KR101291799B1 - 입체영상 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 제1이미지 데이터와 제2이미지 데이터를 시분할 표시하여 3차원 영상을 구현하는 입체영상 표시장치에 있어서, N(N은 양의 정수) 번째 프레임기간 동안 제1이미지 데이터를 표시하고 N+1 번째 프레임기간 동안 제2이미지 데이터를 표시하는 표시소자; 및 N 번째 프레임기간 동안 제1구동전압에 응답하여 표시소자로부터의 빛을 제1편광으로 변환하고, N+1 번째 프레임기간 동안 제2구동전압에 응답하여 표시소자로부터의 빛을 제2편광으로 변환하는 편광절환소자를 구비하고, 이미지 데이터들 중 적어도 하나의 데이터 스캐닝 시작시점과 구동전압들 중 적어도 하나의 스캐닝 시작시점 위상이 다르게 동기되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치를 제공한다.
입체, 편광, 타이밍

Description

입체영상 표시장치{Stereoscopic Image Display Device}
본 발명은 입체영상 표시장치에 관한 것이다.
입체영상 표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique)과 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)으로 나뉘어진다.
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, 편광안경 또는 액정셔터안경을 사용하여 입체영상을 구현한다. 무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴렉스 베리어 등의 광학판을 표시 화면의 앞에 또는 뒤에 설치하는 방식이다.
안경방식은 표시소자 위에 편광안경에 입사되는 빛의 편광특성을 절환하기 위한 스위쳐블 리타더(Switching Retarder)를 배치할 수 있다. 안경방식은 표시소자에서 좌안 이미지와 우안 이미지를 교대로 표시하고 스위쳐블 리타더를 통해 편광 안경에 입사되는 편광특성을 절환한다. 따라서, 안경방식은 좌안 이미지와 우안 이미지를 시분할 하여 해상도 저하 없이 입체 영상을 구현할 수 있다.
입체영상 표시장치의 표시소자로써 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)가 이용될 수 있다. 액정표시장치는 화면의 최상단 첫 번째 라인부터 최하단 마지막 라인까지 데이터를 순차적으로 기입하여 영상을 표시한다. 한편, 종래 입체영상 표시장치는 스위쳐블 리타더 및 표시소자 예컨대, 액정표시장치에 각각 형성된 스캔전극들의 온/오프 타이밍이 동일한 듀티비(duty ratio)를 갖도록 구동된다. 입체영상 표시장치 구현시, 스위쳐블 리타더와 표시소자에 형성된 스캔전극들의 온/오프 타이밍의 응답특성이 비대칭 하면 좌안과 우안 간의 투과율 차이가 발생한다. 따라서, 종래 입체영상 표시장치는 스위쳐블 리타더 및 표시소자 간의 교차 구간 증대로 인해 좌안과 우안 이미지 간에 크로스토크(crosstalk)가 발생하는 문제를 해결해야 한다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 표시소자에 표시되는 우안과 좌안 이미지 간의 크로스토크(crosstalk) 발생을 저지할 수 있는 입체영상 표시장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은, 제1이미지 데이터와 제2이미지 데이터를 시분할 표시하여 3차원 영상을 구현하는 입체영상 표시장치에 있어서, N(N은 양의 정수) 번째 프레임기간 동안 제1이미지 데이터를 표시하고 N+1 번째 프레임기간 동안 제2이미지 데이터를 표시하는 표시소자; 및 N 번째 프레임기간 동안 제1구동전압에 응답하여 표시소자로부터의 빛을 제1편광으로 변환하고, N+1 번째 프레임기간 동안 제2구동전압에 응답하여 표시소자로부터의 빛을 제2편광으로 변환하는 편광절환소자를 구비하고, 이미지 데이터들 중 적어도 하나의 데이터 스캐닝 시작시점과 구동전압들 중 적어도 하나의 스캐닝 시작시점 위상이 다르게 동기되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치를 제공한다.
표시소자에 형성된 게이트라인들의 스캐닝을 제어하는 제1제어부; 및 편광절환소자에 형성된 스캔라인들의 스캐닝을 제어하는 제2제어부를 더 포함할 수 있다.
제1제어부는, N 번째 프레임기간의 시작시점부터 제1이미지 데이터가 표시소자에 스캐닝되기 시작하고, N+1 번째 프레임기간의 시작시점부터 제2이미지 데이터 가 표시소자에 스캐닝되기 시작하도록 게이트라인들을 제어할 수 있다.
제2제어부는, N 번째 프레임기간의 시작시점으로부터 소정의 시간만큼 앞선 시점부터 제1구동전압이 편광절환소자에 스캐닝되기 시작하도록 스캔라인들을 제어할 수 있다.
제2제어부는, N+1 번째 프레임기간의 시작시점으로부터 소정의 시간만큼 지연된 시점부터 제2구동전압이 편광절환소자에 스캐닝되기 시작하도록 스캔라인들을 제어할 수 있다.
제2제어부는, N 번째 프레임기간의 시작시점으로부터 소정의 시간만큼 지연된 시점부터 제1구동전압이 편광절환소자에 스캐닝되기 시작하도록 스캔라인들을 제어할 수 있다.
제2제어부는, N+1 번째 프레임기간의 시작시점으로부터 소정의 시간만큼 앞선 시점부터 제2구동전압이 편광절환소자에 스캐닝되기 시작하도록 스캔라인들을 제어할 수 있다.
제1제어부에 의해 스캐닝된 게이트라인들의 온/오프 타이밍의 듀레이션과 제2제어부에 의해 스캐닝된 스캔라인들의 오프 /온 타이밍의 듀레이션은, 적어도 하나의 프레임기간 내에서 모두 다를 수 있다.
스캔라인들과 게이트라인들은, 1 : N(단 N은 짝수)의 대응관계를 갖도록 동일한 방향으로 분할 배치될 수 있다.
제1이미지 데이터는 표시소자에 공급되는 좌안 이미지 데이터이고 제2이미지 데이터는 표시소자에 공급되는 우안 이미지 데이터일 수 있다.
본 발명은, 표시소자와 편광절환소자에 형성된 스캔전극들의 온/오프 타이밍을 달리하여 이들 간의 응답특성을 일치시킴으로써 표시소자에 표시되는 우안과 좌안 이미지 간의 크로스토크 발생을 저지할 수 있는 입체영상 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 표시소자의 서브 픽셀의 구성도이며, 도 3은 제2제어부의 개략적인 구성도이며, 도 4는 제2제어부를 통해 출력된 신호의 파형도 이고, 도 5는 도 1에 도시된 편광절환소자의 전극 구성도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 영상 공급부(110), 제1제어부(120), 제2제어부(125), 제1구동부(130), 제2구동부(135), 표시소자(150), 편광절환소자(160) 및 편광안경(170)을 포함한다.
영상 공급부(110)는 2차원 모드(2D 모드)에서는 2D 포맷의 영상 데이터를 3차원 모드(3D 모드)에서는 3D 포맷의 우안/좌안 영상 데이터를 제1제어부(120)에 공급한다. 또한, 영상 공급부(110)는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신 호(Hsync), 데이터 인에이블신호(DE), 메인 클럭(Main Clock) 및 저 전위 전압(GND) 등의 타이밍 신호를 제1제어부(120)와 제2제어부(125)에 공급한다. 영상 공급부(110)는 유저 인터페이스를 통해 입력되는 사용자 선택에 따라 2D/3D 모드를 선택한다. 유저 인터페이스는 OSD(On screen display), 리모콘(Remote controller), 키보드, 마우스 등의 사용자 입력 수단을 포함한다. 영상 공급부(110)는 표시소자(150)에 표시되는 좌안/우안 이미지에 따라 3D 포맷의 우안 영상 데이터와 좌안 영상 데이터로 구분하여 인코딩할 수 있다.
제1제어부(120)는 표시소자(150)에 제1이미지 데이터와 제2이미지 데이터를 공급한다. 제1이미지 데이터는 좌안 이미지 데이터로 선택될 수 있고, 제2이미지 데이터는 우안 이미지 데이터로 선택될 수 있다. 제1제어부(120)는 영상 공급부(110)로부터의 입력되는 영상 데이터를 60×n(n은 2 이상의 양의 정수)Hz의 프레임 주파수로 제1구동부(130)에 공급한다. 3D 모드에서, 제1제어부(120)는 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 교대로 제1구동부(130)에 공급한다. 또한, 제1제어부(120)는 입력 영상의 프레임 주파수를 n 배 체배하여 제1 및 제2구동부(130, 135)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호 주파수를 높인다.
제2제어부(125)는 표시소자(150)에서 좌안 이미지와 우안 이미지가 바뀌는 라인을 따라 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(164)의 전압이 제1구동전압에서 제2구동전압으로 변경되도록 제2구동부(135)를 제어한다. 이를 위해, 제2제어부(125)는 영상 공급부(110)로부터 2D/3D 영상 데이터, 그 데이터에 동기되는 타이밍 신호들을 입력받고 이를 이미지 데이터들 중 적어도 하나의 데이터 스캐닝 시작 시점과 구동전압들 중 적어도 하나의 스캐닝 시작시점 위상이 다르게 동기되도록 변환하여 제2구동부(135)를 통해 스캐란인들(164)의 스캐닝을 제어한다. 이를 위해, 제2제어부(125)는 영상 공급부(110)로부터 표시소자(150)에 공급되는 신호와 동기화를 위한 신호들 예컨대, vsync, de, main clock, GND 을 공급받고 이 신호들을 기초로 스캔라인들(164)의 온/오프 타이밍이 이미지 데이터의 스캐닝 시작시점과 달라지도록 구동전압들(V1..Vn+1)을 가변하는 타이밍 시프터부(126)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 표시소자(150)에 형성된 게이트라인들(Gm, Gm+1)의 온/오프 타이밍의 듀티비(duty ratio)와 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(164)의 온/오프 타이밍의 듀티비는 달라지게 된다. 예컨대, 표시소자(150)가 좌안 이미지와 우안 이미지를 표시할 때 스캔라인들(164)의 온/오프 타이밍의 듀티비를 가변하면 스캔라인들(164)의 오프 타이밍은 스캔라인들(164)의 온 타이밍보다 길어지거나 짧아지게 된다. 이에 따라, 제2제어부(125)는 스캔라인들(164)을 온/오프할 때 스캔라인들(164)의 오프 타이밍이 게이트라인들(Gm, Gm+1)의 오프 타이밍보다 앞서도록 가변하고, 스캔라인들(164)의 온 타이밍이 게이트라인들(Gm, Gm+1)의 온 타이밍보다 뒤서도록 가변할 수 있다. 이와 같이, 제2제어부(125)를 이용하여 스캔라인들(164)의 온/오프 타이밍의 듀티비를 가변하는 이유는 이하에서 더욱 자세히 설명한다.
제1구동부(130)는 데이터라인들(Dn..Dn+2)에 접속된 데이터 구동회로와, 게이트라인들(Gm, Gm+1)에 접속된 게이트 구동회로를 포함한다. 데이터 구동회로는 제1제어부(120)의 제어하에 제1제어부(120)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터 를 정극성/부극성 아날로그 비디오 데이터 전압으로 변환하여 데이터라인들(Dn..Dn+2)에 공급한다. 게이트 구동회로는 제1제어부(120)의 제어하에 게이트라인들(Gm, Gm+1)에 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 공급한다.
제2구동부(135)는 제2제어부(125)로부터 표시소자(150)에 공급되는 이미지 데이터들 중 적어도 하나의 데이터 스캐닝 시작시점과 구동전압들 중 적어도 하나의 스캐닝 시작시점 위상이 다르게 동기되도록 변환된 신호들을 입력받는다. 제2구동부(135)는 제2제어부(125)로부터 입력된 신호들을 이용하여 스캔라인들(164)의 온/오프 타이밍이 이미지 데이터의 스캐닝 시작시점과 달라지도록 구동전압들(V1..Vn+1)을 최종적으로 가변하여 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)에 순차적으로 공급한다. 이를 위해, 제2구동부(135)는 구동전압들(V1..Vn+1)이 좌안 이미지 데이터(L) 및 우안 이미지 데이터(R)에 동기되도록 3 레벨의 스위칭전압(Von/off)으로 발생시키고 제1제어부(120)와 제2제어부(125)의 제어하에 그 스위칭전압(Von/off)을 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)에 순차적으로 공급할 수 있다. 제2구동부(135)는 표시소자(150)에서 좌안 이미지 데이터와 우안 이미지 데이터의 경계를 따라 스캔라인들(164)에 공급되는 스위칭전압(Von/off)을 쉬프트시킨다. 제2구동부(135)는 제1제어부(120) 및 제2제어부(125)의 제어하에 표시소자(150)에 표시되는 좌안 이미지 데이터에 동기되는 Voff와, 표시소자(150)에 표시되는 우안 이미지 데이터에 동기되는 +Von/-Von를 선택하는 멀티플렉서 어레이로 구현될 수 있다. 제2구동부(135)는 쉬프트 레지스터, 쉬프트 레지스터의 출력을 Voff, +Von/-Von의 전압으로 쉬프트시키기 위한 레벨 쉬프터 등으로 구현될 수 있 으며, 그 이외에 Voff, +Von/-Von을 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)에 순차적으로 공급할 수 있는 어떠한 아날로그/디지털 회로로도 구현될 수 있다.
표시소자(150)는 N(N은 양의 정수) 번째 프레임기간 동안 제1이미지 데이터를 표시하고 N+1 번째 프레임기간 동안 제2이미지 데이터를 표시한다. 표시소자(150)는 액정표시장치(LCD), 전계방출표시장치(Field Emission Display), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel), 및 무기 전계발광소자와 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 포함한 전계발광소자(Electroluminescence Device, EL) 등의 평판표시장치로 구현될 수 있다. 이하에서는, 표시소자(150)의 일예로써 액정표시장치를 예시하였지만 표시소자(150)는 이에 한정되지 않고 다른 평판표시장치로도 구현될 수 있다. 표시소자(150)는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: 이하, "TFT"라 함) 기판과 컬러필터 기판을 포함한다. TFT기판과 컬러필터 기판 사이에는 액정층이 형성된다. TFT기판 상에는 하부 유리기판 상에 데이터라인들(Dn..Dn+2)과 게이트라인들(Gm, Gm+1)이 상호 직교되도록 형성되고, 데이터라인들(Dn..Dn+2)과 게이트라인들(Gm, Gm+1)에 의해 정의된 서브 픽셀들(SPr, SPg, SPb)이 매트릭스 형태로 배치된다. 데이터라인들(Dn..Dn+2)과 게이트라인들(Gm, Gm+1)의 교차부에 형성된 TFT는 게이트라인(Gm)으로부터의 스캔펄스에 응답하여 데이터라인들(Dn..Dn+2)을 경유하여 공급되는 데이터전압을 액정셀의 화소전극에 전달하게 된다. 이를 위하여, TFT의 게이트전극은 게이트라인(Gm)에 접속되며, 소스전극은 데이터라인(Dn)에 접속된다. TFT의 드레인전극은 액정셀의 화소전극에 접속된다. 화소전극과 대향하는 공통전극에는 공통전 압이 공급된다. 컬러필터 기판은 상부 유리기판 상에 형성된 블랙매트릭스, 컬러필터를 포함한다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부 유리기판 상에 형성된다. 표시소자(150)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 각각에는 편광판(154, 156)이 부착되고 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 상부 편광판(156)에는 편광안경(170)의 좌안용 편광필터의 광흡수축과 일치하는 광흡축을 가지며 그 광흡수축을 통해 편광절환소자(160)에 입사되는 빛의 편광특성을 결정한다. 하부 편광판(154)은 표시소자(150)에 입사되는 빛의 편광특성을 결정한다. 표시소자(150)의 상부 유리기판과 하부 유리기판 사이에는 액정층의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다. 표시소자(150)의 액정모드는 전술한 TN 모드, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드뿐 아니라 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있다. 또한, 표시소자(150)는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. 투과형 액정표장치와 반투과형 액정표시장치는 도시된 바와 같이 백라이트 유닛(151)이 필요하다.
편광절환소자(160)는 N 번째 프레임기간 동안 제1구동전압에 응답하여 표시소자(150)로부터의 빛을 제1편광으로 변환하고, N+1 번째 프레임기간 동안 제2구동전압에 응답하여 표시소자(150)로부터의 빛을 제2편광으로 변환하게 된다. 이를 위해, 편광절환소자(160)는 액정층을 사이에 두고 대향하는 상부 유리기판(또는 투명 기판)과 하부 유리기판(또는 투명기판)을 구비한다. 상부 유리기판에는 공통전극(168)이 형성되며, 하부 유리기판에는 가로 스트라이프 패턴으로 형성되어 다수로 분할된 스캔라인들(164)이 형성된다. 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(164)은 표시소자(150)에 형성된 게이트라인들(Gm, Gm+1)에 대해 1 : N(단 N은 짝수)의 대응관계를 갖도록 동일한 방향으로 분할 배치된다. 예컨대, 표시소자(150)의 게이트라인들(Gm, Gm+1)이 1080개이고 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)이 90개라면 1개의 스캔라인은 12개의 게이트라인들에 대응되도록 형성된다. 하부 유리기판과 상부 유리기판 사이에 위치하는 액정층은 스캔라인들(164)이 오프된 상태에서 HWP(half wave plate; λ/2) 광축 특성을 나타내는 복굴절제어형(Electrically Controlled Birefringence ;ECB)액정으로 형성된다. 공통전극(168)에는 표시소자(150)의 공통전극에 공급되는 공통전압과 등전위로 발생되는 공통전압이 공급된다. 스캔라인들(164)에는 표시소자(150)에서 자신과 대향하는 라인들에 우안 이미지(또는 좌안 이미지)가 표시되기 전(또는 후)에 상기 공통전압과 등전위의 Voff 전압이 공급된다. 스캔라인들(164)에는 표시소자(150)에서 자신과 대향하는 라인들에 좌안 이미지(또는 우안 이미지)가 표시되기 전(또는 후)에 상기 공통전압과 소정의 전압차를 가지는 정극성/부극성 전압 +Von/-Von이 교대로 공급된다. 따라서, 스캔라인들(164)에는 표시소자(150)에 표시되는 우안/좌안 이미지가 편광안경(170)을 통해 볼 수 있도록 3 스텝 전압레벨의 스위칭 On/Off 전압이 공급된다. 공통전압을 기준으로 정극성/부극성 전압으로 발생되는 +Von/-Von은 직류전압으로 인한 액정의 열화를 방지한다. 표시소자(150)의 공통전극에 공급되는 공통 전압과 편광절환소자(160)의 공통전극(168)과 스캔라인들(164)에 공급되는 Vcom 또는 Voff는 7.5V로 설정될 수 있고, 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)에 공급되는 +Von은 15V로, -Von은 0V로 각각 설정될 수 있다. 이러한 편광절환소자(160)의 상부 유리기판과 하부 유리기판에는 편광특성이 서로 다른 우안/좌안 이미지의 빛이 투과되어야 하므로 편광판이 부착되지 않는다.
편광안경(170)은 좌안의 편광특성과 우안의 편광특성이 서로 다르도록 광흡수측이 다른 좌안용 편광필터와 우안용 편광필터를 포함한다.
실시예에서는 영상 공급부(110), 제1제어부(120), 제2제어부(125), 제1구동부(130) 및 제2구동부(135)를 각각의 블록으로 구분하여 도시하였다. 그러나, 이들 중 하나 이상은 하나의 칩으로 형성되거나 이들 중 상호 의존도가 높은 기능을 수행하는 구성들이 각각 하나의 칩으로 구분되어 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 3D 모드 동작예를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 표시소자(150)와 편광절환소자(160)를 거쳐 투과된 좌/우안 이미지가 편광안경(170)을 통해 어떻게 볼 수 있는지 프레임들(1st frame..3rd frame) 별로 도시한 것이다. 표시소자(150)는 3D 모드에서 좌/우안 이미지를 교대로 표시하고 그 이미지의 빛을 상부 편광판(156)을 통해 좌편광으로 투과시킨다. 편광절환소자(160)는 스캔라인들(164)에 Voff 전압이 공급될 때 표시소자(150)로부터의 좌편광 빛을 90°위상지연시켜 편광안경(170) 쪽으로 우편광의 빛을 투과시킨 다. 편광절환소자(160)는 스캔라인들(164)에 +Von/-Von 전압이 공급될 때 표시소자(150)로부터의 좌편광 빛을 위상지연없이 투과시킨다. 따라서, 표시소자(150)와 편광절환소자(160)가 120Hz의 프레임 주파수로 구동된다고 가정하면, 표시소자(150)에는 기수 프레임기간 동안 좌안 이미지가 표시되고 우수 프레임기간 동안 우안 이미지가 표시되다. 그러면, 관찰자는 편광안경(170)을 씀으로써 기수 프레임기간 동안 좌안을 통해 좌안 이미지를 볼 수 있게 되고, 우수 프레임기간 동안 우안을 통해 우안 이미지를 볼 수 있게 된다. 위의 좌편광은 수직 선편광(또는 수평 선편광), 좌원편광(또는 우원편광) 중 어느 하나의 편광이며, 우편광의 광축과 교차되는 광축을 갖는 편광으로써 수평 선편광(또는 수직 선편광), 우원편광(또는 좌원편광) 중 어느 하나의 편광이다. 한편, 표시소자(150)는 2D 모드에서 2D 포맷의 이미지를 표시한다. 표시소자(150)가 2D 포맷의 이미지를 표시할 경우, 관찰자는 편광안경(170)을 벗음으로써 2D 이미지를 볼 수 있게 된다.
도 7 및 도 8은 표시소자와 편광절환소자의 스캐닝 방법을 보여주는 도면이고, 도 9는 편광절환소자의 스캔라인들에 공급되는 전압을 제어하기 위한 제어신호의 논리치 변화를 보여 주는 도면이며, 도 10은 표시소자에 표시되는 좌/우안 이미지에 대응하여 편광절환소자의 스캔라인들에 공급되는 전압을 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 표시소자(150)는 3D 모드에서 1 라인씩 순차적으로 좌안 이미지의 데이터를 기입한다. 이어서, 표시소자(150)는 다음 프레임기간에서 1 라인씩 순차적으로 우안 이미지의 데이터를 기입한다. 액정셀들은 좌안 이미 지(또는 우안 이미지)의 기입 전에 그 전 프레임기간에 충전하였던 우안 이미지(또는 좌안 이미지)의 데이터를 유지한다.
제1구동부(135)는 제1제어부(120) 및 제2제어부(125)의 제어하에 도 9에 도시된 논리 테이블과 같이 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)에 공급되는 전압을 제어한다. 도 9에서 '0'은 표시소자(150)에 기입되는 좌안 이미지의 데이터 스캔타임에 맞추어 스캔라인들(164)에 공급되는 Voff 전압이다. '1'은 표시소자(150)에 기입되는 우안 이미지의 데이터 스캔타임에 맞추어 스캔라인들(164)에 공급되는 +Von/-Von 전압이다. 도 9에 있어서, 라인들은 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)과 1:1로 대응하며 최상단 라인의 't=0,...2TF...'는 시간경과를 나타낸 것이다. 도 9에서 '1Tf'에 최상단의 첫 번째 스캔라인부터 최하단의 마지막 스캔라인을 포함한 모든 스캔라인들(164)에 Voff이 공급되며, 그 이후에 표시소자(150)에 우안 이미지가 첫 라인부터 스캐닝되면 그 스캔방향을 따라 1 라인씩 스캔라인들(164)에 +Von/-Von 전압이 공급되기 시작한다. 따라서, 스캔라인들(164)에 공급되는 전압은 표시소자(150)에 표시되는 영상이 좌안 이미지로부터 우안 이미지로 바뀌는 라인을 따라 Voff으로부터 +Von/-Von로 변한다. 그리고 표시소자(150)에 표시되는 영상이 우안 이미지로부터 좌안 이미지로 바뀌는 라인을 따라 +Von/-Von로부터 Voff으로 변한다. 그런데, 이는 좌안 이미지의 데이터가 먼저 표시되는 것을 일례로 한 것일 뿐 우안 이미지의 데이터가 먼저 표시될 경우 스캔라인들(164)에 공급되는 전압은 이와 다를 수 있다.
도 10에서 'Von/Voff(SR)'은 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)을 온/오 프하도록 공급되는 편광 스위칭전압을 의미한다. 도 10과 같이 표시소자(150)에 표시되는 좌안 이미지부터 발생된 빛의 편광특성을 절환하기 위해 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)에는 Voff가 공급되는 반면, 표시소자(150)에 표시되는 우안 이미지로부터 발생된 빛의 편광특성을 절환하기 위해 편광절환소자(160)의 스캔라인들(164)에는 +Von/-Von가 공급된다. 표시소자(150)와 편광절환소자(160)의 이러한 동작 특성으로 인해, 관찰자는 편광안경(170)을 통해 양안시차로 정입체시를 느낄 수 있다.
도 11 및 도 12는 도 10의 과정에서 표시소자의 게이트라인들의 온/오프 타이밍의 듀티비와 편광절환소자의 스캔라인들의 온/오프 타이밍의 듀티비을 보여주는 도면이고, 도 13은 스캔라인들의 온/오프 타이밍의 듀티비를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 표시소자(150)에 형성된 게이트라인들(1..1081)과 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(0..90)은 동일한 온/오프 타이밍의 듀티비를 갖고 스캔된다. 게이트라인들(1..1081)의 온/오프 타이밍의 듀티비는 시간축(-5.0..45.0) 상에서 '0.0ms'부터 '8.3ms'까지 좌안 이미지(L)가 스캔되고 시간축(-5.0..45.0) 상에서 '8.3ms'부터 16.6ms'까지 우안 이미지(R)가 스캔되도록 순차적으로 스캔된다. 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(0..90)은 좌안 이미지(L)의 스캔보다 앞서 미리 스캔되고, 우안 이미지(R)의 스캔보다 뒤서 스캔된다. 도시되어 있진 않지만, 앞서 설명한 방법과 달리 편광절환소자(160)에 형성된 스캔 라인들(0..90)은 좌안 이미지(L)의 스캔보다 뒤서 스캔되고, 우안 이미지(R)의 스캔보다 앞서 미리 스캔될 수도 있다.
도 13에 도시된 종래의 구동방법인 (a)을 참조하면, 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(0..90)은 시간축(-5.0..45.0) 상에서 좌안 이미지(L)의 스캔에 동기 되도록 '0.0ms'에 스캔되고, 우안 이미지(R)의 스캔에 동기 되도록 '8.3ms'에 스캔된다. 이와 같이, 표시소자(150)에 형성된 게이트라인들(1..1081)의 온/오프 타이밍의 듀티비와 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(0..90)의 온/오프 타이밍의 듀티비를 같게 하면 표시소자(150)와 편광절환소자(160) 간의 투과율 차에서 오는 크로스토크(crosstalk)가 발생한다. 이에 대해서는 이하에서 더욱 자세히 설명한다.
도 14는 ECB 액정의 광학적 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 편광절환소자가 ECB로 형성된 경우 선편광 광원이 편광축과 HWP(half wave plate; λ/2)의 광축 간의 사이각 Ψ로 입사하면 입사된 광원은 2Ψ의 방향으로 편광 방향이 회전된다. ECB는 오프 상태에서 HWP 광축 특성을 가지므로 입사된 광원을 90˚편광 시키고, 온 상태에서는 모든 액정이 수직배향되므로 입사된 광원을 편광 없이 통과시킨다. 따라서, 실시예의 편광안경(170) 조건과 표시소자(150)의 편광축 조건을 가질 때 ECB 오프 상태에서는 좌안/우안이 각각 화이트(white)/블랙(black) 상태가 되며 온 상태에서는 우안/좌안이 각각 화이트/블랙 상태가 된다. ECB 액정의 광학 설계 조건은 Δnd = 275nm @ 550nm 광원을 기준으로 액정에 따라 설계될 수 있다. 여기서, n은 액정의 장축과 단축 방향의 굴절률차를 나타내고, d는 액정셀의 두께 즉, 셀갭을 나타낸다.
위의 설명에 따르면, 오프 상태의 ECB 액정은 HWP의 파장 분산 특성을 띄게 되고 우안이 블랙이 되는 구간이므로 우안의 누설(leakage)를 유발하는 요소가 된다. 한편, ECB 액정은 모노크로매틱(Monochromatic) 편광 광원에 대해서는 완전한 블랙의 구현이 가능하다. 그러나 ECB 액정으로 편광절환소자를 구성한 경우 RGB에 대한 컬러 필터가 생략되어 있으므로 전 파장에 모두 노출되어 있는 것과 같다. 그러므로, 도 13에 도시된 종래의 방법인 (a)와 같이 표시소자(150)에 형성된 게이트라인들과 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들의 온/오프 타이밍을 동기 시켜 구동하면, 좌안과 우안 간의 투과율 차이가 발생하게 된다. 그러면, 표시소자(150)와 편광절환소자(160) 간의 교차 구간 증대로 인해 좌안과 우안 이미지 간에 크로스토크(crosstalk)가 유발된다.
반면, 도 13에 도시된 실시예의 구동방법인 (b)을 참조하면, 스캔라인들(0..90)은 시간축(-5.0..45.0) 상에서 좌안 이미지(L)의 스캔보다 앞서도록 '0.5ms' 먼저 스캔되고, 우안 이미지(R)의 스캔보다 뒤서도록 '2.0ms' 후에 스캔된다. 이와 같이, 표시소자(150)에 형성된 게이트라인들(1..1081)의 온/오프 타이밍의 듀티비와 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(0..90)의 온/오프 타이밍의 듀티비를 다르게 하는 이유는 표시소자(150)와 편광절환소자(160) 간의 투과율 차에서 오는 크로스토크(crosstalk)를 해소하고 이들 간의 투과율을 평준화하기 위함이다.
이하에서는, 표시소자(150)와 편광절환소자(160) 간의 투과율 차에서 오는 크로스토크를 해소하기 위한 실험예를 설명한다. 실험예에서는, 실시예와 같은 입체영상 표시장치를 사용한 것을 일례로 한다.
도 15는 좌안/우안 이미지 각각을 화이트 테스트 패턴을 띄웠을 때 국부점에서 표시소자의 투과 응답 곡선을 각각 나타낸 그래프이고, 도 16은 편광절환소자와 좌/우안 편광안경만을 거친 투과 응답 곡선을 각각 나타낸 그래프이며, 도 17은 도 15과 도 16에 대한 투과 응답 특성의 곱으로써 표시소자에서 출발한 빛이 편광절환소자와 편광안경을 통해 실제 좌안과 우안으로 들어오는 투과응답 특성을 각각 나타낸 그래프이다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 좌안 화이트 패턴에서의 좌안 광량과 우안 화이트 패턴에서의 우안 광량은 화이트에 대응된다. 좌안 화이트 패턴에서의 우안은 블랙이 되지 못하고 큰 피크(peak)를 나타내는데 이는 표시소자(150)의 온 시점과 편광절환소자(160)의 우안 온 시점이 서로 교차하면서 발생하는 것으로 확인된다. 우안 화이트 패턴에서의 좌안 역시 블랙이 되지는 못하나 비교적 그 광량이 작은 것으로 확인된다. 이에 대해, 하기의 표 1 및 표 2를 참조하면, 개별 투과율이 표 1과 같을 때, 주기 내 적분된 총 투과율의 차이뿐만 아니라 좌안과 우안에 크로스토크(CT)가 발생함을 알 수 있다.
개별 투과율
L-frame R-frame
표시소자 0.284 0.284
편광절환소자 0.308 0.555
총 투과율 및 크로스토크
좌안(L) 우안(R)
화이트(W) 0.094 0.123
블랙(B) 0.003 0.027
크로스토크(CT) 2.74% 17.97%
실시예에서는 위의 종래의 구동방법인 (a)에 의한 투과율 차에서 오는 크로스토크를 해소하고 이들 간의 투과율을 평준화하기 위해 편광절환소자(160)의 온/오프 타이밍의 듀티비를 달리한다. 듀티비를 달리하기 위한 방법으로는 투과율의 차를 바탕으로 수식을 정립하는 방법이나 투과율의 차를 바탕으로한 실험을 예로들 수 있다. 그리고 듀티비를 달리하기 위해 편광절환소자의 온 또는 오프 타이밍 중 하나의 타이밍 예컨대, 온 타임을 결정하고 듀티를 조절하면 다른 하나의 타이밍 예컨대, 오프 타임을 예측할 수 있게 된다.
도 18은 실험과정에서 표시소자의 투과 응답 특성과 편광절환소자에 의한 양안 응답 특성을 모두 포함한 투과 응답 특성을 나타낸 그래프이며, 도 19는 실험과정에서 좌안/우안의 화이트/블랙 투과 응답 특성을 나타낸 그래프이고, 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 표시소자의 투과 응답 특성과 편광절환소자에 의한 양안 응답 특성을 모두 포함한 투과 응답 특성을 나타낸 그래프이며, 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 좌안/우안의 화이트/블랙 투과 응답 특성을 나타낸 그래프이다.
실험과정에서는 듀티비를 달리하기 위한 방법들 중 하나를 통해 최초 표시소자(150)에 좌안 이미지가 쓰이는 시간인 '0.0ms'를 기준으로 편광절환소자(160)의 온 타이밍을 시간축 상에서 종래보다 뒤서도록 우측으로 이동시켰다. 예컨대, 종래의 구동방법인 (a)와 같이 편광절환소자의 온 타이밍이 '8.3ms'라면 실시예에서는 구동방법인 (b)와 같이 편광절환소자의 온 타이밍을 '10.3ms'으로 이동시켰다. 이 결과 편광절환소자의 온 타이밍을 '10.3ms'로 했을 때, 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 누설이 발생 되지 않음을 알 수 있다. 그럼에도, 좌안의 크로스토크 CT = 3.26%, 우안의 크로스토크 CT = 19.14%로 여전히 투과율차가 나타나고 있음을 알 수 있다. 그 이유는 편광절환소자의 온/오프 타이밍 듀티비를 각각 '8.3ms/8.3ms'로 두었을 때 라이징 타이밍과 폴링 타이밍이 겹치는 부분에서 발생한 우안 누설에 의한 것으로 확인된다.
실시예에서는 편광절환소자(160)의 오프 타이밍에 따른 좌/우안의 투과율 차이 및 크로스토크를 평준화하기 위한 예측치를 산출한다. 예측치를 산출하는 방법으로는 좌안 화이트, 좌안 블랙, 우안 화이트, 우안 블랙, 좌안의 총 크로스토크 및 우안의 총 크로스토크 등을 바탕으로 수식을 정립하는 방법이나 이들을 바탕으로한 실험을 예로들 수 있다. 실시예에서는 이 방법들 중 하나를 통해 편광절환소자(160)의 오프 타이밍을 시간축 상에서 종래보다 앞서도록 좌측으로 이동시켰다. 예컨대, 종래의 구동방법인 (a)와 같이 편광절환소자의 오프 타이밍이 '0.0ms'라면 실시예에서는 구동방법인 (b)와 같이 편광절환소자의 오프 타이밍을 '-0.5ms'으로 이동시켰다. 이 결과 편광절환소자의 오프 타이밍을 '-0.5ms'로 했을 때, 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이 좌/우안의 투과율 차이 및 크로스토크 레벨이 분산되어 평준화 됨을 알 수 있다. 이에 대해, 하기의 표 3을 참조하면, 좌안과 우안의 크로스토크(CT)가 분산된 것을 알 수 있다.
좌안(L) 우안(R)
크로스토크(CT) 5.56% 5.46%
앞서 설명한 표 2와 표 3을 비교하면, 표 2의 경우 좌안과 우안의 크로스토크(CT)가 대략 3% 대와 18% 대가 나타나는 반면 표 3의 경우 좌안과 우안의 크로스토크(CT)가 대략 6% 수준으로 저하되어 좌안과 우안의 크로스토크(CT)가 5.56% 대와 5.46% 대로 평준화 됨을 알 수 있다.
실시예에서는 실험과정에서 결정된 것을 기초로, 표시소자(150)의 서브 픽셀(혹은 게이트라인)에 우안 이미지가 라이팅되고 난 순간 '2.0ms' 이후에 편광절환소자(160)의 해당 스캔라인들(164)이 온 되도록 하고, 좌안 이미지가 라이팅되기 '-0.5ms' 전에 편광절환소자(160)의 해당 스캔라인들(164)이 오프가 되도록 한다. 이에 따라, 표시소자(150)에 형성된 게이트라인들(Gm, Gm+1)의 온/오프 타이밍의 듀레이션이 '8.3ms/8.3ms'라면 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(164)의 온/오프 타이밍의 듀레이션은 '10.8ms/5.8ms'가 된다.
위의 설명과 같이, 실시예에서는 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(164)의 온/오프 타이밍 듀레이션(duration)을 좌안 이미지가 라이팅되기 전과 우안 이미지가 라이팅되고 난후로 각각 이동한 것을 일례로 설명하였다. 그러나, 실시예는 표시소자(150)와 편광절환소자(160)에 따라 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(164)의 온/오프 타이밍 듀레이션을 좌안 이미지가 라이팅되고 난후와 우안 이미지가 라이팅되기 전으로 각각 이동시킬 수도 있다. 즉, 표시소자(150)와 편광절환소자(160)에 따라 좌/우안의 투과율 차이 및 크로스토크 레벨이 분산되어 평준화 되도록 편광절환소자(160)에 형성된 스캔라인들(164)의 온/오프 타이밍 듀레이션을 달리할 수 있다.
이상 본 발명은 표시소자와 편광절환소자에 형성된 스캔전극들의 온/오프 타이밍을 달리하여 이들 간의 응답특성을 일치시킴으로써 표시소자에 표시되는 우안과 좌안 이미지 간의 크로스토크 발생을 저지할 수 있는 입체영상 표시장치를 제공하는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 개략적인 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 표시소자의 서브 픽셀의 구성도.
도 3은 제2제어부의 개략적인 구성도.
도 4는 제2제어부를 통해 출력된 신호의 파형도.
도 5는 도 1에 도시된 편광절환소자의 전극 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 3D 모드 동작예를 보여주는 도면.
도 7 및 도 8은 표시소자와 편광절환소자의 스캐닝 방법을 보여주는 도면.
도 9는 편광절환소자의 스캔라인들에 공급되는 전압을 제어하기 위한 제어신호의 논리치 변화를 보여 주는 도면.
도 10은 표시소자에 표시되는 좌/우안 이미지에 대응하여 편광절환소자의 스캔라인들에 공급되는 전압을 보여주는 도면.
도 11 및 도 12는 도 10의 과정에서 표시소자의 게이트라인들의 온/오프 타이밍의 듀티비와 편광절환소자의 스캔라인들의 온/오프 타이밍의 듀티비을 보여주는 도면.
도 13은 스캔라인들의 온/오프 타이밍의 듀티비를 설명하기 위한 도면.
도 14는 ECB 액정의 광학적 특성을 설명하기 위한 도면.
도 15는 좌안/우안 이미지 각각을 화이트 테스트 패턴을 띄웠을 때 국부점에서 표시소자의 투과 응답 곡선을 각각 나타낸 그래프.
도 16은 편광절환소자와 좌/우안 편광안경만을 거친 투과 응답 곡선을 각각 나타낸 그래프.
도 17은 도 15과 도 16에 대한 투과 응답 특성의 곱으로써 표시소자에서 출발한 빛이 편광절환소자와 편광안경을 통해 실제 좌안과 우안으로 들어오는 투과응답 특성을 각각 나타낸 그래프.
도 18은 실험과정에서 표시소자의 투과 응답 특성과 편광절환소자에 의한 양안 응답 특성을 모두 포함한 투과 응답 특성을 나타낸 그래프.
도 19는 실험과정에서 좌안/우안의 화이트/블랙 투과 응답 특성을 나타낸 그래프.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 표시소자의 투과 응답 특성과 편광절환소자에 의한 양안 응답 특성을 모두 포함한 투과 응답 특성을 나타낸 그래프.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 좌안/우안의 화이트/블랙 투과 응답 특성을 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110: 영상 공급부 120: 제1제어부
125: 제2제어부 130: 제1구동부
135: 제2구동부 150: 표시소자
160: 편광절환소자 170: 편광안경

Claims (10)

  1. 제1이미지 데이터와 제2이미지 데이터를 시분할 표시하여 3차원 영상을 구현하는 입체영상 표시장치에 있어서,
    N(N은 양의 정수) 번째 프레임기간 동안 상기 제1이미지 데이터를 표시하고 N+1 번째 프레임기간 동안 상기 제2이미지 데이터를 표시하는 표시소자; 및
    상기 N 번째 프레임기간 동안 제1구동전압에 응답하여 상기 표시소자로부터의 빛을 제1편광으로 변환하고, 상기 N+1 번째 프레임기간 동안 제2구동전압에 응답하여 상기 표시소자로부터의 빛을 제2편광으로 변환하는 편광절환소자를 구비하고,
    상기 제1, 제2이미지 데이터의 데이터 스캐닝의 시작시점과 상기 제1, 제2구동전압의 스캐닝 시작시점 간의 위상은 다르게 동기되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표시소자에 형성된 게이트라인들의 스캐닝을 제어하는 제1제어부; 및
    상기 편광절환소자에 형성된 스캔라인들의 스캐닝을 제어하는 제2제어부를 더 포함하는 입체영상 표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1제어부는,
    상기 N 번째 프레임기간의 시작시점부터 상기 제1이미지 데이터가 상기 표시소자에 스캐닝되기 시작하고, 상기 N+1 번째 프레임기간의 시작시점부터 상기 제2이미지 데이터가 상기 표시소자에 스캐닝되기 시작하도록 상기 게이트라인들을 제어하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2제어부는,
    상기 N 번째 프레임기간의 시작시점으로부터 소정의 시간만큼 앞선 시점부터 상기 제1구동전압이 상기 편광절환소자에 스캐닝되기 시작하도록 상기 스캔라인들을 제어하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2제어부는,
    상기 N+1 번째 프레임기간의 시작시점으로부터 소정의 시간만큼 지연된 시점부터 상기 제2구동전압이 상기 편광절환소자에 스캐닝되기 시작하도록 상기 스캔라인들을 제어하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2제어부는,
    상기 N 번째 프레임기간의 시작시점으로부터 소정의 시간만큼 지연된 시점부터 상기 제1구동전압이 상기 편광절환소자에 스캐닝되기 시작하도록 상기 스캔라인들을 제어하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2제어부는,
    상기 N+1 번째 프레임기간의 시작시점으로부터 소정의 시간만큼 앞선 시점부터 상기 제2구동전압이 상기 편광절환소자에 스캐닝되기 시작하도록 상기 스캔라인들을 제어하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1제어부에 의해 스캐닝된 상기 게이트라인들의 온/오프 타이밍과 상기 제2제어부에 의해 스캐닝된 상기 스캔라인들의 오프/온 타이밍 간의 듀레이션은,
    적어도 하나의 프레임기간 내에서 모두 다른 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 스캔라인들과 상기 게이트라인들은,
    1 : N(단 N은 짝수)의 대응관계를 갖도록 동일한 방향으로 분할 배치된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1이미지 데이터는 상기 표시소자에 공급되는 좌안 이미지 데이터이고 상기 제2이미지 데이터는 상기 표시소자에 공급되는 우안 이미지 데이터인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
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