KR20130091285A - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 출원은 입체 영상 표시 장치, 이를 시청할 수 있도록 하는 특수 안경에 관한 것이다. 본 출원의 예시적인 입체 영상 표시 장치는 셔터 글라스 타입과 필름 편광 패턴 타입의 전환이 가능하다. 상기 입체 영상 표시 장치는 선명한 화질의 3차원 입체 영상의 시청을 원할 경우 셔터 글라스 타입으로 전환이 가능하며, 다수의 사람들이 3차원 입체 영상의 시청을 원할 경우 필름 편광 패턴 타입으로 전환하여 3차원 입체 영상을 시청할 수 있다.

Description

입체 영상 표시 장치{Stereoscopic Image Display Device}

본 출원은 입체 영상 표시 장치 및 이를 시청할 수 있도록 하는 특수 안경에 관한 것이다.

일반적으로, 3차원 영상표시 기술에서는 근거리에서 입체감을 인식하는 가장 큰 요인인 양안시차(binocular parallax)를 이용하여 물체의 입체감을 표현한다. 즉, 왼쪽 눈(좌안)과 오른쪽 눈(우안)에는 각각 서로 다른 2차원 영상이 비춰지고, 좌안에 비춰지는 영상(이하, “좌안 영상”이라 함)과 우안에 비춰지는 영상(이하, “우안 영상”이라 함)이 뇌로 전달되면, 좌안 영상과 우안 영상은 뇌에서 융합되어 깊이감(depth perception)을 갖는 3차원 영상으로 인식된다.

입체 영상 표시 장치는 양안시차를 이용하는 것으로, 셔터 글래스(shutter glasses), 편광 안경(polarized glasses) 등의 안경을 이용하는 안경식(stereoscopic) 방법과, 안경을 이용하지 않고 표시 장치에 렌티큘러 렌즈(lenticular lens), 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 등을 배치하는 비안경식(autostereoscopic) 방법이 있다.

셔터 글래스 방식은 입체 영상 표시 장치에서 좌안 영상과 우안 영상이 분리되어 연속적으로 출력되고, 셔터 글래스의 좌안 셔터와 우안 셔터가 선택적으로 개폐됨으로써 입체 영상이 표현되는 방법이다. 좌안 영상과 우안 영상을 순차적으로 재생하기 때문에 화질 저하가 없고 고해상도의 3차원 입체 영상 구현이 가능하나, 120 Hz 이상의 프레임율이 요구되고, 무겁고 비싼 안경과 셔터의 깜박거림으로 인해 눈의 피로가 쉽게 오는 단점이 있다.

편광 안경 방식은 서로 다른 편광 특성을 갖는 좌안 영상과 우안 영상을 배출하고, 입체 안경에 편광판 등을 부착하여 좌안 렌즈에는 좌안 영상만 투시되도록 하고, 우안 렌즈에는 우안 영상만 투시되도록 함으로써 입체감을 느끼게 하는 방식으로 안경이 가볍고 저렴하며, Hz에 영향을 받지 않는 장점이 있으나, 시야각이 다소 좁고 색감이 떨어진다는 단점이 있다.

따라서, 셔터 글래스 방식 및 편광 안경 방식의 단점을 극복할 수 있는 입체 영상 표시 장치에 대한 연구가 필요하다.

본 출원은 입체 영상 표시 장치 및 이를 시청할 수 있도록 하는 특수 안경을 제공한다.

본 출원의 하나의 구현예는 제 1 및 제 2 영역을 포함하는 표시 소자; 상기 표시 소자로부터 전달된 신호가 투과될 수 있도록 배치되고 표시 소자로부터 전달된 광을 2 종의 광으로 분할하여 출사하도록 제 3 및 제 4 영역이 형성되어 있는 광학 필터; 및 3차원 싱크 신호를 셔터 안경에 전송하는 스테레오 제어부를 포함하는 입체 영상 표시 장치를 제공한다.

본 출원의 다른 구현예는 상기 3차원 싱크 신호와 동기화 되어 있는 셔터를 포함하는 셔터 안경; 및 상기 광학 필터의 제 3 영역과 매칭되는 제 5 영역과 제 4 영역과 매칭되는 제 6 영역을 포함하는 편광 안경을 제공한다.

본 출원의 예시적인 입체 영상 표시 장치는 셔터 글라스(Shutter Glass; SG) 타입과 필름 편광 패턴(Film Patterned Retarder; FPR) 타입의 전환이 가능하다. 상기 입체 영상 표시 장치는 선명한 화질의 3차원 입체 영상의 시청을 원할 경우 SG 타입으로 전환이 가능하며, 다수의 사람들이 3차원 입체 영상의 시청을 원할 경우 FPR 타입으로 전환하여 3차원 입체 영상을 시청할 수 있다.

도 1은 예시적인 입체 영상 표시 장치와 이를 시청할 수 있는 특수 안경을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 출원의 하나의 구현예는 제 1 및 제 2 영역을 포함하는 표시 소자; 상기 표시 소자로부터 전달된 신호가 투과될 수 있도록 배치되고 표시 소자로부터 전달된 광을 2 종의 광으로 분할하여 출사하도록 제 3 및 제 4 영역이 형성되어 있는 광학 필터; 및 3차원 싱크 신호를 안경에 전송하는 스테레오 제어부를 포함하는 입체 영상 표시 장치를 제공한다.

상기 표시 소자에는 제 1 및 제 2 영역이 형성되어 있을 수 있다. 제 1 및 제 2 영역 중 어느 하나의 영역은 좌안용 영상 신호(이하 L 신호라 한다)를 생성하는 영역(이하 UL 영역이라 한다)이고, 다른 하나의 영역은 우안용 영상 신호(이하 R 신호라 한다)를 생성하는 영역(이하 UR 영역이라 한다)이다. 표시 소자의 각 영역을 UL 및 UR 영역으로 나누어 호칭하기는 하지만 표시 소자의 UL 및 UR 영역은 각각 L 및 R 신호를 표시할 뿐 아니라 전 영역에서 L 또는 R 신호를 표시할 수 있다. 즉, 상기 표시 소자는 하나의 구동 상태에서 UL 및 UR 영역의 전 영역에서 L 신호와 R 신호를 번갈아 표시할 수 있다. 또한, 상기 표시 소자는 다른 하나의 구동 상태에서 UL 영역에서 L 신호를 표시하고, UR 영역에서 R 신호를 표시할 수 있다. 본 명세서에서는 편의상 제 1 영역을 UL 영역으로, 제 2 영역을 UR 영역으로 호칭한다.

상기 표시 소자로는, 예를 들면, 액정 표시 소자, 유기 발광 표시 소자, 플라즈마 표시 소자 또는 전기 영동 표시 소자 등을 사용할 수 있다.

하나의 예시에서 상기 표시 소자는 액정 표시 소자일 수 있다. 상기 액정 표시 소자는, 예를 들면, 상부 기판, 하부 기판 그리고 상부 기판과 하부 기판 사이에 주입되어 있는 액정층을 포함할 수 있다.

상기 하부 기판에는 게이트선, 데이트선, 화소 전극 및 이들에 연결된 박막 트랜지스터가 형성되어 있을 수 있다. 박막 트랜지스터는 게이트선 및 데이트선에 인가되는 신호에 기초하여 화소 전극에 인가되는 전압을 제어한다. 화소 전극은 투과 영역과 반사 영역을 가지는 반투과형 화소 전극으로 형성될 수 있다. 또한, 유지 용량 커패시터가 추가 형성될 수 있으며, 이는 화소 전극에 인가된 전압이 일정 시간 동안 유지되도록 한다. 예를 들어 하나의 화소는 박막 트랜지스터, 유지 용량 커패시터 및 액정 용량 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 하부 기판에 대향하는 상부 기판에는 블랙 매트릭스, 컬러 필터 및 공통 전극이 위치할 수 있다. 이외에도 상부 기판에 형성된 컬러 필터, 블랙 매트릭스 및 공통 전극 중 적어도 하나가 하부 기판에 형성될 수 있으며, 공통 전극과 화소 전극이 모두 하부 기판에 형성된 경우에는 양 전극 중 적어도 하나는 선형 전극 형태로 형성될 수 있다.

상기 액정 표시 소자는 상부 기판 및 하부 기판에 형성된 두 전극 사이에서 발생하는 전계에 의하여 액정의 배향 방향을 변경시키고, 이에 따라 광의 투과량을 조절하여 영상 신호를 표시할 수 있다. 액정층은 TN(Twisted nematic) 모드의 액정, VA(vertically alingned) 모드의 액정, ECB(electrically controlled birefringence) 모드의 액정 등을 포함할 수 있다. 상부 기판의 외측면 및 하부 기판의 외측면에는 각각 편광판이 부착되어 있을 수 있다. 본 명세서에서는 편의상 하부 기판의 외측면에 부착된 편광판을 제 1 편광판이라 호칭하고, 상부 기판의 외측면에 부착된 편광판을 제 2 편광판이라 호칭한다. 또한, 기판과 편광판 사이에 보상 필름이 추가될 수 있다.

상기 액정 표시 소자는 광원을 포함하며, 광원의 예로는 CCFL(cold cathode fluorescent lamp)과 같은 형광 램프, LED 등이 있다. 또한 상기 광원에 반사판, 도광판, 휘도 향상 필름 등을 추가하여 사용하는 것이 가능하다.

상기 입체 영상 표시 장치에서 광원, 표시 소자 및 광학 필터는 광원으로부터 출사된 광이 표시 소자 및 광학 필터를 순차적으로 투과하여 관찰자에게 도달할 수 있도록 배치되어 있을 수 있다.

하나의 예시로 상기 표시 소자가 UL 및 UR 영역의 전 영역에서 L 신호와 R 신호를 번갈아 표시하는 과정을 설명한다. 예를 들어, 광원에서 출사한 광이 제 1 편광판에 입사하면, 상기 제 1 편광판의 투과축과 평행하게 편광된 광만이 제 1 편광판을 투과하여 표시 소자로 입사한다. 그리고, 표시 소자의 UL 영역을 투과한 광 및 UR 영역을 투과한 광은 동일하게 L 신호 또는 R 신호가 될 수 있다. 이렇게 생성된 L 신호 또는 R 신호는 제 2 편광판에 입사하면, 상기 제 2 편광판의 투과축과 평행하게 편광된 신호 만이 제 2 편광판을 투과하여 광학 필터에 입사할 수 있다.

다른 예시로 상기 표시 소자가 UL 영역에서 L 신호를 표시하고, 동시에 UR 영역에서 R 신호를 표시하는 과정을 설명한다. 예를 들어, 광원에서 출사한 광이 제 1 편광판에 입사하면, 상기 제 1 편광판의 투과축과 평행하게 편광된 광만이 제 1 편광판을 투과한다. 투과된 광이 표시 소자에 입사하여, UL 영역을 투과한 광은 L 신호가 되며, UR 영역을 투과한 광은 R 신호가 될 수 있다. L 및 R 신호가 제 2 편광판에 입사하면, 상기 제 2 편광판의 투과축과 평행하게 편광된 신호만이 상기 제 2 편광판을 투과하여 광학 필터에 입사할 수 있다.

상기 광학 필터는, 입사되는 광을 서로 다른 편광 상태를 가지는 2종 이상의 광, 예를 들면, 서로 수직하는 방향으로 직선 편광된 2종의 광 또는 서로 회전 방향이 역방향인 원편광 또는 타원 편광된 광으로 분할할 수 있다.

광학 필터에는 제 3 영역 및 제 4 영역이 형성되어 있을 수 있다. 제 3 및 제 4 영역 중 어느 하나의 영역은 표시 소자의 UL 영역에서 생성된 L 신호의 편광 상태를 제어하는 영역(이하 FL 영역이라 한다)이고, 다른 하나의 영역은 표시 소자의 UR 영역에서 생성된 R 신호의 편광 상태를 제어하는 영역(이하 FR 영역이라 한다)일 수 있다. 본 명세서에서는 편의상 제 3 영역은 FL 영역으로 호칭하고, 제 4 영역은 FR 영역으로 호칭한다.

상기 광학 필터에서는 UL 영역에서 생성된 L 신호가 FL 영역에 입사되고, UR 영역에서 생성된 R 신호가 FR 영역에 입사될 수 있도록 FL 영역 및 FR 영역은 배치될 수 있다.

광학 필터로는 예를 들어 선편광된 광이 FL 및 FR 영역을 각각 투과하면, 실질적으로 서로 수직한 방향으로 선편광되어 있는 광으로 배출될 수 있다. 다른 예시에서 선편광된 광이 FL 및 FR 영역을 각각 투과하면, FL 영역을 투과한 광과 FR 영역을 투과한 광 중에서 어느 하나는 좌원 편광된 원편광 또는 타원 편광의 상태이고, 다른 하나의 광은 우원 편광된 원편광 또는 타원 편광의 상태로 배출될 수 있다. 이를 위하여 FL 및 FR 영역 중 하나 이상은 위상차층을 포함할 수 있다.

예를 들어, 좌원 및 우원 편광된 신호를 생성할 수 있는 경우로는, FL 및 FR 영역이 모두 위상차층을 포함하고, FL 영역에 포함되는 위상차층과 FR 영역에 포함되는 위상차층이 1/4 파장층인 경우가 예시될 수 있다. 서로 역방향으로 회전하는 원편광 또는 타원편광된 광을 생성하기 위하여, FL 영역에 배치된 1/4 파장층의 광축과 FR 영역에 배치된 1/4 파장층의 광축은 서로 상이하게 형성되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서 FL 영역은 위상차층으로서 제 1 방향으로 광축을 가지는 1/4 파장층을 포함하고, FR 영역은 위상차층으로서 상기 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 광축을 가지는 1/4 파장층을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「n 파장층」은 입사되는 광을 그 파장의 n배만큼 위상 지연을 시킬 수 있는 위상 지연 소자를 의미할 수 있고, 상기에서 n은, 예를 들면, 1/2, 1/4 또는 3/4일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 「광축」은 광이 해당 영역을 투과하는 과정에서의 지상축(slow axis) 또는 진상축(fast axis)을 의미할 수 있고, 예를 들면, 지상축을 의미할 수 있다.

FL 및 FR 영역의 구현하는 방식이 상기와 같은 방식에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, FL 및 FR 영역 중의 어느 하나는 3/4 파장층을 포함하고, 다른 영역은 1/4 파장층을 포함하는 경우에도 좌원 및 우원 편광된 광을 생성할 수 있다.

다른 예시에서는 상기 FL 및 FR 영역 중에서 어느 하나의 영역은, 1/2 파장층이고, 다른 영역은 광학적으로 등방성인 영역일 수 있다. 이러한 경우에는, FL 및 FR 영역을 각각 투과한 L 및 R 신호는 실질적으로 서로 수직한 방향으로 편광축을 가지도록 직선 편광된 광의 형태로 광학 필터에서 출사될 수 있다.

상기 파장층은, 예를 들면 액정층일 수 있다. 예를 들면, 배향되어 위상 지연 특성을 보이는 액정 화합물을 배향시키고, 필요한 경우에 중합시켜서 상기 FL 및/또는 FR 영역을 형성할 수 있다. 액정층은 당 업계에 알려진 방법으로 제한 없이 사용하여 형성될 수 있다. 하나의 예시에서 액정층은, 중합성 액정 화합물을 중합된 형태로 포함하도록 형성될 수 있다. 용어 「중합성 액정 화합물」은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 또한 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 또한, 「중합성 액정 화합물이 중합된 형태로 포함되어 있다는 것」은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정층 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다.

상기와 같이 제조된 광학 필터의 투과도는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 80%이상의 투과도를 가져 표시 장치의 휘도 저하를 방지할 수 있다.

상기 표시 장치는 3차원 싱크(3D sync) 신호를 안경에 전송하는 스테레오 제어부를 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 안경은 스테레오 제어부와 전기적으로 연결될 수 있다. 안경은 예를 들어 무선 적외선 통신에 의하여 3차원 싱크 신호를 전송 받을 수 있다. 안경은 3차원 싱크 신호 또는 변형된 3차원 싱크 신호에 반응하여 작동될 수 있다. 3차원 싱크 신호는 좌안 셔터 또는 우안 셔터를 열거나 닫을 수 있는 신호들을 모두 포함할 수 있다.

상기 안경은 상기 3차원 싱크 신호와 동기화 되어 있는 셔터를 포함하는 셔터 안경일 수 있다. 상기 셔터 안경은, 예를 들어, 안경 형의 셔터 글래스, 기계식 셔터 안경(고글) 또는 광학식 셔터 안경 일 수 있다.

하나의 예시에서 셔터 글래스는 스테레오 제어부와 동조되어 일정 주기로 우안 셔터와 좌안 셔터가 번갈아 가면서 빛을 차단하도록 형성되어 있을 수 있다. 우안 셔터는 닫힌 상태 또는 열린 상태일 수 있으며, 좌안 셔터는 열린 상태 또는 닫힌 상태일 수 있다. 예를 들어, 우안 셔터가 열린 상태일 동안 좌안 셔터는 닫힌 상태일 수 있으며, 반대로 좌안 셔터가 열린 상태인 동안 우안 셔터는 닫힌 상태일 수 있다.

셔터 글래스는 예를 들면 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치, 전기 영동 표시 장치 등에 사용된 기술로 형성될 수 있다. 예를 들어, 셔터는 두 개의 투명한 도전막, 그 사이에 위치하는 액정층을 포함할 수 있다. 셔터에 인가되는 전압에 의해 액정 물질이 회전하고, 그 회전에 의해 셔터가 열린 상태가 될 수도 있고, 닫힌 상태가 될 수도 있다.

하나의 구동 예에서, 상기 표시 소자는 UL 및 UR 영역의 전 영역에서 L 신호 및 R 신호를 번갈아 표시할 수 있다. 이때 어느 한 시점에서는 표시 소자의 전면에서 L 신호가 생성되어 표시될 수 있다. 표시 소자에서 생성된 L 신호는 광학 필터로 입사될 수 있다. 이러한 경우, 광학 필터의 FL 영역 및 FR 영역으로 입사된 L 신호는 서로 상이한 편광 상태로 분할되어 출사될 수 있다. 이 시점에서 셔터 안경의 좌안 셔터는 빛이 투과되는 열린 상태가 되고, 우안 셔터는 빛을 차단하는 닫힌 상태가 된다. 그 결과, L 신호가 서로 상이한 편광 상태로 분할되어 출사되더라도 좌안 셔터를 통하여 모두 좌안에 입사될 수 있다. 또한, 다른 한 시점에서 표시 소자의 전면에 R 신호가 생성되어 표시되는 경우에도 셔터 안경을 착용하고 관찰하면 상기 R 신호가 모두 우안에 입사될 수 있다. 따라서, 일정 시간 동안에는 좌안에서는 좌안 영상이 인식되고, 그 다음 일정 시간 동안에는 우안에서는 우안 영상이 인식되며, 결국 좌안 영상과 우안 영상의 차이에 의해 깊이감을 갖는 입체 영상이 인식된다.

상기 입체 영상 표시 장치는 셔터 안경 외에 편광 안경을 통하여도 관찰이 가능하다. 상기 편광 안경을 제조하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, FPR 방식의 입체 영상 표시 장치에서 안경을 구성하는 방식을 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 편광 안경은, 광학 필터의 제 3 영역과 매칭되는 제 5 영역 및 상기 광학 필터의 제 4 영역과 매칭되는 제 6 영역을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 정의한 바와 같이 광학 필터의 제 3 영역이 FL 영역이고, 제 4 영역이 FR 영역일 경우, 편광 안경의 제 5 영역은 좌안 렌즈이고, 제 6 영역은 우안 렌즈일 수 있다. 그리고, 광학 필터의 제 3 영역과 매칭되는 제 5 영역이란, 광학 필터의 제 3 영역의 투과한 빛이 투과할 수 있도록 형성된 제 5 영역을 의미한다. 하나의 예시에서 광학 필터의 FL 영역이 위상차층으로서 제 1 방향으로 광축을 가지는 1/4 파장층을 포함하는 경우, 편광 안경의 좌안 렌즈도 제 1 방향으로 광축을 가지는 1/4 파장층일 수 있다. 상기 제 6 영역도 제 5 영역과 같은 방식으로 형성될 수 있다.

편광 안경을 착용하는 구동 예에서, 표시 소자의 UL 영역에서 L 신호가 생성되고, UR 영역에서 R 신호가 생성될 수 있다. 표시 소자에서 생성된 상기 L 및 R 신호는 광학 필터로 입사될 수 있다. 이 경우 상기 L 및 R 신호는 광학 필터를 투과하면서 서로 상이한 편광 상태로 분할되어 출사될 수 있고, 편광 안경을 착용하고 관찰하면, L 신호는 좌안에 입사되고, R 신호는 우안에 입사될 수 있다. 이에 따라 편광 안경을 착용한 사용자는 입체 영상을 인지할 수 있다.

상기 장치는 셔터 글라스(Shutter Glass; SG) 타입의 입체 영상 시청과 필름 편광 패턴(Film Patterned Retarder; FPR) 타입의 입체 영상 시청을 가능하게 한다. 상기 셔터 글라크 타입의 입체 영상은 셔터 안경을 착용하고, 표시 소자가 L 및 R 신호를 순차로 표시하도록 제어하여 관찰할 수 있다. 그리고, 필름 편광 패턴 타입의 입체 영상은 편광 안경을 착용하고, 표시 소자가 L 및 R 신호를 동시에 표시하도록 제어하여 관찰할 수 있다. 이를 위하여, 표시 소자는, UL 및 UR 영역에서 순차로 L 및 R 신호를 표시하거나 또는 UL 영역에서 L 신호가 표시되고, 동시에 UR 영역에서 R 신호를 표시하도록 제어할 수 있는 스위치를 추가로 포함할 수 있다.

상기 표시 장치는, 선명한 화질의 3차원 입체 영상의 시청을 원할 경우 SG 타입으로 전환이 가능하며, 다수의 사람들이 3차원 입체 영상의 시청을 원할 경우 FPR 타입으로 전환하여 3차원 입체 영상을 시청할 수 있도록 한다.

10: 표시 소자
20: 광학 필터
30: 특수 안경

Claims (5)

1. 제 1 및 제 2 영역을 포함하는 표시 소자; 상기 표시 소자로부터 전달된 신호가 투과될 수 있도록 배치되고 표시 소자로부터 전달된 광을 2 종의 광으로 분할하여 출사하도록 제 3 및 제 4 영역이 형성되어 있는 광학 필터; 및 3차원 싱크 신호를 안경에 전송하는 스테레오 제어부를 포함하는 입체 영상 표시 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 표시 소자는 제 1 및 제 2 영역의 전 영역에서 좌안 영상 신호와 우안 영상 신호를 번갈아 표시하는 입체 영상 표시 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 표시 소자는 제 1 영역에서 좌안 및 우안 영상 신호 중 어느 하나의 신호를 표시하고, 제 2 영역에서 다른 하나의 신호를 표시하는 입체 영상 표시 장치.
   
4. 제 1 항의 3차원 싱크 신호와 동기화 되어 있는 셔터를 포함하는 셔터 안경.
   
5. 제 1 항의 광학 필터의 제 3 영역과 매칭되는 제 5 영역과 상기 광학 필터의 제 4 영역과 매칭되는 제 6 영역을 포함하는 편광 안경.
   

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