KR20120126562A - 영상 표시장치 - Google Patents

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KR20120126562A
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left eye
film
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류승만
손현호
김진영
채희영
장주훈
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

좌안 수평화소라인과 우안 수평화소라인으로 이루어지는 표시 패널과; 상기 표시 패널 상부의 선편광층과; 상기 선편광층 상부에 위치하고, 상기 좌안 수평화소라인에 대응되어 선편광 된 상기 좌안영상을 좌원편광 시키는 좌안 리타더와, 상기 우안 수평화소라인에 대응되어 선편광 된 상기 우안영상을 우원편광 시키는 우안 리타더를 포함하는 패턴드 리타더층과; 상기 선평광층 상부에 위치하고, 상기 좌안 리타더와 상기 우안 리타더에 각각 대응하는 렌티큘러 렌즈와, 상기 렌티큘러 렌즈의 상부 표면에 형성되어 상기 렌티큘러 렌즈의 표면을 평탄화 하는 평탄화부를 포함하는 렌티큘러 렌즈 필름을 포함하는 영상 표시장치를 제공한다.

Description

영상 표시장치{IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 영상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시야각이 향상된 렌티큘러 렌즈 필름을 포함하는 3차원 입체영상 표시장치에 관한 것이다.
인간이 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차 외에도 심리적, 기억적 요인이 있으며, 이에 따라 3차원 입체영상 표시기술 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 깊이 방향에 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.
그리고, 3차원표현방식은 가장 완전한 입체영상 표시기술로서, 레이저광 재생 홀로그래피 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.
또한, 입체감표현방식은 양안의 생리적 요인을 이용하는 입체감을 느끼는 방식으로, 구체적으로 약 65㎜정도 떨어져 있는 좌우안에 시차정보가 포함된 평면의 연관영상을 제공하면,　뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다.
이러한 입체감표현방식은 다안상 표시방식이라 불리며, 실질적인 입체감 생성위치에 따라 관찰자가 특수안경을 착용하는 안경방식 또는 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 또는 인테그럴(integral) 등의 렌즈어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.
이 중 안경방식은 무안경 방식에 비해 시야각이 넓고 감상 시 어지러움증 유발이 적으며, 비교적 저렴한 원가, 특히 홀로그램에 비해서는 매우 저렴한 원가로 제작이 가능할 뿐만 아니라, 3차원 입체영상 감상 시에는 안경을 착용하고 2차원 평면영상 감상 시에는 안경을 착용치 않아도 되기 때문에, 한 개의 영상 표시장치를 2차원 평면영상 및 3차원 입체영상 표시에 사용할 수 있다는 장점이 있다.
안경방식은 셔터안경 방식(shutter glasses)과 편광분할 방식으로 나뉠 수 있는데, 셔터안경 방식은, 하나의 화면으로 좌우안 영상을 번갈아 표시하고 셔터안경의 좌측 셔터와 우측 셔터의 순차적 개폐 타이밍(timing)을 좌우안 영상의 시교차 시간과 일치시켜서 각 영상이 좌안과 우안에 따로 인식되도록 함으로써 입체감을 나타내는 방식이다.
그리고, 편광분할 방식은, 하나의 화면의 화소를 열, 행 또는 화소단위로 2분할하여 좌우안 영상을 서로 다른 편광방향으로 표시하고, 편광안경의 좌측 안경과 우측 안경이 서로 다른 편광방향을 갖도록 하여 각 영상이 좌안과 우안에 따로 인식되도록 함으로써 입체감을 나타내는 방식이다.
셔터안경 방식은 감상 시 피로감을 줄이고 입체감을 높이기 위해 단위 시간 당 시교차의 횟수를 높일 필요가 있는데, 이 방식을 액정표시장치에 적용하는 경우, 액정의 느린 응답속도와 스캔(scan) 방식의 화면 어드레싱 타이밍(addressing timing)이 시교차 타이밍에 완전히 일치하지 못함에 따라 기인한 플리커(flicker) 현상이 발생할 수 있으며, 이는 감상 시 어지러움증과 같은 피로를 유발할 수 있다.
편광분할 방식은 위와 같은 플리커 현상 발생 요인이 없으므로 감상 시 피로 유발이 적으나, 한 화면으로 동시에 두 영상을 표시하기 위해 행, 열, 또는 화소를 2분할하기 때문에 해상도가 반으로 줄어드는 문제가 있다.
그러나, 액정패널과 같은 현존하는 표시패널 대부분이 이미 고해상도를 달성하고 있으며 향후 해상도를 더 향상시키는 것이 충분히 가능하기 때문에, 사실상 편광분할 방식의 3차원 입체영상 표시장치에서는 해상도 반감이 문제되지 않을 것으로 예상된다.
또한, 셔터안경 방식은 시교차 표시를 위하여 디스플레이 내 하드웨어, 또는 회로 등이 구비되어야 하며, 셔터안경이라는 고가의 안경을 필요로 하여 여러 명이 감상할 경우 비용이 매우 상승되는 반면, 편광분할 방식은 표시패널 전면에 편광을 분할할 수 있는 패터닝된 편광분할 광학매체, 예를 들어, 패턴드 리타더(patterned retarder)나 마이크로 편광자(micro polarizer) 등을 장착하면 가격이 매우 저렴한 편광안경을 착용하고 다수가 감상할 수 있으므로, 비용이 상대적으로 매우 적게 든다.
이러한 3차원 입체영상 표시장치는, 액정패널, 유기전계발광패널 등의 평판표시패널을 영상표시부로 포함할 수 있다.
이러한 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치의 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치(10)는, 영상을 표시하는 표시패널(20)과, 표시패널(20) 상부에 형성되는 편광필름(50)과, 편광필름(50) 상부에 형성되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(60)를 포함한다.
표시패널(20)은 영상을 표시하는 표시영역(DA)과 표시영역(DA) 사이의 비표시영역(NDA)을 포함하고, 표시영역(DA)은 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)을 포함한다.
좌안영상을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)은 표시패널(20)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되고, 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에는 적, 녹, 청색 화소영역(R, G, B)이 순차적으로 배치된다.
편광필름(50)은, 표시패널(20)이 표시하는 좌안영상 및 우안영상을 각각 선편광된 좌안영상 및 선편광된 우안영상으로 변조하여 패턴드 리타더(60)에 전달한다.
패턴드 리타더(60)는, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)를 포함하는데, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)는 각각 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되어 표시패널(20)의 수직방향을 따라 번갈아 배치된다.
여기서, 좌안 리타더(Rl)는 선편광을 좌원편광으로 변조하여 출력하고, 우안 리타더(Rr)는 선편광을 우원편광으로 변조하여 출력한다.
따라서, 표시패널(20)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상은, 편광필름(50)을 통과하면서 선편광 된 후, 패턴드 리타더(60)의 좌안 리타더(Rl)를 통과하면서 좌원편광 되고, 표시패널(20)의 우안 수평화소라인(Hr)이 표시하는 우안영상은, 편광필름(50)을 통과하면서 선편광 된 후, 패턴드 리타더(60)의 우안 리타더(Rr)를 통과하면서 우원편광 되어 시청자에게 전달된다.
시청자가 착용하고 있는 편광안경(80)은, 좌안렌즈(82) 및 우안렌즈(84)를 포함하는데, 좌안렌즈(82)는 좌원편광만 투과시키고 우안렌즈(84)는 우원편광만 투과시킨다.
따라서, 시청자에게 전달된 영상 중, 좌원편광 된 좌안영상은 좌안렌즈(82)를 통하여 시청자의 좌안에 전달되고, 우원편광 된 우안영상은 우안렌즈(84)를 통하여 시청자의 우안에 전달되며, 시청자는 좌우안으로 각각 전달된 좌안영상 및 우안영상을 조합하여 3차원 입체영상을 인식하게 된다.
도 2는 종래의 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치의 단면도로, 액정표시패널을 영상표시부로 포함한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 표시패널(20)은, 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판(22, 40)과, 제1 및 제2기판(22, 40) 사이에 형성된 액정층(48)을 포함한다.
제1기판(22) 상부에는 게이트 배선(도시하지 않음)과 게이트 배선에 연결되는 게이트 전극(24)이 형성되고, 게이트 배선 및 게이트 전극(24) 상부에는 게이트 절연층(26)이 형성된다.
게이트 전극(24)에 대응되는 게이트 절연층(26) 상부에는 반도체층(28)이 형성되고, 반도체층(28) 상부에는 서로 이격하는 소스 전극(32) 및 드레인 전극(34)과, 소스 전극(32)에 연결되는 데이터 배선(도시하지 않음)이 형성된다.
데이터 배선은 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의한다.
여기서, 게이트 전극(24), 반도체층(28), 소스 전극(32) 및 드레인 전극(34)은 박막트랜지스터(T)를 구성한다.
소스 전극(32), 드레인 전극(34) 및 데이터 배선 상부에는 보호층(36)이 형성되는데, 보호층(36)은 드레인 전극(34)을 노출하는 드레인 콘택홀(36a)을 포함한다.
보호층(36) 상부에는 드레인 콘택홀(36a)을 통하여 드레인 전극(34)에 연결되는 화소 전극(38)이 화소영역 각각에 형성된다.
제2기판(40) 하부에는 각 화소영역에 대응되는 개구부를 가지며 게이트 배선, 데이터 배선 및 박막트랜지스터(T)에 대응되는 블랙매트릭스(42)가 형성되고, 블랙매트릭스(42) 하부와 블랙매트릭스(42)의 개구부를 통하여 노출된 제2기판(40) 하부에는 컬러필터층(44)이 형성된다.
도시하지 않았지만, 컬러필터층(44)은 화소영역에 각각 대응되는 적, 녹, 청 컬러필터를 포함한다.
그리고, 컬러필터층(44) 하부에는 투명한 공통 전극(46)이 형성된다.
액정층(48)은 제1기판(22)의 화소 전극(38)과 제2기판(40)의 공통 전극(46) 사이에 위치한다. 도시하지 않았지만, 액정층(48)과 화소 전극(38) 사이 및 액정층(48)과 공통 전극(46) 사이에는 액정 분자의 초기 배열을 결정하는 배향막이 각각 형성된다.
한편, 제1기판(22) 하부에는 제1편광판(52)이 위치하고, 제2기판(40) 상부에는 도 1의 편광필름에 해당하는 제2편광판(50)이 위치한다. 제1 및 제2편광판(52, 50)은 광투과축에 평행한 선편광만을 투과시키며, 제1편광판(52)의 광투과축은 제2편광판(50)의 광투과축과 수직으로 배치된다.
그리고, 제2편광판(50) 상부에는 패턴드 리타더(60)가 부착되는데, 패턴드 리타더(60)는, 베이스필름(62)과, 베이스필름(62) 하부의 리타더층(64)과, 리타더층(64) 하부의 블랙스트라이프(black stripe)(66)와, 블랙스트라이프(66) 하부의 점착층(68)을 포함한다.
리타더층(64)은, 수직방향으로 번갈아 배치되는 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)를 포함하고, 블랙스트라이프(66)는 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)의 경계부에 대응된다.
좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)는, 위상지연(retardation)을 λ/4파장(quarter wave: λ/4)으로 하고, 그 광축을 표시패널 출사광인 선편광의 편광방향과 각각 +45도 및 -45도로 배치하여 구성할 수 있다.
여기서, 블랙스트라이프(66)는 좌안영상 및 우안영상이 시청자의 좌안 또는 우안에 동시에 전달되는 3차원 크로스토크(3D cross-talk)를 방지하여 상하방향의 3차원 시야각(3D viewing angle)을 개선하기 위하여 사용된다.
또는, 3차원 크로스토크를 방지하기 위해, 블랙스트라이프(66)를 형성하지 않고 표시패널(20) 내의 블랙매트릭스(42) 폭을 증가시킬 수도 있다.
이러한 블랙스트라이프나 블랙매트릭스와 3차원 크로스토크 및 3차원 시야각의 관계에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3c는 종래의 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치에 있어서, 3차원 크로스토크의 발생을 개략적으로 도시한 단면도로, 도 3a와 도 3b는 각각 블랙스트라이프를 포함하지 않는 경우 및 블랙스트라이프를 포함하는 경우의 3차원 크로스토크를 도시한 도면이고, 도 3c는 블랙스트라이프 없이 블랙매트릭스의 폭을 증가시킨 경우의 3차원 크로스토크를 도시한 도면이다.
도시하지는 않았지만, 도 3a 및 도 3b의 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치(10)의 정면 또는 좌우 시야각에서는, 표시패널(20)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상(Il)이 패턴드 리타더(60)의 좌안 리타더(Rl)를 통과하여 좌원편광 되어 시청자에게 전달되고, 표시패널(20)의 우안 수평화소라인(Hr)이 표시하는 우안영상(Ir)이 패턴드 리타더(60)의 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광 되어 시청자에게 전달되므로, 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)이 혼합되어 발생하는 3차원 크로스토크는 발생하지 않는다.
하지만, 도 3a에 도시한 바와 같이, 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치(10)의 상하 시야각에서는, 표시패널(20)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상(Il)의 일부가 패턴드 리타더(60)의 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광 되어 출력된다.
즉, 우안영상(Ir)과 일부의 좌안영상(Il)이 우원편광 되어 편광안경(80)의 우안렌즈(84)를 통과하여 시청자의 우안에 전달되므로, 우안영상(Ir)과 일부의 좌안영상(Il)이 서로 간섭하여 3차원 크로스토크가 발생하고, 상하방향의 3차원 시야각 특성이 저하된다.
물론, 표시패널(20)의 제1높이(h1)를 갖는 표시영역(DA) 사이에 배치된 비표시영역(NDA)에 의하여 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)의 간섭을 저감할 수는 있지만, 표시패널(20)과 패턴드 리타더(60)가 비교적 멀리 떨어져 있으므로 3차원 크로스토크 방지 효과는 미미하다.
이를 개선하기 위하여, 도 3b에 도시한 바와 같이, 패턴드 리타더(60)의 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr) 사이에 블랙스트라이프(66)를 형성하거나, 도 3c에 도시한 바와 같이, 블랙스트라이프 없이 표시패널(20) 내부의 블랙매트릭스(43)의 폭을 증가시킬 수 있다.
여기서, 표시패널(20)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하여 패턴드 리타더(60)의 우안 리타더(Rr)로 향하는 일부의 좌안영상(Il)은 블랙스트라이프(66) 또는 블랙매트릭스(43)에 의하여 차단되므로, 우원편광 되어 출력되지 않는다.
즉, 우안영상(Ir)만이 우원편광 되어 편광안경(80)의 우안렌즈(84)를 통과하여 시청자의 우안에 전달되므로, 우안영상(Ir)과 일부의 좌안영상(Il)의 간섭에 의하여 3차원 크로스토크가 방지되고, 상하방향의 3차원 시야각 특성이 개선된다.
그러나, 표시패널(20)은, 블랙스트라이프(66)에 의하여 비표시영역(NDA)보다 큰 블랙스트라이프영역(BS)을 포함하게 되어, 표시영역(DA)이 제1높이(h1)보다 작은 제2높이(h2)를 갖게 되거나, 또는, 블랙매트릭스(43)에 의하여 비표시영역(NDA)이 증가하게 되어 표시영역(DA)이 제1높이(h1)보다 작은 제3높이(h3)를 갖게 되므로, 개구율 및 휘도가 감소한다.
3차원 크로스토크를 개선하기 위한 또 다른 방법으로, 도시하지는 않았으나 패턴드 리타더의 상부에 렌티큘러 렌즈 필름을 형성하는 방법이 있다.
이때, 도 5를 참조하여 렌티큘러 렌즈 필름을 형성한 경우의 문제점을 살펴본다. 도 5는 렌티큘러 렌즈 필름을 형성한 경우, 액정패널의 상부면을 도시한 도면이다.
렌티큘러 렌즈 필름을 형성함으로써, 상부 표면이 올록볼록한 형상을 가지게 되는데, 올록볼록한 렌티큘러 렌즈 사이에 이물질이 누적될 뿐만 아니라, 올록볼록한 렌티큘러 렌즈 형상에 의하여 불균일한 촉감 및 외광의 불균인한 반사각에 의하여 시인성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은, 3차원 크로스토크를 방지하여 3차원 시야각 특성이 개선시킴과 동시에 개구율 및 휘도가 향상된 3차원 입체영상 표시장치를 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 외부 표면을 평탄화 처리함으로써, 불균일한 촉감을 개선하고, 평탄화 처리된 표면에 의하여 이물질 축적 방지 및 시인성이 향상된 3차원 입체영상 표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 좌안 수평화소라인과 우안 수평화소라인으로 이루어지는 표시 패널과; 상기 표시 패널 상부의 선편광층과; 상기 선편광층 상부에 위치하고, 상기 좌안 수평화소라인에 대응되어 선편광 된 상기 좌안영상을 좌원편광 시키는 좌안 리타더와, 상기 우안 수평화소라인에 대응되어 선편광 된 상기 우안영상을 우원편광 시키는 우안 리타더를 포함하는 패턴드 리타더층과; 상기 선평광층 상부에 위치하고, 상기 좌안 리타더와 상기 우안 리타더에 각각 대응하는 렌티큘러 렌즈와, 상기 렌티큘러 렌즈의 상부 표면에 형성되어 상기 렌티큘러 렌즈의 표면을 평탄화 하는 평탄화부를 포함하는 렌티큘러 렌즈 필름을 포함하는 영상 표시장치를 제공한다.
상기 패턴드 리타더층은 상기 선편광층과 상기 렌티큘러 렌즈 필름의 사이에 위치한다.
상기 렌티큘러 렌즈의 두께는 상기 평탄화부의 구성물질의 굴절률에 대응하여 조절된다.
상기 평탄화부는 굴절률이 1 보다 크고 1.4 이하인 물질로 형성된다.
상기 렌티큘러 렌즈 필름은 상기 패턴드 리타더층에 인접한 베이스 필름을 더 포함하며, 상기 베이스 필름은 TAC(tri-acetyl cellulose)로 이루어진다.
본 발명에 따른 3차원 입체영상 표시장치에서는, 패턴드 리타더 상부에 렌티큘러 렌즈를 배치하여 출사하는 광을 특정 각도로 집광시킴으로써, 3차원 크로스토크를 방지하여 3차원 시야각 특성을 개선하고, 동시에 개구율 및 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 렌티큘러 렌즈를 매립하여 외부 표면을 평탄화 처리함으로써, 불균일한 촉감을 개선하고, 평탄화 처리된 표면에 의하여 이물질 축적 방지 및 시인성이 향상된 3차원 입체영상 표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치의 사시도이다.
도 2는 종래의 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 종래의 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치에 있어서, 3차원 크로스토크의 발생을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 3차원 입체영상 표시장치의 외부 표면이 올록볼록한 형상을 가짐으로써 이물질이 축적된 3차원 입체영상 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 렌티큘러 렌즈 필름이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치의 사시도이다.
도 6은 렌티큘러 렌즈 필름이 형성된 본 발명의 실시예에 따른 3차원 입체영상 표시장치의 단면도이다.
도 7은 3차원 입체영상 표시장치에서 3차원 크로스토크를 계산하기 위한 개략적 도면이다.
도 8은 3차원 입체영상 표시장치에서 출사각에 대한 3차원 크로스토크의 시뮬레이션 결과를 초점거리와 블랙매트릭스의 폭 등의 조건에 따라 그래프로 나타낸 것이다.
도 9는 3차원 입체영상 표시장치에서 출사각에 대한 휘도를 초점거리에 따라 그래프로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 필름을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 평탄화부가 형성된 렌티큘러 렌즈 필름의 두께와 평탄화부가 비형성된 렌티큘러 렌즈 필름의 두께의 시뮬레이션을 일예로서 나타낸 도면이다.
도 12는 본발명의 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 필름을 사용하지 않는 경우와 사용하는 경우의 외광의 반사각을 나타낸 렌티큘러 렌즈 필름의 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치의 사시도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 편광안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치(110)는, 영상을 표시하는 표시패널(120)과, 표시패널(120) 상부에 형성되는 편광필름(150)과, 편광필름(150) 상부에 형성되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(160) 및 패턴드 리타더(160) 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 필름(170)을 포함한다. 여기서, 렌티큘러 렌즈 필름(170)은 시트(sheet)의 형태를 가질 수 있다. 또한, 렌티큘러 렌즈 필름(170)의 표면은 저굴절 물질로 매립되어 평탄화 처리가 되어 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 렌티큘러 렌즈 필름(170)의 표면을 평탄화 하기 위하여 저굴절 물질로 이루어진 부분을 평탄화부(171)로 칭한다.
표시패널(120)은 영상을 표시하는 표시영역(DA)과 표시영역(DA) 사이의 비표시영역(NDA)을 포함하고, 표시영역(DA)은 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)을 포함한다.
좌안영상을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)은 표시패널(120)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되고, 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에는 적, 녹, 청색 화소영역(R, G, B)이 순차적으로 배치된다.
편광필름(150)은, 표시패널(120)이 표시하는 좌안영상 및 우안영상을 각각 선편광된 좌안영상 및 선편광된 우안영상으로 변조하여 패턴드 리타더(160)에 전달한다.
패턴드 리타더(160)는, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)를 포함하는데, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)는 각각 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되어 표시패널(120)의 수직방향을 따라 번갈아 배치된다.
여기서, 좌안 리타더(Rl)는 선편광을 좌원편광으로 변조하여 출력하고, 우안 리타더(Rr)는 선편광을 우원편광으로 변조하여 출력한다.
렌티큘러 렌즈 필름(170)은 패턴드 리타더(160)로부터 출력되는 좌원편광 또는 우원편광의 출사 각도를 특정 방향으로 집광함으로써, 상하방향의 시야각을 개선한다. 렌티큘러 렌즈 필름(170)은 표시패널(120)의 수직방향을 따라 배치된 다수의 렌티큘러 렌즈(174)를 포함하며, 각 렌티큘러 렌즈(174)는 좌안 리타더(Rl) 또는 우안 리타더(Rr)에 대응한다.
여기서, 각 렌티큘러 렌즈(174)의 폭이나 인접한 렌티큘러 렌즈(174)의 산과 산 사이 거리로 정의될 수 있는 렌티큘러 렌즈 필름(170)의 렌즈 피치(PL)는, 표시패널(120)의 수직방향을 따라 한 화소의 상단으로부터 다음 화소의 상단까지 거리로 정의될 수 있는 표시패널(120)의 화소 피치(PP)와 비교하여 그 차이가 약 ±5㎛ 이내의 범위이며, 바람직하게는 화소 피치(PP)가 렌즈 피치(PL)보다 작거나 같다.
이때, 렌티큘러 렌즈 필름(170)과 표시패널(120)은 그 중앙 부분을 기준으로 화소 피치(PP)와 렌즈 피치(PL)를 맞출 수 있다.
따라서, 표시패널(120)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상은, 편광필름(150)을 통과하면서 선편광 된 후, 패턴드 리타더(160)의 좌안 리타더(Rl)를 통과하면서 좌원편광 되고, 렌티큘러 렌즈 필름(170)을 통과하면서 제1방향으로 출사된다. 또한, 표시패널(120)의 우안 수평화소라인(Hr)이 표시하는 우안영상은, 편광필름(150)을 통과하면서 선편광 된 후, 패턴드 리타더(160)의 우안 리타더(Rr)를 통과하면서 우원편광 되고, 렌티큘러 렌즈 필름(170)을 통과하면서 제1방향으로 출사된다. 따라서, 제1방향으로 출사된 좌안영상 및 우안영상은 시청자에게 전달된다.
시청자가 착용하고 있는 편광안경(180)은, 좌안렌즈(182) 및 우안렌즈(184)를 포함하는데, 좌안렌즈(182)는 좌원편광만 투과시키고 우안렌즈(184)는 우원편광만 투과시킨다.
따라서, 시청자에게 전달된 영상 중, 좌원편광 된 좌안영상은 좌안렌즈(182)를 통하여 시청자의 좌안에 전달되고, 우원편광 된 우안영상은 우안렌즈(184)를 통하여 시청자의 우안에 전달되며, 시청자는 좌우안으로 각각 전달된 좌안영상 및 우안영상을 조합하여 3차원 입체영상을 인식하게 된다.
이때, 좌안영상 중 일부가 패턴드 리타더(160)의 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광 되거나, 우안영상 중 일부가 패턴드 리타더(160)의 좌안 리타더(Rl)를 통과하여 좌원편광 될 수 있는데, 이는 렌티큘러 렌즈 필름(170)을 통과하면서 제1방향과 다른 제2방향으로 출사되므로 시청자에게 전달되지 않는다. 따라서, 우안영상과 좌안영상의 간섭에 따른 3차원 크로스토크 발생을 방지할 수 있으며, 시야각 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 렌티큘러 렌즈 필름(170)의 표면은 저굴절 물질로써 매립되어 평탄화 처리 된다. 즉, 렌티큘러 렌즈 필름(170)은, 그 상부 표면에 저굴절 물질로 형성되는 평탄화부(171)를 더욱 포함한다. 여기서, 저굴절 물질의 굴절률은 예를 들면, 1 보다 크고, 1.4 이하의 값을 가진다.
렌티큘러 렌즈 필름(170)은, 다수의 렌티큘러 렌즈(174)의 상부 표면에 평탄화부(171)를 더욱 포함함으로써, 다수의 렌티큘러 렌즈(174)에 의하여 올록볼록했던 표면이 매끄럽게 되어 불균일한 촉감이 개선된다. 또한, 올록볼록 했던 표면에 의해 각 렌티큘러 렌즈(174) 사이에 누적되던 이물질을 제거할 수 있으며, 올록볼록한 표면에 의해 외부 빛의 반사각이 불균일했던 것을 균일하게 하는바, 시인성을 개선할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 입체영상 표시장치의 단면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 표시패널(120)은, 서로 마주보며 이격된 제1 및 제2기판(122, 140)과, 제1 및 제2기판(122, 140) 사이에 형성된 액정층(148)을 포함한다.
제1기판(122) 상부에는 게이트 배선(도시하지 않음)과 게이트 배선에 연결되는 게이트 전극(124)이 형성되고, 게이트 배선 및 게이트 전극(124) 상부에는 게이트 절연층(126)이 형성된다.
게이트 전극(124)에 대응되는 게이트 절연층(126) 상부에는 반도체층(128)이 형성되고, 반도체층(128) 상부에는 서로 이격하는 소스 전극(132) 및 드레인 전극(134)과, 소스 전극(132)에 연결되는 데이터 배선(도시하지 않음)이 형성된다. 도시하지 않았지만, 반도체층(128)은 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층과 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층을 포함하며, 오믹콘택층은 소스 및 드레인 전극(132, 134)과 동일한 모양을 가질 수 있다.
데이터 배선은 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의한다.
여기서, 게이트 전극(124), 반도체층(128), 소스 전극(132) 및 드레인 전극(134)은 박막트랜지스터(T)를 구성한다.
소스 전극(132), 드레인 전극(134) 및 데이터 배선 상부에는 보호층(136)이 형성되는데, 보호층(136)은 드레인 전극(134)을 노출하는 드레인 콘택홀(136a)을 포함한다.
보호층(136) 상부에는 드레인 콘택홀(136a)을 통하여 드레인 전극(134)에 연결되는 화소 전극(138)이 화소영역 각각에 형성된다.
제2기판(140) 하부에는 각 화소영역에 대응되는 개구부를 가지며 게이트 배선, 데이터 배선 및 박막트랜지스터(T)에 대응되는 블랙매트릭스(142)가 형성되고, 블랙매트릭스(142) 하부와 블랙매트릭스(142)의 개구부를 통하여 노출된 제2기판(140) 하부에는 컬러필터층(144)이 형성된다.
도시하지 않았지만, 컬러필터층(144)은 화소영역에 각각 대응되는 적, 녹, 청 컬러필터를 포함하며, 적, 녹, 청 컬러필터는 도 4도 5에서와 같이 표시패널(120)의 수직방향을 따라 순차적으로 반복하여 배치된다.
그리고, 컬러필터층(144) 하부에는 투명한 공통 전극(146)이 형성된다. 여기서, 도시하지 않았지만, 컬러필터층(144)과 공통 전극(146) 사이에는 컬러필터층(144)의 보호 및 표면을 평탄화하기 위한 오버코트층이 더 형성될 수 있다.
액정층(148)은 제1기판(122)의 화소 전극(138)과 제2기판(140)의 공통 전극(146) 사이에 위치한다. 도시하지 않았지만, 액정층(148)과 화소 전극(138) 사이 및 액정층(148)과 공통 전극(146) 사이에는 액정 분자의 초기 배열을 결정하는 배향막이 각각 형성된다.
여기서는 화소 전극(138)과 공통 전극(146)이 각각 제1 및 제2기판(122, 140)에 형성된 경우에 대하여 설명하였으나, 화소 전극(138)과 공통 전극(146)은 제1기판(122) 상에 모두 형성될 수 있다.
한편, 제1기판(122) 하부에는 제1편광판(152)이 위치하고, 제2기판(140) 상부에는 도 5의 편광필름에 해당하는 제2편광판(150)이 위치한다. 제1 및 제2편광판(152, 150)은 광투과축에 평행한 선편광만을 투과시키며, 제1편광판(152)의 광투과축은 제2편광판(150)의 광투과축과 수직으로 배치된다. 제1기판(122)과 제1편광판(152) 사이 그리고 제2기판(140)과 제2편광판(154) 사이에는 점착층이 위치할 수 있다.
도시하지 않았지만, 제1편광판(152) 하부에는 백라이트 유닛이 배치되어 표시패널(120)에 빛을 공급한다.
여기서는 표시 패널(120)이 액정패널인 경우에 대하여 설명하였으나, 표시 패널(120)은 유기전기발광패널일 수도 있다. 이때, 제1편광판(152)은 생략되며, 제2편광판(150)은 λ/4파장플레이트(quarter wave plate: QWP)와 선편광자(linear polarizer)로 구성될 수 있다.
그리고, 제2편광판(150) 상부에는 패턴드 리타더(160)가 부착되는데, 패턴드 리타더(160)는, 제1베이스필름(162)과, 제1베이스필름(162) 하부의 리타더층(164)과, 리타더층(164) 하부의 점착층(168)을 포함한다. 리타더층(164)은, 수직방향으로 번갈아 배치되는 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)를 포함한다. 여기서, 리타더층(164)과 제1베이스필름(162)의 위치는 바뀔 수도 있다. 즉, 점착층(168)을 사이에 두고 제1베이스필름(162)이 제2편광판(150)에 부착되고, 제1베이스필름(162) 상부에 리터더층(164)이 위치할 수 있다.
한편, 제1베이스필름(162)은 TAC(tri-acetyl cellulose) 또는 COP(cyclo olefin polymer)로 이루어질 수 있다.
좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)는, 위상지연(retardation)을 λ/4파장(quarter wave: λ/4)으로 하고, 그 광축을 표시패널 출사광인 선편광의 편광방향과 각각 +45도 및 -45도로 배치하여 구성할 수 있다.
패턴드 리타더(160) 상부에는 렌티큘러 렌즈 필름(170)이 위치한다. 렌티큘러 렌즈 필름(170)은 제2베이스필름(172)과, 제2베이스필름(172) 상부의 렌티큘러 렌즈(174)를 포함한다. 또한, 렌티큘러 렌즈 필름(170)은, 렌티큘러 렌즈(174)를 매립하여 평탄화 처리 하는 평탄화부(171)를 더욱 포함한다. 도시하지 않았지만, 제2베이스필름(172)은 패턴드 리타더(160)와 점착층을 통해 부착될 수 있다.
제2베이스필름(172)은 PET(Polyethylene terephthalate)나 TAC(tri-acetyl cellulose)로 이루어질 수 있는데, PET의 경우 복굴절로 인한 편광 변화가 발생할 수 있으므로, TAC를 사용하는 것이 바람직하다. 제2베이스필름(172)은 약 60㎛ 내지 80㎛의 두께를 가진다.
패턴드 리타더(160)의 제1베이스필름(162)은 생략될 수도 있으며, 이 경우, 리타더층(164)은 제2편광판(150)의 상면에 형성되거나 제2베이스필름(172)의 하면에 형성될 수 있다.
각 렌티큘러 렌즈(174)의 폭, 또는 인접한 렌티큘러 렌즈(174)의 산과 산 사이 거리로 정의될 수 있는 렌티큘러 렌즈 필름(170)의 렌즈 피치(PL)는, 표시패널(120)의 화소 피치(PP)와 비교하여 그 차이가 약 ±5㎛ 이내의 범위이며, 바람직하게는, 화소 피치(PP)가 렌즈 피치(PL)보다 작거나 같다. 여기서, 화소 피치(PP)는 도 5에서 표시패널(120)의 수직방향을 따라 한 화소의 상단으로부터 다음 화소의 상단까지 거리로 정의될 수 있으며, 패턴드 리타더(160)의 좌안 리타더(Rl) 또는 우안 리타더(Rr)의 폭에 대응한다.
한편, 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d)는 곡률 반경에 따른 초점거리에 따라 달라질 수 있는데, 렌티큘러 렌즈(174)의 초점거리에 따라 최대 시야각이 달라지게 되며, 렌티큘러 렌즈(174)를 통과하여 출사되는 빛의 각도에 따라 3차원 크로스토크 값을 예측하고, 이로부터 최대 시야각을 결정할 수 있다.
일례로, 47인치 3차원 입체영상 표시장치에서, 화소 피치(PP)가 541.5㎛일 때, 렌즈 피치(PL)는 536.5㎛ 내지 546.5㎛ 범위의 값을 가질 수 있으며, 바람직하게, 렌즈 피치(PL)는 541.5㎛ 내지 546.5㎛ 범위의 값을 가질 수 있다. 또한, 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d)는 약 20㎛ 내지 200㎛의 범위 내에서 형성될 수 있다.
또한, 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d)는, 렌티큘러 렌즈(174)의 상부 표면에 형성되는 평탄화부(171)의 구성 물질의 굴절률에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 렌티큘러 렌즈 필름(170)이 평탄화부(171)를 포함하는 경우에는 평탄화부(171)를 비포함하는 경우보다, 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d)는 더욱 커진다. 또한, 평탄화부(171)의 구성 물질의 굴절률이 커질수록 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d)는 더욱 커진다. 즉, 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d)는 평탄화부(171)의 구성 물질의 굴절률에 대응하여 조절된다.
도 7은 렌티큘러 렌즈 필름(170)의 상부 표면에 평탄화부(171)가 형성되지 않은 3차원 입체영상 표시장치에서 3차원 크로스토크를 계산하기 위한 개략적 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 출사각이 θ인 빛의 입사각 φ는 굴절에 관한 스넬의 법칙(Snell's law of refraction)으로부터 식(1)로 표시될 수 있다.
φ= sin-1(sin θ/n) ---------- 식(1)
여기서, n은 렌티큘러 렌즈(174)의 굴절률이며, 일례로 약 1.5일 수 있다.
한편, 렌티큘러 렌즈(174)의 초점거리는 식(2)로 나타낼 수 있다.
f = P2/(8?Δn?d) ------------- 식(2)
여기서, P는 렌티큘러 렌즈(174)의 폭, 즉, 렌즈 피치(PL)에 해당하고, Δn은 공기의 굴절률과 렌티큘러 렌즈(174)의 굴절률 간의 차이이며, d는 렌티큘러 렌즈(174)의 두께이다.
또한, 한 점, 즉, 백라이트 유닛(도시하지 않음)에서 렌티큘러 렌즈(174) 양단으로 입사되는 빛에 대한 꺾임각 ψ는 식(3)으로 나타낼 수 있다.
ψ= sin-1{(4?Δn?d)/(P?cos2φ)} ------- 식(3)
식(1) 내지 식(3)으로부터, 한 점에서 렌티큘러 렌즈(174) 양단으로 입사되는 빛이 우안 수평화소라인(Hr)과 우안 수평화소라인(Hl)을 각각 통과하는 면적 Ri와 Li는 식(4)와 식(5)로 나타낼 수 있다.
Ri = L?tan(φ-ψ)-(B/2) -------------- 식(4)
Li = PP-(B/2)-L?tan(φ+ψ) -------------- 식(5)
여기서, L은 표시패널(120)의 표시영역(DA)으로부터 렌티큘러 렌즈(174)까지의 거리이고, B는 블랙매트릭스의 폭, 즉, 비표시영역(NDA)의 폭이며, PP는 화소 피치로 표시영역(DA)과 비표시영역(NDA) 폭의 합이나, 패턴드 리타더(160)의 좌안 리타더 또는 우안 리타더 폭에 대응한다.
따라서, 3차원 크로스토크(CT = Ri/Li)는 식(4)와 식(5)로부터 구할 수 있다. 3차원 크로스토크(CT)가 7% 일 때, 최대 시야각을 갖는 것으로 판단한다.
도 8은 3차원 입체영상 표시장치에서 출사각에 대한 3차원 크로스토크의 시뮬레이션 결과를 초점거리와 블랙매트릭스의 폭 등의 조건에 따라 그래프로 나타낸 것이고, 표 1은 도 8의 그래프로부터 얻은 최대 시야각을 나타낸 것이다. 여기서, 각 실험예와 비교예는 47인치 표시패널을 기준으로 적용하였다.
f(㎛) NDA(㎛) L(㎛) 시야각(도)
비교예1 미적용 70 900 11.0
비교예2 미적용 240 900 25.6
실험예1 2050 70 900 32.4
실험예2 2050 240 900 48.3
실험예3 1450 70 900 42.6
실험예4 1450 70 700 46.3
실험예1의 경우, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리(f)는 2050㎛이고, 블랙매트릭스의 폭, 즉, 비표시영역(도 7의 NDA)의 폭은 70㎛이고, 표시패널(도 7의 120)의 표시영역(도 7의 DA)으로부터 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)까지의 거리(L)는 900㎛이다.
실험예2의 경우, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리(f)는 2050㎛이고, 블랙매트릭스의 폭, 즉, 비표시영역(도 7의 NDA)의 폭은 240㎛이고, 표시패널(도 7의 120)의 표시영역(도 7의 DA)으로부터 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)까지의 거리(L)는 900㎛이다.
실험예3의 경우, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리(f)는 1450㎛이고, 블랙매트릭스의 폭, 즉, 비표시영역(도 7의 NDA)의 폭은 70㎛이고, 표시패널(도 7의 120)의 표시영역(도 7의 DA)으로부터 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)까지의 거리(L)는 900㎛이다.
실험예4의 경우, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리(f)는 1450㎛이고, 블랙매트릭스의 폭, 즉, 비표시영역(도 7의 NDA)의 폭은 70㎛이고, 표시패널(도 7의 120)의 표시영역(도 7의 DA)으로부터 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)까지의 거리(L)는 700㎛이다.
한편, 비교예로 렌티큘러 렌즈를 사용하지 않은 경우의 3차원 크로스토크 및 시야각을 구하였는데, 비교예1은, 블랙매트릭스 또는 블랙스트라이프의 폭을 70㎛로 하고, 표시패널의 표시영역(도 7의 DA)으로부터 패턴드 리타더(도 7의 160)를 포함하는 거리(L)는 900㎛이다.
비교예2는, 블랙매트릭스 또는 블랙스트라이프의 폭을 240㎛로 하고, 표시패널의 표시영역(도 7의 DA)으로부터 패턴드 리타더(도 7의 160)를 포함하는 거리(L)는 900㎛이다.
도 8 및 표 1로부터, 블랙매트릭스 또는 블랙스트라이프의 폭, 즉, 비표시영역(NDA)의 폭이 클수록 최대 시야각이 크다는 것을 알 수 있다. 그러나, 비표시영역(NDA)의 폭이 증가함에 따라 개구율이 줄어들고 휘도가 낮아지게 되어, 비교예2의 휘도는 비교예1의 휘도의 약 65% 정도로 낮아지게 된다.
또한, 도 8과 표 1로부터 렌티큘러 렌즈의 초점거리가 작을수록 최대 시야각이 크다는 것을 알 수 있으며, 비표시영역(NDA)의 폭을 최소화하면서 렌티큘러 렌즈를 사용한 실험예1 또는 실험예3의 시야각이 비교예2보다 우수하다는 것을 알 수 있다.
따라서, 렌티큘러 렌즈를 이용하여 비표시영역(NDA)의 폭, 즉, 블랙매트릭스의 폭을 최소화하더라도 상하 시야각을 개선할 수 있다.
도 9는 렌티큘러 렌즈 필름(170)이 평탄화부(171)를 포함하지 않는 3차원 입체영상 표시장치에서 출사각에 대한 휘도를 초점거리에 따라 그래프로 나타낸 것이고, 표 2는 도 9의 각 초점거리에 대한 최대 시야각을 나타낸 것이다. 여기서, 각 실험예와 비교예는 47인치 표시패널을 기준으로 적용하였다.
f(㎛) 최대 시야각(도)
비교예3 미적용 12.6
실시예5 6000 18.1
실시예6 3000 25.1
실시예7 1500 40.2
실험예5의 경우, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리(f)는 6000㎛이고, 실험예6의 경우, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리는 3000㎛이며, 실험예7의 경우, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리는 1500㎛이다.
한편, 비교예3은 렌티큘러 렌즈를 사용하지 않은 경우를 제시한다.
도 9과 표 2로부터, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리(f)가 짧아질수록 최대 시야각은 커지지만, 특정 각도에서 휘도 저감 현상(picket fence effect)이 발생하는 것을 알 수 있다.
여기서, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리(f)가 3000㎛인 실시예6의 경우, 최대 시야각이 25.1도로, 표 1에 제시된 비표시영역(NDA)의 폭이 240㎛인 비교예2의 최대 시야각 25.6도와 유사한 값을 가지면서, 시야각 휘도는 약 80%이다.
따라서, 렌티큘러 렌즈(도 7의 174)의 초점거리(f)를 약 2000㎛ 내지 약 3000㎛로 하는 것이 휘도의 지나친 저하 없이 우수한 시야각을 특성을 나타낼 수 있다.
한편, 백라이트 유닛의 휘도를 증가시킴으로써, 짧은 초점거리(f)에서 보다 넓은 최대 시야각을 가지면서, 특정 각도에서의 휘도 저감 현상을 방지할 수 있으므로, 3차원 크로스토크에 따른 시야각 특성을 더욱 개선할 수 있다.
앞선 본 발명의 실시예에서는 패턴드 리타더(도 5의 160)가 편광필름(도 5의 150) 상부에 위치하고, 패턴드 리타더(도 5의 160) 상부에 렌티큘러 렌즈 필름(도 5의 170)이 위치하는 경우에 대하여 설명하였으나, 패턴드 리타더(도 5의 160)와 렌티큘러 렌즈 필름(도 5의 170)의 위치는 바뀔 수 있다. 즉, 편광필름(도 5의 150) 상부에 렌티큘러 렌즈 필름이 위치하고, 렌티큘러 렌즈 필름 상부에 패턴드 리타더가 위치할 수도 있다.
또한, 패턴드 리타더(도 5의 160)를 생략하고, 렌티큘러 렌즈 필름(도 5의 170)이 패턴드 리타더의 역할을 할 수도 있다. 이때, 렌티큘러 렌즈 필름(도 5의 170)의 각 렌티큘러 렌즈가 λ/4파장의 위상지연을 가지며, 그 광축이 표시패널 출사광인 선편광의 편광방향과 각각 +45도 및 -45도로 배치하도록 구성하여, 우원 리타더 및 좌원 리타더의 역할을 하도록 할 수도 있다.
이하, 도 10 및 도 11을 더욱 참조하여, 렌티큘러 렌즈 필름(170)의 상부 표면에 평탄화부(171)가 형성되는 경우의 렌티큘러 렌즈(174)의 두께에 대해서 살펴본다.
도 10은 렌티큘러 렌즈(174)의 상부 표면에 평탄화부(171)가 형성된 렌티큘러 렌즈 필름(170)을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11은 렌티큘러 렌즈 필름(170) 상부 표면에 평탄화부(171)가 형성된 경우와 형성되지 않은 경우의 각 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d1, d2)를 일예로서 나타낸 시뮬레이션 결과이다.
먼저, 출사각 θ1은 평탄화부(171)가 형성되지 않은 경우의 빛의 출사각을 나타낸 것이고, 출사각 θ2는 평탄화부(171)가 형성된 경우의 빛의 출사각을 나타낸 것이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 렌티큘러 렌즈(174)는 저굴절 물질로 형성되는 평탄화부(171)에 의해서 매립된다. 이에 따라, 렌티큘러 렌즈 필름(170)의 표면은 올록볼록한 형상이 아니라 평탄한 형상으로 형성된다.
이때, 평탄화부(171)의 구성물질은, 그 구성물질의 굴절률이 공기 굴절률과 비교하여 그 차이가 작은 물질로 하는 것이 바람직하다. 즉, 굴절률이 1에 가까운 값을 가지는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 예를 들면, 평탄화부(171)의 구성물질의 굴절률은 1 보다 크고 1.4 이하이다.
이는 평탄화부(171)의 굴절률을 공기의 굴절률과 비슷하게 함으로써 렌티큘러 렌즈(174)의 특성 변경을 최소화하기 위함이다. 즉, 렌티큘러 렌즈(174)에서 공기로의 출사각(θ1)과, 렌티큘러 렌즈(174) 및 평탄화부(171)를 통과한 후 공기로의 출사각(θ2)의 차이값을 줄이기 위함이다.
구체적으로 설명하면, 평탄화부(171)의 구성물질의 굴절률에 의하여, 평탄화부(171)를 통과한 빛의 출사각 θ2는 평탄화부(171)를 비통과한 빛의 출사각 θ1보다 더 작은 값을 가지게 된다. 이는, 빛의 입사각 φ1이 평탄화부(171)의 구성물질의 굴절률에 의해, 더 작은 값을 가진 φ2의 값으로 변하기 때문이다.
따라서, 평탄화부(171)의 구성물질을 공기의 굴절률과 차이가 작은 물질로 선택하여, 입사각 및 출사각 변경을 최소화하고 이에 따라, 렌티큘러 렌즈(174)를 매립함으로써 발생할 수 있는 렌티큘러 렌즈(174)의 특성 변경을 최소화 할 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여 렌티큘러 렌즈(174)의 두께에 대해서 살펴본다.
본발명의 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d1)는, 평탄화부(171)의 구성물질의 굴절률에 의해 발생하는 입사각과 출사각의 변경을 보상하기 위하여, 평탄화부(171)가 비형성될 때의 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d2)보다 커진다. 즉, 평탄화부(171)의 굴절률에 대응하여 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d)가 조절된다.
이는, 렌티큘러 렌즈 필름(170)이 평탄화부(171)를 포함할 경우, 평탄화부(171)의 굴절률로 인하여, 실제로 출사하고자 하는 출사각 θ1보다 더 작은 값을 가진 출사각 θ2으로 빛이 출사된다. 이를 보상하기 위하여, 평탄화부(171)가 형성되는 경우의 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d2)를 평탄화부(171)가 비형성될 때의 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d1)보다 크게 형성하여, θ1과 θ2의 차이값을 줄임으로써 우수한 시야각 특성을 나타낼 수 있다. 구체적으로 설명하면, 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d1, d2)에 대응하여 렌티큘러 렌즈(174)의 초점 거리가 달라지는데, 이 경우 두께(d1, d2)가 두꺼워질수록 초점이 짧아진다. 즉, 굴절률은 더욱 커지게 된다. 두꺼워진 렌티큘러 렌즈(174)에 의해, 굴절률은 더욱 커지게 되고, 이에 따라, θ2로 출사된 빛을 외각으로 더욱 굴절시켜 θ1에 가까워지도록 한다.
렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d)에 대해서 예를 들면, 평탄화부(171)가 형성되지 않은 경우의 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d2)가 약 50um인 경우, 평탄화부(171)가 형성된 경우의 렌티큘러 렌즈(174)의 두께(d1)는 약 120um가 된다. 즉, 렌티큘러 렌즈(174)의 두께를 증가시킴으로써, 출사각 θ1과 출사각 θ2의 차이 값을 보상한다.
이에 따라, 평탄화부(171)가 더욱 형성됨으로써 발생할 수 있는 렌티큘러 렌즈(174)의 특성 변경을 최소화하고, 우수한 시야각 특성을 나타낼 수 있다.
이하, 도 12를 더욱 참조하여, 본발명의 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 필름(170)의 효과를 살펴본다.
도 12는 외광이 렌티큘러 렌즈 필름(170)에 의해서 반사되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 렌티큘러 렌즈 필름(170)에 평탄화부(171)가 형성되지 않은 경우, 외광은 올록볼록한 형상의 렌티큘러 렌즈(174)에 의하여 다양한 반사각을 갖게 된다. 이에 따라, 시청자들은 외광의 다양한 반사각에 의해서 저하된 시인성을 인식하게 된다.
반면에, 렌티큘러 렌즈 필름(170)에 평탄화부(171)를 형성할 경우, 평탄한 표면에 의하여 외광은 균일한 반사각을 갖게 된다. 즉, 외광의 균일한 반사각에 의하여 시청자들은 향상된 시인성을 인식하게 된다.
또한, 전술한 바와 같이, 평탄화부(171)에 의해서 렌티큘러 렌즈(174)를 평탄화 처리 함으로써, 렌티큘러 렌즈(174)의 올록볼록한 형상에 의한 불균일한 촉감을 개선할 수 있으며, 렌티큘러 렌즈(174) 사이에 끼였던 이물질을 발생을 제거할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
110: 입체영상 표시장치 120: 표시 패널
150: 편광필름 160: 패턴드 리타더
170: 렌티큘러 렌즈 필름 180: 편광안경
182: 좌안렌즈(182) 184: 우안렌즈

Claims (5)

  1. 좌안 수평화소라인과 우안 수평화소라인으로 이루어지는 표시 패널과;
    상기 표시 패널 상부의 선편광층과;
    상기 선편광층 상부에 위치하고, 상기 좌안 수평화소라인에 대응되어 선편광 된 상기 좌안영상을 좌원편광 시키는 좌안 리타더와, 상기 우안 수평화소라인에 대응되어 선편광 된 상기 우안영상을 우원편광 시키는 우안 리타더를 포함하는 패턴드 리타더층과;
    상기 선평광층 상부에 위치하고, 상기 좌안 리타더와 상기 우안 리타더에 각각 대응하는 렌티큘러 렌즈와, 상기 렌티큘러 렌즈의 상부 표면에 형성되어 상기 렌티큘러 렌즈의 표면을 평탄화 하는 평탄화부를 포함하는 렌티큘러 렌즈 필름
    을 포함하는 영상 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴드 리타더층은 상기 선편광층과 상기 렌티큘러 렌즈 필름의 사이에 위치하는 영상 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈의 두께는 상기 평탄화부의 구성물질의 굴절률에 대응하여 조절되는
    영상 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄화부는 굴절률이 1 보다 크고 1.4 이하인 물질로 형성되는
    영상 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 필름은 상기 패턴드 리타더층에 인접한 베이스 필름을 더 포함하며, 상기 베이스 필름은 TAC(tri-acetyl cellulose)로 이루어지는
    영상 표시장치.
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