KR20130007798A - 삼차원 영상 표시장치 및 편광안경, 그리고 삼차원 영상 구현시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼차원 영상 표시장치 및 편광안경, 그리고 삼차원 영상 구현시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따라 삼차원 크로스토크를 방지하기 위해 렌티큘러 렌즈 필름을 적용하고, 이러한 렌티큘러 렌즈 필름의 베이스기재에 의해 발생되는 빛의 위상지연을 보상하는 보상기재를 더 포함함으로써 삼차원 크로스토크뿐만 아니라 빛샘현상도 방지할 수 있게 된다.
또한, 렌티큘러 렌즈 필름에 보다 저렴한 베이스기재를 사용함으로써 제작비용을 절감할 수 있게 된다.

Description

삼차원 영상 표시장치 및 편광안경, 그리고 삼차원 영상 구현시스템{3D IMAGE DISPLAY DEVICE, POLARIZING EYEGLASSES AND 3D IMAGE REALIZATION SYSTEM}

본 발명은 삼차원 크로스토크를 방지하여 고품질의 삼차원 영상을 구현할 수 있는 삼차원 영상 표시장치 및 편광안경, 그리고 삼차원 영상 구현시스템에 관한 것이다.

인간이 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차 외에도 심리적, 기억적 요인이 있으며, 이에 따라 3차원 입체영상 표시기술 역시 관찰자에게 어느 정도의 3차원 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3차원표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.

부피표현방식은 심리적인 요인과 흡입효과에 의해 깊이방향에 대한 원근감이 느껴지도록 하는 방법으로서, 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터그래픽 또는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제공하여 그 공간 내로 빨려 들어가는 것 같은 착시현상을 불러일으키는 이른바 아이맥스 영화 등에 응용되고 있다.

그리고, 3차원표현방식은 가장 완전한 입체영상 표시기술로서, 레이저광 재생 홀로그래피 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.

또한, 입체감표현방식은 양안의 생리적 요인을 이용하는 입체감을 느끼는 방식으로, 구체적으로 약 65㎜정도 떨어져 있는 좌우안에 시차정보가 포함된 평면의 연관영상을 제공하면뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다.

이러한 입체감표현방식은 다안상 표시방식이라 불리며, 실질적인 입체감 생성위치에 따라 관찰자가 특수안경을 착용하는 안경방식 또는 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 또는 인테그럴(integral) 등의 렌즈어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.

이 중 안경방식은 무안경 방식에 비해 시야각이 넓고 감상 시 어지러움증 유발이 적으며 비교적 저렴한 원가, 특히 홀로그램에 비해서는 매우 저렴한 원가로 제작이 가능할 뿐만 아니라, 3차원 입체영상 감상 시에는 안경을 착용하고 2차원 평면영상 감상 시에는 안경을 착용치 않아도 되기 때문에 한 개의 영상 표시장치를 2차원 평면영상 및 3차원 입체영상 표시에 사용할 수 있다는 장점이 있다.

안경방식은 시교차 방식인 셔터안경 방식(shutter glasses)과 시분할 방식인 편광분할 방식으로 나뉠 수 있는데, 셔터안경 방식은, 하나의 화면으로 좌우안 영상을 번갈아 표시하고 셔터안경의 좌측 셔터와 우측 셔터의 순차적 개폐 타이밍(timing)을 좌우안 영상의 시교차 시간과 일치시켜서 각 영상이 좌안과 우안에 따로 인식되도록 함으로써 입체감을 나타내는 방식이다.

그리고, 편광분할 방식은, 하나의 화면의 화소를 열, 행 또는 화소단위로 2분할하고 좌우안 영상을 서로 다른 편광방향으로 표시하고 편광안경의 좌측 안경과 우측 안경이 서로 다른 편광방향을 갖도록 하여 각 영상이 좌안과 우안에 따로 인식되도록 함으로써 입체감을 나타내는 방식이다.

셔터안경 방식은 감상 시 피로감을 줄이고 입체감을 높이기 위해 단위 시간 당 시교차의 횟수를 높일 필요가 있는데, 이 방식을 삼차원 영상 표시장치에 적용하는 경우 액정의 느린 응답속도와 스캔(scan)방식의 화면 어드레싱 타이밍(addressing timing)이 시교차 타이밍에 완전히 일치하지 못하는데 기인한 플리커(flicker) 현상이 발생할 수 있으며 이는 감상 시 어지러움증과 같은 피로를 유발할 수 있다.

편광분할 방식은 위와 같은 플리커 현상 발생 요인이 없으므로, 감상 시 피로 유발이 적으나 한 화면으로 동시에 두 영상을 표시하기 위해 행, 열, 또는 화소를 2분할하기 때문에 단안(單眼) 해상도가 반으로 줄어드는 문제가 있다.

그러나, 삼차원 영상 표시장치와 같은 현행하는 표시장치 대부분이 이미 고해상도를 달성하고 있으며 향후 해상도를 더 향상시키는 것이 충분히 가능하기 때문에, 사실상 편광분할 방식의 3차원 입체영상 표시장치에서는 단안 해상도 반감이 문제되지 않을 것으로 예상된다.

또한, 셔터안경 방식은 시교차 표시를 위하여 디스플레이 내 하드웨어, 또는 회로 등이 구비되어야 하며, 셔터안경이라는 고가의 안경을 필요로 하여 여러 명이 감상할 경우 비용이 매우 상승되는 반면, 편광분할 방식은 표시소자 전면에 편광을 분할할 수 있는 패터닝된 편광분할 광학매체, 예를 들어 패턴드 리타더(patterned retarder), 마이크로 편광자(micro polarizer) 등을 장착하면 가격이 매우 저렴한 편광안경을 착용하고 다수가 감상할 수 있으므로 비용이 상대적으로 매우 적게 든다.

이러한 편광분할 광학매체로서 사용되는 패턴드 리타더는, 표시장치의 전면에 배치되어 화소, 행, 또는 열 단위로 2개의 서로 다른 편광방향을 갖도록 출사광을 변조하는 광학수단으로 기능한다.

이러한 편광안경 방식의 3차원 영상 표시장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래 패턴드 리타더 방식의 삼차원 영상 구현 시스템을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 삼차원 영상 표시장치에서의 크로스토크 발생을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래 삼차원 영상 구현 시스템(1)은 화상을 표시하는 삼차원 영상 표시장치(10)와, 삼차원 영상 표시장치(10)를 통과하여 나오는 화상을 선택적으로 좌안 또는 우안으로 투과시키는 편광안경(80)으로 구성된다.

삼차원 영상 표시장치(10)는, 표시패널(20)과, 표시패널(20) 상부에 형성되는 편광필름(30), 그리고 편광필름(30) 상부에 형성되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(40)를 포함한다. 여기서, 표시패널(20)의 배면으로는 빛을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)이 위치될 수 있다.

표시패널(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이 제1기판(22)과, 이와 서로 마주보며 이격된 제2기판(24)을 포함한다.

이러한 표시패널(20)은 영상을 표시하는 표시영역(DA)과 표시영역(DA) 사이의 비표시영역(NDA)을 포함하고, 표시영역(DA)은 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)을 포함한다.

좌안영상을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)은 표시패널(20)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되고, 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에는 적, 녹, 청색의 서브 화소영역(R, G, B)이 순차적으로 배치된다.

상기 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안 수평화소라인(Hr)의 화소영역들로부터 출사되는 빛은 편광필름(30)에 의해 선편광되어 출사된다.

한편, 패턴드 리타더(40)는 표시패널(20)의 좌안 수평화소라인(Hl)에 대응되는 제1리타더(Rl)와, 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되는 제2리타더(Rr)를 포함한다.

이러한, 패턴드 리타더(40)는 표시패널(20)의 좌안 수평화소라인(Hl)에 대응되는 화소영역들로부터 편광필름(30)을 통해 출사된 선편광을 우원편광 상태가 되도록 하고, 우안 수평화소라인(Hr)에 대응되는 화소영역들로부터 편광필름(30)을 통해 출사된 선편광을 좌원편광 상태가 되도록 한다.

한편, 전술한 구성을 갖는 삼차원 영상 표시장치(10)와 하나의 세트를 이루는 편광안경(80)은, 좌안렌즈(80a) 및 우안렌즈(80b)를 포함하는데, 좌안렌즈(80a)는 좌원편광만 투과시키고 우안렌즈(80b)는 우원편광만 투과시킨다.

따라서, 시청자에게 전달된 영상 중, 좌원편광된 좌안영상(Il)은 좌안렌즈(80a)를 통하여 시청자의 좌안에 전달되고, 우원편광 된 우안영상(Ir)은 우안렌즈(80b)를 통하여 시청자의 우안에 전달되며, 시청자는 좌우안으로 각각 전달된 좌안영상(Il) 및 우안영상(Ir)을 조합하여 3차원 입체영상을 인식하게 된다.

한편, 전술한 3차원 영상 구현시스템(1)은 좌안영상(Il)이 좌안수평화소라인(Hl) 및 제1리타더(Rl)를 통해 출사되도록 하고, 우안영상(Ir)이 우안수평화소라인(Hr) 및 제2리터더(Rr)를 통해 출사되도록 수직방향을 따라 라인별로 배치된 수평화소라인과 패턴드 리타더(40)가 일대일로 매칭되어 형성된다.

이에 따라 좌우 시야각 방향에서는 삼차원 크로스토크를 방지할 수 있지만, 상하 시야각 방향에서는 크로스토크가 발생될 수 있다.

이를 도 2를 참고하여 살펴보면, 3차원 영상 구현시스템의 상하 시야각에서는, 표시패널(20)의 좌안 수평화소라인(Hl)이 표시하는 좌안영상(Il`)의 일부가 패턴드 리타더(40)의 제2리타더(Rr)를 통과하여 우원편광 되어 출력될 수 있다.

이와 같이, 우원편광된 우안영상(Ir)과 일부의 좌안영상(Il`)이 함께 편광안경(80)의 우안렌즈(80b)를 통과하여 시청자의 우안에 전달됨에 따라 우안영상(Ir)과 일부의 좌안영상(Il`)이 서로 간섭하여 3차원 크로스토크가 발생하고, 이로 인해 상하방향의 3차원 시야각 특성이 저하되는 문제점이 있다.

여기서, 상기 3차원 크로스토크(crosstalk)는 좌안영상 일부가 우안에 제공되거나, 또는 우안영상 일부가 좌안에 제공됨에 따라 좌안영상과 우안영상 간에 서로 간섭을 일으켜 선명한 3차원 입체영상의 인식을 방해하는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 삼차원 크로스토크를 방지하여 시야각 특성을 개선할 수 있는 삼차원 영상 표시장치 및 편광안경, 그리고 삼차원 영상 구현시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 시야각 특성을 개선하면서 제작비용을 절감할 수 있는 삼차원 영상 표시장치 및 편광안경, 그리고 삼차원 영상 구현시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 삼차원 영상 구현시스템은, 제1영상과 제1영상을 표시하는 표시패널과; 상기 표시패널의 상부에 구비되어 상기 제1영상과 상기 제2영상 각각을 선편광시키는 편광필름과; 상기 편광필름의 상부로 구비되어 상기 제1영상에 대응되는 제1광과 상기 제2영상에 대응되는 제2광이 서로 다른 제1 및 제2원편광상태를 갖도록 하는 패턴드 리타더와; 베이스기재와, 상기 베이스기재의 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈를 포함하여 상기 패턴드 리타더의 상부에 구비되는 렌티큘러 렌즈 필름과; 상기 베이스기재와 동일한 위상지연값을 가지고 상기 베이스기재의 제1광축과 직교하는 제2광축을 이루며, 상기 렌티큘러 렌즈 필름을 통해 출사된 광의 위상지연을 보상하는 보상기재와; 상기 서로 다른 제1 및 제2원편광상태를 갖는 상기 제1 및 제2광 각각을 선편광시키는 좌안 및 우안 리타더와, 상기 좌안 및 우안 리타더 각각을 통해 나온 위상을 달리하는 광을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 좌안 및 우안 편광필름이 부착된 편광안경을 포함한다.

상기 보상기재는 상기 편광안경의 좌안 및 우안 리타더 각각의 상부로 부착되어 상기 편광안경의 최외각에 위치하거나 또는 상기 렌티큘러 렌즈 필름의 상부에 부착된 것을 특징으로 한다.

상기 베이스기재는 복굴절성을 가지는 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 복굴절성으로 인한 위상지연값은 5nm 내지 100nm의 범위 내인 것인 특징으로 한다.

상기 패턴드 리타더는 베이스필름과, 베이스필름 상에 형성되는 리타더층을 포함하고, 상기 리타더층은 상기 제1영상에 대응되는 제1리타더와, 상기 제2영상에 대응되는 제2리타더를 포함하는 하는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스필름은 트리아세틸셀룰로오스(tri-acetyl cellulose:TAC), 아크릴(acrylic) 및 싸이클로 올레핀 폴리머(cyclo olefin polymer:COP) 중 하나에 해당되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 삼차원 영상 표시장치는, 제1영상과 제2영상을 표시하는 표시패널과; 상기 표시패널의 상부에 구비되어 상기 제1영상과 상기 제2영상 각각을 선편광시키는 편광필름과; 상기 편광필름의 상부로 구비되어 상기 제1영상에 대응되는 제1광과 상기 제2영상에 대응되는 제2광이 서로 다른 제1 및 제2원편광상태를 갖도록 하는 패턴드 리타더와; 제1베이스기재와, 상기 제1베이스기재 상에 형성되는 렌티큘러 렌즈를 구비하여 상기 패턴드 리타더의 상부에 구비되는 렌티큘러 렌즈 필름과; 상기 제1베이스기재와 동일한 위상지연값을 가지고 상기 제1베이스기재의 제1광축과 직교하는 제2광축을 이루며, 상기 렌티큘러 렌즈 필름의 상부에 구비되어 상기 렌티큘러 렌즈 필름을 통해 출사된 상기 제1 및 제2광 각각의 위상지연을 보상하는 보상기재를 포함한다.

다른 한편, 본 발명에 따라 표시패널과, 상기 표시패널의 상부에 구비되는 제1편광필름과, 상기 제1편광필름의 상부로 구비되는 제1패턴드 리타더와, 상기 제1패턴드 리타더의 상부에 구비되는 렌티큘러 렌즈 필름을 포함하는 삼차원 영상 표시장치와 한 세트를 이루는 편광안경은, 상기 렌티큘러 렌즈 필름과 동일한 위상지연값을 가지고 상기 렌티큘러 렌즈필름의 1광축과 직교하는 제2광축을 이루며, 상기 렌티큘러 렌즈 필름을 통해 출사된 제1 및 제2광 각각의 위상지연을 보상하는 제1 및 제2보상기재와; 상기 제1 및 제2보상기재 각각의 하부에 부착되어 서로 다른 제1 및 제2원편광상태를 갖는 상기 제1 및 제2광 각각을 선편광시키는 제2 및 제3패턴드 리타더와; 상기 제2 및 제3패턴드 리타더 각각의 하부에 부착되어 상기 제2 및 제3패턴드 리타더 각각을 통해 나온 위상을 달리하는 광을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 제2 및 제3편광필름을 포함한다.

본 발명에 따라 렌티큘러 렌즈 필름을 적용하여 삼차원 크로스토크를 방지함과 동시에 저렴한 베이스기재를 렌티큘러 렌즈 필름에 사용함에 따라 발생되는 빛샘현상을 방지하기 위해 상기 베이스기재와 위상지연값이 동일하고, 광축이 서로 90도 차이가 나는 보상기재를 더 적용함으로써 빛샘현상을 억제할 수 있게 된다.

이에 따라, 삼차원 크로스토크를 방지하고, 시야각을 개선하며 휘도를 증가시킴과 동시에 제작비용을 절감할 수 있는 삼차원 영상 구현시스템을 구현할 수 있게 된다.

도 1은 종래 패턴드 리타더 방식의 삼차원 영상 구현 시스템을 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 삼차원 영상 표시장치에서의 크로스토크 발생을 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 삼차원 영상 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템에서의 편광상태를 일부 보여주는 푸앵카레구를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도.
도 7은 도 6의 삼차원 영상 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템에서의 편광상태를 일부 보여주는 푸앵카레구를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 편광안경을 적용한 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 삼차원 영상 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 삼차원 영상 구현시스템(100)은, 영상을 표시하는 삼차원 영상 표시장치(110)와, 삼차원 영상 표시장치(110)를 통과하여 나오는 영상을 선택적으로 좌안 또는 우안으로 투과시키는 편광안경(180)으로 구성된다.

삼차원 영상 표시장치(110)는, 표시패널(120)과, 표시패널(120) 상부에 형성되는 편광필름(130)과, 편광필름(130) 상부에 형성되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(140) 및 패턴드 리타더(140) 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 필름(150)을 포함한다. 여기서, 표시패널(120)의 배면으로는 빛을 공급하는 백라이트 유닛(미도시)이 위치될 수 있다.

표시패널(120)은 영상을 표시하는 표시영역(DA)과 표시영역(DA) 사이의 비표시영역(NDA)으로 구분할 수 있는데, 상기 표시영역(DA)에는 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr)이 형성되고, 비표시영역(NDA)에는 블랙매트릭스(BM)가 형성된다.

그리고, 좌안영상을 표시하는 좌안 수평화소라인(Hl)과 우안영상을 표시하는 우안 수평화소라인(Hr)은 표시패널(120)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되고, 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에는 적, 녹, 청색의 서브 화소영역(R, G, B)이 순차적으로 배치된다.

이러한 표시패널(120)은 서로 마주보며 이격된 제1기판(미도시) 및 제2기판(미도시)이 합착되어 형성된다.

여기서 도시하지는 않았지만, 제 1 기판에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선, 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결되는 박막트랜지스터 및 박막트랜지스터에 연결되어 각 화소영역에 배치되는 화소전극이 형성될 수 있다. 그리고, 제 2 기판에는 다수의 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴으로 이루어지는 컬러필터층과, 다수의 블랙매트릭스(BM)가 형성될 수 있다.

편광필름(130)은, 표시패널(120)이 표시하는 좌안영상 및 우안영상을 각각 선편광된 좌안영상 및 선편광된 우안영상으로 변조하여 패턴드 리타더(140)에 전달한다.

패턴드 리타더(140)는, 도 4에 도시된 바와 같이 제1베이스기재(142)와, 제1베이스기재(142) 하부의 리타더층(144)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1베이스기재(142)와 리타더층(144)의 위치는 서로 바뀌어 제1베이스기재(142)의 상부로 리타더층(144)이 위치될 수 있으며, 점착층(미도시)을 더 포함하여 상기 점착층(미도시)을 통해 편광필름(130)에 부착될 수 있다.

제1베이스기재(142)는 트리아세틸셀룰로오스(tri-acetyl cellulose:TAC), 아크릴(acrylic) 및 싸이클로 올레핀 폴리머(cyclo olefin polymer:COP) 중 하나로 이루어지는 필름(film) 재질일 수 있다.

한편 이에 한정되지 않고, 상기 제1베이스기재(142)는 유리기판을 적용할 수 있는데, 상기 유리기판은 표면의 편평도가 우수하며 투명도가 높고 복굴절성이 없어 광학특성이 균일하면서, 일반적인 스핀 코팅(spin coating)법으로 배향막이나 반응성 액정단량체를 균일한 두께로 형성할 수 있는 장점을 가지는 반면, 가격이 비싸고 제조 중 파손 가능성이 높으며 공정시간이 길어서 수율과 양산성이 떨어지는 문제점을 가진다. 이로 인해, 필름 재질이 많이 사용되는 추세에 있다.

리타더층(144)은, 표시패널(120)의 좌안 수평화소라인(Hl) 및 우안 수평화소라인(Hr) 각각에 대응되어 표시패널(120)의 수직방향을 따라 번갈아 배치되는 제1리타더(Rl) 및 제2리타더(Rr)를 포함한다.

여기서, 제1리타더(Rl)는 선편광을 좌원편광으로 변조하여 출력하고, 제2리타더(Rr)는 선편광을 우원편광으로 변조하여 출력한다.

이러한 제1리타더(Rl) 및 제2리타더(Rr) 각각은 배향막의 편광 UV에 의한 광배향과 반응성 메조겐(RM:reactive mesogen)의 코팅 및 경화를 통해서 서로 다른 광축을 갖도록 패턴을 형성할 수 있는데, 위상지연을 1/4 파장으로 하고, 그 광축을 편광필름(130)의 편광방향과 각각 45도 및 135도로 배치하여 구성할 수 있다.

렌티큘러 렌즈 필름(150)은 패턴드 리타더(140)로부터 출력되는 좌원편광 또는 우원편광의 출사 각도를 특정 방향으로 집광함으로써, 상하방향의 시야각을 개선하는 역할을 한다.

이러한 렌티큘러 렌즈 필름(150)은, 도 4에 도시된 바와 같이 제2베이스기재(152)와, 제2베이스기재(152)의 하부에 형성되는 렌티큘러 렌즈(154)로 이루어진다.

여기서, 상기 제2베이스기재(152)와 렌티큘러 렌즈(154)의 위치는 서로 바뀌어 렌티큘러 렌즈(154)의 하부에 제2베이스기재(152)가 위치될 수 있으며, 제2베이스기재(152)의 하부로는 점착층(미도시)이 위치되어 상기 점착층(미도시)을 통해 패턴드 리타더(140)에 부착될 수 있다.

제2베이스기재(152)는 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어질 수 있는데, 이들은 패턴드 리타더(140)의 제1베이스기재(142)에 사용되는 트리아세틸셀룰로오스(tri-acetyl cellulose:TAC), 아크릴(acrylic) 또는 싸이클로 올레핀 폴리머(cyclo olefin polymer:COP) 등에 비해 비용이 저렴한 것이 특징이다.

렌티큘러 렌즈(154)는 표시패널(120)의 수직방향을 따라 다수가 배치되는데, 각각은 제1리타더(Rl) 또는 제2리타더(Rr)에 대응한다.

이러한 구성을 가지는 렌티큘러 렌즈 필름(150)은 상하 시야각 방향에 있어서, 좌안 수평화소라인(Hl)과 제1리타더(Rl)를 통해 출사되는 좌안영상은 시청자의 좌안으로 전달되도록 하고, 좌안 수평화소라인(Hl)을 통과하여 제2리타더(Rr)를 통해 출사되는 좌안영상은 렌티큘러 렌즈 필름(150)에 의해 굴절되어 시청자의 시야에서 벗어나는 방향으로 출사되게 한다.

또한 상하 시야각 방향에 있어서, 우안 수평화소라인(RI)과 제2리타더(Rr)를 통해 출사되는 우안영상은 시청자의 우안으로 전달되도록 하고, 우안 수평화소라인(Hr)을 통과하여 제1리타더(Rl)를 통해 출사되는 우안영상은 렌티큘러 렌즈 필름(150)에 의해 굴절되어 시청자의 시야에서 벗어나는 방향으로 출사되게 한다.

이와 같이 렌티큘러 렌즈 필름(150)을 적용함에 따라 간섭을 일으켜 크로스토크를 발생시키는 영상은 굴절되어 시청자의 시야에서 벗어나는 방향으로 출사되기 때문에 종래 상하 시야각 방향에서 발생되던 삼차원 크로스토크를 방지할 수 있게 된다.

그리고 전술한 구성을 갖는 삼차원 영상 표시장치(110)와 하나의 세트를 이루는 편광안경(180)은, 삼차원 영상 표시장치(110)를 통과한 좌원편광 및 우원편광된 상태의 빛을 선편광된 상태로 변조시키는 패턴드 리타더와, 패턴드 리타더를 통과한 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광필름이 부착된 구조이다.

이를 설명하면, 사용자의 좌안에 대응되는 좌안렌즈(180a)에는 좌원편광된 빛을 선편광된 상태로 변조시키는 좌안 리타더(184a)와, 좌안 리타더(184a)를 통과하면서 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 좌안 편광필름(186a)이 부착된다. 그리고, 우안렌즈(180b)에는 우안편광된 빛을 선편광된 상태로 변조시키는 우안 리타더(184b)와, 우안 리타더(184b)를 통과하면서 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 우안 편광필름(186b)이 부착된다.

따라서, 시청자에게 전달되는 영상 중, 삼차원 영상 표시장치(110)를 통해 좌원편광된 좌안영상은 좌안렌즈(180a)를 통하여 시청자의 좌안에 전달되고, 우원편광된 우안영상은 우안렌즈(180b)를 통하여 시청자의 우안에 전달되어 시청자는 자신의 좌안과 우안으로 각각 전달되는 좌안영상 및 우안영상의 합성에 의해 삼차원 영상을 시청할 수 있게 된다.

한편, 렌티큘러 렌즈 필름(150)에 사용되는 제2베이스기재(152)는 패턴드 리타더(140)의 제1베이스기재(142)에 비해 저렴한 기재로서, 삼차원 영상 구현시스템(100)을 구현하는데 있어서 제작비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

그러나, 이러한 제2베이스기재(152)는 일축성 광학 특성으로 인해 복굴절성을 가지며, 5 내지 100nm의 범위 내에서 광의 위상지연이 이루어지게 한다.

이에 따라, 렌티큘러 렌즈 필름(150)은 패턴드 리타더(140)를 통해 출사되는 우원편광 및 좌원편광 상태의 빛 각각을 위상지연시켜 타원편광 상태의 빛으로 변조하는 문제점이 있다. 이를 푸앵카레구를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템에서의 편광상태를 일부 보여주는 푸앵카레구를 도시한 도면으로, 도 3 및 도 4를 참고한다. 여기서는, 좌안영상을 기준으로 설명한다.

여기서, 푸앵카레구(poincare sphere)는 빛의 모든 편광 상태를 구면 상에 표현한 것으로, (S1, S2, S3)인 직교좌표 점으로 나타내는 반지름이 1인 구로서 편광된 빛을 표현할 수 있다.

이러한 푸앵카레구의 적도선 위의 모든 점은 선편광에 대응되고, 두 극점에서 북반구의 제1극점은 우원편광에 대응되며 남반부의 제2극점은 좌원편광에 대응된다. 그리고, 나머지 점들은 타원편광에 대응되는데, 적도선을 기준으로 북반구에 있는 점은 우타원편광에 대응되고 남반구에 있는 점은 좌타원편광에 대응된다.

도 5를 살펴보면, a지점은 삼차원 영상 표시장치(110)의 편광필름(130)을 투과한 빛의 편광 상태를 나타내고, b지점은 패턴드 리터더(140)의 제1리터더(Rl)를 통과한 빛의 편광 상태를 나타내며, c지점은 렌티큘러 렌즈 필름(150)을 통과한 빛의 편광 상태를 나타낸다.

이를 설명하면, 수평방향을 기준으로 편광축이 90도인 편광필름(130)을 빛이 통과하면서 선편광된 상태로 a지점에 위치하게 되고, 1/4파장으로 위상지연을 하고 그 위상지연축이 편광필름(130)의 편광방향과 45도로 배치된 제1리타더(Rl)를 통과하면서 좌원편광된 상태로 남반구의 제2극점에 해당되는 b지점에 위치하게 된다.

이렇게, b지점의 좌원편광된 빛은 편광안경(180)의 좌안 리타더(184a)를 통과하면서 선편광되어 e지점에 위치함으로써 좌안 편광필름(186a)을 통해 시청자의 좌안으로 전달이 이루어져야 하는데, 렌티큘러 렌즈 필름(150)을 통과하면서 렌티큘러 렌즈 필름(150)의 제2베이스기재(152)의 복굴절성에 의해 제1타원편광된 상태로 c지점에 위치하게 되고, 이러한 제1타원편광된 빛이 편광안경(180)에 도달하여 좌안 리타더(184a)를 통과하면서 제2타원편광된 상태로 d지점에 위치하게 된다.

이와 같이, 렌티큘러 렌즈 필름(150)에 의해 의도하지 않은 타원편광된 상태의 빛이 편광안경(180)에 도달하여 편광안경(180)의 좌안 또는 우안 리타더(184a, 184b)를 통과하면서 빛샘현상을 야기시켜 휘도가 감소되고, 삼차원 시야각 특성이 저하되는 문제점이 있다.

이하에서는, 렌티큘러 렌즈 필름에서 야기된 문제점을 해결할 수 있는 실시예를 도면을 참고하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6의 삼차원 영상 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 여기서, 제3베이스기재를 제외하고는 도 3 및 도 4의 구조와 동일하므로, 동일 구성에 동일 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 편광안경 방식의 삼차원 영상 구현시스템은(210)은, 영상을 표시하는 삼차원 영상 표시장치(210)와, 삼차원 영상 표시장치(210)를 통과하여 나오는 영상을 선택적으로 좌안 또는 우안으로 투과시키는 편광안경(180)으로 구성된다.

삼차원 영상 표시장치(210)는, 표시패널(120)과, 표시패널(120) 상부에 형성되는 편광필름(130)과, 편광필름(130) 상부에 형성되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(140)와, 패턴드 리타더(140) 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 필름(150), 그리고 렌티큘러 렌즈 필름(150)의 상부에 형성되는 보상기재(260)를 포함한다.

상기 보상기재(260)는 렌티큘러 렌즈 필름(150)의 제2베이스기재(152)에 의한 빛의 위상지연을 보상해 주기 위한 것으로, 제2베이스기재(152)와 동일한 위상지연값을 가지고, 그 광축은 제2베이스기재(152)의 광축과 90도 각도를 이루는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 패턴드 리터더(140)를 통과한 좌원편광 또는 우원편광 상태의 빛이 렌티큘러 렌즈 필름(150)의 제2베이스기재(152)를 통과하면서 제2베이스기재(152)의 복굴절 특성으로 인해 편광상태가 변화되어, 의도하지 않은 타원편광 상태의 빛으로 변조되지만, 타원편광 상태의 빛은 제2베이스기재(152)와 광축이 서로 직교를 이루며 위상지연값이 동일한 보상기재(260)를 통과하면서 의도한 좌원편광 또는 우원편광 상태의 빛으로 변조되게 된다.

여기서 도시하지는 않았지만, 보상기재(260)는 점착층(미도시)을 포함하여 점착층(미도시)을 통해 렌티큘러 렌즈 필름(150)에 부착될 수 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 삼차원 영상 구현시스템에서의 편광상태를 일부 보여주는 푸앵카레구를 도시한 도면으로, 도 6 및 도 7을 참조한다. 여기서는, 좌안영상을 기준으로 설명한다.

우선, 이해를 위해 도 6을 참조하여 삼차원 영상 구현 시스템(100)을 구성하는 각 구성요소의 축을 설명한다.

삼차원 영상 표시장치(210)의 편광필름(130)의 제1편광축과 편광안경(180)의 좌안 및 우안 편광필름(186a, 186b) 각각의 제2편광축은 서로 수직하게 배치된다.

예를 들어 구체적으로 설명하면, 편광필름(130)의 제1편광축은 수평방향을 기준으로 할 때 90도의 각도로 배치되고, 좌안 및 우안 편광필름(186a, 186b) 각각의 제2편광축은 0도의 각도로 배치된다.

그리고, 삼차원 영상 표시장치(210)의 렌티큘러 렌즈 필름(150)의 제1광축과 편광안경(180)의 보상기재(182a, 182b)의 제2광축은 서로 수직하게 배치된다.

예를 들어 구체적으로 설명하면, 렌티큘러 렌즈 필름(150)의 제2베이스기재(152)의 제1광축은 수평방향을 기준으로 할 때 0도의 각도로 배치되고, 편광안경(180)의 좌안 보상기재(182a)와 우안 보상기재(182a, 182b)의 제2광축은 90도 각도로 배치된다.

이에 따라 도 8의 푸앵카레구를 살펴보면, A지점은 삼차원 영상 표시장치(210)의 편광필름(130)을 투과한 빛의 편광 상태를 나타내고, B지점은 패턴드 리터더(140)의 제1리터더(Rl)를 통과한 빛의 편광 상태를 나타낸다.

그리고, C지점은 렌티큘러 렌즈 필름(150)을 통과한 빛의 편광 상태를 나타내고, D지점은 보상기재(260)를 통과한 빛의 편광 상태를 나타낸다.

이를 설명하면, 편광축이 90도인 편광필름(130)을 빛이 통과하면서 선편광된 상태로 A지점에 위치하게 되고, 1/4파장으로 위상지연을 하고 그 위상지연축이 편광필름(130)의 편광방향과 45도로 배치된 제1리타더(Rl)를 통과하면서 좌원편광된 상태로 남반구의 제2극점에 해당되는 B지점에 위치하게 된다.

그리고, 좌원편광된 빛은 렌티큘러 렌즈 필름(150)을 통과하면서 렌티큘러 렌즈 필름(150)의 제2베이스기재(152)의 복굴절성에 의해 타원편광된 상태로 C지점에 위치하게 된다.

이때, 타원편광된 빛은 제2베이스기재(152)와 위상지연값이 동일하고, 그 광축이 제2베이스기재(152)와 90도를 이루는 보상기재(260)를 통과하면서 좌원편광된 상태로 다시 B지점에 위치하게 된다.

그리고, 좌원편광된 빛이 1/4파장으로 위상지연을 하고, 그 위상지연축이 보상기재(260)의 편광방향과 135도로 배치된 좌안 리타더(184a)를 통과하면서 선편광된 상태로 D지점에 위치하게 되고, 좌안 편광필름(186a)을 통해 시청자의 좌안으로 전달되게 된다.

전술한 바와 같이, 렌티큘러 렌즈 필름(150)에 포함된 제2베이스기재(152)와 동일한 위상지연값을 가지면서 그 광축이 직교를 이루는 보상기재(260)를 렌티큘러 렌즈 필름(150)의 상부로 배치함으로써 렌티큘러 렌즈 필름(150)에 의한 위상지연을 보상하여 빛샘현상을 방지함으로써 시야각을 개선할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 편광안경을 적용한 삼차원 영상 구현시스템을 도시한 사시도이다. 여기서, 편광안경의 좌안 및 우안 보상기재를 제외하고는 도 3의 구조와 동일하므로, 동일 구성에 동일 부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 삼차원 영상 구현시스템(300)은, 영상을 표시하는 삼차원 영상 표시장치(110)와, 삼차원 영상 표시장치(110)를 통과하여 나오는 영상을 선택적으로 좌안 또는 우안으로 투과시키는 편광안경(380)으로 구성된다.

삼차원 영상 표시장치(110)는, 표시패널(120)과, 표시패널(120) 상부에 형성되는 편광필름(130)과, 편광필름(130) 상부에 형성되는 패턴드 리타더(patterned retarder)(140)와, 그리고 패턴드 리타더(140) 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 필름(150)을 포함한다.

이와 같은 구성을 가지는 삼차원 영상 표시장치(110)와 하나의 세트를 이루는 편광안경(380)은, 사용자의 좌안에 대응되는 좌안렌즈(380a)와 사용자의 우안에 대응되는 우안렌즈(380b)로 구성된다.

이러한 좌안렌즈(380a)와 우안렌즈(380b) 각각에는 삼차원 영상 표시장치(110)를 통과하면서 위상지연된 빛을 보상하는 보상기재(382a, 382b)와, 원편광 상태의 빛을 선평광시키는 패턴드 리타더(184a, 184b)와, 그리고 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광필름(186a, 186b)이 부착된다.

이를 보다 상세히 설명하면, 상기 좌안렌즈(380a)는 최외각에 위치되어 삼차원 영상 표시장치(110)의 렌티큘러 렌즈 필름(150)에 의해 타원편광된 빛을 좌원편광 상태로 변조하는 좌안 보상기재(382a)와, 상기 좌안 보상기재(382a)의 하부로 위치되어 좌원편광된 빛을 좌안용 선편광으로 변조하는 좌안 리타더(184a) 및 상기 좌안 리타더(184a)의 하부로 위치되어 좌안용 선편광만을 선택적으로 투과시키는 좌안 편광필름(186a)이 부착된다.

그리고 우안렌즈(380b)는 최외각에 위치되어 삼차원 영상 표시장치(110)의 렌티큘러 렌즈 필름(150)에 의해 타원편광된 빛을 우원편광 상태로 변조하는 우안 보상기재(382b)와, 상기 우안 보상기재(382b)의 하부로 위치되어 우원편광된 빛을 우안용 선편광으로 변조하는 우안 리타더(184b) 및 상기 우안 리타더(184b) 의 하부로 위치되어 우안용 선편광만을 선택적으로 투과시키는 우안 편광필름(186b)이 부착된다.

상기 좌안 및 우안 보상기재(382a, 382b) 각각은 삼차원 영상 표시장치(110)의 렌티큘러 렌즈 필름(150)의 제2베이스기재(152)에 의한 빛의 위상지연을 보상해 주기 위한 것으로, 제2베이스기재(152)와 동일한 위상지연값을 가지고, 그 광축은 제2베이스기재(152)의 광축과 90도 각도를 이루는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 삼차원 영상 표시장치(110)로부터 출사되는 타원편광된 빛이 편광안경(380)의 좌안렌즈(380a)의 좌안 보상기재(382a)를 통과하면 좌원편광된 빛으로 변조되고, 좌원편광된 빛은 좌안 리타더(184a)를 통과하면서 좌안용 선편광으로 변조되어 좌안 편광필름(186a)을 통해 시청자의 좌안에 전달되게 된다.

그리고, 삼차원 영상 표시장치(110)로부터 출사되는 타원편광된 빛이 편광안경(380)의 우안렌즈(380b)의 우안 보상기재(382b)를 통과하면 우원편광된 빛으로 변조되고, 우원편광된 빛은 우안 리타더(184b)를 통과하면서 우안용 선편광으로 변조되어 우안 편광필름(186b)을 통해 시청자의 우안에 전달되게 된다.

결국, 화소라인별로 교대하여 좌안용 및 우안용 화상이 인가되고 서로 다른 타원편광 상태를 갖는 영상을 표시하는 삼차원 영상 표시장치(110)를, 전술한 편광안경(380)을 착용하고 시청하면, 편광안경(380)에서 삼차원 영상 표시장치(110)로부터 출사된 빛의 위상지연을 보상하여 좌안렌즈(380a)를 통해서는 좌안용 영상이, 우안렌즈(38b)를 통해서는 우안용 영상이 입사되므로 이들 두 화상의 합성에 의해 사용자는 3D 화상을 시청할 수 있게 된다.

이에 따라, 삼차원 크로스토크 및 빛샘현상을 방지하여 휘도가 증가되게 되고, 시야각 특성이 개선되게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 보상기재를 편광안경에 부착하면, 경량, 박형의 추세에 있는 삼차원 영상 표시장치에 보상기재를 부착하는 것보다 효율을 높일 수 있게 된다.

특히, 대면적의 삼차원 영상 표시장치에 보상기재를 부착하는 것보다 소형이면서 경량인 편광안경에 보상기재를 부착하는 공정이 더 쉬워 생산성을 증가시킬 수 있으며, 공정시간과 조립비용을 절감하여 전체 제작비용도 절감할 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.

110: 삼차원 영상 표시장치 120: 표시패널
130: 편광필름 140: 패턴드 리타더
150: 렌티큘러 렌즈 필름 260: 보상기재
180: 편광안경 180a: 좌안렌즈
382a: 좌안 보상기재 184a: 좌안 리타더
186a: 좌안 편광필름 180b: 우안렌즈
382b: 우안 보상기재 184b: 우안 리타더
186b: 우안 편광필름

Claims (8)

1. 제1영상과 제1영상을 표시하는 표시패널과;
   상기 표시패널의 상부에 구비되어 상기 제1영상과 상기 제2영상 각각을 선편광시키는 편광필름과;
   상기 편광필름의 상부로 구비되어 상기 제1영상에 대응되는 제1광과 상기 제2영상에 대응되는 제2광이 서로 다른 제1 및 제2원편광상태를 갖도록 하는 패턴드 리타더와;
   베이스기재와, 상기 베이스기재의 상부에 형성되는 렌티큘러 렌즈를 포함하여 상기 패턴드 리타더의 상부에 구비되는 렌티큘러 렌즈 필름과;
   상기 베이스기재와 동일한 위상지연값을 가지고 상기 베이스기재의 제1광축과 직교하는 제2광축을 이루며, 상기 렌티큘러 렌즈 필름을 통해 출사된 광의 위상지연을 보상하는 보상기재와;
   상기 서로 다른 제1 및 제2원편광상태를 갖는 상기 제1 및 제2광 각각을 선편광시키는 좌안 및 우안 리타더와, 상기 좌안 및 우안 리타더 각각을 통해 나온 위상을 달리하는 광을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 좌안 및 우안 편광필름이 부착된 편광안경
   을 포함하는 삼차원 영상 구현시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보상기재는
   상기 편광안경의 좌안 및 우안 리타더 각각의 상부로 부착되어 상기 편광안경의 최외각에 위치하거나 또는 상기 렌티큘러 렌즈 필름의 상부에 부착된 삼차원 영상 구현시스템.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스기재는
   복굴절성을 가지는 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어지는 삼차원 영상 구현시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 복굴절성으로 인한 위상지연값은
   5nm 내지 100nm의 범위 내인 삼차원 영상 구현시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 패턴드 리타더는
   베이스필름과, 베이스필름 상에 형성되는 리타더층을 포함하고, 상기 리타더층은 상기 제1영상에 대응되는 제1리타더와, 상기 제2영상에 대응되는 제2리타더를 포함하는 삼차원 영상 구현시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 베이스필름은
   트리아세틸셀룰로오스(tri-acetyl cellulose:TAC), 아크릴(acrylic) 및 싸이클로 올레핀 폴리머(cyclo olefin polymer:COP) 중 하나에 해당되는 삼차원 영상 구현시스템.
   
7. 제1영상과 제2영상을 표시하는 표시패널과;
   상기 표시패널의 상부에 구비되어 상기 제1영상과 상기 제2영상 각각을 선편광시키는 편광필름과;
   상기 편광필름의 상부로 구비되어 상기 제1영상에 대응되는 제1광과 상기 제2영상에 대응되는 제2광이 서로 다른 제1 및 제2원편광상태를 갖도록 하는 패턴드 리타더와;
   제1베이스기재와, 상기 제1베이스기재 상에 형성되는 렌티큘러 렌즈를 구비하여 상기 패턴드 리타더의 상부에 구비되는 렌티큘러 렌즈 필름과;
   상기 제1베이스기재와 동일한 위상지연값을 가지고 상기 제1베이스기재의 제1광축과 직교하는 제2광축을 이루며, 상기 렌티큘러 렌즈 필름의 상부에 구비되어 상기 렌티큘러 렌즈 필름을 통해 출사된 상기 제1 및 제2광 각각의 위상지연을 보상하는 보상기재
   를 포함하는 삼차원 영상 표시장치.
8. 표시패널과, 상기 표시패널의 상부에 구비되는 제1편광필름과, 상기 제1편광필름의 상부로 구비되는 제1패턴드 리타더와, 상기 제1패턴드 리타더의 상부에 구비되는 렌티큘러 렌즈 필름을 포함하는 삼차원 영상 표시장치와 한 세트를 이루는 편광안경에 있어서,
   상기 렌티큘러 렌즈 필름과 동일한 위상지연값을 가지고 상기 렌티큘러 렌즈필름의 1광축과 직교하는 제2광축을 이루며, 상기 렌티큘러 렌즈 필름을 통해 출사된 제1 및 제2광 각각의 위상지연을 보상하는 제1 및 제2보상기재와;
   상기 제1 및 제2보상기재 각각의 하부에 부착되어 서로 다른 제1 및 제2원편광상태를 갖는 상기 제1 및 제2광 각각을 선편광시키는 제2 및 제3패턴드 리타더와;
   상기 제2 및 제3패턴드 리타더 각각의 하부에 부착되어 상기 제2 및 제3패턴드 리타더 각각을 통해 나온 위상을 달리하는 광을 선택적으로 투과 또는 차단시키는 제2 및 제3편광필름
   을 포함하는 편광안경.

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