KR101832266B1 - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

입체 영상 표시 장치가 개시된다. 개시된 입체 영상 표시 장치는 백라이트 유닛에서의 광을 변조하여 화상의 계조를 형성하는 화상 패널의 출사면 쪽에 배치되어 화상 패널에서 출사된 광을 적어도 2개의 시역으로 분리하는 전기 습윤 렌즈 유닛을 포함하며, 전기 습윤 렌즈는 화상 패널의 복수의 화소에 대응되게 배열된 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들과, 제1 전기 습윤 렌즈들과 마주보는 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들을 포함하며, 적어도 두 개의 제1 전기 습윤 렌즈들과 한 개의 제2 전기 습윤 렌즈가 서로 마주보게 배열된다.

Description

입체 영상 표시 장치{3D image display apparatus}
본 개시는 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무안경식 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
최근 평판 패널 디스플레이 시장이 포화되면서 평판 패널 디스플레이 산업은 새로운 활로를 모색하고 있다. 그 중에 하나로 입체 영상 표시 장치가 차세대 평판 패널 디스플레이 산업의 주류 응용기기로 관심을 받고 있다. 현재, 영화관 및 최근 상품화 되고 있는 평판 패널 디스플레이 기반의 TV 제품을 중심으로, 대부분이 안경을 사용하는 방식을 사용하고 있다. 하지만, 일반 TV 및 모바일 용도로 안경을 사용하는 것에 대하여 아직 시장에서 긍정적이지 않으며, 시청자의 편이성을 고려한 무안경 방식에 대한 기술들이 검토 및 개발되고 있는 실정이다.
무안경 입체 영상 표시(autostereoscopy) 방식에서도 기존 패널 및 콘텐츠와의 호환을 위하여, 2차원 영상과 3차원 영상의 전환이 필요한데, 안경을 사용하지 않으므로, 디스플레이 패널상에 전환 장치가 마련된다.
새로운 방식의 시역분리 구조를 지닌 무안경 방식의 입체 영상 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 한 측면에 따르는 입체 영상 표시 장치는 광을 조명하는 백라이트 유닛; 백라이트 유닛에서의 광을 화상 정보에 따라 변조하여 화상의 계조를 형성하는 복수의 화소를 포함하는 화상 패널; 화상 패널의 복수의 화소에 대응되게 배열된 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들과, 제1 전기 습윤 렌즈들과 마주보는 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들을 포함하며, 적어도 두 개의 제1 전기 습윤 렌즈들과 한 개의 제2 전기 습윤 렌즈가 서로 마주보게 배열된 전기 습윤 렌즈 유닛; 및 3차원 영상 표시 모드에서 전기 습윤 렌즈 유닛이 화상 패널에서 출사된 광을 적어도 2개의 시역으로 분리하도록 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어하는 제어부;를 포함한다.
제어부는 3차원 영상 표시 모드에서 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들의 광출사면의 초점과 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들의 광입사면의 초점은 동일한 초점 평면상에 위치하는 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어할 수 있다.
적어도 두 개의 제1 전기 습윤 렌즈들은 수평 방향으로 인접하게 배열된 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈들일 수 있다.
제어부는 3차원 영상 표시 모드에서 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈들 중 일 제1 전기 습윤 렌즈를 경유한 광이 제1 시역으로 향하고 다른 제1 전기 습윤 렌즈를 경유한 광은 제1 시역과 다른 제2 시역으로 향하도록 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어하며, 화상 패널은 일 제1 전기 습윤 렌즈들에 대응되는 화소열에 제1 시역에 대응되는 시점의 화상을 표시하고 다른 제1 전기 습윤 렌즈들에 대응되는 화소열에 제2 시역에 대응되는 시점의 화상을 표시할 수 있다.
제어부는 3차원 영상 표시 모드에서 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈들 중 일 제1 전기 습윤 렌즈를 경유한 광이 시순차적으로 서로 다른 제1 시역들로 향하고 다른 제1 전기 습윤 렌즈를 경유한 광은 시순차적으로 서로 다른 제2 시역들로 향하도록 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어하며, 제1 시역들과 제2 시역들은 서로 다른 시역들이며, 화상 패널은 다시점의 화상들을 2시점씩 시순차적으로 표시할 수 있다. 이때 제1 시역들과 제2 시역들은 상호간에 시청자의 양안 사이의 거리(예를 들어, 대략 6.5 cm)만큼 이격되거나, 그보다 작은 거리만큼 이격될 수 있다. 또는 제1 시역들과 제2 시역들의 상호간의 거리가 시청자의 단안의 동공 크기보다 작은 초다시점을 이룰 수도 있다.
제어부는 2차원 영상 표시 모드에서 화상 패널에서 출사된 광이 시역분리 없이 출사되도록 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부는 2차원 영상 표시 모드에서 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들과 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들이 무한 초점이 되도록 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 전기 습윤 렌즈 유닛을 3차원 영상 표시 모드와 2차원 영상 표시 모드에서 선택적으로 제어할 수 있을 것이다.
복수의 제1 전기 습윤 렌즈들은 제1 기판, 제1 기판상에 마련된 격자 형상의 제1 측벽, 제1 측벽 안에 마련된 제1 매질, 및 제1 측벽에 마련된 제1 전극 구조;를 포함할 수 있다. 또한 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들은 제1 기판에 이격되어 배치된 제2 기판, 제2 기판상에 마련된 격자 형상의 제2 측벽, 제2 측벽 안에 마련된 제2 매질, 및 제1 측벽에 마련된 제1 전극 구조를 포함할 수 있다. 이때 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들과 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들 사이에는 제1 및 제2 매질에 혼합되지 않는 투명한 바탕 매질이 채워진다.
제1 전극 구조는 제1 측벽의 수평 방향으로 대향되는 양면에 마련되는 제1 전극들을 포함하며, 제2 전극 구조는 제2 측벽의 수평 방향으로 대형되는 양면에 마련되는 제2 전극들을 포함할 수 있다.
제1 전극들에는 공통의 제1 전원이 인가되고, 제2 전극들에는 공통의 제2 전원이 인가될 수 있다.
제1 매질은 컬러 염료가 포함된 오일계 용액이거나, 컬러 안료가 포함된 수용액일 수 있다.
복수의 제1 전기 습윤 렌즈들은 적색 전기 습윤 렌즈, 녹색 전기 습윤 렌즈, 및 청색 전기 습윤 렌즈를 포함하며, 화상 패널은 컬러 필터를 포함하지 않을 수 있다. 또는, 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들은 투명한 전기 습윤 렌즈이며, 화상 패널은 컬러 필터를 더 포함할 수도 있다.
백라이트 유닛은 평향광을 조명하는 광원일 수 있다.
측벽은 광을 차단하는 흑색 물질로 형성될 수 있다.
화상 패널은 액정 패널일 수 있다.
시청자의 위치를 검출하는 센서가 더 마련되고, 제어부는 3차원 영상 표시 모드에서 센서에서 검출된 시청자의 위치 정보에 기초하여 전기 습윤 렌즈 유닛의 시역분리를 제어할 수 있다.
경유하는 광을 산란시키는 산란 상태와 경유하는 광을 산란없이 투과시키는 투명 상태 사이에 전환이 가능한 가변 디퓨저 유닛이 더 마련되고, 제어부는 가변 디퓨저 유닛이 3차원 영상 표시 모드에서 투명 상태가 되고, 2차원 영상 표시 모드에서 산란 상태가 되도록 가변 디퓨저 유닛을 제어할 수 있다. 이때, 가변 디퓨저 유닛은 고분자 분산 액정 패널일 수 있다.
개시된 실시예에 의한 입체 영상 표시 장치는 정해진 해상도로 많은 시역을 형성할 수 있으며, 3차원 영상 표시와 2차원 영상 표시의 전환을 용이하게 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 3차원 영상을 표시할 때 요구되는 광학 조건(예를 들어, 협시야각 및 사용자의 위치에 따른 빛의 경로 조정, 등)과 2차원 영상을 표시할 때 요구되는 광학 조건(예를 들어, 광시야각, 고해상도, 등)을 용이하게 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 A 영역을 확대한 것으로 전기 습윤 렌즈 유닛의 개략적인 구조를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 전기 습윤 렌즈 유닛의 동작을 도시한다.
도 4는 도 1의 입체 영상 표시 장치의 변형예를 도시한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 8은 도 7의 입체 영상 표시 장치가 2차원 영상을 표시하는 동작을 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(100)의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 입체 영상 표시 장치(100)는 백라이트 유닛(110), 화상 패널(130), 전기 습윤 렌즈 유닛(150), 및 제어부(190)를 포함한다.
백라이트 유닛(110)은 화상 패널(130)의 배면에 배치되어 화상 패널(130)에 평행광(collimated light)을 조명한다. 이러한 백라이트 유닛(110)은 공지된 콜리메이트 면광원이 채용될 수 있다. 일 예로, 백라이트 유닛(110)은 광원(111)과 광원(111)에서 조명되는 광을 가이드하여 평행광속으로 출사시키는 도광판(115)을 포함할 수 있다. 도광판(115)의 출사면에는 평행광속의 광으로 정형하는 패턴이 형성되거나 광학필름이 부착되어 있을 수 있다.
화상 패널(130)은 그레이 스케일의 화상을 형성하는 유닛이다. 예를 들어, 화상 패널(130)은 제1 기판(131), 액정층(135) 및 제2 기판(139)을 포함하는 액정 패널일 수 있다. 액정층(135)은 복수의 액정셀이 2차원 행렬구조로 배열되어, 백라이트 유닛(110)으로부터 입사된 광(L1, L2)을 화상 정보에 따라 변조하여 계조를 갖는 화상을 형성한다. 제1 기판(131)의 상면에는 액정층(135)에 전압을 인가하는 투명한 화소전극(미도시)과 화소회로(미도시)가 마련되고, 제2 기판(139)의 하면에는 투명한 공통전극(미도시)이 마련될 수 있다. 이러한 제1 기판(131), 액정층(135), 및 제2 기판(139)은 공지의 액정 패널에서 컬러 필터를 제외한 구성이 될 수 있다. 화상 패널(130)은, 입체 영상을 표시할 때는, 예를 들어 홀수열의 화소들은 좌안용 영상을 표시하고 짝수열의 화소들은 우안용 영상을 표시할 수 있다.
전기 습윤 렌즈 유닛(150)은 화상 패널(130)의 출사면(즉, 전면)측에 배치되며, 화상 패널(130)을 경유한 광(L1, L2)을 서로 다른 시역(viewing zones)으로 굴절시켜 시역분리하는 장치이다. 전기 습윤 렌즈 유닛(150)은 제1 기판(151)과 제2 기판(159) 사이에 봉지되어 있는 복수의 제1 및 제2 전기 습윤 렌즈들(152, 154)을 포함한다. 제1 및 제2 전기 습윤 렌즈들(152, 154) 각각은 공지된 전기 습윤(electromwetting)의 원리를 이용한 가변초점 렌즈일 수 있다. 제1 전기 습윤 렌즈들(152)은 제1 기판(151) 상에 배열되며, 제2 전기 습윤 렌즈들(154)은 제2 기판(159) 상에 배열된다.
제1 전기 습윤 렌즈들(152)은 화상 패널(130)의 화소들과 일대일(1:1)로 대응되게 배치될 수 있다. 즉, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)은 2차원 행렬구조로 배열될 수 있다. 제1 측벽(153)은 화소들을 구획하는 격자 형상으로 제1 기판(151)상에 형성되며, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)은 제1 측벽(153)에 의해 화소별로 분리될 수 있다.
제1 측벽(153)은 광을 차단하는 흑색 물질로 형성되어, 이웃하는 제1 전기 습윤 렌즈들(152)끼리 경유하는 광이 겹쳐지지 않게 하는 블랙 매트릭스(black matrix)로 기능하여, 크로스토크(crosstalk)를 방지할 수 있다. 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 입사되는 광은 평행 광속이므로, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 마련된 제1 측벽(153)이 블랙 매트릭스로 기능하더라도, 빛의 확산에 의한 블랙 매트릭스 폭의 증가(즉, 개구율의 감소) 문제는 발생되지 않는다. 통상적인 수직 렌티큘러 렌즈 어레이를 이용한 입체 영상 표시 장치는, 화상 패널상에 마련된 블랙 매트릭스가 렌티큘러 렌즈 어레이에 의해 확대되어 특정 시야각에서 검은 띠가 나타나는 현상이 있는데, 본 실시예의 입체 영상 표시 장치는 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 마련된 제1 측벽(253)이 블랙 매트릭스의 기능을 수행하므로, 검은 띠와 같은 현상이 없다.
제2 전기 습윤 렌즈들(154)은, 연직방향에 수직한 면(yz 평면)에서 보았을 때, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)과 일대이(1:2)로 대응되게 배열된다. 즉, 도 2에 도시되듯이, 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈(152L, 152R)와 하나의 제2 전기 습윤 렌즈(154)가 서로 마주보며 배치되며, 이때 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈(152L, 152R)은 수평방향으로 인접한 좌우 한쌍이다. 제2 측벽(155)은 격자 형상으로 제2 기판(159)상에 형성되며, 제2 전기 습윤 렌즈들(154) 각각은 제2 측벽(155)에 의해 분리될 수 있다.
나아가, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)은 적색, 녹색, 및 청색 전기 습윤 렌즈들(152R, 152G, 152B)로 이루어져, 컬러 필터로 기능할 수 있다. 제1 전기 습윤 렌즈(152)의 어레이가 컬러 필터로 기능함에 따라 화상 패널(130) 상에 별도의 컬러 필터가 요구되지 않는다. 이와 같이 컬러 필터가 제거됨에 따라, 종래의 화상 패널의 제조에 있어서 요구되었던 상하 기판의 정렬 등의 공정이 생략되어, 공정 단순화에 의해 제품 수율과 비용절감이 가능할 수 있다.
도 2는 도 1의 A 영역을 확대한 것으로 전기 습윤 렌즈 유닛(150)의 개략적인 구조를 도시한다. 도 2를 참조하면, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)과 제2 전기 습윤 렌즈들(154) 사이의 공간에는 바탕 매질(156)이 채워져 있다. 제1 전기 습윤 렌즈들(152)과 제2 전기 습윤 렌즈들(154)을 이루는 렌즈 매질과 바탕 매질(156)은 서로 혼합되지 않으며, 굴절률이 다르며, 전기전도도가 상이한 용액이다. 예를 들어, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)과 제2 전기 습윤 렌즈들(154)을 이루는 렌즈 매질은 오일계 용액이며, 바탕 매질(156)은 렌즈 매질과 섞이지 않는 투명한 수용액일 수 있다. 경우에 따라서는 바탕 매질(156)이 투명한 오일계 용액이며, 렌즈 매질은 수용액일 수도 있다. 나아가, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)은 적색, 녹색 및 청색의 컬러를 구현하기 위하여, 컬러 염료나 컬러 안료가 포함될 수 있다.
제1 전기 습윤 렌즈들(152)을 구획하는 제1 측벽(153)의 ±y 방향의 양쪽 면에는 제1 전극(157)이 마련된다. 즉, 제1 전기 습윤 렌즈(152)를 둘러싸는 제1 측벽(153)에서 ±y 방향쪽 면에 제1 전극(157)이 마련된다. 또한, 제2 전기 습윤 렌즈들(154)을 구획하는 제2 측벽(155)의 ±y 방향의 양쪽 면에도 제2 전극(158)이 마련된다. 제1 및 제2 전극(157, 158)의 표면에는 절연층(미도시)이 도포되어 있을 수 있으며, 이러한 절연층은 소수성 재질로 형성되거나, 그 표면에 소수성막(미도시)이 더 도포되어 소수성을 갖도록 할 수 있다. 제1 전극(157)에는 공통의 제1 전원(V1)이 인가되며, 제2 전극(158)에는 공통의 제2 전원(V2)이 인가될 수 있다.
다음으로 도 1, 도 2 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)를 포함하는 입체 영상 표시 장치(100)의 동작을 설명한다.
제1 전극들(157)에 공통의 제1 전원(V1)이 인가되면, 제1 전극들(157) 사이에 위치하는 제1 전기 습윤 렌즈들(152)은 전기 습윤 현상에 의하여 변형된다. 전술한 바와 같이, 제1 전극들(157)이 제1 측벽(153)의 ±y 방향의 양쪽 면에 마련되므로, 인가되는 제1 전원(V1)에 의해 제1 전기 습윤 렌즈들(152)은 연직방향(x 방향)으로 세워진 반원통형의 형상을 갖게 된다. 마찬가지로, 제2 전극들(158) 역시 제2 측벽(155)의 ±y 방향의 양쪽 면에 마련되므로, 제2 전극들(158)에 공통의 제2 전원(V2)이 인가되면, 제2 전기 습윤 렌즈들(154)은 연직방향(x 방향)으로 세워진 반원통형의 형상을 갖게 된다.
제1 및 제2 전기 습윤 렌즈들(152, 154)의 곡면은 제1 및 제2 전원(V1, V2)의 세기에 의해 각각 제어될 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시되듯이, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)의 광출사면쪽 초점과 제2 전기 습윤 렌즈들(154)의 광입사면쪽 초점이 동일한 초점 평면(P1, P2, P3)에 놓이도록 제어된다. 제1 전기 습윤 렌즈들(152)의 광출사면쪽 초점(F1, F2, F3)은 제1 전기 습윤 렌즈들(152)에 평행광속(collimated light flux)의 광(L1, L2)이 입사되었을 때 초점이 맺히는 지점이다. 마찬가지로, 제2 전기 습윤 렌즈들(154)의 광입사면쪽 초점을 발광원점으로 하는 광(L1, L2)은 제2 전기 습윤 렌즈들(154)에서 굴절되어 평행광속이 된다. 따라서, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)의 광출사면쪽 초점과 제2 전기 습윤 렌즈들(154)의 광입사면쪽 초점이 동일한 초점 평면(P1, P2, P3)에 놓이게 되면, 제1 전기 습윤 렌즈들(152)에 입사한 평행광속의 광(L1, L2)은 제2 전기 습윤 렌즈들(154)에서 평행광속인 상태로 출사되게 된다.
또한, 제2 전기 습윤 렌즈들(154)의 광입사면쪽 초점 평면(P1, P2, P3) 상의 서로 다른 위치를 발광 원점으로 하는 광(L1, L2)은 제2 전기 습윤 렌즈들(154)에서 서로 다른 방향으로 출사된다. 따라서, 하나의 제2 전기 습윤 렌즈(154)와 마주보는 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈(152L, 152R) 중에서 좌측의 제1 전기 습윤 렌즈(152L)에 수직 입사한 평행광속의 광(L1)이 제2 전기 습윤 렌즈(154)에서 출사하여 일 방향으로 진행하게 되면, 우측의 제1 전기 습윤 렌즈(152R)에 수직 입사한 평행광속의 광(L2)은 제2 전기 습윤 렌즈(154)에서 출사하여 광(L1)의 진행 방향과 다른 방향으로 진행하게 된다.
초점 평면(P1, P2, P3)의 위치 역시 제1 및 제2 전원(V1, V2)의 세기에 의해 제어될 수 있다. 초점 평면(P1, P2, P3)의 위치가 달라지면, 제2 전기 습윤 렌즈들(154)에서 출사하는 평행광속의 광(L1, L2)이 향하는 방향이 달라진다. 가령, 도 3a에 도시된 초점 평면(P1)에 비해 도 3b에 도시된 초점 평면(P2)은 제2 전기 습윤 렌즈(154)로부터 상대적으로 더 멀리 있는데, 도 3b에서의 제2 전기 습윤 렌즈들(154)에서 출사하는 평행광속의 광(L1, L2)의 사잇각(θ2)은 도 3a에서의 제2 전기 습윤 렌즈들(154)에서 출사하는 평행광속의 광(L1, L2)의 사잇각(θ1)에 비해 더 작게 된다. 또한, 도 3a에 도시된 초점 평면(P1)에 비해 도 3c에 도시된 초점 평면(P3)은 제2 전기 습윤 렌즈(154)로부터 상대적으로 더 가깝게 있는데, 도 3c에서의 제2 전기 습윤 렌즈들(154)에서 출사하는 평행광속의 광(L1, L2)의 사잇각(θ3)은 도 3a에서의 제2 전기 습윤 렌즈들(154)에서 출사하는 평행광속의 광(L1, L2)의 사잇각(θ1)에 비해 더 크게 된다. 따라서, 제어부(190)는, 초점 평면(P1, P2, P3)의 위치를 적절히 제어함으로써, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에서 출사하는 2개의 광(L1, L2)의 분리정도를 제어하여 2개의 광(L1, L2)이 각각 시청자의 좌안(EL)이 놓인 제1 시역(R1)과 우안(ER)이 놓인 제2 시역(R2)으로 향하도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 화상 패널(130)은 화소열들이 좌안용 영상과 우안용 영상을 동시에 표시할 수 있다. 즉, 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈(152L, 152R) 중 좌측의 제1 전기 습윤 렌즈들(152L)에 대응되는 화상 패널(130)의 화소열들은 좌안용 영상을 표시하고 우측의 제1 전기 습윤 렌즈들(152R)에 대응되는 화상 패널(130)의 화소열들은 우안용 영상을 표시할 수 있다. 이때, 좌안용 영상과 우안용 영상은 동일 물체(object)에 대해 양안 시차를 가지는 영상을 의미한다. 좌측의 제1 전기 습윤 렌즈들(152L)에 수직 입사한 평행광속의 광(L1)이 제2 전기 습윤 렌즈들(154)을 거쳐 시청자의 좌안(EL)에 입사하게 되면, 시청자는 좌안(EL)을 통하여 좌안용 영상을 인식하게 된다. 또한, 우측의 제1 전기 습윤 렌즈들(152R)에 수직 입사한 평행광속의 광(L2)이 제2 전기 습윤 렌즈들(154)을 거쳐 시청자의 우안(ER)에 입사하게 되면, 시청자는 우안(ER)을 통하여 우안용 영상을 인식하게 된다. 이에 따라 시청자는 양안 시차를 갖는 영상을 양안(EL, ER)을 통해 봄으로써 입체 영상을 인식하게 된다.
본 실시예의 입체 영상 표시 장치(100)는 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 의해 제1 및 제2 시역(R1, R2)으로의 시역 분리가 이루어지므로, 시역 분리 과정에서 광손실이 없으며, 따라서 휘도가 통상적인 배리어(barrier) 방식의 입체 영상 표시 장치의 휘도에 비해 우위에 있다.
본 실시예는 제1 전기 습윤 렌즈(152)이 공통의 제1 전극(157)에 의해 구동되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 전기 습윤 렌즈(152)의 좌측에 마련된 제1 전극(157)과 우측에 마련된 제1 전극(157)이 서로 독립적으로 구동되도록 회로구성될 수 있으며, 이 경우 제1 전기 습윤 렌즈(152)는 좌우 비대칭적인 렌즈면을 형성하게 되어 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 의해 분리되는 광(L1, L2)의 방향을 좀 더 자유롭게 조절할 수 있을 것이다. 마찬가지로 제2 전기 습윤 렌즈(154)의 좌측에 마련된 제2 전극(158)과 우측에 마련된 제2 전극(158) 역시 서로 독립적으로 구동되도록 회로구성될 수도 있을 것이다.
본 실시예의 입체 영상 표시 장치(100)는, 입체 영상을 표시하는 경우를 설명하고 있으나, 2차원 영상도 선택적으로 표시할 수 있는 2차원 영상 및 3차원 영상 겸용 표시 장치일 수도 있다. 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 전원이 인가되지 아니하면, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 전기 습윤 현상이 발생되지 아니하므로, 제1 및 제2 전기 습윤 렌즈들(152, 154)은 곡면의 렌즈 형상을 유지 하지 않고 평평한 형상의 상태로 있게 된다 (도 8 참조). 즉, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 전원이 인가되지 아니하면, 제1 및 제2 전기 습윤 렌즈들(152, 154)은 곡률이 실질적으로 영(zero)이 되어 무한 초점을 가질 수 있다. 이 경우, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)은 입사되는 광(L1, L2)을 시역분리하지 않고 그대로 출사시키게 된다. 이와 같이 전기 습윤 렌즈 유닛(150)가 시역분리하는 동작을 수행하지 않는 상태에서, 화상 패널(130)의 모든 화소들이 일 시점의 영상을 표시하게 되면, 입체 영상 표시 장치(100)는 실질적으로 2차원 영상을 표시하게 될 것이다. 이와 같은 2차원 영상 표시 모드는 3차원 영상 표시 모드에서 별도의 기구적 변환(mechanical transformation)없이 전기적 제어에 의해 용이하게 이루어질 수 있다.
본 실시예의 입체 영상 표시 장치(100)는, 하나의 제2 전기 습윤 렌즈(154)와 마주보는 제1 전기 습윤 렌즈들(152)이 한 쌍인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 하나의 제2 전기 습윤 렌즈(154)와 마주보는 제1 전기 습윤 렌즈들(152)이 셋 이상일 수 있으며, 이 경우의 전기 습윤 렌즈 유닛(150)은 동시에 셋 이상으로 시역들을 분리할 수 있을 것이다.
도 4는 전술한 실시예의 변형예에 따른 입체 영상 표시 장치(100')를 도시한다. 도 4를 참조하면, 본 변형예의 입체 영상 표시 장치(100')는 복수의 시역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6)을 제공하는 다시점 표시 장치로서, 백라이트 유닛(110), 화상 패널(130) 및 전기 습윤 렌즈 유닛(15)은 전술한 실시예의 입체 영상 표시 장치(100)와 실질적으로 동일하나, 이들을 제어하는 제어부(190')의 제어에 차이가 있다.
전술한 바와 같이 전기 습윤 렌즈 유닛(150)의 초점 평면(도 3a 내지 도 3c의 P1, P2, P3)의 위치를 제어함으로써, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에서 분리되는 광빔(L1, L2)의 진행방향을 조절할 수 있다. 따라서, 제어부(190')가 전기 습윤 렌즈 유닛(150)을 시순차적으로 제어함으로써, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에서 분리되는 광빔들(L1, L2)이 시순차적으로 다수의 시역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6)로 향하게 할 수 있다. 예를 들어, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)을 시순차적으로 제어함으로써, 좌측의 제1 전기 습윤 렌즈(152L)를 경유한 광(L1)은 시순차적으로 시역(R4), 시역(R5), 시역(R6)으로 향하게 하며, 우측의 제1 전기 습윤 렌즈(152R)를 경유한 광(L2)은 시순차적으로 시역(R3), 시역(R2), 시역(R1)으로 향하게 할 수 있을 것이다. 이 경우, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)을 경유한 광빔들(L1, L2)은 시역(R3, R4), 시역(R2, R5), 시역(R1, R6)의 순서로 진행하게 될 것이다. 또는, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)을 시순차적으로 제어함으로써, 좌측의 제1 전기 습윤 렌즈(152L)를 경유한 광(L1)은 시순차적으로 시역(R4), 시역(R5), 시역(R6)으로 향하게 하며, 우측의 제1 전기 습윤 렌즈(152R)를 경유한 광(L2)은 시순차적으로 시역(R1), 시역(R2), 시역(R3)으로 향하게 할 수도 있을 것이다. 이 경우, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)을 경유한 광빔들(L1, L2)은 시역(R1, R4), 시역(R2, R5), 시역(R3, R6)의 순서로 진행하게 될 것이다.
한편, 제어부(190')는 전기 습윤 렌즈 유닛(150)의 시순차 구동에 동기시켜 화상패널(130)이 다시점 영상들을 시순차적으로 표시하도록 제어할 수 있다. 다시점 영상들이란 2 이상의 시점(viewpoint)에서 보는 영상들을 의미한다. 이때, 화상패널(130)에서 표시되는 다시역 영상의 순서는 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에서 분리되는 시역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6)의 순서에 대응되게 정해질 수 있다. 예를 들어, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)이 시역(R3, R4), 시역(R2, R5), 시역(R1, R6)의 순서대로 시역분리를 할 경우, 화상패널(130)은 시역(R3, R4), 시역(R2, R5), 시역(R1, R6)에 대응되는 2시점의 영상을 순차적으로 표시하여 다시점 영상을 구현할 수 있다. 이때, 양안 거리만큼 이격된 시역들에 대응되는 2시점 영상은 양안 시차를 갖는 영상일 수 있다. 예를 들어, 시역 (R3, R4) 사이의 거리가 시청자의 좌안(EL)과 우안(ER) 사이의 거리, 즉 양안 거리인 경우, 시역 (R3, R4)에 대응되는 2시점 영상은 양안 시차를 가지는 영상일 수 있다.
상기와 같이, 화상 패널(130)과 전기 습윤 렌즈 유닛(150)이 서로 연동됨으로써, 다수의 시역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6) 각각에 다시점 영상들이 시순차적으로 표시된다. 이에 따라 시청자가 시역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6) 내에 위치하는 경우, 시청자의 좌안(EL)과 우안(ER)은 양안 시차를 갖는 영상을 각기 보게 됨에 따라 입체 영상을 인식하게 된다.
한편, 본 변형예에서 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 의해 분리되는 2 이상의 시역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6)은 상호간에 양안 거리만큼 이격된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 경우에 따라서는 2 이상의 시역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6)의 상호간의 거리는 양안 거리보다 작을 수 있다. 나아가, 2 이상의 시역들(R1, R2, R3, R4, R5, R6)의 상호간의 거리가 시청자의 단안의 동공 크기보다 작은 초다시점(super multi-view)을 구현할 수도 있을 것이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(200)의 구조를 개략적으로 도시한다. 도 5를 참조하면, 본 실시예의 입체 영상 표시 장치(200)는 도 1을 참조하여 설명한 입체 영상 표시 장치(100)에 덧붙여 시청자의 위치를 검출하는 센서(280)를 더 포함한다. 센서(280)는 시청자의 위치, 특히 시청자의 좌안(EL)과 우안(ER)의 위치를 검출하여 제어부(190)에 시청자의 위치정보를 전달한다. 제어부(190)는 센서(280)에서 전달받은 시청자의 위치정보를 기초로 전기 습윤 렌즈 유닛(150)을 제어하여, 광빔(L1, L2)이 시청자의 좌안(EL)과 우안(ER)으로 향하도록 할 수 있다. 이와 같이 센서(280)가 마련됨에 따라, 입체 영상 표시 장치(200)는 시청자의 위치에 능동적으로 대응하여 입체 영상을 표시할 수 있다.
나아가, 센서(280)는 시청자의 위치를 실시간으로 검출할 수 있으며, 따라서 제어부(190)는 전기 습윤 렌즈 유닛(150)을 실시간으로 제어하여 시청자의 움직임에 대응할 수도 있을 것이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(300)의 구조를 개략적으로 도시한다. 도 6을 참조하면, 전기 습윤 렌즈 유닛(350)의 제1 전기 습윤 렌즈들(352)은 무색의 투명 매질로 이루어지며, 그 대신에 화상패널(330)에 별도의 컬러 필터(337)가 마련될 수도 있다. 따라서, 화상패널(330)은 통상적인 컬러 화상패널을 그대로 채용할 수 있다. 이와 같이 본 실시예의 입체 영상 표시 장치(300)는 제1 전기 습윤 렌즈들(352)에 컬러 매질을 사용하는 대신에 컬러 필터(337)를 채용한다는 점을 제외하고는 도 1을 참조하여 설명한 입체 영상 표시 장치(100)와 실질적으로 동일하다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(400)의 구조를 개략적으로 도시하며, 도 8은 입체 영상 표시 장치(400)가 2차원 영상을 표시하는 경우를 도시한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 입체 영상 표시 장치(400)는 도 1을 참조하여 설명한 입체 영상 표시 장치(100)에 덧붙여 가변 디퓨저 유닛(470)를 더 포함한다.
가변 디퓨저 유닛(280)은 예를 들어, 공지된 고분자 분산 액정(Polymer Dispersed Liguid Crystal; PDLC) 패널일 수 있다. PDLC 패널은 투명 기판 사이에 고분자 분산형 액정에 블랙 염료(dye)를 혼합하여 구성한 PDLC층이 개재된 구조를 가진다. PDLC는 전기장이 인가되지 않은 상태에서는 폴리머와 액정의 유전율 차이에 의해 입사된 광을 산란시키는 산란 상태가 되며, 전기장이 인가된 상태에서는 전기장에 따라 정렬된 액정과 폴리머 사이의 유전율 차이가 줄어들어 투명하게 되어 광을 투과시키는 투명 상태가 된다.
다음으로 본 실시예의 입체 영상 표시 장치(400)의 동작을 설명한다. 본 실시예의 입체 영상 표시 장치(400)는 3차원 영상과 2차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있는 장치이다.
3차원 영상 표시 모드에서, 제어부(490)는 가변 디퓨저 유닛(470)가 입사광을 산란시키지 않는 투명 상태가 되도록 제어한다. 이 경우, 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에서 시역 분리된 광(L1, L2)은 산란없이 가변 디퓨저 유닛(470)을 통과하게 되므로, 3차원 영상 표시의 동작은 도 1을 참조하여 설명한 입체 영상 표시 장치(100)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 3차원 영상 표시 모드에서는 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 의해 협시야각의 시역분리가 이루어질 수 있다. 나아가, 도 5에서 설명한 바와 같은 센서(도 5의 280)를 더 포함하게 되면, 시청자의 위치에 따라 광경로를 능동적으로 제어할 수도 있다.
2차원 영상 표시시, 도 8을 참조하면, 제어부(490)는 화상 패널(130)의 모든 화소들은 일 시점의 영상을 표시하도록 화상 패널(130)을 제어한다. 또한, 제어부(490)는 제1 및 제2 전기 습윤 렌즈들(152, 154)의 곡률이 실질적으로 영(zero)이 되도록 전기 습윤 렌즈 유닛(150)을 제어한다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 전기 습윤 렌즈 유닛(150)에 전원을 인가하지 않으면, 전기 습윤 현상이 발생하지 아니하므로, 제1 및 제2 전기 습윤 렌즈들(152, 154)은 도 8에 도시되듯이 실질적으로 평평한 상태가 될 수 있다. 이에 따라 전기 습윤 렌즈 유닛(150)은 2차원 영상 표시시, 시역분리를 하지 않는다. 나아가 제어부(490)는 가변 디퓨저 유닛(470)가 입사광을 산란시키는 산란 상태가 되도록 가변 디퓨저 유닛(470)을 제어한다. 전술한 바와 같이, 백라이트 유닛(110)이 평행광속의 광을 출사시키므로, 화상 패널(130) 및 전기 습윤 렌즈 유닛(150)을 경유한 광은 고도의 지향성을 지니게 된다. 가변 디퓨저 유닛(470)은 이러한 지향성을 지닌 광을 산란시킴으로써, 2차원 영상을 표시할 때 광시야각이 확보될 수 있다. 이와 같이 별도의 가변 디퓨저 유닛(470)을 채용함으로써, 화상 패널(130)은 저가의 TN(twisted nematic) 액정 패널을 사용하더라도 광시야각을 확보할 수 있다. 또한, 2차원 영상 표시 모드에서 화상 패널(130)은 모든 화소들을 이용하여 일 시점의 영상만을 표시하므로, 화상 패널(130)이 갖는 해상도를 전부 이용할 수 있다.
전술한 본 발명인 입체 영상 표시 장치 및 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 100', 200, 300, 400: 입체 영상 표시 장치
110: 백라이트 유닛 130, 330: 화상 패널
150, 350: 전기 습윤 렌즈 유닛 152, 352: 제1 전기 습윤 렌즈
154: 제2 전기 습윤 렌즈 153, 155: 측벽
156: 매질 157, 158: 전극
190, 190', 290, 490: 제어부 280: 센서
337: 컬러 필터 470: 가변 디퓨저 유닛
ER: 우안 EL: 좌안
F1, F2, F3: 초점 L1, L2: 광
P1, P2, P3: 초점 평면 V1, V2: 전원장치

Claims (20)

  1. 광을 조명하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛에서의 광을 화상 정보에 따라 변조하여 화상의 계조를 형성하는 복수의 화소를 포함하는 화상 패널;
    상기 화상 패널의 복수의 화소에 대응되게 배열된 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들과, 상기 제1 전기 습윤 렌즈들과 마주보는 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들을 포함하며, 적어도 두 개의 제1 전기 습윤 렌즈들과 한 개의 제2 전기 습윤 렌즈는, 상기 적어도 두 개의 제1 전기 습윤 렌즈들을 경유한 광들이 상기 한 개의 제2 전기 습윤 렌즈를 향하도록 서로 마주보게 배열된 전기 습윤 렌즈 유닛; 및
    3차원 영상 표시 모드에서 상기 전기 습윤 렌즈 유닛이 상기 화상 패널에서 출사된 광을 적어도 2개의 시역으로 분리하도록 상기 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 3차원 영상 표시 모드에서 상기 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들의 광출사면의 초점과 상기 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들의 광입사면의 초점은 동일한 초점 평면상에 위치하는 상기 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어하는 입체 영상 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 제1 전기 습윤 렌즈들은 수평 방향으로 인접하게 배열된 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈들인 입체 영상 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는 3차원 영상 표시 모드에서 상기 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈들 중 일 제1 전기 습윤 렌즈를 경유한 광이 제1 시역으로 향하고 다른 제1 전기 습윤 렌즈를 경유한 광은 상기 제1 시역과 다른 제2 시역으로 향하도록 상기 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어하며,
    상기 화상 패널은 상기 일 제1 전기 습윤 렌즈들에 대응되는 화소열에 상기 제1 시역에 대응되는 시점의 화상을 표시하고 상기 다른 제1 전기 습윤 렌즈들에 대응되는 화소열에 상기 제2 시역에 대응되는 시점의 화상을 표시하는 입체 영상 표시 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는 3차원 영상 표시 모드에서 상기 한 쌍의 제1 전기 습윤 렌즈들 중 일 제1 전기 습윤 렌즈를 경유한 광이 시순차적으로 서로 다른 제1 시역들로 향하고 다른 제1 전기 습윤 렌즈를 경유한 광은 시순차적으로 서로 다른 제2 시역들로 향하도록 상기 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어하며, 상기 제1 시역들과 상기 제2 시역들은 서로 다른 시역들이며, 상기 화상 패널은 다시점의 화상들을 2시점씩 시순차적으로 표시하는 입체 영상 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 2차원 영상 표시 모드에서 상기 화상 패널에서 출사된 광이 시역분리 없이 출사되도록 상기 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어하는 입체 영상 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는 2차원 영상 표시 모드에서 상기 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들과 상기 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들이 무한 초점이 되도록 상기 전기 습윤 렌즈 유닛을 제어하는 입체 영상 표시 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기 습윤 렌즈 유닛을 3차원 영상 표시 모드와 2차원 영상 표시 모드에서 선택적으로 제어하는 입체 영상 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들은 제1 기판, 상기 제1 기판상에 마련된 격자 형상의 제1 측벽, 상기 제1 측벽 안에 마련된 제1 매질, 및 상기 제1 측벽에 마련된 제1 전극 구조;를 포함하며,
    상기 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들은 상기 제1 기판에 이격되어 배치된 제2 기판, 상기 제2 기판상에 마련된 격자 형상의 제2 측벽, 상기 제2 측벽 안에 마련된 제2 매질, 및 상기 제2 측벽에 마련된 제2 전극 구조를 포함하며,
    상기 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들과 상기 복수의 제2 전기 습윤 렌즈들 사이에는 상기 제1 및 제2 매질에 혼합되지 않는 투명한 바탕 매질이 채워진 입체 영상 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 전극 구조는 상기 제1 측벽의 수평 방향으로 대향되는 양면에 마련되는 제1 전극들을 포함하며, 상기 제2 전극 구조는 상기 제2 측벽의 수평 방향으로 대형되는 양면에 마련되는 제2 전극들을 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 전극들에는 공통의 제1 전원이 인가되고, 상기 제2 전극들에는 공통의 제2 전원이 인가되는 입체 영상 표시 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 매질은 컬러 염료가 포함된 오일계 용액이거나, 컬러 안료가 포함된 수용액인 입체 영상 표시 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들은 적색 전기 습윤 렌즈, 녹색 전기 습윤 렌즈, 및 청색 전기 습윤 렌즈를 포함하며, 상기 화상 패널은 컬러 필터를 포함하지 않는 입체 영상 표시 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전기 습윤 렌즈들은 투명한 전기 습윤 렌즈이며, 상기 화상 패널은 컬러 필터를 더 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 평향광을 조명하는 광원인 입체 영상 표시 장치.
  16. 제9 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 측벽은 광을 차단하는 흑색 물질로 형성되는 입체 영상 표시 장치.
  17. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화상 패널은 액정 패널인 입체 영상 표시 장치.
  18. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    시청자의 위치를 검출하는 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 3차원 영상 표시 모드에서 상기 센서에서 검출된 시청자의 위치 정보에 기초하여 상기 전기 습윤 렌즈 유닛의 시역분리를 제어하는 입체 영상 표시 장치.
  19. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    경유하는 광을 산란시키는 산란 상태와 경유하는 광을 산란없이 투과시키는 투명 상태 사이에 전환이 가능한 가변 디퓨저 유닛;을 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 가변 디퓨저 유닛이 3차원 영상 표시 모드에서 투명 상태가 되고, 2차원 영상 표시 모드에서 산란 상태가 되도록 상기 가변 디퓨저 유닛을 제어하는 입체 영상 표시 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 가변 디퓨저 유닛은 고분자 분산 액정 패널인 입체 영상 표시 장치.
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