면대 면 접착성이 나타나지 않기 때문으로, 본 발명은 접착층을 렌즈층/광이방성층과 상부 제 2 전극 사이에 구비하고, 이에 러빙 처리를 하여, 광이방성층의 초기 배향을 안정적으로 확보할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광 제어 패널의 단면을 찍은 SEM 도이다.
도 6과 같이, 본 발명의 제 1 실시예의 편광 제어 패널은, 접착층을 제 2 기재의 최상부측에 구비하여, 상기 접착층이 하측의 렌즈층 및 광이방성층과 접착하게 하고, 또한, 제 1, 제 2 기재를 합착한 후, 열경화 공정 및 압력 인가 과정을 거쳐 렌즈층과 접착층간의 면접촉이 충분히 이루어져 제 1, 제 2 기재간의 박리되는 문제를 해결할 수 있다.
이하, 도면을 참조하며 본 발명의 편광 제어 패널의 제조 방법에 대해 살펴본다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 편광 제어 패널의 하부 기재측과 상부 기재측의 러빙을 나타낸 도면이다. 도 8은 본 발명의 편광 제어 패널의 하부 기재와 상부 기재의 합착 공정을 나타낸 도면이다. 또한, 도 9는 본 발명의 편광 제어 패널의 형성 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
먼저, 제 1 기재(100) 상에 제 1 전극(110)을 형성한다 (10S).
이어, 상기 제 1 전극(110) 상에, 볼록 렌즈 형상 또는 오목 렌즈 형상의 굴곡진 표면을 갖는 렌즈층(120)을 형성한다(20S).
이어, 렌즈층(120)의 대략 60℃ 내지 70℃의 온도로 프리베이킹 한 후, 도 7a와 같이, 렌즈층(120)의 표면을 제 1 방향으로 러빙한다(30S). 상기 렌즈층(120)의 표면을 굴곡을 가지고 있으므로, 러빙 공정은 수회 반복될 수 있다.
한편, 제 2 기재(200) 상은, 제 1 기재(100) 상에 수행된 제 1 전극, 렌즈층 형성 및 러빙 공정과 병렬 공정으로, 제 2 전극(210)의 형성부터 측부 씰재(250)의 형성 공정을 진행한다.
즉, 제 2 기재(200) 상에, 제 2 전극(210)을 형성하고(11S), 이어, 상기 제 2 전극(210) 상에 접착층(220)을 도포한다 (21S). 접착층(220)의 재료로는 상술한 바와 같이, 주재료로 아크릴계 폴리머 또는 아크릴계와 에폭시 폴리머를 포함하는 것이다.
이어, 상기 접착층(220)을 60℃ 내지 70℃의 온도로 프리베이킹 한 후, 도 7b와 같이, 상기 렌즈층(120)의 러빙 방향과 안티패럴랠한 제 2 방향으로 러빙한다(31S).
이어, 상기 제 2 전극(210)의 가장 자리, 즉, 액티브 영역(AA)을 둘러싼 영역에 폐고리 형상으로 측부 씰재(250)을 형성한다(41S).
이어, 상기 렌즈층(120) 상에 광 이방성 물질을 적하하여 상기 렌즈층(120) 사이사이의 골에 채워 광 이방성층(300)을 형성한다(50S). 광 이방성 물질이 액상형일 때, 시간경과에 따라 렌즈층(120) 사이사이에 자연적으로 채워진다. 또한, 만일 광 이방성 물질이 나노 액정을 캡슐에 포함시켜 캡슐 사이사이를 바인더가 채운 나노 액정형의 액정층일 경우에는, 바인더를 경화되기 전 상태로 준비하여 렌즈층(120) 상에 도포한 후, 광 또는 열에 의해 상분리 또는 경화 공정을 거쳐 상기 렌즈층(120) 사이사이에 나노 액정들이 채워지도록 한다. 또한, 상기 광 이방성 물질은 렌즈층(120) 사이사이를 채움과 동시에, 일정 두께로 상기 렌즈층(120) 상부에도 더 구비될 수 있다. 이 경우에는 렌즈층(120)의 최대 두께보다 상기 광 이방성층(300)의 최대 두께가 더 큰 경우이다.
상기 광 이방성층을 형성 후에는, 도 8과 같이, 제 2 기재(200)를 반전시켜, 상기 접착층(220)이 상기 렌즈층(120)에 접하게 하여 열을 가해 제 1, 제 2 기재(100, 200)의 합착을 진행한다(60S). 이러한 합착 과정에서, 실제 접하는 것은 상기 접착층(220)과 상기 렌즈층(120)의 최상부이며, 제 2 기재(200) 및 그 상부의 구성들이 갖는 자중 또는 압력을 더 인가함으로써, 렌즈층(120)의 최상부와 그 주변이 면접촉으로 상기 접착층(220)과 접촉 면적을 가질 수 있다. 또한, 외곽 영역에는 상기 측부 씰재(250)과 이에 대향하는 측의 제 1 전극(110) 또는 렌즈층(120)일 수 있다.
상기 합착 공정 중에는 동시에 열을 가하거나 혹은 합착 후 공정에서, 70℃ 내지 80℃의 온도로 4시간 내지 48시간 동안 베이킹 공정을 진행하여, 상기 접착층(220) 및 렌즈층(120)간의 계면 및 측부 씰재(250)와 제 1 전극 또는 렌즈층(120)간 계면의 접착성을 늘릴 수 있다(70S).
이어, 상기 제 1, 제 2 전극(110, 210)을 외곽 영역의 일부분에서 각각 FPC에 연결시켜, 상기 FPC에 구비된 전압원과 연결시킨다(80S). 이와 같이, 제 1, 제 2 전극(110, 210)이 전압원과 연결되어, 이후, 2D 모드와 3D간의 선택적 제어가 가능하게 된다.
이상에서 설명한 렌즈층(120)과 접착층(220)의 배향 정의는 러빙에 의해 이루어졌지만, 경우에 따라, 광배향으로 초기 배향 방향을 정의할 수 있다. 또한, 이와 같이, 초기 배향 방향이 정의된 편광 제어 패널(1000)을 통해 광이방성층의 초기 배향이 정의되어, 2D 모드에서는 투명 필름의 역할을, 3D 모드에서는 빛샘없이 편광 제어 기능의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 편광 제어 패널은 표시 패널 상에 부착되어, 입체 표시에 이용된다.
도 10은 본 발명의 입체 영상 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 10과 같이, 본 발명의 입체 표시 장치는, 영상을 표시하는 표시 패널(400)과, 상술한 편광 제어 패널(1000)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 편광 제어 패널(1000)은 제 1 실시예와 제 2 실시예의 구조 모두 가능하며, 각각을 반전시킨 구성도 가능하다.
여기서, 상기 편광 제어 패널(1000)은 연성을 갖는 것으로, 그 자체가 필름으로 기능하며, 상기 편광 제어 패널(1000)에 부착되어, 2D 모드에서는 투명 필름으로 기능하며, 3D 모드에서는 선택적으로 표시 패널(400)을 통해 출사된 영상이 좌안과 우안에 대해 다른 방향으로 굴절시켜 좌우안의 양안 시차에 의해 3D를 구현하는 것이다. 그리고, 2D 모드와 3D 모드의 구분은 전압 인가 여부에 따라 가능함을 앞서 설명하였다.
여기서, 상기 표시 패널(400)과 편광 제어 패널(1000) 사이는 접착층이 구비될 수 있다.
본 발명의 입체 표시 장치는, 무안경 방식으로, 좌안 영상과 우안 영상을 분리할 수 있는 기능을 갖는 편광 안경 대신, 필름형의 편광 제어 패널을 표시 패널 상에 적층 구조로 배치시켜, 이들의 스위칭 동작으로 입체 표시모드(3D mode)와 평면 표시(2D mode)를 선택적으로 수행한다.
상기 표시 패널(400)은 평면 영상 표시 모드와 입체 영상 표시 모드의 변환이 가능한 것으로, 평면 영상 표시 모드에는 평면 영상(2D image)를 표시하고, 입체 영상 표시 모드에는 한 화면 내에 좌안 영상과 우안 영상을 교번적으로 표시한다.
상기 표시 패널(400)은 액정 표시 패널, 유기 발광 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 전계 방출 표시 패널, 양자점 표시 패널이 될 수 있다. 그리고, 액정 표시 패널의 경우, 그 하부에 백라이트 유닛의 광원을 두어 하부에서 광 전달을 하게 되며, 나머지 표시 패널의 경우는 패널 내부에 발광 소자가 구비되어, 별도의 광원은 생략될 수 있다.
예를 들어, 상기 표시 패널(400)이 액정 표시 패널일 경우, 서로 대향된 제 1, 제 2 기판과, 그 사이에 충진된 액정층 및 제 1, 제 2 기판의 배면 상의 제 1, 제 2 편광판을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 액정층과 마주보는 제 1 기판 혹은 제 2 기판 상에는 각 픽셀별 동작을 제어하는 박막 트랜지스터 및 각 픽셀별 컬러 필터를 포함한 어레이가 구비된다.
만일, 상기 표시 패널(400)이 유기 발광 표시 패널일 경우에는, 기판 상에 각 픽셀별로 박막 트랜지스터를 포함한 박막 트랜지스터 어레이가 구비되며, 상기 박막 트랜지스터 어레이 상에 제 1, 제 2 전극 및 그 사이의 발광층을 포함한 유기막을 갖는 유기 발광 다이오드가 형성되며, 상기 박막 트랜지스터 어레이와 유기 발광 다이오드를 보호하며 외부로부터 수분 투습을 방지하는 배리어가 구비된다. 그리고, 상기 배리어 상에는 외부광의 시인을 방지하는 편광판이 위치한다.
상기 편광 제어 패널(1000)은 각 표시 패널(400)의 최상면에 편광판이 있다면 그 상부에 위치하며, 이러한 편광판과 같은 광학 필름이 없다면, 표시 패널(400)의 최상면에 위치할 것이다.
그리고, 이 경우, 편광 제어 패널(1000)의 제 1, 제 2 기재(100, 200)는 일축 성 굴절률을 가지며, 그 일축성 방향으로 연신하여 형성하며, 이 경우, 상기 표시 패널(400)은 최상면에 위치한 편광판의 투과축과 일치시켜 형성한다.
상술한 본 발명의 편광 제어 패널은, 편광 제어 패널 내부에 배향막을 별도로 구비하지 않고, 각각 제 1, 제 2 기재의 최상면인 접착층과 렌즈층에 각각 러빙 처리를 하여, 광이방성층의 배향이 가능하다. 따라서, 배향막을 형성하는 공정 및 배향막 재료의 사용을 배제할 수 있어, 공정을 간소화하며 재료의 사용을 최소화할 수 있다.
또한, 접착층을 렌즈층과 제 2 전극을 갖는 제 2 기재 상에 구비하여, 상기 접착층을 통해 제 1 기재의 구성들과 접착시켜, 특히, 굴곡진 표면을 갖는 렌즈층과의 접착성을 향상시켜, 제 1, 제 2 기재간 박리가 일어나는 점을 방지할 수 있다. 특히, 광 이방성층의 유동성으로 사용 중 박리 현상이 다발하는 구조 대비 편광 제어 패널의 기능적 안정성을 꾀할 수 있다.
그리고, 렌즈층과 대향되는 기재의 전면에, 접착층을 사용하여, 점착력 수준이 높으며, 광이방성층의 재료의 누수 방지가 가능하다. 특히, 가장 자리에 접착층과 접한 측부 씰재를 더 적용함에 의해, 주로 액상의 재료로 이루어진 광이방성층의 유동을 방지하여, 편광 제어 패널 기능의 안정성을 꾀할 수 있다.
또한, 본 발명의 편광 제어 필름은 렌즈층과 광 이방성층간의 점착력을 높이며, 동시에 광이방성층의 배향 제어가 가능한 구조이다. 이 분야에서 알려진 구조들에서는 일반적으로 배향막을 이용하여 이의 러빙을 통해 배향을 제어하였으나, 본 발명은 서로 만나는 렌즈층과 접착층에 각각 러빙 처리를 통해 배향을 수행하여, 별도의 배향막 형성 공정을 부가하지 않아도 되어, 재료의 사용을 줄이고, 배향막 형성 공정을 생략할 수 있어, 공정의 간소화도 가능하다.
한편, 본 발명의 편광 제어 패널 및 이를 이용한 입체 표시 장치는, 재료적으로 모두 연성 가능한 재료를 사용하여, 성막 및 배향 방향의 정의가 용이하다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 제 1 기재 110: 제 1 전극
120, 420: 렌즈층 200: 제 2 기재
191: 제 1 더미 영역 192: 제 2 더미 영역
210: 제 2 전극 220: 접착층
250: 측부 씰재 300: 광이방성층

Claims (19)

  1. 서로 대향된 제 1 기재 및 제 2 기재;
    상기 제 1, 제 2 기재 상에 각각 구비된 제 1 전극 및 제 2 전극;
    상기 제 1 전극 상에, 상기 제 2 전극을 향하여 굴곡진 표면을 갖고, 상기 굴곡진 표면이 제 1 방향으로 러빙된 렌즈층;
    아크릴계 폴리머와 에폭시 폴리머를 함께 포함하여 상기 제 2 전극의 전면(全面) 상에 제 2 방향으로 러빙되어 구비되며, 상기 렌즈층의 복수개의 최상부와 접착된 접착층;
    상기 접착층과 렌즈층 사이에 채워진 광이방성층; 및
    상기 제 1 전극과 상기 접착층 사이에 상기 광이방성층을 둘러싸며 구비되고, 상기 렌즈층의 가장 자리의 굴곡진 표면과 내측변이 중첩하고, 외측변이 상기 렌즈층의 외측에 위치하는 측부 씰재를 포함하고,
    상기 광이방성층은 상기 접착층과 상기 렌즈층에 의해 초기 배향되는 편광 제어 패널.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈층은 광 경화성 레진으로 이루어진 편광 제어 패널.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기재 및 제 2 기재는 액티브 영역을 갖고,
    상기 측부 씰재는 상기 액티브 영역을 둘러싼 폐고리 상인 편광 제어 패널.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 측부 씰재는 상기 접착층에 접한 제 1 표면과,
    상기 내측변과 상기 렌즈층의 가장 자리의 굴곡진 표면과 접한 제 2 표면 및
    상기 외측변과 상기 제 2 표면 사이에 위치하며, 상기 제 1 전극과 접한 제 3 표면을 갖는 편광 제어 패널.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈층의 굴곡진 표면은 상기 제 1 전극으로부터 상기 접착층을 향한 볼록 렌즈 형상이거나 상기 접착층에서 상기 제 1 전극을 향해 오목 렌즈 형상인 편광 제어 패널.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 방향은, 상기 제 1 기재의 수직 방향에 대해 패럴랠하지 않고,
    상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 안티패럴랠한 편광 제어 패널.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광이방성층은 서로 다른 값의 이축성의 굴절률을 갖고, 그 중 일축성의 굴절률이 상기 렌즈층의 굴절률과 동일한 편광 제어 패널.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광이방성층은 액정 또는 반응성 메소겐을 포함한 편광 제어 패널.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 접착층의 굴절률은 1.48 내지 1.68인 편광 제어 패널.
  13. 제 3항에 있어서,
    상기 접착층은 상기 액티브 영역 내 상기 제 2 전극 상에 일정한 두께인 편광 제어 패널.
  14. 제 1 기재 상에 제 1 전극을 구비하는 단계;
    상기 제 1 전극 상에, 규칙적으로 굴곡진 표면을 갖는 렌즈층을 형성하는 단계;
    상기 렌즈층의 표면을 제 1 방향으로 러빙하는 단계;
    제 2 기재 상에 제 2 전극을 구비하는 단계;
    상기 제 2 전극의 전면(全面) 상에, 아크릴계 폴리머와 에폭시 폴리머를 함께 포함하여 접착층을 형성하는 단계;
    상기 접착층을 제 2 방향으로 러빙하는 단계;
    상기 접착층 상에, 상기 렌즈층의 가장자리와 중첩하는 위치에 측부 씰재를 형성하는 단계;
    상기 렌즈층 사이에 광이방성층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착층이 상기 렌즈층을 마주보며 상기 렌즈층의 복수개의 최상부와 접하도록 하며, 상기 접착층과 일면이 접하고, 타면이 상기 렌즈층의 가장 자리 및 상기 렌즈층의 가장자리 외측의 제 1 전극과 접한 상기 측부 씰재를 통해 합착하는 단계를 포함하고,
    상기 광이방성층은 상기 접착층과 상기 렌즈층에 의해 초기 배향되는 편광 제어 패널의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 합착하는 단계에서, 70℃ 내지 80℃의 온도로 4시간 내지 48시간 동안 베이킹 공정을 진행하여, 상기 접착층 및 렌즈층간의 계면을 접착하는 단계를 더 포함하는 편광 제어 패널의 제조 방법.
  16. 서로 대향된 제 1 기재 및 제 2 기재와, 상기 제 1, 제 2 기재 상에 각각 구비된 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극 상에, 상기 제 2 전극을 향하여 굴곡진 표면을 갖고, 상기 굴곡진 표면이 제 1 방향으로 러빙된 렌즈층과, 아크릴계 폴리머와 에폭시 폴리머를 함께 포함하여 상기 제 2 전극의 전면 상에 제 2 방향으로 러빙되어 구비되며, 상기 렌즈층의 굴곡진 표면의 복수개의 최상부와 접착된 접착층, 상기 접착층과 렌즈층 사이에 채워진 액정층 및 상기 제 1 전극과 상기 접착층 사이에 상기 액정층을 둘러싸며 구비되고, 상기 렌즈층의 가장 자리의 굴곡진 표면과 내측변이 중첩하고, 외측변이 상기 렌즈층의 외측에 위치하는 측부 씰재를 포함한 편광 제어 패널; 및
    상기 편광 제어 패널의 일측에 구비된 표시 패널을 포함하며,
    광이방성층은 상기 접착층과 상기 렌즈층에 의해 초기 배향되는 입체 영상 표시 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 렌즈층의 굴곡진 표면의 복수개의 최상부는 상기 접착층과 면 접촉하는 입체 영상 표시 장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 접착층의 굴절률은 상기 렌즈층의 굴절률과 유사한 입체 영상 표시 장치.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 상기 제 1 기재의 수직 방향에 패럴랠하지 않은 입체 영상 표시 장치.
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