KR101380226B1 - 3차원 영상구현 액정표시장치 - Google Patents

3차원 영상구현 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, n개의 뷰 포인트를 가지며, 그 뷰포인트 간 이격간격이 E, 3D 영상 시청 가능한 최소거리(액정패널과 사용자간의 최소거리)가 A인 3D 영상 구현 액정표시장치에 있어서, Pa의 단축피치와 Pb의 장축피치를 갖는 다수의 픽셀이 형성된 액정패널과; 상기 액정패널의 일면에 대응하여 상기 액정패널로부터 수직하게
Figure 112007049032627-pat00001
의 식으로 표시되는 d1의 거리만큼 이격한 평면상에
Figure 112007049032627-pat00002
의 식으로 표시되는 d2의 이격간격을 가지며, 상기 픽셀의 장축방향으로 그 길이방향을 가지며 상기 픽셀의 장축에 대해 동일하게 θ만큼 기울어진 것을 특징으로 하는 다수의 제 1 선광원을 포함하는 3D 영상 구현 액정표시장치를 제공한다.
액정렌즈, 3D영상구현 액정표시장치, 선광원

Description

3차원 영상구현 액정표시장치{3D image displayable liquid crystal display device}
본 발명은 3차원 구현이 가능한 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 기울어진 선광원에 의해 3차원 입체영상 구현이 가능한 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 크게 다수의 광학시트 및 램프를 포함하는 백라이트 유닛과 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층을 포함하는 액정패널로 구성되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동하고 이렇게 구동된 액정분자에 의해 빛의 투과율을 조절함으로써 영상을 구현한다. 액정분자는 분극성질과 광학적 이방성(optical anisotropy)을 갖는데, 분극성질은 액정분자가 전기장 내에 놓일 경우 액정분자내의 전하가 액정분자의 양쪽으로 몰려서 전기장에 따라 분자배열 방향이 변화되는 것을 말하고, 광학적 이방성은 액정분자의 가늘고 긴 구조와 앞서 말한 분자배열 방향에 기인하여 상기 백라이트 유닛으로부터 나와 상기 액정층으로 입사된 입사광의 입사방향이나 편광 상태에 따라 출사광의 경로나 편광상태가 달라지는 것을 말한다.
이에 따라 액정층은 2개의 전극에 인가되는 전압에 의하여 상기 백라이트 유닛으로부터 입사된 빛의 투과율의 차이를 나타내게 되고 그 차이를 화소별로 달리하여 2D 영상을 표시할 수 있다.
최근에는 입체성을 가져 더욱 실감있는 영상을 표현하기 위한 즉 3D 입체영상 구현이 가능한 액정표시장치에 대한 사용자들의 요구가 증대됨으로써 이에 부응하여 3D 입체영상 표현이 가능한 액정표시장치가 개발되고 있다.
일반적으로 3차원의 입체영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데, 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65㎜정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나게 되는 양안시차(binocular disparity)를 이용하여 입체감 있는 영상을 보여줄 수 있는 액정표시장치가 제안되었다.
조금 더 상세히 3차원 영상구현에 대해 설명하면, 액정표시장치를 바라보는 좌우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하게 되는 것이며, 이 같은 현상을 통상 스테레오그라피(stereography)라 한다.
액정표시장치 등과 같은 2차원의 화상표시를 갖는 장치에서 3차원 입체화상을 표시하기 위해 제시된 기술로는 특수안경에 의한 입체화상 디스플레이, 무안경식 입체화상 디스플레이 및 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 방식이 있다.
이중 특수안경에 의한 입체화상 디스플레이 방식은 편광의 진동방향 또는 회 전방향을 이용한 편광안경방식과, 좌우화상을 서로 전환시켜가면서 교대로 제시하는 시분할 안경 방식 및 좌우안에 서로 다른 밝기의 빛을 전달하는 방식인 농도차 방식으로 나눌 수 있다.
또한, 무안경식 입체화상 디스플레이 방식은 좌우안에 해당하는 각각의 화상 앞에 세로격자 모양의 개구(aperture)를 통하여 화상을 분리하여 관찰할 수 있게 하는 패러랙스 배리어(parallax barrier) 방식과, 반원통형 렌즈(cylindrical lens)를 스트라이프 배치한 렌티큘러 판(lenticular plate)을 이용하는 렌티큘러(lenticular) 방식 및 파리 눈 모양의 렌즈판을 이용하는 인테그럴 포토그래피(integral photography) 방식으로 나눌 수 있다.
그리고, 홀로그래픽 디스플레이 방식은 입체감이 생기는 요인인 촛점 조절, 폭주각, 양안시차, 운동시차 등 모든 요인을 갖춘 3차원 입체화상을 얻을 수 있는데, 레이저 광 재생 홀로그램과 백색광 재생 홀로그램으로 분류된다.
이중 액정표시장치의 경우 좌/우안용 스테레오이미지(stereo image)를 각각 분리하여 볼 수 있게 함으로서 3차원 영상을 구현하는 방식인 패러랙스 배리어방식이 주로 채택되고 있다.
도 1a 및 1b는 종래의 패러랙스 배리어 방식의 3차원 영상구현 액정표시장치를 나타내 개념도로서 도 1a는 간략한 분해사시도이며, 도 1b는 도 1a를 화살표로 나타낸 최상부에서 바라본 도면이다.
도면을 참조하면, 상기 패러랙스 배리어 방식의 3차원 영상구현 액정표시장치(11)는 액정패널(15)과, 상기 액정패널(15)의 일면에 대해 램프(20)와 상기 액정 패널(15) 전면에 대해 동일한 광원이 도달하도록 하기 위해 프리즘 시트, 확산시트 등의 다수의 광학시트(25)와 상기 램프(20)를 기준으로 상기 광학시트(25)와 마주하여 구성된 반사판(35)을 포함하는 백라이트 유닛(40)이 위치하며, 상기 백라이트 유닛(40)과 상기 액정패널(15)을 사이에 두고 마주하며 세로 혹은 가로방향으로 배열된 슬릿 형태의 개구(31)를 가져 사용자의 우안에 대해서는 좌안으로 입사되어야 할 영상을 차단하고, 좌안에 대해서는 우안으로 입사되어야 할 영상을 차단하는 것을 특징으로 하는 패러랙스 배리어(30)를 포함하여 구성되고 있다. 따라서 이러한 패러랙스 배리어를 포함하는 구성에 의해 양안시차에 의해 최종적으로 사용자가 3차원의 입체영상을 볼 수 있도록 하고 있다.
하지만 이러한 패러랙스 배리어 방식의 3차원 영상구현 액정표시장치(11)는 빛의 진행을 의도적으로 막는 패러랙스 배리어(30)에 의해 휘도 저하가 발생하는 문제가 있다.
또한, 패러랙스 배리어 방식에 의한 3D 영상 구현 액정표시장치는 3D 영상만으로 표현되는 바, 교육 방송 등 동영상 위주가 아닌 문서를 위주로 보여주는 프로그램의 시청시는 오리려 3D 입체 화상이 사용자의 시독(視讀)성을 떨어뜨리며 눈의 피로도를 급격히 증가시키는 요소로 작용하는 문제가 발생하고 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 간단 한 구성에 의해 휘도 특성의 저하없이 3차원 입체 영상을 구현할 수 있는 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
나아가 간단한 스위칭 조작을 통해 3D 및 2D 영상을 선택적으로 시청할 수 있는 3D 액정표시장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치는, n개의 뷰 포인트를 가지며, 그 뷰 포인트간 이격간격이 E, 3D 영상 시청 가능한 최소거리(액정패널과 사용자간의 최소거리)가 A인 3D 영상 구현 액정표시장치에 있어서, Pa의 단축피치를 갖는 다수의 픽셀이 형성된 액정패널과; 상기 액정패널의 일면에 대응하여 상기 액정패널로부터 수직하게
Figure 112013070659218-pat00029
의 식으로 표시되는 d1의 거리만큼 이격한 평면상에
Figure 112013070659218-pat00030
의 식으로 표시되는 d2의 이격간격을 가지며, 상기 픽셀의 장축방향으로 그 길이방향을 가지며 상기 픽셀의 장축에 대해 제 1 각도만큼 기울어진 것을 특징으로 하는 다수의 제 1 선광원을 포함한다.
상기 픽셀의 장축방향에 대해 상기 다수의 제 1 선광원 각각의 기울어진 각도인 상기 제 1 각도는,
Figure 112013070659218-pat00005
(단 M, N은 자연수, Pb는 상기 픽셀의 장축피치)
의 식으로 표시되는 것이 특징이다.
상기 다수의 제 1 선광원은 직선형태 또는 지그재그 형태인 것이 특징이며, 상기 지그재그 형태를 갖는 다수의 제 1 선광원 각각의 상기 픽셀의 장축방향에 대해 기울어진 상기 제 1 각도는 상기 지그재그 형태의 제 1 선광원 양 끝단을 연결하는 직선을 기준으로 하는 것이 특징이다.
상기 다수의 제 1 선광원 각각은 그 폭이 상기 픽셀의 단축피치와 같거나 또는 작은 값을 갖는 것이 특징이다.
상기 다수의 제 1 선광원 간의 이격영역에는 상기 제 1 선광원과 나란하게 다수의 제 2 선광원이 더욱 구성될 수 있다.
상기 다수의 제 2 선광원을 사용자가 선택적으로 점멸 가능하도록 다수의 제 2 선광원 전체에 연결된 스위치가 더욱 구성될 수 있다.
상기 다수의 제 1 선광원이 구성된 평면을 기준으로 상기 액정패널과 대향하는 면에는 상기 다수의 제 1 선광원으로부터 나온 빛의 반사를 방기하기 위한 흡수판이 더욱 구성된 것이 특징이다.
상기 다수의 제 1 선광원은 직접 빛을 발생시키는 CCFL, EEFL 등의 형광램프 또는 다수의 LED로 형성된 것이 특징이다.
상기 다수의 제 1 선광원은, 직접 빛을 발생시키는 광원과; 상기 광원과 마주하는 다수의 반원통의 볼록부를 가지며, 상기 다수의 볼록부의 길이방향이 상기 픽셀의 장축방향에 대해 상기 제 1 각도만큼 기울어져 배치된 렌즈를 통해 구현된 것이 특징이며, 상기 픽셀의 장축방향에 대해 상기 반원통의 볼록부의 길이방향의 기울어진 각도인 상기 제 1 각도는,
Figure 112013070659218-pat00031
(단 M, N은 자연수, Pb는 상기 픽셀의 장축피치) 의 식으로 표시되는 것이 특징이고, 상기 광원은, CCFL, EEFL 등의 형광램프 또는 다수의 LED 또는 FFL(flat panel fluorescence light) 중 선택된 하나로 이루어진 것이 특징이다.
상기 액정패널과 렌즈 사이에는 상기 볼록부의 초점면에 산란시트가 더욱 구성될 수 있다.
상기 렌즈와 마주하는 상기 광원의 배면에는 흡수판이 더욱 구성될 수 있다.
상기 다수의 제 1 선광원의 이격간격은 상기 렌즈의 볼록부의 이격간격에 의해 조절되는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치는 휘도 저하가 큰 패럴랙스 배리어 없이 3D 입체 영상을 구현할 수 있는 바, 3D 입체영상의 휘도 특성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예 따르면 본 발명의 특성 상 액정패널과 선광원 사이에 상기 선광원으로부터 나온 빛을 상기 액정패널 전면에 고른 빛량을 가지며 입사시키는 역할을 하는 다수의 광학시트 등을 생략함으로써 제품의 제조 비용을 저감시키는 효과가 있으며, 나아가 상기 광학시트에 의한 빛 손실이 발생하지 않는 바 휘도를 더욱 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 의하면, 단순히 스위치 온(on)/오프(off)를 통해 다수의 제 2 선광원을 선택적으로 온(on)/오프(off)함으로써 3D 입체영상과 2D 영상을 선택적으로 시청할 수 있는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 의하면, 단순히 스위치 온(on)/오프(off)를 통해 다수의 제 2 선광원을 선택적으로 온(on)/오프(off)함으로써 3D 입체영상과 2D 영상을 선택적으로 시청할 수 있는 장점을 갖는다.
도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
<제 1 실시예>
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치의 개략적인 개념도로서 도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치를 간략히 나타낸 분해사시도이며, 도 2b는 도 2a를 화살표가 나타내는 최상부에서 바라본 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치(101)는, 액정패널(110)과, 상기 액정패널(110)의 일면에 일정간격 이격하며 배치된 다수의 선광원(115)이 이격하며 배치된 것을 특징을 갖는 백라이트 유닛(125)으로 구성되고 있다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치에 있어 가장 특징적인 것은 3차원 영상의 구현을 위한 패러랙스 배리어를 구성하지 않으며, 나아가 상기 다수의 선광원(115)과 액정패널(110) 사이에는 아무런 구성요소가 구성되지 않는다는 것이다.
종래의 3D 영상 구현 액정표시장치의 경우, 액정패널의 타면에는 선택적으로 빛의 투과를 차단하기 위한 패러랙스 배리어가 구비되며, 상기 액정패널의 일면에 대해서는 광원 이외에 다수의 광학시트를 상기 광원과 액정패널 사이에 구비되고 있지만, 본 발명의 경우 이러한 구성요소 없이도 3D 영상을 표시할 수 있으며, 이러한 패러랙스 배리어 및 다수의 광학시트를 구성하지 않음으로써 휘도를 향상시키며, 나아가 액정표시장치 전체 부피 및 무게가 줄어드는 효과를 갖게 되는 것이 특징이다.
또 다른 특징은 상기 선광원(115)의 배열형태에 있다. 상기 액정패널(110)의 경우 매트릭스 형태로 다수의 픽셀(p)이 구성되고 있으며, 상기 픽셀(p)은 통상 직사각형 형태이며, 각 직사각형 형태의 픽셀(p)은 상기 픽셀(p)의 단축(Pa)이 연장하는 방향과 장축(Pb)이 연장하는 방향으로 배열되고 있다.
이때 상기 선광원(115)은 상기 픽셀(p)의 장축방향(y)에 대해 소정의 각도를 갖고 기울어진 형태로 배치되고 있는 것이 특징이며, 상기 선광원(115)은 상기 픽셀(p)의 단축(Pa)과 같거나 또는 이 보다는 작의 값의 폭을 갖는 것이 특징이다.
상기 선광원(115)을 픽셀(p)의 장축방향(y)에 대해 소정간격 기울어지게 배치한 이유에 대해서는 추후 설명한다.
한편, 상기 백라이트 유닛(125)은 상기 다수의 선광원(115)을 기준으로 상기 액정패널(110)이 놓인 반대면에는 빛을 흡수하는 흡수판(120)을 더욱 포함하여 구성될 수 있다.
이는 본 발명에 있어서 선광원(115)으로부터 나온 빛의 상기 액정패널(110)로의 입사 경로가 중요한 요소가 되기 때문이다. 상기 선광원(115)으로부터 출사된 빛 중 상기 액정패널(110)이 위치한 방향과 반대방향으로 출사된 빛은 도면에 나타나지 않았지만 보텀 케이스 등에 의해 반사되어 상기 액정패널(110)로 재 입사될 수 있으며, 이는 3D 영상의 표시품질에 악영향을 줄 수 있다. 따라서 이러한 것을 방지하기 위해 상기 선광원(115)을 기준으로 상기 액정패널(110)과 마주하는 면에는 빛을 흡수할 수 있는 재질로 이루어진 빛 흡수판(120)을 더욱 구성함으로써 직접적으로 상기 선광원(115)으로부터 출사된 빛만이 상기 액정패널(110)로 입사되도록 한 것이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치에 있어서 액정패널과 선광원을 정면에서 바라본 평면도로서 상기 액정패널에 형성된 픽셀 및 선광원만을 도시하였다.
도시한 바와 같이, 상기 선광원(115)은 상기 픽셀(p)의 장축방향(y)에 대해 θ의 각도를 가지며 기울어져 배치되고 있으며, 이때 상기 θ는,
Figure 112007049032627-pat00007
---①
라는 식으로 표현된다. 이때 Pa는 픽셀(p)의 단축피치, Pb는 픽셀(p)의 장축피치이며, 상기 M과 N은 각각 임의의 자연수로서 상기 선광원(115)이 하나의 픽셀(p) 또는 다수의 픽셀(p)을 그룹으로 한 사각형(gr1)을 정확히 대각방향으로 꼭지점을 관통했을 때의 상기 사각형(gr1) 내의 픽셀 단축방향(x)의 픽셀(p) 개수 및 픽셀 장축방향(y)으로의 픽셀(p)의 개수로 정의된다. 도면에 있어서는 M은 1, N은 2가됨을 알 수 있다.
따라서, 도면에 도시된 선광원(115)의 경우 그 θ값은, 통상적인 액정패널 내의 픽셀의 경우 장축피치(Pb)가 단축피치(Pa)의 3배 정도가 되므로, 상기 식에 의하면 θ= tan-1(1/6)이 되어 9.46°가 됨을 알 수 있다.
이때, 상기 다수의 픽셀(p)에 부여된 숫자는 상기 선광원(115)을 소정의 각도 θ로 기울여 배치한 3D 액정표시장치의 3D 영상 시청이 가능한 영역으로 정의되는 뷰 포인트 개수가 되며, 각 뷰 포인트에서 3D 영상 시청시 보여지는 픽셀(p)이 된다.
도면에 있어서는 일례로서 9개의 뷰 포인트를 갖는 3D 액정표시장치를 나타내고 있으며, 이중 첫 번째 뷰 포인트에서는 1이라 부여된 픽셀에서 나오는 영상만을 볼 수 있으며, 두 번째 뷰 포인트에서는 2라 부여된 픽셀에서 나오는 영상만을 그리고 9 번째 뷰 포인트에서는 9라 부여된 픽셀에서 나오는 영상만을 볼 수 있다.
한편 이러한 원리에 의해 9개의 뷰 포인트 개수를 갖는 3D 액정표시장치의 경우, 3D 영상 시청시 전체적으로 1/9의 픽셀에 대해서 이를 통해 나오는 영상신호를 보기 때문에 정량적으로는 8/9의 해상도 감소가 발생하게 된다.
이 경우, 뷰 포인트 개수를 줄이면 3D 영상의 해상도를 향상시킬 수 있지만, 뷰 포인트 수를 줄일 경우 상기 3D 액정표시장치를 통해 3D 영상을 시청할 수 있는 시청 범위가 너무 한정되는 문제가 발생한다. 따라서, 뷰 포인트 수와 해상도를 적절히 조절하게 되는데 최근의 3D 영상 표시장치는 5 내지 9개의 뷰 포인트를 갖는 것이 일반적이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 7개 및 6개의 뷰 포인트를 갖는 본 발명에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치 각각의 7, 6개 뷰 포인트별 3D 영상이 보여지는 픽셀의 배치예를 도시한 것이다.
통상적으로 본 발명에서와 같이 선광원(115)을 액정패널(110)의 하부(또는 후면)에 상기 액정패널(110) 내에 형성된 픽셀(p)의 장축방향(y)에 대해 소정의 각도를 갖도록 배치했을 때, 도 4a를 참조하면, 홀수개의 뷰 포인트를 갖는 경우, 픽셀(p)의 단축방향(x)으로 연속으로 이웃한 픽셀(p)에 대해 홀수 번호가 순차적으로 부여된 후 연속하여 짝수번호가 부여되며, 이러한 것이 반복 적용되며, 픽셀(p)의 장축방향(y)으로는 그 상부로 이웃한 픽셀(p)에 부여된 번호보다 1만큼 작은 수가 부여되고 있다. 이때, 1보다 작은 수는 없으므로 1이 표시된 픽셀(p)의 장축방향(y)으로 그 하부에 위치한 픽셀(p)에 대해서는 가장 큰 뷰 포인트 내의 수가 부여된다. 즉 만약 7개의 뷰 포인트 수를 갖는다면 1이 부여된 픽셀(p)의 장축방향(y)으로 그 하부에 위치한 픽셀(p)은 7이 부여되게 된다.
또한, 짝수개의 뷰 포인트 수를 갖는 경우, 도 4b를 참조하면, 홀수열의 픽셀에 대해서는 순차 반복되는 홀수번호가 그리고 짝수열의 픽셀에는 순차 반복되는 짝수번호가 부여되거나 또는 반대로 홀수열의 픽셀에 대해서는 순차 반복되는 짝수번호가 그리고 짝수열의 픽셀에 대해서는 순차반복되는 홀수번호가 부여 된다. 이때, 장축방향(y)에 위치하는 픽셀에 대해서는 홀수의 뷰 포인트를 갖는 경우와 동일한 룰이 적용된다.
일례로 6개의 뷰 포인트를 갖는 것을 도시한 도 4b를 참조하면, 제 1 열의 픽셀(p)에 대해선 1, 3, 5가 순차 반복하며 부여되고 있으며, 그 하부에 위치한 제 2 열의 픽셀(p)들에 대해서는 2, 4, 6이 반복하여 부여되고 있음을 알 수 있으며, 1 이 부여된 픽셀(p)의 장축방향(y)으로 그 하부에 위치한 픽셀(p)에 대해서는 6이 부여되고 있음을 알 수 있다.
이때, 상기 각 픽셀(p)에 부여된 숫자는 본 발명에 따른 선광원(115)이 픽셀(p)의 장축방향(y)에 대해 소정의 각도로서 기울어져 배치된 3D 액정표시장치의 특성이 반영된 것이다.
만약 상기 선광원(115)이 픽셀(p)의 장축방향(y)과 평행하게 배치된 경우, 상기 각 픽셀(p)의 부여되는 숫자 룰은 변하게 되며, 이러한 구성을 갖는 9개의 뷰 포인트를 갖도록 구성할 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 픽셀(p)의 단축방향(x)으로는 1,2,3,4,5,6,7,8,9가 순차적으로 반복적으로 부여되고, 장축방향(y)으로는 모두 동일하게 그 상부 및 하부에 위치한 픽셀에 따라 변하지 않고 동일한 번호가 부여되게 된다.
한편, 3D 화상 구현에 있어 본 발명에서와 같이 선광원을 픽셀의 장축방향에 대해 θ의 각도로 기울여 배치한 3D 영상 구현 액정표시장치와 상기 선광원을 픽셀의 장축방향에 대해 나란하도록 배치한 3D 영상 구현 액정표시장치에 있어, 2D 영상 구현시의 해상도 대비 뷰 포인트 수에 따른 해상도 저하의 차이에 대해 설명한다. 이때 9개의 뷰 포인트를 갖는 액정표시장치를 일례로 설명한다.
우선, 선광원을 픽셀의 장축방향과 나란하게 배치한 경우, 해상도 저하는 픽셀의 단축방향에 대해서만 발생함을 알 수 있다. 즉, 도 5를 참조하면, 제 1 뷰 포 인트에서 볼 수 있는 픽셀(p)은 1이 부여된 픽셀이 되며, 상기 1일 부여된 픽셀(p)은 상기 픽셀(p)의 장축방향(y)에 대해서는 건너뜀없이 모두 볼 수 있는 바 장축방향(y)으로의 해상도 저하는 발생하지 않는다.
하지만, 픽셀(p)의 단축방향(x)으로는 1이 부여된 픽셀(p)과 이웃한 1이 부여된 픽셀(p)간에는 8개의 픽셀(p)이 간격이 존재하며 단축방향으로 형성된 픽셀(p)의 총수 대비 1/9의 픽셀(p)만 볼 수 있는 바, 단축방향으로 해상도는 1/9로 줄게 됨을 알 수 있다.
전체 해상도는 단축방향(x)으로의 해상도 장축방향(y)으로 해상도 곱이 되는 바, 전체적으로는 1/9(단축 방향으로의 해상도)*1(장축 방향으로의 해상도)=1/9 이 되어 2D 영상 구현의 해상도 대비 1/9의 해상도로 3D 영상을 시청하게 됨을 알 수 있다.
따라서 전술한 바와같이, 픽셀의 장축방향(y)과 선광원을 나란하게 배치한 3D 영상 구현 액정표시장치의 경우, 그 해상도 저하가 모두 픽셀의 단축방향(x)으로만 집중됨으로써 표시영역의 가로방향과 세로방향의 해상도의 급격한 불균형에 의해 이를 시청하는 사용자가 느끼는 3D 표시품질이 저감되는 문제를 초래하게 된다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예와 같이 선광원(115)을 픽셀(p)의 장축방향(y)에 대해 θ의 각도를 갖도록 기울어지게 배치한 3D 구현 액정표시장치에 있어서는, 도 3을 참조하면, 2열의 픽셀(p)에 대해 지그재그 배치된 '1 내지 9'가 부여된 픽셀(p)들을 하나의 그룹(gr2)으로 정의하는 경우, 상기 그룹(gr2)은 픽셀(p)의 장축 방향(y)으로는 2열마다 반복되므로 픽셀의 장축방향(y)으로의 해상도는 전체 픽셀대비 약 1/2이 되며, 픽셀의 단축방향(x)으로의 해상도는 (1/(n/2), n은 뷰 포인트 수)의 식으로 표시된 공식에 의해 2/9가 됨을 알 수 있다. 이때, 전체 해상도는 1/9가 된다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선광원이 픽셀의 장축방향에 대해 소정각도(θ) 기울어지게 배치된 것을 특징으로 하는 3D 영상 구현 액정표시장치를 선광원을 픽셀의 장축방향과 나란하게 배치된 3D 영상 구현 액정표시장치와 해상도면에서 비교하면, 전체 해상도는 뷰 포인트 수에 반비례하여 동일한 해상도를 갖지만, 본 발명의 경우 픽셀의 장축방향으로의 해상도와 픽셀의 단축방향으로의 해상도가 고르게 줄어들어 드는 반면, 비교예인 선광원을 픽셀의 장축방향과 나란하게 배치된 3D 영상 구현 액정표시장치의 경우 픽셀의 장축방향으로의 해상도는 변화없이 픽셀의 단축방향으로의 해상도가 뷰 포인트의 역수만큼으로 급격히 줄어듦으로써 3D 표시품질에 있어서 본원발명에 따른 3D 구현 액정표시장치가 비교예의 3D 구현 액정표시장치 대비 우수한 특성을 갖는다.
이후에는 선광원 및 액정패널을 구비한 액정표시장치의 3D 영상 구현의 원리에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치에 있어 3D 영상 구현 원리를 나타낸 개념도이다.
도시한 바와 같이, Pa의 단축피치를 갖는 다수의 픽셀이 형성된 액정패 널(110)이 구성되어 있으며, 상기 액정패널(110)의 하부에 상기 액정패널(110)의 저면에 대해 그 수직거리가 d1인 평면상에 다수의 선광원(115)이 d2의 이격간격을 가지며 배치되어 있다. 이때, 도면상에 A라 표시된 것은 상기 액정패널(110)과 사용자 간의 거리로 3D 영상 시청이 가능한 최소 거리를 나타내며, E라 표시된 간격은 뷰 포인트간 거리를 나타낸다.
본 발명에서 3D 구현을 위해 이용하는 기술은 양안시차를 이용한 것이며, 마치 패러랙스 배리어가 특정 픽셀을 통해 나오는 빛을 차단함으로써 3D 입체영상을 구현하는 것과 유사하게 빛의 직진성을 이용한 것으로 선광원(115)과 액정패널(110)과의 이격간격(d1)과 선광원(115) 간의 이격간격(d2)과, 픽셀(p)의 단축피치(Pa)와, 3D 영상 시청이 가능한 최소거리(A)를 적절히 조절함으로써 특정 픽셀에 대해서만 사용자의 좌안 또는 우안을 통해 볼 수 있도록 한 것이다.
첫번째 선광원(115a)으로 나온 빛은 제 1 픽셀(p1)을 통과하여 좌안으로 입사되지만 상기 첫 번째 선광원(115a)으로부터 나온 빛이 제 2 픽셀(p2)을 통과해서는 좌안으로 입사될 수 없음을 알 수 있다. 이때 상기 첫번째 선광원(115a)으로부터 나온 빛은 상기 제 2 픽셀(p2)을 통과해서는 우안으로 입사되며, 이 경우 상기 제 1 픽셀(p1)에 대해서는 좌안용 영상이 제 2 픽셀(p2)에 대해서는 우안용 영상이 보여지도록 신호를 인가함으로써 이들 우안 및 좌안을 통해 입력된 영상정보가 사용자의 뇌에서 융합되어 3D 입체영상으로 인식되게 된다.
한편, 두 번째 선광원(115b)으로부터 나온 빛은 제 3 픽셀(p3)을 통과하여 좌안으로 입사하며, 제 4 픽셀(p4)을 통해서 우안으로 입사됨을 알 수 있다. 따라서 이 경우도 상기 제 3 픽셀(p3)에 대해서는 좌안용 영상이 제 4 픽셀(p4)에 대해서는 우안용 영상이 보여지도록 신호를 인가함으로써 3D 영상을 사용자가 볼 수 있게 된다.
한편, 첫번째 선광원(115a)으로부터 나온 빛이 제 3 및 제 4 픽셀(p3, p4)로도 입사될 수 있지만, 이러한 빛은 다른 뷰 포인트로 입사되며, 이 경우 다른 뷰 포인트에서 3D 영상을 구현하게 된다.
이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치는 선광원(115a, 115b)과 액정패널(110)간의 수직거리(d1) 및 픽셀(p)의 단축피치(Pa) 그리고 선광원(115a, 115b)간의 이격거리(d2)가 중요한 요소가 되며, 이들이 이후 제시하는 식에 만족하도록 배치될 경우 3D 영상을 구현할 수 있다.
선광원(115a, 115b)간의 이격거리 d2는,
Figure 112007049032627-pat00008
---② (n은 뷰 포인트 수, Pa는 픽셀의 단축피치, E는 뷰 포인트간 거리) 식을 만족하도록 설계되어야 한다.
또한, 3D 영상을 사용자가 시청하기 위한 액정패널로부터 사용자까지의 최소거리인 A는,
Figure 112007049032627-pat00009
---③(d1는 선광원과 액정패널간 수직거리, E는 뷰간거리, Pa는 픽셀의 단축피치)
로 나타낼 수 있으며, 이때 이 ③식을 이용하여 선광원(115)과 액정패널 간(110)의 수직거리인 d1에 대해 정리하면,
Figure 112007049032627-pat00010
---④
가 됨을 알 수 있다.
한편 전술한 식을 만족하도록 구성요소의 배치를 통해 제조된 3D 영상 구현 액정표시장치는 실제 선광원으로부터 나온 빛을 차단하는 구성요소 없이도 빛의 직진성을 이용하여 3D 입체영상을 표현할 수 있는 바, 종래의 패러랙스 배리어를 이용한 3D 영상 구현 액정표시장치 대비 우수한 휘도 특성을 갖게된다. 또한 백라이트 유닛에 있어 인위적으로 액정패널 전면에 고르게 빛을 입사시키기 위한 다수의 광학시트 등을 필요로 하지 않는 바, 제품의 비용을 저감시키는 효과를 갖는다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치의 선광원의 형태를 도시한 도면이다.
본 발명에 이용되는 선광원(115)은 도 7a에 도시한 바와 같이 일반적인 형광램프 예를들면 CCFL, EEFL 등과같이 곧은 직선 형태를 갖거나, 또는 도 7b, 도 7c에 도시한 바와 같이 지그재그 형태를 가질 수도 있다. 이러한 지그재그 형태의 선광원의 경우, 통상적으로 직사각형 형태를 갖는 다수의 LED램프를 도시한 바와 같은 형태로 연결함으로써 구현할 수 있다. 이 경우 픽셀의 장축방향에 대해 기울어진 각도는 상기 지그재그 형태의 선광원 양끝단을 잊는 가상의 직선에 대해 θ의 각도를 갖도록 배치함으로써 직선형태의 선광원과 동일한 역할을 하게 된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 변형예로서 2D 모드와 3D 모드 구현이 가능하 도록 한 것에 특징이 있는 3D 영상 구현 액정표시장치에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치의 개략적인 단면도이다. 동일한 구성요소에 대해서는 제 1 실시예에 부여된 도면부호에 100을 더하여 부여하였다.
도면을 참조하면 그 구성에 있어서는 전술한 제 1 실시예와 유사한 것을 알 수 있다. 차별점이 있는 것은 선광원의 이격간격이다.
제 1 실시예의 변형예의 경우, ②식으로 나타낸 d2의 값을 그 이격간격으로 하여 다수의 제 1 선광원(215a, 215b)이 배치되며, 상기 첫 번째 제 1 선광원(215a)과 이와 이웃한 제 1 선광원(215b)(두번째 제 1 선광원이라 칭함) 사이의 이격영역마다 상기 제 1 선광원(215a, 215b)과 평행하게 제 2 선광원(217)을 더욱 구성한 것을 특징으로 한다. 이때 상기 첫 번째 제 1 선광원(215a)과 이와 이웃한 두 번째 제 1 선광원(215b) 사이에 배치되는 제 2 선광원(217)은 도면에서는 1개가 배치된 것으로 도시되었지만, 2개 또는 3개가 될 수도 있다. 이때 상기 첫 번째 제 1 선광원(215a)과 이와 이웃한 두번째 제 1 선광원(215b) 및 이들 사이에 위치한 제 2 선광원(217)은 동일한 이격간격을 갖도록 상기 제 2 선광원(217)이 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 제 2 선광원(217)에 있어 그 폭은 상기 제 1 선광원(215a, 215b)의 폭과 같거나 또는 더 큰 폭을 가져도 된다.
이렇게 ②식에 의해 구해지는 이격간격(d2)을 가지고 배치되는 상기 제 1 선광원(215a, 215b) 이외에 이들 제 1 선광원(215a, 215b) 사이에 제 2 선광원(217)이 더욱 형성되면, 상기 제 2 선광원(217)에 의해 원칙적으로는 좌안 또는 우안에 보여지지 않아야 할 픽셀의 영상정보가 상기 추가된 제 2 선광원(217)으로부터 출사된 빛에 의해 상기 좌안 또는 우안에 입사됨으로써 3D 영상이 깨지게 된다. 따라서 이 경우 액정패널(210)에 있어서 좌안 및 우안용 픽셀의 구별없이 일반적인 2D 구현을 위한 영상신호를 입력함으로써 2D 영상을 시청할 수 있다.
이때 상기 추가되는 상기 제 2 선광원(217)에 대해서는 이를 모두 전기적으로 연결하며 전원의 온(on)/오프(off)가 가능하도록 스위치를 더욱 구성함으로써 필요에 따라 상기 제 2 선광원(217)을 사용자가 선택적으로 점멸함으로써 선택적으로 3D영상 또는 2D 영상의 시청이 가능하다.
<제 2 실시예>
전술한 제 1 실시예는 가장 단순하게 3D 영상 구현이 가능한 액정표시장치를 제공하고 있지만, 실질적으로 CCFL, EEFL과 같은 관형태로 이루어진 형광램프로는 픽셀의 단축피치보다 작은 폭을 가지며 적당한 이격간격을 가지며 배치된 선광원을 구성하는데 어려움이 있는 바, 선광원을 구성함에 많은 제한이 있는 실정이다.
본 발명의 제 2 실시예에서는 3D 구현 액정표시장치 광원의 형태에 관계없이 픽셀의 단축피치보다 작을 폭을 갖는 선광원을 적당한 이격간격을 갖도록 구성한 것을 특징으로 하는 3D 영상 구현 액정표시장치를 제안한다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 영상을 구현하는 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장 치(301)는 광원(313) 예를들면 CCFL, EEFL 등의 형광램프, LED, 면광원(Flat panel fluorescence light) 중에서 선택되는 하나의 광원(313)이 저면에 배치되고 있으며, 상기 광원(313) 위로 다수의 반원통형의 볼록부(352)를 갖는 렌즈(350) 예를들면 렌티큘라 렌즈가 구성되고 있다. 이때 상기 렌즈(350)는 상기 광원(313)과 상기 볼록부(352)가 마주하도록 배치되어 있는 것이 특징이다.
상기 다수의 반원통형의 볼록부(352)는 그 하부에 위치한 광원(313)으로부터 입사된 빛을 적당한 이격간격을 가지며 그 상부의 특정한 평면에 선광원(315) 형태로 출사시킨다. 이때 상기 특정한 평면은 상기 볼록부(352)를 통과한 빛이 정확히 모이는 초점면을 이루며, 본 발명의 경우 상기 볼록부(352)의 초점면에 산란특성을 갖는 산란시트(360)를 배치하고 그 상부로 소정의 이격간격(d1)을 가지며 액정패널(310)을 배치함을 특징으로 하고 있다.
상기 초점면으로 출사하는 빛은 상기 렌즈(렌티큘라 렌즈) 특성상 선광원(315) 형태를 가지며, 이때 상기 선광원(315)의 이격간격(d2)은 상기 렌즈(350)의 반원통형의 볼록부(352)의 피치에 의해 조절된다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 영상구현 액정표시장치(301)는 전술한 렌즈(350)에 의해 그 하부에 위치한 광원(313)의 타입 또는 광원(313)의 이격간격이 3D 영상구현을 위한 요소로서 크게 작용하지 않게 된다.
한편, 상기 렌즈(350)의 초점면에 산란시트(360)를 구성하는 이유는, 렌즈(350)의 초점면에 형성되는 선광원(315)은 상기 렌즈(350)를 통해 구현된 빛이 되므로 방향성을 갖게되며, 따라서 이러한 렌즈(350)를 통과하여 출사되어 상기 렌 즈(350)의 초점면에 방향성을 가지며 선 형태로 출사된 빛을 상기 초점면에서 일반적인 램프 타입의 광원과 같이 방향성 없는 즉 모든 방향으로 동일한 빛을 출사시키는 특성을 갖는 선광원(315)을 만들기 위함이다.
이러한 구성을 갖는 제 2 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치(301)에 있어서도 상기 렌즈(350)를 통해 구현된 선광원(315)을 상기 액정패널(310)의 픽셀의 장축방향에 대해 전술한 ①식에 의한 소정의 각도(θ)를 갖도록 구성함으로써 3D 영상을 구현할 수 있다. 이 경우 상기 픽셀의 장축방향을 기준으로 한 상기 선광원(315)의 기울어진 각도는 상기 렌즈(350)의 반원통형의 볼록부(352)의 길이방향의 상기 픽셀 장축방향에 대한 위치로 결정되는 바, 실질적으로 상기 픽셀 장축방향(미도시)을 기준으로 상기 렌즈(352)의 반원통형의 볼록부(352)를 소정의 각도(θ)를 갖도록 배치함으로써 조절할 수 있다.
그 외의 3D 영상 구현을 위한 조건은 상기 산란시트(360) 상에 구현된 선광원(315)을 기준으로 하면 전술한 제 1 실시예와 동일하다. 상기 선광원(315)이 구현된 상기 산란시트(360)와 액정패널(310)간의 이격거리가 제 1 실시예에 나타낸 ③식의 선광원과 액정패널간의 간격 d1이 되며, 상기 산란시트(360) 상의 구현된 선광원(315)간의 이격간격은 ②식으로 표현되는 d2가 되며 액정패널(310) 내의 픽셀(p)의 단축피치는 Pa, 3D 영상 시청을 위한 액정패널(310)과 사용자 간의 최소거리는 A, 그리고 뷰 포인트간 간격은 E(미도시)가 된다.
본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1a 및 1b는 종래의 패러랙스 배리어 방식의 3차원 영상구현 액정표시장치를 나타내 개념도로서 도 1a는 간략한 분해사시도이며, 도 1b는 도 1a를 화살표로 나타낸 최상부에서 바라본 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치의 개략적인 개념도로서 도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치를 간략히 나타낸 분해사시도이며, 도 2b는 도 2a를 화살표가 나타내는 최상부에서 바라본 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치에 있어서 액정패널과 선광원을 정면에서 바라본 평면도.
도 4a 및 도 4b는 각각 7개 및 6개의 뷰 포인트를 갖는 본 발명에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치 각각의 7, 6개 뷰 포인트별 3D 영상이 보여지는 픽셀의 배치예를 도시한 도면.
도 5는 비교예로서 선광원이 픽셀의 장축방향과 평행하게 배치된 경우, 뷰 포인트별 3D 영상이 보여지는 픽셀의 배치예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 영상 구현 액정표시장치에 있어 3D 영상 구현 원리를 나타낸 개념도.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 제 1 실시예에 따른 3D 구현 액정표시장치의 선광원의 형태를 간략히 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따른 3D 구현 액정표시장치의 개략 적인 단면도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 영상을 구현하는 액정표시장치의 개략적인 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 3D 영상구현 액정표시장치 110 : 액정패널
115 : 선광원 120 : 흡수판
P : 픽셀 Pa : 픽셀단축
Pb : 픽셀장축 x : 픽셀단축방향
y : 픽셀장축방향

Claims (15)

  1. n개의 뷰 포인트를 가지며, 그 뷰 포인트간 이격간격이 E, 3D 영상 시청 가능한 최소거리(액정패널과 사용자간의 최소거리)가 A인 3D 영상 구현 액정표시장치에 있어서,
    Pa의 단축피치를 갖는 다수의 픽셀이 형성된 액정패널과;
    상기 액정패널의 일면에 대응하여 상기 액정패널로부터 수직하게
    Figure 112013070659218-pat00032
    의 식으로 표시되는 d1의 거리만큼 이격한 평면상에
    Figure 112013070659218-pat00033
    의 식으로 표시되는 d2의 이격간격을 가지며, 상기 픽셀의 장축방향으로 그 길이방향을 가지며 상기 픽셀의 장축에 대해 제 1 각도만큼 기울어진 것을 특징으로 하는 다수의 제 1 선광원
    을 포함하는 3D 영상 구현 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 픽셀의 장축방향에 대해 상기 다수의 제 1 선광원 각각의 기울어진 각도인 상기 제 1 각도는,
    Figure 112013070659218-pat00034
    (단 M, N은 자연수, Pb는 상기 픽셀의 장축피치)
    의 식으로 표시되는 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 선광원은 직선형태 또는 지그재그 형태인 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지그재그 형태를 갖는 다수의 제 1 선광원 각각의 상기 픽셀의 장축방향에 대해 기울어진 상기 제 1 각도는 상기 지그재그 형태의 제 1 선광원 양 끝단을 연결하는 직선을 기준으로 하는 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 선광원 각각은 그 폭이 상기 픽셀의 단축피치와 같거나 또는 작은 값을 갖는 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 선광원 간의 이격영역에는 상기 제 1 선광원과 나란하게 다수의 제 2 선광원이 더욱 구성된 3D 영상 구현 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 선광원을 사용자가 선택적으로 점멸 가능하도록 다수의 제 2 선광원 전체에 연결된 스위치가 더욱 구성된 3D 영상 구현 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 선광원이 구성된 평면을 기준으로 상기 액정패널과 대향하는 면에는 상기 다수의 제 1 선광원으로부터 나온 빛의 반사를 방기하기 위한 흡수판이 더욱 구성된 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 선광원은 직접 빛을 발생시키는 CCFL, EEFL 등의 형광램프 또는 다수의 LED로 형성된 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 선광원은,
    직접 빛을 발생시키는 광원과;
    상기 광원과 마주하는 다수의 반원통의 볼록부를 가지며, 상기 다수의 볼록부의 길이방향이 상기 픽셀의 장축방향에 대해 상기 제 1 각도만큼 기울어져 배치된 렌즈를 통해 구현된 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 픽셀의 장축방향에 대해 상기 반원통의 볼록부의 길이방향의 기울어진 각도인 상기 제 1 각도는,
    Figure 112013070659218-pat00035
    (단 M, N은 자연수, Pb는 상기 픽셀의 장축피치)
    의 식으로 표시되는 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광원은, CCFL, EEFL 등의 형광램프 또는 다수의 LED 또는 FFL(flat panel fluorescence light) 중 선택된 하나로 이루어진 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 액정패널과 렌즈 사이에는 상기 볼록부의 초점면에 산란시트가 더욱 구성된 3D 영상 구현 액정표시장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 렌즈와 마주하는 상기 광원의 배면에는 흡수판이 더욱 구성된 3D 영상 구현 액정표시장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 선광원의 이격간격은 상기 렌즈의 볼록부의 이격간격에 의해 조절되는 것이 특징인 3D 영상 구현 액정표시장치.
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