KR20170006318A - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

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KR20170006318A
KR20170006318A KR1020150096402A KR20150096402A KR20170006318A KR 20170006318 A KR20170006318 A KR 20170006318A KR 1020150096402 A KR1020150096402 A KR 1020150096402A KR 20150096402 A KR20150096402 A KR 20150096402A KR 20170006318 A KR20170006318 A KR 20170006318A
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Abstract

본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 영상을 표시하는 표시 패널, 2D 모드에서 방사형으로 확산되는 확산광을 상기 표시 패널에 조사하고, 3D 모드에서 상기 표시 패널에 수직되는 직진광을 상기 표시 패널에 조사하는 백라이트 유닛, 및 복수의 렌즈를 구비하여 상기 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 굴절시키는 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 렌즈 어레이가 상기 표시 패널의 배면에 부착될 수 있다.

Description

입체 영상 표시 장치{STEREOPSIS IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 멀티뷰(multi view)로 3D 영상을 표시하는 무안경 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
실감 있는 영상에 대한 사용자들의 요구가 증대되어, 2차원(2D) 영상뿐만 아니라, 3차원(3D) 영상을 표시할 수 있는 입체 영상 표시 장치가 개발되고 있다.
최근에 들어, 광고용, 가정용, 의료용, 교육용, 전시용, 방송용, 화상회의용 등 각종 분야에서 입체 영상 표시 장치에 대한 사용자의 요구가 증가하고 있다.
2D 표시 장치는 그 해상도와 시야각 등 표시 영상 품질 면에서 큰 발전을 하였으나, 2차원의 영상을 표시함으로 인해 영상의 깊이 정보는 표시 할 수 없는 제약이 있다.
반면에, 3D 표시 장치는 3차원의 입체 영상으로 표시할 수 있으므로, 물체 본래의 3차원 정보를 온전히 사용자에게 전달해 줄 수 있다. 따라서, 기존의 2D 표시 장치보다 훨씬 현실감 있고 실감 있는 입체 영상의 표현이 가능하다.
입체 영상 표시 장치는 양안시차방식(stereoscopic technique) 또는 복합시차지각방식(autostereoscopic technique)을 이용하여 3D 영상을 구현한다. 양안시차방식은 입체효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하며, 안경 방식과 무안경 방식으로 나뉘어질 수 있다.
안경 방식은 직시형 표시 소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꾸는 방식 또는 시분할 방식으로 표시하고, 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 구현한다.
무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴렉스 베리어, 렌티큘러 렌즈 등의 광학 부품을 표시 화면의 전면에 설치하여 입체 영상을 구현한다. 무안경 방식의 3D 표시 장치는 양안 시차를 이용하여 사용자에게 입체감을 준다는 측면에서는 전술한 안경 방식과 같으나, 3D 안경을 착용할 필요가 없다는 점에서 차별화된다.
이 중에서도 렌티큘러 렌즈를 사용하는 무안경 3D 방식은 우안 영상과 좌안 영상을 렌티큘러 렌즈로 분리하여 3차원의 입체 영상을 구현한다. 그러나, 렌티큘러 렌즈를 사용하는 무안경 3D 방식은 렌티큘러 렌즈의 광 분리를 온/오프할 수 없으므로 실질적으로 3D 영상만을 구현할 수 있다. 즉, 렌티큘러 렌즈를 사용하는 무안경 3D 방식에서 2D 영상을 표시할 경우 잔상과 같은 화질 열화가 발생되는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 액정의 굴절률을 전기적으로 제어함으로써 렌티큘러 렌즈를 통한 2D 영상과 3D 영상의 전환이 가능한 방법이 도입되었다.
Philips 사(社)와 Ocuity 사(社)는 액정 렌즈 방식을 이용한 무안경 3D 표시 장치를 개발하였다.
먼저, Philips 사(社)의 액정 렌즈 방식은 오목판에 액정을 채워 넣어서 일정 방향으로 배향 시키고 각기 굴절률은 ne>no=n으로 형성(n: 오목판의 굴절률, ne와 no: 액정의 굴절률)하여 무안경으로 2D/3D 영상을 표시한다.
전압이 오프(off)될 때에는 편광된 광원이 액정의 ne를 통과하다가 오목판의 굴절률 n을 만나면서 굴절을 일으켜 3D 영상을 시청할 수 있도록 한다. 전압이 온(on)될 때에는 편광된 광원이 액정의 n0를 통과하여 동일한 굴절률인 n을 만나면서 그냥 통과하여 2D 영상을 시청할 수 있도록 한다.
Ocuity 사(社)의 액정 렌즈 방식은 2개의 오목판을 직교하도록 형성하고, 오목판의 방향을 따라 액정을 배향시켜 수직/수평된 광원이 모두 액정 렌즈에 의해 굴절되도록 함으로써 무안경으로 2D/3D 영상을 표시할 수 있다.
이러한, 종래 기술에 따른 액정 렌즈 방식을 이용한 2D/3D 표시 장치는 2개의 오목판 액정 렌즈를 구동시키기 위해서 고전압이 필요한 단점이 있다. 또한, 렌즈의 새그(sag)가 높아 구동에 고전압이 필요한 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 2D 영상과 3D 영상의 전환이 가능하고, 3D 영상의 적정 시청 거리를 유지해 적용되었던 갭 글라스(gap glass) 또는 갭 필름(gap film)을 삭제하여 제조 비용 및 두께를 줄일 수 있는 입체 영상 표시 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 영상을 표시하는 표시 패널, 2D 모드에서 방사형으로 확산되는 확산광을 상기 표시 패널에 조사하고, 3D 모드에서 상기 표시 패널에 수직되는 직진광을 상기 표시 패널에 조사하는 백라이트 유닛, 및 복수의 렌즈를 구비하여 상기 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 굴절시키는 렌즈 어레이를 포함하고, 상기 렌즈 어레이가 상기 표시 패널의 배면에 부착될 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 표시 패널의 배면에 3D용 렌즈 어레이를 구비하고, 백라이트 유닛이 표시 패널에 수직되는 직진광을 출광함으로써 2D 영상 및 3D 영상의 전환이 가능하다. 이러한 본 발명은 갭 글라스(gap glass) 또는 갭 필름(gap film)이 없이도 3D 영상을 표시할 수 있다. 따라서, 본 발명은 제조 비용과 두께를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 3D용 렌즈 어레이를 표시 패널의 배면에 배치함으로써, 3D용 렌즈 어레이를 상부면에 배치하였을 때에 발생될 수 있는 2D 영상의 화질 열화를 줄일 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 효과 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 표시 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시 패널의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 렌티큘러 렌즈의 평면도이다.
도 4는 2D 모드에서 백라이트 유닛으로부터 출광되는 광의 경로를 도시한 단면도이다.
도 5는 3D 모드에서 백라이트 유닛으로부터 출광되는 광의 경로를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 입체 표시 장치의 단면도이다.
도 7은 2D 모드에서 백라이트 유닛의 동작을 설명하기 위한 것이다.
도 8은 3D 모드에서 백라이트 유닛의 동작을 설명하기 위한 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입체 표시 장치의 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 백라이트 유닛이 2D 모드에서 동작하는 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 11은 도 9에 도시된 백라이트 유닛이 3D 모드에서 동작하는 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 12는 프레넬 렌즈의 형태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 복수개의 프레넬 렌즈의 초점이 제각기 다른 시점에 대응하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 복수개의 프레넬 렌즈의 초점이 제각기 다른 시점에 대응하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. "적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다. "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제 3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명의 입체 영상 표시 장치는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD)를 기반으로 구현된다.
도 1는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 표시 장치의 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 표시 패널의 단면도이다. 도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 렌티큘러 렌즈의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상 표시 장치는 화상을 표시하기 위한 표시 패널(100)과, 표시 패널(100)을 구동하기 위한 패널 구동부(200)와, 표시 패널(100)로 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛(300)과, 백라이트 유닛(300)을 구동하기 위한 광원 구동부(400)를 포함한다.
특히, 본 발명의 실시 예는 표시 패널(100)의 배면에 3D용 렌즈 어레이를 구비하고, 백라이트 유닛(300)이 표시 패널(100)에 수직되는 직진광을 출광함으로써 3D 영상을 표시한다. 이러한 본 발명은 갭 글라스(gap glass) 또는 갭 필름(gap film)이 없이도 3D 영상을 표시할 수 있다. 따라서, 본 발명은 제조 비용과 두께를 절감할 수 있다.
표시 패널(100)은 평면(또는 2D) 영상 표시 모드와 입체(또는 3D) 영상 표시 모드의 변환이 가능하다. 즉, 표시 패널(100)은 2D 모드에서는 좌안 영상(L)과 우안 영상(R)을 구분하지 않고 평면 영상을 표시하고 3D 모드에서는 좌안 영상(L)과 우안 영상(R)을 분리하여 표시한다. 이를 위해, 표시 패널(100)은 도 2에 도시한 바와 같이, 좌안 영상(L)을 표시하는 복수개의 제 1 화소(P1)와, 우안 영상(R)을 표시하는 복수개의 제 2 화소(P2)를 포함한다.
표시 패널(100)은 액정 표시 패널로 구현되며, 상기 액정 표시 패널은 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic: TN), 횡전계(In Plane Switching: IPS) 및 수직 배향(Vertical Alignment: VA) 모드에 상관없이 적용이 가능하다.
표시 패널(100)을 이루는 다수의 화소는 행과 열(Column)을 이루는 매트릭스 형태로 배열되며, 각각의 화소는 적색, 녹색, 청색 컬러 중에서 선택된 하나를 갖는다. 본 발명의 다른 실시 예에 따른 화소는 적색, 녹색, 청색, 백색 컬러 중에서 선택된 하나를 가질 수 있다.
렌즈 어레이(110)는 표시 패널(100)의 배면에 부착된다. 렌즈 어레이(110)는 표시 패널(100)의 장축 방향으로 배열된 복수개의 렌티큘러 렌즈(Lenticular Lens)(112)를 포함한다.
렌티큘러 렌즈(112)는 2D 모드에서 백라이트 유닛(300)으로부터 제공된 확산광을 굴절시켜 방사형으로 확산되는 광을 상기 복수개의 화소에 공급한다. 또한, 렌티큘러 렌즈(112)는 3D 모드에서 백라이트 유닛(300)으로부터 제공된 직진광을 특정 각도로 굴절시켜 상기 복수개의 화소에 공급한다.
복수개의 렌티큘러 렌즈(112)는 도 3a에 도시한 바와 같이, 표시 패널(100)의 장축 또는 단축 방향으로 나란하여 배열될 수 있다. 또는, 복수개의 렌티큘러 렌즈(112)는 도 3b에 도시한 바와 같이, 표시 패널(100)의 장축 또는 단축을 기준하여 특정 각도로 기울어지게 배열될 수 있다. 이와 같이, 복수개의 렌티큘러 렌즈(112)가 경사지게 배열된 경우 시청자에게 제공되는 3D 영상이 1개의 시점으로만 제공되는 것이 아니라 복수개의 시점으로 제공될 수 있다.
패널 구동부(200)는 표시 패널(100)의 각 화소로 인가되는 신호를 제어하여 2D 모드 또는 3D 모드를 선택적으로 구동한다. 이러한 패널 구동부(200)는 표시 패널(100)의 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)을 각각 구동하기 위한 게이트 드라이버(210)와 데이터 드라이버(220), 타이밍 컨트롤러(230), 감마 전압 발생부(240), 신호 변환부(250) 등을 포함한다.
게이트 드라이버(210)는 타이밍 컨트롤러(230)로부터 공급되는 게이트 제어 신호에 따라 게이트 라인(GL)에 순차적으로 스캔 신호를 공급한다.
데이터 드라이버(220)는 타이밍 컨트롤러(230)로부터 공급되는 데이터 제어 신호에 응답하여 타이밍 컨트롤러(230)로부터 신호 변환부(250)를 거쳐 입력되는 화소 데이터(그레이 레벨)를 이미지 신호로 변환한다. 그리고 데이터 드라이버(220)는 변환된 이미지 신호를 데이터 라인(DL)에 공급한다.
여기서, 이미지 신호는 감마 전압 발생부(240)로부터 공급되는 감마 전압들 중 외부로부터 입력되는 적색, 녹색, 청색의 화소 데이터에 대응하여 선택되는 감마 전압이다.
타이밍 컨트롤러(230)는 외부에서 입력되는 적색, 녹색, 청색의 화소 데이터를 출력하고, 수직 및 수평 동기 신호(Vsync, Hsync), 클럭 등을 이용하여 게이트 드라이버(210)와 데이터 드라이버(220)의 구동 타이밍을 각각 제어하는 게이트 제어 신호와 데이터 제어 신호를 생성한다.
타이밍 컨트롤러(230)는 게이트 드라이버(210)와 데이터 드라이버(220)의 구동 타이밍에 동기하여 백라이트 제어 신호를 생성한다. 백라이트 제어 신호는 광원 구동부(400)가 백라이트 유닛(300)을 구동하는 타이밍을 제어하기 위한 것이다.
감마 전압 발생부(240)는 계조 범위 내에서 데이터 드라이버(220)의 디지털/아날로그 변환에 필요한 감마 전압들을 생성하여 데이터 드라이버(220)로 공급한다.
신호 변환부(250)는 2D 모드 또는 3D 모드 중에서 선택된 하나의 모드를 인지하고, 인지된 모드에 따라 데이터 드라이버(220)로 출력되는 화소 데이터를 제 1 및 제 2 화소(P1, P2)별로 변경한다. 이에 따라 데이터 드라이버(220)로부터 표시 패널(100)의 화소로 인가되는 이미지 신호는 선택적으로 변경된다.
백라이트 유닛(300)은 LED 어레이를 광원으로 구비하여 표시 패널(100)로 광을 공급한다. 이러한 백라이트 유닛(300)은 광원이 표시 패널(100)의 측면부에 배치되는 에지형 방식으로 구성된다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)은 직진광을 표시 패널(100)에 조사하는 동작과 확산광을 표시 패널(100)에 조사하는 동작을 전환함으로써 2D 영상과 3D 영상 간의 전환이 가능하게 한다.
도 4는 2D 모드에서 백라이트 유닛으로부터 출광되는 광의 경로를 도시한 단면도이다. 도 5는 3D 모드에서 백라이트 유닛으로부터 출광되는 광의 경로를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 백라이트 유닛(300)은 2D 모드에서 방사형으로 확산되는 확산광을 표시 패널(100)에 조사한다. 이와 같이, 백라이트 유닛(300)으로부터 표시 패널(100)에 확산광이 조사되면, 표시 패널(100)의 배면에 마련된 렌티큘러 렌즈(112)는 확산광을 굴절시켜 방사형으로 확산되는 광을 상기 복수개의 화소에 공급한다. 이에 따라, 사용자는 일반적인 2D 영상을 시청하게 된다.
도 5를 참조하면, 백라이트 유닛(300)은 3D 모드에서 표시 패널(100)에 수직되는 직진광을 표시 패널(100)에 조사한다. 이와 같이, 백라이트 유닛(300)으로부터 표시 패널(100)에 직진광이 조사되면, 표시 패널(100)의 배면에 마련된 렌티큘러 렌즈(112)는 직진광을 굴절시켜 복수개의 화소에 공급한다. 이때, 굴절된 광의 기울기는 제 1 및 제 2 화소(P1, P2)별로 다르다. 따라서, 제 1 화소(P1)로부터 표시되는 좌안 영상(L)을 시청자의 좌안으로 제공되고 제 2 화소(P2)로부터 표시되는 우안 영상(R) 시청자의 우안으로 제공된다. 이에 따라 사용자는 3D 영상을 시청하게 된다.
광원 구동부(400)는 타이밍 컨트롤러(230)로부터 공급되는 백라이트 제어 신호에 응답하여 백라이트 유닛(300)을 구동한다. 광원 구동부(400)는 패널 구동부(200)의 모드 선택에 동기하여 백라이트 유닛(300)을 선택적으로 구동한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 입체 표시 장치의 단면도이다. 도 7은 2D 모드에서 백라이트 유닛의 동작을 설명하기 위한 것이다. 도 8은 3D 모드에서 백라이트 유닛의 동작을 설명하기 위한 것이다.
이하, 도 1 및 도 6을 결부하여 본 발명의 입체 영상 표시 장치의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
표시 패널(100)은 상부 기판(101), 하부 기판(102), 상부 기판(101)의 상부에 배치된 상부 편광 부재(103), 하부 기판(102)의 하부에 배치된 하부 편광 부재(104), 상부 및 하부 기판(102) 사이에 충진된 액정층을 포함한다.
상부 기판(101)은 컬러 필터, 공통 전극, 블랙 매트릭스 등을 포함할 수 있다. 공통 전극은 표시 패널(100)의 액정 구동 방식에 따라 하부 기판(102)에 배치될 수 있다. 이러한 상부 기판(101)은 액정층을 투과하여 입사되는 광을 컬러 필터를 이용하여 소정의 컬러 광으로 변환하고, 변환된 컬러 광을 외부로 방출시킨다.
하부 기판(102)은 다수의 게이트 라인(GL)과 다수의 데이터 라인(DL) 등의 신호 배선이 형성된다. 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)의 교차부에는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되고, 박막 트랜지스터(TFT)는 각 화소에 배치된 화소 전극과 접속된다. 화소 전극은 공통 전압이 공급되는 공통 전극과 함께 액정층에 전계를 인가한다. 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(GL)으로부터 제공된 스캔 신호에 응답하여 데이터 라인(DL)으로부터 제공된 이미지 신호를 화소 전극에 공급한다. 액정층은 화소 전극에 인가된 이미지 신호에 따른 데이터 전압과 공통 전극에 인가된 공통 전압 간의 차전압에 대응하여 광 투과율을 조절한다.
하부 기판(102)의 일측 가장자리에는 각 신호 라인에 접속된 패드부가 마련되고, 패드부에는 구동부에 접속되는 인쇄 회로 기판이 본딩될 수 있다. 하부 기판(102)의 일측 단변 또는 양측 단변의 비표시 영역에는 게이트 라인(GL)에 스캔 신호를 공급하기 위한 게이트 드라이버(210)가 형성될 수 있다. 게이트 드라이버(210)는 각 게이트 라인(GL)에 접속되도록 상기 각 화소의 박막 트랜지스터(TFT)와 같은 공정에서 형성된다.
상부 편광 부재(103)는 상부 기판(101)의 상부에 부착되어 상부 기판(101)을 투과하여 외부로 방출되는 컬러 광을 편광시키는 편광 필름으로 구성될 수 있다.
하부 편광 부재(104)는 하부 기판(102)의 하부에 부착되어 백라이트 유닛(300)으로부터 표시 패널(100)에 조사되는 광을 편광시키는 편광 필름으로 구성될 수 있다.
백라이트 유닛(300)은 도광판(310)과, 도광판(310)의 일측에 마련된 제 1 광원(320)과, 도광판(310)의 타측에 마련된 제 2 광원(330)과, 도광판(310)의 하부에 배치된 반사 시트(340)를 구비한다. 여기서, 상기 제 2 광원(330)은 상기 제 1 광원(320)과 마찬가지로 도광판(310)의 일측에 마련되어도 상관없다. 이 경우, 제 1 및 제 2 광원(330)은 서로 교번되도록 배치될 수 있다.
제 1 광원(320)은 광원 구동부(400)에 의해 구동되는 확산광 LED 어레이를 포함한다. 확산광 LED 어레이는 방사형으로 광을 출광시키는 복수개의 확산광 LED로 구성된다. 이러한 제 1 광원(320)은 2D 모드시 점등되어 도광판(310)의 측면에 확산광을 공급한다.
제 2 광원(330)은 광원 구동부(400)에 의해 구동되는 직진광 LED 어레이를 포함한다. 직진광 LED 어레이는 도광판(310)의 측면에 수직되는 직진광을 출광시키는 복수개의 직진광 LED로 구성된다. 이러한 제 2 광원(330)은 3D 모드시 점등되어 도광판(310)의 측면에 수직된 직진광을 공급한다.
반사 시트(340)는 도광판(310)의 하부에 배치되어 도광판(310)으로부터 하부로 향하는 광을 반사한다. 이러한 반사 시트(340)는 광 효율을 향상시키는 역할을 한다.
도광판(310)은 제 1 광원(320) 또는 제 2 광원(330)으로부터 제공된 광을 가이드하여 상부면으로 출사한다. 이러한 도광판(310)의 하부에는 도시하지 않는 반사형 패턴이 마련된다. 반사형 패턴은 도광판(310)의 내부로 진입한 광을 상부면으로 반사시키는 프리즘 패턴이 될 수 있다.
이하, 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 구동에 따른 2D 모드 및 3D 모드의 전환 방법을 설명한다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 2D 모드에서 제 1 광원(320)은 광원 구동부(400)로부터 제공된 백라이트 제어 신호에 응답하여 점등되고, 제 1 광원(320)을 구성하는 복수개의 확산광 LED는 도광판(310)의 측면에 확산광을 공급한다. 한편, 2D 모드에서 제 2 광원(330)은 소등된다.
그러면, 제 1 광원(320)으로부터 생성된 확산광은 도광판(310)의 내부에서 입사된 다음 전반사를 반복하다가 도광판(310)의 하부에 마련된 반사형 패턴에 의해 상부면으로 출광된다. 이때, 도광판(310)의 상부면으로 출사되는 광은 방사형으로 확산되는 확산 광원이 된다.
이와 같이, 도광판(310)의 상부면으로 출사되는 확산 광원은 표시 패널의 배면에 마련된 복수개의 렌티큘러 렌즈(112)에 공급된다.
상기와 같이, 2D 모드에서 렌티큘러 렌즈(112)에 공급된 확산 광원은 렌티큘러 렌즈(112)를 통과하면서 마찬가지로 확산 광원이 되어 복수개의 화소에 제공된다.
도 5 및 도 8을 참조하면, 3D 모드에서 제 2 광원(330)은 광원 구동부(400)로부터 제공된 백라이트 제어 신호에 응답하여 점등되고, 제 2 광원(330)을 구성하는 복수개의 직진광 LED는 도광판(310)의 측면에 직진광을 공급한다. 한편, 3D 모드에서 제 1 광원(320)은 소등된다.
그러면, 제 2 광원(330)으로부터 생성된 직진광은 도광판(310)의 내부에서 입사된 다음 전반사를 반복하다가 도광판(310)의 하부에 마련된 반사형 패턴에 의해 상부면으로 출광된다. 이때, 도광판(310)의 상부면으로 출사되는 광은 표시 패널에 수직되는 방향으로 직진하는 직진 광원이 된다.
이와 같이, 도광판(310)의 상부면으로 출사되는 직진 광원은 표시 패널의 배면에 마련된 복수개의 렌티큘러 렌즈(112)에 공급된다.
상기와 같이, 3D 모드에서 렌티큘러 렌즈(112)에 공급된 직진 광원은 렌티큘러 렌즈(112)를 통과하면서 굴절되어 제 1 및 제 2 화소(P1, P2)별로 제공된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 입체 표시 장치의 단면도이다. 도 10은 도 9에 도시된 백라이트 유닛이 2D 모드에서 동작하는 방법을 설명하기 위한 것이다. 도 11은 도 9에 도시된 백라이트 유닛이 3D 모드에서 동작하는 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 도광판(310)과, 도광판(310)의 일측에 마련된 직진형 광원(331)과, 도광판(310)의 하부에 배치된 반사 시트(340)를 구비한다. 그리고 본 발명의 다른 실시 예는 도광판(310)의 상부에 배치되어 도광판(310)으로부터 출광되는 광의 확산을 제어하는 광확산 제어 패널(501)을 더 구비한다.
직진형 광원(331)은 광원 구동부(400)에 의해 구동되는 직진광 LED 어레이를 포함한다. 직진광 LED 어레이는 도광판(310)의 측면에 수직되는 직진광을 출광시키는 복수개의 직진광 LED로 구성된다.
반사 시트(340)는 도광판(310)의 하부에 배치되어 도광판(310)으로부터 하부로 향하는 광을 반사한다. 이러한 반사 시트(340)는 광 효율을 향상시키는 역할을 한다.
도광판(310)은 직진형 광원(331)으로부터 제공된 직진광을 가이드하여 상부면으로 출사한다. 이러한 도광판(310)의 하부에는 반사형 패턴이 마련된다. 반사형 패턴은 도광판(310) 내부로 진입한 광을 상부면으로 반사시키는 프리즘 패턴일 수 있다.
광확산 제어 패널(501)은 서로 마주보는 제 1 및 제 2 전극(510, 520)과, 제 1 및 제 2 전극(510, 520) 사이에 마련된 고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal: 이하, PDLC)층(500)을 포함한다. PDLC층(500)은 캡슐화된 액정층을 포함하여 이루어진다. 구체적으로, 액정층은, 적어도 하나의 캡슐화된 액정(535)과, 액정(535)을 둘러싸서 캡슐화하도록 고분자(폴리머: polymer)로 형성되는 충진층(534)을 포함한다. 여기서, 액정층은, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 UV 경화 가능한 고분자 단량체와 액정(535)의 혼합물을 주입하고, 노광을 통해 액정과 고분자의 상 분리를 유도하여, 액정(535)을 캡슐화함으로써, 형성될 수 있다.
이러한 액정층에서 적어도 하나의 캡슐화된 액정(535) 각각은 캡슐 내부에 특정 배향 방향이 형성되어 있지 않으므로, 초기 상태에서 무작위로 배열된다. 이와 같은 초기 상태의 액정층에 입사되는 광은, 캡슐 내에 무작위로 배열된 액정(535), 및 액정(535)과 충진층(534) 사이의 굴절율 차이에 의해, 산란된다. 이하, 액정층이 광을 산란하도록 구동되는 PDLC층(500)을 "산란모드의 PDLC층(500)"로 지칭하기로 한다.
한편, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 전압차가 발생되면, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 소정의 전계가 형성되고, 초기 상태에서 무작위로 배열되는 액정(535)들이, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이의 전계에 의해, 일방향으로 정렬되므로, 액정층에 입사된 광은 그대로 투과된다. 이하, 액정층이 광을 투과하도록 구동되는 PDLC층(500)을 "투과모드의 PDLC층(500)"로 지칭하기로 한다. 더불어, 투과모드의 PDLC층(500)은, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 전계가 형성되므로, 턴-온 상태로 지칭되고, 산란모드의 PDLC층(500)은, 제 1 전극(510)과 제 2 전극(520) 사이에 전계가 형성되지 않으므로, 턴-오프 상태로 지칭될 수 있다.
도 10을 참조하면, 2D 모드에서 직진형 광원(331)은 광원 구동부(400)로부터 제공된 백라이트 제어 신호에 응답하여 점등되고, 직진형 광원(331)을 구성하는 복수개의 직진광 LED는 도광판(310)의 측면에 직진광을 공급한다.
그러면, 직진형 광원(331)으로부터 생성된 직진광은 도광판(310)의 내부에서 입사된 다음 전반사를 반복하다가 도광판(310)의 하부에 마련된 반사형 패턴에 의해 상부면으로 출광된다. 이때, 도광판(310)의 상부면으로 출사되는 광은 표시 패널에 수직되는 방향으로 직진하는 직진 광원이 된다.
이와 동시에, 광확산 제어 패널(501)은 턴-오프되고 PDLC층(500)이 산란 모드로 동작한다. 따라서, 도광판(310)의 상부면으로 출사된 광은 광확산 제어 패널(501)을 투과하면서 확산 광원이 되어 표시 패널(100)에 조사된다. 이에 따라, 시청자는 2D 영상을 시청하게 된다.
도 11을 참조하면, 3D 모드에서 직진형 광원(331)은 광원 구동부(400)로부터 제공된 백라이트 제어 신호에 응답하여 점등되고, 직진형 광원(331)을 구성하는 복수개의 직진광 LED는 도광판(310)의 측면에 직진광을 공급한다.
그러면, 직진형 광원(331)으로부터 생성된 직진광은 도광판(310)의 내부에서 입사된 다음 전반사를 반복하다가 도광판(310)의 하부에 마련된 반사형 패턴에 의해 상부면으로 출광된다. 이때, 도광판(310)의 상부면으로 출사되는 광은 표시 패널에 수직되는 방향으로 직진하는 직진 광원이 된다.
이와 동시에, 광확산 제어 패널(501)은 턴-온되고 PDLC층(500)이 투과 모드로 동작한다. 따라서, 도광판(310)의 상부면으로 출사된 광은 광확산 제어 패널(501)을 투과하면서 직진 광원을 유지한 상태로 표시 패널(100)에 조사된다. 이에 따라, 시청자는 3D 영상을 시청하게 된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예는 표시 패널(100)의 배면에 3D용 렌즈 어레이를 구비하고, 백라이트 유닛(300)이 표시 패널(100)에 수직되는 직진광을 출광함으로써 2D 영상 및 3D 영상의 전환이 가능하다. 이러한 본 발명은 갭 글라스(gap glass) 또는 갭 필름(gap film)이 없이도 3D 영상을 표시할 수 있다. 따라서, 본 발명은 제조 비용과 두께를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 3D용 렌즈 어레이를 표시 패널(100)의 배면에 배치함으로써, 3D용 렌즈 어레이를 상부면에 배치하였을 때에 발생될 수 있는 2D 영상의 화질 열화를 줄일 수 있다.
한편, 전술한 예에서는 3D용 렌즈 어레이가 렌티큘러 렌즈(112)로 구성된 것으로 설명하였으나, 본 발명의 3D용 렌즈 어레이는 도 12에 도시된 바와 같이, 복수개의 프레넬 렌즈(122)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 12를 참조하면, 백라이트 유닛(300)은 3D 모드에서 표시 패널(100)에 수직되는 직진광을 표시 패널(100)에 조사한다. 이와 같이, 백라이트 유닛(300)으로부터 표시 패널(100)에 직진광이 조사되면, 표시 패널(100)의 배면에 마련된 프레넬 렌즈(122)는 직진광을 굴절시켜 복수개의 화소에 공급한다. 이때, 프레넬 렌즈(122)로부터 굴절되는 광의 기울기는 제 1 및 제 2 화소(P1, P2)별로 다르다. 이를 위해, 복수개의 프레넬 렌즈(122) 각각의 기울기는 제 1 및 제 2 화소(P1, P2)별로 다르게 설계된다.
이러한 본 발명은 전술한 실시 예와 마찬가지로 직진 광원과 표시 패널(100)의 배면에 배치된 프레넬 렌즈(122)를 이용하여 표시되는 좌안 영상(L)을 시청자의 좌안으로 제공되고 제 2 화소(P2)로부터 표시되는 우안 영상(R) 시청자의 우안으로 제공된다. 이에 따라 사용자는 3D 영상을 시청하게 된다.
한편, 복수개의 프레넬 렌즈(122)는 도 3a 및 도 3b에 도시한 렌티큘러 렌즈(112)와 마찬가지로 표시 패널(100)의 장축 또는 단축 방향으로 나란하여 배열되거나, 표시 패널(100)의 장축 또는 단축을 기준하여 특정 각도로 기울어지게 배열될 수 있다. 이와 같이, 복수개의 프레넬 렌즈(122)가 경사지게 배열된 경우 시청자에게 제공되는 3D 영상이 1개의 시점으로만 제공되는 것이 아니라 복수개의 시점으로 제공될 수 있다.
상기한 바와 같이, 3D 영상이 복수개의 시점으로 제공되는 경우 프레넬 렌즈(122)의 초점은 복수개의 시점에 대응하도록 설계될 수 있다.
구체적으로, 표시 패널(100)은 3D 모드에서 제 1 내지 제 N(N은 2 이상의 자연수)시점에 제각기 영상을 표시하기 위하여 제 1 내지 제 N 화소 그룹을 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 복수개의 프레넬 렌즈(132)는 상기 제 1 내지 제 N 화소 그룹에 각각에 중첩되고 상기 제 1 내지 제 N 시점에 초점이 맺히는 복수개의 제 1 내지 제 N 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 표시 패널(100)은 제 1 내지 제 7 시점(V1~V7)에 서로 다른 영상을 제공하도록 제 1 내지 제 7 그룹 화소를 구비할 수 있다. 그리고 도시한 바와 같이, 제 3 시점(V3)에 3D 영상을 제공하기 위한 제 3 그룹 화소가 도면의 좌측에 마련될 수 있다. 그러면, 제 3 그룹 화소에 중첩하여 제 3 프레넬 렌즈가 배치되며, 제 3 프레넬 렌즈의 초점은 상기 제 3 시점(V3)에 대응하도록 설계된다.
또한, 도시한 바와 같이, 표시 패널(100)은 제 5 시점(V5)에 3D 영상을 제공하기 위한 제 5 그룹 화소가 도면의 우측에 마련될 수 있다. 그러면, 제 5 그룹 화소에 중첩하여 제 5 프레넬 렌즈가 배치되며, 제 5 프레넬 렌즈의 초점은 상기 제 5 시점(V5)에 대응하도록 설계된다.
한편, 3D용 렌즈 어레이는 본 발명은 전술한 렌티큘러 렌즈 및 프레넬 렌즈외에도 복수개의 멀티 프리즘 렌즈가 될 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 3D용 렌즈 어레이는 표시 패널의 배면으로 제공되는 직진광을 굴절시켜 적어도 하나의 시점에 제공할 수만 있다면 어떠한 렌즈로 구성되어도 상관없다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 표시 패널
110: 렌즈 어레이
112: 렌티큘러 렌즈
200: 패널 구동부
300: 백라이트 유닛
400: 광원 구동부

Claims (11)

  1. 영상을 표시하는 표시 패널;
    2D 모드에서 방사형으로 확산되는 확산광을 상기 표시 패널에 조사하고, 3D 모드에서 상기 표시 패널에 수직되는 직진광을 상기 표시 패널에 조사하는 백라이트 유닛; 및
    복수의 렌즈를 구비하여 상기 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 굴절시키는 렌즈 어레이를 포함하고,
    상기 렌즈 어레이가 상기 표시 패널의 배면에 부착되어 있는, 입체 영상 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 복수개의 렌티큘러 렌즈(Lenticular Lens)를 포함하는, 입체 영상 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수개의 렌티큘러 렌즈는 상기 표시 패널의 장축 또는 단축을 기준하여 특정 각도로 기울어진, 입체 영상 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이는 복수개의 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)를 포함하는, 입체 영상 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수개의 프레넬 렌즈는 상기 표시 패널의 장축 또는 단축을 기준하여 특정 각도로 기울어진, 입체 영상 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 표시 패널은 상기 3D 모드에서 제 1 내지 제 N(N은 2 이상의 자연수)시점에 제각기 영상을 표시하는 제 1 내지 제 N 화소 그룹을 포함하고,
    상기 복수개의 프레넬 렌즈는 상기 제 1 내지 제 N 화소 그룹에 각각에 중첩되는 복수개의 제 1 내지 제 N 프레넬 렌즈를 포함하는, 입체 영상 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수개의 제 1 내지 제 N 프레넬 렌즈의 초점은 제각기 상기 제 1 내지 제 N 시점에 배치되는, 입체 영상 표시 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 패널은 상기 3D 모드에서 우안 영상을 표시하는 제 1 화소와, 좌안 영상을 표시하는 제 2 화소를 포함하고,
    상기 렌즈 어레이에 구성된 하나의 렌즈가 서로 이웃한 상기 제 1 및 제 2 화소에 중첩되는, 입체 영상 표시 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은
    도광판;
    상기 도광판의 일측에 마련되고 상기 2D 모드시 방사형 확산광을 출광하는 제 1 광원;
    상기 도광판의 타측에 마련되고 상기 3D 모드시 상기 도광판의 측면에 수직된 직진광을 출광하는 제 2 광원을 포함하는, 입체 영상 표시 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은
    도광판;
    상기 도광판의 일측에 마련되고 상기 도광판의 측면에 수직된 직진광을 출광하는 직진형 광원; 및
    상기 도광판의 상부에 배치되고 도광판으로부터 출광되는 광의 확산을 제어하는 광확산 제어 패널을 포함하는, 입체 영상 표시 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광확산 제어 패널은
    서로 마주보는 제 1 및 제 2 전극; 및
    상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 마련된 고분자 분산형 액정층을 포함하고,
    상기 고분자 분산형 액정층은 상기 2D 모드에서 턴-오프되고, 상기 3D 모드에서 턴-온되는, 입체 영상 표시 장치.
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WO2021076424A1 (en) * 2019-10-15 2021-04-22 Pcms Holdings, Inc. Method for projecting an expanded virtual image with a small light field display
WO2023182655A1 (ko) * 2022-03-24 2023-09-28 삼성전자 주식회사 입체 표시 장치

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