KR20150047967A - 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시 장치 및 그 구동 방법에 관련된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 영상을 표시하는 표시 패널; 및 2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작하며, 3차원 모드로 동작 시 프레넬 존 플레이트로 동작하는 복수의 단위 액정 렌즈를 포함하는 액정 렌즈 패널;을 포함하고, 상기 액정 렌즈 패널은, 복층으로 된 복수의 전극을 포함하는 제1 전극층이 위치하는 제1 기판; 상기 제1 기판에 대향하며, 공통 전압이 인가되는 제2 전극층이 위치하는 제2 기판; 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 액정층;을 포함한다. 상기 액정 렌즈 패널이 3차원 모드로 동작 시, 상기 공통 전압에 대한 상기 제1 전극층에 인가되는 전압의 극성이 존마다 반전되고, 제1 전극층의 전극 중 존 경계에 인접한 두 전극 중 적어도 하나에 인가되는 전압의 극성 반전이 오버구동 또는 언더구동된다.

Description

표시 장치 및 그 구동 방법{DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근 표시 장치 기술의 발전에 따라서 3차원(3D)의 입체 영상 표시 장치가 관심을 끌고 있으며, 다양한 3차원 영상 표시 방법이 연구되고 있다.
입체 영상 표시를 구현함에 있어서 일반적으로 사용되는 방법 중의 하나는 좌우 양안 시차(binocular display)를 이용하는 것이다. 좌우 양안 시차를 이용하는 방법은 왼쪽 눈에 도달하는 영상과 오른쪽 눈에 도달하는 영상을 같은 표시 장치에서 표시하고, 이 두 영상을 각각 관찰자의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 입사하도록 만들어 주는 것이다. 즉, 양쪽 눈에 각각 다른 각도에서 관찰된 영상이 입력되도록 함으로써 관찰자가 입체감을 느낄 수 있도록 한다.
이때, 영상을 관찰자의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각각 들어가게 하는 방법으로는 배리어(barrier)를 사용하는 방법과 원통형 렌즈(cylindrical lens)의 일종인 렌티큘러 렌즈(lenticular lens)를 사용하는 방법 등이 있다.
배리어를 이용하는 입체 영상 표시 장치는 배리어에 슬릿을 형성하여 이 슬릿을 통해 표시 장치로부터의 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 나누어 관찰자의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각각 들어가도록 한다.
렌즈를 이용하는 입체 영상 표시 장치는 좌안 영상과 우안 영상을 각각 표시하고 입체 영상 표시 장치로부터의 영상을 렌즈를 사용하여 광 경로를 변경함으로써 좌안 영상 및 우안 영상으로 나눈다.
한편 평면 영상 표시 방법에서 입체 영상 표시 방법으로 전환하는 과정에서 2차원/3차원 겸용 영상 표시 장치가 각광받고 있으며, 이를 위해 스위칭이 가능한 렌즈(switchable lens)가 개발되고 있다.
본 발명의 목적은 액정 렌즈의 특성을 향상시킬 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 액정 렌즈의 존 경계에 인접한 전극 간에 발생하는 커플링 효과를 최소화할 수 있는 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 영상을 표시하는 표시 패널; 및 2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작하며, 3차원 모드로 동작 시 프레넬 존 플레이트로 동작하는 복수의 단위 액정 렌즈를 포함하는 액정 렌즈 패널;을 포함하고, 상기 액정 렌즈 패널은, 복층으로 된 복수의 전극을 포함하는 제1 전극층이 위치하는 제1 기판; 상기 제1 기판에 대향하며, 공통 전압이 인가되는 제2 전극층이 위치하는 제2 기판; 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 액정층;을 포함한다. 상기 액정 렌즈 패널이 3차원 모드로 동작 시, 상기 공통 전압에 대한 상기 제1 전극층에 인가되는 전압의 극성이 존마다 반전되고, 제1 전극층의 전극 중 존 경계에 인접한 두 전극 중 적어도 하나에 인가되는 전압의 극성 반전이 오버구동(overdriving) 또는 언더구동(underdriving)된다.
상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 작은 전압이 인가되는 전극의 입력 전압이 오버구동될 수 있다.
상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 큰 전압이 인가되는 전극의 입력 전압이 언더구동될 수 있다.
상기 표시 장치는, 상기 액정 렌즈 패널에 전압을 인가하는 구동부; 및 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는 복수의 룩업 테이블을 사용하여 상기 오버구동 및/또는 언더구동을 제어할 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 복수의 룩업 테이블을 저장하고 있는 메모리를 더 포함할 수 있다.
상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 작은 전압이 인가되는 전극에는 오버슈트 전압을 정해주는 룩업 테이블이 적용될 수 있다.
상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 큰 전압이 인가되는 전극에는 언더슈트 전압을 정해주는 룩업 테이블이 적용될 수 있다.
상기 오버구동되는 전압이 인가되는 전극은 존 내에서 절대값이 가장 전압이 인가되는 전극일 수 있고, 상기 언더구동 되는 전압이 인가되는 전극은 존 내에서 절대값이 가장 큰 전압이 인가되는 전극일 수 있다.
상기 두 전극에 인가되는 전압과 공통 전압의 차이가 0보다 클 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 영상을 표시하는 표시 패널; 및 2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널;을 포함하는 표시 장치를 구동하는 방법이 제공된다. 상기 액정 렌즈 패널은, 복층으로 된 복수의 전극을 포함하는 제1 전극층이 위치하는 제1 기판; 상기 제1 기판에 대향하며, 공통 전압이 인가되는 제2 전극층이 위치하는 제2 기판; 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 액정층;을 포함하고, 3차원 모드로 동작 시 프레넬 존 플레이트로 동작하는 복수의 단위 액정 렌즈를 포함한다.
상기 방법은, 액정 렌즈 패널의 제어부가 모드 신호를 수신하는 단계; 및 상기 모드 신호가 3차원 모드를 나타내는 신호인 경우, 상기 액정 렌즈 패널을 3차원 모드로 동작시키는 단계;를 포함하며, 3차원 모드로 동작 시, 상기 제어부는 상기 공통 전압에 대한 상기 제1 전극층에 인가되는 전압의 극성을 존마다 반전시키고, 제1 전극층의 전극 중 존 경계에 인접한 두 전극 중 적어도 하나에 인가되는 전압을 오버구동 또는 언더구동으로 반전시킨다.
상기 제어부는 상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 작은 전압이 인가되는 전극의 입력 전압을 오버구동 할 수 있다.
상기 제어부는 상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 큰 전압이 인가되는 전극의 입력 전압을 언더구동 할 수 있다.
상기 제어부는 복수의 룩업 테이블을 사용하여 상기 오버구동 및/또는 언더구동을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 작은 전압이 인가되는 전극에, 오버슈트 전압을 정해주는 룩업 테이블을 적용할 수 있다.
상기 제어부는 상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 큰 전압이 인가되는 전극에, 언더슈트 전압을 정해주는 룩업 테이블을 적용할 수 있다.
상기 방법은 각 존의 제1 전극층의 전극에 바깥쪽에서 중심쪽으로 갈수록 공통 전압과의 차이가 점점 작아지는 계단형 전압을 인가할 수 있다.
상기 방법은 상기 1 전극층의 전극 중 존 경계에 인접한 두 전극에 공통 전압과의 차이가 0보다 큰 전압을 인가할 수 있다.
상기 언더구동은 전하 공유에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따라서, 표시 장치의 3차원 구동 시 액정 렌즈 패널 내 액정 렌즈의 존 경계에서 인접한 전극 간에 발생하는 커플링 효과 또는 그 영향을 최소화할 수 있다. 이로 인해 존 경계부의 화질 열화를 방지하고 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 구조 및 2차원 영상 및 3차원 영상의 형성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액정 렌즈 패널의 단면도이다.
도 4는 위상 변조 타입의 프레넬 존 플레이트의 위치에 따른 위상 지연 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액정 렌즈 패널에서 단위 액정 렌즈의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5의 단위 액정 렌즈에서 위치에 따라 형성되는 위상 지연을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 액정 렌즈 패널에 인가되는 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 액정 렌즈 패널에 도 7과 같이 전압이 인가되는 경우 존 경계에 인접한 두 전극에서 발생하는 커패시턴스(capacitance)의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 존 경계에 인접한 전극 간에 발생하는 커플링(coupling)의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 존 경계에 인접한 전극에 인가되는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 파형을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 10 및/또는 도 11의 실시예에 따른 전압 파형으로 구동 시 응답 전압의 파형을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동에 따라 존 경계에 인접한 전극 간에 발생하는 커플링의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 액정 렌즈 패널 관련 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 구조 및 2차원 영상 및 3차원 영상의 형성을 보여주는 도면이다.
표시 장치는 영상을 표시하는 표시 패널(300)과 표시 패널(300)의 영상이 표시되는 면(화면) 앞에 위치하는 액정 렌즈 패널(400)를 포함한다. 표시 패널(300) 및 액정 렌즈 패널(400)은 2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작할 수 있다.
표시 패널(300)은 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치, 플라즈마 표시 장치, 전기영동 표시 장치 등과 같은 다양한 평판 표시 장치의 표시 패널일 수 있다. 표시 패널(300)은 행렬 형태로 배열될 수 있는 복수의 화소를 포함한다. 표시 패널(300)은 2차원 모드에서는 하나의 평면 영상을 표시하지만, 3차원 모드에서는 우안용 영상, 좌안용 영상 등 여러 시역에 해당하는 영상을 공간 또는 시간 분할 방식으로 교대로 표시할 수 있다. 예를 들어, 3차원 모드에서 표시 패널(300)은 우안용 영상과 좌안용 영상을 화소열마다 번갈아 표시할 수 있다.
액정 렌즈 패널(400)은 2차원 모드에서는 표시 패널(300)에서 표시된 영상이 그대로 투과되도록 하고, 3차원 모드에서는 표시 패널(300)의 영상의 시역을 분리한다. 예컨대, 3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널(400)는 표시 패널(300)에 표시된 좌안용 영상과 우안용 영상을 포함한 다시점 영상을 빛의 회절 및 굴절 현상을 이용하여 각 시점 영상 별로 해당하는 시역에 상이 맺히도록 한다.
도 1은 표시 패널(300) 및 액정 렌즈 패널(400)이 2차원 모드로 동작하는 경우로, 좌안과 우안에 동일한 영상이 도달하여 2차원 영상이 인지되는 것을 도시하고, 도 2는 표시 패널(300) 및 액정 렌즈 패널(400)이 3차원 모드로 동작하는 경우로, 액정 렌즈 패널(400)이 표시 패널(300)의 영상을 좌안 및 우안과 같은 각 시역으로 분리하여 굴절시킴으로써 3차원 영상이 인지되는 것을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 액정 렌즈 패널의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 액정 렌즈 패널(400)은 유리, 플라스틱 등의 절연 물질로 이루어지며 서로 마주하는 제1 기판(110) 및 제2 기판(210), 그리고 두 기판(110, 210) 사이에 개재되어 있는 액정층(3)을 포함한다. 기판(110, 210)의 바깥쪽 면에는 편광자(polarizer)(도시되지 않음)가 구비되어 있을 수 있다.
제1 기판(110) 위에는 제1 전극층(190) 및 배향막(11)이 차례대로 형성되어 있고, 제2 기판(210) 위에는 제2 전극층(290) 및 배향막(21)이 차례대로 형성되어 있다.
제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)은 복수의 전극을 포함할 수 있고, ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)은 인가되는 전압에 따라 액정층(3)에 전기장을 형성하여 액정층(3)의 액정 분자들의 배열을 제어한다.
배향막(11, 21)은 액정층(3)의 액정 분자들의 초기 배향을 결정하며, 액정 분자들의 배열 방향을 미리 결정하여 액정층(3)에 형성된 전기장에 따라 신속하게 배열될 수 있도록 한다.
액정층(3)은 수평 배향 모드, 수직 배향 모드, TN(twisted nematic) 모드 등 다양한 모드로 배향되어 있을 수 있다.
액정 렌즈 패널(400)은 제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)에 인가되는 전압에 따라 2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작한다. 예를 들어, 제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)에 전압이 인가되지 않을 때, 액정 렌즈 패널(400)은 2차원 모드로 동작하고, 제1 전극층(190) 및 제2 전극층(290)에 전압이 인가될 때, 렌즈 패널(400)는 3차원 모드로 동작할 수 있다. 이를 위하여 액정 분자(31)의 초기 배향 방향 및 편광자의 투과축 방향을 적절하게 조절할 수 있다.
이하, 3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널(400)에 대해 상술한다.
3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널(400)은 복수의 단위 액정 렌즈를 포함한다. 복수의 단위 액정 렌즈는 액정 렌즈 패널(400)의 일측 방향으로 일정 주기로 반복 배열될 수 있다. 액정 렌즈 패널(400) 내 단위 액정 렌즈의 위치는 고정될 수도 있고, 시간에 따라 변할 수도 있다.
하나의 단위 액정 렌즈는 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)로 구현될 수 있다. 프레넬 존 플레이트는 일반적으로 프레넬 존(Fresnel zone)과 같이 방사상으로 배열되어 있으며 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 간격이 좁아지는 복수의 동심원을 이용하여 빛의 굴절 대신 빛의 회절 현상을 이용하여 렌즈 역할을 하도록 하는 장치를 의미한다.
도 4는 위상 변조 타입의 프레넬 존 플레이트의 위치에 따른 위상 지연 변화를 나타내는 그래프이다. 여기서 프레넬 존 플레이트의 각 존(zone)은 그래프에서 반복되는 파형이 각각 속하는 영역이 된다.
도 4를 참고하면, 각 존에서 위상 지연이 계단형으로 바뀐다. 중심에 위치하는 존에서는 위상 지연이 두 단계에 걸쳐 바뀌고 있고, 중심을 제외한 존에서는 위상 지연이 네 단계에 걸쳐 바뀌고 있다. 다만, 이는 각 존에서 위상 지연이 변하는 단계의 개수를 제한하는 것은 아니다.
도 4와 같이, 각 존에서의 위상 지연이 계단형으로 바뀌는 프레넬 존 플레이트를 멀티 레벨 위상 변조형(multi-level phase modulation) 존 플레이트라 한다. 액정 렌즈 패널은 각 존을 통과하는 빛의 회절과 소멸, 보강 간섭을 통해 빛을 초점 위치에 모이도록 굴절시킬 수 있다. 이와 같이 액정 렌즈 패널의 단위 액정 렌즈마다 프레넬 존 플레이트에 따라 위상 지연 분포를 형성하여 렌즈 효과를 발생시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 액정 렌즈 패널에서 단위 액정 렌즈의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 3의 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고, 동일한 설명은 생략한다.
도 5를 참고하면, 액정 렌즈 패널은 서로 마주하는 제1 기판(110) 및 제2 기판(210), 그리고 두 기판(110, 210) 사이에 개재되어 있는 액정층(3)을 포함한다. 제1 기판(110) 위에는 제1 전극층(190) 및 배향막(11)이 차례대로 형성되어 있고, 제2 기판(210) 위에는 제2 전극층(290) 및 배향막(21)이 차례대로 형성되어 있다
제1 전극층(190)은 절연층을 사이에 두고 복층으로 된 복수의 전극을 포함한다. 예컨대 제1 전극층(190)은 복수의 제1 전극(193)을 포함하는 제1 전극 어레이(191), 제1 전극 어레이(191) 위에 형성되어 있는 절연층(180), 그리고 절연층(180) 위에 형성되어 있으며 복수의 제2 전극(197)을 포함하는 제2 전극 어레이(195)를 포함할 수 있다.
제1 전극(193) 및 제2 전극(197)은 가로 방향을 기준으로 서로 교대로 위치하고 있으며 서로 중첩하지 않을 수 있다. 도 5에서 이웃하는 제1 전극(193) 및 제2 전극(197)의 가장자리는 중첩하지 않도록 도시되어 있으나 가장자리 일부는 약간 중첩하고 있을 수도 있다.
제1 전극(193) 및 제2 전극(197)의 가로 방향 폭, 제1 전극(193) 사이의 간격 및 제2 전극(197) 사이의 간격은 단위 액정 렌즈의 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 점차 좁아지고, 각 존 내의 중심에서 바깥쪽으로 갈수록 점차 좁아진다. (n-1)번째 존, n번째 존, 그리고 (n+1)번째 존과 같이, 단위 액정 렌즈의 각 존에는 두 개의 제1 전극(193) 및 제2 전극(197)이 위치하고 있으며, 각 존에서 각각의 전극(193, 197)이 위치하는 영역은 하나의 서브존(sub-zone)(sZ1, sZ2, sZ3, sZ4)을 이룬다. 하나의 존에서, 바깥쪽에 위치하는 서브존부터 중심쪽에 위치하는 서브존까지 차례대로 sZ1, sZ2, sZ3 및 sZ4로 표시한다. 도 5에서는 하나의 존이 네 개의 서브존(sZ1, sZ2, sZ3, sZ4)을 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 그 수는 이에 한정되지 않는다. 도 5에 도시한 바와 다르게, 하나의 존에 포함된 제1 전극(193) 및 제2 전극(197)의 가로 방향 폭이 일정할 수도 있고, 바깥쪽 존으로 갈수록 각 존에 포함된 전극(193, 197)의 수가 줄어들 수도 있다.
절연층(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 등으로 이루어질 수 있으며, 제1 전극 어레이(191) 및 제2 전극 어레이(195) 사이를 전기적으로 절연한다.
제2 전극층(290)은 제2 기판(210)의 전면 위에 형성되어 있으며 공통 전압(Vcom) 등의 정해진 전압을 인가 받는다. 제2 전극층(290)은 ITO, IZO 등의 투명 도전 물질로 이루어질 수 있다.
배향막(11, 21)은 제1 전극(193) 및 제2 전극(197)의 폭 방향에 수직인 길이 방향(도면의 면에 수직인 방향) 또는 이와 일정 각도를 이루는 방향으로 러빙(rubbing)되어 있을 수 있다. 배향막(11)과 배향막(21)의 러빙 방향은 서로 반대일 수 있다.
액정층(3)의 액정 분자(31)들은 기판(110, 210) 면에 수평인 방향으로 초기 배향되어 있을 수 있으나, 액정층(3)의 배향 모드는 이에 한정되지 않고 수직 배향 등도 가능하다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도 5의 단위 액정 렌즈에서 위치에 따라 형성되는 위상 지연을 나타내는 도면이다. 액정 렌즈 패널은 단위 액정 렌즈마다 위상 변조형 프레넬 존 플레이트로 구현된다.
도 6을 참조하면, 단위 액정 렌즈의 (n-1)번째 존, n번째 존, 그리고 (n+1)번째 존은 각각 위상 지연이 네 단계에 걸쳐 바뀐다. 따라서 액정 렌즈 패널은 프레넬 존 플레이트에 따른 위상 지연 분포를 형성하여 렌즈 효과를 발생할 수 있다.
복수의 존 각각에서 위상 지연은 바깥쪽에서 중심쪽으로 단계적으로 증가한다. 복수의 존에서 동일한 서브존은 동일한 위상 지연을 일으킨다. 존 경계에서 위치에 대한 위상 지연의 기울기는 이상적으로는 수직이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 액정 렌즈 패널에 인가되는 전압의 예를 나타내는 도면이고, 도 8은 액정 렌즈 패널에 도 7과 같이 전압이 인가되는 경우 존 경계에 인접한 두 전극에서 발생하는 커패시턴스의 예를 나타내는 도면이다. 도 5의 실시예와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고, 동일한 설명은 생략한다.
도 7을 참고하면, 액정 렌즈 패널의 제2 전극층(290)에는 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 액정 렌즈 패널에서 단위 액정 렌즈의 n번째 존의 제1 전극층(190)에는 공통 전압(Vcom)을 기준으로 극성이 양(+)인 전압이 인가되고, 단위 액정 렌즈의 (n-1)번째 존의 제1 전극층(190)에는 공통 전압(Vcom)을 기준으로 극성이 음(-)인 전압이 인가된다. 공통 전압(Vcom)에 대한 제1 전극층(190)에 인가되는 전압의 극성(이하, 공통 전압에 대한 전압의 극성을 줄여 "전압의 극성"이라도 함)은 존마다 반전되고, 이러한 반전을 공간 반전(space inversion)이라고 한다. 따라서 인접한 존에서 생성되는 전계의 방향은 서로 반대이다. 또한, 제1 전극층(190)의 각각의 전극에 인가되는 전압은 시간(프레임)을 주기로 극성이 반전되고, 이러한 반전을 시간 반전(time inversion)이라고 한다.
각 존의 제1 전극층(190)의 전극은 바깥쪽에서 중심쪽으로 공통 전압(Vcom)과의 차이가 점차 작아지는 계단형의 전압을 인가 받는다. 각 존마다 동일한 서브존에 해당하는 전극에는 해당 액정층에 의한 위상 지연이 동일하도록 전압이 인가될 수 있다. 이하, 바깥쪽에서 중심쪽으로 n번째 존 및 (n-1)번째 존의 서브존(sZ1, sZ2, sZ3, sZ4)에 인가되는 전압을 차례대로 V1, …, V8이라 한다.
n번째 존의 전압의 극성이 양(+)이고, (n-1)번째 존의 전압의 극성이 음(-)인 경우, 전압(V1-V8)은 공통 전압(Vcom)에 대해 다음 수학식 (1)을 만족할 수 있다.
{P(V1-Vcom)=P(V5-Vcom)} > {P(V2-Vcom)=P(V6-Vcom)} > {P(V3-Vcom)=P(V7-Vcom)} > {P(V4-Vcom)=P(V8-Vcom)} (1)
여기서, P(V)는 각 전극과 공통 전극 사이에 인가되는 전압차로 인한 해당 전극 상부 액정 방향자들의 재배열이 발생할 때 액정층에 수직으로 입사한 특정 단일 파장 빛이 겪게 되는 위상 지연을 의미한다.
각 존에서 가장 중심쪽에 위치한 전극에 인가되는 중심쪽 전압(V4, V8)과 공통 전압(Vcom)과의 차이를 오프셋 전압(a)이라 한다 (a=V4-Vcom 혹은 Vcom-V8). 도 7에서는 오프셋 전압(a)은 조절 가능하며, 하나의 단위 액정 렌즈 내에서도 존의 위치에 따라 오프셋 전압(a)은 다를 수 있다.
도 7과 도 8을 참조하면, 존 경계에 인접한 두 전극(193a, 197a)에 인가되는 전압(V4, V5)의 차(dV=V4-V5)는 각 존에서 가장 바깥쪽에 위치하는 전극에 인가되는 바깥쪽 전압(V1, V5)과 가장 중심쪽에 위치하는 전극에 인가되는 중심쪽 전압(V4, V8)과의 차이(dVmax=V1-V4 혹은 V8-V5) 및 오프셋 전압(a)에 의해 설정될 수 있다. 하나의 단위 액정 렌즈 내에서도 존의 위치에 따라 전압차(dV)가 다를 수 있다.
각 존의 제1 전극층(190)의 전극이 바깥쪽에서 중심쪽으로 공통 전압(Vcom)과의 차이가 점차 작아지는 계단형의 전압을 인가 받으므로, 존 경계에 인접한 두 전극(193a, 197a)에 인가되는 전압(V4, V5)의 차(dV)는 각 존 내에서 인접하는 두 전극에 인가되는 전압차에 비해 훨씬 크다. 이로 인해, 존 경계에 인접한 두 전극(193a, 197a) 간에 발생하는 커플링(coupling)은 존 내 다른 두 전극 간에 발생하는 커플링보다 훨씬 크게 나타난다.
도 8을 참조하면, 존 경계에 인접한 두 전극(193a, 197a)에 있어서, 제1 전극(193a)과 제2 전극층(290) 간의 커패시턴스(Cl), 제2 전극(197a)과 제2 전극층(290) 간의 커패시턴스(Cr), 그리고 제1 전극(193a)과 제2 전극(197a) 간의 커패시턴스(Cb)가 중요하게 고려될 수 있다. 두 전극(193a, 197a)의 전압차(dV)가 크기 때문에, 두 전극(193a, 197a)에 인가되는 전압(이하, 전극에 인가하는 전압을 "입력 전압"이라고도 함)의 극성 반전 시 커플링 효과를 증가시킨다. 특히, 두 전극(193a, 197a)에 인가되는 전압의 극성 반전 시 절대값이 작은 전압(V4)이 인가되는 전극(193a)의 전압(이하 전압을 인가받은 전극의 전압을 "응답 전압"라고도 함)이 바로 반전되지 못하고 지연되는 현상이 존 내 다른 전극에서 일어나는 것보다 두드러진다.
아래 수학식 (2)는 두 전극 사이에 발생하는 커플링 효과에 의한 크로스토크 노이즈(crosstalk noise)를 나타내는 식이다. 절대값이 큰 전압(이하 "고전압"이라고도 함)이 인가되는 전극의 전압이 ΔVh의 스윙 폭으로 반전할 때, 절대값이 작은 전압(이하 "저전압"이라고도 함)이 인가되는 전극의 전압은 반전 전압 쪽으로 바로 스위칭하지 못하고 ΔVl만큼 역으로 변동하는 크로스토크 노이즈가 생긴다.
ΔVl={Cb/(Cb+Cl)}X{1/(1+k)}XΔVh (여기서 k={R1(Cb+Cl)}/{R2(Cb+Cr)}이고, 여기서 R1는 제1 전극의 저항이고 R2는 제2 전극의 저항임) (2)
도 9는 존 경계에 인접한 전극 간에 발생하는 커플링의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 9의 시뮬레이션에서, 제2 전극층(290)에 인가되는 공통 전압(Vcom)은 9V이고, 존 경계에 인접한 제1 전극(193a)에 인가되는 전압(V4)는 10V와 8V로 스윙하고, 제2 전극(197a)에 인가되는 전압(V5)은 3V와 15V로 스윙한다. 이때, 제2 전극(197a)의 응답 전압은 약간의 딜레이(delay)를 두고 3V와 15V로 수렴한다. 그러나 제1 전극(193a)의 응답 전압은 음의 극성에서 양의 극성으로 반전 시 약 1V 이상 하강하였다가 10V로 수렴하고, 양의 극성에서 음의 극성으로 반전 시 약 1V 이상 상승하였다가 8V로 수렴한다. 따라서 절대값이 작은 저전압이 입력되는 제1 전극(193a)의 응답 전압은 딜레이가 더 길어지고 입력 전압으로 수렴하는데 더 오래 걸린다. 이로 인해 존 경계에서 화질이 저하될 수 있다.
도 10 및 도 11은 존 경계에 인접한 전극에 인가되는 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 파형을 나타내는 도면이고, 도 12는 도 10 및/또는 도 11의 실시예에 따른 전압 파형으로 구동 시 응답 전압의 파형을 나타내는 도면이다.
존 경계에 인접한 두 전극(193a, 197a) 간의 커플링 효과 또는 그 영향을 줄이기 위해, 도 10에 도시된 바와 같이 저전압(V4)이 인가되는 제1 전극(193a)에 대해서 입력 전압을 오버구동(overdriving)하거나, 도 11에 도시된 바와 같이 고전압(V5)이 인가되는 제2 전극(197a)에 대해서 입력 전압을 언더구동(underdriving)하거나, 제1 전극(193a)에 대한 오버구동과 제2 전극(197a)에 대한 언더구동을 병행할 수 있다. 여기서 오버구동이란 정상 전압(normal voltage)보다 절대값이 큰 전압을 일시적으로(temporarily) 인가(이하 "오버슈트(overshoot)"라고도 함)한 후 정상 전압을 인가하는 것을 말하고, 언더구동이란 정상 전압보다 절대값이 작은 전압을 일시적으로 인가(이하 "언더슈트(undershoot)"라고도 함)한 후 정상 전압을 인가하는 것을 말한다.
오버구동과 관련하여, 도 10을 참조하면, 저전압이 인가되는 전극에 프레임 반전 시 일시적으로 오버슈트 전압이 인가된 후 정상 전압이 인가되는 2단계 전압이 입력된다. 즉, 제1 전극(193a)에는 인가되는 전압의 극성이 양(+)에서 음(-)으로 바뀔 때 정상 전압보다 ΔVd 만큼 낮은 전압을 소정 시간(ΔTd) 동안 인가한다. 반대로, 인가되는 전압의 극성이 음(-)에서 양(+)으로 바뀔 때는 정상 전압보다 소정 크기(ΔVd)만큼 높은 전압을 소정 시간(ΔTd) 동안 인가한다. 이에 의해, 두 전극(193a, 197a) 간의 커플링에 의해 저전압(즉, 제1 전극(193a)에 인가되는 전압)의 극성 반전 시 나타나는 해당 전극의 응답 전압(도 12에서 점선으로 표시됨)이 고전압(즉, 제2 전극(197a)에 인가되는 전압) 쪽으로 끌려가는 현상을, 도 12에 도시된 바와 같이 최소화하거나 제거할 수 있다.
언더구동과 관련하여, 도 11을 참조하면, 고전압이 인가되는 전극에 프레임 반전 시 일시적으로 언더슈트(undershoot) 전압이 인가된 후 정상 전압이 인가되는 2단계 전압이 입력되거나, 반대 극성의 전압이 인가되는 전극과 쇼트시켜 중간 전압에 이르도록 한 후 (이하 "전하 공유(charge share)"라고 함) 정상 전압이 인가될 수 있다. 즉, 제2 전극(197a)에는 인가되는 전압의 극성이 양(+)에서 음(-)으로 바뀔 때 정상 전압보다 ΔVd 만큼 높은 전압을 소정 시간(ΔTd) 동안 인가한다. 반대로, 인가되는 전압의 극성이 음(-)에서 양(+)으로 바뀔 때는 정상 전압보다 소정 크기(ΔVd)만큼 낮은 전압을 소정 시간(ΔTd) 동안 인가한다.
또한, 전하 공유 방식을 통하여 소정 시간 동안 극성이 서로 다른 제1 전극(193a)과 제2 전극(197a)을 서로 쇼트시켜 이들 전극이 가지는 전압의 중간값을 제2 전극(197a)이 가지도록 한 후 정상 전압을 인가하여 해당 전압에 이르도록 할 수도 있다. 이와 같이 극성 반전 시, 고전압의 스윙 폭이 줄어들게 되어 저전압에 가해지는 커플링 효과가 줄어들 수 있다. 그 결과, 저전압의 극성 반전 시 나타나는 해당 전극의 응답 전압(도 12에서 점선으로 표시됨)이 절대값이 큰 전압 쪽으로 끌려가는 현상을 도 12에 도시된 바와 같이 제거하거나 최소화할 수 있다.
오버구동 및 언더구동에서, ΔVd 및 ΔTd는 존 경계에 인접한 두 전극에 대해 커플링의 영향을 감소시킬 수 있는 범위 내에서 결정될 수 있다. ΔVd 및 ΔTd의 최적 조건은 제1 전극(193a)과 제2 전극(197a)이 액정 렌즈 패널의 단위 액정 렌즈 내에서 어느 존 사이의 경계에 있느냐에 따라 달라질 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동에 따라 존 경계에 인접한 전극 간에 발생하는 커플링의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
존의 경계에 인접한 두 전극에 전술한 바와 같이 오버구동과 언더구동을 적용한 경우로서, 저전압의 극성 반전 시 응답 전압(점선으로 도시됨)에서 커플링 현상이 일어나더라도 그 정도가 개선됨을 확인할 수 있다. 이에 따라 존 경계에서 발생하는 커플링 효과에 의한 크로스토크 노이즈를 줄일 수 있고, 존 경계 화질의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 존의 경계에서 위상이 올바르게 유지될 수 있다. 본 발명에 따라서, 전극 간 거리나 두께의 변경 없이 단지 구동에 의해서 커플링 효과 및 그 영향을 줄일 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 액정 렌즈 패널 관련 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
표시 장치는 액정 렌즈 패널(400)을 구동하는 구동부(500) 및 구동부(500)를 제어하는 제어부(600)를 포함할 수 있다.
구동부(500)는 제어부(600)의 제어 하에 2차원 모드 및 3차원 모드에서 구동 전압을 다르게 액정 렌즈 패널(400)에 공급한다. 2차원 모드에서, 구동부(500)는 액정 렌즈 패널(400)이 도 1과 같이 표시 패널(300)로부터 입사되는 빛을 그대로 투과시키도록 하는 전압을 공급한다. 액정 렌즈 패널(400)이 노멀리 화이트 모드(normally white mode)인 경우에는 2차원 모드에서 전원 공급을 차단할 수도 있다. 3차원 모드에서, 구동부(500)는 액정 렌즈 패널(400)의 단위 액정 렌즈마다 프레넬 존 플레이트에 따라 위상이 지연되는 분포를 형성하여 도 2와 같이 표시 패널(300)의 영상의 시역을 분리하도록 하는 전압을 공급한다.
제어부(600)는 모드 신호(2D/3D)를 외부로부터 입력받아, 모드에 적합한 제어 신호를 출력한다. 전술한 존 경계에 인접한 두 전극(193a, 197a)에 대한 오버구동 및/또는 언더구동을 위해서, 제어부(600)는 복수의 동적 커패시턴스 보상(dynamic capacitance compensation, DCC) 룩업 테이블을 사용할 수 있다. DCC 룩업 테이블은 EEPROM(electrically erasable and programmable read-only memory) 같은 외부 메모리에 저장되어 있을 수 있다.
DCC 룩업 테이블과 관련하여, 두 전극(193a, 197a) 중 저전압이 인가되는 전극(193a)에는 오버슈트 전압을 정해주는 오버구동용 룩업 테이블이 적용될 수 있다. 반대로 고전압이 인가되는 전극(197a)에는 언더슈트 전압을 정해주는 언더구동용 룩업 테이블이 적용될 수 있다. DCC 룩업 테이블은 제1 전극(193a)과 제2 전극(197a)이 단위 액정 렌즈 내에서 어느 존 사이의 경계에 있느냐에 따라 다르게 마련될 수 있다.
이와 같이, 존 경계에 인접한 전극에 대한 오버구동 및 언더구동은 DCC 룩업 테이블을 사용하여 구현될 수 있고 추가적인 구동부 같은 하드웨어를 요하지 않는다.
실시예에 따라서는 제어부(600)는 외부 또는 표시 패널의 신호 제어부(도시되지 않음)로부터 동기 신호를 입력받아 표시 패널의 구동에 동기화된 제어 신호를 생성할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
3: 액정층 11, 12: 배향막
110: 210: 기판 180: 절연층
190: 제1 전극층 290: 제2 전극층
191: 제1 전극 어레이 195: 제2 전극 어레이
193: 제1 전극 193a: 존 경계에 인접한 제1 전극
197: 제2 전극 197a: 존 경계에 인접한 제2 전극
300: 표시 패널 400: 액정 렌즈 패널

Claims (18)

  1. 영상을 표시하는 표시 패널; 및
    2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작하며, 3차원 모드로 동작 시 프레넬 존 플레이트로 동작하는 복수의 단위 액정 렌즈를 포함하는 액정 렌즈 패널;을 포함하고,
    상기 액정 렌즈 패널은,
    복층으로 된 복수의 전극을 포함하는 제1 전극층이 위치하는 제1 기판;
    상기 제1 기판에 대향하며, 공통 전압이 인가되는 제2 전극층이 위치하는 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 액정층;을 포함하고,
    상기 액정 렌즈 패널이 3차원 모드로 동작 시, 상기 공통 전압에 대한 상기 제1 전극층에 인가되는 전압의 극성이 존마다 반전되고, 제1 전극층의 전극 중 존 경계에 인접한 두 전극 중 적어도 하나에 인가되는 전압의 극성 반전이 오버구동(overdriving) 또는 언더구동(underdriving) 되는 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 작은 전압이 인가되는 전극의 입력 전압이 오버구동 되는 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 큰 전압이 인가되는 전극의 입력 전압이 언더구동 되는 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 표시 장치는, 상기 액정 렌즈 패널에 전압을 인가하는 구동부; 및 상기 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 복수의 룩업 테이블을 사용하여 상기 오버구동 및/또는 언더구동을 제어하는 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 복수의 룩업 테이블을 저장하고 있는 메모리를 더 포함하는 표시 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 작은 전압이 인가되는 전극에는 오버슈트 전압을 정해주는 룩업 테이블이 적용되는 표시 장치.
  7. 제4항에서,
    상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 큰 전압이 인가되는 전극에는 언더슈트 전압을 정해주는 룩업 테이블이 적용되는 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 오버구동 되는 전압이 인가되는 전극은 존 내에서 절대값이 가장 전압이 인가되는 전극이고, 상기 언더구동 되는 전압이 인가되는 전극은 존 내에서 절대값이 가장 큰 전압이 인가되는 전극인 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 두 전극에 인가되는 전압과 공통 전압의 차이가 0보다 큰 표시 장치.
  10. 영상을 표시하는 표시 패널; 및 2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작하는 액정 렌즈 패널;을 포함하는 표시 장치를 구동하는 방법으로서,
    상기 액정 렌즈 패널은,
    복층으로 된 복수의 전극을 포함하는 제1 전극층이 위치하는 제1 기판;
    상기 제1 기판에 대향하며, 공통 전압이 인가되는 제2 전극층이 위치하는 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하는 액정층;을 포함하고, 3차원 모드로 동작 시 프레넬 존 플레이트로 동작하는 복수의 단위 액정 렌즈를 포함하고,
    상기 방법은,
    액정 렌즈 패널의 제어부가 모드 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 모드 신호가 3차원 모드를 나타내는 신호인 경우, 상기 액정 렌즈 패널을 3차원 모드로 동작시키는 단계;를 포함하며,
    3차원 모드로 동작 시, 상기 제어부는 상기 공통 전압에 대한 상기 제1 전극층에 인가되는 전압의 극성을 존마다 반전시키고, 제1 전극층의 전극 중 존 경계에 인접한 두 전극 중 적어도 하나에 인가되는 전압을 오버구동 또는 언더구동으로 반전시키는 표시 장치의 구동 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 작은 전압이 인가되는 전극의 입력 전압을 오버구동 하는 표시 장치의 구동 방법.
  12. 제10항에서,
    상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 큰 전압이 인가되는 전극의 입력 전압을 언더구동 하는 표시 장치의 구동 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 제어부는 복수의 룩업 테이블을 사용하여 상기 오버구동 및/또는 언더구동을 제어하는 표시 장치의 구동 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 작은 전압이 인가되는 전극에, 오버슈트 전압을 정해주는 룩업 테이블을 적용하는 표시 장치의 구동 방법.
  15. 제13항에서,
    상기 존 경계에 인접한 제1 전극층의 두 전극 중 상대적으로 절대값이 큰 전압이 인가되는 전극에, 언더슈트 전압을 정해주는 룩업 테이블을 적용하는 표시 장치의 구동 방법.
  16. 제10항에서,
    각 존의 제1 전극층의 전극에 바깥쪽에서 중심쪽으로 갈수록 공통 전압과의 차이가 점점 작아지는 계단형 전압을 인가하는 표시 장치의 구동 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 1 전극층의 전극 중 존 경계에 인접한 두 전극에 공통 전압과의 차이가 0보다 큰 전압을 인가하는 표시 장치의 구동 방법.
  18. 제10항에서,
    상기 언더구동은 전하 공유에 의해 수행되는 표시 장치의 구동 방법.
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