KR20180062552A - 입체영상 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 표시패널 및 표시패널 상에 위치하는 3D 셀을 포함한다. 3D 셀은 제1 기판, 제2 기판, 렌즈층 및 점착층을 포함한다. 제1 기판은 제1 전극을 포함하고, 제2 기판은 제2 전극을 포함한다. 렌즈층은 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며, 이방성 물질로 이루어진 제1 층과 등방성 물질로 이루어진 제2 층을 포함한다. 점착층은 이방성 물질을 배향하며 제1 층의 일면에 배치된다. 점착층은 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페녹시 수지, 우레탄 수지 단독 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

Description

입체영상 표시장치{Autostereoscopic Display}

본 발명은 렌티큘러 렌즈를 이용한 무안경 입체영상 표시장치에 관한 것이다.

입체영상 표시 기술의 발달로 인하여, 텔레비전이나 모니터와 같은 표시장치에 입체영상을 재현하는 기술이 적용되어 누구나 어디에서든지 입체(혹은, 3D)영상을 감상할 수 있게 되었다. 입체영상 표시장치란 "인위적으로 입체 영상을 재생하는 시스템"이라고 정의할 수 있다.

사람이 시각적으로 입체감을 느끼는 이유는, 눈이 가로 방향으로 65mm 떨어져 있음으로 하여 나타나는 양안 시차(binocular disparity) 때문이다. 사람의 눈은 양안 시차 때문에 똑같은 사물을 바라보더라도 각각 약간의 다른 각도에서 바라본 영상을 보며, 이 두 영상이 망막을 통해 뇌로 전달되면, 뇌는 이를 정확히 융합함으로써 입체감을 느낄 수 있다.

입체영상 표시장치는, 양안 시차의 메카니즘을 이용하여 2차원 표시장치에서 좌안 및 우안 영상 2개를 모두 표시하고, 좌안과 우안에 정확하게 보내는 설계를 통해 가상적인 입체감을 만들어 낸다. 양안 시차를 구현하기 위한 방법으로, 안경 방식과 무안경 방식이 각각 개발되어 있다.

안경 방식은 다시 시분할 방식과 공간 분할 방식으로 구분된다. 시분할 방식은 표시장치에서 좌안 영상과 우안 영상을 시차를 두고 순차적으로 표시하고, 셔터 안경 또는 편광 안경을 사용하여, 입체 영상을 제공한다. 공간 분할 방식은, 좌안 영상과 우안 영상을 동시에 표시하되 서로 다른 편광으로 제공하고, 편광 안경이나 셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 제공한다.

무안경 방식은, 좌안 영상과 우안 영상을 동시에 표시하고, 각각 영상의 광축을 분리하여 좌안과 우안에 나누어 제공한다. 무안경 방식은 다시 패럴렉스 배리어(parallax barrier) 방식, 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 방식 그리고 인테그럴 포토그래피(integral photography) 방식으로 나눌 수 있다. 패럴렉스 배리어 방식은 표시패널 전면에 세로 격자 모양의 개구부(aperture)를 설치하여 좌안 영상과 우안 영상을 분리하여 제공한다. 렌티큘러 렌즈 방식은 반원통형 렌즈가 연속으로 배열된 렌즈 필름을 표시 패널의 전면에 부착하여 좌안 영상과 우안 영상을 분리하여 제공한다. 인테그럴 포토그래피 방식은 잠자리 눈 모양의 렌즈판을 이용하여 좌안 영상과 우안 영상을 분리하여 제공한다.

최근에는 사용자가 입체영상 시청을 위해 아무런 수단을 구비할 필요없는 무안경 방식의 입체영상 표시장치가 주목받고 있다. 무안경 방식의 입체영상 표시장치는 사용자가 입체영상(3D) 이외에 선택적으로 2D 영상도 시청 가능하게 하여 영상시청의 폭을 넓히고 있다. 사용자가 2D 영상과 3D 영상을 선택적으로 시청하기 위해서는 스위칭 역할을 하는 스위칭 셀이 요구되며, 스위쳐블 렌즈를 통해 스위칭 셀을 구현하고 있다.

스위쳐블 렌즈의 3D 셀은 등방성 물질인 레진 구조물과 이방성 물질인 액정으로 구성된다. 레진 구조물은 렌티큘러 렌즈 형상을 구현하고 액정은 인가되는 전압에 따라 굴절률을 달리하여 광 경로를 제어함에 따라 2D 영상과 3D 영상을 선택한다. 따라서, 스위쳐블 렌즈의 3D 셀은 2D 영상과 3D 영상을 선택적으로 구현할 수 있다.

그러나, 스위쳐블 렌즈의 3D 셀은 액정을 배향시키기 위해 배향막이 필요하고, 3D 셀을 구성하는 제1 기판과 제2 기판의 접착 신뢰성을 향상시킬 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 배향 특성과 접착 특성을 동시에 구비한 점착층을 구비하여 액정을 배향시키고 기판들을 접착할 수 있는 입체영상 표시장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 표시패널 및 표시패널 상에 위치하는 3D 셀을 포함한다. 3D 셀은 제1 기판, 제2 기판, 렌즈층 및 점착층을 포함한다. 제1 기판은 제1 전극을 포함하고, 제2 기판은 제2 전극을 포함한다. 렌즈층은 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며, 이방성 물질로 이루어진 제1 층과 등방성 물질로 이루어진 제2 층을 포함한다. 점착층은 이방성 물질을 배향하며 제1 층의 일면에 배치된다. 점착층은 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페녹시 수지, 우레탄 수지 단독 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

점착층은 사이클로페타논, 페놀 또는 비스페닐A 중 적어도 어느 하나 이상이 작용기로 도입된다.

점착층은 굴절률이 1.48 내지 1.68이다.

점착층은 저장 탄성율이 2000MPa 이상이다.

점착층은 유리전이온도가 100도 이상이다.

제1 층과 인접한 점착층의 표면은 마이크로 그루브(micro groove)를 포함한다.

제1 층 또는 상기 제2 층은 렌티큘러 렌즈 형태로 이루어진다.

제1 층의 이방성 물질의 장축이 제1 전극 표면에 수직한 방향으로 배열되면, 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률보다 작아진다.

제1 층의 이방성 물질의 장축이 제1 전극 표면에 나란한 방향으로 배열되면, 제1 층의 굴절률은 제2 층의 굴절률과 동일하다.

표시패널은 액정표시장치, 유기발광표시장치 또는 전기영동표시장치 중 선택된 어느 하나이다.

본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 2000MPa 이상의 저장 탄성율을 가지고 100도 이상의 유리전이온도를 가지는 점착층을 구비함으로써, 3D 셀의 액정 배향을 유지하고 3D 셀 내의 기판과 렌즈층의 접착력을 유지할 수 있다. 또한, 표시장치 구동 시 고열에 의해 점착층이 손상되지 않아 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 무안경 입체영상 표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도.
도 3a 및 3b는 객체를 입체 영상으로 표시하는 메커니즘을 나타내는 개략도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 2D와 3D 동작을 나타내는 무안경 입체영상 표시장치의 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 2D와 3D 동작을 나타내는 무안경 입체영상 표시장치의 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3D 셀의 구조를 나타낸 단면도.
도 9 및 도 10은 비교예의 입체영상 표시장치의 구동 이미지.
도 11은 본 발명의 입체영상 표시장치의 구동 이미지.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 입체영상 표시장치는 표시패널(100), 표시패널 구동부(130), 3D 셀(200), 3D 셀 구동부(210), 타이밍 콘트롤러(101) 등을 포함한다.

표시패널(100)은 액정 표시패널(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시패널(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 패널(Organic Light Emitting Diode, OLED) 등의 평판 표시소자로 구현될 수 있다. 예를 들어, 표시패널(100)이 액정 표시패널인 경우를 설명하면 다음과 같다. 표시패널(100)은 두 장의 기판 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(100)의 하부기판상에는 데이터 배선(105)들과 게이트 배선들(106)이 상호 교차되도록 형성되고, 데이터 배선(105)들과 게이트 배선들(106)들에 의해 정의된 셀 영역들에 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 'TFT'라 칭함) 어레이가 형성된다. 표시패널(100)의 픽셀들 각각은 박막 트랜지스터에 접속되어 화소전극과 공통전극 사이의 전계에 의해 구동된다.

표시패널(100)의 상부기판상에는 블랙매트릭스, 컬러필터, 공통전극 등을 포함하는 컬러필터 어레이가 형성된다. 표시패널(100)의 상부기판에는 상부 편광판이 부착되고, 하부기판에는 하부 편광판이 부착된다. 상부 편광판의 광투과축과 하부 편광판의 광투과축은 직교되도록 형성될 수 있다. 또한, 상부기판과 하부기판에는 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(100)의 상부기판과 하부기판 사이에는 액정셀의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부기판상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부기판상에 형성된다. 표시패널(100)의 액정모드는 전술한 TN 모드, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드뿐 아니라 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있다. 표시패널(100)은 2D 모드에서는 2D 영상을 표시하고, 3D 모드에서는 좌안 영상과 우안 영상을 분리하여 표시한다.

표시패널 구동부(130)는 데이터 구동 회로(102)와 게이트 구동 회로(103)를 포함한다. 데이터 구동 회로(102)는, 데이터 배선들(105)에 2D 혹은 3D 영상의 데이터 전압들을 공급한다. 게이트 구동 회로(103)는, 게이트 배선들(106)에 게이트 펄스(혹은, 스캔 펄스)를 순차적으로 공급한다. 표시패널 구동부(130)는 3D 모드에서 좌안 및 우안 영상 데이터를 표시 패널(100)의 화소들에 공간적으로 분산하여 공급할 수 있다.

데이터 구동 회로(102)는 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 아날로그 감마전압으로 변환하여 데이터 전압들을 생성하여, 데이터 배선들(105)에 공급한다. 게이트 구동 회로(103)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어하에 데이터 배선들(105)에 공급되는 데이터 전압과 동기되는 게이트 펄스를 게이트 배선들(106)에 공급한다. 게이트 펄스는 게이트 배선들(106)에 순차적으로 공급된다.

타이밍 콘트롤러(101)는 호스트 시스템(110)으로부터 입력되는 2D/3D 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 데이터 구동 회로(102)에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(101)는 2D/3D 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와 동기하여, 호스트 시스템(110)으로부터 입력된 수직 동기 신호, 수평 동기 신호, 데이터 인에이블 신호, 메인 클럭 등의 타이밍 신호를 수신한다. 타이밍 콘트롤러(101)는 호스트 시스템(110)으로부터 수신된 타이밍 신호를 이용하여 표시패널 구동부(130), 3D 셀 구동부(210) 각각의 동작 타이밍을 제어하고 그 구동부들의 동작 타이밍을 동기시키기 위한 타이밍 제어 신호들(DDC, GDC, 3DC)을 발생한다.

호스트 시스템(110)과 타이밍 콘트롤러(101) 사이에는 3D 데이터 포맷터(data formatter, 120)가 설치될 수 있다. 3D 데이터 포맷터(120)는 3D 모드에서 호스트 시스템(110)으로부터 입력되는 3D 영상의 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 정해진 데이터 포맷으로 재 정렬하여 타이밍 콘트롤러(101)에 전송한다.

호스트 시스템(110)은 텔레비전 세트(TV), 셋톱 박스, 내비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 스마트 폰(Smart Phone) 시스템 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(110)은 스케일러(scaler)를 이용하여 2D/3D 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시 패널(100)의 해상도에 맞는 포맷으로 변환하고 그 데이터와 함께 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(101)로 전송한다.

호스트 시스템(110)은 2D 모드에서 2D 영상을 타이밍 콘트롤러(101)에 공급하는 반면, 3D 모드에서 3D 영상 또는 2D 영상 데이터를 3D 데이터 포맷터(120)에 공급한다. 호스트 시스템(110)은 유저 인터페이스(112)를 통해 입력되는 사용자 데이터에 응답하여 타이밍 콘트롤러(101)에 모든 신호를 전송하여 무안경 입체 영상 표시장치의 동작 모드를 2D 모드와 3D 모드에서 스위칭할 수 있다. 유저 인터페이스(112)는 키패드, 키보드, 마우스, 온 스크린 디스플레이(On Screen Display: OSD), 리모트 콘트롤러, 그래픽 유저 인터페이스, 터치 유저 인터페이스, 음성 인식 유저 인터페이스, 3D 유저 인터페이스 등으로 구현될 수 있다.

3D 셀(200)은 렌티큘러 렌즈 혹은 스위쳐블 렌즈로 구현될 수 있다. 렌티큘러 렌즈들이 다수개 배열된 3D 셀(200)은 표시 패널(100) 전면에 배치되어 표시 패널(100)의 화소들에 표시되는 제1 내지 제n 뷰 영상들 각각을 제1 내지 제n 뷰 영역들 각각으로 진행시킨다. 즉, 3D 셀(200)은 표시 패널(100) 상에 표시되는 제k 뷰 영상(Vk)을 제k 시청 영역(VPk)으로 진행시킨다.

3D 셀(200)이 스위쳐블 렌즈로 구현되는 경우, 3D 셀(200)을 구동하기 위한 3D 셀 구동부(210)가 필요하다. 이 경우, 3D 셀 구동부(210)는 3D 셀(200)에 구동전압을 공급함으로써 3D 셀(200)의 광분리를 제어한다. 또한, 3D 셀(200)의 렌티큘러 렌즈들은 슬랜티드 방식 또는 버티컬 방식으로 배치될 수 있다. 슬랜티드 방식은 렌티큘러 렌즈들이 표시 패널(100)의 화소들 대비 기 정해진 일정 각도로 비스듬하게 배치되는 방식이다. 버티컬 방식은 렌티큘러 렌즈들이 표시 패널(100)의 화소들의 수직 방향으로 배치되는 방식이다.

도 2를 참조하여, 렌티큘러 렌즈 방식의 무안경 입체영상 표시장치에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 무안경 입체영상 표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 2는 1/3 델타 구조로 렌티큘러 렌즈가 배치된 무안경 입체영상 표시장치에서 시청 영역들이 7개로 분리된 경우를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 렌티큘러 렌즈 방식의 무안경 입체영상 표시장치는, 표시패널(100)과, 표시패널(100)의 상부 표면에 배치된 렌즈 필름(LF)을 포함한다. 표시패널(100)에는 다수 개의 화소(PXL)들이 매트릭스 방식으로 배열되어 있다. 화소(PXL) 하나 하나에는 개구부(AP)가 정의되어 있다. 개구부(AP)는 화소(PXL)에서 나타내는 색상 및 명도를 표시하는 영역이다. 예를 들어, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 한 색상을 나타내는 영역으로 정의할 수 있다. 개구부(AP)를 제외한 영역은 블랙 매트릭스로 가려져 있다.

표시패널(100)은 액정 표시패널 혹은 유기발광 다이오드 표시패널과 같은 평판 표시 패널일 수 있다. 표시패널(100)에는 화소(PXL) 외에도 게이트 배선, 데이터 배선, 박막 트랜지스터 등 여러 구성 요소들이 배치되어 있을 수 있다. 여기서는, 편의상 표시패널(100)의 구체적인 구성들에 대해서는 생략한다.

렌즈 필름(LF)은 다수 개의 렌티큘러 렌즈(SLN)들이 일정 폭을 갖고 배열되어 있다. 예를 들어, 반원통형의 렌티큘러 렌즈(SLN)들이 연속해서 배치되어 있다. 특히, 렌티큘러 렌즈(SLN)는 일정 각도를 갖고 기울어져 배치된다. 여기서, 렌티큘러 렌즈(SLN)의 기울어진 각도는 델타 값에 의해 결정된다.

예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 1/3 델타 구조인 경우, 세로 방향으로 세개 가로 방향으로 한개의 화소마다 동일한 시청 영역의 화소들이 배정된다. 이 조건하에서, 렌티큘러 렌즈(SLN) 하나의 폭이 세 개의 화소(PXL)들에 대응되는 폭을 갖는 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 렌티큘러 렌즈(SLN) 하나는 7개의 시청 영역들(V1 ~ V7)로 나누어질 수 있다. 각 시청 영역들(V1~V7)에 배치된 화소들에는 하나의 화상을 표시한다. 도 2에서 개구부(AP)에 기재한 번호들은 해당 개구부(AP)가 할당된 시청 영역(V1~V7)을 나타낸다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제1 시청 영역(V1)에 할당된 화소(PXL)들의 개구부(AP)에는 제1 영상이 표시된다. 제2 시청 영역(V2)에 할당된 화소(PXL)들의 개구부(AP)에는 제2 영상이 표시된다. 이와 같은 방법으로 제k 시청 영역(Vk)에 할당된 화소(PXL)들의 개구부(AP)에는 제k 영상이 표시된다. 여기서, k는 1~7 중 어느 한 정수이다.

렌티큘러 렌즈(SLN)에 의해 각 시청 영역들은 최적 시청 거리의 위치에서 서로 다른 영역으로 영상을 제공한다. 시청자가 최적 시청 거리에 위치하면, 좌안과 우안은 서로 다른 영상을 보게된다. 이러한 양안 시차에 의한 영상 정보의 조합으로 입체 영상을 감상할 수 있다.

도 3a 및 3b를 참조하여, 좀 더 상세히 설명한다. 도 3a 및 3b는 객체(OBJ)를 입체 영상으로 표시하는 메커니즘을 나타내는 개략도들이다.

도 3a을 참조하면, 객체(OBJ)의 전면에서 바라보는 방향에 따라 서로 다른 영상이 보인다. 이를, V1 내지 V7으로 이루어진 7개의 시청 영역(멀티 뷰)들로 나눈 경우로 설명한다. 제k 시청 영역(Vk)에서 보이는 영상을 Sk라 한다. 여기서, k는 1 내지 7 사이의 정수이다. 즉, 제1 시청 영역(V1)에서는 S1 영상이, 제2 시청 영역(V2)에서는 S2의 영상이, 제3 시청 영역(V3)에서는 S3 영상이, 그리고, 제7 시청 영역(V7)에서는 S7 영상이 보인다.

시청자의 좌안이 제1 시청 영역(V1)에 우안이 제2 시청 영역(V2)에 위치하면, 시청자의 좌안은 S1 영상이 그리고 우안은 S2 영상을 인지한다. 이러한 양안 시차를 조합하여 시청자의 뇌는 객체(OBJ)를 입체적으로 인지한다.

도 3b를 참조하면, 렌티큘러 렌즈 방식의 무안경 입체 영상 표시장치는 이러한 입체감 인지 메카니즘을 평판 표시장치를 이용하여 구현한다. 도 2에 도시한 것과 같은 표시장치에서, 렌티큘러 렌즈(SLN)에 의해 7 개의 시청 영역으로 구분하고, 각 시청 영역에 할당된 화소(PXL)들에서는 각 시청 영역에 할당된 영상들을 표시한다.

렌티큘러 렌즈(SLN)에 의해 분리된 시청 영역들(V1~V7)로 각각의 영상들(S1~S7)이 구분되어 제공된다. 시청자가 위치 L1에서 표시 장치를 바라보면, 시청자의 좌안이 제1 시청 영역(V1)에 우안이 제2 시청 영역(V2)에 위치하고, 마치 도 3a에서 위치 L1에서 객체(OBJ)를 바라보는 것과 동일한 입체감을 감상할 수 있다. 시청자가 위치를 바꾸어 위치 L4에 오면, 좌안(L)이 제4 시청 영역(V4)에 우안(R)이 제5 시청 영역(V5)에 위치하고, L4의 위치에서 실제 객체(OBJ)를 바라보는 입체감을 감상할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 렌티큘러 렌즈 방식의 무안경 입체 영상 표시장치에서, 개구부(AP)는 렌티큘러 렌즈(SLN)의 기울어진 각도에 평행하게 기울어진 평행 사변형의 형상을 갖는다. 또한, 평행 사변형의 가로 폭은 렌티큘러 렌즈(SLN)에 정의된 시청 영역(Vk) 하나의 폭과 동일하게 형성한다. 이는, 각 시청 영역들에는 할당된 화소(PXL)들만 배치되도록 하기 위함이다. 예를 들어, 제1 시청 영역(V1)에는 이에 할당된 화소들의 개구부(AP)(번호 1이 할당된)만이 배치된다. 이웃하는 제2 시청 영역(V2)에 할당된 개구부(AP)(번호 2가 할당된)는 제1 시청 영역(V1)과 중첩하지 않는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 2D와 3D 동작을 나타내는 무안경 입체영상 표시장치의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무안경 입체영상 표시장치는 표시패널(100) 및 표시패널(100) 상에 배치된 3D 셀(300)을 포함한다.

본 발명의 실시예에 구비되는 3D 셀(300)은 스위쳐블 렌즈가 구비되는 셀로 제1 기판(310)과 제2 기판(370) 사이에 렌즈층(340)을 포함한다. 제1 기판(310)과 제2 기판(370)은 투명한 절연기판으로 예를 들면 유리기판, 플라스틱 기판 등으로 이루어진다. 제1 기판(310)과 제2 기판(370)은 서로 마주보게 배치되며, 사이드 실(SS)을 통해 합착된다. 제1 기판(310)의 일면에 제1 전극(320)이 배치되고 제2 기판(370)의 일면에 제2 전극(360)이 배치된다. 제1 전극(320)과 제2 전극(360)은 서로 마주보게 배치된다. 제1 전극(320)과 제2 전극(360)은 각각 투명한 도전 물질 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 전극(320) 상면에 점착층(330)이 배치되어 이방성 물질(356)의 분자들의 초기 배열을 유도하고 제1 기판(310)과 후술하는 렌즈층(340)의 제2 층(354)을 접착한다.

제2 전극(360)과 점착층(330) 사이에 렌즈층(340)이 배치된다. 렌즈층(340)은 제1 층(352)과 제1 층(352) 상에 배치된 제2 층(354)을 포함한다. 제1 층(352)은 제1 전극(320) 상면에 배치되어, 하면은 점착층(330)과 맞닿아 평평한 표면을 이루고, 제1 층(352)의 상면은 제2 층(354)에 맞닿아 렌티큘러 렌즈 형태의 역상을 이룬다. 제2 층(354)은 제1 층(352)의 표면에 배치된다. 제2 층(354)은 단면 형태가 반원 또는 반타원 형태를 이루며 일 방향으로 연장된 복수의 렌티큘러 렌즈 형태로 이루어진다. 제2 층(354)은 렌티큘러 렌즈 형태가 규칙적 또는 불규칙적으로 배치된다. 이하, 제2 층(354)의 렌티큘러 렌즈 형태를 렌티큘러 렌즈(LL)라 명한다.

본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 렌즈층(340)을 이루는 제1 층(352)과 제2 층(354)이 서로 다른 굴절률을 갖는 물질로 이루어진다. 예를 들어, 제1 층(352)은 이방성 물질(356)로 이루어지며, 제2 층(354)은 등방성 물질로 이루어진다.

제1 층(352)은 전계의 형성 여부에 따라 굴절률이 달라진다. 예를 들어, 제1 전극(320) 및 제2 전극(360) 사이에 전계가 형성되지 않은 오프(off) 상태에서 제1 층(352)의 이방성 물질(356)을 이루는 분자가 점착층(330)에 의해 초기 배열 상태를 유지한다. 따라서, 제1 층(352)은 등방성 물질로 이루어진 제2 층(354)과 동일한 굴절률을 가진다. 그리고, 제1 전극(320)과 제2 전극(360) 사이에 전계가 형성된 온(on) 상태에서는 제1 층(352)의 이방성 물질(356)을 이루는 분자들의 장축이 제1 전극(320)의 표면을 기준으로 수직한 배열상태를 이룬다. 따라서, 제1 층(352)은 굴절률이 변화되어 제2 층(354)의 굴절률보다 작아진다. 여기서, 제1 층(352)의 이방성 물질(356)은 PDLC(polymer dispersed liquid crystal), LC(liquid crystal) 또는 RM(Reactive Mesogen) 중 선택될 수 있다. 제2 층(354)의 등방성 물질은 고분자 물질 예를 들어 PI(Poly Imide), PA(Poly Amide), 아크릴레이트계 등의 UV 레진(UV resin) 중 선택될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치에서 렌즈층(340) 중 이방성 물질(356)로 이루어진 제1 층(352)은 이방성 물질(356)의 분자가 무질서한 상태로 존재하여 이방성 분자의 초기 배열을 위해 필요한 배향막은 구비되지 않을 수 있다. 즉, 제2 층(354)과 접촉하며 배향막 없이 이방성 물질(356)이 코팅되어 제1 층(352) 내부에서 이방성 분자들이 무질서한 상태를 이룰 수 있다.

본 발명에서는 제1 기판(310)을 구비한 3D 셀(300)을 예로 설명하였지만, 제1 기판(310) 대신에 표시패널(100)을 제1 기판으로 이용하여 3D 셀(300)을 구성할 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 2D 및 3D 영상 모드에 따른 구성요소의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 3D 셀(300)을 온(on)(제1 전극(320)과 제2 전극(360)에 전압을 인가하여 전계를 형성한 상태)하여 3D 모드를 구동한다. 3D 모드에서는 제1 층(352) 내부에 구비된 이방성 물질(356)의 장축이 제1 전극(320) 표면을 기준으로 모두 수직 배열된 상태를 이루어, 제1 층(352)의 굴절률이 제2 층(354)의 굴절률보다 작아진다. 제1 층(352)과 제2 층(354)의 경계에서 두 층 간의 굴절률 차이로 인해 입사되는 빛이 굴절되고 제2 층(354)이 렌티큘러 렌즈 형태를 이루고 있어서 특정한 지점으로 빛을 집광시킨다.

3D 셀(300)에 의해 특정 부분에 집광된 빛은 사용자가 바라보는 뷰 영역을 이룬다. 표시패널(100)은 3D 영상이 몇 개의 뷰 영역을 갖느냐에 따라 각 뷰에 대응되는 화소영역에서 각 뷰 영역에 입사되어야 할 영상을 표시한다. 뷰 영역에서 사용자가 표시패널(100)을 바라보면 사용자의 좌안 및 우안으로 서로 다른 화상 정보가 입력됨으로서 사용자는 입체감 있는 3D 영상을 시청할 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 3D 셀(300)을 오프(off)(제1 전극(320)과 제2 전극(360)에 전압을 인가하지 않아 전계가 형성되지 않은 상태)하여 2D 모드를 구동한다. 2D 모드에서는 제1 층(352) 내부에 구비된 이방성 물질(356)의 분자들이 초기 배열 상태를 그대로 유지하여, 제1 층(352)과 제2 층(354)은 동일한 굴절률 가진다. 빛이 렌즈층(340)으로 입사되면 제1 층(352)과 제2 층(354)의 경계에서 굴절률 차이가 없으므로 제2 층(354)은 렌티큘러 렌즈(LL)로서의 작용하지 않는다. 따라서, 입사된 빛은 직진상태를 유지하여 입사된 각으로 렌즈층(340)을 통과한다. 렌즈층(340)을 통과한 빛은 특정 부분에 집광되지 않으므로 사용자는 표시패널(100)에서 구현되는 2D 영상의 빛을 그대로 보게 되어 사용자는 2D 영상을 시청할 수 있다.

한편, 전술한 도 4 및 도 5에서는 등방성 물질로 이루어진 제2 층이 렌티큘러 렌즈 형태로 이루어진 것을 개시하였지만, 이와는 달리, 이방성 물질(356)로 이루어진 제1 층이 렌티큘러 렌즈 형태로 이루어질 수도 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 2D와 3D 동작을 나타내는 무안경 입체영상 표시장치의 단면도이다. 도 6 및 도 7에 도시된 입체영상 표시장치는 전술한 도 4 및 도 5에 도시된 입체영상 표시장치와 대부분의 구성이 동일하고, 렌즈층의 일부만 차이가 있다. 따라서, 하기에서는 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면부호를 붙여 그 설명을 간략히 하기로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 무안경 입체영상 표시장치는 제2 전극(360)과 점착층(330) 사이에 렌즈층(340)이 배치된다. 렌즈층(340)은 이방성 물질(366)로 이루어지며 복수의 렌티큘러 렌즈 형태로 이루어지는 제1 층(362)과, 제1 층(362) 상에 배치되어 등방성 물질로 이루어진 제2 층(364)을 포함한다. 제2 층(364)의 등방성 물질(366)은 고분자 물질 예를 들어 PI(Poly Imide), PA(Poly Amide), 아크릴레이트계 등의 UV 레진(UV resin) 중 선택될 수 있다. 제2 층(364)은 복수의 렌티큘러 렌즈 형태의 역상으로 이루어짐으로써, 렌즈층(340) 중 제2 층(364) 외에 존재하는 제1 층(362)이 렌티큘러 렌즈 형태로 이루어질 수 있다.

제1 층(362)은 제1 전극(320)과 제2 전극(360) 사이에 전계가 형성되지 않으면, 이방성 물질 분자(366)가 점착층(330)으로 인해 일 방향(제1 전극(320)의 표면과 나란한 방향)으로 배열된다. 제1 전극(320)과 제2 전극(360) 사이에 전계가 형성되면, 제1 전극(320) 표면을 기준으로 수직하게 이방성 물질(366)의 분자들의 장축이 배열된다. 여기서, 제1 층(362)은 이방성 물질(366)의 분자들의 장축이 제1 전극(320)의 표면과 나란한 방향으로 배열되면, 제2 층(364)과 동일한 굴절률을 가진다. 그리고 이방성 물질(366)의 분자들의 장축이 제1 전극(320) 표면에 수직한 방향으로 배열되면, 제2 층(364)보다 작은 굴절률을 가진다.

위와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 전술한 도 4 및 도 5의 실시예와 동일한 동작할 수 있다.

도 6을 참조하면, 3D 셀(300)을 온(on) 하여 3D 모드를 구동한다. 3D 모드에서는 제1 층(362) 내부에 구비된 이방성 물질(366)의 장축이 제1 전극(320) 표면을 기준으로 모두 수직 배열된 상태를 이루어, 제1 층(362)의 굴절률이 제2 층(364)의 굴절률보다 작아진다. 제1 층(362)과 제2 층(364)의 경계에서 두 층 간의 굴절률 차이로 인해 입사되는 빛이 굴절되고 제1 층(362)이 렌티큘러 렌즈 형태를 이루고 있어서 특정한 지점으로 빛을 집광시킨다. 3D 셀(300)에 의해 특정 부분에 집광된 빛은 사용자가 바라보는 뷰 영역을 이루어, 사용자가 표시패널(100)을 바라보면 사용자의 좌안 및 우안으로 서로 다른 화상 정보가 입력됨으로서 사용자는 입체감 있는 3D 영상을 시청할 수 있다.

한편, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 3D 셀(300)을 오프(off)하여 2D 모드를 구동한다. 2D 모드에서는 제1 층(362) 내부에 구비된 이방성 물질(366)의 분자들이 초기 배열 상태를 그대로 유지하여, 제2 층(364)과 제1 층(362)은 동일한 굴절률 가진다. 빛이 렌즈층(340)으로 입사되면 제1 층(362)과 제2 층(364)의 경계에서 굴절률 차이가 없으므로 제1 층(362)은 렌티큘러 렌즈(LL)로서의 작용하지 않는다. 따라서, 입사된 빛은 직진상태를 유지하여 입사된 각으로 렌즈층(340)을 통과한다. 렌즈층(340)을 통과한 빛은 특정 부분에 집광되지 않으므로 사용자는 표시패널(100)에서 구현되는 2D 영상의 빛을 그대로 보게 되어 사용자는 2D 영상을 시청할 수 있다.

전술한 입체영상 표시장치는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 점착층이 액정을 배향시키면서 렌즈층과 기판을 접착시키는 역할을 한다. 그러나, 점착층의 물성이 낮아 액정의 배향을 유지하지 못하고 내열성 또한 낮은 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 액정의 배향 특성이 우수하면서 내열성이 우수한 점착층을 제공하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 입체영상 표시장치를 제공한다. 하기에서는 전술한 도 4 및 도 5와 동일한 구조의 3D 셀을 예로 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3D 셀의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 8의 구성은 전술한 도 4와 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 셀(300)은 제1 전극(320)과 렌즈층(340) 사이에 배치되는 점착층(330)을 포함한다. 본 발명의 점착층(330)은 액정 배향과 접착의 역할을 한다. 점착층(330)은 러빙 공정에 의해 마이크로 그루브(micro groove)가 형성되어 액정을 배향시킬 수 있고, 재료가 접착성을 가져 접착의 역할을 할 수 있다.

본 발명의 점착층(330)은 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페녹시 수지, 우레탄 수지 단독 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 수지들은 서로 고분자 네트워크를 형성하여 점착층(330)의 매트릭스를 구성한다. 상기 고분자 너트워크는 사이클로펜타논(Cyclopentanone), 페놀(Phenol), 비스페놀(Biphenol) A 중 적어도 하나 이상의 작용기가 도입되어 점착층(330)의 물성을 강화한다. 그리고 고분자 네트워크를 형성할 때, 1차원, 2차원 또는 3차원의 네트워크를 선택적으로 구성함으로써 점착층(330)의 경도(hardness)를 조절할 수 있다. 점착층(330)을 구성하는 페이스트는 경화를 위해 광개시제나 열개시제를 포함할 수 있으며, 용액형으로 코팅하기 위해 용매에 혼합될 수 있다.

점착층(330)은 필름 위에 수지 페이스트를 수십 내지 수백 나노미터의 두께로 코팅한 후, 경화하여 형성된다. 경화 조건으로는 70 내지 80도에서 4 내지 48 시간 동안 열 경화할 수 있으며, 열 경화 외에 압력을 추가로 인가하여 경화할 수도 있다. 이렇게 제조된 점착층(330)은 1.48 내지 1.68의 굴절률을 가져 투과되는 광 경로를 변경시키지 않을 수 있다.

본 발명의 점착층(330)은 2000MPa 이상의 저장 탄성율(storage modulus)를 가진다. 점착층(330)은 경화된 후에 러빙 공정을 통해 러빙된다. 점착층(330) 표면에 마이크로 그루브(micro groove)가 형성되면, 액정이 마이크로 그루브 상에서 배향된다. 점착층(330)의 저장 탄성율이 2000MPa 이상이면 점착층(330)에 형성된 마이크로 그루브가 표시장치 구동 시 발생하는 열에 의해 무너지지 않고 계속 유지될 수 있다. 따라서, 점착층(330) 상에서 액정의 배향을 항상 유지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 점착층(330)은 경화 전과 후에 유리전이온도(Tg)가 다르게 형성될 수 있다. 경화 전의 점착층(330)의 유리전이온도(Tg)는 50 내지 70도일 수 있다. 점착층(330)이 코팅되는 필름의 유리전이온도(Tg)가 70도 이상이기 때문에 점착층(330)의 유리전이온도(Tg)는 점착층(330)이 코팅되는 필름의 유리전이온도보다 낮게 형성될 수 있다. 만약, 점착층(330)의 유리전이온도(Tg)가 70도를 초과하면 액상의 점착층(330)이 코팅될 때 필름이 녹게 된다. 따라서, 경화 전의 점착층(330)의 유리전이온도(Tg)는 50 내지 70도일 수 있다.

그리고, 경화 후의 점착층(330)의 유리전이온도(Tg)는 100도 이상일 수 있다. 점착층(330)이 형성된 후 표시장치가 제조되면, 표시장치의 구동 시 구동 열이 100도에 인접하게 발생하게 된다. 따라서, 경화 후의 점착층(330)의 유리전이온도(Tg)가 100도 이상이면 표시장치의 구동 시 점착층(330)이 녹거나 마이크로 그루브가 손상되는 것을 방지하여 액정 배향을 유지할 수 있는 이점이 있다. 즉, 점착층(330)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 9 및 도 10은 비교예의 입체영상 표시장치의 구동 이미지이고, 도 11은 본 발명의 입체영상 표시장치의 구동 이미지이다.

비교예

아크릴 수지와 에폭시 수지를 열개시제와 함께 용매에 혼합하여 점착층 페이스트를 제조한 후, 전극이 형성된 PET 필름에 코팅하였다. 상기 코팅막에 70도의 온도로 4 시간 동안 경화하여 점착층을 제조하였고, 점착층 상에 렌즈층을 형성하여 3D 셀을 제조하였다. (이때, 제조된 점착층의 저장 탄성율은 2000MPa 미만이었다.)

실시예

전술한 비교예와는 달리, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페녹시 수지 및 우레탄 수지를 혼합하고, 사이클로펜타논(Cyclopentanone), 페놀(Phenol), 비스페놀(Biphenol) A 등의 작용기를 도입한 것을 달리하여 점착층을 제조하였다.

전술한 비교예에 따라 제조된 표시장치의 구동 이미지인 도 9를 참조하면, 3D 셀의 액정의 배향이 풀어져 부분적으로 밝게 나타나는 광 누설이 발생하였다. 또한, 비교예에 따라 제조된 표시장치를 100도에서 16시간 동안 신뢰성 테스트하여 도 10에 나타내었다. 도 10을 참조하면, 3D 셀의 액정의 배향이 완전히 풀어져 표시장치 전면에서 광 누설이 발생하였다. 이를 통해, 비교예에 따라 제조된 점착층은 저장 탄성율이 낮고 유리전이온도가 낮아 액정 배향을 유지하지 못함으로써 표시품질이 저하됨을 알 수 있다.

한편, 실시예에 따라 제조된 점착층은 저장 탄성율이 2083MPa로 측정되었고 경화 전의 유리전이온도(Tg)는 55도이고 경화 후의 유리전이온도(Tg)는 102도로 측정되었다.

또한, 실시예에 따라 제조된 표시장치의 구동 이미지인 도 11을 참조하면, 3D 셀의 액정 배향이 유지되어 광 누설이 전혀 발생하지 않았다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 2000MPa 이상의 저장 탄성율을 가지고 100도 이상의 유리전이온도를 가지는 점착층을 구비함으로써, 3D 셀의 액정 배향을 유지하고 3D 셀 내의 기판과 렌즈층의 접착력을 유지할 수 있다. 또한, 표시장치 구동 시 고열에 의해 점착층이 손상되지 않아 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양하게 변경 및 수정할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

100 : 표시패널 300 : 3D 셀
310 : 제1 기판 320 : 제1 전극
330 : 점착층 340 : 렌즈층
352 : 제1 층 354 : 제2 층
356 : 이방성 물질 360 : 제2 전극
370 : 제2 기판

Claims (10)

1. 표시패널; 및
   상기 표시패널 상에 위치하는 3D 셀;을 포함하며,
   상기 3D 셀은,
   제1 전극을 포함하는 제1 기판;
   상기 제1 기판과 대향하며 제2 전극을 포함하는 제2 기판;
   상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며, 이방성 물질로 이루어진 제1 층과 등방성 물질로 이루어진 제2 층을 포함하는 렌즈층; 및
   상기 이방성 물질을 배향하며 상기 제1 층의 일면에 배치되는 점착층;을 포함하며,
   상기 점착층은 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페녹시 수지, 우레탄 수지 단독 또는 이들의 혼합물을 포함하는 입체영상 표시장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 점착층은 사이클로페타논, 페놀 또는 비스페닐A 중 적어도 어느 하나 이상이 작용기로 도입된 입체영상 표시장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 점착층은 굴절률이 1.48 내지 1.68인 입체영상 표시장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 점착층은 저장 탄성율이 2000MPa 이상인 입체영상 표시장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 점착층은 유리전이온도가 100도 이상인 입체영상 표시장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 층과 인접한 상기 점착층의 표면은 마이크로 그루브(micro groove)를 포함하는 입체영상 표시장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 층 또는 상기 제2 층은 렌티큘러 렌즈 형태로 이루어진 입체영상 표시장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 층의 이방성 물질의 장축이 상기 제1 전극 표면에 수직한 방향으로 배열되면, 상기 제1 층의 굴절률은 상기 제2 층의 굴절률보다 작아지는 입체영상 표시장치.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 층의 이방성 물질의 장축이 상기 제1 전극 표면에 나란한 방향으로 배열되면, 상기 제1 층의 굴절률은 상기 제2 층의 굴절률과 동일한 입체영상 표시장치.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 표시패널은 액정표시장치, 유기발광표시장치 또는 전기영동표시장치 중 선택된 어느 하나인 입체영상 표시장치.
    

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