KR20140006457A - 광학필름, 이를 포함하는 서브 패널, 및 이를 포함하는 입체영상 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일면에 렌티 형상이 형성되는 이방성층, 및 상기 이방성층의 일면상에 형성되는 등방성층을 포함하되, 상기 등방성층의 굴절률과 상기 이방성층의 제1방향 굴절률은 상기 이방성층의 제2방향 굴절률보다 작은 광학필름, 이를 포함하는 서브 패널, 및 이를 포함하는 입체영상 표시장치를 개시한다.

Description

광학필름, 이를 포함하는 서브 패널, 및 이를 포함하는 입체영상 표시장치{OPTICAL FILM, SUB PANNEL AND THREE DIMENSINAOL IMAGE DISPLAY HAVING THE SAME}

본 발명은 2D-3D 스위칭 가능한 입체영상 표시장치용 광학필름에 관한 것이다.

최근 기술의 비약적인 발전에 따라 표시장치에서 형성된 2차원 영상을 3차원 입체 영상으로 변환하는 입체 영상 표시장치에 관한 연구가 활발하다.

일반적으로 3차원 입체 영상은 사람의 두 눈을 통한 양안시차(binocular disparity)의 원리를 이용하여 제조하는 것이 일반적이다.

사람의 두 눈은 일정 정도 떨어져 존재하기 때문에 각각의 눈으로 다른 각도에서 관찰한 영상이 뇌에 입력되는데 이러한 과정을 거쳐 관찰자로 하여금 입체감을 느끼게 하여 공간감을 인식할 수 있게 된다.

이와 같은 3차원 영상을 구현하는 방법 중에서 렌티큘러 렌즈를 이용한 무안경 방식의 구조는 음각 렌티 형상 내에 배향막을 형성한 후 구동형 액정을 주입하여 전계에 따라 2D-3D 스위칭이 가능하도록 구성된다.

그러나 이와 같은 방식은 2D-3D 스위칭을 구현하기 위해서는 전계를 구동하였을 경우 액정의 정상굴절률이 음각렌티의 굴절률과 인덱스 매칭(index matching)이 되어야 하는데, 이때 3D를 구현하기 위해서는 렌티형상의 높이가 지나치게 크게되어 액정 배향 및 공정의 복잡성으로 인한 제조의 어려움과 제조원가가 상승하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 간단한 구조에 의해 2D-3D 스위칭이 가능한 광학필름, 이를 포함하는 서브 패널, 및 이를 포함하는 2D-3D 표시장치를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 광학필름은, 일면에 렌티 형상이 형성되는 이방성층; 및 상기 이방성층의 일면상에 형성되는 등방성층;을 포함하되, 상기 등방성층의 굴절률과 상기 이방성층의 제1방향 굴절률은 상기 이방성층의 제2방향 굴절률보다 작게 형성된다..

본 발명의 일 특징에 따른 광학필름에서, 상기 제1방향 굴절률은 상기 이방성층의 폭방향 굴절률이고, 상기 제2방향 굴절률은 상기 이방성층의 길이방향 굴절률일 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 광학필름에서, 상기 이방성층의 제2방향 굴절률은 상기 등방성층의 굴절률 및 상기 이방성층의 제1방향 굴절률보다 0.1 이상 크게 형성된다.

본 발명의 일 특징에 따른 광학필름에서, 상기 등방성층은 경화된 UV 레진을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 서브 패널은, 메인 패널에서 출력되는 광 정보를 변환하는 스위칭 패널; 상기 스위칭 패널의 상부에 배치되고, 일면에 렌티 형상이 형성되는 이방성층, 및 상기 이방성층의 일면상에 형성되는 등방성층을 포함하는 광학필름을 포함하되, 상기 등방성층의 굴절률과 상기 이방성층의 제1방향 굴절률은 상기 이방성층의 제2방향 굴절률보다 작게 형성된다.

본 발명의 일 특징에 따른 서브 패널에서, 상기 제1방향 굴절률은 상기 이방성층의 폭방향 굴절률이고, 상기 제2방향 굴절률은 상기 이방성층의 길이방향 굴절률일 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 입체영상 표시장치는 전술한 광학 필름 및 서브 패널을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 광학필름 제조방법은, 소정의 두께를 갖는 고분자층을 길이방향으로 연신하여 이방성층을 형성하는 단계; 상기 이방성층의 일면에 렌티 형상을 형성하는 단계; 및 상기 렌티 형상이 형성된 이방성층 상에 등방성층을 형성하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 특징에 따른 광학필름 제조방법에서, 상기 이방성층을 형성하는 단계는, 상기 이방성층의 길이방향 굴절률이 폭방향 굴절률보다 0.1 이상 커지도록 연신할 수 있다.

본 발명에 따르면, 간단한 공정에 의해 2D-3D 스위칭 광학필름을 제조할 수 있어 제작이 용이하며, 필름에 의해 3D를 구현하므로 제조 비용이 절감되며, 연신에 의해 필름의 굴절률을 조절하므로 굴절률 조절이 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 개념도이고,
도 2는 본 발명에 따른 스위칭 패널에 의해 입사되는 광이 변환되는 상태를 보여주는 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 스위칭 패널에 의해 입사되는 광이 변환되지 않고 그대로 출사되는 상태를 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 광학필름을 개략적으로 보여주는 사시도이고,
도 5는 본 발명에 따른 광학필름에 의해 입사되는 광이 굴절되는 상태를 보여주는 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 광학필름에 의해 입사되는 광이 그대로 출사되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학필름의 제조과정을 보여주는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 개념도이다. 도 1을 참고하면 본 발명에 따른 입체영상 표시장치는 메인패널(100)과, 상기 메인패널(100)에서 출사되는 광 정보를 변환하는 서브 패널(300, 400)을 포함한다.

본 실시예에는 표시장치로서 액정표시장치(LCD)를 예시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 영상을 출력하는 플라즈마 표시장치(PDP), 유기발광표시장치(OLED)의 등 다양한 표시장치로 구현될 수 있다.

액정표시장치는 크게 광원 역할을 수행하는 백라이트 유닛(200)과 백라이트 유닛(200)에서 제공된 광을 제어하여 영상을 형성하는 메인패널(100)로 구분된다.

백라이트 유닛(200)은 크게 직하형과 측면형 백라이트가 선택될 수 있으며, 측면형 백라이트는 LED 등의 광원과, 광원에서 출사된 광을 면광원으로 변환하는 도광판, 및 복수의 광학 필름을 포함한다.

메인패널(100)은 TFT 기판(120)과 컬러필터 기판(130) 사이에 메인 액정층(110)이 형성되고, TFT 기판(120)과 컬러필터 기판(130)의 외측면에 각각 하부 편광판(140)과 상부 편광판(150)이 부착된다. 이때, 하부 편광판(140)과 상부 편광판(150)의 편광축은 서로 직교하도록 형성되어 액정 방향에 따라 광을 제어할 수 있도록 구성된다.

메인패널(100)에서 출사되는 광은 상부 편광판(150)을 거쳐 출사되므로, 상부 편광판(150)의 편광축과 동일한 제1편광만이 출사된다. 이하에서는 제1편광을 P파로 정의하고 P파와 편광 방향이 수직인 광을 S파로 정의한다.

서브 패널(300, 400)은 광 정보를 변환하는 스위칭 패널(300), 및 상기 스위칭 패널(300)에서 출사되는 광의 경로를 변경하는 광학필름(400)으로 구성되고, 메인패널(100)에서 출사되는 P파의 광 경로를 변환하여 3D 영상을 구현하거나, 또는 P파를 그대로 출사시켜 2D 영상을 구현한다.

도 2는 본 발명에 따른 스위칭 패널에 의해 입사되는 광이 변환되는 상태를 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 스위칭 패널에 의해 입사되는 광이 변환되지 않고 그대로 출사되는 상태를 보여주는 도면이다.

도 2와 도 3을 참고하면, 스위칭 패널(300)은 메인패널(100)에서 출사된 P파를 그대로 출사시키거나, 또는 S파로 변환하는 역할을 수행한다. 구체적으로 스위칭 패널(300)은 제1전극층(310)과 제2전극층(330)이 이격 배치되고 그 사이에 서브 액정층(320)이 배치된다.

서브 액정층(320)의 액정은 제1전극층(310)과 제2전극층(320)과 수평하게 배향되어 있으므로 액정에 약 45도의 각도로 입사되는 P파는 서브 액정층(320)을 통과하면서 굴절률을 느껴 1/2 파장 위상이 지연되어 S파로 변환된다. 또한, 도 3과 같이 스위치가 턴-온 되어 전압이 인가된 경우에는 제1전극층(310)과 제2전극층(330) 사이의 수직 전계에 의해 액정이 수직하게 배열된다. 따라서 입사되는 P파는 서브 액정층(320)을 통과하면서 굴절률을 느끼지 않아 그대로 출사된다.

즉, 스위칭 패널(300)은 표시장치가 2D영상을 구현하는지 또는 3D영상을 구현하는지에 따라 편광 정보를 변환시킨다. 스위칭 패널(300)을 통해 P파가 그대로 출사되는 경우에는 후술하는 바와 같이 광경로가 변환되어 3D영상이 구현되고, P파가 S파로 변환되는 경우에는 2D 영상이 구현된다.

스위칭 패널(300)의 구성은 P파를 S파로 변환할 수 있는 구성이면 모두 적용가능하다. 본 실시예에서는 전계 인가 방식으로 수직 전계만을 예시하였으나, 수평 전계(IPS) 또는 프린지 전계(FFS)를 인가하는 구성을 취할 수도 있다. 또한, 액정의 종류 및 배열을 변형하여 전압을 인가하지 않는 경우에 P파가 S파로 변환되도록 구성할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 따른 광학필름을 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 광학필름에 의해 입사되는 광이 굴절되는 상태를 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 광학필름에 의해 입사되는 광이 그대로 출사되는 상태를 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 광학필름(400)은 일면에 렌티 형상(R1)이 형성되는 이방성층(410), 및 상기 이방성층(410)의 일면상에 형성되는 등방성층(420)을 포함한다.

이방성층(410)은 소정의 굴절률을 갖는 고분자 필름으로 형성될 수 있고, 구체적으로는 PET, PMMA, 또는 PC 필름이 선택될 수 있다. 이때, 이방성층(410)은 길이방향의 굴절률(n3)과 폭방향 굴절률(n2)이 상이하게 형성된다.

이방성층(410)의 길이방향 굴절률(n3)을 Z축 방향의 굴절률로 정의하고, 폭방향 굴절률(n2)을 X축 방향으로 정의하면, 길이방향의 굴절률(n3)이 폭방향의 굴절률(n2)보다 크게 형성된다. 바람직하게는 길이방향 굴절률(n3)과 폭방향 굴절률(n2) 차가 0.1 이상이 되도록 형성한다.

렌티 형상(R1)은 연신된 이방성층(410)의 일면에 볼록한 반구 또는 반타구 형상으로 형성되며, 입사되는 광을 경로를 변경시켜 관측자의 좌안과 우안에 각각 영상을 입사시킬 수 있도록 소정의 곡률을 갖는다. 구체적으로 각 렌티 형상(R1)의 폭은 메인패널(100)에 배치된 복수 개의 픽셀과 대응되게 제작될 수 있다.

등방성층(420)은 상기 렌티 형상(R1) 위에 소정의 두께로 형성된다. 등방성층(420)은 노출면이 평탄면을 가질 정도로 소정의 두께로 형성될 수 있다. 등방성층(420)이 렌티 형상 위에 얇게 형성되어 렌티 형상과 동일한 곡률을 갖는 경우에는 렌티 형상만이 존재하므로 2D 구현에 있어서 성능이 저하되며, 3D에 있어서도 렌티큘러가 3D 구현에 필요한 굴절률값 또는 곡률반경을 갖지 못해 성능이 저하되는 문제가 있다.

이때, 등방성층(420)은 UV 레진으로 형성될 수 있다. UV 레진으로 형성되는 경우 렌티 형상 위에 도포되어 UV에 의해 경화되므로 등방성층(420)을 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다. 이때, 등방성층(420)의 굴절률(n1)과 이방성층(410)의 폭방향 굴절률(n2)은 재질에 따라서 미세한 굴절률차가 발생할 수 있다. 구체적으로 등방성층(420)의 굴절률과 이방성층(410)의 폭방향 굴절률의 차는 0.01 이하인 것이 바람직하다. 굴절률차가 0.01을 초과하는 경우에는 2D 또는 3D 구현시 화질이 저하되는 문제가 발생한다.

도 5를 참조하면, P파가 입사되는 경우, P파는 이방성층(410)의 길이방향 굴절률(n3)과 등방성층(420)의 굴절률(n1)의 차이를 느끼게 되므로 렌티 형상(R1)에 따라 광경로가 변환된다. 경로가 변환된 영상은 관측자의 좌안과 우안에 각각 입사되므로 관측자는 양안시차에 의해 3D 영상을 관찰하게 된다.

따라서, P파가 길이방향 굴절률(n3)을 느껴서 광경로가 변환될 수 있도록, 메인패널(100)에 배치된 상부 편광판(150)의 편광축 방향과 이방성층(410)의 연신방향(길이방향)은 서로 평행하도록 배치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 스위칭 패널에 의해 P파가 S파로 변환되어 광학필름에 입사되는 경우, S파의 편광방향은 이방성층(410)의 폭방향과 동일하고, 이방성층(410)의 폭방향 굴절률(n2)과 등방성층(420)의 굴절률(n1)은 동일하므로, S파는 광학필름을 통과하면서 굴절률을 느끼지 않게 되므로 광 경로가 변환되지 않아 2D 영상을 구현하게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학필름의 제조과정을 보여주는 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 광학필름(400)의 제조방법은, 소정의 두께를 갖는 고분자층을 길이방향으로 연신하여 이방성층(410)을 형성하는 단계와, 상기 이방성층(410)의 일면에 렌티 형상을 형성하는 단계, 및 상기 렌티 형상이 형성된 이방성층(410) 상에 등방성층(420)을 형성하는 단계를 포함한다.

먼저, 이방성층(410)을 형성하는 단계(S10)는, PET, PMMA, 또는 PC와 같은 투광성 필름을 길이방향으로 연신하여 이방성층(410)을 형성한다. 연신은 고분자층의 길이방향 굴절률(n3)이 폭방향 굴절률(n2)보다 적어도 0.1 이상 커지도록 연신할 수 있다. 즉, 고분자층의 폭방향 굴절률(n2)은 고분자층 자체의 굴절률이며 길이방향의 굴절률은 연신 정도에 따라 조절될 수 있다.

이후, 렌티 형상을 형성하는 단계는(S20), 연신된 이방성층(410)의 일면에 마스터를 가압하여 형성한다. 마스터에는 렌티 형상과 대응되는 오목한 홈 패턴이 다수 형성되어 있으며 열가압하여 고분자층에 용이하게 렌티 형상을 형성(Hot embossing 공정)할 수 있다.

이후, 등방성층(420)을 형성하는 단계는(S30), 렌티 형상이 형성된 이방성층(410) 상에 UV 레진을 도포하여 형성할 수 있다. UV 레진을 이용하는 경우 용이하게 등방성층(420)을 형성할 수 있고 평탄화가 용이한 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 메인 패널 200: 백라이트 유닛
300: 스위칭 패널 400: 광학 필름
410: 이방성층 420: 등방성층

Claims (12)

1. 일면에 렌티 형상이 형성되는 이방성층; 및
   상기 이방성층의 일면상에 형성되는 등방성층;을 포함하되,
   상기 등방성층의 굴절률과 상기 이방성층의 제1방향 굴절률은 상기 이방성층의 제2방향 굴절률보다 작은 광학필름.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1방향 굴절률은 상기 이방성층의 폭방향 굴절률이고, 상기 제2방향 굴절률은 상기 이방성층의 길이방향 굴절률인 광학필름.
3. 제1항에 있어서, 상기 이방성층의 제2방향 굴절률은 상기 등방성층의 굴절률 및 상기 이방성층의 제1방향 굴절률보다 0.1 이상 큰 광학필름.
4. 제1항에 있어서, 상기 등방성층은 경화된 UV 레진을 포함하고, 상기 등방성층의 굴절률과 상기 이방성층의 제1방향 굴절률의 차는 0.01 이하인 광학필름.
5. 메인 패널에서 출력되는 광 정보를 변환하는 스위칭 패널; 및
   상기 스위칭 패널의 상부에 배치되고, 일면에 렌티 형상이 형성되는 이방성층, 및 상기 이방성층의 일면상에 형성되는 등방성층을 포함하는 광학필름을 포함하되,
   상기 등방성층의 굴절률과 상기 이방성층의 제1방향 굴절률은 상기 이방성층의 제2방향 굴절률보다 작은 입체영상 서브 패널.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1방향 굴절률은 상기 이방성층의 폭방향 굴절률이고, 상기 제2방향 굴절률은 상기 이방성층의 길이방향 굴절률인 입체영상 서브 패널.
7. 제5항에 있어서, 상기 이방성층의 제2방향 굴절률은 상기 등방성층의 굴절률 및 상기 이방성층의 제1방향 굴절률보다 0.1 이상 큰 입체영상 서브 패널.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 광학 필름을 포함하는 입체영상 표시장치.
9. 소정의 두께를 갖는 고분자층을 길이방향으로 연신하여 이방성층을 형성하는 단계;
   상기 이방성층의 일면에 렌티 형상을 형성하는 단계; 및
   상기 렌티 형상이 형성된 이방성층 상에 등방성층을 형성하는 단계;를 포함하는 광학필름 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 이방성층을 형성하는 단계는, 상기 이방성층의 길이방향 굴절률이 폭방향 굴절률보다 0.1 이상 커지도록 연신하는 광학필름 제조방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 등방성층을 형성하는 단계는, 상기 이방성층 상에 UV 레진을 도포하여 경화시키는 광학필름 제조방법.
12. 제9항에 있어서, 상기 렌티 형상을 형성하는 단계는, 상기 이방성층의 일면에 상기 렌티 형상과 대응되는 패턴이 형성된 마스터를 열가압하여 형성하는 광학필름 제조방법.

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