KR101818246B1 - 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치와 그 제조방법 - Google Patents

패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입체영상 시청시 상하시야각을 넓힌 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 입체영상 표시장치는 데이터 라인들과, 상기 데이터 라인들과 교차되는 게이트 라인들과, 상기 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차에 의해 정의되는 셀영역에 형성되는 다수의 픽셀을 구비하는 표시패널; 및 좌원 편광만을 통과시키는 제1 리타더와 우원 편광만을 통과시키는 제2 리타더를 구비하는 패턴 리타더를 구비하고, 상기 패턴 리타더가 부착되는 상기 표시패널의 제1 기판의 제1 면에 다수의 에어 홀이 형성되며, 상기 에어 홀의 장축 방향은 상기 제1 리타더와 제2 리타더의 장축 방향과 동일한 것을 특징으로 한다.

Description

패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치와 그 제조방법{STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE USING PATTERN RETARDER METHOD AND FABRICATING METHOD THEREOF}
본 발명은 입체영상 시청시 상하시야각을 넓힌 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
입체영상 표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique) 또는 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)을 이용하여 입체영상을 표시한다. 양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경방식과 무안경방식으로 나뉘어질 수 있다. 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꿔서 표시하고 편광 안경을 사용하여 입체영상을 구현하는 패턴 리타더 방식이 있다. 또한, 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상을 시분할하여 표시하고 액정셔터안경을 사용하여 입체영상을 구현하는 셔터안경 방식이 있다. 무안경 방식은 일반적으로 패럴렉스 베리어, 렌티큘러 렌즈 등의 광학판을 사용하여 좌우시차 영상의 광축을 분리하여 입체영상을 구현한다.
도 1은 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 패턴 리타더 방식으로 입체영상을 구현하는 액정표시장치는 표시패널(DIS) 상에 배치된 패턴 리타더(Patterned Retarder)(PR)의 편광특성과, 사용자가 착용한 편광 안경(PG)의 편광특성을 이용하여 입체영상을 구현한다. 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치는 표시패널(DIS)의 기수(홀수) 라인들에는 좌안 영상을 표시하고, 우수(짝수) 라인들에는 우안 영상을 표시한다. 표시패널(DIS)의 좌안 영상은 패턴 리타더(PR)를 통과하면 좌안 편광으로 변환되고, 우안 영상은 패턴 리타더(PR)를 통과하면 우안 편광으로 변환된다. 편광 안경(PG)의 좌안 편광필터는 좌안 편광만을 통과시키고, 우안 편광필터는 우안 편광만을 통과시킨다. 따라서, 사용자는 좌안을 통하여 좌안 영상만을 보게 되고, 우안을 통하여 우안 영상만을 보게 된다.
패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치에서 최적의 입체영상을 시청하기 위하여 기수 라인(P1)들의 좌안 영상은 좌안 편광 리타더(PRL)를 통과하고, 우수 라인(P2)들의 우안 영상은 우안 편광 리타더(PRR)를 통과하여야 한다. 하지만, 기수 라인(P1)들의 좌안 영상의 빛 중 일부가 우안 편광 리타더(PRR)로 진행하고, 우수 라인(P2)들의 우안 영상의 빛 중 일부가 좌안 편광 리타더(PRL)로 진행할 수 있다. 이 경우, 사용자는 소정의 상하 시야각보다 큰 각도에서부터 편광 안경(PG)의 좌안 편광필터를 통해 좌안 영상과 우안 영상을 모두 보게 되고 우안 편광필터를 통해 좌안 영상과 우안 영상을 모두 보게 되는 문제가 발생한다. 즉, 사용자는 좌안 영상과 우안 영상이 겹쳐보이는 3D 크로스토크(Crosstalk)를 느끼게 된다. 결국, 3D 크로스토크로 인해, 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치에서 입체영상을 시청할 수 있는 상하 시야각이 좁다는 문제가 있다.
본 발명은 입체영상 시청시 상하 시야각을 넓힐 수 있는 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치를 제공한다.
본 발명의 입체영상 표시장치는 데이터 라인들과, 상기 데이터 라인들과 교차되는 게이트 라인들과, 상기 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차에 의해 정의되는 셀영역에 형성되는 다수의 픽셀을 구비하는 표시패널; 및 좌원 편광만을 통과시키는 제1 리타더와 우원 편광만을 통과시키는 제2 리타더를 구비하는 패턴 리타더를 구비하고, 상기 패턴 리타더가 부착되는 상기 표시패널의 제1 기판의 제1 면에 다수의 에어 홀이 형성되며, 상기 에어 홀의 장축 방향은 상기 제1 리타더와 제2 리타더의 장축 방향과 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 입체영상 표시장치의 제조방법은 데이터 라인들과, 상기 데이터 라인들과 교차되는 게이트 라인들과, 상기 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차에 의해 정의되는 셀영역에 형성되는 다수의 픽셀을 구비하는 표시패널; 및 좌원 편광만을 통과시키는 제1 리타더와 우원 편광만을 통과시키는 제2 리타더를 구비하는 패턴 리타더를 구비하는 입체영상 표시장치에 있어서, 상기 표시패널의 제1 기판의 제1 면에 다수의 에어 홀을 형성하는 단계; 상기 제1 면에 편광판을 부착하는 단계; 및 상기 편광판 상에 상기 패턴 리타더를 부착하는 단계를 포함하며, 상기 에어 홀의 장축 방향은 상기 제1 리타더와 제2 리타더의 장축 방향과 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 패턴 리타더가 부착되는 표시패널의 기판에 에어 홀을 형성한다. 이로 인해, 본 발명은 좌안 영상의 빛 중 우안 편광 리타더로 진행하는 빛을 에어 홀에서 전반사시켜 좌안 편광 리타더로 진행시키고, 우안 영상의 빛 중 좌안 편광 리타더로 진행하는 빛을 에어 홀에서 전반사시켜 우안 편광 리타더로 진행시킨다. 그 결과, 본 발명은 입체영상 시청시 상하 시야각을 넓힐 수 있고, 휘도를 높일 수 있다.
도 1은 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 표시패널, 패턴 리타더, 및 편광 안경을 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀이 형성된 표시패널, 편광판, 패턴 리타더를 상세히 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀이 형성된 제1 기판에 입사되는 빛의 입사각 및 굴절각을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀이 형성된 제1 기판을 상세히 보여주는 사시도와 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀의 깊이에 따른 출광 광속을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀의 깊이에 따른 상하 시야각을 보여주는 그래프이다.
도 9는 기판의 두께 감소에 따른 상하 시야각을 보여주는 그래프이다.
도 10은 블랙 매트릭스의 단축 방향 길이 증가에 따른 상하 시야각을 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 3은 표시패널, 패턴 리타더, 및 편광 안경을 보여주는 분해 사시도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 입체영상 표시장치는 표시패널(10), 편광 안경(20), 게이트 구동부(110), 데이터 구동부(120), 타이밍 컨트롤러(130), 및 호스트 시스템(140) 등을 포함한다. 본 발명의 입체영상 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시소자(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광다이오드 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED) 등의 평판 표시소자로 구현될 수 있다. 본 발명은 아래의 실시예에서 액정표시소자를 중심으로 예시하였지만, 액정표시소자에 한정되지 않는 것에 주의하여야 한다.
표시패널(10)은 타이밍 컨트롤러(130)의 제어 하에 영상을 표시한다. 표시패널(10)은 두 장의 기판 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(10)의 기판은 글래스(Glass), 플라스틱(Plastic), 또는 필름(Film)으로 구현될 수 있다. 표시패널(10)의 기판이 플라스틱(Plastic)으로 구현되는 경우, 표시패널(10)의 기판은 폴리 카보네이트(Poly Carbonate, PC), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthalate, PET), 또는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methl Methacrylate, PMMA)으로 형성될 수 있다.
표시패널(10)의 제1 기판상에는 블랙매트릭스, 컬러필터, 공통전극 등을 포함하는 컬러필터 어레이가 형성된다. 표시패널(10)의 제2 기판상에는 데이터 라인(D)들과 게이트 라인(G)들(또는 스캔 라인들)이 상호 교차되도록 형성되고, 데이터 라인(D)들과 게이트 라인(G)들에 의해 정의된 셀영역들에 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 TFT 어레이가 형성된다. 표시패널(10)의 픽셀들 각각은 박막 트랜지스터에 접속되어 화소전극과 공통전극 사이의 전계에 의해 구동된다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 제1 기판상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 제2 기판상에 형성된다. 표시패널(10)의 액정모드는 전술한 TN 모드, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드뿐 아니라 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있다.
표시패널(10)은 대표적으로 백라이트 유닛으로부터의 빛을 변조하는 투과형 액정표시패널이 선택될 수 있다. 백라이트 유닛은 백라이트 유닛 구동부로부터 공급되는 구동전류에 따라 점등하는 광원, 도광판(또는 확산판), 다수의 광학시트 등을 포함한다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛, 또는 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛의 광원들은 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode) 중 어느 하나의 광원 또는 두 종류 이상의 광원들을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛 구동부는 백라이트 유닛의 광원들을 점등시키기 위한 구동전류를 발생한다. 백라이트 유닛 구동부는 백라이트 제어부의 제어 하에 광원들에 공급되는 구동전류를 온/오프(ON/OFF)한다. 백라이트 제어부는 호스트 시스템으로부터 입력되는 글로벌/로컬 디밍신호(DIM)에 따라 백라이트 휘도와 점등 타이밍을 조정한 백라이트 제어 데이터를 SPI(Serial Pheripheral Interface) 데이터 포맷으로 백라이트 유닛 구동부에 출력한다.
도 3을 참조하면, 표시패널(10)의 제1 기판에는 상부 편광판(11a)이 부착되고, 제2 기판에는 하부 편광판(11b)이 부착된다. 상부 편광판(11a)의 광투과축(r1)과 하부 편광판(11b)의 광투과축(r2)은 직교된다. 또한, 제1 기판과 제2 기판에는 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 제1 기판과 제2 기판 사이에는 액정층의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다.
2D 모드에서, 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들과 우수 라인의 픽셀들은 2D 영상을 표시한다. 3D 모드에서, 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들은 좌안 영상(또는 우안 영상)을 표시하고 우수 라인의 픽셀들은 우안 영상(또는 좌안 영상)을 표시한다. 표시패널(10)의 픽셀들에 표시된 영상의 빛은 상부 편광필름을 통해 표시패널(10) 상에 배치된 패턴 리타더(Patterned Retarder)(30)에 입사된다.
패턴 리타더(30)의 기수 라인에는 제1 리타더(31)가 형성되고, 우수 라인에는 제2 리타더(32)가 형성된다. 따라서, 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들은 패턴 리타더(30)의 기수 라인에 형성되는 제1 리타더(31)와 대향되고, 표시패널(10)의 우수 라인의 픽셀들은 패턴 리타더(30)의 우수 라인에 형성되는 제2 리타더(32)와 대향된다.
제1 리타더(31)는 표시패널(10)로부터의 빛의 위상값을 +λ/4(λ는 빛의 파장) 만큼 지연시킨다. 제2 리타더(32)는 표시패널(10)로부터의 빛의 위상값을 -λ/4 만큼 지연시킨다. 제1 리타더(31)의 광축(optic axis)(r3)과 제2 리타더(32)의 광축(r4)은 서로 직교된다. 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31)는 제1 원편광(좌원편광)만을 통과시키도록 구현될 수 있다. 제2 리타더(32)는 제2 원편광(우원편광)만을 통과시키도록 구현될 수 있다.
편광 안경(20)의 좌안 편광필터는 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31)와 동일한 광축을 가진다. 편광 안경(20)의 우안 편광필터는 패턴 리타더(30)의 제2 리타더(32)와 동일한 광축을 가진다. 예를 들어, 편광 안경(20)의 좌안 편광필터는 좌원편광 필터로 선택될 수 있고, 편광 안경(20)의 우안 편광필터는 우원편광 필터로 선택될 수 있다. 사용자는 3D 영상을 감상할 때 편광 안경을 쓰고, 2D 영상을 감상할 때 편광 안경을 벗어야 한다.
결국, 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치에서, 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들에 표시되는 좌안 영상은 제1 리타더(31)를 통과하여 좌원편광으로 변환되고, 우수 라인의 픽셀들에 표시되는 우안 영상은 제2 리타더(32)를 통과하여 우원편광으로 변환된다. 좌원편광은 편광 안경(20)의 좌안 편광필터를 통과하여 사용자의 좌안에 도달하게 되고, 우원편광은 편광 안경(20)의 우안 편광필터를 통과하여 사용자의 우안에 도달하게 된다. 따라서, 사용자는 좌안을 통하여 좌안 영상만을 보게 되고, 우안을 통하여 우안 영상만을 보게 된다.
데이터 구동부(120)는 다수의 소스 드라이브 IC를 포함한다. 소스 드라이브 IC들은 타이밍 컨트롤러(130)로부터 입력되는 영상 데이터(RGB)를 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 아날로그 데이터전압들을 발생한다. 소스 드라이브 IC들로부터 출력되는 정극성/부극성 아날로그 데이터전압들은 표시패널(10)의 데이터 라인(D)들에 공급된다.
게이트 구동부(110)는 타이밍 컨트롤러(130)의 제어 하에 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스를 표시패널(10)의 게이트 라인(G)들에 순차적으로 공급한다. 게이트 구동부(110)는 쉬프트 레지스터, 쉬프트 레지스터의 출력신호를 액정셀의 TFT 구동에 적합한 스윙폭으로 변환하기 위한 레벨 쉬프터, 및 출력 버퍼 등을 각각 포함하는 다수의 게이트 드라이브 집적회로들로 구성될 수 있다. 또는, 게이트 구동부(110)는 GIP(Gate Drive IC in Panel) 방식으로 표시패널(10)의 제2 기판상에 직접 형성될 수도 있다. GIP 방식의 경우, 레벨 쉬프터는 PCB(Printed Circuit Board)상에 실장되고, 쉬프트 레지스터는 표시패널(10)의 제2 기판상에 형성될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(130)는 호스트 시스템(140)으로부터 출력된 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)과 모드신호(MODE)에 기초하여 게이트 구동부 제어신호를 게이트 구동부(110)로 출력하고, 데이터 구동부 제어신호를 데이터 구동부(120)로 출력한다. 게이트 구동부 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 및 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 첫 번째 게이트 펄스의 타이밍을 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 게이트 구동부(110)의 출력 타이밍을 제어한다.
데이터 구동부 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE), 극성제어신호(POL) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동부(120)의 데이터 샘플링 시작 시점을 제어한다. 소스 샘플링 클럭은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 데이터 구동부(120)의 샘플링 동작을 제어하는 클럭신호이다. 데이터 구동부(120)에 입력될 디지털 비디오 데이터가 mini LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스 규격으로 전송된다면, 소스 스타트 펄스(SSP)와 소스 샘플링 클럭(SSC)은 생략될 수 있다. 극성제어신호(POL)는 데이터 구동부(120)로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 L(L은 자연수) 수평기간 주기로 반전시킨다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 데이터 구동부(120)의 출력 타이밍을 제어한다.
호스트 시스템(140)은 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 영상 데이터(RGB)를 타이밍 컨트롤러(130)에 공급한다. 또한, 호스트 시스템(140)은 타이밍신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)과 모드신호(MODE) 등을 타이밍 컨트롤러(130)에 공급한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀이 형성된 표시패널, 편광판, 패턴 리타더를 상세히 보여주는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 표시패널(10)은 제1 편광판(11a)이 부착되는 제1 면에 에어 홀(16)이 형성된 제1 기판(12a), 제2 편광판(11b)이 부착되는 제1 면과 반대되는 제2 면에 TFT 어레이(도시하지 않음)가 형성된 제2 기판(12b), 제1 기판(12a)과 제2 기판(12b) 사이에 형성된 액정층(13) 등을 포함한다. 제1 기판(12a)의 제1 면과 반대되는 제2 면에는 블랙 매트릭스(14)와 기수 라인 컬러필터(15a)와 우수 라인 컬러필터(15b)가 형성된다. 기수 라인 컬러필터(15a)는 기수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되고, 우수 라인 컬러필터(15b)는 우수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성된다. 에어 홀(16)은 기수 라인 컬러필터(15a)와 우수 라인 컬러필터(15b) 사이에 형성된 블랙 매트릭스(14)에 대향되도록 형성된다.
도 4에는 에어 홀(16)에 입사되는 빛의 전반사가 나타나 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀이 형성된 제1 기판에 입사되는 빛의 입사각 및 굴절각을 보여주는 도면이다. 전반사는 굴절률이 큰 물질에서 굴절률이 작은 물질로 빛이 진행할 때, 입사각이 임계각보다 큰 경우에 발생한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, LB는 에어 홀(16)을 제1 기판(12a)에 형성하지 않은 경우, 제1 기판(12a)으로 입사된 빛의 굴절각(θ2)이 소정의 각도(α) 이상인 빛의 진행 방향을 나타낸다. LA는 에어 홀(16)을 제1 기판(12a)에 형성한 경우 제1 기판(12a)으로 입사된 빛의 굴절각(θ2)이 소정의 각도(α) 이상인 빛의 진행 방향을 나타낸다. 제1 기판(12a)을 글래스(Glass)로 구현하는 경우, 제1 기판(12a)의 굴절률은 글래스의 굴절률인 대략 1.5이다. 공기 중에서 제1 기판(12a)으로 입사되는 입사각(θ1)이 89°인 경우, 굴절각(θ2)은 수학식 1과 같이 스넬의 법칙(Snell's Law)에 의해 대략 42°로 산출된다. 결국, 제1 기판(12a)에 입사되는 빛은 0° 내지 89°의 입사각(θ1)을 가지므로, 굴절각(θ2)은 0° 내지 42°로 산출된다.
Figure 112011036635010-pat00001
첫 번째, 에어 홀(16)이 제1 기판(12a)에 형성되지 않은 경우, 제1 기판(12a)으로 입사된 빛의 굴절각(θ2)이 소정의 각도(α) 이상인 빛(LB)은 3D 크로스토크(Crosstalk)를 발생시킬 수 있다. 즉, 우수 라인의 픽셀들로부터 제1 기판(12a)으로 입사되는 좌안 영상의 빛 중 굴절각(θ2)이 소정의 각도(α) 이상인 빛(LB)은 제1 리타더(31)를 통과한다. 따라서, 사용자는 소정의 상하 시야각 이상에서 입체영상을 시청하는 경우 좌안으로 좌안 및 우안 영상을 보게 되므로 3D 크로스토크를 느낄 수 있다. 또한, 기수 라인의 픽셀들로부터 제1 기판(12a)으로 입사되는 우안 영상의 빛 중 굴절각(θ2)이 소정의 각도(α) 이상인 빛(LB)은 제2 리타더(32)를 통과한다. 따라서, 사용자는 소정의 상하 시야각 이상에서 입체영상을 시청하는 경우 우안으로 좌안 및 우안 영상을 보게 되므로 3D 크로스토크를 느낄 수 있다.
한편, 제1 기판(12a)으로 입사된 빛의 굴절각(θ2)을 소정의 각도(α)보다 작게 하기 위해 백라이트 유닛의 출광 분포를 변경할 수 있으나, 백라이트 유닛의 출광 분포를 변경하면 2D 영상의 품질이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명은 백라이트 유닛의 출광 분포를 변경하지 않고 소정의 상하 시야각 이상에서 발생하는 3D 크로스토크(Crosstalk)를 줄이기 위해 소정의 각도(α) 이상으로 입사되는 빛을 전반사하는 에어 홀(16)을 형성하였다.
두 번째로, 에어 홀(16)을 제1 기판(12a)에 형성한 경우, 제1 기판(12a)으로 입사된 빛의 굴절각(θ2)이 소정의 각도(α) 이상인 빛(LA)이라도 3D 크로스토크(Crosstalk)를 발생시키지 않는다. 에어 홀(16)의 굴절률이 제1 기판(12a)의 굴절률보다 작으므로, 에어 홀(16)에 입사되는 빛의 입사각(90°-α)이 임계각보다 큰 경우 빛을 전반사하기 때문이다. 즉, 우수 라인의 픽셀들로부터 제1 기판(12a)으로 입사되는 우안 영상의 빛 중 입사각이 소정의 각도(α) 이상인 빛(LA)은 에어 홀(16)에서 전반사되어 제2 리타더(32)를 통과한다. 또한, 기수 라인의 픽셀들로부터 제1 기판(12a)으로 입사되는 좌안 영상의 빛 중 입사각이 소정의 각도(α) 이상인 빛(LA)은 에어 홀(16)에서 전반사되어 제2 리타더(32)를 통과한다. 따라서, 사용자는 소정의 상하 시야각 이상에서 입체영상을 시청하더라도 3D 크로스토크를 느끼지 않는다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀(16)에는 제1 기판(12a)보다 굴절률이 작은 다른 물질이 충진될 수 있다. 제1 기판(12a)보다 굴절률이 작은 물질이 충진되는 이유는 제1 기판(12a)으로부터 에어 홀(16)에 충진된 물질로 입사되는 빛이 전반사되어야 하기 때문이다. 전반사는 굴절률이 큰 물질에서 굴절률이 작은 물질로 빛이 진행할 때, 입사각이 임계각보다 큰 경우에 발생한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀이 형성된 제1 기판을 상세히 보여주는 사시도와 A 부분의 단면도이다. 도 6을 참조하면, 제1 기판(12a)에 형성되는 에어 홀(16)의 장축(x축) 방향은 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31)와 제2 리타더(32)의 장축(x축) 방향과 동일하다. 에어 홀(16)의 단축(y축) 방향은 제1 리타더(31)와 제2 리타더(32)의 단축(y축) 방향과 동일하다.
에어 홀(16)은 블랙 매트릭스(14)에 대향되도록 형성된다. 블랙 매트릭스(14)는 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들과 우수 라인의 픽셀들 사이에 형성된다. 구체적으로, 도 4와 같이 기수 라인의 픽셀들은 기수 라인 컬러필터(15a)에 대향되고, 우수 라인의 픽셀들은 우수 라인 컬러필터(15b)에 대향되므로, 블랙 매트릭스(14)는 기수 라인 컬러필터(15a)와 우수 라인 컬러필터(15b) 사이에 형성된다.
에어 홀(16)의 단축(y축) 방향 길이(s1)는 블랙 매트릭스(14)의 단축(y축) 방향 길이(s2)의 0.01 배 내지 1.1 배인 것이 바람직하다. 이때, 에어 홀(16)의 단축(y축) 방향 길이의 중심(c1)은 블랙 매트릭스(14)의 단축(y축) 방향 길이(s2)의 1.1 배 이내에 위치하는 것이 바람직하다.
에어 홀(16)의 깊이(D1)는 제1 기판(12a)의 두께(D2)의 0.01 배 이상이며, 제1 기판(12a)의 두께(D2)보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 에어 홀(16)과 제1 기판(12a)의 제1 면이 접하는 부분(p)과 에어 홀(16)의 깊이 중심(c2)이 이루는 각도(β)는 ±30°이내인 것이 바람직하다.
에어 홀(16)의 단축(y축) 방향 길이(s1), 에어 홀(16)의 단축(y축) 방향 길이의 중심(c1)의 위치, 에어 홀(16)의 깊이(D1), 및 에어 홀(16)과 제1 기판(12a)의 제1 면이 접하는 부분(p)과 에어 홀(16)의 깊이 중심(c2)이 이루는 각도(β)는 상하 시야각을 어느 정도 넓힐 것인지와, 표시패널(10)의 픽셀들의 크기 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 에어 홀(16)의 깊이(D1)가 깊을수록 상하 시야각을 넓힐 수 있고, 표시패널(10)의 픽셀들의 크기가 클수록 에어 홀(16)의 단축(y축) 방향 길이(s1)가 커질 수 있다. 에어 홀(16)의 단축(y축) 방향 길이(s1), 에어 홀(16)의 단축(y축) 방향 길이의 중심(c1)의 위치, 에어 홀(16)의 깊이(D1), 및 에어 홀(16)과 제1 기판(12a)의 제1 면이 접하는 부분(p)과 에어 홀(16)의 깊이 중심(c2)이 이루는 각도(β)는 입체영상 표시장치의 제품화 이전에 사전 실험을 통해 최적으로 결정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀의 깊이에 따른 출광 광속을 보여주는 그래프이다. 도 7을 참조하면, x축에는 에어 홀(16)의 깊이(D1)가 나타나 있고, y축에는 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31) 또는 제2 리타더(32)의 출광 광속이 나타나 있다.
3D 크로스토크에 영향을 받지 않고 최적의 입체 영상을 시청하기 위해서, 패턴 리타더(30)의 기수 라인에 형성된 제1 리타더(31)에는 기수 라인의 픽셀들로부터의 좌안 영상의 빛이 입사되어야 한다. 또한, 패턴 리타더(30)의 우수 라인에 형성된 제2 리타더(32)에는 우수 라인의 픽셀들로부터의 우안 영상의 빛이 입사되어야 한다. 하지만, 도 4에서 설명한 바와 같이 에어 홀(16)이 제1 기판(12a)에 형성되지 않는 경우, 기수 라인의 픽셀들로부터 제1 기판(12a)에 입사되는 좌안 영상의 빛 중 일부가 제2 리타더(32)로 진행하고, 우수 라인의 픽셀들로부터 제1 기판(12a)에 입사되는 우안 영상의 빛 중 일부가 제1 리타더(31)로 진행하므로, 3D 크로스토크가 발생한다.
본 발명의 실시예와 같이 제1 기판(12a)에 에어 홀(16)을 형성한 경우, 에어 홀(16)의 깊이(D1)가 증가할수록, 기수 라인의 픽셀들로부터 제1 기판(12a)에 입사되는 좌안 영상의 빛 중 제1 리타더(31)로 진행하는 빛의 양을 더욱 늘릴 수 있다. 좌안 영상의 빛 중 제2 리타더(32)로 진행하는 빛이 에어 홀(16)에 의해 전반사되어 제1 리타더(31)로 진행하기 때문이다. 또한, 에어 홀(16)의 깊이(D1)가 증가할수록, 우수 라인의 픽셀들로부터 제1 기판(12a)에 입사되는 우안 영상의 빛 중 제2 리타더(32)로 출사되는 빛의 양을 더욱 늘릴 수 있다. 우안 영상의 빛 중 제1 리타더(31)로 진행하는 빛이 에어 홀(16)에 의해 전반사되어 제2 리타더(32)로 진행하기 때문이다.
결국, 제1 리타더(31)로 출사되는 좌안 영상의 빛의 양이 증가하고, 제2 리타더(32)로 출사되는 우안 영상의 빛의 양이 증가하므로, 에어 홀(16)의 깊이(D1)가 증가할수록, 제1 리타더(31) 또는 제2 리타더(32)의 출광 광속은 증가하게 된다. 나아가, 제1 리타더(31) 또는 제2 리타더(32)의 출광 광속의 증가로 인해 입체영상 표시장치의 휘도가 높아진다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀의 깊이에 따른 상하 시야각을 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀(16)의 깊이(D1)에 따른 상하 시야각 이외에 종래 기술의 상하 시야각, 제1 기판(12a)의 두께(D2)를 0.1mm로 줄인 경우의 상하 시야각이 나타나 있다.
첫 번째로, 종래 패턴 리타더 방식의 상하 시야각은 대략 20° 정도로 알려져 있다.
두 번째로, 제1 기판(12a)의 두께(D2)를 0.1mm로 줄이는 경우, 표시패널(10)의 픽셀들과 패턴 리타더(30) 간의 거리가 가까워지므로, 우안 영상의 빛 중 제1 리타더(31)로 진행하는 빛이 줄어들고, 좌안 영상의 빛 중 제2 리타더(32)로 진행하는 빛이 줄어든다. 따라서, 제1 기판(12a)의 두께(D2)를 0.1mm로 줄이는 경우, 상하 시야각은 대략 60° 정도로 넓어진다. 하지만, 제1 기판(12a)의 두께(D2)를 0.1mm로 줄이기 위해 기판 식각 공정이 필수적이고, 기판 식각 공정은 많은 비용과 시간이 소모되는 문제가 있다.
세 번째로, 본 발명의 실시예에 따른 에어 홀(16)의 깊이(D1)가 증가할수록 상하 시야각은 증가한다. 에어 홀(16)의 깊이(D1)가 증가할수록, 제1 리타더(31)로 진행하는 좌안 영상의 빛의 양이 증가하고, 제2 리타더(32)로 진행하는 우안 영상의 빛이 증가하기 때문이다. 특히, 에어 홀(16)의 깊이(D1)에 따라 상하 시야각은 최대 80° 까지 넓어질 수 있으며, 에어 홀(16)의 깊이(D1)가 0.2mm 이상인 경우의 상하 시야각은 제1 기판(12a)의 두께(D2)를 0.1mm로 줄이는 경우보다 더 넓어진다. 나아가, 실험 결과에 의하면 에어 홀(16)의 깊이(D1)가 0.1mm에서 0.2mm로 증가하는 경우에 상하 시야각이 50° 정도 수준에서 70°까지 급속히 증가하므로, 에어 홀(16)의 깊이(D1)은 0.2mm 이상인 것이 더욱 바람직할 것이다.
한편, 상하 시야각을 증가시키는 방법으로, 제1 기판(12a)의 두께(D2)를 줄이는 방법과 블랙 매트릭스(14)의 단축 방향 길이(s2)를 증가시키는 방법을 고려할 수도 있다. 첫 번째로, 제1 기판(12a)의 두께(D2)를 줄이는 방법은 기판 식각 공정이 필수적이고, 기판 식각 공정은 많은 비용과 시간이 소모되는 문제가 있다. 또한, 제1 기판(12a)의 두께(D2)를 줄이는 방법은 도 9와 같이 제1 기판(12a)의 두께(D2)가 0.4 mm 이하가 되어야 상하 시야각 증가의 효과를 볼 수 있다. 그런데, 제1 기판(12a)의 두께(D2)가 0.4 mm 이하인 경우 제1 기판(12a)이 너무 얇아지기 때문에 제1 기판(12a)의 신뢰성이 문제될 수 있다.
두 번째로, 블랙 매트릭스(14)의 단축 방향 길이(s2)를 증가시키는 방법은 도 10과 같이 상하 시야각 증가의 효과가 미미하다. 또한, 블랙 매트릭스(14)의 단축 방향 길이(s2)를 증가시키는 경우, 픽셀들의 개구율이 줄어들기 때문에 입체영상 표시장치의 휘도 저하가 문제된다.
이에 비해, 제1 기판(12a)에 에어 홀(16)을 형성한 입체영상 표시장치는 휘도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 상하 시야각을 증가시킬 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 제1 기판(12a)에 에어 홀(16)을 형성하는 공정도 간단하므로, 비용 상승 및 시간 소요가 크게 문제되지 않는다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 제조방법에 대하여는 도 4와 도 11을 결부하여 설명한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 제1 기판(12a)에 에어 홀(16)을 형성한다. 에어 홀(16)은 제1 편광판(11a)과 패턴 리타더(30)가 부착되는 제1 기판(12a)의 제1 면에 형성된다. 에어 홀(16)은 그 장축 방향은 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31)와 제2 리타더(32)의 장축 방향과 동일하게 형성된다. 에어 홀(16)은 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들과 우수 라인의 픽셀들 사이에 형성된 블랙 매트릭스(14)에 대향되도록 형성된다. 에어 홀(16)의 단축 방향 길이(s2)와 깊이(D1)는 3D 크로스토크로 인한 상하 시야각을 어느 정도 넓힐 것인지와, 표시패널(10)의 픽셀들의 크기 등에 따라 달라질 수 있다.
에어 홀(16)은 적외선(Infrared Ray) 계열의 레이저를 이용한 스크라이빙(Scribing), 또는 다이아몬드 바이트(Diamond Bite)를 이용한 스크라이빙으로 형성될 수 있다. 또한, 에어 홀(16)은 프로그래머블 로직 컨트롤러(Programmable Logic Controller)를 이용한 기계적 가공, 금형을 이용한 성형 공정, 및 포토 레지스트(Photo Resist) 패턴을 이용한 식각 공정 등을 이용하여 형성될 수도 있다. 나아가, 에어 홀(16)은 제1 기판(12a)의 제작과 동시에 형성될 수도 있다. 이 경우, 에어 홀(16)은 압출(Extrusion) 성형 방식을 이용하여 제1 기판(12a)에 형성될 수 있다. 에어 홀(16)은 에어 홀(16)이 패터닝된 틀(Mold)을 용융된 제1 기판(12a)에 압력을 가한 후 냉각함으로써 형성된다. (S1)
에어 홀(16)이 형성된 제1 기판(12a)의 제1 면에 제1 편광판(11a)이 부착된다. 제1 편광판(11a)의 부착으로 인해, 에어 홀(16)은 공기가 채워진 상태로 밀봉된다. (S2)
제1 편광판(11a) 상에 패턴 리타더(30)가 부착된다. 패턴 리타더(30) 부착 시에는 제1 리타더(31)가 기수 라인의 픽셀들 상에 배치되고, 제2 리타더(32)가 우수 라인의 픽셀들 상에 배치되도록 정렬이 요구된다. (S3)
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 패턴 리타더가 부착되는 표시패널의 기판에 에어 홀을 형성한다. 이로 인해, 본 발명은 좌안 영상의 빛 중 우안 편광 리타더로 진행하는 빛을 에어 홀에서 전반사시켜 좌안 편광 리타더로 진행시키고, 우안 영상의 빛 중 좌안 편광 리타더로 진행하는 빛을 에어 홀에서 전반사시켜 우안 편광 리타더로 진행시킨다. 그 결과, 본 발명은 입체영상 시청시 상하 시야각을 넓힐 수 있고, 휘도를 높일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 표시패널 11a: 제1 편광판
11b: 제2 편광판 12a: 제1 기판
12b: 제2 기판 13: 액정층
14: 블랙 매트릭스 15a: 기수 라인 컬러필터
15b: 우수 라인 컬러필터 16: 에어 홀
20: 편광 안경 30: 패턴 리타더
31: 제1 리타더 32: 제2 리타더
110: 게이트 구동부 120: 데이터 구동부
130: 타이밍 컨트롤러 140: 호스트 시스템

Claims (15)

  1. 다수의 픽셀들을 구비하는 표시패널;
    상기 표시패널의 제1 기판의 제1 면에 부착되는 편광판; 및
    상기 편광판에 부착되고, 좌원 편광만을 통과시키는 제1 리타더와 우원 편광만을 통과시키는 제2 리타더를 구비하는 패턴 리타더를 구비하고,
    상기 표시패널에서 기수 라인의 픽셀들과 우수 라인의 픽셀들 사이에 위치하며, 상기 제1 기판의 상기 제1 면과 반대되는 제2 면에 형성되는 블랙 매트릭스를 포함하고,
    상기 표시패널의 제1 기판의 제1 면에서 내측방향으로 형성되는 다수의 에어 홀을 포함하며,
    상기 에어 홀의 장축 방향은 상기 제1 리타더와 제2 리타더의 장축 방향과 동일한 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 표시패널의 기수 라인의 픽셀들과 우수 라인의 픽셀들 사이에 형성되고,
    상기 에어 홀은 블랙 매트릭스에 대향되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기수 라인의 픽셀들은 상기 제1 리타더와 대향되고, 상기 우수 라인의 픽셀들은 상기 제2 리타더에 대향되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 에어 홀의 단축 방향 길이는 상기 블랙 매트릭스의 단축 방향 길이의 0.01 배 내지 1.1 배로 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 에어 홀의 단축 방향 길이의 중심은 상기 블랙 매트릭스의 단축 방향 길이의 1.1 배 이내에 위치하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 에어 홀의 깊이는 상기 제1 기판의 두께의 0.01 배 이상이고, 상기 제1 기판의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 에어 홀과 상기 제1 면이 접하는 부분과 상기 에어 홀의 깊이 중심이 이루는 각도는 ±30°이내로 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시패널은
    상기 제1 기판의 제2 면에 형성되는 기수 라인 컬러필터 및 우수 라인 컬러필터를 더 포함하고,
    상기 기수 라인 컬러필터는 상기 기수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되고, 상기 우수 라인 컬러필터는 상기 우수 라인의 픽셀들에 대향되는 입체영상 표시장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시패널은
    상기 제1 기판의 제2 면과 대면하는 제2 기판; 및
    상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 위치하는 액정층을 더 포함하는 입체영상 표시장치.
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