KR20150033004A - 입체영상표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상을 표시하는 표시패널; 표시패널 상에 위치하며, 외부로부터 공급된 구동전압에 대응하여 전기장이 발생하면 맥스웰 응력에 의한 쿨롱 힘에 의해 형상이 가변되는 실리콘 탄성 중합체층을 포함하는 렌즈패널; 및 렌즈패널에 구동전압을 공급하는 렌즈패널 구동부를 포함하는 입체영상표시장치를 제공한다.

Description

입체영상표시장치{Stereoscopic Image Display Device}
본 발명은 입체영상표시장치에 관한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보간의 연결 매체인 표시장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기전계발광표시장치(Organic Light Emitting Diode Display: OLED), 전기영동표시장치(Electro Phoretic Display; EPD) 및 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel: PDP) 등과 같은 표시장치의 사용이 증가하고 있다.
앞서 설명된 표시장치 중 일부는 입체영상표시장치로 구현되고 있다. 입체영상표시장치는 양안시차방식(stereoscopic technique)과 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)으로 나누어진다.
양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용한다. 양안시차방식에는 안경방식과 무안경방식이 있고 현재 두 방식 모두 실용화되고 있다.
종래에는 렌티큘라 시트와 같이 고정된 렌즈 어레이를 이용하여 광경로를 변화시키는 무안경방식이 제안된 바 있다. 그런데, 이 방식은 2D 영상과 3D 영상 간의 스위칭이 불가한 단점이 있다. 이를 개선하고자, 액정충진 방식, 액정렌즈 방식, 편광렌즈 방식과 같이 2D 영상과 3D 영상 간의 스위칭이 가능한 무안경방식의 연구 및 제품화되고 있다.
그러나, 액정충진 방식, 액정렌즈 방식, 편광렌즈 방식은 굴절율 이방성을 갖는 재료를 이용하므로 편광원을 출사하지 않는 표시장치에 적용시 이중 구조를 적용해야 하거나 특정 구조를 추가해야 하는 등 단일 3D 광학계로서의 적용이 불가한 단점이 있어 이의 개선이 요구된다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 무안경 3D 구현시 패널의 구조를 단순화함은 물론 제조비를 절감할 수 있고, 편광 또는 비편광된 광을 출사하는 표시패널에도 적용할 수 있는 범용 입체영상표시장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 영상을 표시하는 표시패널; 표시패널 상에 위치하며, 외부로부터 공급된 구동전압에 대응하여 전기장이 발생하면 맥스웰 응력에 의한 쿨롱 힘에 의해 형상이 가변되는 실리콘 탄성 중합체층을 포함하는 렌즈패널; 및 렌즈패널에 구동전압을 공급하는 렌즈패널 구동부를 포함하는 입체영상표시장치를 제공한다.
렌즈패널은 전기장이 발생하면 렌티큘라 렌즈 형상으로 변형될 수 있다.
렌즈패널은 실리콘 탄성 중합체층의 상부 또는 하부에 위치하는 수지층을 포함할 수 있다.
실리콘 탄성 중합체층과 수지층은 굴절률이 서로 다를 수 있다.
실리콘 탄성 중합체층의 굴절률은 수지층의 굴절률보다 클 수 있다.
실리콘 탄성 중합체층과 수지층은 두께가 서로 다를 수 있다.
렌즈패널은 하부기판과, 하부기판과 이격 대향하는 상부기판과, 하부기판 상에 형성된 하부전극과, 상부기판 상에 형성되고 하부전극과 마주보는 상부전극과, 하부전극 상에 형성된 실리콘 탄성 중합체층을 포함할 수 있다.
하부전극 및 상부전극 중 하나는 기판의 크기에 대응하여 전면전극 형태로 형성되고 다른 하나는 분할전극 형태로 형성될 수 있다.
렌즈패널은 하부기판과, 하부기판과 이격 대향하는 상부기판과, 하부기판 상에 형성된 하부전극과, 하부전극 상에 형성된 실리콘 탄성 중합체층을 포함할 수 있다.
하부전극은 분할전극 형태로 형성될 수 있다.
본 발명은 무안경 3D 구현시 패널의 구조를 단순화할 수 있고, 편광 또는 비편광된 광을 출사하는 표시패널에도 적용할 수 있는 범용 입체영상표시장치 구현이 가능한 효과가 있다. 또한, 본 발명은 무안경 3D 구현시 고가의 액정을 대체할 수 있는 실리콘 탄성 레진을 이용하므로 제조비를 절감할 수 있는 입체영상표시장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 입체영상표시장치를 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 도 1의 입체영상표시장치의 구동 개념을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도.
도 4는 구동전압에 따른 렌즈패널의 특성을 설명하기 위한 단면 예시도.
도 5는 렌즈패널을 구성하는 기판의 재질에 따른 특성을 설명하기 위한 단면 예시도.
도 6은 본 발명의 제1실시예의 변형된 예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도.
도 8은 구동전압에 따른 렌즈패널의 특성을 설명하기 위한 단면 예시도.
도 9는 본 발명의 제2실시예의 변형된 예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도.
도 11은 구동전압에 따른 렌즈패널의 특성을 설명하기 위한 단면 예시도.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제3실시예의 변형된 예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도들.
도 14는 OLED를 이용한 입체영상표시장치의 개략적인 단면 예시도.
도 15는 LCD를 이용한 입체영상표시장치의 개략적인 단면 예시도.
도 16은 PDP를 이용한 입체영상표시장치의 개략적인 단면 예시도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
<제1실시예>
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 입체영상표시장치를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1의 입체영상표시장치의 구동 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 입체영상표시장치에는 영상 공급부(SBD), 타이밍 제어부(TCN), 표시패널 구동부(DRV1), 렌즈패널 구동부(DRV2), 표시패널(PNL1) 및 렌즈패널(PNL2)이 포함된다. 본 발명의 제1실시예에 따른 입체영상표시장치는 무안경방식으로 구현된다.
영상 공급부(SBD)는 이차원 모드(이하 2D 모드) 또는 삼차원 모드(이하 3D 모드)를 지원한다. 영상 공급부(SBD)는 2D 모드에서는 2D 영상 프레임 데이터를 생성하고 3D 모드에서는 3D 영상 프레임 데이터를 생성한다. 3D 영상 프레임 데이터는 통상 좌안영상 프레임 데이터와 우안영상 프레임 데이터를 포함한다.
영상 공급부(SBD)는 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블신호 및 메인 클럭 등의 타이밍 신호와 영상 프레임 데이터를 타이밍 제어부(TCN)에 공급한다. 영상 공급부(SBD)는 유저 인터페이스를 통해 입력되는 사용자 선택에 따라 2D 또는 3D 모드로 선택되어 이에 대응되는 영상 프레임 데이터 등을 생성하고 이를 타이밍 제어부(TCN)에 공급한다. 유저 인터페이스는 OSD(On screen display), 리모콘(Remote controller), 키보드, 마우스 등의 사용자 입력 수단을 포함한다.
타이밍 제어부(TCN)는 영상 공급부(SBD)로부터 2D 영상 프레임 데이터 또는 3D 영상 프레임 데이터를 공급받는다. 사용자 입력 수단에 의해 2D 모드로 선택된 경우, 타이밍 제어부(TCN)는 50Hz ~ 60Hz 등의 프레임 주파수로 2D 영상 프레임 데이터를 표시패널 구동부(DRV1)에 공급한다. 사용자 입력 수단에 의해 3D 모드로 선택된 경우, 타이밍 제어부(TCN)는 120Hz 이상의 프레임 주파수로 좌안영상 프레임 데이터와 우안영상 프레임 데이터를 표시패널 구동부(DRV1)에 교번하여 공급한다. 또한, 타이밍 제어부(TCN)는 영상 프레임 데이터에 대응되는 각종 제어신호를 표시패널 구동부(DRV1)에 공급한다.
표시패널 구동부(DRV1)는 표시패널(PNL1)의 데이터라인들에 연결되어 데이터신호를 공급하는 데이터 구동부와, 표시패널(PNL1)의 스캔라인들에 연결되어 스캔신호를 공급하는 스캔 구동부를 포함한다. 표시패널 구동부(DRV1)에 포함된 데이터 구동부는 타이밍 제어부(TCN)의 제어하에 디지털 형태의 프레임 데이터를 아날로그 형태의 프레임 데이터로 변환하고 이를 표시패널(PNL1)의 데이터라인들에 공급한다. 또한, 제1구동부(DRV)에 포함된 스캔 구동부는 타이밍 제어부(TCN)의 제어하에 표시패널(PNL1)의 스캔라인들에 스캔신호를 순차적으로 공급한다.
표시패널(PNL1)은 표시패널 구동부(DRV1)로부터 스캔신호 및 데이터신호를 공급받고 이에 대응하여 2D 영상 또는 3D 영상을 표시한다. 표시패널(PNL1)은 내부에 구성된 소자의 특성마다 제1기판에 형성된 구성과 제2기판에 형성된 구성이 상이하다. 그러나, 본 발명은 편광판이 부착되어 편광된 광을 출사하는 표시패널(PNL1)은 물론 편광판이 미부착되어 비편광된 광을 출사하는 표시패널(PNL1)에 모두 적용할 수 있고 이에 대한 구체적인 예는 이하에서 다룬다.
렌즈패널 구동부(DRV2)는 렌즈패널(PNL2)에 구동전압(VL, VU)을 공급한다. 렌즈패널 구동부(DRV2)는 타이밍 제어부(TCN)의 제어하에 외부 또는 내부에서 생성된 구동전압(VL, VU)을 렌즈패널(PNL2)의 하부전극과 상부전극에 공급한다. 하부전극과 상부전극에 공급되는 구동전압(VL, VU)은 표시패널 구동부(DRV1)로부터 출력되는 신호 중 적어도 하나와 동기되거나 비동기될 수 있다. 렌즈패널 구동부(DRV2)는 타이밍 제어부(TCN)의 제어하에 구동전압(VL, VU)을 출력한다.
렌즈패널(PNL2)은 렌즈패널 구동부(DRV2)로부터 구동전압(VL, VU)을 공급받고 이에 대응하여 2D 영상 또는 3D 영상을 표시하도록 동작한다. 2D 영상모드에서, 렌즈패널(PNL2)은 표시패널(PNL1)로부터 출사된 영상이 그대로 출사되도록 평면 형상을 갖는다. 3D 영상모드에서, 렌즈패널(PNL2)은 표시패널(PNL1)로부터 출사된 좌안영상과 우안영상이 상호 분리되도록 다수의 렌티큘라 렌즈 형상으로 변형된다.
렌즈패널(PNL2)은 내부 전극에 전기장이 발생하면 맥스웰 응력(Maxwell Stress)에 의해 쿨롱 힘(Coulomb charge attraction)이 발생하여 변형이 일어나는 전기 일그러짐 효과(electrostriction effect)를 이용하여 렌티큘라 렌즈 형상을 구현한다. 이하, 단위 렌즈 형상을 기반으로 설명을 구체화한다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 구동전압(VL, VU)이 미공급되면 렌즈패널(PNL2)에는 렌즈 형상이 형성되지 않는다. 구동전압(VL, VU)이 미공급된 경우 렌즈패널(PNL2)에 렌즈 형상이 형성되지 않으므로 표시패널(PNL1)로부터 출사된 광은 렌즈패널(PNL2)을 투과한 이후 "L"과 같이 그대로 출사된다. 즉, 렌즈패널(PNL2)에 렌즈 형상이 형성되지 않으면 2D 영상을 표시하게 된다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 구동전압(VL, VU)이 공급되면 렌즈패널(PNL2)에는 렌즈 형상이 형성된다. 구동전압(VL, VU)이 공급된 경우 렌즈패널(PNL2)에 렌즈 형상이 형성되므로 표시패널(PNL1)로부터 출사된 광은 렌즈패널(PNL2)을 투과한 이후 "LR, LL"과 같이 좌측과 우측으로 굴절되며 출사된다. 즉, 렌즈패널(PNL2)에 렌즈 형상이 형성되면 3D 영상을 표시하게 된다.
이하, 렌즈패널의 단면도를 참조하여 본 발명에 대한 설명을 구체화한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도이고, 도 4는 구동전압에 따른 렌즈패널의 특성을 설명하기 위한 단면 예시도이며, 도 5는 렌즈패널을 구성하는 기판의 재질에 따른 특성을 설명하기 위한 단면 예시도이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예의 변형된 예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈패널(PNL2)은 하부기판(110), 상부기판(120), 하부전극(130), 상부전극(140) 및 실리콘 탄성 중합체층(150)을 포함한다.
하부기판(110)과 상부기판(120)은 투명한 유리나 폴리에스테르설폰(PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI) 및 폴리카보네이트(PC) 등과 같이 필름으로 선택된다.
실리콘 탄성 중합체층(150)은 P중합체[P(VDF-TrEE-CFE)], 폴리디메틸실론산(Polydimethylsiloxane; PDMS) 및 실리콘 수지로 이루어진 것을 예로 들 수 있다. 그러나, 실리콘 탄성 중합체층(150)은 이에 한정되지 않는다.
하부전극(130)은 하부기판(110) 상에 형성된다. 하부전극(130)은 하부기판(110)의 내부 전면을 차지하도록 전면전극 형태로 형성된다. 상부전극(140)은 상부기판(120) 상에 형성된다. 상부전극(140)은 상부기판(120)의 내부에 분할된 분할전극 형태(또는 스트라이프 형태)로 형성된다. 하부전극(130)과 상부전극(140)은 구동전압에 대응하여 수직 전계를 형성한다.
렌즈패널(PNL2)은 하부전극(130)과 상부전극(140)에 공급된 구동전압에 의해 전기장이 발생하면 실리콘 탄성 중합체층(150)이 렌즈 형상으로 변형된다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 구동전압(VL, VU)이 미공급되면 렌즈패널(PNL2) 내에 포함된 실리콘 탄성 중합체층(150)은 변형되지 않고 원형 그대로 유지하게 된다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 구동전압(VL, VU)이 공급되면 렌즈패널(PNL2) 내에 포함된 실리콘 탄성 중합체층(150)은 렌즈 형상으로 변형된다.
렌즈패널(PNL2)은 전기변형효과(Electrostriction effect = reverse piezo-electric effect)를 기반으로 렌즈 형상을 형성한다. 물체의 내부를 보면 각기 다른 방향과 크기의 분극(polarization)을 가지는 도메인(domain)들이 영역별로 존재하는데, 이곳에 전기장이 걸릴 경우 이 전기장과 방향을 맞추기 위해서 도메인들이 움직이면서 물체의 모양이 변형되는 것을 전기변형효과라 한다.
하부전극(130)과 상부전극(140)을 통해 공급된 구동전압에 의해 전기장이 발생하면 실리콘 탄성 중합체층(150)은 전기변형효과로 맥스웰 응력에 의한 쿨롱 힘을 받음으로써 렌즈 형상으로 변형된다. 이때, 하부전극(130)과 상부전극(140)의 위치(전극 간의 거리 포함)와 형상 그리고 이들에 공급되는 구동전압은 표시패널의 서브 픽셀의 크기와 시청거리 등에 최적화된 렌즈의 형상과 피치 및 초점거리 등을 형성하도록 설계된다.
하부전극(130)에 공급된 하부 구동전압(VL)과 상부전극(140)에 공급되는 상부 구동전압(VU)은 전기장을 형성하도록 일정 레벨의 전압차를 갖는다. 그리고, 상부전극(140)에 공급되는 제1 내지 제7상부 구동전압(VU1 ~ VU7)의 경우, 렌즈의 형상과 피치 및 초점거리 등을 조절하기 위해 하나 이상 다른 전압 레벨을 가질 수 있다.
한편, 하부기판(110)이 유리와 같은 강성 재료로 선택되고 상부기판(120)이 필름과 같은 연성 재료로 구성된 경우, 실리콘 탄성 중합체층(150)의 물리적인 변형에 의한 힘은 상부기판(120)에도 전달될 수 있다. 이 경우, 도 5와 같이 실리콘 탄성 중합체층(150)의 중앙영역에 위치하는 상부기판(120)은 y2 방향으로 상승하고 실리콘 탄성 중합체층(150)의 외곽영역에 위치하는 상부기판(120)은 y1 방향으로 하강하게 된다. 즉, 상부기판(120) 또한 실리콘 탄성 중합체층(150)을 따라 렌즈 형상과 유사하게 변형되므로 이 구조를 기반으로 투과 광의 굴절률을 가변할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하부전극(130)의 경우 표시패널의 서브 픽셀의 크기와 시청거리 등에 최적화된 렌즈의 형상과 피치 및 초점거리 등을 형성하도록 분할전극 형태로 형성될 수 있다. 이때, 하부전극(130)과 상부전극(140)은 상하에서 서로 마주보도록 위치하거나 하부전극들 사이에 상부전극들이 위치하도록 교번하는 형태로 형성될 수 있다.
<제2실시예>
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도이고, 도 8은 구동전압에 따른 렌즈패널의 특성을 설명하기 위한 단면 예시도이며, 도 9는 본 발명의 제2실시예의 변형된 예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 렌즈패널(PNL2)은 하부기판(110), 상부기판(120), 하부전극(130), 상부전극(140), 실리콘 탄성 중합체층(150) 및 수지층(160)을 포함한다.
하부기판(110)과 상부기판(120)은 투명한 유리나 폴리에스테르설폰(PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI) 및 폴리카보네이트(PC) 등과 같이 필름으로 선택된다.
실리콘 탄성 중합체층(150)은 P중합체[P(VDF-TrEE-CFE)], 폴리디메틸실론산(Polydimethylsiloxane; PDMS) 및 실리콘 수지로 이루어질 수 있고, 수지층(160)은 이와 유사 또는 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 실리콘 탄성 중합체층(150)의 굴절률(n1)과 수지층(160)의 굴절률(n2)은 서로 다를 수 있다. 예컨대, 실리콘 탄성 중합체층(150)의 굴절률(n1)이 수지층(160)의 굴절률(n2)보다 크게 설정되거나 수지층(160)의 굴절률(n2)이 실리콘 탄성 중합체층(150)의 굴절률(n1)보다 크게 설정될 수 있다.
또한, 실리콘 탄성 중합체층(150)과 수지층(160)은 서로 다른 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대, 실리콘 탄성 중합체층(150)의 두께가 수지층(160)의 두께보다 높게 설정되거나 수지층(160)의 두께가 실리콘 탄성 중합체층(150)의 두께보다 크게 설정될 수 있다. 수지층(160)은 실리콘 탄성 중합체층(150)이 렌즈 형상을 갖도록 물리 변형을 보조하는 역할을 한다. 따라서, 수지층(160)의 두께는 실리콘 탄성 중합체층(150)의 두께보다 얇을수록 좋다.
하부전극(130)은 하부기판(110) 상에 형성된다. 하부전극(130)은 하부기판(110)의 내부 전면을 차지하도록 전면전극 형태로 형성된다. 상부전극(140)은 상부기판(120) 상에 형성된다. 상부전극(140)은 상부기판(120)의 내부에 분할된 분할전극 형태로 형성된다. 하부전극(130)과 상부전극(140)은 구동전압에 대응하여 수직 전계를 형성한다.
렌즈패널(PNL2)은 하부전극(130)과 상부전극(140)에 공급된 구동전압에 의해 전기장이 발생하면 실리콘 탄성 중합체층(150)이 렌즈 형상으로 변형된다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 구동전압(VL, VU)이 미공급되면 렌즈패널(PNL2) 내에 포함된 실리콘 탄성 중합체층(150) 및 수지층(160)은 변형되지 않고 원형 그대로 평면 형상을 유지하게 된다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 구동전압(VL, VU)이 공급되면 렌즈패널(PNL2) 내에 포함된 실리콘 탄성 중합체층(150)은 렌즈 형상으로 변형되고, 수지층(160)은 렌즈 형상과 반대되는 형상으로 변형된다.
렌즈패널(PNL2)은 전기변형효과(Electrostriction effect = reverse piezo-electric effect)를 기반으로 렌즈 형상을 형성한다. 물체의 내부를 보면 각기 다른 방향과 크기의 분극(polarization)을 가지는 도메인(domain)들이 영역별로 존재하는데, 이곳에 전기장이 걸릴 경우 이 전기장과 방향을 맞추기 위해서 도메인들이 움직이면서 물체의 모양이 변형되는 것을 전기변형효과라 한다.
하부전극(130)과 상부전극(140)을 통해 공급된 구동전압에 의해 전기장이 발생하면 실리콘 탄성 중합체층(150) 및 수지층(160)은 전기변형효과로 맥스웰 응력(Maxwell Stress)에 의한 쿨롱 힘(Coulomb Charge Attraction)을 받음으로써 렌즈 형상으로 변형된다. 이때, 하부전극(130)과 상부전극(140)의 위치(전극 간의 거리 포함)와 형상 그리고 이들에 공급되는 구동전압은 표시패널의 서브 픽셀의 크기와 시청거리 등에 최적화된 렌즈의 형상과 피치 및 초점거리 등을 형성하도록 설계된다.
하부전극(130)에 공급된 하부 구동전압(VL)과 상부전극(140)에 공급되는 상부 구동전압(VU)은 전기장을 형성하도록 일정 레벨의 전압차를 갖는다. 그리고, 상부전극(140)에 공급되는 제1 내지 제7상부 구동전압(VU1 ~ VU7)의 경우, 렌즈의 형상과 피치 및 초점거리 등을 조절하기 위해 하나 이상 다른 전압 레벨을 가질 수 있다. 제1 내지 제7상부 구동전압(VU1 ~ VU7)의 레벨차에 의해 실리콘 탄성 중합체층(150)의 중앙영역은 y2 방향으로 상승하고 실리콘 탄성 중합체층(150)의 외곽영역은 y1 방향으로 하강하게 된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 하부전극(130)의 경우 표시패널의 서브 픽셀의 크기와 시청거리 등에 최적화된 렌즈의 형상과 피치 및 초점거리 등을 형성하도록 분할전극 형태로 형성될 수 있다. 이때, 하부전극(130)과 상부전극(140)은 상하에서 서로 마주보도록 위치하거나 하부전극들 사이에 상부전극들이 위치하도록 교번하는 형태로 형성될 수 있다.
<제3실시예>
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도이고, 도 11은 구동전압에 따른 렌즈패널의 특성을 설명하기 위한 단면 예시도이며, 도 12 및 도 13은 본 발명의 제3실시예의 변형된 예에 따른 렌즈패널의 단면 예시도들이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 렌즈패널(PNL2)은 하부기판(110), 상부기판(120), 하부전극(130) 및 실리콘 탄성 중합체층(150)을 포함한다.
하부기판(110)과 상부기판(120)은 투명한 유리나 폴리에스테르설폰(PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI) 및 폴리카보네이트(PC) 등과 같이 필름으로 선택된다.
실리콘 탄성 중합체층(150)은 P중합체[P(VDF-TrEE-CFE)], 폴리디메틸실론산(Polydimethylsiloxane; PDMS) 및 실리콘 수지로 이루어진 것을 예로 들 수 있다. 그러나, 실리콘 탄성 중합체층(150)은 이에 한정되지 않는다.
하부전극(130)은 하부기판(110) 상에 형성된다. 하부전극(130)은 하부기판(110)의 내부에 분할된 분할전극 형태로 형성된다. 하부전극(130)은 구동전압에 대응하여 수평 전계를 형성한다.
렌즈패널(PNL2)은 구동전압이 미공급되면 렌즈패널(PNL2) 내에 포함된 실리콘 탄성 중합체층(150)이 변형되지 않고 원형 그대로 평면 형상을 유지하게 된다. 그러나, 렌즈패널(PNL2)은 구동전압이 공급되면 렌즈패널(PNL2) 내에 포함된 실리콘 탄성 중합체층(150)이 렌즈 형상으로 변형된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 구동전압(VN1 ~ VN7)이 공급되면 렌즈패널(PNL2) 내에 포함된 실리콘 탄성 중합체층(150)은 렌즈 형상으로 변형된다.
렌즈패널(PNL2)은 전기변형효과(Electrostriction effect = reverse piezo-electric effect)를 기반으로 렌즈 형상을 형성한다. 물체의 내부를 보면 각기 다른 방향과 크기의 분극(polarization)을 가지는 도메인(domain)들이 영역별로 존재하는데, 이곳에 전기장이 걸릴 경우 이 전기장과 방향을 맞추기 위해서 도메인들이 움직이면서 물체의 모양이 변형되는 것을 전기변형효과라 한다.
하부전극(130)을 통해 공급된 구동전압(VN1 ~ VN7)에 의해 전기장이 발생하면 실리콘 탄성 중합체층(150)은 전기변형효과로 맥스웰 응력(Maxwell Stress)에 의한 쿨롱 힘(Coulomb Charge Attraction)을 받음으로써 렌즈 형상으로 변형된다. 이때, 하부전극(130) 간의 거리 및 하부전극(130)에 공급되는 구동전압(VN1 ~ VN7)은 표시패널의 서브 픽셀의 크기와 시청거리 등에 최적화된 렌즈의 형상과 피치 및 초점거리 등을 형성하도록 설계된다.
하부전극(130)에 공급된 하부 구동전압(VN1 ~ VN7)은 전기장을 형성하도록 하나 이상 다른 극성을 갖는다. 예컨대, 실리콘 탄성 중합체층(150)의 중앙영역에는 VP3, VP4, VP5와 같이 정극성 전압이 공급되고, 실리콘 탄성 중합체층(150)의 외곽영역에는 VN1, VN2, VN6, VN7과 같이 부극성 전압이 공급된다.
하부전극(130)에 공급된 하부 구동전압(VN1 ~ VN7)의 경우, 렌즈의 형상과 피치 및 초점거리 등을 조절하기 위해 하나 이상 다른 전압 레벨을 가질 수 있다. 제1 내지 제7하부 구동전압(VN1 ~ VN7)의 레벨차에 의해 실리콘 탄성 중합체층(150)의 중앙영역은 y2 방향으로 상승하고 실리콘 탄성 중합체층(150)의 외곽영역은 y1 방향으로 하강하게 된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 렌즈패널(PNL2)은 하부기판(110), 상부기판(120), 하부전극(130), 실리콘 탄성 중합체층(150) 및 수지층(160)으로 이루어질 수 있다. 수지층(160)은 실리콘 탄성 중합체층(150)과 유사 또는 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
실리콘 탄성 중합체층(150)의 굴절률(n1)과 수지층(160)의 굴절률(n2)은 서로 다를 수 있다. 예컨대, 실리콘 탄성 중합체층(150)의 굴절률(n1)이 수지층(160)의 굴절률(n2)보다 크게 설정되거나 수지층(160)의 굴절률(n2)이 실리콘 탄성 중합체층(150)의 굴절률(n1)보다 크게 설정될 수 있다.
또한, 실리콘 탄성 중합체층(150)과 수지층(160)은 서로 다른 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대, 실리콘 탄성 중합체층(150)의 두께가 수지층(160)의 두께보다 높게 설정되거나 수지층(160)의 두께가 실리콘 탄성 중합체층(150)의 두께보다 크게 설정될 수 있다. 수지층(160)은 실리콘 탄성 중합체층(150)이 렌즈 형상을 갖도록 물리 변형을 보조하는 역할을 한다. 따라서, 수지층(160)의 두께는 실리콘 탄성 중합체층(150)의 두께보다 얇을수록 좋다.
도 13에 도시된 바와 같이, 렌즈패널(PNL2)은 하부기판(110), 상부기판(120), 하부전극(130), 상부전극(140) 및 실리콘 탄성 중합체층으로 이루어질 수 있다. 하부전극(130)에는 공급된 하부 구동전압은 전기장을 형성하도록 하나 이상 다른 극성을 갖는다. 상부전극(140)에 공급된 상부 구동전압은 기준전압 또는 하부 구동전압과 반대되는 전압이 공급된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈패널을 적용할 수 있는 입체영상표시장치에 대해 설명한다.
도 14는 OLED를 이용한 입체영상표시장치의 개략적인 단면 예시도이고, 도 15는 LCD를 이용한 입체영상표시장치의 개략적인 단면 예시도이며, 도 16은 PDP를 이용한 입체영상표시장치의 개략적인 단면 예시도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 렌즈패널(PNL2)은 비편광된 광을 출사하는 OLED 표시패널(PNL1)의 표시면 상에 형성된다. OLED 표시패널(PNL1)은 제1기판(210), 제2기판(220), 박막 트랜지스터 어레이(230) 및 유기 발광다이오드(240)를 포함한다.
박막 트랜지스터 어레이(230)는 제1기판(210) 상에 형성된다. 박막 트랜지스터 어레이(230)에는 데이터라인들, 스캔라인들, 스위칭 트랜지스터, 구동 트랜지스터 및 커패시터를 포함한다. 박막 트랜지스터 어레이(230)는 트랜지스터의 구조에 따라 다양한 형태로 형성되므로 이를 단순화하여 블록으로 도시한다.
유기 발광다이오드(240)는 박막 트랜지스터 어레이(230) 상에 형성된다. 유기 발광다이오드(240)는 제1전극, 발광층 및 제2전극을 포함한다. 제1전극과 제2전극은 애노드전극과 캐소드전극 또는 캐소드전극과 애노드전극으로 선택된다. 제1전극은 박막 트랜지스터 어레이(230)의 구동 트랜지스터의 소오스전극 또는 드레인전극에 연결된다. 제2전극은 고전위전압(예: VDD) 또는 저전위전압(예: VSS)에 연결된다. 발광층은 제1전극과 제2전극 사이에 형성된다. 발광층은 적색, 녹색 및 청색의 빛을 각각 발광한다. 이에 따라, 적색 서브 픽셀(R)에 포함된 발광층은 적색을 발광하고, 녹색 서브 픽셀(G)에 포함된 발광층은 녹색을 발광하고, 청색 서브 픽셀(B)에 포함된 발광층은 청색을 발광한다.
한편, OLED 표시패널(PNL1)은 적색을 발광하는 적색 서브 픽셀, 백색을 발광하는 백색 서브 픽셀, 녹색을 발광하는 녹색 서브 픽셀 및 청색을 발광하는 청색 서브 픽셀을 포함할 수도 있다. 이 경우, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀에 포함된 모든 발광층은 백색을 발광한다. 그리고 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀은 각각 백색을 적색, 녹색 및 청색으로 변환하는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터를 더 포함한다. 그러나, 백색 서브 픽셀의 경우 별도의 색변환을 위한 컬러필터가 불필요하므로, 출사된 백색 광을 그대로 출사시킨다. 즉, 백색 서브 픽셀에 대응되는 영역에는 컬러필터가 미존재한다.
통상, OLED 표시패널(PNL1)의 표시면에는 원편광판을 부착하기도 하는데 렌즈패널(PNL2)은 비편광된 광을 출사하는 표시패널에도 적용 가능하므로, OLED 표시패널(PNL1)과 렌즈패널(PNL2) 사이에 통상적으로 부착되는 원편광판을 제거하더라도 무방하다.
도 15에 도시된 바와 같이, 렌즈패널(PNL2)은 편광된 광을 출사하는 LCD 표시패널(PNL1)의 표시면 상에 형성된다. LCD 표시패널(PNL1)은 제1기판(210), 제2기판(220), 박막 트랜지스터 어레이(230), 컬러필터(250), 하부 및 상부 편광판(LPOL, UPOL), 액정층(260) 및 백라이트유닛(270)을 포함한다.
박막 트랜지스터 어레이(230)는 제1기판(210) 상에 형성된다. 박막 트랜지스터 어레이(230)에는 데이터라인들, 스캔라인들, 스위칭 트랜지스터 및 커패시터를 포함한다. 박막 트랜지스터 어레이(230)는 트랜지스터의 구조에 따라 다양한 형태로 형성되므로 이를 단순화하여 블록으로 도시한다.
컬러필터(250)는 제2기판(220) 상에 형성(제2기판의 내부면)된다. 컬러필터(250)는 블랙매트릭스(BM)를 사이에 두고 적색, 녹색 및 청색의 안료를 포함하는 수지 등으로 형성된다. 도시되어 있진 않지만, 컬러필터(250) 상에는 표면을 평탄하게 하는 오버코팅층이 더 형성될 수 있다. 액정층(260)은 제1기판(210)과 제2기판(220) 사이에 형성된다. 하부 편광판(LPOL)은 제1기판(210)의 배면에 형성되고 상부 편광판(LPOL, UPOL)은 제2기판(220)의 표시면에 형성된다.
백라이트유닛(270)은 제1기판(210)의 배면에 위치한다. 백라이트유닛(270)은 제1기판(210)의 배면을 통해 광을 제공한다. 백라이트유닛(270)은 광원이 제1기판(210)의 일측에 위치하는 엣지형, 광원이 제1기판(210)의 일측과 타측에 위치하는 듀얼형, 광원이 제1기판(210)의 하부에 위치하는 직하형 중 하나로 선택된다. 백라이트유닛(270)의 광원은 발광다이오드(LED)나 냉음극형광램프(CCFL) 등으로 선택된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 렌즈패널(PNL2)은 비편광된 광을 출사하는 PDP 표시패널(PNL1)의 표시면 상에 형성된다. PDP 표시패널(PNL1)은 제1기판(210), 제2기판(220), 어드레스 전극(280), 방전층(285), 서스테인전극(290) 및 스캔전극(295)을 포함한다.
어드레스 전극(280)은 제1기판(210) 상에 형성된다. 어드레스 전극(280)은 하부 유전체층에 의해 절연된다. 서스테인전극(290) 및 스캔전극(295)은 제2기판(220) 상에 이격하도록 구분되어 형성된다. 서스테인전극(290) 및 스캔전극(295)은 상부 유전체층에 의해 절연된다. 어드레스 전극(280)과 서스테인전극(290) 및 스캔전극(295)은 상호 직교 교차하도록 배치된다.
방전층(285)은 어드레스 전극(280)과 서스테인전극(290) 및 스캔전극(295) 사이에 형성된다. 방전층(285)은 격벽(PW)에 의해 구획되며 내부에 형성된 형광체층에 의해 적색 방전층(R), 녹색 방전층(G) 및 청색 방전층(B)으로 구분된다. 격벽(PW)은 방전 셀을 구획하도록 스트라이프 타입(Stripe Type), 웰 타입(Well Type), 델타 타입(Delta Type), 벌집 타입 중 하나로 형성되며 내부에 방전 가스가 포함된다.
앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 비편광된 광을 출사하는 OLED 표시패널 및 PDP 표시패널이나 편광된 광을 출사하는 LCD 표시패널에 적용 가능함은 물론 기타 다른 표시패널에도 적용이 가능하다. 한편, 앞서 설명된 렌즈패널(PNL2)은 패널의 박막화를 위해 하부에 위치하는 표시패널(PNL1)의 제2기판을 하부기판으로 사용할 수도 있다.
이상 본 발명은 무안경 3D 구현시 패널의 구조를 단순화할 수 있고, 편광 또는 비편광된 광을 출사하는 표시패널에도 적용할 수 있는 범용 입체영상표시장치 구현이 가능한 효과가 있다. 또한, 본 발명은 무안경 3D 구현시 고가의 액정을 대체할 수 있는 실리콘 탄성 레진을 이용하므로 제조비를 절감할 수 있는 입체영상표시장치를 제공하는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
SBD: 영상 공급부 TCN: 타이밍 제어부
DRV1: 표시패널 구동부 DRV2: 렌즈패널 구동부
PNL1: 표시패널 PNL2: 렌즈패널
110: 하부기판 120: 상부기판
130: 하부전극 140: 상부전극
150: 실리콘 탄성 중합체층 160: 수지층

Claims (10)

  1. 영상을 표시하는 표시패널;
    상기 표시패널 상에 위치하며, 외부로부터 공급된 구동전압에 대응하여 전기장이 발생하면 맥스웰 응력에 의한 쿨롱 힘에 의해 형상이 가변되는 실리콘 탄성 중합체층을 포함하는 렌즈패널; 및
    상기 렌즈패널에 상기 구동전압을 공급하는 렌즈패널 구동부를 포함하는 입체영상표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈패널은
    상기 전기장이 발생하면 렌티큘라 렌즈 형상으로 변형되는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈패널은
    상기 실리콘 탄성 중합체층의 상부 또는 하부에 위치하는 수지층을 포함하는 입체영상표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실리콘 탄성 중합체층과 상기 수지층은
    굴절률이 서로 다른 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘 탄성 중합체층의 굴절률은
    상기 수지층의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 실리콘 탄성 중합체층과 상기 수지층은
    두께가 서로 다른 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈패널은
    하부기판과,
    상기 하부기판과 이격 대향하는 상부기판과,
    상기 하부기판 상에 형성된 하부전극과,
    상기 상부기판 상에 형성되고 상기 하부전극과 마주보는 상부전극과,
    상기 하부전극 상에 형성된 상기 실리콘 탄성 중합체층을 포함하는 입체영상표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하부전극 및 상기 상부전극 중 하나는 기판의 크기에 대응하여 전면전극 형태로 형성되고 다른 하나는 분할전극 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈패널은
    하부기판과,
    상기 하부기판과 이격 대향하는 상부기판과,
    상기 하부기판 상에 형성된 하부전극과,
    상기 하부전극 상에 형성된 상기 실리콘 탄성 중합체층을 포함하는 입체영상표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하부전극은
    분할전극 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
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