KR101798239B1 - 입체영상 표시장치와 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치와 그 구동방법에 관한 것이다. 본 발명의 입체영상 표시장치는 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터 어레이가 형성되는 상부 기판과 TFT 어레이가 형성되는 하부 기판을 포함하는 표시패널; 상기 표시패널의 상부 기판상에 부착되는 상부 편광판; 상기 표시패널의 하부 기판상에 부착되는 하부 편광판; 상기 표시패널의 기수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제1 원편광만을 통과시키는 제1 리타더와 상기 표시패널의 우수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제2 원편광만을 통과시키는 제2 리타더를 포함하는 패턴 리타더; 및 상기 상부 편광판과 상기 패턴 리타더 사이에 형성되고, 2D 모드에서 상기 상부 편광판으로부터의 빛을 그대로 통과시키는 투과모드로 구현되며, 3D 모드에서 상기 상부 편광판으로부터의 빛 중에 상기 제1 리타더와 상기 제2 리타더의 경계부를 통과하는 빛을 차단하는 편광모드로 구현되는 액티브 편광판을 구비한다.

Description

입체영상 표시장치와 그 구동방법{STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치와 그 구동방법에 관한 것이다.
입체영상 표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique) 또는 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)을 이용하여 입체영상을 표시한다. 양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경방식과 무안경방식으로 나뉘어질 수 있다. 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꿔서 표시하고 편광 안경을 사용하여 입체영상을 구현하는 패턴 리타더 방식이 있다. 또한, 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상을 시분할하여 표시하고 액정셔터안경을 사용하여 입체영상을 구현하는 셔터안경 방식이 있다. 무안경방식은 일반적으로 패럴렉스 배리어, 렌티큘러 렌즈 등의 광학판을 사용하여 좌우시차 영상의 광축을 분리하여 입체영상을 구현한다.
도 1은 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치는 표시패널(DIS) 상에 배치된 패턴 리타더(Patterned Retarder)(PR)의 편광특성과, 사용자가 착용한 편광 안경(PG)의 편광특성을 이용하여 입체영상을 구현한다. 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치는 표시패널(DIS)의 기수(홀수) 라인들에는 좌안 영상을 표시하고, 우수(짝수) 라인들에는 우안 영상을 표시한다. 표시패널(DIS)의 좌안 영상은 패턴 리타더(PR)를 통과하면 좌안 편광으로 변환되고, 우안 영상은 패턴 리타더(PR)를 통과하면 우안 편광으로 변환된다. 편광 안경(PG)의 좌안 편광필터는 좌안 편광만을 통과시키고, 우안 편광필터는 우안 편광만을 통과시킨다. 따라서, 사용자는 좌안을 통하여 좌안 영상만을 보게 되고, 우안을 통하여 우안 영상만을 보게 된다.
도 1과 같은 패턴 리타더 방식의 입체영상 표시장치는 입체영상 시청시 상하 시야각을 넓히기 위하여 패턴 리타더(PR)에 블랙 스트라이프(Black Stripe)를 형성한다. 하지만, 이러한 블랙 스트라이프로 인하여 입체영상 표시장치의 2D 휘도가 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은 2D 휘도 저하를 방지할 수 있는 입체영상 표시장치와 그 구동방법을 제공한다.
본 발명의 입체영상 표시장치는 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터 어레이가 형성되는 상부 기판과 TFT 어레이가 형성되는 하부 기판을 포함하는 표시패널; 상기 표시패널의 상부 기판상에 부착되는 상부 편광판; 상기 표시패널의 하부 기판상에 부착되는 하부 편광판; 상기 표시패널의 기수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제1 원편광만을 통과시키는 제1 리타더와 상기 표시패널의 우수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제2 원편광만을 통과시키는 제2 리타더를 포함하는 패턴 리타더; 및 상기 상부 편광판과 상기 패턴 리타더 사이에 형성되고, 2D 모드에서 상기 상부 편광판으로부터의 빛을 그대로 통과시키는 투과모드로 구현되며, 3D 모드에서 상기 상부 편광판으로부터의 빛 중에 상기 제1 리타더와 상기 제2 리타더의 경계부를 통과하는 빛을 차단하는 편광모드로 구현되는 액티브 편광판을 구비한다.
본 발명의 입체영상 표시장치의 구동방법은 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터 어레이가 형성되는 상부 기판과 TFT 어레이가 형성되는 하부 기판을 포함하는 표시패널; 상기 표시패널의 상부 기판상에 부착되는 상부 편광판; 상기 표시패널의 하부 기판상에 부착되는 하부 편광판; 상기 표시패널의 기수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제1 원편광만을 통과시키는 제1 리타더와 상기 표시패널의 우수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제2 원편광만을 통과시키는 제2 리타더를 포함하는 패턴 리타더를 포함하는 입체영상 표시장치에 있어서, 2D 모드인지 3D 모드인지를 판단하는 단계; 상기 3D 모드인 경우 상기 상부 편광판과 상기 패턴 리타더 사이에 형성된 액티브 편광판을 상기 상부 편광판으로부터의 빛 중에 상기 제1 리타더와 상기 제2 리타더의 경계부를 통과하는 빛을 차단하는 편광모드로 구현하는 단계; 및 상기 2D 모드인 경우 상기 액티브 편광판을 상기 상부 편광판으로부터의 빛을 그대로 통과시키는 투과모드로 구현하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상부 기판에 부착된 상부 편광판과 패턴 리타더 사이에 액티브 편광판을 부착하고, 3D 모드에서만 액티브 편광판의 광투과축을 상부 편광판의 광투과축과 직교되도록 제어하여 블랙 스트라이프 패턴을 형성한다. 그 결과, 본 발명은 2D 휘도 저하를 방지할 수 있으므로, 2D 영상의 품질을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 3D 모드에서 블랙 스트라이프를 형성할 수 있으므로, 입체영상 시청시 상하 시야각을 넓힐 수 있다.
도 1은 패턴 리타더 방식으로 입체영상을 구현하는 입체영상 표시장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 표시패널, 패턴 리타더, 액티브 편광판, 상부 편광판, 하부 편광판, 및 편광 안경을 보여주는 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액티브 편광판을 상세히 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 4의 도전성 폴리머와 전해질층의 전해액의 화학 반응을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액티브 편광판을 상세히 보여주는 단면도이다.
도 7은 2D 모드에서 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 보여주는 단면도이다.
도 8은 3D 모드에서 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 구동방법을 보여주는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소들의 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 명칭과는 상이할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 3은 표시패널, 패턴 리타더, 액티브 편광판, 상부 편광판, 하부 편광판, 및 편광 안경을 보여주는 분해 사시도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 입체영상 표시장치는 표시패널(10), 편광 안경(20), 게이트 구동부(110), 데이터 구동부(120), 액티브 편광판 구동부(130), 타이밍 컨트롤러(140), 및 호스트 시스템(150) 등을 포함한다. 본 발명의 입체영상 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시소자(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광다이오드 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED) 등의 평판 표시소자로 구현될 수 있다. 본 발명은 아래의 실시예에서 액정표시소자를 중심으로 예시하였지만, 액정표시소자에 한정되지 않는 것에 주의하여야 한다.
표시패널(10)은 타이밍 컨트롤러(140)의 제어 하에 영상을 표시한다. 표시패널(10)은 두 장의 기판 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(10)의 기판은 글래스(Glass), 플라스틱(Plastic), 또는 필름(Film)으로 구현될 수 있다. 표시패널(10)의 기판이 플라스틱(Plastic)으로 구현되는 경우, 표시패널(10)의 기판은 폴리 카보네이트(Poly Carbonate, PC), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthalate, PET), 또는 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methl Methacrylate, PMMA) 등으로 형성될 수 있다.
표시패널(10)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터, 공통전극 등을 포함하는 컬러필터 어레이가 형성된다. 표시패널(10)의 하부 기판에는 데이터 라인(D)들과 게이트 라인(G)들(또는 스캔 라인들)이 상호 교차되도록 형성되고, 데이터 라인(D)들과 게이트 라인(G)들에 의해 정의된 셀영역들에 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 TFT 어레이가 형성된다. 표시패널(10)의 픽셀들 각각은 박막 트랜지스터에 접속되어 화소전극과 공통전극 사이의 전계에 의해 구동된다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 기판상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부 기판상에 형성된다. 표시패널(10)의 액정모드는 전술한 TN 모드, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드뿐 아니라 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있다.
표시패널(10)은 대표적으로 백라이트 유닛으로부터의 빛을 변조하는 투과형 액정표시패널이 선택될 수 있다. 백라이트 유닛은 백라이트 유닛 구동부로부터 공급되는 구동전류에 따라 점등하는 광원, 도광판(또는 확산판), 다수의 광학시트 등을 포함한다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛, 또는 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛의 광원들은 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode) 중 어느 하나의 광원 또는 두 종류 이상의 광원들을 포함할 수 있다.
백라이트 유닛 구동부는 백라이트 유닛의 광원들을 점등시키기 위한 구동전류를 발생한다. 백라이트 유닛 구동부는 백라이트 제어부의 제어 하에 광원들에 공급되는 구동전류를 온/오프(ON/OFF)한다. 백라이트 제어부는 호스트 시스템(150)으로부터 입력되는 글로벌/로컬 디밍신호(DIM)에 따라 백라이트 휘도와 점등 타이밍을 조정한 백라이트 제어 데이터를 SPI(Serial Pheripheral Interface) 데이터 포맷으로 백라이트 유닛 구동부에 출력한다.
도 3을 참조하면, 표시패널(10)의 상부 기판상에는 상부 편광판(11a)이 부착되고, 하부 기판상에는 하부 편광판(11b)이 부착된다. 상부 편광판(11a)의 광투과축(r1)과 하부 편광판(11b)의 광투과축(r2)은 직교된다. 또한, 상부 기판과 하부 기판에는 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정층의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다. 상부 편광판(11a)상에는 액티브 편광판(40)이 부착되고, 액티브 편광판(40)상에는 패턴 리타더(30)가 부착된다.
패턴 리타더(30)의 기수 라인에는 제1 리타더(31)가 형성되고, 우수 라인에는 제2 리타더(32)가 형성된다. 따라서, 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들은 패턴 리타더(30)의 기수 라인에 형성되는 제1 리타더(31)와 대향되고, 표시패널(10)의 우수 라인의 픽셀들은 패턴 리타더(30)의 우수 라인에 형성되는 제2 리타더(32)와 대향된다.
제1 리타더(31)는 표시패널(10)로부터의 빛의 위상값을 +λ/4(λ는 빛의 파장) 만큼 지연시킨다. 제2 리타더(32)는 표시패널(10)로부터의 빛의 위상값을 -λ/4 만큼 지연시킨다. 제1 리타더(31)의 광축(optic axis)(r3)과 제2 리타더(32)의 광축(r4)은 서로 직교된다. 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31)는 제1 원편광(좌원편광)만을 통과시키도록 구현될 수 있다. 제2 리타더(32)는 제2 원편광(우원편광)만을 통과시키도록 구현될 수 있다.
편광 안경(20)의 좌안 편광필터는 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31)와 동일한 광축을 가진다. 편광 안경(20)의 우안 편광필터는 패턴 리타더(30)의 제2 리타더(32)와 동일한 광축을 가진다. 예를 들어, 편광 안경(20)의 좌안 편광필터는 좌원편광 필터로 선택될 수 있고, 편광 안경(20)의 우안 편광필터는 우원편광 필터로 선택될 수 있다. 사용자는 3D 영상을 감상할 때 편광 안경을 쓰고, 2D 영상을 감상할 때 편광 안경을 벗어야 한다.
2D 모드에서, 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들과 우수 라인의 픽셀들은 2D 영상을 표시한다. 3D 모드에서, 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들은 단안 영상(좌안 영상)을 표시하고 우수 라인의 픽셀들은 또 다른 단안 영상(우안 영상)을 표시한다. 3D 모드에서, 표시패널(10)의 기수 라인의 픽셀들에 표시되는 좌안 영상은 제1 리타더(31)를 통과하여 제1 원편광으로 변환되고, 우수 라인의 픽셀들에 표시되는 우안 영상은 제2 리타더(32)를 통과하여 제2 원편광으로 변환된다. 제1 원편광은 편광 안경(20)의 좌안 편광필터를 통과하여 사용자의 좌안에 도달하게 되고, 제2 원편광은 편광 안경(20)의 우안 편광필터를 통과하여 사용자의 우안에 도달하게 된다. 따라서, 사용자는 좌안을 통하여 좌안 영상만을 보게 되고, 우안을 통하여 우안 영상만을 보게 된다.
액티브 편광판(40)은 2D 모드에서 투과모드로 동작하고, 3D 모드에서 편광모드로 동작하도록 제어된다. 액티브 편광판(40)은 투과모드의 경우 어떠한 광투과축도 형성하지 않는다. 따라서, 액티브 편광판(40)은 투과모드에서 상부 편광판(11a)을 통과한 빛을 그대로 통과시킨다. 액티브 편광판(40)은 편광모드의 경우 상부 편광판(11a)의 광투과축(r1)과 직교되는 광투과축(r3)을 형성한다. 액티브 편광판(40)의 광투과축(r3)은 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31)와 제2 리타더(32)의 경계부에 형성되어 상부 편광판(11a)을 통과한 빛 중 일부를 차단한다. 즉, 액티브 편광판(40)의 광투과축(r3)은 기수 라인의 픽셀들에 표시되는 좌안 영상 중 제2 리타더(32)로 입사되는 빛을 차단하고, 우수 라인의 픽셀들의 우안 영상 중 제1 리타더(31)로 입사되는 빛을 차단한다. 결국, 액티브 편광판(40)은 편광모드에서 상부 편광판(11a)을 통과한 빛 중 일부를 차단하는 블랙 스트라이프(Black Stripe)로서 역할을 한다. 액티브 편광판(40)에 대한 자세한 설명은 도 4 내지 도 8을 결부하여 후술한다.
데이터 구동부(120)는 다수의 소스 드라이브 IC를 포함한다. 소스 드라이브 IC들은 타이밍 컨트롤러(140)로부터 입력되는 영상 데이터(RGB)를 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 아날로그 데이터전압들을 발생한다. 소스 드라이브 IC들로부터 출력되는 정극성/부극성 아날로그 데이터전압들은 표시패널(10)의 데이터 라인(D)들에 공급된다.
게이트 구동부(110)는 타이밍 컨트롤러(140)의 제어 하에 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스를 표시패널(10)의 게이트 라인(G)들에 순차적으로 공급한다. 게이트 구동부(110)는 쉬프트 레지스터, 쉬프트 레지스터의 출력신호를 액정셀의 TFT 구동에 적합한 스윙폭으로 변환하기 위한 레벨 쉬프터, 및 출력 버퍼 등을 각각 포함하는 다수의 게이트 드라이브 집적회로들로 구성될 수 있다. 또는, 게이트 구동부(110)는 GIP(Gate Drive IC in Panel) 방식으로 표시패널(10)의 하부 기판상에 직접 형성될 수도 있다. GIP 방식의 경우, 레벨 쉬프터는 PCB(Printed Circuit Board)상에 실장되고, 쉬프트 레지스터는 표시패널(10)의 하부 기판상에 형성될 수 있다.
액티브 편광판 구동부(130)는 타이밍 컨트롤러(140)의 제어 하에 액티브 편광판(40)에 기준 전압과 구동 전압을 공급한다. 액티브 편광판 구동부(130)는 타이밍 컨트롤러(140)로부터 입력되는 모드 신호(MODE)에 따라 2D 모드인지 또는 3D 모드인지를 판단할 수 있다. 액티브 편광판 구동부(130)는 2D 모드에서 액티브 편광판(40)이 투과모드로 구현될 수 있도록 기준 전압과 구동 전압을 공급한다. 액티브 편광판 구동부(130)는 3D 모드에서 액티브 편광판(40)이 편광모드로 구현될 수 있도록 기준 전압과 구동 전압을 공급한다. 액티브 편광판 구동부(130)가 공급하는 기준 전압과 구동 전압에 대하여는 도 4 내지 도 8을 결부하여 후술한다.
타이밍 컨트롤러(140)는 호스트 시스템(150)으로부터 출력된 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)과 모드신호(MODE)에 기초하여 게이트 구동부 제어신호를 게이트 구동부(110)로 출력하고, 데이터 구동부 제어신호를 데이터 구동부(120)로 출력한다. 게이트 구동부 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 및 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 첫 번째 게이트 펄스의 타이밍을 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 게이트 구동부(110)의 출력 타이밍을 제어한다.
데이터 구동부 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE), 극성제어신호(POL) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동부(120)의 데이터 샘플링 시작 시점을 제어한다. 소스 샘플링 클럭은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 데이터 구동부(120)의 샘플링 동작을 제어하는 클럭신호이다. 데이터 구동부(120)에 입력될 디지털 비디오 데이터가 mini LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스 규격으로 전송된다면, 소스 스타트 펄스(SSP)와 소스 샘플링 클럭(SSC)은 생략될 수 있다. 극성제어신호(POL)는 데이터 구동부(120)로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 L(L은 자연수) 수평기간 주기로 반전시킨다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 데이터 구동부(120)의 출력 타이밍을 제어한다.
호스트 시스템(150)은 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 영상 데이터(RGB)를 타이밍 컨트롤러(140)에 공급한다. 또한, 호스트 시스템(150)은 타이밍신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)과 모드신호(MODE) 등을 타이밍 컨트롤러(140)에 공급한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액티브 편광판을 상세히 보여주는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액티브 편광판(40)은 제1 기판(41), 제1 투명전극(42), 도전성 폴리머(Conductive Polymer)(43), 전해질층(44), 제2 투명전극(45), 제2 기판(46), 및 스페이서(47) 등을 포함한다.
제1 기판(41)과 제2 기판(46)은 글래스(Glass), 플라스틱(Plastic), 또는 필름(Film)으로 구현될 수 있다. 제1 기판(41)상에는 제1 투명전극(42)이 형성되고, 제2 기판(46)상에는 제2 투명전극(45)이 형성된다. 제1 투명전극(42)과 제2 투명전극(45)은 ITO(Indium Tin Oxide), 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 제1 투명전극(42)상에는 도전성 폴리머(43)가 형성된다. 도전성 폴리머(43)는 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31)와 제2 리타더(32) 사이의 영역에 소정의 폭을 갖도록 형성된다. 도전성 폴리머(43)의 폭에 대한 자세한 설명은 도 7을 결부하여 후술한다. 제1 투명전극(42)과 제2 투명전극(45) 사이에는 전해액(Electrolyte)이 충진되는 전해질층(44)이 형성된다. 스페이서(47)는 전해질층(44)에 전해액이 충진될 수 있도록 제1 기판(41)과 제2 기판(46) 간의 갭(gap)을 유지한다.
액티브 편광판 구동부(130)는 제1 투명전극(42)에 구동 전압을 공급하고, 제2 투명전극(45)에 기준 전압을 공급한다. 액티브 편광판 구동부(130)는 2D 모드에서 기준 전압보다 높은 전위를 갖는 구동 전압을 공급하고, 3D 모드에서 기준 전압보다 낮은 전위를 갖는 구동 전압을 공급한다. 도전성 폴리머(43)는 2D 모드 및 3D 모드에 따라 제1 투명전극(42)에 공급된 구동 전압과 제2 투명전극(45)에 공급된 기준 전압이 다르므로, 2D 모드와 3D 모드에서 서로 다른 특성을 갖는다. 즉, 도전성 폴리머(43)는 2D 모드에서 빛을 그대로 투과하고, 3D 모드에서 상부 편광판(11a)의 광투과축(r1)과 직교되는 광투과축(r3)을 형성하여 빛을 차단한다. 즉, 도전성 폴리머(43)는 2D 모드에서 투과모드로 기능하고, 3D 모드에서 편광모드로 기능한다. 이를 위해, 도전성 폴리머(43)는 나노 격자(nano grating)가 형성된 P3HT(Poly(3-hexylthiophene)로 구현될 수 있다. 이때, 나노 격자는 3D 모드에서 광흡수축으로 기능하므로, 상부 편광판(11a)의 광흡수축과 직교되는 방향으로 형성될 수 있다. 나노 격자는 나노 패턴된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 몰드를 이용하여 P3HT상에 패터닝되는 방법으로 형성될 수 있다.
전해질층(44)에 충진되는 전해액은 아세토니트릴(Acetonitrile)에 LiClO4(Lithium Perchlorate)을 혼합한 용액으로 구현될 수 있다. LiClO4의 ClO4 - 이온은 2D 모드 및 3D 모드에서 액티브 편광판 구동부(130)로부터 공급되는 기준 전압과 구동 전압에 따라 P3HT의 P3HT+ 이온과 도 5와 같이 산화환원 반응을 한다. 도 5를 참조하면, 기준 전압보다 높은 전위의 구동 전압이 제1 투명기판(42)에 공급되는 2D 모드의 경우, LiClO4의 ClO4 - 이온은 P3HT의 P3HT+ 이온과 결합함으로써, 도전성 폴리머(43)가 투과모드로 기능할 수 있게 한다. 또한, 기준 전압보다 낮은 전위의 구동 전압이 제1 투명기판(42)에 공급되는 3D 모드의 경우, ClO4 - 이온은 중립적인(neutral) 상태를 가짐으로써, 도전성 폴리머(43)가 편광모드로 기능할 수 있게 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액티브 편광판을 상세히 보여주는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액티브 편광판(40)은 제1 기판(41), 제1 투명전극(42), 도전성 폴리머(Conductive Polymer)(43), 전해질층(44), 제2 투명전극(45), 제2 기판(46), 및 스페이서(47) 등을 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액티브 편광판(40)은 도 4를 결부하여 이미 앞에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 액티브 편광판(40)과 같다. 다만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액티브 편광판(40)의 제1 투명전극(42)이 제1 기판(41)상에 전체적으로 형성되고, 제2 투명전극(45)이 제2 기판(46)상에 전체적으로 형성됨에 비해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액티브 편광판(40)의 제1 투명전극(42)과 제2 투명전극(45)은 도전성 폴리머(43)가 형성되는 영역에만 형성된다. 또한, 본 발명의 제2 실시예의 변형으로, 제1 투명전극(42)은 도전성 폴리머(43)가 형성되는 영역에만 형성되고, 제2 투명전극(45)은 제2 기판(46)상에 전체적으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 투명전극(42)은 제1 기판(41)상에 전체적으로 형성되고, 제2 투명전극(43)은 도전성 폴리머(43)가 형성되는 영역에만 형성될 수도 있다.
도 7은 2D 모드에서 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 보여주는 단면도이다. 도 8은 3D 모드에서 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 보여주는 단면도이다. 이하에서, 도 7 및 도 8을 결부하여 2D 모드 및 3D 모드에서 액티브 편광판(40)의 동작을 상세히 살펴본다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 표시패널(10)은 상부 편광판(11a)이 부착되는 상부 기판(12a), 하부 편광판(11b)이 부착되는 하부 기판(12b), 상부 기판(12a)과 하부 기판(12b) 사이에 형성된 액정층(13) 등을 포함한다. 상부 기판(12a)의 상부 편광판(11a)이 부착된 면과 반대되는 면에는 블랙 매트릭스(14)와 기수 라인 컬러필터(15a)와 우수 라인 컬러필터(15b)가 형성된다. 기수 라인 컬러필터(15a)는 기수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되고, 우수 라인 컬러필터(15b)는 우수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성된다. 하부 기판(12b)의 하부 편광판(11b)이 부착되는 면과 반대되는 면에는 TFT 어레이(도시되지 않음)가 형성된다. 상부 편광판(11a)상에는 액티브 편광판(40)이 부착되고, 액티브 편광판(40)상에는 패턴 리타더(30)가 부착된다. 이때, 액티브 편광판(40)에서 블랙 스트라이프로서 역할을 하는 도전성 폴리머(43)가 블랙 매트릭스(14)와 대향되는 위치에 배치되도록 액티브 편광판(40)을 정렬한 후, 상부 편광판(11a)상에 부착하여야 한다. 또한, 제1 리타더(31)와 제2 리타더(32) 사이에 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)가 배치되도록 패턴 리타더(30)를 정렬한 후, 액티브 편광판(40)상에 부착하여야 한다.
도 7을 참조하면, 액티브 편광판 구동부(130)는 2D 모드에서 액티브 편광판(40)이 투과모드로 기능하도록 기준 전압과 그보다 높은 전위의 구동 전압을 공급한다. 이 경우, 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)는 상부 편광판(11a)을 통과한 빛을 그대로 투과시킨다. 따라서, 본 발명의 입체영상 표시장치는 2D 모드에서 블랙 스트라이프로 인한 휘도 손실이 없으므로, 2D 휘도 저하를 방지할 수 있고 2D 영상의 품질을 높일 수 있다.
도 8을 참조하면, 액티브 편광판 구동부(130)는 3D 모드에서 액티브 편광판(40)이 편광모드로 기능하도록 기준 전압과 그보다 낮은 전위의 구동 전압을 공급한다. 이 경우, 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)는 상부 편광판(11a)의 광투과축(r1)과 직교되도록 광투과축(r3)을 형성한다. 따라서, 상부 편광판(11a)을 통과한 빛 중 일부는 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)에 의해 차단된다. 그러므로, 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)는 3D 모드에서 블랙 스트라이프로 역할을 하게 된다.
본 발명의 실시예에서 액티브 편광판 구동부(130)는 2D 모드에서 기준 전압과 그보다 높은 전위의 구동 전압을 공급하고, 3D 모드에서 기준 전압과 그보다 낮은 전위의 구동 전압을 공급한다. 예를 들어, 액티브 편광판 구동부(130)는 2D 모드에서 기준 전압을 0V, 구동 전압을 2V로 공급하고, 3D 모드에서 기준 전압을 0V, 구동 전압을 -2V로 공급할 수 있다. 이는 하나의 실시예에 불과하므로 상기 기준 전압과 구동 전압은 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 액티브 편광판 구동부(130)이 공급하는 기준 전압과 구동 전압은 사전 실험에 의해 미리 결정될 수 있고, 전해질층(44)에 충진되는 전해액, 도전성 폴리머(43)의 재료 등에 따라 달라질 수 있음에 유의하여야 한다.
한편, 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)는 3D 모드에서 블랙 스트라이프(Black Stripe) 역할을 하기 때문에, 도전성 폴리머(43)의 폭(W1)을 얼마로 형성하여야 하는지가 중요하다. 도전성 폴리머(43)의 폭(W1)이 너무 큰 경우 3D 휘도가 낮아지므로 3D 영상의 품질이 저하될 수 있고, 도전성 폴리머(43)의 폭(W1)이 너무 작은 경우 도전성 폴리머(43)가 블랙 스트라이프로서 제대로 역할을 할 수가 없기 때문이다. 이하에서, 도전성 폴리머(43)의 폭(W1)을 구하는 방법을 상세히 살펴본다.
백라이트 유닛의 광원으로부터 출사될 수 있는 최대 출광각도를 α라고 할 때, 우수 컬러필터(15b)로부터 출사되는 빛 중에서 최대 출광각도(α)로 제1 리타더(31)에 입사되는 빛(L1)에 의해 정의되는 tanα는 수학식 1과 같다.
Figure 112011053935551-pat00001
수학식 1을 참조하면, 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)의 폭(W1)은 블랙 매트릭스(14)로부터 액티브 편광판(40)까지의 거리(S), 블랙 매트릭스(14)의 폭(W2), 패턴 리타더(30)의 제1 및 제2 리타더(31, 32)의 피치(P1), 최대 출광각도(α), 및 3D 크로스토크 보정치(C/T)에 의해 결정될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 구동방법을 보여주는 흐름도이다. 이하에서, 도 3, 도 4, 도 6, 및 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 액티브 편광판(40)의 구동방법을 상세히 설명한다.
첫 번째로, 액티브 편광판 구동부(130)는 타이밍 컨트롤러(140)로부터 모드 신호(MODE)를 입력받는다. 액티브 편광판 구동부(130)는 호스트 시스템(150)으로부터 모드 신호(MODE)를 직접 입력받을 수도 있다. 액티브 편광판 구동부(130)는 모드 신호(MODE)에 따라 2D 모드인지 3D 모드를 판단한다. (S101)
두 번째로, 액티브 편광판 구동부(130)는 3D 모드인 경우 액티브 편광판(40)이 편광모드로 구현되도록 기준 전압과 그보다 낮은 구동 전압을 공급한다. 그 결과, 3D 모드에서 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)는 상부 편광판(11a)의 광투과축(r1)과 직교되도록 광투과축(r3)을 형성한다. 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)는 블랙 매트릭스(14)와 대향되는 영역, 즉 패턴 리타더(30)의 제1 리타더(31)와 제2 리타더(32)의 경계부에 형성된다. 따라서, 기수 라인의 픽셀들에 표시되는 좌안 영상의 빛 중 제2 리타더(32)로 입사되는 빛과 우수 라인의 픽셀들에 표시되는 우안 영상의 빛 중 제1 리타더(31)로 입사되는 빛은 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)에 의해 차단된다. 그러므로, 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)는 3D 모드에서 블랙 스트라이프로 역할을 하게 된다. 결국, 본 발명의 입체영상 표시장치는 3D 모드에서 블랙 스트라이프로 인해 상하 시야각을 넓힐 수 있다. (S102)
세 번째로, 액티브 편광판 구동부(130)는 2D 모드인 경우 액티브 편광판(40)이 투과모드로 구현되도록 기준 전압과 그보다 높은 구동 전압을 공급한다. 그 결과, 2D 모드에서 액티브 편광판(40)의 도전성 폴리머(43)는 어떠한 광투과축도 형성하지 않고, 상부 편광판(11a)을 통과한 빛을 그대로 투과시킨다. 따라서, 본 발명의 입체영상 표시장치는 2D 모드에서 블랙 스트라이프로 인한 휘도 손실이 없으므로, 2D 휘도 저하를 방지할 수 있고 2D 영상의 품질을 높일 수 있다. (S103)
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 상부 기판에 부착된 상부 편광판과 패턴 리타더 사이에 액티브 편광판을 부착하고, 3D 모드에서만 액티브 편광판의 광투과축을 상부 편광판의 광투과축과 직교되도록 제어하여 블랙 스트라이프 패턴을 형성한다. 그 결과, 본 발명은 2D 모드에서 2D 휘도 저하를 방지할 수 있으므로, 2D 영상의 품질을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 3D 모드에서 블랙 스트라이프를 형성할 수 있으므로, 입체영상 시청시 상하 시야각을 넓힐 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 표시패널 11a: 상부 편광판
11b: 하부 편광판 12a: 상부 기판
12b: 하부 기판 13: 액정층
14: 블랙 매트릭스 15a: 기수 컬러필터
15b: 우수 컬러필터 20: 편광안경
30: 패턴 리타더 31: 제1 리타더
32: 제2 리타더 40: 액티브 편광판
41: 제1 기판 42: 제1 투명전극
43: 도전성 폴리머 44: 전해질층
45: 제2 투명전극 46: 제2 투명기판
47: 스페이서 110: 게이트 구동부
120: 데이터 구동부 130: 액티브 편광판 구동부
140: 타이밍 컨트롤러 150: 호스트 시스템

Claims (8)

  1. 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터 어레이가 형성되는 상부 기판과 TFT 어레이가 형성되는 하부 기판을 포함하는 표시패널;
    상기 표시패널의 상부 기판상에 부착되는 상부 편광판;
    상기 표시패널의 하부 기판상에 부착되는 하부 편광판;
    상기 표시패널의 기수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제1 원편광만을 통과시키는 제1 리타더와 상기 표시패널의 우수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제2 원편광만을 통과시키는 제2 리타더를 포함하는 패턴 리타더; 및
    상기 상부 편광판과 상기 패턴 리타더 사이에 형성되고, 2D 모드에서 상기 상부 편광판으로부터의 빛을 그대로 통과시키는 투과모드로 구현되며, 3D 모드에서 상기 상부 편광판으로부터의 빛 중에 상기 제1 리타더와 상기 제2 리타더의 경계부를 통과하는 빛을 차단하는 편광모드로 구현되는 액티브 편광판을 구비하고,
    상기 액티브 편광판은,
    타이밍 컨트롤러로부터 입력된 모드 신호(MODE)에 따라 2D 모드인지 또는 3D 모드인지를 판단하여 판단된 모드에 따라 상기 액티브 편광판이 상기 투과모드 또는 상기 편광모드 중 어느 하나로 구현될 수 있도록 기준 전압과 구동 전압을 공급하는 액티브 편광판 구동부를 포함하는 입체영상 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 편광판은,
    제1 기판과 제2 기판;
    상기 제1 기판상에 형성되고 구동 전압이 공급되는 제1 투명전극;
    상기 제2 기판상에 형성되는 기준 전압이 공급되는 제2 투명전극;
    상기 제1 투명전극상에 상기 블랙 매트릭스와 대향되는 영역에 소정의 폭을 갖도록 형성되고, 상기 2D 모드에서 어떠한 광투과축을 형성하지 않으며, 상기 3D 모드에서 상기 상부 편광판의 광투과축과 직교하는 광투과축을 형성하는 도전성 폴리머; 및
    상기 제1 투명전극과 제2 투명전극 사이에 형성되고, 상기 도전성 폴리머와 화학반응을 하는 전해액을 포함하는 전해질층을 구비하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 2D 모드에서 상기 기준 전압보다 높은 전위를 갖는 상기 구동 전압을 상기 액티브 편광판에 공급하고, 상기 3D 모드에서 상기 기준 전압보다 낮은 전위를 갖는 상기 구동 전압을 상기 액티브 편광판에 공급하는 액티브 편광판 구동부를 더 포함하는 입체영상 표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 투명전극 및/또는 제2 투명전극은 상기 도전성 폴리머가 형성되는 영역에만 형성된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전성 폴리머는 P3HT{Poly(3-hexylthiophene)}인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도전성 폴리머에는 나노 격자가 형성되고,
    상기 나노 격자는 상기 상부 편광판의 광흡수축과 직교되는 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 전해액은 아세토니트릴(Acetonitrile)에 LiClO4(Lithium Perchlorate)을 혼합한 용액인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  8. 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러필터 어레이가 형성되는 상부 기판과 TFT 어레이가 형성되는 하부 기판을 포함하는 표시패널; 상기 표시패널의 상부 기판상에 부착되는 상부 편광판; 상기 표시패널의 하부 기판상에 부착되는 하부 편광판; 상기 표시패널의 기수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제1 원편광만을 통과시키는 제1 리타더와 상기 표시패널의 우수 라인의 픽셀들에 대향되도록 형성되어 제2 원편광만을 통과시키는 제2 리타더를 포함하는 패턴 리타더를 포함하는 입체영상 표시장치에 있어서,
    2D 모드인지 3D 모드인지를 판단하는 단계;
    상기 3D 모드인 경우 상기 상부 편광판과 상기 패턴 리타더 사이에 형성된 액티브 편광판을 상기 상부 편광판으로부터의 빛 중에 상기 제1 리타더와 상기 제2 리타더의 경계부를 통과하는 빛을 차단하는 편광모드로 구현하는 단계; 및
    상기 2D 모드인 경우 상기 액티브 편광판을 상기 상부 편광판으로부터의 빛을 그대로 통과시키는 투과모드로 구현하는 단계를 포함하고,
    상기 액티브 편광판은, 타이밍 컨트롤러로부터 입력된 모드 신호(MODE)에 따라 2D 모드인지 또는 3D 모드인지를 판단하여 판단된 모드에 따라 상기 액티브 편광판이 상기 투과모드 또는 상기 편광모드 중 어느 하나로 구현될 수 있도록 기준 전압과 구동 전압을 공급하는 액티브 편광판 구동부를 포함하는 입체영상 표시장치의 구동방법.
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