KR20140052177A - 3d 영상 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 동일한 하나의 게이트 배선과 연결되는 다수의 화소영역이라 정의되는 화소라인이 다수 구비되며, 액정층을 개재하여 어레이 기판과 컬러필터 기판이 합착된 액정패널과; 상기 액정패널의 양 외측면에 각각 구비된 제 1 및 제 2 편광판과; 상기 제 2 편광판의 외측면에 구비된 패턴드 리타더와; 상기 액정패널의 내부에 구비되며, UV 및 인가되는 전압에 의해 분자의 배열 위치가 가변되는 고분자 물질로 이루어지며, 판 형태를 이루며, 위치별로 굴절율이 달리하며 상기 굴절율을 달리하는 경계가 주기적으로 반복되는 형태를 가짐으로서 일정간격 이격하는 다수의 렌즈를 이루는 것이 특징인 렌즈층을 포함하는 3D 영상 표시장치를 제공한다.

Description

3D 영상 표시장치{3 dimensional stereography image display device}
본 발명은 3D 영상 표시장치에 관한 것으로, 특히 3D 영상 시청을 위한 상하 시야각을 향상시킨 3D 영상 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층으로 구성되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동한다. 액정분자는 분극성질과 광학적 이방성(optical anisotropy)을 갖는데, 분극성질은 액정분자가 전기장 내에 놓일 경우 액정분자내의 전하가 액정분자의 양쪽으로 몰려서 전기장에 따라 분자배열 방향이 변화되는 것을 말하고, 광학적 이방성은 액정분자의 가늘고 긴 구조와 앞서 말한 분자배열 방향에 기인하여 입사광의 입사방향이나 편광상태에 따라 출사광의 경로나 편광상태를 달리 변화시키는 것을 말한다.
이에 따라 액정층은 2개의 전극에 인가되는 전압에 의하여 투과율의 차이를 나타내게 되고 그 차이를 화소별로 달리하여 2D 영상을 표시할 수 있다.
한편, 최근에는 입체성을 가져 더욱 실감있는 영상을 표현하기 위한 즉, 3D 영상 구현이 가능한 액정표시장치에 대한 사용자들의 요구가 증대됨으로써 이에 부응하여 3D 영상 표현이 가능한 액정표시장치가 개발되고 있다.
일반적으로 3D를 표현하는 입체화상은 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 액정표시장치가 제안되었다.
조금 더 상세히 3D 영상 구현에 대해 설명하면, 액정표시장치를 바라보는 좌우의 눈은 각각 서로 다른 2D 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 같은 2D의 화상 표시를 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, 편광안경을 이용한 3D 영상 표시장치가 가장 많이 이용되고 있다.
편광안경을 이용한 3D 영상 구현 시스템은 크게 화상을 표시하는 액정표시장치와, 상기 액정표시장치의 외측면에 부착된 패턴드 리타더와, 상기 액정표시장치로부터 상기 패턴드 리타더를 통과하여 나오는 화상을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 편광안경으로 구성되고 있다.
이러한 구성을 갖는 종래의 3D 영상 표시장치는 3D 영상 시청 가능 영역은 상기 액정표시장치의 중앙부에서의 법선을 기준으로 상하방향으로 ㅁ 13도 정도가 되고 있다.
따라서 사용자는 상기 액정표시장치를 정면을 기준으로 상하방향으로 ㅁ 13도 이상으로 정도를 벗어나서 상기 액정표시장치를 바라보는 경우, 좌안으로 입사되어야 하는 화상 정보 중 일부가 우안으로 입사되고, 우안으로 입사되어야 하는 화상 정보 중 일부가 좌안으로 입사됨으로써 영상 섞임이 발생하여 정상적인 3D 화상 시청이 불가능하거나 또는 3D 영상 품질이 현저히 저하되고 있는 실정이다.
이러한 현상을 3D 수직 크로스토크라 현상이라 칭하고 있다.
각 3D 영상 표시장치 제조사는 3D 영상 시청 가능 영역의 상하 방향으로의 각도를 늘려 3D 영상 시청 범위를 늘리고자 노력하고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 3D 영상 시청을 위한 상하 시야각을 향상시키는 동시에 3D 수직 크로스토크 현상을 저감시킬 수 있는 3D 영상 표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치는, 동일한 하나의 게이트 배선과 연결되는 다수의 화소영역이라 정의되는 화소라인이 다수 구비되며, 액정층을 개재하여 어레이 기판과 컬러필터 기판이 합착된 액정패널과; 상기 액정패널의 양 외측면에 각각 구비된 제 1 및 제 2 편광판과; 상기 제 2 편광판의 외측면에 구비된 패턴드 리타더와; 상기 액정패널의 내부에 구비되며, UV 및 인가되는 전압에 의해 분자의 배열 위치가 가변되는 고분자 물질로 이루어지며, 판 형태를 이루며, 위치별로 굴절율이 달리하며 상기 굴절율을 달리하는 경계가 주기적으로 반복되는 형태를 가짐으로서 일정간격 이격하는 다수의 렌즈를 이루는 것이 특징인 렌즈층을 포함하는 3D 영상 표시장치.
이때, 상기 렌즈는 렌티큘라 렌즈 또는 프레넬 렌즈인 것이 특징이다.
그리고, 상기 컬러필터 기판은 베이스를 이루는 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 기판을 노출시키는 개구 가지며 상기 각 화소영역의 경계에 형성된 블랙매트릭스와, 상기 블랙매트리스 사이로 노출된 상기 제 1 기판 상에 형성된 컬러필터층을 포함한다.
또한, 상기 렌즈층은 상기 제 1 기판과 상기 컬러필터층 사이에 형성된 것이 특징이며, 상기 렌즈층의 상면 및 하면에는 상기 렌즈층과 각각 접촉하며 투명 도전성 물질로 이루어진 제 1 및 제 2 전극층이 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 컬러필터층을 덮으며 전면에 투명한 공통전극 또는 오버코트층이 형성된 것이 특징이며, 상기 렌즈층은 상기 컬러필터층과 상기 공통전극 사이 또는 상기 컬러필터층과 상기 오버코트층 사이에 형성된 것이 특징이다.
그리고, 상기 렌즈간의 경계는 상기 화소라인의 경계에 위치하는 상기 블랙매트릭스와 중첩하도록 위치하는 것이 특징이며, 상기 고분자 물질은 PLLC(polymer localized liquid crystal)인 것이 특징이다.
또한, 상기 패턴드 리타더는 좌원 또는 우원 편광된 빛만을 투과시키는 제 1 위상패턴과 상기 제 1 위상패턴과 반대되는 편광된 빛만을 투과시키는 제 2 위상패턴이 상기 액정패널의 화소라인 단위로 교대하며 형성되며, 상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비된 것이 특징이다.
본 발명에 따른 3D 영상 표시장치는, 액정패널 내부에 화소라인별로 대응되는 다수의 렌티큘라 렌즈 또는 프레넬 렌즈를 구비한 렌즈층을 내재화하여 구성함으로써 컬러필층을 통과한 빛이 굴절되어 화면의 중앙부로 집광되도록 함으로써 최종적으로 시야각 누설 성분의 빛 즉 3D 크로스토크를 유발하는 광은 광경로를 바꿔 정상광으로 재활용됨으로써 화상을 바라보는 정면에서의 휘도 특성을 향상시킴과 동시에 3D 상하 시야각을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치의 일부에 대한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 특징적인 구성을 포함하는 액정패널에 대한 단면도.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 컬러필터 기판의 베이스를 이루는 투명한 제 1 기판 상에 렌즈층을 형성하는 방법을 도시한 제조 공정 단면도.
도 5는 UV 슬릿 스캐닝 노광을 진행하는 단계에서 렌티큘라 렌즈 및 프레넬 렌즈의 역할을 하도록 하기 위한 수단의 하나로서 상기 고분자 물질층에 인가되는 제 2 전압의 크기 변화를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 백라이트 유닛으로부터 나온 빛이 액정패널과 제 1 및 제 2 편광판 및 패턴드 리타더를 통과하는 경로를 나타낸 도면.
이하 도면을 참조하며 본 발명에 따른 3D 영상 구현 시스템의 구성에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치의 일부에 대한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 특징적인 구성을 포함하는 액정패널에 대한 단면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치는 액정패널(112)과 이의 양 외측면에 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)을 구비하여 화상을 표시하는 액정표시장치(110)와, 상기 액정표시장치(110)의 제 2 편광판(130) 외측면에 구비된 패턴드 리타더(140)와, 좌안용과 우안용의 서로 수직한 투과축을 갖도록 배치된 제 1 및 제 2 편광필름(150a, 150b)이 구비된 편광안경(145)으로 구성되고 있다.
우선, 상기 액정표시장치(110)는 어레이 기판(115)과 컬러필터 기판(120)과 이들 두 기판(115, 120) 사이에 개재된 액정층(170)을 포함하는 액정패널(112)과, 상기 액정패널(112)의 외측면에 각각 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)과, 이들 두 배선(116, 118)과 연결되어 각 화소영역(P)에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 구비되고 있으며, 각 화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)와 연결되며 화소전극(119)이 구비되고 있다.
또한, 상기 컬러필터 기판(120)에는 각 화소영역(P)에 순차 반복적으로 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 구비되고 있다.
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(123)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 각 화소영역(P) 내에서 교대하는 화소전극과 공통전극은 바(bar) 형태를 이루게 되며, 이러한 구성을 갖는 액정패널은 서로 이웃하여 이격하는 화소전극과 공통전극 사이의 횡전계에 의해 구동된다.
또 다른 일례로서, 상기 공통전극은 상기 어레이 기판(115)의 표시영역 전면에 각 화소영역에 대응하여 바(bar) 형태의 개구를 갖는 형태로 형성될 수 있으며, 이 경우 화소전극은 상기 각 화소영역 내에서 판 형태를 이루며, 이러한 구성을 갖는 액정패널은 상하로 위치하는 화소전극과 다수의 바(bar) 형태의 개구를 갖는 공통전극에 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 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.
이러한 구성을 갖는 액정표시장치(110)에 있어서, 본 발명의 실시예의 가장 특징적인 구성으로서 판 형태를 갖는 렌즈층(260)이 상기 액정패널(112) 내부에 더욱 구비되고 있다. 즉, 전술한 구성을 갖는 액정패널(112)의 내부 바람직하게는 상기 컬러필터 기판의 내측면에 판형태를 갖는 렌즈층(260)이 더욱 구비되고 있는 것이 특징이다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101)에 있어 가장 특징적인 구성인 렌즈층(260)을 구비한 상기 컬러필터 기판(120)의 구성에 대해 조금 더 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101)에 구비되고 있는 컬러필터 기판(120)은 베이스를 이루는 투명한 제 1 기판(185)과, 이의 상부(여기서 상부는 상기 베이스를 이루는 투명한 제 1 기판(185)의 내측면을 기준으로 한 것으로 상기 내측면 상에 형성되는 구성요소를 상부에 위치하고 있다고 표현함)로 각 화소영역(P)의 경계에 구비된 블랙매트릭스(121)와, 각 화소영역(P) 별로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴(R, G, B)이 순차 반복되는 컬러필터층(122)과, 상기 컬러필터층(122) 상부로 투명한 공통전극(123)이 구비되고 있다. 이때, 상기 투명한 공통전극(123)은 어레이 기판(115)의 구성에 따라 상기 어레이 기판(115)의 베이스를 이루는 투명한 제 2 기판(181) 상에 형성될 수도 있으며, 이 경우 컬러필터 기판(120)에서는 생략된다.
이때, 본 발명의 실시예의 특징적인 구성은 컬러필터 기판(120)에 있어 베이스를 이루는 투명한 상기 제 1 기판(185)과 블랙매트릭스(121) 및 컬러필터층(122) 사이에 판형태의 렌즈층(260)이 구비되고 있는 것이다.
즉, 상기 컬러필터 기판(120)의 내측면 즉 상기 베이스를 이루는 투명한 상기 제 1 기판(185) 상에는 판 형태를 가지며 광학 상 더욱 정확히는 굴절율의 차이에 의해 그 경계의 형태가 반타원형인 렌티큘라 렌즈 또는 다수의 단차진 호의 구성을 갖는 형태의 프레넬 렌즈의 역할을 하는 다수의 렌즈(250)가 구비된 렌즈층(260)이 구비되고 있으며, 상기 블랙매트릭스(121)와 상기 컬러필터층(122)은 상기 렌즈층(260) 상에 형성되고 있는 것이 특징이다.
이러한 렌즈층(260)에 구비되는 다수의 렌즈(250)는 각 화소라인(OL, EL)에 대응하여 렌티큘러 또는 프레넬 렌즈로서의 역할을 하지만, 이러한 다수의 렌즈(250)를 구비한 상기 렌즈층(260)은 실질적으로 그 단면 형태가 반타원형인 렌티큘라 렌즈 혹은 다수의 단차를 갖는 호 형태의 프레넬 렌즈 형태를 갖는 것이 아니라 동일한 두께의 평판 형태를 이루는 것이 특징이다.
즉, 상기 렌즈층(260)은 컬러필터 기판(120) 상에서는 위치별 두께 차이가 없는 판형태를 이루지만, 상기 렌즈층(260) 자체의 내부에선 굴절율 차이를 갖는 경계가 형성되며, 상기 굴절율 차이를 갖는 경계가 주기적으로 반복하는 렌티큘라 렌즈 형태 또는 프레넬 렌즈 형태를 이루고 있으며, 상기 렌즈층(260) 내부로 빛이 입사되는 경우 굴절율 차이를 갖는 경계에 의해 실질적으로 렌티큘라 또는 프레넬 렌즈로서의 역할을 하는 것이 특징이다.
이때, 각 렌티큘라 렌즌 또는 프레넬 렌즈로서의 역할을 하는 각 부분은 각 화소라인(ㅒOL, EL)에 대응되도록 형성되고 있는 것이 특징이며, 이러한 각 렌즈(250)의 경계는 상기 렌즈층(260) 상부에 형성되는 블랙매트릭스(121) 더욱 정확히는 게이트 배선(116)과 중첩되는 블랙매트릭스(121)와 중첩되도록 배치되는 것이 특징이다.
이때, 이러한 구성을 갖는 렌즈층(260) 자체의 제 1 외측면(제 1 기판(185)과 인접하는 면)과 제 2 외측면(컬러필터층(122)과 인접하는 면)에는 각각 투명한 도전성 물질로 이루어진 제 1 전극층(213)과 제 2 전극층(225)이 더욱 형성되고 있는 것이 특징이다.
따라서, 도면(도 3 참조)에서는 액정층(170)을 기준으로 이의 상부에는 공통전극(123)이 구비되며, 상기 공통전극(123) 상부로 컬러필터층(122)과 블랙매트릭스(121)가 구비되며, 상기 컬러필터층(122)과 블랙매트릭스(121) 상부로 순차적으로 제 2 전극층(225)과 렌즈층(260)과 제 1 전극층(213)이 구비되며, 상기 제 1 전극층(213)과 접촉하며 컬러필터 기판(120)의 베이스를 이루는 투명한 제 1 기판(185)이 위치하는 구성을 이루는 것을 일례로 보이고 있다.
이때, 상기 렌즈층(260)의 상부 및 하부 즉 제 1 및 제 2 외측면에 상기 제 1 및 제 2 전극층(213, 225)을 형성한 것은 상기 렌즈층(260) 내에 굴절율 차이를 갖도록 하여 렌티큘라 또는 프레넬 렌즈의 역할을 하는 다수의 렌즈를 형성하기 위한 전압을 인가하기 시킬 수 있는 구성을 이루기 위함이다.
한편, 상기 렌즈층(260)은 특정 조건에서 배향성 부여가 가능한 고분자 물질 예를들면 PLLC(polymer localized liquid crystal)를 코팅장치 예를 들면 바(bar) 코팅장치 또는 슬릿(slit) 코팅장치를 이용하여 코팅함으로써 일정한 두께를 갖는 판 형태의 고분자 물질층을 이룬 상태에서 특정 조건 하에서 상기 고분자 물질층 내부의 분자 배열상태를 변경시킴으로써 굴절율 차이의 경계의 형태가 렌티큘라 또는 프레넬 렌즈 형상을 이루도록 하여 다수의 렌즈를 구현한 것이다.
상기 렌즈층의 형성방법에 대해 조금 더 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 컬러필터 기판의 베이스를 이루는 투명한 제 1 기판 상에 렌즈층을 형성하는 방법을 도시한 제조 공정 단면도이다.
도 4a에 도시한 바와같이, 제 1 기판(185) 상에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 전면에 증착하여 제 1 전극층(213)을 형성한다.
이후, 도 3b에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극층(313) 위로 고분자 물질 예를들면 PLLC(polymer localized liquid crystal)를 코팅장치 예를 들면 바(bar) 코팅장치, 스핀(spin) 코팅장치, 슬릿(slit) 코팅장치 중 어느 하나를 이용하여 코팅함으로써 고분자 물질층(220)을 형성한다.
다음, 도 4c에 도시한 바와같이, 상기 고분자 물질층(220) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 상기 제 2 기판(185) 전면에 증착하여 제 2 전극층(225)을 형성한다.
다음, 도 4d에 도시한 바와같이, 상기 제 2 전극층(225) 위로 상기 고분자 물질층(220) 내부에 구비되는 액정 분자의 초기 정렬을 위해 상기 고분자 물질층(220)에 전체에 대해 상기 제 1 전극층(213)과 상기 제 2 전극층(225)에 대해 전원을 인가하여 전압차를 갖도록 함으로써 상기 제 1 및 제 2 전극층(213, 225) 사이에 개재된 상기 고분자 물질층(220)에 제 1 전압을 인가한다.
이때, 상기 제 1 전압은 상기 고분자 물질층(220) 내의 액정 분자가 빠른 시간 내에 일 방향으로 초기 배열을 할 수 있도록 200V 내지 400V 정도의 크기가 되는 것이 바람직하다.
다음, 도 4e 및 도 4f에 도시한 바와같이, 상기 고분자 물질층(220)에 제 1 전압 인가에 의해 그 내부의 액정 분자들이 일 방향으로 초기 배열된 상태의 상기 고분자 물질층(220)에 대해 상기 제 2 전극층(225) 위로 빛의 투과영역(TA)과 차단영역(BA)이 구비되며 상기 투과영역(TA)이 슬릿 형태를 가지며 일 방향으로 이동할 수 있는 스캔 타입의 슬릿 마스크(290)를 위치시킨다.
이후 상기 슬릿 마스크(290) 상부에서 UV광을 조사함과 동시에 상기 UV광의 에너지 밀도를 변화시키며 상기 슬릿 마스크(290)를 일 방향으로 이동시킴으로서 상기 고분자 물질층(220)의 위치별로 에너지 밀도에 차이를 갖는 UV 슬릿 스캐닝 노광을 실시한다.
그리고, 상기 UV 슬릿 스캐닝 노광을 실시하는 동시에 상기 제 1 및 제 2 전극층(213, 225)에 전원을 인가하여 전압차를 갖도록 함으로써 상기 고분자 물질층(220)에 상기 제 1 전압보다 작은 크기를 갖는 제 2 전압을 인가한다. 이때, 상기 제 2 전압은 0V 내지 180V의 범위 내의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
이렇게 상기 고분자 물질층(220)에 대해 소정의 에너지 밀도를 갖는 UV광과 제 2 전압을 인가하게 되면, 상기 고분자 물질층(220) 내부에 위치하는 일방향으로 초기 배열된 액정분자의 위치 상태 더욱 정확히는 상기 액정 분자의 틸트(tilt) 각도를 바꿀 수 있으며, 상기 고분자 물질층(220)의 평면 상의 위치별로 액정 분자의 배열된 위치를 바꾸게 되면, 상기 고분자 물질층(220)을 통과하는 빛의 광학 상(optical phase)을 달리하게 됨으로써 입사되는 빛을 굴절시키는 렌즈로서의 역할을 하게 된다.
도 5는 UV 슬릿 스캐닝 노광을 진행하는 단계에서 렌티큘라 렌즈 및 프레넬 렌즈의 역할을 하도록 하기 위한 수단의 하나로서 상기 고분자 물질층에 인가되는 제 2 전압의 크기 변화를 나타낸 그래프이다. 하나의 피크치를 갖는 그래프는 렌티큘라 렌즈 형성을 위한 제 2 전압 크기 변화를 나타낸 것이고 3개의 피크치를 갖는 그래프는 프레넬 렌즈 형성을 위한 제 2 전압 크기 변화를 나타낸 것이다.
도 4e와 도 4f 및 도 5를 참조하면, 우선, 렌티큘라 렌즈를 구현하는 경우는, 상기 UV 슬릿 스캐닝 노광 시 슬릿을 통해 UV광이 조사되는 부분의 최초 제 1 지점에서 직선 상에 위치하는 제 2 지점까지 일정 속도를 UV광의 조사를 실시하며 슬릿 마스크(290)를 이동하는 과정에서 상기 고분자 물질층(220)에 인가되는 제 2 전압을 150V에서 OV, 상기 OV에서 150V로 점진적으로 변화시키게 되면, 액정분자의 배열 위치 더욱 정확히는 틸트각이 바뀌어 배치됨으로서 최종적으로 상기 고분자 물질층(220) 내의 굴절율이 바뀌게 된다.
따라서 상기 OV가 인가된 부분이 제 1 굴절율을 갖는다 가정할 경우, 상기 0V가 인가된 부분을 기준으로 상기 제 1 굴절율이 대칭성을 가지며 점진적으로 상기 제 1 굴절율을 기준으로 커지거나 또는 작아지게 됨으로써 최종적으로 그 단면 형태 상으로 굴절율의 변화는 렌티큘라 렌즈 형태(반타원형 형태)를 이루게 된다.
한편, 프레넬 렌즈를 구현하는 경우는, 일례로 UV 슬릿 스캐닝 노광을 진행함에 있어 상기 고분자 물질층(220)에 상기 UV 슬릿의 최초 위치에서 제 2 전압으로 일례로 150V를 인가하고 상기 슬릿 마스크(290)를 일 방향으로 이동시키는 동시에 점진적으로 상기 고분자 물질층(220)에 인가되는 전압을 90V까지 급격히 150V가 되도록 하는 1차 단계를 진행한다.
이후, 상기 1차 제 2 전압 인가를 마친 상태 즉, 상기 150V가 인가된 후에는 상기 90V보다 낮은 50V까지 점진적으로 줄이고, 상기 50V가 인가된 기점으로 다시 150V가 되도록 점진적으로 인가되는 제 2 전압 크기를 늘리는 2차 제 2 전압 인가단계를 진행하다.
다음, 상기 150V의 전압이 인가된 상태에서 급격히 90V로 제 2 전압을 변화시키고 이후 점진적으로 150V까지 제 2 전압 크기를 늘리면 3개의 피크치를 가져 단차를 갖는 호 형태의 단면 형태를 갖는 프레넬 렌즈의 형태로 굴절율 차이를 느끼게 됨으로써 상기 고분자 물질층(220)은 프레넬 렌즈로서의 역할을 하게 된다.
이때, 상기 프레넬 렌즈의 역할을 하는 고분자 물질층(220)에 인가되는 제 2 전압은 피크치로서 90V 및 50V를 이용한 것을 일례로 보이고 있지만, 그 크기는 다양하게 변화될 수 있음은 자명하다.
한편, 전술한 방법에 의해 제조되는 렌즈층(260)은 상기 베이스를 이루는 투명한 제 1 기판(185) 상부에 형성됨으로써 상기 제 2 전압 크기 변화에 비례하여 실질적인 굴절율 차이를 나타낸 경계선이 렌티큘라 렌즈 또는 프레넬 렌즈의 형태를 이루지만, 상기 제 2 전압 인가를 완전히 반대로 하여 인가하게 되면, 상기 제 2 기판(185)에서 상기 렌티큘라 렌즈 또는 프레넬 렌즈 형태가 상기 베이스를 이루는 제 1 기판(185) 면을 기준으로 선대칭 한 형태를 이루도록 할 수도 있다.
이 경우, 상기 렌즈층(260)이 형성된 부분을 어레이 기판(도 3의 115)과 마주하도록 위치시키면 어레이 기판(도 3의 115)면을 기준으로 상기 렌즈층(260)은 정상적인 렌티큘라 렌즈 또는 프레넬 렌즈 형태가 된다.
한편, 도 1, 2, 3을 참조하면, 이렇게 본 발명의 실시예에 있어서, 컬러필터 기판(120)의 내측면에 렌즈층(260)을 형성한 것은 상기 액정패널(112) 외측면에 위치하는 패턴드 리타더(140)로 입사되는 빛의 각도가 조절되어 최종적으로 3D 영상 표시장치(101)의 3D 영상 시청 가능 시야각 범위를 향상시키기 위함이다.
한편, 이러한 구성을 갖는 컬러필터 기판(120)과 어레이 기판(115) 사이에는 액정층(170)이 개재되고 있으며, 상기 어레이 기판(115) 및 컬러필터 기판(120)의 외측면에는 상기 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)이 구비되고 있다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)은 그 투과축이 서로 수직 교차하도록 구성되고 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 컬러필터 기판(120)의 외측면에 부착된 상기 제 2 편광판(130)의 외측면에 구비된 상기 패턴드 리타더(140)에는 가로방향으로 홀수번째 화소라인(OL)에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 이들 화소영역(P)으로부터 상기 제 2 편광판(130)을 통해 나온 빛을 우원편광 상태가 되도록 하며, 짝수번째 화소라인(EL)에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 좌원편광 상태가 되도록 하는 역할을 하도록 베이스를 이루는 투명한 TAC 필름(미도시) 상에 그 내부적으로 위상을 변경시키는 복굴절 물질로 이루어지며 화소라인(OL, EL)별로 교대하여 서로 다른 방향성을 갖는 제 1 및 제 2 위상패턴(141a, 141b)이 형성되고 있다. 이때, 빛을 좌원편광 또는 우원편광된 상태가 되도록 하는 상기 패턴드 리타더(140)는 일례로 λ/4 위상 차이를 발현시키는 것이 특징이다.
이렇게 λ/4의 위상차가 발생하도록 하는 패턴드 리타더(140)에 있어 그 광축은 상기 액정표시장치(110)에 구비된 제 2 편광판(130)의 투과축에 대해 각각 +45도와 -45도를 이룬다.
따라서, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101)에 있어 상기 액정표시장치(110)는 상기 패턴드 리타더(140)를 통과한 후에는 홀수번째의 화소라인(OL)에 위치하는 화소영역(P)으로부터는 우원편광 된 상태의 빛이 나오고, 짝수번째의 화소라인(EL)에 위치하는 화소영역(P)으로부터는 좌원편광된 상태의 빛이 나오게 된다.
이때, 상기 액정표시장치(110)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 가능하도록 하는 표시장치를 이루게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101)에 있어 또 다른 특징적인 것으로, 상기 패턴드 리타더(140)의 외측면에는 선택적으로 확산필름(270)이 더욱 부착 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101) 특성 상, 액정패널(112) 내부에 렌즈층(260)이 구비되고 있으며, 이러한 렌즈층(260)은 실질적으로 입사되는 빛을 굴절시켜 표시영역의 정면을 향하도록 집광기능을 가지므로, 최종적으로 패턴드 리타더(140)를 통과한 빛에 대해서는 더 이상 영상 섞임 등이 발생되지 않으므로 화면 전체의 고른 휘도 특성을 부여하고자 상기 확산필름(270)을 더욱 구비한 것이다.
한편, 전술한 구성을 갖는 패턴드 리타더(140) 및 확산필름(270)이 부착 구비된 액정표시장치(110)와 하나의 세트를 이루는 편광안경(145)은, 투명한 유리재질로 이루어진 통상적인 안경에 제 1 및 제 2 편광필름(150a, 150b)과 λ/4 위상차 필름(미도시)이 부착된 것이 특징이다.
이때, 사용자가 상기 편광안경(145) 착용 시 사용자의 좌안에 대응되는 좌안용 렌즈(145a)에는 원편광된 빛을 직선편광으로 바꾸는 역할을 하는 λ/4 위상필름(미도시)과 제 1 편광필름(150a)이 부착되어 있고, 우안용 렌즈(145b)에는 원편광된 빛을 선택적으로 직선편광으로 바꾸는 역할을 하는 λ/4 위상필름(미도시)과 편광필름(150b)이 부착되고 있다.
따라서, 사용자가 이러한 구성을 갖는 편광안경(145)을 착용하고, 화소라인별(OL, EL)로 교대하여 좌안용 및 우안용 화상 데이터가 인가되고 서로 다른 원편광 상태를 갖는 화상을 표시하는 액정표시장치(110)를 통해 화상을 시청하는 경우, 좌안용 렌즈(145a)를 통해서는 좌안용 영상이, 우안용 렌즈(145b)를 통해서는 우안용 영상이 입사되므로 이들 두 화상의 합성에 의해 사용자는 3D 화상을 시청할 수 있게 된다.
한편, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101)는 상기 액정표시장치(110)를 바라보는 사용자의 3D 영상 시청 가능 범위가 종래 대비 확장된 것이 특징이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치에 있어 백라이트 유닛으로부터 나온 빛이 액정패널과 제 1 및 제 2 편광판 및 패턴드 리타더를 통과하는 경로를 나타낸 도면이다.
종래의 3D 영상 표시장치의 경우, 3D 영상을 시청할 수 있는 범위가 상기 액정표시장치의 표시영역 중앙부의 법선을 기준으로 상하 방향으로 ㅁ13도 정도가 되지만, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상표시장치(101)의 경우, 다수의 렌티큘라 렌즈(250) 또는 프레넬 렌즈를 구비한 렌즈층(260)이 구비되어 3D 영상 시청을 위한 상하 시야각이 향상되는 것이 특징이다.
즉, 백라이트 유닛으로 나온 빛 중 일부는 확산되어 상기 액정패널(112)의 표면에서 법선을 기준으로 소정의 각도를 가지며 액정패널(112)로 입사되며, 이 경우 홀수번째 화소라인을 통과한 빛은 패턴트 리타더(140)의 제 1 위상패턴(141a)으로 입사되지 못하고 제 2 위상패턴(141b)으로 입사되어 누설광이 됨으로서 3D 수직 크로스토크를 발생시키는 빛이 된다.
하지만, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101)는 상기 소정의 각도를 가지며 입사된 빛이 홀수번째 화소라인(OL)을 통과한 후 상기 렌즈층(260)을 통과함에 의해 굴절되어 정상적으로 패턴드 리타더(140)의 제 1 위상패턴(141a)으로 입사됨으로서 정상적인 화상 정보를 사용자의 눈으로 전달시키게 된다.
따라서, 이러한 렌즈층(260)의 작용에 의해 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101)는 상기 표시화면의 정면으로 나오는 법선을 기준으로 소정의 각도를 갖는 빛이 입사되더라도 상기 렌즈층(260)에 구비된 렌즈(250)에 의해 패턴드 리타더(140)의 제 1 및 제 2 위상패턴(141a, 141b)으로 정상적으로 입사되도록 하는 역할을 수행하게 되므로 기준치(10% 이하의 크로스토크 발생 화상은 정상 3D 화상이 됨) 이하의 3D 수직 크로스토크를 발생시키는 상하 시야각 범위가 확대되며, 표시영역 중앙부의 법선을 기준으로 상하 방향으로 ㅁ45도의 상하 시야각 범위에서도 우수한 3D 시청이 가능하다.
한편, 도 1,2,3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시장치(101)는 상기 렌즈층(260)이 컬러필터 기판(120)의 베이스를 이루는 투명한 제 1 기판(185)과 컬러필터층(122) 사이에 형성됨을 일례로 보이고 있지만, 변형예로서 상기 렌즈층(260)은 상기 컬러필터층(122)과 공통전극(또는 오버코트층) 사이에 구비되도록 형성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
101 : 3D 영상 표시장치
110 : 액정표시장치
112 : 액정패널
121 : 블랙매트릭스
122 : 컬러필터층
125, 130 : 제 1 및 제 편광판
140 : 패턴드 리타더
141a, 141b : 제 1 및 제 2 위상패턴
145 : 편광안경
145a : 좌안렌즈
145b : 우안렌즈
150a, 150b : 제 1 및 제 2 편광필름
181 : 투명한 제 2 기판
185 : 투명한 제 1 기판
EL: 짝수번째 화소라인
OL : 홀수번째 화소라인

Claims (11)

  1. 동일한 하나의 게이트 배선과 연결되는 다수의 화소영역이라 정의되는 화소라인이 다수 구비되며, 액정층을 개재하여 어레이 기판과 컬러필터 기판이 합착된 액정패널과;
    상기 액정패널의 양 외측면에 각각 구비된 제 1 및 제 2 편광판과;
    상기 제 2 편광판의 외측면에 구비된 패턴드 리타더와;
    상기 액정패널의 내부에 구비되며, UV 및 인가되는 전압에 의해 분자의 배열 위치가 가변되는 고분자 물질로 이루어지며, 판 형태를 이루며, 위치별로 굴절율이 달리하며 상기 굴절율을 달리하는 경계가 주기적으로 반복되는 형태를 가짐으로서 일정간격 이격하는 다수의 렌즈를 이루는 것이 특징인 렌즈층
    를 포함하는 3D 영상 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 렌티큘라 렌즈 또는 프레넬 렌즈인 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컬러필터 기판은 베이스를 이루는 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 상기 각 화소영역에 대응하여 상기 제 1 기판을 노출시키는 개구 가지며 상기 각 화소영역의 경계에 형성된 블랙매트릭스와, 상기 블랙매트리스 사이로 노출된 상기 제 1 기판 상에 형성된 컬러필터층을 포함하는 3D 영상 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 렌즈층은 상기 제 1 기판과 상기 컬러필터층 사이에 형성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈층의 상면 및 하면에는 상기 렌즈층과 각각 접촉하며 투명 도전성 물질로 이루어진 제 1 및 제 2 전극층이 형성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 컬러필터층을 덮으며 전면에 투명한 공통전극 또는 오버코트층이 형성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 렌즈층은 상기 컬러필터층과 상기 공통전극 사이 또는 상기 컬러필터층과 상기 오버코트층 사이에 형성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 렌즈간의 경계는 상기 화소라인의 경계에 위치하는 상기 블랙매트릭스와 중첩하도록 위치하는 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 PLLC(polymer localized liquid crystal)인 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴드 리타더는 좌원 또는 우원 편광된 빛만을 투과시키는 제 1 위상패턴과 상기 제 1 위상패턴과 반대되는 편광된 빛만을 투과시키는 제 2 위상패턴이 상기 액정패널의 화소라인 단위로 교대하며 형성된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비된 것이 특징인 3D 영상 표시장치.
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