KR101365449B1 - 입체 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

입체 영상 디스플레이 장치가 개시된다.
개시된 디스플레이 장치는, 광원; 상기 광원에서 출사된 광 중 제1편광의 광을 투과시키는 제1편광자; 화소마다 입력된 신호에 따라 광 투과율이 조절되어 영상이 형성되는 액정 패널; 상기 액정 패널에 의해 형성된 영상의 시역을 분리하는 렌티큘러 렌즈 어레이; 상기 렌티큘러 렌즈 어레이 다음에 배치되어 렌티큘러 렌즈 어레이를 통과한 광 중 제1편광의 광을 투과시키고, 외부에서 입사되는 광을 흡수하는 제2편광자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

입체 영상 디스플레이 장치{3 dimensional display apparatus}
도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 제1실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 변경예이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 다른 변경예이다.
도 3a와 도 3b는 도 2에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에서 렌티큘러 렌즈 어레이를 플랫형으로 구성한 예를 도시한 것이다.
도 4a는 도 3a에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에 터치 패널이 더 구비된 구조를 도시한 것이다.
도 4b는 도 3b에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에 터치 패널이 더 구비된 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 6a는 본 발명의 제3실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에서 렌티큘러 렌즈 어레이를 플랫형으로 구성한 예를 도시한 것이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 설명>
10...광원, 12,18,103,107,120...편광자
13,105...액정 패널, 15,113...렌티큘러 렌즈 어레이
16,114...보조 플레이트
본 발명은 콘트라스트 비가 향상된 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3차원 영상은 사람의 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)가 입체감의 가장 중요한 요인이라고 할 수 있다. 3차원 영상 디스플레이에는 안경을 이용한 디스플레이와 무안경 방식의 디스플레이가 있으며, 무안경 방식의 디스플레이는 안경을 사용하지 않고 좌우 영상을 분리하여 3차원 영상을 얻는 것이다. 무안경 방식에는 예를 들어 패럴렉스 배리어 방식(parallax barrier)과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있다.
패럴렉스 배리어 방식은 좌우 양안이 각각 보아야 할 영상을 교대로 세로 무늬 모양으로 인쇄 또는 사진으로 인화하여 이것을 극히 가느다란 세로 격자열 즉, 배리어를 이용하여 보는 것이다. 이렇게 함으로써, 좌안에 들어올 세로 무늬 영상과 우안에 들어올 세로 무늬 영상이 배리어에 의해 배분되어 좌안과 우안으로 각각 다른 시점(view point)의 영상이 보임으로써 입체 영상으로 보이는 것이다.
렌티큘러 방식은 렌티큘러 렌즈의 초점면에 좌우안에 대응하는 영상을 배치하고, 상기 렌티큘러 렌즈를 통하여 관찰하면 렌즈의 지향 특성에 따라 좌안과 우안에 영상이 분리되어 입체 형상이 형성된다. 렌티큘러 방식은 배리어 방식에 비해 광효율이 높은 반면, 렌티큘러 렌즈가 디스플레이 장치의 가장 앞쪽에 위치하기 때문에 외부광이 렌티큘러 렌즈에 반사됨에 따라 콘트라스트 비(contrast ratio)가 낮아지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 콘트라스트 비를 높인 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광원; 상기 광원에서 출사된 광 중 제1편광의 광을 투과시키는 제1편광자; 화소마다 입력된 신호에 따라 광 투과율이 조절되어 영상이 형성되는 액정 패널; 상기 액정 패널에 의해 형성된 영상의 시역을 분리하는 렌티큘러 렌즈 어레이; 상기 렌티큘러 렌즈 어레이 다음에 배치되어 렌티큘러 렌즈 어레이를 통과한 광 중 제1편광의 광을 투과시키고, 외부에서 입사되는 광을 흡수하는 제2편광자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공한다.
상기 렌티큘러 렌즈 어레이는 렌즈면과 평면을 가지고, 상기 렌즈면에 대응되는 오목면을 가지는 보조 플레이트가 상기 렌즈면과 오목면이 마주보도록 결합되어 배치될 수 있다.
상기 제2 편광자가 상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 평면 또는 상기 보조 플레이트의 평면에 장착될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광원; 상기 광원에서 출사된 광 중 제1편광의 광을 투과시키는 제1편광자; 화소마다 입력된 신호에 따라 광 투과율이 조절되어 영상이 형성되는 액정 패널; 상기 액정 패널에 의해 형성된 영상의 시역을 분리하기 위한 것으로, 굴절률이 점진적으로 변하는 그린 렌즈 어레이; 상기 그린 렌즈 어레이 다음에 배치되어 상기 그린 렌즈 어레이를 통과한 광 중 제1편광의 광을 투과시키고, 외부에서 입사되는 광을 흡수하는 제2편광자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광원; 상기 광원에서 출사된 광 중 제1편광의 광을 투과시키는 제1편광자; 화소마다 입력된 신호에 따라 광 투과율이 조절되어 영상이 형성되는 액정 패널; 상기 액정 패널을 통과한 광 중 제1편광의 광을 투과시키는 제2 편광자; 상기 제1편광의 위상을 지연시키는 제1 1/4 파장 지연자; 상기 액정 패널에 의해 형성된 영상의 시역을 분리하는 렌티큘러 렌즈 어레이; 상기 렌티큘러 렌즈 어레이를 통과한 광의 위상을 지연시켜 제2편광의 광으로 변환시키는 제2 1/4 파장 지연자; 상기 제2 1/4 파장 지연자 다음에 배치되어 제2 편광의 광을 투과시키고, 외부에서 입사되는 광을 흡수하는 제2편광자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 편광자가 스크린이 최외곽에 배치되어 외부광을 흡수함으로써 외부광의 반사로 인한 콘트라스트 비의 저감을 억제한다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는, 광원(10), 광원(10)으로부터 입사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 액정 패널(13), 상기 영상을 시역을 분리하여 보내는 렌티큘러 렌즈 어레이(15)를 포함한다. 그리고, 상기 액정 패널(13)의 후면에 제1 편광자(12)가 배치되고, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(15) 앞에 일편광의 광을 투과시키는 제2 편광자(18)가 배치된다.
상기 광원(10)은 직하형 백라이트 유닛 또는 측광형 백라이트 유닛으로 구성될 수 있다. 액정 패널(13)은 박막트랜지스터를 스위칭 소자로 이용하여 각 화소별로 입력된 영상 신호에 따라 상기 스위칭 소자를 on-off 제어함으로써 영상을 형성한다. 칼라 구현 방식으로는 칼라 영상을 구현하기 위해 각 화소가 예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 하나를 표시하는 공간 분할 방식과, 모든 화소가 시간 순차적으로 R,G,B 색을 표시하는 시간 분할 방식이 있다. 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(15)는 액정 패널(13)에서 형성된 좌안 영상과 우안 영상을 각각 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 보냄으로써 입체 영상을 형성한다. 본 발명에서는 렌티큘러 렌즈(15)를 복굴절 특성을 가지지 않도록 하여 광효율을 최적화한다.
그리고, 본 발명에서는 제2 편광자(18)를 렌티큘러 레즈 어레이(15) 다음에 배치함으로써 상기 액정 패널(13)을 통과한 광 중 일편광의 광을 투과시키는 한편, 외부광을 흡수하도록 한다. 상기 편광자(20)에 의해 외부광이 일부 흡수되므로 외부광이 디스플레이 장치에서 반사됨으로 인해 콘트라스트 비가 낮아지는 것을 억제할 수 있다.
상기 제2 편광자(18) 앞에는 투명 기판(20)이 더 구비될 수 있다. 한편, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(15)와 제2 편광자(18) 사이에 투명 기판(20)이 구비될 수 있다. 상기 투명 기판(20)은 제2 편광자(18)의 설치의 편의를 위해 구비된 것으로 광학적 기능상 필수적인 것은 아니다.
상기 렌티큘러 렌즈 어레이(15)는 렌즈면(15a)과 그 이면에 위치한 평면(15b)을 가진다. 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(15)는 렌즈면(15a)이 광 진행 방향에서 전방에 오도록 배치되어 제2 편광자(18)를 향하도록 배치될 수 있다. 하지만, 렌즈면(15a)이 광 진행 방향에서 후방에 오도록 배치되는 것도 가능하다.
도 2는 렌티큘러 렌즈 어레이(15')를 렌즈면(15a)이 광 진행 방향에 대해 후방에 오도록 배치한 구조를 도시한 것이다. 렌티큘러 렌즈 어레이(15)의 렌즈면(15a)이 후방에 위치하는 경우 렌티큘러 렌즈 어레이(15)의 평면(15b)에 제2 편광자(18)를 용이하게 설치할 수 있다. 여기서, 제2 편광자(18)는 필름 형태로 제작되어 상기 평면(15b)에 부착될 수 있다.
다음, 렌티큘러 렌즈 어레이(17)와 제2 편광자(18)를 일체형의 플랫한 시트로 제작하기 위해 도 3a에 도시된 바와 같이 렌티큘러 렌즈 어레이(17)에 렌티큘러 렌즈 어레이(17)의 렌즈면(17a)에 대응하는 오목면(16a)을 가지는 보조 플레이트(16)를 상기 렌즈면(17a)과 오목면(16a)이 마주보도록 하여 부착한다. 상기 보조 플레이트(16)와 렌티큘러 렌즈 어레이(17)는 서로 다른 굴절률을 가지며, 상기 편광자(18)는 렌티큐럴 렌즈 어레이(17)의 평면(17b)에 장착된다. 상기 보조 플레이트(16)와 렌티큘러 렌즈 어레이(17)는 그 배열 순서가 바뀌어도 무방하다. 즉, 도 3b에 도시된 바와 같이 렌티큘러 렌즈 어레이(17)가 그 렌즈면(17a)이 전방을 향하도록 구비되고, 이어서 보조 플레이트(16)가 상기 렌즈면(17a)과 오목면(16a)이 마주보도록 배치될 수 있다. 이 경우에는 제2 편광자(18)가 상기 보조 플레이트(16)의 평면에 장착될 수 있다.
이와 같이 렌티큘러 렌즈 어레이와 제2 편광자를 일체형 시트로 제작하는 경우 도 4a에 도시된 바와 같이 제2 편광자(18)의 전면에 터치 패널(25)을 구비할 수 있다. 터치 패널(25)에는 터치 센서가 내장되어 화면 입력이 가능하다. 한편, 도 4b에 도시된 바와 같이 터치 패널(25)이 제2 편광자(18)의 후면에 배치되는 것도 가능하다. 제2 편광자(18)가 필름 형태로 제작되기 때문에 제2 편광자(18)를 통해 터치 압력이 터치 패널(25)에 전달되는 것이 가능하다.
제2 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 광원(10)과, 제1 편광자(12)와, 액정 패널(13)과, 그린 렌즈 어레이(30)와, 제2 편광자(18)를 포함한다. 상기 그린 렌즈 어레이(30)는 굴절률이 점진적으로 변하는 굴절률 분포를 가지며, 이러한 굴절률 분포에 의해 평판형 렌즈 어레이로 동작한다. 상기 광원(10)에서 출사된 광은 액정 패널(13)에서 화소별로 투과율을 달리하 여 투과되고, 상기 그린 렌즈 어레이(30)에 의해 시역이 분리되어 맺힌다. 상기 제2 편광자(18)는 상기 액정 패널(13)을 통과한 광 중 일 편광의 광만을 투과시킨다. 상기 그린 렌즈 어레이(30)는 평판형으로 제작될 수 있으므로 제2 편광자(18)를 그린 렌즈 어레이(30)에 일체로 장착하기 용이한 이점이 있다.
이와 같이 제2 편광자(18)가 스크린의 최외곽에 위치하면 외부광을 일부 흡수하므로 외부광이 스크린에서 반사되어 콘트라스트 비가 낮아지는 것을 억제할 수 있다.
다음은 스크린으로 들어오는 외부광의 대부분을 흡수하여 더욱 콘트라스트 비를 높일 수 있는 구조에 대해 설명한다.
도 6a는 제3 실시예에 따른 입체 영상 장치를 도시한 것으로, 순서대로 배열된 광원(100)과, 제1편광자(103), 액정 패널(105), 제2편광자(107), 제1 1/4 파장 지연자(110), 렌티큘러 렌즈 어레이(113), 제2 1/4 파장 지연자(115), 제3 편광자(120)를 포함한다. 여기서, 제3 편광자(120)와 제2 1/4 파장 지연자(115)에 의해 외부광의 대부분의 광이 흡수된다. 상기 광원(100)은 직하형 백라이트 유닛 또는 측광형 백라이트 유닛으로 구성될 수 있다.
이러한 입체 영상 장치에 의한 입체 영상 표시 동작과 외부광 흡수 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 광원(100)에서 출사된 광은 제1 편광자(103)에 의해 제1편광의 광, 예를 들어 입사면에 평행한 편광이 투과되고, 액정 패널(105)에서 각 화소별로 TFT 소자에 의해 스위칭됨에 따라 투과율이 제어되어 출사된다. 그리고, 제2편광 자(107)에서 액정 패널(105)을 투과한 광 중 제1편광의 광만이 투과된다. 그런 다음, 제1 1/4 파장 지연자에 의해 제1 편광의 위상이 지연되어 원편광으로 변환된 다음 렌티큘러 렌즈 어레이(113)를 통과하고, 제2 1/4 파장 지연자(115)에 의해 입사광의 위상이 지연되어 원편광이 제2 편광으로 변환된다. 제3 편광자(120)는 제1 및 제2 편광자(103)(107)와는 다른 방향, 즉 입사면에 수직한 방향의 편광 방향을 가지는 것으로, 제2 편광의 광을 투과시킨다. 따라서, 제2 1/4 파장 지연자(115)를 통해 제2 편광으로 변화된 광은 제3 편광자(120)를 투과해 영상을 표시한다.
한편, 외부광이 제3 편광자(120)로 입사하면 제1편광은 흡수하고, 제2편광은 투과된 후 상기 제2 1/4 지연자(115)에 의해 원편광으로 전환되어 렌티큘러 렌즈 어레이(113)로 입사한다. 원편광으로 전환된 광은 렌티큘러 렌즈 어레이(113)에서 반사되어 제2 1/4 지연자(115)를 통과하며, 제2 1/4 지연자(115)에 의해 제1편광으로 변환된 후 제3 편광자(120)로 입사되어 제3 편광자(120)에 흡수된다. 이와 같이, 외부광이 상기 제3 편광자(120)에 입사될 때와 제3 편광자(120)를 통해 출사될 때 모두 흡수되므로 외부광이 반사되어 나가는 광을 크게 줄일 수 있다. 외부광이 스크린에서 반사되어 나가는 광이 크게 줄므로 산란광에 의한 콘트라스트 비의 감소를 막을 수 있다.
제3 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 제1 및 제2 편광자(103)(107)와 액정 패널(105)을 포함하는 기존 구조를 그대로 유지하면서 별도의 제3 편광자(120)와 1/4 파장 지연자를 구비하여 외부광의 산란을 크게 억제할 수 있는 이점이 있다.
더 나아가, 도 6b에 도시된 바와 같이 제1 1/4 파장 지연자(110), 렌티큘러 렌즈 어레이(113'), 제2 1/4 파장 지연자(115), 제3 편광자(120)를 일체형의 시트로 제작할 수 있도록 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(113')를 평면형 렌즈 어레이로 구성할 수 있다. 즉, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(113')의 렌즈면(113'a)에 대응하는 오목면(114a)을 가지는 보조 플레이트(114)를 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(113')와 결합한다. 여기서, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(113')와 보조 플레이트(114)는 서로 다른 굴절률을 가지며, 이에 따라 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(113')와 보조 플레이트(114)는 굴절률 변화에 따른 굴절 작용을 통해 액정 패널(105)에서 형성된 영상을 좌안 영역과 우안 영역으로 분리하여 보냄으로써 3차원 영상을 표시한다. 그리고, 상기 제1 1/4 파장 지연자(110), 렌티큘러 렌즈 어레이(113'), 보조 플레이트(114), 제2 1/4 파장 지연자(115), 제3 편광자(120)를 모두 일체형의 시트 세트로 제작할 수 있다. 이들 시트 세트는 제1 및 제2 편광자(103)(107)를 포함한 액정 패널 세트에 쉽게 조립이 가능한 이점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 편광자를 스크린의 최외곽에 배치하여 외부광이 편광자에서 흡수되도록 함으로써 외부광의 반사로 인한 콘트라스트 비 저하를 막는다. 콘트라스트 비의 저하를 막기 위해 별도의 소자를 쓸 필요 없이 편광자의 배치만을 바꿈으로써 비용의 증가 없이 화질의 향상을 얻을 수 있다.
또한, 렌티큘러 렌즈 어레이와 편광자를 시트형으로 제작하여 일체형 세트로 구성함으로써 액정 패널 세트와 조립이 용이하도록 하여 생산성 향상을 도모할 수 있다. 더 나아가 외곽에 배치된 편광자를 투과해 들어온 광을 재차 흡수함으로써 외부광의 대부분을 흡수하여 콘트라스트 비를 현저하게 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 렌티큘러 렌즈 어레이를 복굴절 특성이 없는 재질로 형성함으로써 복굴절 특성으로 인한 광효율 저하 없이 높은 콘트라스트 비를 가질 수 있도록 한다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 광원;
    상기 광원에서 출사된 광 중 제1편광의 광을 투과시키는 제1편광자;
    화소마다 입력된 신호에 따라 광 투과율이 조절되어 영상이 형성되는 액정 패널;
    상기 액정 패널을 통과한 광 중 제1편광의 광을 투과시키는 제2 편광자;
    상기 제1편광의 위상을 지연시키는 제1 1/4 파장 지연자;
    상기 액정 패널에 의해 형성된 영상의 시역을 분리하는 렌티큘러 렌즈 어레이;
    상기 렌티큘러 렌즈 어레이를 통과한 광의 위상을 지연시켜 제2편광의 광으로 변환시키는 제2 1/4 파장 지연자;
    상기 제2 1/4 파장 지연자 다음에 배치되어 제2 편광의 광을 투과시키고, 외부에서 입사되는 광을 흡수하는 제3편광자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 어레이는 렌즈면과 평면을 가지고, 상기 렌즈면에 대응되는 오목면을 가지는 보조 플레이트가 상기 렌즈면과 오목면이 마주보도록 결합되어 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
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