KR20120122606A

KR20120122606A - 입체 영상 표시장치

Info

Publication number: KR20120122606A
Application number: KR1020110040859A
Authority: KR
Inventors: 손현호
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-11-07

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치는, 제1 서브 프레임 기간에서 좌안 영상을 표시하고 제2 서브 프레임 기간에서 우안 영상을 표시하기 위한 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들과, 상기 제1 서브 프레임 기간에서 우안 영상을 표시하고 상기 제2 서브 프레임 기간에서 좌안 영상을 표시하기 위한 상기 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들을 갖는 액정표시패널; 도광판을 사이에 두고 상기 액정표시패널의 아래에서 서로 마주보게 배치되어 시분할 점등되는 제1 광원과 제2 광원과, 상기 도광판을 향하는 하면에 프리즘 패턴들이 형성된 광학 시트를 포함하며, 점등되는 광원 쪽을 향하여 빛을 집광시키는 백라이트 유닛; 상기 액정표시패널로부터 입사되는 빛을 제1 편광으로 통과시키는 제1 패턴과 제2 편광으로 통과시키는 제2 패턴이 라인 단위로 교대로 형성되며, 상기 제1 패턴과 제2 패턴의 경계 부분이 상기 픽셀 어레이의 기수 번째 라인 또는 우수 번째 라인과 중첩되는 패턴 리타더; 및 상기 패턴 리타더 상에 위치되며, 상기 패턴 리타더를 향하지 않는 상면에 프리즘 패턴들이 형성된 광학 소자를 구비한다.

Description

입체 영상 표시장치{STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY}

본 발명은 입체 영상 표시장치에 관한 것이다.

입체 영상 표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique) 또는 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)을 이용하여 입체 영상 즉, 3차원(3D) 영상을 구현한다. 양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경방식과 무안경방식이 있고 두 방식 모두 실용화되고 있다. 안경 방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꿔서 또는 시분할 방식으로 표시하고, 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 구현한다. 무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴렉스 베리어 등의 광학판을 표시 화면의 앞에 설치하는 방식이다.

안경 방식의 입체 영상 표시장치는 편광 안경 방식과 셔터 안경 방식으로 나뉘어진다. 편광 안경 방식은 표시패널에 패턴 리타더(Patterned retarder)와 같은 편광 분리 소자를 합착하여야 한다. 패턴 리타더는 표시패널에 표시되는 좌안 영상과 우안 영상의 편광을 분리한다. 시청자는 편광 안경 방식의 입체 영상 표시장치에서 입체 영상을 감상할 때 편광 안경을 착용하여 편광 안경의 좌안 필터를 통해 좌안 영상의 편광을 보게 되고, 편광 안경의 우안 필터를 통해 우안 영상의 편광을 보게 되므로 입체감을 느낄 수 있다.

도 1은 기존의 편광 안경 방식의 입체 영상 표시장치를 보여준다.

도 1을 참조하면, 이 입체 영상 표시장치는 액정표시패널(10)과, 패턴 리타더(20)와, 편광 안경(30)을 구비한다.

액정표시패널(10)은 컬러필터(6)와 블랙 매트릭스(BM)가 형성된 상부 유리기판(4), TFT(Thin Film Transistor) 어레이가 형성된 하부 유리기판(2), 상부 유리기판(4)과 하부 유리기판(2) 사이에 형성된 액정층(미도시), 상부 유리기판(4) 위에 접착된 상부 편광판(8a), 하부 유리기판(2) 아래에 접착된 하부 편광판(8b) 등을 포함한다.

액정표시패널(10)의 상부 편광판(8a)에는 패턴 리타더(20)가 형성된 패턴 리타더 기판(22)이 접착된다. 패턴 리타더(20)는 액정표시패널(10)의 픽셀 어레이에서 기수 번째 라인과 대향하는 제1 패턴(20a)과, 액정표시패널(10)의 픽셀 어레이에서 우수 번째 라인과 대향하는 제2 패턴(20b)을 포함한다. 제1 패턴(20a)과 제2 패턴(20b)의 광축은 서로 다르다. 제1 패턴(20a)과 제2 패턴(20b)은 입사광의 위상을 1/4 파장 만큼 지연시킨다.

액정표시패널(10)의 픽셀 어레이에서 기수 번째 라인은 좌안 영상을 표시할 수 있고 우수 번째 라인은 우안 영상을 표시할 수 있다. 이 경우에, 픽셀 어레이의 기수 번째 라인에 표시된 좌안 영상의 빛이 상부 편광판(8a)을 통해 선편광으로 제1 패턴(20a)에 입사되고, 픽셀 어레이의 우수 번째 라인에 표시된 우안 영상의 빛이 상부 편광판(8a)을 통해 선편광으로 제2 패턴(20b)에 입사된다. 제1 패턴(20a)은 상부 편광판(8a)을 통해 입사되는 선편광의 위상을 1/4 파장 만큼 지연시켜 좌안 영상의 빛을 좌원편광으로 통과시킨다. 제2 패턴(20b)은 상부 편광판(8a)을 통과한 선편광의 위상을 1/4 파장 만큼 지연시켜 우안 영상의 빛을 우원편광으로 통과시킨다. 편광 안경(30)의 좌안 필터는 좌원 편광만을 통과시키고, 우안 필터는 우원 편광만을 통과시킨다.

시청자가 편광 안경(30)을 착용하면, 시청자의 좌안에 좌안 영상이 표시되는 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들의 픽셀들만 보이고 시청자의 우안에 우안 영상이 표시되는 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들의 픽셀들만 보인다.

따라서, 기존의 편광 안경 방식의 입체 영상 표시장치에 의하는 경우, 좌안 또는 우안의 단안 해상도가 표시패널의 물리적인 수직 해상도의 1/2로 줄어드는 문제점이 있다. 표시패널의 수직 해상도가 '1080'인 경우, 좌안 및 우안 각각의 단안 해상도는 도 1에 도시된 바와 같이 각 프레임에서 '540'으로 나타나게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 좌안 및 우안 각각의 단안 해상도를 표시패널의 수직 해상도만큼 풀(full)로 구현할 수 있도록 한 입체 영상 표시장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치는, 제1 서브 프레임 기간에서 좌안 영상을 표시하고 제2 서브 프레임 기간에서 우안 영상을 표시하기 위한 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들과, 상기 제1 서브 프레임 기간에서 우안 영상을 표시하고 상기 제2 서브 프레임 기간에서 좌안 영상을 표시하기 위한 상기 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들을 갖는 액정표시패널; 도광판을 사이에 두고 상기 액정표시패널의 아래에서 서로 마주보게 배치되어 시분할 점등되는 제1 광원과 제2 광원과, 상기 도광판을 향하는 하면에 프리즘 패턴들이 형성된 광학 시트를 포함하며, 점등되는 광원 쪽을 향하여 빛을 집광시키는 백라이트 유닛; 상기 액정표시패널로부터 입사되는 빛을 제1 편광으로 통과시키는 제1 패턴과 제2 편광으로 통과시키는 제2 패턴이 라인 단위로 교대로 형성되며, 상기 제1 패턴과 제2 패턴의 경계 부분이 상기 픽셀 어레이의 기수 번째 라인 또는 우수 번째 라인과 중첩되는 패턴 리타더; 및 상기 패턴 리타더 상에 위치되며, 상기 패턴 리타더를 향하지 않는 상면에 프리즘 패턴들이 형성된 광학 소자를 구비한다.

본 발명에 따른 입체 영상 표시장치는 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터가 시분할 및 공간분할로 인가되는 액정표시패널과, 액정표시패널에 조사되는 빛을 특정 방향으로 집광하는 백라이트 유닛과, 특정 방향에 맞게 얼라인된 패턴 리타더와, 그 위에 배치된 광학 소자를 이용하여, 좌안 영상과 우안 영상을 광학 소자의 제1 위치들과 제2 위치들에서 시분할 및 공간 분할함으로써, 좌안 및 우안 각각의 단안 해상도를 표시패널의 수직 해상도만큼 풀로 구현할 수 있다.

도 1은 기존의 편광 안경 방식의 입체 영상 표시장치에서 단안 해상도가 1/2로 감소되는 것을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치를 개략적으로 보여 주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 액정표시패널과 백라이트 유닛의 구동 회로들을 보여 주는 블록도.
도 4 및 도 5는 각 서브 프레임 기간에서 백라이트 유닛의 동작을 보여주는 도면들.
도 6은 도 3에 도시된 액정표시패널의 픽셀 어레이 일부를 보여 주는 등가 회로도.
도 7은 패턴 리타더의 얼라인 위치를 보여주는 도면.
도 8a는 제1 서브 프레임 기간 동안 백라이트 유닛, 픽셀 어레이, 및 광학 부재의 동작을 보여 주는 도면.
도 8b는 제2 서브 프레임 기간 동안 백라이트 유닛, 픽셀 어레이, 및 광학 부재의 동작을 보여 주는 도면.
도 9는 도 8a 및 도 8b와 같은 동작을 통해 좌안 및 우안 각각의 단안 해상도가 액정표시패널의 수직 해상도만큼 풀로 구현되는 것을 보여주는 도면.
도 10은 백라이트 유닛으로부터 액정표시패널로 입사되는 광의 제1 경사각, 액정표시패널 내에서 진행되는 광의 제2 경사각, 픽셀 어레이와 패턴 리타더 간의 간격, 및 픽셀 피치를 보여주는 도면.
도 11은 제1 경사각 설정을 위한 백라이트 유닛의 휘도-시야각 프로파일을 보여주는 도면.
도 12는 정면 시야각에서 3D 크로스토크가 해소될 수 있는 원리를 보여주는 도면.

이하, 도 2 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치를 개략적으로 보여 준다. 도 3은 도 2에 도시된 액정표시패널과 백라이트 유닛의 구동 회로들을 보여 준다. 도 4 및 도 5는 각각 제1 및 제2 서브 프레임 기간에서 백라이트 유닛의 동작을 보여준다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치는 액정표시패널(100), 백라이트 유닛(200), 패턴 리타더(300), 광학 소자(400), 및 편광 안경(500)을 포함한다.

액정표시패널(100)은 입체 영상 구현을 위한 좌안 영상과 우안 영상을 표시한다. 액정표시패널(100)은 두 장의 유리기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 액정표시패널(100)은 데이터라인들(DL)과 게이트라인들(GL)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 액정셀을 포함한다.

액정표시패널(100)의 TFT 어레이 기판에는 데이터라인들(DL), 게이트라인들(GL), TFT, 화소전극, 및 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등이 형성된다. 액정셀들은 TFT에 접속된 화소전극들과, 공통전극 사이의 전계에 의해 구동된다. 액정표시패널(100)의 컬러필터 어레이 기판 상에는 블랙매트릭스, 컬러필터 및 공통전극 등이 형성된다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판 상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부 유리기판 상에 형성된다. 액정표시패널(100)의 TFT 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판 각각에는 편광판이 접착되고 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. TFT 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성될 수 있다.

백라이트 유닛(200)은 액정표시패널(100)의 마주보는 양측 단부 아래에 배치된 광원들(202, 204)과, 이 광원들(202,204) 사이에 배치된 도광판(201)을 포함하여 에지형(edge type)으로 구현될 수 있다. 광원들(202, 204)은 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL), 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED) 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.

광원들(202, 204)은 액정표시패널(100)의 하단 아래에 배치된 제1 광원(202)과, 액정표시패널(100)의 상단 아래에 배치된 제2 광원(204)을 포함한다. 물론, 제1 광원(202)은 액정표시패널(100)의 좌측단 아래에 배치될 수 있고, 제2 광원(204)은 액정표시패널(100)의 우측단 아래에 배치될 수도 있다. 설명의 편의상 이하에서는 제1 광원(202)을 하부 광원이라 칭하고, 제2 광원(204)을 상부 광원이라 칭한다. 하부 광원(202)과 상부 광원(204)은 교대로 점등된다. 예를 들어, 각 프레임을 제1 서브 프레임과 제2 서브 프레임으로 분할 구동할 때, 도 4와 같이 제1 서브 프레임에서 하부 광원(202)이 점등되는 반면에, 상부 광원(204)이 소등된다. 그리고, 도 5와 같이 제2 서브 프레임에서 상부 광원(204)이 점등되는 반면에, 하부 광원(202)이 소등된다.

백라이트 유닛은 도 4 및 도 5와 같이 광원들(202, 204)과 액정표시패널(100) 사이에 배치되어 도광판(201)으로부터 입사된 광을 액정표시패널(100)에 제1 경사각(도 10의 'φ'참조)으로 출사시키는 광학 시트(206)를 더 포함한다. 이 광학 시트(206)는 하부 광원(202)이 점등될 때 도광판(201)으로부터 입사되는 빛을 도 4와 같이 하부 광원(202)이 배치된 쪽을 향하는 하향 제1 경사각으로 집광시키고, 상부 광원(204)이 점등될 때 도광판(201)으로부터 입사되는 빛을 도 5와 같이 상부 광원(204)이 배치된 쪽을 향하는 상향 제1 경사각으로 집광시킨다.

패턴 리타더(300)는 액정표시패널(100)의 상부 편광판에 접착되며, 라인 단위로 교대로 형성된 제1 패턴(300a)과 제2 패턴(300b)을 포함한다. 패턴 리타더(300)의 제1 패턴(300a)은 픽셀 어레이의 기수 번째 라인과 제2 경사각(도 10의 'θ'참조)으로 비스듬히 대향하고, 패턴 리타더(300)의 제2 패턴(300b)은 픽셀 어레이의 우수 번째 라인과 제2 경사각으로 비스듬히 대향한다. 제1 패턴(300a)과 제2 패턴(300b)의 광축은 서로 다르다. 제1 패턴(300a)과 제2 패턴(300b)은 입사광의 위상을 1/4 파장 만큼 지연시킨다.

액정표시패널(100)의 픽셀 어레이에서 기수(또는, 우수) 번째 라인은 좌안 영상을 표시할 수 있고 우수(또는, 기수) 번째 라인은 우안 영상을 표시할 수 있다. 이 경우에, 픽셀 어레이의 기수(또는, 우수) 번째 라인에 표시된 좌안 영상의 빛이 상부 편광판을 통해 선편광으로 제1 패턴(300a)에 입사되고, 픽셀 어레이의 우수(또는, 기수) 번째 라인에 표시된 우안 영상의 빛이 상부 편광판을 통해 선편광으로 제2 패턴(300b)에 입사된다. 제1 패턴(300a)은 상부 편광판을 통해 입사되는 선편광의 위상을 1/4 파장 만큼 지연시켜 좌안 영상의 빛을 좌원편광으로 통과시킨다. 제2 패턴(300b)은 상부 편광판을 통과한 선편광의 위상을 1/4 파장 만큼 지연시켜 우안 영상의 빛을 우원편광으로 통과시킨다.

광학 소자(400)는 패턴 리타더(300)에 접착되는 제1 면과, 이 제1 면과 반대되며 마이크로 프리즘 패턴들이 형성되어 있는 제2 면을 구비한다. 광학 소자(400)는 패턴 리타더(300)를 통과하여 제2 경사각으로 비스듬히 입사되는 좌원편광 또는 우원편광의 빛을 액정표시패널(100)에 수직하게 일으켜 세운다.

편광 안경(500)은 편광 필터를 포함하는 좌안과 우안을 구비한다. 편광 안경(500)의 좌안 편광 필터는 좌원 편광만을 통과시키고, 우안 편광 필터는 우원 편광만을 통과시킨다. 시청자가 편광 안경(500)을 착용하면, 시청자의 좌안에는 좌안 영상만 보이고, 시청자의 우안에는 우안 영상만 보이게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시장치는 표시패널 구동회로, 백라이트 구동회로, 및 콘트롤 회로를 더 포함한다.

표시패널 구동회로는 데이터 구동회로(102)와 게이트 구동회로(103)를 포함한다.

데이터 구동회로(102)의 소스 드라이브 IC들 각각은 시프트 레지스터(Shift register), 래치(Latch), 디지털-아날로그 변환기(Digital to Analog convertor, DAC), 출력 버퍼(Output buffer) 등을 포함한다. 데이터 구동회로(102)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 좌안 및 우안 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 래치한다. 데이터 구동회로(102)는 극성제어신호(POL)에 응답하여 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성 감마보상전압과 부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압의 극성을 반전시킨다. 데이터 구동회로(102)는 소스 출력 인에이블신호(SOE)에 응답하여 정극성/부극성 데이터전압을 데이터라인들(DL)로 출력한다.

게이트 구동회로(103)는 시프트 레지스터(Shift register), 레벨 쉬프터(Level shifter) 등을 포함한다. 게이트 구동회로(103)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 데이터라인들(DL)에 공급되는 데이터전압과 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(GL)에 순차적으로 공급한다.

백라이트 구동회로는 백라이트 콘트롤러(206)와 광원 구동회로(208)를 포함한다.

백라이트 콘트롤러(206)는 서브 프레임 기간 단위로 제1 광원(202)과 제2 광원(204)을 교대로 점등시키기 위하여, 호스트 시스템(104) 또는 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 백라이트 제어신호(BL)에 응답하여 PWM(pulse width modulation) 신호의 듀티비 조정값을 포함한 백라이트 제어 데이터를 SPI(Serial Peripheral Interface) 데이터 포맷으로 광원 구동부(208)에 공급한다. 1 프레임기간을 1초/60로 가정할 때, 서브 프레임 기간은 1초/120가 된다. 백라이트 콘트롤러(206)는 타이밍 콘트롤러(101) 내에 내장될 수 있다.

광원 구동부(208)는 백라이트 콘트롤러(206)로부터의 백라이트 제어 데이터에 응답하여 PWM 방식으로 백라이트 유닛(200)의 광원들을 점등 및 소등하여 제1 광원(202)과 제2 광원(204)을 서브 프레임 기간 단위로 교대로 점등시킨다.

콘트롤 회로는 타이밍 콘트롤러(101), 3D 데이터 포맷터(105), 호스트 시스템(104) 등을 포함한다.

타이밍 콘트롤러(101)는 호스트 시스템(104)으로부터 수직 동기신호(Vsync),수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 도트 클럭(CLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(102)와 게이트 구동회로(103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 타이밍 제어신호들은 게이트 구동회로(103)의 동작 타임을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호와, 데이터 구동회로(102)의 동작 타이밍과 데이터전압의 극성을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호를 포함한다.

게이트 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 시프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동회로(103)의 스타트 동작 타이밍을 제어한다. 게이트 시프트 클럭(GSC)은 게이트 스타트 펄스(GSP)를 시프트시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블신호(GOE)는 게이트 구동회로(103)의 출력 타이밍을 제어한다.

데이터 타이밍 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity : POL), 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동회로(102)의 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 소스 스타트 펄스(SSP)를 쉬프트시키기 위한 클럭신호로서, 데이터의 샘플링 타이밍을 제어한다. 극성제어신호(POL)는 데이터 구동회로(102)로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 제어한다. 소스 출력 인에이블신호(SOE)는 데이터 구동회로(102)의 데이터 전압 출력 타이밍과 차지 쉐어링(Charge sharing) 타이밍을 제어한다.

타이밍 콘트롤러(101)는 3D 데이터 포맷터(105)로부터 입력되는 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 라인별로 정렬하되, 서브 프레임 기간 단위로 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터의 정렬 위치를 서로 바꾼다. 타이밍 콘트롤러(101)는 제1 서브 프레임 기간에서 좌안 영상 데이터를 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들에 대응되도록, 그리고 우안 영상 데이터를 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들에 대응되도록 정렬하는 반면, 제2 서브 프레임 기간에서 좌안 영상 데이터를 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들에 대응되도록, 그리고 우안 영상 데이터를 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들에 대응되도록 정렬할 수 있다. 타이밍 콘트롤러(101)는 서브 프레임 기간 단위로 정렬된 데이터를 데이터 구동회로(102)에 공급한다.

타이밍 콘트롤러(101)는 입력 프레임 주파수×i(i는 2 이상의 양의 정수) Hz의 프레임 주파수로 표시패널 구동회로와 백라이트 구동회로의 동작 타이밍을 제어하여 주파수로 표시패널 구동회로와 백라이트 구동회로의 동작을 동기시킬 수 있다. 입력 프레임 주파수는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다. 액정표시패널(100)과 광원들(202)은 100Hz, 120Hz, 200Hz, 240Hz 등의 프레임 주파수로 구동될 수 있다.

3D 데이터 포맷터(105)는 호스트 시스템(105)으로부터 입체 영상 데이터를 입력 받아 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 라인별로 분리하여 타이밍 콘트롤러(101)에 전송한다.

호스트 시스템(104)은 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 입체 영상 데이터와 타이밍신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)을 타이밍 콘트롤러(101)에 공급한다. 그리고, 좌안 영상과 우안 영상을 포함한 입체 영상 데이터를 3D 데이터 포맷터(105)에 공급한다.

도 6은 도 3에 도시된 액정표시패널(100)의 픽셀 어레이 일부를 보여 주는 등가 회로도이다.

도 6을 참조하면, 픽셀 어레이의 기수번째 라인들(OHL)에는 데이터라인들(D1~D4)과 게이트라인들(G1,G3)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들(PIX1,PIX3)이 형성된다. 픽셀들(PIX1,PIX3) 각각은 데이터라인들(D1~D4)과 게이트라인들(G1,G3)의 교차부에 형성된 TFT, TFT에 접속된 액정셀(Clc), 및 액정셀(Clc)에 접속된 스토리지 커패시터(미도시)를 포함한다.

픽셀 어레이의 기수번째 라인들(OHL)은 제1 서브 프레임 기간에서 좌안 영상을 표시하고, 제2 서브 프레임 기간에서 우안 영상을 표시할 수 있다.

픽셀 어레이의 우수번째 라인들(EHL)에는 데이터라인들(D1~D4)과 게이트라인들(G2,G4)의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들(PIX2,PIX4)이 형성된다. 픽셀들(PIX2,PIX4) 각각은 데이터라인들(D1~D4)과 게이트라인들(G2,G4)의 교차부에 형성된 TFT, TFT에 접속된 액정셀(Clc), 및 액정셀(Clc)에 접속된 스토리지 커패시터(미도시)를 포함한다.

픽셀 어레이의 우수번째 라인들(EHL)은 제1 서브 프레임 기간에서 우안 영상을 표시하고, 제2 서브 프레임 기간에서 좌안 영상을 표시할 수 있다.

도 7은 액정표시패널(100) 상에서 패턴 리타더(300)의 얼라인 위치를 보여준다.

백라이트 유닛(200)으로부터 제1 경사각으로 액정표시패널(100)에 입사된 빛은, 공기와 액정표시패널(100)의 굴절율차로 인해 액정표시패널(100)의 계면에서 굴절되어 제2 경사각으로 패턴 리타더(300)에 입사되게 된다. 픽셀 어레이의 기수 번째 라인과 우수 번째 라인은 일정 시간(서브 프레임 기간)을 주기로 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 서로 바꾸어 표시하고, 패턴 리타더(300)로 입사되는 빛의 각도인 제2 경사각은 일정 시간(서브 프레임 기간)을 주기로 하향 제2 경사각과 상향 제2 경사각을 교번하므로, 액정표시패널(100) 상에서 패턴 리타더(300)의 얼라인 위치는 매우 중요하다.

패턴 리타더(300)는 도 7과 같이, 제1 패턴(300a)과 제2 패턴(300b)의 경계 부분들(B1,B3)이 픽셀 어레이의 기수 번째 라인에 배치된 픽셀들(PIX1,PIX3)과 중첩됨과 아울러, 제1 패턴(300a)과 제2 패턴(300b)의 경계 부분들(B2,B4)이 픽셀 어레이의 우수 번째 라인에 배치된 픽셀들(PIX2,PIX4)과 중첩되도록 얼라인 되어야 한다. 그 결과, 패턴 리타더(300)의 제1 패턴(300a)은 픽셀 어레이의 기수 번째 라인과 하향 제2 경사각으로 비스듬히 대향됨과 아울러, 픽셀 어레이의 우수 번째 라인과 상향 제2 경사각으로 비스듬히 대향되게 된다. 그리고, 패턴 리타더(300)의 제2 패턴(300b)은 픽셀 어레이의 우수 번째 라인과 하향 제2 경사각으로 비스듬히 대향됨과 아울러, 픽셀 어레이의 기수 번째 라인과 상향 제2 경사각으로 비스듬히 대향되게 된다.

도 7에서, 'D1'은 액정표시패널(100)의 픽셀 어레이와 패턴 리타더(300) 간의 간격을, 'D2'는 패턴 리타더(300)와 광학 소자(400) 간의 간격을, 그리고 '302'는 광학 소자(400)가 형성되는 유리기판을 각각 지시한다. 등 간격의 좌안 영상 정보와 우안 영상 정보를 얻기 위해서는 'D1'과 'D2'를 동일하게 설계함이 바람직하다.

도 8a 및 도 8b는 각각 제1 및 제2 서브 프레임 기간 동안 백라이트 유닛, 픽셀 어레이, 및 광학 부재의 동작을 보여 준다. 도 9는 도 8a 및 도 8b와 같은 동작을 통해 좌안 및 우안 각각의 단안 해상도가 액정표시패널의 수직 해상도만큼 풀로 구현되는 것을 보여준다.

먼저, 도 8a와 같이 제1 서브 프레임 기간 동안, 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들(OHL)에는 좌안 영상 데이터(L)가 표시되고, 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들(EHL)에는 우안 영상 데이터(R)가 표시된다. 이 제1 서브 프레임 기간 동안, 백라이트 유닛(200)은 하부 광원(202)만을 점등시켜 하향 제1 경사각으로 빛을 액정표시패널(100)로 입사시킨다. 입사되는 빛은 액정표시패널(100)의 계면에서 하향 제2 경사각으로 굴절된다.

좌안 영상 데이터(L)가 표시되는 픽셀 어레이의 기수 번째 라인(OHL)을 하향 제2 경사각으로 통과한 빛은, 픽셀 어레이의 기수 번째 라인(OHL)과 하향 제2 경사각으로 비스듬히 대향되도록 배치된 패턴 리타더(300)의 제1 패턴(300a)을 통해 좌원편광으로 변환된 후, 계속해서 하향 제2 경사각으로 광학 소자(400)의 제1 위치(PA)에 입사되고, 광학 소자(400)에 의해 액정표시패널(100)에 수직으로 일으켜 세워진다. 광학 소자(400)의 제1 위치들(PA)에서 구현되는 좌원편광은 편광 안경(500)의 좌안을 투과하여 시청자에게 좌안 영상으로 인식된다.

우안 영상 데이터(R)가 표시되는 픽셀 어레이의 우수 번째 라인(EHL)을 하향 제2 경사각으로 통과한 빛은, 픽셀 어레이의 우수 번째 라인(EHL)과 하향 제2 경사각으로 비스듬히 대향되도록 배치된 패턴 리타더(300)의 제2 패턴(300b)을 통해 우원편광으로 변환된 후, 계속해서 하향 제2 경사각으로 광학 소자(400)의 제2 위치(PB)에 입사되고, 광학 소자(400)에 의해 액정표시패널(100)에 수직으로 일으켜 세워진다. 광학 소자(400)의 제2 위치들(PB)에서 구현되는 우원편광은 편광 안경(500)의 우안을 투과하여 시청자에게 우안 영상으로 인식된다.

이어서, 도 8b와 같이 제2 서브 프레임 기간 동안, 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들(OHL)에는 우안 영상 데이터(R)가 표시되고, 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들(EHL)에는 좌안 영상 데이터(L)가 표시된다. 이 제2 서브 프레임 기간 동안, 백라이트 유닛(200)은 상부 광원(204)만을 점등시켜 상향 제1 경사각으로 빛을 액정표시패널(100)로 입사시킨다. 입사되는 빛은 액정표시패널(100)의 계면에서 상향 제2 경사각으로 굴절된다.

우안 영상 데이터(R)가 표시되는 픽셀 어레이의 기수 번째 라인(OHL)을 상향 제2 경사각으로 통과한 빛은, 픽셀 어레이의 기수 번째 라인(OHL)과 상향 제2 경사각으로 비스듬히 대향되도록 배치된 패턴 리타더(300)의 제2 패턴(300b)을 통해 우원편광으로 변환된 후, 계속해서 상향 제2 경사각으로 광학 소자(400)의 제1 위치(PA)에 입사되고, 광학 소자(400)에 의해 액정표시패널(100)에 수직으로 일으켜 세워진다. 광학 소자(400)의 제1 위치들(PA)에서 구현되는 우원편광은 편광 안경(500)의 우안을 투과하여 시청자에게 우안 영상으로 인식된다.

좌안 영상 데이터(L)가 표시되는 픽셀 어레이의 우수 번째 라인(EHL)을 상향 제2 경사각으로 통과한 빛은, 픽셀 어레이의 우수 번째 라인(EHL)과 상향 제2 경사각으로 비스듬히 대향되도록 배치된 패턴 리타더(300)의 제1 패턴(300a)을 통해 좌원편광으로 변환된 후, 계속해서 상향 제2 경사각으로 광학 소자(400)의 제2 위치(PB)에 입사되고, 광학 소자(400)에 의해 액정표시패널(100)에 수직으로 일으켜 세워진다. 광학 소자(400)의 제2 위치들(PB)에서 구현되는 좌원편광은 편광 안경(500)의 좌안을 투과하여 시청자에게 좌안 영상으로 인식된다.

이와 같이, 좌안 영상은 광학 소자(400)의 제1 위치들(PA)과 제2 위치들(PB)에 시분할 표시되고, 우안 영상은 동일 시간에 좌원편광과 다른 위치 즉, 광학 소자(400)의 제2 위치들(PB)과 제1 위치들(PA)에 시분할 표시된다. 광학 소자(400) 상에서 제1 위치(PA)와 제2 위치(PB)는 교대로 배치된다. 광학 소자(400)의 제1 위치(PA)는 픽셀 어레이의 기수 번째 라인(OHL)에 수직으로 대응되고, 광학 소자(400)의 제2 위치(PB)는 픽셀 어레이의 우수 번째 라인(EHL)에 수직으로 대응된다.

좌안 영상은 도 9와 같이 제1 서브 프레임 기간(1초/120) 동안 광학 소자(400)의 제1 위치들(PA)에서 구현되고, 제2 서브 프레임 기간(1초/120) 동안 광학 소자(400)의 제2 위치들(PB)에서 구현된다. 표시패널의 물리적인 수직 해상도가 '1080'인 경우, 제1 및 제2 서브 프레임 기간을 통해 1080개의 좌안 영상 정보들이 모두 구현되므로, 1 프레임 기간(1초/60) 기준으로 좌안에 대한 단안 해상도는 '1080'으로 풀 구현되게 된다.

우안 영상은 도 9와 같이 제1 서브 프레임 기간(1초/120) 동안 광학 소자(400)의 제2 위치들(PB)에서 구현되고, 제2 서브 프레임 기간(1초/120) 동안 광학 소자(400)의 제1 위치들(PA)에서 구현된다. 표시패널의 물리적인 수직 해상도가 '1080'인 경우, 제1 및 제2 서브 프레임 기간을 통해 1080개의 우안 영상 정보들이 모두 구현되므로, 1 프레임 기간(1초/60) 기준으로 우안에 대한 단안 해상도는 '1080'으로 풀 구현되게 된다.

도 10은 백라이트 유닛으로부터 액정표시패널로 입사되는 광의 제1 경사각, 액정표시패널 내에서 진행되는 광의 제2 경사각, 픽셀 어레이와 패턴 리타더 간의 간격, 및 픽셀 피치를 보여준다. 그리고, 도 11은 제1 경사각 설정을 위한 백라이트 유닛의 휘도-시야각 프로파일을 보여준다.

도 10에서, 'φ'는 백라이트 유닛으로부터 액정표시패널로 입사되는 광의 제1 경사각을, 'θ'는 액정표시패널 내에서 진행되는 광의 제2 경사각을, 'D'는 픽셀 어레이와 패턴 리타더 간의 간격을, 그리고 'P'는 픽셀 피치를 각각 지시한다. 'SUB'는 액정표시패널의 하부 유리기판을 지시한다.

도 9와 같은 결과를 얻기 위해서는, 백라이트 유닛의 광원의 시야각 분포는 도 11과 같이 되어야 한다. 즉, 제1 경사각(φ)에서 높은 휘도 분포가 나오도록 백라이트 유닛이 설계되어야 한다. 이를 위해, 도 4 및 도 5에 도시된 광학 시트(206)는 도광판을 향하는 하면에 프리즘 패턴들이 형성되도록 하여 역 프리즘 형태를 취해야 한다. 또한, 제2 경사각(θ)은, 픽셀 어레이와 패턴 리타더 간의 간격(D) 및 픽셀 피치(P)와의 관계에서 아래의 수학식 1이 되어야 바람직하다.

수학식 1과 스넬의 법칙(sinφ=nsinθ, 여기서, 'n'은 하부 유리기판(SUB)의 굴절율을 의미함)을 이용하여 제1 경사각(φ)을 구하면 아래의 수학식 2와 같다.

도 12는 본 발명의 정면 시야각에서 3D 크로스토크가 해소될 수 있는 원리를 보여준다.

본 발명에 의할 때, 액정표시패널(100) 내에서 수직으로 진행하는 광이 있을 경우, 픽셀 어레이의 기수 번째 라인과 우수 번째 라인 각각이 패턴 리타더(300)의 제1 및 제2 패턴(300a,300b)의 일부에 수직으로 중첩되어 있기 때문에 3D 크로스토크가 발생될 우려가 있다. 3D 크로스토크는 단안(좌안 또는 우안)으로 볼 때 좌안 및 우안 영상이 겹쳐 보이는 현상을 의미한다.

하지만, 광학 소자(400)의 구조상 수직으로 입사되는 빛은 전반사를 통해 모두 백라이트 유닛 쪽으로 되돌아 가게 되므로, 정면 시야각에서 3D 크로스토크가 문제될 가능성은 극히 희박하다.

액정표시패널의 사이즈 별로 본 발명의 구조를 적용하여 광학 소자(400)의 프리즘 패턴의 각도(α)등을 시뮬레이션을 통해 적용해 본 결과, 아래의 표 1과 같과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

패널 사이즈	P(㎛)	D(㎛)	θ(°)	φ(°)
42인치	484.3	900	15.1	101.3
47인치	541.8	900	16.8	94.5
55인치	634.3	900	19.4	83.8

표 1을 통해 알 수 있듯이, 패널 사이즈의 증가에 대응하여 픽셀 피치(P)를 증가시키되 픽셀 어레이와 패턴 리타더 간의 간격(D)을 일정하게 유지시켰을 때, 광의 제2 경사각(θ)은 패널 사이즈가 증가됨에 따라 점점 커져야 하나, 광의 제1 경사각(φ)은 패널 사이즈가 증가됨에 따라 점점 작아져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 입체 영상 표시장치는 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터가 시분할 및 공간분할로 인가되는 액정표시패널과, 액정표시패널에 조사되는 빛을 특정 방향으로 집광하는 백라이트 유닛과, 특정 방향에 맞게 얼라인된 패턴 리타더와, 그 위에 배치된 광학 소자를 이용하여, 좌안 영상과 우안 영상을 광학 소자의 제1 위치들과 제2 위치들에서 시분할 및 공간 분할함으로써, 좌안 및 우안 각각의 단안 해상도를 표시패널의 수직 해상도만큼 풀로 구현할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100 : 액정표시패널 200 : 백라이트 유닛
300 : 패턴 리타더 400 : 광학 소자
500 : 편광 안경

Claims

제1 서브 프레임 기간에서 좌안 영상을 표시하고 제2 서브 프레임 기간에서 우안 영상을 표시하기 위한 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들과, 상기 제1 서브 프레임 기간에서 우안 영상을 표시하고 상기 제2 서브 프레임 기간에서 좌안 영상을 표시하기 위한 상기 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들을 갖는 액정표시패널;
도광판을 사이에 두고 상기 액정표시패널의 아래에서 서로 마주보게 배치되어 시분할 점등되는 제1 광원 및 제2 광원과, 상기 도광판을 향하는 하면에 프리즘 패턴들이 형성된 광학 시트를 포함하여, 점등되는 광원 쪽을 향하여 빛을 집광시키는 백라이트 유닛;
상기 액정표시패널로부터 입사되는 빛을 제1 편광으로 통과시키는 제1 패턴과 제2 편광으로 통과시키는 제2 패턴이 라인 단위로 교대로 형성되며, 상기 제1 패턴과 제2 패턴의 경계 부분이 상기 픽셀 어레이의 기수 번째 라인 또는 우수 번째 라인과 중첩되는 패턴 리타더; 및
상기 패턴 리타더 상에 위치되며, 상기 패턴 리타더를 향하지 않는 상면에 프리즘 패턴들이 형성된 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 광원은 상기 액정표시패널의 하단 아래에 배치되어 상기 제1 서브 프레임 기간 동안 점등되고,
상기 제2 광원은 상기 액정표시패널의 상단 아래에 배치되어 상기 제2 서브 프레임 기간 동안 점등되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 광학 시트는,
상기 제1 서브 프레임 기간에서 상기 도광판으로부터 입사되는 빛을 상기 제1 광원이 배치된 쪽을 향하는 하향 제1 경사각으로 집광시키고;
상기 제2 서브 프레임 기간에서 상기 도광판으로부터 입사되는 빛을 상기 제2 광원이 배치된 쪽을 향하는 상향 제1 경사각으로 집광시키는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 패턴 리타더의 제1 패턴은 상기 픽셀 어레이의 기수 번째 라인과 하향 제2 경사각으로 비스듬히 대향됨과 아울러, 상기 픽셀 어레이의 우수 번째 라인과 상향 제2 경사각으로 비스듬히 대향되고;
상기 패턴 리타더의 제2 패턴은 상기 픽셀 어레이의 우수 번째 라인과 상기 하향 제2 경사각으로 비스듬히 대향됨과 아울러, 상기 픽셀 어레이의 기수 번째 라인과 상기 상향 제2 경사각으로 비스듬히 대향되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 4 항에 있어서,
상기 좌안 영상을 구현하기 위한 상기 제1 편광은 상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 광학 소자의 제1 위치들에서 구현되고, 상기 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 광학 소자의 제2 위치들에서 구현되며;
상기 우안 영상을 구현하기 위한 상기 제2 편광은 상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 광학 소자의 제2 위치들에서 구현되고, 상기 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 광학 소자의 제1 위치들에서 구현되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장이.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 위치들은 상기 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들에 수직으로 대응되고, 상기 제2 위치들은 상기 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들에 수직으로 대응되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.