KR101201848B1 - 입체영상 변환패널 및 이를 갖는 입체영상 표시장치 - Google Patents

입체영상 변환패널 및 이를 갖는 입체영상 표시장치 Download PDF

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Abstract

영상의 표시품질을 향상시킨 입체영상 변환패널 및 이를 갖는 입체영상 표시장치가 개시되어 있다. 입체영상 변환패널은 하부 투명기판, 상부 투명기판, 하부 투명전극들, 상부 투명전극들 및 렌즈 액정층을 포함한다. 하부 및 상부 투명기판은 서로 대향하도록 배치된다. 하부 투명전극들은 하부 투명기판 상에 형성되고, 제1 방향을 따라 길게 형성되며, 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 병렬로 형성된다. 상부 투명전극들은 상부 투명기판 상에 형성되고, 제2 방향을 따라 길게 형성되며, 제1 방향을 따라 병렬로 형성된다. 렌즈 액정층은 하부 및 상부 투명기판 사이에 배치되고, 하부 및 상부 투명전극들 사이에 형성되는 전기장에 의해 배열형태가 변경되어, 위치에 따라 변화되는 굴절률을 갖는다. 그로 인해, 입사광이 액정층에 의해 굴절되어 입체영상을 구현함으로써, 표시품질을 보다 향상시킬 수 있다.
Figure R1020060016059
입체영상 변환패널, 상부 투명전극, 하부 투명전극

Description

입체영상 변환패널 및 이를 갖는 입체영상 표시장치{STEREO-SCOPIC IMAGE CONVERSION PANEL AND STEREO-SCOPIC IMAGE DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체영상 변환패널을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 입체영상 변환패널 중 일부를 확대해서 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 입체영상 변환패널 내에 전기장을 인가한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 입체영상 변환패널 중 일부를 확대해서 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1 및 도 3에서 액정들의 경사진 각도에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1의 입체영상 변환패널에서 액정들의 위치에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 3의 입체영상 변환패널에서 액정들의 위치에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체영상 변환패널을 도시한 단면도이다.
도 9는 도 8의 입체영상 변환패널 중 일부를 확대해서 도시한 사시도이다.
도 10은 도 8의 입체영상 변환패널 내에 전기장을 인가한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 11은 도 10의 입체영상 변환패널 중 일부를 확대해서 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 13은 도 10의 입체영상 표시장치가 입체영상을 구현하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 입체영상 변환패널 110 : 하부 투명기판
120 : 상부 투명기판 130 : 하부 투명전극
140 : 상부 투명전극 150 : 렌즈 액정층
200 : 백라이트 어셈블리 300 : 표시패널 어셈블리
본 발명은 입체영상 변환패널 및 이를 갖는 입체영상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영상의 표시품질을 향상시킨 입체영상 변환패널 및 이를 갖는 입체영상 표시장치에 관한 것이다.
최근에 들어, 게임 및 영화 등과 같은 분야에서 3차원 입체영상에 대한 수요가 증가함에 따라, 3차원 입체영상을 표시하는 입체영상 표시장치가 점점 발전해가 고 있다.
일반적으로, 상기 입체영상 표시장치는 사람의 두 눈에 서로 다른 2차원 평면영상들을 인가함으로써 상기 3차원 입체영상을 표시한다. 즉, 사람은 두 눈을 통해 상기 한 쌍의 2차원 평면영상들을 보게되고, 뇌에서 상기 평면영상들을 융합하여 입체감을 느끼게 된다.
상기 입체영상 표시장치는 관찰자의 특수안경착용의 여부에 따라 안경식(stereo-scopic) 및 비안경식(auto stereo-scopic)으로 구분된다. 상기 안경식에는 편광방식, 시분할방식 등이 있으며, 상기 비안경식에는 패럴랙스-배리어(parallax-barrier) 방식, 렌티큘러(lenticular) 방식, 블린킹 라이트(blinking light) 방식 등이 있다.
일반적으로, 평판 표시장치에는 별도의 특수안경이 불필요하기 때문에, 패럴랙스-배리어 방식, 렌티큘러 방식 등과 같은 상기 비안경식의 입체영상 표시장치가 주로 사용된다.
여기서, 상기 패럴랙스-배리어 방식은 시차 장벽을 이용하여 좌측 픽셀 및 우측 픽셀에서 나오는 광을 차단 및 투과함으로써, 시야각을 조절하여 입체영상을 표시하는 방식을 의미하고, 상기 렌티큘러 방식은 오목 렌즈를 이용하여 좌측 픽셀 및 우측 픽셀에서 나오는 광을 굴절시킴으로써, 시야각을 조절하여 입체영상을 표시하는 방식을 의미한다.
그러나, 상기 패럴랙스-배리어 방식은 상기 광의 일부가 차단됨에 따라, 휘도가 50% 정도 감소되는 문제점을 갖고, 상기 렌티큘러 방식은 상기 오목 렌즈를 구비함에 따라, 상기 오목 렌즈 내에 형성된 배향막에 배향홈을 형성하기가 어려운 문제점을 갖는다.
이와 같이, 상기 비안경식의 입체영상 표시장치가 상기 패럴랙스-배리어 방식 또는 상기 렌티큘러 방식을 채용할 경우, 휘도가 감소되고 배향력이 저하됨에 따라, 영상의 표시품질이 저하되는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 휘도를 증가시키고 배향력을 향상시킬 수 있는 새로운 방식을 채택함으로써 영상의 표시품질을 향상시킨 입체영상 변환패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 입체영상 변환패널을 포함하는 입체영상 표시장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 입체영상 변환패널은 하부 투명기판, 상부 투명기판, 하부 투명전극들, 상부 투명전극들 및 렌즈 액정층을 포함한다.
상기 하부 및 상부 투명기판은 서로 대향하도록 배치된다. 상기 하부 투명전극들은 상기 상부 투명기판과 마주보도록 상기 하부 투명기판 상에 형성되고, 제1 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 병렬로 형성된다. 상기 상부 투명전극들은 상기 하부 투명기판과 마주보도록 상기 상부 투명기 판 상에 형성되고, 상기 제2 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향을 따라 병렬로 형성된다. 상기 렌즈 액정층은 상기 하부 및 상부 투명기판 사이에 배치되고, 이방성의 굴절률을 갖는 액정들로 이루어지며, 상기 하부 및 상부 투명전극들 사이에 형성되는 전기장에 의해 배열형태가 변경되어, 위치에 따라 변화되는 굴절률을 갖는다.
여기서, 상기 하부 투명전극들에 상기 제2 방향을 따라 주기적으로 변동하는 하부 전압들이 인가되고, 상기 상부 투명전극들에 서로 동일한 상부 전압들이 인가될 수 있다. 이와 다르게, 상기 상부 투명전극들에 상기 제1 방향을 따라 주기적으로 변동하는 상부 전압들이 인가되고, 상기 하부 투명전극들에 서로 동일한 하부 전압들이 인가될 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 광을 발생시키는 백라이트 어셈블리, 상기 백라이트 어셈블리의 상부에 배치되어, 상기 광을 이용하여 평면영상을 표시하는 표시패널 어셈블리, 및 상기 표시패널의 상부에 배치된 입체영상 변환패널을 포함한다.
상기 입체영상 변환패널은 하부 투명기판, 상기 하부 투명기판과 대향하는 상부 투명기판, 상기 상부 투명기판과 마주보도록 상기 하부 투명기판 상에 형성되고, 제1 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 병렬로 형성된 하부 투명전극들, 상기 하부 투명기판과 마주보도록 상기 상부 투명기판 상에 형성되고, 상기 제2 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향을 따라 병렬로 형성된 상부 투명전극들, 및 상기 하부 및 상부 투명기판 사이에 배치되고, 상기 하부 및 상부 투명전극 사이에 형성되는 전기장에 의해 배열형태가 변경되어, 위치에 따라 변화되는 굴절률을 갖으며, 상기 평면영상을 선택적으로 입체영상으로 변경하는 렌즈 액정층을 포함한다.
이러한 본 발명에 의하면, 렌즈 액정층의 액정들이 하부 및 상부 투명전극들 사이에 형성되는 전기장에 의해 배열형태가 변경되어, 위치에 따라 굴절률이 변경됨에 따라, 소정의 방향으로 편광된 광을 굴절시켜 입체영상을 구현할 수 있고, 그로 인해 입체영상 표시장치의 표시품질이 보다 향상될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
<입체영상 변환패널의 제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체영상 변환패널을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 입체영상 변환패널 중 일부를 확대해서 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 입체영상 변환패널(100)은 하부 투명기판(110), 상부 투명기판(120), 하부 투명전극(130)들, 상부 투명전극(140)들 및 렌즈 액정층(150)을 포함한다. 입체영상 변환패널(100)은 하부에서 인가된 평면영상을 그대로 표시하거나, 입체영상으로 변경시켜 표시한다.
하부 투명기판(110)은 플레이트 형상을 갖고, 일례로 투명한 유리, 석영 또는 합성수지로 이루어진다. 상부 투명기판(120)은 플레이트 형상을 갖고, 일례로 투명한 유리, 석영 또는 합성수지로 이루어진다. 상부 투명기판(120)은 하부 투명기판(110)과 대향하도록 배치된다.
하부 투명전극(130)들은 상부 투명기판(120)과 마주보도록 하부 투명기판(110) 상에 형성된다. 하부 투명전극(130)들은 제1 방향을 따라 길게 연장된 형상을 갖으며, 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 병렬로 형성된다. 이때, 도 2에서는 일례로, 제1 하부전극(130a), 제2 하부전극(130b), 제3 하부전극(130c), 제4 하부전극(130d) 및 제5 하부전극(130e)을 도시하였다.
구체적으로, 하부 투명전극(130)들은 제2 방향으로 1um ~ 10um 범위의 길이로 이격되어 형성되고, 바람직하게 약 5um의 길이로 이격된다. 각 하부 투명전극(130)의 폭은 1um ~ 10um 범위의 길이를 갖고, 바람직하게 약 4um의 길이를 갖는다.
각 하부 투명전극(130)은 투명한 도전성 물질로 이루어지며, 일례로 산화주석인듐(Indium Tin Oxide, ITO), 산화아연인듐(Indium Zinc Oxide, IZO), 아몰퍼스 산화주석인듐(amorphous Indium Tin Oxide, a-ITO) 등으로 이루어진다. 하부 투명전극(130)들은 전원 공급부(미도시)와 전기적으로 연결되어 하부 전압들을 인가받을 수 있다.
상부 투명전극(140)들은 하부 투명기판(110)과 마주보도록 상부 투명기판(120) 상에 형성된다. 상부 투명전극(140)들은 하부 투명전극(130)들과 교차되도록 제2 방향을 따라 길게 연장된 형상을 갖으며, 제1 방향을 따라 병렬로 형성된다. 이때, 도 2에서는 일례로, 제1 하부전극(140a), 제2 하부전극(140b), 제3 하부전극(140c) 및 제4 하부전극(140d)을 도시하였다.
구체적으로, 상부 투명전극(140)들은 제1 방향으로 1um ~ 10um 범위의 길이 로 이격되어 형성되고, 바람직하게 약 5um의 길이로 이격된다. 각 상부 투명전극(140)의 폭은 1um ~ 10um 범위의 길이를 갖고, 바람직하게 약 4um의 길이를 갖는다.
각 상부 투명전극(140)은 투명한 도전성 물질로 이루어지며, 일례로 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 아몰퍼스 산화주석인듐(a-ITO) 등으로 이루어진다. 상부 투명전극(140)들은 전원 공급부(미도시)와 전기적으로 연결되어 상부 전압들을 인가받을 수 있다.
렌즈 액정층(150)은 하부 및 상부 투명기판(110, 120) 사이에 배치된다. 렌즈 액정층(150)은 어느 한 방향으로 긴 알갱이 형상을 갖는 액정(152)들로 이루어지며, 이러한 액정들은 광의 입사방향에 따라 굴절률이 달라지는 이방성의 굴절률을 갖는다. 즉, 액정(152)들은 상기 일 방향에 대하여 제1 굴절률을 갖고, 상기 일 방향과 수직한 방향에 대하여 제2 굴절률을 갖는다. 일례로, 상기 제1 굴절률은 약 1.8이고, 상기 제2 굴절률은 약 1.5이다.
여기서, 하부 투명전극(130)들로 상기 하부 전압들이 인가되고, 상부 투명전극(140)들로 상기 상부 전압들이 인가되면, 하부 및 상부 투명전극(130, 140)들 사이에는 전기장이 발생된다. 상기 전기장은 하부 및 상부 투명기판(110, 120) 사이에 배치된 액정(152)들의 배열 상태를 변경시킨다.
본 실시예에 의한 입체영상 변환패널(100)은 하부 배향막(미도시) 및 상부 배향막(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 하부 배향막은 하부 투명전극(130)을 덮도록 하부 투명기판(110) 상에 형성된다. 상기 상부 배향막은 상부 투명전극 (140)을 덮도록 상부 투명기판(120) 상에 형성된다.
여기서, 상기 하부 및 상부 배향막은 하부 및 상부 투명전극(130, 140) 사이에 전기장이 발생되지 않았을 경우, 렌즈 액정층(150)의 액정(152)들의 배치 형태를 결정한다. 구체적으로, 액정(152)들은 상기 하부 및 상부 배향막에 의해 하부 및 상부 투명기판(110, 120)에 대하여 제1 방향을 따라 누워서 배열된다. 이때, 상기 하부 배향막에 형성된 하부 배향홈 및 상기 상부 배향막에 형성된 상부 배향홈의 배열방향이 서로 수직한 경우, 렌즈 액정층(150)의 액정(152)들은 상부로 갈수록 90도 꼬여서 배치될 수도 있다.
반면, 하부 및 상부 투명전극(130, 140) 사이에 전기장이 발생된 경우, 렌즈 액정층(150)의 액정(152)들은 상기 전기장의 방향을 따라 배열된다. 즉, 액정(152)들은 상기 전기장의 방향을 따라 배열되는 포지티브(positive) 성질을 갖는다.
이와 다르게, 하부 및 상부 투명전극(130, 140) 사이에 전기장이 발생되지 않았을 경우, 액정층(150)의 액정(152)들은 상기 하부 및 상부 배향막에 의해 하부 및 상부 투명기판(110, 120)에 대하여 수직하게 세워서 배열될 수 있고, 하부 및 상부 투명전극(130, 140) 사이에 전기장이 형성된 경우, 상기 전기장의 방향에 대하여 수직하게 배열될 수 있다. 즉, 액정(152)들은 상기 전기장의 방향에 대하여 수직하게 배열되는 네거티브(negative) 성질을 가질 수 있다.
이하, 하부 및 상부 투명전극(130, 140) 사이에 전기장이 형성되는 경우 및 형성되지 않은 경우로 구분하여, 본 실시예에 의한 입체영상 변환패널(100)을 자세히 설명하기로 한다.
우선 도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 하부 투명전극(130)들로 상기 하부 전압들이 인가되지 않고, 상부 투명전극(140)들로 상기 상부 전압들이 인가되지 않을 경우, 하부 및 상부 투명전극(130, 140)들 사이에는 전기장이 발생되지 않는다. 여기서, 상기 전기장이 발생되지 않으면, 액정(152)들은 상기 하부 및 상부 배향막에 의해 하부 및 상부 투명기판(110, 120)에 대하여 제1 방향을 따라 누워서 배열된다. 즉, 액정(152)들은 제1 및 제2 방향에 수직한 방향에 대하여 90도의 각도로 누워서 배치된다.
이때, 입체영상 변환패널(100)의 하부로 입사되는 입사광(10)은 제1 방향을 따라 누워서 배열된 액정(152)들을 그대로 투과된다. 그 결과, 입체영상 변환패널(100)로부터 출사되는 출사광(20)은 평면영상을 구현한다.
도 3은 도 1의 입체영상 변환패널 내에 전기장을 인가한 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 입체영상 변환패널 중 일부를 확대해서 도시한 사시도이다.
이어서 도 3 및 도 4를 참조하면, 하부 투명전극(130)들로 상기 하부 전압들이 인가되고, 상부 투명전극(140)들로 상기 상부 전압들이 인가될 경우, 하부 및 상부 투명전극(130, 140)들 사이에는 전기장이 발생된다. 이러한 전기장은 렌즈 액정층(150)의 액정(152)들의 배열 형태를 변경시킨다.
본 실시예에서, 하부 투명전극(130)들에 인가되는 상기 하부 전압들은 제2 방향을 따라 주기적으로 변동하는 값을 갖는다. 바람직하게, 상기 하부 전압들은 제2 방향을 따라 비선형적으로 증가하다가 감소하는 값을 주기적으로 갖는다. 반면, 상부 투명전극(140)들에 인가되는 상기 상부 전압들은 서로 동일한 값을 갖는 다.
구체적으로 예를 들어 설명하면, 제1 내지 제5 하부전극(130a ,130b, 130c, 130d, 130e) 각각에 인가되는 전압들이 비선형적으로 증가한다. 즉, 제1 하부전극(130a)에 인가되는 전압을 제1 하부전압, 제2 하부전극(130b)에 인가되는 전압을 제2 하부전압, 제3 하부전극(130c)에 인가되는 전압을 제3 하부전압, 제4 하부전극(130d)에 인가되는 전압을 제4 하부전압, 및 제5 하부전극(130e)에 인가되는 전압을 제5 하부전압이라고 한다면, 상기 제5 하부전압은 상기 제4 하부전압보다 크고, 상기 제4 하부전압은 상기 제3 하부전압보다 크며, 상기 제3 하부전압은 상기 제2 하부전압보다 크고, 상기 제2 하부전압은 상기 제1 하부전압보다 크다.
이와 같이, 상기 하부 전압들은 제2 방향을 따라 비선형적으로 서서히 증가하다가, 다시 감소하는 값을 갖는다. 일례로, 상기 하부 전압들은 제2 방향을 따라 약 0V ~ 10V 사이를 주기적으로 변동하는 값을 갖는다.
반면, 제1 내지 제4 상부전극(140a ,140b, 140c, 140d) 각각에 인가되는 전압들이 모두 동일한 값을 갖는다. 일례로, 상기 각 상부전압은 0V이다.
한편, 하부 투명전극(130)들에는 제2 방향을 따라 주기적으로 변동하는 상기 하부 전압들이 인가되고, 상부 투명전극(140)들에는 서로 동일한 상기 상부 전압들이 인가됨에 따라, 액정(152)들의 배열 형태는 제2 방향을 따라 주기적으로 변동된다.
구체적으로, 액정(152)들의 경사진 각도(θ)는 제2 방향을 따라 비선형적으로 증가하다가 감소하는 값을 주기적으로 갖는다. 이때, 액정(152)들의 경사진 각 도(θ)는 제1 및 제2 방향과 수직한 방향에 대하여 액정(152)들이 기울어진 정도를 의미한다. 바람직하게, 액정(152)들의 경사진 각도(θ)는 제2 방향을 따라 90도와 0도 사이를 반복적으로 감소하다가 증가하는 값을 갖는다.
이때, 입체영상 변환패널(100)의 하부로 입사되는 입사광(10)은 제2 방향을 따라 주기적으로 변동된 배열형태를 갖는 액정(152)들에 의해 굴절된다. 그 결과, 입체영상 변환패널(100)로부터 출사되는 출사광(20)은 입체영상을 구현한다.
도 5는 도 1 및 도 3에서 액정들의 경사진 각도에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 렌즈 액정층(150)의 액정(152)들은 제1 및 제2 방향과 수직한 방향에 대하여 경사진 각도(θ)에 따라 변화하는 굴절률을 갖는다. 여기서, 액정(152)들의 굴절률은 입체영상 변환패널(100)의 하부로 입사되는 입사광(10)에 대한 값이며, 이때 입사광(10)은 일례로, 제2 방향으로 편광된 광이다. 구체적으로 설명하면, 액정(152)들의 경사진 각도(θ)가 0도에서 90도로 증가할수록, 상기 굴절률도 약 1.5에서 약 1.8로 비선형적으로 증가한다.
도 6은 도 1의 입체영상 변환패널에서 액정들의 위치에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 하부 및 상부 투명전극(130, 140) 사이에 전기장이 형성되지 않은 경우, 액정(152)들의 경사진 각도(θ)가 90도이므로, 액정(152)들의 굴절률은 모두 약 1.8의 값을 갖는다.
그 결과, 입체영상 변환패널(100)의 하부로 입사되는 입사광(10)은 모두 동 일한 굴절률을 갖는 액정(152)들을 굴절되지 않고 그대로 투과하여 평면영상을 구현한다.
도 7은 도 3의 입체영상 변환패널에서 액정들의 위치에 따른 굴절률의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 하부 및 상부 투명전극(130, 140) 사이에 전기장이 형성된 경우, 액정(152)들의 경사진 각도(θ)가 제2 방향을 따라 주기적으로 변동하는 값을 가지므로, 액정(152)들의 굴절률도 제2 방향을 따라 약 1.5 및 1.8 사이를 반복적으로 변동한다. 구체적으로, 액정(152)들의 굴절률은 제2 방향을 따라 반타원 형상을 갖도록 반복적으로 변동한다. 여기서, 액정(152)들의 굴절률은 제1 방향으로 편광된 입사광(10)이 느끼는 굴절률을 의미한다.
그 결과, 입체영상 변환패널(100)의 하부로 입사되는 입사광(10)은 주기적으로 변동하는 굴절률을 갖는 액정(152)들에 굴절되어 입체영상을 구현한다.
이러한 본 실시예에 의하면, 하부 투명전극(130)들에 제2 방향을 따라 주기적으로 변동하는 상기 하부 전압들이 인가되고, 상부 투명전극(150)들에 서로 동일한 상기 상부 전압들이 인가됨에 따라, 렌즈 액정층(150)의 액정(152)들이 제2 방향을 따라 주기적으로 배열형태가 변경될 수 있다. 그로 인해, 액정(152)들의 굴절률이 제2 방향을 따라 주기적으로 변경됨으로써, 입사광(10)은 렌즈 액정층(150)에서 굴절되어 입체영상을 구현할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 입체영상 변환패널(100)은 입사광(10)의 일부를 차단하는 종래의 시차 장벽을 구비하지 않으므로, 입체영상 변환패널(100)의 휘도가 종래에 비해 증가될 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 입체영상 변환패널(100)은 입사광(10)을 굴절시키기 위한 종래의 오목 렌즈를 구비하지 않으므로, 배향막에 배향홈을 형성하기가 보다 원활해 질 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 입체영상 변환패널(100)은 액정(152)들의 배열변화로 인해 가상의 렌즈를 형성함으로써, 렌즈와 같은 별도의 구성요소를 구비하지 않아도 되고, 그 결과 입체영상 변환패널(100)의 두께가 감소될 수 있고, 제조비용도 감소될 수 있다.
<입체영상 변환패널의 제2 실시예>
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체영상 변환패널을 도시한 단면도이다. 도 9는 도 8의 입체영상 변환패널 중 일부를 확대해서 도시한 사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 의한 입체영상 변환패널(100)은 하부 투명기판(110), 상부 투명기판(120), 하부 투명전극(130)들, 상부 투명전극(140)들, 렌즈 액정층(150), 상부 배향막(미도시) 및 하부 배향막(미도시)을 포함한다.
하부 및 상부 투명기판(110, 120)은 플레이트 형상을 갖고, 투명한 물질로 이루어지며, 서로 대향하도록 배치된다.
하부 투명전극(130)들은 상부 투명기판(120)과 마주보도록 하부 투명기판(110) 상에 형성된다. 하부 투명전극(130)들은 제1 방향을 따라 길게 연장된 형상을 갖으며, 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 병렬로 형성된다. 이때, 도 9에서는 일례로, 제1 하부전극(130a), 제2 하부전극(130b), 제3 하부전극(130c) 및 제4 하부전극(130d)을 도시하였다. 하부 투명전극(130)들은 투명한 도전성 물질로 이루어지며, 전원 공급부(미도시)와 전기적으로 연결되어 하부 전압들을 인가받을 수 있다.
상부 투명전극(140)들은 하부 투명기판(110)과 마주보도록 상부 투명기판(120) 상에 형성된다. 상부 투명전극(140)들은 하부 투명전극(130)들과 교차되도록 제2 방향을 따라 길게 연장된 형상을 갖으며, 제1 방향을 따라 병렬로 형성된다. 이때, 도 9에서는 일례로, 제1 하부전극(140a), 제2 하부전극(140b), 제3 하부전극(140c), 제4 하부전극(140d) 및 제5 하부전극(140e)을 도시하였다. 상부 투명전극(140)들은 투명한 도전성 물질로 이루어지며, 전원 공급부(미도시)와 전기적으로 연결되어 상부 전압들을 인가받을 수 있다.
렌즈 액정층(150)은 하부 및 상부 투명기판(110, 120) 사이에 배치된다. 렌즈 액정층(150)은 어느 한 방향으로 긴 알갱이 형상을 갖는 액정(152)들로 이루어지며, 이러한 액정들은 광의 입사방향에 따라 굴절률이 달라지는 이방성의 굴절률을 갖는다.
여기서, 하부 투명전극(130)들로 상기 하부 전압들이 인가되고, 상부 투명전극(140)들로 상기 상부 전압들이 인가되면, 하부 및 상부 투명전극(130, 140)들 사이에 전기장이 발생되어 액정(152)들의 배열 상태를 변경시킨다.
상기 하부 배향막은 하부 투명전극(130)을 덮도록 하부 투명기판(110) 상에 형성된다. 상기 상부 배향막은 상부 투명전극(140)을 덮도록 상부 투명기판(120) 상에 형성된다. 상기 하부 및 상부 배향막은 하부 및 상부 투명전극(130, 140) 사 이에 전기장이 발생되지 않았을 경우, 액정(152)들을 하부 및 상부 투명기판(110, 120)에 대하여 평행하게 배열시킨다. 즉, 렌즈 액정층(150)의 액정(152)들은 제2 방향을 향하여 배열된다.
이와 다르게, 상기 하부 및 상부 배향막은 상기 전기장이 발생되지 않았을 경우, 액정(152)들을 하부 및 상부 투명기판(110, 120)에 대하여 수직하게 배열시킬 수 있다.
이하, 하부 및 상부 투명전극(130, 140) 사이에 전기장이 형성되는 경우 및 형성되지 않은 경우로 구분하여, 본 실시예에 의한 입체영상 변환패널(100)을 설명하기로 한다.
우선 도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 하부 투명전극(130)들로 상기 하부 전압들이 인가되지 않고, 상부 투명전극(140)들로 상기 상부 전압들이 인가되지 않을 경우, 하부 및 상부 투명전극(130, 140)들 사이에는 전기장이 발생되지 않는다. 이와 같이 상기 전기장이 발생되지 않으면, 액정(152)들은 상기 하부 및 상부 배향막에 의해 하부 및 상부 투명기판(110, 120)에 대하여 제2 방향을 따라 누워서 배열된다.
이때, 입체영상 변환패널(100)의 하부로 입사되는 입사광(10)은 제2 방향을 따라 누워서 배열된 액정(152)들을 그대로 투과하고, 그 결과 입체영상 변환패널(100)로부터 출사되는 출사광(20)은 평면영상을 구현한다.
도 10은 도 8의 입체영상 변환패널 내에 전기장을 인가한 상태를 나타낸 단면도이다. 도 11은 도 10의 입체영상 변환패널 중 일부를 확대해서 도시한 사시도 이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 하부 투명전극(130)들로 상기 하부 전압들이 인가되고, 상부 투명전극(140)들로 상기 상부 전압들이 인가될 경우, 하부 및 상부 투명전극(130, 140)들 사이에는 전기장이 발생된다. 이러한 전기장은 렌즈 액정층(150)의 액정(152)들의 배열 형태를 변경시킨다.
본 실시예에서, 상부 투명전극(140)들에 인가되는 상기 상부 전압들은 제1 방향을 따라 주기적으로 변동하는 값을 갖는다. 바람직하게, 상기 상부 전압들은 제1 방향을 따라 비선형적으로 증가하다가 감소하는 값을 주기적으로 갖는다. 반면, 하부 투명전극(130)들에 인가되는 상기 하부 전압들은 서로 동일한 값을 갖는다.
구체적으로 예를 들어 설명하면, 제1 내지 제5 상부전극(140a ,140b, 140c, 140d, 140e) 각각에 인가되는 전압들이 비선형적으로 감소한다. 즉, 제1 상부전극(140a)에 인가되는 전압을 제1 상부전압, 제2 상부전극(140b)에 인가되는 전압을 제2 상부전압, 제3 상부전극(140c)에 인가되는 전압을 제3 상부전압, 제4 상부전극(140d)에 인가되는 전압을 제4 상부전압, 및 제5 상부전극(140e)에 인가되는 전압을 제5 상부전압이라고 한다면, 상기 제1 상부전압은 상기 제2 상부전압보다 크고, 상기 제2 상부전압은 상기 제3 상부전압보다 크며, 상기 제3 상부전압은 상기 제4 상부전압보다 크고, 상기 제4 상부전압은 상기 제5 상부전압보다 크다.
이와 같이, 상기 상부 전압들은 제1 방향을 따라 비선형적으로 서서히 증가하다가, 다시 감소하는 값을 갖는다. 일례로, 상기 상부 전압들은 제1 방향을 따라 약 0V ~ 10V 사이를 주기적으로 변동하는 값을 갖는다.
반면, 제1 내지 제4 하부전극(130a ,130b, 130c, 130d) 각각에 인가되는 전압들이 모두 동일한 값을 갖는다. 일례로, 상기 각 하부 전압은 0V이다.
한편, 상부 투명전극(140)들에는 제1 방향을 따라 주기적으로 변동하는 상기 상부 전압들이 인가되고, 하부 투명전극(130)들에는 서로 동일한 상기 하부 전압들이 인가됨에 따라, 액정(152)들의 배열 형태는 제1 방향을 따라 주기적으로 변동된다.
구체적으로, 액정(152)들의 경사진 각도(θ)가 제2 방향을 따라 비선형적으로 증가하다가 감소하는 값을 주기적으로 갖는다. 바람직하게, 액정(152)들의 경사진 각도(θ)는 제1 방향을 따라 90도와 0도 사이를 반복적으로 감소하다가 증가하는 값을 갖는다. 이와 같이, 액정(152)들의 경사진 각도(θ)가 제1 방향을 따라 주기적으로 변동함에 따라, 액정(152)들의 굴절률도 제1 방향을 따라 반타원 형상을 갖도록 반복적으로 변동한다.
따라서, 입체영상 변환패널(100)의 하부로 입사되는 입사광(10)은 제1 방향을 따라 주기적으로 변동된 굴절률을 갖는 액정(152)들에 의해 굴절되고, 그로 인해 입체영상 변환패널(100)로부터 출사되는 출사광(20)은 입체영상을 구현한다.
<입체영상 표시장치의 실시예>
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 도시한 단면도이다. 본 발명의 실시예에 의한 입체영상 표시장치 중 입체영상 변환패널은 앞서 설명한 제1 또는 제2 실시예의 입체영상 변환패널과 동일한 구성을 가짐으로 그 중복 된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호 및 명칭을 사용하기로 한다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 의한 입체영상의 표시장치는 백라이트 어셈블리(200), 표시패널 어셈블리(300) 및 입체영상 패널(100)을 포함한다.
백라이트 어셈블리(200)는 제1 광(L1)을 발생시키는 광원(미도시)을 포함한다. 표시패널 어셈블리(300)는 백라이트 어셈블리(200)의 상부에 배치되어, 제1 광(L1)을 이용하여 평면영상을 표시한다. 입체영상 변환패널(100)은 표시패널 어셈블리(300)의 상부에 배치되어, 상기 평면영상을 입체영상으로 선택적으로 변경하여 출사한다.
표시패널 어셈블리(300)는 일례로, 제1 편광판(310), 제2 편광판(320) 및 표시패널을 포함하고, 상기 표시패널은 제1 기판(330), 제2 기판(340) 및 액정층(350)을 포함한다.
제1 편광판(310)은 제1 편광축(312)을 갖는다. 제1 편광판(310)은 백라이트 어셈블리(200)의 상부에 배치되어, 제1 광(L1)을 제1 편광축(312)과 평행하게 편광된 제2 광(L2)으로 변경시킨다. 제2 편광판(320)은 제1 편광판(310)과 대향하도록 배치되며, 제1 편광축(312)과 수직한 제2 편광축(322)을 갖는다.
제1 기판(330)은 제1 및 제2 편광판(310, 320) 사이에 배치된다. 제1 기판(330)은 매트릭스(matrix) 형태로 배치된 복수의 화소전극(pixel electrode, 미도시)들, 상기 각 화소전극에 구동전압을 인가하는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 미도시)들, 상기 박막 트랜지스터들을 각각 작동시키기 위한 신호선 (signal line, 미도시)들을 포함한다.
제2 기판(340)은 제1 기판(330)과 마주보도록 제1 기판(330)과 제2 편광판(320) 사이에 배치된다. 제2 기판(340)은 기판 전면에 배치되며 투명하면서 도전성인 공통전극(common electrode) 및 상기 화소전극들과 마주보는 곳에 형성된 컬러필터(color filter, 342)들을 포함한다. 이러한 컬러필터(342)들에는 적색 컬러필터(R), 녹색 컬러필터(G) 및 청색 컬러필터(B) 등이 있다.
액정층(350)은 제1 기판(330) 및 제2 기판(340)의 사이에 개재되며, 상기 화소전극 및 상기 공통전극의 사이에 형성된 전기장에 의하여 재배열된다. 재배열된 액정층(350)은 외부에서 인가된 광의 광투과율을 조절하고, 광투과율이 조절된 광은 상기 컬러필터들을 통과함으로써 영상이 표시된다. 일례로, 액정층(350)은 상기 전기장이 형성되지 않은 경우, 상부로 갈수록 90도로 꼬여서 배치된다.
여기서, 표시패널 어셈블리(300)는 상기 전기장이 형성되지 않았을 때, 화이트(white) 영상이 표시되는 노말리(normally) 화이트 모드로 동작된다.
상기 입체영상 표시장치가 상기 입체영상을 선택적으로 표시되는 과정을 간단히 설명하면, 우선, 백라이트 어셈블리(200)에서 발생된 제1 광(L1)은 제1 편광판(310)을 투과하여 제1 편광축(312)과 평행하게 편광된 제2 광(L2)으로 변경된다. 제2 광(L2)은 제1 기판(330) 및 제2 기판(340)의 사이에 개재 액정층(350)에 의해 90도 회전되어, 제3 광(L3)으로 변경된다. 제3 광(L3)은 제2 편광축(350)과 동일한 방향으로 편광되어 있으므로, 제2 편광판(320)을 그대로 투과하여, 상기 평면영상을 구현하는 제4 광(L4)이 된다.
제4 광(L4)은 입체영상 변환패널(100)에 의해 굴절되거나 그대로 투과한다. 이때, 제4 광(L4)이 입체영상 변환패널(100)에 의해 굴절될 경우, 상기 입체영상을 구현하는 제5 광(L5)으로 변경된다. 반면, 제4 광(L4)이 입체영상 변환패널(100)을 그대로 투과할 경우, 상기 평면영상을 구현한다.
도 13은 도 10의 입체영상 표시장치가 입체영상을 구현하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 13을 참조하여, 입체영상 표시장치가 입체영상(L5)을 구현하는 원리를 간단하게 설명하기로 한다.
표시패널 어셈블리(300)에서 출사된 평면영상(L4)은 복수의 좌측 영상(Left Image, LI)들 및 복수의 우측 영상(Right Image, RI)들을 포함한다. 좌측 영상(LI)들 및 우측 영상(RI)들은 서로 번갈아 가며 배치된다.
좌측 영상(LI)들의 각각은 입체영상 변환패널(100)에 의해 굴절되어 사람의 좌측 눈으로 인가되고, 우측 영상(RI)들의 각각은 입체영상 변환패널(100)에 의해 굴절되어 사람의 우측 눈으로 인가된다. 그로 인해, 사람은 두 눈을 통해 서로 다른 좌측 영상(LI)들 및 우측 영상(RI)들을 보게되고, 뇌에서 좌측 영상(LI)들 및 우측 영상(RI)들을 융합하여 입체감을 느끼게 된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 하부 및 상부 투명전극들 중 하나에 일 방향을 따라 주기적으로 변동하는 전압들을 인가하고, 다른 하나에 동일한 전압들을 인가함에 따라, 렌즈 액정층의 액정들이 상기 일 방향을 따라 주기적으로 배열형태가 변경될 수 있다. 그로 인해, 액정들의 굴절률이 상기 일 방향을 따라 주기적으로 변경됨으로써, 입체영상 변환패널에 입사된 광은 렌즈 액정층에서 굴절되어 입체영상을 구현하거나 시야각이 증가될 수 있다.
또한, 입체영상 변환패널이 종래의 시차 장벽 또는 종래의 오목 렌즈를 구비하지 않으므로, 입체영상 변환패널의 휘도가 종래에 비해 증가될 수 있고, 배향막에 배향홈을 형성하기가 보다 원활해 질 수 있다. 그 결과, 입체영상 변환패널을 포함하는 입체영상 표시장치는 보다 표시품질이 향상된 입체영상을 구현할 수 있다.
또한, 입체영상 변환패널은 액정들의 배열변화로 인해 가상의 렌즈를 형성함으로써, 렌즈와 같은 별도의 구성요소를 구비하지 않아도 되고, 그로 인해 입체영상 변환패널의 두께가 감소될 수 있고, 제조비용도 감소될 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 하부 투명기판;
    상기 하부 투명기판과 대향하는 상부 투명기판;
    상기 상부 투명기판과 마주보도록 상기 하부 투명기판 상에 형성되고, 제1 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 병렬로 형성된 하부 투명전극들;
    상기 하부 투명기판과 마주보도록 상기 상부 투명기판 상에 형성되고, 상기 제2 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향을 따라 병렬로 형성된 상부 투명전극들; 및
    상기 하부 및 상부 투명기판 사이에 배치되고, 이방성의 굴절률을 갖는 액정들로 이루어지며, 상기 하부 및 상부 투명전극들 사이에 형성되는 전기장에 의해 배열형태가 변경되어, 위치에 따라 변화되는 굴절률을 갖는 렌즈 액정층을 포함하고,
    상기 하부 투명전극들에는 상기 제2 방향을 따라 주기적으로 변동하는 하부 전압들이 인가되고, 상기 상부 투명전극들에는 서로 동일한 상부 전압들이 인가되는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부 투명전극들은 1um ~ 10um 범위의 길이로 이격된 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하부 투명전극의 폭은 1um ~ 10um 범위의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부 투명전극들은 1um ~ 10um 범위의 길이로 이격된 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  5. 제4항에 있어서, 상기 상부 투명전극의 폭은 1um ~ 10um 범위의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 하부 전압들은 상기 제2 방향을 따라 비선형적으로 증가하다가 감소하는 값을 주기적으로 갖는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하부 및 상부 투명기판에 대하여 상기 액정들의 경사진 각도는 상기 제2 방향을 따라 0도 ~ 90도 사이를 주기적으로 변동하는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  9. 제8항에 있어서, 소정방향으로 편광된 광에 대한 상기 액정들의 굴절률은 1.5 ~ 1.8 사이를 주기적으로 변동하는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  10. 제7항에 있어서, 상기 하부 전압들은 상기 제2 방향을 따라 0V ~ 10V 사이를 주기적으로 변동하는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  11. 하부 투명기판;
    상기 하부 투명기판과 대향하는 상부 투명기판;
    상기 상부 투명기판과 마주보도록 상기 하부 투명기판 상에 형성되고, 제1 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 병렬로 형성된 하부 투명전극들;
    상기 하부 투명기판과 마주보도록 상기 상부 투명기판 상에 형성되고, 상기 제2 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향을 따라 병렬로 형성된 상부 투명전극들; 및
    상기 하부 및 상부 투명기판 사이에 배치되고, 이방성의 굴절률을 갖는 액정들로 이루어지며, 상기 하부 및 상부 투명전극들 사이에 형성되는 전기장에 의해 배열형태가 변경되어, 위치에 따라 변화되는 굴절률을 갖는 렌즈 액정층을 포함하고,
    상기 상부 투명전극들에는 상기 제1 방향을 따라 주기적으로 변동하는 상부 전압들이 인가되고,
    상기 하부 투명전극들에는 서로 동일한 하부 전압들이 인가되는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  12. 제11항에 있어서, 상기 상부 전압들은 상기 제1 방향을 따라 비선형적으로 증가하다가 감소하는 값을 주기적으로 갖는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하부 및 상부 투명기판에 대하여 상기 액정들의 경사진 각도는 상기 제1 방향을 따라 0도 ~ 90도 사이를 주기적으로 변동하는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  14. 제13항에 있어서, 소정방향으로 편광된 광에 대한 상기 액정들의 굴절률은 1.5 ~ 1.8 사이를 주기적으로 변동하는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  15. 제12항에 있어서, 상기 상부 전압들은 상기 제1 방향을 따라 0V ~ 10V 사이를 주기적으로 변동하는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  16. 제1항 또는 제11항에 있어서, 상기 액정들은 상기 전기장이 형성되지 않은 경우, 상기 하부 및 상부 투명기판에 대하여 수평하게 배열되고,
    상기 액정들은 상기 전기장의 방향을 따라 배열되는 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  17. 제1항 또는 제11항에 있어서, 상기 액정들은 상기 전기장이 형성되지 않은 경우, 상기 하부 및 상부 투명기판에 대하여 수직하게 배열되고,
    상기 액정들은 상기 전기장의 방향에 대하여 수직하게 배열되는 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 입체영상 변환패널.
  18. 광을 발생시키는 백라이트 어셈블리;
    상기 백라이트 어셈블리의 상부에 배치되어, 상기 광을 이용하여 평면영상을 표시하는 표시패널 어셈블리; 및
    상기 표시패널의 상부에 배치된 입체영상 변환패널을 포함하고,
    상기 입체영상 변환패널은
    하부 투명기판,
    상기 하부 투명기판과 대향하는 상부 투명기판,
    상기 상부 투명기판과 마주보도록 상기 하부 투명기판 상에 형성되고, 제1 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 병렬로 형성된 하부 투명전극들,
    상기 하부 투명기판과 마주보도록 상기 상부 투명기판 상에 형성되고, 상기 제2 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 방향을 따라 병렬로 형성된 상부 투명전극들, 및
    상기 하부 및 상부 투명기판 사이에 배치되고, 이방성의 굴절률을 갖는 액정들로 이루어지며, 상기 하부 및 상부 투명전극들 사이에 형성되는 전기장에 의해 배열형태가 변경되어, 위치에 따라 변화되는 굴절률을 갖고, 상기 평면영상을 선택적으로 입체영상으로 변경하는 렌즈 액정층을 포함하며,
    상기 하부 투명전극들에는 상기 제2 방향을 따라 주기적으로 변동하는 하부 전압들이 인가되고, 상기 상부 투명전극들에는 서로 동일한 상부 전압들이 인가되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 표시패널 어셈블리는
    서로 수직한 편광축을 갖는 제1 및 제2 편광판과,
    상기 제1 및 제2 편광판 사이에 배치되고, 액정의 광투과율을 이용하여 상기 평면영상을 표시하는 액정표시패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
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