KR20140052218A - 하이브리드 입체 영상 표시장치 - Google Patents

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 패턴드 리타더 외측면에 구비되며, 판 형태를 갖는 제 1 전극층과 고분자 물질층 및 제 2 전극층으로 이루어지며, 상기 고분자 물질층은 상기 고분자 물질층 내부에서 다수의 굴절율 차이를 갖는 경계가 주기적으로 형성되며, 상기 굴절율 차이에 의한 경계 각각은 그 형태가 렌티큘라 렌즈 형상을 이루며, 상기 제 1 및 제 2 전극층을 통해 전압이 인가되는 경우 주기적인 상기 굴절율 경계가 사라지는 특성을 가져 안경방식 또는 무안경 방식의 3D 영상 구현이 가능한 특징으로 갖는 하이브리드 3D 영상 표시장치를 제공한다.

Description

하이브리드 입체 영상 표시장치{Hybrid 3 dimensional stereography image display device}

본 발명은 3D 영상 표시장치에 관한 것으로, 특히 안경방식과 무안경 방식을 모두 적용할 수 있는 하이브리드 3D 영상 표시장치에 관한 것이다.

근래들어 입체성을 가져 더욱 실감있는 영상을 표현하기 위한 즉, 3D 영상 구현이 가능한 표시장치에 대한 사용자들의 요구가 증대됨으로써 이에 부응하여 3D 영상 표현이 가능한 표시장치가 제품화되고 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 표시장치가 제안되었다.

조금 더 상세히 3D 영상 구현에 대해 설명하면, 표시장치를 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 화상을 표시하기 위해 제시된 기술로는 특수 안경에 의한 입체화상 디스플레이, 무안경식 입체화상 디스플레이 및 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 방식이 있다.

이중 특수 안경에 의한 3D 화상 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.

이러한 다양한 3D 영상 시청을 위한 다양한 3D 영상 표시장치에 있어서 특수 안경 방식의 3D 영상 표시장치는 반드시 편광안경이나 시분할안경을 필요로 하고 있으며, 무안경 방식의 경우 특수안경 없이 3D 영상 시청이 가능하다는 장점을 갖지만, 3D 영상 시청 범위를 증가시키기 위해 다중 시역을 구현해야 하므로 다중 시역의 개수가 3 이상 즉 3개의 뷰 영역보다 큰 뷰 영역을 갖는 경우 안경방식의 해상보다 떨어지는 문제가 발생하고 있다.

한편, 근래들어 사용자의 취향에 의해 어떤 사용자는 좀더 3D 화질이 우수한 안경방식을 선호하며, 어떤 사용자는 3D 화질이 조금 저하되더라도 안경없이 3D 영상을 시청하는 것을 선호하고 있다.

또한, 동일한 사용자라 하더라도 3D 화상 소스별 또는 그날의 상태에 따라 어떤 때에는 무안경 방식으로 3D 영상을 시청하고 싶고 어떤 때에는 안경방식으로 3D 영상을 시청하기를 원하고 있다.

하지만, 현재 제품화되어 시판되고 있는 3D 영상 표시장치는 안경방식과 무안경방식으로 이분화되어 있어 사용자는 안경방식 또는 무안경 방식 중 어느 하나의 방식을 적용한 3D 영상 표시장치만을 선택하여야 하므로 사용자의 취향을 고려한 3D 영상 표시장치의 선택의 폭이 작아 3D 영상 표시장치의 소비 확대에 문제가 되고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 사용작의 취향을 고려하여 선택적으로 안경방식과 무안경 반식의 3D 영상 시청이 가능한 하이브리드 3D 영상 표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 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 패턴드 리타더 외측면에 구비되며, 판 형태를 갖는 제 1 전극층과 고분자 물질층 및 제 2 전극층으로 이루어지며, 상기 고분자 물질층은 상기 고분자 물질층 내부에서 다수의 굴절율 차이를 갖는 경계가 주기적으로 형성되며, 상기 굴절율 차이에 의한 경계 각각은 그 형태가 렌티큘라 렌즈 형상을 이루며, 상기 제 1 및 제 2 전극층을 통해 전압이 인가되는 경우 주기적인 상기 굴절율 경계가 사라지는 특성을 가져 안경방식 또는 무안경 방식의 3D 영상 구현이 가능한 것이 특징이다.

이때, 상기 고분자 물질층은 액정분자를 포함하는 고분자 물질인 PLLC(polymer localized liquid crystal)로 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 컬러필터 기판에는 상기 화소라인의 경계에 대응하여 블랙매트릭스가 형성되며, 상기 굴절율 차이게 의한 경계는 상기 화소라인의 경계에 위치하는 상기 블랙매트릭스와 중첩하도록 위치하는 것이 특징이다.

그리고, 상기 패턴드 리타더는 직선편광된 빛을 좌원 또는 우원 편광된 빛으로 변경시키는 제 1 위상패턴과 상기 제 1 위상패턴과 반대되는 원편광된 상태를 만드는 제 2 위상패턴이 상기 액정패널의 화소라인 단위로 교대하며 형성된 것이 특징이다.

또한, 상기 하이브리드 3D 영상 표시장치는 제 1 위상필름과 이와 수직한 광축을 갖는 제 2 위상필름이 각각 구비된 좌안렌즈와 우안렌즈로 구성되며, 상기 좌안 및 우안렌즈에는 동일한 방향의 투과축을 갖는 제 1 및 제 2 편광필름이 구비된 편광안경을 포함하며, 이때, 상기 하이브리드 3D 영상 표시장치는 안경방식으로 동작하는 경우 상기 가변 렌즈층의 제 1 및 제 2 전극층에 전원을 인가하여 상기 고분자 물질층에 소정의 전압이 인가됨으로서 주기적인 굴절율 차이로 인한 경계를 제거하고, 무안경 방식으로 동작하는 경우 상기 가변 렌즈층의 상기 제 1 및 제 2 전극층에 전원을 인가하지 않아 상기 고분자 물질층 내부에 주기적인 굴절율 차이로 인한 경계가 유지되도록 하는 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비된 것이 특징이다.

본 발명에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치는 사용자가 취향에 따라 편광안경 방식 또는 무안경 방식을 선택하여 3D 영상을 시청하는 것이 가능하므로 사용자에서 3D 영상 시청 방법의 폭을 확대시키는 효과를 갖는다.

나아가 3D 영상 시청이 아닌 2D 영상 시청시에도 무안경 방식에 있어 화질 저하를 억제하는 효과가 있다.

렌티큘라 렌즈를 별도의 기판을 이용하여 형성하지 않고 액정패널의 내측 또는 외측에 직접 형성함으로써 별도의 렌티큘라 판을 부착하는 종래의 무안경식 3D 영상 표시장치 대비 경략 방경을 구현하며, 부착 오차 등을 억제함으로서 무안경 방식의 3D 영상 품질을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치에 있어 안경방식으로 구동할 때의 편광안경을 포함하는 3D 영상 표시장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치에 있어 무안경 방식으로 구동할 때의 3D 영상 표시장치의 단면도
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치에 있어 패턴드 리타더의 외측면에 가변 렌즈층을 형성하는 방법을 도시한 제조 공정 단면도.

이하 도면을 참조하며 본 발명에 따른 3D 영상 구현 시스템의 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치에 있어 안경방식으로 구동할 때의 편광안경을 포함하는 3D 영상 표시장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치에 있어 무안경 방식으로 구동할 때의 3D 영상 표시장치의 단면도이다.

우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치(101)는 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, 상기 패턴드 리타더(140)의 외측면에 구비되며 제 1 전극층(213)과 제 2 전극층(225) 및 이들 제 1 및 제 2 전극층(213, 225) 사이에 개재된 판형태의 고분자 물질층(220)을 포함하는 가변 렌즈층(260)이 구비되고 있다.

그리고, 이러한 구성과 더불어 선택적으로 좌안용과 우안용의 서로 동일한 투과축을 갖도록 배치된 제 1 및 제 2 편광필름(150a, 150b)과 λ/4만큼의 위상변화를 갖도록 하며 서로 수직한 광축을 갖는 제 1 및 제 2 위상필름(152a, 152b)이 구비된 편광안경(145)이 구성되고 있다.

이때, 이러한 편광안경(145)은 안경방식으로 3D 영상 시청하는 경우 필요로 되는 것으로, 상기 하이브리드 3D 영상 표시장치(101)가 무안경 방식으로 구동되는 경우 필요로 되지 않는 것이 특징이다.

한편, 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.

그리고, 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 상기 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) 내측면 전면에 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 변형예로서 상기 컬러필터 기판(120)의 전면에 구비된 공통전극(123)은 상기 컬러필터 기판(120)에서는 생략되고, 대신하여 상기 어레이 기판(115)의 각 화소영역(P) 내에 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 액정패널(112)은 서로 이웃하여 이격하는 화소전극과 공통전극 사이의 횡전계에 의해 구동된다.

또 다른 변형례로서, 상기 공통전극은 상기 어레이 기판(115)의 표시영역 전면에 각 화소영역(P)에 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.

한편, 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 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치에 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 상기 액정패널(112)의 외측면에 각각 구비되고 있으며, 상기 제 1 편광판(125)의 외측면에 백라이트 유닛(미도시)이 구비됨으로써 액정표시장치(110)를 이루고 있다. 이때, 상기 제 1 편광판(125)은 상기 어레이 기판(115)의 외측면에 제 1 투과축을 가지며 부착되고 있으며, 상기 제 2 편광판(130)은 상기 컬러필터 기판(120)의 외측면에 상기 제 1 투과축과 수직한 제 2 투과축을 가지며 부착되고 있다.

그리고, 상기 액정표시장치(110)의 상기 제 2 편광판(130)의 외측면에는 패턴드 리타더(140)가 구비되고 있다.

상기 제 2 편광판(125)의 외측면에 구비된 상기 패턴드 리타더(140)는 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 하기 위해 베이스를 이루는 투명한 TAC 필름(미도시) 상에 그 내부적으로 위상을 변경시키는 복굴절 물질로 이루어지며 상기 액정패널에 구비된 화소라인(OL, EL)별로 교대하여 서로 다른 방향성을 갖는 제 1 및 제 2 위상패턴(141a, 141b)이 구비되고 있다.

이때, 입사되는 빛을 좌원편광 또는 우원편광 되도록 하는 상기 패턴드 리타더(140)는 일례로 λ/4 위상 차이를 발현시키는 것이 특징이며, 나아가 이렇게 λ/4의 위상차가 발생하도록 하는 상기 패턴드 리타더(140)에 있어 그 광축은 상기 액정표시장치(110)에 구비된 제 2 편광판(130)의 제 2 투과축에 대해 각각 +45도와 -45도를 이루는 것이 특징이다.

한편, 상기 패턴드 리타더(140)의 외측면에는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치(101)에 있어서 가장 특징적인 것으로 가변 렌즈층(260)이 구비되고 있다.

이때, 상기 가변 렌즈층(260)은 상기 액정표시장치(110)의 표시영역 전면에 대응하여 판형태를 가지며 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 제 1 전극층(213)과, 상기 제 1 전극층(213) 상부로 특정 조건에서 배향성 부여가 가능하며, 전압 인가에 의해 액정분자의 위치를 변경할 수 있는 고분자 물질 예를들면 PLLC(polymer localized liquid crystal)로 이루어진 고분자 물질층(220)과, 상기 고분자 물질층(220) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 제 2 전극층(225)으로 구성되고 있는 것이 특징이다.

이때, 상기 고분자 물질층(220)은 액정표시장치(110)의 평면 위치별 두께 차이가 없는 판형태를 이루지만, 상기 고분자 물질층(220)에 전압이 인가되지 않는 경우, 상기 고분자 물질층(260) 자체의 내부에선 굴절율 차이를 갖는 경계가 형성되며, 상기 굴절율 차이를 갖는 경계가 주기적으로 반복하는 렌티큘라 렌즈 형태를 이룸으로서 실질적으로 다수의 렌티큘라 렌즈로 구성된 렌티큘라 판으로서의 역할을 하는 것이 특징이다.

그리고, 상기 고분자 물질층(220)에 전압이 인가되었을 경우에는 그 내부에 위치하는 액정분자가 모두 동일한 일방향으로 배열됨으로써 렌티큘라 렌즈로서의 역할을 상실하게 되어 입사되는 빛에 대해 굴절없이 통과시킴으로서 입사되는 빛에 영향을 주지 않는 층을 이루게 된다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치(101)는 전술한 특징을 갖는 고분자 물질층(220)과 이의 하부 및 상부에 구비된 투명한 제 1 및 제 2 전극층(213, 225)을 포함하는 가변 렌즈층에 구성에 의해 이에 대해 전압을 인가하지 않느냐 또는 인가하느냐에 따라 선택적으로 무안경식 또는 안경방식의 하이브리드 3D 표시장치가 되는 것이다.

한편, 상기 가변 렌즈층(260)에 있어 고분자 물질층(220)에 전압을 비인가 시에 굴절율 차이에 의해 생성되는 다수의 렌티큘러 렌즈의 역할을 하는 각 렌즈부(250)는 하나 또는 다수의 화소라인(OL, EL)에 대응되도록 형성되고 있는 것이 특징이다.

이때, 한 각 렌즈부(250)의 경계는 상기 액정패널(112)의 컬러필터 기판(120)에 형성된 상기 블랙매트릭스(121)와 중첩되도록 배치되는 것이 특징이다.

여기서 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치의 가장 특징적인 구성인 상기 가변 렌즈층의 형성 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치에 있어 패턴드 리타더의 외측면에 가변 렌즈층을 형성하는 방법을 도시한 제조 공정 단면도이다. 이때, 상기 액정표시장치의 경우 내부 구성요소는 생략하였으며, 간략히 액정표시장치의 구성요소 중 컬러필터 기판과 제 2 편광판만을 도시하였다.

도 4a에 도시한 바와같이, 액정패널(미도시)에 부착된 제 2 편광판(130)의 외측면에 구비된 패턴드 리타더(140) 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 4b에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극층(213) 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.

한편, 굴절율 차이의 경계가 렌티큘라 형태를 이루도록 하기 위해서 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.

즉, 슬릿 스캔 노광을 실시하면서 각 렌즈의 경계를 기준으로 점진적으로 작은 크기의 전압에서 큰 크기의 전압을 인가한 후 다시 점진적으로 작은 크기의 전압을 인가하거나, 또는 반대로 각 렌즈부(250)의 경계를 기준으로 점진적으로 큰 크기의 전압에서 작은 크기의 전압을 인가한 후 다시 큰 크기의 전압을 점진적으로 인가함으로서 상기 고분자 물질층(220) 내부에 액정분자의 배열이 달리하여 최종적으로 그 단면 형태 상으로 굴절율의 변화는 렌티큘라 렌즈 형태(반타원형 형태)를 주기적으로 이루도록 하는 것이다.

이러한 제조 방법을 통해 형성된 가변 렌즈층(260)은 추후 상기 제 1 및 제 2 전극층(213, 225)에 전원이 인가되지 않을 경우 상기 굴절율의 경계가 반타원형 형태를 유지함으로서 다수의 렌티큘라 렌즈가 구비된 렌티큘라 판으로서의 역할을 하게 된다.

또한 상기 가변 렌즈층(260)은 추후 상기 제 1 및 제 2 전극층(213, 225)을 통해 전원이 인가되어 상기 고분자 물질층(220)에 소정의 전압이 인가되면 액정분자의 틸트각이 변해 초기 배열된 상태를 갖게됨으로써 귤절율 변화를 발생시키는 반 타원 형태의 굴절율 경계가 제거되어 이를 통과하는 빛의 굴절율을 거의 변화시키지 않게 된다.

따라서 상기 가변 렌즈층(260)은 렌티큘라 판으로서 역할을 하지 않음으로서 상기 가변 렌즈층(260)으로 입사되는 빛은 굴절율 변화없이 투과하게 된다.

조금 더 상세히 가변 렌즈층을 구비한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치의 안경방식 및 무안경 방식으로 3D 영상 시청시의 빛의 동작 변화에 대해 설명한다.

우선, 도 2를 참조하여 안경방식으로 3D 영상 시청시의 빛의 투과에 대해 설명한다.

액정표시장치(110)의 백라이트 유닛(미도시)으로부터 나온 빛은 정상적으로 제 1 편광판(125)과 액정패널(112)과 제 2 편광판(130)을 투과하며 직선 편광된 상태를 이루게 된다. 그리고 이러한 직선 편광판 빛은 패턴드 리타더(140)를 통과하며 즉, 상기 패턴드 리타더(140)의 제 1 위상패턴(141a)을 통과하면서는 좌원 편광된 상태를 이루며 제 2 위상패턴(141b)을 통과하면서는 우원편광된 상태를 갖게된다.

이후, 상기 패턴드 리타더(140)를 통과하며 좌원 및 우원편광된 상태의 빛은 가변 렌즈층(260)을 통과하게 되는데, 이때 안경방식으로 동작하는 경우 상기 가변 렌즈층(260)에는 상기 제 1 및 제 2 전극층(213, 225)을 통해 상기 고분자 물질층(220)에 소정의 전압이 인가됨으로서 상기 고분자 물질층(220)에는 굴절율 차이에 따른 경계가 사라지게 되어 상기 고분자 물질층(220) 전체가 동일한 수준의 굴절율을 갖게 됨으로서 부분적으로 굴절율이 다른 렌티큘라 판으로서의 역할은 하지 않는다.

따라서, 상기 패턴드 리타더(140)를 통과한 좌원 또는 우원 편광된 빛은 여전히 좌원 또는 우원편광된 상태를 유지하며 상기 가변 렌즈층(260)을 투과하게 되며, 안경방식의 경우 사용자가 편광안경(145)을 사용하게 되므로 상기 편광안경(145)으로 입사된다.

한편, 상기 편광안경(145)은 좌안렌즈(145a)와 우안렌즈(145b)로 이루어지며, 상기 좌안렌즈(145a)에는 λ/4의 위상변화를 발생시키는 제 1 위상필름(152a)과 제 1 편광필름(150a)이 구비되고 있으며, 상기 우안렌즈(145b)에는 λ/4의 위상변화를 발생시키며 상기 제 1 위상필름(152a)과 수직한 광축을 갖는 제 2 위상필름(152b)과 상기 제 1 편광필름(150a)과 동일한 투과축을 갖는 제 2 편광필름(150b)이 구비되고 있다.

따라서, 상기 패턴드 리타더(140)를 통과하여 좌원 또는 우원편광된 상태의 빛은 상기 편광안경(145)의 좌안 또는 우안렌즈(145a, 145b)로 입사되는데, 이때, 좌원편광된 상태의 빛은 좌원렌즈(145a)로 입사되면 일례로 좌우방향의 직선편광 상태(이하 제 1 직선편광 상태라 칭함)를 갖게되며, 이 경우 상기 제 1 편광필름(150a)의 투과축과 일치하게 되어 최종적으로 상기 좌안렌즈(145a)를 투과하여 사용자의 좌안으로 입사된다.

하지만, 우원편광된 상태의 빛은 좌원렌즈(145a)로 입사되면 상기 제 1 직선편광 상태와 수직한 제 2 직선편광 상태를 이루게 되며, 상기 제 1 편광필름(150a)의 투과축과 수직하게 되므로 상기 제 1 편광필름(150a)에 의해 차단됨으로써 최종적으로 상기 좌안렌즈(145a)를 통과하지 못하므로 사용자의 좌안으로 입사되지 않는다.

반대로 상기 팬턴드 리타더(140)를 통과한 빛 중 우원편광된 상태의 빛은 상기 편광안경(145)의 우안렌즈(145b)에 대해서는 제 2 위상필름(152b)을 통과하며 제 1 직선편광 상태를 이룸으로서 상기 제 2 편광필름(150b)의 투과축과 일치하게 되어 최종적으로 상기 우안렌즈(145b)를 통과하여 사용자의 우안으로 입사되지만, 좌원편광된 빛은 상기 제 2 위상필름(152b)을 통과하며 제 2 직선편광 상태를 이루게 됨으로써 상기 제 2 편광필름(150b)의 투과축과 수직한 상태가 되므로 상기 제 2 편광필름(150b)을 투과하지 못하므로 최종적으로 우안렌즈(145b)를 통과하지 못한다.

따라서, 이러한 원리에 의해 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치(101)는 안경방식으로 동작하는 경우 상기 가변 렌즈층(260)은 렌티큘라 형태의 굴절율 변화를 발생시키지 않으므로 단순히 절연층 정도의 역할을 하게 되므로 일반적인 안경방식 3D 영상표시장치와 같이 편광안경과 패턴드 리타더(140)에 의해 구현되는 3D 영상 시청을 할 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치가 편광안경 없이 무안경 방식으로 동작하는 경우, 액정표시장치(110)를 통과한 빛은 일방향의 직선 편광된 상태를 가지며 패턴드 리타더(140)를 통과하게 된다.

이때, 패턴드 리타더(140)에 구비된 제 1 및 제 2 위상패턴(141a, 141b)에 의해 각각 이를 통과한 빛은 좌원편광 또는 우원편광된 상태를 이루게 된다.

그리고, 이렇게 좌원 또는 우원편광된 빛은 가변 렌즈층(260)으로 입사되며, 이때 상기 가변 렌즈층(260)에는 상기 제 1 및 제 2 전극층(213, 225)에 전원이 인가되지 않음으로서 상기 고분자 물질층(220)은 굴절율 차이에 의한 경계로 형성된 주기적인 다수의 렌즈부(250)가 구현된다.

따라서, 상기 고분자 물질층(220) 내에 구현된 다수의 렌즈부(250)에 의해 입사되는 빛은 특정 방향으로 굴절되며 이는 상기 렌즈부(250)의 배치에 의해 결정되는 다수의 뷰 영역으로 나아가게 되며, 이 경우 사용자는 3D 시청이 가능한 뷰 영역에서 상기 액정표시장치(110)와 패턴드 리타더(140) 및 가변 렌즈층(260)을 통해 나오는 빛을 바라보게 됨으로써 3D 영상 시청을 할 수 있다.

한편, 무안경 방식의 경우, 상기 가변 렌즈층(260)에 소정의 전압을 인가하는 경우, 상기 가변 렌즈층(260)은 굴절율 변화를 일으키는 주기적인 다수의 렌즈부(미도시)가 구현되지 않으므로 이 경우 2D 영상 시청을 위해 최적화가 되며, 종래의 가변되지 않는 고정형 렌티큘라 렌즈를 구비한 3D 영상표시장치 대비 우수한 2D 품질을 갖는 2D 시청 또한 가능한 것이 특징이다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 3D 영상 표시장치(101)는 PLLC로 이루어지는 고분자 물질층(220)과 이의 하부 및 상부에 제 1 및 제 2 전극층(213, 225)이 구비된 가변 렌즈층(260)의 구성에 의해 안경방식 또는 무안경 방식으로 선택적으로 동작하게 되므로 사용자의 취향에 따라 선호하는 3D 시청을 할 수 있으므로 사용자의 3D 영상 시청의 선택의 폭을 넓히는 장점을 가지며, 나아가 렌티큘라 렌즈를 별도의 기판을 이용하여 형성하지 않고 액정표시장치(110)의 외측면에 구비된 패턴드 리타더(140)의 외측면에 직접 형성함으로써 별도의 렌티큘라 판을 부착하는 종래의 무안경식 3D 영상 표시장치 대비 경략 방경을 구현하며, 부착 오차 등을 억제함으로서 무안경 방식의 3D 영상 품질을 향상시키는 효과가 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
213 : 제 1 전극층
220 : 고분자 물질층
225 : 제 2 전극층
250 : 렌즈부
260 : 가변 렌즈층

Claims (8)

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 패턴드 리타더 외측면에 구비되며, 판 형태를 갖는 제 1 전극층과 고분자 물질층 및 제 2 전극층으로 이루어지며, 상기 고분자 물질층은 상기 고분자 물질층 내부에서 다수의 굴절율 차이를 갖는 경계가 주기적으로 형성되며, 상기 굴절율 차이에 의한 경계 각각은 그 형태가 렌티큘라 렌즈 형상을 이루며, 상기 제 1 및 제 2 전극층을 통해 전압이 인가되는 경우 주기적인 상기 굴절율 경계가 사라지는 특성을 가져 안경방식 또는 무안경 방식의 3D 영상 구현이 가능한 것이 특징인 하이브리드 3D 영상 표시장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 고분자 물질층은 액정분자를 포함하는 고분자 물질인 PLLC(polymer localized liquid crystal)로 이루어진 것이 특징인 하이브리드 3D 영상 표시장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 컬러필터 기판에는 상기 화소라인의 경계에 대응하여 블랙매트릭스가 형성된 것이 특징인 하이브리드 3D 영상 표시장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 굴절율 차이게 의한 경계는 상기 화소라인의 경계에 위치하는 상기 블랙매트릭스와 중첩하도록 위치하는 것이 특징인 하이브리드 3D 영상 표시장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 패턴드 리타더는 직선편광된 빛을 좌원 또는 우원 편광된 빛으로 변경시키는 제 1 위상패턴과 상기 제 1 위상패턴과 반대되는 원편광된 상태를 만드는 제 2 위상패턴이 상기 액정패널의 화소라인 단위로 교대하며 형성된 것이 특징인 하이브리드 3D 영상 표시장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 하이브리드 3D 영상 표시장치는 제 1 위상필름과 이와 수직한 광축을 갖는 제 2 위상필름이 각각 구비된 좌안렌즈와 우안렌즈로 구성되며, 상기 좌안 및 우안렌즈에는 동일한 방향의 투과축을 갖는 제 1 및 제 2 편광필름이 구비된 편광안경을 포함하는 하이브리드 3D 영상 표시장치.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 하이브리드 3D 영상 표시장치는 안경방식으로 동작하는 경우 상기 가변 렌즈층의 제 1 및 제 2 전극층에 전원을 인가하여 상기 고분자 물질층에 소정의 전압이 인가됨으로서 주기적인 굴절율 차이로 인한 경계를 제거하고,
   무안경 방식으로 동작하는 경우 상기 가변 렌즈층의 상기 제 1 및 제 2 전극층에 전원을 인가하지 않아 상기 고분자 물질층 내부에 주기적인 굴절율 차이로 인한 경계가 유지되도록 하는 것이 특징인 하이브리드 3D 영상 표시장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비된 것이 특징인 하이브리드 3D 영상 표시장치.

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