KR20050068426A - 편광화 효율 증대를 위한 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광효율을 향상시키는 비편광 디스플레이 장치에 관한 것으로, 대향하는 전면 기판 및 배면 기판과; 상기 전면 기판상에 부착되어 수직편광과 수평편광 중 어느 한 방향의 편광을 선택적으로 투과시키는 광효율 강화 필름과; 상기 광효율 강화 필름상에 부착되는 편광판과; 상기 전면 기판과 배면 기판 사이의 셀 영역과; 상기 배면 기판상에 형성되는 다수 개의 하부 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

편광화 효율 증대를 위한 디스플레이 장치{Display device for advancing efficiency of polarizing}

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 화상을 2차원에서 3차원으로 전환시 광효율 강화 필름을 구비한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

오늘날 초고속 정보 통신망을 근간으로 구축된 정보의 고속화를 위해 실현될 서비스들은 현재의 전화와 같은 단순히 듣고 말하는 서비스로부터 문자, 음성, 영상을 고속 처리하는 디지털 단말을 중심으로 한 보고 듣는 멀티 미디어형 서비스로 발전하고 궁극적으로는 시·공간을 초월하여 실감있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는 초공간형 실감 3차원 입체 정보통신 서비스로 발전할 것으로 예상된다.

일반적으로 3차원을 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 양안시차는 입체감의 가장 중요한 요인이라 할 수 있다.

즉, 좌우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게되고, 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 한다.

입체영상 표시는 상기 양안시차를 이용하는 것으로 관찰자의 별도의 안경착용 여부에 따라 안경식(stereoscopic)의 편광방식과 시분할방식, 비안경식(autostereoscopic)의 패럴랙스-배리어방식과 렌티큘러(lenticular)방식과 블린킹 라이트(blinking light)방식 등이 있다.

전자는 많은 인원이 입체영상을 즐길 수 있으나 , 별도의 편광안경 또는 액정셔터 안경을 착용해야 하고, 후자는 디스플레이에 각각 이미지 스플리터(image splitter)와 실린더리컬 렌즈 어레이(cylindrical lens array)가 결합된 구조로 관찰범위가 고정되어 소수인원에 한정되지만 별도의 안경식을 착용하지 않는 특징이 있어 선호되는 경향이 있다.

상기 안경식 입체영상 표시장치는 관찰자가 특수한 안경을 착용하여야 하므로 불편함과 부자연스러움을 발생시킨다.

반면, 상기 비안경식 입체영상 표시장치는 관찰자가 직접 스크린을 주시하게 되어 전술한 바와 같은 단점이 사라지기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다.

상기 패럴랙스-배리어 방식은 좌/우 두 눈에 해당하는 영상 앞에 세로 혹은 가로형태(슬릿)를 둠으로써, 상기 슬릿을 통해 합성된 입체영상을 분리, 관측함으로써 입체감을 느끼게 되는 방식이다.

상술한 바와 같이 입체영상을 구현하기 위해서는 일반적으로 편광을 이용하게 된다.

도 1은 액정표시장치에서 디스플레이되는 영상을 3차원 액정 패널을 이용하여 3차원으로 표현하는 입체 영상 표시장치의 원리를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 하단에는 액정표시장치(Liquid Crystal Display)가 있고, 상기 액정표시장치 상단에는 배리어(Barrier) 액정셀(104)을 포함하는 3차원 액정 패널이 위치하고 있다.

상기 액정표시장치 아래에는 광원으로 백라이트(back light)가 위치하고 있다.

액정표시소자는 TFT 기판과 컬러필터 기판이 액정층을 사이에 두고 대향 합착되는 바, 상기 TFT기판에는, 주사신호를 전달하는 복수개의 게이트 배선과, 상기 게이트 배선에 수직교차하여 서브 화소를 정의하면서 영상신호를 전달하는 데이터 배선과, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 교차 지점에 형성되는 박막트랜지스터(TFT)와, 상기 박막트랜지스터(TFT)에 전기적으로 연결되는 화소전극이 형성되어 있다.

이 때, 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 배선에서 분기된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 상에 형성된 반도체층과, 상기 반도체층 상에서 상기 데이터 배선에서 분기된 소스전극과, 상기 반도체층 상에서 상기 소스 전극과 일정 간격 떨어진 드레인 전극을 포함하여 구성된다.

상기 광원에서 발생한 빛은 제 1 편광판(101)을 통하여 선편광되고 액정 셀(102)을 거쳐 편광 방향이 제 1 편광판과 90°다른 제 2 편광판(103)을 통과하게 된다.

편광된 빛은 3차원 액정 패널의 배리어 액정 셀에 의해 블랙과 화이트로 나뉘어진다.

상기 배리어를 구동하기 위해서 액정을 사용할 경우, 각 화소 단위마다 홀수 화소열에는 전계를 인가하고 짝수 화소열에는 전계를 인가하지 않는 방식으로 블랙과 화이트를 나눌 수 있다.

이렇게 홀수번째 배리어셀에 해당하는 빛은 우리 눈의 좌안에, 짝수번째 배리어셀에 해당하는 빛은 우안에 식별되게 된다.

이렇게 관찰자는 다수의 화이트 영역을 통해 합성돤 입체 영상을 분리, 관측함으로써 입체감을 느끼게 된다.

상기와 같은 입체 영상 구현시, 액정표시장치는 광원으로 따로 백라이트를 구비하므로, 편광판을 써도 휘도상에 큰 문제가 없다. 그러나, PDP, OELD, FED 등의 디스플레이 장치는 자체 발광을 하므로 편광판을 사용할 경우 휘도상의 문제가 발생한다.이하에서, 종래기술에 따른 디스플레이 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래의 비편광 디스플레이 장치에 편광판을 부착한 구조를 나타내는도면이다.

일반적으로 2차원에서 3차원으로 전환할 수 있는 디스플레이 장치를 만들려면 편광을 이용해야 한다.

따라서, 비편광 디스플레이 장치인 PDP(Plasma Display Panel), OELD(Organic Electro-Luminescent Display), FED(Field Emission Display)등을 입체영상으로 구현하고자 할 때는 편광판을 부착해야 할 필요가 있다. 도시된 바와 같이, 비편광 디스플레이 장치, 예를 들면 PDP는 상부 기판(10)과 하부 기판(20)이 형성되고, 그 사이에 일정한 발광 영역인 복수 개의 셀(11)들이 형성된다.

그리고, 하부 기판(20)에는 상기 셀(11)들을 구동하기 위한 다수 개의 전극(12)이 형성된다.

이와 같이, 비편광 디스플레이 장치는 자체에서 비편광된 빛을 발광하므로 편광시키기 위해서는 상기 상부 기판(10)에 편광판(13)을 부착한다.

그러나, 상기의 편광판(13)의 투과축이 도면을 통과하는 방향(도면에서의 동심원 방향, 이하 '수직방향'이라 한다)이라면 도시된 바와 같이 셀에서 출사된 빛이 편광판을 투과하게 되고, 편광판의 투과축이 기판과 나란한 수평방향(이하, '수평방향'이라 한다)이라면 빛은 편광판에 흡수된다.

따라서, 비편광 디스플레이 장치에 편광판을 부착하여 편광화하게 되면, 편광판의 투과축과 일치하는 빛만 투과되고 나머지는 흡수되므로 전체적으로 휘도가 절반으로 감소하게 되는 문제점이 생긴다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 입체영상 구현시, 비편광 디스플레이 장치의 배면 기판상의 하부 전극을 반사율이 높은 전극으로 구성하고, 상부 기판상에는 DBEF(Double Brightness Enhanced Film)와 같은 구조물을 증착함으로써, 편광화 효율을 증대하여 전체적으로 비편광 디스플레이 장치의 휘도를 향상시키는 데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비편광 디스플레이 장치는 대향하는 전면 기판 및 배면 기판과; 상기 전면 기판상에 부착되어 수직편광과 수평편광 중 어느 한 방향의 편광을 선택적으로 투과시키는 광효율 강화 필름과; 상기 광효율 강화 필름상에 부착되는 편광판과; 상기 전면 기판과 배면 기판 사이의 셀 영역과; 상기 배면 기판상에 형성되는 다수 개의 반사 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 광효율 강화 필름은 DBEF(Double Brightness Enhanced Film)인 것을 특징으로 한다.

상기 반사 전극은 백금, 은 또는 구리로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 비편광 디스플레이 장치는 상기 전면 기판과 광효율 강화 필름 사이에 광산란층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비편광 디스플레이 장치는 상기 전면 기판과 광효율 강화 필름 사이에 1/4파장 위상판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수도 있다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 단면도이다.

도 2에서 설명한 바와 같이 배리어 액정 셀을 구동하기 위해서는 편광파가 필요하므로 비편광 디스플레이 장치에 편광판을 부착하게 된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 대향하는 전면 기판(200)과 배면 기판(210)이 있고, 상기 전면 기판(200)상에 부착되어 수직편광과 수평편광 중 어느 한 방향의 편광을 선택적으로 투과시키는 광효율 강화 필름(201), 상기 광효율 강화 필름(201)상에 부착되는 편광판(202), 상기 전면 기판(200)과 배면 기판(210) 사이의 셀 영역(203), 상기 배면 기판(210)상에 형성되는 다수 개의 하부 전극(204)으로 구성되어 있다.

상기 광효율 강화 필름(201)은 수직편광과 수평편광중에서 선택적으로 어느 하나의 편광은 거의 모두 통과시키지만 다른 하나의 편광은 거의 모두 반사시키는 특성을 가지는 것으로서 선형 반사타입의 편광재료(linear reflecting polarizer) 예컨데, 미국 3M사(Minnesota Mining Manufacturing Company)의 DBEF(Double brightness enhanced film) 등과 같은 광효율 강화 필름으로 제조될 수 있다.

그리고, 배면기판의 하부 전극(204)은 일정한 간격으로 패터닝되어 형성되며, 광효율 강화 필름에 의해 반사되는 빛을 재반사하기 위해 반사율이 높은 백금, 은, 구리 등의 금속으로 구성한다.

상기 편광판(202)의 투과축이 수직방향이면, 셀 영역(203)에서 발생한 빛 중 수직방향의 빛은 광효율 강화 필름(201)을 그대로 통과하여 편광판(202)을 투과하게 되고, 수평방향의 빛은 편광판(202)에 흡수되기 전에 광효율 강화 필름(201)에 의해 반사된다.

반사된 수평방향의 편광은 배면 기판(210)의 하부 전극(204)에서 재반사 되고 이러한 과정에서 셀 영역(203)의 셀 물질에 의해 산란이 일어나 편광이 깨지게 된다.

이렇게 깨진 편광 중에서 수직방향의 편광이 발생하여 광효율 강화 필름(201)과 편광판(202)을 투과하게 되어 휘도를 향상시킬 수 있게 된다.

도 4는 광효율 강화 필름(201)으로 사용되는 DBEF(Double brightness enhanced film)의 구조를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, DBEF는 굴절율 이방성 필름(220)과 상기 굴절율 이방성 필름의 한 축의 굴절율과 동일한 굴절율을 가지는 굴절율 등방성 필름(230)을 번갈아 적층하여 구성된다.

따라서, 굴절율이 서로 같은 방향으로 편광된 빛은 통과되고, 적층된 층 간에 굴절율이 서로 다른 방향으로 편광된 빛은 경계면 반사로 인해 투과되지 못한다.

상기 DBEF의 두께는 130㎛ 정도이고 유효 시야각은 수직으로 122°, 수평으 로 120°인 성질을 갖는다.

도 5는 도 3에 따른 본 발명에 산란층(205)을 추가한 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.

도 3에 상술한 바와 같이 광효율을 높이기 위해서 배면 기판(210)상에 위치하는 다수 개의 하부 전극(204)으로 반사율이 높은 금속을 사용한다.

그러면, 외부광이 반사되어 디스플레이 표면에 관찰자가 위치하는 배경이 비취어질 수 있다.

따라서, 전면 기판(200)과 광효율 강화 필름(201) 사이에 산란층(205)을 형성한다.

상기 산란층(205)을 형성함으로써, 외부광이 입사할 때 산란층(205)에 의해 외부광이 산란됨으로써 하부 전극(204)에 의해 관찰자가 위치하는 배경이 반사되어 디스플레이 되는 정도를 줄일 수 있다.

또한, 광효율 강화 필름(201)에 의해 반사된 수평방향의 편광이 산란층(205)을 통과하고 셀 영역(203)에서 다시 편광이 깨어짐으로써 광효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 6은 도 3에 따른 본 발명에 위상차판(206)을 추가한 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 전면 기판(200)과 광효율 강화 필름(201) 사이에 1/4파장 위상차판(206)(Quarter Wave Plate)를 형성한다.

위상차판(206)은 고분자 Film을 일축 연신시켜 만들어지며, 특정의 위상차를 가진다.

편광판(202)의 투과축과 평행인 외부광이 입사하면 상기 위상차판(206)에 의해 45°틀어진 편광으로 바뀌게 된다.

상기 위상차판(206)에 의해 바뀐 편광이 하부 전극(204)에 의해 반사되고 다시 한번 위상차판(206)을 통과하면서 처음의 방향과 90°수직한 편광으로 바뀌게 된다.

따라서, 두 번 위상차판(206)을 통과한 외부광은 광효율 강화 필름(201)에 의해 다시 재반사하고 셀 영역(203)에서 산란하게 된다.

일반적으로 500lux 정도의 실내 외부광은 500nit 정도의 휘도를 가지는 디스플레이 장치의 광보다 약할 뿐만 아니라 상기와 같은 과정을 반복함으로써 빛의 세기가 약해지게 된다.

따라서, 상기의 1/4 파장 위상차판(206)을 통하여 외부광의 반사를 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비편광 디스플레이 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 전면 기판에 광효율 강화 필름을 부착하고 배면 기판의 하부 전극을 반사율이 높은 금속으로 하여 투과되지 않는 편광을 재반사시켜 디스플레이 장치의 휘도를 향상시킨다.

둘째, 상기 광효율 강화 필름 후면에 산란층 또는 위상차판을 형성함으로써, 외부광의 반사를 줄이는 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

도 1은 액정표시장치에서 디스플레이되는 영상을 3차원 액정 패널을 이용하여 3차원으로 표현하는 입체 영상 표시장치의 원리를 나타낸 도면.

도 2는 종래의 비편광 디스플레이 장치에 편광판을 부착한 구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 단면도를 나타내는 도면.

도 4는 광효율 강화 필름으로 사용되는 DBEF(Double Brightness Enhanced Film)의 구조를 나타낸 도면.

도 5는 도 3에 따른 본 발명에 산란층을 추가한 디스플레이 장치를 나타낸 도면.

도 6은 도 3에 따른 본 발명에 위상차판을 추가한 디스플레이 장치를 나타낸 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명〉

200: 전면 기판 201: 광효율 강화 필름

202: 편광판 203: 셀 영역

204: 하부 전극 205: 산란층

206: 위상차판 210: 배면 기판

Claims (5)

1. 대향하는 전면 기판 및 배면 기판;

   상기 전면 기판상에 부착되어 어느 한 방향의 편광을 선택적으로 투과시키고 나머지 방향의 편광은 반사시키는 광효율 강화 필름;

   상기 광효율 강화 필름상에 부착되는 편광판;

   상기 전면 기판과 배면 기판 사이의 셀 영역;

   상기 배면 기판상에 형성되어 광효율 강화필름에서 반사되는 빛을 재반사하는 다수 개의 하부 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광효율 강화 필름은 DBEF(Double Brightness Enhanced Film)인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하부 전극은 백금, 은 또는 구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 전면 기판과 광효율 강화 필름 사이에 광산란층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전면 기판과 광효율 강화 필름 사이에 1/4파장 위상판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.