KR20120054195A - 입체영상 표시장치 - Google Patents

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KR20120054195A
KR20120054195A KR1020100115453A KR20100115453A KR20120054195A KR 20120054195 A KR20120054195 A KR 20120054195A KR 1020100115453 A KR1020100115453 A KR 1020100115453A KR 20100115453 A KR20100115453 A KR 20100115453A KR 20120054195 A KR20120054195 A KR 20120054195A
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Abstract

디스플레이부에서 제공되는 영상에 대응하여 2차원(2D) 모드와 3차원(3D) 모드를 선택적으로 전환 가능한 입체영상 표시장치가 개시된다. 입체영상 표시장치는 디스플레이부의 전면에 제공되며 일면에 렌즈면이 구비된 제1투명기판, 렌즈면을 마주하도록 제공되는 제2투명기판, 및 제1투명기판 및 제2투명기판의 사이에 충진되며 외부 환경 변화에 따라 선택적으로 배열이 가변되는 액정분자(Liquid crystal molecules)를 포함하는 액정층을 구비하고, 액정층은 액정분자의 배열 변화에 따라 굴절률이 가변되고, 액정층의 굴절률 변화에 따라 렌즈면을 통과하는 빛은 선택적으로 직진 또는 굴절된다.

Description

입체영상 표시장치{STEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE}
본 발명은 입체영상 표시장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 선택적으로 평면영상을 표시하는 2차원(2D) 모드와 입체영상을 표시하는 3차원(3D) 모드로의 전환이 가능한 입체영상 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 사람이 입체감을 느끼는 방법으로는 사람의 눈, 즉, 좌안(左眼) 및 우안(右眼)의 양안을 이용하여 느낄 수도 있고, 좌안 또는 우안의 어느 한쪽을 이용하여 느낄 수도 있다. 이때, 사람이 좌/우 양안을 이용하여 어떤 물체를 보는 경우 좌안 및 우안의 양안이 상호 간에 떨어져 있으므로 이 양안에 들어오는 물체의 영상(image)은 약간의 차이가 있게 된다. 즉, 좌안 및 우안에 각각 다른 하나씩의 영상을 보게 되는 것으로 이를 양안시차(binocular disparity)라 한다. 이 양안시차에 의해 들어오는 영상은 망막의 시세포에 기록되고 양안으로 받아들인 각도와 서로 다른 두 영상을 뇌가 합성하면서 사람은 하나의 영상을 느끼게 되며 입체감과 거리감을 느끼게 된다.
한편, 현재까지의 입체영상 시스템은 이러한 양안시차를 이용하여 입체적으로 보이게 하는 시스템과, 공간에 실제의 입체영상을 구현하여 입체영상 시스템을 실현하고자 하는 시스템으로 구분될 수 있다. 종래 알려진 입체영상 표시방식으로서는, 안경을 사용하는 안경방식과 안경을 사용하지 않는 무안경방식 등이 있다.
안경방식으로는 색안경을 사용하는 아나글리프(anaglyph)방식과, 시간분할주기에 동기되는 전자셔터가 설치된 안경을 사용하는 시분할방식, 및 편광방향이 다른 편광안경을 사용하는 편광방식이 있는데, 이러한 안경방식은 안경착용에 따른 불편함 및 위생문제가 뒤따르고, 특수안경에 대한 이물감 및 비연속 이미지를 시분할에 의해 안경에서 광학적으로 이미지를 막아주는 것으로 인해 두뇌에 무리를 줌으로써 어지러움증을 포함한 악영향 줄 우려가 있다.
무안경방식으로는 렌즈어레이를 수직으로 배열시킨 랜티큘러렌즈를 사용하는 랜티큘러(lenticular)방식과, 패러랙스배리어(parallax barrier)방식 등이 있다. 그러나, 종래 렌티큘러방식 입체영상 표시장치는 렌티큘러렌즈가 영구 고정된 렌티큘러어레이를 이용하여 입체화상을 구현함에 따라 3D 전용으로만 활용범위가 제한되는 문제점이 있다. 또한, 양안시차에 의한 스테레오그라피를 통해 유도된 입체영상을 장시간 시청할 경우 관찰자는 메스꺼움이나 피로감 등을 느낄 수 있는 바, 평면영상의 2D 모드로 변환하기 위해서는 매번 렌티큘러어레이를 제거하여야 하는 번거롭고 불편한 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 2차원(2D) 모드와 3차원(3D) 모드를 선택적으로 전환 가능한 입체영상 표시장치에 대한 일부 대책들이 제안되고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 2차원(2D) 모드와 3차원(3D) 모드를 선택적으로 전환 가능한 입체영상 표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 구조를 간소화하고 비용을 절감할 수 있으며, 평면 및 입체 영상 모드 전환이 용이한 입체영상 표시장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입체영상 표시장치는 디스플레이부의 전면에 제공되며 일면에 렌즈면이 구비된 제1투명기판, 렌즈면을 마주하도록 제공되는 제2투명기판, 및 제1투명기판 및 제2투명기판의 사이에 충진되며 외부 환경 변화에 따라 선택적으로 배열이 가변되는 액정분자(Liquid crystal molecules)를 포함하는 액정층을 구비하고, 액정층은 액정분자의 배열 변화에 따라 굴절률이 가변되고, 액정층의 굴절률 변화에 따라 렌즈면을 통과하는 빛은 선택적으로 직진 또는 굴절된다.
제1투명기판 및 제2투명기판은 PET, PC, PE 등과 같은 통상의 합성수지 필름이나 유리 기판으로 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 여타 다른 재질로도 형성될 수 있다. 여기서, 제1투명기판 및 제2투명기판은 적용되는 디스플레이부의 용도에 적합한 가독성(readability)을 저해하지 않는 한에서 약간의 불투명한 정도를 포함하는 경우도 포함한다고 할 수 있다.
또한, 제1투명기판 및 제2투명기판은 서로 동일한 굴절률을 갖도록 제공될 수 있다. 참고로, 제1투명기판 및 제2투명기판이 서로 동일한 굴절률을 가진다 함은, 제1투명기판 및 제2투명기판이 서로 동일한 재질로 형성될 수 있음은 물론, 제1투명기판 및 제2투명기판이 서로 동일 또는 유사한 굴절률을 갖는 서로 다른 재질로 형성될 수 있음을 의미한다.
아울러, 본 발명에서 디스플레이부라 함은 액정표시장치, 플라즈마표시장치, 전계방출표시장치, 전기발광표시장치, 브라운관 등과 같은 통상의 표시장치로 이해될 수 있으며, 디스플레이부의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 따른 입체영상 표시장치는, PDA(Personal Digital Assistant), 스마트 폰(Smart phone), 핸드헬드(handheld) PC, 휴대폰, MP3 플레이어 등과 같은 개인휴대단말기의 디스플레이부에도 적용될 수 있다.
제1투명기판에 형성되는 렌즈면은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1투명기판의 상면에는 평면 구조(예를 들어, 삼각형 단면형상)의 렌즈면이 규칙적으로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 렌즈면이 여타 다른 평면 구조를 가질 수 있으며, 다르게는 렌즈면이 곡면 구조(예를 들어, 오목렌즈 형상 또는 볼록렌즈 형상)로 형성될 수도 있다.
액정층으로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 액정층이 사용될 수 있다. 일 예로, 액정층은 외부 환경 변화(예를 들어, 전원의 공급)에 따라 서로 평행하게 배열되는 액정분자가 층상 구조를 이루도록 배열되는 스멕틱(smectic) 액정층을 포함할 수 있다. 다른 일 예로서, 액정층은 외부 환경 변화에 따라 서로 평행하게 배열되는 액정분자가 비층상(nonlamellar) 구조를 이루도록 배열되는 네마틱(nematic) 액정층을 포함할 수 있다. 또 다른 일 예로서, 액정층은 외부 환경 변화에 따라 평면 상에 서로 평행하게 배열되는 액정분자가 층상 구조를 이루도록 배열되되, 각 층의 액정분자는 서로 다른 방향을 향하도록 배열되는 콜레스테릭(cholesteric) 액정층을 포함할 수 있다. 아울러, 액정층의 액정분자는 통상의 가늘고 긴 막대형상을 가지거나, 편평한 판 또는 원반 형상으로 제공될 수 있다.
액정층의 굴절률을 가변 방식은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 액정층은 전원이 인가됨에 따라 액정분자의 배열이 가변됨으로써 굴절률이 가변될 수 있다. 경우에 따라서는 외부 전계에 의한 전기영동(electrophoresis) 현상에 의해 액정층의 굴절률이 가변되도록 구성할 수도 있으며, 다르게는 전원이 인가되는 방식 외에도 온도, 압력 및 주파수 변화 등에 의해 액정층의 굴절률이 선택적으로 가변되도록 구성할 수도 있다.
액정층에 전압을 인가하는 구조 및 방식은 역시 선택적으로 적절히 변경 가능하다. 일 예로, 제1투명기판에는 제1투명전극이 형성될 수 있고, 제2투명기판에는 제2투명전극이 형성될 수 있으며, 제1투명전극 및 제2투명전극에 전원에 인가됨에 따라 액정층의 굴절률이 가변될 수 있다. 아울러, 제1투명전극 및 제2투명전극은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 대응되는 제1 및 제2투명기판의 상면 또는 저면에 형성될 수 있다.
액정층은 전원이 인가됨에 따라 선택적으로 굴절률이 가변될 수 있으며, 액정층의 굴절률 변화에 따라 렌즈면을 통과하는 빛은 직진 또는 굴절될 수 있다. 일 예로, 2차원 모드시에는 액정층에 인가되는 전원이 오프(OFF)될 수 있으며, 전원이 오프된 상태에서는 제1투명기판, 액정층 및 제2투명기판이 모두 동일 또는 유사한 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 디스플레이부로부터 방출된 빛은 렌즈면을 통과하는 동안 굴절되지 않고 직진으로 렌즈면을 통과할 수 있으며, 그 결과 2차원(2D) 모드의 평면영상이 표시될 수 있다. 한편, 3차원(3D) 모드시에는 액정층에 인가되는 전원이 온(ON)될 수 있으며, 전원이 온된 상태에서는 액정층이 제1투명기판 및 제2투명기판과 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 디스플레이부로부터 방출된 빛은 렌즈면을 통과하는 동안 굴절될 수 있으며, 그 결과 3차원(3D) 모드의 입체영상이 표시될 수 있다.
본 발명에 따른 입체영상 표시장치에 의하면, 2차원(2D) 모드와 3차원(3D) 모드를 선택적으로 전환할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 별도의 부품 및 요소를 교체하거나 변경해야하는 번거로움 없이, 단순히 전원을 온/오프(ON/OFF)시킴으로써, 액정층의 굴절률을 가변시켜 2차원 영상 모드 또는 3차원 영상 모드로의 전환을 용이하게 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 모드 전환을 위해 별도의 부품 및 요소를 교체하거나 변경할 필요가 없기 때문에, 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 양산에 적합하며, 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 단순히 전원을 온/오프(ON/OFF)함에 따라 영상 모드 전환이 이루어질 수 있기 때문에, 모드 전환 과정을 간소화할 수 있으며, 모드 전환 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 입체영상 표시장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 입체영상 표시장치로서, 2차원(2D) 모드에서의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 입체영상 표시장치로서, 3차원(3D) 모드에서의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 입체영상 표시장치로서, 액정층의 다른예를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 각각 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 입체영상 표시장치의 구조를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 입체영상 표시장치로서, 2차원(2D) 모드에서의 작동상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 입체영상 표시장치로서, 3차원(3D) 모드에서의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 입체영상 표시장치는 제1투명기판(210), 제2투명기판(220) 및 액정층(230)을 포함한다.
상기 제1투명기판(210)은 소정 크기를 갖는 박막 플레이트 형태로 형성되어 디스플레이부(100)의 전면에 제공된다. 상기, 제1투명기판(210)은 PET, PC, PE 등의 합성수지 필름이나 유리 기판으로 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 여타 다른 재질로도 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1투명기판(210)은 적용되는 디스플레이부(100)의 용도에 적합한 가독성(readability)을 저해하지 않는 한에서 약간의 불투명한 정도를 포함하는 경우도 포함한다고 할 수 있다.
참고로, 본 발명에서 디스플레이부(100)라 함은 액정표시장치, 플라즈마표시장치, 전계방출표시장치, 전기발광표시장치, 브라운관 등과 같은 통상의 표시장치로 이해될 수 있으며, 디스플레이부(100)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
아울러, 본 발명에서 상기 제1투명기판(210)이 디스플레이부(100)의 전면에 제공된다 함은, 제1투명기판(210)이 디스플레이부(100)와 별도로 제작되어 디스플레이의 전면에 장착되거나, 제1투명기판(210)이 디스플레이부(100)를 구성하는 구성부품 중 하나로 사용되는 것으로 이해될 수 있다.
상기 제1투명기판(210)의 일면에는 렌즈면(212)이 형성된다. 상기 렌즈면(212)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이하에서는 제1투명기판(210)의 상면에 직각삼각형 단면형상의 렌즈면(212)이 규칙적으로 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 렌즈면이 여타 다른 다각형 단면형상을 가질 수 있으며, 다르게는 렌즈면이 오목렌즈 단면형상 또는 볼록렌즈 단면형상으로도 형성될 수 있다.
상기 제2투명기판(220)은 제1투명기판(210)에 대응되는 크기 및 형상을 갖는 박막 플레이트 형태로 형성될 수 있으며, 제1투명기판(210)의 렌즈면(212)을 마주하도록 제1투명기판(210)의 상부에 제공된다. 상기 제1투명기판(210)과 제2투명기판(220)의 사이에 후술할 액정층(230)이 형성될 수 있도록, 상기 제2투명기판(220)은 제1투명기판(210)의 상부에 소정 간격을 두고 이격되게 제공되는 바, 상기 제1투명기판(210)에 대한 제2투명기판(220)의 이격 간격은 통상의 스페이서를 이용하여 유지될 수 있다. 경우에 따라서는 여타 다른 간격 유지 수단이 사용될 수 있으며, 그 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 제2투명기판(220)은 PET, PC, PE 등의 합성수지 필름이나 유리 기판으로 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 여타 다른 재질로도 형성될 수 있다. 상기 제2투명기판(220) 역시 적용되는 디스플레이부(100)의 용도에 적합한 가독성(readability)을 저해하지 않는 한에서 약간의 불투명한 정도를 포함하는 경우도 포함한다고 할 수 있다.
또한, 상기 제2투명기판(220)은 제1투명기판(210)과 서로 동일한 굴절률을 갖도록 제공될 수 있다. 참고로, 상기 제2투명기판(220) 및 제1투명기판(210)이 서로 동일한 굴절률을 가진다 함은, 제1투명기판(210) 및 제2투명기판(220)이 서로 동일한 재질로 형성될 수 있음은 물론, 제1투명기판(210) 및 제2투명기판(220)이 서로 동일 또는 유사한 굴절률을 갖는 서로 다른 재질로 형성될 수 있음을 의미한다.
상기 액정층(230)은 제1투명기판(210) 및 제2투명기판(220)의 사이에 충진되며, 외부 환경 변화에 따라 선택적으로 배열이 가변되는 액정분자(Liquid crystal molecules)(232)를 포함하여 구성된다. 이러한 액정층(230)은 외부 환경 변화에 따른 액정분자(232)의 배열 변화에 따라 굴절률이 가변되도록 구성된다.
상기 액정층(230)으로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 액정층이 사용될 수 있다. 일 예로, 도 3을 참조하면, 상기 액정층(230)으로서는 외부 환경 변화(예를 들어, 전원의 공급)에 따라 서로 평행하게 배열되는 막대형상의 액정분자(232)가 층상 구조를 이루도록 배열되는 스멕틱(smectic) 액정층이 사용될 수 있다.
즉, 상기 스멕틱 액정층은 외부 환경 변화에 따라 동일한 장축 방향을 갖도록 서로 평행하게 배열되는 막대형상의 액정분자(232)가 층상 구조를 이루도록 배치될 수 있으며, 각각의 층에서 액정분자(232)는 수직하게 또는 소정 기울기(거의 수직)를 갖도록 배열될 수 있다.
상기 액정층(230)의 굴절률 가변 방식은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 액정층(230)은 전원이 인가됨에 따른 외부 전계에 의해 액정분자(232)의 배열이 가변될 수 있으며, 액정분자(232)의 배열 변화에 따라 액정층(230)의 굴절률이 선택적으로 가변될 수 있다.
상기 액정층(230)에는 통상의 전압인가수단에 의해 전압이 인가될 수 있다. 일 예로, 상기 제1투명기판(210)에는 제1투명전극(240)이 소정 패턴을 갖도록 형성될 수 있고, 제2투명기판(220)에는 제2투명전극(250)이 소정 패턴을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 제1투명전극(240) 및 제2투명전극(250)에 전원에 인가됨에 따라 액정분자(232)의 배열이 가변될 수 있다. 이하에서는 제1투명기판(210)의 저면에 제1투명전극(240)이 형성되고, 제2투명기판(220)의 상면에 제2투명전극(250)이 형성된 예를 들어 설명하기로 한다.
상기 제1투명전극(240) 및 제2투명전극(250)은 ITO, IZO, 탄소나노튜브(CNT) 등과 같이 통상의 투명한 도전성 재질을 이용하여 형성될 수 있으며, 제1투명전극(240) 및 제2투명전극(250)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 외부 전계에 의한 액정분자의 분자배열 변화에 의해 액정층의 굴절률이 가변되도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 외부 전계에 의한 전기영동(electrophoresis) 현상에 의해 액정층의 굴절률이 가변되도록 구성할 수 있다. 또한, 다르게는 자기장, 온도, 응력 변화에 의해 액정분자의 배열이 가변되도록 구성할 수도 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 입체영상 표시장치의 작동구조를 설명하기로 한다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전술한 바와 같이, 상기 액정층(230)은 전원이 인가됨에 따라 액정분자(232)의 배열이 가변되며 굴절률이 가변될 수 있으며, 상기 액정층(230)의 굴절률 변화에 따라 렌즈면(212)을 통과하는 빛은 직진 또는 굴절될 수 있다.
도 2와 같이, 2차원(2D) 모드시에는 제1투명기판(210), 액정층(230) 및 제2투명기판(220)이 모두 동일한 굴절률을 가질 수 있으며, 이 경우에는 렌즈면(212)을 통과하는 빛은 직진으로 통과될 수 있다. 일 예로, 2차원 모드시에는 액정층(230)에 인가되는 전원이 오프(OFF)될 수 있는 바, 전원이 오프된 상태에서는 액정분자(232)가 트위스트(twist)된 상태로 배열될 수 있으며, 이에 따라 제1투명기판(210), 액정층(230) 및 제2투명기판(220)이 모두 동일 또는 유사한 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 디스플레이부(100)로부터 방출된 빛은 렌즈면(212)을 통과하는 동안 굴절되지 않고 직진으로 렌즈면(212)을 통과할 수 있으며, 그 결과 2차원(2D) 모드의 평면영상이 표시될 수 있다.
또한, 도 3과 같이, 3차원(3D) 모드시에는 액정층(230)이 제1투명기판(210) 및 제2투명기판(220)과 서로 다른 굴절률을 가질 수 있으며, 이 경우에는 렌즈면(212)을 통과하는 빛은 굴절될 수 있다. 일 예로, 3차원 모드시에는 액정층(230)에 인가되는 전원이 온(ON)될 수 있는 바, 전원이 온된 상태에서는 액정분자(232)가 서로 평행하게 배열된 상태로 층상 구조를 이루도록 배열될 수 있으며, 이와 같은 상태에서는 액정층(230)이 제1투명기판(210) 및 제2투명기판(220)과 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 디스플레이부(100)로부터 방출된 빛은 렌즈면(212)을 통과하는 동안 굴절될 수 있으며, 그 결과 3차원(3D) 모드의 입체영상이 표시될 수 있다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제1투명기판의 일면에만 렌즈면이 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제1투명기판(210)의 렌즈면(212)을 마주하는 제2투명기판(220)의 일면에 가이드렌즈면(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 제2투명기판(220)의 가이드렌즈면은 제1투명기판(210)의 렌즈면(212)과 동일 또는 유사한 형상 및 크기를 가지도록 구성될 수 있으며, 경우에 따라서는 제2투명기판의 가이드렌즈면이 제1투명기판의 렌즈면과 다른 구조 및 배열을 가지도록 구성될 수도 있다.
한편, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 입체영상 표시장치로서, 액정층의 다른예를 도시한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 액정층으로서 스멕틱 액정층이 사용된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 액정층으로서 네마틱 또는 콜레스테릭 액정층이 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 입체영상 표시장치는 제1투명기판(210), 제2투명기판(220), 및 액정층(1230')을 포함하되, 액정층(230)으로서는 외부 환경 변화에 따라 서로 평행하게 배열되는 액정분자(234)가 비층상(nonlamellar) 구조를 이루도록 배열되는 네마틱(nematic) 액정층이 사용될 수 있다.
상기 네마틱 액정층은 외부 환경 변화(예를 들어, 전원 공급)에 따라, 액정분자(234)가 평행한 배열을 이루도록(거의 일정한 방향을 향하도록) 배치되지만, 각각의 액정분자(234)는 장축 방향으로 비교적 자유로이 이동할 수 있으며, 층상 구조는 존재하지 않는다.
또한, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 입체영상 표시장치는 제1투명기판(210), 제2투명기판(220), 및 액정층(230")을 포함하되, 액정층(230")으로서는 외부 환경 변화에 따라 평면 상에 서로 평행하게 배열되는 액정분자(236)가 층상 구조를 이루도록 배열되되, 각 층의 액정분자(236)는 서로 다른 방향을 향하도록 배열되는 콜레스테릭(cholesteric) 액정층을 포함할 수 있다.
상기 콜레스테릭 액정층은 외부 환경 변화(예를 들어, 전원 공급)에 따라, 액정분자(236)가 전술한 세멕틱 액정층과 같이 층상 구조를 형성 하지만 장축의 액정분자(236)는 각 층의 면 내에서 전술한 네마틱 액정층과 유사한 평형 배열을 하고 있으며, 각 층내 액정분자(236)의 배열 방향은 인접하는 다른 층내 액정분자의 장축 방향과 약간씩 벗어난 형태로 배치되며, 콜레스테릭 액정층은 전체적으로 대략 나선(helical) 구조를 이루도록 배치된다.
또한, 도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 도시한 단면도이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 디스플레이부의 전면에 제공되는 제1투명기판 및 제2투명기판 중 디스플레이부에 인접한 제1투명기판에 렌즈면이 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 디스플레이부의 전면에 제공되는 제1투명기판 및 제2투명기판 중 디스플레이부로부터 상대적으로 멀리 떨어진 제2투명기판에 렌즈면을 형성할 수도 있다.
즉, 도 6 및 도 7과 같이, 디스플레이부(100)의 전면에는 제1투명기판(110'), 액정층(1230') 및 제2투명기판(220')이 순차적으로 제공될 수 있으며, 제1투명기판(110')을 마주하는 제2투명기판(220')의 일면에는 렌즈면(222')이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 액정층(1230')에 전원이 인가됨에 따라 선택적으로 액정분자(1232')의 배열이 가변되며 액정층(1230')의 굴절률이 가변될 수 있으며, 상기 액정층(1230')의 굴절률 변화에 따라 렌즈면(222')을 통과하는 빛이 직진 또는 굴절됨으로써, 2차원(2D) 모드의 평면영상 또는 3차원(3D) 모드의 입체영상이 표시될 수 있다. 아울러, 상기 렌즈면(222')을 통과하는 빛은 액정층(1230')의 굴절률에 따라 도면상 빛이 입사되는 방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 굴절될 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 도시한 단면도이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체영상 표시장치는, 디스플레이부(100)의 전면에 제공되며 일면에 렌즈면(1212")이 구비된 제1투명기판(1210"), 상기 렌즈면(1212")을 마주하도록 제공되는 제2투명기판(1220"), 및 상기 제1투명기판(1210") 및 제2투명기판(1220")의 사이에 충진되며 외부 환경 변화에 따라 선택적으로 굴절률이 가변되는 액정층(1230")을 포함하되, 상기 렌즈면(1212")은 경사면(1214b) 및 수직면(1214a)으로 이루어진 직각삼각형 형상의 광학돌기(1214)에 의해 제공될 수 있으며, 상기 광학돌기(1214)는 디스플레이부의 화소(pixel)당 복수개가 제공될 수 있다.
이와 같이, 디스플레이부의 좌/우 화소(pixel)에 대응되는 렌즈면(1212")은 직각삼각형 형상을 갖는 복수개의 광학돌기(1214)에 의해 구성될 수 있기 때문에, 굴절을 위한 경사면(1214b)을 충분히 확보함과 동시에 제1투명기판(1210")의 두께를 저감시킬 수 있으며, 전력소비를 저감시킬 수 있다.
즉, 좌/우 화소에 대응되는 렌즈면 영역은 특정 화소에 대응되는 빛만을 특정 방향으로 굴절시킬 수 있어야 한다. 일반적으로 디스플레이부는 한 화소당 대략 100㎛ 정도의 크기를 갖도록 제공되는데, 광학돌기가 이등변삼각형 형상으로 형성될 경우에는, 서로 다른 특정 화소에 대응되는 빛이 통과하는 두개의 경사면이 충분한 경사각도를 가지기 위해서 불가피하게 광학돌기의 두께(높이)가 커지는 문제점이 있다. 더욱이, 광학돌기의 두께(높이)가 커질수록 제1투명기판, 액정층 및 제2투명기판을 포함하는 광학층의 전체적인 두께가 두꺼워지게 되고, 광학층의 두께 증가에 비례하여 전력소비가 증가하는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 직각삼각형 형상을 갖는 광학돌기(1214)가 좌/우 화소(pixel)당 복수개가 배치되며 좌/우 화소에 대응되는 렌즈면(1212")을 구성할 수 있기 때문에, 경사면(1214b)의 경사 각도를 일정 이상 유지함과 동시에 제1투명기판(1210")의 두께를 매우 슬림하게 구현할 수 있으며, 결과적으로 제1투명기판(1210"), 액정층(1230") 및 제2투명기판(1220")을 포함하는 광학층의 전체적인 두께를 매우 슬림하게 구현할 수 있으며, 전력소비를 저감할 수 있다. 예를 들어, 직각삼각형 형상의 광학돌기(1214)를 갖는 광학층의 전체적인 두께(T)는 4㎛ 정도로 매우 슬림하게 구현될 수 있으며, 저전력으로 충분한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제1투명기판의 저면에 제1투명전극이 형성되고, 제2투명기판의 상면에 제2투명전극이 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 도 8과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 제1투명기판(1210")의 상면에 제1투명전극(1240")이 형성될 수 있으며, 제2투명기판(1220")의 저면에 제2투명전극(1250")될 수도 있다.
아울러, 전술한 3차원 모드시 액정층(1230")의 굴절률(n2)은 제1투명기판(1210") 및 제2투명기판(1220")의 굴절률(n1)보다 크거나 작게 가변될 수 있으며, 상기 제1투명기판(1210") 및 제2투명기판(1220")에 대한 액정층(1230")의 굴절률이 크거나 작음에 따라(n2＞n1 또는 n2＜n1) 상기 렌즈면(212")을 통과하는 빛의 굴절 각도가 가변될 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이, 액정층(1230")의 굴절률이 제1투명기판(1210") 및 제2투명기판(1220")의 굴절률보다 클 경우(n2＞n1), 렌즈면(1212")을 통과하는 빛은 도면상 빛이 입사되는 방향을 기준으로 좌측으로 굴절될 수 있다. 반대로, 전술한 실시예와 같이, 액정층의 굴절률이 제1투명기판 및 제2투명기판의 굴절률보다 작을 경우(n2＜n1), 렌즈면을 통과하는 빛은 도면상 빛이 입사되는 방향을 기준으로 우측으로 굴절될 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체영상 표시장치는, 디스플레이부(100)의 전면에 제공되며 일면에 렌즈면(2212)이 구비된 제1투명기판(2210), 상기 렌즈면(2212)을 마주하도록 제공되는 제2투명기판(2220), 및 상기 제1투명기판(2210) 및 제2투명기판(2220)의 사이에 충진되며 외부 환경 변화에 따라 선택적으로 굴절률이 가변되는 액정층(2230)을 포함하되, 상기 렌즈면(2212)은 볼록한 곡면을 갖는 광학돌기(2214)에 의해 제공될 수 있다.
또한, 상기 렌즈면(2212)을 형성하는 광학돌기(2214)는 서로 다른 폭을 갖도록 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 광학돌기(2214)는 일 방향으로 갈수록 점진적으로 좁은 폭(W)(또는 큰 폭)을 갖도록 제공될 수 있으며, 상기 각 광학돌기(2214)는 폭 변화에 따라 서로 다른 특성을 갖는 곡면을 가질 수 있다. 경우에 따라서는 서로 다른 폭을 갖는 광학돌기가 동일한 곡면 특성을 가지도록 구성될 수 있으며, 다르게는 광학돌기가 오목한 곡면을 가지도록 구성하는 것도 가능하다.
한편, 전술한 액정층(230)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정층(230)을 형성하는 막대 형상의 액정분자가 장축에 대략 수직하게 배열될 수 있고, 액정분자가 장축에 수직하게 배열된 상태에서 액정층(230)의 굴절율을 정상 굴절률(ordinary refractive index)이라 정의할 수 있다. 반대로, 상기 액정층(230)에 전압이 인가된 상태에서는 액정분자가 장축에 나란하게 배열될 수 있고, 액정분자가 장축에 나란하게 배열된 상태에서 액정층(230)의 굴절율을 비정상 굴절률(extraordinary refractive index)이라 정의할 수 있다.
예를 들어, 상기 액정층(230)의 정상 굴절률은 제1투명기판(210) 및 제2투명기판(220)의 굴절률과 동일하게 설정될 수 있으며, 상기 액정층(230)의 비정상 굴절률은 제1투명기판(210) 및 제2투명기판(220)의 굴절률과 서로 다르게 설정될 수 있다. 따라서, 상기 액정층(230)이 비정상 굴절률을 가질 경우에는, 액정층(230)과 제1투명기판(210) 간의 굴절률 차이에 의해 전술한 렌즈면(212)을 통과하는 빛이 적절히 굴절될 수 있다. 경우에 따라서는 액정층의 비정상 굴절률을 각 투명기판의 굴절률과 동일하게 설정하는 것도 가능하다.
한편, 상기 액정층(230)의 정상 굴절률 및 비정상 굴절률은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 상기 액정층(230)의 굴절률 변화는 다음 문헌 "Super High Birefringence Isothiocyanato Biphenyl-Bistolane Liquid Crystals"(Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43, No. 11A, 2004, pp. 7634-7638)을 통해 인용될 수 있다.
그리고, 상기 액정층(230)을 통과하는 빛의 굴절각은 빛의 입사각도에 의거하여 통상의 스넬의 법칙(n1sinθ1 = n2sinθ2))에 의해 산출될 수 있다. 일 예로, 액정층(230)의 정상 굴절률(n1=1.52), 비정상 굴절률(n2=1.74) 및 빛의 입사각(60도)을 알고, 제1투명기판(210) 및 제2투명기판(220)의 굴절률이 액정층(230)의 정상 굴절률과 동일할 경우, 상기 스넬의 법칙을 이용(1.52*sin60 = 1.74*sinθ2)하여 렌즈면(212)을 통과하는 굴절각(θ2)을 산출할 수 있다.
또한, 상기 액정층(230)의 굴절률은 인가되는 전압의 세기에 따라 선택적으로 가변될 수 있으며, 상기 액정층(230)에는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절한 전압이 인가될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 디스플레이부 210 : 제1투명기판
212 : 렌즈면 220 : 제2투명기판
230 : 액정층 232 : 액정분자
240 : 제1투명전극 250 : 제2투명전극

Claims (12)

  1. 디스플레이부에서 제공되는 영상에 대응하여 2차원(2D) 모드와 3차원(3D) 모드를 선택적으로 전환 가능한 입체영상 표시장치에 있어서,
    상기 디스플레이부의 전면에 제공되며, 일면에 렌즈면이 구비된 제1투명기판;
    상기 렌즈면을 마주하도록 제공되는 제2투명기판; 및
    상기 제1투명기판 및 상기 제2투명기판의 사이에 충진되며, 외부 환경 변화에 따라 선택적으로 배열이 가변되는 액정분자(Liquid crystal molecules)를 포함하는 액정층;을 구비하고,
    상기 액정층은 상기 액정분자의 배열 변화에 따라 굴절률이 가변되고, 상기 액정층의 굴절률 변화에 따라 상기 렌즈면을 통과하는 빛은 선택적으로 직진 또는 굴절되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 외부 환경 변화에 따라, 서로 평행하게 배열되는 액정분자가 층상 구조를 이루도록 배열되는 스멕틱(smectic) 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 외부 환경 변화에 따라, 서로 평행하게 배열되는 액정분자가 비층상(nonlamellar) 구조를 이루도록 배열되는 네마틱(nematic) 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 외부 환경 변화에 따라, 평면 상에 서로 평행하게 배열되는 액정분자가 층상 구조를 이루도록 배열되되, 상기 각 층의 액정분자는 서로 다른 방향을 향하도록 배열되는 콜레스테릭(cholesteric) 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 2차원 모드시 상기 렌즈면을 통과하는 빛이 직진되도록 하고, 상기 3차원 모드시 상기 렌즈면을 통과하는 빛이 굴절되도록 상기 액정층의 굴절률을 가변시키는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외부 환경 변화는 전기장, 자기장, 온도, 응력 중 적어도 어느 하나의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1투명기판에는 제1투명전극이 형성되고, 상기 제2투명기판에는 제2투명전극이 형성되며,
    상기 제1투명전극 및 상기 제2투명전극에 전원에 인가됨에 따라 상기 액정분자의 배열이 가변되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1투명기판 및 상기 제2투명기판은 서로 동일한 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈면은 평면 또는 곡면을 갖는 광학돌기에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학돌기는 서로 다른 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광학돌기는 상기 디스플레이부의 화소(pixel)당 복수개가 제공되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 액정표시장치, 플라즈마표시장치, 전계방출표시장치, 전기발광표시장치, 브라운관 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
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