KR20130063311A

KR20130063311A - 입체영상 표시장치

Info

Publication number: KR20130063311A
Application number: KR1020110129760A
Authority: KR
Inventors: 김성우; 이병주
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-06-14
Also published as: KR101800897B1

Abstract

본 발명은 무안경 방식의 입체영상 표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 제1 단축 변과 제1 장축 변을 포함하는 서브픽셀; 상기 제1 장축 변과 평행한 제2 단축 변과 상기 제1 단축 변과 상기 제1 장축 변으로부터 45˚로 기울어진 제2 장축 변을 포함하는 컬러필터; 및 상기 제2 장축 변과 평행한 제3 장축 변과 상기 제3 장축 변과 수직인 제3 단축 변을 포함하는 입체렌즈를 구비하고, 상기 입체렌즈의 폭은 연속하는 n(n은 2 이상의 자연수) 개의 서브픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.

Description

입체영상 표시장치{STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE}

본 발명은 무안경 방식의 입체영상 표시장치에 관한 것이다.

입체영상 표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique)과 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)으로 나뉘어진다. 양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경방식과 무안경방식이 있고 두 방식 모두 실용화되고 있다. 안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광을 바꿔서 표시하고 편광안경을 사용하여 입체영상을 구현하거나, 좌우 시차 영상을 시분할방식으로 표시하고 셔터안경을 사용하여 입체영상을 구현한다. 무안경방식은 일반적으로 패럴렉스 배리어, 렌티큘러 시트 등의 광학판을 사용하여 좌우시차 영상의 광축을 분리하여 입체영상을 구현한다.

무안경 방식의 경우 사용자가 셔터안경이나 편광안경을 착용하지 않고 입체영상을 시청할 수 있는 편의성 때문에, 무안경 방식은 스마트폰(smart phone), 태블릿(tablet), 및 노트북(notebook) 등의 중소형 디스플레이에 적용되고 있다. 특히, 최근에 제품화되고 있는 스마트폰이나 태블릿의 경우, 도 1a 및 도 1b와 같이 피벗(pivot)이 가능하도록 구현되므로, 사용자가 스마트폰이나 태블릿을 도 1a와 같이 가로보기 또는 도 1b와 같이 세로보기로 시청하더라도 사용자 중심으로 영상 또는 이미지를 시청 가능하다.

도 2a는 도 1a와 같이 스마트폰 또는 태블릿을 이용하여 가로보기 하는 경우 무안경 방식의 입체영상 구현방법을 개략적으로 보여주는 일 예시도면이다. 도 2a를 참조하면, 스마트폰 또는 태블릿을 가로보기 하는 경우 스마트폰 또는 태블릿의 픽셀들 각각은 단축이 x축 방향으로, 장축이 y축 방향으로 놓이도록 배치된다. 입체영상을 구현하는 렌즈는 도 2a와 같이 픽셀들 각각의 단축을 기준으로 2 개의 픽셀마다 형성된다. 렌즈는 좌안 영상(L)을 사용자의 좌안으로 굴절시키고, 우안 영상(R)을 사용자의 우안으로 굴절시키므로, 사용자는 양안 시차에 의해 입체영상을 시청할 수 있다.

도 2b는 도 1b와 같이 스마트폰 또는 태블릿을 이용하여 세로보기 하는 경우 무안경 방식의 입체영상 구현방법을 개략적으로 보여주는 일 예시도면이다. 도 2b를 참조하면, 스마트폰 또는 태블릿을 세로보기 하는 경우 스마트폰 또는 태블릿의 픽셀들 각각은 단축이 y축 방향으로, 장축이 x축 방향으로 놓이도록 배치된다. 입체영상을 구현하는 렌즈는 도 2b와 같이 픽셀들 각각의 장축을 기준으로 2 개의 픽셀마다 형성된다. 렌즈는 좌안 영상(L)을 사용자의 좌안으로 굴절시키고, 우안 영상(R)을 사용자의 우안으로 굴절시키므로, 사용자는 양안 시차에 의해 입체영상을 시청할 수 있다.

한편, 입체영상을 구현하는 렌즈의 초점거리(f)는 렌즈의 폭(w)에 반비례한다. 도 2a와 같이 렌즈가 픽셀들 각각의 단축을 기준으로 2 개의 픽셀마다 형성되는 경우, 렌즈의 폭(w)은 2 개의 픽셀들의 단축 길이(2s)가 된다. 도 2b와 같이 렌즈가 픽셀들 각각의 장축을 기준으로 2 개의 픽셀마다 형성되는 경우, 렌즈의 폭(w)은 2 개의 픽셀들의 장축 길이(2l)가 된다. 도 2a와 같이 렌즈의 폭(w)이 2 개의 픽셀들의 단축 길이(2s)일 때 렌즈의 초점거리(f)는 도 2b와 같이 렌즈의 폭(w)이 2 개의 픽셀들의 장축 길이(2l)일 때 렌즈의 초점거리(f)보다 짧아진다.

결국, 스마트폰 또는 태블릿을 가로보기 할 때와 세로보기 할 때 각각에서 렌즈의 초점거리(f)가 다르므로, 사용자가 피벗을 실행하는 경우 최적으로 시청할 수 있는 입체영상 시청거리(d)가 변화된다. 따라서, 사용자가 스마트폰 또는 태블릿을 피벗하는 경우, 사용자는 최적의 입체영상 시청거리(d)를 찾기 전까지 좌안 영상(L)과 우안 영상(R)이 겹쳐보이는 3D 크로스토크(crosstalk)를 느끼게 되는 문제가 발생한다.

본 발명은 사용자가 피벗을 하는 경우에도 최적의 입체영상 시청거리 변화없이 입체영상을 시청할 수 있는 입체영상 표시장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 제1 단축 변과 제1 장축 변을 포함하는 서브픽셀; 상기 제1 장축 변과 평행한 제2 단축 변과 상기 제1 단축 변과 상기 제1 장축 변으로부터 45˚로 기울어진 제2 장축 변을 포함하는 컬러필터; 및 상기 제2 장축 변과 평행한 제3 장축 변과 상기 제3 장축 변과 수직인 제3 단축 변을 포함하는 입체렌즈를 구비하고, 상기 입체렌즈의 폭은 연속하는 n(n은 2 이상의자연수) 개의 서브픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 서브픽셀의 단축 변과 장축 변으로부터 45˚로 기울어진 장축 변을 포함하는 컬러필터를 형성하고, 컬러필터의 장축 변과 평행한 장축 변을 갖는 렌즈를 형성하며, 렌즈의 폭은 이웃하는 n 개의 픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭과 실질적으로 동일하도록 한다. 그 결과, 본 발명은 가로보기와 세로보기에서 렌즈의 폭을 동일하게 유지할 수 있으므로, 사용자가 피벗을 하는 경우에도 최적의 입체영상 시청거리 변화없이 입체영상을 시청할 수 있다. 또한, 본 발명은 사용자가 피벗을 하는 경우에도 3D 크로스토크 없이 입체영상을 시청할 수 있으므로, 입체영상의 품질을 높일 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 스마트폰 또는 태블릿의 피벗 기능을 보여주는 일 예시도면.
도 2a는 도 1a와 같이 스마트폰 또는 태블릿을 이용하여 가로보기 하는 경우 무안경 방식의 입체영상 구현방법을 개략적으로 보여주는 일 예시도면이다.
도 2b는 도 1b와 같이 스마트폰 또는 태블릿을 이용하여 세로보기 하는 경우 무안경 방식의 입체영상 구현방법을 개략적으로 보여주는 일 예시도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀들을 보여주는 도면.
도 4a는 가로보기의 경우 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀과 렌즈를 보여주는 도면.
도 4b는 세로보기의 경우 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀과 렌즈를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀들을 보여주는 도면.
도 6a는 가로보기의 경우 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀과 렌즈를 보여주는 도면.
도 6b는 세로보기의 경우 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀과 렌즈를 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 광학판을 상세히 보여주는 단면도들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것일 수 있는 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀들을 보여주는 도면이다. 도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시패널의 픽셀들 일부가 나타나 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 픽셀(P)은 적색 서브픽셀(RP), 녹색 서브픽셀(GP), 및 청색 서브픽셀(BP)을 포함하는 것을 중심으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다.

도 3을 참조하면, 서브픽셀들(RP, GP, BP) 각각은 한 쌍의 제1 단축 변(s1)과 제1 장축 변(l1)을 포함한다. 적색 서브픽셀(RP)에는 적색 컬러필터(RC)가 형성되고, 녹색 서브픽셀(GP)에는 녹색 컬러필터(GC)가 형성되며, 청색 서브픽셀(BP)에는 청색 컬러필터(BC)가 형성된다. 컬러필터들(RC, GC, BC) 각각은 한 쌍의 제2 단축 변(s2)과 제2 장축 변(l2)을 포함한다.

제1 단축 변(s1)은 x축 방향으로 형성되고, 제1 장축 변(l1)은 y축 방향으로 형성된다. 제2 단축 변(s2)은 제1 장축 변(l1)과 평행하도록 형성되고, 제2 장축 변(l2)은 제1 단축 변(s1)과 제1 장축 변(l1)으로부터 45˚로 기울어지도록 형성된다. 특히, 컬러필터들(RC, GC, BC) 각각의 제2 장축 변(l2)은 인접한 컬러필터의 제2 장축 변(l2)과 서로 접하도록 형성되는 것이 바람직하다. 컬러필터들(RC, GC, BC)이 형성되지 않는 영역에는 빛을 차단하기 위해 블랙 매트릭스(black matrix, BM)가 형성된다. 서브픽셀들(RP, GP, BP)은 x축 방향과 y축 방향으로 서로 평행하게 배치된다.

도 4a는 가로보기의 경우 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀과 렌즈를 보여주는 도면이다. 도 4a에는 가로보기의 경우 표시패널의 픽셀들과 광학판의 렌즈들이 일부 나타나 있다. 가로보기의 경우에는 도 4a와 같이 서브픽셀들(RP, GP, BP) 각각의 제1 단축 변(s1)이 x축 방향으로 배치되고, 제1 장축 변(l1)이 y축 방향으로 배치된다. 도 4a에 도시된 서브픽셀들(RP, GP, BP), 컬러필터들(RC, GC, BC), 및 블랙 매트릭스(BM)는 도 3에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 광학판은 렌티큘러 시트(leticular sheet), 액정렌즈(liquid crystal lens), 패럴렉스 배리어(pallax barrier), 및 스위쳐블 배리어(switchable barrier) 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.

도 4a를 참조하면, 렌즈들(L) 각각은 제3 단축 변(s3)과 제3 장축 변(l3)을 포함한다. 제3 장축 변(l3)은 제2 장축 변(l2)과 평행하게 형성된다. 제3 단축 변(s3)은 제3 장축 변(l3)과 수직으로 형성된다. 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 수학식 1과 같이 컬러필터의 폭(w2), 양안 간격(E), 및 뷰의 수(N)에 따라 결정될 수 있다. 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 제3 단축 변(s3)의 길이와 실질적으로 동일하다.

한편, 수학식 1에 의해 산출된 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 연속하는 n(n은 2 이상의 자연수) 개의 서브픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭(w2)과 실질적으로 동일하게 형성된다. 예를 들어, 도 4a와 같이 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 연속하는 2 개의 서브픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭(w2)과 실질적으로 동일하게 형성된다. 도 4a에서는 서브픽셀들(RP, GP, BP)이 제1 및 제2 뷰를 포함하는 멀티뷰 영상을 표시하는 것을 중심으로 입체렌즈(L)의 폭(w1)을 예시하였으나 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 즉, 서브픽셀들(RP, GP, BP)이 제1 내지 제n 뷰를 포함하는 멀티뷰 영상을 표시하는 경우, 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 제1 내지 제n 뷰를 표시하는 n 개의 서브픽셀들(RP, GP, BP)에 형성된 컬러필터의 폭(w2)과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 공정 오차 등에 의해 달라질 수 있음에 주의하여야 한다.

또한, 도 4a에는 표시패널의 서브픽셀들에 표시되는 제1 및 제2 뷰(V1, V2)를 포함하는 멀티뷰 영상이 나타나 있다. 도 4a를 참조하면, 입체렌즈(L)의 왼쪽에 위치하는 서브픽셀은 제2 뷰(V2)를 표시하고, 입체렌즈(L)의 오른쪽에 위치하는 서브픽셀은 제1 뷰(V1)를 표시한다. 입체렌즈(L)의 왼쪽에 위치하는 서브픽셀이 표시하는 제2 뷰(V2)는 입체렌즈(L)에 의해 굴절되어 사용자의 우안으로 입력되고, 입체렌즈(L)의 오른쪽에 위치하는 서브픽셀이 표시하는 제1 뷰(V1)는 입체렌즈(L)에 의해 굴절되어 사용자의 좌안으로 입력된다. 따라서, 사용자는 양안 시차에 의해 입체영상을 시청할 수 있다.

도 4b는 세로보기의 경우 본 발명의 제1 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀과 렌즈를 보여주는 도면이다. 도 4b에는 세로보기의 경우 표시패널의 픽셀들과 광학판의 렌즈들이 일부 나타나 있다. 세로보기는 가로보기 화면을 90˚ 회전시킨 것과 같다. 따라서, 세로보기의 경우에는 도 4b와 같이 서브픽셀들(RP, GP, BP) 각각의 제1 단축 변(s1)이 y축 방향으로 배치되고, 제1 장축 변(l1)이 x축 방향으로 배치된다. 도 4b에 도시된 서브픽셀들(RP, GP, BP), 컬러필터들(RC, GC, BC), 블랙 매트릭스(BM), 및 입체렌즈(L)는 90˚ 회전된 것을 제외하고는 도 4a에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예는 서브픽셀의 단축 변과 장축 변으로부터 45˚로 기울어진 장축 변을 포함하는 컬러필터를 형성하고, 컬러필터의 장축 변과 평행한 장축 변을 갖는 렌즈를 형성하며, 렌즈의 폭은 연속하는 n 개의 픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭과 실질적으로 동일하게 형성된다. 그 결과, 본 발명의 제1 실시예는 가로보기와 세로보기에서 렌즈의 폭을 동일하게 유지할 수 있으므로, 사용자가 피벗을 하는 경우에도 최적의 입체영상 시청거리 변화없이 입체영상을 시청할 수 있다. 또한, 본 발명은 사용자가 피벗을 하는 경우에도 3D 크로스토크 없이 입체영상을 시청할 수 있으므로, 입체영상의 품질을 높일 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 실시예는 서브픽셀들(RP, GP, BP)을 x축 방향과 y축 방향으로 평행하게 배치한다. 본 발명의 제1 실시예는 서브픽셀들(RP, GP, BP)을 x축 방향과 y축 방향으로 평행하게 배치하는 경우 제1 단축 변(s1)과 제1 장축 변(l1)을 1:3으로 형성한다면 제1 단축 변(s1)과 제2 단축 변(s2)을 1:1.08로 형성하는 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예는 서브픽셀들(RP, GP, BP)에 형성되는 컬러필터들(RC, GC, BC)의 면적이 좁으므로, 개구율이 30~40%에 불과하다는 문제가 있다. 이하에서, 도 5를 결부하여 개구율을 넓힌 본 발명의 제2 실시예에 대하여 살펴본다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀들을 보여주는 도면이다. 도 5에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시패널의 픽셀들 일부가 나타나 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 픽셀(P)은 적색 서브픽셀(RP), 녹색 서브픽셀(GP), 및 청색 서브픽셀(BP)을 포함하는 것을 중심으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다.

도 5를 참조하면, 서브픽셀들(RP, GP, BP) 각각은 한 쌍의 제1 단축 변(s1)과 제1 장축 변(l1)을 포함한다. 적색 서브픽셀(RP)에는 적색 컬러필터(RC)가 형성되고, 녹색 서브픽셀(GP)에는 녹색 컬러필터(GC)가 형성되며, 청색 서브픽셀(BP)에는 청색 컬러필터(BC)가 형성된다. 컬러필터들(RC, GC, BC) 각각은 한 쌍의 제2 단축 변(s2)과 제2 장축 변(l2)을 포함한다.

제1 단축 변(s1)은 x축 방향으로 형성되고, 제1 장축 변(l1)은 y축 방향으로 형성된다. 제2 단축 변(s2)은 제1 장축 변(l1)과 평행하도록 형성되고, 제2 장축 변(l2)은 제1 단축 변(s1)과 제1 장축 변(l1)으로부터 45˚로 기울어지도록 형성된다. 특히, 컬러필터들(RC, GC, BC) 각각의 제2 장축 변(l2)은 인접한 컬러필터의 제2 장축 변(l2)과 서로 접하도록 형성되는 것이 바람직하다. 컬러필터들(RC, GC, BC)이 형성되지 않는 영역에는 빛을 차단하기 위해 블랙 매트릭스(black matrix, BM)가 형성된다.

한편, 본 발명의 제2 실시예는 개구율을 넓히기 위해 서브픽셀들(RP, GP, BP)을 y축 방향으로 평행하게 배치하나, x축 방향으로는 평행하게 배치하지 않는다. 본 발명의 제2 실시예는 서브픽셀들(RP, GP, BP)을 x축 방향으로 평행하게 배치하지 않기 때문에, 제1 단축 변(s1)과 제1 장축 변(l1)을 1:3으로 형성한다면 제2 단축 변(s2)은 제1 단축 변(s1)의 1.08 배보다 크고 1.5 배 이하로 형성할 수 있다. 본 발명의 제2 실시예는 서브픽셀들(RP, GP, BP)에 형성되는 컬러필터들(RC, GC, BC)의 면적을 본 발명의 제1 실시예보다 넓힐 수 있으므로, 개구율을 50%까지 넓힐 수 있다.

즉, 본 발명의 제2 실시예의 제2 단축 변(s2)은 본 발명의 제1 실시예의 제2 단축 변(s2)보다 길기 때문에, 본 발명의 제2 실시예는 서브픽셀들(RP, GP, BP)을 x축 방향으로 평행하게 배치하지 않고, 서브픽셀들(RP, GP, BP) 각각을 인접한 서브픽셀보다 소정의 길이(L)만큼 높게 또는 낮게 형성된다. 이렇게 함으로써, 컬러필터들(RC, GC, BC) 각각의 제2 장축 변(l2)은 인접한 컬러필터의 제2 장축 변(l2)과 서로 접하게 되므로, 도 6a 및 도 6b와 같이 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 연속하는 n 개의 서브픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭(w2)과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.

도 6a는 가로보기의 경우 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀과 렌즈를 보여주는 도면이다. 도 6a에는 가로보기의 경우 표시패널의 픽셀들과 광학판의 렌즈들이 일부 나타나 있다. 가로보기의 경우에는 도 6a와 같이 서브픽셀들(RP, GP, BP) 각각의 제1 단축 변(s1)이 x축 방향으로 배치되고, 제1 장축 변(l1)이 y축 방향으로 배치된다. 도 6a에 도시된 서브픽셀들(RP, GP, BP), 컬러필터들(RC, GC, BC), 및 블랙 매트릭스(BM)는 도 5에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다. 광학판은 렌티큘러 시트(leticular sheet), 액정렌즈(liquid crystal lens), 패럴렉스 배리어(pallax barrier), 및 스위쳐블 배리어(switchable barrier) 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다.

도 6a를 참조하면, 렌즈들(L) 각각은 제3 단축 변(s3)과 제3 장축 변(l3)을 포함한다. 제3 장축 변(l3)은 제2 장축 변(l2)과 평행하게 형성된다. 제3 단축 변(s3)은 제3 장축 변(l3)과 수직으로 형성된다. 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 수학식 1과 같이 컬러필터의 폭(w2), 양안 간격(E), 및 뷰의 수(N)에 따라 결정될 수 있다. 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 제3 단축 변(s3)의 길이와 실질적으로 동일하다.

한편, 수학식 1에 의해 산출된 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 연속하는 n 개의 서브픽셀들(RP, GP, BP)에 형성된 컬러필터의 폭(w2)과 실질적으로 동일하게 형성된다. 예를 들어, 도 6a와 같이 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 연속하는 2 개의 서브픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭(w2)과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 도 6a에서는 서브픽셀들(RP, GP, BP)이 제1 및 제2 뷰를 포함하는 멀티뷰 영상을 표시하는 것을 중심으로 입체렌즈(L)의 폭(w1)을 예시하였으나 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 즉, 서브픽셀들(RP, GP, BP)이 제1 내지 제n 뷰를 포함하는 멀티뷰 영상을 표시하는 경우, 입체렌즈(L)의 폭(w1)은 제1 내지 제n 뷰를 표시하는 n 개의 서브픽셀들(RP, GP, BP)에 형성된 컬러필터의 폭(w2)과 실질적으로 동일하게 형성된다.

또한, 도 6a에는 표시패널의 서브픽셀들에 표시되는 제1 및 제2 뷰(V1, V2)를 포함하는 멀티뷰 영상이 나타나 있다. 도 6a를 참조하면, 입체렌즈(L)의 왼쪽에 위치하는 서브픽셀은 제2 뷰(V2)를 표시하고, 입체렌즈(L)의 오른쪽에 위치하는 서브픽셀은 제1 뷰(V1)를 표시한다. 입체렌즈(L)의 왼쪽에 위치하는 서브픽셀이 표시하는 제2 뷰(V2)는 입체렌즈(L)에 의해 굴절되어 사용자의 우안으로 입력되고, 입체렌즈(L)의 오른쪽에 위치하는 서브픽셀이 표시하는 제1 뷰(V1)는 입체렌즈(L)에 의해 굴절되어 사용자의 좌안으로 입력된다. 따라서, 사용자는 양안 시차에 의해 입체영상을 시청할 수 있다.

도 6b는 세로보기의 경우 본 발명의 제2 실시예에 따른 컬러필터가 형성된 픽셀과 렌즈를 보여주는 도면이다. 도 6b에는 세로보기의 경우 표시패널의 픽셀들과 광학판의 렌즈들이 일부 나타나 있다. 세로보기는 가로보기 화면을 90˚ 회전시킨 것과 같다. 따라서, 세로보기의 경우에는 도 6b와 같이 서브픽셀들(RP, GP, BP) 각각의 제1 단축 변(s1)이 y축 방향으로 배치되고, 제1 장축 변(l1)이 x축 방향으로 배치된다. 도 6b에 도시된 서브픽셀들(RP, GP, BP), 컬러필터들(RC, GC, BC), 블랙 매트릭스(BM), 및 입체렌즈(L)는 90˚ 회전된 것을 제외하고는 도 6a에서 설명한 바와 실질적으로 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예는 서브픽셀의 단축 변과 장축 변으로부터 45˚로 기울어진 장축 변을 포함하는 컬러필터를 형성하고, 컬러필터의 장축 변과 평행한 장축 변을 갖는 렌즈를 형성하며, 렌즈의 폭은 연속하는 n 개의 픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭과 실질적으로 동일하게 형성된다. 그 결과, 본 발명의 제2 실시예는 가로보기와 세로보기에서 렌즈의 폭을 동일하게 유지할 수 있으므로, 사용자가 피벗을 하는 경우에도 최적의 입체영상 시청거리 변화없이 입체영상을 시청할 수 있다. 또한, 본 발명은 사용자가 피벗을 하는 경우에도 3D 크로스토크 없이 입체영상을 시청할 수 있으므로, 입체영상의 품질을 높일 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 광학판을 상세히 보여주는 단면도들이다. 이하에서, 도 7, 도 8a, 및 도 8b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 표시패널(10), 광학판(30), 게이트 구동부(110), 데이터 구동부(120), 타이밍 컨트롤러(140), 호스트 시스템(150) 등을 구비한다. 본 발명의 실시예에 따른 표시패널(10)은 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시소자(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 및 유기발광다이오드 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED) 등의 평판 표시소자 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 본 발명은 아래의 실시예에서 표시패널(10)이 액정표시소자로 구현된 것을 중심으로 예시하였지만, 이에 한정되지 않는 것에 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 광학판(30)은 입체렌즈(L)가 형성된 렌티큘러 시트(leticular sheet), 액정분자를 제어하여 입체렌즈(L)를 형성하는 액정렌즈(liquid crystal lens), 패럴렉스 배리어(pallax barrier), 및 스위쳐블 배리어(switchable barrier) 중에서 어느 하나로 구현될 수 있다. 본 발명은 아래의 실시예에서 광학판(30)이 액정렌즈로 구현된 것을 중심으로 예시하였지만, 이에 한정되지 않는 것에 주의하여야 한다.

표시패널(10)은 타이밍 컨트롤러(140)의 제어 하에 영상을 표시한다. 표시패널(10)은 두 장의 기판 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(10)의 하부기판상에는 데이터 라인(D)들과 게이트 라인(G)들(또는 스캔 라인들)이 상호 교차되도록 형성되고, 데이터 라인(D)들과 게이트 라인(G)들에 의해 정의된 셀영역들에 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 'TFT'라 칭함) 어레이가 형성된다. 표시패널(10)의 픽셀들 각각은 박막 트랜지스터에 접속되어 화소전극과 공통전극 사이의 전계에 의해 구동된다.

표시패널(10)의 상부기판상에는 블랙매트릭스, 컬러필터, 공통전극 등을 포함하는 컬러필터 어레이가 형성된다. 표시패널(10)의 상부기판에는 상부 편광판이 부착되고, 하부기판에는 하부 편광판이 부착된다. 상부 편광판의 광투과축과 하부 편광판의 광투과축은 직교되도록 형성될 수 있다. 또한, 상부기판과 하부기판에는 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부기판과 하부기판 사이에는 액정셀의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다. 공통전극은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부기판상에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부기판상에 형성된다. 표시패널(10)의 액정모드는 전술한 TN 모드, VA 모드, IPS 모드, FFS 모드뿐 아니라 어떠한 액정모드로도 구현될 수 있다.

표시패널(10)은 타이밍 컨트롤러(140)의 제어 하에 2D 모드에서 2D 영상을 표시하고, 3D 모드에서 멀티뷰 영상을 표시한다. 타이밍 컨트롤러(140)는 2D 모드에서 표시패널(10)에 2D 영상 데이터가 어드레싱되도록 제어하고, 3D 모드에서 표시패널(10)에 멀티뷰 영상 데이터가 어드레싱되도록 제어한다. 멀티뷰 영상은 제1 내지 제n 뷰(view)를 포함한다. 입체영상의 뷰는 일반인의 양안 간격만큼 카메라들을 이격하고 객체에 대한 이미지를 촬영하여 생성한다. 예를 들어, 4 대의 카메라를 이용하여 객체를 촬영하는 경우, 표시패널(10)은 4 뷰의 입체영상을 표시할 수 있다.

한편, 표시패널(10)의 픽셀들과 컬러필터들은 입체영상 시청시에도 피벗 가능하도록 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 또한, 표시패널(10)의 픽셀들은 도 4a, 도 4b, 도 6a, 도 6b에 도시된 바와 같이 멀티뷰 영상의 뷰를 표시할 수 있다.

표시패널(10)은 대표적으로 백라이트 유닛으로부터의 빛을 변조하는 투과형 액정표시패널이 선택될 수 있다. 백라이트 유닛은 백라이트 유닛 구동부로부터 공급되는 구동전류에 따라 점등하는 광원, 도광판(또는 확산판), 다수의 광학시트 등을 포함한다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 또는 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛의 광원들은 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode) 중 어느 하나의 광원 또는 두 종류 이상의 광원들을 포함할 수 있다. 백라이트 구동부는 백라이트 유닛의 광원들을 점등시키기 위한 구동전류를 발생한다. 백라이트 구동부는 백라이트 제어부의 제어 하에 광원들에 공급되는 구동전류를 온/오프(ON/OFF)한다. 백라이트 제어부는 백라이트 구동부를 제어하기 위한 백라이트 제어 데이터를 SPI(Serial Peripheral Interface) 데이터 포맷으로 백라이트 구동부에 전송한다.

데이터 구동부(120)는 다수의 소스 드라이브 IC들을 포함한다. 소스 드라이브 IC들은 타이밍 컨트롤러(140)로부터 디지털 영상 데이터(RGB)를 입력받는다. 소스 드라이브 IC들은 디지털 영상 데이터(RGB)를 감마전압 발생회로(미도시)로부터 공급되는 정극성/부극성 감마보상전압을 이용하여 정극성/부극성 아날로그 데이터 전압으로 변환한다. 소스 드라이브 IC들로부터 출력되는 정극성/부극성 아날로그 데이터전압들은 표시패널(10)의 데이터 라인(D)들에 공급된다. 소스 드라이브 IC들은 COG(Chip On Glass) 공정이나 TAB(Tape Automated Bonding) 공정으로 표시패널(10)의 데이터 라인(D)들에 접속될 수 있다.

게이트 구동부(110)는 타이밍 컨트롤러(140)의 제어 하에 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스를 표시패널(10)의 게이트 라인(G)들에 순차적으로 공급한다. 게이트 구동부(110)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse)를 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock)에 따라 순차적으로 쉬프트하여 출력하는 쉬프트 레지스터, 쉬프트 레지스터의 출력을 화소의 TFT 구동에 적합한 스윙폭으로 변환하는 레벨 쉬프터, 및 출력 버퍼 등을 포함한다. 게이트 구동부(110)는 TAB 방식으로 표시패널(10)에 부착되거나, GIP(Gate Drive IC in Panel) 방식으로 표시패널(10)의 하부 기판상에 형성될 수 있다. GIP 방식의 경우, 레벨 쉬프터는 PCB(Printed Circuit Board)상에 실장되고, 쉬프트 레지스터는 표시패널(10)의 하부 기판상에 형성될 수 있다.

타이밍 컨트롤러(140)는 호스트 시스템(150)으로부터 입력받은 디지털 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호들에 기초하여 소정의 프레임 주파수로 표시패널(10)을 구동시키고, 소정의 프레임 주파수를 기준으로 게이트 구동부 제어신호(GCS), 데이터 구동부 제어신호(DCS)를 발생할 수 있다. 타이밍 신호들은 수직동기신호, 수평동기신호, 데이터 인에이블 신호(Data Enable), 도트 클럭 등을 포함한다. 타이밍 컨트롤러(140)는 게이트 구동부 제어신호(GCS)를 게이트 구동부(110)로 공급하고, 디지털 영상 데이터(RGB)와 데이터 구동부 제어신호(DCS)를 데이터 구동부(120)로 공급한다.

게이트 구동부 제어신호(GCS)는 게이트 스타트 펄스, 게이트 쉬프트 클럭, 및 게이트 출력 인에이블 신호(Gate Output Enable) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스는 첫 번째 게이트 펄스의 타이밍을 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭은 게이트 스타트 펄스를 쉬프트시키기 위한 클럭 신호이다. 게이트 출력 인에이블 신호는 게이트 구동부(110)의 출력 타이밍을 제어한다. 데이터 구동부 제어신호(DCS)는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock), 소스 출력 인에이블 신호(Source Output Enable), 극성제어신호 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스는 데이터 구동부(120)의 데이터 샘플링 시작 시점을 제어한다. 소스 샘플링 클럭은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 데이터 구동부(120)의 샘플링 동작을 제어하는 클럭신호이다. 데이터 구동부(120)에 입력될 디지털 비디오 데이터가 mini LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스 규격으로 전송된다면, 소스 스타트 펄스와 소스 샘플링 클럭은 생략될 수 있다. 극성제어신호는 데이터 구동부(120)로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 L(L은 자연수) 수평기간 주기로 반전시킨다. 소스 출력 인에이블 신호는 데이터 구동부(120)의 출력 타이밍을 제어한다.

호스트 시스템(150)은 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 디지털 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호들 등을 타이밍 컨트롤러(140)에 공급한다. 호스트 시스템(150)은 2D 모드에서 외부로부터 입력되는 2D 영상 데이터를 타이밍 컨트롤러(140)에 공급한다. 호스트 시스템(150)은 3D 모드에서 제1 내지 제n 뷰를 포함하는 멀티뷰 영상 데이터를 타이밍 컨트롤러(140)에 공급한다. 또한, 호스트 시스템(150)은 2D 모드인지 3D 모드인지를 구분할 수 있는 모드 신호(MODE)를 광학판 구동부(130)와 타이밍 컨트롤러(140)에 공급한다. 모드 신호(MODE)는 2D 모드에서 로우 로직 레벨로 발생하고, 3D 모드에서 하이 로직 레벨로 발생하도록 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다.

표시패널(10)상에는 광학판(30)이 배치된다. 본 발명의 실시예에 따른 광학판(30)은 액정렌즈로 구현된 것을 중심으로 설명한다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 액정렌즈는 제1 분할전극(31A)들, 제2 분할전극(31B)들, 액정층(32), 공통전극(33), 절연막(34), 제1 기판(35), 및 제2 기판(36)을 포함한다. 제1 기판(35)과 제2 기판(36)은 글래스(Glass), 플라스틱(Plastic), 및 필름(Film) 중 어느 하나로 구현될 수 있다.

제1 기판(35)에는 제1 및 제2 분할전극(31A, 31B)들이 패터닝된다. 제1 및 제2 분할전극(31A, 31B)들은 절연막(34)을 사이에 두고 이층(二層)으로 형성된다. 절연막(34)은 제1 분할전극(31A)들과 제2 분할전극(31B)들 간에 단락(短絡)이 일어나는 것을 방지한다. 제1 분할전극(31A)들은 제2 분할전극(31B)들의 간격 사이마다 위치한다. 제2 기판(36)에는 공통전극(33)이 단일 막으로 패터닝된다.

액정렌즈의 제1 및 제2 기판(35, 36) 사이에는 액정층(32)이 형성된다. 액정층(32)의 액정분자는 공통전극(33)과 제1 및 제2 분할전극(31A, 31B)들 사이의 전압 차에 의하여 회동한다. 2D 모드에서, 도 8a와 같이 공통전극(33)과 제1 및 제2 분할전극(31A, 41B)들 사이의 전압 차에 의해 액정층(32)의 액정분자는 표시패널(10)로부터 입사되는 빛을 그대로 통과시킨다. 따라서, 사용자는 좌우 눈의 시차가 없는 2차원 영상을 보게 된다. 3D 모드에서, 도 8b와 같이 공통전극(33)과 제1 및 제2 분할전극(31A, 41B)들 사이의 전압 차에 의해 액정층(32)의 액정분자는 입체렌즈(37)를 형성하여 표시패널(10)의 제1 내지 제n 뷰 영상 각각을 제1 내지 제n 뷰 영역(viewpoint)으로 굴절시킨다. 따라서, 사용자는 양안 시차에 의해 입체영상을 시청할 수 있다. 한편, 액정층(32)의 액정분자에 의해 형성되는 입체렌즈(37)는 도 4a, 도 4b, 도 6a, 및 도 6b와 같이 제3 장축 변(l3)이 컬러필터들(RC, GC, BC)의 제2 장축 변(l2)과 평행하게 형성되는 것에 유의하여야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 입체영상 표시장치는 액정렌즈 구동부(130)를 더 포함할 수 있다. 액정렌즈 구동부(130)는 액정렌즈(30)의 공통전극(33)과 제1 및 제2 분할전극(31A, 31B)들 각각에 전압을 공급한다. 액정렌즈 구동부(130)는 공통전극(33)에 공통전압을 공급하고, 제1 및 제2 분할전극(31A, 31B)들 각각에 공급되는 구동전압의 극성을 주기적으로 반전시킨다. 이는 액정의 직류화 잔상을 방지하기 위한 것으로, 직류 구동을 하는 경우 액정분자의 하전입자가 배향막에 쌓이게 되어 액정분자의 프리틸트각(pre-tilt angle)이 변경될 수 있으므로, 이를 방지하기 위함이다. 액정렌즈 구동부(130)는 2D 모드 및 3D 모드에서 구동전압을 다르게 공급한다. 액정렌즈 구동부(130)는 2D 모드에서 액정렌즈(30)가 도 8a와 같이 표시패널(10)로부터 입사한 빛을 그대로 통과시키도록 전압을 공급한다. 3D 모드에서, 액정렌즈 구동부(130)는 액정렌즈(30)가 도 8b와 같이 액정렌즈(37)를 형성하도록 전압을 공급한다. 또한, 공통전극(33)과 제1 및 제2 분할전극(31A, 31B)들에 어떠한 전압도 인가되지 않는 경우에도 액정층(32)의 액정분자는 표시패널(10)로부터 입사되는 빛을 그대로 통과시킬 수 있다. 따라서, 액정렌즈 구동부(130)는 2D 모드에서 공통전극(33)과 제1 및 제2 분할전극(31A, 31B)들에 전압을 공급하지 않을 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈의 제1 및 제2 분할전극(31A, 31B)들 각각의 길이 방향은 도 4a, 도 4b, 도 6a, 및 도 6b와 같이 입체렌즈(37)의 형상을 형성하기 위해 컬러필터들(RC, GC, BC) 각각의 제2 장축 변(l2)과 평행하게 형성됨에 주의하여야 한다.

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

P: 픽셀 RP: 적색 서브픽셀
GP: 녹색 서브픽셀 BP: 청색 서브픽셀
RC: 적색 컬러필터 GC: 녹색 컬러필터
BC: 청색 컬러필터 BM: 블랙 매트릭스
s1: 제1 단축 변 s2: 제2 단축 변
s3: 제3 단축 변 l1: 제1 장축 변
l2: 제2 장축 변 l3: 제3 장축 변
10: 표시패널 30: 스위쳐블 배리어
31A: 제1 분할전극 31B: 제2 분할전극
32: 액정층 33: 공통전극
34: 절연막 35: 제1 기판
36: 제2 기판 37: 액정렌즈
110: 게이트 구동부 120: 데이터 구동부
130: 액정렌즈 구동부 140: 타이밍 컨트롤러
150: 호스트 시스템

Claims

제1 단축 변과 제1 장축 변을 포함하는 서브픽셀;
상기 제1 장축 변과 평행한 제2 단축 변과 상기 제1 단축 변과 상기 제1 장축 변으로부터 45˚로 기울어진 제2 장축 변을 포함하는 컬러필터; 및
상기 제2 장축 변과 평행한 제3 장축 변과 상기 제3 장축 변과 수직인 제3 단축 변을 포함하는 입체렌즈를 구비하고,
상기 입체렌즈의 폭은 연속하는 n(n은 2 이상의 자연수) 개의 서브픽셀들에 형성된 컬러필터의 폭과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 컬러필터의 제2 장축 변은 인접한 컬러필터의 제2 장축 변과 서로 접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 컬러필터가 형성되지 않는 영역에는 블랙 매트릭스가 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 서브픽셀은 멀티뷰 영상의 제1 내지 제n 뷰 중 어느 한 뷰를 표시하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 단축 변은 x축 방향으로 형성되고, 상기 제1 장축 변은 y축 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 5 항에 있어서,
다수의 서브픽셀은 상기 x축 방향과 y축 방향으로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제1 단축 변과 제1 장축 변은 1:3으로 형성되고, 상기 제1 단축 변과 제2 단축 변은 1:1.08로 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 5 항에 있어서,
다수의 서브픽셀은 상기 y축 방향으로 평행하게 형성되나 상기 x축 방향으로는 평행하게 배치하지 않고, 상기 서브픽셀은 인접한 서브픽셀보다 소정의 길이만큼 높게 또는 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제1 단축 변과 제1 장축 변은 1:3으로 형성되고, 상기 제2 단축 변은 상기 제1 단축 변의 1.08 배보다 크고 1.5 배 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
하부기판에는 상기 서브픽셀이 매트릭스 형태로 배치된 박막 트랜지스터 어레이가 형성되고, 상부기판에는 상기 컬러필터를 포함하는 컬러필터 어레이가 형성되는 표시패널; 및
상기 입체렌즈를 형성하는 광학판을 더 포함하는 입체영상 표시장치.
제 10 항에 있어서,
상기 광학판은 액정렌즈 또는 렌티큘러 시트로 구현되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
제 11 항에 있어서,
상기 광학판이 액정렌즈로 구현되는 경우, 상기 광학판의 제1 기판에는 다수의 분할 전극들이 형성되고, 상기 분할전극들 각각의 길이 방향은 상기 제2 장축 변과 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.