KR20120133719A - 패럴랙스 배리어 셀 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

패럴랙스 배리어 셀 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차원 및 삼차원 표시 전환이 가능하며, 어느 방향으로 틀어도 그에 대응되도록 패럴럭스 배리어의 전환이 가능하여 시청자의 시청 방향에 맞는 삼차원 표시를 수행하는 패럴랙스 배리어 셀 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 패럴랙스 배리어 셀은 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;과, 상기 제 1 기판 상에 서로 이격하여 제 1 방향으로 형성된 복수개의 제 1 전극;과, 상기 제 1 전극들 사이에 대응하여 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 기준 전극;과, 상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 방향에 교차된 제 2 방향으로 형성된 복수개의 제 2 전극;과, 상기 제 2 전극들 사이에 대응하여 상기 제 2 기판 상에 형성된 제 2 기준 전극; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

패럴랙스 배리어 셀 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치 {Parallax Barrier Cell and Stereoscopic Display Device Using the Same}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로 특히, 이차원 및 삼차원 표시 전환이 가능하며, 어느 방향으로 틀어도 그에 대응되도록 패럴럭스 배리어의 전환이 가능하여 시청자의 시청 방향에 맞는 삼차원 표시를 수행하는 패럴랙스 배리어 셀 및 이를 이용한 입체 영상 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 영상을 보게 된다. 이와 같이, 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안 시차(binocular disparity)라고 한다. 그리고, 3차원 입체 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.
그리고 이 같은 스테레오그라피를 이용하여 2차원 화면에서 3차원의 입체영상을 표시하는 몇 가지의 기술이 소개된 바 있는데, 이중에서도 특히 좌/우안용 스테레오이미지(stereo image)를 각각 분리하여 볼 수 있게 함으로서 3차원 영상을 구현하는 패럴랙스 배리어 방식 입체영상표시장치가 널리 이용되고 있다.
일반적인 패럴랙스 배리어 방식 입체영상표시장치의 3차원 입체영상 표시원리는 간단히, 좌/우안용 이미지 정보가 표시되는 평면영상에 시청자에 대해 세로로 배열된 슬릿 형태의 개구를 중첩시킴으로서 시청자의 스테레오그라피를 유발시켜 입체감을 느끼게 하는 방식이다.
이를 위해 평면영상을 표시하는 메인 영상 패널 외에 슬릿 형태의 개구를 형성하는 별도의 패럴랙스 배리어를 필요로 하고 있다.
도 1은 패럴랙스 배리어 방식의 입체 영상 표시 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1은, 일반적인 패럴랙스 배리어 방식의 입체 영상 표시장치는 메인 영상 패널로 액정패널(liquid crystal display panel : 10)을 사용한 경우가 나타나 있다.
이때 액정패널(10)에는 좌안용 이미지정보를 표시하는 좌안 픽셀(L)과 우안용 이미지정보를 표시하는 우안 픽셀(R)이 번갈아 형성되어 있고, 이의 배면으로는 빛을 공급하는 백라이트(backlight : 20)가 마련된다. 그리고 액정패널(10)과 시청자(40) 사이 또는 액정패널(10)과 백라이트(20) 사이로는 패럴랙스 배리어(30)가 위치하여 영역별로 나누어 빛을 투과 및 차단시킨다.
여기에는 좌/우안용 픽셀(L,R)로부터 나오는 빛을 각각 선택적으로 통과시키는 슬릿(32)과 배리어(34)가 시청자에 대해 세로 방향을 향해 스트라이프(stripe) 형태로 존재한다.
이에 백라이트(20)로부터 발산된 빛 중에서 액정패널(10)의 좌안용 픽셀(L)을 통과한 빛(L1)은 패럴랙스 배리어(30)의 슬릿(32)을 거쳐 시청자(40)의 좌안에 도달되고, 액정패널(10)의 우안용 픽셀(R)을 통과한 빛(R1)은 패럴랙스 배리어(30)의 슬릿(32)을 거쳐 시청자(40)의 우안에 도달된다. 그리고 이들 각각의 좌/우안용 픽셀(L,R)을 통해 표시되는 영상에는 인간이 충분히 감지할 수 있을 정도의 충분한 시차(視差)정보가 존재하여 시청자(40)는 3차원 입체영상을 인식하게 된다.
한편, 상술한 내용은 가장 기본적인 패럴랙스 배리어 방식으로서, 슬릿(32)과 배리어(34)가 영구적으로 고정된 패럴랙스 배리어(30)를 사용함에 따라 3D 전용으로만 그 활용범위가 제한된다.
시청자가 움직일 경우, 고정된 패럴랙스 배리어(30)로부터 이탈하여 정상적인 입체 표시가 불가능하다.
이 때문에, 배리어의 조정이 가능한 입체 영상 표시 장치가 요구가 있었다.
또한, 표시 장치는 소형 모델로 가며, 시청자가 장치의 가로, 세로를 변화시키며 영상의 조건에 맞게 랜드스케이프형, 포트레이트형으로 표시하고자 하는 요구가 있으나, 상술한 고정된 패럴랙스 배리어를 이용할 경우, 이 같은 전환시 입체 영상 표시가 불가능하였다.
상기와 같은 종래의 패럴랙스 배리어 방식의 입체 영상 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
시청자가 패럴랙스 배리어를 통해 3D를 시인할 수 있는 위치에서 벗어나 움직일 경우, 고정된 패럴랙스 배리어로부터 이탈하여 정상적인 입체 표시가 불가능하다. 이 때문에, 배리어의 조정이 가능한 입체 영상 표시 장치가 요구가 있었다.
또한, 고정된 패럴랙스 배리어를 이용하는 경우 3D 표시는 가능하나 2D로의 전환이 불가능한 문제가 있다.
그리고, 표시 장치는 소형 모델로 가며 혹은 시청자의 필요에 따라, 시청자가 장치의 가로, 세로를 변화시키며 영상의 조건에 맞게 랜드스케이프(landscape)형, 포트레이트(portrait)형으로 표시하고자 하는 요구가 있으나, 상술한 고정된 패럴랙스 배리어를 이용할 경우, 이 같은 전환시 원래의 조건 외의 입체 영상 표시가 불가능하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 이차원 및 삼차원 표시 전환이 가능하며, 어느 방향으로 틀어도 그에 대응되도록 패럴럭스 배리어의 전환이 가능하여 시청자의 시청 방향에 맞는 삼차원 표시를 수행하는 패럴랙스 배리어 셀 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 패럴랙스 배리어 셀은 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;과, 상기 제 1 기판 상에 서로 이격하여 제 1 방향으로 형성된 복수개의 제 1 전극;과, 상기 제 1 전극들 사이에 대응하여 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 기준 전극;과, 상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 방향에 교차된 제 2 방향으로 형성된 복수개의 제 2 전극;과, 상기 제 2 전극들 사이에 대응하여 상기 제 2 기판 상에 형성된 제 2 기준 전극; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한 것에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하는 제 1 전압원을 더 포함한다. 이 경우, 상기 제 1 전압은 공통 전압 또는 접지 전압이다.
또한, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 상기 제 1 전압 또는 상기 제 1 전압보다 큰 제 2 전압을 선택적으로 인가하는 제 2 전압원을 더 포함한다.
상기 제 1 전극 및 제 1 기준 전극을 포함한 제 1 기판 상에 제 1 배향막과, 상기 제 2 전극 및 제 2 기준 전극을 포함한 제 2 기판 상에 제 2 배향막을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극의 길이 방향은 상기 영상 패널의 픽셀들의 세로 방향에 대해 45° 이하(θ)로 기울어진 것이 바람직하다.
상기 제 2 전극의 길이 방향은 상기 영상 패널들의 픽셀들의 가로 방향과 같다.
한편, 상기 제 1 전극에 제 2 전압을 인가하고, 상기 제 2 전극, 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하여 상기 제 1 전극 방향의 배리어를 형성한다. 이 경우, 상기 배리어는 상기 영상 패널의 동일 행의 서브픽셀들에 대해 3개의 서브픽셀들에 대응된다. 또한, 상기 배리어는 상기 영상 패널의 인접한 서브픽셀들의 행들에 대해 전행과 다음 행에서 일 서브픽셀씩 쉬프트되어 대응된다.
그리고, 상기 제 2 전극에 제 2 전압을 인가하고, 상기 제 1 전극, 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하여 상기 제 2 전극 방향의 배리어를 형성한다.
상기 배리어는 상기 영상 패널의 각 동일 색상의 인접한 서브픽셀들을 오버랩하며 형성된 것이다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 영상 표시 장치는 영상 패널;과, 상기 영상 패널 상에, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 이격하여 제 1 방향으로 형성된 복수개의 제 1 전극 및 상기 제 1 전극들 사이에 제 1 기준 전극과, 상기 제 1 전극과 교차하여 형성된 복수개의 제 2 전극 및 상기 제 2 전극들 사이에 제 2 기준 전극, 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 패럴랙스 배리어 셀;과, 상기 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하는 제 1 전압원; 및 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 상기 제 1 전압 또는 상기 제 1 전압 보다 큰 제 2 전압을 선택적으로 인가하는 제 2 전압원;을 포함하는 것에 또 다른 특징이 있다.
또한, 상기 제 1 전극의 길이 방향은 상기 영상 패널의 픽셀들의 세로 방향에 대해 45° 이하(θ)로 기울어진 것이 바람직하다.
상기 제 2 전극의 길이 방향은 상기 영상 패널들의 픽셀들의 가로 방향과 같다.
한편, 랜드스케이프 모드시 상기 제 1 전극에 제 2 전압을 인가하고, 상기 제 2 전극, 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하여 상기 제 1 전극 방향의 배리어를 형성한다.
또한, 포트레이트 모드시 상기 제 2 전극에 제 2 전압을 인가하고, 상기 제 1 전극, 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하여 상기 제 2 전극 방향의 배리어를 형성한다.
상기 포트레이트 모드시 상기 영상 패널을 정위치에서 90도 회전시킨다.
그리고, 이 경우, 상기 제 2 전극의 길이 방향으로 상기 영상 패널이 세워진다.
또한, 랜드스케이프 모드의 초점 거리 및 시청 거리는 포트레이트 모드의 것과 같은 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 초점 거리는 상기 패럴랙스 배리어 셀의 제 1 전극 하부로부터 상기 영상 패널의 상부 어레이 사이의 거리이며, 상기 시청 거리는 상기 패럴랙스 배리어 셀로부터 시청자 사이의 거리이다.
또한, 상기 랜드스케이프 모드시 형성되는 배리어의 피치는
Figure pat00001
의 관계(PB는 배리어의 피치, E는 양안 간격, P는 상기 영상 패널의 일픽셀 피치)를 갖는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 포트레이트 모드시 형성되는 배리어의 피치는
Figure pat00002
의 관계(PB는 배리어의 피치, E는 양안 간격, P는 상기 영상 패널의 서브 픽셀 세로 길이)를 갖는 것을 바람직하다.
또한, 양 모드에서 상기 시청 거리는
Figure pat00003
의 관계(D는 시청 거리, D'는 굴절률 비례 시청거리(
Figure pat00004
)(S는 상기 패럴랙스 배리어 셀의 초점 거리, E는 양안거리, P는 배리어와 대응된 1뷰 피치), n은 상기 제 1 기판의 굴절률, h는 상기 영상 패널의 픽셀의 가로 길이)를 갖는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 패럴랙스 배리어 셀 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 패럴랙스 배리어 셀은 전압 인가 유무에 따라 2D 또는 3D 전환은 물론 양 기판과 상기 양 기판 상의 서로 다른 방향의 전극을 구비하여, 선택적 전압 인가에 따라 3D 표시의 피봇팅(pivoting)을 구현할 수 있다. 따라서, 시청자의 영상 패널의 전환에 따라 랜드스케이프 모드와 포트레이트 모드의 모두에 걸맞는 표시가 가능하며, 이를 3D 로도 표시 가능하다.
둘째, 전압의 인가 여부와 기판별 선택적 인가에 따라 변동 가능한 패럴랙스 배리어를 형성하여 3D 표시가 가능한 것으로 무안경으로 구현 가능하다.
셋째, 특히, 일 방향의 전극은 영상 패널의 픽셀들의 일정 각으로 기울여 배치하여 배리어가 슬랜티드(slanted) 타입으로 형성되도록 하여, 광분리 효과가 원활하게 일어나고 컬러 브레이크 현상을 방지할 수 있다.
넷째, 배리어로 기능하는 부위 외에도 기준 전극을 더 구비함에 의해 배리어 사이의 슬릿 영역이 시인됨을 방지할 수 있다.
도 1은 패럴랙스 배리어 방식의 입체 영상 표시 장치를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 입체 영상 표시 장치의 사시도
도 3a 및 도 3b는 도 2의 패럴랙스 배리어 셀의 제 1 기판과 제 2 기판 상의 구조 및 전압 인가를 나타낸 도면
도 4a 및 도 4b는 랜드스케이프 모드와 포트레이트 모드시 도 2의 영상 패널에 대비된 패럴랙스 배리어 셀의 배리어 효과를 나타낸 도면
도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b을 각각 가로지른 선상을 나타낸 단면도 패럴랙스 배리어 셀의 단면도
도 6은 본 발명의 입체 영상 표시 장치의 초점 거리 및 시청 거리를 나타낸 개략도
도 7은 랜드스케이프 모드에 대응된 패럴랙스 배리어 설계를 나타낸 평면도
도 8은 포트레이트 모드에 대응된 패럴랙스 배리어 설계를 나타낸 평면도
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 입체 영상 표시 장치의 랜드스케이프 및 포트레이트 모드를 위한 설계를 도시한 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 패럴랙스 배리어 셀 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 입체 영상 표시 장치의 사시도이다.
도 2와 같이, 본 발명의 입체 영상 표시 장치는 영상 패널(100)과, 상기 영상 패널(100) 상에, 전압 인가 여부에 따라 2D-3D 전환이 가능하며, 3D 표시 중에도 장치가 가로 상태인 랜드스케이프 모드(landscape mode)나 세로 상태인 포트레이트 모드(portrati mode)에도 각각 전환 구동이 가능한 패럴랙스 배리어 셀(parallax barrier cell)(200)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 영상 패널(100) 하측에 별도의 광원을 더 구비할 수도 있다. 이는 영상 패널(100)이 자발광 소자인지 수발광 소자인지에 의해 결정된다. 예를 들어, 상기 영상 패널(100)은 액정 패널, 유기 발광 표시 패널, 전계 방출 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 양자점 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 중 어느 하나일 수 있으며, 경우에 따라 향후 개발되는 평판 표시 패널의 종류에도 적용될 수 있을 것이다. 이 중 액정 패널로 영상 패널(100)을 이용할 경우 별도의 광원이 요구될 수 있다.
한편, 상기 영상 패널(100)에는 R, G, B 서브 픽셀이 세로 방향으로 길게 배치되며, 각 행의 R, G, B 서브픽셀을 일 픽셀로 하여 영상이 표시된다. 그리고, 3D 모드의 랜드스케이프 모드와 포트레이트의 모드에 맞게 서브 픽셀들에 대응되는 좌안 영상과 우안 영상이 결정된다. 각각 좌안 영상이 뿌려지는 영역을 제 1 뷰, 우안 영상이 뿌려지는 영역이 제 2 뷰로 정해지며, 이들 뷰는 각각 수개 혹은 단일 서브픽셀들에 대응된다. 또한, 포트레이트 모드는 정위치의 랜드스케이프 모드에 대비하여 90도 혹은 270도 회전된 상태로, 이 경우의 각각의 뷰는 각 R, G, B 서브 픽셀이 가로로 눕혀진 상태(도 2의 영상 패널(100)을 90도 회전한 상태)에서 매칭된다.
이하, 패럴랙스 배리어 셀(parallax barrier cell)(200)에 대해 설명한다.
여기서, 패럴랙스 배리어 셀(200)은 일종의 전압 인가에 의해 동작하는 소자로 내부 액정층을 전압 인가로 그 배열 상태를 달리하는 액티브 소자이다. 이 경우 상기 패럴랙스 배리어 셀(200)은 전압 무인가시는 투명 셀로 기능하며, 전압 인가시는 3D 모드 어느 기판측의 전극들에 큰 전압이 인가되었는지에 따라 랜드스케이프 모드 또는 포트레이트 모드로 전환될 수 있다.
구체적으로, 상기 패럴랙스 배리어 셀은 서로 대향된 제 1 기판(210) 및 제 2 기판(220)과, 상기 제 1 기판(210) 상에 서로 이격하여 제 1 방향으로 형성된 복수개의 제 1 전극(211) 및 상기 제 1 전극들(211) 사이에 제 1 기준 전극(212)과, 상기 제 1 전극(211)과 교차하여 형성된 복수개의 제 2 전극(221) 및 상기 제 2 전극들(221) 사이에 제 2 기준 전극(222), 및 상기 제 1 기판(210)과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층(250)을 포함한다.
한편, 상기 액정층(250)의 초기 방향(전압 무인가시)을 설정하기 위해 상기 제 1 전극(211) 및 제 1 기준 전극(212)을 포함한 제 1 기판(210) 상에 제 1 배향막(미도시)과, 상기 제 2 전극(221) 및 제 2 기준 전극(222)을 포함한 제 2 기판(220) 상에 제 2 배향막(미도시)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(211) 및 제 1 기준 전극(212)과 제 2 전극(212) 및 제 2 기준 전극(222)은 개구율 및 투과율 저하를 방지하기 위해 모두 투명한 전극으로 이루어지며, 각각의 기판 상에 동일층을 패터닝하여 이루어질 수 있다. 경우에 따라 상기 제 1 기준 전극(212)과 제 2 기준 전극(222)은 다른 층에 패터닝될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 기준 전극(212)과 제 2 기준 전극(222)을 더 구비한 이유는, 각각 상대 기판의 전극에 제 2 전압이 인가되는 경우, 동일 기판의 전극과 함께 동일한 전압 인가에 따른 통전극으로 기능하기 위함이다. 예를 들어, 제 1 전극(211)에 제 2 전압이 인가되고 제 2 전극(221)에 제 1 전압이 인가되어 수직 전계가 형성될 경우, 제 2 전극(221)들 사이에 비어있는 경우, 비어 있는 부위의 전계가 불안정하여 이 부위가 시인될 수 있어 안정적인 랜드스케이프 모드에 따른 3D 표시가 불가할 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 제 2 전극(221)과 함께 그 사이사이의 영역에 제 2 기준 전극(222)을 형성하여, 상기 제 2 기판(220) 상 전면에 동일한 제 1 전압이 인가된 통전극으로 기능시키기 위함이다.
상술한 전극들에 전압을 인가하는 방법에 대해 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 패럴랙스 배리어 셀의 제 1 기판과 제 2 기판 상의 구조 및 전압 인가를 나타낸 도면이다.
도 3a와 같이, 상기 제 1 전극(211)들이 제 1 기판(210)의 세로 방향(영상 패널의 픽셀들의 세로 방향)에 대해 θ의 각도만큼 기울어져 있다. 이는 일종의 컬러 브레이크(color break)를 방지하기 위한 것으로, 형성되는 배리어의 광경로 분리가 용이하게 하기 위함이다. 그리고, 기울어진 정도는 상기 제1 기판(210)의 세로 방향에 대해 좌측 혹은 우측으로도 모두 조정할 수 있다.
도 3a 및 도 3b와 같이, 각 제 1, 제 2 기판(210, 220)에 형성된 제 1 기준 전극(212)과 제 2 기준 전극(222)에는 각각 제 1 전압원(261)을 통해 제 1 전압(V1)을 인가한다. 이 경우, 제 1 전압은 도시된 바와 같이, 접지 전압일 수도 있고 혹은 상전압(constant voltage)일 수 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(211)과 제 2 전극(221)에는 상기 제 1 전압(V1)을 인가하거나 또는 상기 제 1 전압보다 큰 제 2 전압(V2)을 선택적으로 인가하는 제 2 전압원(262)과 연결되어 있다.
이 경우, 상기 제 2 전압원(262)에서 각각의 제 1 전극(211)과 제 2 전극(221)으로 제 1 전압(V1) 또는 제 2 전압(V2)을 인가하는지의 여부는 입체 영상 표시 장치에 구비된 자이로 센서(미도시) 등에 의해 이루어질 수 있다.
예를 들어, 정상 표시 상태인 랜드스케이프 모드에는 상기 제 1 전극(211)에 제 2 전압(V2)이 인가되고, 나머지 제 2 전극(221), 제 1, 제 2 기준 전극(212, 222)에 제 1 전압(V1)에 인가된다.
이 경우, 상기 제 1 전극(211) 형성 영역이 일종의 배리어로 작용하여, 배리어를 제외한 나머지 영역에 투과가 일어나고 이를 통해 광분리가 가능하여 좌안/우안 영상의 분리에 의해 3D 영상 시인이 가능한 것이다.
그리고, 90도 회전한 포트레이트 모드에는 상기 제 2 전극(221)에 제 2 전압(V2)이 인가되고, 나머지 제 1 전극(211), 제 1, 제 2 기준 전극(212, 222)에 제 1 전압(V1)에 인가된다. 포트레이트 모드에는 마찬가지로, 제 2 전극(221) 형성 영역이 일종의 배리어로 작용하여 광분리를 통해 3D 영상 시인이 가능하다.
여기서, 제 1 전극(211)과 제 2 전극(221)은 서로 교차하는 방향으로 설계되어 있으며, 특히, 제 1 전극(211)은 컬러 브레이크(color break) 현상을 방지하기 위해 상기 제 1 전극(211)의 길이 방향은 상기 영상 패널의 픽셀들의 세로 방향에 대해 45° 이하(θ)로 기울어진 형상으로 설계한다.
컬러 브레이크 현상에 대해 설명한다. 이는 영상 패널(100)의 R, G, B 서브 픽셀들의 길이 방향과 동일 방향으로 제 1 전극이 배치될 때, 정면에서는 우안과 좌안은 서로 다른 색상의 서브픽셀에 해당하는 영상만이 들어온다. 이 경우, 3D 영상을 인지하기 위해 좌안 영상과 우안 영상을 합성시 특정 색상의 영상만을 인지하는 컬러 브레이크를 현상이 일어나는 것이다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 패럴랙스 배리어 셀의 경우는 서브 픽셀의 세로 방향과 일치시켜 제 1 전극을 배치시키지 않고, 이를 특정 각으로 기울여 제 1 전극을 배치시킴에 의해 좌안 영상과 우안 영상에 각각 서로 다른 색상의 서브 픽셀에 해당하는 영상이 함께 들어오도록 하여 색을 섞어서 보도록 하여 컬러 브레이크 현상을 방지하는 것이다.
이하, 도면을 통해 랜드스케이프 모드시와 포트레이트 모드시의 배리어 효과 및 구동 상태를 살펴본다.
도 4a 및 도 4b는 랜드스케이프 모드시와 포트레이트 모드시의 도 2의 영상 패널에 대비된 패럴랙스 배리어 셀의 배리어 효과를 나타낸 도면이다. 도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b을 각각 가로지른 선상을 나타낸 단면도 패럴랙스 배리어 셀의 단면도이다.
도 4a 및 도 5a와 같이, 랜드스케이프 모드시 상기 제 1 전극(211)에 제 2 전압(V2)을 인가하고, 상기 제 2 전극(221), 제 1 기준 전극(212) 및 제 2 기준 전극(222)에 제 1 전압을 인가하면 상기 제 1 전극 방향의 배리어가 형성된다. 여기서, 상기 제 2 기판(220) 상에는 동일층의 제 2 전극(221)과 제 2 기준 전극(222)에 제 1 전압(상전압 또는 접지 전압)이 인가된 것으로, 상기 제 2 기판(220) 전면에 동일한 전압이 인가된 것으로 고려될 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 전극 방향은 영상 패널의 서브 픽셀들의 길이 방향에 대해 θ만큼 기울어진 것으로, 상기 배리어는 서브픽셀들의 인접한 행들에 대해 쉬프트되어 위치한다. 도시된 배리어는 상기 영상 패널의 동일 행의 서브픽셀들에 대해 3개의 서브픽셀들에 대응되고 있으며, 상기 영상 패널의 인접한 서브픽셀들의 행들에 대해 전행과 다음 행에서 일 서브픽셀씩 쉬프트되어 대응됨을 나타낸다. 이는 일예로, 영상 패널의 사이즈와 각 픽셀의 크기 및 이용하고자 하는 뷰수에 따라 배리어의 영상 패널 대응 정도는 달라질 수 있다.
도시된 예에서는 좌안 영상과 우안 영상을 위한 제 1, 제 2 뷰가 이용되었고, 이에 따라, 인접한 3개의 서브픽셀에 각 뷰가 대응됨을 나타내고 있다. 또한, 컬러 브레이크의 방지를 위해 인접한 행들의 서브픽셀들에 대해 전행보다 다음행에서 일 서브픽셀만큼 쉬프트시킨 상태를 나타내고 있다.
도 5a와 같이, 제 1 전극(211)에 제 2 전압이 나머지 제 2 전극(221), 제 1, 제 2 기준 전극(212, 222)들에 제 1 전압이 인가되면, 전압차가 발생된 영역이 배리어로 기능하고, 나머지 영역은 광이 투과되는 슬릿으로 기능함을 나타내고 있다.
도 4b 및 도 5b와 같이, 포트레이트 모드시 상기 제 2 전극(221)에 제 2 전압(V2)을 인가하고, 상기 제 1 전극(211), 제 1 기준 전극(212) 및 제 2 기준 전극(222)에 제 1 전압을 인가하면 상기 제 2 전극 방향의 배리어가 형성된다. 여기서, 상기 제 1 기판(210) 상에는 동일층의 제 1 전극(211)과 제 1 기준 전극(212)에 제 1 전압(상전압 또는 접지 전압)이 인가된 것으로, 상기 제 1 기판(210) 전면에 동일한 전압이 인가된 것으로 고려될 수 있다.
이 경우, 상기 제 2 전극 방향은 상기 영상 패널의 서브 픽셀들의 가로 방향을 따르는 것으로, R, G, B 서브픽셀로 배열된 순서를 가로지르는 방향으로 배리어가 형성됨을 알 수 있다.
도시된 포트레이트 모드의 배리어는 상기 영상 패널의 각 동일 색상의 인접한 서브픽셀들을 오버랩하며 형성된 것이다. 이 경우, 상기 영상 패널의 픽셀들은 90도 회전한 것으로, R, G, B 서브픽셀들이 도시된 도면 상에서 행별 배치되어 있다. 이 경우, 포트레이트 모드에서는 뷰는 상기 배리어의 양측에 제 1 뷰와 제 2 뷰가 정의된다. 그리고, 이 때의 배리어는 인접한 동일 색상의 양 서브픽셀을 각각 반분하도록 오버랩한다.
도 5b와 같이, 제 2 전극(221)에 제 2 전압이 나머지 제 1 전극(211), 제 1, 제 2 기준 전극(212, 222)들에 제 1 전압이 인가되면, 전압차가 발생된 영역이 배리어로 기능하고, 나머지 영역은 광이 투과되는 슬릿으로 기능함을 나타내고 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 패럴랙스 배리어 셀의 설계 방법을 살펴본다. 이하에서는 예를 들어, 9.7인치의 입체 영상 표시 장치에 대응되는 패럴랙스 배리어 셀을 구현한 것으로, 이의 랜드스케이프 모드와 포트레이트 모드에서의 초점거리와 시청 거리는 서로 일치하도록 설계함에 주안점이 있다. 이하의 설계에서 각 모드에서 2 뷰를 적용한 예로 설명한다.
도 6은 본 발명의 입체 영상 표시 장치의 초점 거리 및 시청 거리를 나타낸 개략도이며, 도 7은 랜드스케이프 모드에 대응된 패럴랙스 배리어 설계를 나타낸 평면도이며, 도 8은 포트레이트 모드에 대응된 패럴랙스 배리어 설계를 나타낸 평면도이다.
도 6 내지 도 8에서 D'는 시청 거리, S는 상기 패럴랙스 배리어 셀의 초점 거리, E는 양안 간격(65mm)을 나타낸 것이다.
여기서, D'는 상기 패럴랙스 배리어 셀의 굴절률에 기인한 시청거리를 나타낸 것이고, 실제 시청거리 D는 상기 패럴랙스 배리어 셀의 기판의 굴절률(n) 및 장치의 해당 모드의 수평 사이즈(2h)의 값에 의해 결정된다.
그리고, P는 영상 패널로부터 좌안 영상 혹은 우안 영상이 나오는 뷰 하나의 폭을 의미하며, PB는 패럴랙스 배리어 셀에 의해 생성되는 배리어의 일 피치를 나타낸다.
여기서, 랜드스케이프 모드와 포트레이트 모드에서의 각각의 배리어 일 피치와 뷰의 폭은 서로 다르게 설계되고, 그 값을 변경하며 각 모드의 패럴랙스 배리어 셀의 시청 거리와 초점 거리를 일치시킨다.
이러한 관계는 하기 초점 거리에 관한 수학식 1과, 도 6의 비례 삼각형의 관계로 얻어지는 수학식 2와, 스넬의 법칙에 의해 얻어지는 수학식 3에 의해 얻어진다.
Figure pat00005
여기서, 도 7과 같이, 랜드스케이프 모드시에는 PB는 형성하고자 하는 배리어의 피치, E는 양안 간격, P는 상기 영상 패널의 일픽셀 피치의 값으로 정해진다. 특히, 여기서, P는 상기 영상 패널의 정위치에서 R, G, B 서브 픽셀을 한세트로 한 일 픽셀의 가로 길이로 피치가 정해진다. 이 경우, 상기 배리어의 피치는 상기 제 1 전극의 폭으로 결정할 수도 있다.
한편, 도 7과 같이, 상기 랜드스케이프 모드의 배리어는 컬러 브레이크를 방지하기 위해 arctan (1/3)의 값으로 θ이 정해지며, 상기 픽셀들에 세로 방향에 대해 θ각 기울어져 배리어가 형성된다.
도 8과 같이, 포트레이트 모드시에는 PB는 형성하고자 하는 배리어의 피치, E는 양안 간격, P는 상기 영상 패널의 서브 픽셀의 정위치 세로 길이(도시된 도면에는 가로 길이로 도시)로 결정된다.
Figure pat00006
Figure pat00007
한편, 상술한 수학식들을 적용하여 실제 9.7인치 모델에 적용시 각각 랜드스케이프 모드와 포트레이트 모드에 대해 하기 표 1, 2의 조건으로 값이 결정됨을 알 수 있다.
여기서, 각 모드는 좌안/우안에 대해 제 1, 제 2 뷰가 적용되었고, 양안 거리는 65mm이며, 초점 거리는 상기 패럴랙스 배리어 셀의 제 1 전극 하부로부터 상기 영상 패널의 상부 어레이 사이의 거리로, 약 1.535mm 으로 정하였으며, R, G, b 서브 픽셀을 한 세트로 한 일 픽셀의 가로 길이는 192㎛이며, h는 해당 표시 모드의 수평 길이의 반 값, n은 각 기판의 굴절률로 정해진다.
Figure pat00008
Figure pat00009
위와 같이 실제 적용시 시청거리가 랜드스케이프 모드의 33.86cm와 포트레이트 모드의 34.2cm로 약 0.3cm의 차이가 있으나, 이는 시청자가 식별 가능할 정도가 아닌 미미한 수준으로 위의 설계 조건을 적용한 경우 시청자는 동일 위치에서 입체 영상 표시 장치의 화면을 전환해가며 어느 방향에서도 입체 영상의 시인이 가능함을 유추할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 입체 영상 표시 장치의 랜드스케이프 및 포트레이트 모드를 위한 설계를 도시한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 상술한 조건으로 랜드스케이프 모드와 포트레이트 포드를 구현한 예를 나타낸 것이다.
도시된 예는 일예로 특정 피치와 장치의 크기 조건에서 배리어의 폭과 위치가 결정된 것으로, 장치의 크기 또는 장치 내 픽셀의 크기 및 뷰가 변화하면 위의 배리어의 값과 시청 거리, 초점 거리 등은 모두 가변할 수 있는 것이다.
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.
100: 영상 패널 200: 패럴랙스 배리어 셀
210: 제 1 기판 211: 제 1 전극
212: 제 1 기준 전극 220: 제 2 기판
221: 제 2 전극 222: 제 2 기준 전극
250: 액정층 261: 제 1 전압원
262: 제 2 전압원

Claims (24)

  1. 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 서로 이격하여 제 1 방향으로 형성된 복수개의 제 1 전극;
    상기 제 1 전극들 사이에 대응하여 상기 제 1 기판 상에 형성된 제 1 기준 전극;
    상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 방향에 교차된 제 2 방향으로 형성된 복수개의 제 2 전극;
    상기 제 2 전극들 사이에 대응하여 상기 제 2 기판 상에 형성된 제 2 기준 전극; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하는 제 1 전압원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 전압은 공통 전압 또는 접지 전압인 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 상기 제 1 전압 또는 상기 제 1 전압보다 큰 제 2 전압을 선택적으로 인가하는 제 2 전압원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 제 1 기준 전극을 포함한 제 1 기판 상에 제 1 배향막과, 상기 제 2 전극 및 제 2 기준 전극을 포함한 제 2 기판 상에 제 2 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 길이 방향은 상기 영상 패널의 픽셀들의 세로 방향에 대해 45° 이하(θ)로 기울어진 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 전극의 길이 방향은 상기 영상 패널들의 픽셀들의 가로 방향과 같은 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 전극에 제 2 전압을 인가하고, 상기 제 2 전극, 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하여 상기 제 1 전극 방향의 배리어를 형성하는 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 배리어는 상기 영상 패널의 동일 행의 서브픽셀들에 대해 3개의 서브픽셀들에 대응된 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 배리어는 상기 영상 패널의 인접한 서브픽셀들의 행들에 대해 전행과 다음 행에서 일 서브픽셀씩 쉬프트되어 대응된 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 전극에 제 2 전압을 인가하고, 상기 제 1 전극, 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하여 상기 제 2 전극 방향의 배리어를 형성하는 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 배리어는 상기 영상 패널의 각 동일 색상의 인접한 서브픽셀들을 오버랩하며 형성된 것을 특징으로 하는 패럴랙스 배리어 셀.
  13. 영상 패널;
    상기 영상 패널 상에, 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 상에 서로 이격하여 제 1 방향으로 형성된 복수개의 제 1 전극 및 상기 제 1 전극들 사이에 제 1 기준 전극과, 상기 제 1 전극과 교차하여 형성된 복수개의 제 2 전극 및 상기 제 2 전극들 사이에 제 2 기준 전극, 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 패럴랙스 배리어 셀;
    상기 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하는 제 1 전압원; 및
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 상기 제 1 전압 또는 상기 제 1 전압 보다 큰 제 2 전압을 선택적으로 인가하는 제 2 전압원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 길이 방향은 상기 영상 패널의 픽셀들의 세로 방향에 대해 45° 이하(θ)로 기울어진 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제 2 전극의 길이 방향은 상기 영상 패널들의 픽셀들의 가로 방향과 같은 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    랜드스케이프 모드시
    상기 제 1 전극에 제 2 전압을 인가하고, 상기 제 2 전극, 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하여 상기 제 1 전극 방향의 배리어를 형성하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  17. 제 13항에 있어서,
    포트레이트 모드시
    상기 제 2 전극에 제 2 전압을 인가하고, 상기 제 1 전극, 제 1 기준 전극 및 제 2 기준 전극에 제 1 전압을 인가하여 상기 제 2 전극 방향의 배리어를 형성하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 포트레이트 모드시 상기 영상 패널을 정위치에서 90도 회전시키는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 제 2 전극의 길이 방향으로 상기 영상 패널이 세워진 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  20. 제 13항에 있어서,
    랜드스케이프 모드의 초점 거리 및 시청 거리는 포트레이트 모드의 것과 같은 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 초점 거리는 상기 패럴랙스 배리어 셀의 제 1 전극 하부로부터 상기 영상 패널의 상부 어레이 사이의 거리이며,
    상기 시청 거리는 상기 패럴랙스 배리어 셀로부터 시청자 사이의 거리인 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 랜드스케이프 모드시 형성되는 배리어의 피치는
    Figure pat00010

    의 관계(PB는 배리어의 피치, E는 양안 간격, P는 상기 영상 패널의 일픽셀 피치)를 갖는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 포트레이트 모드시 형성되는 배리어의 피치는
    Figure pat00011

    의 관계(PB는 배리어의 피치, E는 양안 간격, P는 상기 영상 패널의 서브 픽셀 세로 길이)를 갖는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  24. 제 20항에 있어서,
    상기 시청 거리는
    Figure pat00012

    의 관계(D는 시청 거리, D'는 굴절률 비례 시청거리(
    Figure pat00013
    )(S는 상기 패럴랙스 배리어 셀의 초점 거리, E는 양안거리, P는 배리어와 대응된 1뷰 피치), n은 상기 제 1 기판의 굴절률, h는 상기 영상 패널의 픽셀의 가로 길이)를 갖는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
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