KR100502798B1 - 3차원 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 액정 표시 장치에 관한 것이다. 빛을 발생시키는 광원, 광원의 빛을 한 방향으로 선편광시키는 편광판, 선편광된 빛을 통하여 3차원 영상을 표시하는 동시에 3차원 영상의 빛을 화소열 단위로 수평 방향과 수직 방향으로 분리시키는 3차원 액정 패널 및 수평 방향의 투과축을 갖는 제1 편광판과 수직 방향의 투과축을 갖는 제2 편광판이 분리되어 부착되어 있는 편광 안경으로 구성되어 있다. 3차원 영상을 표시하는 액정 패널은 짝수 화소열과 홀수 화소열의 영상 신호를 수평 및 수직 방향의 선편광된 빛으로 분리시키고, 사람은 편광 안경을 사용하여 화소열 단위로 3차원 영상을 독립적으로 인식하고 재 합성한다.

Description

3차원 액정 표시 장치

본 발명은 3차원 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적인 2차원 영상 표시 장치에서 보다 생동감 있는 영상을 표시하기 위해 최근에는 3차원 영상 표시 장치의 연구가 빠른 진행을 보이고 있다.

이러한 종래의 3차원 영상 표시 장치는 렌즈 스크린 방법(lenticular screen method)과 시차 장벽 방법(parallax barrier method)이 있다. 렌즈 스크린 방법으로는 최근에 개발된 것으로 "A Novel Autosteroscopic 3D HDTV Display System, '95 Asia Display, pp.795-798"이 있으며, 시차 장벽 방법으로는 New Stereoscopic LC Display without Special Glasses, '95 Asia Display, pp.791-794"가 있다.

이러한 종래의 3차원 영상 표시 장치에 대하여 자세하게 언급하면 다음과 같다.

우선, "A Novel Autosteroscopic 3D HDTV Display Sysem, '95 Asia Display, pp.795-798"의 구조는 대칭적으로 두 개의 렌즈가 결합되어 있는 더블 렌즈 스크린을 중심으로 한쪽에는 독립적으로 영상 화면을 주사하는 두 개의 주사기가 위치하고 있고 다른 한쪽에는 관찰자가 있다.

두 개의 주사기에서는 각각 다른 영상화면 즉, 관찰자의 오른쪽 눈과 왼쪽 눈에 해당하며 서로 결합되면 3차원 영상이 만들어지는 영상 화면을 렌즈 스크린에 주사하고 두 영상 화면은 렌즈 스크린에서 서로 다른 두 경로를 통하여 굴절 투과되어 관찰자의 두 눈이 각각 독립적으로 초점이 된다. 결국, 관찰자는 서로 다른 두 영상 신호를 해당하는 두 눈으로 인지하게 되어 3차원 입체 영상으로 인식하게 된다.

그러나 이러한 렌즈 스크린 방법은 더블 렌즈 스크린을 장착하기가 어려워 적용 범위에 한계가 있고 굴절되어 상이 이루는 부분의 위치가 한정되어 시야각의 범위가 매우 좁은 문제점을 가지고 있다.

다음, New Stereoscopic LC Display without Special Glasses, '95 Asia Display, pp.791-794"의 구조는 영상 스플리터(splitter)가 액정 패널과 백라이트 사이에 위치하고 있다. 영상 스플리터는 유리 기판 위에 식각에 의해 수직 줄무늬가 슬릿으로 형성되어 있고 액정 패널은 홀수 열과 짝수 열이 서로 다른 영상 신호 즉, 홀수 열의 화소와 짝수 열의 화소가 서로 결합되어 3차원 영상이 만들어지도록 제작되어 있으며 각각의 슬릿은 액정 패널에서 홀수 열과 짝수 열이 만드는 한 쌍의 화소열과 대응하도록 제작되어 있다. 여기서 영상 스플리터의 슬릿 간격은 관찰자가 임의의 위치에서 볼 때, 관찰자의 두 눈과 대응하는 한 쌍의 화소열을 지나가는 두 직선의 교차점이 되도록 배열되어 있다. 이로 인하여, 백라이트에서 발생한 빛 중에서 액정 패널의 홀수 화소열을 통과하는 빛은 관찰자의 한쪽 눈에만 이르게 되고, 액정 패널의 짝수 화소열을 통과하는 빛은 관찰자의 다른 한쪽 눈에만 이르게 된다. 결과적으로 관찰자의 두 눈은 각각 독립적으로 서로 다른 영상 즉, 한쪽 눈은 홀수열의 영상만을 보게되고 다른 한쪽 눈으로는 짝수열의 영상만을 인지하게 되고 관찰자는 이를 3차원 영상을 인식하게 된다.

이러한 시차 장벽 방법에서는 특별한 안경을 사용하지 않는 점에서는 매우 커다란 장점을 가지고 있으나 백라이트에서 나오는 빛을 영상 스플리터의 슬릿이 가리기 때문에 밝기가 좋지 않고 교차되는 부분의 영상 스플리터와 관찰자의 거리가 제한되어 있으며 시야각이 나뿐 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액정 소자의 광특성을 이용하여 밝고 시야 면적 또는 시야 거리의 제안이 없는 3차원 액정 표시 장치를 제작하는 데 있다.

이러한 본 발명에 따른 3차원 영상 표시 장치는 발광하는 발광 수단이 있고, 발광 수단 앞에 위치하며 발광 수단으로부터 나오는 빛을 선편광시키는 편광 수단이 있고, 편광 수단 앞에 위치하고 있으며 편광 수단을 투과한 선편광된 빛을 통하여 3차원 영상을 표시하고 선편광된 빛을 화소열 단위로 제1 방향과 제2 방향으로 분리시키는 표시 수단이 있고, 제1, 제2 방향의 3차원 편광 빛을 각각 독립적으로 인지하도록 하는 인지 수단을 포함하고 있다.

여기서, 표시 수단은 다수의 단위 화소에 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 제1 기판과 다수의 단위 화소에 R, G, B 컬러 필터가 형성되어 있는 제2 기판으로 이루어져 있으며, 두 기판 사이에는 편광된 빛의 편광 방향을 바꿀 수 있는 액정 물질이 삽입되어 있다.

또한, 두 기판 중 하나의 기판은 제1 방향으로 배향되어 있으며, 다른 기판은 화소열을 단위로 제1 방향과 제2 방향으로 교대로 배향되어 있다.

그리고 인지 수단은 관찰자가 착용할 수 있도록 제작되어 있으며 관찰자의 두 눈에 각각 독립적으로 서로 다른 3차원 영상 신호를 인지할 수 있도록 두 개의 제1, 제2 인지 수단이 부착되어 있다. 여기서 제1 인지 수단은 제1 방향으로 편광된 빛만 투과할 수 있는 편광판으로 이루어져 있으며 제2 인지 수단은 제2 방향으로 편광된 빛만 투과할 수 있는 편광판으로 이루어져 있으며 제1, 제2 인지 수단은 사람의 두 눈에 각각 대응하도록 위치하고 있다.

또한, 표시 수단은 3차원 영상 처리 회로가 형성되어 있는 3차원 영상 처리 장치와 컨넥터(connector)를 통하여 연결되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 3차원 영상 표시 장치에서 3차원 영상을 사람이 인식하는 경로는 다음과 같다.

우선, 광원으로부터 발생한 빛은 편광 수단을 통과하여 한 방향으로만 진동하는 선편광된 빛으로 변하여 표시 수단으로 입사한다. 선편광된 빛은 3차원 영상표시 수단을 통과할 때, 제1 기판과 제2 기판 사이에 주입되어 있는 액정 물질의 광학적 성질과 두 기판의 배향 방향에 따라 홀수 열과 짝수 열을 단위로 하여 제1 방향과 제2 방향성을 갖는 즉, 반복적으로 이 편광성을 가지는 3차원 영상으로 변한다. 인지 수단은 이러한 이 편광성의 3차원 영상을 제1 방향성과 제2 방향성을 갖는 두 개의 편광판을 이용하여 편광 방향에 따라 독립적으로 투과시킨다. 독립적으로 분리되어 투과된 3차원 영상은 사람의 두 눈에 각각 독립적으로 인지되고 사람은 두 눈을 통하여 인지된 서로 다른 3차원 영상은 재 합성되어 3차원 영상으로 인식된다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 영상 표시 장치에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 액정 표시 장치의 구성도이다.

도1에서 보는 바와 같이, 빛을 발생시키는 광원(10)이 있고, 광원(10) 앞에 광원(10)으로부터 나오는 빛을 한 방향으로 선편광시키는 편광판(20)이 있다. 편광판(20) 앞에는 편광판(20)을 투과한 선편광된 빛을 통하여 3차원 영상을 표시하는 동시에 3차원 영상의 빛을 화소열 단위로 수직 방향과 수평 방향으로 분리시키는 3차원 액정 패널(30)이 위치하고 있다. 또한, 액정 패널(30)의 앞에는 사람이 착용할 수 있도록 제작되어 있으며 사람의 두 눈에 대응하는 위치에 수평의 편광 방향을 갖는 제1 편광판(41)과 수직의 편광 방향을 갖는 제2 편광판(42)이 분리되어 부착되어 있는 편광 안경(40)이 있다. 액정 패널(30)의 좌측에는 3차원 영상 처리 회로가 내장되어 있어 액정 패널(30)에 3차원 영상 신호를 출력하며, 컨넥터(60)를 통하여 액정 패널(30)과 연결되어 있는 3차원 영상 처리 장치(50)가 있다.

여기서, 도면을 참조하여 액정 패널(30)의 구조를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 도 1의 3차원 액정 표시 장치에서 액정 패널의 구조를 도시한 사시도이고, 도3은 도2의 액정 패널에서 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판의 배향 방향을 각각 도시한 평면도이다.

도 2를 참조하여 액정 패널(30)을 더욱 상세하게 설명하면, 액정 패널(30)은 하부 기판(31), 상부 기판(32) 및 두 기판(31, 32) 사이에 주입되어 있으며, 선편광된 빛의 편광 방향을 변화시키는 액정 물질(33)로 이루어져 있다.

이때, 하부 기판(31)에는 3차원 영상 신호가 인가되는 동시에 서로 교차하여 단위 화소를 정의하는 배선이 형성되어 있으며, 각각의 단위 화소에는 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 이를 박막 트랜지스터 기판이라고 한다.

이러한 박막 트랜지스터 기판(31)에는 도 3에서 보는 바와 같이, 단위 화소(P)의 짝수 번째의 화소열은 수직 방향으로 배향되어 있고, 홀수 번째의 화소열은 수평 방향으로 배향되어 있다.

여기서, 도 4a에서 도4d를 참조하여 박막 트랜지스터 기판에 배향 방향을 형성하는 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 4a 및 도 4b에서 보는 바와 같이, 박막 트랜지스터 기판(31)을 수평 방향, 예를 들면 좌에서 우 방향으로 러빙(rubbing)하고, 마스크(100)를 이용하여 홀수 번째 화소열을 가린다.

다음, 도 4c 및 도 4d에서 보는 바와 같이, 박막 트랜지스터 기판(31)을 수직 방향, 예를 들면 위에서 아래 방향으로 러빙하고 마스크(100)를 제거한다.

한편, 상부 기판(32)에는 단위 화소에는 다양한 색을 표시하기 위해 R, G, B 컬러 필터가 형성되어 있으며, 이를 컬러 필터 기판이라고 한다.

이러한 컬러 필터 기판(32)에는 도 3에서 보는 바와 같이, 수직 방향으로 배향되어 있다.

여기서, 도 1의 편광판(20)에는 박막 트랜지스터 기판(31)이 근접하도록 배치하며, 실질적으로 두 기판(31, 32)에 형성되어 있는 배향 방향의 구성은 서로 바꿀 수 있다. 또한, 도면으로는 표시되지 않았지만 두 기판(31, 32)에 형성되어 있는 배향 방향의 구성을 배향막을 통하여 이루어진다.

이러한 액정 패널(30)에서 박막 트랜지스터 기판(31)에는 3차원 영상 신호가 인가되어 구동되고, 액정 물질(33)의 액정 분자는 배향 방향을 따라 배향되며, 선편광된 빛은 액정 분자의 배향 방향을 따라 변하면서 액정 물질(33)의 액정층을 통과한다. 결국, 홀수 번째 화소열을 통과한 선편광된 빛은 편광 방향이 수평 방향에서 수직 방향으로 변하게 되어 액정 패널(30)을 통과하고, 짝수 번째 화소열을 통과한 선편광된 빛은 동일한 편광 방향을 가지고 액정 패널(30)을 통과한다.

결과적으로, 도 1에서 보는 바와 같이, 사람이 편광 안경(40)을 착용하면 제1 편광판(41)에 대응하는 한 쪽의 눈은 수평 방향으로 편광된 3차원 영상의 빛만을 인지하고 제2 편광판(42)에 대응하는 다른 쪽의 눈은 수직 방향으로 편광된 3차원 영상의 빛만을 인지하게 되므로, 사람은 두 눈으로 독립적인 영상화면 즉, 화소열을 단위로 하는 영상 화면을 인지하고, 독립적으로 인지된 3차원 영상 화면은 사람의 뇌에서 재 합성되어 3차원 영상으로 인식된다.

따라서, 본 발명에 따른 3차원 영상 표시 장치는 3차원 영상을 표시하는 액정 패널의 짝수 화소열과 홀수 화소열의 영상 신호를 분리시키고, 사람은 편광 안경을 사용하여 화소열 단위로 선편광된 3차원 영상을 독립적으로 인식하고 재 합성한다. 이러한 3차원 영상 표시 장치는 시야 거리의 제한을 없앨 수 있고 시야각은 액정 패널의 시야각과 거의 동일하게 넓으며 슬릿을 사용하지 않으므로 밝은 영상을 얻을 수 있다. 그리고 3차원 화면부에 액정 패널을 직접 부착할 수 있으므로 소형의 노트 북을 구현할 수 있고 TV와 같은 제품에도 적용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 액정 표시 장치의 구성도이고,

도 2는 도 1의 3차원 액정 표시 장치에서 액정 패널의 구조를 도시한 사시도이고,

도 3은 도2의 액정 패널에서 박막 트랜지스터 기판과 컬러 필터 기판의 배향 방향을 각각 도시한 평면도이고,

도 4a에서 도 4d는 도 3의 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 그 공정 순서에 따라 도시한 평면도이다.

Claims (7)

1. 광원,

   상기 광원 앞에 위치하며, 상기 광원으로부터 나오는 빛을 선편광시키는 편광 수단,

   편광 수단 앞에 위치하고 있으며, 상기 선편광된 빛을 통하여 3차원 영상을 표시하고 상기 선편광된 빛을 화소열 단위로 제1 방향과 제2 방향으로 분리시키기 위하여 액정을 상기 제1 방향으로 배열시키는 제1 영역과 상기 액정을 상기 제2 방향으로 배열시키는 제2 영역이 교대로 형성되어 있는 배향막을 포함하는 표시 수단,

   제1, 제2 방향의 상기 선편광된 빛을 각각 독립적으로 인지하도록 인지 수단을 포함하고 있는 3차원 영상 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 표시 수단은 각각 제1 기판과 제2 기판으로 이루어져 있으며 두 기판 사이에는 상기 액정이 주입되어 있는 3차원 영상 표시 장치.
3. 제2항에서,

   상기 제1 기판에는 상기 화소에 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 제2 기판에는 상기 화소에 R, G, B 컬러 필터가 형성되어 있는 액정 표시 장치,
4. 제3항에서,

   상기 배향막은 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 하나의 기판에 형성되어 있으며, 또 다른 기판에는 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역 중 하나의 영역만 가지는 배향되어 형성되어 있는 3차원 영상 표시 장치.
5. 제4항에서,

   상기 인지 수단은 관찰자가 착용할 수 있도록 제작되어 있으며 관찰자의 두 눈에 상기 화소열을 단위로 각각 독립적으로 서로 다른 3차원 영상 이미지를 인지할 수 있도록 두 개의 제1, 제2 인지 수단이 부착되어 있는 3차원 영상 표시 장치.
6. 제5항에서,

   제1 인지 수단은 상기 제1 방향으로 편광된 빛만 투과할 수 있는 제1 편광판으로 이루어져 있으며, 상기 제2 인지 수단은 상기 제2 방향으로 편광된 빛만 투과할 수 있는 제2 편광판으로 이루어져 있는 3차원 영상 표시 장치.
7. 제1항에서,

   상기 액정 패널에 3차원 영상 신호를 출력하는 3차원 영상 처리 수단,

   상기 3차원 영상 처리 수단과 상기 액정 패널을 연결하는 연결부를 더 포함하는 3차원 영상 표시 장치.