KR102283145B1 - 디스플레이 패널과 입체 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시청 영역간의 휘도 편차를 줄여 무안경으로 고품질의 3D 영상을 시청할 수 있도록 하는 입체 영상 디스플레이 장치에 과한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 복수의 픽셀 영역이 배치된 제1 기판 및 소정 각도로 기울어져 상기 픽셀 영역의 개구 영역을 정의하는 복수의 개구부가 배치된 제2 기판을 포함하는 디스플레이 패널과, 소정 각도로 기울어진 복수의 렌티큘러 렌즈를 포함하여 상기 디스플레이 패널에 배치된 렌티큘러 렌즈 시트를 포함한다. 상기 디스플레이 패널을 구동시키는 구동 회로부를 포함하고, 상기 복수의 렌티큘러 렌즈는 제1 기울임 각도로 배치되고, 상기 복수의 개구부는 상기 제1 기울임 각도와 상이한 제2 기울임 각도로 배치되어 있다.

Description

디스플레이 패널과 입체 영상 디스플레이 장치{DISPLAY PANEL AND STEREOPSIS IMAGE DISPLAY DEVICE}

본 발명은 시청 영역간의 휘도 편차를 줄여 무안경으로 고품질의 3D 영상을 시청할 수 있도록 하는 디스플레이 패널과 입체 영상 디스플레이 장치에 과한 것이다.

최근 들어, 현장감 있고 실감나는 영상에 대한 사용자들의 요구가 증대됨에 따라 2차원(2D) 영상뿐만 아니라 3차원(3D) 영상을 표시할 수 있는 입체 영상 디스플레이 장치가 개발되고 있다.

2차원 영상 디스플레이 장치는 그 해상도와 시야각 등 표시 영상 품질 면에서 큰 발전을 하였으나, 2차원의 영상을 표시함에 따라 영상의 깊이(Depth) 정보를 표시할 수 없는 제약이 있다.

반면에, 입체 영상 디스플레이 장치는 영상을 3차원의 입체적으로 표시함으로써 2차원 디스플레이 장치보다 훨씬 현실감 있고 실감나는 입체 영상을 사용자에게 제공할 수 있다.

입체 영상 디스플레이 장치는 입체 안경을 이용하는 안경 방식과 입체 안경을 이용하지 않는 무안경 방식으로 구분될 수 있다. 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치는 양안 시차를 이용하여 사용자에게 영상의 입체감을 준다는 측면에서는 안경 방식과 동일하지만, 입체 안경을 착용할 필요가 없다는 점에서 장점이 있다.

일반적인 무안경 방식의 안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치는 안경 방식 대비 멀티-뷰(multi-view) 및 3D 깊이(depth)를 표현할 수 없는 문제점이 있었다.

도 1은 종래 기술에 따른 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치에서 멀티-뷰(Multi-view) 구현 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 화소들(P)이 배열된 표시 패널(10)을 통해 좌안 영상과 우안 영상을 분리하여 표시한다. 이때, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(20)가 렌티큘러 렌즈의 길이 방향이 일정한 각도로 기울어지도록 표시 패널(10) 상에 배치되어 있다. 표시 패널(10) 상에 배치된 렌티큘러 렌즈를 포함하는 렌티큘러 렌즈 시트(20)를 통해 입체용 영상을 멀티-뷰(Multi-view)로 분리한다. 표시 패널(10)에 형성된 각 화소(P)에는 멀티-뷰(Multi-view)에 따라 할당된 뷰 맵(View map)에 대응되는 영상을 표시한다.

이와 같은, 종래 기술에 따른 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치는 렌티큘러 렌즈 시트(20)가 일정한 각도로 기울어짐에 따라 인접한 시청 영역 간의 겹침 영상으로 인해 3D 크로스토크(Crosstalk)가 발생되고, 이로 인하여 입체 영상의 표시 품질이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 렌티큘러 렌즈의 길이 방향에 대응되는 시청 영역별 휘도의 불균일로 인하여 시청 영역간의 휘도 편차(LD: luminance difference)가 높아 표시 품질이 저하되는 문제점이 있다.

도 2는 시청 영역(view)간의 휘도 편차를 줄이도록 설계된 종래 기술에 따른 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치를 나타내는 도면이고, 도 3은 시청 영역(view) 간의 휘도 편차에 의해 표시 품질이 저하된 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 2(a)를 참조하면, 복수의 시청 영역(view)이 겹치도록 한 서브픽셀들을 배치구조에서, 3D 크로스토크 및 휘도 편차를 개선하기 위해서 픽셀의 개구 영역(12)이 일정 각도로 기울어 지도록 상부 기판에 블랙매트릭스(14)의 형성하고, 픽셀의 개구 영역의 기울임 각도와 동일하게 렌티큘러 렌즈(22)의 기울임 각도를 형성하였다. 이와 같이, 개구 영역(12) 및 렌티큘러 렌즈(22)이 동일한 기울임 각도를 갖도록 형성함으로써 시청 영역(view)의 분리 및 3D 영상의 깊이(depth) 표현이 가능하게 되었다.

시청 영역(view) 간의 휘도 편차를 줄이도록 픽셀의 개구 영역(12)을 형성하고 렌티큘러 렌즈(22)를 배치했으나, 액정 패널의 상부 기판에 블랙매트릭스(14)의 제조 공정 시 발생하는 임계 선폭(CD: critical dimension) 편차에 의해서 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 발생하는 문제점이 있다.

도 2(b)에 도시되 바와 같이, 블랙매트릭스(14)의 임계 선폭(CD) -2um 감소하면 각 서브픽셀의 개구 영역(12)이 증가하고, 이로 인해 상하 서브픽셀들 간에 휘도 간섭이 생겨 시청 영역(view) 간의 휘도 편차(LD)가 발생하는 문제점이 있다.

도 2(c)에 도시되 바와 같이, 블랙매트릭스(14)의 임계 선폭(CD) +2um 증가하면 각 서브픽셀의 개구 영역(12)이 감소하고, 이로 인해 각 서브픽셀들 휘도가 낮아져 시청 영역(view) 간의 휘도 편차(LD)가 발생하는 문제점이 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 블랙매트릭스(14)의 제조 공정 시 발생하는 임계 선폭(CD) 편차에 의한 시청 영역간의 휘도 편차(LD)로 인해 화면 불량이 발생하는 문제점이 있다. 즉, 블랙매트릭스(14)의 임계 선폭(CD)이 감소하면 화면에 휘 선이 생기고, 블랙매트릭스(14)의 임계 선폭(CD)이 증가하면 화면이 암 선이 생겨 줄무늬 형태로 화면 불량이 발생하는 문제점이 있다. 나아가, 시청 영역간의 휘도 편차(LD)에 의한 표시 품질의 저하로 인해 입체 영상 디스플레이 장치의 제품화가 불가능해지는 심각한 문제점이 있다.

본 발명은 앞에서 설명한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시청 영역간의 휘도 편차(LD: luminance difference)를 줄여 표시 품질을 높일 수 있는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 복수의 픽셀 영역이 배치된 제1 기판 및 소정 각도로 기울어져 상기 픽셀 영역의 개구 영역을 정의하는 복수의 개구부가 배치된 제2 기판을 포함하는 디스플레이 패널과, 소정 각도로 기울어진 복수의 렌티큘러 렌즈를 포함하여 상기 디스플레이 패널에 배치된 렌티큘러 렌즈 시트를 포함한다. 상기 디스플레이 패널을 구동시키는 구동 회로부를 포함하고, 상기 복수의 렌티큘러 렌즈는 제1 기울임 각도로 배치되고, 상기 복수의 개구부는 상기 제1 기울임 각도와 상이한 제2 기울임 각도로 배치되어 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 상기 제1 기울임 각도 대비 상기 제2 기울임 각도(θ2)가 ±3.5° 기울어져 있다.

또한, 상기 개구부를 정의하는 블랙매트릭스가 상기 제2 기판에 배치되어 있고, 상기 블랙매트릭스의 임계 선폭이가 ±2㎛로 설정되어 있다.

또한, 상기 복수의 개구부가 상기 제1 기울임 각도로 기울어져 상하 인접한 시청 영역의 개구부 일부가 중첩된다.

또한, 상기 개구부와 동일한 형태로 상기 픽셀 영역이 배치되어 있다.

또한, 상기 개구부와 상이한 형태로 상기 픽셀 영역이 배치되어 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널은 소정 각도로 기울어져 상기 픽셀 영역의 개구 영역을 정의하는 복수의 개구부가 배치된 기판과, 소정 각도로 기울어진 복수의 렌티큘러 렌즈를 포함하여 상기 기판 상에 배치된 렌티큘러 렌즈 시트를 포함한다. 상기 복수의 렌티큘러 렌즈는 제1 기울임 각도로 배치되고, 상기 복수의 개구부는 상기 제1 기울임 각도와 상이한 제2 기울임 각도로 배치되어 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 개구부의 기울임 각도와 렌티큘러 렌즈의 기울임 각도를 상이하게 형성함으로써, 시청 영역간의 휘도 편차(LD: luminance difference)를 줄여 표시 품질을 높일 수 있다.

본 발명의 실시 에에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 제2 기판의 블랙매트릭스의 설계를 변경하는 것만으로 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 5% 미만 수준으로 줄일 수 있어 제품 적용에 유리하며, 성능 개선을 위한 설계 변경을 비용을 줄일 수 있다.

이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치에서 멀티-뷰(Multi-view) 구현 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 시청 영역(view)간의 휘도 편차를 줄이도록 설계된 종래 기술에 따른 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 시청 영역(view) 간의 휘도 편차에 의해 표시 품질이 저하된 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 제2 기판(상부 기판) 및 렌티큘러 렌즈를 나타내는 것으로, 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD: critical dimension)이 '0'으로 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 렌티큘러 렌즈의 기울임 각도와 상이하도록 서브픽셀의 개구부의 기울임 각도를 변경한 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 개구부의 기울임 각도 및 렌티큘러 렌즈의 기울임 각도에 따른 시청 영역간의 휘도 편차(LD: luminance difference)가 달라지는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 제2 기판(상부 기판) 및 렌티큘러 렌즈를 나타내는 것으로, 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD)이 감소되어 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 제2 기판(상부 기판) 및 렌티큘러 렌즈를 나타내는 것으로, 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD)이 증가되어 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 감소하는 효과를 나타내는 도면이다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명의 핵심 구성과 관련이 없는 경우 및 본 발명의 기술분야에 공지된 구성과 기능에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다', '형성된다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에도 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

도면을 참조한 설명에 앞서, 디스플레이 패널은 액정의 배열을 조절하는 방식에 따라 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 다양하게 개발되어 있다.

본 발명의 입체 영상 디스플레이 장치는 디스플레이의 액정 패널의 모드에 제한 없이 상기 TN 모드, VA 모드, IPS 모드 및 FFS 모드가 모두 적용될 수 있다. 또한, 액정 패널 이외의 다른 평판 디스플레이 패널, 예를 들면, 유기발광 디스플레이 패널을 포함하는 유기발광 디스플레이 장치에도 적용이 가능하다.

그러나, 이에 한정되지 않고, 액정 패널뿐만 아니라 유기발광 디스플레이 패널을 본 발명의 디스플레이 패널로 적용할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 시청 영역(view) 간의 휘도 편차를 방지 또는 줄이는 것이 중요한 사항이므로, 이와 관련 없는 사항들의 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부되는 도면들을 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 패널과 입체 영상 디스플레이 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 액정 패널(100), 백라이트 유닛(200) 및 렌티큘러 렌즈 시트(300)를 포함한다. 액정 패널(100)의 상부에는 렌티큘러 렌즈 시트(300)가 배치되고, 액정 패널(100)의 하부에는 백라이트 유닛(300)이 배치된다. 도 4에서는 액정 패널(100) 및 백라이트 유닛(200)의 광원(210)을 구동시키기 위한 구동 회로부의 도시를 생략했다. 구동 회로부는 타이밍 컨트롤러(T-con), 데이터 드라이버(D-IC), 게이트 드라이버(G-IC), 백라이트 구동부 및 전원 공급부를 포함할 수 있다.

타이밍 컨트롤러, 데이터 드라이버, 게이트 드라이버, 백라이트 구동부는 각각이 별도의 집적회로 칩(IC chip)으로 제조되거나, 또는 전체가 하나의 집적회로 칩으로 구현될 수 있다. 한편, 게이트 드라이버는 ASG(Amorphous Silicon Gate) 방식 또는 GIP(Gate In Panel) 방식으로 액정 패널(100)의 제1 기판(110)의 비표시 영역(베젤 영역)에 집적화 될 수 있다.

타이밍 컨트롤러, 데이터 드라이버, 게이트 드라이버 및 백라이트 구동부의 구체적인 구성 및 구동 방법은 본 발명의 핵심과 관련이 없음으로, 구동 회로부의 각 구성 및 구동 방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.

액정 패널(100)은 제1 기판(110, TFT 어레이 기판), 제2 기판(120, 컬러필터 어레이 기판) 및 상기 두 기판(110, 120) 사이에 개재된 액정층(130)을 포함한다.

제1 기판(110)에는 데이터 라인들과 게이트 라인들이 교차하도록 형성되어 복수의 픽셀이 정의되어 있고, 복수의 픽셀에는 멀티-뷰(Multi-view)(또는 시청 영역)의 수를 기반으로 설정된 뷰 맵(View map)이 할당되어 있다.

상기 복수의 픽셀에는 스위칭 소자인 TFT(Thin Film Transistor), 스토리지 커패시터(Cst) 및 픽셀 전극이 형성되어 있다. 복수의 픽셀은 매트릭스 형태로 배열되어 있고, 하나의 픽셀은 레드, 그린 및 블루의 서브픽셀로 구성되거나, 또는 레드, 그린, 블루 및 화이트 서브픽셀로 구성될 수 있다.

제2 기판(120)에는 레드, 그린 및 블루의 컬러필터(126)가 형성되고, 각 서브픽셀의 개구부를 정의하는 블랙매트릭스(124)가 형성되어 있다. 픽셀 전극에 대응되는 공통 전극은 제1 기판(110)에 배치되거나, 또는 제2 기판(120)에 배치될 수도 있다.

액정 패널(100)의 자체적으로 빛을 생성하지 못하므로, 백라이트 유닛(200)에서 빛을 공급받는다. 백라이트 유닛(200)은 빛을 생성하는 광원(210), 광원(210)으로부터의 빛을 액정 패널(100) 방향으로 안내하는 도광판(220), 상기 도광판(220) 상에 배치되어 빛을 효율을 향상시키는 복수의 광학 시트(230)를 포함한다.

도 4에서는 광원(210)으로 LED(Light Emitting Diode)가 적용되고, 액정 패널(100)의 측면에 광원(210)이 배치된 엣지 방식의 백라이트 유닛(200)을 도시하고 있다.

액정 패널(100)의 픽셀 전극과 공통 전극 사이에 형성된 전계에 의해 액정층의 액정 배향이 조절되어 백라이트 유닛(200)으로부터 입시된 빛의 투과율을 조절함으로써, 영상을 표시하게 된다.

액정 패널(100)에는 영상의 디스플레이를 위한 픽셀들과 터치 검출을 위한 터치 센서가 인셀 터치 방식으로 일체화될 수 있다. 따라서, 디스플레이 구동과 터치 센싱 구동을 시간적으로 분할하여 화상의 디스플레이 및 터치 센싱이 이루어지도록 한다.

표시 기간에는 각 픽셀의 픽셀 전극에 영상 데이터에 따른 데이터 전압을 공급하고, 공통 전극에 공통 전압(Vcom)을 공급하여 화상을 표시 한다. 한편, 비 표시 기간(터치 기간)에는 공통 전극, 즉 터치 전극에 터치 구동 신호를 공급한 후, 터치 전극들의 정전 용량을 센싱하여 터치 유무 및 위치를 센싱할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 제2 기판(상부 기판) 및 렌티큘러 렌즈를 나타내는 것으로, 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD: critical dimension)이 '0'으로 형성된 것을 나타내는 도면이고, 도 6은 렌티큘러 렌즈의 기울임 각도와 상이하도록 서브픽셀의 개구부의 기울임 각도를 변경한 것을 나타내는 도면이다.

도 5 및 도 6를 참조하면, 상기 제 2 기판(120)은 컬러필터를 포함하는 컬러필터 어레이 기판으로서, 3D 크로스토크와 시청 영역별 휘도 편차(LD)를 최소화하기 위한 형상을 가지면서 복수의 서브 픽셀 위에 중첩되는 복수의 개구부(122)를 포함하여 구성된다.

제2 기판(120)에 형성된 복수의 개구부(122) 각각은 픽셀의 개구 영역을 정의하는 것으로, 수직 라인(VL)으로부터 제2 기울임 각도(θ2)로 기울어져 제1 기판의 픽셀 영역에 중첩되어 있다. 복수의 개구부(122) 각각은 제1 기판의 픽셀 영역과 동일한 면적을 가지거나, 또는 제1 기판의 픽셀 영역보다 작은 면적을 가지도록 형성될 수 있다.

복수의 개구부(122)의 면적, 형상 및 기울임 각도는 차광층인 블랙매트릭스(124)에 의해서 정의된다. 즉, 액정 패널(100)의 제1 기판(110)에 배치되는 각 픽셀 영역의 면적, 형상 및 기울임 각도와는 상관없이 블랙매트릭스(124)의 패터닝에 따라서 각 서브픽셀의 개구부(122)의 면적, 형상 및 기울임 각도가 정의된다. 따라서, 제1 기판(110)에 배치되는 복수의 픽셀 영역이 복수의 개구부(122)와 동일한 형상을 가질 수도 있고, 제1 기판(110)에 배치되는 복수의 픽셀 영역이 복수의 개구부(122)와 상이한 형상을 가질 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 제1 기판(110)에 배치되는 픽셀 영역의 형태와는 상관없이, 제2 기판(120)에 배치되는 개구부(122)의 형태를 변경함으로써 시청 영역간의 휘도 편차를 개선할 수 있다.

그러나, 이에 한정되지 않고, 개구부(122)의 면적, 형상 및 기울임 각도에 대응되도록 제1 기판(110)에 배치되는 각 픽셀 영역의 면적, 형상 및 기울임 각도가 형성될 수 있다.

여기서, 블랙 매트릭스(124)는 복수의 개구부(122) 각각을 제외한 제 2 기판(120)의 나머지 영역 전체에 형성된다. 도 4를 결부하여 설명하면, 복수의 개구부(122)에는 레드, 그린 및 블루의 컬러필터(126)가 형성되어 있고, 레드, 그린 및 블루의 컬러필터(126)에 의해서 제1 기판(110) 및 액정층(130)을 투과하여 개구부(122)에 입사된 빛이 각 서브픽셀이 표시하고자 하는 컬러로 변환된다.

렌티큘러 렌즈 시트(300)는 액정 패널(100)의 상부에 배치되어 있다. 렌티큘러 렌즈 시트(300)는 액정 패널(100)의 각 서브픽셀에 표시되는 영상을 뷰 맵에 대응되는 복수의 시청 영역으로 분리함으로써 시청자가 복수의 시청 영역에서 입체 영상을 시청할 수 있도록 한다.

시청자는 정해진 시청 영역에서 자신의 좌안에 인식되는 영상과 우안에 인식되는 영상의 양안시차에 의하여 입체감을 느끼게 된다. 즉, 멀티 뷰를 지원하는 경우 복수의 시청자 각각은 3D 영상을 시청할 수 있는 시청 위치(시청 영역)가 정해져 있다.

여기서, 각 시청자가 올바른 시청 위치에서 화면을 바라보았을 때 무안경으로 3D 영상을 시청할 수 있다. 이를 위해, 렌티큘러 렌즈 시트(300)는 베이스 필름(320)의 상면으로부터 렌즈 형상으로 형성된 복수의 렌티큘러 렌즈(310)를 포함하여 구성되어 있다.

복수의 렌티큘러 렌즈(310)는 베이스 필름(320)의 상면으로부터 볼록하게 형성되어 일정한 방향으로 길게 연장되는 기둥 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 렌티큘러 렌즈(310)는 반원 형태 또는 일정한 곡률을 갖는 블록 렌즈의 단면을 가질 수 있다. 이러한, 복수의 렌티큘러 렌즈(310)의 피치 폭(Pitch width)은 입체 영상 표시 장치가 구현하는 멀티-뷰(Multi-view)(또는 시청 영역)의 수 및 화소의 크기에 대응되도록 설정된다.

각 렌티큘러 렌즈(310)의 길이 방향은 개구부(122)의 기울기(θ)와 상이한 각도로 기울어진다. 즉, 복수의 렌티큘러 렌즈(310)와 개구 영역(122)은 액정 패널(100) 상에 일정한 기울기(θ)로 기울어지는 사선 형태를 가지도록 나란하게 배열되어 있으나, 렌티큘러 렌즈(310)의 기울임 각도와 개구 영역(122)의 기울임 각도는 서로 상이하다.

구체적으로, 종래 기술에서는 수직 라인을 기준으로 렌티큘러 렌즈와 개구부가 동이일 기울임 각도로 기울어져 배치되어 있었다. 반면, 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 수직 라인을 기준으로 렌티큘러 렌즈(310)가 제1 기울임 각도(θ1, SA1: first slanted angle)로 기울어져 배치되어 있고, 개구부(122)가 제2 기울임 각도(θ2, SA2: second slanted angle)로 기울어져 배치되어 있다.

여기서, 렌티큘러 렌즈(310)의 제1 기울임 각도(θ1) 대비 ±3.5° 기울어지도록 개구부(122)의 제2 기울임 각도(θ2)를 형성하였다.

이와 같이, 렌티큘러 렌즈(310)의 제1 기울임 각도(θ1)와 개구부(122)가 제2 기울임 각도(θ2)를 상이하게 형성하면, 뷰 겹침 방식에서 인접한 다른 시청 영역의 서브픽셀의 일부 영역이 비칠 수 있다. 즉, 1뷰 시청 영역의 영상의 일부가 2뷰 시청 영역에 비쳐 3D 영상의 크로스토크가 일부 증가할 수 있다.

반면, 렌티큘러 렌즈(310)의 제1 기울임 각도(θ1) 대비 ±3.5° 기울어지도록 제2 기울임 각도(θ2)로 개구부(122)를 형성하면, 블랙매트릭스(124)의 임계 선폭(CD) 편차가 발생하더라도 시청 영역간의 휘도 편차(LD)를 줄이 수 있어 전체적으로 3D 영상의 표시 품질을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 깊이감이 풍부한 고품질의 3D 영상을 무안경으로 시청할 수 있도록 한다.

도 7은 개구부의 기울임 각도 및 렌티큘러 렌즈의 기울임 각도에 따른 시청 영역간의 휘도 편차(LD: luminance difference)가 달라지는 것을 나타내는 도면이다.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 서브픽셀의 개구부(122)와 렌티큘러 렌즈의 기울임 각도를 동일하게 설정했을 때, 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD) 편차가 'b[um]'만큼 발생하여 개구부(122)의 면적이 축소되면 아래의 수학식1과 같이 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 100% 발생하게 된다.

도 7(a)에서는 서브픽셀의 개구부(122)의 기울임 각도를 0°로 설정하고, 렌티큘러 렌즈의 기울임 각도를 0°로 설정하여 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

상기 수학식1에서 'a'는 개구부(122)의 높이, 'b'는 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD) 편차를 의미한다.

도 7(b)를 참조하면, 서브픽셀의 개구부(122)의 모서리에서 '±d[um]' 만큼 이동하여 개구부(122)를 기울이면 시청 영역들의 개구부의 일부 영역이 중첩되어 시청 영역간의 휘도 편차(LD)를 줄일 수 있다. 이때, 서브픽셀의 개구부(122)의 기울임 각도는 arctangent(a/2d)로 설정할 수 있다.

도 7(b)에서는 렌티큘러 렌즈의 기울임 각도를 a°로 설정하고, 서브픽셀의 개구부(122)의 기울임 각도를 a±b°로 설정 설정하여 하기의 수학식 2와 같이, 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 예로서, 렌티큘러 렌즈(310)의 제1 기울임 각도(θ1) 대비 ±3.5° 기울어지도록 개구부(122)의 제2 기울임 각도(θ2)를 형성할 수 있다.

상기 수학식2에서, 'a'는 개구부(122)의 높이, 'b'는 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD) 편차, '2d'는 기울임 각도에 의해서 개구부(122)의 모서리가 이동한 거리(2d, 개구부의 중앙을 기준으로 기울어진 가로 폭)를 의미한다.

렌티큘러 렌즈의 기울임 각도와 동일한 기울임 각도를 가지는 서브픽셀의 개구부를 기준으로, 개구부의 기울임 각도를 β°만큼 기울인다. 이때, 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD) 편차에 의해서 도 7에 도시된 'b' 영역에 상하 인접한 시청 영역의 개구부 일부(e, f)가 겹친다.

여기서, 'b' 영역은 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD) 편차의 증가에 따라 개구부의 면적이 감소하여 상하 인접한 시청 영역에서 블랙 화면이 생기는 렌티큘러 렌즈의 결핍(lack) 영역 및 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD) 편차의 감소에 따라 개구부의 면적이 증가하여 상하 인접한 시청 영역에서 휘도 간섭이 발생하는 중첩(overlap) 영역을 의미한다.

즉, 렌티큘러 렌즈의 제1 기울임 각도(θ1)와 상이하게 개구부(122)를 제2 기울임 각도(θ2)를 형성함으로써, 상하 인접한 시청 영역의 개구부 일부(e, f)가 중첩되어 휘도가 감소된 양과 휘도가 상승된 양이 서로 상쇄되어 시청 영역간의 휘도 편차(LD)를 줄일 수 있다. 이때, 인접한 시청 영역의 개구부들이 겹쳐지는 부분의 세로 폭(e+f)은 개구부 전체의 세로 폭(a)보다는 작지만 렌티큘러 렌즈의 기울임 각도와 개구부의 기울임 각도를 일치시켰을 때보다 시청 영역간의 휘도 편차(LD)를 줄일 수 있다.

여기서, 렌티큘러 렌즈의 제1 기울임 각도(θ1)에 대비하여 개구부(122)를 제2 기울임 각도(θ2)가 커질수록 시청 영역간의 휘도 편차(LD)를 줄일 수 있다. 하지만, 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 감소하는 것에 반비례하여 시청 영역간의 크로스토크(CT)가 증가하게 된다. 즉, 크로스토크(CT)와 휘도 편차(LD)는 서로 상충 관계(trad off) 이므로 크로스토크(CT)와 휘도 편차(LD) 모두를 고려하여 개구부(122)의 제2 기울임 각도(θ2)를 설정해야 한다.

본 발명에서는 시청 영역간의 휘도 편차(LD)를 5% 미만 및 크로스토크(CT)를 5% 미만으로 설정하고, 시청 폭(view width)을 50% 이상으로 설정하여 이 3가지 펙터를 만족하는 제2 기울임 각도(θ2)를 설정하였다. 예로서, 렌티큘러 렌즈(310)의 제1 기울임 각도(θ1) 대비 ±3.5° 기울어지도록 개구부(122)의 제2 기울임 각도(θ2)를 설정했다.

이와 같이, 렌티큘러 렌즈(310)의 제1 기울임 각도(θ1) 대비 ±3.5° 기울어지도록 개구부(122)의 제2 기울임 각도(θ2)를 설정하면, 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 5% 미만이 되고, 크로스토크(CT)가 5% 미만이 되고, 시청 폭(view width)을 50% 이상으로 만족시킬 수 있다. 따라서, 깊이감이 풍부한 고품질의 3D 영상을 무안경으로 시청할 수 있도록 한다.

디스플레이 패널의 사이즈에 따라서, 개구부(122)의 제2 기울임 각도(θ2)의 최적 값이 달라질 수 있지만, 렌티큘러 렌즈(310)의 제1 기울임 각도(θ1) 대비 ±3.5° 기울어지도록 개구부(122)의 제2 기울임 각도(θ2)를 설정하면, 모바일 제품, 모니터, 노트북 및 대형 TV에 적용되는 디스플레이 패널에서 시청 영역간의 휘도 편차(LD), 크로스토크(CT) 및 시청 폭(view width)의 요구 사양을 모두 만족시킬 수 있다.

렌티큘러 렌즈(310)의 제1 기울임 각도(θ1) 대비 ±3.5° 기울어지도록 개구부(122)의 제2 기울임 각도(θ2)를 설정하면, 디스플레이 패널의 사이즈에 제약 없이 휘도 편차(LD), 크로스토크(CT) 및 시청 폭(view width)의 요구 사양을 모두 만족시킬 수 있다.

여기서, 시청 폭(view width)은 렌티큘러 렌즈에 의해서 적정 시청거리에서 생기는 뷰 도메인(view domain)의 3D 크로스토크가 10% 미만인 뷰의 폭을 의미한다. 일반적으로 뷰 도메인이 폭은 사람의 평균 양안 간격인 65mm로 설정하나, 인터-뷰(inter-view) 처럼 32.5mm로 설정하는 경우도 있다. 즉, 뷰 도메인의 폭은 디스플레이 장치의 요구 사양에 따라서 상이하게 설정할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 제2 기판(상부 기판) 및 렌티큘러 렌즈를 나타내는 것으로, 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD)이 감소되어 형성된 것을 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 블랙매트릭스(124)의 임계 선폭(CD) 편차가 -2um 감소되어 개구부(122)의 면적이 증가한 것을 도시하고 있다. 이와 같이, 블랙매트릭스(124)의 임계 선폭(CD) 편차가 감소하더라도, 렌티큘러 렌즈의 제1 기울임 각도(θ1)와 상이하게 개구부(122)를 제2 기울임 각도(θ2)를 형성함으로써, 상하 인접한 시청 영역의 개구부 일부(e, f)가 중첩되어 휘도가 감소된 양과 휘도가 상승된 양이 서로 상쇄되어 시청 영역간의 휘도 편차(LD)를 줄일 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 제2 기판(상부 기판) 및 렌티큘러 렌즈를 나타내는 것으로, 블랙매트릭스의 임계 선폭(CD)이 증가되어 형성된 것을 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 블랙매트릭스(124)의 임계 선폭(CD) 편차가 +2um 증가되어 개구부(122)의 면적이 감소한 것을 도시하고 있다. 이와 같이, 블랙매트릭스(124)의 임계 선폭(CD) 편차가 증가하더라도, 렌티큘러 렌즈의 제1 기울임 각도(θ1)와 상이하게 개구부(122)를 제2 기울임 각도(θ2)를 형성함으로써, 상하 인접한 시청 영역의 개구부 일부(e, f)가 중첩되어 휘도가 감소된 양과 휘도가 상승된 양이 서로 상쇄되어 시청 영역간의 휘도 편차(LD)를 줄일 수 있다.

도 10은 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 감소하는 효과를 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 렌티큘러 렌즈(310)의 제1 기울임 각도(θ1) 대비 ±3.5° 기울어지도록 개구부(122)의 제2 기울임 각도(θ2)를 형성하여 시청 영역간의 휘도 편차(LD)를 시뮬레이션 한 결과를 도시하고 있다.

블랙매트릭스(124)의 임계 선폭(CD) 편차가 0인 경우뿐만 아니라, 임계 선폭(CD) 편차가 ±2um인 경우에서도 풀 화이트(full white) 휘도에서 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 5% 미만 수준으로 발생하여 휘도 편차(LD)에 의한 화면 불량을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 깊이감이 풍부한 고품질의 3D 영상을 무안경으로 시청할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 실시 에에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 제2 기판의 블랙매트릭스의 설계를 변경하는 것만으로 시청 영역간의 휘도 편차(LD)가 5% 미만 수준으로 줄일 수 있어 제품 적용에 유리하며, 성능 개선을 위한 설계 변경을 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당 업자는 상술한 본 발명이 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 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 액정 패널
110: 제1 기판
120: 제2 기판
122: 개구부
124: 블랙매트릭스
126: 컬러필터
130: 액정층
200: 백라이트 유닛
210: 광원
220: 도광판
230: 광학 시트
300: 렌티큘러 렌즈 필름
310: 렌티큘러 렌즈
320: 베이스 필름

Claims (11)

1. 영상의 디스플레이를 위한 복수의 픽셀 영역이 배치된 제1 기판과, 상기 픽셀 영역 위에서 상기 픽셀 영역과 중첩되며 소정 각도로 기울어져 상기 픽셀 영역의 개구 영역을 정의하는 복수의 개구부가 배치된 제2 기판을 포함하는 디스플레이 패널;
   소정 각도로 기울어진 복수의 렌티큘러 렌즈를 포함하여 상기 디스플레이 패널에 배치된 렌티큘러 렌즈 시트; 및
   상기 디스플레이 패널을 구동시키는 구동 회로부를 포함하고,
   상기 복수의 렌티큘러 렌즈는 제1 기울임 각도로 배치되고, 상기 복수의 개구부는 상기 제1 기울임 각도와 상이한 제2 기울임 각도로 배치되며,
   상기 복수의 개구부의 제2 기울임 각도는 상기 개구부의 높이와 상기 개구부의 중앙을 기준으로 기울어진 가로 폭에 기초하여 설정된 입체 영상 디스플레이 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 기울임 각도 대비 상기 제2 기울임 각도가 ±3.5° 기울어진 입체 영상 디스플레이 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 기판에 배치된 블랙매트릭스에 의해 상기 개구부가 정의 되고, 상기 블랙매트릭스의 임계 선폭이 ±2㎛인 입체 영상 디스플레이 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 복수의 개구부가 상기 제2 기울임 각도로 기울어져 상하 인접한 시청 영역의 개구부 일부가 중첩된 입체 영상 디스플레이 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 개구부와 동일한 형태로 상기 픽셀 영역이 배치된 입체 영상 디스플레이 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 개구부와 상이한 형태로 상기 픽셀 영역이 배치된 입체 영상 디스플레이 장치.
7. 영상의 디스플레이를 위한 픽셀 영역 위에서 상기 픽셀 영역과 중첩되며 소정 각도로 기울어져 상기 픽셀 영역의 개구 영역을 정의하는 복수의 개구부가 배치된 기판; 및
   소정 각도로 기울어진 복수의 렌티큘러 렌즈를 포함하여 상기 기판 상에 배치된 렌티큘러 렌즈 시트를 포함하고,
   상기 복수의 렌티큘러 렌즈는 제1 기울임 각도로 배치되고, 상기 복수의 개구부는 상기 제1 기울임 각도와 상이한 제2 기울임 각도로 배치되며,
   상기 복수의 개구부의 제2 기울임 각도는 상기 개구부의 높이와 상기 개구부의 중앙을 기준으로 기울어진 가로 폭에 기초하여 설정된 디스플레이 패널.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제1 기울임 각도 대비 상기 제2 기울임 각도가 ±3.5° 기울어진 디스플레이 패널.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 기판에 배치된 블랙매트릭스에 의해 상기 개구부가 정의 되고, 상기 블랙매트릭스의 임계 선폭이 ±2㎛인 디스플레이 패널.
10. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 개구부가 상기 제2 기울임 각도로 배치되어 상하 인접한 시청 영역의 개구부 일부가 중첩된 디스플레이 패널.
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈의 제1 기울임 각도로 배치된 가상의 선은 상하로 인접한 상기 픽셀 영역의 개구 영역을 정의하는 개구부들의 서로 다른 방향의 모서리에 중첩되는 디스플레이 패널.

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