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KR101875022B1 - 입체영상 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

입체영상 표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101875022B1
KR101875022B1 KR1020120030105A KR20120030105A KR101875022B1 KR 101875022 B1 KR101875022 B1 KR 101875022B1 KR 1020120030105 A KR1020120030105 A KR 1020120030105A KR 20120030105 A KR20120030105 A KR 20120030105A KR 101875022 B1 KR101875022 B1 KR 101875022B1
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filter substrate
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 박막트랜지스터 어레이 기판, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판에 대향하며, 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터 기판, 상기 컬러필터 기판 상에 형성되며, 복수의 단위로 배열된 프레넬 렌즈부 및 상기 컬러필터 기판을 투과한 빛을 좌안 및 우안으로 편광시키는 패턴드 리타더 필름을 포함할 수 있다.

Description

입체영상 표시장치 및 그 제조방법{STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING OF THE SAME}
본 발명은 입체영상 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 입체영상의 상하 시야각을 향상시킬 수 있는 입체영상 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
입체영상 표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique) 또는 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)을 이용하여 입체 영상을 구현한다.
양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경방식과 무안경방식이 있고 두 방식 모두 실용화되고 있다. 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꿔서 또는 시분할 방식으로 표시하고, 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 구현한다. 무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴렉스 배리어 등의 광학판을 표시 화면의 앞에 또는 뒤에 설치하는 방식이다.
도 1은 종래 입체영상 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 안경방식의 입체영상 표시장치(1)는 박막트랜지스터 어레이 기판(10), 컬러필터(13) 및 블랙 매트릭스(14)를 포함하는 컬러필터 기판(12), 박막트랜지스터 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(12) 사이에 개재된 액정층(15)을 포함한다. 그리고, 박막트랜지스터 어레이 기판(10) 및 컬러필터 기판(12)에 상부 및 하부 편광판(160a, 160B)이 위치하고, 상부 편광판(160a) 상에 패턴드 리타더(17)가 위치하고, 패턴드 리타더(17) 상에 표면처리된 보호필름(18)이 위치하여 구성된다.
이와 같이 구성된 안경방식의 입체영상 표시장치(1)는 좌안 이미지와 우안 이미지를 교대로 표시하고 패턴 리타더(17)를 통해 편광 안경에 입사되는 편광특성을 절환한다. 이를 통해, 안경방식은 좌안 이미지와 우안 이미지를 공간적으로 분할하여 입체 영상을 구현할 수 있다.
입체영상 표시장치는 입체영상 구현 시, 블랙 매트릭스의 폭, 컬러필터와 패턴드 리타더 사이의 거리 등에 의해 상하 시야각이 결정된다. 종래 입체영상 표시장치는 블랙 매트릭스의 폭을 증가시켜 상하 시야각 26도를 구현하고 있지만, 블랙 매트릭스의 폭의 증가는 개구율 및 휘도를 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 컬러필터 기판 상에 특정 구조의 프레넬 렌즈부를 형성함으로써, 크로스토크가 발생하지 않는 영역으로 초점거리를 적절하게 조절하여 크로스토크를 방지할 수 있는 입체영상 표시장치 및 그 제조방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 박막트랜지스터 어레이 기판, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판에 대향하며, 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터 기판, 상기 컬러필터 기판 상에 형성되며, 복수의 단위로 배열된 프레넬 렌즈부 및 상기 컬러필터 기판을 투과한 빛을 좌안 및 우안으로 편광시키는 패턴드 리타더 필름을 포함할 수 있다.
상기 페레넬 렌즈부는 빛을 차단하는 차단패턴 또는 빛을 투과하는 투과패턴 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 페레넬 렌즈부의 하나의 단위는 복수의 라인 형상의 패턴들이 이격되어 형성될 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위는 상기 박막트랜지스터 어레이 기판의 하나의 단위화소에 대응할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위의 폭은 상기 박막트랜지스터 어레이 기판의 하나의 단위화소의 폭과 동일할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위의 중심으로부터 도달되는 패턴의 각 변들까지의 거리(rN)는 하기 수학식으로 나타날 수 있다.
Figure 112012023680613-pat00001
(여기서, N은 단위의 중심으로부터 각 패턴의 변들까지 도달하는 순서를 나타내고, f는 초점거리이고, λ는 파장 550nm이다.)
상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위에서 각 패턴의 폭은 하기 수학식으로 나타날 수 있다.
Figure 112012023680613-pat00002
상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위에서 상기 패턴의 두께(t)는 하기 수학식으로 나타날 수 있다.
Figure 112012023680613-pat00003
(여기서, n2는 패턴의 굴절률이고, n1은 패턴을 투과한 빛이 패턴의 계면에서 접하는 매질의 굴절율이다.)
상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위에서 상기 패턴의 두께(t)는 하기 수학식으로 나타날 수 있다.
Figure 112012023680613-pat00004
상기 차단패턴은 빛을 차단하는 블랙 매트릭스 또는 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 투과패턴은 빛을 투과하는 절연막 또는 투명도전막으로 이루어질 수 있다.
상기 컬러필터 어레이 기판과 상기 패턴드 리타더 필름 사이에 편광판을 더 포함할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부는 상기 컬러필터 어레이 기판과 상기 편광판 사이에 위치할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부는 상기 편광판과 상기 패턴드 리타더 필름 사이에 위치할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부는 상기 패턴드 리타더 필름 상에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 제조방법은 박막트랜지스터 어레이 기판을 형성하는 단계, 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터 기판을 형성하는 단계, 상기 컬러필터 기판 상에 복수의 단위로 배열되는 프레넬 렌즈부를 형성하는 단계 및 상기 컬러필터 기판을 투과한 빛을 좌안 및 우안으로 편광시키는 패턴드 리타더 필름을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 페레넬 렌즈부는 빛을 차단하는 차단패턴 또는 빛을 투과하는 투과패턴 중 어느 하나로 형성할 수 있다.
상기 페레넬 렌즈부의 하나의 단위는 복수의 라인 형상의 패턴들이 이격되어 형성할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위는 상기 박막트랜지스터 어레이 기판의 하나의 단위화소에 대응하도록 형성할 수 있다.
상기 차단패턴은 빛을 차단하는 블랙 매트릭스 또는 금속으로 형성할 수 있다.
상기 투과패턴은 빛을 투과하는 절연막 또는 투명도전막으로 형성할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부는 포토리소그래피법으로 형성할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부는 기재 필름 상에 프레넬 렌즈부를 형성한 후, 필름 형태로 부착할 수 있다.
상기 컬러필터 어레이 기판과 상기 패턴드 리타더 필름 사이에 편광판을 더 형성할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부는 상기 컬러필터 어레이 기판과 상기 편광판 사이에 형성할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부는 상기 편광판과 상기 패턴드 리타더 필름 사이에 형성할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈부는 상기 패턴드 리타더 필름 상에 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 컬러필터 기판 상에 특정 구조의 프레넬 렌즈부를 형성함으로써, 크로스토크가 발생하지 않는 영역으로 초점거리를 적절하게 조절하여 크로스토크를 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 입체영상 표시장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타낸 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 프레넬 렌즈부의 형상을 나타낸 도면.
도 6은 프레넬 렌즈부의 초점거리에 따른 크로스토크 시야각을 나타낸 모식도.
도 7은 초점거리에 따른 3D 시야각을 측정한 시뮬레이션 결과.
도 8 및 도 9는 본 발명의 프레넬 렌즈부의 단면을 나타낸 도면.
도 10a 내지 도 10e는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 다른 제조방법을 공정별로 나타낸 도면.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 프레넬 렌즈부의 다른 위치들을 나타낸 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예들을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치(100)는 표시패널(DP), 편광판(170), 패턴드 리타더(180) 및 편광 안경(195)을 구비한다.
표시패널(DP)은 액정표시패널 뿐만 아니라 전계 방출 표시소자(Field Emission Display), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel) 및 전계발광소자(Electroluminescence Device, EL) 등의 다른 평판 표시소자로 표시패널로도 구현될 수 있다.
표시패널(DP)을 액정표시패널로 구현하는 경우에, 입체영상 표시장치(100)는 표시패널(DP) 하부에 배치되는 백라이트 유닛과, 표시패널(DP)과 백라이트 유닛 사이에 배치되는 편광판(미도시)을 더 구비한다. 패턴드 리타더(180) 및 편광 안경(195)은 입체 영상 구동소자로서 좌안 이미지와 우안 이미지를 공간적으로 분리하여 양안 시차를 구현한다.
표시패널(DP)은 두 장의 유리기판들과, 이들 사이에 협지된 액정층을 갖는다. 박막트랜지스터 어레이 기판에는 박막트랜지스터 어레이(Thin Film Transistor Array)가 형성된다. 컬러필터 기판에는 컬러필터 어레이(Color Filter Array)가 형성된다. 컬러필터 어레이는 블랙 매트릭스, 컬러필터 등을 포함한다. 컬러필터 기판에는 편광판(170)이 부착되고 박막트랜지스터 어레이 기판에도 편광판이 부착된다.
이러한 표시패널(DP)에는 좌안 이미지(L)와 우안 이미지(R)가 라인 바이 라인(Line by line) 형태로 교대로 표시된다. 편광판(170)은 표시패널(DP)의 컬러필터 기판 상에 부착되는 검광자(Analyzer)로써 표시패널(DP)의 액정층을 투과하여 입사되는 빛에서 특정 선편광만을 투과시킨다.
패턴드 리타더(180)는 서로 라인 바이 라인 형태로 교대로 배치된 제1 리타더 패턴들과 제2 리타더 패턴들을 구비한다. 리타더 패턴들은 편광판(170)의 흡수축과 (+)45도 및 (-)45도를 이루도록 라인 바이 라인 형태로 배치됨이 바람직하다.
리타더 패턴들 각각은 복굴절 매질(birefringence medium)을 이용하여 광의 위상을 λ(파장)/4 만큼 지연시킨다. 제1 리타더 패턴의 광축과 제2 리타더 패턴의 광축은 서로 직교된다.
따라서, 제1 리타더 패턴은 표시패널(DP)에서 좌안 이미지가 표시되는 라인과 대향하도록 배치되어 좌안 이미지의 빛을 제 1 편광(원편광 또는 선편광)으로 변환한다. 제 2 리타더 패턴은 표시패널(DP)에서 우안 이미지가 표시되는 라인과 대향하도록 배치되어 우안 이미지의 빛을 제 2 편광(원편광 또는 선편광)으로 변환한다. 일 예로 제 1 리타더 패턴은 좌원편광을 투과하는 편광필터로 구현될 수 있고, 제 2 리타더 패턴은 우원편광을 투과하는 편광필터로 구현될 수 있다.
편광 안경(195)의 좌안에는 제 1 편광 성분만을 통과시키는 편광 필름이 접착되고, 편광 안경(195)의 우안에는 제 2 편광 성분만을 통과시키는 편광 필름이 접착된다. 따라서, 편광 안경(195)을 착용한 관찰자는 좌안으로 좌안 이미지만을 보게 되고, 우안으로 우안 이미지만을 보게 되어 표시패널(DP)에 표시된 영상을 입체 영상으로 느끼게 된다.
이하, 보다 자세한 본 발명의 실시예들에 따른 입체영상 표시장치 및 그 제조방법에 대해 설명하면 하기와 같다. 하기에서는 전술한 입체영상 표시장치와 동일한 구성에 대해서는 같은 도면 부호를 붙여 그 설명을 간략히 하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 나타낸 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 프레넬 렌즈부의 형상을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치(100)는 박막트랜지스터 어레이 기판(110), 박막트랜지스터 어레이 기판(110)과 대향하는 컬러필터 기판(120) 및 이들 사이에 개재된 액정층(150)을 포함하는 표시패널(DP)을 구성한다.
보다 자세하게는, 박막트랜지스터 어레이 기판(110)은 박막트랜지스터 어레이가 형성된다. 박막트랜지스터 어레이는 R, G 및 B 데이터전압이 공급되는 다수의 데이터 라인들, 데이터 라인들과 교차되어 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)가 공급되는 다수의 게이트 라인들(또는 스캔 라인들), 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차부들에 형성되는 다수의 박막트랜지스터들(Thin Film Transistor), 액정셀들에 데이터 전압을 충전시키기 위한 다수의 화소 전극, 및 화소 전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 포함한다.
화소 전극과 대향하여 전계를 형성하는 공통 전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직 또는 수평전계 구동방식에서 컬러필터 기판(120)에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소 전극과 함께 박막트랜지스터 어레이 기판(110)에 형성된다.
컬러필터 기판(120)에는 R, G 및 B 컬러필터(135)와 이들 사이에 복수의 블랙 매트릭스(130)가 형성되고, 컬러필터(135)와 블랙 매트릭스(130)를 보호하는 오버코트층(140)이 형성된다. 컬러필터(135)는 백라이트 유닛에서 출사되어 액정층(150)을 투과한 광을 적색, 녹색 및 청색으로 변환하는 역할을 한다. 그리고, 컬러필터(135)는 블랙 매트릭스(130)가 각각 위치하여, 좌안 이미지와 우안 이미지를 구분하는 역할을 한다. 오버코트층(140)은 컬러필터(135)의 단차를 줄이고 컬러필터(135)를 보호하는 역할을 한다.
그리고, 박막트랜지스터 어레이 기판(110)과 컬러필터 기판(120)들에는 액정층(150)과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성되고, 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(145)가 형성된다.
컬러필터 기판(120)의 외면에는 프레넬 렌즈부(160), 프레넬 렌즈부(160) 상에 접착제(168)를 통해 부착된 편광판(170), 편광판(170) 상에 패턴드 리타더 필름(185)이 형성된다.
프레넬 렌즈부(160)는 컬러필터 기판(120) 상에 형성되어, 표시패널(DP)로부터 출사되는 광을 회절시켜 특정 초점거리에 빛을 모이게하는 역할을 한다. 보다 자세한 설명은 후술하기로 한다. 상기 프레넬 렌즈부(160) 상에는 편광판(170)이 접착제(168)를 통해 부착되어 표시패널(DP)을 투과한 광을 편광한다.
편광판(170) 상에 패턴드 리타더 필름(185)이 위치한다. 패턴드 리타더 필름(185)은 전술한 바와 같이, 제1 리타더 패턴(180a)과 제2 리타더 패턴(180b)이 보호필름(190) 상에 형성된다. 제1 리타더 패턴(180a)이 표시패널(DP)에서 좌안 이미지가 표시되는 라인과 대향하도록 배치되어 좌안 이미지의 빛을 제1 편광(원편광 또는 선편광)으로 변환한다. 제2 리타더 패턴(180b)은 표시패널(DP)에서 우안 이미지가 표시되는 라인과 대향하도록 배치되어 우안 이미지의 빛을 제2 편광(원편광 또는 선편광)으로 변환한다. 일 예로 제1 리타더 패턴(180a)은 좌원편광을 투과하는 편광필터로 구현될 수 있고, 제2 리타더 패턴(180b)은 우원편광을 투과하는 편광필터로 구현될 수 있다.
한편, 컬러필터 기판(120) 상에 형성된 프레넬 렌즈부(160)는 특정 패턴의 회절 렌즈를 형성하여, 각 패턴에 의해 회절된 빛이 서로 광학적으로 간섭하여 특정 초점거리에 빛이 모이게 하는 역할을 한다. 본 발명의 프레넬 렌즈부(160)는 두 가지 방식으로 이루어지는데, 하나는 소멸간섭이 발생하는 빛을 차단하는 진폭(amplitude) 방식이고, 다른 하나는 소멸간섭이 발생하는 빛의 위상을 반전시키는 상(phase) 방식으로 이루어진다.
도 4를 참조하면, 진폭 방식의 프레넬 렌즈부(160)는 컬러필터 기판(120) 상에 복수의 단위로 위치할 수 있으며, 도 4에는 하나의 단위만을 도시하여 설명한다. 프레넬 렌즈부(160)는 빛을 차단하는 복수의 차단패턴(162)들이 라인 형상으로 서로 이격되어 형성된다.
컬러필터 기판(120)의 배면에서 빛이 입사되면 복수의 차단패턴(162)에 의해 빛이 차단되고, 복수의 차단패턴(162)들이 이격된 영역에서는 빛이 투과되어 상부로 방출된다. 이때, 각 복수의 차단패턴(162)들의 위치를 조절하면 빛이 특정 영역에서 모이는 초점거리를 조절할 수 있다. 반대로, 초점거리가 결정되면 이에 따라 복수의 차단패턴(162)들의 위치를 설계할 수 있다. 차단패턴(162)들의 위치를 조절하는 것은 후술하기로 한다.
상기 복수의 차단패턴(162)은 빛을 차단할 수 있는 블랙 매트릭스 또는 불투명한 금속으로 이루어진다. 그러나, 복수의 차단패턴(162)은 이에 한정되지 않으며 빛을 차단할 수 있는 물질이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다.
한편, 도 5를 참조하면, 상 방식의 프레넬 렌즈부(160)는 전술한 진폭 방식의 프레넬 렌즈부(160)와 달리, 빛을 투과하는 복수의 투과패턴(163)들이 라인 형상으로 서로 이격되어 형성된다.
상 방식의 프레넬 렌즈부(160)는 컬러필터 기판(120)의 배면에서 빛이 입사되면 복수의 투과패턴(163)을 투과한 빛이 소멸간섭하게 되고, 투과패턴(163) 사이의 빛은 투과되어 상부로 방출된다. 이때, 투과패턴(163)을 투과하여 소멸간섭하는 빛을 다시 보강간섭이 되도록 만든다. 여기서, 각 복수의 투과패턴(163)들의 두께를 조절하면 상기 수멸간섭하는 빛의 위상을 반전시켜 보강간섭으로 만들 수 있고, 투과패턴(163)들의 위치를 조절하면 빛이 특정 영역에서 모이는 초점거리를 조절할 수 있다.
상기 복수의 투과패턴(163)은 빛을 투과할 수 있는 실리콘산화물 또는 실리콘질화물의 절연물질, 또는 ITO, IZO와 같은 투명도전물질로 이루어진다. 그러나, 복수의 투과패턴(163)은 이에 한정되지 않으며 빛을 투과할 수 있는 물질이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다.
하기에서는 전술한 프레넬 렌즈부에서 초점거리에 따른 복수의 차단 또는 투과패턴들의 위치와 두께를 조절하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 프레넬 렌즈부의 초점거리에 따른 크로스토크 시야각을 나타낸 모식도이고, 도 7은 초점거리에 따른 3D 시야각을 측정한 시뮬레이션 결과이며, 도 8 및 도 9는 본 발명의 프레넬 렌즈부의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 프레넬 렌즈부의 초점거리(fg)와 매질내에서의 시야각(φm)은 광학적으로 다음과 같은 관계가 있다. 여기서, μ'은 시야각 크로스토크 허용치 CTref에 의한 화소 내의 허용 길이이다.
Figure 112012023680613-pat00005
→
Figure 112012023680613-pat00006
- 식(1),
3D 시야각(θc)과 매질내의 시야각의 관계
Figure 112012023680613-pat00007
- 식(2),
이때, CT 허용치에 의한 허용길이 μ'은 아래와 같다.
Figure 112012023680613-pat00008
위의 두 식을 이용하여, 낮은 각도에서의 3D 시야각과 초점거리의 관계식을 구해보면 아래와 같이 된다.
Figure 112012023680613-pat00009
←
Figure 112012023680613-pat00010
,
Figure 112012023680613-pat00011
위 근사식을 이용하여 시뮬레이션을 해보면, 도 7과 같이 나타나게 된다. 일반적인 3D TV에서 요구되는 시야각(26~35)을 만족하기 위해 요구되는 초점거리는 도 7과 같이 2000㎛ 내지 20000㎛로 된다. 이때, 각 변수(parameter)들은 하기 표1과 같다.
굴절율 n 1.5
단위화소 폭 P(㎛) 541.5
블랙 매트릭스 폭B(㎛) 50
컬러필터 기판으로부터 패턴드 리타더 필름까지의 거리 L(㎛) 500
허용되는 최대 크로스토크 CTref 10%
이때, 초점거리 f를 만들기 위한 프레넬 젠즈부의 패턴의 위치, 선폭, 개수는 아래의 식으로 구할 수 있다. 도 8에서는 상 방식의 프레넬 렌즈부를 도시하였고, 프레넬 렌즈부의 하나의 단위를 예로 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 컬러필터 기판(120) 상에 프레넬 렌즈부(160)가 형성되고, 컬러필터 기판(120) 하부에는 컬러필터(135)와 블랙 매트릭스(130)가 형성된다. 그리고, 프레넬 렌즈부(160) 상에는 접착제(168)를 통해 편광판(미도시)이 부착된다.
프레넬 렌즈부(160)는 복수의 단위로 이루어지는데, 하나의 단위는 하나의 화소와 대응되게 형성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 프레넬 렌즈부(160)의 하나의 단위의 폭(W1)은 하나의 화소의 폭(P)과 동일하게 이루어진다. 따라서, 프레넬 렌즈부(160)는 하나의 화소에서 방출되는 광을 특정 초점거리로 조절할 수 있게 된다.
상기 프레넬 렌즈부(160)는 하나의 단위의 중심(C)으로부터 도달되는 투과패턴(163)들의 n번째 변들까지의 거리(rN)는 하기 수학식 1로 나타난다.
Figure 112012023680613-pat00012
(여기서, N은 단위의 중심으로부터 각 패턴의 변들까지 도달하는 순서를 나타내고, f는 초점거리이고, λ는 파장 550nm이다.)
그리고, 프레넬 렌즈부(160)의 하나의 단위에서 각 투과패턴(163)의 폭(W2)은 하기 수학식 2로 나타난다.
Figure 112012023680613-pat00013
프레넬 렌즈부(160)의 하나의 단위에서 투과패턴(163)의 두께(t)는 하기 수학식 3으로 나타난다.
Figure 112012023680613-pat00014
(여기서, n2는 투과패턴의 굴절률이고, n1은 투과패턴을 투과한 빛이 투과패턴의 계면에서 접하는 접착제 매질의 굴절율이다.)
더욱이, 프레넬 렌즈부(160)의 하나의 단위에서 상기 투과패턴(163)의 두께(t) 범위는 하기 수학식 4로 나타난다.
Figure 112012023680613-pat00015
설명의 이해를 돕고자 도 9를 참조하여 예를 들어 설명하기로 한다.
전술한 도 7에서 살펴본 바와 같이, 3D TV에서 요구되는 시야각에 따른 초점거리가 정해진다. 예를 들어, 약 26도의 시야각을 구현하기 위해 요구되는 초점거리는 10000㎛이다. 이 초점거리를 상기 수학식 1에 대입하면, 하나의 단위의 중심(C)으로부터 도달되는 투과패턴(163)들의 1번째 변들까지의 거리(r1)가 74㎛인 것이 구해진다. 계속해서 r2 내지 r9의 값을 구하면, 하기 표 2와 같이 나타날 수 있다.
r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8 r9
74 104 128 148 165 181 196 209 222
이때, 화소의 폭이 541㎛이고, 반값은 220.5㎛이다. 따라서, r9의 값이 화소의 폭의 반값을 넘어서기 때문에 이는 배제된다. 위의 값을 토대로 프레넬 렌즈부의 투과패턴들을 설계하면, 도 9와 같이 한쪽에 4개의 패턴들이 설계되고, 중심(c)을 기준으로 반대편도 대칭으로 설계되어 총 8개의 투과패턴들이 형성된다.
여기서, 프레넬 렌즈부(160)의 각 투과패턴(163)의 폭(W2)은 수학식 2에 따라 각각 30㎛, 20㎛, 16㎛, 13㎛로 형성된다.
그리고, 상 방식의 프레넬 렌즈부(160)는 투과패턴을 투과한 빛의 위상을 반전시키기 위한 두께(t)는 상기 수학식 3에 따라 550nm로 나타난다. 이때, 접착제의 굴절율 n1은 1.5이고, 투과패턴의 굴절율 n2는 2.0의 ITO이다. 또한, 상 방식의 프레넬 렌즈부(160)는 투과패턴을 투과한 빛의 위상을 반전시키기 위한 두께(t) 범위는 상기 수학식 4에 따라 366nm 내지 733nm로 나타난다.
앞에서 설명하지 않았지만 진폭 방식의 프레넬 렌즈부의 경우, 차단패턴의 두께에 대한 제한이 없는 것을 제외하고 전술한 상 방식과 동일한 구성으로 이루어진다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 컬러필터 기판 상에 특정 구조의 프레넬 렌즈부를 형성함으로써, 크로스토크가 발생하지 않는 영역으로 초점거리를 적절하게 조절하여 크로스토크를 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 프레넬 렌즈부는 기판에 직접 형성하거나 필름에 형성할 수 있다. 하기에서는 진폭 방식의 프레넬 렌즈부를 예로 들어 2가지 제조공정에 대해 각각 설명하기로 한다. 그러나, 상 방식의 프레넬 렌즈부의 제조공정도 진폭 방식의 프레넬 렌즈부와 동일한 공정으로 수행될 수 있다.
도 10a 내지 도 10e는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면이고, 도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 다른 제조방법을 공정별로 나타낸 도면이다.
도 10a를 참조하면, 컬러필터 기판(120) 상에 프레넬 렌즈부(160)를 형성한다. 프레넬 렌즈부(160)는 카본 블랙 혹은 흑색 수지의 블랙 매트릭스, 또는 빛을 차단할 수 있는 금속으로 형성하며, 포토리소그래피법 또는 프린팅법 등으로 형성할 수 있다. 이때, 프레넬 렌즈부(160)는 추후 형성되는 컬러필터의 블랙 매트릭스가 형성될 화소 영역과 대응하도록 형성함과 아울러, 앞서 설명한 바와 같이 프레넬 렌즈부(160)의 각 차단패턴들(162)의 폭, 위치 등을 조절하여 형성한다.
이어, 도 10b를 참조하면, 컬러필터 기판(120)의 타면에 블랙 매트릭스(130)를 형성한다. 블랙 매트릭스(130)는 카본 블랙 혹은 흑색 수지를 이용하여 형성할 수 있다. 그리고, 블랙 매트릭스(130) 상에 적색, 녹색 및 청색의 컬러필터(135R, 135G, 135B)를 형성한다.
다음, 도 10c를 참조하면, 컬러필터들(135R, 135G, 135B) 상에 ITO를 적층하여 오버코트층(140)을 형성하고, 오버코트층(140) 상에 컬럼 스페이서(145)를 형성한다. 다음, 도 10d를 참조하면, 앞서 제조된 컬러필터 기판(120)을 박막트랜지스터 어레이 기판(110)과 합착하고 액정층(150)을 형성한다.
이어, 도 10e를 참조하면, 컬러필터 기판(120)의 프레넬 렌즈부(160) 상에 접착제(168)를 통해 편광판(170)을 부착하고, 편광판(170) 상에 패턴드 리타더 필름(185)을 부착하여 입체영상 표시장치를 제조한다.
반면, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 다음과 같이 필름에 프레넬 렌즈부를 형성하는 방법으로도 제조될 수 있다.
도 11a를 참조하면, 기재 필름(165) 상에 프레넬 렌즈부(160)를 형성한다. 이때, 기재 필름(165)은 폴리에틸렌프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP) 등의 고분자 수지로 이루어진다. 이러한 기재 필름(165) 상에 카본 블랙 혹은 흑색 수지의 블랙 매트릭스, 또는 빛을 차단할 수 있는 금속을 포토리소그래피법 또는 프린팅법 등의 공정으로 프레넬 렌즈부(160)를 형성한다.
다음, 도 11b를 참조하면, 전술한 도 10b 내지 도 10d의 공정과 동일한 공정을 수행하여, 표시패널을 제조한다. 그리고, 컬러필터 기판(120)의 외면에 앞서 제조된 프레넬 렌즈부(160)가 형성된 기재 필름(165)을 부착한다. 필름을 부착하는 공정은 표시패널과의 정렬 공정을 제외한다면 매우 간소한 공정으로 부착할 수 있는 이점이 있다.
다음, 도 11c를 참조하면, 컬러필터 기판(120)의 프레넬 렌즈부(160) 상에 편광판(170)을 부착하고, 편광판(170) 상에 패턴드 리타더 필름(185)을 부착하여 입체영상 표시장치를 제조한다.
한편, 본 발명의 프레넬 렌즈부(160)는 컬러필터 기판(120)의 표면 외에 편광판 또는 패턴드 리타더 필름 상에 형성될 수도 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 프레넬 렌즈부의 다른 위치들을 나타낸 도면이다. 하기에서는 전술한 도 3 내지 도 11c의 설명과 동일한 구성요소들에 동일한 도면부호를 붙여 그 설명을 생략하기로 한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 프레넬 렌즈부(160)는 컬러필터 기판(120)의 표면에 형성되지 않고, 편광판(170)의 표면에 형성될 수 있다. 즉, 컬러필터 기판(120)의 표면에 편광판(170)이 부착되고, 편광판(170) 상에 프레넬 렌즈부(160)가 형성된다.
이때, 프레넬 렌즈부(160)는 기재 필름(165) 상에 복수의 차단패턴(162)들을 형성한 후, 기재 필름(165)을 편광판(170) 상에 부착하는 방법으로 형성된다. 도시하지 않았지만, 기재 필름(165)은 접착제를 통해 편광판(170)과 부착될 수 있다. 그리고, 이렇게 형성된 프레넬 렌즈부(160) 상에는 접착제(168)를 통해 패턴드 리타더 필름(185)이 형성되어 입체영상 표시장치를 구성한다.
한편, 도 13을 참조하면, 본 발명의 프레넬 렌즈부(160)는 컬러필터 기판(120) 또는 편광판(170)의 표면에 형성되지 않고, 패턴드 리타더(180) 상에 형성될 수 있다. 즉, 컬러필터 기판(120)의 표면에 편광판(170)이 부착되고, 편광판(170) 상에 패턴드 리타더(180)가 형성된 후, 패턴드 리타더(180) 상에 프레넬 렌즈부(160)가 형성된다.
이때, 프레넬 렌즈부(160)는 기재 필름(165) 상에 복수의 차단패턴(162)들을 형성한 후, 기재 필름(165)을 패턴드 리타더(180) 상에 부착하는 방법으로 형성된다. 도시하지 않았지만, 기재 필름(165)은 접착제를 통해 패턴드 리타더(180)와 부착될 수 있다. 그리고, 이렇게 형성된 프레넬 렌즈부(160) 상에는 프레넬 렌즈부(160)를 보호하기 위한 보호 필름(190)이 형성되어 입체영상 표시장치를 구성한다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 제조방법은 컬러필터 기판 상에 특정 구조의 프레넬 렌즈부를 형성함으로써, 크로스토크가 발생하지 않는 영역으로 초점거리를 적절하게 조절하여 크로스토크를 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 프레넬 렌즈부를 컬러필터 기판에 직접 형성하거나 기재 필름에 형성하여 부착하는 방법을 이용함으로써, 간소한 공정으로 프레넬 렌즈부를 형성할 수 있는 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 입체영상 표시장치 110 : 박막트랜지스터 어레이 기판
120 : 컬러필터 기판 130 : 블랙 매트릭스
135 : 컬러필터 140 : 오버코트층
145 : 컬럼 스페이서 150 : 액정층
160 : 프레넬 렌즈부 168 : 접착제
170 : 편광판 180 : 패턴드 리타더
185 : 패턴드 리타더 필름 190 : 보호필름

Claims (27)

  1. 박막트랜지스터 어레이 기판;
    상기 박막트랜지스터 어레이 기판에 대향하며, 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터 기판;
    상기 컬러필터 기판 상에 형성되며, 복수의 단위로 배열된 프레넬 렌즈부;
    상기 컬러필터 기판을 투과한 빛을 좌안 및 우안으로 편광시키는 패턴드 리타더 필름을 포함하며,
    상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위는 서로 이격된 복수의 라인 형상의 패턴들을 포함하고 상기 박막트랜지스터 어레이 기판의 하나의 단위화소에 대응하는 입체영상 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부는 빛을 차단하는 차단패턴 또는 빛을 투과하는 투과패턴 중 어느 하나로 이루어지는 입체영상 표시장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위의 폭은 상기 박막트랜지스터 어레이 기판의 하나의 단위화소의 폭과 동일한 입체영상 표시장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위의 중심으로부터 도달되는 패턴의 각 변들까지의 거리(rN)는 하기 수학식으로 나타나는 입체영상 표시장치.
    Figure 112018013660537-pat00016

    (여기서, N은 단위의 중심으로부터 각 패턴의 변들까지 도달하는 순서를 나타내고, f는 초점거리이고, λ는 파장 550nm이다.)
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위에서 각 패턴의 폭은 하기 수학식으로 나타나는 입체영상 표시장치.
    Figure 112012023680613-pat00017

  8. 제6 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위에서 상기 패턴의 두께(t)는 하기 수학식으로 나타나는 입체영상 표시장치.
    Figure 112012023680613-pat00018

    (여기서, n2는 패턴의 굴절률이고, n1은 패턴을 투과한 빛이 패턴의 계면에서 접하는 매질의 굴절율이다.)
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부의 하나의 단위에서 상기 패턴의 두께(t)는 하기 수학식으로 나타나는 입체영상 표시장치.
    Figure 112012023680613-pat00019

  10. 제2 항에 있어서,
    상기 차단패턴은 빛을 차단하는 블랙 매트릭스 또는 금속으로 이루어진 입체영상 표시장치.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 투과패턴은 빛을 투과하는 절연막 또는 투명도전막으로 이루어진 입체영상 표시장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 컬러필터 기판과 상기 패턴드 리타더 필름 사이에 편광판을 더 포함하는 입체영상 표시장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부는 상기 컬러필터 기판과 상기 편광판 사이에 위치하는 입체영상 표시장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부는 상기 편광판과 상기 패턴드 리타더 필름 사이에 위치하는 입체영상 표시장치.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부는 상기 패턴드 리타더 필름 상에 위치하는 입체영상 표시장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부의 복수의 패턴들은 상기 하나의 단위의 중심에서 인접한 단위로 갈수록 폭이 감소하는 입체영상 표시장치.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈부의 복수의 패턴들은 상기 하나의 단위의 중심에서 인접한 단위로 갈수록 간격이 감소하는 입체영상 표시장치.


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