KR20130064278A - 영상표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 다수의 시점 영상을 출력하는 표시패널과 상기 다수의 시점 영상의 경로를 변경시키는 광 경로 변경 수단을 포함하며, 상기 광 경로 변경 수단에서의 광 경로 변경부의 단위 폭 및 상기 표시패널의 다수의 입체영상 유닛의 배치를 변경하여 상기 광 경로 변경 수단의 배면거리를 유지하기 위한 갭 기판의 두께를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

영상표시장치 및 그 제조방법{IMAGE DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 영상표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 렌즈 피치 및 뷰배열을 조절하여 배면거리를 축소시킴에 따라 갭 기판의 크기를 줄일 수 있는 영상표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 디스플레이 분야에 대한 요구도 다양한 형태로 증가하고 있으며, 영상 구현 방식과 관련하여 2차원적인 평면영상뿐만 아니라 3차원적인 입체영상까지도 구현할 수 있는 영상표시장치가 개발되고 있다.
인간이 영상의 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차 외에도 심리적, 기억적 요인이 있다.
이와 같은 요인들을 이용한 3차원 입체영상 표시 방식 중 하나가 양안의 생리적 요인을 이용하여 입체감을 느끼는 입체감표현방식(stereoscopic type)이다.
입체감표현방식(stereoscopic type)은 약 65㎜정도 떨어져 있는 좌우안에 시차정보가 포함된 평면의 연관영상을 제공하면, 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다.
이러한 입체감표현방식은 실질적인 입체감 생성위치에 따라 관찰자가 특수안경을 착용하는 안경방식과, 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 등의 렌즈 어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.
일반적으로 무안경 방식은, 안경방식에 비하여 3D 휘도 측면에서 우수하다.
무안경 방식의 영상표시장치는, 각각 좌안 영상 및 우안 영상을 표시하는 표시패널과, 표시장치의 상부 또는 하부에 배치되는 광 경로 변경 수단을 포함하는데, 사용자가 별도의 도구 없이 입체영상을 볼 수 있다는 점에서 활발히 개발되고 있다.
여기서, 광 경로 변경 수단은 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 등의 렌즈 어레이(lens array) 등을 포함할 수 있다.
특히, 액정층을 포함하는 액정 렌즈를 이용하여 렌즈 어레이를 구성할 수도 있는데, 이 경우 전압 인가 여부에 따라 액정층의 렌즈 역할 여부가 결정될 수 있다.
일반적으로 렌즈는 렌즈를 구성하는 물질과 공기와의 굴절률 차이를 이용하여 입사광의 경로를 제어한다.
반면에 액정 렌즈의 경우는 각각의 전극에 인가하여 형성된 전기장에 의해 가상의 렌즈가 형성되어 위치별 위상차에 의해 실제 렌즈와 같이 표시패널로부터 입사하는 입사광의 경로를 제어할 수 있다.
이러한 액정 렌즈를 포함하는 영상표시장치는 2차원(2 dimension: 2D) 모드와 3차원(3 dimension: 3D) 모드를 선택적으로 표시할 수 있다는 장점이 있다.
종래의 무안경 방식의 영상표시장치는 하나의 시점의 좌안 영상 및 우안 영상을 표현했었다.
최근에는 시청 각도(방향)에 따라 영상이 실제와 같이 표현될 수 있도록 각 시청 각도(방향)에 적합한 다수의 시점 영상을 필요로 하는 다시점(multi-view) 영상표시장치가 등장하고 있다.
이러한 다시점(multi-view) 영상표시장치는 시청 각도에 따른 다수의 시청 영역별로 영상을 구현할 수 있는데, 이하 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도1은 종래의 영상표시장치의 다수의 시청 영역을 설명하기 위해 참조되는 도면이고, 도2는 종래의 영상표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위해서 시점 영상은 'I'를 부가하여 설명하기로 한다.
도1에 도시한 바와 같이, 종래의 영상표시장치(1)는 시청 각도(방향)에 따른 다수의 시점 영상(I1~I5)을 구현하고 있다.
이때, 시청자는 제 2 시점 영상 및 제 4 시점 영상이 각각 좌안 및 우안으로 전달됨에 따라 입체영상을 시청할 수 있다.
여기서, 다수의 시점 영상(I1~I5)은 여러 시청 각도(방향)에 따른 영상일 수 있다.
이와 같이 영상표시장치(1)를 사용하면, 실제와 같이 표현될 수 있도록 시청 각도(방향)에 따라 상이한 영상을 볼 수 있어 보다 자연스러운 입체영상을 시청할 수 있다.
도2에 도시한 바와 같이, 종래의 영상표시장치는 표시패널(10)과 광 경로 변경 수단(20) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(10)은, 서로 마주보며 이격된 제 1 기판(12) 및 제 2 기판(14)과, 제 1 기판(12) 및 제 2 기판(14) 사이에 형성된 액정층(미도시)을 포함할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 표시패널(10)에는 시청 각도(방향)에 따른 다수의 시점 영상(I1~I5)을 표시하는 다수의 입체영상 유닛(미도시)이 정의될 수 있다.
이때, 다수의 입체영상 유닛은 예를 들어, 다수의 부화소영역(미도시)일 수 있다.
도시하지는 않았지만, 제 1 기판(12) 및 제 2 기판(14) 내면에는 각각 화소전극 및 공통전극이 형성될 수 있으며, 화소전극에는 데이터 전압이 인가되고 공통전극에는 공통전압이 인가되어 액정층이 구동된다.
그리고, 제 1 기판(12) 및 제 2 기판(14)의 외면에는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 제 1 편광판(11) 및 제 2 편광판(15)이 각각 부착된다.
그리고, 표시패널(10)은 제 1 접착수지(17)를 이용하여 광 경로 변경 수단(20)과 부착될 수 있다.
광 경로 변경 수단(20)은, 갭 기판(22)과 렌즈 어레이(24)를 포함한다.
갭 기판(22)은 배면거리를 유지하는 역할을 하며, 렌즈 어레이(24)의 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는 재질을 사용할 수 있다.
예를 들어, 갭 기판(22)은 유리일 수 있으며, 제 2 접착수지(23)를 이용하여 렌즈 어레이(24)와 부착될 수 있다.
그리고, 갭 기판(22)의 두께가 L1일 수 있다.
렌즈 어레이(24)는 표시패널(10)의 다수의 입체영상 유닛으로부터 입사되는 다수의 시점 영상(I1~I5)을 각각의 시청 각도(방향)에 따라 영상의 경로를 변경시키는 역할을 한다.
도3은 종래의 영상표시장치에서의 시청거리 및 배면거리를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
무안경 방식의 영상표시장치를 사용할 경우에 원하는 위치에 시점 영상을 배열하기 위하여 표시 패널과 광 경로 변경 수단 사이에 일정한 배면거리(S)가 필요하다.
즉, 시청자가 시청 각도(방향)에 따른 다수의 시점 영상을 시청하기 위해서 도3에 도시한 바와 같이, 시청자는 영상표시장치로부터 시청거리(D)만큼 이격되어 있어야 하고, 표시패널은 렌즈 어레이로부터 배면거리(S)만큼 이격되도록 형성될 필요가 있다.
이때, 시청거리(D)는 영상표시장치와 시청자 사이의 거리에 해당하고, 영상표시장치로부터 시청거리(D)만큼 이격된 위치는 다수의 시점 영상이 배열되는 위치일 수 있다.
그리고, 배면거리(S)는 원하는 위치에 시점 영상을 배열하기 위하여 필요한 거리로서 보통 렌즈의 초점거리보다 조금 가까운 거리에 해당한다.
이러한 배면거리를 일정하게 유지하기 위해 표시 패널과 렌즈 어레이 사이에 렌즈 어레이의 굴절률이 유사한 굴절률을 가지는 갭 기판을 형성하게 된다.
그런데, 갭 기판이 표시 패널과 렌즈 어레이 사이에 위치한 경우에, 영상표시장치의 전체 무게와 전체 두께가 증가하게 되어 결과적으로 영상표시장치의 제조 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 렌즈 피치 및 뷰배열을 조절하여 배면거리를 축소시킴에 따라 갭 기판의 크기를 줄일 수 있는 영상표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 영상표시장치는, 다수의 시청방향에 따른 N(N은 2이상의 자연수)개의 시점 영상을 출력하는 표시패널과; 상기 N개의 시점 영상의 경로를 변경시키는 광 경로 변경 수단을 포함하며, 상기 표시패널에는 상기 N개의 시점 영상을 구현하기 위한 N개의 입체영상 유닛으로 이루어지는 영상 그룹이 다수 형성되고, 상기 광 경로 변경 수단에는 광 경로 변경부의 단위 폭이 상기 영상 그룹과 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 영상 그룹은 N-a개의 입체영상 유닛들과 a(1≤a≤N/2, a는 자연수)개의 입체영상 유닛들로 정의되거나, N-(a+b)개의 입체영상 유닛들과 a(2≤a≤N-(a+b), a는 자연수)개의 입체영상 유닛들과 b개의 입체영상 유닛들(1≤b≤a, b는 자연수)로 정의될 수 있다.
그리고, 상기 N이 5인 경우에, 상기 영상 그룹은 제 1 방향을 따라 반복 배치되는 제 1 입체영상 유닛 및 제 3 입체영상 유닛 및 제 5 입체영상 유닛과, 제 2 방향을 따라 상기 제 3 입체영상 유닛 및 제 5 입체영상 유닛의 하부에 각각 배치되는 제 2 입체영상 유닛 및 제 4 입체영상 유닛으로 정의될 수 있다.
그리고, 상기 광 경로 변경부가 렌즈 어레이인 경우에, 상기 렌즈 어레이의 장축은 제 2 축(수직 축)을 기준으로 제 1 각도 기울어지도록 형성할 수 있다.
이때, 상기 다수의 시점 영상의 수평 길이는 (65*K)mm일 수 있다.
그리고, 상기 광 경로 변경부가 배리어인 경우에, 상기 배리어의 장축은 제 2 축(수직 축)을 기준으로 제 1 각도 기울어지도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 광 경로 변경 수단은 상기 광 경로 변경부와 상기 표시패널 사이의 거리인 배면거리를 유지하기 위한 갭 기판을 더 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상표시장치 및 그 제조방법에서는, 무안경 방식의 영상표시장치에서 렌즈의 폭 및 입체영상 유닛의 배치를 조절함에 따라 배면거리를 축소시켜 갭 기판의 크기를 줄일 수 있다.
그 결과 영상표시장치의 경량화와 박형화가 가능해지고 제조 비용도 줄일 수 있다.
도1은 종래의 영상표시장치의 다수의 시청 영역을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도2는 종래의 영상표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도3은 종래의 영상표시장치에서의 시청거리 및 배면거리를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도6a 및 도6b는 종래의 영상표시장치에서의 렌즈 어레이 및 입체영상 유닛의 배치를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도7a 및 도7b는 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치에서의 렌즈 어레이 및 입체영상 유닛의 배치를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도8 및 도9는 종래 및 본 발명의 영상표시장치에서의 다수의 시점 영상의 크기 및 영상의 세기 분포를 비교하기 위해 참조되는 도면이다.
도10은 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치에서의 시청거리 및 배면거리를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해 이하에서는 영상표시장치로서 액정표시장치를 예로 들어 설명하지만 이에 한정되지 아니하고, 유기발광 다이오드표시장치 등의 평판표시장치로 구현될 수도 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도5는 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위해서 시점 영상은 'I'를 부가하여 설명하기로 한다.
도4및 도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치는 표시패널(110)과 광 경로 변경 수단(120) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(110)은 서로 마주보며 이격된 제 1 기판(112) 및 제 2 기판(114)과, 제 1 기판(112) 및 제 2 기판(114) 사이에 형성된 액정층(미도시)을 포함할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 표시패널(110)에는 여러 시청 각도(방향)에 따른 N개의 시점 영상을 표시하는 다수의 입체영상 유닛을 포함할 수 있다.
이때, N(N은 2이상의 자연수)개의 시점 영상을 구현하기 위한 N개의 입체영상 유닛들의 최소 묶음을 영상 그룹으로 정의할 수 있다.
이러한 영상 그룹은 제 1 열에 배치되는 N-a개의 홀수 번째의 입체영상 유닛들과 배치되고, 제 2 열에 배치되는 a개의 짝수 번째의 입체영상 유닛들로 정의될 수 있다. (1≤a≤N/2, a는 자연수)
그리고, 표시패널(110)에는 상기 N개의 입체영상 유닛으로 이루어지는 영상 그룹이 다수 형성될 수 있다.
이때, 다수의 입체영상 유닛은 시청 각도(방향)에 따른 다수의 시점 영상을 표시하는 다수의 부화소영역(미도시)일 수 있으며, 각각 좌안영상 또는 우안영상을 표시할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치가 5개의 시점 영상을 구현할 수 있는 표시장치라고 하면(N=5), 다수의 시점 영상은 제 1 시점 영상 내지 제 5 시점 영상(I1~I5)이고 다수의 입체영상 유닛은 제 1 입체영상 유닛 내지 제 5 입체영상 유닛(U1~U5)일 수 있다.
영상 그룹은 제 1 내지 제 5 입체영상 유닛으로 이루어질 수 있으며, 제 1 열에 배치되는 3개의 홀수 번째의 입체영상 유닛들(U1, U3, U5)과, 제 2 열에 배치되는 2개의 짝수 번째의 입체영상 유닛들(U2, U4)로 정의될 수 있다.
이와 같은 입체영상 유닛의 배치 및 영상 그룹 구조는 일예로 설명한 것으로 이에 한정되지 아니한다.
여기서, 도시하지는 않았지만, 제 1 기판(112)에는 서로 교차하여 부화소영역(미도시)을 정의하는 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과, 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결되는 박막트랜지스터(미도시)가 형성될 수 있다.
그리고, 제 1 기판(112)에는 박막트랜지스터에 연결되어 각 화소영역(미도시)에 배치되는 화소전극(미도시) 등이 형성될 수 있다.
또한, 제 2 기판(114)에는 다수의 적, 녹, 청색 컬러필터(미도시)와, 다수의 블랙매트릭스(미도시) 등이 형성된다.
이와 같은 표시패널(110)은 화소전극에 인가된 데이터 전압에 의해 전기장이 형성되고, 그에 따라 액정층의 액정분자의 배열이 변하여 광 투과율을 조절함에 따라 영상을 구현할 수 있다.
한편, 제 1 기판(112) 및 제 2 기판(114)의 외면에는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 제 1 편광판(111) 및 제 2 편광판(115)이 각각 부착된다.
그리고, 표시패널(110)은 제 1 접착수지(117)를 이용하여 N개의 시점 영상의 경로를 변경시키는 광 경로 변경 수단(120)과 부착될 수 있다.
광 경로 변경 수단(120)은, 갭 기판(122)과 광 경로 변경부인 렌즈 어레이(124)를 포함한다.
이때, 광 경로 변경 수단(120)은 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 등의 렌즈 어레이(lens array) 등일 수 있는데, 여기서는 설명의 편의를 위하여 렌즈 어레이를 예로 들어 설명하기로 한다.
갭 기판(122)은 배면거리를 유지하는 역할을 하며, 렌즈 어레이(24)의 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는 재질을 사용할 수 있다.
예를 들어, 갭 기판(122)은 유리일 수 있으며, 제 2 접착수지(123)를 이용하여 렌즈 어레이(124)와 부착될 수 있다.
여기서, 배면거리는 원하는 위치에 시점 영상을 배열하기 위하여 필요한 거리로서 보통 렌즈의 초점거리보다 조금 가까운 거리일 수 있으며, 보통 렌즈 어레이와 표시패널 사이의 거리를 의미한다.
렌즈 어레이(124)는 표시패널(110)의 다수의 입체영상 유닛으로부터 입사되는 다수의 시점 영상(I1~I5)을 각각의 시청 각도(방향)에 따라 영상의 경로를 변경시키는 역할을 한다.
한편, 본 발명에 따른 광 경로 변경 수단(120)에서는 종래 대비 렌즈 어레이(124)에서의 각 렌즈의 곡률이 커지도록 형성할 수 있다. (도2의 A 및 도5의 B 참조)
예를 들어, 본 발명에 따른 광 경로 변경 수단(120)에서는 렌즈 어레이(124)에서의 각 렌즈의 곡률 반지름은 종래의 렌즈 어레이에서의 곡률 반지름의 1/2배 일 수 있다.
이때, 곡률이란 곡선 또는 곡면의 휨 정도를 나타내는 변화율로서, 곡률이 크면 곡선의 변화율이 큰 것이고, 곡률이 작으면 곡선의 변화율이 작은 것이다.
한편, 렌즈의 곡률을 변경하려면, 렌즈의 곡률 반지름을 바꾸어야 한다.
예를 들어, 렌즈의 곡률이 커지도록 하려면 렌즈의 곡률 반지름을 작게 해야 하고, 렌즈의 곡률이 작아지도록 하려면 렌즈의 곡률 반지름을 크게 해야 한다.
즉, 렌즈의 곡률과 곡률반지름은 반비례 관계이다.
따라서, 본 발명에 따른 광 경로 변경 수단(120)에서 종래 대비 렌즈 어레이(124)에서의 각 렌즈의 곡률이 커지도록 형성하려면, 렌즈의 곡률반지름을 작게 해야 한다.
그런데, 렌즈의 곡률이 커지면, 동일 시청거리에서 시점 영상의 크기가 커지게 된다.
왜냐하면, 렌즈의 곡률이 커지면 초점거리가 짧아지고, 초점거리가 짧아지면, 배율이 커지기 때문이다.
여기서, 렌즈의 곡률과 초점거리와의 관계를 수학식 1을 참조하여 설명하기로 한다.
[수학식1]
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이때, a는 시청거리이고, b는 배면거리이며, f는 렌즈의 초점거리이고, r은 렌즈의 곡률반지름을 의미한다.
본 발명에 따른 광 경로 변경 수단(120)에서는 종래 대비 렌즈 어레이(124)에서의 각 렌즈의 곡률이 커지도록 형성하게 된다.
그런데 앞서 살펴본 바와 같이, 렌즈의 곡률과 곡률반지름은 반비례 관계이기 때문에 곡률이 커지면 곡률반지름이 감소하게 된다.
곡률반지름이 감소하면 수학식에 따라 초점거리도 짧아지게 된다.
즉, 본 발명에 따른 광 경로 변경 수단(120)에서는 종래 대비 렌즈 어레이(124)에서의 각 렌즈의 곡률을 증가시키기 때문에 렌즈의 초점거리가 짧아지게 된다.
한편, 배율이란 물체의 크기와 상의 크기의 비율을 의미하는데, 렌즈의 초점거리가 짧아짐에 따라 렌즈에 맺히는 영상의 크기 대비 각각의 시청영역(시청 방향)으로 전달되는 영상의 크기가 커질 수 있다. 즉, 배율이 커지게 된다.
따라서, 시청거리를 동일하게 유지할 경우에, 렌즈의 곡률이 커지면 시점 영상의 크기가 커지게 된다.
그리고, 본 발명에서 렌즈의 곡률이 커지면 배면거리가 짧아져 배면거리를 유지하기 위한 갭 기판(122)의 두께가 L2로 감소할 수 있다. (L2 < L1)
그런데, 단지 렌즈의 곡률만 변화시킬 경우에, 시점 영상의 크기 뿐만 아니라 시점 영상 사이의 간격도 커지게 된다.
그리하여 시점 영상 사이의 간격이 좌우안 간격인 65mm를 넘게 되면, 시청자는 입체영상을 시청하기 어렵게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 광 경로 변경 수단(120)에서는 입체영상을 구현하기 위해 렌즈의 곡률뿐만 아니라 렌즈의 폭 및 입체영상 유닛의 배치 등을 더욱 조절할 필요가 있다.
이에 대해서는 도7a 및 도7b에서 자세히 설명하기로 한다.
한편, 광 경로 변경부가 배리어(미도시)인 경우에는 광 경로 변경수단(120)을 표시패널(110)에 좀 더 밀착시켜 부착시킴에 따라 배면거리를 줄일 수 있다.
다시 도4를 참조하면, 표시패널 구동부(130)는 영상신호(RGB)와 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)와 데이터인에이블 신호(DE), 그리고 클럭신호(CLK) 등을 이용하여 게이트 제어신호 및 데이터신호 등을 생성하고, 생성된 게이트제어신호 및 데이터신호를 표시패널(110)로 전달한다.
이러한 표시패널 구동부(130)는 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB)에 장착될 수 있다.
시스템부(150)는, 영상신호(RGB)와 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)와 데이터인에이블 신호(DE), 그리고 클럭신호(CLK) 등을 표시패널 구동부(130)로 전달하며, 예를 들어 TV 시스템 또는 그래픽 카드일 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 영상표시장치는, 양안의 시차를 이용하여 입체영상을 구현하게 된다.
이때, 양안의 시차를 이용하여 입체영상을 구현하기 위해서는 표시패널(110)로부터 출사되는 좌안영상(L) 및 우안영상(R)이 분리되어 각각 시청자의 좌안 및 우안으로 전달될 필요가 있다.
예를 들어, 표시패널(110)로부터 출사되는 다수의 영상은 광 경로 변경 수단(120)에 의해 영상의 경로가 변경되어 좌안영상 및 우안영상으로 분리된다.
또한, 표시패널(110)로부터 출사되는 다수의 영상은 광 경로 변경 수단(120)에 의해 영상의 경로가 변경되어 시청 각도(방향)에 따른 각각의 시점 영상으로 분리된다.
다시 말해서, 광 경로 변경 수단(120)을 포함하는 영상표시장치는 표시패널(110)로부터 출사되는 다수의 영상을 광 경로 변경 수단(120)에 의해 영상의 경로를 변경시킴에 따라 시점 영상으로 분리하고 분리된 시점 영상을 각각 상이한 시청영역(시청 방향)으로 전달한다.
그리고, 시청자의 좌안 및 우안에 서로 다른 시점 영상이 전달되어 시청자는 입체감을 느낄 수게 된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치는 광 경로 변경 수단(120)에 의해 기존의 편광 안경이나 셔터 안경 등과 같은 특수안경을 사용하지 않고도 입체 영상을 구현할 수 있다.
도6a 및 도6b는 종래의 영상표시장치에서의 렌즈어레이 및 입체영상 유닛의 배치를 설명하기 위해 참조되는 도면이고, 도7a 및 도7b는 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치에서의 렌즈 어레이 및 입체영상 유닛의 배치를 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 이때, 영상표시장치는 5개의 시점 영상을 구현하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도6a 및 도6b에 도시한 바와 같이, 종래의 광 경로 변경수단에서의 렌즈 어레이(24)를 구성하는 각각의 렌즈(24a, 24b)는 5개의 입체영상 유닛(U1~U5)과 대응되도록 형성된다.
이때, 각각의 렌즈의 폭(pitch)은 5개의 입체영상 유닛 보다는 약간 작도록 제작되는 것이 바람직하다.
그리고, 종래의 표시패널에서 다수의 입체영상 유닛의 배치는 제 1 입체영상 유닛(U1) 내지 제 5 입체영상 유닛(U5)이 반복 배치될 수 있다.
예를 들어, 다수의 입체영상 유닛은 제 1 방향(수평방향)을 따라 제 1 입체영상 유닛(U1), 제 2 입체영상 유닛(U2), 제 3 입체영상 유닛(U3), 제 4 입체영상 유닛(U4), 그리고 제 5 입체영상 유닛(U5) 순으로 배치될 수 있다.
그리고, 다수의 입체영상 유닛은 제 2 방향(수직방향)을 따라서 동일한 입체영상 유닛이 배치될 수 있다.
이때, 제 1 입체영상 유닛(U1) 내지 제 5 입체영상 유닛(U5)은 예를 들어 각각 제 1 시점영상 내지 제 5 시점영상을 표시하는 부화소영역일 수 있다.
도6b에 도시한 바와 같이, 제 1 시점영상 내지 제 5 시점영상은 표시패널로부터 시청거리(D) 정도 이격되어 구현될 수 있다.
이때, 제 1 시점영상 내지 제 5 시점영상의 수평 길이(E)는 예를 들어 65mm일 수 있다.
여기서, 시청거리(D) 및 배면거리(S)와의 관계는 수학식2와 같다.
[수학식2]
Figure pat00002
이때, D는 시청거리이고, S는 배면거리이며, E는 양안 간격(시점영상의 수평 길이)이고, P는 입체영상 유닛의 폭을 의미한다.
반면에, 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치에서는 도7a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광 경로 변경수단에서의 렌즈 어레이(124)는 2개의 렌즈(124a, 124b)가 5개의 입체영상 유닛(U1~U5)과 대응되도록 형성될 수 있다.
이때, 각각의 렌즈의 폭(pitch)은 2.5개의 입체영상 유닛 보다는 약간 작도록 제작되는 것이 바람직하다.
여기서, 렌즈의 폭은 광 경로 변경부의 단위 폭일 수 있다.
그리고, 광 경로 변경부인 렌즈 어레이(124)의 장축은 y축을 기준으로 제 1 각도(α)만큼 기울어져 형성된다.
마찬가지로, 광 경로 변경부가 배리어(미도시)인 경우에도 배리어의 장축은 y축을 기준으로 제 1 각도(α)만큼 기울어져 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 광 경로 변경부가 배리어(미도시)인 경우에 광 경로 변경부의 단위 폭은 슬릿(투과부)의 폭일 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 표시패널에서 다수의 입체영상 유닛의 배치는 제 1 입체영상 유닛(U1) 내지 제 5 입체영상 유닛(U5)가 반복 배치될 수 있다.
예를 들어, 다수의 입체영상 유닛은 제 1 방향(수평방향)을 따라 제 1 입체영상 유닛(U1), 제 3 입체영상 유닛(U3), 제 5 입체영상 유닛(U5), 제 2 입체영상 유닛(U2), 그리고 제 4 입체영상 유닛(U4) 순으로 배치될 수 있다. (U1, U3, U5, U2, U4)
그리고, 다수의 입체영상 유닛은 제 2 방향(수직방향)을 따라서 제 1 입체영상 유닛(U1), 제 3 입체영상 유닛(U3) 및 제 5 입체영상 유닛(U5)의 하부에는 각각 제 5 입체영상 유닛(U5), 제 2 입체영상 유닛(U2) 및 제 4 입체영상 유닛(U4)이 배치될 수 있다.
또한, 제 2 입체영상 유닛(U2) 그리고 제 4 입체영상 유닛(U4)의 하부에는 각각 제 1 입체영상 유닛(U1) 및 제 3 입체영상 유닛(U3)이 배치될 수 있다.
여기서, 제 1 입체영상 유닛(U1) 내지 제 5 입체영상 유닛(U5)은 예를 들어 각각 제 1 시점영상 내지 제 5 시점영상을 표시하는 부화소영역일 수 있다.
이때, 제 1 방향(수평방향)을 따라 배치되는 제 1 입체영상 유닛(U1) 및 제 3 입체영상 유닛(U3) 및 제 5 입체영상 유닛(U5)과, 상기 제 3 입체영상 유닛(U3) 및 제 5 입체영상 유닛(U5)의 하부에 각각 배치되는 제 2 입체영상 유닛(U2) 및 제 4 입체영상 유닛(U4)은 하나의 영상 그룹(G)으로 정의할 수 있다.
이때, 영상 그룹(G)이란 여러 시청 각도(방향)에 따른 N개의 시점 영상을 구현하기 위한 입체영상 유닛들의 최소 묶음이라고 할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았지만, 영상 그룹은 제 1 열에 N-(a+b)개의 입체영상 유닛들이 배치되고, 제 2 열에 a개의 입체영상 유닛들이 배치되고(2≤a≤N-(a+b), a는 자연수), 제 3 열에 b개의 입체영상 유닛들이 배치되어 정의될 수도 있다. (1≤b≤a, b는 자연수)
예를 들어, N이 5인 경우에, 영상 그룹은 제 1 열에 배치되는 2개의 입체영상 유닛들(U1, U4)과, 제 2 열에 배치되는 2개의 입체영상 유닛(U2, U5)과, 제 3 열에 배치되는 1개의 입체영상 유닛(U3)로 정의될 수 있다,
좀 더 자세히 설명하면, 제 1 열에는 제 1 방향(수평방향)으로 따라 제 1 입체영상 유닛(U1) 및 제 4 입체영상 유닛(U4)이 배치되고, 제 2 열에는 제 4 입체영상 유닛(U4) 하부에 제 2 입체영상 유닛(U2)이 배치되고, 제 1 방향(수평방향)으로 따라 제 2 입체영상 유닛(U2)과 이웃하여 제 5 입체영상 유닛(U5)이 배치될 수 있다.
그리고, 제 3 열에는 제 5 입체영상 유닛(U5) 하부에 제 3 입체영상 유닛(U3)이 배치될 수 있다.
즉, 제 1 열에 배치되는 2개의 입체영상 유닛(U1, U4)과, 제 2 열에 배치되는 2개의 입체영상 유닛(U2, U5)과, 제 3 열에 배치되는 1개의 입체영상 유닛(U3)로 정의될 수 있다,
이 경우에는 광 경로 변경부인 렌즈 어레이(124)의 장축은 y축을 기준으로 제 2 각도(β)만큼 기울어져 형성될 수 있다. (β>α)
그리고, 각각의 렌즈의 폭(pitch)은 2개의 입체영상 유닛 보다는 약간 작도록 제작되는 것이 바람직하다.
여기서, 렌즈의 폭은 광 경로 변경부의 단위 폭일 수 있다.
마찬가지로, 광 경로 변경부가 배리어(미도시)인 경우에도 배리어의 장축은 y축을 기준으로 제 2 각도(β)만큼 기울어져 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 광 경로 변경부가 배리어(미도시)인 경우에 광 경로 변경부의 단위 폭은 슬릿(투과부)의 폭일 수 있다.
도7b에 도시한 바와 같이, 제 1 시점영상 내지 제 5 시점영상은 표시패널로부터 시청거리(D) 정도 이격되어 구현될 수 있다.
이때, 제 1 시점영상 내지 제 5 시점영상의 수평 길이(E')는 예를 들어 130mm일 수 있으며, 각각의 시점영상은 이웃하는 시점영상과 일정부분 겹치도록 구현될 수 있다.
이때, 시점영상의 수평 길이(E')는 130mm에 한정되지 아니하고, (65*K)mm인 것이 바람직하며, 이때, K는 예를 들어, 1/2, 1, 3/2, 2 등일 수 있다. 이는 입체영상 유닛의 배치에 따라 달라지게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 시청거리(D') 및 배면거리(S')와의 관계를 수학식2를 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치에서 입체영상 유닛의 폭(P')은 종래의 영상표시장치의 입체영상 유닛의 폭(P)과 동일하다 (P'= P)
한편, 본 발명에서는 종래 대비 렌즈 어레이(124)에서의 각 렌즈의 곡률이 커지도록 형성함에 따라 동일 시청거리에서 시점 영상의 크기가 커지게 된다.
그리고, 시점 영상의 크기가 커짐에 따라 시점 영상 사이의 간격도 커지게 된다.
이때, 시점 영상의 수평 길이는 65mm에서 130mm로 커지기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치의 양안 간격(E')은 종래의 영상표시장치의 양안 간격(E)의 2배가 된다고 볼 수 있다. (E'= 2E)
이를 수학식 2에 대입하면, 수학식 3과 같다.
[수학식3]
Figure pat00003
따라서, 종래와 본 발명에서의 시청거리가 동일하기 때문에 본 발명에 따른 영상표시장치의 배면거리(S')는 종래의 배면거리(S)의 1/2배가 되어야 한다. (S'= S/2)
다시 말해서, 본 발명에 따른 영상표시장치에서는 렌즈 어레이(124)의 렌즈의 곡률을 크게 하여 배면거리를 줄일 수 있다.
더불어 렌즈 어레이(124)의 렌즈의 폭을 줄임에 따라 상대적으로 커진 시점 영상 간의 간격이 좁혀 영상들이 겹치도록 하여 입체 영상을 구현하도록 조절할 수 있다.
도8 및 도9는 종래 및 본 발명의 영상표시장치에서의 다수의 시점 영상의 크기 및 영상의 세기 분포를 비교하기 위해 참조되는 도면이다.
도8에 도시한 바와 같이, 종래의 영상표시장치에서 다수의 시점 영상 사이의 간격은 E/2이고, 영상의 세기 분포는 E만큼 퍼져 있다.
이때, E는 양안 간격이며, 영상의 세기 분포 길이는 시점 영상의 수평길이에 대응될 수 있다.
반면에, 도9에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 영상표시장치에서 다수의 시점 영상 사이의 간격은 E이고, 영상의 세기 분포는 2E만큼 퍼져 있다.
즉, 종래의 영상표시장치에서는 시점 영상의 수평길이가 E(65mm)가 되고 시점 영상 간 간격은 65/2mm이기 때문에, 시청자의 좌안 및 우안에는 이웃하는 시점 영상이 전달될 수 없다.
반면에, 본 발명에 따른 영상표시장치에서는 시점 영상의 수평길이가 2E(130mm)가 되고, 영상 겹침을 이용하면 시점 영상 간 간격이 E(65mm)가 되기 때문에, 시청자의 좌안 및 우안에는 이웃하는 시점 영상이 전달되게 된다.
이때, 영상 겹침 정도에 따라 시점 영상 간의 간격은 달라질 수 있는데, 영상 겹침 정도는 영상 그룹에서의 입체영상 유??의 배치와 광 경로 변경부의 단위 폭, 그리고 광 경로 변경부의 경사각에 따라 달라질 수 있다.
도10은 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치에서의 시청거리 및 배면거리를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치에서는 시청자와 영상표시장치와의 시청거리는 D이고, 표시패널은 렌즈 어레이로부터 배면거리(S')만큼 이격되도록 형성된다.
이때, 영상표시장치로부터 시청거리(D)만큼 이격된 위치는 다수의 시점 영상이 배열되는 위치일 수 있다.
그리고, 배면거리(S')는 원하는 위치에 시점 영상을 배열하기 위하여 필요한 거리로서 종래 대비 1/2배로 감소하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 영상표시장치에서는, 무안경 방식의 영상표시장치에서 렌즈의 폭 및 입체영상 유닛의 배치를 조절함에 따라 배면거리를 축소시켜 갭 기판의 크기를 줄일 수 있다.
그 결과 영상표시장치의 경량화와 박형화가 가능해지고 제조 비용도 줄일 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위 및 이와 균등한 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
110: 표시패널 112: 제 1 기판
114: 제 2 기판 120: 광 경로 변경 수단
122: 갭 기판 124: 렌즈 어레이

Claims (7)

  1. 다수의 시청방향에 따른 N(N은 2이상의 자연수)개의 시점 영상을 출력하는 표시패널과;
    상기 N개의 시점 영상의 경로를 변경시키는 광 경로 변경 수단을 포함하며,
    상기 표시패널에는 상기 N개의 시점 영상을 구현하기 위한 N개의 입체영상 유닛으로 이루어지는 영상 그룹이 다수 형성되고,
    상기 광 경로 변경 수단에는 광 경로 변경부의 단위 폭이 상기 영상 그룹과 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 그룹은 N-a개의 입체영상 유닛들과 a(1≤a≤N/2, a는 자연수)개의 입체영상 유닛들로 정의되거나, N-(a+b)개의 입체영상 유닛들과 a(2≤a≤N-(a+b), a는 자연수)개의 입체영상 유닛들과 b개의 입체영상 유닛들(1≤b≤a, b는 자연수)로 정의되는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 N이 5인 경우에,
    상기 영상 그룹은 제 1 방향을 따라 반복 배치되는 제 1 입체영상 유닛 및 제 3 입체영상 유닛 및 제 5 입체영상 유닛과, 제 2 방향을 따라 상기 제 3 입체영상 유닛 및 제 5 입체영상 유닛의 하부에 각각 배치되는 제 2 입체영상 유닛 및 제 4 입체영상 유닛으로 정의되는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 경로 변경부가 렌즈 어레이인 경우에, 상기 렌즈 어레이의 장축은 제 2 축(수직 축)을 기준으로 제 1 각도 기울어지는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 시점 영상의 수평 길이는 (65*K)mm인 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 경로 변경부가 배리어인 경우에, 상기 배리어의 장축은 제 2 축(수직 축)을 기준으로 제 1 각도 기울어지는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 경로 변경 수단은 상기 광 경로 변경부와 상기 표시패널 사이의 거리인 배면거리를 유지하기 위한 갭 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
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