KR20120069369A - 입체영상표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 입체영상표시장치는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 액정을 사용한 배리어 타입의 입체영상표시장치에 있어, 영상패널의 편광판 외측에 시야각 보상층을 구성하여 시차 배리어에 의한 빛샘을 최소화함으로써 선명한 3D 영상을 구현하기 위한 것으로, 제 1 기판과 제 2 기판 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어지며, 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정렌즈; 상기 액정렌즈 하부에 위치하여 2차원 영상 정보를 출사하는 영상패널; 및 상기 액정렌즈와 영상패널 사이에 배치되는 제 1 편광판을 포함하며, 상기 제 1 편광판의 외측에 디스코틱 액정층(Discotic Liquid Crystal; DLC)을 구성함으로써 TN 액정으로 이루어진 상기 액정렌즈의 액정층에 의한 빛샘이 보상되는 것을 특징으로 한다.

Description

입체영상표시장치{STEREOSCOPIC 3D DISPLAY DEVICE}
본 발명은 입체영상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 액정을 사용한 배리어 타입의 입체영상표시장치에 있어, 시차 배리어에 의한 빛샘을 최소화 한 입체영상표시장치에 관한 것이다.
3D 디스플레이(display)란 간단히 정의를 내리자면 "인위적으로 3D화면을 재생시켜 주는 시스템의 총체"라고 할 수 있다.
여기서, 시스템이란 3D로 보여질 수 있는 소프트웨어적인 기술과 그 소프트웨어적 기술로 만든 컨텐츠를 실제로 3D로 구현해내는 하드웨어를 동시에 포함한다. 소프트웨어 영역까지 포함시키는 이유는 3D 디스플레이 하드웨어의 경우 각각의 입체 구현방식마다 별도의 소프트웨어적 방식으로 구성된 컨텐츠가 따로 필요하기 때문이다.
또한, 가상 3D 디스플레이는 사람이 입체감을 느끼는 여러 요인 중 우리 눈이 가로방향으로 약 65mm 떨어져 있어서 나타나게 되는 양안시차(binocular disparity)를 이용하여 평면적인 디스플레이 하드웨어에서 말 그대로 가상적으로 입체감을 느낄 수 있게 하는 시스템의 총체이다. 다시 말해 우리의 눈은 양안시차 때문에 똑같은 사물을 바라보더라도 각각 약간은(정확히 말하면 좌우의 공간적 정보를 약간씩 나눠 가지고 있는) 다른 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합시킴으로써 우리가 입체감을 느낄 수 있게 되는데, 그것을 이용하여 2D 디스플레이 장치에서 좌우 화상 2개를 동시에 표시하여 각각의 눈으로 보내는 설계를 통해 가상적인 입체감을 만들어 내는 것이 바로 가상 3D 디스플레이인 것이다.
이러한 가상 3D 디스플레이 하드웨어 장치에서 하나의 화면으로 두 채널의 화상을 나타내기 위해서는 대부분의 경우 하나의 화면에서 가로나 세로의 한쪽 방향으로 줄을 한 줄씩 바꿔가며 한 채널씩 출력하게 된다. 그렇게 동시에 두 채널의 화상이 하나의 디스플레이 장치에서 출력되면 하드웨어적 구조상 무안경 방식의 경우에는 오른쪽 화상은 그대로 오른쪽 눈으로 들어가고, 왼쪽 화상은 왼쪽 눈으로만 들어가게 된다. 또한, 안경을 착용하는 방식의 경우에는 각각의 방식에 맞는 특수한 안경을 통하여 오른쪽 화상은 왼쪽 눈이 볼 수 없게 가려주고, 왼쪽 화상은 오른쪽 눈이 볼 수 없게 각각 가려주는 방법을 사용한다.
이와 같이 사람이 입체감과 깊이감을 느끼는 요인으로 가장 중요하게는 두 눈 사이의 간격에 의한 양안시차를 들 수 있지만, 이외에도 심리적, 기억적 요인에도 깊은 관계가 있고, 이에 따라 입체 구현방식 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.
가장 완전한 입체영상 구현기술이라 알려져 있는 3차원표현방식은 레이저광 재생 홀로그래피(holography) 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.
그리고, 입체감표현방식은 양안의 생리적 요인을 이용하여 입체감을 느끼는 방식으로, 전술한 바와 같이 약 65㎜ 떨어져 존재하는 인간의 좌, 우안에 시차정보가 포함된 평면의 연관 영상이 보일 경우에 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 입체 사진술(stereography)을 이용한 것이다. 이러한 입체감표현방식은 크게 안경을 착용하는 방식과 안경을 착용하지 않는 무안경 방식이 있다.
안경을 착용하지 않는 방식으로서 알려진 대표적인 것으로는 원통형의 렌즈를 수직으로 배열한 렌티큘러(lenticular) 렌즈 판을 표시패널 전방에 설치하는 렌티큘러 방식과 패러렉스 배리어(parallax barrier) 방식이 있다.
도 1은 일반적인 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치를 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 상, 하부 기판(12, 14)과 그 사이에 액정(13)이 충진된 액정패널(10)과 상기 액정패널(10)의 후면(後面)에 위치하여 광을 조사하는 백라이트 유닛(30) 및 입체영상의 구현을 위해 상기 액정패널(10) 전면(前面)에 위치하는 렌티큘러 플레이트(20)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 상부 기판(12)의 상부 면과 상기 하부 기판(14)의 하부 면에는 각각 제 1, 제 2 편광판(11, 15)이 부착되어 있다.
상기 렌티큘러 플레이트(20)는 평평한 기판 상에, 그 상부 표면이 볼록렌즈 형상의 물질층이 형성되어 이루어진다.
여기서, 상기 액정패널(10)을 투과한 영상 이미지는 상기 렌티큘러 플레이트(20)를 통과하여 최종 관찰자의 각 눈으로 다른 이미지 그룹이 들어오게 하여, 3차원의 입체영상을 느낄 수 있게 된다.
이러한 일반적인 입체영상표시장치는 상기 액정패널(10)과 렌티큘러 플레이트(20)가 기구물(미도시) 등에 의해 지지되어, 상기 액정패널(10)상의 제 1 편광판(11)과 상기 렌티큘러 플레이트(20) 사이가 소정 간격 이격되어 있다.
이 경우, 상기 액정패널(10)상의 제 1 편광판(11)과 상기 렌티큘러 플레이트(20) 사이의 공간으로 상기 액정패널(10) 또는 상기 렌티큘러 플레이트(20)가 처지거나 휘는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 휨 현상이 발생하면, 최종적으로 백라이트 유닛(30), 액정패널(10) 및 렌티큘러 플레이트(20)를 투과하는 광 경로의 이상이 발생되어, 화질을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 상기 패러렉스 배리어 방식을 이용하면, 안경을 쓰지 않고 시청할 수 있는 장점을 가지고 있는 반면, 2D와 3D 전환이 불가능한 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 렌티큘러 렌즈 대신에 액정렌즈를 시차 배리어로 사용한 입체영상표시장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 시차 배리어에 의한 빛샘을 최소화하도록 한 입체영상표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 입체영상표시장치는 제 1 기판과 제 2 기판 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어지며, 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정렌즈; 상기 액정렌즈 하부에 위치하여 2차원 영상 정보를 출사하는 영상패널; 및 상기 액정렌즈와 영상패널 사이에 배치되는 제 1 편광판을 포함하며, 상기 제 1 편광판의 외측에 디스코틱 액정층(Discotic Liquid Crystal; DLC)을 구성함으로써 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 액정으로 이루어진 상기 액정렌즈의 액정층에 의한 빛샘이 보상되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 영상패널 하부에 위치하여 상기 영상패널로 광을 전달하는 광원을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정렌즈는 다수의 부분영역을 갖는 다수의 렌즈영역이 정의되어 서로 마주보며 이격된 제 1 기판과 제 2 기판; 상기 각 렌즈영역들에 대하여, 상기 제 1 기판의 내측 면에 형성된 다수의 제 1 전극과 상기 제 2 기판의 내측 면에 형성된 다수의 제 2 전극; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 영상패널로 액정표시장치를 사용하는 경우 상기 영상패널의 하부에 부착되는 제 2 편광판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정렌즈의 상부 외측에 부착되는 제 3 편광판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 3 편광판은 상기 제 1 편광판의 광흡수축에 수직한 방향의 광흡수축을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 액정렌즈의 하부에 부착되어 상기 액정렌즈를 상기 영상패널과 접착하는 점착층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 점착층은 상기 제 1 편광판과 상기 영상패널 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다. 또는, 상기 점착층은 상기 액정렌즈와 상기 DLC층 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 액정렌즈를 시차 배리어로 사용함에 따라 2D와 3D 사이의 전환이 자유로우며, 휨 현상이 발생하지 않아 화질이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 입체영상표시장치는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 액정을 액정렌즈로 사용함에 따라 발생하는 빛샘을 최소화함으로써 크로스토크(crosstalk)를 억제하여 선명한 3D 영상을 구현할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3은 상기 도 2에 도시된 액정렌즈의 구조를 예를 들어 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 5는 상기 도 4에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치에 있어, 시야각 보상 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 7은 상기 도 6에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치에 있어, 시야각 보상 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 8 및 도 9는 블랙 상태에서의 빛샘을 시뮬레이션(simulation)한 결과를 나타내는 사진.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 입체영상표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
기존의 렌티큘러 렌즈 등의 경우에는 렌즈 모양이 고정(fix)되어 있어 렌즈의 이동이 불가능하지만 본 발명의 경우에는 평면 렌즈 형상에서 기울기를 가진 굴절률 변화에 의해 액정렌즈를 형성함으로써 전압의 제어만으로 액정렌즈의 이동이 가능하게 된다.
즉, 일반적인 렌즈는 렌즈를 구성하는 물질과 공기와의 굴절률 차이를 이용하여 입사광의 경로를 위치별로 제어하는 것이다. 그런데, 이러한 물리적 형상의 렌즈를 구성하지 않고, 액정층에 위치별로 서로 다른 전압을 인가하여 위치별로 서로 다른 수직전계에 의하여 액정층이 구동되도록 구성할 수 있다. 그러면, 액정층에 입사하는 입사광은 위치별로 서로 다른 위상 변화를 느끼게 되고, 그 결과 액정층은 실제 렌즈와 같이 입사광의 경로를 제어할 수 있게 된다. 이와 같이 수직전계를 인가하여 액정의 구동에 의해 광의 투과가 렌즈를 투과하는 바와 같이 얻어질 때, 액정 및 이를 구동하는 전극들을 포함하는 어레이 구조를 액정렌즈라 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 상기 액정렌즈를 시차 배리어로 사용한 입체영상표시장치를 예를 들어 나타내고 있다.
도 3은 상기 도 2에 도시된 액정렌즈의 구조를 예를 들어 나타내는 단면도이다. 다만, 본 발명이 상기 도 3에 도시된 액정렌즈의 전극 구조에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 전극 구조를 통해 본 발명에 따른 액정렌즈를 구현할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정렌즈(120)와 상기 액정렌즈(120) 하부에 위치하여 2차원 영상 정보를 출사하는 영상패널(110) 및 상기 영상패널(110) 하부에 위치하여 상기 영상패널(110)로 광을 전달하는 광원(130)을 포함하여 이루어진다.
이때, 경우에 따라 상기 영상패널(110)이 광을 직접 발광하는 장치라면, 상기 광원(130)의 생략이 가능하다.
상기 영상패널(110)에는 제 1 및 제 2 영상을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 영상화소가 순차적으로 반복 배열되어 있으며, 이러한 영상패널(110)로는 직시형이나 투영형의 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Diode Display; OLED), 전계발광표시장치(Field Emission Display; FED), 플라즈마영상표시장치(Plasma Display Panel; PDP), 전기발광표시장치(Electroluminescent Display; EL) 등의 평판표시장치가 사용될 수 있다.
이때, 상기 영상패널(110)로 액정표시장치를 사용하는 경우 액정 모드, 즉 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN), 횡전계(In Plane Switching; IPS) 및 수직배향(Vertical Alignment; VA) 모드에 상관없이 적용 가능하다.
이 경우 상기 영상패널(110)은 크게 컬러필터(color filter) 기판(112)과 어레이(array) 기판(114) 및 상기 컬러필터 기판(112)과 어레이 기판(114) 사이에 형성된 액정층(113)으로 구성된다.
그리고, 상기 영상패널(110)의 상부 및 하부에는 각각 제 1 편광판(111) 및 제 2 편광판(115)이 부착되어 있다. 여기서, 상기 영상패널(110)의 상부와 하부는 특정 위치를 한정하는 것은 아니며, 따라서 상기 영상패널(110)의 하부에 제 1 편광판(111)이 위치하고 상기 영상패널(110)의 상부에 제 2 편광판(115)이 위치할 수도 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈(120)는 2차원 영상 신호를 렌즈 면의 프로파일(profile)과 같이 3차원 영상 신호로 출사하는 기능을 갖는 것으로, 상기 2차원을 구현하는 영상패널(110) 상부에 위치하며, 전압 인가 여부에 따라 선택적으로 3차원 영상 신호의 출사 혹은 2차원 영상 신호를 그대로 출사하는 기능을 한다. 즉, 전압 무인가 시 광이 투과되는 특성을 이용하여, 전압 무인가 시는 2차원 표시, 전압 인가 시는 3차원 표시와 같은 스위칭 기능을 겸용할 수 있다.
이하, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈(120)의 구조를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈(120)는 다수의 렌즈영역이 정의되어 서로 마주보며 이격된 제 1 기판(122)과 제 2 기판(124) 및 상기 제 1 기판(122)과 제 2 기판(124) 사이에 형성된 액정층(123)으로 구성된다.
이때, 상부 기판인 상기 제 1 기판(122)에는 투명한 도전성 물질로 이루어진 공통전극(125), 즉 제 1 전극이 상기 제 1 기판(122) 전면에 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 기판(122)에 대해 이와 마주하는 하부 기판인 상기 제 2 기판(124)의 내측 면에는 상기 각 렌즈영역들에 대하여, 다수의 제 2 전극(127a, 127b)이 절연층(126)을 사이에 두고 이격하며 형성되어 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 아니며, 상기 다수의 제 2 전극(127a, 127b)은 하나의 층상에 서로 이격하며 형성될 수도 있다. 이때, 상기 다수의 제 2 전극(127a, 127b)은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
이러한 구성을 갖는 상기 제 1 기판(122) 및 제 2 기판(124)의 내측 면에는 각각 제 1 배향막(129) 및 제 2 배향막(128)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 배향막(129)과 제 2 배향막(128)이 형성된 상기 제 1 기판(122)과 제 2 기판(124) 사이에 액정층(123)이 형성되게 된다. 이때, 상기 액정층(123)은 TN 액정으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 렌즈영역의 중심에 위치한 제 2 전극(127a, 127b)에는 대략 문턱 전압에 상당하는 제 1 전압(Vmin)이 인가되며, 상기 렌즈영역들의 에지부에 위치한 제 2 전극(127a, 127b)에는 가장 큰 제 n 전압(Vmax)이 인가된다. 이 경우, 상기 렌즈영역의 중심과 에지부 사이에 위치하는 상기 다수의 제 2 전극(127a, 127b)에 인가하는 전압은 상기 렌즈영역의 문턱 전압(Vmin)에서 제 n 전압(Vmax) 사이에서, 상기 렌즈영역의 중심에서 멀어질수록 점점 커지는 값의 전압이 인가된다. 이와 같이 상기 다수의 제 2 전극(127a, 127b)에 전압이 인가된 상태에서, 상기 공통전극(125)에 접지 전압을 인가하게 되면 상기 다수의 제 2 전극(127a, 127b)들과 상기 공통전극(125) 사이에 수직 전계가 형성되게 된다.
이러한 방식으로 전압을 인가할 때, 서로 인접한 상기 다수의 제 2 전극(127a, 127b)들간에 인가되는 전압 차는 1V 이하로 하여 상기 다수의 제 2 전극(127a, 127b)들간에 조성되는 수평 전계가 크게 발생하지 않도록 한다.
이와 같이 상기 다수의 제 2 전극(127a, 127b)에 대하여 렌즈영역의 에지부로부터 중앙까지 점점 작아지는 전압 인가에 의해, 전체적으로 상기 다수의 제 2 전극(127a, 127b)들과 상기 공통전극(125) 사이에 수직 전계가 완만하게 조성되어 그 전체가 볼록한 반원 또는 포물선 형태를 갖는 볼록렌즈와 같은 위상변화를 갖게 된다.
이와 같이 구성된 상기 액정렌즈(120)의 상부 외측에는 제 3 편광판(121)이 부착되는 한편, 상기 액정렌즈(120)의 하부에는 점착층(adhesive layer)(150)이 부착되어 상기 액정렌즈(120)를 하부의 영상패널(110)과 접착하게 한다.
이때, 상기 액정렌즈(120)의 액정층(123)으로 TN 액정을 사용함에 따라 상기 제 3 편광판(121)은 상기 제 1 편광판(111)의 광흡수축에 수직한 방향의 광흡수축을 가질 수 있다.
그리고, 상기 제 1 편광판(111)과 제 2 편광판(115) 및 제 3 편광판(121)은 각각 빛의 편광특성을 변화시키는 편광축이 형성된 편광층과 상기 편광층의 양 측면에 형성되어 편광층을 보호하고 지지하는 제 1 TAC(tri-acetatecellulose) 필름 및 제 2 TAC 필름으로 구성될 수 있다.
한편, TN 액정의 경우 전압 인가 시 액정이 전계 방향으로 수직하게 배열되어 블랙(black)을 구현하나, 시야각에서 위상차(retardation; Δnd)로 인해 빛샘이 발생하게 된다. 이에 따라 입체영상표시장치의 영상에 크로스토크(crosstalk)가 발생하여 3D 영상이 선명하게 구현되지 않을 수도 있다.
이에 따라, 제 1 편광판 외측에 TN 시야각 보상층을 구성함으로써 상기 시야각 빛샘을 개선하고자 하는데, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예 및 제 3 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 점착층과 제 1 편광판 사이에 디스코틱 액정(Discotic Liquid Crystal; DLC)층이 삽입된 것을 제외하고는 실질적으로 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치와 동일한 구성으로 이루어져 있다.
도 5는 상기 도 4에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치에 있어, 시야각 보상 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정렌즈(220)와 상기 액정렌즈(220) 하부에 위치하여 2차원 영상 정보를 출사하는 영상패널(210) 및 상기 영상패널(210) 하부에 위치하여 상기 영상패널(210)로 광을 전달하는 광원(230)을 포함하여 이루어진다.
이때, 경우에 따라 상기 영상패널(210)이 광을 직접 발광하는 장치라면, 상기 광원(230)의 생략이 가능하다.
전술한 바와 같이, 상기 영상패널(210)로 액정표시장치를 사용하는 경우 액정 모드에 상관없이 적용 가능하며, 이 경우 상기 영상패널(210)은 크게 컬러필터 기판(212)과 어레이 기판(214) 및 상기 컬러필터 기판(212)과 어레이 기판(214) 사이에 형성된 액정층(213)으로 구성된다.
그리고, 상기 영상패널(210)의 상부 및 하부에는 각각 제 1 편광판(211) 및 제 2 편광판(215)이 부착되어 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정렌즈(220)는 다수의 렌즈영역이 정의되어 서로 마주보며 이격된 제 1 기판(222)과 제 2 기판(224) 및 상기 제 1 기판(222)과 제 2 기판(224) 사이에 형성된 액정층(223)으로 구성된다. 이때, 상기 액정층(223)은 TN 액정으로 이루어질 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상부 기판인 상기 제 1 기판(222)에는 투명한 도전성 물질로 이루어진 공통전극, 즉 제 1 전극이 상기 제 1 기판(222) 전면에 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 기판(222)에 대해 이와 마주하는 하부 기판인 상기 제 2 기판(224)의 내측 면에는 상기 각 렌즈영역들에 대하여, 다수의 제 2 전극이 절연층을 사이에 두고 이격하며 형성되어 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 아니며, 상기 다수의 제 2 전극은 하나의 층상에 서로 이격하며 형성될 수도 있다. 이때, 상기 다수의 제 2 전극은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 상기 액정렌즈(220)의 상부 외측에는 제 3 편광판(221)이 부착되는 한편, 상기 액정렌즈(220)의 하부에는 점착층(250)이 부착되어 상기 액정렌즈(220)를 하부의 영상패널(210)과 접착하게 한다.
이때, 상기 액정렌즈(220)의 액정층(223)으로 TN 액정을 사용함에 따라 상기 제 3 편광판(221)은 상기 제 1 편광판(211)의 광흡수축에 수직한 방향의 광흡수축을 가질 수 있다.
그리고, 상기 제 1 편광판(211)과 제 2 편광판(215) 및 제 3 편광판(221)은 각각 빛의 편광특성을 변화시키는 편광축이 형성된 편광층과 상기 편광층의 양 측면에 형성되어 편광층을 보호하고 지지하는 제 1 TAC(tri-acetatecellulose) 필름 및 제 2 TAC 필름으로 구성될 수 있다.
특히, 상기 본 발명의 제 2 실시예의 경우에는 상기 제 1 편광판(211)의 최상층에 상기 액정렌즈(220)의 시야각 빛샘을 보상하기 위한 DLC층(260)이 추가로 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 본 발명의 제 2 실시예의 제 1 편광판(211)은 TAC 필름으로 이루어진 제 1 보호층(211-1), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol; PVA)을 포함하는 편광필름(211-2), 상기 TAC 필름으로 이루어진 제 2 보호층(211-3) 및 상기 제 1 보호층(211-1) 상부에 형성된 DLC층(260)을 포함한다.
상기 제 1 보호층(211-1)과 제 2 보호층(211-3)은 상기 편광필름(211-2)을 각각 상부와 하부에서 밀착하여 보호하고 상기 편광필름(211-2)을 지지하는 역할을 한다. 상기 PVA를 포함하는 상기 편광필름(211-2)은 PVA 재질의 필름을 한쪽 방향으로 늘린 후, 요오드나 이색성 염료를 흡착하여 제작된다. 이때 연장축 방향이 상기 편광필름(211-2)의 흡수축이 된다.
상기 DLC층(260)은 디스코틱 액정분자와 상기 디스코틱 액정분자를 방위각 방향으로 꼬이게(twist) 하기 위한 도펀트(dopant)가 포함된 액상의 솔벤트를 상기 제 1 보호층(211-1)에 도포하고 열을 가하여 기화시킨다. 이때, 상기 액상의 솔벤트를 상기 제 1 보호층(211-1)에 도포하는 방법으로는 스핀코팅 방법이 적절하며, 가열온도는 대략 130℃가 적절하다.
이후 러빙에 의해 상기 디스코틱 액정분자를 틸트(tilt)시키고, 자외선을 조사하여 상기 디스코틱 액정분자들을 상호 링크(link)시킴으로써 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 액정렌즈와 제 1 편광판 사이에 DLC층이 삽입된 것을 제외하고는 실질적으로 상기 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치와 동일한 구성으로 이루어져 있다.
도 7은 상기 도 6에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정렌즈 방식의 입체영상표시장치에 있어, 시야각 보상 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 입체영상표시장치는 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정렌즈(320)와 상기 액정렌즈(320) 하부에 위치하여 2차원 영상 정보를 출사하는 영상패널(310) 및 상기 영상패널(310) 하부에 위치하여 상기 영상패널(310)로 광을 전달하는 광원(330)을 포함하여 이루어진다.
이때, 경우에 따라 상기 영상패널(310)이 광을 직접 발광하는 장치라면, 상기 광원(330)의 생략이 가능하다.
전술한 바와 같이, 상기 영상패널(310)로 액정표시장치를 사용하는 경우 액정 모드에 상관없이 적용 가능하며, 이 경우 상기 영상패널(310)은 크게 컬러필터 기판(312)과 어레이 기판(314) 및 상기 컬러필터 기판(312)과 어레이 기판(314) 사이에 형성된 액정층(313)으로 구성된다.
그리고, 상기 영상패널(310)의 하부에는 제 2 편광판(315)이 부착되어 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정렌즈(320)는 다수의 렌즈영역이 정의되어 서로 마주보며 이격된 제 1 기판(322)과 제 2 기판(324) 및 상기 제 1 기판(322)과 제 2 기판(324) 사이에 형성된 액정층(323)으로 구성된다. 이때, 상기 액정층(323)은 TN 액정으로 이루어질 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상부 기판인 상기 제 1 기판(322)에는 투명한 도전성 물질로 이루어진 공통전극, 즉 제 1 전극이 상기 제 1 기판(322) 전면에 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 기판(322)에 대해 이와 마주하는 하부 기판인 상기 제 2 기판(324)의 내측 면에는 상기 각 렌즈영역들에 대하여, 다수의 제 2 전극이 절연층을 사이에 두고 이격하며 형성되어 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 아니며, 상기 다수의 제 2 전극은 하나의 층상에 서로 이격하며 형성될 수도 있다. 이때, 상기 다수의 제 2 전극은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성된 상기 액정렌즈(320)의 상부 외측에는 제 3 편광판(321)이 부착되는 한편, 상기 액정렌즈(320)의 하부 외측에는 DLC층(360)을 포함하는 제 1 편광판(311)이 부착되어 있다. 이 경우 점착층(350)은 상기 제 1 편광판(311)의 하부에 부착되어 상기 액정렌즈(320)를 하부의 영상패널(310)과 접착하게 한다.
이때, 상기 액정렌즈(320)의 액정층(323)으로 TN 액정을 사용함에 따라 상기 제 3 편광판(321)은 상기 제 1 편광판(311)의 광흡수축에 수직한 방향의 광흡수축을 가질 수 있다.
그리고, 상기 제 1 편광판(311)과 제 2 편광판(315) 및 제 3 편광판(321)은 각각 빛의 편광특성을 변화시키는 편광축이 형성된 편광층과 상기 편광층의 양 측면에 형성되어 편광층을 보호하고 지지하는 제 1 TAC 필름 및 제 2 TAC 필름으로 구성될 수 있다.
특히, 상기 본 발명의 제 3 실시예의 경우에는 상기 제 1 편광판(311)의 최상층에 상기 액정렌즈(320)의 시야각 빛샘을 보상하기 위한 DLC층(360)이 추가로 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 본 발명의 제 3 실시예의 제 1 편광판(311)은 TAC 필름으로 이루어진 제 1 보호층(311-1), PVA를 포함하는 편광필름(311-2), 상기 TAC 필름으로 이루어진 제 2 보호층(311-3) 및 상기 제 1 보호층(311-1) 상부에 형성된 DLC층(360)을 포함한다.
상기 제 1 보호층(311-1)과 제 2 보호층(311-3)은 상기 편광필름(311-2)을 각각 상부와 하부에서 밀착하여 보호하고 상기 편광필름(311-2)을 지지하는 역할을 한다. 상기 PVA를 포함하는 상기 편광필름(311-2)은 PVA 재질의 필름을 한쪽 방향으로 늘린 후, 요오드나 이색성 염료를 흡착하여 제작된다. 이때 연장축 방향이 상기 편광필름(311-2)의 흡수축이 된다.
상기 DLC층(360)은 디스코틱 액정분자와 상기 디스코틱 액정분자를 방위각 방향으로 꼬이게(twist) 하기 위한 도펀트(dopant)가 포함된 액상의 솔벤트를 상기 액정렌즈(320)의 제 2 기판(324)에 도포하고 열을 가하여 기화시킨다. 이때, 상기 액상의 솔벤트를 상기 액정렌즈(320)의 제 2 기판(324)에 도포하는 방법으로는 스핀코팅 방법이 적절하며, 가열온도는 대략 130℃가 적절하다.
이후 러빙에 의해 상기 디스코틱 액정분자를 틸트시키고, 자외선을 조사하여 상기 디스코틱 액정분자들을 상호 링크시킴으로써 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 따른 입체영상표시장치는 제 1 편광판의 외측에 DLC층을 구성하여 시차 배리어에 의한 빛샘을 최소화함으로써 선명한 3D 영상을 구현할 수 있게 된다.
도 8 및 도 9는 블랙 상태에서의 빛샘을 시뮬레이션(simulation)한 결과를 나타내는 사진으로써, 제 1 편광판의 외측에 DLC층을 구성하지 않은 경우와 DLC층을 구성한 경우의 시뮬레이션 결과를 각각 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 제 1 편광판의 외측에 DLC층을 구성하여 시차 배리어에 의한 빛샘을 보상한 경우에는 블랙 표시 상태에서 휘도가 줄어들었으며, 대각 방향의 빛샘이 상기 DLC층을 구성하지 않은 경우와 비교하여 현저히 줄어든 것을 알 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
110~310 : 영상패널 111~311 : 제 1 편광판
112~312 : 컬러필터 기판 113~313,123~323 : 액정층
114~314 : 어레이 기판 115~315 : 제 2 편광판
120~320 : 액정렌즈 121~321 : 제 3 편광판
122~322 : 제 1 기판 124~324 : 제 2 기판
150~350 : 점착층 160~360 : 디스코틱 액정층

Claims (9)

  1. 제 1 기판과 제 2 기판 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어지며, 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정렌즈;
    상기 액정렌즈 하부에 위치하여 2차원 영상 정보를 출사하는 영상패널; 및
    상기 액정렌즈와 영상패널 사이에 배치되는 제 1 편광판을 포함하며, 상기 제 1 편광판의 외측에 디스코틱 액정층(Discotic Liquid Crystal; DLC)을 구성함으로써 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 액정으로 이루어진 상기 액정렌즈의 액정층에 의한 빛샘이 보상되는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 영상패널 하부에 위치하여 상기 영상패널로 광을 전달하는 광원을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액정렌즈는
    다수의 부분영역을 갖는 다수의 렌즈영역이 정의되어 서로 마주보며 이격된 제 1 기판과 제 2 기판;
    상기 각 렌즈영역들에 대하여, 상기 제 1 기판의 내측 면에 형성된 다수의 제 1 전극과 상기 제 2 기판의 내측 면에 형성된 다수의 제 2 전극; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 영상패널로 액정표시장치를 사용하는 경우 상기 영상패널의 하부에 부착되는 제 2 편광판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 액정렌즈의 상부 외측에 부착되는 제 3 편광판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 3 편광판은 상기 제 1 편광판의 광흡수축에 수직한 방향의 광흡수축을 가지는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 액정렌즈의 하부에 부착되어 상기 액정렌즈를 상기 영상패널과 접착하는 점착층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 점착층은 상기 제 1 편광판과 상기 영상패널 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 점착층은 상기 액정렌즈와 상기 DLC층 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
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