KR20070043132A - 2차원 및 3차원 전환용 렌즈 어레이 및 그 구동 방법과,그를 이용한 표시 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2차원 및 3차원 표시 모드로 전환되기 위하여, 매트릭스 형태로 배열된 다수의 렌즈들 각각이, 제1 내지 제3 전극과; 상기 제1 및 제2 전극 사이의 제1 액정층과; 상기 제2 및 제3 전극 사이의 제2 액정층을 구비하고; 상기 제1 및 제2 액정층이 마주하는 각각의 일측면이 상기 제1 및 제2 액정층 사이의 제2 전극의 형상을 따라 곡률을 갖는 렌즈면 형상으로 형성되며; 상기 제1 내지 제3 전극에 인가되는 전압에 따라 2차원 및 3차원 표시 모드로 전환되는 렌즈 어레이 및 그 구동 방법과, 그를 이용한 표시 시스템을 개시한다.

Description

2차원 및 3차원 전환용 렌즈 어레이 및 그 구동 방법과, 그를 이용한 표시 시스템{LENS ARRAY FOR 2 AND 3 DIMENSION CONVERSION, DRIVING METHOD THEREOF, AND DISPLAY SYSTEM USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 2차원 및 3차원 변환용 렌즈 어레이가 적용된 표시 시스템을 도시한 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 렌즈 어레이가 3차원 영상을 표시하는 원리를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 3차원 영상을 표시하는 렌즈 어레이를 구동하는 구동 파형도.
도 4는 도 2에 도시된 3차원 영상을 표시하는 렌즈 어레이를 구동하는 다른 구동 파형도.
도 5는 도 2에 도시된 3차원 영상을 표시하는 렌즈 어레이를 구동하는 또 다른 구동 파형도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 표시 패널 12 : 서브 화소
20 : 렌즈 어레이 22 : 제1 전극
24 : 제2 전극 26 : 제3 전극
28 : 제1 액정층 30 : 제2 액정층
본 발명은 2차원 및 3차원 화상을 표시할 수 있는 표시 장치에 관한 것으로, 특히 2차원과 3차원 표시 모드로 전환할 수 있는 렌즈 어레이 및 그의 구동 방법과, 그를 이용한 표시 시스템에 관한 것이다.
최근 실제감이 풍부한 영상을 표시하는 3차원 표시 장치는 의학, 교육, 게임 등 여러 분야에 응용되고 있다. 3차원 표시 장치는 관람자의 오른눈과 왼눈에 보이는 영상을 다르게 표시하여 관람자가 느끼는 양쪽눈의 시차로 하여금 입체감을 인식하게 한다.
입체 영상을 표시하는 방법으로는 특수 안경을 사용하는 방식, 특수 안경을 사용하지 않는 방식, 그리고 홀로그래피 방식이 있다. 앞의 두가지 방식은 양쪽눈의 시차 원리를 이용한 것으로 기존의 2차원 영상 표시 기술을 그대로 이용할 수 있다. 홀로그래피를 이용한 입체 영상은 광학적으로 물체의 3차원적인 파형을 3차원 공간에 재생시켜 입체상을 구현하지만 실용화가 어렵고, 특수 안경을 사용하는 방식은 특수 안경을 사용해야하는 불편함이 있다.
특수 안경을 사용하지 않고도 입체 영상을 시청할 수 있는 방식으로 렌티큘 러 시트(lenticular sheet) 방식, 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 방식, 백라이트 분배(back light distribution) 방식 등이 있다. 패럴랙스 배리어 방식은 제작하기가 가장 간단하나 대부분의 빛이 패럴랙스 배리어에 의해 차단되기 때문에 밝은 화면을 얻을 수 없다. 백라이트 분배 방식은 시청자의 위치에 대응하는 점에서 두개의 백라이트를 비추어야 하기 때문에 시청자의 위치 추적을 위해 복잡한 정보처리 방법을 필요로 하는 등의 문제점을 가지고 있다.
렌티큘라 시트는 투명한 플라스틱 원통형의 렌즈가 매트릭스 형태로 배열되어 형성된다. 렌즈 한 개의 폭은 표시기의 화소 폭에 의해 결정되는데, 좌우화상에 해당하는 두개의 화소가 들어가게 한다. 이에 따라, 렌즈 효과에 의해 렌즈의 좌측에 있는 화소는 오른쪽 눈에만 보이게 되고 우측에 있는 화소는 왼쪽 눈에만 보이게 돼 좌우 화상의 분리가 가능해진다. 다시 말하여, 표시 장치는 두 대의 카메라를 사용해 좌우측에서 촬영된 두 개의 화상을 한 화면에 규칙적으로 번갈아가면서 표시하고, 표시 장치 앞에 설치된 렌티큘라 렌즈에 의해 좌우 화상이 서로 다른 방향으로 진행하기 때문에 시청자는 입체감을 느끼게 된다.
그러나, 종래의 입체 화상 표시 장치는 3차원 영상 전용이기 때문에 2차원 영상을 선택적으로 구현하는 것은 불가능하다.
따라서, 본 발명의 목적은 2차원 및 3차원 표시 모드로 전환될 수 있는 렌즈 어레이 및 그 구동 방법과, 그를 이용한 표시 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 렌즈 어레이는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 렌즈들 각각이, 제1 내지 제3 전극과; 상기 제1 및 제2 전극 사이의 제1 액정층과; 상기 제2 및 제3 전극 사이의 제2 액정층을 구비하고; 상기 제1 및 제2 액정층이 마주하는 각각의 일측면이 상기 제1 및 제2 액정층 사이의 제2 전극의 형상을 따라 곡률을 갖는 렌즈면 형상으로 형성되며; 상기 제1 내지 제3 전극에 인가되는 전압에 따라 2차원 및 3차원 표시 모드로 전환되는 것을 특징으로 한다.
상기 2차원 표시 모드인 경우 상기 제1 내지 제3 전극에는 동일한 교류 전압이 공급되어 상기 제1 및 제2 액정층은 동일한 굴절율을 갖게 된다.
상기 3차원 표시 모드인 경우 상기 제1 및 제2 전극에는 상기 제1 액정층을 구동하기 위한 서로 다른 전압이, 상기 제3 전극에는 상기 제2 전극과 동일한 전압이 공급되어 상기 제1 액정층은 상기 제2 액정층과 다른 굴절율을 갖게 된다.
이때, 상기 제1 전극에 공급된 제1 전압과 상기 제2 및 제3 전극에 공통으로 공급된 제2 전압은 상반된 위상을 갖는 교류 전압이다.
이와 달리, 제1 전극에는 교류 전압이, 상기 제2 및 제3 전극에는 직류 전압이 공급된다.
본 발명에 따른 렌즈 어레이의 구동 방법은 제1 및 제2 전극 사이의 제1 액정층과, 상기 제2 전극과 제3 전극 사이의 제2 액정층을 구비하는 렌즈들이 매트릭 스 형태로 배열된 렌즈 어레이가 2차원 영상을 표시하는 경우 상기 제1 내지 제3 전극에 동일한 교류 전압을 공급하여 상기 제1 및 제2 액정층이 동일한 굴절율을 갖게 하는 단계와; 3차원 영상을 표시하는 경우 상기 제1 및 제2 전극에 서로 다른 전압을, 상기 제2 및 제3 전극에 동일한 전압을 공급하여 상기 제1 및 제2 액정층이 서로 다른 굴절율을 갖게 하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 표시 시스템은 화상을 표시하는 표시 패널과; 상기 표시 패널로부터의 화상을 2차원 또는 3차원으로 표시하는 상기 렌즈 어레이를 구비한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 어레이를 포함한 표시 시스템의 단면 구조를 도시한 것으로, 특히 도 1은 2차원 표시 모드, 도 2는 3차원 표시 모드인 경우를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 표시 시스템은 영상을 표시하는 표시 패널(10)과, 전기적으로 조절되는 액정의 굴절율을 이용하여 표시 패널(10)로부터의 영상을 2차원 또는 3차원 모드로 표시하는 렌즈 어레이(20)를 구비한다.
표시 패널(10)은 화소 매트릭스를 통해 영상을 표시하고 각 화소는 R, G, B 서브 화소(12)를 포함한다. 이러한 표시 패널(10)로는 액정 표시 장치, 플라즈마 디스플레이 패널, EL(Electro-Luminescence) 표시 장치, 전계 방출(Field Emission) 표시 장치 중 어느 하나의 평판 표시 장치가 이용된다.
렌즈 어레이(20)는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 렌즈를 구비하고 각 렌즈는 제1 및 제2 전극(22, 24) 사이의 제1 액정층(28)과, 제2 및 제3 전극(24, 26) 사이의 제2 액정층(30)을 구비한다. 여기서 제1 및 제2 액정층(28, 30)은 그들 사이의 제2 전극(24)의 형상을 따라 볼록한 면과 오목한 면을 각각 갖게 된다. 그리고 각 렌즈의 폭은 좌우 화상에 해당하는 2개의 화소를 포함하도록 설정된다.
이러한 제1 및 제2 액정층(28, 30)은 전계가 인가되지 않으면 도 1에 도시된 바와 같이 동일한 굴절율(no)을 갖고 표시 패널(10)로부터의 영상을 그대로 2차원 모드로 표시한다. 이를 위하여 제1 내지 제3 전극(22, 24, 26)에는 제1 및 제2 액정층(28, 30)이 구동되지 않도록 동일한 전압이 공급된다. 이때, 직류 전압으로 인한 액정 열화를 방지하기 위하여 제1 내지 제2 전극(22, 24, 26)에는 동일한 교류 전압이 공급된다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 전극(22)에 공급되는 스위치 전압(Vsw)과 제1 및 제3 전극(24, 26)에 공통으로 공급되는 공통 전압(Vcom)으로는 동일한 위상으로 Vth와 GND 레벨을 반복하는 교류 전압이 공급된다.
반면에, 제1 내지 제3 전극(22, 24, 26)을 통해 전계가 인가되면 도 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 액정층(28, 30)의 굴절율 차(ne≠no)로 렌즈를 구성하여 표시 패널(10)로부터의 영상을 3차원 모드로 표시하게 된다.
구체적으로 제1 및 제2 전극(22, 24)에는 제1 액정층(28)을 구동하기 위한 서로 다른 레벨의 스위치 전압(Vsw)과 공통 전압(Vcom)이 각각 공급되고 제3 전극(26)에는 제2 전극(24)과 동일한 공통 전압(Vcom)이 공급된다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 전극(22)에 공급되는 스위치 전압(Vsw)과 제2 및 제3 전극(24, 26)에 공통으로 공급되는 공통 전압(Vcom)이 상반된 위상으로 Vth와 GND 레벨을 반복하는 교류 전압으로 공급되어 제1 액정층(28)만 구동되게 한다. 이와 달리, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 전극(22)의 스위치 전압(Vsw)으로는 Vth와 -Vth 레벨을 주기적으로 반복하는 교류 전압이 공급되고, 제2 및 제3 전극(24, 26)에 공통으로 공급되는 공통 전압(Vcom)으로는 Vth 또는 -Vth 레벨을 유지하는 직류 전압이 공급되어 제1 액정층(28)만 구동되게 한다. 또한, 제1 전극(22)의 스위치 전압(Vsw)으로는 2Vth와 GND 레벨을 주기적으로 반복하는 교류 전압이 공급되고, 제2 및 제3 전극(24, 26)에 공통으로 공급되는 공통 전압(Vcom)은 GND를 유지하여 제1 액정층(28)만 구동되게 할 수 있다.
이에 따라 제1 액정층(28)은 제1 및 제2 전극(22, 24)에 공급된 스위치 전압(Vsw)과 공통 전압(Vcom)과의 차전압에 의해 구동되고, 제2 액정층(30)은 제2 및 제3 전극(24, 26)에 공통으로 공급된 공통 접압(Vcom)에 의해 구동되지 않게 된다. 이 결과 스위치 전압(Vsw)과 공통 전압(Vcom)의 전압차로 구동된 제1 액정층(28)의 굴절율(ne)이 구동되지 않은 제2 액정층(30)의 굴절율(no)과 달라지게 됨으로써 렌티큘러 렌즈 역할을 하게 된다. 이러한 제1 및 제2 액정층(28, 30)의 렌즈 효과에 의해 렌즈의 좌측에 있는 화소는 오른쪽 눈에만 보이게 되고 우측에 있는 화소는 왼쪽 눈에만 보이도록 좌우 화상으로 분리함으로써 표시 패널(10)로부터의 영상을 3차원 영상으로 표시하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈 어레이 및 그 구동 방법은 3전극 사이의 제1 및 제2 액정층을 이용하여 전계가 인가되지 않으면 표시 패널로부터의 영상을 2차원 영상으로 표시되게 하고, 전계가 인가되면 제1 및 제2 액정층의 굴절율 차로 렌즈 역할을 하여 3차원 영상으로 표시되게 한다.
따라서, 본 발명에 따른 렌즈 어레이를 이용한 표시 시스템은 사용자의 요구에 따라 2차원 영상 모드 및 3차원 영상 모드로 전환할 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (9)

  1. 매트릭스 형태로 배열된 다수의 렌즈들 각각이,
    제1 내지 제3 전극과;
    상기 제1 및 제2 전극 사이의 제1 액정층과;
    상기 제2 및 제3 전극 사이의 제2 액정층을 구비하고;
    상기 제1 및 제2 액정층이 마주하는 각각의 일측면이 상기 제1 및 제2 액정층 사이의 제2 전극의 형상을 따라 곡률을 갖는 렌즈면 형상으로 형성되며;
    상기 제1 내지 제3 전극에 인가되는 전압에 따라 2차원 및 3차원 표시 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차원 표시 모드인 경우 상기 제1 내지 제3 전극에는 동일한 교류 전압이 공급되어 상기 제1 및 제2 액정층은 동일한 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 표시 모드인 경우 상기 제1 및 제2 전극에는 상기 제1 액정층을 구동하기 위한 서로 다른 전압이, 상기 제3 전극에는 상기 제2 전극과 동일한 전압이 공급되어 상기 제1 액정층은 상기 제2 액정층과 다른 굴절율을 갖는 것을 특징 으로 하는 렌즈 어레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 전극에 공급된 제1 전압과 상기 제2 및 제3 전극에 공통으로 공급된 제2 전압은 상반된 위상을 갖는 교류 전압인 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 전극에는 교류 전압이, 상기 제2 및 제3 전극에는 직류 전압이 공급된 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이.
  6. 제1 및 제2 전극 사이의 제1 액정층과, 상기 제2 전극과 제3 전극 사이의 제2 액정층을 구비하는 렌즈들이 매트릭스 형태로 배열된 렌즈 어레이가,
    2차원 영상을 표시하는 경우 상기 제1 내지 제3 전극에 동일한 교류 전압을 공급하여 상기 제1 및 제2 액정층이 동일한 굴절율을 갖게 하는 단계와;
    3차원 영상을 표시하는 경우 상기 제1 및 제2 전극에 서로 다른 전압을, 상기 제2 및 제3 전극에 동일한 전압을 공급하여 상기 제1 및 제2 액정층이 서로 다른 굴절율을 갖게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이의 구동 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 3차원 영상을 표시하는 경우 상기 제1 전극에 공급된 제1 전압과 상기 제2 및 제3 전극에 공통으로 공급된 제2 전압은 상반된 위상을 갖는 교류 전압인 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이의 구동 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 3차원 영상을 표시하는 경우 제1 전극에는 교류 전압이, 상기 제2 및 제3 전극에는 직류 전압이 공급된 것을 특징으로 하는 렌즈 어레이의 구동 방법.
  9. 화상을 표시하는 표시 패널과;
    상기 표시 패널로부터의 화상을 2차원 또는 3차원으로 표시하는 제 1 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 렌즈 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120001416A (ko) * 2010-06-29 2012-01-04 엘지디스플레이 주식회사 영상표시장치
WO2013181910A1 (zh) * 2012-06-05 2013-12-12 京东方科技集团股份有限公司 液晶透镜及2d-3d可切换立体显示装置

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