WO2013085129A1 - 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트 - Google Patents

무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트 Download PDF

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WO2013085129A1
WO2013085129A1 PCT/KR2012/005664 KR2012005664W WO2013085129A1 WO 2013085129 A1 WO2013085129 A1 WO 2013085129A1 KR 2012005664 W KR2012005664 W KR 2012005664W WO 2013085129 A1 WO2013085129 A1 WO 2013085129A1
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WO
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prism
backlight
unit
variable
guide plate
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PCT/KR2012/005664
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French (fr)
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위동호
주영현
카리루카란타루
최승만
김현민
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제일모직 주식회사
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/126—The splitting element being a prism or prismatic array, including systems based on total internal reflection
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/26—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
    • G02B30/33—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving directional light or back-light sources
    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0053—Prismatic sheet or layer; Brightness enhancement element, sheet or layer

Definitions

  • the present invention relates to a backlight for an autostereoscopic three-dimensional display. More specifically, the present invention relates to a backlight for an autostereoscopic 3D display which does not require alignment by introducing a prism film having a variable prism pattern.
  • the three-dimensional display is a display device for displaying an image having a three-dimensional (depth) feeling to the user.
  • three-dimensional display is receiving great attention.
  • Current flat panel displays basically display image information only on a two-dimensional plane, that is, the display surface thereof, and thus have a limitation in that it is impossible to express three-dimensional images.
  • the stereoscopic image is made by the principle of stereo vision through the human eyes.
  • the binocular parallax that appears because the eyes are about 65 mm apart is an important factor of the stereoscopic sense.
  • the three-dimensional display using binocular disparity includes a spectroscopic method and an autostereoscopic method.
  • There are polarizing glasses method and shutter glasses method in the glasses method and there are fundamental constraints on wearing glasses. Recently, studies on the glasses-free method have been actively conducted.
  • the non-glasses type includes a lenticular lens method, a parallax barrier method, a liquid crystal shutter method, and the like.
  • the lenticular method was already patented by H.E.Ives in 1932 for lenticular stereo but had not been activated for a long time due to lack of processing or material technology. Since then, the lenticular method has attracted attention as the precision processing technology, the plastics industry, and the photo / print technology have developed.
  • US Patent Nos. 7,417,798 and 7,528,893 disclose three-dimensional displays in which a lenticular lens and a prism pattern are combined.
  • 1 is a conceptual diagram illustrating the operation principle of a three-dimensional display according to the prior art.
  • a first light source 310a and a second light source 310b are positioned at both sides of the light guide plate 300, and a lenticular lens and a prism pattern are formed on the light guide plate 300.
  • the combined 3D film 180 is positioned, and the liquid crystal panel 200 is positioned again above.
  • the light emitted from the first light source 310a and the second light source 310b passes through the light guide plate 300 and the 3D film 180, and its path is changed and refracted, so that the image is displayed on the left eye E1 and the right eye E2, respectively.
  • the three-dimensional display according to the prior art has a problem in that the lenticular lens and the prism pattern integrated film must be produced very precisely, and as the size of the display becomes larger, the manufacturing tolerance increases, making alignment difficult. In addition, there is a problem of a complicated structure and a poor resolution.
  • One of the important performance parameters in autostereoscopic 3D displays is crosstalk between viewpoints. Crosstalk means that an unintentional viewpoint image is partially seen even when observed from a designated viewpoint position. This crosstalk acts as a major cause of impairing the stereoscopic sense of the observer.
  • the three-dimensional display according to the prior art described above may be vulnerable to crosstalk problems.
  • a moire phenomenon may occur due to interference between a lenticular lens having a very regular pattern in front of and behind the display panel, a prism pattern, and a regular pixel pattern of the display panel.
  • One object of the present invention is to provide a backlight for an autostereoscopic 3D display having a simple structure and a manufacturing method and requiring no alignment.
  • Another object of the present invention is to provide a backlight for an autostereoscopic three-dimensional display that is easy to large area and low cost.
  • Still another object of the present invention is to provide a backlight for an autostereoscopic 3D display that can prevent crosstalk and moiré phenomena and provide high quality images.
  • the backlight for an autostereoscopic 3D display includes a light guide plate having a first surface and a second surface opposite thereto, and configured to change a path of light incident from a light source at a side toward the first surface; A first prism film laminated on the first surface of the light guide plate; And a second prism film laminated on the first prism film, wherein the second prism film forms a variable prism pattern on an emission surface, and the variable prism pattern has a plurality of unit prisms arranged in a line.
  • the first unit prism is different from the neighboring second unit prism and the left and right bottom angles, and when defining the left and right bottom angles of each unit prism constituting the variable prism pattern as ⁇ and ⁇ , respectively, the ⁇ and ⁇ fluctuate according to the following equation. It is characterized by:
  • ⁇ is the bottom left angle of the unit prism
  • ⁇ is the right bottom angle of the unit prism
  • L is the viewing distance
  • W eye is the distance between both eyes
  • n c is the refractive index of the variable prism
  • ⁇ iL is variable when the left light source is turned on.
  • the incident angle incident on the prism film, ⁇ iR is the incident angle incident on the variable prism film when the right light source is turned on, x is the position away from the center unit prism)
  • the value varies in a range from about 20 ° to about 75 °.
  • variable prism pattern is characterized in that each unit prism has the same pitch, and the height between the neighboring unit prism is different.
  • variable prism pattern is characterized in that each unit prism has the same height, and the pitch between neighboring unit prism is different.
  • the incident surface of the first prism film and the second prism film is characterized in that the pattern is not formed.
  • the light guide plate may have a prism pattern formed on a second surface thereof.
  • the prism pattern on the second surface may have a pitch of about 5 ⁇ m to about 300 ⁇ m.
  • the first prism film is characterized in that the prism pattern is formed on the exit surface.
  • the first prism may have a vertex angle of about 50 ° to about 150 °.
  • the first prism may have a pitch of about 5 ⁇ m to about 300 ⁇ m.
  • left and right light sources are provided on both side surfaces of the light guide plate, respectively, when the left light source is turned on, the first and second prism films are sequentially directed to the left eye, and the first and second light sources are turned on.
  • the prism film is sequentially directed to the right eye.
  • the backlight for the autostereoscopic 3D display of the present invention does not require alignment, and can easily align the lenticular film, the barrier film, and the like, and thus, the manufacturing method is simple and the large area can be easily increased.
  • crosstalk can be prevented by the structure, arrangement, and barrier film of the prism, and the moiré phenomenon can be prevented.
  • high resolution is possible and high quality images can be provided.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating the operation principle of a three-dimensional display according to the prior art.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a backlight for autostereoscopic 3D display according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a backlight for autostereoscopic 3D display according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a unit prism of a variable prism according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a variable prism pattern according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a graph showing the ⁇ , ⁇ values for each position in Example 1.
  • Figure 7 shows the distribution of the emission angle for each position in Example 1.
  • Figure 9 is a graph showing the ⁇ , ⁇ values for each position in Example 2.
  • FIG. 10 shows the distribution of emission angles according to positions in Example 2.
  • FIG. 11 compares the distribution of the exit angle for each position and the required angle in Example 2.
  • FIG. 12 is a graph showing ⁇ and ⁇ values according to positions in Example 3.
  • FIG. 12 is a graph showing ⁇ and ⁇ values according to positions in Example 3.
  • Figure 13 shows the distribution of the emission angle for each position in Example 3.
  • FIG. 14 compares the distribution of the exit angle for each position and the required angle in Example 3.
  • the term “prism” refers to a triangular pattern in cross section
  • the term “pitch” refers to the width of bone and bone in the prism.
  • the backlight for autostereoscopic 3D display of the present invention has a structure in which the light guide plate 30, the first prism film 20, and the second prism film 10 are sequentially stacked. Both side surfaces of the light guide plate 30 are provided with left and right light sources 31a and 31b.
  • the light source may be a light source such as a light emitting diode or a cold cathode fluorescent lamp (CCFL).
  • left eye, right eye, left light source and right light source are named left and right for convenience of description and may not necessarily coincide with the observer's left eye and right eye.
  • the light guide plate 30 has a first surface 30a and a second surface 30b, and the path of the light introduced from the light sources 31a and 31b on the side surface is changed toward the first surface 30a.
  • the light guide plate 30 may have a prism pattern formed on a second surface thereof, as shown in FIG. 3.
  • the prism pattern on the second surface may have a pitch of about 5 ⁇ m to about 500 ⁇ m, for example, about 10 ⁇ m to about 300 ⁇ m. There is an advantage in that it can adjust the exit angle and uniformity of the light guide plate in the above range.
  • the prism height H30b of the second surface (the length from the valley of the prism to the vertex) may be about 0.5 ⁇ m to about 45 ⁇ m.
  • the light guide plate 30 may or may not have a constant thickness t3.
  • the thickness may have a thickness of about several mm, but the thickness of the light guide plate 30 is not limited.
  • the light guide plate 30 may be manufactured by injection molding, extrusion, etc. of polymethyl methacrylate (PMMA), but the material and manufacturing method thereof are not limited.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • a reflector may be present under the light guide plate 30.
  • the reflective plate may serve to reflect light emitted downward from the light guide plate 30 toward the light guide plate 30 again.
  • antireflection coating ARC may be present on the first surface 30a of the light guide plate 30.
  • the first prism film 20 is stacked on the first surface 30a of the light guide plate 30.
  • the first prism film is characterized in that the prism pattern is formed on the exit surface. Since the prism pattern is formed on the exit surface, the light guide plate exiting at an angle can be adjusted at an angle (about 20 ° to about 50 °) suitable for use by the variable prism, and the narrower the light guide panel exiting light distribution to make the final 3D There is an advantage to increase the performance.
  • the prism pattern is formed on the exit surface, it is called a prismatic
  • the prism pattern is formed on the incident surface, it is called an inverted prism.
  • the first prism film 20 may have a constant pitch P20.
  • the first prism has a pitch of about 5 ⁇ m to about 300 ⁇ m. There is an advantage to facilitate the workability in the above range and not to directly catch the pitch.
  • the first prism may have a vertex angle ⁇ 1 of about 50 ° to about 150 °. Easy to manufacture in the above range, there is an advantage that can be adjusted to a suitable angle to use the variable prism.
  • the first prism film has a refractive index (np) of about 1.48 to about 1.58. There is an advantage of facilitating film forming in the above range.
  • the second prism film 10 is stacked on the first prism film 20.
  • the second prism film 10 forms a variable prism pattern on the emission surface. That is, each unit prism constituting the second prism film 10 has a shape and size different from that of the neighboring unit prism, and the distance from the screen, the distance between the eyes, the position of the unit prism, the size of the panel, the lower prism It is determined by factors such as the exit angle of the and the refractive index of the variable prism portion.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a backlight for autostereoscopic 3D display according to another embodiment of the present invention.
  • the left light source 31a when the left light source 31a is turned on, the light is directed to the left eye sequentially through the first and second prism films, and when the right light source 31b is turned on, it is directed to the right eye through the first and second prism films. do.
  • the incident surface of the first prism film 20 and the second prism film 10 is characterized in that the pattern is not formed. In this case, it is possible to prevent surface scratches due to the inter-film interference, and there is an advantage of properly focusing the desired eye position.
  • the second prism film forms a variable prism pattern on an exit surface.
  • a plurality of unit prisms are arranged in a line, and the first unit prism is different from the neighboring second unit prism at the left and right bottom angles.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating angles ⁇ and ⁇ in a unit prism of a variable prism according to an embodiment of the present invention.
  • the ⁇ and ⁇ may vary according to the following equation:
  • ⁇ is the bottom left angle of the unit prism
  • ⁇ is the right bottom angle of the unit prism
  • L is the viewing distance
  • W eye is the distance between both eyes
  • n c is the refractive index of the variable prism
  • ⁇ iL is variable when the left light source is turned on.
  • the incident angle incident on the prism film, ⁇ iR is the incident angle incident on the variable prism film when the right light source is turned on, x is the position away from the center unit prism)
  • the ⁇ value is varied in a range from about 20 ° to about 75 °.
  • FIG. 5 shows embodiments of a variable prism pattern according to the present invention.
  • the pitch of the variable prism composed of a plurality of unit prisms on the light incident surface is called P1, P2, P3, P4, P5, ... Pn
  • the lower left angles are respectively ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4.
  • the lower right angle is represented by ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 4, ⁇ 5 .... ⁇ n
  • each height is h1, h2, h3, h4, h5, .... hn It is defined as.
  • the height here means the height from the valley of the unit prism to the prism vertex.
  • the ⁇ and ⁇ angles have different values depending on positions, which can be obtained from Equation 1 above.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a backlight for autostereoscopic 3D display according to another embodiment of the present invention.
  • the left light source when the left light source is turned on, the light is directed to the left eye sequentially through the first and second prism films, and when the right light source is turned on, it is directed to the right eye through the first and second prism films.
  • the incident surface of the first prism film 20 and the second prism film 10 is characterized in that the pattern is not formed.
  • the pattern is not formed.
  • a liquid crystal panel (not shown) may exist above the second prism film 10.
  • the liquid crystal panel is a panel in which liquid crystals, such as twisted nematic (TN) and optically compensated bend (OCB) liquid crystals, are injected between an upper substrate and a lower substrate and are driven by a thin film transistor (TFT), a thin film diode (TFD), or the like. It may be an active matrix liquid crystal panel or a passive matrix liquid crystal panel.
  • the upper substrate and the lower substrate may be made of a glass substrate or a plastic substrate.
  • the above-described autostereoscopic 3D display backlight may display a 3D image in a viewing area by time division driving. That is, the left view light and the right view light may be alternately passed through the liquid crystal panel, and the viewer may view the 3D image in synchronization with the image (image) of the liquid crystal panel.
  • the emission angle distribution for each position is shown in FIG. 7.
  • the result is when the left light source is turned on.
  • the result will be left and right symmetrical.
  • the main peak is divided, and the result of shifting from the angle necessary for actual focus is shown from FIG. 8.
  • the emission angle distribution for each position is shown in FIG. 10.
  • the result is when the left light source is turned on.
  • the result will be left and right symmetrical.
  • FIG. 11 it can be seen that the exit angle for each position coincides well with the angle value required for focusing on the right eye.
  • the emission angle distribution for each position is shown in FIG. 13. The result is when the left light source is turned on. When the right light source is turned on, the result will be left and right symmetrical. As shown in FIG. 14, it can be seen that the exit angle for each position coincides well with the angle value required for focusing on the left eye.

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Abstract

본 발명의 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트는 제1면과 이에 대향하는 제2면을 가지며, 측면의 광원으로부터 입사된 광의 경로를 상기 제1면쪽으로 변경시키는 도광판; 상기 도광판의 제1면에 적층되는 제1 프리즘 필름; 및 상기 제1 프리즘 필름 상부에 적층되는 제2 프리즘 필름으로 이루어지며, 상기 제2 프리즘 필름은 출사면에 가변 프리즘패턴을 형성하며, 상기 가변 프리즘 패턴은 복수의 단위프리즘이 일렬로 배열되어 있되, 제1 단위 프리즘은 이웃하는 제2 단위프리즘과 좌우측 밑각이 서로 다르며, 상기 가변 프리즘 패턴을 이루는 각 단위 프리즘의 좌우측 밑각을 각각 α, β라고 정의할 때, 상기 α, β는 변동되는 것을 특징으로 한다.

Description

무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트
본 발명은 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 가변 프리즘패턴을 갖는 프리즘 필름을 도입하여 얼라인(Align)이 필요없는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트에 관한 것이다.
3차원 디스플레이는 사용자에게 입체감(깊이감)을 갖는 영상(image)을 표시하는 디스플레이 장치이다. 현재의 평판 디스플레이(FPD)를 대체할 차세대 디스플레이 기술 중 하나로서 3차원 디스플레이가 큰 관심을 받고 있다. 현재의 평판 디스플레이는 기본적으로 2차원 평면, 즉 그 디스플레이 면에서만 영상 정보를 표현하므로 영상의 입체감을 표현할 수 없는 한계를 가지고 있다.
입체 영상은 사람의 두 눈을 통해 스테레오 시각의 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져 있기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)가 입체감의 중요한 요인이 된다. 이와 같은 양안시차를 이용한 3차원 디스플레이에는 안경 방식(stereoscopic)과 무안경 방식(autostereoscopic)이 존재한다. 안경 방식에는 편광안경 방식과 셔터안경 방식 등이 있으며 안경을 착용해야 하는 근본적 제약이 있어 최근에는 무안경 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 무안경 방식에는 렌티큘러렌즈(Lenticular Lens) 방식, 패럴렉스(Parallax) 배리어 방식, 액정 셔터 방식 등이 존재한다.
렌티귤러 방식은 이미 1932년에 H.E.Ives가 렌티큘러 스테레오의 특허를 취득하였지만 가공기술이나 재료기술의 부족으로 오랬동안 활성화되지 못했었다. 그 후 정밀가공기술이나 플라스틱 공업, 사진/인쇄 기술이 발전함에 따라 렌티큘러 방식이 주목받고 있다.
미국등록특허 제7,417,798호, 제7,528,893호는 렌티큘러렌즈와 프리즘 패턴이 결합된 3차원 디스플레이를 개시하고 있다. 도 1은 종래기술에 따른 3차원 디스플레이의 작동원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 무안경 3차원 디스플레이는 제1광원(310a)과 제2광원(310b)이 도광판(300)의 양측면에 위치하며, 도광판(300)의 상측으로 렌티큘러렌즈와 프리즘 패턴이 결합된 3D 필름(180)이 위치하고 있으며, 그 상측으로 다시 액정패널(200)이 위치하고 있다. 제1광원(310a)과 제2광원(310b)로부터 출사된 광은 도광판(300)과 3D 필름(180)을 통과하면서 그 경로가 변경, 굴절되어 각각 좌안(E1)과 우안(E2)에 영상을 만들게 된다.
종래기술에 따른 3차원 디스플레이는 렌티큘러렌즈와 프리즘 패턴이 일체화된 필름을 매우 정밀하게 제작해야 하는 문제점이 있으며, 대형화 될수록 제작 공차가 커져 얼라인(Align)이 어려운 단점이 있다. 또한, 구조가 복잡하고 해상도가 떨어지는 문제점이 존재한다. 무안경 방식 3차원 디스플레이에서 중요한 성능 파라미터 중 하나는 시점간의 크로스토크(crosstalk)이다. 크로스토크란 지정된 시점 위치에서 관측하여도 의도하지 않은 시점 영상이 일정부분 보이는 것을 의미한다. 이러한 크로스토크는 관측자의 입체감을 저해하는 주요한 원인으로 작용한다. 전술한 종래기술에 따른 3차원 디스플레이는 크로스토크 문제에 취약할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널 앞(뒤)에 매우 규칙적인 패턴을 갖고 있는 렌티큘러렌즈와 프리즘패턴 및 디스플레이 패널의 규칙적인 픽셀패턴 등이 서로 간섭하여 모아레(Moire) 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 하나의 목적은 그 구조 및 제조방법이 간단하고, Align이 필요없는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대면적화가 용이하며 저비용화가 가능한 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 크로스토크, 모아레 현상을 방지하고 고해상도가 가능하며, 고품질의 영상을 제공할 수 있는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트에 관한 것이다. 상기 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트는 제1면과 이에 대향하는 제2면을 가지며, 측면의 광원으로부터 입사된 광의 경로를 상기 제1면쪽으로 변경시키는 도광판; 상기 도광판의 제1면에 적층되는 제1 프리즘 필름; 및 상기 제1 프리즘 필름 상부에 적층되는 제2 프리즘 필름으로 이루어지며, 상기 제2 프리즘 필름은 출사면에 가변 프리즘패턴을 형성하며, 상기 가변 프리즘 패턴은 복수의 단위프리즘이 일렬로 배열되어 있되, 제1 단위 프리즘은 이웃하는 제2 단위프리즘과 좌우측 밑각이 서로 다르며, 상기 가변 프리즘 패턴을 이루는 각 단위 프리즘의 좌우측 밑각을 각각 α , β라고 정의할 때, 상기 α , β는 하기 식에 따라 변동되는 것을 특징으로 한다:
[식 1]
Figure PCTKR2012005664-appb-I000001
상기에서,
Figure PCTKR2012005664-appb-I000002
(상기에서 α는 단위 프리즘의 좌측 밑각, β는 단위 프리즘의 우측 밑각, L은 시청거리, Weye는 양 눈 사이의 거리, nc는 가변프리즘의 굴절율, ΘiL은 왼쪽 광원을 켰을 때 가변프리즘 필름에 입사하는 입사각, ΘiR은 오른쪽 광원을 켰을 때 가변프리즘 필름에 입사하는 입사각, x는 중심 단위프리즘으로부터 떨어진 위치이다)
구체예에서 상기 값이 약 20° 내지 약 75° 범위에서 변동되는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 가변프리즘 패턴은 각 단위 프리즘이 모두 동일한 피치를 가지며, 이웃한 단위프리즘간 높이가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 가변프리즘 패턴은 각 단위 프리즘이 모두 동일한 높이를 가지며, 이웃한 단위 프리즘간 피치가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 제1 프리즘 필름 및 상기 제2 프리즘 필름의 입사면은 패턴이 형성되지 않은 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 도광판은 제2면에 프리즘 패턴이 형성될 수 있다. 상기 제2면에 프리즘 패턴은 피치가 약 5 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 일 수 있다.
상기 제1프리즘 필름은 출사면에 프리즘 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 제1프리즘은 꼭지각이 약 50˚내지 약 150 ˚일 수 있다.
구체예에서, 상기 제1프리즘은 피치가 피치가 약 5 ㎛ 내지 약 300 ㎛일 수 있다.
구체예에서, 상기 도광판의 양 측면에 각각 좌측 및 우측 광원이 구비되고, 상기 좌측 광원 점등시 제1 및 제2 프리즘 필름을 순차적으로 거쳐 좌안으로 지향되고, 상기 우측광원 점등시 제1 및 제2 프리즘 필름을 순차적으로 거쳐 우안으로 지향되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 무안경 3차원 디스플레이용 백라이트는 Align이 필요없고, 렌티큘러 필름 및 배리어 필름 등을 간단히 얼라인할 수 있어 제조방법이 간단하고 대면적화가 용이한 장점이 있다. 또한, 프리즘의 구조, 배치, 배리어 필름에 의해 크로스토크를 방지할 수 있으며, 모아레 현상을 방지할 수 있다. 아울러, 고해상도가 가능하며, 고품질의 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 3차원 디스플레이의 작동원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 무안경 3차원 디스플레이용 백라이트 를 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 무안경 3차원 디스플레이용 백라이트를 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 가변프리즘의 단위 프리즘을 나타낸 개략적인 단면도이다
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 가변 프리즘 패턴을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 6은 실시예 1에서 위치별 α, β 값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1에서 위치별 출사각 분포를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1에서 위치별 출사각 분포와 필요각도를 비교한 것이다.
도 9는 실시예 2에서 위치별 α, β 값을 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 2에서 위치별 출사각 분포를 나타낸 것이다.
도 11은 실시예 2에서 위치별 출사각 분포와 필요각도를 비교한 것이다.
도 12는 실시예 3에서 위치별 α, β 값을 나타낸 그래프이다.
도 13은 실시예 3에서 위치별 출사각 분포를 나타낸 것이다.
도 14는 실시예 3에서 위치별 출사각 분포와 필요각도를 비교한 것이다.
본 발명에서 언급되는 '프리즘'은 단면이 삼각형이 패턴을 의미하며, '피치'는 상기 프리즘에서 골과 골간의 너비를 의미한다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 무안경 3차원 디스플레이용 백라이트 를 나타낸 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 무안경 3차원 디스플레이용 백라이트는 도광판(30), 제1 프리즘 필름(20) 및 제2 프리즘 필름(10)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 상기 도광판(30)의 양측면에는 좌측 및 우측 광원(31a, 31b)이 구비된다. 상기 광원은 발광다이오드, CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 등의 광원일 수 있다.
이하의 설명에서 좌안, 우안, 좌측광원 및 우측광원은 설명의 편의상 도면을 기준으로 좌, 우로 명명한 것이며 반드시 관찰자의 좌안, 우안 등과 일치하지 않을 수도 있다.
상기 도광판(30)은 제1면(30a)과 제2면(30b)를 가지며, 측면의 광원(31a, 31b)으로부터 유입된 광의 경로는 상기 제1면(30a)쪽으로 변경된다. 바람직하게는 상기 도광판(30)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제2면에 프리즘 패턴이 형성될 수 있다. 이와 같이 제2면에 프리즘 패턴이 형성됨으로서 도광판 출사 반치각을 제한하여 원하는 위치에 초점을 맞출 수 있는 장점이 있다. 구체예에서 상기 제2면에 프리즘 패턴은 피치가 약 5 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 예를 들면 약 10 ㎛ 내지 약 300 ㎛ 일 수 있다. 상기 범위에서 도광판의 출사각 및 균일도를 조절할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 제2면의 프리즘 높이(H30b, 프리즘의 골에서부터 꼭지점까지의 길이)는 약 0.5㎛ 내지 약 45㎛ 일 수 있다. 상기 범위에서 출사각 및 균일도를 조절할 수 있는 장점이 있다.
상기 도광판(30)은 그 두께(t3)가 일정할 수도 일정하지 않을 수도 있다. 그 두께는 수mm 정도의 두께를 가질 수 있으나, 도광판(30)의 두께에 제한이 있는 것은 아니다. 상기 도광판(30)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 사출성형, 압출 등에 의해 제작할 수 있으나 그 재질 및 제조방법에 제한이 있는 것은 아니다.
도면에 도시되지 않았으나, 상기 도광판(30)의 하부에 반사판이 존재할 수 있다. 상기 반사판은 도광판(30)에서 아래쪽으로 출사되는 광을 다시 도광판(30) 쪽으로 반사시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 도광판(30)의 제1면(30a)에는 무반사코팅(ARC: AntiReflection Coating)이 존재할 수도 있다.
상기 도광판(30)의 제1면(30a)에는 제1 프리즘 필름(20)이 적층된다.
상기 제1프리즘 필름은 출사면에 프리즘 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다. 이와 같이 출사면에 프리즘 패턴이 형성되므로, 비스듬히 출사되는 도광판 출사광을 가변프리즘이 이용하기에 적당한 각(약 20° 내지 약 50° )으로 조정이 가능하며 도광판 출사광 분포를 더욱 좁게하여 최종 3D 성능을 높일 수 있는 장점이 있다. 이하에서는 출사면에 프리즘 패턴이 형성될 경우 정프리즘이라고 하고, 입사면에 프리즘 패턴이 형성될 경우 역프리즘이라고 한다.
구체예에서 상기 제1 프리즘 필름(20)은 일정한 피치(P20)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1프리즘은 피치가 피치가 약 5㎛ 내지 약 300㎛ 일 수 있다. 상기 범위에서 가공성을 용이하게 하고 피치가 직접 눈에 들어나지 않게하는 장점이 있다.
또한 상기 제1 프리즘은 꼭지각(θ1) 이 약 50° 내지 약 150° 일 수 있다. 상기 범위에서 제작이 용이하고 가변프리즘이 이용하기에 적당한 각으로 조정이 가능한 장점이 있다. 상기 제1 프리즘 필름은 굴절율(np)이 1.48 내지 약 1.58 의 값을 갖는다. 상기 범위에서 필름성형을 용이하게하는 장점이 있다.
상기 제1 프리즘 필름(20) 상부에는 제2 프리즘 필름(10)이 적층된다. 본 발명에서 상기 제2 프리즘 필름(10)은 출사면에 가변 프리즘패턴을 형성한다. 즉, 상기 제2 프리즘 필름(10)을 이루는 각각의 단위프리즘은 이웃하는 단위프리즘과 다른 형태 및 크기를 가지며, 화면으로부터 거리, 눈 사이의 거리, 단위 프리즘의 위치, 패널의 크기, 하부 프리즘으로부터의 출사각, 가변프리즘 부의 굴절율 등의 인자에 의해 결정된다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 무안경 3차원 디스플레이용 백라이트를 나타낸 개략적인 단면도이다.
도시된 바와 같이 상기 좌측 광원(31a) 점등시 제1 및 제2 프리즘 필름을 순차적으로 거쳐 좌안으로 지향되고, 상기 우측 광원(31b) 점등시 제1 및 제2 프리즘 필름을 순차적으로 거쳐 우안으로 지향된다.
바람직하게는 상기 제1 프리즘 필름(20) 및 상기 제2 프리즘 필름(10)의 입사면은 패턴이 형성되지 않은 것을 특징으로 한다. 이 경우 필름간 간섭에 의한 표면 스크레치를 방지할 수 있으며 원하는 눈의 위치로 적절히 초점을 맞출 수 있는 장점이 있다.
상기 제2 프리즘 필름은 출사면에 가변 프리즘패턴을 형성한다. 상기 가변 프리즘 패턴은 복수의 단위프리즘이 일렬로 배열되어 있되, 제1 단위 프리즘은 이웃하는 제2 단위프리즘과 좌우측 밑각이 서로 다르다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 가변 프리즘의 단위 프리즘에 있어서, α 및 β각을 도시하기 위한 단면도이다.
구체예에서는 상기 가변 프리즘 패턴을 이루는 각 단위 프리즘의 좌우측 밑각을 각각 α , β라고 정의할 때, 상기 α , β는 하기 식에 따라 변동되는 것을 특징으로 한다:
[식 1]
Figure PCTKR2012005664-appb-I000003
상기에서,
Figure PCTKR2012005664-appb-I000004
(상기에서 α는 단위 프리즘의 좌측 밑각, β는 단위 프리즘의 우측 밑각, L은 시청거리, Weye는 양 눈 사이의 거리, nc는 가변프리즘의 굴절율, ΘiL은 왼쪽 광원을 켰을 때 가변프리즘 필름에 입사하는 입사각, ΘiR은 오른쪽 광원을 켰을 때 가변프리즘 필름에 입사하는 입사각, x는 중심 단위프리즘으로부터 떨어진 위치이다)
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 눈과 눈 중심에서 수직연장시, 제2프리즘의 중심 단위프리즘(CP)에서 접하게 된다. 이때 상기 중심 단위프리즘의 꼭지점은 x 가 0이 되며, 상기 x 가 0인 지점으로부터 떨어진 거리를 "중심 단위프리즘으로부터 떨어진 위치"로 정의한다. 중심 단위프리즘으로부터 좌측일 경우 x는 -(마이너스) 값을 가지며, 우측일 경우 + (플러스) 값을 갖는다.
구체예에서 상기 α 값이 약 20 ° 내지 약 75° 범위에서 변동되는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 가변 프리즘 패턴의 구체예들이다. 입광면 상에 복수의 단위프리즘으로 이루어진 가변 프리즘의 피치를 순서대로 P1, P2, P3, P4, P5,,......Pn 이라고 하고, 각각의 좌측밑각을 α1, α2, α3, α4, α5,.....αn이라고 하며, 우측밑각을 β1, β2, β3, β4, β5....βn 으로 나타내고, 각 높이를 h1, h2, h3, h4, h5, ....hn 이라고 정의한다. 여기서 높이는 단위 프리즘의 골에서부터 프리즘 정점까지의 높이를 의미한다.
하나의 구체예에서 상기 가변프리즘 패턴은 각 단위 프리즘이 모두 동일한 피치를 가질 수 있으며, 이 경우, 이웃한 단위프리즘간 높이가 서로 다를 수 있다. 즉, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, P1=P2=P3=P4=P5=,,......=Pn 일 수 있으며, h1, h2, h3, h4, h5, ....hn는 서로 다를 수 있다.
다른 구체예에서 상기 가변프리즘 패턴은 각 단위 프리즘이 모두 동일한 높이를 가질 수 있으며, 이 경우, 이웃한 단위 프리즘간 피치가 서로 다를 수 있다. 즉, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, h1=h2=h3=h4=h5=,,......=hn 일 수 있으며, P1, P2, P3, P4, P5,,......Pn는 서로 다를 수 있다.
상기 α 및 β각은 위치에 따라 다른 값을 가지며, 이는 상기 식 1로부터 구할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 무안경 3차원 디스플레이용 백라이트를 나타낸 개략적인 단면도이다.
도시된 바와 같이 상기 좌측 광원 점등시 제1 및 제2 프리즘 필름을 순차적으로 거쳐 좌안으로 지향되고, 상기 우측광원 점등시 제1 및 제2 프리즘 필름을 순차적으로 거쳐 우안으로 지향된다.
바람직하게는 구체예에서, 상기 제1 프리즘 필름(20) 및 상기 제2 프리즘 필름(10)의 입사면은 패턴이 형성되지 않은 것을 특징으로 한다. 이 경우 필름간 간섭에 의한 표면 스크레치를 방지할 수 있으며 원하는 눈의 위치로 적절히 초점을 맞출 수 있는 장점이 있다.
상기 제2 프리즘 필름(10)의 상측으로는 액정패널(도시되지 않음)이 존재할 수 있다. 상기 액정패널은 상부기판과 하부기판 사이에 TN(Twisted Nematic), OCB(Optically Compensated Bend) 액정 등과 같은 액정이 주입된 패널로서 TFT(Thin Film Transistor), TFD(Thin Film Diode) 등에 의해 구동되는 액티브매트릭스(active matrix) 액정패널일 수도 있으며 패시브 매트리릭스(passive matrix) 액정패널일 수도 있다. 상기 상부기판과 하부기판은 유리기판 또는 플라스틱 기판으로 이루어질 수 있다.
전술한 무안경 3차원 디스플레이용 백라이트는 시분할구동에 의해 3차원 영상을 시청영역에 표시할 수 있다. 즉, 좌시역용 광과 우시역용 광이 번갈아 가며 액정패널을 통과하도록 하고 액정패널의 화상(영상)과 동기되어 관찰자가 3차원 영상을 시청하도록 구성할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
실시예 1
하기 표 1과 같은 조건으로 시뮬레이션을 수행하였다. 위치별 α, β 값은 도 6에 나타내었다.
표 1
도광판 프리즘 3D 필름
재질 PMMA 형상 역프리즘 위치별 α, β 도 6
Main출사각 +63o: 왼쪽 광원 On-63o: 오른쪽 광원 On 굴절율 1.492 굴절율 1.492
FWHM(반치각) ±16o 피치 0.03mm 피치 0.03mm
- - Tip angle 30o 초점위치 왼쪽 광원 On → 좌안오른쪽 광원 On → 우안
위치별 출사각 분포는 도 7에 나타내었다. 왼쪽 광원을 On한 경우의 결과이며 오른쪽 광원을 On한 경우는 아래 결과와 좌우 대칭의 값을 가질 것이다. 도 7에 나타낸 바와 같이 Main Peak 가 갈라진 결과를 보이고 있으며 도 8로부터 실제 초점이 맞기 위해 필요한 각도와 어긋나는 결과를 보이고 있다.
실시예 2
하기 표 2와 같은 조건으로 시뮬레이션을 수행하였다. 위치별 α, β 값은 도 9에 나타내었다.
표 2
도광판 프리즘 3D 필름
재질 PMMA 형상 정프리즘 α, β 도 9
Main출사각 +70o: 왼쪽 광원 On-70o: 오른쪽 광원 On 굴절율 1.492 굴절율 1.492
FWHM(반치각) ±9o 피치 0.03mm 피치 0.03mm
- - Tip angle 70o 초점위치 왼쪽 광원 On → 우안오른쪽 광원 On → 좌안
위치별 출사각 분포는 도 10에 나타내었다. 왼쪽 광원을 On한 경우의 결과이며 오른쪽 광원을 On한 경우는 아래 결과와 좌우 대칭의 값을 가질 것이다. 도 11에서 보는 바와 같이 위치별 출사각과 오른쪽 눈에 초점을 맞추기 위해 필요한 각의 값이 잘 일치함을 볼 수 있다.
하기 표 3과 같은 조건으로 시뮬레이션을 수행하였다. 위치별 α, β 값은 도 12에 나타내었다.
실시예 3
하기 표 3과 같은 조건으로 시뮬레이션을 수행하였다. 위치별 α, β 값은 도 12에 나타내었다.
표 3
도광판 프리즘 3D 필름
재질 PMMA 형상 정프리즘 α, β 도 12 참조
Main출사각 +70o: 왼쪽 광원 On-70o: 오른쪽 광원 On 굴절율 1.492 굴절율 1.492
FWHM(반치각) ±9o 피치 0.03mm 피치 0.03mm
- - Tip angle 70o 초점위치 왼쪽 광원 On → 좌안오른쪽 광원 On → 우안
위치별 출사각 분포는 도 13에 나타내었다. 왼쪽 광원을 On한 경우의 결과이며 오른쪽 광원을 On한 경우는 아래 결과와 좌우 대칭의 값을 가질 것이다. 도 14에서 보는 바와 같이 위치별 출사각과 왼쪽 눈에 초점을 맞추기 위해 필요한 각의 값이 잘 일치함을 볼 수 있다.
이상 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (11)

  1. 제1면과 이에 대향하는 제2면을 가지며, 측면의 광원으로부터 입사된 광의 경로를 상기 제1면쪽으로 변경시키는 도광판;
    상기 도광판의 제1면에 적층되는 제1 프리즘 필름; 및
    상기 제1 프리즘 필름 상부에 적층되는 제2 프리즘 필름;
    으로 이루어지며, 상기 제2 프리즘 필름은 출사면에 가변 프리즘패턴을 형성하며,
    상기 가변 프리즘 패턴은 복수의 단위프리즘이 일렬로 배열되어 있되, 제1 단위 프리즘은 이웃하는 제2 단위프리즘과 좌우측 밑각이 서로 다르며,
    상기 가변 프리즘 패턴을 이루는 각 단위 프리즘의 좌우측 밑각을 각각 α , β라고 정의할 때, 상기 α , β는 하기 식 1에 따라 변동되는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트:
    [식 1]
    Figure PCTKR2012005664-appb-I000005
    상기에서,
    Figure PCTKR2012005664-appb-I000006
    (상기에서 α는 단위 프리즘의 좌측 밑각, β는 단위 프리즘의 우측 밑각, L은 시청거리, Weye는 양 눈 사이의 거리, nc는 가변프리즘의 굴절율, ΘiL은 왼쪽 광원을 켰을 때 가변프리즘 필름에 입사하는 입사각, ΘiR은 오른쪽 광원을 켰을 때 가변프리즘 필름에 입사하는 입사각, x는 중심 단위프리즘으로부터 떨어진 위치이다)
  2. 제1항에 있어서, 상기 α는 상기 식에 따라 약 20 ° 내지 약 75° 범위에서 변동하는 것을 특징으로 하는
  3. 제1항에 있어서, 상기 가변프리즘 패턴은 각 단위 프리즘이 모두 동일한 피치를 가지며, 이웃한 단위프리즘간 높이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가변프리즘 패턴은 각 단위 프리즘이 모두 동일한 높이를 가지며, 이웃한 단위 프리즘간 피치가 서로 다른 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 프리즘 필름 및 상기 제2 프리즘 필름의 입사면은 패턴이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도광판은 제2면에 프리즘 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2면에 프리즘 패턴은 피치가 약 5㎛ 내지 약 300㎛ 인 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1프리즘 필름은 출사면에 프리즘 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1프리즘은 꼭지각이 약 50° 내지 약 150° 인 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1프리즘은 피치가 약 5㎛ 내지 약 300㎛ 인 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트.
  11. 제1항에 있어서, 상기 도광판의 양 측면에 각각 좌측 및 우측 광원이 구비되고,
    상기 좌측 광원 점등시 제1 및 제2 프리즘 필름을 순차적으로 거쳐 좌안으로 지향되고, 상기 우측광원 점등시 제1 및 제2 프리즘 필름을 순차적으로 거쳐 우안으로 지향되는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 디스플레이용 백라이트.
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