KR20060065331A - 3차원 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 편광 방향을 수정하여 휘도 및 컨트라스트비를 향상시킨다

즉, 3차원 표시 장치가 러빙 방향 및 편광 방향을 특정 방향으로 가지도록 형성함으로써 스위칭패널의 두께를 줄일 수 있으며, 콘트라스트비도 향상시킬 수 있어서 표시 품질이 좋아진다.

3차원 표시 장치, 러빙 방향, VA 모드, 역상 설계

Description

3차원 표시 장치{3D DISPLAY APPARATUS}

도 1은 본 발명에 따른 실시예인 3차원 표시 장치의 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예인 3차원 표시 장치에서 편광 방향을 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 실시예인 3차원 표시 장치에서 편광 방향과 러빙 방향을 보여주는 사시도이다.

도 4는 종래의 3차원 표시 장치에서의 콘트라스트비(CR)를 보여주는 그래프이다.

도 5는 기존 구조에서 렌티큘러 렌즈 기판에만 본 발명을 적용한 경우의 3차원 표시 장치에서 콘트라스트비(CR)를 보여주는 그래프이다.

도 6은 도 5의 구조에서 스위칭패널을 러빙 역상 설계로 형성한 경우의 3차원 표시 장치에서 콘트라스트비(CR)를 보여주는 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따른 실시예인 3차원 표시 장치에서 콘트라스트비(CR)를 보여주는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12: 하부 편광판 22: 상부 편광판

200: 백라이트 유닛 300: 표시 패널

310: 박막 트랜지스터 기판 320: 상부 기판

330: 액정 340: 컬러 필터

400: 렌티큘러 렌즈 기판 410: 렌티큘러 렌즈

420: 폴리머 430: 렌티큘러 렌즈 기판 하부 기판

440: 렌티큘러 렌즈 기판 상부 기판

500: 스위칭패널 510: 스위칭패널 하부 기판

520: 스위칭패널 상부 기판 530: 스위칭패널 액정

600: 접착제

본 발명은 3차원 표시 장치에 대한 발명이다.

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 시공간을 초월하여 실감있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는 초공간형 실감 3차원 입체 정보통신 서비스로 발전할 것으로 예상된다.

일반적으로 3차원을 표현하는 입체 영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데, 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm정도 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.

입체 영상 표시 장치는 양안시차를 이용하는 것으로 관찰자의 별도의 안경착용 여부에 따라 안경식(stereoscopic)의 편광 방식과 시분할 방식, 비안경식(autostereoscopic)의 패럴랙스-배리어방식, 렌티큘러(lenticular) 렌즈방식 및 블린킹 라이트(blinking light) 방식이 있다.

전자는 많은 인원이 입체 영상을 즐길 수 있으나, 별도의 편광 안경 또는 액정 셔터 안경을 착용해야 하고, 후자는 디스플레이에 각각 이미지 스플리터(image splitter), 실린더리컬 렌즈 어레이(cylindrical lens array)인 렌티큘러 렌즈, 또는 패랠랙스 베리어가 결합된 구조로 관찰 범위가 고정되어 소수 인원에 한정되지만 별도의 안경을 착용하지 않는 편리함이 있어 선호된다. 즉, 안경식 입체 영상 표시 장치는 관찰자가 특수한 안경을 착용하여야 하므로 불편함과 부자연스러움을 발생시킨다. 반면, 비안경식 입체 영상 표시 장치는 관찰자가 직접 스크린을 주시하는 것만으로 입체 영상을 관찰할 수 있어서 전술한 바와 같은 단점이 사라지기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다.

비안경식 입체 영상 표시 장치는 이미지 패널에 3차원 이미지 형성 장치을 정렬하여 입체 영상을 표시한다. 3차원 이미지 형성 장치는 대표적으로 렌티큘러 렌즈나 패럴랙스 베리어 등이다. 경우에 따라, 3차원 이미지 형성 장치는 3차원 이 미지를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 이차원 이미지도 표시할 수 있도록 전환 수단이 결합되거나 부가될 수 있다. 예컨데, 굴절율 이방성을 갖는 렌티큘러 렌즈에 스위칭패널이 부가되거나(WO 03/015424-A2 참고), 스위칭패널 및 위상 지연판(retarder) (US 6046849, US 6055103, US 6437915 참고)또는 슬릿이 형성된 편광판과 스위칭패널(US 4717949, US 6157424 참고)이 결합하여 이미지를 이차원 또는 3차원으로 전환할 수 있는 3차원 이미지 형성 장치를 이룰 수 있다.

비안경식의 경우 다양한 방식 중에 표시 장치의 두께와 개구율을 고려할 때 렌티큘러 렌즈를 사용하는 입체 표시 장치가 가장 적합하여 중점적으로 개발되고 있다. 즉, 렌티큘러 렌즈를 사용하는 경우에는 표시 장치의 두께가 얇게 형성할 수 있으며, 렌즈를 사용함으로써 표시 장치를 가리지 않는 장점이 있다.

렌티큘러 렌즈를 사용하는 3차원 표시 장치는 투과형 표시 패널을 사용하며, 2차원 표시를 할때 휘도 및 컨트라스트비가 일반 표시 장치에 비하여 많이 떨어진다는 단점이 있다.

또한, 3차원 표시 장치의 두께가 50㎛이상이 되어야 충분히 2차원 및 3차원의 표시가 가능하다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 3차원 표시 장치에서 휘도 및 컨트라스트비가 향상되며, 3차원 표시 장치의 두께가 얇게 형성될 수 있도록 하기 위한 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 편광 방향을 수정하여 휘도 및 컨트라스트비를 향상시킨다.

구체적으로는, 상부 기판과 하부 기판을 포함하는 표시 패널, 상기 표시 패널의 위에 형성되어 있으며 렌티큘러 렌즈를 포함하는 렌티큘러 렌즈 기판, 상기 렌티큘러 렌즈 기판의 위에 형성되어 있으며, 상부 기판, 하부 기판 및 VA 모드의 액정을 포함하는 스위칭패널, 상기 표시 패널의 하부에 형성되어 있는 하부 편광판, 상기 스위칭패널의 위에 형성되어 있는 상부 편광판을 포함하며, 상부 편광판 및 하부 편광판은 동일한 방향의 투과축을 가지며, 상기 표시 패널의 하부 기판과 상기 스위칭패널의 하부 기판은 서로 반대 방향의 러빙 방향을 가지고, 상기 표시 패널의 상부 기판과 상기 스위칭패널의 상부 기판은 서로 반대 방향의 러빙 방향을 가지는 3차원 표시 장치에 대한 것이며,

상기 하부 편광판의 투과축과 상기 표시 패널의 하부 기판의 러빙 방향이 서로 평행하는 것이 바람직하며,

상기 스위칭패널의 두께는 5㎛ 이하인 것이 바람직하며,

상기 렌티큘러 렌즈 기판은 상부 기판 및 하부 기판을 가지며, 상기 하부 기판의 러빙 방향은 상기 표시 패널의 하부 기판의 러빙 방향과 동일하며, 상기 상부 기판의 러빙 방향은 상기 렌티큘러 렌즈 기판의 하부 기판의 러빙 방향과 반대 방향인 것이 바람직하며,

상기 스위칭패널에 전압을 인가하면 2차원 영상이 표시되고, 전압을 인가하지 않으면 3차원 영상이 표시되는 것이 바람직하며,

상기 편광판의 투과축 방향은 상기 렌티큘러 렌즈 기판의 렌티큘러 렌즈의 축방향과 평행하는 것이 바람직하며,

제1 상부 기판과 제1 하부 기판을 포함하며, 상기 제1 하부 기판은 양의 X축 방향으로 러빙되어 있으며, 상기 제1 상부 기판은 양의 Y축 방향으로 러빙되어 있는 표시 패널, 상기 표시 패널의 위에 형성되어 있으며, 제2 하부 기판과 폴리머를 포함하는 제2 상부 기판을 포함하며, 상기 제2 하부 기판은 양의 X축 방향으로 러빙되어 있으며, 상기 폴리머를 포함하는 제2 상부 기판은 음의 X축 방향으로 러빙되어 있는 렌티큘러 렌즈 기판, 상기 렌티큘러 렌즈 기판의 위에 형성되어 있으며, 제3 상부 기판, 제3 하부 기판 및 VA 모드의 액정을 포함하며, 상기 제3 상부 기판은 음의 X축 방향으로 러빙되어 있으며, 상기 제3 하부 기판은 음의 Y축 방향으로 러빙되어 있는 스위칭패널, 상기 표시 패널의 하부에 형성되어 있으며, X축 방향의 투과축을 가지는 하부 편광판, 상기 스위칭패널의 위에 형성되어 있으며, X축 방향의 투과축을 가지는 상부 편광판을 포함하는 3차원 표시 장치에 대한 것이며,

상기 렌티큘러 렌즈의 축 방향은 X축 방향인 것이 바람직하다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙 였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 3차원 입체 영상의 표시가 가능한 3차원 표시 장치의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 3차원 표시 장치는 표시 패널(300), 렌티큘러 렌즈 기판(400), 스위칭패널(500) 뿐만 아니라 상하 편광판(12, 22)을 포함한다. 표시 패널(300)과 렌티큘러 렌즈 기판(400)은 접착제(600)에 의하여 결합되어 있고, 렌티큘러 렌즈 기판(400)과 스위칭패널(500)도 접착제(600)에 의하여 결합되어 있다. 상하 편광판(12, 22)은 각각 스위칭패널(500)의 위와 표시 패널(300)의 아래에 배치되어 있다.

그러면, 이미지 패널인 표시 패널(300)에 대하여 상세히 설명한다.

표시 패널(300)은 박막 트랜지스터 기판(310), 상부 기판(320) 및 액정(330)을 포함한다.

우선, 박막 트랜지스터 기판(310)은 게이트선 및 데이터선 등의 신호선을 포함하며, 게이트선과 데이터선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 박막 트랜지스터(도시하지 않음) 및 화소 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 여기서 박막 트랜지스터는 게이트선을 따라 전송되는 주사 신호에 따라 데이터선을 따라 전송되는 화상 신호를 스위칭하여 화소 전극에 인가 또는 차단한다.

여기서 표시 패널(300)은 화소 전극의 형태에 따라서 투과형 표시 패널, 반사형 표시 패널 및 양자의 형태가 모두 가능한 반투과형 표시 패널로 구분되는데, 어떠한 방식의 표시 패널도 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치에 적용할 수 있다. 본 실시예에서는 투과형을 중심으로 기술한다.

다음, 상부 기판(320)은 박막 트랜지스터 기판(310)과 소정의 간격을 두고 마주보고 있다. 상부 기판(320)에는 컬러 필터(340)가 형성되어 있으며, 도시하지 않았으나, 블랙 매트릭스 및 공통전극 등이 형성되어 있다.

컬러 필터(340)는 동일한 컬러 필터 화소 행을 따라 나타나도록 적색, 녹색, 및 청색 컬러 필터를 배치하는 것이 보통이나 이외에도 여러 다양한 배치가 가능하다. 여기서 화소 행은 데이터선을 따라 늘어선 화소들로 이루어진다.

박막 트랜지스터 기판(310)과 상부 기판(320)의 사이에는 액정 물질이 주입되어 있어서 액정층(330)을 이룬다. 액정층(330)의 액정 배향 상태는 TN(Twisted nematic) 모드, ECB(Electrically controlled birefringence) 모드 및 VA(vertically aligned) 모드 등이 가능하며, 본 실시예는 TN 모드인 경우를 예로 들어 설명하며, 액정층(330)에 전계가 인가되지 않은 상태에서 90도의 편광축 회전을 유발하는 리타데이션을 가진다.

다음, 입체 이미지를 형성하는 핵심 부분인 렌티큘러 렌즈 기판(400)에 대해서 자세하게 살펴본다.

렌티큘러 렌즈 기판(400)은 표시 패널(300)에서 나오는 빛을 굴절시켜 양쪽 눈으로 분배하여 3차원 이미지를 형성하는 역할을 한다.

상기 렌티큘러 렌즈 기판(400)는 렌티큘러 렌즈(410)와 폴리머(420)로 이루어지며, 이를 지지하기 위한 상부 기판(440) 및 하부 기판(430)을 포함한다. 렌티큘러 렌즈(410)는 굴절률 이방성을 가지며, 폴리머(420)는 굴절율 등방성을 가진다. 렌티큘러 렌즈(410)는 액정으로 형성된다. 즉, 폴리머(420)에 의하여 렌티큘러 렌즈를 제외한 형상을 가지는 틀이 형성되어 있으며, 그 틀 사이에 액정이 주입되어 형성된다. 렌티큘러 렌즈(410)의 단축 방향의 굴절률과 장축 방향의 굴절률은 서로 다르며, 단축 방향의 굴절률과 장축 방향의 굴절률 중 어느 하나는 폴리머(420)의 굴절률과 동일하게 형성한다. 본 실시예에서는, 렌티큘러 렌즈(410)는 폴리머(420)의 축방향(이하에서는 "X축 방향"이라 한다.)으로 진동하는 빛은 렌티큘러 렌즈(410)와 폴리머(420)의 굴절률을 다르게 느껴 그 경계에서 굴절되나, 폴리머(420)의 축과 수직한 방향(이하에서는 "Y축 방향"이라 한다.)으로 진동하는 빛은 렌티큘러 렌즈(410)와 폴리머(420)의 굴절률을 동일하게 느껴 그 경계에서 굴절되지 않는다. 이러한 특성을 이용하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있다.

스위칭패널(500)에 대하여 상세히 설명한다.

스위칭패널(500)은 2차원 영상을 표시할 것인가 3차원 영상을 표시할 것인가를 선택하는 역할을 한다.

스위칭패널(500)은 상하부 기판(520, 510)과 상하부 기판(520, 510) 각각에 형성되어 있는 상부 전극과 하부 전극(도시하지 않음), 그 사이에 주입되어 있는 액정층(530)을 포함한다. 액정층(530)의 액정 배향 상태는 TN(Twisted nematic) 모드, ECB(Electrically controlled birefringence) 모드 및 VA(vertically aligned) 모드 등이 가능하나, 본 실시예에서는 액정층(530)은 VA 모드로 형성한다. 이는 후술하는 바와 같이 3차원 표시 장치를 일정한 셀갭(cell gap) 이상으로 형성하지 않아도 되도록 한다.

스위칭패널(500)의 위에 배치되어 있는 상부 편광판(22)은 렌즈 수지의 축과 나란한 편광을 투과하도록 배치되어 있다. 즉, 상부 편광판(22)의 흡수축이 Y축 방향이고 투과축은 X축 방향이 되도록 형성한다. 상부 편광판(22)의 흡수축 방향은 3차원 표시 장치가 기본 모드[스위칭패널(500)의 두 전극에 전압을 인가하지 않은 상태]에서 2차원 영상을 표시하도록 할 것이냐 또는 3차원 영상을 표시하도록 할 것이냐에 따라 달라질 수 있는데, 본 실시예는 스위칭패널의 액정(530)을 VA 모드로 형성하여 2차원 영상을 표시하는 경우에 전압을 인가하고 3차원 영상을 표시하는 경우에 전압을 인가히지 않도록 형성한다.

표시 패널(300)의 아래쪽에 배치되어 있는 하부 편광판(12)의 투과축도 렌즈수지의 축과 평행을 이룬다. 즉, 투과축이 X축이다. 하부 편광판(12)의 투과축 방향도 2차원 영상을 노멀리 화이트[액정층(330)에 전계를 인가하지 않은 상태에서 화이트 표시]로 할 것인가 노멀리 블랙[액정층(330)에 전계 인가하지 않은 상태에서 블랙 표시]으로 할 것인가에 따라 달라질 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서는 접착제(600)를 사용하여 각각의 파트를 부착하는 방식을 이용하였으나, 이와 달리 표시 패널(300)의 상부 기판(320)과 렌티큘러 렌즈 기판(400)의 하부 기판(430)을 하나의 기판으로 형성할 수 있으며, 또한, 렌티큘러 렌즈 기판(400)의 상부 기판(440)과 스위칭패널(500)의 하부 기판(510)을 하나의 기판으로 형성할 수 있다.

그러면 이러한 3차원 표시 장치의 동작에 대하여 살펴본다.

도 2는 도 2는 본 발명에 따른 실시예인 3차원 표시 장치에서 편광 방향을 보여주는 도면이다.

상술한 바와 같이 상부 및 하부 편광판(12, 22)는 투과방향이 X축 방향이다. 도 2에서는 X축 방향을 지면에 대하여 수직인 방향(⊙)으로 도시하고 있으며, Y축 방향을 좌우 방향(↔)으로 도시하고 있다.

표시 장치(300)는 TN 모드의 액정을 사용하여 전압을 인가하지 않은 경우에는 편광 방향이 90도 회전하며, 전압을 인가한 경우에는 편광 방향이 변하지 않는다.

한편, 렌티큘러 렌즈 기판(400)은 렌티큘러 렌즈(410)의 축방향이 X축 방향으로 형성되어 있으며, X축 방향으로 입사하는 빛은 렌티큘러 렌즈(410)와 폴리머(420)를 투과하면서 굴절율의 변화를 느끼면서 굴절하지만, Y축 방향으로 입사하는 빛은 렌티큘러 렌즈(410)와 폴리머(420)를 투과하면서 굴절율의 변화를 느끼지 못하여 굴절하지 않는다.

그리고, 스위칭패널(500)에 주입되어 있는 액정(530)은 VA 모드를 가지므로 전압이 인가되지 않은 경우에는 편광방향이 변하지 않으나 전압이 인가된 경우에는 편광방향을 변하게 한다. 전압이 인가된 경우 2차원의 영상이 표시되고, 전압이 인 가되지 않은 경우 3차원의 영상이 표시된다.

도 2에서는 2차원 또는 3차원 화이트를 표시하는 경우의 편광 상태를 도시하고 있으며, 블랙의 경우는 도시하고 있지 않다.

먼저 2차원 영상을 표시하는 경우를 설명한다. 이 경우에는 스위칭패널(500)에는 전압이 인가되어 투과하는 빛의 편광 상태가 변한다.

2차원 영상의 화이트를 표시하는 경우는 도 2의 왼편에 도시하고 있는 바와 같이 편광 상태가 변한다. 설명하면, 표시 패널(300)의 액정층(330)에도 전계를 인가하지 않는다. 따라서 광원으로부터 오는 빛은 하부 편광판(12)에 의하여 X축 선편광만 남게되고, 이 빛이 액정층(330)을 통과하면서 Y축 선편광으로 변환된다. Y축 선편광은 렌티큘러 렌즈(410)와 폴리머(420)의 경계를 인식하지 못하고 그대로 통과하여 다시 스위칭패널(500)의 액정층(530)을 통과하면서 X축 선편광으로 변환되고, 이어서 상부 편광판(22)에 의하여 차단되지 않고 그대로 통과하여 화이트를 표시한다.

다음, 2차원 영상의 블랙을 표시하는 경우, 표시 패널(300)의 액정층(330)에 전계를 인가하여 액정의 배향을 수직 배향으로 변경함으로써 액정층(330)을 통과하는 빛이 리타데이션을 느끼지 못하도록 한다. 이렇게 하면, 광원으로부터 오는 빛은 하부 편광판(12)에 의하여 X축 선편광만 남게되고, 이 빛은 액정층(330)에 영향을 받지 않고 그대로 통과하여 렌티큘러 렌즈 기판(400)에서 굴절되어 양쪽 눈 방향으로 분산된다. 분산된 빛은 여전히 X축 선편광이므로 스위칭패널(500)의 액정층(530)을 통과하면서 Y축 선편광으로 변환된다. 이 빛은 상부 편광판(22)에 의하 여 모두 차단됨으로서 블랙을 표시하게 된다.

이어서, 3차원 영상을 표시하는 경우를 설명한다. 이 경우에는 스위칭패널(500)에 전압을 인가하지 않으며, 액정층(530)을 통과하는 빛의 편광 상태는 변하지 않는다.

3차원 영상의 화이트를 표시하는 경우는 도 2의 오른편에 도시되어 있는 편광상태와 동일하다. 표시 패널(300)의 액정층(330)에 전계를 인가하여 액정의 배향을 수직 배향으로 변경함으로써 액정층(330)을 통과하는 빛이 리타데이션을 느끼지 못하도록 한다. 이렇게 하면, 광원으로부터 오는 빛은 하부 편광판(12)에 의하여 X축 선편광만 남게되고, 이 빛은 액정층(330)에 영향을 받지 않고 그대로 통과하여 렌티큘러 렌즈 기판(400)에서 굴절되어 양쪽 눈 방향으로 분산된다. 분산된 빛은 여전히 X축 선편광이고, 스위칭패널(500)의 액정층(530)을 그대로 통과하여 상부 편광판(22)에 의하여 차단됨이 없이 모두 출사함으로써 화이트를 표시하게 된다.

3차원 영상의 블랙을 표시하는 경우, 표시 패널(300)의 액정층(330)에는 전계를 인가하지 않는다. 따라서 광원으로부터 오는 빛은 하부 편광판(12)에 의하여 X축 선편광만 남게되고, 이 빛이 액정층(330)을 통과하면서 Y축 선편광으로 변환된다. Y축 선편광은 렌티큘러 렌즈(410)와 폴리머(420)의 경계를 인식하지 못하고 그대로 통과하고, 다시 스위칭패널(500)의 액정층(530)도 그대로 통과하여 Y축 선편광이 유지된다. 따라서 상부 편광판(22)에 의하여 모두 차단되어 블랙을 표시한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치의 편광 방향과 러빙 방향을 설명하겠다.

도 3은 본 발명에 따른 실시예인 3차원 표시 장치에서 편광 방향과 러빙 방향을 보여주는 사시도이다.

도 3에 도시되어 있는 편광 방향, 러빙 방향 그리고 화이트로 표시 되기 위한 2차원 및 3차원의 편광 상태를 나타내고 있다.

3차원 표시 장치의 편광 방향 및 러빙 방향에 대하여 자세하게 살펴본다.

맨 하부의 판부터 살펴본다. 맨 하부에 도시되어 있는 판은 표시 패널(300)이다. 표시 패널(300)은 하부에 편광판(12)을 가지며, 표시 패널(300)의 상부 기판(320) 및 하부 기판(310)의 사이에 액정(330)을 포함한다. 그러므로 도 3에 도시되어 있는 표시 패널(300)의 편광 방향은 표시 패널(300) 하부에 형성되어 있는 하부 편광판(12)의 편광 방향이며, 표시 패널(300)의 2개의 러빙 방향은 상부 기판(320)과 하부 기판(310) 각각의 배향막의 러빙 방향이다.

도 3에서 좌우 방향은 X축 방향이며, 상하 방향은 Y축 방향을 도시하고 있으며, 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하는 방향이 X값이 증가하는 방향이며, 하측에서 상측으로 진행하는 방향이 Y값이 증가하는 방향이다. 그러므로 표시 패널(300) 하부의 하부 편광판(12)은 X축 방향의 투과축을 가진다. 또한, 표시 패널(300)의 하부 기판(310)의 러빙 방향은 양의 X축 방향이며, 표시 패널(300)의 상부 기판(320)의 러빙 방향은 양의 Y축 방향이다.

한편, 표시 패널(300)의 상부에 형성되어 있는 렌티큘러 렌즈 기판(400)은 2개의 판으로 도시하고 있다. 하나는 렌티큘러 렌즈 기판(400)의 하부 기판(410)이 며, 그 위에 도시되어 있는 판은 렌티큘러 렌즈 기판(400)의 폴리머(420)이다.

렌티큘러 렌즈 기판(400)에도 하부 기판(430)과 폴리머(420) 사이의 렌티큘러 렌즈(410)가 액정으로 형성되어 있으므로 하부 기판(430)과 폴리머(420)도 러빙 방향을 가진다. 하부 기판(430) 상부면의 러빙 방향은 도시되어 있는 바와 같이 양의 X축 방향이며, 폴리머(420) 하부면의 러빙 방향은 음의 X축 방향이다.

렌티큘러 렌즈 기판(400)의 상부에 도시되어 있는 2개의 판은 스위칭패널(500)의 하부 기판(510)과 상부 기판(520)을 나타내고 있다. 스위칭패널(500)의 하부 기판(510)과 상부 기판(520)의 사이에는 액정(530)이 형성되어 있으므로, 하부 기판(510)의 상부면과 상부 기판(520)의 하부면에도 러빙이되어 있으며, 러빙 방향은 도시된 바와 같다. 즉, 하부 기판(510)의 러빙 방향은 음의 X축 방향이며, 상부 기판(520)의 러빙 방향은 음의 Y축 방향이다. 본 러빙 방향은 표시 패널(300)의 하부 기판(310) 및 상부 기판(320)과 정방대의 방향을 가지도록 형성하였다. 즉 역상 방향으로 러빙하였다. 또한, 상기 스위칭패널(500)의 액정(530)은 VA 모드를 가진다.

스위칭패널(500)의 상부에 도시되어 있는 판은 상부 편광판(22)을 나타내는 것으로 편광 방향이 Y축 방향이다.

이러한 편광 방향 및 러빙 방향을 가지는 3차원 표시 장치는 아래와 같은 방식으로 편광 상태가 변하면서 2차원 또는 3차원의 영상을 표시하게 된다. 스위칭패널(500)에 전압이 인가된 경우 2차원 영상이 표시되며, 전압이 인가되지 않은 경우에는 3차원 영상이 표시된다.

도 3에 도시되어 있는 편광 상태는 화이트를 표시하는 경우의 2차원 및 3차원의 편광 상태이다. 블랙의 경우는 도시하지 않았다.

우선 2차원 영상을 표시하는 경우의 빛의 편광 상태를 살펴본다.

2차원 화이트 영상을 표시하는 빛의 편광 상태는 아래와 같다.

우선 하부 편광판을 거치면서 X축 편광 방향의 빛만이 투과되며, 표시 장치(300)의 액정(330)을 거치면서 편광 방향이 Y축으로 변환된다. 이는 도 3의 맨 아래 판에 도시되어 있다.

이러한 편광 상태는 렌티큘러 렌즈 기판(400)을 거치면서 변화되지 않다가 전압이 인가된 스위칭패널(500)의 액정(530)을 통과하면서 다시 X축 편광 방향으로 바뀌게되며, 상부 편광판(22)의 투과 방향과 일치하여 투과되면서 화이트가 표시된다.

한편, 블랙의 경우에는 하부 편광판을 거치면서 X축 편광된 빛이 표시 장치(300)의 액정(330)을 거치면서 편광 방향이 변화되지 않으며, 렌티큘러 렌즈 기판(400)을 거치면서도 변화되지 않는다. 그 후 전압이 인가된 스위칭패널(500)의 액정(530)을 통과하면서 편광 방향이 Y축 방향으로 바뀌게되며, 상부 편광판(22)의 투과 방향과 직각을 이루어 투과되지 않아서 블랙으로 표시된다.

이하에서는 3차원 영상을 표시하는 경우의 빛의 편광 상태를 살펴본다. 본 경우는 스위칭패널(500)에 전압이 인가되지 않은 경우이다.

우선 하부 편광판을 거치면서 X축 편광 방향의 빛만이 투과되며, 표시 장치(300)의 액정(330)을 거치면서 편광 방향이 그대로 유지된다. 이는 도 3의 맨 아래 판에 도시되어 있다.

이러한 편광 상태는 렌티큘러 렌즈 기판(400)을 거치면서 변화되지 않으며, 스위칭패널(500)의 액정(530)을 통과하면서도 편광 방향이 변화되지 않아 계속 X축 편광 방향을 가지며, 상부 편광판(22)의 투과 방향과 일치하여 투과되면서 화이트가 표시된다.

한편, 블랙의 경우에는 하부 편광판을 거치면서 X축 편광된 빛이 표시 장치(300)의 액정(330)을 거치면서 Y축 편광 방향으로 변화된다. 그 후, 렌티큘러 렌즈 기판(400) 및 스위칭패널(500)을 거치면서 편광 방향이 변화되지 않으며, 이 편광 방향은 상부 편광판(22)의 투과 방향과 직각을 이루어 투과되지 않아서 블랙으로 표시된다.

이상에서 설명한 바와 같이 2차원 또는 3차원의 영상이 표시된다.

본 발명의 실시예에 따르면 표시 장치(300)와 렌티큘러 렌즈 기판(400)사이에서 빛의 편광 방향이 바뀌지 않으며, 이로 인하여 빛의 휘도 손실이 적으며 표시 장치의 컨트라스트비를 향상시킬 수 있으며, 휘도도 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 표시 패널(300), 렌티큘러 렌즈 기판(400) 및 스위칭 패널(600)의 러빙 방향을 서로 역상으로 형성하였다. 즉, 표시 패널(300)의 하부 기판(310)의 러빙 방향과 스위칭패널(500)의 하부 기판(510)의 러빙 방향은 서로 반대 방향이며, 표시 패널(300)의 상부 기판(320)의 러빙 방향과 스위칭패널(500)의 상부 기판(520)의 러빙 방향은 서로 반대 방향이다. 또한, 렌티큘러 렌즈 기판(400)의 상부 기판(440)과 하부 기판(430)의 러빙 방향도 서로 반대방향이다.

이와 같이 러빙 방향을 역상으로 형성함으로써 액정이 기울어지는 방향이 서로 대칭을 이루게 된다. 이러한 대칭 구조로 인하여 리타데이션(Retardation)이 서로 보상되는 특징을 가진다.

또한, 스위칭패널(500)의 액정(530)을 VA 모드로 형성하여 스위칭 패널의 두께를 줄일 수 있다. 이에 대하여는 이하에서 시뮬레이션한 결과를 가지고 살펴보겠다.

도 4는 종래의 3차원 표시 장치에서의 콘트라스트비(CR)를 보여주는 그래프이고, 도 5는 기존 구조에서 렌티큘러 렌즈 기판에만 본 발명을 적용한 경우의 3차원 표시 장치에서 콘트라스트비(CR)를 보여주는 그래프이고, 도 6은 도 5의 구조에서 스위칭패널을 러빙 역상 설계로 형성한 경우의 3차원 표시 장치에서 콘트라스트비(CR)를 보여주는 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 실시예인 3차원 표시 장치에서 콘트라스트비(CR)를 보여주는 그래프이다.

우선 도 4는 종래의 3차원 표시 장치에서의 콘트라스트비(CR)를 도시하고 있다. 가로 축은 스위칭패널(500)의 두께를 나타내며, 세로축은 콘트라스트비(CR)를 나타낸다. 또한 그래프 중 아래에 도시된 그래프는 렌티큘러 렌즈 기판(400)의 두께가 25㎛인 경우이며, 위에 도시된 그래프는 렌티큘러 렌즈 기판(400)의 두께가 50㎛인 경우이다.

본 그래프는 스위칭패널(500)의 두께에 따른 콘트라스트비(CR)를 도시하고 있는 그래프이며, 일정 두께보다 작으면 콘트라스트비(CR)가 적어도 60㎛ 또는 70㎛이하의 두께를 가지는 스위칭패널(500)은 사용하기가 어렵다.

도 5는 기존 구조에서 렌티큘러 렌즈 기판(400)의 하부 기판(430) 러빙 방향을 기존과 달리 양의 X축 방향으로 형성하고, 폴리머(420)의 러빙 방향을 음의 X축 방향으로 형성한 경우를 도시하고 있다.

도 5는 도 4에 비하여 그래프의 폭이 넓어진 것을 알 수 있으며, 그로인하여 일정 수준의 콘트라스트비(CR)를 가지기 위해서는 스위칭패널(500)의 폭이 기존 구조보다 좁아도 된다.

도 6은 도 5의 구조에서 스위칭패널(500)의 러빙 방향과 표시 장치(300)의 러빙 방향을 서로 반대가 되도록 형성한 경우를 시뮬레이션 한 그래프이다.

도 5에 비하여 전체적으로 콘트라스트비(CR)가 향상된 것을 알 수 있으며, 일정 수준의 콘트라스트비(CR)를 가지기 위해서는 스위칭패널(500)의 폭이 도 5의 구조보다 좁아도 된다.

한편, 도 7은 도 6의 구조에서 스위칭패널(500)의 액정을 TN 모드에서 VA 모드로 바꾼 경우롤 도시하는 그래프이다. 이 그래프에서 알 수 있듯이 스위칭패널(500)을 VA 모드를 이용하여 형성하는 경우에는 일정 수준의 콘트라스트비(CR)를 가지도록 하기 위하여 스위칭패널(500)이 일정 두께 이상이어야 할 필요가 없으며 5㎛ 이하의 두께로 형성할 수 있다.

본 발명의 개념을 정리하면 다음과 같다. 광특성을 향상시키기 위하여 렌티큘러 렌즈부에서 편광 방향을 회전시키지 않고 2차원 영상에서와 3차원 영상에서 서로 다른 굴절율을 느끼게 하여 편광 방향의 회전에 의한 편광 상태의 변화를 방지하고 광특성을 향상시킨다.

또한, 스위칭 패널의 셀갭을 줄여 5㎛ 이내로 형성할 수 있도록 2차원 영상의 편광 방향을 회전시키지 않는 VA 모드를 적용하여 2D 광특성을 향상시키고 러빙 방향을 표시 패널(300)과 역상이 되도록 형성하여 위상차 보상에 의하여 3차원 영상의 광특성도 향상시킨다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 3차원 표시 장치가 러빙 방향 및 편광 방향을 특정 방향으로 가지도록 형성함으로써 스위칭패널의 두께를 줄일 수 있으며, 콘트라스트비도 향상시킬 수 있어서 표시 품질이 좋아진다.

Claims (8)

1. 상부 기판과 하부 기판을 포함하는 표시 패널,

   상기 표시 패널의 위에 형성되어 있으며 렌티큘러 렌즈를 포함하는 렌티큘러 렌즈 기판,

   상기 렌티큘러 렌즈 기판의 위에 형성되어 있으며, 상부 기판, 하부 기판 및 VA 모드의 액정을 포함하는 스위칭패널,

   상기 표시 패널의 하부에 형성되어 있는 하부 편광판,

   상기 스위칭패널의 위에 형성되어 있는 상부 편광판을 포함하며,

   상부 편광판 및 하부 편광판은 동일한 방향의 투과축을 가지며, 상기 표시 패널의 하부 기판과 상기 스위칭패널의 하부 기판은 서로 반대 방향의 러빙 방향을 가지고, 상기 표시 패널의 상부 기판과 상기 스위칭패널의 상부 기판은 서로 반대 방향의 러빙 방향을 가지는 3차원 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 하부 편광판의 투과축과 상기 표시 패널의 하부 기판의 러빙 방향이 서로 평행하는 3차원 표시 장치.
3. 제1항에서,

   상기 스위칭패널의 두께는 5㎛ 이하인 3차원 표시 장치.
4. 제1항에서,

   상기 렌티큘러 렌즈 기판은 상부 기판 및 하부 기판을 가지며, 상기 하부 기판의 러빙 방향은 상기 표시 패널의 하부 기판의 러빙 방향과 동일하며, 상기 상부 기판의 러빙 방향은 상기 렌티큘러 렌즈 기판의 하부 기판의 러빙 방향과 반대 방향인 3차원 표시 장치.
5. 제1항에서,

   상기 스위칭패널에 전압을 인가하면 2차원 영상이 표시되고, 전압을 인가하지 않으면 3차원 영상이 표시되는 3차원 표시 장치.
6. 제1항에서,

   상기 편광판의 투과축 방향은 상기 렌티큘러 렌즈 기판의 렌티큘러 렌즈의 축방향과 평행하는 3차원 표시 장치.
7. 제1 상부 기판과 제1 하부 기판을 포함하며, 상기 제1 하부 기판은 양의 X축 방향으로 러빙되어 있으며, 상기 제1 상부 기판은 양의 Y축 방향으로 러빙되어 있는 표시 패널,

   상기 표시 패널의 위에 형성되어 있으며, 제2 하부 기판과 폴리머를 포함하는 제2 상부 기판을 포함하며, 상기 제2 하부 기판은 양의 X축 방향으로 러빙되어 있으며, 상기 폴리머를 포함하는 제2 상부 기판은 음의 X축 방향으로 러빙되어 있는 렌티큘러 렌즈 기판,

   상기 렌티큘러 렌즈 기판의 위에 형성되어 있으며, 제3 상부 기판, 제3 하부 기판 및 VA 모드의 액정을 포함하며, 상기 제3 상부 기판은 음의 X축 방향으로 러빙되어 있으며, 상기 제3 하부 기판은 음의 Y축 방향으로 러빙되어 있는 스위칭패널,

   상기 표시 패널의 하부에 형성되어 있으며, X축 방향의 투과축을 가지는 하부 편광판,

   상기 스위칭패널의 위에 형성되어 있으며, X축 방향의 투과축을 가지는 상부 편광판을 포함하는 3차원 표시 장치.
8. 제7항에서,

   상기 렌티큘러 렌즈의 축 방향은 X축 방향인 3차원 표시 장치.

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