KR20120130982A - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 액정표시장치는, 이격되어 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판을 포함하는 액정패널과; 상기 액정패널 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈와; 상기 렌티큘러 렌즈 상부에 형성되는 필름 패턴드 리타더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패턴드 리타더층을 포함하는 액정표시장치에 있어서 삼차원 크로스토크 발생을 억제하여 상하 시야각을 개선한 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 디스플레이 분야에 대한 요구도 다양한 형태로 증가하고 있으며, 영상 구현 방식과 관련하여 2차원적인 평면영상뿐만 아니라 3차원적인 입체영상까지도 구현할 수 있는 액정표시장치가 개발되고 있다.
인간이 영상의 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차 외에도 심리적, 기억적 요인이 있다.
이와 같은 요인들을 이용한 3차원 입체영상 표시 방식 중 하나가 양안의 생리적 요인을 이용하여 입체감을 느끼는 입체감표현방식(stereoscopic type)이다.
입체감표현방식(stereoscopic type)은 약 65㎜정도 떨어져 있는 좌우안에 시차정보가 포함된 평면의 연관영상을 제공하면, 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다.
이러한 입체감표현방식은 실질적인 입체감 생성위치에 따라 관찰자가 특수안경을 착용하는 안경방식과, 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 등의 렌즈 어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.
이 중 안경방식은 무안경 방식에 비해 시야각이 넓고 감상 시 어지러움증 유발이 적으며, 비교적 저렴한 원가로 제작이 가능하다는 장점이 있다.
위와 같은 안경방식은, 셔터안경 방식(shutter glasses)과 편광분할 방식으로 나눌 수 있다.
셔터안경 방식은, 하나의 화면으로 좌우안 영상을 번갈아 표시하고 셔터안경의 좌측 셔터와 우측 셔터의 순차적 개폐 타이밍(timing)을 좌우안 영상의 시교차 시간과 일치시켜서 각 영상이 좌안과 우안에 따로 인식되도록 함으로써 입체감을 나타내는 방식이다.
셔터안경 방식을 이용할 경우에 시교차 타이밍을 완전히 일치하도록 제어하지 못함에 따라 플리커(flicker) 현상이 발생할 수 있어, 관찰자가 입체영상을 감상할 때 어지러움증과 같은 피로를 유발할 수 있는 문제점이 존재한다.
또 다른 방식인 편광분할 방식은, 하나의 화면의 화소를 열, 행 또는 화소단위로 2분할하여 좌우안 영상을 서로 다른 편광방향으로 표시하고, 편광안경의 좌측 안경과 우측 안경이 서로 다른 편광방향을 갖도록 하여 각 영상이 좌안과 우안에 따로 인식되도록 함으로써 입체감을 나타내는 방식이다.
편광분할 방식은 셔터안경 방식에서와 같은 플리커 현상 발생 요인이 없으므로 감상 시 피로 유발이 적다는 장점이 있다.
또한, 편광분할 방식의 액정표시장치는 표시장치 전면에 편광을 분할할 수 있는 패터닝된 편광분할 광학매체(예를 들어, 패턴드 리타더(patterned retarder) 등)를 장착하기 때문에, 가격이 매우 저렴한 편광안경을 착용하여 다수가 감상할 수 있으므로 비용이 상대적으로 매우 적게 든다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래의 편광분할 방식의 액정표시장치에 대하여 살펴본다.
도1은 3D 크로스토크의 발생을 설명하기 위해 종래의 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도2는 3D 크로스토크의 발생을 제거하기 위한 블랙스트라이프를 포함하는 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도1에 도시한 바와 같이, 종래의 편광안경 방식의 액정표시장치(1)는, 게이트 배선(미도시), 데이터 배선(미도시), 박막트랜지스터(미도시) 등이 형성되는 제 1 기판(10)과, 다수의 좌안 수평화소라인(Hl)와 다수의 우안 수평화소라인(Hr)과, 다수의 블랙매트릭스(BM)을 포함하는 제 2 기판(20)과, 반응성 액정단량체가 코팅되어 패턴드 리타더(patterned retarder)(52)가 형성되는 제 3 기판(50)을 포함한다.
액정패널(30)은 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)을 부착하여 형성되며, 영상을 출력한다.
그리고, 제 1 기판(10) 하부에는 제 1 편광판(미도시)이 부착되고, 제 2 기판(20) 상부에는 제 2 편광판(40)이 부착된다.
이때, 제 1 편광판(미도시) 및 제 2 편광판(40)은 광투과축에 평행한 선편광만을 투과시키며, 제 1 편광판(미도시)의 광투과축은 제 2 편광판(40)의 광투과축과 수직으로 배치된다.
그리고, 제 2 편광판(40) 상부에는 패턴드 리타더(52)가 부착되는데, 패턴드 리타더(52)는, 다수의 좌안 리타더(Rl) 및 다수의 우안 리타더(Rr)를 포함한다.
종래의 편광안경 방식의 액정표시장치(1)의 상하 시야각에서는, 정면 또는 좌우 시야각에서와 달리, 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 다수의 좌안영상 중 일부(Il')가 패턴드 리타더(52)의 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광 되어 출력되었다. (A부분)
그리고, 우원편광 된 일부의 좌안영상(Il')이 우원편광 된 다수의 우안영상(Ir)과 함께 편광안경(70)의 우안렌즈를 통과하여 관찰자의 우안에 전달되었다.
그 결과 다수의 우안영상(Ir)과 일부의 좌안영상(Il')이 서로 간섭하여 3차원 크로스토크(Crosstalk)가 발생하기 때문에, 상하방향의 3차원 시야각 특성이 저하되는 문제점이 있었다.
여기서, 3D 크로스토크(Crosstalk)란 좌안영상(Il)이 우안에 제공되거나 우안 영상이 좌안에 제공됨에 따라 선명한 3차원 입체영상의 인식을 방해하는 것을 의미하며, 3D 크로스토크가 작을수록 3차원 입체영상의 선명도가 높아지고 눈의 피로도가 감소한다.
또한, 종래의 편광안경 방식의 액정표시장치는, 패턴드 리타더(patterned retarder)(52)가 형성되는 제 3 기판(50)은 유리 재질의 기판을 사용했었다.
유리 재질의 기판은 기계적 성질이 강하고 표면의 편평도가 우수하며 투명도가 높고 복굴절이 없이 광학특성이 균일하면서, 일반적인 스핀 코팅(spin coating)법으로 배향막이나 반응성 액정단량체를 균일한 두께로 형성할 수 있다는 장점이 있다.
반면에, 가격이 비싸고 제조 중 파손 가능성이 높으며 공정시간이 길어서 수율과 양산성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
이러한 3D 크로스토크 발생을 방지하기 위하여, 도2에 도시한 바와 같이, 종래의 편광안경 방식의 액정표시장치(11)에는, 패턴드 리타더(52)의 상측에 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr) 사이에 블랙스트라이프(BS)를 형성하였다.
여기서, 액정패널의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하여 패턴드 리타더(52)의 우안 리타더(Rr)로 향하는 일부의 좌안영상(Il')은 블랙스트라이프(BS)에 의하여 차단된다.
그 결과 우안영상(Ir)만이 우원편광 되어 편광안경(70)의 우안렌즈를 통과하여 관찰자의 우안에 전달되므로, 우안영상(Ir)과 일부의 좌안영상(Il')의 간섭에 의한 3차원 크로스토크 발생이 방지된다.
그러나, 블랙스트라이프(BS)에 의하여 액정패널의 비표시영역이 증가하게 되어 개구율 및 휘도가 감소하는 문제점이 발생하였다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 삼차원 영상을 구현하는 경우에 발생할 수 있는 삼차원 크로스토크를 억제함에 따라 삼차원 상하 시야각을 개선하기 위한 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 액정표시장치는, 좌안영상과 우안영상을 이용하여 입체영상을 표시하는 액정표시장치에 있어서, 이격되어 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판을 포함하는 액정패널과; 상기 액정패널 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈와; 상기 렌티큘러 렌즈 상부에 형성되는 필름 패턴드 리타더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 렌티큘러 렌즈 상부에는 상기 렌티큘러 렌즈의 표면이 평평해지도록 상기 렌티큘러 렌즈의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 물질이 도포될 수 있다.
또한, 상기 렌티큘러 렌즈 상부에 상기 좌안영상 및 상기 우안영상을 선편광시키는 편광판을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 액정패널은, 좌안 수평화소라인과 우안 수평화소라인을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 필름 패턴드 리타더는 좌안 리타더와, 우안 리타더를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 렌티큘러 렌즈의 폭은, 상기 좌안 수평화소라인의 폭과 상기 좌안 리타더의 폭 사이인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 액정표시장치 제조방법은, 대향합착되는 제1기판과 제2기판을 합착하여 액정패널을 형성하는 단계와; 상기 액정패널 상부에 렌티큘러 렌즈를 형성하는 단계와; 상기 렌티큘러 렌즈 상부에 필름 패턴드 리타더를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 렌티큘러 렌즈는, 다수의 적, 녹, 청색 컬러필터와, 다수의 블랙매트릭스를 포함하는 상기 제 2 기판 상에 다수의 적, 녹, 청색 컬러필터와, 다수의 블랙매트릭스를 포함하는 상기 제 2 기판 상에 마스크를 이용하여 에칭하여 상기 렌티큘러 렌즈를 형성하거나, 상기 제 2 기판의 일부를 식각하여 상기 렌티큘러 렌즈를 형성할 수 있다.
그리고, 상기 렌티큘러 렌즈를 형성하는 단계 다음에, 상기 렌티큘러 렌즈의 표면이 평평해지도록 상기 렌티큘러 렌즈 상부에 상기 렌티큘러 렌즈의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 물질을 도포하는 단계와; 상기 렌티큘러 렌즈 상부에 영상을 선편광시키는 편광판을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치에서는, 렌티큘러 렌즈를 이용하여 삼차원 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다.
그리고, 배면 ITO상에 렌티큘러 렌즈를 형성함에 따라 패턴드 리타더 층과 렌티큘러 렌즈의 배열을 일치시켜야 하는 문제와 렌티큘러 렌즈의 표면처리 문제를 해결할 수 있다.
도1은 3D 크로스토크의 발생을 설명하기 위해 종래의 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도2는 3D 크로스토크의 발생을 제거하기 위한 블랙스트라이프를 포함하는 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 사시도이다.
도4은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도5는 패턴드 리타더에서의 영상의 입사각과 굴절각과의 관계를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도6는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 사시도이다.
도7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도9 및 도10은 각각 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 렌티큘러 렌즈를 제조하는 공정을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도11 및 도12는 각각 렌티큘러 렌즈의 위치에 따른 상하 시야각의 차이를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 사시도이고, 도4은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치(101)는, 서로 마주보며 이격된 제 1 기판(110)및 제 2 기판(120)과, 제 1 기판(110)및 제 2 기판(120) 각각의 외면에 형성되는 제 1 편광판(미도시) 및 제 2 편광판(140)과, 제 1 편광판(미도시) 하부의 백라이트 유닛(미도시)과, 제 2 편광판(140) 상부에 형성되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(152)를 포함한다.
액정패널(130)은 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)이 합착하여 형성되며, 좌안영상(Il)을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상(Ir)을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)을 포함한다.
여기서, 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에는 적, 녹, 청색 화소영역(R, G, B)이 순차적으로 배치된다.
여기서, 도시하지는 않았지만, 제 1 기판(110)에는 서로 교차하여 화소영역(미도시)을 정의하는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시), 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)에 연결되는 박막트랜지스터(미도시) 및 박막트랜지스터(미도시)에 연결되어 각 화소영역(미도시)에 배치되는 화소전극(미도시)이 형성될 수 있다.
그리고, 제 2 기판(120)에는 다수의 적, 녹, 청색 컬러필터(미도시)와, 다수의 블랙매트릭스(BM)이 형성된다.
이때, 좌안영상(Il)을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상(Ir)을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)은 액정패널(130)의 수직방향을 따라 번갈아 배치된다.
백라이트 유닛(미도시)으로부터 공급되는 빛은 제 1 편광판(미도시), 액정패널(130), 제 2 편광판(140)을 통과하면서 선편광 상태가 되어 패턴드 리타더(152)에 입사된다.
제 2 편광판(140)은, 액정패널(130)에서 출사하는 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)을 선편광시키는 역할을 한다.
즉, 액정패널(130)에서 출사하는 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)은 제 2 편광판(140)을 통과하여 각각 선편광된 좌안영상(Il) 및 선편광된 우안영상(Ir)으로 변조되고, 선편광된 좌안 및 우안영상(Ir)은 패턴드 리타더(152)로 입사된다.
패턴드 리타더(152)는, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)를 포함하는데, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)는 각각 액정패널(130)의 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되도록 번갈아 배치된다.
여기서, 제 2 편광판(140)을 통과하여 변조된 선편광된 좌안영상(Il) 및 선편광된 우안영상(Ir)은 패턴드 리타더(152)를 통과함에 따라 원편광된다.
즉, 선편광된 좌안영상(Il)은 좌안 리타더(Rl)를 통과하여 좌원편광으로 변조하여 출력하고, 선편광된 우안영상(Ir)은 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광으로 변조하여 출력한다.
따라서, 액정패널(130)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상(Il)은, 제 2 편광판(140)을 통과하면서 선편광된 후, 패턴드 리타더(152)의 좌안 리타더(Rl)를 통과하면서 좌원편광되어 출사된다.
그리고, 액정패널(130)의 우안 수평화소라인(Hr)이 표시하는 우안영상(Ir)은, 제 2 편광판(140)을 통과하면서 선편광된 후, 패턴드 리타더(152)의 우안 리타더(Rr)를 통과하면서 우원편광되어 출사된다.
이렇게 출력된 좌원편광된 좌안영상(Il) 및 우원편광된 우안영상(Ir)은 관찰자에게 전달된다.
한편, 관찰자가 착용하는 편광안경(170)은, 좌안렌즈(172) 및 우안렌즈(174)를 포함하는데, 이때, 좌안렌즈(172)는 좌원편광만 투과시키고, 우안렌즈(174)는 우원편광만 투과시킨다.
따라서, 관찰자에게 전달된 영상 중, 좌원편광된 좌안영상(Il)은 좌안렌즈(172)를 통하여 관찰자의 좌안에 전달되고, 우원편광된 우안영상(Ir)은 우안렌즈(174)를 통하여 관찰자의 우안에 전달된다.
그 결과 관찰자는 좌우안으로 각각 전달된 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)을 조합하여 3차원 입체영상을 인식하게 된다.
위와 같이 편광분할 광학매체로서 사용되는 패턴드 리타더(152)는, 액정표시장치의 전면에 배치되며, 액정패널(130)로부터 출사된 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)이 서로 다른 편광방향을 갖도록 변조하는 역할을 한다.
종래에는 이러한 패턴드 리타더(152)를 제조하는 경우에 반응성 액정단량체(reactive mesogens: RM)를 유리 재질의 기판에 코팅(coating)하고, 서로 다른 광축을 갖도록 패턴을 배향시킨 후 광가교 시켜서 액정 고분자 필름으로 만드는 패턴배향 방식을 사용했었다.
하지만 유리 재질의 기판은 가격이 비싸고 제조 중 파손 가능성이 높으며 공정시간이 길어서 수율과 양산성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치(101)에서는 유리 재질의 기판 대신에 필름 재질의 기판을 이용하여 제조한 필름 패턴드 리타더(Film Patterned Retarder)를 사용한다.
하지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치(101)의 경우, 액정패널(130)에서 구현된 좌안영상(Il)과 우안영상(Ir)이 각각 좌안 수평화소라인(Hl) 및 좌안 리타더(Rl)를 통해 출사되거나, 우안 수평화소라인(Hr)과 우안 리타더(Rr)를 통해 출사되도록 수평화소라인과 패턴드 리타더(152)가 1:1로 매칭되도록 형성되어 있다.
그렇기 때문에 상하 시야각 방향에서는 어느 하나의 단안 영상이 의도하지 않은 패턴드 리타더(152)로 입사되어 다른 편광상태가 될 수 있다.
이렇게 편광된 단안영상은 반대쪽 안경렌즈로 입사되어 3D 크로스토크를 유발할 수 있고, 시야각에 따른 크로스토크가 커져 3D 시야각이 줄어들 수 있다.
예를 들면, 정면이나 좌우 시야각 방향에서는 좌안 수평화소라인(Hl)을 통과하여 선편광된 좌안영상(Il)이 1:1로 매칭된 좌안 리타더(Rl)로 입사되기 때문에 의도한 대로 좌원편광되어 출사된다.
하지만, 상하 시야각 방향에서는 좌안 수평화소라인(Hl)을 통과하여 선편광된 좌안영상(Il)이 우안 리타더(Rr)로 입사되어 우원편광된 상태로 출사될 수 있다.
그 결과 우안영상(Ir)(Ir)과 일부의 좌안영상(Il)(Il)의 간섭에 의한 3D 크로스토크가 발생할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치(101)에서는 3D 크로스토크를 방지하기 위해 도4에 도시한 바와 같이, 블랙매트릭스(BM)의 폭을 증가시켰다.
따라서, 좌안 수평화소라인(Hl)으로 입사되는 일부의 좌안영상(Il)(Il)이 패턴드 리타더(152)의 우안 리타더(Rr)로 향하지 못하도록 블랙매트릭스(BM)에 의하여 차단된다.
이처럼 블랙매트릭스(BM)의 폭을 증가시키게 되면 3D 크로스토크의 발생을 방지할 수 있다.
하지만 액정패널(130)의 비표시영역이 증가하게 되어 개구율 및 휘도가 감소하는 문제점이 발생하였다. 이와 같은 문제점을 개선한 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 대해 살펴보기에 앞서 영상의 입사각과 굴절각과의 관계를 살펴보기로 한다.
도5는 패턴드 리타더에서의 영상의 입사각과 굴절각과의 관계를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도5에서는, 좌안 수평화소라인(Hl)을 통과한 좌안영상(Il)이 제 2 기판(120)과 굴절율이 상이한 패턴드 리타더(152)를 통과하면서 굴절되는 현상을 나타내고 있다.
이 경우, 상하 시야각 θ는 크로스토크가 발생하지 않는 임계각도(실질적으로, 크로스토크가 7%가 되는 각도를 의미한다)이며, 수학식1 내지 수학식 3을 통해 구할 수 있다.
수학식 1은 매질 내에서의 기하학적인 조건을 나타내는 식으로 다음과 같다. 이때, 매질은 제 2 기판(120)과 제 2 편광판(140)이다.
Figure pat00001
여기서, CTref는 허용되는 최대 크로스토크 값(기준 크로스토크 값), d는 수평화소라인의 길이, B 는 블랙매트릭스의 길이, L은 제 2 기판(120)으로부터 패턴드 리타더(152)까지의 거리(즉, 제 2 기판(120)의 두께 + 제 2 편광판(140)의 두께), n은 제 2 기판(120) 및 제 2 편광판(140)의 평균 굴절률을 의미한다.
Φ와 θ의 관계는 스넬(snell) 법칙을 나타내는 식인 수학식 2로 나타낼 수 있다.
이때, Φ는 패턴드 리타더(152)로 입사되는 영상의 입사각이고, θ는 패턴드 리타더(152)를 통과하여 굴절된 영상의 굴절각으로, 상하 시야각을 나타낸다.
Figure pat00002
θ는 수학식 1과 수학식 2를 통해 도출된 수학식 3을 통해 구할 수 있다.
Figure pat00003
예를 들어, 크로스토크(CTref) 7% 기준으로 47인치 FHD 패널에서 P=540um, B=240um, L=900, n=1.5를 적용하는 경우, 상하 시야각 θ은 13.4도가 될 수 있다.
이와 같은 상하 시야각을 개선하기 위해서는 B 값을 증가시키거나 L값을 감소시켜야 한다.
하지만 현재 공정상으로 제 2 기판(120)으로부터 패턴드 리타더(152)까지의 거리인 L값은 조절하기 힘들다. 따라서, 실시예 1에서는 블랙매트릭스(BM)의 폭인 B값을 크게 하여 상하 시야각을 개선했었다.
그러나, 앞서 살핀 바와 같이, B값을 크게 할 경우, 2D 및 3D 에서 광의 투과율이 낮아져 개구율 감소 등의 문제가 발생한다.
이하에서는 B값의 증가 없이도 3D 크로스토크의 발생을 방지하여 상하 시야각을 개선하는 방안에 대해 살펴보기로 한다.
도6는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 사시도이고, 도7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치는, 서로 마주보며 이격된 제 1 기판(미도시) 및 제 2 기판(220)과, 제 1 기판(미도시) 및 제 2 기판(220) 각각의 외면에 형성되는 제 1 및 제 2 편광판(미도시, 240)과, 제 1 편광판(미도시) 하부의 백라이트 유닛(미도시)과, 제 2 편광판(240) 상부에 형성되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(252)와, 패턴드 리타더(252) 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈 필름(260)을 포함한다.
액정패널(230)은 제 1 기판(미도시)과 제 2 기판(220)이 합착하여 형성되며, 좌안영상(Il)을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상(Ir)을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)을 포함한다.
여기서, 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에는 적, 녹, 청색 화소영역(R, G, B)이 순차적으로 배치된다.
여기서, 도시하지는 않았지만, 제 1 기판(미도시)에는 서로 교차하여 화소영역(미도시)을 정의하는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시), 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)에 연결되는 박막트랜지스터(미도시) 및 박막트랜지스터(미도시)에 연결되어 각 화소영역(미도시)에 배치되는 화소전극(미도시)이 형성될 수 있다.
그리고, 제 2 기판(220)에는 다수의 적, 녹, 청색 컬러필터(미도시)와, 다수의 블랙매트릭스(BM)이 형성된다.
이때, 좌안영상(Il)을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상(Ir)을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)은 액정패널(230)의 수직방향을 따라 번갈아 배치된다.
백라이트 유닛(미도시)으로부터 공급되는 빛은 제 1 편광판(미도시), 액정패널(230), 제 2 편광판(240)을 통과하면서 선편광 상태가 되어 패턴드 리타더(252)에 입사된다.
제 2 편광판(240)은, 액정패널(230)에서 출사하는 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)을 선편광시키는 역할을 한다.
즉, 액정패널(230)에서 출사하는 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)은 제 2 편광판(240)을 통과하여 각각 선편광된 좌안영상(Il) 및 선편광된 우안영상(Ir)으로 변조되고, 선편광된 좌안 및 우안영상(Ir)은 패턴드 리타더(252)로 입사된다.
패턴드 리타더(252)는, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)를 포함하는데, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)는 각각 액정패널(230)의 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되도록 번갈아 배치된다.
여기서, 제 2 편광판(240)을 통과하여 변조된 선편광된 좌안영상(Il) 및 선편광된 우안영상(Ir)은 패턴드 리타더(252)를 통과함에 따라 원편광된다.
즉, 선편광된 좌안영상(Il)은 좌안 리타더(Rl)를 통과하여 좌원편광으로 변조하여 출력하고, 선편광된 우안영상(Ir)은 우안 리타더(Rr)를 통과하여 우원편광으로 변조하여 출력한다.
따라서, 액정패널(230)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상(Il)은, 제 2 편광판(240)을 통과하면서 선편광된 후, 패턴드 리타더(252)의 좌안 리타더(Rl)를 통과하면서 좌원편광되어 출사된다.
그리고, 액정패널(230)의 우안 수평화소라인(Hr)이 표시하는 우안영상(Ir)은, 제 2 편광판(240)을 통과하면서 선편광된 후, 패턴드 리타더(252)의 우안 리타더(Rr)를 통과하면서 우원편광되어 출사된다.
렌티큘러 렌즈 필름(260)은 패턴드 리타더(252)의 상부에 위치하며, 패턴드 리타더(252)로부터 입사되는 영상 중 특정 부분에서 출사되는 영상만 상하 시야각 방향으로 출사되도록 하고, 나머지 부분에서 출사되는 영상은 굴절시켜 액정표시장치의 상하 시야각을 개선하는 역할을 한다.
이때, 특정 부분은 렌티큘러 렌즈(264)에서 빛이 집광되는 부분에 해당할 수 있다.
예를 들어, 상하 시야각 방향에서 의도된 대로 좌안 수평화소라인(Hl) 및 좌안 리타더(Rl)로 입사되는 영상은 관찰자로 전달되도록 하고, 의도한 바와 달리 좌안 수평화소라인(Hl)을 통과하여 우안 리타더(Rr)로 입사되는 영상은 우안영상(Ir)과의 간섭을 방지하기 위하여 렌티큘러 렌즈(264)에 의해 굴절된다.
따라서, 굴절되는 영상은 시야에서 벗어나는 방향으로 전달되기 때문에 관찰자에게 영향을 미치지 않아 크로스토크 발생을 방지할 수 있다.
이러한 역할을 하는 렌티큘러 렌즈 필름(260)은 도7에 도시한 바와 같이, 제 1 베이스필름(252a)과 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)를 포함하는 패턴드 리타더(252) 상부에 형성된다. 이때, 렌티큘러 렌즈(264)의 폭은, 좌안 수평화소라인(Hl)의 폭과 좌안 리타더(Rl)의 폭 사이일 수 있다.
패턴드 리타더(252)는, 도시하지 않았지만 점착층(미도시)을 사이에 두고 제 2 편광판(240)에 부착된다.
한편, 제 1 베이스필름(252a)은 TAC(tri-acetyl cellulose) 또는 COP(cyclo olefin polymer)로 이루어질 수 있다.
그리고, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)는, 위상지연(retardation)을 /4파장(quarter wave: /4)으로 하고, 그 광축을 액정패널(230) 출사광인 선편광의 편광방향과 각각 +45도 및 -45도로 배치하여 구성될 수 있다.
렌티큘러 렌즈 필름(260)은 제 2 베이스필름(262)과, 제2베이스필름(262) 상부의 렌티큘러 렌즈(264)를 포함하며, 점착층(미도시)을 통해 패턴드 리타더(252)와 부착될 수 있다.
제 2 베이스필름(262)은 PET(Polyethylene terephthalate)나 TAC(tri-acetyl cellulose)로 이루어질 수 있다.
이처럼, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치(201)는, 블랙매트릭스(BM)의 폭의 증가 없이도, 렌티큘러 렌즈(264)를 이용하여 우안영상(Ir)과의 간섭에 의해 발생하는 3차원 크로스토크를 방지할 수 있다. 그 결과 상하 시야각을 개선할 수 있다.
하지만, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치(201)는 필름 패턴드 리타더(Film Patterned Retarder) 상에 렌티큘러 렌즈 필름(260)을 부착하는 공정이 필요하다.
이러한 부착 공정 중에 필름 패턴드 리타더와 렌티큘러 렌즈 필름(260)의 배열을 일치시키는 문제가 발생할 수 있다.
이때, 필름 패턴드 리타더와 렌티큘러 렌즈 필름(260)의 배열이 어긋나게 되면, 그 어긋난 부분에서 3차원 크로스토크가 상승하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 렌티큘러 렌즈 필름(260)을 표면에 위치시킨 결과 외부 빛(외광)에 의한 영향 때문에 관찰자가 보는 영상이 라인이 생기거나 영상이 분할된 듯 보이는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 별도로 표면 처리 등이 필요하게 된다.
도8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도9 및 도10은 각각 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치의 렌티큘러 렌즈를 제조하는 공정을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 이때, 렌티큘러 렌즈의 폭은, 좌안 수평화소라인(Hl)의 폭과 좌안 리타더(Rl)의 폭 사이일 수 있다.
액정표시장치의 다른 부분에 대한 설명은 앞서 설명한 실시예 1 또는 2에서 설명하였기 때문에 이하에서는 그러한 설명은 생략하고, 렌티큘러 렌즈 부분만 상세히 설명한다.
도8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광안경 방식의 액정표시장치는 제 2기판에 렌티큘러 렌즈(364)를 형성하고, 그 상부에 제 2 편광판(340)을 부착하고, 제 2 편광판(340) 상부에 필름 패턴드 리타더(352)를 부착한다.
이때, 패턴드 리타더(352)는, 도시하지 않았지만 점착층(미도시)을 사이에 두고 제 2 편광판(340)에 부착된다.
한편, 제 1 베이스필름(352a)은 TAC(tri-acetyl cellulose) 또는 COP(cyclo olefin polymer)로 이루어질 수 있다.
그리고, 좌안 리타더(Rl) 및 우안 리타더(Rr)는, 위상지연(retardation)을 /4파장(quarter wave: /4)으로 하고, 그 광축을 액정패널 출사광인 선편광의 편광방향과 각각 +45도 및 -45도로 배치하여 구성될 수 있다.
이때, 렌티큘러 렌즈(364)는 크게 두 가지 방법으로 형성할 수 있는데, 첫번째 방법은, 도9에 도시한 바와 같이, 마스크와 레진을 이용하여 제 2 기판(320) 상에 렌티큘러 렌즈(364)를 형성하는 방법이다.
다시 말해서, 제 2 기판(320) 상에 렌티큘러 렌즈용 컬러필터 마스크를 배치시키고, 블랙매트릭스 등과의 배열을 일치하도록 마스크를 식각함에 따라 렌티큘러 렌즈(364)를 형성한다. 그리고, 그 위에 전기성 전도물질이 도핑된 레진을 도포한다.
IPS 모드의 경우는 TN 모드와 달리 제 2 기판(320)에 ITO(Indium Tin Oxide)가 형성되지 않기 때문에 외부 정전기에 의해 액정이 쉽게 움직여 빛샘이 발생할 수 있다.
그래서, 이러한 빛샘을 방지하기 위해, 제 2 기판(320) 배면에 ITO공정을 추가해야 한다.
여기서, ITO는 전기 전도성을 가진 투명 도전막으로, 인듐과 산화 주석의 화합물(In2O3, SnO2)로 이루어지며, 주로 스파터링 방법으로 제조된다. 그리고, TN 모드에서 제 2 기판(320)에 형성되는 공통전극 등으로 사용된다.
하지만, 본 발명의 제 3 실시예에서는, 렌티큘러 렌즈용 컬러필터 마스크를 식각하여 렌티큘러 렌즈(364)를 형성하고, 그 위에 도포되는 레진이 전기성 전도물질이 도핑되어 있기 때문에 추가적인 ITO공정을 없앨 수 있다.
위와 같이 제 2 기판(320) 상에 렌티큘러 렌즈(364)를 형성하는 경우에는, 렌티큘러 렌즈(364)의 굴절률 등을 고려하여야 한다.
예를 들어, 제 2 기판(320)의 굴절률이 약 1.5이고, 렌티큘러 렌즈(364)의 굴절률이 약 1.6으로 굴절률의 차이가 0.1 정도가 된다.
위와 같이 제 2 기판(320) 상에 렌티큘러 렌즈(364)를 형성하고 나서, 필름 패턴드 리타더(352)를 부착하기 위한 점착층(미도시)을 도포할 수 있다.
이때, 점착층은 렌티큘러 렌즈(364)의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 물질로 구성될 수 있으며, 예를 들어 점착층(미도시)의 굴절률은 1.3일 수 있다.
그리고, 이러한 점착층(미도시)의 굴절률를 변경함에 따라 렌티큘러 렌즈(364)로부터 출사되는 영상의 굴절각이 달라질 수 있다.
이를 설명하면, 일반적으로 서로 다른 매질의 굴절률을 비교하였을 때, 굴절률이 큰 매질을 상대적으로 밀한 매질, 굴절률이 작은 매질을 상대적으로 소한 매질이라고 부른다.
따라서 소한 매질에서 밀한 매질로 빛이 입사하는 경우에 입사각보다 굴절각이 작아지게 되고, 반대로 밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 입사하는 경우에는 굴절각이 입사각보다 커진다.
따라서, 상기한 바와 같이, 굴절률이 1.5인 제 2 기판(320)을 통과한 영상이 굴절률이 1.6인 렌티큘러 렌즈(364)를 통과하는 경우에는 소한 매질에서 밀한 매질로 빛이 입사하는 경우에 해당하므로, 영상의 입사각보다 굴절각이 작아지게 된다.
그리고, 굴절률이 1.6인 렌티큘러 렌즈(364)를 통과한 영상이 굴절률이 1.3인 점착층을 통과하는 경우에는 밀한 매질에서 소한 매질로 빛이 입사하는 경우에 해당하여, 영상의 굴절각이 입사각보다 커지게 된다.
그 결과 제 2 기판(320)을 통과한 영상은 렌티큘러 렌즈(364)를 통과함에 따라 영상이 굴절되는 각도를 증가시킬 수 있다.
두 번째 방법은, 도10에 도시한 바와 같이, 마스크를 이용하여 제 2 기판(320)을 식각함에 따라 렌티큘러 렌즈(364)를 형성하는 방법이다.
이때, 렌티큘러 렌즈(364)를 형성하고 나서 굴절률이 상이한 물질로 식각된 부분을 채워서 그 상부에 필름 패턴드 리타더(352)를 부착할 수 있도록 표면을 평평하게 할 수 있다.
이때, 식각된 부분에 채워지는 물질은 렌티큘러 렌즈(364)의 굴절률과 상이한 물질일 수 있다.
상기한 바와 같이 영상의 굴절각은 각 매질의 굴절률의 차이에 의해 조절될 수 있는데, 반면 렌즈의 두께를 통해서도 조절될 수 있다.
즉, 식각 정도에 따라 렌즈의 곡률반경이 달라질 수 있으며, 굴절각은 렌즈의 곡률반경에 의해서도 달라질 수 있다.
예를 들어, 렌즈의 곡률반경이 커지면(렌즈의 두께가 두꺼워지면) 굴절각이 증가할 수 있다.
위와 같은 방법으로 제 2 기판(320) 상에 렌티큘러 렌즈(364)를 바로 형성하게 되면, 필름 패턴드 리타더 상에 렌티큘러 렌즈 필름을 부착하는 공정 중에 발생할 수 있는 필름 패턴드 리타더와 렌티큘러 렌즈 필름의 배열이 어긋나는 문제를 방지할 수 있다.
그리고, 렌티큘러 렌즈(364)를 표면이 아닌 필름 패턴드 리타더 하부에 배치하기 때문에 외부 빛(외광)에 의한 영향 때문에 관찰자가 보는 영상이 라인이 생기거나 영상이 분할된 듯 보이는 문제점이 해소될 수 있다.
따라서, 그러한 문제를 해결하기 위해 별도로 필요했던 표면 처리 등을 제거할 수 있다.
도11 및 도12는 각각 렌티큘러 렌즈의 위치에 따른 상하 시야각의 차이를 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 이때, 도11은 필름 패턴드 리타더 상부에 렌티큘러 렌즈를 형성한 경우에서의 상하 시야각을 측정한 것이고, 도12는 제 2 기판 상부에 렌티큘러 렌즈를 형성한 경우에서의 상하 시야각을 측정한 것이다.
도11은, 액정표시장치에서 P=541.5um, B=50um, L=1000, n=1.532를 적용하는 경우에, 크로스토크(CTref) 7% 기준일 때, 상하 시야각이 약 15.1도가 됨을 나타내고 있다.
그리고, 도12는, P=541.5um, B=50um, L=500, n=1.532를 적용하는 경우에, 크로스토크(CTref) 7% 기준일 때, 상하 시야각이 약 21.5도가 됨을 나타내고 있다.
따라서, 도11과 비교할 때 L의 길이가 1000에서 500으로 감소함에 따라 블랙매트릭스의 폭 변경 등이 없이도 상하 시야각이 15.1도 에서 21.5도로 증가하였음을 알 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위 및 이와 균등한 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
201: 액정표시장치 230: 액정패널
240: 제 2 편광판 252: 패턴드 리타더
260: 렌티큘러 렌즈 필름 270: 편광안경

Claims (9)

  1. 좌안영상과 우안영상을 이용하여 입체영상을 표시하는 액정표시장치에 있어서,
    이격되어 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판을 포함하는 액정패널과;
    상기 액정패널 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈와;
    상기 렌티큘러 렌즈 상부에 형성되는 필름 패턴드 리타더
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 상부에는 상기 렌티큘러 렌즈의 표면이 평평해지도록 상기 렌티큘러 렌즈의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 물질이 도포되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 상부에 상기 좌안영상 및 상기 우안영상을 선편광시키는 편광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액정패널은, 좌안 수평화소라인과 우안 수평화소라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필름 패턴드 리타더는,
    좌안 리타더와, 우안 리타더를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈의 폭은,
    상기 좌안 수평화소라인의 폭과 상기 좌안 리타더의 폭 사이인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 대향합착되는 제1기판과 제2기판을 합착하여 액정패널을 형성하는 단계와;
    상기 액정패널 상부에 렌티큘러 렌즈를 형성하는 단계와;
    상기 렌티큘러 렌즈 상부에 필름 패턴드 리타더를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈는,
    다수의 적, 녹, 청색 컬러필터와, 다수의 블랙매트릭스를 포함하는 상기 제 2 기판 상에 마스크를 이용하여 에칭하여 상기 렌티큘러 렌즈를 형성하거나,
    상기 제 2 기판의 일부를 식각하여 상기 렌티큘러 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈를 형성하는 단계 다음에,
    상기 렌티큘러 렌즈의 표면이 평평해지도록 상기 렌티큘러 렌즈 상부에 상기 렌티큘러 렌즈의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 물질을 도포하는 단계와;
    상기 렌티큘러 렌즈 상부에 영상을 선편광시키는 편광판을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
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