KR20080062523A - 3차원 영상표시장치 - Google Patents

3차원 영상표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 형태의 이미지를 구현하는 영상표시장치에 관한 것이다.
본 발명은, 3차원 영상을 구현하기 위한 별도의 시역생성부를 구비하지 않고, 블랙매트릭스를 제2 기판(109)상에 소정깊이로 식각(etching) 또는 스크라이빙(scribing)하여 그 음각내부로 형성하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 별도의 패럴랙스 베리어 또는 서브패널의 구비없이 3차원 영상이 구현가능하기 때문에 비용절감과, 상기 패럴랙스 베리어 또는 서브패널과 표시패널과의 합착 공정이 필요로 하지 않아, 얼라인 오차에 의한 수율감소의 효과가 있다.
시역, 패럴랙스 배리어, 렌티큘러 렌즈, 얼라인 오차(align miss)

Description

3차원 영상표시장치{3-Dimension image Display Device}
도 1은 일반적인 패럴랙스 배리어 방식 영상표시장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 서브패널을 포함하는 2D/3D 가변형 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 시역생성부와, 표시패널의 얼라인 오차(align miss)의 형태를 도시한 좌표이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 영상표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 영상표시장치의 구동원리를 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 표시패널 101 : 제1 기판
102a,b : 화소전극, 공통전극 105 : 액정층
107 : 컬러필터 109 : 제2 기판
110 : 블랙 매트릭스
본 발명은 영상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 형태의 이미지를 구현하는 영상표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 영상을 표시하는 영상표시장치는, 영상이 실제로 표시되는 표시패널과 이를 구동하는 구동부를 포함하고, 표시패널에는 2차원 매트릭스 형태의 다수의 화소가 형성되어 있다. 이러한 영상표시장치는 표시하고자 하는 하나의 영상을 각 화소단위로 세분하여 표시패널을 통해 하나의 화면을 표시한다.
상기의 영상표시장치는 표시패널의 구현소자의 종류에 따라, 각각 상이한 시야각 특성을 갖는다. 특히 액정표시장치의 경우 표시패널에 구비되는 액정층을 통과한 빛을 이용하여 영상을 표시하는데, 시야각에 따라 액정층을 통과한 빛의 경로가 달라지므로 특정 시야각 이상에서는 원하는 영상과는 다른 영상이 표시되기도 한다.
최근에는 표시패널과 관측자 사이에 특정되는 위치별로 장벽(Barrier)을 구성하여 시야각에 따라 장벽 사이로 보이는 화소를 달리하는 방식으로, 시야각에 따라 영상을 표시하는 화소가 달라지고 시야각에 따라 서로 다른 시역(Viewing zone)을 형성하는 장벽 방식 영상표시장치가 제안되었다. 이러한 장벽 방식 영상표시장 치는, 서로 다른 시역에 기여하는 화소는 서로 다르며, 이들 화소로 서로 다른 영상신호를 표시하도록 함으로서, 서로 다른 시역에서는 서로 다른 영상이 표시되도록 할 수 있다.
이러한 영상표시장치의 특성을 3차원(3-Dimension) 영상구현에 적용한 3차원 영상표시장치가 제안되었는데, 이는 두 눈의 스테레오(Stereo) 시각원리에 의한다.
두 눈의 시차, 다시 말하면 약 65mm 떨어져 존재하는 두 눈 사이의 간격에 의한 양안시차(Binocular parallax)는 바라보는 객체의 입체감을 느끼게 하는 중요한 요인으로, 좌우 눈이 각각 연관된 평면영상을 볼 경우에 뇌는 이들 서로 다른 두 영상을 융합하여 3차원 영상 본래의 깊이감과 실재감을 재현할 수 있다.
이러한 3차원 표시방법 중, 좌/우안용 스테레오영상을 동시에 표시하는 표시패널과 관측자 사이에, 스트라이프(Strip)형태의 개구부와 배리어(Barrier)를 배치하여 관찰자가 입체감을 느끼게 하는 패럴랙스 배리어(Parallax barrier)방식과 렌티큘러 렌즈 방식이 있다.
도 1은 일반적인 패럴랙스 배리어 방식 영상표시장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 패럴랙스 배리어 방식 영상표시장치(1)는 좌우영상을 동시에 표시하는 표시패널(2)과, 시역생성부인 패럴랙스 배리어(3)로 이루어진다.
표시패널(2)에는 좌안용 영상을 표시하는 좌안 화소(L)와 우안용 영상을 표시하는 우안 화소(R)가 번갈아 정의되어 있고, 패럴랙스 배리어(3)는 표시패널(2)과 관측자(4)사이에 배치된다. 패럴랙스 배리어(3)에는 좌/우안 화소(L,R)로부터 나오는 빛을 각각 선택적으로 통과시키는 개구부(6)와 배리어(8)가 관측자에 대해 세로방향을 향하는 스트라이프 형태로 반복 배열되어 있다.
이에 따라 표시패널(2)의 좌안 화소(L)에 표시되는 좌안 영상(IL)은 패럴랙스 배리어(3)의 개구부(8)를 거쳐 관측자(4)의 좌안에 도달되고, 표시패널(2)의 우안 화소(R)에 표시되는 우안 영상(IR)은 패럴랙스 배리어(3)의 개구부(8)를 거쳐 관측자(4)의 우안에 도달하는데, 이때 좌/우안 영상(IL, IR)에는 각각 인간이 감지 가능한 시차를 고려한 별개의 영상이 담겨 있고, 관측자(4)는 이 두 가지 영상을 결합하여 3차원 입체영상을 인식하게 된다.
최근, 이러한 원리를 이용하여, 상기 패럴랙스 배리어를 서브패널로 대체하여 2D 및 3D 형태의 영상을 선택적으로 표시하는 2D/3D 가변형 액정표시장치가 제안되었다.
이하, 도면을 참조하여 상술한 서브패널을 이용한 2D/3D 가변형 액정표시장치를 설명하도록 한다.
도 2는 서브패널을 포함하는 2D/3D 가변형 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면으로서, 도시한 바와 같이 2D/3D 가변형 액정표시장치는, 실제 영상을 표시하는 표시패널(10)과, 표시패널(10)로부터 공급되는 빛을 제어하여 표시되는 영상의 2D 및 3D를 결정하는 서브패널(30)과, 상기 표시패널(10)을 구동하는 구동드라이버(14)로 구성된다.
또한, 상기 구동드라이버(14)는 수평라인의 주사기간을 결정하는 게이트드라 이버(15)와, 표시패널(10)에 표시하고자 하는 영상의 데이터신호를 공급하는 데이터드라이버(16)로 구성되며, 일반적으로 데이터드라이버(16)는 TCP(17)상에 실장되어 표시패널(10)에 본딩된다.
여기서, 도시하지는 않았지만 상기 표시패널(10)이 액정패널일 경우, 표시패널(10)의 배면으로 빛을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)이 더 포함될 수 있다.
이러한 구조는, 상기 서브패널(30)에서 설정에 따라 표시패널(10)에 입사되는 빛의 편광성분을 변화시키고, 빛의 편광성분에 따라 빛의 경로를 변화시키는 형태로 2D 및 3D 영상을 구현하는 방식이다.
보다 상세하게는, 2D 영상의 구현시 서브패널(30)은, 표시패널(10)로부터 입사되는 빛을 변화없이 그대로 통과시켜 2D 영상을 구현하고, 3D 영상의 구현시, 서브패널(30)에 개재되는 액정층의 귤절율을 변화시켜, 표시패널(10)로부터 입사되는 빛을 변화시켜 해당화소에 따라 시역을 달리하여 3D 영상을 구현한다. 이때, 이 서브패널(30)은 패럴랙스 배리어 또는 렌티큘러 렌즈와 동일한 시역생성부의 기능을 하게 된다.
그러나, 상술한 패럴랙스 배리어 또는 렌티귤러 렌즈를 통해 3D 영상을 구현하거나, 상기 서브패널을 통해 2D/3D 영상을 가변하는 것을 상당한 비용의 추가를 필요로 하며, 무엇보다 시역생성부인 패럴랙스 배리어 또는 서브패널과, 표시패널의 얼라인(align) 오차가 발생하게 된다.
도 3은 시역생성부와, 표시패널의 얼라인 오차(align miss)의 형태를 도시한 좌표이다.
도면을 참조하면, 시역생성부와 표시패널과의 X축, Y축의 평행이동 및 뒤틀림으로 인한 얼라인 오차(δx, δy, φ)의 대표적인 형태를 도시하였다.
이러한 얼라인 오차는 결정적으로, 이미지와 시역생성부사이의 결합력이 약할 경우 발생하게 되며, 시역생성부와 표시패널이 밀리거나 뒤틀리게 되어, 최적의 3D 영상을 구현할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 2D 또는 3D 영상을 구현하기 위해 별도의 시역생성부를 구비하는 영상표시장치의 얼라인 오차 문제를 개선하고, 제작 비용을 절감한 3차원 영상표시장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 확대된 영상을 표시하는 영상표시장치는, 상기 제1 및 제2 기판이 소정거리 이격되어 합착되고, 영상이 구현되는 다수의 화소가 정의되는 표시패널 및, 상기 표시패널에서 영상이 투영되는 제 2 기판의 배면에 일렬로 이격된 형태로 배치되어 패럴랙스 배리어 역할을 하는 블랙매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 기판은, 소정깊이로 식각 또는 스크라이빙되어 형성되는 음각내부로 상기 블랙매트릭스가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 표시패널은, 상기 제1 기판 및 제2 기판사이에 액정층이 개재되는 액정패널이고, 상기 액정패널의 배면으로 백라이트 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 기판에는, 화소전극과, 상기 화소전극과 접속되는 다수의 박막트랜지스터가 형성되고; 상기 제2 기판에는, 삼원색을 표시하는 컬러필터와, 공통전극이 상기 제1 기판방향으로 형성되며, 반대방향으로 상기 블랙매트릭스가 형성되는 것을 특징으로 한다.
관측자의 양안 간격을 e, 상기 화소의 크기를 L, 상기 블랙매트릭스와 상기 화소간의 간격을 r 이라고 할 때, 3차원 영상의 시거리 R은 다음의 수식,
수식
R ∝
Figure 112006098432691-PAT00001
을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 2 기판의 두께는 약 630㎛이고, 상기 관측자의 양안간격 e는 약 6.5 cm 이고, 상기 화소의 크기 L은 약 180㎛일 때, 상기 블랙매트릭스와 상기 화소간의 간격 r 은 약 550㎛ 인 것을 특징으로 한다.
상기 시거리 R은 약 20cm 인 것을 특징으로 한다.
상기 표시패널은 전계발광표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마영상표시장치(Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(Organic Electro-Luminescence Display Device, OLED) 중 하나인 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 3차원 영상표시장치를 설명하면 다음과 같다.
이하의 설명에서는 편의상 표시패널이 두 기판사이에 액정층을 포함하는 액정표시장치의 예로서 설명하도록 하며, 본 발명의 영상표시장치는 특정 표시소자에 한정되는 것을 아니다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 영상표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 표시패널(100)은 다수개의 게이트라인과 데이터라인이 매트릭스 형태로 교차하는 지점에 형성되는 스위칭소자인 박막트랜지스터 및 이와 접속되는 화소전극(102a)을 포함하는 제1 기판(101)과, RGB 삼원색이 각각 착색되는 칼라필터(107) 및, 상기 RGB 삼원색을 각각 구분하는 BM(Black Matrix)(110)과 공통전극(102b)을 포함하는 제2 기판(19)을 소정거리 이격하여 합착하고, 이 사이에 개재된 액정층(105)으로 구성된다.
여기서, 도시하지는 않았지만, 본 발명의 실시예에 의한 영상표시장치는, 상기 표시패널(100)을 구동하기 위한 구동드라이버(미도시)를 더 포함하며, 상기 구동드라이버(미도시)는 일반적인 드라이버와 동일한 동작을 수행하며, 다만 표시패널(100)에 공급하는 데이터신호를 3차원 영상을 구현할 수 있는 형태로 공급하는 점이 일반적인 영상표시장치와의 차이점이다.
상술한 바와 같이, 상기 표시패널(100)은 소정거리 이격되어 합착된 두 기판사이에 액정층(105)을 포함하고, 다시 두 기판외측으로 두 장의 편광판이 구비된 다. 상기 두 장의 편광판은 진행방향과 수직으로 무질서하게 진동하는 빛을 선택적으로 투과시키는 기능을 한다.
그리고, 표시패널(100)의 배면으로 빛을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)이 더 포함될 수 있다.
상술한 바와 같은 표시패널(100)의 구조적 특징을 보다 상세하게 설명하면, 특히 제2 기판(109)의 경우, BM(110)을 상기 액정층과 소정거리 이격되도록 형성하여 이를 통해 패럴랙스 배리어를 구현하는 것이 본 발명의 가장 큰 특징이며, 상기 BM(110)은 화소간의 빛의 영향을 차폐하는 기능을 할 수 있으며, 또한 별도의 차폐수단(즉, 일반적인 BM)이 더 형성될 수도 있다.
또한, 상기 BM(110)은, 제2 기판(109)상에 증착 및 사진공정을 거쳐 양각으로 형성되는 것이 아니라, 제2 기판(109)을 소정깊이로 식각(etching) 또는 스크라이빙(scribing)하여 그 음각내부로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 구조를 통해, BM(110)은, 화소전극(120a) 및 공통전극(120b)간에 형성되는 전계를 통해 액정층(105)에서 빛의 굴절율이 변화하여 입사되는 영상을 둘 이상의 시역으로 나누게 되어, 관측자는 특정거리에서 상기 둘 이상의 시역으로 나뉜 영상을 조합하여 3차원 영상을 관측하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 영상표시장치의 구동원리를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 영상표시장치의 구동원리를 보다 상세하게 설명하기 위한 도면으로서, 도시한 바와 같이, 표시패널(100)의 제2 기판(109)은, 액정층(도 4의 105) 및 컬러필터(도 4의 107)를 지나 화소단위(PI)로 입사되는 빛이 BM(110)의 개구부(110a)를 통과하여, 관측자에게 도달하는 구조이다.
이때, 관측자는 표시패널(100)과 특정거리에서 BM(110)의 개구부(110a)를 통과하는 다른 형태의 영상을 좌안과 우안을 통해 바라보게 된다.
보다 상세하게는, 화소단위(PI)로 입사되는 빛은 각각 관측자의 좌안 또는 우안에 해당하는 화소(P1, P2)별로 시거리(R)에서 3차원 영상으로 조합되며, 이때 관측자의 양안의 간격(e)과, BM(110)과 화소(P1, P2)간의 거리(r)와, 각 화소(P1, P2)의 크기(L)는 다음의 수식 1을 만족한다.
수식 1
R ∝
Figure 112006098432691-PAT00002
상기의 수식에 따라, 바람직한 시거리(R)의 예를 들면, 약 630㎛ 의 두께를 가지는 제2 기판(109)을 사용하면, 관측자의 양안의 간격(e)은 약 6.5cm 이고, 각 화소(P1, P2)의 크기(L)는 약 180㎛ 정도 일 때, 상기 BM(110)과 화소(P1, P2)간의 거리(r)를 약 550㎛로 형성할 경우, 관측자는 약 20cm 의 시거리에서 3차원 영상을 시청할 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 의하면, 별도의 시역생성부를 구비하지 않고도 3차원 영상을 구현할 수 있다.
여기서, 본 발명의 영상표시장치는 특정 평판표시장치(Flat Panel Display, FPD)에 한정되지 않으며, 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 전계발광표시장 치(Field Emission Display, FED), 플라즈마영상표시장치(Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(Organic Electro-Luminescence Display Device, OLED) 중 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 3차원 영상을 구현하기 위한 별도의 시역생성부를 구비하지 않고, 제2 기판의 BM을 액정층과 소정거리 이격하여 형성함으로서, 3차원 영상을 구현할 수 있으며, 따라서, 별도의 패럴랙스 베리어 또는 서브패널의 구비없이 3차원 영상이 구현가능하기 때문에 비용절감의 효과가 있다.
또한, 일반 1패널 구조와 동일한 표시패널만으로 3차원 영상을 구현할 수 있게되어, 별도의 서브패널을 통해 3차원 영상을 구현하는 영상표시장치에 비하여 중량이 가벼운 잇점이 있다.
또한, 별도의 시역생성부와 표시패널을 합착하지 않으므로, 합착 공정을 필요로 하지 않으며, 얼라인 오차에 의한 수율감소의 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 상기 제1 및 제2 기판이 소정거리 이격되어 합착되고, 영상이 구현되는 다수의 화소가 정의되는 표시패널 및,
    상기 표시패널에서 영상이 투영되는 제 2 기판의 배면에 일렬로 이격된 형태로 배치되어 패럴랙스 배리어 역할을 하는 블랙매트릭스;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 기판은, 소정깊이로 식각 또는 스크라이빙되어 형성되는 음각내부로 상기 블랙매트릭스가 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시패널은, 상기 제1 기판 및 제2 기판사이에 액정층이 개재되는 액정패널이고, 상기 액정패널의 배면으로 백라이트 유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 기판에는, 화소전극과, 상기 화소전극과 접속되는 다수의 박막트랜지스터가 형성되고;
    상기 제2 기판에는, 삼원색을 표시하는 컬러필터와, 공통전극이 상기 제1 기판방향으로 형성되며, 반대방향으로 상기 블랙매트릭스가 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    관측자의 양안 간격을 e, 상기 화소의 크기를 L, 상기 블랙매트릭스와 상기 화소간의 간격을 r 이라고 할 때, 3차원 영상의 시거리 R은 다음의 수식,
    수식
    R ∝
    Figure 112006098432691-PAT00003
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 2 기판의 두께는 약 630㎛이고, 상기 관측자의 양안간격 e는 약 6.5 cm 이고, 상기 화소의 크기 L은 약 180㎛일 때, 상기 블랙매트릭스와 상기 화소간의 간격 r 은 약 550㎛ 인 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 시거리 R은 약 20cm 인 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시패널은 전계발광표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마영상표시장치(Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(Organic Electro-Luminescence Display Device, OLED) 중 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
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