KR20090089694A - 입체 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 전계 렌즈에 관한 것으로, 프레임을 2개 이상으로 분할하고, 분할된 프레임별로 서로 다른 액정 전계 렌즈를 구동하기 위한 구동 전압을 생성·전달하여, 2개이상의 최적 시청 거리를 갖는 입체 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 입체 표시 장치는, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널과, 상기 표시 패널 상부에, 복수개의 렌즈 영역을 구비하며, 서로 대향된 제 1, 제 2 기판과 상기 제 1, 제 2 기판 상에 각각 형성된 전극들과 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 이루어진 액정 전계 렌즈 및 영상 정보를 상기 표시 패널로 전달하고, 1프레임을 복수개의 서브프레임별로 구분하는 제어부와, 상기 제어부로부터 각 서브프레임별로 구분하는 클럭 신호를 인가받아 상기 각 서브플레이별로 다른 렌즈 구동 전압을 상기 액정 전계 렌즈에 인가하는 렌즈 구동 전압 선택부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

액정 전계 렌즈, DFR(Double Frame Rate), TFR(Triple Frame Rate), 프레임 속도 배가기(frame rate doubler), 프레임 메모리(frame memory), 구동 전압

Description

입체 표시 장치{Stereoscopic Display device using Liquid Crystal lens electrically driven}

본 발명은 액정 전계 렌즈에 관한 것으로 특히, 프레임(frame)을 2개 이상으로 분할하고, 분할된 프레임별로 서로 다른 액정 전계 렌즈를 구동하기 위한 구동 전압을 생성·전달하여, 2개이상의 최적 시청 거리를 갖는 입체 표시 장치에 관한 것이다.

오늘날 초고속 정보 통신망을 근간으로 구축될 정보의 고속화를 위해 실현될 서비스들은 현재의 전화와 같이 단순히「듣고 말하는」서비스로부터 문자, 음성, 영상을 고속 처리하는 디지털 단말을 중심으로 한「보고 듣는」멀티 미디어형 서비스로 발전하고 궁극적으로는「시·공간을 초월하여 실감 있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는」초공간형 실감 3차원 입체 정보통신 서비스로 발전할 것으로 예상된다.

일반적으로 3차원을 표현하는 입체화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에, 두 눈의 위치의 차이로 왼쪽과 오른쪽 눈은 서로 약간 다른 영상 을 보게 된다. 이와 같이, 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안 시차(binocular disparity)라고 한다. 그리고, 3차원 입체 영상 표시 장치는 이러한 양안 시차를 이용하여 왼쪽 눈은 왼쪽 눈에 대한 영상만 보게 하고 오른쪽 눈은 오른쪽 눈 영상만을 볼 수 있게 한다.

즉, 좌/우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하는 것이다. 이러한 능력을 통상 스테레오그라피(stereography)라 하며, 이를 표시 장치로 응용한 장치를 입체 표시 장치라 한다.

상술한 3차원 입체 영상을 표시하는 기술은 양안 시차를 이용하는 입체 표시 방식, 체적 단위로 인식하는 체적 측정 방식으로 분류될 수 있다. 이 중 양안 시차를 이용하는 입체 표시 장치에 있어서, 액정의 전계 효과를 이용하여 렌즈 효과를 갖는 방식을 액정 전계 렌즈라 한다.

이하, 도면을 참조하여 일반적인 액정 전계 렌즈의 입체 표시 장치를 살펴본다.

도 1은 2뷰(2view) 렌티큘러 렌즈 및 이의 원리를 나타낸 개략도이며, 도 2는 최적 시청거리와 사용자의 위치 관계를 나타낸 도면이다.

표시 패널(10)에서 하나의 렌즈 영역(L)에 대하여 좌안 영상(l)과, 우안 영상(r)을 생성하고, 이를 액정 전계 렌즈(20)를 통해 투과시킬 때, 상기 액정 전계 렌즈(20)가 갖는 영역별 유효 굴절율 차에 의해 시청자는 각각 좌안에 좌안 영상(l)을 인지하고, 우안에서 우안 영상(r)을 인지한다. 이는 사람이 갖는 좌안과 우안 사이의 간격, 즉, 양안 시차에 의해 인지하는 것으로, 일반적으로 사람의 양안 간격의 평균 값은 65mm 에 해당한다. 여기서, 각각 좌안 영역의 범위는 좌안이 시인할 수 있는 범위, 우안 영역의 범위는 우안이 시인할 수 있는 점위를 나타낸 것으로, 각각 양안 간격에 상당하는 65mm에 상당하며, 우안, 좌안 영역을 포함한 거리는 65mm의 2배인 130mm에 해당한다.

이 때, 시청자가 상기 액정 전계 렌즈(20)로부터 시청 거리 D의 위치에 있고, 상기 액정 전계 렌즈(20)가 f의 초점 거리를 가질 때, 상기 시청 거리 D에서 양안 간격을 E라고 하며, 일 렌즈 영역(L)의 피치를 P라고 한다. 이 때, 상기 액정 전계 렌즈(20)와 초점 사이의 삼각형과, 상기 초점과 시청자 위치 사이의 삼각형은 서로 비례 관계에 있으며, 이에 따라 다음 식들에 의한 시청 거리 D를 구할 수 있다.

즉, P: f= 2E:(D-f)의 관계가 성립되어,

이러한 관계식에 의해 렌즈의 초점 거리(f)가 짧아지면 렌즈의 시청 거리(D)도 짧아짐을 알 수 있다.

그러나, 도 2와 같이, 도 1과 같은 액정 전계 렌즈에 대하여, 시청자가 상기 액정 전계 렌즈의 시청거리 D와 동일한 위치 S1에 있을 경우에는 정상적으로 입체 표시를 시청 가능하지만, 이로부터 벗어난 S2에 있을 경우에는 입체 표시 영상이 맺히는 부위가 아니게 되어, 이 위치에 시청자가 있을 때 불명확한 영상으로 입체 표시 영상을 인식하게 된다.

상기와 같은 종래의 액정 전계 렌즈는 다음과 같은 문제점이 있다.

일반적으로, 하나의 초점 거리를 갖는 액정 전계 렌즈는 특정한 하나의 시청 거리에서 최적의 영상 정보를 시청자에게 전달하고, 이 부위에서 벗어날 경우, 명확한 영상을 시청자가 시인할 수 없다. 즉, 예를 들어, 2열로 시청자가 위치하였을 때, 각각 해당 액정 전계 렌즈의 최적 시청 거리에 해당하는 1열에 해당하는 시청자는 정상적으로 입체 표시 영상을 볼 수 있지만, 이에 벗어난 2열에 해당하는 시청자는 정상적인 입체 표시 영상을 시청할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 프레임(frame)을 2개 이상으로 분할하고, 분할된 프레임별로 서로 다른 액정 전계 렌즈를 구동하기 위한 구동 전압을 생성·전달하여, 2개이상의 최적 시청 거리를 갖는 입체 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 표시 장치는, 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널과, 상기 표시 패널 상부에, 복수개의 렌즈 영역을 구비하며, 서로 대향된 제 1, 제 2 기판과 상기 제 1, 제 2 기판 상에 각각 형성된 전극들과 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 이루어진 액정 전계 렌즈 및 영상 정보를 상기 표시 패널로 전달하고, 1프레임을 복수개의 서브프레임별로 구분하는 제어부와, 상기 제어부로부터 각 서브프레임별로 구분하는 클럭 신호 를 인가받아 상기 각 서브플레이별로 다른 렌즈 구동 전압을 상기 액정 전계 렌즈에 인가하는 렌즈 구동 전압 선택부를 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.

상기 제어부는, 호스트로부터 1프레임을 복수개의 프레임으로 구분하며 상기 각 서브프레임별 클럭 신호를 출력하는 프레임 배가기와, 상기 호스트로부터 상기 영상 정보를 인가받아, 서브프레임별 영상 정보를 전달하는 프레임 메모리 및 상기 호스트로부터 영상 정보 및 제어신호를 인가받아 상기 표시 패널을 제어하며, 1프레임별 수직 동기 신호를 상기 렌즈 구동 전압 선택부로 전달하는 타이밍 컨트롤러를 포함하여 이루어진다.

상기 렌즈 구동 전압 선택부는, 상기 각 서브프레임별 클럭 신호와, 상기 1프레임별 수직 동기 신호를 인가받아, 상기 수직 동기 신호에 동기하여 상기 각 서브프레임별 클럭 신호를 카운팅하는 카운터와, 상기 타이밍 컨트롤러로부터 제어 신호를 인가받아 시분할된 서브프레임별로 서로 다른 렌즈 구동 전압을 출력하는 DA(Digital-Analog) 컨버터(conver)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 렌즈 구동 전압 선택부와 상기 액정 전계 렌즈와의 사이에 상기 렌즈 구동 전압 선택부로부터 선택된 렌즈 구동 전압을 복수개의 전압 값으로 분배하는 저항 어레이를 더 포함할 수 있다.

상기 액정 전계 렌즈의 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극은 상기 각 렌즈 영역에서 복수개의 분할 전극으로 형성되며, 상기 저항 어레이를 통해 인가되는 복수개의 전압 값을 각 분할 전극이 인가받는다.

그리고, 상기 프레임 배가기는 120Hz 또는 180Hz의 클럭 신호를 출력하는 것 이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 입체 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

일 프레임(frame)을 2개 이상의 서브프레임(sub-frame)으로 시분할하여, 각 서브프레임별로 다른 시청 거리에 해당하는 구동 전압을 액정 전계 렌즈측에 인가함으로써, 다른 위치에 있는 시청자가 동시에 입체 표시 영상을 시청할 수 있다. 이 경우, 사람이 시인할 수 있는 속도는 60Hz 정도로, 본 발명에 있어서, 비록 1프레임을 시분할한 서로 다른 시점에 영상 신호가 전달되더라도, 시분할된 서브프레임의 속도는 60Hz의 2배속 이상으로, 1프레임 내에서 시청자가 인식하기에는 다른 위치에 동시에 영상 신호가 전달되는 것으로 인식하여, 동시에 다른 시청 거리에서 시청이 가능하다.

이에 따라 옥외나 사용자의 이동 공간이 넓은 공항, 터미널 등과 같은 실외에서도 서로 다른 위치의 시청자들의 동시 입체 표시 영상의 시청이 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 입체 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 액정 전계 렌즈의 온/오프시 구동 상태를 나타낸 개략도이다.

좌측의 도면은 본 발명의 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈의 온(on) 구동시를 나타낸 것으로, 제 1 기판(하부 기판)에 형성된 전극(미도시)과 제 2 기판(상부 기판)에 형성된 전극(미도시)에 각각 AC 전압을 인가하고, 이에 의해 상기 두 기판간의 전극들 사이의 전계를 형성하여, 하부의 표시 장치로부터 2D로 출사되는 영상을 3차원의 영상으로 변환하여 출사하여 시청자가 입체 표시 상태로 시인할 수 있게 한다.

우측의 도면은 본 발명의 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈의 오프(off) 상태를 나타낸 것으로, 이 경우, 제 1 기판(하부 기판)에 형성된 전극(미도시)과 제 2 기판(상부 기판)에 형성된 전극(미도시)에 형성된 전극을 각각 접지시키거나 동일한 상전압을 인가하여, 서로 전압차가 0V가 되게 하여, 상기 액정 전계 렌즈가 구동되지 않게 한다. 이에 의해, 하부의 표시 장치로부터 2D로 출사되는 영상이 그대로 투과되어 2D 의 영상을 시청자가 시인할 수 있게 한다.

일반적으로 렌즈는 렌즈를 구성하는 물질과 공기와의 굴절율 차이를 이용하여 입사광의 경로를 위치별로 제어하는 것인데, 이러한 물리적 형상의 렌즈를 구성하지 않고, 액정층에 위치별로 서로 다른 전압을 인가하여 위치별로 서로 다른 전기장에 의하여 액정층이 구동되도록 하면, 액정층에 입사하는 입사광은 위치별로 서로 다른 위상 변화를 느끼게 되고, 그 결과 액정층은 실제 렌즈와 같이 입사광의 경로를 제어할 수 있게 된다. 본 발명의 액정 전계 렌즈는, 전계를 인가하여 액정의 구동에 의해 광의 투과가 렌즈를 투과하는 바와 같이 얻어질 때, 액정 및 이를 구동하는 전극들을 포함하는 어레이를 구조를 액정 전계 렌즈라 한다.

도 4는 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 액정 전계 렌즈의 구동 전압에 따른 새그(렌즈 높이)의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 4와 같이, 액정 전계 렌즈의 구동 전압을 달리 하였을 때, 액정 전계 렌즈에 의해 구현되는 렌즈의 새그(sag: 렌즈 높이)가 가변되는 점을 알 수 있다. 그 경향은, 구동 전압이 커질수록 새그가 점점 커지는 것으로, 실험을 통해 다음과 같이 표 1과 같이 관계식을 갖는 것을 알 수 있었다. 이 경우, 액정 전계 렌즈의 제 1 기판과, 제 2 기판 사이의 간격은 20㎛로 한다. 도시된 그래프에서 각가 가로는 일 렌즈 영역을 나타낸 것으로, 그래프의 중심이 렌즈 영역의 에지부가 되며, 양측이 서로 인전합 렌즈 영역의 중심부를 나타낸다. 그리고, 상기 세로 값은 관찰자가 시감적으로 느끼는 위상차를 나타낸 것이다. 여기서, 가로의 단위 ㎛이며, 실험은 구동 전압을 4.0V을 기준으로 ±0.4V이 편차를 두어 진행하였다.

즉, 아래 표1과 같이, 각각 액정 전계 렌즈로의 구동 전압이 3.6V, 4.0V, 4.4V일 때 각각 시청 거리는 3.32m, 3.00m, 2.76m로 줄어드는 점을 관찰할 수 있다. 이는, 액정 전계 렌즈의 구동 전압이 늘어나게 되면, 액정 전계 렌즈의 곡률이 커지며, 상기 액정 전계 렌즈의 곡면을 따라 교차하여 정의되는 삼각형의 높이가 작게 됨에 따라 시청 거리가 짧아지게 됨을 의미한다.

렌즈 구동 전압(V)	시청거리(m)
3.6	3.32
4.0	3.00
4.4	2.76

본 발명에 있어서는, 상술한 액정 전계 렌즈의 구동 전압이 달라짐에 따라 시청 거리가 변하는 점을 이용하여 복수개의 시청 거리를 구현한 액정 전계 렌즈 및 이를 이용한 입체 표시 장치에 대하여 살펴본다.

* 제 1 실시예 *

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 두 가지 시청거리를 갖는 입체 표시 장치에 있어서, 액정 전계렌즈의 시청 거리를 나타낸 도면이다.

도 5a 및 도 5b와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈는 2개의 시청 거리(D1, D2)을 갖는 것으로, 하나의 프레임(frame)을 2개의 서브 프레임(sub-frame)으로 나누었을 때, 각 서브 프레임(sub-frame)별로, 해당 액정 전계 렌즈의 구동 전압으로 구동되는 액정 전계 렌즈의 프로파일에 따른 시청 거리를 갖게 되는 것이다.

도시된 도면에 있어서는 하나의 렌즈 영역의 폭을 일 피치(pitch)라 하였을 때, 상기 일 피치 내에 6view (1피치가 표시 패널의 6개의 서브픽셀 폭에 대응)를 수행하도록 하였을 때를 도시한 것이다.

이 경우, 도 5a와 같에 제 1 시청 거리(D1)에 해당하는 평면상에 위치한 시청자와, 제 2 시청 거리(D2)에 해당하는 평면상에 위치한 시청자가 모두 입체 표시를 시인할 수 있으며, 예를 들어, 위의 표 1을 참조하면, 각각 도 5a의 제 1 시청 거리에 대응하여서는 액정 전계 렌즈의 구동 전압을 4.0V로 하였고, 도 5b의 제 2 시청 거리에 대응하여서는 액정 전계 렌즈의 구동 전압을 3.6V로 하였다. 이 경우, 각각의 제 1 시청 거리 D1과 제 2 시청 거리는 D2는 각각 3m, 3.32m 였으며, 이러한 시청 거리는 주시청자의 시청 거리를 감안하여 다른 값으로 조정될 수 있다.

이 경우, 각각 각 서브프레임(sub-frame)별로 인가하는 영상 정보는 동일하며, 동일 영상을 서로 다른 시청 거리에 전달하기 위해 시분할된 서브프레임별로 인가할 액정 전계 렌즈의 구동 전압의 전환이 요구된다.

결과적으로, 도 5a 및 도 5b와 같이, 2열의 군중들이 동시에 원활한 3D 영상의 시청이 가능해진다. 이 경우, 효과적인 1열과 2열 시청 거리 사이의 거리는 30cm정도이다. 이 경우는 각각 서로 다른 최적 시청 거리 D1, D2 사이에서는 각각 D1, D2에 맺히는 영상 정보가 서로 보상하는 역할을 하여 하나의 시청 거리를 갖는 경우에 비해 보다 선명한 입체 표시가 가능하다.

이 때, 제 1 서브 프레임(odd frame)과 제 2 서브 프레임(even frame)과의 영상 정보의 차이는 없으며, 오직 액정 전계 렌즈의 구동 전압 스위칭만 요구된다.

도 6은 본 발명의 입체 표시 장치의 구동회로를 나타낸 블록도이다.

도 6과 같이, 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함한 표시 장치는 액정 표시 장치를 이용하고 있으며, 이를 등가적으로 회로 상으로 나타내면 다음과 같다.

즉, 본 발명의 액정 전계 렌즈를 포함한 입체 표시 장치는, 복수의 게이트 라인들(GL1 ∼ GLm)과 복수의 데이터 라인(DL1 ∼ DLn)에 의해 정의되는 영역마다 형성된 화소영역을 포함하는 액정패널(110)과, 복수의 게이트 라인들(GL1 ∼ GLm)에 게이트 스캔 신호를 순차적으로 공급하는 다수의 게이트 드라이버 IC(132)를 포함하여 구성되는 게이트 드라이버(130)와, 입력되는 영상 데이터(Red, Green, Blue)를 게이트 제어 신호(GCS)에 동기 되도록 복수의 데이터 라인들(DL1 ∼ DLn)에 공급하는 데이터 드라이버 IC(122)를 포함하여 구성되는 데이터 드라이버(120)와, 외부로부터의 영상 데이터(R, G, B)를 변환 및 정렬하여 데이터 드라이버(120)에 공급함과 아울러, 게이트 드라이버(130) 및 데이터 드라이버(120)의 구동을 제어하는 타이밍 컨트롤러(140)와, 타이밍 컨트롤러(140)로 입력되어 프레임 단위로 정렬된 영상 데이터를 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리(180)와, 액정패널(110)에 광을 공급하기 위하여 다수의 램프 및 광학 부재들로 구성되는 백라이트 유닛(미도시)과, 상기 백라이트 유닛을 구성하는 다수의 램프에 구동전압을 공급하는 인버터(미도시)를 포함하여 구성된다.

또한, 도시되지 않았지만 기준 감마전압을 발생하여 데이터 드라이버(120)에 공급하기 위한 기준 감마전압 발생부와, 각각의 장치를 구동시키기 위한 구동전압 및 액정패널(110)의 공통전극에 공통전압(Vcom)을 공급하는 전압 발생부를 추가로 포함한다.

상기 액정패널(110)은 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 어레이 기판(미도시) 및 컬러필터 어레이 기판(미도시)과, 두 어레이 기판 사이에 셀 갭을 일정하게 유지시키기 위한 스페이서와, 스페이서에 의해 마련된 공간에 채워진 액정을 포함한다.

이러한 액정패널(110)은 m개의 게이트 라인(GL1∼GLm)과 n개의 데이터 라인(DL1∼DLn)이 서로 교차하여 정의되는 화소영역(픽셀)에 형성된 TFT(박막 트랜지스터: Thin Film Transistor)와, TFT에 접속되는 화소셀을 포함한다.

상기 TFT는 게이트 라인들(GL1 ∼ GLm)로부터의 게이트 스캔 신호에 응답하여, 데이터 라인들(DL1 ∼ DLn)로부터의 아날로그 영상 데이터 신호를 화소셀로 공급한다.

상기 타이밍 컨트롤러(140)는 프레임 메모리(180)를 통해 호스트(host)(195)의 디지털 비디오 카드(미도시)로부터 입력되는 영상 데이터(R, G, B)를 프레임 단위로 정렬하고, 정렬된 프레임 단위의 영상 데이터를 상기 데이터 드라이버(120)로 공급한다. 여기서, 타이밍 컨트롤러(140)에서 프레임 단위로 정렬된 영상 데이터를 프레임 메모리(180)에 저장한다.

프레임 단위로 저장된 영상 데이터를 2프레임 단위로 어드레싱 한다. 이때, 인버터 제어부(142)를 제어하여 60㎐의 영상 데이터를 120㎐의 영상 데이터의 구동에 맞도록 제어신호를 생성한다.

또한, 타이밍 컨트롤러(140)는 외부로부터 입력되는 도트클럭(DLCK), 데이터 인에이블 신호(DE), 수평 및 수직 동기신호(Hsync, Vsync)를 이용하여 데이터 제어 신호(DCS)와 게이트 제어 신호(GCS)를 생성하여 데이터 드라이버(120)와 게이트 드라이버(130) 각각의 구동 타이밍을 제어한다.

여기서, 데이터 제어 신호(DCS)는 소스 쉬프트 클럭(Source Shift Clock : SSC), 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse : SSP), 극성 제어 신호(Polarity : POL) 및 소스 출력신호(Source Output Enable : SOE) 등을 포함하고, 게이트 제어 신호(GCS)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse : GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock : GSC) 및 게이트 출력 신호(Gate Output Enable : GOE) 등을 포함한다.

또한, 프레임 배가기(190)는 상기 호스트(195)로부터 나오는 60Hz의 클럭 신호를 120Hz로 배속하며 배속된 클럭 신호(clk)를 프레임 메모리(190)와 렌즈 구동 전압 선택부(250)로 전달하며, 상기 프레임 메모리(190)는 배속된 클럭 신호에 따라 1프레임을 2개의 제 1, 제 2 서브 프레임(sub-frame)으로 구분하고, 상기 호스트(195)로부터 인가된 영상 신호를 각 서브프레임별로 전환하여 이를 저장한 후 이를 타이밍 컨트롤러(140)에 전달한다.

그리고, 상기 타이밍 컨트롤러(140)는 한 프레임을 제 1 및 제 2 서브프레임(sub-frame)으로 나누어서, 각각 상기 프레임 메모리(180)로부터 인가되는 영상 정보를 상기 분할된 서브프레임별 정보를 전달한다.

그리고, 상기 렌즈 구동 전압 선택부(250)에서는, 각각의 시청거리(D1, D2)에 대응되는 렌즈 구동 전압(Vref_1, Vref_2)을 액정 전계 렌즈(200)로 공급한다.

여기서, 액정 전계 렌즈(200)는 그 내부에 저항 어레이부(240)를 더 포함할 수 있으며, 상기 저항 어레이부(240)는 상기 액정 전계 렌즈(200)의 각 렌즈 영역이 복수개로 미세 분할된 전극들을 포함하여 이루어질 경우, 렌즈 영역의 중심을 경계로, 렌즈 영역의 에지까지 점차적으로 인가 전압값을 달리할 때, 각 미세 분할 전극들에 인가되는 전압을 생성하는 역할을 한다.

이 때, 상기 렌즈 구동 전압 선택부(250)로부터 출력되는 상기 렌즈 구동 전압(Vref_1, Vref_2)은 상기 액정 전계 렌즈(200) 내에 구비된 저항 어레이부(240)에 인가되며, 상기 저항 어레이부(240)는 상기 각 서브프레임별로, 제 1 렌즈 구동 전압(Vref_1)과 0V 사이, 제 2 렌즈 구동 전압(Vref_2)과 0V 사이에서 분배된 전압 값을 출력한다.

각각 구동 전압 기간과 같이, 복수의 기간으로 분할하고 분할된 제 1 기간과 제 2 기간에 복수의 램프 각각에 구동전압을 비대칭 적으로 공급하게 된다. 이를 통해, 복수의 램프 각각이 한 프레임 내에서 비대칭 적으로 분할되어 구동된다.

게이트 드라이버(130)는 타이밍 컨트롤러(140)로부터의 게이트 제어 신호(GCS)에 응답하여 게이트 스캔 신호를 순차적으로 발생시키는 쉬프트 레지스터를 포함한다.

이러한, 게이트 드라이버(130)는 타이밍 컨트롤러(140)로부터 입력되는 게이트 제어 신호(GCS)에 응답하여 m개의 게이트 라인들(GL1 ∼ GLm)에 게이트 스캔 신호를 순차적으로 인가하여 각각의 게이트 라인들(GL1 ∼ GLm)에 접속된 TFT를 턴-온(Turn-On) 시키게 된다.

이때, 게이트 드라이버(130)는 입력되는 게이트 하이전압(VGH)과 게이트 로우전압(VGL)에 따라 게이트 스캔 신호의 하이레벨 전압과 로우레벨 전압을 결정한다.

데이터 드라이버(120)는 타이밍 컨트롤러(140)로부터 공급되는 데이터 제어 신호(DCS)에 응답하여, 해당 프레임에서 게이트 스캔 신호가 공급되는 주기마다 그에 해당하는 라인 분의 아날로그 영상 데이터 신호를 데이터 라인들(DL1 ∼ DLn) 각각에 공급한다. 이때, 데이터 드라이버(120)는 극성 제어 신호(POL)에 응답하여 데이터 라인들(DL1 ∼ DLn)에 공급되는 아날로그 영상 데이터 신호의 극성을 반전시킬 수 있다.

상기 타이밍 컨트롤러(140)는 한 프레임의 시작과 끝을 나타내기 위한 수직 동기 신호(Vsync)를 발생시켜 상기 게이트 드라이버(130)와 렌즈 구동 전압 선택부(250)로 공급하며, 상기 게이트 드라이버(130)는 수직 동기 신호(Vsync)에 따라 해당하는 복수개의 게이트 라인의 수평 동기 신호(Hsync)를 인가한다. 이때, 데이터 드라이버(120)는 수평 동기 신호에 따라 각각의 게이트 라인에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 화소셀들에 해당하는 영상 데이터를 공급하게 된다.

여기서, 상기 렌즈 구동 전압 선택부(250)는 상기 프레임 배가기(190)로부터 배속된 클락 신호(clk)를 인가받아, 상기 수직 동기 신호(Vsync)에 동기되어 클럭을 카운팅하고, 인가된 제 1, 제 2 기준전압(Vref_1, Vref_2)을 각 서브프레임별로 액정 전계 구동 전압 V1, V2을 액정 전계 렌즈측으로 인가한다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈의 구동 전압 선택부를 나타낸 블록도이며, 도 8은 도 7의 프레임별 인가 순서와 각 프레임별 구동 전압을 나타낸 타이밍도이다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 구동 전압 선택부 및 이의 구동 방법을 구체적으로 나타낸 것이다.

즉, 도 7과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 구동 전압 선택부(250)는 프레임별 인가되는 수직 동기 신호(Vsync)에 동기되어, 배속된 120Hz에 상당하는 클럭 신호(Clk)를 카운팅하는 카운터(251)와, 상기 타이밍 컨트롤러(140)에서 서브프레임별 제어 신호(Dsel[1bit])를 인가받아, 각 서브프레임별로 순차적으로 제 1 기준 전압(Vref_1)과 제 2 기준 전압(Vref_2)을 선택하는 D/A 컨버터(252)로 이루어져, 선택적으로 제 1 기준 전압(Vref_1)과 제 2 기준 전압(Vref_2)을 출력하여 액정 전계 렌즈(200)측으로 인가한다. 여기서, 상기 D/A 컨버터(252)는 1bit D/A 컨버터로, 2가지 경우로 구분하여, 제 1 기준 전압(Vref_1)과 상기 제 2 기준 전압(Vref_2)을 선택적으로 인가한다.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 렌즈 구동 전압 선택부(250)에서의 프레임 및 서브프레임 관계와, 해당 서브 프레임에서 인가되는 액정 전계 구동 전압(Vref_1, Vref_2)의 관계를 나타낸 것으로, 일 프레임을 이분하여, 제 1, 제 2의 서브프레임으로 나누었을 때, 각 서브프레임별로, 제 1, 제 2 기준 전압을 출력하는 상태를 나타내는 타이밍도이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체 표시 장치는, 타이밍 컨트롤러(140)에서 60㎐로 정렬된 영상 데이터를 프레임 메모리(180)를 이용하여 2번 어드레싱(addressing) 한다. 이후, 영상 데이터는 2 서브프레임(1 프레임) 단위 즉, 60㎐로 액정패널(110)에 인가시키고, 상기 렌즈 구동 전압 선택부(250)는, 상기 수직 동기 신호(Vsync) 및 프레임 배가기(190)로부터 클럭 신호(clk)를 인가받아 120㎐로 구동시키게 된다. 즉, 상기 1프레임을 주기로 할 때, 제 1, 제 2 서브 프레임이 전환될 때, 1프레임 내에서 상기 액정 패널(110)내에 인가되는 제 1 서브 프레임과 제 2 서브 프레임의 영상 정보는 동일하다.

보다 자세히 설명하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 60㎐의 구동은 1초에 60프레임을 구현하는 것으로 1프레임의 기간은 16.67[msec]이 된다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 구동방법은 16.7[msec]의 1프레임 기간을 균일하게 2개의 기간으로 분할하고, 전반의 8.3[msec]기간동안 제 1 서브 프레임 기간으로 하고, 후반의 8.3[msec] 기간 동안 제 2 서브 프레임 기간으로 하여 동작한다.

또한, 상술한 바에 따르면, 상기 표시 장치는 액정 표시 패널을 예로 하였지만, 이에 한정되지 않고, CRT(Cathod Ray-Tue), PDP(Plasma Display Panel) 또는 유기 발광 소자(Organic Emmitting Display Device) 등으로 대체하여 이용 가능할 수 있다.

* 제 2 실시예 *

이상에서 설명한 실시예는 60Hz로 구동되는 일 프레임을 이분하여 120Hz로 구동하였을 경우의 예를 나타낸 것으로, 경우에 따라 이러한 2배속의 경우 외에, 3배속 이상으로 실시하는 경우도 가능하다.

예를 들어, 3배속의 경우에는 180Hz로 구동되는 것으로, 일 프레임을 삼분하는 것으로, 5.56[msec] 기간을 각 서브 프레임 기간으로 하여 설정하는 것이다.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈의 구동 전압 선택부를 나타낸 블록도이며, 도 10은 도 9의 프레임별 인가 순서와 각 프레임별 구동 전압을 나타낸 타이밍도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈에 있어서도, 180Hz 구동 패널의 경우 반복되는 3개의 서브 프레임(sub-frame)을 주기로 각 서브 프레임에서의 액정 전계 렌즈 구동 전압을 다르게 구동하여 더 넓은 3D 시청 거리를 구현할 수 있다. 이 경우에도 각 서브프레임(sub-frame)간의 영상 정보는 차이가 없다.

따라서, 120Hz 구동 (또는 2프레임 주기 구동)을 통해서 3가지 3D 시청 거리를 구현할 경우에는 도 9 및 도 10과 같이, 단순한 스위칭 회로를 이용해서 그 기능 구현이 가능하고, 180Hz 구동 (또는 3프레임 주기 구동)을 통해서 3가지 3D 시청 거리를 구현할 경우에는 2비트 DA 컨버터 회로를 이용해서 구현이 가능하다.

또한, 2 비트 DA 컨버터 회로를 이용할 경우 최대 4 가지 시청 거리 구현이 가능하다.

도 9 및 도 10과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 구동 전압 선택부(250)는 프레임별 인가되는 수직 동기 신호(Vsync)에 동기되어, 배속된 180Hz에 상당하는 클럭 신호(Clk)를 카운팅하는 카운터(256)와, 상기 타이밍 컨트롤러(140)에서 서브프레임별 제어 신호(Dsel[2bit])를 인가받아, 각 서브프레임별로 순차적으로 제 1 기준 전압(Vref_1) 내지 제 3 기준 전압(Vref_3) 중 하나를 선택하는 2 비트 (2bit) D/A 컨버터(257)로 이루어진다. 이에 따라, 선택적으로 제 1 기준 전압(Vref_1) 내지 제 3 기준 전압(Vref_3) 중 하나를 시분할된 서브 프레임 중 하나의 기간에 출력하여 상기 액정 전계 렌즈(200)측으로 인가한다. 여기서, 상기 D/A 컨버터(257)는 2bit D/A 컨버터로, (0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1)의 총 4가지 경우로 출력이 가능하지만, 본 실시예에 있어서는 이 중 하나를 이용하지 않고, 3개의 출력이 가능하도록 하도록 설정한다.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 전계 렌즈의 렌즈 구동 전압 선택부(250)에서의 프레임 및 서브프레임 관계와, 해당 서브 프레임에서 인가되는 액정 전계 구동 전압(Vref_1, Vref_2, Vref_3)의 관계를 나타낸 것으로, 일 프레임을 삼분하여, 제 1, 제 2, 제 3 의 서브프레임으로 나누었을 때, 각 서브프레임별로, 제 1, 제 2, 제 3 기준 전압(Vref_1, Vref_2, Vref_3)을 출력하는 상태를 나타내는 타이밍도이다.

한편, 4배속의 클럭 신호를 이용할 경우는 도 9에 도시된 상기 2비트 D/A 컨버터의 4가지 경우를 모두 이용할 수 있으며, 이 경우에는, 액정 전계 렌즈(200)측으로 인가하는 출력 가능한 기준 전압을 4개로 설정한다.

상기 액정 전계 렌즈(200)를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 11은 본 발명의 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 11과 같이, 본 발명의 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈는, 서로 대향된 제 1, 제 2 기판(220, 210)을 구비하고, 상기 제 1, 제 2 기판(220, 210)은 각각 서로 대응되는 부위에 복수개의 렌즈 영역(L)들을 구비한다.

상기 렌즈 영역(L)은 일 피치(pitch)에 대응되는 폭을 갖도록 정의되며, 동일한 피치를 갖는 렌즈 영역(L)이 일 방향(도 6에서는 가로 방향)으로 주기적으로 반복되며, 세로 방향으로 긴 막대 형상으로 형성된다. 이 때, 일 피치(pitch)란 렌즈 영역(L)의 가로폭을 의미하며, 상기 렌즈 영역은 볼록 렌즈와 같은 물리적인 렌즈 형상을 갖는 것이 아니라, 전계 인가에 따라 액정 배열되어 이루어지는 렌즈 기능을 갖는 영역을 표시한 것이다.

상기 제 1 기판(220) 상에는, 각기 인접한 좌우 렌즈 영역(L)의 중심(O)으로부터 제 1 폭(t1) 이격하여 형성된 제 1 전극(221)과, 상기 제 1 전극(221)을 포함하는 상기 제 1 기판(220) 상에 형성된 절연막(222)과, 상기 절연막(222) 상에, 상기 액정 렌즈 영역들의 에지부에 대응되어, 상기 렌즈 영역(L) 중심으로부터 제 1 폭보다 큰 제 2 폭(t2) 이격하여 형성된 제 2 전극(223)을 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 제 2 기판(210) 상의 전면에는 제 3 전극(211)이 형성된다.

한편, 도시되지는 않았지만, 초기 배향 상태를 제어하기 위해, 상기 제 2 전극(223)을 포함한 상기 절연막(222) 상에 제 1 배향막(미도시)과, 상기 제 3 전극(211) 상에 제 2 배향막(미도시)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제 1 전극(221)은, 상대적으로 상기 제 2 전극(223)에 비해 넓은 폭을 갖도록 형성되며, 도시된 바와 같이, 각기 인접한 좌우 렌즈 영역(L)의 중심(O)으로부터 제 1 폭(t1) 이격하여 형성할 수도 있고, 경우에 따라 상기 제 1 폭을 '0'으로 하여, 상기 제 1 기판(220) 전면에 형성될 수도 있다. 이와 같이, 상기 제 1 전극(221)은 상기 제 2 전극(223)에 비해 넓은 폭으로 형성한 이유는, 다음과 같다. 즉, 상기 제 2 전극(223)과 제 1 전극(221)에 각각 고전압, 문턱 전압을 인가하고, 대향되는 제 3 전극(211)에 접지 전압을 주어, 상기 액정층(230)을 구동하는데, 상대적으로 제 2 전극(223)에 비해 약한 전압이 걸리는 제 1 전극(221)이 제 3 전극(211)과 작용하여 전계 형성을 매끄럽게 하고, 또한 상기 제 2 전극(223)과 함께 상기 액정층(230)에 형성되는 액정 전계 렌즈의 높이(sag) 조절에 영향을 주기 위해서는 상기 제 2 전극(223) 보다는 양측으로 더 폭을 가져야 하기 때문이다. 이 때, 상기 제 1 전극(221)에 인가되는 문턱 전압은 V=

(Δε는 액정 유전율 이방성, K1은 Splay 탄성 계수, ε₀은 자유공간 유전율)을 피크값으로 하는 교류 사각파(square wave)이며, 상기 제 2 전극(223)에 인가되는 고전압은 2.5~10V을 피크값으로 하는 교류 사각파이다. 즉, 상기 제 1, 제 2 전극(221, 223)에 인가되는 전압은 AC(Alternating Current) 전압으로 인가된다.

여기서, 상기 제 2 전극(223) 형성 부위와 같이, 렌즈 영역(L) 에지부(E)에서는 크로스토크에 의한 렌즈 프로파일의 왜곡이 발생할 수 있는데, 이 부위에 블랙 매트릭스층(미도시)를 형성시켜 광의 투과를 차단하여 시청자가 시감적으로 느끼지 못하게 할 수 있다. 경우에 따라, 상기 제 2 전극(223)을 차광 금속을 이용하여 형성하여 동일 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 상기 제 1 전극(221) 및 제 3 전극(211)은 투명 전극이다.

도 11에 도시한 단면도는 일 렌즈 영역(L)을 나타내고 있는데, 이 경우, 상기 제 2 전극(223)과 제 1 전극(221)에 각각 고전압, 문턱 전압을 인가하고, 대향되는 제 3 전극(211)에 접지 전압을 주게 되면, 전계에 의한 액정의 배향의 따라 굴절률 차이가 발생하여, 이로 인해 상기 인접한 제 2 전극(223)의 중심 사이에서, 포물면상의 위상 특성을 갖는 렌즈 영역(L)이 정의된다. 이러한 동일한 구조의 패턴이 일 방향(가로 방향)으로 반복되면 포물선면의 액정 전계 렌즈가 연속하여 일 피치(pitch)를 주기로 형성된다.

한편, 도시하지 않았지만, 상기 제 1, 제 2 기판(220, 210)의 외곽 영역에는 씰 패턴(미도시)이 형성되어 상기 제 1, 제 2 기판(220, 210) 사이를 지지한다. 또한, 상기 제 1, 제 2 기판(220, 210) 사이의 액정층(230)은 충분한 위상의 액정 전계 렌즈 형성을 위해, 약 15~50㎛의 두께에 상당하도록 충분한 두께로 형성하는데, 이러한 액정층(230)의 두께를 안정하게 유지하기 위해 상기 제 1, 제 2 기판(220, 210) 사이의 셀 갭을 지지하는 볼 스페이서 또는 칼럼 스페이서가 더 형성될 수 있다. 이 경우, 포함되는 스페이서는 상기 액정 전계 렌즈의 위상을 왜곡시키지 않는 위치에 형성하는 것이 좋다.

도시된 도면에서는, 상기 액정층(230)을 이루는 액정 분자는 양의 유전율 이방성을 가진 경우를 도시하였으나, 도 11에 도시된 액정 렌즈와 달리 이에 비해 쉬프트된 액정 전계 렌즈를 의도하는 경우, 혹은 도시된 바와 동일한 효과의 액정 전계 렌즈를 형성하는 경우라도, 상기 제 1 기판(220) 상에 배치되는 전극의 배치를 달리하거나 상기 제 1, 제 2 기판(220, 210)의 위치를 서로 반전시켜 음의 유전율 이방성을 갖는 재료를 사용할 수도 있다.

본 발명의 액정 전계 렌즈(200)는, 그 자체로는 삼차원 구현에 이용되는 렌즈 역할을 하는 것이고, 경우에 따라, 이차원을 구현하는 표시 장치상에 위치하여, 이차원 영상을 삼차원 영상으로 변환시켜 영상을 표시할 수 있다. 또한, 전압 무인가시 광이 투과되는 특성을 이용하여, 전압 무인가시는 이차원 표시, 전압 인가시는 삼차원 표시와 같은 스위칭 기능을 겸용할 수 있다. 이러한 액정 전계 렌즈는, 하부에 2차원 영상 표시가 가능한 표시 장치를 두어, 이용가능할 것이다. 즉, 상기 2차원 영상 표시와 3차원 영상 표시의 스위칭(switching) 기능이 가능하여, 상기 액정 전계 렌즈는 전압 인가시는 하부 표시 장치로부터 나오는 이차원 영상 신호의 입체(삼차원) 영상 표시를 가능하게 하고, 전압 무인가시에는 하부 표시 장치로부터 나오는 2차원 영상 표시를 바로 관측자에게 전달하여 2차원 영상 표시가 가능할 것이다.

이 때, 전압 무인가시 2차원 영상 표시가 가능하도록 상기 제 1, 제 2 기판(220, 210)에, 초기 상태(전압 무인가시)에서 광의 투과가 가능하게 배향처리를 한다. 즉, 상기 제 1, 제 2 배향막(미도시)은 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서, 상기 액정층(230)이 광을 투과시키는 배향 특성을 갖도록, 상기 제 1 배향막 측은 상기 제 2 전극(223)으로 러빙(rubbing)하고, 상기 제 2 배향막은 이에 교차하는 방향으로, 안티 패럴랠(anti-parallel)하게 한다. 혹은 상기 제 1, 제 2 배향막은 서로 교차하는 방향으로 러빙할 수도 있다. 어느 경우나, 하나의 배향막은 상기 제 1 전극(221) 및 제 2 전극(223)의 길이 방향에 평행하거나 수직인 관계에 있는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 제 1, 제 2 기판(220, 210)의 배면측은 편광판이 구비되지 않는 것으로, 이에 따라 하부로부터 표시장치를 통해 상기 액정 전계 렌즈를 통과한 빛은 그대로 관측자에게 투과되어 전달된다.

본 발명의 액정 전계 렌즈는 각 전극에 전압 인가시 상기 액정층(230)이 포물선면의 표면을 갖는 렌즈와 동일한 효과를 갖는 것으로, 이를 이용할 경우, 영상 신호의 삼차원 구현이 가능하게 된다.

한편, 상기 제 1 전극(221)과, 제 2 전극(223)이 상기 제 3 전극(211)에 대하여 갖는 수직 거리를 살펴보면, 상기 제 2 전극(223)이 상기 제 1 전극(221)에 비해 상기 제 3 전극(211)보다 거리가 가깝다. 또한, 상기 제 2 전극(223)이 상대적으로 고전압이 걸리기 때문에, 상기 제 2 전극(223)과 상기 제 3 전극(211) 사이의 전압차에 의한 전계의 영향이 강하게 걸린다. 여기서, 상기 제 1 전극(221)의 기능은 고전압에 비해 상대적으로 작은 전압 값을 주어, 상기 제 2 전극(223)이 형성되지 않은 부위의 전계의 컨트롤을 가능하게 하며, 전계 형성이 급격하지 않고, 완만한 곡선을 갖도록 하고, 또한, 상기 제 2 전극(223)과 함께, 전계에 따라 배열되는 액정의 배향 특성에 기하여 얻어지는 액정 전계 렌즈의 위상의 크기를 조절할 수 있게 한다.

상기 제 1 및 제 2 전극(221, 223)은 도면에서 사시방향(지면을 투과하는 방향)으로 연장된 막대 형상으로 형성한다. 상기 제 2 전극(223)은 렌즈 영역의 피치(가로폭)를 1로 할 때, 이의 1/10 정도의 크기로 형성한다. 또한, 상기 제 1 전극(221)은 렌즈 영역(L)의 피치와 같거나 이보다 약간 작도록(렌즈 영역의 피치의 약 8/10 이상으로) 형성한다.

또한, 상기 일 렌즈 영역은, 액정 전계 렌즈 하측에 위치하는 표시 패널(미도시, 도 6의 액정 패널(110) 참조)의 화소들에 대응되어 형성되며, 복수개의 화소들이 상기 일 렌즈 영역에 대응되어 형성할 수 있다. 또한, 상기 렌즈 영역들은 화소들에 대하여 일정 각도로 기울인 방향으로 형성할 수도 있고, 경우에 따라 화소들에 대해 계단형상(n번째 수평 라인과 (n+1)번째 수평라인이 일정 폭 쉬프트)으로 형성할 수도 있을 것이다.

한편, 도 11에 있어서, 각각의 렌즈 높이(새그 S1, S2)가 다른 렌즈(L1, L2)는 상기 제 1 및 제 2 전극(221, 223)에 인가되는 문턱 전압과 고전압의 크기를 조절하여 이루어질 수 있다. 인가하는 전압의 크기가 클수록 렌즈 높이(S1, S2)가 커지는 경향을 갖게 된다. 그리고, 상기 렌즈 높이가 클수록 해당 구동 전압에 대해 형성되는 시청거리가 작음을 알 수 있다.

도시되지 않았지만, 상기 제 1, 제 2 전극(221, 223)들은 일 렌즈 영역 내에서 적층형이 아닌 복수개로 횡적으로 미세 분할하여 상기 렌즈 영역의 중심으로부터 에지까지 일정 간격 또는 점차적으로 줄거나 느는 간격을 갖도록 하여 배치할 수도 있다. 이 경우에는 보다 광학적으로 형성되는 액정 전계 렌즈의 렌즈 프로파일을 미세하게 조정할 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 1프레임을 2개 내지 4개로 시분할하는 방법에 대하여만 소개하였지만, 이는 현재 기술상에서 표시 패널을 이루는 액정의 응답 속도를 고려하여 기술한 것이고, 액정의 응답 속도가 개선된다면, 이보다 더 고속으로 시분할하여 입체 표시 장치를 구동할 수 있을 것이다.

또한, 상술한 입체 표시 장치에 있어서, 일 프레임(frame)을 2개 이상의 서브프레임(sub-frame)으로 시분할하여, 각 서브프레임별로 다른 시청 거리에 해당하는 구동 전압을 액정 전계 렌즈측에 인가함으로써, 다른 위치에 있는 시청자가 동시에 입체 표시 영상을 시청할 수 있다. 이 경우, 사람이 시인할 수 있는 속도는 60Hz 이하로, 본 발명에 있어서, 비록 1프레임을 시분할한 서로 다른 시점에 영상 신호가 전달되더라도, 시분할된 서브프레임의 속도는 60Hz의 2배속 이상으로, 1프레임 내에서 시청자가 인식하기에는 다른 위치에서 동시에 영상 신호가 전달되는 것으로 인식하여, 동시에 다른 시청 거리에서 시청이 가능하다.

도 12는 도 6의 렌즈 구동 전압 선택부와 상기 액정 전계 렌즈 사이에 형성될 수 있는 저항 어레이부를 구체적으로 나타낸 회로도이다.

도 12의 저항 어레이부는 도 6의 상기 액정 전계 렌즈의 제 1 전극(221) 및 제 2 전극(223)을 렌즈 영역별로 복수개의 미세 전극형태로 구분하여 형성할 때, 각 미세 전극에 인가하는 전압을 생성하기 위해 상기 렌즈 구동 전압 선택부(250)로부터 출력되는 기준 전압을 분배하는 기능을 갖는다.

상기 각 미세 전극들에 대한, 상기 전압원으로 기능하는 저항 어레이부(240)는, 최대 전압(Vmax)과 최소 전압(Vmin) 사이의 전압 신호 분배를 위해, 최대 전압(Vmax)과 최소 전압 인가단(Vmin)과 각 전압 신호 출력단들 사이의 저항(resistor)(R1, R2, ..., Rn-1)과, 각 전압 신호 출력단으로부터 링크부를 거쳐 상기 미세 전극의 패드 영역의 금속 배선(미도시)으로 인가되며, 상기 각 전압 신호 출력단의 단부에 신호를 안정화하여 출력하는 버퍼(B1, B2,...., Bn)를 구비하여 이루어진다.

상기 미세 전극들에 인가되는 각각의 전압 생성은 Vmax(최대 전압)과 Vmin(최소 전압) 사이에 저항 어레이부(240)를 두어 이루어진다. 이 때, 상기 저항 어레이부(240)는 상기 Vmax(최대 전압)과 Vmin(최소 전압)의 각각의 전원 전압원 사이에 각 제 1 전극들에 인가되는 전압을 분배 가능한 복수개의 저항(R1, R2, ...., Rn-2, Rn-1)을 구비하고, 상기 복수개의 저항들 사이에 노드를 설정하고, 상기 노드들로부터 출력되는 전압 신호를 안정화하는 버퍼(buffer)를 구비한다. 이 때, 버퍼로부터 상기 전압원들과의 연결 배선과 상기 패드 영역의 금속 배선과의 연결을 통해 최종적으로 상기 액티브 영역으로 해당 전압 신호가 인가된다.

이 때, 상기 전압 분배기를 흐르는 전류는 수 mA로 설정한다. 여기서, 전류는 너무 작으면 구동 전압 편차가 커져 안정적이지 못한 전압 레벨이 각 노드로 출력될 수 있고, 전류가 너무 커지면 불필요하게 전압 분배기 내의 저항들에 열소모 전력이 발생할 수 있으므로, 전압 분배기 내의 구동 전압 편차와 열소모 전력을 가감하여 소정의 전류 값을 결정하도록 한다.

상기 저항 어레이부(240)로부터 출력되는 전압 신호(Vmin, V1, ..., Vmax)들은 링크부를 거쳐 상기 패드 영역의 금속 배선(미도시)에 연결되고, 상기 금속 배선과 상기 미세 전극의 단부에서 콘택을 갖는다. 이 경우, 상기 저항 어레이부(240)로부터 출력되는 전압 신호들의 수는 상기 각 렌즈 영역의 에지부(E)와 중앙부(O) 사이에 위치하는 미세 전극들의 수에 상당하다. 이 때, 상기 저항 어레이부(240)로부터 출력되는 전압 신호들은 상기 각 렌즈 영역의 중앙부와 에지부 사이에서, 상기 중앙부 또는 에지부를 경계로, 좌우 양의 2차 함수 형에 해당하는 전압 신호들이 대응된다.

그리고, 이러한 적절한 인가 전압의 선택은 예를 들어, 인가 전압을 소정 값의 전원 전압으로 하였을 때, 액정층이 갖는 위상차에 따라 산출한 테이블을 예로 하여, 상기 전압 및 위상차에 관계에 따라 시뮬레이션된 액정 전계 렌즈와, 구현하고자 하는 시뮬레이션의 형상이 유사한 경우, 해당 테이블을 선택하고, 해당 테이블로부터 렌즈 영역의 전극 위치별 전압 값을 산출한다.

이 때, 상기 저항 어레이부(240)에 인가되는 최대 전압(Vmax)은 상기 렌즈 구동 전압 선택부에서 시분할되어 나오는 기준 전압(Vref_1, Vref_2,....)이며, 최소 전압(Vmin)은 0V로 한다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 2뷰 렌티큘러 렌즈 및 이의 원리를 나타낸 개략도

도 2는 최적 시청거리와 사용자의 위치 관계를 나타낸 도면

도 3은 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 액정 전계 렌즈의 온/오프시 구동 상태를 나타낸 개략도

도 4는 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 액정 전계 렌즈의 구동 전압에 따른 새그(렌즈 높이)의 변화를 나타낸 그래프

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 두 가지 시청거리를 갖는 입체 표시 장치에 있어서, 액정 전계렌즈의 시청 거리를 나타낸 도면

도 6은 본 발명의 입체 표시 장치의 구동회로를 나타낸 블록도

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈의 구동 전압 선택부를 나타낸 블록도

도 8은 도 7의 프레임별 인가 순서와 각 프레임별 구동 전압을 나타낸 타이밍도

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈의 구동 전압 선택부를 나타낸 블록도

도 10은 도 9의 프레임별 인가 순서와 각 프레임별 구동 전압을 나타낸 타이밍도

도 11은 본 발명의 입체 표시 장치의 액정 전계 렌즈의 구성을 나타낸 사시도

도 12는 도 6의 렌즈 구동 전압 선택부와 상기 액정 전계 렌즈 사이에 형성될 수 있는 저항 어레이부를 구체적으로 나타낸 회로도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110 : 액정 패널 120 : 데이터 드라이버

122 : 데이터 드라이버 IC 130 : 게이트 드라이버

132 : 게이트 드라이브 IC 140 : 타이밍 컨트롤러

180 : 프레임 메모리 190 : 프레임 배가기

195 : 호스트 200 : 액정 전계 렌즈

240 : 저항 어레이부 250 : 렌즈 구동 전압 선택부

Claims (6)

1. 이차원의 영상 신호를 출사하는 표시 패널;

   상기 표시 패널 상부에, 복수개의 렌즈 영역을 구비하며, 서로 대향된 제 1, 제 2 기판과 상기 제 1, 제 2 기판 상에 각각 형성된 전극들과 상기 제 1, 제 2 기판 사이의 액정층을 포함하여 이루어진 액정 전계 렌즈; 및

   영상 정보를 상기 표시 패널로 전달하고, 1프레임을 복수개의 서브프레임별로 구분하는 제어부;

   상기 제어부로부터 각 서브프레임별로 구분하는 클럭 신호를 인가받아 상기 각 서브플레이별로 다른 렌즈 구동 전압을 상기 액정 전계 렌즈에 인가하는 렌즈 구동 전압 선택부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제어부는,

   호스트로부터 1프레임을 복수개의 프레임으로 구분하며 상기 각 서브프레임별 클럭 신호를 출력하는 프레임 배가기;

   상기 호스트로부터 상기 영상 정보를 인가받아, 서브프레임별 영상 정보를 전달하는 프레임 메모리; 및

   상기 호스트로부터 영상 정보 및 제어신호를 인가받아 상기 표시 패널을 제어하며, 1프레임별 수직 동기 신호를 상기 렌즈 구동 전압 선택부로 전달하는 타이 밍 컨트롤러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 렌즈 구동 전압 선택부는,

   상기 각 서브프레임별 클럭 신호와, 상기 1프레임별 수직 동기 신호를 인가받아, 상기 수직 동기 신호에 동기하여 상기 각 서브프레임별 클럭 신호를 카운팅하는 카운터와,

   상기 타이밍 컨트롤러로부터 제어 신호를 인가받아 시분할된 서브프레임별로 서로 다른 렌즈 구동 전압을 출력하는 DA(Digital-Analog) 컨버터(conver)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 렌즈 구동 전압 선택부와 상기 액정 전계 렌즈와의 사이에 상기 렌즈 구동 전압 선택부로부터 선택된 렌즈 구동 전압을 복수개의 전압 값으로 분배하는 저항 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 액정 전계 렌즈의 상기 제 1 전극 또는 제 2 전극은 상기 각 렌즈 영역에서 복수개의 분할 전극으로 형성되며, 상기 저항 어레이를 통해 인가되는 복수개의 전압 값을 각 분할 전극이 인가받는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 프레임 배가기는 120Hz 또는 180Hz의 클럭 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.

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