KR20130114376A - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 액정패널과, 상기 액정패널의 양 외측면에 각각 서로 수직한 투과축을 가지며 형성된 제 1 및 제 2 편광판을 포함하는 액정표시장치와; 상기 제 2 편광판 외측면에 구비되며, 스트라이프 형태의 λ/2 위상 변조 패턴과 투명 물질패턴이 교대하며 구비된 부분 위상 변조층과, 상기 부분 위상 변조층 외측면에 λ/4의 위상을 변조하는 전면 위상 변조층을 포함하는 패턴드 리타더와; 상기 패턴드 리타더를 통해 나온 빛의 상태에 따라 선택적으로 투과 또는 차단시키는 편광안경
을 포함하는 3D 영상 표시장치를 제공한다.

Description

입체 영상 표시 장치{3 dimensional stereography image displayable device}
본 발명은 3D 영상 표시장치에 관한 것으로, 특히 3차원 영상 시청을 위한 상하 시야각을 향상시키고, 3D 영상의 크로스토크 현상을 억제하며, 나아가 개구율 저하가 없이 휘도 특성을 향상시킬 수 있는 3D 영상 표시장치에 관한 것이다.
최근에는 입체성을 가져 더욱 실감있는 영상을 표현하기 위한 즉, 3D 영상 구현이 가능한 표시장치에 대한 사용자들의 요구가 증대됨으로써 이에 부응하여 3D 영상 표현이 가능한 표시장치가 개발되고 있다.
일반적으로 3D 영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데, 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65㎜정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나게 되는 양안시차(binocular disparity)를 이용하여 입체감 있는 영상을 보여줄 수 있는 표시장치가 제안되었다.
조금 더 상세히 3D 화상 구현에 대해 설명하면, 표시장치를 바라보는 좌우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3D 영상의 깊이감과 실제감을 재생하게 되는 것이며, 이 같은 현상을 통상 스테레오그라피(stereography)라 한다.
액정표시장치 등과 같이 2D의 화상 표시화면을 갖는 장치에서 3D 입체화상을 표시하기 위해 제시된 기술로는 특수 안경에 의한 입체화상 디스플레이, 무안경식 입체화상 디스플레이 및 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 방식이 있다.
이중 특수 안경에 의한 입체화상 디스플레이 방식은 편광의 진동방향 또는 회전방향을 이용한 편광 안경방식과, 좌우화상을 서로 전환시켜가면서 교대로 제시하는 시분할 안경방식 및 좌/우안에 서로 다른 밝기의 빛을 전달하는 방식인 농도차 방식으로 나눌 수 있다.
또한, 무안경식 입체화상 디스플레이 방식은 좌/우안에 해당하는 각각의 화상 앞에 세로격자 모양의 개구(aperture)를 통하여 화상을 분리하여 관찰할 수 있게 하는 패러랙스 배리어(parallax barrier) 방식과, 반원통형 렌즈(cylindrical lens)를 스트라이프 배치한 렌티큘러 판(lenticular plate)을 이용하는 렌티큘러(lenticular) 방식 및 파리 눈 모양의 렌즈판을 이용하는 인테그럴 포토그라피(integral photography) 방식으로 나눌 수 있다.
이중, 편광 안경을 이용한 3D 영상 표시장치가 가장 많이 이용되고 있다.
도 1은 종래의 편광 안경을 이용한 3D 영상 표시장치를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 종래의 편광 안경을 이용한 3D 영상 구현 시스템은 크게 화상을 표시하는 액정표시장치(10)와, 상기 액정표시장치(10)의 외측면에 부착된 λ/4 패턴드 리타더(40)와, 상기 액정표시장치(10)로부터 상기 λ/4 패턴드 리타더(40)를 통과하여 나오는 빛을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 안경(45)으로 구성되고 있다.
우선, 상기 액정표시장치(10)는 어레이 기판(15)과, 컬러필터 기판(20)과 이들 두 기판(15, 20) 사이에 개재된 액정층(미도시)과, 상기 두 기판(15, 20) 각각의 외측면에 부착된 제 1 및 제 2 편광판(25, 30)과 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 1 편광판(25)의 외측면에 백라이트 유닛(미도시)을 포함하여 구성되고 있다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 편광판(25, 30)은 그 투과축이 서로 수직 교차하도록 구성되고 있다.
한편, 상기 컬러필터 기판(20)의 외측면에 부착된 상기 제 2 편광판(30)의 외측면에 구비된 λ/4 패턴드 리타더(40)는 입사되는 빛에 대해 λ/4 만큼의 위상차를 갖도록 하는 역할을 하는 것으로, 그 내부적으로 위상을 변경시키는 복굴절 물질이 화소영역(P) 라인별로 교대하여 서로 다른 방향성을 갖도록 패터닝됨으로써 스트라이프 타입으로 서로 광축을 달리하는 제 1 및 제 2 편광변조패턴(A1, A2)이 교대하며 형성되고 있다
따라서, 상기 λ/4 패턴드 리타더(40)는 상기 액정표시장치의 가로방향으로 홀수번째 화소라인(OL)에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 이들 화소영역(P)으로부터 상기 제 2 편광판(30)을 통해 나온 빛을 상기 제 1 편광변조패턴(A1)을 지나도록 하여 우원편광 상태가 되며, 짝수번째 화소라인(EL)에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 상기 제 2 편광변조패턴(A2)을 지나도록 하여 좌원편광 상태가 된다.
이렇게 λ/4의 위상차가 발생하도록 하는 상기 λ/4 패턴드 리타더(40)에 있어 상기 제 1 및 제 2 편광변조패턴(A1, A2)의 광축은 상기 액정표시장치(10)에 구비된 제 2 편광판(30)의 투과축에 대해 각각 +45도와 -45도를 이루고 있다.
따라서, 전술한 종래의 3D 영상 표시장치(1)의 구성에 의해 상기 액정표시장치(10)는 상기 λ/4패턴드 리타더(40)를 통과한 후에는 홀수번째의 화소라인(OL)에 위치하는 화소영역(P)으로부터는 우원편광 된 상태의 빛이 나오고, 짝수번째의 화소라인(EL)에 위치하는 화소영역(P)으로부터는 좌원 편광된 상태의 빛이 나오게 된다.
이때, 상기 액정표시장치(10)에 있어 홀수번째 화소라인(OL)에 위치하는 화소영역(P)에 대해서는 사용자의 좌안으로 입사되는 좌안용 영상신호를, 짝수번째 화소라인(EL)에 위치하는 화소영역(P)에 대해서는 우안으로 입사되는 우안용 영상신호를 인가하도록 함으로써 3D 영상 구현이 가능한 표시장치를 이루게 된다.
한편, 전술한 구성을 갖는 λ/4 패턴드 리타더(40)를 포함하는 액정표시장치(10)와 하나의 세트를 이루는 3D 영상 시청용 편광안경(45)은, 투명한 유리재질로 이루어진 통상적인 렌즈에 편광필름(45a, 45b) 및 λ/4 위상차 필름(미도시)이 부착된 것이 특징이다.
이때, 안경 착용 시 사용자의 좌안에 대응되는 좌안용 렌즈(미도시)에는 원편광된 빛을 직선편광으로 바꾸는 역할을 하는 λ/4 위상필름(45a)과 제 1 편광필름(미도시)이 부착되고 있고, 우안용 렌즈(45b)에는 원편광된 빛을 선택적으로 직선편광으로 바꾸는 역할을 하는 λ/4 위상필름(미도시)과 편광필름(미도시)이 부착되고 있다.
따라서, 사용자가 이러한 구성을 갖는 3D 화상용 안경(45)을 착용하고, 화소라인(OL, EL)별로 교대하여 좌안용 및 우안용 화상 데이터가 인가되고 서로 다른 원편광 상태를 갖는 화상을 표시하는 액정표시장치(10)를 통해 화상을 시청하는 경우, 좌안용 렌즈(45a)를 통해서는 좌안용 영상이, 우안용 렌즈(45b)를 통해서는 우안용 영상이 입사되므로 이들 두 화상의 합성에 의해 사용자는 3D 화상을 시청할 수 있게 된다.
도 2는 종래의 3D 영상 표시장치의 일부에 대한 단면도로서 편광안경과 빛의 진행 방향을 함께 도시하였다.
도시한 바와같이, 전술한 구성을 갖는 종래의 3D 영상 표시장치(1)는 λ/4 패턴드 리타더(40)에 있어 액정표시장치(10)의 화소라인(OL, EL)별로 우원편광 상태를 만드는 제 1 편광변조영역(A1)과 좌원편광 상태를 만드는 제 2 편광변조영역(A2)이 교대하도록 구성됨으로서 상기 액정표시장치(10)의 정면을 기준으로 상하로 3D 영상 시청이 가능한 시야각 범위가 정해지게 되며, 이러한 3D 영상 시청이 가능한 시야각 범위를 벗어나는 경우 좌안용 화상과 우안용 화상의 섞임에 의한 수직 크로스토크가 발생하여 3D 영상 표시 품질이 저하되고 있는 실정이다.
즉, 도면에 일례로 도시한 것과 같이, 액정표시장치(10)의 홀수번째 화소라인(OL)에서 나온 좌안용 영상신호가 상기 λ/4패턴드 리타더(40)의 제 1 편광변조영역(A1)으로 입사되지 않고 제 2 편광변조영역(A2)으로 입사됨으로써 우원편광된 상태를 이루게 되며, 이러한 우원편광된 빛은 우원편광된 빛만을 선택적으로 받아들이는 편광안경의 우안 렌즈(45b)로 입사됨으로써 좌우화상 섞임에 의한 3D 영상 표시 품질이 저하되는 문제가 발생되고 있다.
이러한 문제를 해결하고자 액정표시장치(10)의 각 화소라인(OL, EL)별 경계 더욱 정확히는 각 화소영역(P) 간의 경계에는 블랙매트릭스(21)가 구비됨으로써 화상 섞임이 발생되는 것을 방지하지만, 블랙매트릭스(21)의 폭을 크게 하는 경우 개구율 저하가 발생됨으로써 블랙매트릭스(21) 폭을 통해 3D 수직 크로스토크 발생을 억제하는 것은 한계가 있는 실정이다.
또 다른 방법으로, 상기 블랙매트릭스(21)의 폭은 늘리지 않고, 상기 패턴드리타더(40)에 있어 좌원편광와 우원편광된 빛을 만드는 제 1 편광변조영역(A1)과 제 2 편광변조영역(A2) 사이에 블랙스트라이프(미도시)를 구비되도록 하여 상하 시야각을 늘림으로써 상하 시야각을 넓혀 수직 크로스토크를 억제하여 3D 영상 표시품질을 향상시키고 있지만, 이 또한 상기 λ/4패턴드 리타더(40)에 구비되는 블랙스트라이프(미도시)에 의해 개구율 저하가 발생되고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 개구율 저하없이 3D 영상 시청 가능하며, 나아가 상하 시야각을 향상시켜 3D 수직 크로스토크 현상을 억제할 수 있는 3D 영상 표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치는, 액정패널과, 상기 액정패널의 양 외측면에 각각 서로 수직한 투과축을 가지며 형성된 제 1 및 제 2 편광판을 포함하는 액정표시장치와; 상기 제 2 편광판 외측면에 구비되며, 스트라이프 형태의 λ/2 위상 변조 패턴과 투명 물질패턴이 교대하며 구비된 부분 위상 변조층과, 상기 부분 위상 변조층 외측면에 λ/4의 위상을 변조하는 전면 위상 변조층을 포함하는 패턴드 리타더와; 상기 패턴드 리타더를 통해 나온 빛의 상태에 따라 선택적으로 투과 또는 차단시키는 편광안경을 포함한다.
이때, 상기 λ/2 위상 변조 패턴은 상기 액정패널의 홀수번째 또는 짝수번째 화소라인 중 선택되는 화소라인에 대응하는 영역에 대응하여 형성되며, 나머지 화소라인에 대응해서는 위상을 변조시키지 않는 상기 투명 물질패턴이 형성되며, 또한 상기 λ/2 위상 변조 패턴은 그 광축이 상기 제 2 편광판의 투과축과 +45도 또는 -45도의 차이를 갖는 것이 특징이다.
그리고, 상기 편광안경은 λ/4 위상필름 및 편광필름을 각각 포함하는 좌안 및 우안렌즈가 구비된 것이 특징이며, 상기 좌안 및 우안렌즈에 각각 구비되는 상기 λ/4 위상필름은 상기 패턴드 리타더의 전면 위상 변조층의 광축과 나란한 광축을 갖는 것이 특징이며, 이때 상기 좌안 및 우안렌즈에 각각 구비되는 상기 편광필름 상기 좌안 및 우안 렌즈에서 각각 서로 수직한 투과축을 갖는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비된다.
그리고 상기 액정패널은, 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선이 구비되고, 상기 각 화소영역에 박막트랜지스터 및 이와 연결된 화소전극이 구비된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 마주하며 내측면에 각 화소영역의 경계에 구비된 블랙매트릭스와, 각 화소영역에 대응하여 형성된 컬러필터층이 구비된 제 2 기판을 포함하며, 이때, 상기 제 2 기판에는 상기 컬러필터층을 덮으며 전면에 공통전극이 구비된 것이 특징이다.
또한, 상기 제 1 기판에 구비된 상기 화소전극은 바(bar) 형태를 이루며 상기 바(bar) 형태의 화소전극과 이격하여 교대하며 바(bar) 형태를 갖는 공통전극이 구비되며, 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하며 상기 공통전극과 연결된 공통배선이 형성된 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 기판에 구비된 상기 화소전극은 각 화소영역에서 판 형태를 이루며, 상기 화소전극과 중첩하며 절연층을 개재하여 표시영역 전면에 공통전극이 구비되며, 상기 공통전극 또는 화소전극에는 각 화소영역 별로 다수의 바 형태의 개구가 구비된 것이 특징이다.
또한, 상기 패턴드 리타더에는 상기 부분 위상 변조층과 전면 위상 변조층 사이에 점착층이 구비되며, 상기 전면 위상 변조층 외측면에 TAC(Triacetyl Cellulose)층과 보호필름이 더 구비된 것이 특징이다.
그리고, 상기 3D 영상 표시장치는 상하 시야각이 15도 내지 165도 인 것이 특징이다.
본 발명에 따른 3D 영상 표시장치는, 3D 영상 시청을 위한 상하 시야각이 실질적으로 2D 영상 시청을 위한 시야각(15 내지 165도)과 동일한 수순이 되므로 수직 크로스토크는 원천적으로 발생되지 않으므로 3D 영상 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 종래의 3D 표시장치에서와 같이 3D 시청을 위한 상하 시야각 확보를 위해 블랙매트릭스의 폭을 일반적인 2D 시청용 액정표시장치 대비 더 크게 하거나, 또는 패턴드 리타더에 별도의 블랙스트라이프를 형성할 필요가 없으므로 개구율 저하가 없으며, 따라서 이로인해 휘도 특성이 향상되는 효과가 있다.
나아가, 3D 시청을 위해 편광안경을 상기 액정표시장치의 표시영역에 수평한 상태를 유지할 필요없이 일측으로 기울어진 자세 예를들면 누은 자세에서도 우수한 품질의 3D 영상을 시청할 수 있으며, 편광안경의 위치별로 투과율이 급격히 떨어지는 등의 문제를 원천적으로 방지할 수 있는 3D 영상 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 편광안경을 이용한 3D 영상 표시장치를 도시한 도면.
도 2는 종래의 3D 영상 표시장치의 일부에 대한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 제 2 편광판의 외측에 구비되는 패턴드 리타더의 단면 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 각 구성요소를 통과한 상태의 빛의 편광 상태를 나타낸 도면.
이하 도면을 참조하며 본 발명에 따른 3D 영상 구현 시스템의 구성에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치를 도시한 도면이다.
우선, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(100)는 크게 액정패널(112)과 이의 양 외측면에 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)을 구비한 화상을 표시하는 액정표시장치(110)와, 상기 액정표시장치(110)의 제 2 편광판(130) 외측면에 구비된 패턴드 리타더(144)와, 상기 패턴드 리타더(144)를 통과한 우원 편광된 빛과 좌원 편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광안경(150)으로 구성되고 있다.
우선, 상기 액정표시장치(110)는 어레이 기판(115)과, 컬러필터 기판(120)과 이들 두 기판(115, 120) 사이에 개재된 액정층(미도시)으로 이루어지는 액정패널(112)과, 상기 액정패널(112)의 양 외측면에 부착된 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)과, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 1 편광판(125)의 외측면에 백라이트 유닛(미도시)을 포함하여 구성되고 있다.
상기 액정패널(112)에 있어 상기 어레이 기판(115)에는 서로 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하는 게이트 및 데이터 배선(116, 118)이 구비되고 있다.
또한, 각 화소영역(P)에는 상기 게이트 배선(116) 및 데이터 배선(118)과 연결되며 순차 적층된 형태로 게이트 전극(미도시)과 게이트 절연막(미도시)과 반도체층(미도시)과 서로 이격하는 소스 전극(미도시) 및 드레인 전극(미도시)으로 이루어진 박막트랜지스터(Tr)가 구비되고 있다. 이때, 상기 반도체층(미도시)은 순수 비정질 실리콘의 액티브층(미도시)과 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(미도시)의 구성을 이룰 수도 있으며, 또는 단일층 구조를 갖는 산화물 반도체층(미도시)이 될 수도 있다.
그리고, 상기 각 화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(미도시)과 전기적으로 연결되며 판 형태를 갖는 화소전극(119)이 구비되고 있다.
또한, 상기 컬러필터 기판(120)에는 각 화소영역(P)의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(121)와, 각 화소영역(P)에 순차 대응하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴으로 이루어진 컬러필터층(122)과, 상기 컬러필터층(122)을 덮으며 공통전극(미도시)이 전면에 구비되고 있다. 이때, 상기 컬러필터 기판(120)에는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴의 경계 더욱 정확히는 상기 각 화소영역(P)의 경계에는 빛의 투과를 억제하는 블랙매트릭스(121)가 제 1 폭을 가지며 구비되고 있다. 이때, 상기 제 1 폭은 일반적인 2D 시청용의 액정패널에 구비되는 블랙매트릭스와 동일한 폭인 것이 특징이다.
이러한 구성요소를 포함하는 상기 액정패널(112)은 액정표시장치(110)의 구동 모드에 따라 그 내부 구성이 다양하게 변형될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 공통전극(미도시)은 상기 컬러필터 기판(120) 상의 전면에 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 컬러필터 기판(120)의 전면에 구비된 공통전극(미도시)은 상기 컬러필터 기판(120)에서는 생략되고, 상기 어레이 기판(115)의 각 화소영역(P)에 상기 화소전극(119)과 교대하도록 형성될 수도 있다.
이 경우, 상기 어레이 기판(115)에는 상기 게이트 배선(116)과 나란하게 이격하며 공통배선(미도시)이 더욱 구비되며 상기 공통전극(미도시)은 상기 공통배선(미도시)과 전기적으로 연결되며, 상기 각 화소영역(P) 내에서 교대하는 화소전극(미도시)과 공통전극(미도시)은 바(bar) 형태를 이루게 되며 각 화소영역(P) 내에 다수 형성되며, 이러한 구성을 갖는 액정패널은 서로 이웃하여 이격하는 바(bar) 형태의 화소전극(미도시)과 공통전극(미도시) 사이에서 구현되는 횡전계에 의해 구동된다.
또 다른 일례로서, 상기 어레이 기판(115)에 구비되는 상기 공통전극(미도시)은 표시영역 전면에 형성되며, 상기 화소전극(미도시)은 상기 각 화소영역(P) 내에서 판 형태를 이루며 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(미도시)과 연결되며 형성될 수도 있다. 이때, 상기 화소전극(미도시)과 공통전극(미도시)은 절연층(미도시)을 사이에 두고 상기 절연층(미도시)의 하부 및 상부에 형성되며, 상기 공통전극(미도시)과 화소전극(미도시)은 상기 절연층(미도시)의 상부에 형성되는 구성요소는 각 화소영역(P)에 대응하여 바(bar) 형태를 갖는 다수의 개구(미도시)가 구비되는 것이 특징이며, 이러한 구성을 갖는 어레이 기판을 구비한 액정패널은 상하로 위치하는 화소전극(미도시)과 공통전극(미도시)과 이들 두 전극 중 어느 한 전극에 구비되는 다수의 바(bar) 형태의 개구(미도시)에 의해 발생되는 프린지 필드에 의해 구동된다.
설명의 편의를 위해 상기 액정패널(112)에 구비되는 다수의 화소영역(P) 중 동일한 게이트 배선(116)과 연결된 다수의 화소영역(P)을 화소라인(OL, EL)이라 정의하며, 본 발명의 실시예에 있어서는 이러한 다수의 화소라인(OL, EL) 중 3D 영상 구현을 위해 사용자의 좌안으로 인가되는 영상신호는 홀수번째 화소라인(OL)을 통해 표현되고, 사용자의 우안으로 인가되는 영상신호는 짝수번째 화소라인(EL)을 통해 표현되는 것으로 설명한다.
이때, 서로 이웃하는 화소라인(OL, EL) 사이에는 블랙매트릭스(121)가 구비됨으로써 각 화소라인(OL, EL)간의 경계를 이루고 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 홀수번째 화소라인(OL)이 좌안용 영상을 짝수번째 화소라인(EL)이 우안용 영상을 표시하는 것으로 설명하지만, 홀수번째 화소라인(OL)이 우안용 영상을 짝수번째 화소라인(EL)이 좌안용 영상을 표시할 수도 있음은 자명하다 할 것이다.
이러한 구성을 갖는 액정패널(112)에 대해 그 외측면에 그 투과축이 서로 수직 교차하도록 구성된 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)이 각각 구비되며, 상기 제 1 편광판(125)의 외측면에 백라이트 유닛(미도시)이 구비됨으로써 액정표시장치(110)를 이루고 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101)에 있어서 가장 특징적인 구성 중 하나로서, 상기 제 2 편광판(130)의 외측면에는 패턴드 리타더(144)가 구비되고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 제 2 편광판의 외측에 구비되는 패턴드 리타더의 단면 구조를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 패턴드 리타더(144)는 제 2 편광판(130)과 인접한 부분으로부터 순차 적층된 형태를 가지며 복굴절 물질 패턴(141a) 및 투명 패턴(141b)으로 이루어진 부분 위상 변조층(140)과 점착제층(142)과 복굴절 특성을 갖는 리액티브 메소겐 물질로 이루어진 전면 위상 변조층(143)과 TAC층(146) 및 보호필름(147) 이루어지고 있다.
상기 부분 위상 변조층(140)은 그 광축이 상기 제 2 편광판의 투과축과 +45도 또는 -45도의 각도를 가짐으로써 입사되는 빛에 대해 λ/2만큼의 위상을 변경시키는 복굴절 물질 패턴(이하 λ/2 위상변조 패턴(141a)이라 칭함)이 상기 액정패널(112)의 홀수번째 화소라인(OL) 또는 짝수번째 화소라인(EL) 중 어느 하나의 화소라인에 대해서만 스트라이프 형태로 형성(도면에서는 홀수번째 화소라인(OL)에 대해 형성되고 있음)되고 있으며, 나머지 화소라인(도면에 있어서는 짝수번째 화소라인(EL))에 대해서는 스트라이프 타입으로 복굴절 물질로 이루어지지 않고 어떠한 위상 변화를 초래하지 않는 투명한 물질로 이루어진 투명 물질패턴(141b)이 형성되고 있다.
그리고, 상기 패턴드 리타더(144)는 이러한 λ/2 위상변조 패턴(141a)과 투명 물질패턴(141b)으로 이루어지는 부분 위상 변조층(140)의 외측면에는 점착층(142)이 구비되고 있으며, 상기 점착층의 외측면에는 입사되는 빛에 대해 λ/4만큼의 위상을 변조시키는 특성을 갖는 복굴절 물질 예를들면 리액티브 메조겐 등으로 이루어진 전면 위상 변조층(143)이 전면에 구비되고 있는 것이 특징이다. 이때, 상기 λ/4 만큼 위상을 변조시키는 상기 전면 위상 변조층(143)은 상기 패턴드 리타더(144) 전면에 대해 동일한 광축을 갖는 것이 특징이다.
그리고 상기 전면 위상 변조층(143)의 외측면에는 상기 전면 위상 변조층(143)의 변형을 방지하기 위한 TAC(Triacetyl Cellulose)층(146)이 구비되고 있으며, 이의 외측면에는 보호필름(147)이 구비되고 있다. 상기 보호필름(147)은 그 외측면이 표면처리가 되어 빛을 더욱 확산시키거나 또는 집중시키는 역할을 하는 것이다.
이때, 상기 λ/2 위상 변조패턴(141a)은 그 광축이 상기 제 2 편광판(130)의 투과축과 +45도 또는 -45도를 이루도록 형성된 것이 특징이다. 이렇게 상기 λ/2 위상차 패턴(141a)의 광축이 제 2 편광판(130)의 투과축과 +45도 또는 -45도 차이를 갖도록 배치됨으로써 이를 통과한 빛은 λ/2만큼의 위상차를 갖는 직선 편광상태를 유지할 수 있는 것이 특징이다.
따라서, 상기 분분 위상 변조층(140)의 상기 λ/2 위상 변조패턴(141a)을 통과한 빛은 직선 편광된 상태를 갖지만 상기 제 2 편광판(130)의 투과축에 대해 90도 회전한 즉, 수직한 직선편광 상태를 이루게 되며, 상기 분분 위상 변조층(140)의 투명 패턴(141b)을 통과한 빛은 여전히 상기 제 2 편광판을 투과한 상태의 직선편광 상태를 유지하는 것이 특징이다.
한편, 상기 액정표시장치(110)로부터 나온 빛은 제 2 편광판(130)을 투과함으로서 모두 동일한 방향의 직선 편광 상태를 갖는다. 따라서, 좌안영상과 우안영상 어느 한쪽의 편광 성분만을 변환시키면 좌안용 및 우안용 영상을 분리할 수 있다.
그러므로, 상기 패턴드 리타더(140)에 있어 위상차를 발생키는 고분자 물질 패턴 즉, λ/2 위상차 패턴(141a)을 모든 화소라인(OL, EL)에 대응하여 형성할 필요 없이 좌안 또는 우안 영상을 발생시키는 홀소번째 화소라인(OL) 또는 짝수번째 화소라인(El) 중 어느 하나의 화소라인에 대해서만 형성한 것이며, 나머지 하나의 화소라인에 대해서는 위상 변화가 없는 물질로 투명 패턴이 형성된 것이 특징이다.
이때, 이러한 구성을 갖는 부분 위상 변조층(140)의 외측면 전면에 λ/4만큼 위상을 변조시키는 특성을 갖는 전면 위상 변조층(143)이 구비됨으로써 상기 부분 위상 변조층(140)을 투과하여 나온 서로 수직한 방향으로 직선 편광된 상태의 빛을 각각 우원편광 및 좌원편광된 상태로 만들게 된다.
이렇게 서로 수직한 직선편광 상태를 갖는 빛에 대해서 이들 직선 편광된 상태의 빛만을 선택적으로 투과시키는 및 편광필름만을 구비한 편광안경을 포함하는 3D 표시장치의 경우도, 상기 서로 수직한 직선편광 상태를 갖는 빛 선택적으로 투과시키는 평광필름을 통해 각각 사용자의 좌안 및 우안으로 입사시킴으로써 3D 영상을 시청할 수 있지만, 이러한 3D 영상 표시장치의 경우는 편광필름만을 구비한 편광안경을 액정표시장치와 수평한 상태를 반드시 유지해야 하며, 편광안경이 수평한 상태에서 벗어나 일측으로 기울어지게 되면 안경에 구비되는 편광필름의 편광축이 틀어지게 되어 부분 위상 변조층을 통과하여 서로 수직한 직선 편광상태를 갖는 빛을 100% 받아들이지 못하며 따라서 휘도 특성이 급 저하되는 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(100)는 이러한 문제까지도 해결하기 위해 상기 부분 위상 변조층(140) 외측으로 점착층(142)을 개재하여 전면 위상 변조층(143)을 더욱 구비하여 서로 수직한 직선편광 상태를 갖는 빛을 좌원 및 우원 편광상태가 되도록 한 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(100)는 최종적으로 좌원 및 우원 편광상태를 갖는 우안 및 좌안용 영상신호를 각각 사용자의 우안 및 좌안으로 입사시키기 위해 편광안경(150)이 더욱 구비되고 있다.
상기 편광안경(150)에는 좌안 및 우안렌즈(150a, 150b)에 각각 λ/4만큼의 위상을 변조시키는 λ/4 위상필름(152a, 152b)과 서로 수직한 투과축을 갖는 편광필름(154a, 154b)이 구비되고 있는 것이 특징이다.
이때, 상기 편광안경(150)의 좌안 및 우안렌즈(150a, 150b)에 구비되는 상기 λ/4 위상필름(152a, 152b)은 그 광축이 상기 패턴드 리타더(144)의 전면 위상 변조층(143)의 광축과 동일한 광축을 갖는 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(100)는 전술한 구성에 의해 상기 액정표시장(110)치의 홀수번째 및 짝수번째 화소라인(OL, EL)을 통해 상기 패턴드 리타더(144)를 통과하여 나온 우원 편광된 빛과 좌원 편광된 빛은 각각 상기 편광안경(150)의 좌안렌즈(150a)와 우안렌즈(150b)로 입사된다. 이때, 상기 λ/4 위상 필름(152a, 152b)과 서로 수직한 투과축을 갖는 편광필름(154a, 154b)을 구비한 좌안 및 우안렌즈(150a, 150b)는 선택적으로 빛을 투과시키게 됨으로써 최종적으로 편광안경(150)의 좌안렌즈(150a)를 투과하는 빛은 홀수번째 화소라인(OL)으로부터 나온 빛이 되며, 편광안경(150)의 우안렌즈(150b)를 투과하는 빛은 짝수번째 화소라인(EL)으로부터 나온 빛이 되며, 이들 빛이 각각 사용자의 좌안 및 우안으로 입사됨으로써 사용자는 우수한 품질의 3D 영상을 시청할 수 있다.
조금 더 상세히 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치의 각 구성요소를 통과하는 빛의 편광 상태에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 각 구성요소를 통과한 상태의 빛의 편광 상태를 나타낸 도면이다.
도 3과 도 5를 참조하면, 도시한 바와같이, 상기 액정표시장치(110)를 통해서는 최종적으로 제 2 편광판(130)을 통과하게 되므로 상기 제 2 편광판(130)의 투과축과 나란한 제 1 방향의 직선 평광된 상태의 빛이 나오게 된다.
이러한 제 1 방향으로 직선 편광된 상태의 빛은 패턴드 리타더(144)의 부분 위상 변조층(141)을 통과하며 각각 제 1 방향으로 직선 편광된 상태와 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 직선 편광된 상태를 갖게 된다. 즉, 상기 부분 위상변조층(141)을 이루는 구성요소 중 투명 물질패턴(141b)을 통과한 빛은 상기 제 1 방향의 직선 편광된 상태를 유지하고, 상기 λ/2 위상변조 패턴(141a)을 투과하는 빛은 상기 제 2 방향의 직선 편광된 상태를 갖게 된다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2 방향으로 직선 편광된 상태를 갖는 빛은 λ/4만큼의 위상을 변조시키는 상기 패턴드 리타더(144)의 전면 위상 변조층(143)을 각각 투과함으로써 상기 제 1 방향의 직선 편광된 빛은 좌원 편광된 상태가 되고, 상기 제 2 방향의 직선 편광된 빛은 우원 편광된 상태가 된다.
그리고, 이렇게 좌원 및 우원 편광된 빛은 각각 편광안경(150)의 좌안 및 우안렌즈(150a, 150b)로 입사된다. 이때, 상기 편광안경(150)에 구비되는 λ/4만큼의 위상을 변조시키는 동일한 광축을 갖는 λ/4위상필름(152a, 152b)을 지나면서 상기 우원 편광된 빛은 제 1 방향의 직선 편광 상태가 되며, 좌원 편광된 빛은 상기 제 2 방향의 직선 편광된 상태를 이루게 된다.
그리고, 이렇게 각각 제 1 및 제 2 방향의 직선 편광된 상태의 빛은 상기 각 좌안 및 우안렌즈(150a, 150b)에 구비된 서로 수직한 투과축을 갖는 상기 편광필름(154a, 154b)에 도달하게 되며, 좌안렌즈(150a)는 제 1 방향의 투과축을 갖는 편광필름(154a)이 구비됨으로써 최종적으로 제 1 방향의 직선 편광된 빛만을 투과시키고, 우안렌즈(150b)는 제 2 방향의 투과축을 갖는 편광필름(154b)이 구비됨으로써 최종적으로 제 2 방향의 직선 편광된 빛만을 투과시키게 된다.
따라서, 좌원편광된 빛은 좌안렌즈(150a)를 최종적으로 투과하지 못하게 되며 상기 좌안렌즈를 통해서는 우원편광된 빛만이 투과하고, 우원편광된 빛은 우안렌즈를 최종적으로 투과하지 못하게 되며 상기 우원렌즈를 통해서는 좌원편광된 빛만이 통과하게 되므로, 편광안경이 어떠한 위치에 위치하더라도 사용자는 좌안으로는 좌안용 영상만이 우안으로는 우안용 영상이 인가되므로 수직 크로스 토크가 거의 발생하지 않는 우수한 품질의 3D 영상을 시청할 수 있다.
그리고, 상하 시야각은 일반적인 2D 영상 시청용 액정표시장치의 수준인 15도 내지 165도 범위가 되므로 상하 시야각의 제약이 거의 없게 되므로 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(100)는 사용자가 원하는 위치에서 3D 영상을 시청할 수 있는 장점을 갖는다.
나아가 종래의 3D 표시장치에서와 같이 3D 시청을 위한 상하 시야각 확보를 위해 블랙매트릭스(121)의 폭을 일반적인 2D 시청용 액정표시장치 대비 더 크게하거나, 또는 패턴드 리타더(144)에 별도의 블랙스트라이프를 형성할 필요가 없으므로 개구율 저하가 없으며 따라서 이로인해 휘도 특성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
100 : 3D 영상 표시장치 110 : 액정표시장치
115 : 어레이 기판 116 : 게이트 배선
118 : 데이터 배선 119 : 화소전극
120 : 컬러필터 기판 121 : 블랙매트릭스
122 : 컬러필터층 125 : 제 1 편광판
130 : 제 2 편광판 140 : 부분 위상변조층
141a : λ/2 위상 변조패턴 141b : 투명 물질패턴
143 : 전면 위상변조층 144 : 패턴드 리타더
150 : 편광안경 150a : 좌안렌즈
150b : 우안렌즈 152a, 152b : λ/4 위상필름
154a, 154b : 서로 수직한 투과축을 갖는 편광필름
EL : 짝수번째 화소라인 OL : 홀수번째 화소라인
P : 화소영역 Tr : 박막트랜지스터

Claims (13)

  1. 액정패널과, 상기 액정패널의 양 외측면에 각각 서로 수직한 투과축을 가지며 형성된 제 1 및 제 2 편광판을 포함하는 액정표시장치와;
    상기 제 2 편광판 외측면에 구비되며, 스트라이프 형태의 λ/2 위상 변조 패턴과 투명 물질패턴이 교대하며 구비된 부분 위상 변조층과, 상기 부분 위상 변조층 외측면에 λ/4의 위상을 변조하는 전면 위상 변조층을 포함하는 패턴드 리타더와;
    상기 패턴드 리타더를 통해 나온 빛의 상태에 따라 선택적으로 투과 또는 차단시키는 편광안경
    을 포함하는 3D 영상 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 λ/2 위상 변조 패턴은 상기 액정패널의 홀수번째 또는 짝수번째 화소라인 중 선택되는 화소라인에 대응하는 영역에 대응하여 형성되며, 나머지 화소라인에 대응해서는 위상을 변조시키지 않는 상기 투명 물질패턴이 형성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 λ/2 위상 변조 패턴은 그 광축이 상기 제 2 편광판의 투과축과 +45도 또는 -45도의 차이를 갖는 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광안경은 λ/4 위상필름 및 편광필름을 각각 포함하는 좌안 및 우안렌즈가 구비된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌안 및 우안렌즈에 각각 구비되는 상기 λ/4 위상필름은 상기 패턴드 리타더의 전면 위상 변조층의 광축과 나란한 광축을 갖는 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 좌안 및 우안렌즈에 각각 구비되는 상기 편광필름 상기 좌안 및 우안 렌즈에서 각각 서로 수직한 투과축을 갖는 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비된 3D 영상 표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널은,
    서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선이 구비되고, 상기 각 화소영역에 박막트랜지스터 및 이와 연결된 화소전극이 구비된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판과 마주하며 내측면에 각 화소영역의 경계에 구비된 블랙매트릭스와, 각 화소영역에 대응하여 형성된 컬러필터층이 구비된 제 2 기판을 포함하는 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 기판에는 상기 컬러필터층을 덮으며 전면에 공통전극이 구비된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에 구비된 상기 화소전극은 바(bar) 형태를 이루며 상기 바(bar) 형태의 화소전극과 이격하여 교대하며 바(bar) 형태를 갖는 공통전극이 구비되며, 상기 게이트 배선과 나란하게 이격하며 상기 공통전극과 연결된 공통배선이 형성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에 구비된 상기 화소전극은 각 화소영역에서 판 형태를 이루며, 상기 화소전극과 중첩하며 절연층을 개재하여 표시영역 전면에 공통전극이 구비되며, 상기 공통전극 또는 화소전극에는 각 화소영역 별로 다수의 바(bar) 형태의 개구가 구비된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴드 리타더에는 상기 부분 위상 변조층과 전면 위상 변조층 사이에 점착층이 구비되며, 상기 전면 위상 변조층 외측면에 TAC(Triacetyl Cellulose)층과 보호필름이 더 구비된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 영상 표시장치는 상하 시야각이 15도 내지 165도 인 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
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