KR20120032197A

KR20120032197A - 3차원 표시 장치

Info

Publication number: KR20120032197A
Application number: KR20100093705A
Authority: KR
Inventors: 김휘; 정경호; 이승훈; 윤해영; 정승준; 김희섭
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-04-05
Also published as: KR101728821B1; US9143765B2; US20120075434A1

Abstract

본 발명은 비안경식 3차원 표시 장치로 전계에 의하여 배열된 액정층을 이용하여 빛이 굴절되도록 하는 액정 렌즈부를 포함하며, 액정 렌즈부에서 액정층에 인가되는 전압이 주기적으로 변하도록 하여 초점 프로파일이 주기적으로 진동하도록 한다. 그 결과 블랙 매트릭스가 시인되면서 무아레 현상이 발생하는 문제가 제거되어 입체 영상의 화질을 향상시키며, 사선을 표현하는 경우 별도의 렌더링 처리 없이도 부드럽게 표현할 수 있으며, 액정 렌즈부를 사용하여 별도의 렌티큘러 렌즈를 제조 하지 않고서도 입체 표시가 가능하며, 액정 렌즈의 구조 및 초점 조절이 자유롭도록 한다.

Description

3차원 표시 장치{THREE DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY}

본 발명은 3차원 표시 장치에 대한 발명이다.

오늘날 초고속 정보 통신망을 근간으로 구축된 정보의 고속화를 위해 실현될 서비스들은 현재의 전화와 같은 단순히 듣고 말하는 서비스로부터 문자, 음성, 영상을 고속 처리하는 디지털 단말을 중심으로 한 보고 듣는 멀티 미디어형 서비스로 발전하고 궁극적으로는 시공간을 초월하여 실감있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는 초공간형 실감 3차원 입체 정보통신 서비스로 발전하고 있다.

일반적으로 3차원을 표현하는 입체 영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데, 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나게 되는 양안시차는 입체감의 가장 중요한 요인이라 할 수 있다. 즉, 좌우의 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 한다.

입체 영상 표시 장치는 양안시차를 이용하는 것으로 관찰자의 별도의 안경착용 여부에 따라 안경식(stereoscopic)의 편광 방식과 시분할 방식, 비안경식(autostereoscopic)의 패럴랙스-배리어방식, 렌티큘러(lenticular)방식 및 블린킹 라이트(blinking light) 방식이 있다.

안경식 편광 방식의 경우에는 많은 인원이 입체 영상을 즐길 수 있으며, 어느 위치에서든지 편광 안경 또는 액정 셔터 안경을 착용하기만 하면 입체 영상을 즐길 수 있다는 장점이 있다. 그러나 별도의 편광 안경 또는 액정 셔터 안경을 착용해야 한다는 단점으로 인하여 일상적으로 입체 영상을 즐기도록 하는 경우에는 사용되지 못하고 있으며, 영화관 같은 곳에서 사용되는데 그치고 있다.

이에 반하여 비안경식의 경우에는 안경을 별도로 착용하지 않아도 입체 영상을 즐길 수 있다는 장점이 있어서, 다양한 방식으로 개발이 진행되고 있다.

비안경식의 경우 다양한 방식 중에 표시 장치의 두께와 개구율을 고려할 때 렌티큘러 렌즈를 사용하는 입체 표시 장치가 가장 적합하여 중점적으로 개발되고 있다. 즉, 렌티큘러 렌즈를 사용하는 경우에는 표시 장치의 두께가 얇게 형성할 수 있으며, 렌즈를 사용함으로써 표시 장치를 가리지 않는 장점이 있다. 그렇지만, 비안경식의 경우에는 특정 거리 및 특정 위치에서만 입체 영상을 볼 수 있다는 단점이 있다.

비안경식의 입체 표시 장치 중에서 렌티큘러 렌즈를 이용한 표시 장치가 현재 가장 많이 사용 및 개발되고 있는데, 입체 표시는 표시 패널에서 나온 빛이 렌티큘러 렌즈부의 렌티큘러 렌즈와 폴리머를 거치면서 굴절되어 진행 방향이 갈리고 다시 스위칭부와 편광판을 통과하여 양쪽 눈으로 입사함으로써 이루어진다. 이때, 오른쪽 눈으로 들어가는 빛과 왼쪽 눈으로 들어가는 빛은 상호 상이한 정보를 가지고 있어서 화상이 입체로 인식된다.

이러한 렌티큘러 렌즈를 사용하는 입체 표시 장치는 컬러 필터와 컬러 필터 사이의 블랙 매트릭스가 특정 위치에서 시인되는 문제가 있다. 블랙 매트릭스가 주기적으로 형성되어 있어 입체 표시 장치는 무아레 현상이 발생하는 문제점이 있고, 블랙 매트릭스가 시인되는 위치에서 표시되는 입체 영상은 그 화질이 떨어지고, 입체 표시가 완전하지 않은 문제점을 가진다.

또한, 렌티큘러 렌즈의 제작 공정이 복잡하여 안정된 공정확보가 어렵고 수율이 낮아 경제성이 없었다. 여기에 렌티큘러부는 고온에서의 내구성을 확보하는데 있어서도 어려움을 가지고 있으며, 렌테큘러 렌즈의 초점 거리를 제어하는 것도 용이하지 않다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무아레 현상이 제거되어 표시 품질이 향상되며, 제작 공정도 보다 단순한 3차원 표시 장치를 제공하고자 한다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 액정 렌즈부가 형성되어 있는 3차원 표시 장치를 제공하며, 액정 렌즈가 주기적으로 진동한다.

구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치는 표시 패널; 및 전계 생성 전극 및 액정층을 포함하는 액정 렌즈부를 포함하며, 상기 전계 생성 전극에 인가되는 전압은 60Hz 이상의 주기로 변동된다.

상기 액정 렌즈부의 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일은 하나의 선으로 표시될 수 있다.

상기 단위 액정 렌즈에 대응하는 상기 전계 생성 전극이 인가받는 전압은 중심에 위치하는 전계 생성 전극을 중심으로 대칭일 수 있다.

상기 전계 생성 전극에 인가되는 전압은 주기적으로 인접 전계 생성 전극으로 이동할 수 있다.

상기 초점 프로파일의 하나의 선은 중심을 기준으로 좌우로 이동할 수 있다.

상기 초점 프로파일의 하나의 선이 좌우로 이동하면서 하나의 부화소의 폭만큼을 시인하도록 할 수 있다.

상기 표시 패널은 블랙 매트릭스 및 블랙 매트릭스의 개구부에 위치하는 컬러 필터를 포함할 수 있다.

상기 하나의 부화소의 폭은 하나의 상기 컬러 필터의 폭 및 상기 컬러 필터를 둘러싸고 있는 블랙 매트릭스의 적어도 일부의 폭을 포함할 수 있다.

상기 액정 렌즈부의 초점 프로파일은 둘 이상의 선으로 표시될 수 있다.

상기 단위 액정 렌즈에 대응하는 상기 전계 생성 전극이 인가받는 전압은 중심에 위치하는 전계 생성 전극을 중심으로 대칭인 전압을 가질 수 있다.

상기 초점 프로파일의 둘 이상의 선의 간격이 일정한 주기로 변화할 수 있다.

상기 전계 생성 전극에 인가되는 전압은 상기 초점 프로파일의 둘 이상의 선의 간격에 따라 각각 상기 전계 생성 전극에 인가하는 전압 값을 구한 후 이를 주기적으로 반복 인가할 수 있다.

상기 초점 프로파일의 둘 이상의 선의 간격이 변화하면서 하나의 부화소의 폭만큼을 시인하도록 할 수 있다.

상기 단위 액정 렌즈에 대응하는 상기 표시 패널의 화소는 3개의 화소열일 수 있다.

상기 화소는 적색, 녹색 및 청색의 3색 부화소를 포함하며, 상기 3개의 화소열은 행 방향으로 적색, 녹색 및 청색의 부화소 순서로 배열되며, 열 방향으로도 적색, 녹색 및 청색의 부화소 순서로 배열될 수 있다.

상기 전계 생성 전극은 모두 동일한 층에 형성되어 있을 수 있다.

상기 전계 생성 전극은 두 개의 층에 나누어 형성되어 있을 수 있다.

상기 액정 렌즈부는 외측에 부착된 편광판을 더 포함할 수 있다.

이상과 같이 블랙 매트릭스가 시인되면서 무아레 현상이 발생하는 문제는 제거하여 입체 영상의 화질을 향상시키며, 사선을 표현하는 경우 별도의 렌더링 처리 없이도 부드럽게 표현할 수 있으며, 액정 렌즈부를 사용하여 별도의 렌티큘러 렌즈를 제조 하지 않고서도 입체 표시가 가능하며, 액정 렌즈의 구조 및 초점 조절이 자유롭도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치 중 액정 렌즈부의 단면을 상세하게 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈부의 단면을 상세하게 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 렌즈부의 초점 프로파일을 측정한 도면이다.
도 6은 도 5의 액정 렌즈부에 인가되는 입력 전압 분포를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 렌즈부의 초점 위치 변화를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 렌즈부의 주기적 진동을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 하나의 액정 렌즈에 대응하는 표시 패널의 블랙 매트릭스 및 컬러 필터를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 표시 패널의 블랙 매트릭스 및 컬러 필터를 확대하여 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치에서 액정 렌즈부와 표시 패널의 블랙 매트릭스 및 컬러 필터 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈부의 초점 프로파일을 측정한 도면이다.
도 13은 도 12의 액정 렌즈부에 인가되는 입력 전압 분포를 도시한 그래프이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈부의 초점 위치 변화를 각각 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈부의 주기적 진동을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 표시 장치에서 액정 렌즈부와 표시 패널의 블랙 매트릭스 및 컬러 필터 부분을 확대 도시한 단면도이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치의 단면도이다.

3차원 표시 장치는 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이 표시 패널(100, 3, 200) 및 액정 렌즈부(500)을 포함한다.

표시 패널(100, 3, 200)은 크게 하부 표시판(100; 박막 트랜지스터 표시판이라고도 함), 액정층(3) 및 상부 표시판(200; 컬러 필터 표시판이라고도 함)으로 이루어진다.

하부 표시판(100)은 절연 기판(110)상에 게이트 신호를 전달하는 게이트선, 데이터 전압을 전달하는 데이터선, 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터(또는 스위칭 소자), 박막 트랜지스터의 출력단에 연결되어 있는 화소 전극등이 형성되며, 절연 기판(110)의 배면에는 하부 편광판(21)이 부착되어 있다.

한편, 상부 표시판(200)은 절연 기판(210)상에 블랙 매트릭스(220)가 격자 구조 따위로 형성되어 개구부를 가지며, 개구부의 사이에 컬러 필터(230)가 배치되며, 블랙 매트릭스(220) 및 컬러 필터(230)의 위에 공통 전극이 형성되는 구조를 가질 수 있으며, 상부 표시판(200)의 배면에는 상부 편광판(22)이 부착되어 있다.

하부 표시판(100)과 상부 표시판(200)의 사이에는 액정층(3)이 위치하고 있으며, 액정층(3)은 공통 전극과 화소 전극간에 형성된 전계에 의하여 배향 방향이 변한다. 도 1에서는 표시 패널로 액정 표시 장치를 예로 언급하고 있지만, 그 외의 다양한 평판 표시 패널(플라즈마 표시 패널, 발광 다이오드 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등)도 적용 가능하다. 또한, 컬러 표시가 불필요한 경우에는 컬러 필터가 생략될 수 있다.

이러한 표시 패널은 2차원 화상만을 표시하게 되는데, 액정 렌즈부(500)로 인하여 3차원 입체 영상을 표시할 수 있게 된다.

액정 렌즈부(500)는 하부 기판(510), 상부 기판(520), 두 기판(510, 520)사이에 위치하는 렌즈 액정층(530) 및 상부 기판(520)의 외측에 부착된 편광판(23)을 포함한다. 편광판(23)은 3차원 표시 장치에서 방출되는 빛의 특성을 일측 편광 방향으로 만들어 표시 품질을 향상시키기 위한 것으로 실시예에 따라서는 생략될 수 있다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 렌즈부(500)를 상세하게 도시하고 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치 중 액정 렌즈부의 단면을 상세하게 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈부의 단면을 상세하게 도시한 단면도이다.

우선, 도 2 및 도 3을 통하여 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 렌즈부에 대하여 살펴본다.

도 2 및 도 3에서는 렌즈 액정층(530) 내의 액정 분자(531)를 통하여 액정 분자(531)의 배열에 따른 특성 변화를 도시하고 있으며, 하부 기판(510)은 절연 기판(511) 및 그 위에 형성된 전계 생성 전극(512)를 포함한다는 점을 도시하고 있다.

도 2의 하부 기판(510)을 살펴보면, 절연 기판(511)위에 전계 생성 전극(512)이 형성되어 있으며, 전계 생성 전극(512)에 전계가 인가되지 않아서 액정 분자(531)가 수평 배열된 상태이다. 실시예에 따라서는 액정 분자(531)가 전계가 인가되지 않았을 때 수직 배향되거나 기타 다른 배향 방향을 가질 수 있는데, 이는 액정 분자(531)의 특성에 따른다. 도 2와 같은 상태에서는 표시 패널에서 표시된 화상이 그대로 2차원 영상으로 표시된다. 이를 위하여 액정 분자(531)의 초기 배향 방향 및 편광판(23)의 투과축 방향을 적절하게 조절할 수 있다.

도 3에서는 전계 생성 전극(512)에 전압이 인가되어 액정 분자(531)가 전계에 따라서 배향 방향이 변한 상태를 도시하고 있다. 전계 생성 전극(512)은 간단하게는 인접하는 두 전극이 하나는 높은 전압을 다른 하나는 낮은 전압을 인가받아 일측에서 타측으로 전계가 형성되어 이에 따라 액정 분자(531)가 배향 방향을 바꾸게 된다. 이와 같이 액정 분자(531)가 배향 방향을 바꾸면, 표시 패널에서 방출된 빛이 액정 분자(531)를 지나면서 렌티큘러 렌즈에 준하는 방향으로 빛의 진행 방향이 변경되게 되며 그에 따라 3차원 입체 영상을 표시하게 된다.

도 3에서 도시하고 있는 바와 같이 액정 렌즈부(530)는 액정 분자(531)를 일측 방향으로 일정 주기의 반복 배열 구조를 가지도록 한다. 이를 통하여 표시 패널에서 입사된 빛의 진행 방향을 굴절 시킨다. 액정 분자(531)가 주기적으로 반복 배열되는 구조에서 하나의 단위 구조를 이하 '단위 액정 렌즈'라 한다.

본 실시예에서는 전계 생성 전극(512)이 하부 기판(510)에만 형성된 것으로 도시되어 있지만, 실시예에 따라서는 상부 기판(520)에만 형성되거나 상부 기판(520) 및 하부 기판(510)에 각각 형성될 수도 있다. 또한, 도 3에서는 인접하는 전계 생성 전극(512) 사이에서 액정 분자(531)가 아치 구조를 가지는 것으로 도시하고 있지만, 이는 실시예에 따라서 다양한 배열을 가질 수 있다.

한편, 도 4에는 액정 렌즈부(500)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 4의 실시예는 하부 기판(510)에 형성된 전계 생성 전극이 두 개의 층에 걸쳐 형성된어 있는 구조를 도시하고 있다.

즉, 도 4의 실시예에 따른 하부 기판(510)은 절연 기판(511)위에 하부 전계 생성 전극(512)이 형성되고, 이를 덮는 절연층(513)이 형성된 후 절연층(513)위에 상부 전계 생성 전극(514)가 형성된 구조를 가진다.

하부 전계 생성 전극(512)과 상부 전계 생성 전극(514)은 α만큼의 수평 거리가 떨어져 형성된 것으로 도시되어 있지만, α값이 0이거나 일부 중첩하는 실시예도 가능하다.

도 4와 같이 하부 전계 생성 전극(512)과 상부 전계 생성 전극(514)을 형성하는 이유는 렌즈 액정층(530)에 인가되는 전계를 보다 촘촘하게 형성하여 액정 분자(531)의 제어를 정확하게 하기 위한 구조이다.

도 4에서도 인접하는 상부 및 하부 전계 생성 전극(514, 512) 사이에서 액정 분자(531)가 아치 구조를 가지는 것으로 도시하고 있지만, 이는 실시예에 따라서 다양한 배열을 가질 수 있다.

이하에서는 도 5 및 도 6을 통하여 액정 렌즈부(530)가 형성하는 초점 프로파일 및 이를 형성하기 위하여 인가하는 전압 분포에 대하여 살펴본다.

도 5 및 도 6은 도 2의 실시예에 따른 액정 렌즈부(530)를 사용하여 구현된 것이며, 하나의 단위 액정 렌즈에 대한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 렌즈부의 초점 프로파일을 측정한 도면이며, 도 6은 도 5의 액정 렌즈부에 인가되는 입력 전압 분포를 도시한 그래프이다.

도 5에서 도시하고 있는 바와 같이 단위 액정 렌즈를 통과한 빛은 하나의 선으로 모이게 된다. 이와 같이 단위 액정 렌즈는 빛을 굴절시키고 빛이 모이게 된다. 도 5에서는 액정 렌즈부와 컬러 필터까지의 거리를 약 2mm로 세팅하고 측정한 것이다.

도 5와 같은 초점 프로파일을 가지도록 하기 위해 액정 렌즈부의 전계 생성 전극에 도 6과 같은 전압을 입력하였다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 전극 번호 약 18번을 중심으로 좌우 전극에 인가되는 전압이 대칭을 가져 하나의 선으로 초점 프로파일이 형성되었다.

도 5 및 도 6과 같이 단위 액정 렌즈 당 하나의 초점 프로파일을 가지는 액정 렌즈부를 본 발명의 실시예에 따라 진동시키는 것에 대하여 도 7 및 도 8을 참고로 살펴본다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 렌즈부의 초점 위치 변화를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 렌즈부의 주기적 진동을 도시한 도면이다.

앞에서 살펴본 바와 같이 액정 렌즈부는 전극에 전압을 인가하여 생성된 전계에 따라 액정을 배향시켜 빛을 굴절시키는 것이다. 즉, 전극에 인가하는 전압을 바꾸면 액정의 배향 방향이 바뀔 뿐만 아니라 굴절 특성도 바뀐다. 또한, 전극에 인가하는 전압을 옆 전극으로 이동시키면, 빛이 모이는 초점이 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이 옆으로 이동한다.

즉, β만큼 떨어진 전계 생성 전극으로 인가하는 전압을 이동시켜 인가하면 도 7의 첫번째 도면에서와 같은 초점 프로파일이 도 7의 두번째 도면에서와 같은 초점 프로파일로 바뀐다.

도 7의 첫번째 도면에서 단위 액정 렌즈에 대응하는 전계 생성 전극의 수가 N개 이고 각 전극을 P₁, P₂, P₃ … P_N이라고 하고 각 전극에 인가되는 전압을 각각 V₁, V₂, V₃ … V_N이라고 할 때, 도 7의 두번째 도면과 같은 초점 프로파일을 가지도록 하는 경우 각 전계 생성 전극에 인가되는 전압은 β만큼 떨어진 전계 생성 전극으로 이동시켜 인가하면 된다. β만큼 떨어진 전계 생성 전극은 3개의 전극 간격이라고 하면, 도 7의 두번째 도면과 같은 초점 프로파일을 만들기 위해서 P₁, P₂, P₃, P₄ … P_N에 인가되는 전압은 각각 V_N-2, V_N-1, V_N, V₁ … V_N-3이 된다.

도 7에서와 같이 초점 프로파일을 이동시킬 수 있으므로 본 발명에서는 도 8과 같이 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일을 일정 주기동안 반복되도록 진동시킨다.

도 8에서는 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일이 가지는 최대 변위는 2γ이며, 중심을 기준으로는 γ만큼 좌우도 진동하는 실시예를 도시하고 있다. 여기서 도 8과 같이 좌우로 진동시키는 주파수는 60Hz 이상의 주파수를 가지는 것이 바람직하다.

도 8과 같이 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일을 좌우로 진동시키면, 블랙 매트릭스가 시인되면서 발생하는 무아레 현상을 제거할 수 있다. 즉, 초점 프로파일이 고정인 경우에는 블랙 매트릭스가 시인되는 위치가 존재하여 해당 위치에서는 3차원 표시 특성이 저하되지만, 도 8과 같이 초점 프로파일을 좌우로 진동시키면 블랙 매트릭스가 일순간 보이더라도 블랙 매트릭스가 보이지 않는 구간과 시간 합산되어 3차원 입체 영상이 표시되므로 블랙 매트릭스로 인하여 표시 품질이 낮아지거나 무아레 현상이 발생하지 않게 된다.

도 9 내지 도 11을 통하여 표시 패널과 액정 렌즈부의 정렬 및 초점 프로파일의 진동으로 인한 표시 특성에 대하여 함께 살펴본다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따라 하나의 액정 렌즈에 대응하는 표시 패널의 블랙 매트릭스 및 컬러 필터를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 표시 패널의 블랙 매트릭스 및 컬러 필터를 확대하여 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 표시 장치에서 액정 렌즈부와 표시 패널의 블랙 매트릭스 및 컬러 필터 부분을 확대 도시한 단면도이다.

도 9에서는 본 발명의 실시예에 따라 액정 렌즈부의 단위 액정 렌즈에 대응하여 정렬되는 표시 패널의 화소 일 부분을 도시하고 있다. 도 9에서 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 3 부화소를 합하여 하나의 화소라 하며, 3*3의 화소가 도시되어 있다. 하나의 단위 액정 렌즈는 3개의 화소열에 대응한다. 즉, 단위 액정 렌즈는 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이 열 방향으로 초점 프로파일을 가지므로 도 9의 화소 배열에서 상 또는 하 방향으로 화소가 연속적으로 배열되어 있을 수 있다.

도 9에 의하면 3개의 화소열은 행 방향으로 적색, 녹색 및 청색의 부화소 순서로 배열되어 있으며, 열 방향으로도 적색, 녹색 및 청색의 부화소 순서로 배열되어 있다.

또한, 도 9에서 도시하고 있는 실시예의 경우 하나의 화소 열에 형성된 3개의 화소는 서로 동일한 데이터 전압이 인가될 수 있다. 즉, 하나의 화소 열에 위치하는 적색(R) 부화소들은 모두 동일한 데이터 전압이 인가되며, 녹색(G) 부화소 및 청색(B) 부화소도 각각 서로 동일한 데이터 전압이 인가된다.

실시예에 따라서는 단위 액정 렌즈에 대응하는 화소가 다양할 수 있으며, 각 화소에 인가되는 데이터 전압도 다양할 수 있다.

도 9와 같이 단위 액정 렌즈에 대응하여 화소가 배열되는 경우 동일한 데이터 전압이 인가되는 1*3 화소열은 하나의 단위 화소가 되어 하나의 화상을 표시하게 된다. 이 경우 액정 렌즈부를 통하여 시인하게 되는 화소는 실제로는 좌우로 연속 배열된 3개의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 부화소를 시인하는 것이 아니고 세로 방향(열방향)으로 배열된 3개의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 부화소(이하 부화소열이라고 함)를 통하여 화상을 인식하게 된다. 이는 액정 렌즈부의 초점 프로파일이 세로 방향을 가지기 때문이다. 이때, 각 부화소를 둘러싸고 있는 블랙 매트릭스 중 부화소의 상하에 위치하는 것은 액정 렌즈부의 초점 프로파일상 시인될 수 밖에 없지만, 이는 각 색을 구별 시켜주는 특성을 가지므로 표시 품질을 저하시키지 않는다. 하지만, 블랙 매트릭스 중 부화소의 좌우에 위치하는 것은 시인되는 경우 상하 모두 블랙 매트릭스만이 시인되게 되므로 표시 품질이 저하되는 문제가 있다.

그러므로 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일을 진동시켜 블랙 매트릭스가 시인되더라도 다른 구간에서는 화상이 시인되도록 하고 시간 평균하여 화상을 인식하도록 한다.

도 11에서는 단위 액정 렌즈가 진동을 통하여 표시하는 화상의 범위를 설명하고 있는데, 이에 대한 설명을 하기 전에 도 10을 통하여 컬러 필터 및 블랙 매트릭스의 폭을 정의한다.

도 10에 의하면 컬러 필터의 폭은 Wc이고, 블랙 매트릭스의 폭은 Wb이며, 이를 합한 부화소의 폭은 Wt라고 한다.

이를 기초로 도 11을 보면, 단위 액정 렌즈는 부화소의 9개에 대응하므로 9Wt의 폭을 가지며, 이 중 표시에 사용되는 부화소열의 폭Wt에 대응하면서 화상이 표시되도록 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일의 진동 폭(γ)을 조절할 필요가 있다.

이와 같이 초점 프로파일이 진동하면 블랙 매트릭스가 시인되는 위치라 하더라도 진동을 통하여 블랙 매트릭스가 시인되지 않는 영역도 시인하게 되므로 표시 품질이 향상되고 무아레 현상은 제거된다.

또한, 표시 패널에서 사선을 표시하는 경우 화소가 사각형의 구조를 가지므로 사선이 톱니 모양처럼 부드럽지 않게 표시된다. 보통 이러한 문제를 제거하기 위하여 렌더링 처리를 하여 데이터를 인가하게 되는데, 본 발명과 같이 초점 프로파일이 진동하는 경우에는 자체적으로 인접 영역의 표시와 시간적으로 합하여 인식되게 되므로 별도의 렌더링 처리를 하지 않더라도 사선이 부드럽게 표시되는 장점이 있다.

이상에서는 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일이 도 5과 같이 하나의 선으로 표시되는 경우에 대하여 살펴보았다.

이하에서는 도 12 및 도 13을 이용하여 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일이 두 개의 선으로 표시되는 경우에 대하여 살펴본다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈부의 초점 프로파일을 측정한 도면이고, 도 13은 도 12의 액정 렌즈부에 인가되는 입력 전압 분포를 도시한 그래프이다.

도 12에서 도시하고 있는 바와 같이 단위 액정 렌즈를 통과한 빛은 두 개의 선으로 모이게 된다. 도 12에서도 액정 렌즈부와 컬러 필터까지의 거리를 약 2mm로 세팅하고 측정한 것이다.

도 12와 같은 초점 프로파일을 가지도록 하기 위해 액정 렌즈부의 전계 생성 전극에 도 13과 같은 전압을 입력하였다. 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이 전극 번호 약 18번을 중심으로 좌우 전극에 인가되는 전압이 대칭을 가지면서 도 6과 달리 중심을 기준으로 양측에 각각 하나씩의 극대값을 가지고 있으며, 두 개의 극대값으로부터 일정 거리내에는 극대값이 존재하지 않는다. 이와 같이 중심에 인접한 극대 값의 전압은 도 12와 같이 초점 프로파일을 두 개의 선으로 형성하도록 한다. (참고로 도 6에서는 중심을 기준으로 일정 거리 동안에는 극대값을 가지지 않는데, 이를 통하여 하나의 초점 프로파일을 가지도록 한다)

도 12 및 도 13과 같이 단위 액정 렌즈 당 두 개의 초점 프로파일을 가지는 액정 렌즈부를 본 발명의 실시예에 따라 진동시키는 것에 대하여 도 14 내지 도 16을 참고로 살펴본다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈부의 초점 위치 변화를 각각 도시한 도면이고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 렌즈부의 주기적 진동을 도시한 도면이다.

도 7 및 도 8과 같이 본 실시예에서도 전계 생성 전극에 인가하는 전압을 변화하면 빛이 모이는 초점이 이동하도록 할 수 있다.

도 14에서는 초점 프로파일의 두 선간의 간격이 S1 경우를 도시하고 있으며, 이 때 각 전계 생성 전극에 인가하는 전압이 V₁, V₂, V₃ … V_N이라고 하자.

또한, 도 15에서와 같이 초점 프로파일의 두 선간의 간격이 S2인 경우 각 전계 생성 전극에 인가하는 전압은 V'₁, V'₂, V'₃ … V'_N이라고 하자.

도 14 및 도 15와 같이 초점 프로파일의 두 선간의 간격에 대응하는 각 전압 분포를 구한 후, 이를 이용하여 도 16과 같이 주기적으로 초점 프로파일 간의 간격을 변동시킨다. 초점 프로파일이 하나의 선으로 형성된 경우에는 각각의 전계 생성 전극에 인가하는 전압을 시프트시키는 것으로 충분했지만, 초점 프로파일이 두개의 선(또는 그 이상의 선)으로 형성되는 경우에는 단순하게 전압을 시프트 시키는 것만으로는 대응할 수 없고, 별도의 전압을 구하여야 한다. 이는 도 16에서와 같이 초점 프로파일의 두 선의 간격 자체가 변하기 때문이다.

도 16의 좌측 맨 위의 사진에서는 초점 프로파일이 하나의 선으로 형성된 것처럼 보이지만, 실제로는 도 16의 좌측 그래프처럼 약간의 간격을 두고 떨어져 있다. (하지만, 실시예에 따라서는 초점 프로파일이 하나의 선에서 출발하여 두 개 이상의 선으로 분리되었다가 다시 하나의 선으로 돌아오는 방식으로 주기적 반복될 수도 있다.)

여기서 도 16과 같이 좌우로 진동시키는 주파수는 60Hz 이상의 주파수를 가지는 것이 바람직하다.

도 16과 같이 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일을 양측으로 진동시키면, 블랙 매트릭스가 시인되면서 발생하는 무아레 현상을 제거할 수 있다. 즉, 초점 프로파일이 고정인 경우에는 블랙 매트릭스가 시인되는 위치가 존재하여 해당 위치에서는 3차원 표시 특성이 저하되지만, 도 16과 같이 초점 프로파일을 양측으로 진동시키면 블랙 매트릭스가 일순간 보이더라도 블랙 매트릭스가 보이지 않는 구간과 시간 합산되어 3차원 입체 영상이 표시되므로 블랙 매트릭스로 인하여 표시 품질이 낮아지거나 무아레 현상이 발생하지 않게 된다.

이하에서는 도 9, 도 10 및 도 17을 이용하여 표시 패널과 액정 렌즈부의 관계를 살펴본다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 표시 장치에서 액정 렌즈부와 표시 패널의 블랙 매트릭스 및 컬러 필터 부분을 확대 도시한 단면도이다.

도 9 및 도 10을 참고로 하여 도 17을 보면, 단위 액정 렌즈는 부화소의 9개에 대응하므로 9Wt의 폭을 가지며, 이 중 표시에 사용되는 부화소열의 폭Wt에 대응하면서 화상이 표시되도록 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일의 양쪽으로 진동하는 폭을 조절할 필요가 있다.

본 발명에서는 도 5 및 도 12와 같이 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일이 하나의 선 또는 두 개의 선으로 표시되는 경우에 대하여만 살펴보았다. 하지만, 액정 렌즈부에 인가하는 전압을 조절하여 다양한 초점 프로파일을 형성하고 초점 프로파일이 일정 주기로 진동시켜 본 발명을 적용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 하부 표시판 200: 상부 표시판
500: 액정 렌즈부 21, 22, 23: 편광판
110, 210, 510: 절연 기판 220: 블랙 매트릭스
230: 컬러 필터 512, 514: 전계 생성 전극
531: 액정 분자

Claims

표시 패널; 및
전계 생성 전극 및 액정층을 포함하는 액정 렌즈부를 포함하며,
상기 전계 생성 전극에 인가되는 전압은 60Hz 이상의 주기로 변동되는
3차원 표시 장치.
제1항에서,
상기 액정 렌즈부의 단위 액정 렌즈의 초점 프로파일은 하나의 선으로 표시되는 3차원 표시 장치.
제2항에서,
상기 단위 액정 렌즈에 대응하는 상기 전계 생성 전극이 인가받는 전압은 중심에 위치하는 전계 생성 전극을 중심으로 대칭인 3차원 표시 장치.
제2항에서,
상기 전계 생성 전극에 인가되는 전압은 주기적으로 인접 전계 생성 전극으로 이동하는 3차원 표시 장치.
제2항에서,
상기 초점 프로파일의 하나의 선은 중심을 기준으로 좌우로 이동하는 3차원 표시 장치.
제5항에서,
상기 초점 프로파일의 하나의 선이 좌우로 이동하면서 하나의 부화소의 폭만큼을 시인하도록 하는 3차원 표시 장치.
제6항에서,
상기 표시 패널은 블랙 매트릭스 및 블랙 매트릭스의 개구부에 위치하는 컬러 필터를 포함하는 3차원 표시 장치.
제7항에서,
상기 하나의 부화소의 폭은 하나의 상기 컬러 필터의 폭 및 상기 컬러 필터를 둘러싸고 있는 블랙 매트릭스의 적어도 일부의 폭을 포함하는 3차원 표시 장치.
제1항에서,
상기 액정 렌즈부의 초점 프로파일은 둘 이상의 선으로 표시되는 3차원 표시 장치.
제9항에서,
상기 단위 액정 렌즈에 대응하는 상기 전계 생성 전극이 인가받는 전압은 중심에 위치하는 전계 생성 전극을 중심으로 대칭인 전압을 가지는 3차원 표시 장치.
제9항에서,
상기 초점 프로파일의 둘 이상의 선의 간격이 일정한 주기로 변화하는 3차원 표시 장치.
제11항에서,
상기 전계 생성 전극에 인가되는 전압은 상기 초점 프로파일의 둘 이상의 선의 간격에 따라 각각 상기 전계 생성 전극에 인가하는 전압 값을 구한 후 이를 주기적으로 반복 인가하는 3차원 표시 장치.
제11항에서,
상기 초점 프로파일의 둘 이상의 선의 간격이 변화하면서 하나의 부화소의 폭만큼을 시인하도록 하는 3차원 표시 장치.
제13항에서,
상기 표시 패널은 블랙 매트릭스 및 블랙 매트릭스의 개구부에 위치하는 컬러 필터를 포함하는 3차원 표시 장치.
제14항에서,
상기 하나의 부화소의 폭은 하나의 상기 컬러 필터의 폭 및 상기 컬러 필터를 둘러싸고 있는 블랙 매트릭스의 적어도 일부의 폭을 포함하는 3차원 표시 장치.
제1항에서,
상기 단위 액정 렌즈에 대응하는 상기 표시 패널의 화소는 3개의 화소열인 3차원 표시 장치.
제16항에서,
상기 화소는 적색, 녹색 및 청색의 3색 부화소를 포함하며,
상기 3개의 화소열은 행 방향으로 적색, 녹색 및 청색의 부화소 순서로 배열되며, 열 방향으로도 적색, 녹색 및 청색의 부화소 순서로 배열된 3차원 표시 장치.
제1항에서,
상기 전계 생성 전극은 모두 동일한 층에 형성되어 있는 3차원 표시 장치.
제1항에서
상기 전계 생성 전극은 두 개의 층에 나누어 형성되어 있는 3차원 표시 장치.
제1항에서
상기 액정 렌즈부는 외측에 부착된 편광판을 더 포함하는 3차원 표시 장치.