KR20140141947A

KR20140141947A - 무안경 입체영상 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20140141947A
Application number: KR1020130063348A
Authority: KR
Inventors: 이영훈; 정진관; 이환희; 이규민; 홍신아
Original assignee: 한화첨단소재 주식회사
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2014-12-11
Also published as: WO2014196726A1

Abstract

무안경 입체영상 디스플레이 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 입체영상 디스플레이 장치는 영상 패널의 전면에 장착된다. 영상 패널은 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 다수의 픽셀들을 포함한다. 무안경 입체영상 디스플레이 장치는 렌즈부 및 광학패턴부를 포함한다. 렌즈부에는 픽셀에 대응하는 부분마다 픽셀보다 작거나 같은 볼록렌즈가 배치된다. 바람직하게는 볼록렌즈는 원형렌즈 또는 사각렌즈이다. 광학패턴부는 렌즈부와 영상 패널의 사이에 배치된다. 광학패턴부는 볼록렌즈를 통과하여 픽셀을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 광학패턴이 형성되는 것이다. 광학패턴은 패턴단위들의 각각이 통과를 위한 투광부 또는 차단을 위한 차광부를 형성함으로써 구성된다. 광학패턴부에는 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 패턴단위들이 적어도 2개 존재한다. 본 발명에 의하면, 종래의 렌티큘러 방식에 있어서의 모아레 현상이 개선될 수 있다. 그리고, 무안경 입체영상이 다인시점에 대해서도 해상도의 저하없이 구현될 수 있다. 뿐만 아니라, 종래의 렌티큘러 방식에 있어서의 상퍼짐 현상이 방지될 수 있고, 크로스토크 현상이 방지될 수 있으며, 종래의 패럴랙스 배리어 방식보다 얇게 구현될 수 있다.

Description

무안경 입체영상 디스플레이 장치 {Apparatus for displaying stereo-scopic images in glassless mode}

본 발명은 무안경 방식으로 입체영상을 디스플레이하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시청자가 입체영상의 시청을 위한 안경 없이도 입체영상을 시청할 수 있게 하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 양안(兩眼) 사이의 거리를 안간(interocular)이라 한다. 사람의 안간은 약 65mm 정도이다. 좌안과 우안은 물체를 바라볼 때 안간으로 인해 약간씩 서로 다른 영상을 관측하게 된다. 이를 양안시차(Binocular Disparity)라 한다. 사람은 이 양안시차 때문에 입체감을 느낀다.

입체영상을 구현하는 기술들은 대부분 양안시차를 이용한다. 이 기술들은 좌안에게 좌측에서 본 영상(좌안영상)을 제시하고 우안에게 우측에서 본 영상(우안영상)을 제시함으로써 양안에 시차를 준다.

좌안영상과 우안영상을 분리하여 좌안과 우안의 각각에게 제시하는 방식으로는 안경 방식과 무안경 방식이 있다. 이들 중에서 무안경 방식에는 패럴렉스 배리어(parallax barrier) 방식, 렌티큘러 (lenticular) 방식 등이 있다.

패럴랙스 배리어 방식에 따르면 영상 패널의 전방에 배리어 필터가 배치된다. 배리어 필터를 통해 좌안은 좌안영상을 보게 되고 우안은 우안영상을 보게 된다. 패럴렉스 배리어 방식에 관한 선행기술들로는 국내 공개특허공보 제2005-0098493호, 국내 공개특허공보 제2006-0072078호 등이 있다.

패럴렉스 배리어 방식은 패럴렉스 배리어를 해제하는 장치가 부착되지 않으면 비입체영상의 시청시 픽셀이 감소되어 화질의 저하를 가져온다는 문제점이 있다. 패럴렉스 배리어 방식은 입체영상의 시청시에도 정해진 좁은 범위의 거리 및 각도에 있어서만 입체영상의 구현이 가능하고, 이 거리 또는 각도를 벗어나면 이른바 크로스토크(crosstalk) 현상이 발생된다는 문제점이 있다. 크로스토크 현상은 좌안에 우안영상이 보이거나 우안에 좌안영상이 보이는 현상이다.

패럴랙스 배리어 방식에 따르면 TV와 같이 시청거리가 긴 경우에 양안시차의 각도가 작다. 그래서, 좌안과 우안이 각각 좌안영상과 우안영상을 시청하도록 하기 위해서는 영상 패널과 배리어 필터 사이의 거리를 늘려야 한다. 이에 따라, 패럴렉스 배리어 방식은 디스플레이 장치가 두꺼워진다는 문제점이 있다.

패럴랙스 배리어 방식에 따라 다인시점을 구현하게 되면 다인시점들의 각각을 위한 픽셀들의 총 개수는 영상패널을 구성하는 픽셀들의 총 개수를 다인시점들의 개수로 나눈 값으로 감소하게 된다. 따라서, 패럴랙스 배리어 방식에 따라 다인시점을 구현하는 경우에는 해상도가 감소되는 문제점이 있다.

렌티큘러 방식에 따르면 영상 패널의 전방에 렌즈판이 배치된다. 렌즈판은 반원통형의 볼록렌즈들이 수직으로 배열된 렌티큘러 스크린이다. 볼록렌즈의 폭은 픽셀의 폭의 2배 이상에 상응한다. 좌안영상과 우안영상은 렌즈판에 의해 분리된다. 렌티큘러 방식에 관한 선행기술들로는 국내 공개특허공보 제2007-0001528호, 국내 공개특허공보 제2008-0027559호 등이 있다.

렌티큘러 방식에서는 픽셀과 대비하여 사이즈가 큰 볼록렌즈가 사용됨으로 인하여 시청자가 렌즈에 의한 상퍼짐 현상을 쉽게 인식할 수 있게 된다. 따라서, 렌티큘러 방식은 디스플레이되는 화질이 저하되는 문제점이 있다.

더구나 렌티큘러 방식으로 다인(多人)시점을 구현하는 경우에는 볼록렌즈의 크기가 더욱 증대되기 때문에 상의 퍼짐 현상도 그에 비례하여 더욱 심해진다는 문제점이 있다.

렌티큘러 방식에 따라 다인시점을 구현하는 경우에도 패럴랙스 배리어 방식에 따라 다인시점을 구현하는 경우와 마찬가지로 다인시점들의 각각을 위한 픽셀들의 총 개수가 감소하게 됨에 따라 해상도가 감소되는 문제점이 있다.

렌티큘러 방식에서는 픽셀과 픽셀 사이의 블랙 매트릭스(Black Matrix)가 렌즈에 투영되어 생기는 검은색 띠가 모아레 현상(Moire effect)을 발생시킨다는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 종래의 문제점들을 해결할 수 있고 특히 렌티큘러 방식에서의 모아레 현상을 최소화할 수 있는 무안경 입체영상 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 입체영상 디스플레이 장치는 영상 패널의 전면에 장착된다. 상기 영상 패널은 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 다수의 픽셀들을 포함한다. 상기 영상 패널은 상기 다수의 픽셀들을 통해 좌안영상과 우안영상을 공간분할 방식으로 출력하는 것이다. 그러나, 상기 영상 패널은 상기 다수의 픽셀들을 통해 좌안영상과 우안영상을 시간분할 방식으로 출력하는 것일 수도 있다.

상기 무안경 입체영상 디스플레이 장치는 렌즈부 및 광학패턴부를 포함한다.

상기 렌즈부에는 상기 픽셀에 대응하는 부분마다 상기 픽셀보다 작거나 같은 볼록렌즈가 배치된다. 바람직하게는, 상기 볼록렌즈는 원형렌즈 또는 사각렌즈이다.

상기 광학패턴부는 상기 렌즈부와 상기 영상 패널의 사이에 배치된다. 상기 광학패턴부는 상기 볼록렌즈를 통과하여 상기 픽셀을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 광학패턴이 형성되는 것이다.

상기 광학패턴은 패턴단위들의 각각이 상기 통과를 위한 투광부 또는 상기 차단을 위한 차광부를 형성함으로써 구성된다. 상기 광학패턴부에는 상기 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 상기 패턴단위들이 적어도 2개 존재한다.

본 발명에 의하면, 렌즈부가 픽셀보다 작거나 같은 크기의 볼록렌즈들로 구성되기 때문에 종래의 렌티큘러 방식에서의 모아레 현상을 개선할 수 있다.

볼록렌즈가 픽셀보다 작거나 같음에도 불구하고 볼록렌즈가 광학패턴부와 유기적으로 결합하여 상호작용함으로 인해 좌안 또는 우안에 좌안영상과 우안영상이 모두 보이는 현상이 발생하지 않는다. 그리고, 이러한 작은 사이즈의 볼록렌즈가 사용됨에 따라 종래의 렌티큘러 방식에서의 상퍼짐 현상이 개선될 수 있다.

픽셀에 대해 배치된 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 4개 이상의 패턴단위들을 형성하는 경우에는 다인시점을 구현할 수 있고, 이러한 방식으로 다인시점을 구현하면 영상패널을 구성하는 모든 픽셀들이 다인시점들의 각각을 위하여 제공될 수 있다. 이는 무안경 입체영상이 다인시점에 대해서도 해상도의 저하없이 구현될 수 있게 한다.

렌즈부를 통과하여 광학패턴부에 이르는 시선은 그대로 이르는 것이 아니라 초점으로서 이른다. 이에 따라, 좌안에 우안영상이 보이거나 우안에 좌안영상이 보이는 이른바 크로스토크 현상이 방지될 수 있다. 그리고, 입체영상을 시청할 수 있는 거리와 각도가 넓은 범위에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, TV와 같이 시청거리가 긴 경우에도 종래의 패럴랙스 배리어 방식처럼 영상 패널과 배리어 필터 사이의 거리를 늘리지 않아도 되기 때문에 종래의 패럴랙스 배리어 방식보다 얇게 구현될 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 입체영상 디스플레이 장치의 개략적인 수평단면도이다.
도2는 도1의 렌즈부의 일 실시예의 부분 사시도이다.
도3은 도2에 오버코팅층이 부가된 것이다.
도4는 도1의 광학패턴부에 형성되는 광학패턴의 일 실시예의 부분 정면도이다.
도5는 도4의 다른 실시예의 부분 정면도이다.
도6은 도4의 또다른 실시예의 부분 정면도이다.
도7은 도4의 또다른 실시예의 부분 정면도이다.
도8은 도1의 렌즈부의 다른 실시예의 부분 사시도이다.
도9는 도8에 오버코팅층이 부가된 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다. 본 명세서에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 입체영상 디스플레이 장치의 개략적인 수평단면도이다. 도1을 참조하면, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)는 영상 패널(100)의 전면에 장착된다.

영상 패널(100)은 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 다수의 픽셀들을 포함한다. 영상 패널(100)은 다수의 픽셀들을 통해 좌안영상과 우안영상을 공간분할 방식으로 출력하는 것이다. 공간분할 방식은 픽셀들의 일부가 좌안영상을 출력함과 동시에 픽셀들의 나머지가 우안영상을 출력하는 방식이다.

예를 들어, 픽셀들의 매트릭스에서 홀수 열의 픽셀들은 좌안영상을 출력하고 동시에 짝수 열의 픽셀들은 우안영상을 출력할 수 있다. 다른 예를 들어, 홀수 행의 픽셀들은 좌안영상을 출력하고 동시에 짝수 행의 픽셀들은 우안영상을 출력할 수 있다. 또다른 예를 들어, 홀수 행의 홀수 열에 위치한 픽셀들과 짝수 행의 짝수 열에 위치한 픽셀들은 좌안영상을 출력하고 나머지 픽셀들은 우안영상을 출력할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 공간분할 방식의 영상 패널(100)에 장착되지만, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)는 시간분할 방식의 영상 패널에 장착될 수도 있다. 시간분할 방식은 모든 픽셀들이 순차적으로 좌안영상과 우안영상을 출력하는 방식이다.

픽셀들의 각각은 R(Red) 서브픽셀, G(Green) 서브픽셀, B(Blue) 서브픽셀로 구성될 수 있다. 각 서브픽셀로부터 출력되는 빛은 컬러 필터를 투과함으로써 해당 색상을 갖게 된다. R 서브픽셀, G 서브픽셀, B 서브픽셀이 모여서 가로 방향으로 배열됨으로써 하나의 픽셀이 구성될 수 있다.

영상 패널(100)로는 일반적인 LCD, LED, OLED 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 영상 패널(100)은 제1 액정부(110), 제1 투명시트층(120) 및 제1 편광판(130)을 포함할 수 있다.

제1 액정부(110)는 좌안영상 픽셀(111)과 우안영상 픽셀(112)을 포함한다. 좌안영상 픽셀(111)은 좌안영상(L)을 출력하는 픽셀이고, 우안영상 픽셀(112)은 우안영상(R)을 출력하는 픽셀이다.

본 실시예의 영상 패널(100)은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 픽셀들이 좌안영상과 우안영상을 공간분할 방식으로 출력하는 것이지만, 도1에는 설명의 편의상 예시적으로 하나의 좌안영상 픽셀(111)과 그에 인접한 하나의 우안영상 픽셀(112)만이 도시되어 있다.

픽셀들(111, 112)의 각각은 RGB 서브픽셀들로 구성된다. 픽셀들(111,112)의 각각은 서브픽셀별로 전압을 인가하는 전극 사이에 액정이 충진된 것이다. 전압이 인가된 서브픽셀에서는 액정의 배열이 변화한다. 이 상태의 액정을 투과하는 빛은 회절된다. 픽셀들(111, 112)의 각각의 영상은 RGB 서브픽셀들을 투과한 빛들이 모여서 형성된다.

제1 투명시트층(120)은 제1 액정부(110)와 제1 편광판(130) 사이에 배치된다. 제1 투명시트층(120)은 제1 액정부(110)와 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200) 사이의 간격을 조절하기 위하여 삽입된다. 영상 패널(100)이 일반적인 LCD를 사용하여 구현된 경우에 제1 투명시트층(120)은 컬러필터 유리기판에 해당한다.

제1 편광판(130)은 제1 액정부(110)를 투과한 빛을 선편광한다. 제1 액정부(110)를 투과한 빛을 제1 편광판(130)에 투과시킴으로써 원하는 영상이 얻어진다. 영상 패널(100)이 일반적인 LCD를 사용하여 구현된 경우에 제1 편광판(130)은 컬러필터 유리기판에 부착된 편광판에 해당한다.

무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)는 광학패턴부 및 렌즈부를 포함한다. 광학패턴부는 제2 액정부(210), 제2 편광판(220) 및 제2 투명시트층(230)을 포함한다. 렌즈부는 베이스층(240) 및 렌즈 어레이(250)를 포함한다.

렌즈 어레이(250)는 볼록렌즈(251)들이 반복 배열된 것이다. 볼록렌즈(251)의 수평단면은 도1에 도시된 바와 같이 원 또는 타원의 활꼴 형태이다.

바람직하게는, 볼록렌즈(251)는 사각렌즈 또는 원형렌즈이다. 사각렌즈는 수직단면이 사각형인 렌즈이다. 여기서의 사각형은 정사각형, 직사각형, 평행사변형 등을 포함한다. 원형렌즈는 수직단면이 원형 또는 타원형인 렌즈이다.

볼록렌즈(251)는 픽셀(111, 112)보다 작거나 같다. 즉, 볼록렌즈(251)의 수직단면은 픽셀(111, 112)의 수직단면보다 작거나 같다. 본 명세서에서 '폭'이라는 용어는 도1의 가로방향의 길이를 의미하고, '높이'라는 용어는 도1의 단면에 수직인 방향의 길이를 의미한다. 볼록렌즈(251)의 폭은 픽셀(111, 112)의 폭보다 작거나 같고, 볼록렌즈(251)의 높이도 픽셀(111, 112)의 높이보다 작거나 같다.

렌즈부에는 픽셀(111, 112)에 대응하는 부분마다 볼록렌즈(251)가 배치된다. 볼록렌즈(251)들은 베이스층(240)에 코팅되어 렌즈 어레이(250)를 형성한다. 베이스층(240)은 PET 필름과 같은 투명 필름 또는 투명 유리판 등으로 제조된다. 렌즈 어레이(250)가 베이스층(240) 없이도 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에 장착될 수 있는 경우에는 베이스층(240)의 생략이 가능하다.

볼록렌즈(251)를 투과하는 빛은 볼록렌즈의 굴절율과 입사각에 따라 굴절된다. 그러나, 굴절되는 각도가 크지 않기 때문에 도1에는 볼록렌즈(251)를 투과하는 빛이 편의상 직선으로 표시되어 있다.

종래의 렌티큘러 방식에 따르면 렌즈판에 일반적으로 렌즈기둥들이 배치되고, 이 렌즈기둥의 높이는 픽셀들의 매트릭스의 전체 높이에 상당한다. 그러나, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)는 렌즈부에 픽셀보다 작거나 같은 볼록렌즈들이 배치된다. 그래서, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에서는 종래의 렌티큘러 방식에서 렌즈기둥의 높이에 대응하여 발생하던 모아레 무늬가 잘게 부숴진다. 이에 따라, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)는 모아레 현상을 개선할 수 있다.

도2는 도1의 렌즈부의 일 실시예의 부분 사시도이다. 도2를 참조하면, 도1의 볼록렌즈(251)로서 사각렌즈(251a)가 사용될 수 있다. 베이스층(240)에 코팅된 사각렌즈(251a)들은 렌즈 어레이(250)를 형성한다. 렌즈 어레이(250)에는 사각렌즈(251a)들이 격자형으로 배치되어 있다.

도3은 도2에 오버코팅층이 부가된 것이다. 도3을 참조하면, 렌즈 어레이(250)의 앞면에 오버코팅층(260)이 부가될 수 있다. 오버코팅층(260)은 렌즈 어레이(250)의 초점거리를 조절하기 위하여 사용된다. 오버코팅층(260)의 앞면에는 AN 코팅된 PET 필름(미도시)이 부착될 수 있다.

이와 같이, 렌즈 어레이(250)의 초점거리는 오버코팅에 의해 조절될 수 있다. 또한, 렌즈 어레이(250)의 초점거리는 적합한 굴절율을 갖는 볼록렌즈(251)를 채택하는 것에 의해서도 조절될 수 있다.

다시 도1을 참조하면, 렌즈 어레이(250)의 초점거리는 제2 액정부(210)가 렌즈 어레이(250)의 초점거리 부근에 위치하도록 조절된다. 예를 들어, 렌즈 어레이(250)의 초점거리는 렌즈 어레이(250)로부터 제2 액정부(210)까지의 거리의 0.5배에서 1.5배 사이에 해당하도록 조절된다. 바람직하게는, 렌즈 어레이(250)의 초점거리는 렌즈 어레이(250)로부터 제2 액정부(210)까지의 거리에 해당하도록 조절된다.

렌즈 어레이(250)는 볼록렌즈(251)의 볼록한 면이 시청자를 향하지 않고 영상 패널(100)을 향하도록 배치될 수도 있다. 또한, 앞뒤 양면이 볼록한 볼록렌즈가 렌즈 어레이를 형성할 수도 있다.

광학패턴부는 렌즈부와 영상 패널(100)의 사이에 배치된다. 전술한 바와 같이, 광학패턴부는 제2 액정부(210), 제2 편광판(220) 및 제2 투명시트층(230)을 포함한다.

제2 액정부(210)는 제1 등방성 ITO 필름층, 제1 배향막, 액정층, 제2 배향막, 제2 등방성 ITO 필름층으로 구성된다.

제1 등방성 ITO 필름층은 등방성 필름을 안티블록킹(Antiblocking) 코팅한 후에 ITO 스퍼터링(sputtering)하여 패턴화한 것이다. 등방성 필름으로는 X-Y축의 위상차값(R0)이 20 이하로서 광학적으로 등방성에 근접하고, 투명전극을 코팅하여 면저항이 150 [Ω/□] 이하인 모든 필름이 사용될 수 있다. 예를 들어, 등방성 필름으로는 등방성 폴리카보네이트 필름, 시크로올레핀 필름, 폴리이소설폰 필름 등이 사용될 수 있다. 패턴화는 패턴단위(219)들이 직선의 행 및 사선의 열을 갖는 매트릭스 형태로 배열되도록 이루어진다.

제1 배향막은 제1 등방성 ITO 필름층의 앞면에 코팅된다. 액정층은 제1 배향막의 앞면에 코팅된다. 제2 배향막은 제2 등방성 ITO 필름층의 뒷면에 코팅되고, 제2 배향막이 코팅된 제2 등방성 ITO 필름층이 액정층의 앞면에 코팅된다. 이에 따라, 제2 배향막이 액정층의 앞면에 위치한다. 제2 등방성 ITO 필름층의 앞면에는 제2 투명시트층(220)이 부착된다.

후술되는 바와 같이 액정층은 빛을 차단하거나 투과하는 기능을 제공한다. 액정층이 제1 배향막과 제2 배향막 없이도 이러한 기능을 제공할 수 있다면 제1 배향막과 제2 배향막이 생략될 수도 있다.

이와 같이, 제2 액정부(210)는 제1 등방성 ITO 필름층과 제2 등방성 ITO 필름층 사이에 액정이 충진된 것이다. 제2 액정부(210)를 구현하기 위하여 TFT-TN, TFT-VA, TFT-IPS, TN, OCB, ECB, PDLC 또는 STN 형태의 액정 디스플레이가 사용될 수 있고, 이들 밖에도 다양한 모드의 액정 디스플레이가 사용될 수 있다.

제1 등방성 ITO 필름층의 패턴화에 따라 제2 액정부(210)에는 패턴단위(219)들이 형성된다. 패턴단위(219)의 수직단면은 평행사변형 또는 그와 유사한 모양이다. 패턴단위(219)의 폭은 볼록렌즈(251)의 폭의 1/2N (N은 시점의 개수) 보다 크거나 같고 픽셀(111, 112)의 폭의 1/2N 보다 작거나 같다.

시점의 개수(N)는 입체영상을 동시에 시청할 수 있는 시청자들의 수를 의미한다. 예를 들어, 시점의 개수(N)가 4라는 것은 입체영상을 동시에 시청할 수 있는 시청자들이 4인임을 의미한다. 즉, 시점의 개수(N)가 4라는 것은 4인시점이 제공됨을 의미한다.

예를 들어, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 도1과 같이 4인시점을 제공하는 경우에 패턴단위(219)의 폭은 볼록렌즈(251)의 폭의 1/8 보다 크거나 같고 픽셀(111, 112)의 폭의 1/8 보다 작거나 같도록 설정된다.

다른 예를 들어, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 2인시점을 제공하는 경우에 패턴단위(219)의 폭은 볼록렌즈(251)의 폭의 1/4 보다 크거나 같고 픽셀(111, 112)의 폭의 1/4보다 작거나 같도록 설정된다.

패턴단위의 높이는 픽셀(111, 112)의 높이에 상당하도록 설정된다. 즉, 패턴단위(219)의 높이는 픽셀(111, 112)의 높이와 일치하거나 근접하도록 설정된다.

제1 등방성 ITO 필름층과 제2 등방성 ITO 필름층은 패턴단위(219)별로 전압을 인가하기 위한 전극으로서 사용된다. 제2 액정부(210)는 이러한 전극을 통해 패턴단위(219)별로 전압을 인가할 수 있는 전압인가부(미도시)를 갖는다.

전압인가부가 전극을 통해 특정 패턴단위들에 전압을 인가하면 액정층에서는 해당 패턴단위들에 해당하는 부분마다 액정 배열이 변화한다. 이 상태의 액정층을 투과한 좌안영상(L) 또는 우안영상(R)에서는 1/2λ 만큼의 위상 변화가 발생한다.

전압이 인가되지 않은 패턴단위들에 대해서는 액정 배열이 변화하지 않는다. 이 상태의 액정층을 투과한 좌안영상(L) 또는 우안영상(R)에서는 위상 변화가 발생하지 않는다.

제2 편광판(220)은 제2 액정부(210)와 렌즈부의 사이에 배치된다. 제2 편광판(220)은 제2 액정부(210)를 투과한 영상을 선편광한다. 제2 액정부(210)를 투과한 영상은 두 종류로 분류된다. 한 종류는 전압이 인가된 패턴단위를 투과한 영상이고 나머지 종류는 전압이 인가되지 않은 패턴단위를 투과한 영상이다. 두 종류의 영상들 사이에는 1/2λ 만큼의 위상차가 존재한다. 이 위상차로 인하여, 두 종류 중에서 어느 한 종류만이 제2 편광판(220)을 투과하고 나머지 종류는 제2 편광판(220)에서 차단된다.

예를 들어, 전압이 인가되지 않은 패턴단위를 투과한 영상은 제2 편광판(220)을 투과하고, 전압이 인가된 패턴단위를 투과한 영상은 제2 편광판(220)에서 차단된다. 이러한 경우에, 전압이 인가되지 않은 패턴단위는 광학패턴부의 투광부를 형성하게 되고 전압이 인가된 패턴단위는 광학패턴부의 차광부를 형성하게 된다.

이와 같이, 제2 액정부(210)에 매트릭스 형태로 배열된 패턴단위들의 각각은 광학패턴부의 차광부 또는 투광부를 형성한다. 차광부와 투광부는 제2 액정부(210)에서의 액정배열에 있어서 상이하다. 광학패턴부에는 차광부들과 투광부들로 구성되는 광학패턴이 형성된다.

제2 투명시트층(230)은 렌즈부와 제2 액정부(210)의 사이에 배치된다. 본 실시예에서는 제2 액정부(210)의 앞면에 제2 편광판(220)이 배치되고, 제2 편광판(220)의 앞면에 제2 투명시트층(230)이 배치되어 있다. 그러나, 제2 편광판(220)의 위치와 제2 투명시트층(230)의 위치가 서로 바뀔 수도 있다. 즉, 제2 액정부(210)의 앞면에 제2 투명시트층(230)이 배치되고, 제2 투명시트층(230)의 앞면에 제2 편광판(220)이 배치될 수도 있다.

제2 투명시트층(230)이 렌즈부와 제2 액정부(210)의 사이에 배치됨에 따라, 제2 투명시트층(230)의 두께를 조절함으로써 렌즈부와 제2 액정부(210) 사이의 거리가 조절될 수 있다.

제2 투명시트층(230)의 두께는 볼록렌즈(251)를 통과하여 픽셀(111, 112)을 향하는 양안시선 중에서 좌안시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분과 우안시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분 사이의 거리가 패턴단위의 폭에 해당하도록 결정된다.

광학패턴은 볼록렌즈(251)를 통과하여 픽셀(111, 112)을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 형성된다.

보다 구체적으로, 광학패턴은 좌안영상 픽셀(111)에 대해서는 좌안시선이 통과되고 우안시선이 차단되도록 하며, 우안영상 픽셀(112)에 대해서는 우안시선이 통과되고 좌안시선이 차단되도록 형성된다.

이러한 선택적 차단을 위하여, 제2 액정부(210)에는 좌안영상 픽셀들(111)을 향하는 양안시선 중에서 좌안시선이 이르는 부분에는 투광부가 배치되고 우안시선이 이르는 부분에는 차광부가 배치된다. 또한, 제2 액정부(210)에는 우안영상 픽셀(112)을 향하는 양안시선 중에서 좌안시선이 이르는 부분에는 차광부가 배치되고 우안시선이 이르는 부분에는 투광부가 배치된다.

픽셀(111, 112)을 향하는 양안시선이 볼록렌즈(251)를 통과하여 제2 액정부(210)에 이르른 부분들 사이의 거리가 패턴단위의 폭에 해당하기 때문에 서로 인접한 패턴단위들 중의 어느 하나에 투광부를 형성하고 나머지 하나에 차광부를 형성함으로써 픽셀(111, 112)을 향하는 양안시선 중의 어느 하나를 선택적으로 차단할 수 있게 된다. 이렇게 서로 인접한 투광부와 차광부의 쌍은 전체 광학패턴을 구성하는 서브패턴을 형성한다.

서브패턴을 이용하여 좌안영상 픽셀(111)을 향하는 양안시선에 대해서는 우안시선을 차단하고 좌안시선을 통과시키며 우안영상 픽셀(112)을 향하는 양안시선에 대해서는 좌안시선을 차단하고 우안시선을 통과시키는 것이 가능하고, 이러한 선택적 차단은 시청자가 양안시차를 통해 입체영상을 시청할 수 있게 한다.

무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 2인시점 이상의 다인시점을 제공하는 경우에 광학패턴 형성은 다인시점의 각각에서의 시선들을 고려하여 이루어진다. 예를 들어, 도1과 같이 시점의 개수(N)가 4인 경우에는 시청자들 A, B를 포함한 4인의 좌안시선 및 우안시선을 모두 고려하여 광학패턴이 형성된다.

보다 구체적으로, 광학패턴에는 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 서브패턴들이 적어도 N 개 포함된다. 예를 들어, 도1과 같이 시점의 개수(N)가 4인 경우에는 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 서브패턴들이 적어도 4개 포함된다. 서브패턴은 좌측에 투광부가 우측에 차광부가 형성된 것일 수도 있고, 좌측에 차광부가 우측에 투광부가 형성된 것일 수도 있다.

광학패턴에는 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 패턴단위들이 적어도 2개 존재한다. 이에 따라, 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 적어도 하나의 서브패턴이 포함될 수 있다. 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 패턴단위들이 적어도 4개 존재하는 경우에는 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 적어도 2개의 서브패턴들이 포함될 수 있음으로써 2인시점 이상의 다인시점이 제공될 수 있다.

이러한 광학패턴으로 인하여, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 다인시점을 제공하는 경우에도 영상패널을 구성하는 모든 픽셀들이 다인시점들의 각각을 위하여 제공될 수 있다. 따라서, 무안경 입체영상이 다인시점에 대해서도 해상도의 저하없이 구현될 수 있다. 그리고, 다인시점들의 각각에 위치한 시청자는 독립적으로 입체영상을 시청할 수 있다.

바람직하게는, 다인시점들의 개수는 10인 이하이다. 이는 광학패턴부 제조에 있어서의 용이성 및 비용을 고려한 것이다. 이러한 사항들이 문제되지 않는다면 다인시점들의 개수는 10인을 초과할 수도 있다.

만일 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에 렌즈부가 없다면 시청자의 시선이 그대로 제2 액정부(210)에 이를 것이다. 그러면, 시청자의 시선은 제2 액정부(210) 상에서 패턴단위의 폭보다 더 넓은 범위에 걸쳐 이를 것이다. 이에 따라, 정면이 아닌 측면에 위치한 시점에서는 좌안에 좌안영상(L) 뿐만 아니라 우안영상(R)도 보이거나 우안에 우안영상(R) 뿐만 아니라 좌안영상(L)도 보이는 현상이 발생할 수 있다.

그러나, 렌즈부는 시청자의 시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분의 면적을 줄인다. 렌즈 어레이(250)의 초점거리는 바람직하게는 렌즈 어레이(250)부터 제2 액정부(210)까지의 거리에 해당하기 때문에 렌즈부는 시청자의 시선이 제2 액정부(210)에 그대로 이르는 것이 아니라 초점으로 이르게 한다.

렌즈 어레이(250)의 초점거리가 렌즈 어레이(250)로부터 제2 액정부(210)까지의 거리와 일치하지는 않지만 근접하는 경우에도 시청자의 시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분의 면적은 현저하게 줄어든다. 예를 들어, 렌즈 어레이(250)의 초점거리가 렌즈 어레이(250)로부터 제2 액정부(210)까지의 거리의 0.5배에서 1.5배 사이에 해당하는 경우에도 시청자의 시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분의 면적은 현저하게 줄어든다.

이에 따라, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에서는 렌즈부가 없는 경우의 위와 같은 현상이 발생하지 않는다. 그리고, 입체영상을 시청할 수 있는 거리와 각도도 넓은 범위에 걸쳐 형성될 수 있다.

패턴단위의 폭은 픽셀의 폭의 1/2N 보다 작거나 같지만 제2 액정부(210)가 렌즈 어레이(250)의 초점거리 부근에 위치하기 때문에 이렇게 작은 폭을 갖는 패턴단위를 이용하여 시청자의 시선을 선택적으로 차단하는 것이 가능해진다.

만일 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에 광학패턴부가 없다면 시청자의 좌안에는 좌안영상(L)과 우안영상(R)이 모두 보이게 될 것이고 시청자의 우안에도 좌안영상(L)과 우안영상(R)이 모두 보이게 될 것이다. 왜냐하면 볼록렌즈(251)가 픽셀(111, 112)보다 작거나 같기 때문에 볼록렌즈(251)가 좌안영상(L)과 우안영상(R)을 분리할 수 없기 때문이다.

그러나, 광학패턴부에 형성된 광학패턴은 렌즈 어레이(250)를 통과하여 픽셀들(111, 112)을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 한다. 이에 따라, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에서는 광학패턴부가 없는 경우의 위와 같은 현상이 발생하지 않는다.

만일 제2 투명시트층(230) 없이도 렌즈부와 제2 액정부(210) 사이에 필요한 거리를 확보할 수 있다면 제2 투명시트층(230)이 생략될 수도 있다.

제2 액정부(210)는 PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)형 가변 셔터(Switchable Display Shutter)로서 기능한다. 그래서, 광학패턴부에 형성된 광학패턴은 가변적이다. 제2 액정부(210)에서 전압이 인가되는 패턴단위들이 변경되면 광학패턴부에 형성된 광학패턴도 변경된다. 따라서, 카메라로 시청자의 위치들을 감지하고 광학패턴을 감지된 위치들에 적합하도록 형성하는 것이 가능하다.

어느 시청자가 이동한 경우에도 카메라로 이동 후의 위치를 감지하여 광학패턴을 이동 후의 위치에 적합한 것으로 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 이동 후의 위치에서는 좌안에 우안영상(R)이 보이고 우안에 좌안영상(L)이 보일 수도 있으나 광학패턴을 이동 후의 위치에 적합한 것으로 변경함으로써 좌안에 좌안영상(L)이 보이고 우안에 우안영상(R)이 보이도록 조정하는 것이 가능하다.

입체영상이 아닌 일반영상을 시청하는 경우에 광학패턴부는 제2 액정부(210)의 어떠한 패턴단위에도 전압을 인가하지 않거나 모든 패턴단위에 전압을 인가함으로써 광학패턴을 투광부로만 구성할 수 있다. 이에 따라, 일반영상을 시청하는 경우에도 픽셀의 감소에 따른 화질의 저하가 발생하지 않는다.

도4는 도1의 광학패턴부에 형성된 광학패턴의 일 실시예의 부분 정면도이다. 도4를 참조하면, 제1 광학패턴(210A)은 차광부(211)와 투광부(212)가 행마다 그리고 열마다 차례로 반복 배치된 매트릭스 형태이다.

차광부(211)와 투광부(212)의 각각의 모양 및 크기는 제2 액정부(210)의 패턴단위의 모양 및 크기에 해당한다. 제1 광학패턴(210A)의 단위 높이는 단위 픽셀의 높이에 상당한다.

제1 광학패턴(210A)은 픽셀들의 매트릭스에서 좌안영상을 출력하는 픽셀과 우안영상을 출력하는 픽셀이 행마다 차례로 반복된 경우에 적용될 수 있다. 즉, 제1 광학패턴(210A)은 픽셀들의 매트릭스에서 좌안영상과 우안영상이 탑 앤 바텀(top and bottom) 형으로 출력되는 경우에 적용될 수 있다.

도5는 도4의 다른 실시예의 부분 정면도이다. 도5를 참조하면, 제2 광학패턴(210B)에는 두 개의 투광부(212)들이 가로 방향으로 연속 배치되어 형성된 장폭 투광부(213)들과 두 개의 차광부(211)들이 가로 방향으로 연속 배치되어 형성된 장폭 차광부(214)들이 존재한다.

이러한 연속 배치는 서로 인접한 볼록렌즈들의 각각에 대응하는 광학패턴들이 연속적으로 배치되면서 그 경계에 위치한 패턴단위가 투광부 또는 차광부로서 동일한 경우에 발생할 수 있다.

제2 광학패턴(210B)은 차광부(211) 또는 광폭 차광부(214)와 투광부(212) 또는 광폭 투광부(213)가 행마다 그리고 열마다 차례로 반복 배치된 매트릭스 형태이다. 제2 광학패턴(210B)의 단위 높이도 단위 픽셀들의 높이에 상당한다.

제2 광학패턴(210B)은 픽셀들의 매트릭스에서 좌안영상과 우안영상이 체커보드(checkerboard)형으로 출력되는 경우에 적용될 수 있다.

도6은 도4의 또다른 실시예의 부분 정면도이다. 도6을 참조하면, 제3 광학패턴(210C)에는 다수의 차광부들이 세로 방향으로 연속 배치되어 형성된 차광부 열(215)과 다수의 투광부들이 세로 방향으로 연속 배치되어 형성된 투광부 열(216)이 존재한다.

제3 광학패턴(210C)은 차광부 열(215)과 투광부 열(216)이 가로 방향으로 차례로 반복 배치된 형태이다. 제3 광학패턴(210C)의 단위 높이는 픽셀들의 매트릭스의 전체 높이, 즉 영상 패널의 높이에 상당한다.

제3 광학패턴(210C)은 픽셀들의 매트릭스에서 좌안영상과 우안영상이 시간분할 방식으로 출력되는 경우에 적용될 수 있다.

도7은 도4의 또다른 실시예의 부분 정면도이다. 도7을 참조하면, 제4 광학패턴(210D)에는 두 개의 투광부 열(216)들이 가로 방향으로 연속 배치되어 형성된 장폭 차광부 열(217)들과 두 개의 차광부 열(217)들이 가로 방향으로 연속 배치되어 형성된 장폭 투광부 열(218)들이 존재한다.

이러한 연속 배치는 서로 인접한 볼록렌즈 열들의 각각에 대응하는 광학패턴들이 연속적으로 배치되면서 그 경계에 위치한 패턴단위 열들이 투광부 열 또는 차광부 열로서 동일한 경우에 발생할 수 있다.

제4 광학패턴(210D)은 차광부 열(215) 또는 장폭 차광부 열(217)과 투광부 열(216) 또는 장폭 투광부 열(217)이 가로 방향으로 차례로 반복 배치된 형태이다. 제4 광학패턴(210D)의 단위 높이도 픽셀들의 매트릭스의 전체 높이, 즉 영상 패널의 높이에 상당한다.

제4 광학패턴(210D)은 픽셀들의 매트릭스에서 홀수 열의 픽셀들은 일안영상을 출력하고 동시에 짝수 열의 픽셀들은 타안영상을 출력하는 경우에 적용될 수 있다. 즉, 제4 광학패턴(210D)은 픽셀들의 매트릭스에서 일안영상과 타안영상이 사이드 바이 사이드(side by side)형으로 출력되는 경우에 적용될 수 있다.

한편, 광학패턴부는 본 실시예처럼 광학패턴을 이용한 선택적 차단을 통해 시청자에게 양안시차를 발생시킬 수 있는 것이라면 본 실시예와는 다른 형태로 구현될 수도 있다.

예를 들어, 광학패턴부는 투명 필름에 흑색 잉크를 프린트한 필터, 편광판을 선택적으로 에칭한 필름, 편광판과 조합된 1/2λ 패턴리타더 필름, 편광판 및 1/4λ 리타더 필름과 조합된 1/4λ 패턴 리타더 필름, 편광판과 조합된 액정 디스플레이 등으로 구현될 수도 있다.

도8은 도1의 렌즈부의 다른 실시예의 부분 사시도이다. 도4를 참조하면, 도1의 볼록렌즈(251)로서 도2의 사각렌즈(251a) 대신에 원형렌즈(251b)가 사용될 수 있다.

원형렌즈(251b)는 수직단면이 원형이기 때문에 베이스층(240)에 원형렌즈(251b)들로 커버되지 않는 부분(252)들이 존재하게 되고, 이 부분(252)들을 통해 빛이 손실될 수 있다. 이러한 손실을 최소화하기 위하여 원형렌즈(251b)들은 도4와 같이 베이스층(240) 상에 지그재그형으로 배치될 수 있다.

지그재그형으로 배치된 원형렌즈들과 도6의 제3 광학패턴(210C)의 조합에 의해 발생하는 간섭무늬는 종래의 렌티큘러 방식에 따른 렌즈기둥들(또는 격자형으로 배치된 볼록렌즈들)과 도4의 제1 광학패턴(210A)의 조합에 의해 발생하는 간섭무늬와 유사하다. 이는 양 조합들 모두 지그재그형과 비지그재그형의 조합임에 기인한다. 따라서, 전자의 조합은 후자의 조합에 갈음하여 사용될 수 있다.

물론, 원형렌즈(251b)들을 격자형으로 배치하는 것도 가능하다.

도9는 도8에 오버코팅층이 부가된 것이다. 도9를 참조하면, 도2의 렌즈부와 마찬가지로 도8의 렌즈부에도 렌즈 어레이(250)의 앞면에 오버코팅층(260)이 부가될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 영상 패널 110: 제1 액정부
111: 좌안영상 픽셀 112: 우안영상 픽셀
120: 제1 투명시트층 130: 제1 편광판
200: 무안경 입체영상 디스플레이 장치
210: 제2 액정부 210A: 제1 광학패턴
210B: 제2 광학패턴 210C: 제3 광학패턴
210D: 제4 광학패턴 211: 차광부
212: 투광부 213: 장폭 투광부
214: 장폭 차광부 215: 차광부 열
216: 투광부 열 217: 장폭 투광부 열
218: 장폭 차광부 열 219: 패턴단위
220: 제2 편광판 230: 제2 투명시트층
240: 베이스층 250: 렌즈 어레이
251: 볼록렌즈 251a: 사각렌즈
251b: 원형렌즈 260: 오버코팅층

Claims

영상 패널의 전면에 장착되는 다인시점 무안경 입체영상 디스플레이 장치로서, 상기 영상 패널은 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 다수의 픽셀들을 포함하고, 상기 장치는:
상기 픽셀에 대응하는 부분마다 상기 픽셀보다 작거나 같은 볼록렌즈가 배치된 렌즈부; 및
상기 렌즈부와 상기 영상 패널의 사이에 배치되고, 상기 볼록렌즈를 통과하여 상기 픽셀을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 광학패턴이 형성되는 광학패턴부를 포함하고,
상기 광학패턴은 매트릭스 형태로 배열된 패턴단위들의 각각이 상기 통과를 위한 투광부 또는 상기 차단을 위한 차광부를 형성함으로써 구성되고, 상기 광학패턴부는 상기 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 상기 패턴단위들이 적어도 2개 존재하는 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 볼록렌즈는 원형렌즈 또는 사각렌즈인 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학패턴은
좌안영상을 출력하는 픽셀에 대해서는 좌안시선이 통과되고 우안시선이 차단되도록 하며, 우안영상을 출력하는 픽셀에 대해서는 우안시선이 통과되고 좌안시선이 차단되도록 형성되는 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학패턴은
상기 차광부와 상기 투광부가 서로 인접하여 형성된 서브패턴이 상기 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 적어도 하나 포함된 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학패턴부는
상기 패턴단위별로 전압을 인가하기 위한 전극 사이에 액정이 충진된 액정부; 및
상기 액정부와 상기 렌즈부의 사이에 배치된 편광판을 포함하고,
상기 차광부와 상기 투광부는 상기 액정부에서의 액정배열에 있어서 상이한 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
제5항에 있어서, 상기 렌즈부는
상기 볼록렌즈를 통과하여 상기 픽셀을 향하는 양안시선 중에서 좌안시선이 상기 액정부에 이르는 부분과 우안시선이 상기 액정부에 이르는 부분 사이의 거리가 상기 패턴단위의 폭에 해당하게 되는 거리만큼 상기 액정부로부터 떨어져 있는 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
제6항에 있어서, 상기 광학패턴부는
상기 렌즈부와 상기 액정부 사이의 거리를 확보하기 위하여 상기 렌즈부와 상기 액정부 사이에 배치된 투명시트층을 더 포함하는 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.