KR20080102755A - 3차원 및 2차원 영상용 광학필름과 이를 이용한 영상표시장치 - Google Patents

3차원 및 2차원 영상용 광학필름과 이를 이용한 영상표시장치 Download PDF

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KR20080102755A
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Abstract

본 발명은 3차원 및 2차원 영상용 광학필름과 이를 이용한 영상 표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름은 인가되는 전계에 따라 광의 진행방향을 변환시키는 제 1 광 변환 수단과, 상기 제 1 광 변환 수단을 사이에 두고 형성되어 상기 제 1 광 변환 수단에 전계를 인가하는 제 1 및 제 2 투명전극과, 상기 제 1 광 변환 수단 상에 형성되어 입사되는 광의 진행방향을 변환시키는 제 2 광 변환 수단을 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름은 전계 인가에 따라 굴절율이 변화되는 스위칭 렌즈와 스위칭 렌즈 상에 형성된 제 2 렌즈를 이용하여, 표시패널에서 입사되는 영상 광의 진행 방향을 제어하여 영상 표시장치에서 디스플레이되는 영상을 화질의 저하 없이 2차원 및 3차원으로 모두 표현시킬 수 있다.
2차원 영상, 3차원 영상, 렌즈, 양안 시차, 액정, 투명전극

Description

3차원 및 2차원 영상용 광학필름과 이를 이용한 영상 표시장치{Optical sheet for three-dimensional and two-dimensional image and image display device using the same}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름을 적용한 영상 표시장치를 나타내는 도면.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름의 3차원 영상 표시방법을 나타내는 도면.
도 2b는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름의 2차원 영상 표시방법을 나타내는 도면.
도 3a 및 도 3b는 전계 인가시 액정의 배열을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름을 통해 양안시차에 의한 3차원 영상의 표시를 나타내는 도면.
도 5a는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름의 2차원 영상 표시방법을 나타내는 도면.
도 5b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름의 3차원 영상 표시방법을 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 >
100 : 영상 표시장치 110 : 표시패널
120 : 백라이트 유니트 50 : 렌즈
150 : 스위칭 렌즈 160 : 제 2 렌즈
170 : 투명전극 180 : 영상 전환 광학필름
190a, 190b : 양안(兩眼)
본 발명은 3차원 및 2차원 영상 표시장치에 관한 것으로, 특히 3차원 영상의 표시품질을 향상시킬 수 있는 3차원 및 2차원 영상용 광학필름과 이를 이용한 영상 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 3차원 영상 표시장치는 인간의 양안(兩眼)시차(Binocular Display)를 이용하여 3차원 영상을 표현하는 것으로, 입체용 특수안경을 이용하는 방식, 홀로그래픽 방식 및 입체용 특수안경을 사용하지 않는 스테레오스코픽(Stereoscopic) 방식 등으로 구분될 수 있다.
최근, 곡선형 렌즈 시트를 이용한 3차원 영상 표시장치가 개발된 바 있다.
곡선형 렌즈 시트는 2차원 표시패널에 형성된 복수의 픽셀에 중첩되도록 픽셀의 열 방향을 따라 배열되는 스트라이프 형태의 곡선형 렌즈를 포함한다.
이러한 곡선형 렌즈 시트는 2차원 표시패널에 표시되는 영상을 좌안 및 우안 영상을 분리시킴으로써 시청자가 3차원 영상을 인식하도록 한다.
그러나, 종래의 3차원 영상 표시장치는 표시패널에 표시되는 영상이 좌안 및 우안 영상으로 분리되기 때문에 2차원 영상의 수평 및 수직 표시 해상도의 비율과 3차원 영상의 수평 및 수직 표시 해상도의 비율이 달라지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 3차원 영상 표시장치에서는 2차원 표시패널에 형성된 픽셀의 열 방향을 따라 곡선형 렌즈가 배열되기 때문에 시청자 간의 시청 지점 이동시 이미지 플립핑(Image Flipping) 현상이 발생하여 3차원 영상의 화질이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 3차원 영상의 화질을 향상시킬 수 있도록 한 3차원 및 2차원 영상용 광학필름과 이를 이용한 영상 표시장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름은 인가되는 전계에 따라 광의 진행방향을 변환시키는 제 1 광 변환 수단과, 상기 제 1 광 변환 수단을 사이에 두고 형성되어 상기 제 1 광 변환 수단에 전계를 인가하는 제 1 및 제 2 투명전극과, 상기 제 1 광 변환 수단 상에 형성되어 입사되는 광의 진행방향을 변환시키는 제 2 광 변환 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 영상 표시장치는 서로 다른 색의 서브 픽셀들로 구성된 단위 픽셀을 이용하여 2차원 영상을 표시하는 표시패널과, 상기 표시패널에 광을 공급하는 백라이트 유니트와, 상기 표시패널 상에 배치되어 상기 표시패널에서 표시되는 2차원 영상을 3차원 영상으로 변환시키는 영상 전환 광학필름을 포함하고, 상기 영상 전환 광학필름은 인가되는 전계에 따라 광의 진행방향을 변환시키는 제 1 광 변환 수단과, 상기 제 1 광 변환 수단을 사이에 두고 형성되어 상기 제 1 광 변환 수단에 전계를 인가하는 제 1 및 제 2 투명전극과, 상기 제 1 광 변환 수단 상에 형성되어 입사되는 광의 진행방향을 변환시키는 제 2 광 변환 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름을 적용한 영상 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 및 2차원 영상 표시장치(100)는 2차원 영상을 표시하는 표시패널(110)과, 표시패널(110)에 광을 공급하는 백라이트 유니트(120)와, 표시패널(110)에서 표시되는 화면을 시청하는 시청자에게 2차원 또는 3차원 영상을 제공하는 영상 전환 광학필름(180)을 포함하며, 표시패널(100) 상에 배치되는 영상 전환 광학필름(180)을 제어하여 2차원 및 3차원 영상을 제공하는 것을 특징으로 한다.
표시패널(110)은 서로 다른 3색의 서브 픽셀(R, G, B)로 구성된 단위 픽셀을 이용하여 2차원 영상을 표시한다.
이러한, 표시패널(110)은 평판 표시장치 또는 음극선관을 이용한 표시장치가 될 수 있다. 여기서, 표시패널(110)은 백라이트 유니트(120)로부터 조사되는 광을 단위 픽셀의 광 투과율을 조절하여 2차원 영상을 표시하는 액정 표시장치, 플라즈마 방전에 의해 단위 픽셀에서 방출되는 광을 이용하여 2차원 영상을 표시하는 플라즈마 디스플레이 패널 및 발광 소자에 의해 단위 픽셀에서 방출되는 광을 이용하여 2차원 영상을 표시하는 발광 표시장치 등을 포함한다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름의 3차원 영상 표시방법을 나타내는 도면이고, 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름의 2차원 영상 표시방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름(180)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 전계에 의하여 굴절율을 제어할 수 있는 스위칭 렌즈(150)와, 스위칭 렌즈(150)를 사이에 두고 형성되는 제 1 및 제 2 투명전극(170a, 170b)과, 스위칭 렌즈(150) 상에 형성된 제 2 렌즈(160)로 구성된다. 여기서, 제 1 투명전극(170a)의 상부 및 제 2 투명전극(170b)의 하부에는 도시되지 않은 절연막이 형성된다.
스위칭 렌즈(150)는 액정(liquid)으로 형성되며, 그 단면이 반구형의 렌즈 형상을 가진다. 이러한 스위칭 렌즈(150)는 스트라이프 형태로 형성되며, 표시패널(110)의 표시영역에 대응되도록 영상 광학필름(180)의 전면에 균일하게 형성된다.
제 2 렌즈(160)는 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate) 물질 또는 우레탄 아크릴레이트와 동일하거나 비슷한 굴절율을 가지는 투명 재질의 물질로 형성된 다. 이러한, 제 2 렌즈(160)는 제 1 투명전극(170a)을 사이에 두고 스위칭 렌즈(150) 상에 형성되며 스위칭 렌즈(150)와 동일하게 반구형의 렌즈 형상을 가진다.
제 1 투명전극(170a)은 ITO(Induim-Tin-Oxide, 인듐 주석 산화물)과 같은 투명 재질의 도전성 물질로 제 2 렌즈(160)와 스위칭 렌즈(150) 사이에 형성되며, 이러한 제 1 투명전극(170a)의 상부에는 도시되지 않은 절연층이 형성된다.
제 2 투명전극(170b)은 제 1 투명전극(170a)과 동일한 투명 재질의 도전성 물질로 형성되며, 스위칭 렌즈(150)의 하부에 형성된다. 이러한 제 2 투명전극(170b)이 하부에는 도시되지 않은 절연층이 형성된다.
이러한 제 1 투명전극(170a)과 제 2 투명전극(170b)에 전압이 인가되면 두 전극(170a, 170b) 사이에 형성되는 전계에 의해 스위칭 렌즈(150)의 액정의 배열이 변화되어, 스위칭 렌즈(150)의 굴절율이 변화된다.
스위칭 렌지(150)의 액정은 도 2a에 도시된 바와 같이, 초기 상태에 특정한 방향으로 배열되어 있지 않는다. 이때, 스위칭 렌즈(150)의 굴절율은 액정의 평균 굴절율과 같고, 액정의 평균 굴절율 NLC는 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112007037429994-PAT00001
여기서, NLC는 액정의 평균 굴절율을 의미하고, Ne는 도 3a에 도시된 바와 같 이, 액정 장축의 굴절율을 의한다. 또한, N0는 도 3b에 도시된 바와 같이, 액정 단축의 굴절율을 의미한다.
스위칭 렌즈(150)에 전계가 가해지지 않아, 스위칭 렌즈(150)의 굴절율(N1)이 액정의 평균 굴절율 NLC을 가질 때에는 스위칭 렌즈(150)의 굴절율(N1)과 스위칭 렌즈(150) 상에 형성된 제 2 렌즈(160)의 굴절율(N2)이 같게 된다.
두 렌즈(150, 160)의 굴절율(N1, N2)이 같으면(N1=N2), 표시패널(110)에서 출사되어 영상 전환 광학필름(180)에 입사되는 광이 스위칭 렌즈(150)에서는 굴절없이 진행하고, 제 2 렌즈(160)에서는 굴절된다.
영상 전환 광학필름(180)에 입사되는 광이 제 2 렌즈(160)에서만 광이 굴절되면 도 2a에 도시된 바와 같이, 광이 한 곳으로 모이게 된다. 광이 한 곳으로 모이면 도 4에 도시된 바와 같이, 좌우 양안(190a, 190b)에 시차가 발생되어 시청자는 3차원의 영상을 시청하게 된다.
한편, 스위칭 렌즈(150)에 전계가 가해져 스위칭 렌즈(150)의 액정이 수직하게 배열되면, 스위칭 렌즈(150)는 액정의 단축의 굴절율(No)을 갖게 된다.
스위칭 렌즈(150)가 액정의 단축의 굴절율(No)을 가지면, 스위칭 렌즈(150)의 굴절율(N1)과 스위칭 렌즈(150) 상에 형성된 제 2 렌즈(160)의 굴절율(N2)이 서로 다른 굴절율(N1≠N2)을 가지게 된다.
두 렌즈(150, 160)의 굴절율(N1, N2)이 서로 다르면(N1≠N2), 표시패널(110)에서 출사되어 영상 전환 광학필름(180)에 입사되는 광이 두 렌즈(150, 160)에서 모두 굴절된다. 두 렌즈(150, 160)에서 광이 모두 굴절되면, 입사된 광은 도 2b에 도시된 바와 같이, 한 곳으로 모이지 않고 퍼지게 되어 시청자는 2차원의 영상을 시청하게 된다.
이러한 구성 및 원리를 통해 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름(180)을 적용한 영상 표시장치(100)는 표시패널(110)에서 표현되는 영상을 화질의 저하 없이 2차원 영상과 3차원 영상으로 모두 표현시킬 수 있다.
여기서, 표시패널(110)은 일반적으로 사용되는 디스플레이 패널을 사용하며, 영상을 표시하는 모니터(monitor), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display : LCD), 플라즈마 디스플레이(plasma display panel : PDP), EL(electric luminescence display) 등의 영상을 표시하는 매체가 사용된다.
여기서, 표시패널(110)이 모니터, 플라즈마 디스플레이, EL 등과 같이 자발광을 이용하는 표시패널이 사용될 경우에는 백라이트 유니트(120)는 삭제된다.
도 5a는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름의 2차원 영상 표시방법을 나타내는 도면이고, 도 5b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름의 3차원 영상 표시방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름(280)을 적용한 영상 표시장치는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름(180)을 적용한 영상 표시장치와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름(280)은 전계에 의하여 굴절율을 제어할 수 있는 스위칭 렌즈(250)와, 스위칭 렌즈(250)를 사이에 두고 형성되는 제 1 및 제 2 투명전극(270a, 270b)과, 스위칭 렌즈(250) 상에 형성된 제 2 렌즈(260)로 구성된다. 여기서, 제 1 투명전극(270a)의 상부 및 제 2 투명전극(270b)의 하부에는 도시되지 않은 절연막이 형성된다.
스위칭 렌즈(150)는 액정(liquid)으로 형성되며, 반구형의 단면을 가진다. 이러한 스위칭 렌즈(150)는 스트라이프 형태로 형성되며, 표시패널(110)의 표시영역에 대응되도록 영상 광학필름(180)의 전면에 균일하게 형성된다.
제 2 렌즈(260)는 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate) 물질 또는 우레탄 아크릴레이트와 동일하거나 비슷한 굴절율을 가지는 투명 재질의 물질로 형성된다. 이러한, 제 2 렌즈(260)는 제 1 투명전극(270a)을 사이에 두고 스위칭 렌즈(250) 상에 형성되며 스위칭 렌즈(250)와 동일하게 반구형의 단면을 가진다.
제 1 투명전극(270a)은 ITO(Induim-Tin-Oxide, 인듐 주석 산화물)과 같은 투명 재질의 도전성 물질로 제 2 렌즈(260)와 스위칭 렌즈(250) 사이에 형성되며, 이러한 제 1 투명전극(270a)의 상부에는 도시되지 않은 절연층이 형성된다.
제 2 투명전극(270b)은 제 1 투명전극(270a)과 동일한 투명 재질의 도전성 물질로 형성되며, 스위칭 렌즈(250)의 하부에 형성된다. 이러한 제 2 투명전극(270b)이 하부에는 도시되지 않은 절연층이 형성된다.
이러한 제 1 투명전극(270a)과 제 2 투명전극(270b)에 전압이 인가되면 두 전극(270a, 270b) 사이에 형성되는 전계에 의해 스위칭 렌즈(250)의 액정의 배열이 변화되어, 스위칭 렌즈(250)의 굴절율이 변화된다.
스위칭 렌지(250)의 액정은 도 5a에 도시된 바와 같이, 초기 상태에 특정한 방향으로 배열되어 있지 않는다. 이때, 스위칭 렌즈(250)의 굴절율은 액정의 평균 굴절율과 같고, 액정의 평균 굴절율 NLC는 앞에서 기술한 수학식 1과 같다.
스위칭 렌즈(250)에 전계가 가해지지 않아, 스위칭 렌즈(250)의 굴절율(N1)이 액정의 평균 굴절율 NLC을 가질 때에는 스위칭 렌즈(250)의 굴절율(N1)과 스위칭 렌즈(250) 상에 형성된 제 2 렌즈(260)의 굴절율(N2)이 서로 다른 굴절율(N1≠N2)을 가지게 된다.
두 렌즈(250, 260)의 굴절율(N1, N2)이 서로 다르(N1≠N2)면, 표시패널에서 출사되어 영상 전환 광학필름(280)에 입사되는 광이 두 렌즈(250, 260)에서 모두 굴절된다. 두 렌즈(250, 260)에서 광이 모두 굴절되면, 입사된 광은 도 5a에 도시된 바와 같이, 한 곳으로 모이지 않고 퍼지게 되어 시청자는 2차원의 영상을 시청하게 된다.
한편, 스위칭 렌즈(250)에 전계가 가해져 스위칭 렌즈(250)의 액정이 수직하게 배열되면, 스위칭 렌즈(250)는 액정의 단축의 굴절율(No)을 갖게 된다.
스위칭 렌즈(250)가 액정의 단축의 굴절율(No)을 가지면, 스위칭 렌즈(250)의 굴절율(N1)과 스위칭 렌즈(250) 상에 형성된 제 2 렌즈(260)의 굴절율(N2)이 동 일한 굴절율(N1=N2)을 가지게 된다.
두 렌즈(250, 260)의 굴절율(N1, N2)이 같으면(N1=N2), 표시패널에서 출사되어 영상 전환 광학필름(280)에 입사되는 광이 스위칭 렌즈(250)에서는 굴절없이 진행하고, 제 2 렌즈(260)에서는 굴절된다.
영상 전환 광학필름(280)에 입사되는 광이 제 2 렌즈(260)에서만 광이 굴절되면 도 5b에 도시된 바와 같이, 광이 한 곳으로 모이게 된다. 광이 한 곳으로 모이면 도 4에 도시된 바와 같이, 좌우 양안(190a, 190b)에 시차가 발생되어 시청자는 3차원의 영상을 시청하게 된다.
이러한 구성 및 원리를 통해 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름(280)을 적용한 영상 표시장치는 표시패널에서 표현되는 영상을 화질의 저하 없이 2차원 영상과 3차원 영상으로 모두 표현시킬 수 있다.
여기서, 표시패널은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 영상 전환 광학필름(180)을 적용한 영상 표시장치(100)에서와 같이 일반적으로 사용되는 표시 패널을 사용하며, 영상을 표시하는 모니터(monitor), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display : LCD), 플라즈마 디스플레이(plasma display panel : PDP), EL(electric luminescence display) 등의 영상을 표시하는 매체가 사용된다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지 식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명의 실시 예들에 따른 영상 전환 광학필름은 전계 인가에 따라 굴절율이 변화되는 스위칭 렌즈와 스위칭 렌즈 상에 형성된 제 2 렌즈를 이용하여, 표시패널에서 입사되는 영상 광의 진행 방향을 제어하여 영상 표시장치에서 디스플레이되는 영상을 화질의 저하 없이 2차원 및 3차원으로 모두 표현시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 인가되는 전계에 따라 광의 진행방향을 변환시키는 제 1 광 변환 수단과,
    상기 제 1 광 변환 수단을 사이에 두고 형성되어 상기 제 1 광 변환 수단에 전계를 인가하는 제 1 및 제 2 투명전극과,
    상기 제 1 광 변환 수단 상에 형성되어 입사되는 광의 진행방향을 변환시키는 제 2 광 변환 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 전환 광학필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 수단은 액정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 영상 전환 광학필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광 변환 수단은 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate)로 형성되는 것을 특징으로 하는 영상 전환 광학필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광 변환 수단은 단면이 구형의 렌즈 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 영상 전환 광학필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 투명전극의 상부 및 상기 제 2 투명전극의 하부에 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하는 영상 전환 광학필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 수단에 전계가 인가될 경우
    상기 제 1 광 변환 수단의 굴절율이 상기 제 2 광 수단의 굴절율과 동일한 굴절율을 가지는 것을 특징으로 하는 영상 전환 광학필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 변환 수단에 전계가 인가되지 않을 경우
    상기 제 1 광 변환 수단의 굴절율이 상기 제 2 광 수단의 굴절율과 동일한 굴절율을 가지는 것을 특징으로 하는 영상 전환 광학필름.
  8. 서로 다른 색의 서브 픽셀들로 구성된 단위 픽셀을 이용하여 2차원 영상을 표시하는 표시패널과,
    상기 표시패널에 광을 공급하는 백라이트 유니트와,
    상기 표시패널 상에 배치되어 상기 표시패널에서 표시되는 2차원 영상을 3차원 영상으로 변환시키는 제 1 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 영상 전환 광학필름을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 표시장치.
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