KR100580632B1

KR100580632B1 - 2차원과 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있는디스플레이

Info

Publication number: KR100580632B1
Application number: KR1020030087984A
Authority: KR
Inventors: 성기영; 최병소; 남승호; 이주현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2006-05-16
Also published as: US20050157223A1; EP1538850A3; US7359013B2; KR20050054415A; JP2005196147A; EP1538850A2

Abstract

2차원과 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있는 평면 디스플레이에 관해 개시되어 있다. 개시된 본 발명은 영상표시패널과 광원을 포함하는 2D/3D용 디스플레이에 있어서, 상기 광원은 2차원 영상을 표시하기 위한 광과 3차원 영상을 표시하기 위한 광을 선택적으로 방출하기 위한 광원으로써, 인가 전압에 따라 온 오프되는 광 방출 셀들이 어레이를 이룬 평판형 광원인 것을 특징으로 하는 2D/D3용 디스플레이. 상기 영상표시패널은 액정패널일 수 있고, 상기 광 방출 셀은, 예컨대 EL 셀일 수 있다.

Description

2차원과 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있는 디스플레이{Display capable of displaying 2D 3D image selectively}

도 1은 종래의 3D 전용의 평면 디스플레이의 개략적 사시도이다.

도 2 및 도 3은 종래 기술에 의한 2D 및 3D를 선택적으로 표시할 수 있는 평면 디스플레이의 평면도이다.

도 4는 액정셔터와 리타더가 함께 사용된 종래 기술에 의한 2D 및 3D를 선택적으로 표시할 수 있는 평면 디스플레이의 평면도이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 2D 및 3D를 선택적으로 표시할 수 있는 평면 디스플레이에 응용된 반사형 광 스위칭 소자의 픽셀 단위의 동작을 나타낸 사시도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 2D 및 3D를 선택적으로 표시할 수 있는 평면 디스플레이에서 2D용과 3D용 광을 만드는 과정을 나타낸 단면도이다.

도 7은 도 6에 도시한 2D용 광과 3D용 광을 만드는 부재를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 의한 평면 디스플레이의 평면도이다.

도 8은 도 7에 도시한 평면 디스플레이에서 광원구성수단에서 방출되는 3D용 광과 2D용 광의 분포를 보여주는 도면이다.

도 9는 도 7에 도시한 평면 디스플레이에서 액정 패널의 후면 편광자를 통과 한 2D용 광과 3D용 광의 분포를 보여주는 평면도이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 2D 및 3D를 선택적으로 표시할 수 있는 평면 디스플레이의 평면도이다.

도 11은 도 10에 도시한 평면 디스플레이의 광원에 사용된 EL(Electro-Luminescence) 셀의 단면도이다.

도 12는 도 11에 도시한 평면 디스플레이에서 액정 패널의 후면 편광자를 통과한 2D용 광과 3D용 광의 분포를 보여주는 평면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110, 302:하부기판 112, 304:하부전극

114:투명 절연층 116, 308:상부전극

118:토너 120:상부기판

200:전면 편광자 202:전면기판

204:전면 ITO전극 206:액정층

208:공통전극 210:후면기판

211:후면 편광자 300:편광자

306:EL층 306a:홀 전이층

306b:광 방출층 306c:전자 전이층

310:보호막 P2:광원구성수단

214:2D용 광과 3D용 광을 선택적으로 방출시키는 부재

D1, D2, D3, D4:후면 편광자를 투과한 광의 분포

L:하부기판의 아래쪽에서 입사되는 광

P1:액정 패널 P3, P4:광원

R1, R2:제1 및 제2 영역

1. 발명의 분야

본 발명은 평면 디스플레이에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 2차원 및 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있는 수단이 구비된 평면 디스플레이에 관한 것이다.

2. 관련기술의 설명

3차원 영상을 구현하는 일반적인 방법은 시청자의 양안시차를 이용하는 것이다. 양안시차를 이용한 3차원 영상 구현 방법에는 편광안경, LC shutter 안경 등과 같은 3차원 영상을 표시하기 위한 안경을 착용하는 방법과, 렌티큘라 렌즈(lenticular lens), barallax barrier, barallax illumination 등이 구비된 장치를 이용하여 맨 눈으로 관측하는 방법이 있다. 전자를 스테레오스카피 (Stereoscopy) 방법이라 하고, 후자를 오토스테레오스카피(Autostereoscopy) 방법이라 한다.

상기 스테레오스카피 방법은 편광 프로젝터를 이용하여 주로 극장과 같은 여러 사람이 시청하는 곳에 응용되고 있다. 그리고 상기 오토스테레오스카피 방법은 개인이나 소수의 사람들이 사용하는 게임용 디스플레이, 가정용 TV, 전시용 디스플레이 등에 응용되고 있다.

현재의 연구는 대체로 오토스테레오스카피 방법을 이용하여 3차원 영상을 구현하는데 집중되고 있고, 이와 관련된 여러 제품들이 판매되고 있다.

현재 소개되고 있는 대부분의 입체영상용 디스플레이 장치들은 3차원(3D) 영상만을 구현할 수 있게 되어 있고, 가격도 2차원 디스플레이 장치보다 고가이다.

그런데 3차원 영상용 컨텐츠(contents)가 활발히 공급되고 있지 않기 때문에, 고가의 3차원 영상 전용의 디스플레이 장치로는 소비자의 구매 욕구를 만족시킬 수 없다.

이에 따라 최근 2차원과 3차원 영상을 선택적으로 구현할 수 있는 디스플레이 장치를 제작하는 방법에 많은 연구가 이루어지면서 다양한 제품이 소개되고 있다.

소개된 제품들 중에는 TFT-LCD 뒤쪽에 액정 셔터를 구비하고, 이를 이용하여 2D와 3D 영상을 선택적으로 표시하는 디스플레이가 있다. 이러한 디스플레이는 우수한 2D/3D 영상 가변특성을 가지고 있다. 그러나 액정 셔터의 두께로 인해 디스플레가 두껍다. 또한 편광판을 사용해야하기 때문에, 원하는 만큼의 광효율을 얻기 어렵다.

도 1은 parallax illumination 방식이 적용된 종래 기술에 의한 3D 전용 디스플레이를 보여준다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 3D 전용 디스플레이는 영상이 표시되는 일반 LCD(10)와 그 뒤쪽에 구비된 슬릿판(slit plate)(14)을 구비한다. 슬릿판(14)은 LCD(10)로부터 주어진 간격(d)만큼 이격되어 있다. 슬릿판(14)의 LCD(10)와 마주하는 면에 복수의 슬릿(16)이 형성되어 있다. 슬릿판(14)에 입사되는 광은 슬릿(16)을 통해서 LCD(10)에 입사된다. 따라서 LCD(10)에 대해 슬릿(16)은 선광원이 된다. 도 1에서 참조번호 12는 LCD(10)의 화소(pixel)를 나타내다.

도 1에 도시된 3D 전용 디스플레이는 구조가 간단하면서 parallax barrier 방식이 적용된 디스플레이보다 휘도가 뛰어날 뿐만 아니라 모아레 간섭이 적게 일어나는 이점을 갖고 있다.

그러나 도 1에 도시된 3D 전용 디스플레이는 고정된 슬릿판을 사용한 고정 3D 방식이므로 좌우영상이 분리된 3D 영상만을 볼 수 있는 것이다. 그런데, 상술한 바와 같이 현재는 3D 컨텐츠의 공급 물량이 적고, 앞으로도 당분간은 2D와 3D 컨텐츠가 공존할 것으로 보이기 때문에, 소비자가 선뜻 고가의 3D 전용 디스플레이를 구매하기는 쉽기 않을 것이다.

이에 따라, 2D 영상과 3D 영상을 선택적으로 표시할 수 있는 디스플레이(이하, 2D/3D 디스플레이)가 요구되고 있다.

도 2는 현재 널리 이용되고 있는 2D/3D 디스플레이를 보여준다. 도 2에서 참조번호 A1은 스위칭 소자로써 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)가 사용된 영상이 표시되는 액정 패널을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 액정 패널(A1) 뒤쪽에 액정 셔터(A2)가 구비되어 있고, 액정 셔터(A2) 뒤에는 광원(A3)이 구비되어 있다. 광원(A3)은 일반 LCD에 사용되는 백 라이트이다. 액정 셔터(A2)의 동작원리는 액정 패널(A1)의 동작원리와 동일하다. 따라서 액정 셔터(A2)에 인가되는 전기적 신호를 조절하여 액정 셔터(A2)의 특정 영역을 광원(A3)으로부터 입사되는 광이 통과될 수 있는 투광영역 혹은 차단될 수 있는 차광영역이 되게 할 수 있다. 또한 액정 셔터(A2)에 인가되는 전기적 신호를 조절하여 액정 셔터(A2)의 도 1에 도시한 디스플레이의 슬릿(16)에 대응되는 영역을 투광영역이 되게 하고, 액정 셔터(A2)의 나머지 영역은 차광영역이 되게 할 수 있다. 액정 셔터(A2)를 이와 같이 구동시키는 경우, 도 2에 도시한 2D/3D 디스플레이는 도 1에 도시한 3D 전용 디스플레이와 같게 된다.

한편, 액정 셔터(A2)에 인가되는 전기적 신호를 조절하여 액정 셔터(A2)의 전 영역이 투광영역이 되도록 할 수 있는데, 이 경우, 도 2에 도시된 2D/3D 디스플레이는 2D 영상 디스플레이와 동일하게 된다.

이와 같이, 도 2에 도시된 종래의 2D/3D 디스플레이는 액정 셔터(A2)를 이용하여 2D 전용 광원과 3D 전용 광원을 선택적으로 구현할 수 있기 때문에, 2D 또는 3D 영상을 선택적으로 구현할 수 있는 이점을 갖고 있다.

그러나, 도 2에 도시된 2D/3D 디스플레이는 영상이 표시되는 액정 패널(A1)과 광원(A3)사이에 액정 셔터(A2)가 구비되기 때문에, 디스플레이가 두꺼워질 수 있고, 또한 제조 가격이 증가할 수 있다. 또한, 추가적인 편광판이 삽입되어야 함으로 광효율이 저하되는 단점을 가지고 있다.

3D 영상을 관측하는데 필요한 관측거리(L)는 다음 수학식 1로 주어진다.

L = (d x E)/p

수학식 1에서 L은 액정 패널(A1)의 영상면에서 시청자의 눈(26L, 26R)까지의 거리를 나타내고, d는 액정셔터(A2)의 표면에서 액정 패널(A1)의 영상면까지의 거리를 나타낸다. 그리고 E는 시청자의 좌안(26L)과 우안(26R)사이의 거리를 나타내고, p는 액정패널(A1)의 화소 피치를 나타낸다.

일반적으로, 액정패널(A1)의 화소 피치(p)는 110㎛정도이고, 양안(26L, 26R)사이의 거리(E)는 65mm정도이다. 그리고 액정 패널(A1)의 뒤쪽 유리판 두께는 0.7mm정도이고, 편광자의 두께는 0.2mm이며, 액정 셔터(A2)의 유리판 두께는 0.7mm정도임을 감안하면, d는 1.6mm가 되는데, 영상은 공기를 통과해서 시청자에게 도달되므로 이 두께는 공기 두께로 환산해야 한다. 이를 위해 1.6mm를 1.52로 나누어야 한다. 이 값들을 수학식 1에 대입하면 3D 영상을 관측하는데 필요한 관측거리(L)는 622mm{[((0.7mm+0.2mm+0.7mm)/1.52)*65mm]/0.11mm} 정도가 된다.

도 3을 참조하면, 액정패널(A1)은 좌측에서 우측으로 순차적으로 배열된 제1 편광자(50), 제1 투명기판(52), TFT에 연결된 제1 ITO 전극(54), 제1 액정층(56), 공통전극으로 사용된 제2 ITO 전극(58), 제2 투명기판(60) 및 135°편광자(62)로 구성된다. 그리고 액정셔터(A2)는 액정패널(A1)에서 광원(A3)쪽으로 순차적으로 배열된 제3 투명기판(70), TFT에 연결된 제3 ITO전극(72), 액정층(74), 공통전극으로 사용된 제4 ITO 전극(76), 제4 투명기판(78) 및 제2 편광자(80)로 구성된다. 액정 셔터(A2)가 온(ON) 상태일 때, 광원(A3), 곧 백 라이트로부터 입사된 광은 액정 회전자(A2)를 그대로 통과하고, 오프(OFF) 상태일 때는 입사된 광의 편광 방향이 90 °회전된다.

개인용 LCD 모니터가 2D/3D 디스플레이로 사용될 경우를 감안하면, 이 관측거리(L)는 키보드에 손이 닿은 채로 관측하기에 다소 먼 거리이다. 또한, 핸드폰, PDA 등과 같은 개인 이동 단말기에 적용하기 위해서는 관측거리(L)가 가까울수록 유리한데, 이러한 면에서 도 2에 도시된 2D/3D 디스플레이를 개인용 LCD 모니터나 개인 이동 단말기에 적용하기는 어렵다. 물론 이러한 문제는 공정상의 어려움을 보완한다면, 아주 얇은 유리판이나 폴리머 기판을 사용함으로서 보완할 수도 있다. 그러나, 도 2에 도시된 2D/3D 디스플레이의 액정 셔터(A2)는 반드시 편광판을 필요로 하므로, 원하는 만큼의 광효율을 얻기 어렵다.

한편, 도 2에서 참조부호 L과 R은 액정패널(A1)의 화소들을 나타내는데, L로 표시된 화소를 통해서 보이는 슬릿 광원(22a)의 영상은 시청자의 좌안(26L)에만 입사되고, R로 표시된 화소를 통해서 보이는 슬릿 광원(22a)의 영상은 시청자의 우안(26R)에만 입사된다. 이렇게 해서 시청자는 슬릿 광원(22a)에 대한 양안(26L, 26R) 시차를 느끼게 되고, 입체 영상을 보게 된다.

3D 영상 관측거리 및 광효율이 중요한 요소가 됨에 따라 이를 개선하기 위한 다양한 2D/3D 디스플레이가 소개되었는데, 도 4는 일 예를 보여준다.

도 4에 도시된 2D/3D 디스플레이는 관측거리를 짧게 할 목적으로 영상이 표시되는 액정 패널(A1)과 광원(A3)사이에 패턴화된 리타더(retarder)(A5)와 액정셔터(A4)를 순차적으로 구비한 것으로 Sharp에서 최근 출시한 모델의 구조도이다. 리타더(A5)는 입사광의 편광방향이 자신의 패스트 축(fast axis)과 같은 입사광이나 입사광의 편광방향이 상기 패스트 축에 90°인 입사광은 그대로 통과시키는 반면, 편광방향이 상기 패스트 축에 45°인 입사광은 90°회전시킨다. 액정셔터(A4)는 리타더(A5)에서 광원(A3) 방향으로 순차적으로 배열된 제5 투명기판(90), 제5 ITO 전극(92), 제3 액정층(94), 제6 ITO 전극(96), 제6 투명기판(98) 및 제3 편광자(100)로 구성된다.

이러한 종래의 2D/3D 디스플레이는 2D 및 3D 영상의 선택성이 우수하나, 구성이 액정패널과 동일한 액정 셔터를 사용하므로, 실질적으로 두 개의 액정 패널을 사용한 것과 같다. 따라서 종래의 2D/3D 디스플레이의 두께가 두꺼워지고 소비 전력도 증가된다. 또한 편광된 광의 조절에 의한 투과도 조절 장치이므로 편광판이 반드시 추가적으로 사용되어져야 함으로 광효율이 저하된다는 단점을 가지고 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 2D 및 3D 영상에 대한 우수한 선택성을 유지하면서 관측거리를 줄일 수 있고, 디스플레이의 두께와 소비 전력 및 광손실을 모두 줄일 수 있는 평면 디스플레이를 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 영상표시패널 및 상기 영상표시패널에 2차원 영상을 표시하기 위한 광과 3차원 영상을 표시하기 위한 광을 선택적으로 방출하는 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이를 제공한다.

여기서, 상기 영상표시패널은 액정패널일 수 있고, 상기 광원은 인가 전압에 따라 온 오프되는 광 방출 셀들이 어레이를 이룬 평판형 광원일 수 있다. 이 경우, 상기 광 방출 셀은 EL(Electro-Luminescence) 셀일 수 있다.

본 발명은 또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 영상표시패널, 광원 및 상기 영상표시패널과 상기 광원사이에 구비되어 있고, 광 흡수수단을 구비하여 상기 광원으로부터 입사된 광을 2차원 영상 표시용 또는 3차원 영상 표시용으로 상기 영상표시패널에 방출하는 광 스위칭 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이를 제공한다.

여기서, 상기 영상표시패널은 액정패널일 수 있고, 상기 광원은 인가 전압에 따라 온 오프되는 광 방출 셀들이 어레이를 이룬 평판형 광원일 수 있다. 상기 광 방출 셀은 EL 셀일 수 있다.

상기 광 스위칭 수단은 상기 광원에 대향하는 투명한 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성된 투명 절연층, 상기 투명 절연층 상에 이격되게 형성된 상부전극, 상기 상부 및 하부전극에 인가되는 전압에 따라 존재 위치가 달라지는 상기 광 흡수수단 및 상기 영상표시패널과 대향하는 투명 기판을 포함할 수 있다.

상기 광 흡수수단은 극성을 띤 토너(toner)일 수 있다.

본 발명은 또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 영상표시패널, 인가 전압에 따라 온 오프되는 광 방출 셀들이 어레이를 이룬 평판형 광원 및 상기 영상표시패널과 상기 광원사이에 구비되어, 상기 광원으로부터 입사된 광을 2차원 영상 표시용 또는 3차원 영상 표시용으로 상기 영상표시패널에 방출하는 광 스위칭 수단 을 구비하는 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이를 제공한다.

여기서, 상기 영상표시패널은 액정패널일 수 있고, 상기 광 방출 셀은 EL 셀일 수 있다. 그리고 상기 광 스위칭 수단은 상기 광원과 대향하는 편광자, 상기 영상표시패널과 상기 편광자와 각각 접촉된 두 개의 투명한 평판, 상기 두 개의 평판 내면에 각각 구비된 두 개의 투명전극 및 상기 두 개의 투명 전극사이에 채워진 액정을 포함할 수 있다.

이러한 본 발명을 이용하면, 2D 및 3D 영상에 대한 우수한 선택성을 유지하면서 디스플레이의 두께 및 소비전력을 줄일 수 있고, 관측거리도 줄일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 2D 및 3D 영상을 선택적으로 표시할 수 있는 디스플레이를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

<제1 실시예>

제1 실시예에 의한 2D/3D 디스플레이(이하, 본 발명의 제1 디스플레이)는 광원으로부터 방출되는 광을 2D용 광과 3D용 광으로 표시하기 위해 도 6에 도시한 바와 같은 광 스위칭 장치를 구비한다.

도 6에 도시한 광 스위칭 장치는 도 5에 도시한 바와 같은 스위칭 소자를 응용한 것이다.

도 5에 도시한 광 스위칭 소자는 외부에서 입사된 광을 산란시켜 다시 방출하는 소자로써, 극성을 띤 광 흡수 토너의 분포에 따라 광의 방출여부가 결정되며, 전자책(e-book) 등에 디스플레이로 사용된다.

도 5를 참조하면, 광 스위칭 소자는 순차적으로 적층된 하부기판(30), 하부전극(32) 및 광 산란층(34)을 구비한다. 이들은 하나의 픽셀을 이룬다. 광 산란층(34)은 그 위쪽에 구비된 상부기판(40)을 통해서 입사되는 광을 산란시켜 상부기판(40)으로 반사시킨다. 상부 기판(40)은 광 산란층(34)으로부터 이격되어 있다. 광 산란층(34) 상에 이격된 상부전극(36)이 존재한다. 참조번호 38은 극성을 가지고, 기판(40)을 통해서 입사되는 광을 흡수할 수 있는 토너(toner)를 나타낸다. 토너(38)는 극성을 갖고 있으므로, 도면에서 볼 수 있듯이 하부전극(32)과 상부전극(36)에 인가되는 전압에 따라 상부전극(36) 상에 존재하거나 상부전극(36)사이의 광 산란층(34) 상에 존재할 수 있다.

도 5의 좌측에 도시된 바와 같이, 토너(38)가 상부전극(36) 상에 존재하도록 하부전극(32)과 상부전극(36)에 전압이 인가된 경우, 광산란층으로부터 외부광이 산란하여 흰색을 띠게 된다.

구체적으로, 상부기판(40)을 통해 입사된 광은 상부전극(36)사이의 광 산란층(34)에서 산란되어 다시 상부기판(40)으로 반사된다. 이때, 상부전극(36)에 입사된 광은 토너(38)에 흡수되기 때문에, 상부전극(36)이 존재하는 영역은 검게 보일 수 있다.

그러나 상부전극(36)의 폭이 상부전극(36)사이의 광 산란층(34)의 폭에 비해 훨씬 좁은 관계로 외부에서 볼 때는 상부전극(36)이 형성된 영역을 포함한 광 산란층(34) 전체에서 광이 방출되는 것으로 보인다.

한편, 도 5의 우측에 도시된 바와 같이 하부전극(32)과 상부전극(36)에 토너(38)가 상부전극(36)사이의 광 산란층(34) 전면에 존재하도록 전압이 인가된 경우, 극성을 띤 토너가 외부에서 입사된 광을 모두 흡수하여 검은색을 띠게 된다.

구체적으로, 이 경우에 토너(38)는 상부전극(36)사이의 광 산란층(34)의 전면에 존재하므로, 상부기판(40)을 통해서 입사된 광 중에서 상부전극(36)사이의 광 산란층(34)에 입사된 광은 토너(38)에 모두 흡수된다. 반면, 상부기판(40)을 통해서 입사된 광 중에서 상부전극(36)에 입사된 광은 상부전극(36)을 통과해서 광 산란층(34)에서 산란된 다음, 다시 상부전극(36)과 상부기판(40)을 통과해서 방출된다. 그러나, 상부전극(36)의 폭이 상부전극(36)사이의 광 산란층(34)의 폭에 비해 훨씬 좁고 또한 이 부분은 셀을 구분하는 요소들에 의해 가려지게 되므로, 이 경우는 외부로 어떠한 빛도 방출되지 않는다.

본 발명자는 이러한 광스위칭 소자를 응용하여, 곧 투과형으로 변형하여 2D/3D 디스플레이의 광원에서 방출되는 광을 2D용 또는 3D 용으로 만드는 수단(이하, 2D 및 3D용 광원구성수단)을 구현하였다.

도 6은 2D 및 3D용 광원구성수단을 이루는 일부 픽셀을 보여준다.

도 6을 참조하면, 2D 및 3D용 광원구성수단은 순차적으로 적층된 투명 하부기판(110), 투명 하부전극(112) 및 투명 절연층(114)을 포함한다. 그리고 투명 절연층(114) 상에 주어진 거리로 이격된 상부전극(116)을 구비한다. 또 상기 2D 및 3D용 광원 구성 수단은 투명 절연층(114) 위쪽에 투명 절연층(114)과 주어진 간격을 유지하는 투명 상부기판(120)이 마련되어 있다. 또 본 발명의 제1 디스플레이에 구비된 2D 및 3D용 광원 구성 수단은 상부전극(116)과 하부전극(112)에 인가되는 전압에 따라 도면의 좌측에 도시한 바와 같이 상부전극(116)사이의 투명 절연층(114) 전면에 존재하거나 도면의 우측에 도시한 바와 같이 상부전극(116) 상에만 존재하는 광 흡수수단(118)을 구비한다. 광 흡수수단(118)은 다른 것일 수 있으나, 토너(toner)인 것이 바람직하다. 따라서 광 흡수수단(118)을 이하 토너라 한다.

도 6의 좌측에 도시한 바와 같이, 토너(118)가 음(-)으로 대전되어 있고, 상부전극(116)과 하부전극(112)에 각각 음(-) 전압과 양(+) 전압이 인가된 경우(이하, 제1 경우), 토너(118)는 상부전극(116)사이의 투명 절연층(114)의 전면에 분포된다. 따라서 상기 제1 경우에 하부기판(110)의 아래쪽에서 하부기판(110)과 하부전극(112)을 거쳐 투명 절연층(114)에 입사된 광(L) 중에서 상부전극(116)으로 입사된 광은 상부전극(116)을 통과하고 상부 기판(120)을 통과하여 위로 방출된다. 그러나,상부전극(116)의 폭은 상부전극(116)사이의 투명 절연층(114)의 폭에 비해 훨씬 좁고, 셀을 구분하는 요소에 의해 차단되기 때문에, 외부에서는 이 광을 관측할 수 없다. 반면, 상부전극(116)사이의 투명 절연층(114)에 입사된 광은 토너(118)에 흡수되어 상부 기판(120)을 통해 방출되지 않는다. 이와 같이 상기 제1 경우는 백라이트로부터의 광을 완전히 차단하는 광스윗칭 소자의 역할을 하게 된다.

한편, 도 6의 우측에 도시한 바와 같이, 상부전극(116) 및 하부전극(112)에 각각 양(+) 전압과 음(-) 전압을 인가하는 경우(이하, 제2 경우), 토너(118)는 모 두 상부전극(116) 상에 존재하게 된다. 그러므로 하부기판(110)과 하부전극(112)을 통해서 투명 절연층(114)에 입사된 광 중에서 상부전극(116)에 입사된 광은 모두 토너(118)에 흡수되고, 상부전극(16)사이의 투명 절연층(114)에 입사된 광은 투명 절연층(114)과 상부 기판(120)을 통과하여 방출된다. 상부전극(116)의 폭은 상부전극(116)사이의 투명 절연층(114)의 폭에 비해 훨씬 좁기 때문에, 상부전극(116)사이의 투명 절연층(114)을 통해 방출되는 광은 실질적으로 투명 절연층(114)의 전면에서 방출되는 것처럼 보인다.

이와 같이, 2D 및 3D 용 광원구성수단의 각 픽셀은 상부전극(116)과 하부전극(112)에 인가되는 전압에 따라 광을 투과 또는 차단하므로, 상기 2D 및 3D 용 광원구성수단에 포함된 픽셀들을 상기 제1 경우 또는 제2 경우가 되도록 선택적으로 제어함으로써, 2D 및 3D 용 광원구성수단으로부터 2D용 광 또는 3D용 광이 방출되게 할 수 있다.

도 7은 도 6에 도시한 2D 및 3D용 광원구성수단이 구비된 본 발명의 제1 디스플레이의 구성을 보여준다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 디스플레이는 시청용 영상이 표시되는 액정 패널(P1), 액정 패널(P1)의 뒤에 구비된 2D 및 3D용 광원구성수단(P2)(이하, 광원구성수단) 및 광원구성수단(P2)에 광을 방출하는 광원(P3), 예컨대 백 라이트를 구비한다. 액정 패널(P1)은 좌측에서 광원구성수단(P2)을 향해 순차적으로 배열된 전면 편광자(200), 투명한 전면기판(202), 스위칭 소자, 예컨대 TFT에 연결된 전면 ITO전극(204), 액정층(206), 공통전극(208), 투명한 후면기판(210) 및 후면 편광자(211)를 구비한다. 전면 편광자(200)는 입사광을 45°로 편광시키는 편광자이고, 후면 편광자(211)는 광원구성수단(P2)으로부터 입사되는 광을 135°로 편광시키는 편광자이다. 광원구성수단(P2)은 상부기판(120)과 하부기판(110)을 구비하고, 상부 및 하부기판(120, 110)사이에 2D 및 3D용 광을 선택적으로 방출시키는 부재(214)를 구비한다. 부재(214)의 구성은 도 6을 참조한다.

도 8에서 좌측 도면은 광원구성수단(P2)이 3D용 광원으로 사용될 때, 곧 도 6의 좌측에 도시한 바와 같이 광을 흡수하는 토너(118)가 상부전극(116)사이의 투명 절연층(114)의 전면에 분포되어 있을 때, 광원구성수단(P2)으로부터 방출되는 광의 프로화일을 보여준다. 그리고 우측 도면은 광원구성수단(P2)이 2D용 광원으로 사용될 때, 곧 도 6의 우측에 도시한 바와 같이 광을 흡수하는 토너(118)가 전부 상부전극(116) 상에 존재할 때, 광원구성수단(P2)으로부터 방출되는 광의 프로화일을 보여준다. 도 8의 좌측그림에서 제1 영역(R1)은 도 6의 제 1경우에 대응되고, 제2 영역(R2)은 도 6의 제 2경우에 해당한다.

도 9는 도 8에 도시한 본 발명의 제1 디스플레이의 투과광 분포를 보여준다.도 9의 좌측 도면은 본 발명의 제1 디스플레이가 2D 영상 구현을 위해 사용될 때, 액정 패널(P1)의 후면 편광자(211)를 투과한 광의 분포(D1)를 보여주고, 우측 도면은 본 발명의 제1 디스플레이가 3D 영상 구현을 위해 사용될 때, 액정 패널(P1)의 후면 편광자(211)를 투과한 광의 분포(D2)를 보여준다.

<제2 실시예>

제1 실시예에서 언급한 부재와 동일한 부재에 대해서는 설명을 생략하고, 제1 실시예에서 사용한 동일 참조번호(부호)를 사용한다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 2D/3D 디스플레이(이하, 본 발명의 제2 디스플레이)는 액정패널(P1)과 액정패널(P1)에 2D 및 3D용 광을 선택적으로 방출할 수 있는 광원(P4)을 구비한다. 광원(P4)은, 예를 들면 도 11에 도시한 EL(Electro-Luminescence) 셀을 포함하는 EL 유닛(EL unit)일 수 있다. EL 유닛에 포함된 복수의 EL 셀은 액정 패널의 TFT 어레이처럼 EL 셀 어레이를 형성한다. 따라서 EL 유닛의 어드레싱 라인에 신호를 인가함으로써, 원하는 위치의 EL 셀을 선택할 수 있다. 이러한 방법으로 EL 셀 어레이에서 EL 셀 전체를 선택할 수도 있고, 한 행(row) 또는 한 열(column)의 EL 셀만을 선택할 수도 있으므로, EL 유닛을 2D용 광원 또는 3D용 광원으로 사용할 수 있다. 곧, EL 셀 어레이를 이루는 EL 셀 전체를 선택하여 전압을 인가하는 경우, 상기 EL 유닛 전면에서 광이 방출되므로, 상기 EL 유닛은 2D용 광원으로 사용할 수 있다. 그리고 EL 셀 어레이에서 각 열은 슬릿 또는 라인에 해당하기 때문에, 상기 EL 셀 어레이에서 일정한 간격으로 이격된 위치에 있는 열들(columns)만을 선택하여 전압을 인가할 경우, 선택된 열들에서만 광이 방출되므로, 상기 EL 유닛은 3D용 광원으로 사용할 수 있다.

일반적으로 광효율과 누설(crosstalk)을 고려할 때, 3D용 광원에서 선광원사이의 폭과 선광원 자체 폭의 비는 2:1이 적당한 것으로 알려져 있는데, 상기 EL 유닛을 3D용 광원으로 사용하는 경우, 단순히 어드레싱을 통해 상기 비를 유지할 수 있고, 또한 상기 비를 유지하면서 선광원의 폭과 선광원사이의 폭을 가변시킬 수도 있다.

한편, 위에서는 일반적인 칼라 디스플레이 장치에 대해 설명하였으나, 액정패널(P1)이 색필터가 제거된 흑백 액정패널이고, 광원(P4)이 단색광을 방출하는 2D 및 3D용 광 방출수단, 예를 들면 단색광 EL 유닛일 수도 있다. 이 경우, 상기 단색광 EL 유닛의 구동원리는 상기한 백색광 EL 유닛의 구동원리와 동일하므로, 상술한 바와 같이, 상기 단색광 EL 유닛을 2D용 광원 또는 3D용 광원이 되도록 구동함으로써, 단색 2D 또는 3D 영상을 구현할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제2 디스플레이의 광원(P4)으로 사용된 상기 EL 유닛의 EL 셀을 보여준다. 도 11을 참조하면, 상기 EL 셀은 순차적으로 적층된 편광자(300), 하부기판(302) 및 하부전극(304)을 구비한다. 편광자(300)는 흑백 콘트라스트(contrast)를 개선하고, 외부 광으로부터 하기될 EL층(306)을 보호하는 역할을 한다. 상기 EL 셀은 편광자(300)를 접촉면으로 하여 액정 패널(P1)에 부착된다. 하부기판(302)은, 예컨대 유리기판 또는 폴리머 기판과 같이 투명한 기판일 수 있다. 그리고 하부전극(304)은, 예컨대 ITO전극과 같이 투명한 전극일 수 있다. 또 상기 EL 셀은 하부전극(304) 상에 EL층(306)을 구비하고, EL층(306) 상에 상부전극(308)을 구비한다. EL층(306)은 순차적으로 적층된 전자 전이층(electron transfer layer)(306c), 광 방출층(306b) 및 홀 전이층(hole transfer layer) (306a)을 포함한다. 이러한 EL층(306)과 상부전극(308)은 보호막(310)으로 덮여 있다.

이러한 EL 셀은 EL층(306)을 이루는 물질층에 따라, 백색광을 방출할 수도 있고, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 각각의 광을 방출할 수도 있으며, 청색(B)을 방출하는 물질층 상에 색 변환물질(Color Change Material)을 두어 상기 색 변환물질의 종류에 따라 RGB를 방출할 수도 있다.

도 12는 상술한 본 발명의 제2 디스플레이가 2D용으로 사용될 때와 3D용으로 사용될 때, 액정패널(P1)의 후면 편광자(211)를 투과한 광의 분포를 보여준다.

도 12의 좌측 도면을 참조하면, 본 발명의 제2 디스플레이가 2D용으로 사용될 때, 후면 편광자(211)를 통과한 시점에서 광의 분포(D3)는 전 영역에서 균일함을 알 수 있다.

도 12의 우측 도면을 참조하면, 본 발명의 제2 디스플레이가 3D용으로 사용될 때, 후면 편광자(211)를 통과한 후의 광 분포(D4)는 광원(P4)의 선광원에 대응되는 영역에만 광이 존재하는 것을 알 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, EL 유닛 대신에 그와 동등한 2D 및 3D용 광원을 구비할 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 제1 및 제2 실시예를 병합할 수도 있을 것이다. 예를 들면 본 발명의 제2 실시예에 의한 디스플레이에 구비된 EL 유닛을 기존의 백 라이트와 같이 2D용 광원으로만 사용하고, 이러한 EL 유닛과 액정 패널사이에 도 7에 도시한 광원구성수단(P2)을 구비하는 2D/3D 디스플레이를 구비할 수도 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 디스플레이는 광원 자체가 2D용 광원과 3D용 광원이 될 수 있기 때문에, 종래의 액정셔터와 같은 2D용 광과 3D용 광을 선택하기 위한 별도의 광 선택 수단이 필요하지 않다. 따라서 디스플레이의 부피를 줄일 수 있고, 관측거리로 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 디스플레이는 광원의 필요 영역을 선택하여 2D용 또는 3D용 광을 방출할 수 있다. 곧, 3D용 광을 방출하고자 하는 경우, 광원 전체에서 광을 방출하는 것이 아니라 실제 3D용 광이 방출되는 영역에서만 광이 방출되도록 할 수 있다. 때문에 2D용이나 3D용 구분없이 언제나 광원 전 영역에서 광을 방출해야만 하는 종래의 디스플레이에 비해 본 발명의 디스플레이의 광손실이 적고, 전력 손실도 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 디스플레이의 경우, 선광원의 폭과 선광원사이의 폭을 임의로 조절할 수 있다. 따라서 본 발명을 이용하면, 종래보다 효과적으로 3D용 광을 만들 수 있다.

또한, 도 6에서 상부기판(120)대신, 얇은 두께의 보호기판을 사용할 경우, 관측거리를 더욱 줄일 수 있다.

Claims

영상표시패널과 광원을 포함하는 2D/3D용 디스플레이에 있어서,

상기 광원은 2차원 영상을 표시하기 위한 광과 3차원 영상을 표시하기 위한 광을 선택적으로 방출하기 위한 광원으로써,

인가 전압에 따라 온 오프되는 광 방출 셀들이 어레이를 이룬 평판형 광원인 것을 특징으로 하는 2D/D3용 디스플레이.
제 1 항에 있어서, 상기 영상표시패널은 액정패널인 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 광 방출 셀들은 EL(Electro-Luminescence) 셀들인 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
영상표시패널, 광원 및 광 스위칭 수단을 포함하는 2D/3D용 디스플레이에 있어서,

상기 광 스위칭 수단은 상기 광원으로부터 입사된 광을 2차원 영상 표시용 또는 3차원 영상 표시용으로 상기 영상표시패널에 방출하기 위한 것으로써, 상기 영상표시패널과 상기 광원사이에 구비되어 있고, 광 흡수수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
제 5 항에 있어서, 상기 영상표시패널은 액정패널인 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
제 5 항에 있어서, 상기 광원은 인가 전압에 따라 온 오프되는 광 방출 셀들이 어레이를 이룬 평판형 광원인 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
제 7 항에 있어서, 상기 광 방출 셀들은 EL 셀들인 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
제 5 항에 있어서, 상기 광 스위칭 수단은,

상기 광원에 대향하는 투명한 하부전극;

상기 하부전극 상에 형성된 투명 절연층;

상기 투명 절연층 상에 이격되게 형성된 상부전극;

상기 상부 및 하부전극에 인가되는 전압에 따라 존재 위치가 달라지는 상기 광 흡수수단; 및

상기 영상표시패널과 대향하는 투명 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
제 5 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 광 흡수수단은 극성을 띤 토너(toner)인 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
영상표시패널, 광원 및 광 스위칭 수단을 포함하는 2D/3D용 디스플레이에 있어서,

상기 광원은 인가 전압에 따라 온 오프되는 광 방출 셀들이 어레이를 이룬 평판형 광원이고,

상기 광 스위칭 수단은 상기 광원으로부터 입사된 광을 2차원 영상 표시용 또는 3차원 영상 표시용으로 상기 영상표시패널에 방출하기 위한 것으로써, 상기 영상표시패널과 상기 광원사이에 구비된 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
제 11 항에 있어서, 상기 영상표시패널은 액정패널인 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
제 11 항에 있어서, 상기 광 방출 셀은 EL 셀인 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.
제 11 항에 있어서, 상기 광 스위칭 수단은,

상기 광원과 대향하는 편광자;

상기 영상표시패널과 상기 편광자와 각각 접촉된 두 개의 투명한 평판;

상기 두 개의 평판 내면에 각각 구비된 두 개의 투명전극; 및

상기 두 개의 투명 전극사이에 채워진 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 2D/3D용 디스플레이.