KR20100087837A - 편광격자 스크린, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편광격자 스크린, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요오드가 흡착 배향된 폴리비닐알콜계 필름에서 요오드가 탈색되어 반복적인 수직 패턴이 형성됨으로써 황변현상이 없으며 투과도가 높고 뚜렷한 경계면을 가지며 표시 불균일성이 없이 표시특성이 우수하여 차세대 3차원의 입체 화상표시장치의 패럴랙스 배리어로서 적용 가능한 편광격자 스크린, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치에 관한 것이다.

폴리비닐알콜, 요오드, 패턴, 패럴랙스 배리어, 3차원 화상표시장치, 편광자

Description

편광격자 스크린, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치{POLARIZATION GRATING SCREEN, PREPARATION METHOD THEREOF AND 3D DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 PVA계 필름에 요오드가 흡착된 편광자를 이용하여 반복적인 수직 패턴을 형성시킨 편광격자 스크린, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치에 관한 것이다.

최근에는 액정표시장치(LCD), 전계발광(EL) 표시장치, 플라즈마 디스플레이(PDP), 전계방출 디스플레이(FED) 등과 같은 각종 화상표시장치에 있어서, 시·공간을 초월하여 실감있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는 초공간형 3차원(3D) 화상표시장치로의 패러다임이 변화되고 있다.

일반적으로 3차원을 표현하는 입체화상은 사람의 두 눈을 통한 스테레오 시각 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65㎜ 정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)를 이용하여 입체감을 구현하는 방법이다.

이러한 3차원 화상표시장치에는 편광안경, LC 셔터 안경 등과 같은 3차원 화상을 표시하기 위한 안경을 이용한 표시장치와 무안경 방식의 표시장치가 있다. 그러나, 안경을 이용한 표시장치는 3차원 화상을 시청하기 위해서는 반드시 안경을 착용해야 하는 불편함이 있어서, 안경을 사용하지 않고 좌우 영상을 분리하여 3차원 화상을 얻는 무안경 방식의 표시장치에 대한 연구가 주로 수행되고 있다.

일반적으로 무안경 방식으로 사용되는 3차원 화상표시장치에는 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 방식과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있으며, 이 중에서 패럴랙스 배리어 방식이 주로 사용되고 있다.

패럴랙스 배리어 방식은 좌안과 우안에 해당하는 각각의 화상 앞에 세로 격자 모양의 개구를 통하여 화상을 분리하여 관찰할 수 있게 하는 방식이다.

도 1에 액정패널을 이용하여 3차원 입체영상을 구현하는 패럴랙스 배리어 방식을 도시한 개략도를 나타내었다. 도시한 바와 같이, 각각 좌안과 우안에 대응하는 화상정보를 표시하는 좌안용 픽셀(L)과 우안용 픽셀(R)이 교대로 액정패널(10)에 형성되어 있으며, 액정패널(10)의 하부에는 빛을 발산하는 백라이트(20)가 위치한다. 패럴랙스 배리어(30)는 액정패널(10)과 관찰자 사이에 위치하며, 빛을 통과시키는 개구(31)와 빛을 차단하는 배리어(32)가 형성되어 있다. 이러한 구조에서, 백라이트(20)에서 발산된 빛 중에서 관찰자의 좌안에 입력될 좌안 화상정보는 좌안용 픽셀(L)을 통과하고 패럴랙스 배리어(30)의 개구(31)를 통과하여 관찰자의 좌안(LE)에 도달하는 빛(L1)이 되며, 좌안용 픽셀(L)을 통과하였다고 하더라도 관찰자의 우안으로 향하는 빛(L2)은 배리어(32)에 의해 차단된다. 이와 같은 방법으로 우안(RE)에 도달하는 빛(R1)과 차단되는 빛(R2)이 존재하게 되며, 좌안(LE)과 우안(RE)에 도달하는 빛 사이에는 시차 정보가 형성되어 3차원 입체 영상을 구현하게 된다. 또한, 패럴랙스 배리어(30)는 백라이트(20)와 액정패널(10) 사이에 위치할 수도 있다.

종래에는 패럴랙스 배리어로서 백라이트로부터 발산되는 빛을 부분적으로 차단하기 위한 격자가 형성된 광학필름을 사용하였다. 또한, 펀칭(punching)과 같은 기계적 방법이나 레이저(laser)와 같은 광학적 방법으로 광학필름의 편광 영역을 파괴하여 사용하였다. 그러나, 이러한 방법은 공정 상의 어려움이 따르며, 광학필름이 황변되고, 빛을 차단하기 위한 격자와 빛을 통과시키기 위한 개구 간의 경계가 뚜렷하지 않아 투과율도 저하되어 실제 적용하는데 많은 어려움이 있다.

본 발명은 황변현상이 없으며, 경계가 뚜렷한 패턴이 형성되어 투과도가 높을 뿐만 아니라 표시특성이 우수하여 3차원 입체 화상표시장치의 패럴랙스 배리어로서 직접 적용 가능한 편광격자 스크린을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 편광격자 스크린을 제조하기 위한, 공정이 간단하고 비용면에서 경제적인 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 편광격자 스크린이 구비된 각종 3차원 화상표시장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리비닐알콜계 필름에 반복적인 수직 패턴으로 요오드가 흡착 배향된 편광격자 스크린을 제공한다.

또한, 본 발명은 요오드가 흡착 배향된 폴리비닐알콜계 필름의 요오드를 탈색하여 반복적인 수직 패턴을 형성시키는 단계를 포함하는 편광격자 스크린의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 편광격자 스크린이 구비된 3차원 화상표시장치를 제공한다.

본 발명에 따른 편광격자 스크린은 황변현상이 없으며 투과도가 높고 뚜렷한 경계면을 가지며 표시 불균일성이 없이 표시특성이 우수하여 차세대 3차원 입체 화상표시장치의 패럴랙스 배리어로서 적용 가능하다. 또한, 편광격자 스크린의 제조시 요오드가 흡착 배향된 PVA계 필름으로서 각종 화상표시장치에 사용되고 있는 편광자를 이용할 수 있으며, 탈색에 의해 반복적인 수직 패턴의 형성이 가능하여 공정이 간단할 뿐만 아니라 탈색에 사용된 화학약품의 재활용도 가능하여 경제적이다.

본 발명은 편광격자 스크린, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 편광격자 스크린은 PVA계 필름에 반복적인 수직 패턴으로 요오드가 흡착 배향된 것을 특징으로 한다. 보다 상세하게, 본 발명의 편광격자 스크린은 PVA계 필름에 요오드가 흡착 배향된 편광자에 있어서, 상기 흡착 배향된 요오드가 탈색되어 반복적인 수직 패턴을 갖도록 형성된 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 편광격자 스크린(100)은 PVA계 필름에 요오드가 흡착 배향된 반복적인 수직 패턴(111)과, 패턴과 패턴 사이에 흡착 배향된 요오드가 탈색되어 형성된 반복적인 수직 패턴(112)으로 구성된다. 즉, 요오드가 흡착 배향된 반복적인 수직 패턴(111)은 백라이트로부터 발산되는 빛을 차단하는 배리어 역할을 하는 것이며, 흡착 배향된 요오드가 탈색되어 있는 패턴(112)은 빛을 통과시키는 개구 역할을 하는 것이다.

편광격자 스크린(100)은 액정표시장치의 편광판 등에 통상적으로 사용되는 편광자 상에 흡착 배향된 이색성 염료 또는 이색성 요오드와 같은 물질이 탈색되어 반복적인 패턴이 형성된 것일 수도 있다.

패턴(111)의 폭(a)은 1600㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 1000㎛, 가장 바람직하게는 50 내지 300㎛인 것이다. 또한, 패턴간격(b)은 400㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 400㎛, 가장 바람직하 게는 50 내지 200㎛인 것이다. 패턴폭(a)과 패턴간격(b)은 화상표시장치의 화소에 따라 조절 가능하며, 상기와 같은 범위인 경우에는 보다 고화질에서도 적용할 수 있다는 장점이 있다.

편광격자 스크린(10)의 두께는 통상 5 내지 80㎛일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 40㎛인 것이다. 이와 같은 두께 범위인 경우에는 기계적 강도와 광학특성을 유지할 수 있으며, 화상표시장치에 적용시 박형화도 달성할 수 있다.

편광격자 스크린(10)의 단체 투과율은 43% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 43.3 내지 45.0%인 것이다.

또한, 편광격자 스크린(10)은 흡수축이 서로 90°로 교차하도록 2장을 서로 겹쳐놓은 조건에서 측정된 직교투과율이 낮은 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.030% 이하, 가장 바람직하게는 0.020% 이하인 것이다. 실제 제품에 적용시 편광효율은 99.990 내지 100%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 99.993 내지 100%인 것이다.

다음으로, 상기한 바와 같은 편광격자 스크린의 제조방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 편광격자 스크린의 제조방법은 요오드가 흡착 배향된 PVA계 필름의 요오드를 탈색하여 반복적인 수직 패턴을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

PVA계 필름의 종류는 특별히 제한되지 않으며, PVA 필름, 부분적으로 검화된 PVA 필름, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 필름, 탈수처리된 PVA 필름 등을 사용할 수 있다. 이 중에서도 PVA 필름은 요오드에 대한 염색 친화성이 우수하여 경계면이 뚜렷한 패턴의 형성에 적합하다.

이러한 PVA계 필름의 제조방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 물 또는 유기용매에 분해되는 고분자 원액을 플로우 캐스팅함으로써 필름을 형성하는 플로우 캐스트 방법, 캐스트 방법, 압출방법 등을 들 수 있다. 이 경우에, 면내의 균일성이 우수한 PVA계 필름을 얻기 위해서는 면내에서 리타데이션(retardation) 편차가 작은 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 요오드가 흡착 배향된 PVA계 필름으로서 각종 화상표시의 편광판에 사용되는 편광자를 사용할 수도 있다. 구체적으로, PVA계 필름을 팽윤, 염색, 가교, 연신, 수세 및 건조하는 단계와 같은 통상의 제조방법에 의해 제조된 편광자를 사용할 수 있다. 또한, 이색성 재료와 수지를 혼련한 후 연신하는 방법, 호스트로서 단일축으로 배향된 액정과 게스트로서 이색성 염료를 이용하는 방법(미국특허 제5,523,863호, 일본공개특허 제1991-503321호), 또는 이색성 용액형 액정 등을 이용하는 방법(미국특허 제6,049,428호) 등에 의해 제조된 편광자를 사용할 수도 있다.

이와 같이 요오드가 흡착 배향된 PVA계 필름에서 흡착 배향된 요오드를 탈색하여 반복적인 수직 패턴을 형성시킨다.

탈색은 반복적인 수직 패턴이 형성되어 있는 마스크를 이용하여 수행된다. 마스크는 오픈(open) 영역과 막힌 영역이 교대로 형성되어 있으며, 오픈 영역은 탈 색제를 도포하여 흡착 배향된 요오드를 탈색하기 위한 영역이고, 막힌 영역은 흡착 배향된 요오드가 탈색되지 않고 유지되도록 하기 위한 영역이다. 마스크를 사용하면 오픈 영역의 요오드가 탈색이 되어, 결과적으로 PVA계 필름 상에 흡착 배향된 요오드가 탈색되지 않고 유지되는 영역과 요오드가 탈색된 영역이 교대로 각각 반복적인 수직 패턴을 이루게 된다. 마스크의 재질은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 금속 재질의 것을 사용할 수 있다.

이러한 마스크를 요오드가 흡착 배향된 PVA계 필름에 밀착시킨 후 마스크의 오픈 영역으로 탈색제를 도포하여 요오드를 탈색시킴으로써 반복적인 수직 패턴을 형성시킬 수 있다. 탈색방법으로는 직접적인 도포방식이 있으며, 이 외에도 스프레이 방식 또는 화학증착방법 등을 사용할 수도 있다.

마스크의 막힌 영역의 폭, 즉 패턴폭은 1600㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 1000㎛, 가장 바람직하게는 50 내지 300㎛인 것이다. 이때, 패턴폭은 사용되는 탈색제의 종류와 이의 확산속도에 따라 얼마든지 조절 가능하다.

또한, 막힌 영역의 간격, 즉 패턴간격은 400㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 400㎛, 가장 바람직하게는 50 내지 200㎛인 것이다. 또한, 패턴폭과 패턴간격은 화상표시장치의 화소에 따라 조절 가능하다.

이러한 패턴을 형성시키기 위한 탈색제로는 요오드를 탈색시킬 수 있는 것이라면 그 종류가 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 NaOH, KOH, NaSH, NaN₃, NaS₂O₃, KSH 및 KS₂O₃ 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 탈색제와 알콜류 용매, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜 등을 혼합하여 사용할 수도 있다. 탈색제의 함량은 패턴폭의 값에 따라 조절될 수 있으며, 바람직하게는 탈색용액 총 함량(100중량%)에 대하여 5 내지 45중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 20 중량%인 것이다. 사용된 탈색제는 회수하여 재사용할 수 있다.

탈색시간은 특별히 제한되지 않으며 패턴의 형성 정도(탈색의 정도)에 따라 조절 가능하다. 또한, 패턴폭의 값이나 탈색제의 농도에 따라서도 조절된다.

탈색용액이 확산되면서 흡착 배향된 요오드와 반응하여 탈색되는 것이므로, 탈색시간에 따라 패턴의 크기를 조절할 수 있게 되는데, 탈색시간이 너무 짧은 경우에는 탈색용액의 확산이 미미하여 원하는 크기(패턴간격)의 패턴을 얻기 어려우며, 탈색시간이 너무 길어지는 경우에는 탈색 예정되지 않은 다른 부분까지 탈색용액이 침투하게 되어 패턴 형상이 깨지게 된다. 예를 들면, 탈색시간은 1000초 이내일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 800초, 보다 바람직하게는 60 내지 300초, 가장 바람직하게는 90 내지 210초일 수 있다.

탈색이 완료된 후 알콜류 용매로 세척한 후 건조하는 단계를 더 수행할 수 있다.

또한, 탈색이 완료된 후 마스크는 분리시켜 제거하며, 분리된 마스크는 재사용 가능하다.

본 발명의 편광격자 스크린을 제조하는 다른 방법으로는, 요오드가 흡착 배 향된 PVA계 필름 또는 편광자 상에 포토레지스트(photoresist, PR)를 도포 및 건조하고, 상기 PR층 상에 마스크를 밀착시키고 자외선 등으로 노광을 실시한 후 현상하여 PVA계 필름 또는 편광자 상에 PR층의 반복적인 수직 패턴을 형성시키며, 이어서 탈색제로 요오드를 탈색시키고 패턴화된 PR층을 제거하여 편광격자 스크린을 얻는 방법을 들 수 있다.

본 발명의 화상표시장치는 PVA계 필름에 요오드가 반복적인 수직 패턴으로 흡착 배향된 본 발명의 편광격자 스크린, 보다 상세하게는 PVA계 필름에 요오드가 흡착 배향된 편광자에 있어서, 상기 흡착 배향된 요오드를 탈색시켜 반복적인 수직 패턴을 갖도록 제조한 편광격자 스크린이 구비된 3차원 입체 화상표시장치인 것을 특징으로 한다.

편광격자 스크린은 패럴랙스 배리어로서 적용된다.

3차원 입체 화상표시장치는 액정표시장치, 전계발광 표시장치, 플라즈마 디스플레이, 전계방출 디스플레이 등일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예 1

시판되고 있는 PVA계 편광자에 오픈 영역과 막힌 영역이 교대로 형성되어 있으며, 패턴(막힌 영역)폭이 450㎛이고 패턴(오픈 영역)간격이 50㎛인 금속 재질의 마스크를 밀착시켰다. 10중량%의 KOH가 함유된 탈색용액을 마스크의 오픈 영역에 도포하고 120초 동안 반응시켜 패턴을 형성시켰다. 탈색이 완료되면 마스크를 분리하고 반복적인 수직 패턴이 형성된 PVA계 필름을 수득하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 탈색용액을 도포하고 180초 동안 반응시켜 패턴을 형성시켰다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 마스크와 탈색용액을 사용하지 않고 레이저로 처리하여 패턴의 크기와 간격이 각각 250㎛이 되도록 패턴을 형성시켰다.

상기 실시예 및 비교예에서 제조된, 반복적인 수직 패턴이 형성된 PVA계 필름을 광학현미경(MX61, OLYMPUS사 제조)을 사용하여 분석하였다. 패턴의 크기는 측정배율을 50배로 하여 관찰하고, 그 결과를 도 3 내지 5에 나타내었다.

도 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 편광격자 스크린은 마스크의 오픈 영역과 막힌 영역을 통한 반복적인 수직 패턴이 잘 형성된 것을 확인할 수 있었다. 특히, 도 4에는 편광격자 스크린을 90° 회전시켜 관찰한 광학현미경 사진으로서, 패턴과 패턴 사이에 뚜렷한 경계면을 가지며 황변현상이 없으므로, 패럴랙스 배리어로서 적용시 빛을 차단시키는 배리어로서의 차단특성과 빛을 통과시키는 개구로서의 투과특성이 우수한 효과가 있다.

반면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 종래와 같은 레이저를 이용하는 방법으로 패턴을 형성시킨 편광격자 스크린은 레이저 처리에 의해 요오드가 파괴된 부분이 투명하지 못하고 황변되었으며, 흡착 배향된 요오드가 반복적인 수직 패턴으로 존재해야 하는 부분에서도 요오드의 일부가 파괴되어 원래의 형태를 유지하지 못하게 되고, 결과적으로 패턴과 패턴의 경계면이 뚜렷하지 않아 패턴이 형성되었다고 하기 어려운 것을 알 수 있었다. 즉, 빛의 차단 및 투과특성을 발휘할 수 없어 패럴랙스 배리어로서 적용하기 어려웠다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 PVA계 필름에 흡착 배향된 요오드를 탈색시켜 반복적인 수직 패턴을 갖도록 제조된 편광격자 스크린은 무안경 방식으로 구현되는 각종 3차원 화상표시, 예를 들어 액정표시장치, 전계발광 표시장치, 플라즈마 디스플레이 또는 전계방출 디스플레이 등의 패럴랙스 배리어로서 적용 가능하다.

도 1은 패럴랙스 배리어 방식의 3차원 화상표시장치의 일반적인 원리를 도시한 개략도이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광격자 스크린의 평면도이고,

도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 편광격자 스크린의 광학현미경 사진(× 50)이며,

도 4는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 편광격자 스크린을 90° 회전시킨 광학현미경 사진(× 50)이고,

도 5는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 편광격자 스크린의 광학현미경 사진이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 편광격자 스크린

111: 요오드가 수직 방향으로 흡착 배향된 패턴(배리어)

112: 요오드가 수직 방향으로 탈색된 패턴(개구)

a: 패턴폭 b: 패턴간격

Claims (11)

1. 폴리비닐알콜계 필름에 반복적인 수직 패턴으로 요오드가 흡착 배향된 편광격자 스크린.
2. 제1항에 있어서, 패턴폭은 1600㎛ 이하인 편광격자 스크린.
3. 제1항에 있어서, 패턴간격은 400㎛ 이하인 편광격자 스크린.
4. 요오드가 흡착 배향된 폴리비닐알콜계 필름의 요오드를 탈색하여 반복적인 수직 패턴을 형성시키는 단계를 포함하는 편광격자 스크린의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 탈색은 반복적인 수직 패턴을 갖는 마스크를 이용하여 수행되는 편광격자 스크린의 제조방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 패턴폭은 1600㎛ 이하인 편광격자 스크린의 제조방법.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 패턴간격은 400㎛ 이하인 편광격자 스크린의 제조방법.
8. 제4항에 있어서, 요오드의 탈색은 NaOH, KOH, NaSH, NaN₃, NaS₂O₃, KSH 및 KS₂O₃ 중에서 선택된 1종 이상의 탈색제를 사용하여 수행되는 편광격자 스크린의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 탈색제의 함량은 탈색용액 총 함량(100 중량%)에 대하여 5 내지 45중량%인 편광격자 스크린의 제조방법.
10. 제4항에 있어서, 요오드가 흡착 배향된 폴리비닐알콜계 필름은 편광자인 편광격자 스크린의 제조방법.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 편광격자 스크린이 구비된 3차원 화상표시장치.

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