KR20160068110A - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

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김영찬
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는, 화상이 표시되는 표시 패널과, 상기 표시 패널의 하부에 위치하며, 나노 PDLC(고분자 분산형 액정 표시 소자; polymer-dispersed liquid crystals)를 포함하여 전원 인가 여부에 따라서 렌티큘라 렌즈와 같이 빛을 굴절시키는 액정 렌즈층과, 상기 액정 렌즈층 하부에 일체로 형성되며, 반사형 PDLC를 포함하여 전원 인가 위치에 따라 광투과 위치와 폭이 변경되는 베리어층, 및 상기 베리어층의 하부에 위치하며, 상기 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU)을 포함한다.

Description

입체 영상 표시 장치{STEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE}
본 기재는 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2D(Dimension) 영상과 3D 영상의 상호 변환이 가능한 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
최근의 표시 장치는 단순히 정보만을 전달해주는 것이 아니라, 실제 사물에 가깝게 생생한 영상을 전달하고자 고해상도, 입체화에 대한 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.
이러한 노력은 단순히 최근 몇 년간 발생한 요구는 아니었으나, 점차 기술이 발전함에 따라 고객의 요구에 부합하는 기술들이 나타나고 있다. 다양한 기술 개발 중에서 안경을 사용하지 않는 입체 영상에 대한 요구와 노력은 꾸준히 진행되고 있다.
기존의 평면 표시 장치에서는 안경을 사용하지 않고 3D 영상을 구현하기 위해서 관측자의 좌우측 눈에 서로 다른 영상을 보게 하는 양안시차 방법이 있는데, 이는 전통적으로 렌티큘라 렌즈(lenticular lens) 또는 베리어(barrier)를 이용하여 구현하게 된다. 이러한 전통적인 렌티큘라 렌즈 또는 베리어만을 사용하는 방식은 3D 영상 자체를 구현할 수는 있으나, 해상도 저하 및 무아레(moire) 등의 부가적인 문제를 발생시키게 되어 최근에는 베리어와 렌즈를 동시에 사용하는 방식 등의 다양한 노력이 이루어지고 있다.
기존의 2D 영상/3D 영상 전환 구조의 표시 장치에서의 가장 큰 문제점은 2D 영상과 비교해서 3D 영상의 해상도가 저하되는 것이라고 할 수 있다. 이러한 해상도 저하의 문제점을 개선한 구조로써, 백라이트 유닛(BLU)의 출사광을 제어하는 지향성 백라이트 유닛 방식(DCB, Direction Controllable BLU)의 구조가 있다.
지향성 BLU 방식은 일반적인 LCD 구조에서, 표시 패널과 백라이트 유닛 사이에 베리어와 렌티큘라 렌즈의 조합으로 BLU 출사광의 방향을 시간적으로 분리하여 제어하는 방식으로, 해상도가 변하지 않고 2D 영상과 3D 영상을 구현하는 데 효과적이다.
하지만, 지향성 BLU를 비롯한 대부분의 무안경 3D 구조는 표시 장치에서 특정 거리에서만 3D 영상이 구현된다는 단점이 있어서 사용자가 일정한 거리를 찾아야 하는 불편함이 있다. 이에 본 발명에서는 사용자가 좀더 쉽게 3D 영상을 시청할 수 있도록 표시 장치 내부에서 사용자의 위치에 따라 광분포를 최적화할 수 있는 구조를 제시하고자 한다.
기존의 지향성 BLU 구조에서 3D 영상을 구현하기 위한 광분포 제어 수단으로 렌티큘라 렌즈와 베리어가 있는데, 기본적으로 베리어는 광경로를 투과/차단하기 위해서, 액정(LC) 등의 액티브(active) 소자를 사용하고, 렌티큘라 렌즈 구조는 필름 형태의 패시브(passive) 소자를 사용한다.
이러한 렌티큘라 렌즈 필름은 3D 영상 구현에 있어서는 광경로를 좌우안을 분리해주는 기능을 하지만, 고정된 곡률 반경은 특정 거리에 있는 사용자에게만 3D 영상을 구현할 수 있는 단점이 있다. 이러한 단점에도 불구하고 베리어의 폭을 조정해서 사용자의 앞뒤 위치에 따라서 일부 시청거리를 조정할 수 있으나 휘도 저하 및 암부 발생 등의 문제가 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 2D 영상과 동등한 해상도 및 휘도를 유지하면서도 표시 장치로부터 시청거리가 확대된 무안경 3D 영상 표시장치 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는, 화상이 표시되는 표시 패널과, 상기 표시 패널의 하부에 위치하며, 나노 PDLC(고분자 분산형 액정 표시 소자; polymer-dispersed liquid crystals)를 포함하여 전원 인가 여부에 따라서 렌티큘라 렌즈와 같이 빛을 굴절시키는 액정 렌즈층과, 상기 액정 렌즈층 하부에 일체로 형성되며, 반사형 PDLC를 포함하여 전원 인가 위치에 따라 광투과 위치와 폭이 변경되는 베리어층, 및 상기 베리어층의 하부에 위치하며, 상기 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU)을 포함한다.
상기 액정 렌즈층은, 제1 기판과, 상기 제1 기판의 상부에 형성되고 상기 나노 PDLC를 포함하는 나노 PDLC층과, 상기 나노 PDLC층의 상부에 형성된 제2 기판, 및 상기 제1 기판에 구비되는 복수의 제1 하부 전극들 및 제2 기판에 구비되는 복수의 제1 상부 전극들을 포함한다.
상기 액정 렌즈층은, 상기 나노 PDLC층에 나노 PDLC가 무작위적으로 분포되며, 전원이 인가되는 상기 제1 상부 전극의 위치에 따라 상기 나노 PDLC가 렌티큘라 렌즈 형상으로 형성되어 굴절률을 변화시킬 수 있다.
상기 액정 렌즈층은, 시청자가 최적 시청거리보다 가까이 위치하면, 상기 액정 렌즈의 곡률반경이 작게 되어 초점 거리가 작아지게 되며, 상기 베리어층의 광투과 폭이 작아질 수 있다.
상기 액정 렌즈층은, 시청자가 최적 시청거리보다 멀리 위치하면, 상기 액정 렌즈의 곡률반경이 크게 되어 초점 거리가 커지게 되며, 상기 베리어층의 광투과 폭이 커질 수 있다.
상기 액정 렌즈층은, 2D 영상 구현시, 상기 제1 상부 전극 및 상기 제1 하부 전극에 인가되는 전원이 차단되어 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 광경로를 변화시키지 않을 수 있다.
상기 액정 렌즈층은, 3D 영상 구현시, 상기 제1 하부 전극에는 모두 전원을 공급하고, 상기 제1 상부 전극에는 상기 액정 렌즈의 곡률 반경에 따라서 부분적으로 전원을 공급하여 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 광경로를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는, 전원이 인가되는 상기 제1 상부 전극의 간격에 따라 상기 액정 렌즈의 곡률 반경이 조절될 수 있다.
상기 베리어층은, 제3 기판과, 상기 제3 기판의 상부에 형성되고 반사형 PDLC를 포함하는 반사형 PDLC층과, 상기 반사형 PDLC층의 상부에 형성된 제4 기판, 및 상기 제3 기판에 구비되는 복수의 제2 하부 전극들 및 제4 기판에 구비되는 제2 상부 전극을 포함한다.
상기 베리어층은, 전원이 인가되는 상기 제2 하부 전극의 간격의 위치에 따라서 광투과 폭이 변경될 수 있다.
상기 베리어층은, 2D 영상 구현시, 상기 제2 상부 전극 및 상기 제2 하부 전극에 인가되는 전원이 차단되어 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 광경로를 변화시키지 않을 수 있다.
상기 베리어층은, 3D 영상 구현시, 상기 제2 상부 전극에는 전원을 공급하고, 상기 제2 하부 전극에는 순차적으로 전원을 공급하여 시청자의 좌우안으로 진행하는 광의 경로를 제어할 수 있다.
상기 베리어층은, 전원이 공급되는 상기 제2 하부 전극이 위치하는 영역에서는 광이 통과되지 않고 상기 백라이트 유닛을 향해 반사되며, 전원이 공급되지 않는 상기 제2 하부 전극이 위치하는 영역에서는 광이 통과될 수 있다.
상기 액정 렌즈층의 상기 나노 PDLC의 크기는 위치별로 상이할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는, 화상이 표시되는 표시 패널과, 상기 표시 패널의 하부에 위치하며, 액정을 포함하여 전원 인가 여부에 따라서 렌티큘라 렌즈와 같이 빛을 굴절시키는 액정 렌즈층과, 상기 액정 렌즈층 하부에 일체로 형성되며, 반사형 PDLC를 포함하여 전원 인가 위치에 따라 광투과 위치와 폭이 변경되는 베리어층, 및 상기 베리어층의 하부에 위치하며, 상기 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU)을 포함한다.
본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치에 의해서, 표시 장치와 시청자간 거리 추적으로 2D 영상에서 3D 영상으로 전환시 시청자에게 손쉽게 3D 영상을 구현할 수 있다.
또한, 시청자가 표시 장치와 고정된 거리가 아닌 앞뒤 좌우 넓은 범위에서 3D 영상을 시청할 수 있어 시청자 편의성이 증대된다.
또한, 2D 영상과 동일한 해상도의 고해상도 무안경 3D 영상을 구현할 수 있다.
또한, 2D 영상 대비 동일 또는 높은 휘도의 3D 영상이 구현 가능하여, 3D 영상 구현시 소비 전력이 감소될 수 있다.
또한, 2D 영상 구현시 기존의 표시 장치와 동일한 광학구조 확보로 이미지 손상이 없으면서도 3D 영상 구현시에는 광손실 없이 3D 광학구조를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널이 2D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널이 3D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈층의 2D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈층의 곡률반경이 큰 경우의 3D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈층의 곡률반경이 작은 경우의 3D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베리어층의 2D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 베리어층의 3D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리에 있는 경우 액정 렌즈층의 렌즈 곡률반경 및 베리어층의 광투과 폭의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리보다 가까이 있는 경우 액정 렌즈층의 렌즈 곡률반경 및 베리어층의 광투과 폭의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리보다 멀리 있는 경우 액정 렌즈층의 렌즈 곡률반경 및 베리어층의 광투과 폭의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 기존의 고정식 액정 렌즈층 및 베리어층을 구비한 경우의 암선이 발생하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 14는 기존의 고정식 액정 렌즈층 및 베리어층을 구비한 경우의 휘선이 발생하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리에 있는 경우 액정 렌즈와 베리어층의 광투과 영역의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리 보다 가까이 있는 경우 액정 렌즈와 베리어층의 광투과 영역의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리 보다 멀리 있는 경우 액정 렌즈와 베리어층의 광투과 영역의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 “위에” 또는 “상에” 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 입체 영상 표시 장치는, 화상이 표시되는 표시 패널(300)과, 표시 패널(300)의 하부에 위치하며, 전원 인가 여부에 따라 2D 영상 및 3D 영상 전환이 가능한 스위칭 패널(800), 및 스위칭 패널(800)의 하부에 위치하며, 표시 패널(300)에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU)(700)을 포함한다.
신호처리부(600)에 연결되는 게이트 구동부(400)와 데이터 구동부(500)는 표시 패널(300)에 화상 표시를 위한 전원을 공급한다. 그리고, 신호처리부(600)는 2D 영상 또는 3D 영상 신호를 공급받고, 거리측정 센서(900)로부터 감지된 시청자와 표시 패널(300) 간 거리 정보를 공급받는다. 거리 정보는 신호처리부(600) 내의 수신부(630)로 전달되고, 베리어층 출력부(610)로 전달되어 2D 영상 신호 또는 3D 영상 신호와 함께 베리어층 출력 전압(BEV)이 베리어층(830)으로 전달된다. 또한, 거리 정보는 수신부(630)에서 액정 렌즈층 출력부(620)로 전달되어 2D 영상 신호 또는 3D 영상 신호와 함께 액정 렌즈층 전압(LEV)이 액정 렌즈층(810)으로 전달된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널이 2D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널이 3D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 스위칭 패널(800)은 백라이트 유닛(700) 상부에 위치하는 베리어층(830)과, 베리어층(830) 상에 위치하는 액정 렌즈층(810)을 포함한다. 베리어층(830)은 반사형 PDLC(고분자 분산형 액정 표시 소자; polymer-dispersed liquid crystals)를 포함하여 전원 인가 위치에 따라 광투과 위치와 폭이 변경되며, 액정 렌즈층(810)은, 베리어층(830)과 일체로 형성되며, 나노 PDLC를 포함하여 전원 인가 여부에 따라서 렌티큘라 렌즈와 같이 빛을 굴절시킨다.
신호처리부(600)에서 2D 영상 신호가 입력되면, 스위칭 패널(800)에는 전원이 인가되지 않고, 표시 패널(300)에는 2D 영상이 표시된다. 즉, 스위칭 패널(800)의 액정 렌즈층(810)과 베리어층(830)에는 전원이 차단되어, 백라이트 유닛(700)으로부터 출사되는 광은 굴절되지 않고 경로 변화 없이 표시 패널(300)을 향해 출사된다.
도 3을 참조하면, 신호처리부(600)에서 3D 영상 신호가 입력되면, 스위칭 패널(800)에는 전원이 인가되고, 표시 패널(300)에 3D 영상이 표시된다. 전원을 인가받은 액정 렌즈층(810)에는 나노 PDLC가 특정 방향으로 정렬을 하게 되어, 백라이트 유닛(700)으로부터 베리어층(830)을 통과한 광이 굴절되어 경로가 변경된다. 액정 렌즈층(810)의 나노 PDLC는 렌즈 형상으로 정렬되어 특정 곡률 반경을 가지게 된다.
한편, 신호처리부(600)에서 3D 영상 신호가 입력되면, 베리어층(830)에도 전원이 인가되어 반사형 PDLC가 순차적으로 구동되어 좌우안으로 진행할 광경로를 제어한다. 베리어층(830)에서 경로가 제어된 광은 액정 렌즈층(810)에서 렌즈 형상으로 정렬된 나노 PDLC를 통과하여 시청자의 좌안 또는 우안에 순차적으로 광이 입사되어 3D 이미지가 구현된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 액정 렌즈층(810)은, 제1 기판(814)과, 제1 기판(814)의 상부에 형성되고 나노 PDLC(817)를 포함하는 나노 PDLC층과, 나노 PDLC층의 상부에 형성된 제2 기판(813)을 포함한다. 제1 기판(814)의 상면에는 복수의 제1 하부 전극(816)이 배치되고, 제2 기판(813)의 하면에는 복수의 제1 상부 전극(815)이 배치된다. 즉, 제1 하부 전극(816)과 제1 상부 전극(815)은 서로 마주보는 형태로 배치되며, 제1 기판(814)과 제2 기판(813) 사이에 나노 PDLC층이 게재된다.
한편, 베리어층(830)은, 제3 기판(834)과, 제3 기판(834)의 상부에 형성되고 반사형 PDLC를 포함하는 반사형 PDLC층과, 반사형 PDLC층 상부에 형성된 제4 기판(833)을 포함한다. 제3 기판(834)의 상면에는 복수의 제2 하부 전극(836)이 배치되고, 제4 기판(833) 하면에는 제2 상부 전극(835)이 배치된다. 즉, 제2 하부 전극(836)과 제2 상부 전극(835)은 서로 마주보는 형태로 배치되며, 제3 기판(834)과 제4 기판(833) 사이에 반사형 PDLC층이 게재된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈층의 2D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 입체 영상 표시 장치가 2D 영상을 구현할 때에는, 제1 상부 전극(815)과 제1 하부 전극(816)에는 전원이 인가되지 않는다. 백라이트 유닛(700)으로부터 출사된 광은 경로가 변하지 않고 그대로 직진하게 되어, 2D 영상을 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈층의 곡률반경이 큰 경우의 3D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈층의 곡률반경이 작은 경우의 3D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 입체 영상 표시 장치가 3D 영상을 구현할 때, 복수의 제1 하부 전극(816)에는 모두 전원이 공급되고, 제1 상부 전극(815)에는 구현하고자 하는 곡률 반경에 따라서 부분적으로 전원을 공급하여, 백라이트 유닛(700)으로부터 출사된 광의 경로를 변화시킨다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 상부 전극(815)에는 인접한 2개의 전극(815)에 전원을 인가하고, 또한 소정 간격 이격된 인접한 2개의 전극(815)에 전원을 인가한다. 나노 PDLC(817)는 전원이 인가된 제1 하부 전극(816) 근처에서는 모두 세로 방향으로 정렬되고, 제1 상부 전극(815) 근처에서는 전원이 인가된 전극을 향해 정렬된다. 결과적으로 나노 PDLC(817)는 렌즈 형상으로 정렬되어, 백라이트 유닛(700)으로부터 출사된 광은 전원이 인가된 제1 상부 전극(815)을 중심으로 한 곳으로 수렴되는 형태로 진행된다. 이러한 나노 PDLC(817)의 정렬 특성을 이용하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 상부 전극(815)에 소정 간격 이격된 1개의 전극(815) 마다 전원을 인가하면, 나노 PDLC(817)는 곡률반경이 작은 액정 렌즈가 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베리어층의 2D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 베리어층의 3D 영상을 구현하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 베리어층(830)은 2D 영상 구현시, 제2 상부 전극(835) 및 복수의 제2 하부 전극(836)에는 전원이 인가되지 않는다. 전극(835, 836)에 전원이 인가되지 않으므로, 반사형 PDLC(837)는 무작위적으로 배치되어, 백라이트 유닛(700)으로부터 출사된 광은 경로가 변하지 않고 직진하게 된다.
도 9를 참조하면, 베리어층(830)의 제2 상부 전극(835)에는 전원을 공급하고, 복수의 제2 하부 전극(836)에는 순차적으로 전원을 공급한다. 전원이 공급되는 제2 하부 전극(836)이 위치하는 영역에서는 반사형 PDLC(837)로 인해, 백라이트 유닛(700)으로부터 출사된 광은 표시 패널(300)을 향해 진행하지 않고, 다시 백라이트 유닛(700)을 향해 반사되며, 전원이 공급되지 않는 제2 하부 전극(836)이 위치하는 영역에서는 광이 표시 패널(300)을 향해 진행한다. 따라서, 3D 영상 구현시, 베리어층(830)은 광 통과 영역과 광 차단/반사 영역이 교번적으로 배치된 모양이 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리에 있는 경우 액정 렌즈층의 렌즈 곡률반경 및 베리어층의 광투과 폭의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 10을 참조하면, 3D 영상 구현시, 베리어층(830)의 복수의 제2 하부 전극(836)은 광 통과 영역과 광 차단 영역이 순차적으로 반복하여 변화하고, 베리어층(830)의 광투과 폭(PB)은 액정 렌즈층(810)의 액정 렌즈(811)의 좌우폭(PL)과 동일하게 되도록 한다. 액정 렌즈층(810)의 액정 렌즈의 곡률 반경은 최적 시청거리에서 시청자의 위치가 오도록 초점 거리가 정해진다. 액정 렌즈층(810)과 베리어층(830) 사이는 간격층(820)에 의해 소정 거리(Ld)로 고정된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리보다 가까이 있는 경우 액정 렌즈층의 렌즈 곡률반경 및 베리어층의 광투과 폭의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 11을 참조하면, 시청자가 최적 시청거리보다 가까이 위치하는 경우, 액정 렌즈층(810)의 액정 렌즈(811)의 곡률 반경은 최적 시청거리에 있을 때보다 작은 곡률반경이 되어 초점 거리를 짧게 하고, 베리어층(830)의 광투과 폭도 작아져서 액정 렌즈(811)의 폭과 베리어층(830)의 광투과 폭은 동일하게 된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리보다 멀리 있는 경우 액정 렌즈층의 렌즈 곡률반경 및 베리어층의 광투과 폭의 상관 관계를 나타내는 도면이다. 도 12를 참조하면, 시청자가 최적 시청거리보다 멀리 위치하는 경우, 액정 렌즈층(810)의 액정 렌즈(811)의 곡률 반경은 최적 시청거리에 있을 때보다 커지게 되어 초점 거리를 길게 하고, 베리어층(830)의 광투과 폭은 작게 하여, 액정 렌즈(811)의 폭과 베리어층(830)의 광투과 폭은 동일하게 되어 크로스토크(휘선, crosstalk) 발생이 억제된다.
베리어층(830)의 광투과 폭 조정은 베리어층(830)의 제2 하부 전극(836)에 인가되는 전압의 위치에 따라서 조정하고, 이를 통해 투과된 광이 지정된 렌즈에만 진행하도록 하여 크로스토크, 백선 및 암선 등의 발생으로 인한 이미지 저하를 방지할 수 있다. 이러한 조정을 통해 시청자가 최초에 3D 영상을 구동시키거나, 앞뒤로 움직이더라도 3D 영상을 쉽게 시청할 수 있게 된다.
도 13은 기존의 고정식 렌티큘라 렌즈층 및 베리어층을 구비한 경우의 암선이 발생하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 14는 기존의 고정식 렌티큘라 렌즈층 및 베리어층을 구비한 경우의 휘선이 발생하는 모습을 나타내는 도면이다.
기존의 고정식 렌티큘라 렌즈(811)를 사용하는 구조에서 3D 영상을 시청하기 위해서는 반드시 일정한 시청거리를 유지해야만 하는데, 이는 렌티큘라 렌즈(811)의 곡률 반경과 관련이 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 시청자의 거리가 최적 시청거리보다 가까운 경우에는 시청자의 양측 눈 사이에 암선 영역이 발생하고, 시청자의 양측 눈 가장자리가 시청 영역에 다 들어오지 못하는 결과가 발생하고, 도 14에 도시된 바와 같이, 시청자의 거리가 최적 시청거리보다 먼 경우에는 시청자의 양측 눈 사이에 휘선 영역이 발생하여 좌우로 움직일 때 이미지가 끊기거나 겹쳐 보이는 등의 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서는 액정 렌즈층(810)의 렌티큘라 렌즈(811)의 곡률 반경 및 베리어층(830)의 위치 및 광투과 폭 등에 의해 광경로를 제어할 필요가 있는 것이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리에 있는 경우 액정 렌즈와 베리어층의 광투과 영역의 상관 관계를 나타내는 도면이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리 보다 가까이 있는 경우 액정 렌즈와 베리어층의 광투과 영역의 상관 관계를 나타내는 도면이며, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 시청자가 최적 시청거리 보다 멀리 있는 경우 액정 렌즈와 베리어층의 광투과 영역의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 시청자가 최적 시청거리에 있는 경우, 액정 렌즈층(810)의 액정 렌즈(811)의 곡률 반경은 R0이고, 베리어층(830)의 광투과 폭은 Wbo이며, 액정 렌즈(811)의 폭과 베리어층(830)의 광투과 폭은 동일하다.
도 16을 참조하면, 액정 렌즈(811)의 곡률 반경이 RO보다 작은 R1이 됨에 따라 베리어층(830)의 광투과 폭은 이에 따라 Wbo 보다 작아지게 되어, 액정 렌즈(811)의 폭과 베리어층(830)의 광투과 폭이 동일하게 된다.
반대로, 도 17을 참조하면, 액정 렌즈(811)의 곡률 반경이 RO보다 큰 R2가 되면 초점 거리가 멀어지게 되고, 크로스토크가 발생하지 않는 최적의 베리어층(830) 광투과 폭은 이에 따라 Wbo 보다 커지게 되어, 액정 렌즈(811)의 폭과 베리어층(830)의 광투과 폭이 동일하게 된다. 이 때, 베리어층(830) 광투과 폭의 변화와 함께 중앙 부분에는 광이 투과하지 않는 반사 영역(832-1)이 존재하게 되는데, 반사 영역(832-1)에서 광은 백라이트 유닛(700)을 향해 반사되고 다시 백라이트 유닛(700)에서 표시 패널(300)을 향해 광이 출사되는 식으로 재순환되게 된다. 전원이 인가되는 제2 하부 전극(836)의 위치에 따라서 반사형 PDLC 베리어층은 위치 이동 및 광투과 폭 변경이 가능하고, 정해진 액정 렌즈층(810)으로만 광을 진행시키게 되고 일부 광은 반사 및 흡수를 통해 광효율 향상 및 크로스토크 제거, 휘선/암선 발생을 억제하게 된다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널을 개략적으로 나타내는 도면이다. 나노 PDLC층을 이용하여 렌즈 형상을 구현하는 것은 도 18에서와 같이, 인가되는 전압의 크기에 따라서 위치별 유효 굴절률을 변화시켜 투과하는 광의 초점을 변화시킬 수 있다. 위치별 유효 굴절률의 변화는 액정 렌즈층(810)의 나노 PDLC의 크기를 위치별로 상이하게 형성하고, 인가되는 전압의 크기를 변화시킴으로써 가능하게 할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 액정 렌즈층(810)의 중앙 부위에는 나노 PDLC(817)의 크기를 작게 하고, 가장자리 부위에는 나노 PDLC(817)의 크기를 크게 형성하며, 전압을 0V 이상으로 인가함으로써, 액정 렌즈층(810)의 굴절률을 변화시킬 수 있다. 전압 인가에 의해 액정 렌즈층(810)의 위치별 굴절률이 변화하여 렌즈 형상을 가질 수 있는데, 나노 PDLC의 크기가 크면 전압 인가에 따른 굴절률차가 크고, 나노 PDLC의 크기가 작으면 전압 인가에 따른 굴절률차가 상대적으로 작다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 19를 참조하면, 입체 영상 표시 장치의 스위칭 패널(800)은, 반사형 PDLC(고분자 분산형 액정 표시 소자; polymer-dispersed liquid crystals)를 포함하여 전원 인가 위치에 따라 광투과 위치와 폭이 변경되는 베리어층(830), 및 베리어층(830)과 일체로 형성되며, 액정(817-1)을 포함하여 전원 인가 여부에 따라서 렌티큘라 렌즈와 같이 빛을 굴절시키는 액정 렌즈층(810)을 포함한다. 액정 렌즈층(810)은 액정(817-1)을 포함하며, 액정(817-1)은 전압이 인가됨에 따라 렌즈 형상으로 배열되어 렌티큘라 렌즈 역할을 하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치에 의해서, 표시 장치와 시청자간 거리 추적으로 2D 영상에서 3D 영상으로 전환시 시청자에게 손쉽게 3D 영상을 구현할 수 있다. 또한, 시청자가 표시 장치와 고정된 거리가 아닌 앞뒤 좌우 넓은 범위에서 3D 영상을 시청할 수 있어 시청자 편의성이 증대된다. 또한, 2D 영상과 동일한 해상도의 고해상도 무안경 3D 영상을 구현할 수 있다. 또한, 2D 영상 대비 동일 또는 높은 휘도의 3D 영상이 구현 가능하여, 3D 영상 구현시 소비 전력이 감소될 수 있다. 또한, 2D 영상 구현시 기존의 표시 장치와 동일한 광학구조 확보로 이미지 손상이 없으면서도 3D 영상 구현시에는 광손실 없이 3D 광학구조를 구현할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
300: 표시 패널 400: 게이트 구동부
500: 데이터 구동부 600: 신호처리부
700: 백라이트 유닛 800: 스위칭 패널
900: 거리측정 센서 810: 액정 렌즈층
820: 간격층 830: 베리어층
811: 액정 렌즈 831: 투과 영역
832: 반사 영역 814: 제1 기판
813: 제2 기판 834: 제3 기판
833: 제4 기판 816: 제1 하부 전극
815: 제1 상부 전극 836: 제2 하부 전극
835: 제2 상부 전극 817: 나노 PDLC
837: 반사형 PDLC 817-1: 액정

Claims (15)

  1. 화상이 표시되는 표시 패널;
    상기 표시 패널의 하부에 위치하며, 나노 PDLC(고분자 분산형 액정 표시 소자; polymer-dispersed liquid crystals)를 포함하여 전원 인가 여부에 따라서 렌티큘라 렌즈와 같이 빛을 굴절시키는 액정 렌즈층;
    상기 액정 렌즈층 하부에 일체로 형성되며, 반사형 PDLC를 포함하여 전원 인가 위치에 따라 광투과 위치와 폭이 변경되는 베리어층; 및
    상기 베리어층의 하부에 위치하며, 상기 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU)을 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  2. 제 1 항에서,
    상기 액정 렌즈층은,
    제1 기판;
    상기 제1 기판의 상부에 형성되고 상기 나노 PDLC를 포함하는 나노 PDLC층;
    상기 나노 PDLC층의 상부에 형성된 제2 기판; 및
    상기 제1 기판에 구비되는 복수의 제1 하부 전극들 및 제2 기판에 구비되는 복수의 제1 상부 전극들을 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  3. 제 2 항에서,
    상기 액정 렌즈층은,
    상기 나노 PDLC층에 나노 PDLC가 무작위적으로 분포되며, 전원이 인가되는 상기 제1 상부 전극의 위치에 따라 상기 나노 PDLC가 렌티큘라 렌즈 형상으로 형성되어 굴절률을 변화시키는 입체 영상 표시 장치.
  4. 제 3 항에서,
    상기 액정 렌즈층은,
    시청자가 최적 시청거리보다 가까이 위치하면, 상기 액정 렌즈의 곡률반경이 작게 되어 초점 거리가 작아지게 되며, 상기 베리어층의 광투과 폭이 작아지는 입체 영상 표시 장치.
  5. 제 3 항에서,
    상기 액정 렌즈층은,
    시청자가 최적 시청거리보다 멀리 위치하면, 상기 액정 렌즈의 곡률반경이 크게 되어 초점 거리가 커지게 되며, 상기 베리어층의 광투과 폭이 커지는 입체 영상 표시 장치.
  6. 제 2 항에서,
    상기 액정 렌즈층은,
    2D 영상 구현시, 상기 제1 상부 전극 및 상기 제1 하부 전극에 인가되는 전원이 차단되어 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 광경로를 변화시키지 않는 입체 영상 표시 장치.
  7. 제 2 항에서,
    상기 액정 렌즈층은,
    3D 영상 구현시, 상기 제1 하부 전극에는 모두 전원을 공급하고, 상기 제1 상부 전극에는 상기 액정 렌즈의 곡률 반경에 따라서 부분적으로 전원을 공급하여 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 광경로를 변화시키는 입체 영상 표시 장치.
  8. 제 2 항에서,
    전원이 인가되는 상기 제1 상부 전극의 간격에 따라 상기 액정 렌즈의 곡률 반경이 조절되는 입체 영상 표시 장치.
  9. 제 1 항에서,
    상기 베리어층은,
    제3 기판;
    상기 제3 기판의 상부에 형성되고 반사형 PDLC를 포함하는 반사형 PDLC층;
    상기 반사형 PDLC층의 상부에 형성된 제4 기판; 및
    상기 제3 기판에 구비되는 복수의 제2 하부 전극들 및 제4 기판에 구비되는 제2 상부 전극을 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  10. 제 9 항에서,
    상기 베리어층은,
    전원이 인가되는 상기 제2 하부 전극의 간격의 위치에 따라서 광투과 폭이 변경되는 입체 영상 표시 장치.
  11. 제 9 항에서,
    상기 베리어층은,
    2D 영상 구현시, 상기 제2 상부 전극 및 상기 제2 하부 전극에 인가되는 전원이 차단되어 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 광경로를 변화시키지 않는 입체 영상 표시 장치.
  12. 제 9 항에서,
    상기 베리어층은,
    3D 영상 구현시, 상기 제2 상부 전극에는 전원을 공급하고, 상기 제2 하부 전극에는 순차적으로 전원을 공급하여 시청자의 좌우안으로 진행하는 광의 경로를 제어하는 입체 영상 표시 장치.
  13. 제 9 항에서,
    상기 베리어층은,
    전원이 공급되는 상기 제2 하부 전극이 위치하는 영역에서는 광이 통과되지 않고 상기 백라이트 유닛을 향해 반사되며, 전원이 공급되지 않는 상기 제2 하부 전극이 위치하는 영역에서는 광이 통과되는 입체 영상 표시 장치.
  14. 제 1 항에서,
    상기 액정 렌즈층의 상기 나노 PDLC의 크기는 위치별로 상이한 입체 영상 표시 장치.
  15. 화상이 표시되는 표시 패널;
    상기 표시 패널의 하부에 위치하며, 액정을 포함하여 전원 인가 여부에 따라서 렌티큘라 렌즈와 같이 빛을 굴절시키는 액정 렌즈층;
    상기 액정 렌즈층 하부에 일체로 형성되며, 반사형 PDLC를 포함하여 전원 인가 위치에 따라 광투과 위치와 폭이 변경되는 베리어층; 및
    상기 베리어층의 하부에 위치하며, 상기 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛(BLU)을 포함하는 입체 영상 표시 장치.
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