KR20150072175A - 영상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 이방성 렌즈 대신 마스크 타입의 편광판을 포함하는 무안경 방식의 2D/3D 영상 표시 장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 영상 표시 장치는 광원 및 광원에서 출력된 광을 선편광시키는 제 1 편광영역과 광원에서 출력된 광을 원편광 시키는 제 2 편광영역이 형성된 편광판을 포함한다.
본 발명은 이방성 렌즈 대신 마스크 타입의 편광판을 사용해 비용을 절감할 수 있으며, 미러 타입의 편광판을 사용해 편광판의 반사율을 향상시켜 영상 표시 장치의 휘도를 향상시키도록 할 수 있다.
　

Description

영상 표시 장치{IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 영상 표시 장치에 관한 발명으로, 상세하게는 2D/3D 영상을 구현하도록 개선된 구조를 가지는 무안경 영상 표시 장치에 관한 발명이다.
입체영상 표시 장치는 양안시차방식(stereoscopic technique) 또는 복합시차지각방식(auto-stereoscopic technique)을 이용하여 3D 영상을 구현한다. 양안시차방식은 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하여 안경방식과 무안경방식으로 구분될 수 있다.
안경방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꾸거나 또는 시분할 방식을 이용하여 영상을 표시하고, 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 구현한다. 무안경 방식은 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위해 렌티큘러 렌즈(lenticular lens), 패럴렉스 배리어(parallax barrier) 등의 광학 부품을 표시 화면의 전면 또는 후면에 설치하여 입체영상을 구현한다.
무안경 방식의 일 예로, 렌티큘러 렌즈를 사용하는 방법은 렌티큘러 렌즈로 우안화상과 좌안 화상을 분리하여 3차원 입체영상을 구현한다. 이러한 렌티큘러 렌즈를 사용하는 방법은 렌티큘러 렌즈의 광 분리를 온/오프할 수 없으므로 3차원 입체영상만 구현할 수 있고 3차원 입체영상과 2차원 평면영상의 전환이 불가능한 단점이 있었다.
이러한 렌티큘러 렌즈의 단점을 해결하기 위해 액정의 굴절률을 전기적으로 제어함으로써 렌티큘러 렌즈를 구현하여 2D/3D 영상의 전환이 가능한 액정 렌티큘러 렌즈가 제안된 바 있다. 그러나, 이러한 액정 렌티큘러 렌즈는 액정분자들의 배열 방향을 2D 영상 및 3D 영상에 맞춰 조절해 주어야 하는 불편함이 있었으며, 렌즈의 가격이 비싸고 대형화에 어려운 단점이 있었다.
무안경 방식의 다른 예로, 패럴렉스 배리어 방식의 경우 렌티큘러 렌즈 방식에 비해 크로스토크(cross-talk) 및 시야각(view angle) 측면에서 유리한 장점이 있으나, 휘도가 떨어질 우려가 있고 영상 셀과 배리어 셀이 이중 구조로 되어 있어 두 장의 셀을 사용해야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 렌티큘러 렌즈와 같은 이방성 렌즈를 사용하지 않고 마스크 타입의 편광판(Mask-type Polarizer)을 포함하는 무안경 방식의 2D/3D 영상 표시 장치를 제공하고자 한다.
또한, 영상 표시 장치의 휘도를 향상시키도록 일면의 반사율을 향상시킨 편광판을 포함하는 무안경 방식의 2D/3D 영상 표시 장치를 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 사용자인터페이스 장치는 광원 및 광원에서 출력된 광을 선편광 시키는 제 1 편광영역과 광원에서 출력된 광을 원편광 시키는 제 2 편광영역이 형성된 편광판을 포함한다.
또한, 편광판은 제 1 편광영역과 제 2 편광영역이 교번하여 배치되도록 형성된 편광판일 수 있다.
또한, 편광판의 제 1 편광영역 및 제 2 편광영역의 투과율이 동일할 수 있다.
또한, 제 1 편광영역은 제 2 편광영역보다 더 넓을 수 있다.
또한, 편광판은, 광원과 마주보는 일면의 반사율이 다른 일면의 반사율보다 더 높을 수 있다.
또한, 편광판에서 출력된 편광을 입사광으로 하여 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키거나 그대로 투과시키는 PS패널을　더 포함할 수 있다.
또한, 광원 및 편광판 사이에 배치되고, 광원에서 출력된 광을 입사광으로 하여 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키거나 그대로 투과시키는 PS패널을　더 포함할 수 있다.
또한, PS패널은 TN 모드로 동작하는 액정의 유전율 이방성에 따라 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키거나 그대로 투과시키는 액정패널일 수 있다.
또한, PS패널은 PS 패널에 전원이 인가되면 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키고 PS 패널에 전원이 차단되면 입사광을 그대로 투과시키거나, PS 패널에 전원이 인가되면 입사광을 그대로 투과시키고 PS 패널에 전원이 차단되면 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시킬 수 있다.
또한, 영상 표시 장치는 영상을 출력하는 표시패널을 더 포함할 수 있다.
또한, 표시패널은 TN 모드로 동작하는 액정 패널일 수 있다.
또한, 표시패널은, 액정 층, 액정 층의 시인측에 배치된 제 1 편광막, 액정 층의 시인측과 반대측에 배치된 제 2 편광막을 포함할 수 있다.
또한, 표시패널은 광원으로부터 광의 출력 방향을 기준으로 편광판 상부에 배치될 수 있다.
또한, 편광판은 액정 층과 제 2 편광막 사이에 배치될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 구성되는 개시된 발명에 따른 영상 표시 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있게 된다.
먼저, 이방성 렌즈 대신 마스크 타입의 편광판을 사용하여 가격적인 측면에서 유리하다.
또한, 마스크 타입 편광판의 일면의 반사율을 향상시켜 영상 표시 장치의 휘도 상승에 기여하도록 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무안경 방식 영상 표시 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1 중 마스크 타입의 편광판의 구조를 도시한 도면이다.
도 3a는 일면의 반사율이 향상된 미러 타입의 편광판 구조를 도시한 도면이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 편광판을 통해 광이 리사이클(recycle)되는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 TN(Twisted Nematic) 모드로 동작하는 액정패널로 구성된 PS 패널의 구조를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 TN 모드로 동작하는 액정패널로 구성된 PS 패널의 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 도 1 중 표시패널의 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 표시 장치를 통해서 2D 영상 및 3D 영상이 표시되는 과정을 설명하는 도면이다.
도 9은 다른 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 표시 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 표시 장치를 통해 2D 영상 및 3D 영상이 표시되는 과정을 설명하는 도면이다.
도 11은 　액정층의 액정 동작 원리를 도시한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형　예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 개시된 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무안경 방식 영상 표시 장치(10)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 무안경 방식 영상 표시 장치(10)는 광을 출력하는 광원(100)과, 광원(100) 상부에 배치되는 편광판(200)과, 편광판(200) 상부에 배치되는 PS 패널(300)과, PS 패널(300) 상부에 배치되는 표시패널(400)을 포함한다. 여기서, 편광판(200)과, PS 패널(300)과, 표시패널(400)은 도 1과 같이 광의 진행 경로상에서 순차적으로 적층된 구조를 취할 수 있으며 당업자가 용이하게 생각할 수 있는 범위 내에서 변경하여 배치될 수 있다.
이하 편광판(200)과, PS 패널(300)과, 표시패널(400)이 도 1과 같이 광의 진행 경로상에서 순차적으로 적층된 구조를 취한 경우를 예로들어 일 실시예에 따른 영상 표시 장치(10)의 각 구성에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
편광판(200)은 마스크 타입의 편광판(200)인 것을 특징으로 한다. 도 2는 도 1 중 마스크 타입의 편광판(200) 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 마스크 타입의 편광판(200)은 광원(100)에서 출력된 광을 선편광시키는 제 1 편광영역(210)과 광원(100)에서 출력된 광을 원편광시키는 제 2 편광영역(220)을 포함한다.
일 실시예에 따른 제 1 편광영역(210)과 제 2 편광영역(220)은 각각 스트립 구조(strip structure)로 마련될 수 있으며, 각 영역이 서로 교번하여 배치되도록 형성될 수 있다. 여기서, 스트립 구조란 가늘고 긴 형상의 편광 영역을 의미하고, 제 1 편광영역(210)과 제 2 편광영역(220)은 스트립 구조 외에 당업자가 용이하게 생각할 수 있는 범위 내의 여러 구조를 가질 수 있다.
제 1 편광영역(210)은 광원(100)에서 출력된 광을 특정 방향으로 선편광 시킴으로써 나머지 방향의 광이 차단되도록 한다. 즉, 편광판(200)의 제 1 편광영역(210)이 형성된 부분은 배리어 역할을 하여 광원(100)에서 출력된 광의 일부를 차단하고, 배리어 방식과 동일한 형식으로 3D 영상이 구현되도록 한다.
제 2 편광영역(220)은 광원(100)에서 출력된 광이 모두 투과되도록 한다. 즉, 편광판(200)의 제 1 편광영역(210)을 제외한 부분에 블랭크(blank)를 형성할 수 있으며 이를 제 2 편광영역(220)으로 정의하도록 한다.
여기서, 3D 영상을 효과적으로 구현하도록 하기 위해 제 1 편광영역(210)은 제 2 편광영역(220)보다 넓게 형성될 수 있으며, 제 2 편광영역(220)은 편광판(200) 상에 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 2D 모드에서 제 1 편광영역(210)과 제 2 편광영역(220)의 휘도가 동일하게 구현되도록 출력되는 광량을 조절하기 위해 마스크 타입 편광판(200)의 제 1 편광영역(210)과 제 2 편광영역(220)의 투과율이 동일하도록 마련할 수 있다.
한편, 배리어 방식의 경우 광원(100) 상부에 마련된 배리어에 의해 광원(100)에서 출력된 광의 일부가 차단되므로 최종적으로 출력되는 영상의 휘도가 떨어질 우려가 있다. 일 실시예에 따른 영상 표시 장치(10) 역시 3D 영상을 구현하기 위해 배리어 방식과 동일한 형식을 취하므로 동일한 문제가 발생될 수 있다.
이에, 광원(100)에서 출력되어 제 1 편광영역(210)에서 차단된 광을 리사이클(recycle)시켜 휘도를 향상시킬 수 있다. 보다 상세하게, 광원(100)과 마주보는 편광판(200)의 제 1 편광영역(210)의 반사율을 향상시켜 제 1 편광영역(210)에서 차단된 광이 다시 제 1 편광영역(210)으로 입사되도록 하여 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 3a는 일면의 반사율이 향상된 미러 타입의 편광판(200) 구조를 도시한 도면이고, 도 3b는 도 3a의 편광판(200)을 적용하여 광이 리사이클되는 과정을 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 일 실시예에 따른 미러 타입의 편광판(200)은 광원(100)과 마주보는 편광판(200)의 제 1 편광영역(210)의 일면에 반사율이 높은 코팅입자가 코팅된 구조를 취할 수 있다.
도 3a와 같이 광원(100)과 마주보는 편광판(200)의 제 1 편광영역(210)의 반사율이 향상될 경우, 광원(100)에서 출력된 후 제 1 편광영역(210)에서 차단된 광이 리사이클되어 다시 제 1 편광영역(210) 또는 제 2 편광영역(220)을 통해 입사되도록 할 수 있으며 결과적으로 영상 표시 장치(10)의 휘도가 향상 되도록 할 수 있다.
보다 상세하게, 도 3b를 참조하여 광이 리사이클 되는 과정을 설명하면 광원(100)을 통해 L1 광이 출력되면, L1 광은 미러 타입으로 마련된 제 1 편광영역(210)에서 광 L1 중 일부의 광L1'이 투과하고, 나머지 광 L1''이 리사이클된다. L1''은 광원(100)의 경계면에서 다시 반사되어 광 L2의 형태로 다시 편광판(200)으로 입사한다. 도 3b는 편광판(200)의 제 1 편광영역(210)으로 다시 입사되는 경우를 도시한 것으로, 광 L2 중 일부 광 L2'은 편광판(200)을 투과하고, 나머지 광 L2''이 리사이클된다. 한편 도 3b에 도시되지는 않았으나, 만일 광 L2가 제 2 편광영역(220)으로 입사한 경우 원편광 되어 편광판(200)을 투과한다.
PS 패널(300)은 편광판(200)의 상부에 배치되며, 편광판(200)에서 선편광 또는 원편광되어 출력된 광을 입사광으로 하여 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키거나 그대로 투과시켜 PS 패널(300) 상부에 배치된 표시패널(400) 방향으로 공급한다.
또한, 일 실시예에 따른 PS 패널(300)로는 TN(Twisted Nematic)　모드로 동작하는 액정층(350)을 갖는 액정 패널이 이용될 수 있으며, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드로 동작하는 액정 패널 역시 이용될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 PS 패널(300)의 구성에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 도 4는 TN 모드로 동작하는 액정패널로 구성된 PS 패널(300)의 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, PS 패널(300)은 하부기판(310)과 상부기판(320) 사이에 액정층(350)이 협지된 구조를 이루고 있다. 하부기판(310)과 상부기판(320) 각각은 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어져 있다. 하부기판(310)과 상부기판(320)의 표면 각각에는 하부전극(330)과 상부전극(340)이 기판의 표면 전체에 형성되어 있으며, 하부전극(330)과 상부전극(340) 각각은ITO, IZO와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어져 있다. 그리고, 액정층(350)은 하부전극(330)과 상부전극(340) 사이에 배치되어 있다.
액정층(350)을 이루는 액정분자들은 포지티브 액정(Positive Liquid Crystal) 들로 이루어져 있다. 포지티브 액정은 액정분자의 장축방향 유전율이 단축방향 유전율보다 큰 액정이다. 이 액정들은 도시되지 않은 상부 및 하부 배향막 사이에 배치되어 있으며, 프리틸트(pre-tilt)되어 있다.
도 5 및 도 6은 TN 모드로 동작하는 액정패널로 구성된 PS 패널(300)의 동작 과정을 도시한 도면이다.
PS 패널(300)에 전계가 인가되지 않으면 액정들은 빛을 그대로 투과시키도록 배열되고, PS 패널(300)에 전계가 인가되면 액정들은 광의 수직방향(⊙) 선편광을 90° 만큼 회전시켜 수평방향(↔) 선편광으로 변화시키도록 배열된다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 전계가 인가된 상태에서 PS 패널(300)은 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광을 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광으로 선편광시켜 투과하고, 도 5에 도시된 바와 같이 전계가 인가되지 않은 상태에서 PS 패널(300)은 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광을 그대로 투과시켜 투과된 광의 편광축 역시 수직방향(⊙)을 이루도록 한다.
표시패널(400)은 2D 영상과 3D 영상 데이터를 표시하는 표시소자로서, 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시소자(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 및 무기 전계발광소자와 유기발광다이오드소자(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 포함한 전계발광소자(Electroluminescence Device, EL), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 소자로 구현될 수 있다.
도 7은 표시패널(400)의 구조를 도시한 도면으로, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 표시패널(400)이 액정소자의 표시패널(400)인 경우를 중심으로 표시패널(400)의 구조에 대해 상세하게 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이 일 실시예에 따른 표시패널(400)은 액정층(420)과, 액정층(420)의 시인측에 배치된 제 1 편광막(410)과, 액정층(420)의 시인측과 반대측에 배치된 제 2 편광막(430)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 편광막(410)과 제 2 편광막(430)은 액정층(420)을 사이에 두고 협지된 구조를 이룰 수 있다.
제 1 편광막(410)은 화소 어레이가 형성되어 있는 TFT(Thin Film Transistor) 기판의 표면에 편광판이 부착된 막일 수 있으며, 제 2 편광막(430)은 컬러를 구현하는 컬러 필터 기판의 표면에 제 1 편광막(410)에 부착된 편광판과 광흡수축이 90°를 이루는 편광판이 부착된 막일 수 있다.
이하 이처럼 구성된 무안경 방식의 영상 표시 장치(10)의 2D/3D 영상 구현 과정에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
도 8은 일 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 표시 장치(10)를 통해서 2D 영상 및 3D 영상이 구현되는 과정을 설명하는 도면이다. 도 8에서는 광원(100)에서 출력되는 광 성분 중, 수직방향(⊙) 및 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광 성분을 예로 들고, 마스크 타입의 편광판(200)이 적용된 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.
2D 모드로 영상을 출력하고자 할 경우, 광원(100)에서 출력된 광은 마스크 타입의 편광판(200)으로 입사된다. 마스크 타입의 편광판(200)으로 입사되는 광 중 제 1 편광영역(210)으로 입사된 광은 제 1 편광영역(210)을 투과하며 선편광되고, 제 2 편광영역(220)으로 입사된 광은 원편광된다.
도 8은 제 1 편광영역(210)이 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광 만을 선편광시키는 경우를 예로들어 도시하고 있다. 제 1 편광영역(210)의 구조에 의해 제 1 편광영역(210)으로 입사된 광 중 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광 만이 선편광되어 투과되고 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광을 비롯한 나머지 광은 차단된다. 결과적으로 편광판(200)을 투과한 광 중 제 1 편광영역(210)을 투과한 광은 수평방향(↔)의 편광축을 가지며, 제 2 편광영역(220)을 투과한 광은 원편광된 광이다.
편광판(200)에서 출력된 광은 PS 패널(300)로 입사된다. 일 실시예에 따른 PS 패널(300)은 2D 모드 구현시 전계가 인가되어 액정들이 광의 수직방향(⊙) 선편광을 90° 만큼 회전시켜 수평방향(↔) 선편광으로 변화시키도록 배열된다. 또한, 광의 수평방향(↔) 선편광을 90° 만큼 회전시켜 수직방향(⊙) 선편광으로 변화시키도록 배열된다.
결과적으로 편광판(200)의 제 1 편광영역(210)과 대응되는 부분의 PS 패널(300)을 투과하는 광은 광의 수직방향(⊙) 선편광이 90° 만큼 회전하여 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 선편광 형태로 출력된다. 또한, 편광판(200)의 제 2 편광영역(220)과 대응되는 부분의 PS 패널(300)을 투과하는 광은 광의 수직방향(⊙) 선편광이 90° 만큼 회전하여 수평방향(↔) 선편광 형태로 출력되고, 광의 수평방향(↔) 선편광이 90° 만큼 회전하여 수직방향(⊙) 선편광으로 변화되어 출력된다.
PS 패널(300)에서 출력된 광은 표시패널(400)로 입사된다. 보다 상세하게 표시패널(400)의 제 2 편광막(430)으로 입사된다. 도 8에 도시된 바와 같이 제 2 편광막(430)은 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광만을 투과시키도록 하는 편광판을 포함할 수 있다. 따라서, 제 2 편광막(430)으로 입사된 광 중 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광만이 제 2 편광막(430)을 투과한다.
제 2 편광막(430)을 투과한 광은 표시패널(400)의 액정층(420)을 투과하고, 표시패널(400)의 액정층(420)에 의해 광의 진행 경로가 회전되어 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광으로 변환된다.
액정층(420)을 투과한 광은 표시패널(400)의 제 1 편광막(410)으로 입사된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 편광막(410)은 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광만을 투과시키도록 형성된다. 이에, 제 1 편광막(410)으로 입사된 광 중 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광만이 제 1 편광막(410)을 투과한다.
결과적으로 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광이 표시패널(400)의 전면을 통해 출력되므로 일반적인 2D 영상이 구현될 수 있다.
다음으로 일 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 출력 장치에서 3D 모드로 영상을 출력하는 과정에 대해 설명한다.
3D 모드로 영상을 출력하고자 할 경우, 광원(100)에서 출력된 광은 2D 모드에서와 동일하게 마스크타입의 편광판(200)으로 입사된다. 마스크 타입의 편광판(200)으로 입사되는 광 중 제 1 편광영역(210)으로 입사된 광은 제 1 편광영역(210)을 투과하며 선편광되고, 제2 편광영역(220)으로 입사된 광은 원편광된다. 광이 편광판(200)을 투과하는 과정 및 원리는 2D 모드와 동일한 바 편광판(200)과 관련하여 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
편광판(200)에서 출력된 광은 PS 패널(300)로 입사된다. 일 실시예에 따른 PS 패널(300)은 PS 패널(300)에 전계가 인가되지 않으면 액정들이 빛을 그대로 투과시키도록 배열되도록 설계되어 3D 모드를 구현한다. 결과적으로 편광판(200)에서 출력된 광은 편광판(200)을 그대로 투과한다.
PS 패널(300)에서 출력된 광은 표시패널(400)로 입사된다. 보다 상세하게 표시패널(400)의 제 2 편광막(430)으로 입사된다. 전술한 바와 같이 제 2 편광막(430)은 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광만을 투과시키도록 하는 편광판을 포함하는 바, 제 2 편광막(430)으로 입사된 광 중 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광 만이 제 2 편광막(430)을 투과한다. 즉, 제 2 편광막(430)의 편광영역 중 편광판(200)의 제 1 편광영역(210)과 대응되는 영역에서는 광이 투과되지 못하고, 제 2 편광막(430)의 편광 영역 중 편광판(200)의 제 2 편광영역(220)과 대응되는 영역에서는 수평방향(↔)의 편광축을 가지는 광만이 투과된다.
제 2 편광막(430)을 투과한 광은 표시패널(400)의 액정층(420)을 투과하고, 표시패널(400)의 액정층(420)에 의해 광의 진행 경로가 회전되어 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광으로 변환된다.
액정층(420)을 투과한 광은 표시패널(400)의 제 1 편광막(410)으로 입사된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 편광막(410)은 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광만을 투과시키도록 하는 편광판을 포함하는 바, 제 1 편광막(410)으로 입사된 광 중 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광만이 제 1 편광막(410)을 투과한다.
결과적으로 표시패널(400) 중 편광판(200)의 제 2 편광영역(220)과 대응되는 영역에서만 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광이 출력된다. 편광판(200)의 제 2 편광영역(220)과 대응되는 영역에서만 광이 출력되므로, 좌안과 우안의 시차가 형성되어 3D 모드가 구현될 수 있다.
이를 종합하면, PS 패널(300)에 인가되는 전계를 온/오프함으로써 간편하게 2D/3D 모드를 구현하도록 할 수 있다. 한편 도 8에 도시한 바와 같이 PS 패널(300)에 전계를 인가할 경우 2D 모드가 구현되도록 하고 PS 패널(300)에 전계가 인가되지 않도록 할 경우 3D 모드가 구현되도록 할 수 있으며, 이와 반대되는 설계도 가능하다.
다음으로, 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 표시 장치(10a)에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 도 9는 다른 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 표시 장치(10a)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 다른 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 표시 장치(10a)는 상부측으로 광을 출력하는 광원(100a)과, 광원(100a) 상부에 배치되는 PS 패널(300a)과, PS 패널(300a) 상부에 배치되는 편광판(200a)과, 편광판(200a) 상부에 배치되는 표시패널(400a)을 포함한다. 여기서, PS 패널(300a)과, 편광판(200a)과, 표시패널(400a)은 광의 진행 경로상에 순차적으로 적층된 구조를 취할 수 있으며 당업자가 용이하게 생각할 수 있는 범위 내에서 변경하여 배치될 수 있는 바, 도 9에서는 표시패널(400a)의 구성 중 제 2 편광막(410b)이 광원(100a)과 PS 패널(300a)의 사이에 배치된 경우를 예로들어 설명하도록 한다.
도 9에 도시된 영상 표시 장치(10a)의 각 구성의 기능 및 동작 원리는 도 1에 도시된 각 구성과 유사하므로 PS 패널(300a)과, 편광판(200a)과 관련하여 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
표시패널(400a)은 2D 영상과 3D 영상 데이터를 표시하는 표시소자로서, 도 9에서는 액정표시소자에 의해 영상이 구현되는 경우를 예로들어 설명하도록 한다. 도 9에 도시된 표시패널(400a)의 구성은 도 9의 경우와 동일하다. 다만 도 9의 경우 표시패널(400a)의 제 1 편광막(410a)은 액정층(420a)과 이격되어 광원(100a)과 PS 패널(300a)의 사이에 배치될 수 있다.
또한, 도 9와 같은 배치에서는 액정층(420a)에 입사되는 광의 편광과 제 1 편광막(410a)의 광의 편광 방향이 동일하기 때문에 2D 액정층(420a)의 액정 동작을 반대로 적용시켜야 한다. 이와 관련되어 후술할 영상 표시 장치(10a)의 2D 영상구현과정에 관한 부분에서 상세하게 설명하도록 한다.
다음으로, 도 9와 같이 구성된 무안경 방식의 영상 표시 장치(10a)의 2D/3D 영상 구현 과정에 대해 상세하게 설명하도록 한다. 도 10은 다른 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 표시 장치(10a)를 통해서 2D 영상 및3D 영상이 구현되는 과정을 설명하는 도면이다. 도 10에서는 광원(100a)에서 출력되는 광 성분 중, 수직방향(⊙) 및 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광성분을 예로 들고, 마스크 타입의 편광판(200a)이 적용된 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.
2D 모드로 영상을 출력하고자 할 경우, 광원(100a)에서 출력된 광은 제 2 편광막(410b)으로 입사된다. 도 10에 도시된 바와 같이 제 2 편광막(410b)은 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광 만을 투과시키도록 하는 편광판을 포함하므로, 제 2 편광막(410b)으로 입사된 광 중 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광 만이 제 2 편광막(410b)을 투과한다.
제 2 편광막(410b)을 투과한 광은 PS 패널(300a)로 입사된다. 다른 실시예에 따른 PS 패널(300a)은 PS 패널(300a)에 전계가 인가되면 액정들이 광의 수평방향(↔) 선편광을 90° 만큼 회전시켜 수직방향(⊙) 선편광으로 회전시키도록 배열되도록 설계되어 2D 모드를 구현한다. 결과적으로, PS 패널(300a)에서는 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광 성분이 출력된다.
PS 패널(300a)에서 출력된 광은 마스크 타입의 편광판(200a)으로 입사된다. 마스크 타입의 편광판(200a)으로 입사되는 광 중 제 1 편광영역(210a)으로 입사된 광은 제 1 편광영역(210a)을 투과하며 선편광되고, 제 2 편광영역(210b)으로 입사된 광은 원편광된다.
보다 상세하게 도 10은 제 1 편광영역(210a)이 수직방향(⊙)(⊙)의 편광축을 갖는 광 만을 선편광 시키는 경우를 예로들어 도시하고 있는 바, 제 1 편광영역(210a)으로 입사된 광 중 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광 만이 선편광되어 투과되고 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광을 비롯한 나머지 광은 차단된다. 다만, 도 10에 도시된 2D 모드에서는 제 1 편광영역(210a)으로 입사된 광이 이미 제 1 편광막(410a) 및 PS 패널(300a)을 투과하여 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광인 바, 입사광은 수직방향(⊙)의 편광축을 유지하며 그대로 투과된다. 한편, 제 2 편광영역(210b)은 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광 또는 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광을 모두 투과시키므로, 제 2 편광영역(210b)으로 입사된 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광은 수직방향(⊙)의 편광축을 유지하며 그대로 투과된다. 결과적으로, 마스크 타입 편광판(200a)에서는 편광판(200a)의 전 영역에서 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광이 출력된다.
편광판(200a)에서 출력된 광은 액정층(420a)으로 입사된다. 도 10에 도시된 바와 같이 제 1 편광막(410a)의 편광방향과 액정층(420a)으로 입사되는 광의 편광 방향이 동일하므로, 2D 모드를 구현하기 위해서는 액정층(420a)의 액정 동작을 도 8의 경우와 반대로 구현시켜야 한다.
보다 상세하게 액정층(420a)의 액정 동작과 관련하여 도 11을 참조하면, 도 8의 경우 도 11의 (a)와 같이 액정 입자를 동작시켜 액정층(420a)을 투과한 광 성분의 편광축이 90° 만큼 회전되도록 하여 2D 모드가 구현되도록 할 수 있고, 도 10의 경우 도 11의 (b)와 같이 액정 입자의 동작을 반대로 적용시켜 액정층(420a)을 투과한 광 성분의 편광축이 회전하지 않도록 하여 2D 모드가 구현되도록 할 수 있다.
결과적으로, 액정층(420a)에서는 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광이 출력되고 이 광은 광을 수직방향(⊙)으로 편광시키는 제 1 편광막(410a)을 투과하여 2D 모드의 영상이 구현된다.
다음으로 다른 실시예에 따른 무안경 방식의 영상 출력 장치에서 3D 모드로 영상을 출력하는 과정에 대해 설명한다.
3D 모드로 영상을 출력하고자 할 경우, 광원(100a)에서 출력된 광은 2D 모드에서와 동일하게 제 2 편광막(410b)으로 입사된다. 도 10에 도시된 바와 같이 제 2 편광막(410b)은 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광 만을 투과시키도록 하는 편광판을 포함하므로, 제 2 편광막(410b)으로 입사된 광 중 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광 만이 제 2 편광막(410b)을 투과하며, 이는 전술한2D 모드의 영상 출력 과정과 동일하며 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
제 2 편광막(410b)을 투과한 광은 PS 패널(300a)로 입사된다. 다른 실시예에 따른 PS 패널(300a)은 PS 패널(300a)에 전계가 인가되지 않으면 액정들이 광을 그대로 투과시키도록 배열되도록 설계되어 3D 모드를 구현한다. 결과적으로 제 2 편광막(410b)에서 출력된 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광은 PS 패널(300a)을 그대로 투과한다.
PS 패널(300a)에서 출력된 광은 마스크 타입의 편광판(200a)으로 입사된다. 마스크 타입의 편광판(200a)으로 입사되는 광 중 제 1 편광영역(210a)으로 입사된 광은 제 1 편광영역(210a)을 투과하며 선편광 되고, 제 2 편광영역(210b)으로 입사된 광은 원편광된다.
보다 상세하게, 도 10은 제1 편광영역(210a)이 수직방향(⊙)(⊙)의 편광축을 갖는 광 만을 선편광시키는 경우를 예로들어 도시하고 있는 바, 제 1 편광영역(210a)으로 입사된 광 중 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광 만이 선편광되어 투과되고, 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광을 비롯한 나머지 광은 차단된다. 결과적으로, 도 10에 도시된 3D 모드에서는 제1 편광영역(210a)으로 입사된 광이 제 1 편광막(410a) ? PS 패널(300a)을 투과하며 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광인 바, 입사광은 제 1 편광영역(210a)을 투과하지 못하고 차단된다. 한편 제 2 편광영역(210b)은 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광 또는 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광을 모두 투과시키므로, 제 2 편광영역(210b)으로 입사된 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광은 수평방향(↔)의 편광축을 유지하며 그대로 투과된다. 결과적으로, 마스크 타입 편광판(200a)에서는 제 2 편광영역(210b)에서 수평방향(↔)의 편광축을 갖는 광이 출력된다.
편광판(200a)에서 출력된 광은 액정층(420a)으로 입사된다. 도 10에 도시된 바와 같이 제 1 편광막(410a)의 편광 방향과 액정층(420a)으로 입사되는 광의 편광 방향이 90°의 각을 이루는바, 3D 모드를 구현하기 위해서는 액정층(420a)의 액정 동작을 도 8의 경우와 동일하게 구현시키는 것이 바람직하다. 결국, 액정층(420a)으로 입사된 광은 액정층(420a)에 의해 광의 진행 경로가 회전되어 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광으로 변환된다.
액정층(420a)을 투과한 광은 표시패널(400a)의 제 1 편광막(410a)으로 입사된다. 도 10에 도시된 바와 같이 제 1 편광막(410a)은 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광만을 투과시키도록 하는 편광판을 포함하는 바, 제 1 편광막(410a)으로 입사된 광 중 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광만이 제 1 편광막(410a)을 투과한다.
결과적으로 표시패널(400a) 중 편광판(200a)의 제 2 편광영역(210b)과 대응되는 영역에서만 수직방향(⊙)의 편광축을 갖는 광이 출력된다. 편광판(200a)의 제 2 편광영역(210b)과 대응되는 영역에서만 광이 출력되므로, 좌안과 우안의 시차가 형성되어 3D 모드가 구현될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 명세서의 상세한 설명의 기재를 통해 당업자가 용이하게 생각할 수 있는 범위 내의 발명을 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.
10, 10a : 영상 표시 장치 　　　　　　　　　　　　100, 100a : 광원
200, 200a : 편광판 　　　　　　　　　　　　　　　　　　210, 210a : 제 1 편광영역
220, 220a : 제 2 편광영역 　　　　　　　　　　　300, 300a : PS 패널
310 : 하부기판 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　320 : 상부기판
330 : 하부전극 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　340 : 상부전극
350 : 액정층 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　400, 400a : 표시패널
410, 410a : 제 1 편광막 　　　　　　　　　　　　　420, 420a : 액정층
430, 430a : 제 2 편광막 　　　　　　　　　　　　　

Claims (14)

  1. 광원; 및
    상기 광원에서 출력된 광을 선편광 시키는 제 1 편광영역과 상기 광원에서 출력된 광을 원편광 시키는 제 2 편광영역이 형성된 편광판;을 포함하는 영상 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 편광판은,
    상기 제 1 편광영역과 상기 제 2 편광영역이 교번하여 배치되도록 형성된 편광판인 영상 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 편광판의 제 1 편광영역 및 제 2 편광영역의 투과율이 동일한 영상 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 편광영역은 상기 제 2 편광영역보다 더 넓은 영상 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 편광판은,
    상기 광원과 마주보는 일면의 반사율이 다른 일면의 반사율보다 더 높은 편광판인 영상 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 편광판에서 출력된 편광을 입사광으로 하여 상기 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키거나 그대로 투과시키는 PS패널을　더 포함하는 영상 표시 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 편광판 사이에 배치되고, 상기 광원에서 출력된 광을 입사광으로 하여 상기 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키거나 그대로 투과시키는 PS패널을　더 포함하는 영상 표시 장치.
  8. 제 6항 및 제 7항에 있어서,
    상기 PS패널은, TN 모드로 동작하는 액정의 유전율 이방성에 따라 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키거나 그대로 투과시키는 액정패널인 영상 표시 장치.
  9. 제 6항 및 제 7항에 있어서,
    상기 PS패널은,
    상기 PS 패널에 전원이 인가되면 상기 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키고 상기 PS 패널에 전원이 차단되면 상기 입사광을 그대로 투과시키거나, 상기 PS 패널에 전원이 인가되면 상기 입사광을 그대로 투과시키고 상기 PS 패널에 전원이 차단되면 상기 입사광을 이와 직교하는 방향의 광으로 편광시키는 영상 표시 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    영상을 출력하는 표시패널을 더 포함하는 영상 표시 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 표시패널은 TN 모드로 동작하는 액정 패널인 영상 표시 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 표시패널은,
    액정 층;
    상기 액정 층의 시인측에 배치된 제 1 편광막;
    상기 액정 층의 시인측과 반대측에 배치된 제 2 편광막을 포함하는 영상 표시 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 표시패널은 상기 광원으로부터 광의 출력 방향을 기준으로 상기 편광판 상부에 배치되는 영상 표시 장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 편광판은 상기 액정 층과 상기 제 2 편광막 사이에 배치되는 영상 표시 장치.
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