KR102553840B1

KR102553840B1 - 단일 백 라이트 유닛을 포함하는 무안경 3차원 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR102553840B1
Application number: KR1020160111760A
Authority: KR
Inventors: 박준용; 신봉수; 김동욱; 김현준; 배지현; 심동식; 이성훈; 정재승; 송석호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2023-07-10
Also published as: US10429573B2; KR20180024838A; US20180059312A1

Abstract

백 라이트 유닛을 포함하는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치에 관해 개시되어 있다. 일 실시예에 의한 양면 무안경 3D 디스플레이 장치는 입사광을 회절시켜 전방과 후방으로 방출시키는 광원유닛을 포함하고, 상기 광원유닛으로부터 방출된 광을 3D 영상 형성용 광으로 사용하여 상기 광원유닛 양쪽에 3D 영상을 형성하는 제1 및 제2 디스플레이 장치를 포함한다. 상기 광원유닛은 3개의 서로 다른 파장의 광을 방출하는 광원부와 상기 광원부에서 방출된 광을 상기 제1 및 제2 디스플레이 장치로 전달하는 광 가이드 패널을 포함할 수 있다.

Description

단일 백 라이트 유닛을 포함하는 무안경 3차원 디스플레이 장치{Glassless three-dimensional display apparatus including single back light unit}

본 개시는 영상 표시장치에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 단일 백 라이트 유닛을 포함하는 3차원(3D) 디스플레이 장치(3-dimensional display apparatus)에 관한 것이다.

3차원 디스플레이(3D display)는 3차원 영상을 제공하는 표시장치이다.

초기의 3D 디스플레이는 3D영상을 보기 위해 별도의 안경이 필요한 안경형 3D 디스플레이였다. 안경형 3D 디스플레이를 통한 3D영상을 보는 원리는 다음과 같다. 곧, 3D 디스플레이에서 좌안과 우안에 대응하는 영상이 발생되고, 안경 양쪽의 스위칭이나 편광을 통해 좌안과 우안이 인지하는 영상의 시차가 인식되는데, 이를 3D영상으로 인식한다.

안경 착용에 따른 불편함을 해소하기 위해, 안경없이 육안으로 3D영상을 볼 수 있는 무안경 3D 디스플레이 개발이 활발히 진행되고 있다. 현재 개발되고 있는 무안경 3D 디스플레이의 경우, 렌티큘라 렌즈, 시차 장벽층 또는 액정렌즈를 이용하여 화면에 표시되는 뷰(view)별 영상을 시청공간에 분포시키다. 시청자의 좌안과 우안은 임의의 시차를 갖는 뷰를 각각 인식하고, 이를 3D영상으로 인식한다. 이러한 무안경 3D 디스플레이의 경우, 크로스 토크(cross-talk)가 높아질 수 있고, 2차원(2D) 영상 품질이 저하될 수 있다.

최근에는 다자시점에서 낮은 크로스 토크를 구현할 수 있는 그레이팅(grating) 광 가이드 패널(Light Guide Panel, LGP)을 이용하는 방식의 3D 디스플레이가 소개되었다. 이 방식의 경우, 렌티큘라 렌즈를 이용하는 무안경 3D 디스플레이에 비해 크로스 토크가 매우 낮기 때문에, 충분한 깊이감을 갖는 3D 영상을 구현할 수 있다.

본 개시는 적어도 낮은 크로스 토크를 가지며 서로 다른 방향에 동시에 3D 영상을 제공할 수 있는, 백 라이트 유닛을 포함하는 무안경 3D 디스플레이 장치를 제공한다.

본 개시에서 일 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 포함하는 무안경 3D 디스플레이 장치는 입사광을 회절시켜 전방과 후방으로 방출시키는 광원유닛을 포함하고, 상기 광원유닛으로부터 방출된 광을 3D 영상 형성용 광으로 사용하여 상기 광원유닛 양쪽에 3D 영상을 형성하는 제1 및 제2 디스플레이 장치를 포함한다.

이러한 무안경 3D 디스플레이 장치에서, 상기 제1 디스플레이 장치는 상기 광원유닛의 전방에, 상기 제2 디스플레이 장치는 상기 광원유닛의 후방에 각각 배치될 수 있다.

상기 광원유닛은 회절격자를 포함할 수 있다.

상기 광원유닛은 회절부를 포함하는 백 라이트 유닛일 수 있다.

상기 광원유닛은 광 가이드 패널(Light Guide Panel)을 포함할 수 있다.

상기 광원유닛은 3개의 서로 다른 파장의 광을 방출하는 광원부와, 상기 광원부에서 방출된 광을 상기 제1 및 제2 디스플레이 장치로 전달하는 광 가이드 패널을 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 디스플레이 장치는 동일한 장치이거나 서로 다른 디스플레이 장치일 수 있다.

상기 제1 및 제2 디스플레이 장치는 LCD 장치 또는 OLED 장치일 수 있다.

상기 광원부와 상기 광 가이드 패턴 사이에 배치된 광 전달매체를 더 포함할 수 있다.

상기 광원부는 적색광을 방출하는 제1 광원부와, 녹색광을 방출하는 제2 광원부와, 청색광을 방출하는 제3 광원부를 포함할 수 있다.

상기 광원부는 상기 광 가이드 패널의 측면에 배치될 수 있다.

상기 광 가이드 패널은 복수의 단위 회절영역을 포함하는 회절부를 포함하고, 상기 복수의 단위 회절영역은 상기 제1 디스플레이 장치의 화소영역에 포함된 복수의 화소에 대응하고, 상기 복수의 단위 회절영역은 상기 제2 디스플레이 장치의 화소영역에 포함된 복수의 화소에 대응할 수 있다.

상기 복수의 단위 회절영역은 제1 서브 회절영역과, 제2 서브 회절영역과, 제3 서브 회절영역을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 서브 회절영역은 서로 다른 방향으로 정렬된 회절격자 슬릿을 포함할 수 있다.

개시된 일 실시예에 의한 무안경 3D 디스플레이 장치는 광원으로 단일 백 라이트 유닛을 포함한다. 상기 단일 백 라이트 유닛의 전방과 후방에 각각 3D 영상을 제공하는 디스플레이가 배치되어 있다. 상기 백 라이트 유닛은 양방향, 곧 그 전방과 후방으로 3D 영상 형성에 사용되는 광을 방출하는 구성을 포함하고 있다. 따라서 일 실시예에 의한 무안경 3D 디스플레이 장치는 백 라이트 유닛을 기준으로 그 전방과 후방으로, 곧 서로 다른 방향으로 동시에 3D 영상을 제공할 수 있다. 그러므로 동시에 보다 많은 시청자에게 3D 영상을 제공할 수 있다. 게다가, 상기 백 라이트 유닛은, 예를 들면 LGP일 수 있다. 따라서 3D 디스플레이 장치의 크로스 토크(cross-talk)를 기존의 3D 디스플레이 장치에 비해 낮출 수 있는 바, 충분한 깊이감을 갖는 3D 영상을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 의한, 단일 백 라이트 유닛을 포함하는 무안경 3D 디스플레이 장치를 나타낸 입체도이다.
도 2는 도 1의 무안경 3D 디스플레이 장치에 포함된 LGP의 정면도(a), 평면도(b), 우측면도(c), 밑면도(d) 및 좌측면도(e)이다.
도 3은 도 1의 백 라이트 유닛에서 각 디스플레이로 광이 전달되는 과정을 나타낸 단면도이다.
도 4는 LGP(40)의 단위 회절영역(P1)에 포함된 서브 회절영역들(A1-A3)에 형성된 회절격자의 슬릿방향을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 단위 회절영역(P1)의 변형 예를 나타낸 평면도이다.
도 6은 일 실시예에 의한 무안경 3D 디스플레이 장치에서 LGP 둘레에 배치된 광원부의 배치가 도 2와 다른 경우를 나타낸 정면도이다.
도 7은 도 3에서 단위 회절영역(P1)을 포함하는 LGP(40) 영역의 일부를 확대하여 도시한 것이다.
도 8 내지 도 10은 일 실시예에 의한 무안경 3D 디스플레이 장치에서, 회절격자 슬릿의 피치 변화에 따른 투과 회절각(θ_-1stT)과 반사 회절각(θ_-1stR)의 변화에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.

기호(signage), 월 텔레비전(Wall TV), 창구 모니터 등 다양한 분야에서 양면 디스플레이가 사용될 수 있고, 이러한 디스플레이를 통해 양쪽에 3D 영상을 제공할 수도 있다. 상기 양면 디스플레이에 3D 영상을 제공하기 위해서는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치의 개발이 필요하다. 일 실시예는 회절격자를 포함하는 LGP를 이용하여 LGP 양쪽으로 3D 영상을 제공할 수 있는 무안경 3D 디스플레이 장치를 다룬다.

이하, 일 실시예에 의한 단일 백 라이트 유닛을 포함하는 무안경 3D 디스플레이 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

도 1은 일 실시예에 의한, 단일 백 라이트 유닛을 포함하는 무안경 3D 디스플레이 장치를 입체적으로 보여준다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 의한 단일 백 라이트 유닛을 포함하는 무안경 3D 디스플레이 장치(이하, 무안경 3D 디스플레이 장치)는 단일 백 라이트 유닛(40+RP1+GP1+BP1)과 제1 디스플레이 장치(42)와 제2 디스플레이 장치(44)를 포함할 수 있다. 단일 백 라이트 유닛(40+RP1+GP1+BP1)은 광원 유닛(optical nuit)이라 할 수도 있다. 제1 및 제2 디스플레이 장치(42, 44)는 동일한 장치이거나 서로 다른 장치일 수 있다.

단일 백 라이트 유닛(40+RP1+GP1+BP1)은 LGP(40)와 제1 광원부(RP1)와 제2 광원부(GP1)와 제3 광원부(PB1)를 포함한다. 제1 광원부(RP1)는 LGP(40)의 측면들 중 제1 측면, 예컨대 좌측면에 배치될 수 있다. 제1 광원부(RP1)는 복수의 제1 광원을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1 광원은 어레이(array)을 이룰 수 있다. 상기 제1 광원은, 예를 들면 적색광을 방출하는 광원일 수 있다. 상기 제1 광원은, 예를 들면 광 방출다이오드(LED)일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않는다. 제2 광원부(GP1)는 LGP(40)의 상기 측면들 중 이웃한 제2 및 제3 측면에, 예컨대 윗면과 우측면에 배치될 수 있다. 제2 광원부(GP1)는 복수의 제2 광원을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제2 광원은 어레이를 이룰 수 있다. 상기 제2 광원은, 예를 들면 녹색광을 방출하는 광원일 수 있다. 상기 제2 광원은, 예를 들면 LED일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않는다. 제3 광원부(BP1)는 LGP(40)의 상기 측면들 중 인접한 두 측면에 배치될 수 있는데, 예를 들면 제3 및 제4 측면(우측면과 밑면)에 배치될 수 있다. LGP(40)의 상기 측면들 중 일부(예컨대, 우측면)에 2개의 광원부, 예를 들면 제2 및 제3 광원부(GP1, BP1)가 함께 배치될 수 있으나, 이러한 배치에서 각 광원부는 서로 접촉되거나 접촉되지 않게 배치될 수 있다. 제3 광원부(BP1)는 복수의 제3 광원을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제3 광원은 어레이를 이룰 수 있다. 상기 제3 광원은 예를 들면 청색광을 방출하는 LED일 수 있으나, 이것으로 제한되지 않는다.

백 라이트 유닛(40+RP1+GP1+BP1)의 제1 내지 제3 광원부(RP1, GP1, BP1)에서 LGP(40) 내부로 입사된 광은 직접 혹은 내부 전반사를 통해 LGP(40)의 회절부(58)에 입사된다. LGP(40)의 회절부(58)에 입사된 광은 회절된다. 이 결과, 회절부(58)에서 전방으로 방출되는 광과 후방으로 방출되는 광(반사광)이 발생된다. 이에 대해서는 후술된다. 상기 전방으로 방출된 광은 제1 디스플레이 장치(42)의 화소영역(44A)에 입사되어 3D 영상을 표시하는데 사용된다. 상기 후방으로 방출된 광은 제2 디스플레이 장치(44)의 화소영역(42A)에 입사되어 3D 영상을 표시하는데 사용된다. 제1 및 제2 디스플레이 장치(42, 44)의 화소영역(42A, 44A)은 LGP(40)의 화소부(58)에 대응될 수 있다.

제1 디스플레이 장치(42)는 단일 백 라이트 유닛(40+RP1+GP1+BP1)의 한쪽에, 예를 들면 단일 백 라이트 유닛(40+RP1+GP1+BP1)의 앞쪽(전방)에 위치할 수 있다. 제2 디스플레이 장치(44)는 단일 백 라이트 유닛(40+RP1+GP1+BP1)의 다른 쪽에, 예를 들면 단일 백 라이트 유닛(40+RP1+GP1+BP1)의 뒷쪽(후방)에 위치할 수 있다. 제1 및 제2 디스플레이 장치(42, 44)는 평판 디스플레이일 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 디스플레이 장치(42, 44)는 TFT-LCD, OLED 등일 수 있다. 제1 및 제2 디스플레이 장치(42, 44)는 백 라이트 유닛(40+RP1+GP1+BP1)에 밀착될 수 있다.

도 2는 도 1의 양면 무안경 3D 디스플레이 장치의 LGP에 대한 정면도(a)와 여러 측면도(b-e)를 보여준다. 도 2에서 (b)도는 (a)도를 위에서 본 평면도이고, (c)도는 (a)도의 우측면도이고, (d)는 (a)도의 밑면도이며, (e)도는 (a)도의 좌측면도이다.

도 2에서 편의 상 LGP(40)와 제1 내지 제3 광원부(RP1, GP1, BP1)는 서로 이격된 것으로 도시하였으나, 양쪽은 서로 밀착되거나 직접 접촉될 수도 있다. 제1 내지 제3 광원부(RP1, GP1, BP1)와 LGP(40) 사이에 광 전달매체가 더 구비될 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제3 광원부(RP1, GP1, BP1)에서 방출된 광은 상기 광 전달매체를 통해서 LGP(40)에 전달될 수 있다. 각 광원부(RP1, GP1, BP1)에 포함된 복수의 광원은 지향성 광을 방출하는 것일 수도 있다.

도 2를 참조하면, 제1 광원부(RP1)는 LGP(40)의 좌측면에 있고, 제2 광원부(GP1)는 LGP(40)의 윗면에 위치하여 우측면으로 확장된 형태로 배치되어 있다. 제3 광원부(BP1)는 LGP(40)의 밑면에 위치하여 우측면으로 확장된 형태로 배치되어 있다. LGP(40)의 우측면도(c)를 참조하면, LGP(40)의 우측면에 제2 광원부(GP1)의 일부와 제3 광원부(BP1)의 일부가 함께 존재하는데, 서로 이격되어 있다.

도 2의 정면도(a)에서 LGP(40)의 우측면으로 확장된 제2 광원부(GP1)의 일부의 폭이 제3 광원부(BP1)의 폭보다 큰 것으로 도시하였지만, 이는 우측면에서 제3 광원부(BP1) 뒤쪽에 있는 제2 광원부(GP1)를 도면에 나타내기 위해 편의 상 그렇게 한 것이다. 따라서 제2 및 제3 광원부(GP1, BP1)에서 LGP(40)의 우측면으로 확장된 부분의 폭은 동일할 수 있다.

LGP(40)의 회절부(58)는 복수의 단위 회절영역(P1)을 포함한다. 복수의 단위 회절영역(P1)은 어레이를 이룬다. 복수의 단위 회절영역(P1)은 제1 및 제2 디스플레이 장치(42, 44)의 화소영역(42A, 44A)에 포함된 복수의 화소에 대응될 수 있다. 1개의 단위 회절영역(P1)은 1개의 화소에 대응될 수 있다. 상기 1개의 화소는 3개의 서브 화소, 곧 R, G, B를 포함한다. 단위 회절영역(P1)은 3개의 서브 영역을 포함한다. 단위 회절영역(P1)의 상기 3개의 서브 영역은 각각 상기 1개의 화소에 포함된 3개의 서브 화소에 대응될 수 있다.

한편, LGP(40) 둘레에서 제1 내지 제3 광원부(RP1, GP1, BP1)는 각 광원부(RP1, GP1, BP1)에서 방출되는 광과 단위 회절영역(P1)에 형성된 회절 슬릿의 방향각(orientation angle)을 고려하여 배치될 수 있다. 따라서 LGP(40) 둘레에서 제1 내지 제3 광원부(RP1, GP1, BP1)의 배치는 도 2와 달라질 수 있다. 일 예로 도 2에 도시한 제1 내지 제3 광원부(RP1, GP1, BP1)의 배치는 도 6에 도시한 바와 같이 달라질 수 있다.

도 6을 참조하면, LGP(40) 윗면에 제4 광원부(RP2)가 배치되어 있다. 제4 광원부(RP2)는 제1 광원부(RP1)와 동등한 광원부일 수 있다. LGP(40)의 좌측면에 제5 광원부(GP2)가 존재한다. 제5 광원부(GP2)는 제2 광원부(GP1)와 동등한 광원부일 수 있다. LGP(40)의 밑면과 우측면에 제6 광원부(BP2)가 배치되어 있다. 제6 광원부(BP2)는 제3 광원부(BP1)와 동등한 광원부일 수 있다.

도 3은 도 1의 백 라이트 유닛에서 각 디스플레이로 광이 전달되는 과정을 보여준다. 이 과정은 백 라이트 유닛과 디스플레이 전체에 적용될 수 있다.

도 3에서 광원(56)은 제1 광원부(RP1)에 포함된 광원, 제2 광원부(GP1)에 포함된 광원 및 제3 광원부(BP1)에 포함된 광원 중 어느 하나를 나타낸다.

도 3에서 실선은 광원(56)이 적색광(Red)을 방출하는 광원일 때, 점선은 광원(56)이 녹색광(Green)을 방출하는 광원일 때, 일점 쇄선은 광원(56)이 청색광(Blue)을 방출하는 광원일 때, 광원(56)에서 방출된 광(RL, GL, BL)을 나타낸다. 광원(56)의 특성에 따라, 예컨대, 광원(56)에서 방출되는 광의 종류에 따라 광원(56)의 LGP(40) 둘레의 배치위치와 배치형태는 상술한 바와 같이 달라질 수 있다. 일 예로 광원(56)은 광원(56)에서 방출된 특정광(예컨대, 적색광, 녹색광 또는 청색광)이 회절부(58)의 상기 특정광이 입사되는 영역에 형성된 회절슬릿에 수직하게 입사되도록 하는 배치위치와 배치형태를 가질 수 있다. 따라서 광원(56)의 배치위치와 형태는 도 3에 도시된 것으로 한정되지 않는다.

광원(56)에서 방출된 광(RL, GL, BL)은 LGP(40)의 광 방출면에 마련된 회절부(58)의 단위 회절영역(P1)에서 회절된다. 이때, 전방으로, 곧 LGP(40) 앞쪽으로 회절된 광 중에서 -1차 회절광(DRL1, DGL1, DBL1)은 LGP(40) 앞쪽에 마련된 제1 화소(42P)에 입사된다. 제1 화소(42P)는 제1 디스플레이 장치(42)의 화소영역(42A)에 포함된 복수의 화소들 중 하나일 수 있다. 상기 회절광 중에서 LGP(40) 후방으로 회절된 -1차 광, 곧 반사광(DRL2, DGL2, DBL2)은 LGP(40) 뒤쪽에 배치되어 제1 화소(42P)와 반대쪽에 있는 제2 화소(44P)에 입사된다. 제2 화소(44P)는 제2 디스플레이 장치(44)의 화소영역(44A)에 포함된 복수의 화소들 중 하나일 수 있다. 이와 같이 광원(56)에서 방출된 광(RL, GL, BL)은 직접 단위 회절영역(P1)에 입사되거나 LGP(40) 내부에서 전반사되어 단위 회절영역(P1)에 입사될 수 있다. 단위 회절영역(P1)에 입사된 광은 회절되며, 그 결과, LGP(40) 전방으로 향하는 투과광(DRL1, DGL1, DBL1)과 LGP(40) 후방으로 향하는 반사광(DRL2, DGL2, DBL2)이 발생된다. 이외의 다른 회절광은 해당 화소를 벗어난다.

단위 회절영역(P1)에서 발생되는 전방 회절광의 -1차 회절광들(DRL1, DGL1, DBL1)에서 적색광(DRL1)은 제1 화소(42P)의 R 영역(42R)에 입사되고, 녹색광(DGL1)은 제1 화소(42P)의 G 영역(42G)에 입사되고, 청색광(DBL1)은 제1 화소(42P)의 B 영역(42B)에 입사된다. 그리고 단위 회절영역(P1)에서 발생되는 반사광, 곧 후방 회절광의 -1차 회절광들(DRL2, DGL2, DBL2)에서 적색광(DRL2)은 제2 화소(44P)의 R 영역(44R)에 입사되고, 녹색광(DGL2)은 제2 화소(44P)의 G 영역(44G)에 입사되며, 청색광(DBL2)은 제2 화소(44P)의 B 영역(44B)에 입사된다.

이와 같이 백 라이트 유닛의 LGP(40)로부터 제1 및 제2 디스플레이 장치(42, 44)의 화소영역(42A, 44A)에 광이 입사되고, 제1 및 제2 디스플레이 장치(42, 44)에 3차원 렌더링 된 영상신호가 인가됨에 따라 제1 디스플레이 장치(42) 앞쪽과 제2 디스플레이 장치(44) 앞쪽에 육안으로 볼 수 있는 3D 영상이 형성된다. 따라서 기존에 비해 많은 시청자가 동시에 3D 영상을 볼 수 있다. 또한, LGP(40)를 이용하는 바, 크로스 토크가 낮은 관계로 충분한 깊이감을 갖는 3D 영상을 볼 수도 있다.

도 3에서 제1 화소(42P)의 서브 화소영역들, 곧 R, G 및 B 영역(42R, 42G, 42B)은 제2 화소(44P)의 서브 화소영역들, 곧 R, G 및 B 영역(44R, 44G, 44B)과 서로 마주하는 위치에 있을 수 있고, 일대 일로 대응할 수 있다. 단위 회절영역(P1)의 제1 내지 제3 서브 회절영역(A1-A3)은 제1 화소(42P)의 서브 화소영역들과 일대 일로 대응될 수 있다. 단위 회절영역(P1)의 제1 내지 제3 서브 회절영역(A1-A3)은 또한 제2 화소(44P)의 서브 화소영역들과 일대 일로 대응될 수 있다.

단위 회절영역(P1)에 포함된 회절격자의 피치, 회절격자에 대한 입사광의 방향각, 단위 회절영역(P1)에 입사되는 광의 입사각 등을 조절함으로써, 단위 회절영역(P1)에서 회절된 광의 특정 차수(예컨대, 투과 및 반사 회절광의 -1차 광)만 단위 회절영역(P1)에 대응하는 화소(42P, 44P)에 입사되게 할 수 있다. 일 예로 회절격자의 피치 조절에 따른 회절각의 변화에 도 7-도 10을 참조하여 후술된다.

도 4는 LGP(40)의 단위 회절영역(P1)에 포함된 서브 회절영역들(A1-A3)에 형성된 회절격자의 슬릿방향을 보여준다.

도 4를 참조하면, 단위 회절영역(P1)의 제1 내지 제3 서브 회절영역(A1-A3)에 형성된 회절격자의 슬릿들(S1, S2, S3)은 정렬 방향이 서로 다르다.

곧, 제1 서브 회절영역(A1)의 회절격자 슬릿(S1)은 x축 방향으로 정렬되어 있다. 제2 서브 회절영역(A2)의 회절격자 슬릿(S2)은 y축 방향으로 정렬되어 있다. 제3 서브 회절영역(A3)의 회절격자 슬릿(S3)은 x축과 y축에 경사진 방향으로 정렬되어 있다.

이와 같이 제1 내지 제3 서브 회절영역(A1-A3)의 회절격자의 슬릿들(S1-S3)의 정렬 방향이 서로 다른 바, 각 서브 회절영역(A1-A3)은 각각의 회절격자 슬릿들(S1-S3)에 수직하게 입사하는 광들(R1, G1, B1)(곧, 각 회절격자에 대한 방향각이 0인 광들)에 대해 동작을 한다(회절을 일으킨다). 다시 말하면, 제1 서브 회절영역(A1)은 회절격자의 슬릿(S1)에 수직하게 입사하는 광(R1)에 대해 도 3에서 설명한 바와 같은 회절을 일으킬 수 있고, 다른 방향에서 입사하는 광들(G1, B1)에 대해서는 슬릿(S1)은 도 3에서 설명한 바와 같은 회절을 일으키지 않는다. 이러한 설명은 제2 및 제3 서브 회절영역(A2, A3)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.

이에 따라 회절부(58)를 갖는 LGP(40) 둘레에 배치되는 광원부(RP1, GP1, BP1)의 배치는 단위 회절영역(P1)의 서브 회절영역(A1-A3)에 형성된 회절격자의 슬릿들(S1-S3)의 정렬방향에 따라 달라질 수 있다.

도 5는 도 4에 도시한 제1 내지 제3 서브 회절영역(A1-A3)에 형성된 회절격자의 슬릿들(S1-S3)의 정렬 방향이 달라진 경우를 보여준다.

도 5를 참조하면, 제2 단위 회절영역(P2)의 제1 서브 회절영역(A1)에 형성된 회절격자의 슬릿은 양의 기울기를 갖도록 경사져 있다. 따라서 그 정렬방향(슬릿에 수직한 방향)은 -x축과 y축과 경사진다. 제2 서브 회절영역(A2)에 형성된 회절격자의 슬릿은 음의 기울기를 갖도록 경사져 있다. 따라서 그 정렬방향은 x축과 y축과 경사진다. 제3 서브 회절영역(A3)에 형성된 회절격자의 슬릿은 x축 방향을 정렬되어 있다.

이와 같이 도 5의 제2 단위 회절영역(P2)에 포함된 서브 회절영역(A1-A3)에 형성된 회절격자의 슬릿의 정렬방향은 도 4에 도시한 단위 회절영역(P1)에 형성된 회절격자 슬릿(S1-S3)의 정렬방향과 다르기 때문에, 도 5의 단위 회절영역(P2)에서 회절을 일으키기 위해, 단위 회절영역(P2)의 서브 회절영역(A1-A3)에 입사되는 광의 입사방향, 곧 방향각은 도 4와 달라야 한다.

도 7은 도 3에서 단위 회절영역(P1)을 포함하는 LGP(40) 영역의 일부를 확대하여 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, LGP(40)의 상부면의 제3 서브 회절영역(A3)에 회절격자 슬릿들(S3)이 형성되어 있다. 슬릿들(S3) 서로 이격되어 있고, 소정의 피치(D1)를 갖는다. 슬릿들(S3)의 높이도 서로 같을 수 있다.

제3 서브 회절영역(A3)에 입사된 광(72)은 회절되는데, 그 결과, 투과광, 곧 LGP(40)의 전방으로 방출되는 -1차 투과 회절광(72T)과 반사광, 곧 LGP(40)의 후방으로 방출되는 -1차 반사 회절광(72R)이 발생된다. 제3 서브 회절영역(A3)에 입사되는 광(72)은 제3 서브 회절영역(A3)에 수직한 입사면(76)에 대해 소정의 입사각(Φ)을 갖는다. 그리고 전방으로 방출되는 광(72T)은 입사면(76)에 대해 소정의 투과 회절각(θ_-1stT)으로 진행하고, 후방으로 방출되는 광(72R)은 입사면(76)에 대해 소정의 반사 회절각(θ_-1stR)으로 진행한다. 투과 회절각(θ_-1stT)과 반사 회절각(θ_-1stR)은 입사각(Φ)이나 회절격자의 슬릿(S3)의 피치(D1)에 따라 달라질 수 있다.

제1 및 제2 디스플레이 장치(42, 44)를 통한 3D 디스플레이 장치의 시야각은 투과 회절각(θ_-1stT)과 반사 회절각(θ_-1stR)에 연동하여 달라질 수 있다. 곧, 투과 회절각(θ_-1stT)과 반사 회절각(θ_-1stR)의 증감에 따라 상기 시야각도 증가하거나 감소할 수 있다.

다음에는 회절격자 슬릿(S3)의 피치(D1) 변화에 따른 투과 회절각(θ_-1stT)과 반사 회절각(θ_-1stR)의 변화를 시뮬레이션을 통해 살펴본다. 상기 시뮬레이션은 단위 회절영역(P1)의 각 서브 회절영역(A1-A3)에 입사되는 광의 방향각(orientation angle)을 0으로 설정하고, 광의 입사각(Φ)은 55°로 설정하였다.

도 8 내지 도 10은 입사광이 적색광(634nm), 녹색광(520nm) 및 청색광(465nm)일 때, 상기 시뮬레이션의 결과를 보여준다. 각 도면에서 가로축은 회절격자의 피치를, 세로축은 회절각도, 곧 투과 회절각(θ_-1stT)과 반사 회절각(θ_-1stR)을 나타낸다.

또한, 각 도면에서 원형(○) 도형 그래프는 회절격자 슬릿 피치(D1) 변화에 따른 투과 회절각(θ_-1stT)의 변화를 나타내고, 사각형(□) 도형 그래프는 회절격자 슬릿 피치(D1) 변화에 따른 반사 회절각(θ_-1stR)의 변화를 나타낸다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, LGP(40) 전방으로 방출되는 광의 투과 회절각(θ_-1stT)이 -20°~ 20°정도가 되도록 회절격자 슬릿 피치(D1)를 조절할 경우, LGP(40) 후방으로 방출되는 광의 반사 회절각(θ_- _1stR)도 -20°~ 20°의 범위에서 조절됨을 알 수 있다. 이러한 결과로 인해 LGP(40) 전방과 후방에 각각 배치된 디스플레이(42, 44)를 통해서 육안으로 3D 영상을 시청할 수 있다. 곧, LGP(40) 전방과 후방에 각각 3D 영상을 제공하는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

상술한 무안경 3D 디스플레이 장치에서, LGP(40)의 회절영역(58)은 회절격자 대신에 회절격자와 동등한 역할을 하도록 제작된 홀로그램층이 배치될 수도 있다. 이러한 홀로그램층은 LGP(40)의 상부면 상에 배치될 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

40:LGP(Light Guide Panel) 42:제1 디스플레이 장치
42A:화소영역 42P:제1 화소
42R:제1 화소(42P)의 R영역 42G:제1 화소(42P)의 G영역
42B:제1 화소(42P)의 B영역 44:제2 디스플레이 장치
44A:화소영역 44P:제2 화소
44R:제2 화소(44P)의 R 영역 44G:제2 화소(44P)의 G 영역
44B:제2 화소(44P)의 B 영역 56:광원
58:회절영역 72:제3 서브 회절영역(A3)에 입사된 광
72T:LGP(40) 전방으로 방출되는 -1차 투과 회절광
72R:LGP(40)의 후방으로 방출되는 -1차 반사 회절광
A1-A3:제1 내지 제3 서브 회절영역
B1:제3 서브 회절영역(A3)의 제3 슬릿(S3)에 수직하게 입사하는 광
DRL1, DGL1, DBL1:LGP(40) 전방으로 회절된 -1차 회절광
DRL2, DGL2, DBL2:LGP(40) 후방으로 회절된 -1차 회절광
G1: 제3 서브 회절영역(A3)의 제2 슬릿(S2)에 수직하게 입사하는 광
RP1:제1 광원부 GP1:제2 광원부
BP1:제3 광원부 RP2:제4 광원부
GP2:제5 광원부 BP2:제6 광원부
P1, P2:단위 회절영역 PA1:단위 회절영역의 일부를 포함하는 영역
R1: 제3 서브 회절영역(A3)의 제1 슬릿(S1)에 수직하게 입사하는 광
RL, GL, BL:광원(56)에서 방출된 광
S1-S3:제1 내지 제3 슬릿

Claims

입사광을 회절시켜 제1 측면을 통해 제1 방향으로 광을 방출하고,
상기 제1 측면과 다른 제2 측면을 통해 제2 방향으로 광을 방출하는 광원유닛;
상기 광원유닛의 상기 제1 방향으로 방출된 광을 3D 영상 형성용 광으로 사용하는 제1 디스플레이 장치; 및
상기 광원유닛의 상기 제2 방향으로 방출된 광을 3D 영상 형성용 광으로 사용하는 제2 디스플레이 장치;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 방향 중 한 방향은 상기 광원 유닛의 전방이고, 다른 한 방향은 상기 광원유닛의 후방인 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 디스플레이 장치는 상기 광원유닛의 전방에, 상기 제2 디스플레이 장치는 상기 광원유닛의 후방에 각각 배치된 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광원유닛은 회절격자를 포함하는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광원유닛은 회절부를 포함하는 백 라이트 유닛인 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광원유닛은 광 가이드 패널(Light Guide Panel)을 포함하는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광원유닛은,
3개의 서로 다른 파장의 광을 방출하는 광원부; 및
상기 광원부에서 방출된 광을 상기 제1 및 제2 디스플레이 장치로 전달하는 광 가이드 패널;을 포함하는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 디스플레이 장치는 동일한 장치인 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 디스플레이 장치는 서로 다른 장치인 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 디스플레이 장치는 LCD 장치 또는 OLED 장치인 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 광원부와 상기 광 가이드 패턴 사이에 배치된 광 전달매체를 더 포함하는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 광원부는,
적색광을 방출하는 제1 광원부;
녹색광을 방출하는 제2 광원부; 및
청색광을 방출하는 제3 광원부;를 포함하는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 광원부는 상기 광 가이드 패널의 측면에 배치된 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 광 가이드 패널은 복수의 단위 회절영역을 포함하는 회절부를 포함하고,
상기 복수의 단위 회절영역은 상기 제1 디스플레이 장치의 화소영역에 포함된 복수의 화소에 대응하고,
상기 복수의 단위 회절영역은 상기 제2 디스플레이 장치의 화소영역에 포함된 복수의 화소에 대응하는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 단위 회절영역은,
제1 서브 회절영역;
제2 서브 회절영역; 및
제3 서브 회절영역;을 포함하고,
상기 제1 내지 제3 서브 회절영역은 서로 다른 방향으로 정렬된 회절격자 슬릿을 포함하는 양면 무안경 3D 디스플레이 장치.