WO2014189198A1 - 무안경 입체영상 디스플레이 장치 - Google Patents

무안경 입체영상 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2014189198A1
WO2014189198A1 PCT/KR2014/001966 KR2014001966W WO2014189198A1 WO 2014189198 A1 WO2014189198 A1 WO 2014189198A1 KR 2014001966 W KR2014001966 W KR 2014001966W WO 2014189198 A1 WO2014189198 A1 WO 2014189198A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens
optical pattern
liquid crystal
unit
pixels
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/001966
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이영훈
정진관
이규민
Original Assignee
한화첨단소재 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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
    • G02B30/27—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 lenticular arrays

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for displaying a stereoscopic image in an autostereoscopic manner, and more particularly, to an apparatus for allowing a viewer to watch a stereoscopic image in an autostereoscopic manner.
  • interocular In general, the distance between both eyes is called interocular.
  • the human eye is about 65 mm.
  • the left and right eyes see slightly different images when looking at objects. This is called binocular disparity.
  • Man feels three-dimensional because of this binocular parallax.
  • the left eye image and the right eye image are separated and presented to the left eye and the right eye, respectively.
  • a barrier filter is disposed in front of the image panel. Through the barrier filter, the left eye sees the left eye image and the right eye sees the right eye image.
  • Prior arts related to the parallax barrier method include Korean Laid-Open Patent Publication No. 2005-0098493, Korean Laid-open Patent Publication No. 2006-0072078, and the like.
  • the parallax barrier method has a problem in that, when a device for releasing the parallax barrier is not attached, pixels are reduced when viewing a non-stereoscopic image, resulting in deterioration of image quality.
  • the parallax barrier method enables the stereoscopic image to be implemented only at a narrow range of distances and angles even when the stereoscopic image is viewed, and there is a problem that a so-called crosstalk phenomenon occurs when the parallax barrier is out of this distance or angle.
  • Crosstalk is a phenomenon in which the right eye image is seen in the left eye or the left eye image in the right eye.
  • the parallax barrier method when the viewing distance is long, such as a TV, the angle of binocular disparity is small. Therefore, in order for the left eye and the right eye to watch the left eye image and the right eye image, the distance between the image panel and the barrier filter must be increased. Accordingly, the parallax barrier method has a problem in that the display device becomes thick.
  • the total number of pixels for each of the multi-views is reduced by dividing the total number of pixels constituting the image panel by the number of multi-views. Therefore, when the multi-view is implemented according to the parallax barrier method, the resolution is reduced.
  • the lens plate is disposed in front of the image panel.
  • the lens plate is a lenticular screen in which semi-cylindrical convex lenses are arranged vertically.
  • the width of the convex lens corresponds to two or more times the width of the pixel.
  • the left eye image and the right eye image are separated by a lens plate.
  • Prior arts related to the lenticular method include Korean Patent Publication No. 2007-0001528, Korean Patent Publication No. 2008-0027559, and the like.
  • the R (Red) subpixel, G (Green) subpixel, and B (Blue) subpixel constituting the pixel are generally arranged side by side in the horizontal direction.
  • a convex lens having a large size compared to the pixel is used.
  • the color of some subpixels does not form an image on the lens plate. Accordingly, there is a problem in that the image quality to be displayed is degraded and the viewer can easily recognize the phenomenon caused by the lens.
  • This prior art introduces a lenticular consisting of a liquid crystal and an electrode to control the liquid crystal.
  • This prior art makes it possible to view a stereoscopic image by applying a voltage to an electrode when viewing a stereoscopic image so that the liquid crystal is in lenticular form, and when the non-stereoscopic image is viewed, the lenticular disappears by applying a voltage to the liquid crystal. Allows you to watch non-stereoscopic images with no symptoms.
  • the phenomenon of spreading occurs when watching a stereoscopic image in the same manner as the existing lenticular method, and there is a problem in that the manufacturing cost is greatly increased.
  • the lenticular of the electrode application method has a disadvantage in that crosstalk is increased when the stereoscopic image is viewed because the precision is lowered compared to the lenticular of the optical lens method.
  • the multi-view is implemented according to the lenticular method
  • the spreading phenomenon becomes more severe.
  • the resolution decreases as the total number of pixels for each of the multi-views decreases. .
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an autostereoscopic 3D display device that can solve the above-mentioned conventional problems, in particular, it is possible to solve the phenomenon of the spread in the lenticular method, even in the case of implementing a multi-view It is to provide an autostereoscopic 3D display device in which there is no deterioration and a superimposition phenomenon is minimized even when viewing a non-stereoscopic image.
  • An autostereoscopic 3D display device for solving the above problems is mounted on a front surface of an image panel.
  • the image panel includes a plurality of pixels arranged in a matrix to output an image.
  • the image panel outputs a left eye image and a right eye image through a plurality of pixels in a spatial division method.
  • the image panel may output a left eye image and a right eye image through the plurality of pixels in a time division manner.
  • the pixel consists of subpixels of each color.
  • the autostereoscopic 3D display device includes a lens unit and an optical pattern unit.
  • the lens unit is a convex lens is disposed for each portion corresponding to the sub-pixel.
  • the width of the convex lens is 130% or less of the width of the subpixel.
  • the optical pattern portion is disposed between the lens portion and the image panel.
  • the optical pattern part may have an optical pattern formed to selectively pass or block a left eye or right eye line passing through the convex lens toward the subpixel, due to binocular parallax.
  • the optical pattern is configured by forming each of the pattern units arranged in a matrix form to form a light transmitting portion for passing through or a light blocking portion for blocking.
  • the optical pattern portion at least two pattern units exist in each portion corresponding to the convex lens.
  • the left eye and the right eye image are both left and right eyes because the convex lens is organically coupled and interacts with the optical pattern part even though a convex lens having a short width of 130% or less of the subpixel width is used. No visible phenomenon occurs.
  • the convex lens having a short width is disposed for each part corresponding to the subpixel, even if the convex lens effect occurs, the colors of all the subpixels may form an image on the lens unit. This can prevent the spreading phenomenon in the conventional lenticular method.
  • the colors of each of the R, G, and B subpixels all form an image on the lens unit, thereby preventing the spreading phenomenon. Therefore, it is possible to view a clear non-stereoscopic image without deteriorating the resolution.
  • multi-view when four or more pattern units are formed for each portion corresponding to the convex lens arranged for the subpixel, multi-view can be realized.
  • all pixels constituting the image panel are multi-view. Can be provided for each of these. This allows the autostereoscopic 3D image to be implemented without degrading the resolution even for the multi-view point.
  • the line of sight that passes through the lens portion and reaches the optical pattern portion does not reach as it is, but as a focal point. Accordingly, the so-called crosstalk phenomenon in which the right eye image is seen in the left eye or the left eye image is seen in the right eye can be prevented.
  • the distance and angle at which the stereoscopic image can be viewed may be formed over a wide range. In addition, even when the viewing distance is long, such as a TV, since the distance between the image panel and the barrier filter does not have to be increased as in the conventional parallax barrier method, it can be implemented thinner than the conventional parallax barrier method.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an autostereoscopic 3D display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of the lens unit of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of the lens unit of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an overcoat layer added to FIG.
  • FIG. 4 is a partial front view of an embodiment of an optical pattern formed in the optical pattern portion of FIG.
  • FIG. 5 is a partial front view of another embodiment of FIG.
  • FIG. 6 is a partial front view of another embodiment of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a partial front view of another embodiment of FIG. 4.
  • FIG. 7 is a partial front view of another embodiment of FIG. 4.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an autostereoscopic 3D display device according to an embodiment of the present invention.
  • the autostereoscopic 3D display apparatus 200 is mounted on a front surface of the image panel 100.
  • the image panel 100 includes a plurality of pixels arranged in a matrix form.
  • the image panel 100 outputs a left eye image and a right eye image through a plurality of pixels in a spatial division method.
  • the spatial division method is a method in which some of the pixels output the left eye image and at the same time the rest of the pixels output the right eye image.
  • odd-numbered rows of pixels may output a left eye image and even-numbered rows of pixels may output a right eye image.
  • pixels in odd rows may output a left eye image
  • pixels in even rows may output a right eye image.
  • pixels located in odd columns of odd rows and pixels located in even columns of even rows may output a left eye image, and the remaining pixels may output a right eye image.
  • the autostereoscopic 3D display apparatus 200 is mounted on the spatially divided image panel 100, but the autostereoscopic 3D display apparatus 200 may be mounted on the time division image panel.
  • the time division method is a method in which all pixels sequentially output a left eye image and a right eye image.
  • Each of the pixels is composed of an R (Red) subpixel, a G (Green) subpixel, and a B (Blue) subpixel.
  • Light output from each subpixel has a corresponding color by passing through a color filter.
  • One pixel is formed by arranging the R subpixels, the G subpixels, and the B subpixels in a horizontal direction.
  • the image panel 100 a general LCD, LED, OLED, or the like may be used.
  • the image panel 100 may include a first liquid crystal unit 110, a first transparent sheet layer 120, and a first polarizer 130.
  • the first liquid crystal unit 110 includes a left eye image pixel 111 and a right eye image pixel 112.
  • the left eye image pixel 111 is a pixel for outputting the left eye image L
  • the right eye image pixel 112 is a pixel for outputting the right eye image R.
  • the image panel 100 of the present embodiment outputs a left eye image and a right eye image in a spatial division method
  • a plurality of pixels arranged in a matrix form is illustrated in FIG. 1 for convenience of description. Only one right eye image pixel 112 is shown.
  • Pixels 111 and 112 are composed of subpixels of respective colors. That is, the left eye pixel 111 is composed of an R subpixel 111-1, a G subpixel 111-2, and a B subpixel 111-3 arranged side by side in the horizontal direction, and the right eye image pixel 112. ) Also includes an R subpixel 112-1, a G subpixel 112-2, and a B subpixel 112-3 arranged side by side in the horizontal direction.
  • the pixels 111 and 112 are filled with liquid crystals between electrodes for applying a voltage for each subpixel. In the subpixel to which the voltage is applied, the arrangement of the liquid crystals changes. Light passing through the liquid crystal in this state is diffracted. An image of the pixels 111 and 112 is formed by gathering light passing through the RGB subpixels.
  • the first transparent sheet layer 120 is disposed between the first liquid crystal unit 110 and the first polarizing plate 130.
  • the first transparent sheet layer 120 is inserted to adjust the gap between the first liquid crystal unit 110 and the autostereoscopic 3D display device 200.
  • the first transparent sheet layer 120 corresponds to a color filter glass substrate.
  • the first polarizing plate 130 linearly polarizes the light transmitted through the first liquid crystal unit 110.
  • the desired image is obtained by transmitting the light transmitted through the first liquid crystal unit 110 through the first polarizing plate 130.
  • the first polarizer 130 corresponds to a polarizer attached to the color filter glass substrate.
  • the autostereoscopic 3D display apparatus 200 includes an optical pattern unit and a lens unit.
  • the optical pattern part includes a second liquid crystal part 210, a second polarizing plate 220, and a second transparent sheet layer 230.
  • the lens unit includes a base layer 240 and a lens pillar array 250.
  • the lens pillars 251 are repeatedly arranged.
  • the cross section of the lens column 251 is in the shape of a circle or an ellipse. That is, the lens pillar 251 is a convex lens is implemented in the form of a pillar.
  • the term "width" refers to the length of the transverse direction in the cross section of FIG.
  • the width of the lens pillar 251 is 130% or less of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3. That is, the width of the lens pillar 251 is less than or equal to 130% of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3.
  • the width of the lens pillar 251 is 120% or less of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3. More preferably, the width of the lens pillar 251 is 110% or less of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3.
  • the width of the lens pillar 251 illustrated in FIG. 1 corresponds to 100% of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3.
  • the 'vertical' direction means a direction perpendicular to the cross section of FIG. 1
  • the term 'height' means a length in a direction perpendicular to the cross section of FIG. 1.
  • the height of the lens column 251 corresponds to the height of a row of subpixels.
  • the lens portion 251 is provided in the lens portion for each portion corresponding to each of the subpixel columns. ) Is placed. Accordingly, the convex lens is disposed in each of the subpixels corresponding to each of the subpixels.
  • the lens pillar 251 When the width of the lens pillar 251 exceeds 100% of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3, some of the subpixel columns may not have the corresponding lens pillar 251. have. However, even in this case, if the width of the lens pillar 251 is 130% or less of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3, the lens portion may have a portion corresponding to each of most of the subpixel columns.
  • the lens pillar 251 may be disposed. Accordingly, the convex lens may be disposed at each portion of the lens unit corresponding to each of most of the subpixels.
  • the lens pillar 251 may be disposed diagonally with respect to the sub-pixel. That is, the lens pillar 251 may be disposed obliquely with respect to the subpixel such that an angle at which moiré phenomenon is minimized is formed between the longitudinal central axis of the lens pillar 251 and the longitudinal central axis of the subpixel.
  • this angle is greater than 0 degrees and less than 60 degrees. More preferably, this angle is 6 degrees or more and 15 degrees or less.
  • the width of the lens column 251 exceeds 100% of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3, but not more than 130%, the lens at an angle at which the moiré phenomenon is minimized.
  • the pillars 251 are arranged diagonally, it is confirmed that there is almost no difference in resolution during visual observation.
  • the width of the lens pillar 251 exceeds 130% of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3, the number of subpixel columns having no corresponding lens pillar increases. . As the number of such subpixel columns increases, the resolution decreases.
  • the lens pillars 251 are coated on the base layer 240 to form the lens pillar array 250.
  • the base layer 240 is made of a transparent film such as PET film or a transparent glass plate.
  • the lens pillar array 250 may be mounted on the autostereoscopic 3D display apparatus 200 without the base layer 240, the base layer 240 may be omitted.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of the lens unit of FIG. 1.
  • the lens columns 251 coated on the base layer 240 form the lens pillar array 250.
  • the lens column array 250 is in the form of a lenticular lens.
  • FIG. 3 is an overcoat layer added to FIG.
  • an overcoating layer 260 may be added to the front surface of the lens pillar array 250.
  • the overcoat layer 260 is used to adjust the focal length of the lens pillar array 250.
  • An AN coated PET film (not shown) may be attached to the front surface of the overcoating layer 260.
  • the focal length of the lens pillar array 250 may be adjusted by overcoating.
  • the focal length of the lens column array 250 may also be adjusted by adopting a lens column 251 having a suitable refractive index.
  • the focal length of the lens pillar array 250 is adjusted so that the second liquid crystal unit 210 is positioned near the focal length of the lens pillar array 250.
  • the focal length of the lens pillar array 250 is adjusted to correspond to between 0.5 times and 1.5 times the distance from the lens pillar array 250 to the second liquid crystal part 210.
  • the focal length of the lens pillar array 250 is adjusted to correspond to the distance from the lens pillar array 250 to the second liquid crystal part 210.
  • the lens pillar array 250 may be disposed such that the convex surface of the lens pillar 251 faces the image panel 100 without facing the viewer. It is also possible to form a lens pillar array in which both front and rear convex lens pillars are formed.
  • the optical pattern portion is disposed between the lens portion and the image panel 100.
  • the optical pattern part includes the second liquid crystal part 210, the second polarizing plate 220, and the second transparent sheet layer 230.
  • the second liquid crystal part 210 is composed of a first isotropic ITO film layer, a first alignment film, a liquid crystal layer, a second alignment film, and a second isotropic ITO film layer.
  • the first isotropic ITO film layer is patterned by ITO sputtering after antiblocking coating of the isotropic film.
  • any film having an X-Y axis phase difference R0 of 20 or less is optically close to isotropic and coated with a transparent electrode and having a sheet resistance of 150 [ ⁇ / ⁇ ] or less.
  • an isotropic polycarbonate film, a cycloolefin film, a polyisosulfone film, or the like may be used as the isotropic film. Patterning is performed such that the pattern units 219 are arranged in a matrix form.
  • the first alignment layer is coated on the front surface of the first isotropic ITO film layer.
  • the liquid crystal layer is coated on the front side of the first alignment layer.
  • the second alignment layer is coated on the back side of the second isotropic ITO film layer, and the second isotropic ITO film layer coated with the second alignment layer is coated on the front surface of the liquid crystal layer. As a result, the second alignment layer is positioned on the front surface of the liquid crystal layer.
  • the second transparent sheet layer 220 is attached to the front surface of the second isotropic ITO film layer.
  • the liquid crystal layer provides a function of blocking or transmitting light.
  • the first alignment layer and the second alignment layer may be omitted if the liquid crystal layer can provide such a function without the first alignment layer and the second alignment layer.
  • the second liquid crystal part 210 is filled with liquid crystal between the first isotropic ITO film layer and the second isotropic ITO film layer.
  • TFT-TN, TFT-VA, TFT-IPS, TN, OCB, ECB, PDLC, or STN type liquid crystal displays may be used to implement the second liquid crystal unit 210. Can be.
  • pattern units 219 arranged in a matrix form are formed in the second liquid crystal part 210.
  • the width of the pattern unit 219 is greater than or equal to 1 / 2N (N is the number of viewpoints) of the width of the lens pillar 251 and 1 / of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3. Is less than or equal to 2N.
  • the number N of viewpoints means the number of viewers who can simultaneously watch a stereoscopic image.
  • the number N of viewpoints means that two viewers can simultaneously watch a stereoscopic image.
  • the number N of viewpoints is 2 means that two viewpoints are provided.
  • the width of the pattern unit 219 is 1 / the width of the lens pillar 251. It is set to be greater than or equal to 4 and less than or equal to 1/4 of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3.
  • the width of the pattern unit 219 is greater than or equal to 1/8 of the width of the lens pillar 251 and the subpixel 111. -1 to 3, 112-1 to 3) is set to be less than or equal to 1/8 of the width.
  • the height of the pattern unit 219 is set to correspond to the height of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3. That is, the height of the pattern unit 219 is set to match or approximate the height of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3.
  • the first isotropic ITO film layer and the second isotropic ITO film layer are used as electrodes for applying a voltage for each pattern unit 219.
  • the second liquid crystal unit 210 has a voltage applying unit (not shown) for applying a voltage for each pattern unit 219 through the electrode.
  • the liquid crystal array changes in each portion corresponding to the pattern units in the liquid crystal layer.
  • a phase change of 1 / 2 ⁇ occurs in the left eye image L or the right eye image R transmitted through the liquid crystal layer in this state.
  • the liquid crystal array does not change for pattern units to which no voltage is applied.
  • the phase change does not occur in the left eye image L or the right eye image R passing through the liquid crystal layer in this state.
  • the second polarizing plate 220 is disposed between the second liquid crystal part 210 and the lens part.
  • the second polarizer 220 linearly polarizes the image transmitted through the second liquid crystal unit 210.
  • the image transmitted through the second liquid crystal unit 210 is classified into two types. One type is an image transmitted through a pattern unit to which no voltage is applied, and the other type is an image passing through a pattern unit to which no voltage is applied. There is a phase difference of 1 / 2 ⁇ between the two types of images. Due to this phase difference, only one of the two types passes through the second polarizing plate 220 and the other kind is blocked by the second polarizing plate 220.
  • the image transmitted through the pattern unit to which no voltage is applied passes through the second polarizing plate 220, and the image passing through the pattern unit to which the voltage is applied is blocked by the second polarizing plate 220.
  • the pattern unit to which no voltage is applied forms the light transmitting portion of the optical pattern portion
  • the pattern unit to which voltage is applied forms the light blocking portion of the optical pattern portion.
  • each of the pattern units arranged in the matrix form in the second liquid crystal part 210 forms a light blocking part or a light transmitting part of the optical pattern part.
  • the light blocking portion and the light transmitting portion are different in the arrangement of the liquid crystals in the second liquid crystal portion 210.
  • An optical pattern consisting of light blocking portions and light transmitting portions is formed in the optical pattern portion.
  • the second transparent sheet layer 230 is disposed between the lens unit and the second liquid crystal unit 210.
  • the second polarizing plate 220 is disposed on the front surface of the second liquid crystal unit 210
  • the second transparent sheet layer 230 is disposed on the front surface of the second polarizing plate 220.
  • the position of the second polarizing plate 220 and the position of the second transparent sheet layer 230 may be changed. That is, the second transparent sheet layer 230 may be disposed on the front surface of the second liquid crystal unit 210, and the second polarizing plate 220 may be disposed on the front surface of the second transparent sheet layer 230.
  • the thickness of the second transparent sheet layer 230 is adjusted to adjust the thickness between the lens unit and the second liquid crystal unit 210.
  • the distance of can be adjusted.
  • the thickness of the second transparent sheet layer 230 passes through the lens column array 251 and the left eye is the second liquid crystal part 210 among the binoculars facing the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3.
  • the distance between the portion reaching to the right eye line and the portion reaching the second liquid crystal part 210 is determined to correspond to the width of the pattern unit.
  • the optical pattern is formed such that the left eye or right eye gaze passing through the lens pillar array 251 toward the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3 is selectively passed or blocked due to binocular disparity.
  • the optical pattern allows the left eye line to pass through and the right eye line to be blocked for each of the left eye image subpixels 111-1 to 3, and to each of the right eye subpixels 112-1 to 3. The right eye is passed through and the left eye is blocked.
  • a light-transmitting part is disposed in a part where the left eye is visible and a light shielding part is formed in the part of the binocular eye facing each of the left eye image subpixels 111-1 to 3.
  • the addition is arranged.
  • the second liquid crystal unit 210 includes a light shielding portion at a portion where the left eye gaze reaches among the binocular eyes facing each of the right eye image subpixels 112-1 to 3, and a light transmitting portion at the portion where the right eye gaze reaches.
  • the distance between the parts of the binocular line toward the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3 through the lens column array 251 to reach the second liquid crystal part 210 corresponds to the width of the pattern unit. Therefore, by forming a light transmitting portion in one of the pattern units adjacent to each other and a light blocking portion in the other, it is possible to selectively block any one of the binocular vision toward the subpixels (111-1 to 3, 112-1 to 3). do.
  • the pair of light transmitting parts and the light blocking parts adjacent to each other form a subpattern constituting the entire optical pattern.
  • the right eye gaze is blocked, the left eye gaze passes, and the binocular gaze facing the right eye subpixels 112-1 to 3 is used.
  • this selective blocking allows the viewer to watch a stereoscopic image through binocular disparity.
  • the optical pattern is formed by considering the eyes of each of the multi-viewpoints. For example, as shown in FIG. 1, when the number of viewpoints N is 2, the left eye and the right eye of the viewer A located in one of the two viewpoints, and the left eye and the right eye of the viewer B located in the other one. In consideration of both, the optical pattern is formed.
  • the optical pattern includes at least N subpatterns for each part corresponding to the convex lens for each subpixel.
  • the convex lens for each subpixel refers to a portion corresponding to each of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3 in the lens pillar array 251.
  • the subpattern may have a light-shielding portion formed on the right side and a light-shielding portion formed on the right side, or a light-shielding portion formed on the right side.
  • At least two pattern units exist for each part corresponding to the convex lens for each subpixel. Accordingly, at least one subpattern may be included in each portion corresponding to the convex lens for each subpixel.
  • at least two subpatterns may be included for each part corresponding to the convex lens for each subpixel, thereby providing a multi-view point of two or more points of view. have.
  • the autostereoscopic 3D display apparatus 200 provides a multi-viewpoint, all subpixels constituting the image panel may be provided for each of the multi-viewpoints. Accordingly, the autostereoscopic 3D image may be implemented without degrading the resolution even for a multi-view point.
  • viewers located in each of the multi-viewing points may independently watch stereoscopic images.
  • the number of multi-view points is 10 or less. This is in consideration of the ease and cost in manufacturing the optical pattern portion. If these matters are not a problem, the number of multi-view points may exceed ten.
  • the autostereoscopic 3D display apparatus 200 does not have a lens unit, the viewer's eyes will reach the second liquid crystal unit 210 as it is. Then, the viewer's gaze will reach a wider range than the width of the pattern unit on the second liquid crystal unit 210. Accordingly, a phenomenon in which not only the left eye image L but also the right eye image R may be seen or the right eye image R as well as the left eye image L may be seen at the viewpoint located at the side rather than the front side.
  • the lens unit reduces the area of the portion where the viewer's eyes reach the second liquid crystal unit 210. Since the focal length of the lens pillar array 250 preferably corresponds to the distance from the lens pillar array 250 to the second liquid crystal part 210, it is preferable that the lens unit reaches the second liquid crystal part 210 as a viewer. It leads to focus.
  • the focal length of the lens pillar array 250 does not coincide with the distance from the lens pillar array 250 to the second liquid crystal unit 210, the viewer's line of sight reaches the second liquid crystal unit 210 even when the focal length is close.
  • the area is significantly reduced. For example, even when the focal length of the lens pillar array 250 is between 0.5 and 1.5 times the distance from the lens pillar array 250 to the second liquid crystal part 210, the viewer's gaze is the second liquid.
  • the area of the portion reaching the government 210 is significantly reduced.
  • the above phenomenon when the lens unit does not exist in the autostereoscopic 3D display device 200 does not occur.
  • the distance and angle at which the stereoscopic image can be viewed may also be formed over a wide range.
  • the width of the pattern unit is smaller than or equal to 1 / 2N of the width of the subpixel, but since the second liquid crystal unit 210 is located near the focal length of the lens column array 250, the viewer uses the pattern unit having such a small width. It is possible to selectively block the gaze of.
  • both the left eye image (L) and the right eye image (R) will be visible in the left eye of the viewer, and the left eye image (L) and the right eye image (R) also in the right eye of the viewer. This will all be visible. Since the width of the lens pillar 251 is 130% or less of the width of the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3, the lens pillar array 250 includes the left eye image L and the right eye image R. This cannot be separated.
  • the optical pattern formed in the optical pattern portion passes through the lens column array 251 and selectively passes the left or right eye line toward the subpixels 111-1 to 3 and 112-1 to 3 due to binocular disparity. To be blocked or blocked. Accordingly, the above phenomenon when the optical pattern portion does not exist in the autostereoscopic 3D display device 200 does not occur.
  • the convex lens having a short width of 130% or less of the width of the subpixel is disposed for each part corresponding to the subpixel, even if the convex lens effect occurs, the colors of all the subpixels may form an image on the lens unit. This can prevent the spreading phenomenon in the conventional lenticular method.
  • the second transparent sheet layer 230 may be omitted.
  • the second liquid crystal unit 210 functions as a PNLC (Switchable Display Shutter) type.
  • the optical pattern formed on the optical pattern portion is variable.
  • the pattern units to which the voltage is applied in the second liquid crystal unit 210 are changed, the optical pattern formed in the optical pattern unit is also changed. Therefore, it is possible to detect the viewer's positions with the camera and to form the optical pattern to be suitable for the detected positions.
  • the left eye image (R) can be seen in the left eye and the left eye image (L) in the right eye at the position after the movement, but the left eye image (L) can be seen in the left eye by changing the optical pattern to be suitable for the position after the movement. It is possible to adjust the right eye image R to be visible.
  • the optical pattern unit may configure the optical pattern only as a light transmitting unit by applying no voltage to any pattern unit of the second liquid crystal unit 210 or applying a voltage to all pattern units. Accordingly, even when viewing a general image, deterioration of image quality due to the reduction of pixels does not occur.
  • the first optical pattern 210A is a matrix in which the light blocking portion 211 and the light transmitting portion 212 are sequentially arranged in rows and columns.
  • each of the light blocking portion 211 and the light transmitting portion 212 corresponds to the size of the pattern unit of the second liquid crystal portion 210.
  • the unit height of the first optical pattern 210A corresponds to the height of the unit pixel.
  • the first optical pattern 210A may be applied when a pixel for outputting a left eye image and a pixel for outputting a right eye image are sequentially repeated for each row in a matrix of pixels. That is, the first optical pattern 210A may be applied to a case in which the left eye image and the right eye image are output in a top and bottom form in a matrix of pixels.
  • FIG. 5 is a partial front view of another embodiment of FIG. Referring to FIG. 5, long light transmitting parts 213 and two light blocking parts 211 are continuously disposed in a horizontal direction in the second optical pattern 210B, in which two light transmitting parts 212 are continuously disposed in a horizontal direction.
  • the long width light blocking portions 214 are formed.
  • Such continuous arrangement may occur when the optical units corresponding to each of the convex lenses adjacent to each other are continuously arranged, and the pattern unit positioned at the boundary thereof is the same as the light transmitting portion or the light blocking portion.
  • the second optical pattern 210B is in the form of a matrix in which the light blocking portion 211 or the wide light blocking portion 214 and the light transmitting portion 212 or the wide light transmitting portion 213 are sequentially arranged in rows and columns.
  • the unit height of the second optical pattern 210B also corresponds to the height of the unit pixels.
  • the second optical pattern 210B may be applied to a case in which a left eye image and a right eye image are output in a checkerboard type in a matrix of pixels.
  • FIG. 6 is a partial front view of another embodiment of FIG. 4.
  • FIG. 6 in the third optical pattern 210C, a plurality of light blocking portions are formed continuously in a vertical direction, and a light blocking portion row 215 and a plurality of light transmitting portions are continuously arranged in a vertical direction are disposed in a third light pattern 210C. ) Exists.
  • the light blocking part row 215 and the light transmitting part row 216 are sequentially arranged in the horizontal direction.
  • the unit height of the third optical pattern 210C corresponds to the overall height of the matrix of pixels, that is, the height of the image panel.
  • the third optical pattern 210C may be applied to a case in which the left eye image and the right eye image are output in a time division method in a matrix of pixels.
  • FIG. 7 is a partial front view of another embodiment of FIG. 4.
  • two light-shielding part columns 217 and two light-shielding part columns 217 formed by successively arranging two light-transmitter columns 216 in the horizontal direction are arranged in the horizontal direction.
  • Such continuous arrangement may occur when the optical pattern corresponding to each of the adjacent lens columns is arranged in succession, and the pattern unit rows positioned at the boundary thereof are the same as the light transmitting unit column or the light blocking unit column.
  • the fourth optical pattern 210D has a shape in which the light blocking part row 215 or the long width light blocking part row 217 and the light transmitting part row 216 or the long width light transmitting part row 217 are sequentially arranged in the horizontal direction.
  • the unit height of the fourth optical pattern 210D also corresponds to the overall height of the matrix of pixels, that is, the height of the image panel.
  • the fourth optical pattern 210D may be applied to a case where pixels in odd rows output a single-eye image and pixels in even rows output a ta-eye image in the matrix of pixels. That is, the fourth optical pattern 210D may be applied to a case in which the single-eye image and the other-eye image are output side by side in a matrix of pixels.
  • the optical pattern unit can generate binocular parallax to the viewer through the selective blocking using the optical pattern as in this embodiment, it may be implemented in a different form than the present embodiment.
  • the optical pattern portion has a filter printed with black ink on a transparent film, a film selectively etched with a polarizing plate, a 1 / 2 ⁇ pattern retarder film combined with a polarizing plate, a polarizer and a 1 / 4 ⁇ retarder film combined with 1 / 4 ⁇ pattern retarder film, a liquid crystal display in combination with a polarizing plate and the like.

Abstract

무안경 입체영상 디스플레이 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 입체영상 디스플레이 장치는 영상 패널의 전면에 장착된다. 영상 패널은 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 다수의 픽셀들을 포함한다. 픽셀은 각 색상의 서브픽셀들로 구성된다. 무안경 입체영상 디스플레이 장치는 렌즈부 및 광학패턴부를 포함한다. 렌즈부는 서브픽셀에 대응하는 부분마다 볼록렌즈가 배치된 것이다. 볼록렌즈의 폭은 서브픽셀의 폭의 130% 이하이다. 광학패턴부는 렌즈부와 영상 패널의 사이에 배치된다. 광학패턴부는 볼록렌즈를 통과하여 서브픽셀을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 광학패턴이 형성되는 것이다. 광학패턴은 매트릭스 형태로 배열된 패턴단위들의 각각이 통과를 위한 투광부 또는 차단을 위한 차광부를 형성함으로써 구성된다. 광학패턴부에는 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 패턴단위들이 적어도 2개 존재한다. 본 발명에 의하면, 종래의 렌티큘러 방식에 있어서의 상퍼짐 현상이 방지될 수 있다. 그리고, 무안경 입체영상이 다인시점에 대해서도 해상도의 저하없이 구현될 수 있다. 뿐만 아니라, 크로스토크 현상이 방지될 수 있으며, 종래의 패럴랙스 배리어 방식보다 얇게 구현될 수 있다.

Description

무안경 입체영상 디스플레이 장치
본 발명은 무안경 방식으로 입체영상을 디스플레이하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시청자가 무안경 방식으로 입체영상을 시청할 수 있게 하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 양안 사이의 거리를 안간(interocular)이라 한다. 사람의 안간은 약 65mm 정도이다. 좌안과 우안은 물체를 바라볼 때 안간으로 인해 약간씩 서로 다른 영상을 관측하게 된다. 이를 양안시차(Binocular Disparity)라 한다. 사람은 이 양안시차 때문에 입체감을 느낀다.
입체영상을 구현하는 기술들은 대부분 양안시차를 이용한다. 이 기술들은 좌안에게 좌측에서 본 영상(좌안영상)을 제시하고 우안에게 우측에서 본 영상(우안영상)을 제시함으로써 양안에 시차를 준다.
좌안영상과 우안영상을 분리하여 좌안과 우안의 각각에게 제시하는 방식으로는 안경 방식과 무안경 방식이 있다. 이들 중에서 무안경 방식에는 패럴렉스 배리어(parallax barrier) 방식, 렌티큘러 (lenticular) 방식 등이 있다.
패럴랙스 배리어 방식에 따르면 영상 패널의 전방에 배리어 필터가 배치된다. 배리어 필터를 통해 좌안은 좌안영상을 보게 되고 우안은 우안영상을 보게 된다. 패럴렉스 배리어 방식에 관한 선행기술들로는 국내 공개특허공보 제2005-0098493호, 국내 공개특허공보 제2006-0072078호 등이 있다.
패럴렉스 배리어 방식은 패럴렉스 배리어를 해제하는 장치가 부착되지 않으면 비입체영상의 시청시 픽셀이 감소되어 화질의 저하를 가져온다는 문제점이 있다. 패럴렉스 배리어 방식은 입체영상의 시청시에도 정해진 좁은 범위의 거리 및 각도에 있어서만 입체영상의 구현이 가능하고, 이 거리 또는 각도를 벗어나면 이른바 크로스토크(crosstalk) 현상이 발생된다는 문제점이 있다. 크로스토크 현상은 좌안에 우안영상이 보이거나 우안에 좌안영상이 보이는 현상이다.
패럴랙스 배리어 방식에 따르면 TV와 같이 시청거리가 긴 경우에 양안시차의 각도가 작다. 그래서, 좌안과 우안이 각각 좌안영상과 우안영상을 시청하도록 하기 위해서는 영상 패널과 배리어 필터 사이의 거리를 늘려야 한다. 이에 따라, 패럴렉스 배리어 방식은 디스플레이 장치가 두꺼워진다는 문제점이 있다.
또한, 패럴랙스 배리어 방식에 따라 다인시점을 구현하게 되면 다인시점들의 각각을 위한 픽셀들의 총 개수는 영상패널을 구성하는 픽셀들의 총 개수를 다인시점들의 개수로 나눈 값으로 감소하게 된다. 따라서, 패럴랙스 배리어 방식에 따라 다인시점을 구현하는 경우에는 해상도가 감소되는 문제점이 있다.
렌티큘러 방식에 따르면 영상 패널의 전방에 렌즈판이 배치된다. 렌즈판은 반원통형의 볼록렌즈들이 수직으로 배열된 렌티큘러 스크린이다. 볼록렌즈의 폭은 픽셀의 폭의 2배 이상에 상당한다. 좌안영상과 우안영상은 렌즈판에 의해 분리된다. 렌티큘러 방식에 관한 선행기술들로는 국내 공개특허공보 제2007-0001528호, 국내 공개특허공보 제2008-0027559호 등이 있다.
픽셀을 구성하는 R(Red) 서브픽셀, G(Green) 서브픽셀, B(Blue) 서브픽셀은 일반적으로 나란히 가로 방향으로 배열되는데, 렌티큘러 방식에서는 픽셀과 대비하여 사이즈가 큰 볼록렌즈가 사용됨으로 인하여 일부 서브픽셀의 색상이 렌즈판에 상을 맺지 못하게 되는 현상이 발생한다. 이에 따라, 디스플레이되는 화질이 저하되고 시청자가 렌즈에 의한 상퍼짐 현상을 쉽게 인식할 수 있게 되는 문제점이 있다.
더구나 렌티큘러 방식으로 다인(多人)시점을 구현하는 경우에는 볼록렌즈의 크기가 더욱 증대되기 때문에 상의 퍼짐 현상도 그에 비례하여 더욱 심해진다는 문제점이 있다.
이러한 상퍼짐 현상을 해결하기 위하여 R 서브픽셀, G 서브픽셀, B 서브픽셀을 나란히 세로로 배열하는 방법을 생각할 수 있겠으나, 이러한 방법은 영상 패널을 제조하는데 소요되는 비용을 증가시키기 때문에 제조 회사의 부담을 초래한다.
일반적으로, 시청자는 디스플레이를 통하여 입체영상만을 시청하는 것이 아니라 비입체영상도 시청한다. 그런데, 렌티큘러 방식의 디스플레이를 통해 비입체영상을 시청하는 경우에는 렌티큘러에 의한 상의 퍼짐 현상이 발생한다. 비입체영상의 상퍼짐 현상을 해결하기 위한 선행기술로는 국내 등록특허 제10-0449056호가 있다.
이 선행기술은 액정과 액정을 조절하는 전극으로 이루어진 렌티큘러를 도입한다. 이 선행기술은 입체영상의 시청시에는 전극에 전압을 인가하여 액정이 렌티큘러 형태로 되게 함으로써 입체영상을 시청할 수 있게 하고, 비입체영상의 시청시에는 액정에 전압을 비인가하여 렌티큘러가 사라지게 함으로써 상퍼짐 현상이 없는 비입체영상을 시청할 수 있게 한다.
그러나, 이 선행기술에 의하면 입체영상의 시청시에 상퍼짐 현상이 기존의 렌티큘러 방식과 동일하게 발생되며, 제조 비용이 매우 증가된다는 문제점이 있다. 또한, 전극 인가 방식의 렌티큘러는 광학렌즈 방식의 렌티큘러에 비하여 정밀도가 저하되기 때문에 입체영상의 시청시에 크로스토크가 커진다는 단점이 있다.
한편, 렌티큘러 방식에 따라 다인시점을 구현하는 경우에는 상퍼짐 현상이 더욱 심해진다는 문제점 외에도 패럴랙스 방식에서와 마찬가지로 다인시점들의 각각을 위한 픽셀들의 총 개수가 감소하게 됨에 따라 해상도가 감소되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 종래의 문제점들을 해결할 수 있는 무안경 입체영상 디스플레이 장치를 제공하는데 있으며, 특히 렌티큘러 방식에 있어서의 상퍼짐 현상을 해결할 수 있고 다인시점을 구현하는 경우에도 해상도의 저하가 없으며 비입체영상의 시청시에도 상퍼짐 현상이 최소화되는 무안경 입체영상 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 입체영상 디스플레이 장치는 영상 패널의 전면에 장착된다. 상기 영상 패널은 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 다수의 픽셀들을 포함한다.
상기 영상 패널은 상기 다수의 픽셀들을 통해 좌안영상과 우안영상을 공간분할 방식으로 출력하는 것이다. 그러나, 상기 영상 패널은 상기 다수의 픽셀들을 통해 좌안영상과 우안영상을 시간분할 방식으로 출력하는 것일 수도 있다. 상기 픽셀은 각 색상의 서브픽셀들로 구성된다.
상기 무안경 입체영상 디스플레이 장치는 렌즈부 및 광학패턴부를 포함한다.
상기 렌즈부는 상기 서브픽셀에 대응하는 부분마다 볼록렌즈가 배치된 것이다. 상기 볼록렌즈의 폭은 상기 서브픽셀의 폭의 130% 이하이다.
상기 광학패턴부는 상기 렌즈부와 상기 영상 패널의 사이에 배치된다. 상기 광학패턴부는 상기 볼록렌즈를 통과하여 상기 서브픽셀을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 광학패턴이 형성되는 것이다.
상기 광학패턴은 매트릭스 형태로 배열된 패턴단위들의 각각이 상기 통과를 위한 투광부 또는 상기 차단을 위한 차광부를 형성함으로써 구성된다. 상기 광학패턴부에는 상기 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 상기 패턴단위들이 적어도 2개 존재한다.
본 발명에 의하면, 서브픽셀의 폭의 130% 이하인 짧은 폭을 갖는 볼록렌즈를 사용함에도 불구하고 볼록렌즈가 광학패턴부와 유기적으로 결합하여 상호작용함으로 인해 좌안 또는 우안에 좌안영상과 우안영상이 모두 보이는 현상이 발생하지 않는다. 그리고, 짧은 폭을 갖는 볼록렌즈가 서브픽셀에 대응하는 부분마다 배치되기 때문에 볼록렌즈 효과가 발생하더라도 모든 서브픽셀들의 색상이 렌즈부에 상을 맺을 수 있다. 이는 종래의 렌티큘러 방식에서의 상퍼짐 현상을 방지할 수 있다. 또한, 비입체영상의 시청시에도 R, G, B 서브픽셀들 각각의 색상이 모두 렌즈부에 상을 맺기 때문에 상퍼짐 현상이 방지된다. 따라서, 해상도의 저하가 없는 선명한 비입체영상의 시청이 가능하다.
또한, 서브픽셀에 대해 배치된 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 4개 이상의 패턴단위들을 형성하는 경우에는 다인시점을 구현할 수 있고, 이러한 방식으로 다인시점을 구현하면 영상패널을 구성하는 모든 픽셀들이 다인시점들의 각각을 위하여 제공될 수 있다. 이는 무안경 입체영상이 다인시점에 대해서도 해상도의 저하없이 구현될 수 있게 한다.
렌즈부를 통과하여 광학패턴부에 이르는 시선은 그대로 이르는 것이 아니라 초점으로서 이른다. 이에 따라, 좌안에 우안영상이 보이거나 우안에 좌안영상이 보이는 이른바 크로스토크 현상이 방지될 수 있다. 그리고, 입체영상을 시청할 수 있는 거리와 각도가 넓은 범위에 걸쳐 형성될 수 있다. 또한, TV와 같이 시청거리가 긴 경우에도 종래의 패럴랙스 배리어 방식처럼 영상 패널과 배리어 필터 사이의 거리를 늘리지 않아도 되기 때문에 종래의 패럴랙스 배리어 방식보다 얇게 구현될 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 입체영상 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도2는 도1의 렌즈부의 부분 사시도이다.
도3은 도2에 오버코팅층이 부가된 것이다.
도4는 도1의 광학패턴부에 형성된 광학패턴의 일 실시예의 부분 정면도이다.
도5는 도4의 다른 실시예의 부분 정면도이다.
도6은 도4의 또다른 실시예의 부분 정면도이다.
도7은 도4의 또다른 실시예의 부분 정면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다. 본 명세서에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경 입체영상 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다. 도1을 참조하면, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)는 영상 패널(100)의 전면에 장착된다.
영상 패널(100)은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 픽셀들을 포함한다. 영상 패널(100)은 다수의 픽셀들을 통해 좌안영상과 우안영상을 공간분할 방식으로 출력하는 것이다. 공간분할 방식은 픽셀들의 일부가 좌안영상을 출력함과 동시에 픽셀들의 나머지가 우안영상을 출력하는 방식이다.
예를 들어, 픽셀들의 매트릭스에서 홀수 열의 픽셀들은 좌안영상을 출력하고 동시에 짝수 열의 픽셀들은 우안영상을 출력할 수 있다. 다른 예를 들어, 홀수 행의 픽셀들은 좌안영상을 출력하고 동시에 짝수 행의 픽셀들은 우안영상을 출력할 수 있다. 또다른 예를 들어, 홀수 행의 홀수 열에 위치한 픽셀들과 짝수 행의 짝수 열에 위치한 픽셀들은 좌안영상을 출력하고 나머지 픽셀들은 우안영상을 출력할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 공간분할 방식의 영상 패널(100)에 장착되지만, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)는 시간분할 방식의 영상 패널에 장착될 수도 있다. 시간분할 방식은 모든 픽셀들이 순차적으로 좌안영상과 우안영상을 출력하는 방식이다.
픽셀들의 각각은 R(Red) 서브픽셀, G(Green) 서브픽셀, B(Blue) 서브픽셀로 구성된다. 각 서브픽셀로부터 출력되는 빛은 컬러 필터를 투과함으로써 해당 색상을 갖게 된다. R 서브픽셀, G 서브픽셀, B 서브픽셀이 모여서 가로 방향으로 배열됨으로써 하나의 픽셀이 구성된다.
영상 패널(100)로는 일반적인 LCD, LED, OLED 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 영상 패널(100)은 제1 액정부(110), 제1 투명시트층(120) 및 제1 편광판(130)을 포함할 수 있다.
제1 액정부(110)는 좌안영상 픽셀(111)과 우안영상 픽셀(112)을 포함한다. 좌안영상 픽셀(111)은 좌안영상(L)을 출력하는 픽셀이고, 우안영상 픽셀(112)은 우안영상(R)을 출력하는 픽셀이다.
본 실시예의 영상 패널(100)은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 픽셀들이 좌안영상과 우안영상을 공간분할 방식으로 출력하는 것이지만, 도1에는 설명의 편의상 예시적으로 하나의 좌안영상 픽셀(111)과 그에 인접한 하나의 우안영상 픽셀(112)만이 도시되어 있다.
픽셀(111, 112)은 각 색상의 서브픽셀들로 구성된다. 즉, 좌안영상 픽셀(111)은 나란히 가로 방향으로 배열된 R 서브픽셀(111-1), G 서브픽셀(111-2), B 서브픽셀(111-3)로 구성되고, 우안영상 픽셀(112)도 나란히 가로 방향으로 배열된 R 서브픽셀(112-1), G 서브픽셀(112-2), B 서브픽셀(112-3)로 구성된다.
픽셀(111, 112)은 서브픽셀별로 전압을 인가하는 전극 사이에 액정이 충진된 것이다. 전압이 인가된 서브픽셀에서는 액정의 배열이 변화한다. 이 상태의 액정을 투과하는 빛은 회절된다. 픽셀(111, 112)의 영상은 RGB 서브픽셀들을 투과한 빛들이 모여서 형성된다.
제1 투명시트층(120)은 제1 액정부(110)와 제1 편광판(130) 사이에 배치된다. 제1 투명시트층(120)은 제1 액정부(110)와 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200) 사이의 간격을 조절하기 위하여 삽입된다. 영상 패널(100)이 일반적인 LCD를 사용하여 구현된 경우에 제1 투명시트층(120)은 컬러필터 유리기판에 해당한다.
제1 편광판(130)은 제1 액정부(110)를 투과한 빛을 선편광한다. 제1 액정부(110)를 투과한 빛을 제1 편광판(130)에 투과시킴으로써 원하는 영상이 얻어진다. 영상 패널(100)이 일반적인 LCD를 사용하여 구현된 경우에 제1 편광판(130)은 컬러필터 유리기판에 부착된 편광판에 해당한다.
무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)는 광학패턴부 및 렌즈부를 포함한다. 광학패턴부는 제2 액정부(210), 제2 편광판(220) 및 제2 투명시트층(230)을 포함한다. 렌즈부는 베이스층(240) 및 렌즈기둥 어레이(250)를 포함한다.
렌즈기둥 어레이(250)는 렌즈기둥(251)이 반복 배열된 것이다. 렌즈기둥(251)의 단면은 원 또는 타원의 활꼴 형태이다. 즉, 렌즈기둥(251)은 볼록렌즈가 기둥의 형태로 구현된 것이다.
본 명세서에서 '폭'이라는 용어는 도1의 단면에서 가로방향의 길이를 의미한다. 렌즈기둥(251)의 폭은 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 130% 이하이다. 즉, 렌즈기둥(251)의 폭은 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 130%보다 작거나 같다.
바람직하게는, 렌즈기둥(251)의 폭은 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 120% 이하이다. 보다 바람직하게는, 렌즈기둥(251)의 폭은 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 110% 이하이다. 도1에 예시된 렌즈기둥(251)의 폭은 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 100%에 상당한다.
본 명세서에서 '세로' 방향은 도1의 단면에 수직인 방향을 의미하고, '높이'라는 용어는 도1의 단면에 수직인 방향의 길이를 의미한다. 렌즈기둥(251)의 높이는 서브픽셀들의 열의 높이에 상당한다.
렌즈기둥(251)의 폭이 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 100% 이하인 경우에, 렌즈부에는 모든 서브픽셀 열들의 각각에 대응하는 부분마다 렌즈기둥(251)이 배치된다. 이에 따라, 렌즈부에는 모든 서브픽셀들의 각각에 대응하는 부분마다 볼록렌즈가 배치된다.
렌즈기둥(251)의 폭이 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 100%를 초과하는 경우에는 일부의 서브픽셀 열들이 대응하는 렌즈기둥(251)을 갖지 못할 수도 있다. 그러나, 이러한 경우에도 렌즈기둥(251)의 폭이 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 130% 이하이면 렌즈부에는 대부분의 서브픽셀 열들의 각각에 대응하는 부분마다 렌즈기둥(251)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 렌즈부에는 대부분의 서브픽셀들의 각각에 대응하는 부분마다 볼록렌즈가 배치될 수 있다.
한편, 렌즈기둥 어레이(250)와 영상패널(100)이 함께 배치됨으로 인해 발생할 수 있는 모아레 현상(Moire effect)을 최소화하기 위하여, 렌즈기둥(251)은 서브픽셀에 대해 사선으로 배치될 수 있다. 즉, 렌즈기둥(251)은 렌즈기둥(251)의 세로방향 중심축과 서브픽셀의 세로방향 중심축 사이에 모아레 현상이 최소화되는 각도가 형성되도록 서브픽셀에 대해 비스듬하게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 이 각도는 0°보다 크고 60°이하이다. 보다 바람직하게는, 이 각도는 6°이상 15° 이하이다.
본 발명자의 실험결과, 렌즈기둥(251)의 폭이 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 100%를 초과하더라도 130% 이하이면, 모아레 현상이 최소화되는 각도로 렌즈기둥(251)이 사선으로 배치된 경우에 육안관찰시 해상도의 차이가 거의 없음이 확인되었다.
렌즈기둥(251)의 폭이 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 130%를 초과하는 경우에는 대응하는 렌즈기둥을 갖지 못하는 서브픽셀 열들의 개수가 보다 증가하게 된다. 그러한 서브픽셀 열들의 개수가 증가하는만큼 해상도는 감소하게 된다.
렌즈기둥(251)들은 베이스층(240)에 코팅되어 렌즈기둥 어레이(250)를 형성한다. 베이스층(240)은 PET 필름과 같은 투명 필름 또는 투명 유리판 등으로 제조된다. 렌즈기둥 어레이(250)가 베이스층(240) 없이도 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에 장착될 수 있는 경우에는 베이스층(240)의 생략이 가능하다.
렌즈기둥(251)을 투과하는 빛은 렌즈기둥의 굴절율과 입사각에 따라 굴절된다. 그러나, 굴절되는 각도가 크지 않기 때문에 도1에는 렌즈기둥(251)을 투과하는 빛이 편의상 직선으로 표시되어 있다.
도2는 도1의 렌즈부의 부분 사시도이다. 도2를 참조하면, 베이스층(240)에 코팅된 렌즈기둥(251)들이 렌즈기둥 어레이(250)를 형성한다. 렌즈기둥 어레이(250)는 렌티큘러 렌즈의 형태이다.
도3은 도2에 오버코팅층이 부가된 것이다. 도3을 참조하면, 렌즈기둥 어레이(250)의 앞면에 오버코팅층(260)이 부가될 수 있다. 오버코팅층(260)은 렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리를 조절하기 위하여 사용된다. 오버코팅층(260)의 앞면에는 AN 코팅된 PET 필름(미도시)이 부착될 수 있다.
이와 같이, 렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리는 오버코팅에 의해 조절될 수 있다. 또한, 렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리는 적합한 굴절율을 갖는 렌즈기둥(251)을 채택하는 것에 의해서도 조절될 수 있다.
렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리는 제2 액정부(210)가 렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리 부근에 위치하도록 조절된다. 예를 들어, 렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리는 렌즈기둥 어레이(250)로부터 제2 액정부(210)까지의 거리의 0.5배에서 1.5배 사이에 해당하도록 조절된다. 바람직하게는, 렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리는 렌즈기둥 어레이(250)로부터 제2 액정부(210)까지의 거리에 해당하도록 조절된다.
렌즈기둥 어레이(250)는 렌즈기둥(251)의 볼록한 면이 시청자를 향하지 않고 영상 패널(100)을 향하도록 배치될 수도 있다. 또한, 앞뒤 양면이 볼록한 렌즈기둥이 렌즈기둥 어레이를 형성할 수도 있다.
다시 도1을 참조하면, 광학패턴부는 렌즈부와 영상 패널(100)의 사이에 배치된다. 전술한 바와 같이, 광학패턴부는 제2 액정부(210), 제2 편광판(220) 및 제2 투명시트층(230)을 포함한다.
제2 액정부(210)는 제1 등방성 ITO 필름층, 제1 배향막, 액정층, 제2 배향막, 제2 등방성 ITO 필름층으로 구성된다.
제1 등방성 ITO 필름층은 등방성 필름을 안티블록킹(Antiblocking) 코팅한 후에 ITO 스퍼터링(sputtering)하여 패턴화한 것이다. 등방성 필름으로는 X-Y축의 위상차값(R0)이 20 이하로서 광학적으로 등방성에 근접하고, 투명전극을 코팅하여 면저항이 150 [Ω/□] 이하인 모든 필름이 사용될 수 있다. 예를 들어, 등방성 필름으로는 등방성 폴리카보네이트 필름, 시크로올레핀 필름, 폴리이소설폰 필름 등이 사용될 수 있다. 패턴화는 패턴단위(219)들이 매트릭스 형태로 배열되도록 이루어진다.
제1 배향막은 제1 등방성 ITO 필름층의 앞면에 코팅된다. 액정층은 제1 배향막의 앞면에 코팅된다. 제2 배향막은 제2 등방성 ITO 필름층의 뒷면에 코팅되고, 제2 배향막이 코팅된 제2 등방성 ITO 필름층이 액정층의 앞면에 코팅된다. 이에 따라, 제2 배향막이 액정층의 앞면에 위치한다. 제2 등방성 ITO 필름층의 앞면에는 제2 투명시트층(220)이 부착된다.
후술되는 바와 같이 액정층은 빛을 차단하거나 투과하는 기능을 제공한다. 액정층이 제1 배향막과 제2 배향막 없이도 이러한 기능을 제공할 수 있다면 제1 배향막과 제2 배향막이 생략될 수도 있다.
이와 같이, 제2 액정부(210)는 제1 등방성 ITO 필름층과 제2 등방성 ITO 필름층 사이에 액정이 충진된 것이다. 제2 액정부(210)를 구현하기 위하여 TFT-TN, TFT-VA, TFT-IPS, TN, OCB, ECB, PDLC 또는 STN 형태의 액정 디스플레이가 사용될 수 있고, 이들 밖에도 다양한 모드의 액정 디스플레이가 사용될 수 있다.
제1 등방성 ITO 필름층의 패턴화에 따라 제2 액정부(210)에는 매트릭스 형태로 배열된 패턴단위(219)들이 형성된다. 패턴단위(219)의 폭은 렌즈기둥(251)의 폭의 1/2N (N은 시점의 개수) 보다 크거나 같고 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 1/2N 보다 작거나 같다.
시점의 개수(N)는 입체영상을 동시에 시청할 수 있는 시청자들의 수를 의미한다. 예를 들어, 시점의 개수(N)가 2라는 것은 입체영상을 동시에 시청할 수 있는 시청자들이 2인임을 의미한다. 즉, 시점의 개수(N)가 2라는 것은 2인시점이 제공됨을 의미한다.
예를 들어, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 도1과 같이 시청자들 A, B를 위한 2인시점을 제공하는 경우에 패턴단위(219)의 폭은 렌즈기둥(251)의 폭의 1/4 보다 크거나 같고 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 1/4 보다 작거나 같도록 설정된다.
다른 예를 들어, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 4인시점을 제공하는 경우에 패턴단위(219)의 폭은 렌즈기둥(251)의 폭의 1/8 보다 크거나 같고 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 1/8보다 작거나 같도록 설정된다.
패턴단위(219)의 높이는 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 높이에 상당하도록 설정된다. 즉, 패턴단위(219)의 높이는 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 높이와 일치하거나 근접하도록 설정된다.
제1 등방성 ITO 필름층과 제2 등방성 ITO 필름층은 패턴단위(219)별로 전압을 인가하기 위한 전극으로서 사용된다. 제2 액정부(210)는 이러한 전극을 통해 패턴단위(219)별로 전압을 인가할 수 있는 전압인가부(미도시)를 갖는다.
전압인가부가 전극을 통해 특정 패턴단위들에 전압을 인가하면 액정층에서는 해당 패턴단위들에 해당하는 부분마다 액정 배열이 변화한다. 이 상태의 액정층을 투과한 좌안영상(L) 또는 우안영상(R)에서는 1/2λ 만큼의 위상 변화가 발생한다.
전압이 인가되지 않은 패턴단위들에 대해서는 액정 배열이 변화하지 않는다. 이 상태의 액정층을 투과한 좌안영상(L) 또는 우안영상(R)에서는 위상 변화가 발생하지 않는다.
제2 편광판(220)은 제2 액정부(210)와 렌즈부의 사이에 배치된다. 제2 편광판(220)은 제2 액정부(210)를 투과한 영상을 선편광한다. 제2 액정부(210)를 투과한 영상은 두 종류로 분류된다. 한 종류는 전압이 인가된 패턴단위를 투과한 영상이고 나머지 종류는 전압이 인가되지 않은 패턴단위를 투과한 영상이다. 두 종류의 영상들 사이에는 1/2λ 만큼의 위상차가 존재한다. 이 위상차로 인하여, 두 종류 중에서 어느 한 종류만이 제2 편광판(220)을 투과하고 나머지 종류는 제2 편광판(220)에서 차단된다.
예를 들어, 전압이 인가되지 않은 패턴단위를 투과한 영상은 제2 편광판(220)을 투과하고, 전압이 인가된 패턴단위를 투과한 영상은 제2 편광판(220)에서 차단된다. 이러한 경우에, 전압이 인가되지 않은 패턴단위는 광학패턴부의 투광부를 형성하게 되고 전압이 인가된 패턴단위는 광학패턴부의 차광부를 형성하게 된다.
이와 같이, 제2 액정부(210)에 매트릭스 형태로 배열된 패턴단위들의 각각은 광학패턴부의 차광부 또는 투광부를 형성한다. 차광부와 투광부는 제2 액정부(210)에서의 액정배열에 있어서 상이하다. 광학패턴부에는 차광부들과 투광부들로 구성되는 광학패턴이 형성된다.
제2 투명시트층(230)은 렌즈부와 제2 액정부(210)의 사이에 배치된다. 본 실시예에서는 제2 액정부(210)의 앞면에 제2 편광판(220)이 배치되고, 제2 편광판(220)의 앞면에 제2 투명시트층(230)이 배치되어 있다. 그러나, 제2 편광판(220)의 위치와 제2 투명시트층(230)의 위치가 서로 바뀔 수도 있다. 즉, 제2 액정부(210)의 앞면에 제2 투명시트층(230)이 배치되고, 제2 투명시트층(230)의 앞면에 제2 편광판(220)이 배치될 수도 있다.
제2 투명시트층(230)이 렌즈부와 제2 액정부(210)의 사이에 배치됨에 따라, 제2 투명시트층(230)의 두께를 조절함으로써 렌즈부와 제2 액정부(210) 사이의 거리가 조절될 수 있다.
제2 투명시트층(230)의 두께는 렌즈기둥 어레이(251)를 통과하여 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)을 향하는 양안시선 중에서 좌안시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분과 우안시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분 사이의 거리가 패턴단위의 폭에 해당하도록 결정된다.
광학패턴은 렌즈기둥 어레이(251)를 통과하여 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 형성된다.
보다 구체적으로, 광학패턴은 좌안영상 서브픽셀들(111-1 내지 3)의 각각에 대해서는 좌안시선이 통과되고 우안시선이 차단되도록 하며, 우안영상 서브픽셀들(112-1 내지 3)의 각각에 대해서는 우안시선이 통과되고 좌안시선이 차단되도록 형성된다.
이러한 선택적 차단을 위하여, 제2 액정부(210)에는 좌안영상 서브픽셀들(111-1 내지 3)의 각각을 향하는 양안시선 중에서 좌안시선이 이르는 부분에는 투광부가 배치되고 우안시선이 이르는 부분에는 차광부가 배치된다. 또한, 제2 액정부(210)에는 우안영상 서브픽셀들(112-1 내지 3)의 각각을 향하는 양안시선 중에서 좌안시선이 이르는 부분에는 차광부가 배치되고 우안시선이 이르는 부분에는 투광부가 배치된다.
서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)을 향하는 양안시선이 렌즈기둥 어레이(251)를 통과하여 제2 액정부(210)에 이르른 부분들 사이의 거리가 패턴단위의 폭에 해당하기 때문에 서로 인접한 패턴단위들 중의 어느 하나에 투광부를 형성하고 나머지 하나에 차광부를 형성함으로써 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)을 향하는 양안시선 중의 어느 하나를 선택적으로 차단할 수 있게 된다. 이렇게 서로 인접한 투광부와 차광부의 쌍은 전체 광학패턴을 구성하는 서브패턴을 형성한다.
서브패턴을 이용하여 좌안영상 서브픽셀들(111-1 내지 3)을 향하는 양안시선에 대해서는 우안시선을 차단하고 좌안시선을 통과시키며 우안영상 서브픽셀들(112-1 내지 3)을 향하는 양안시선에 대해서는 좌안시선을 차단하고 우안시선을 통과시키는 것이 가능하고, 이러한 선택적 차단은 시청자가 양안시차를 통해 입체영상을 시청할 수 있게 한다.
무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 2인시점 이상의 다인시점을 제공하는 경우에 광학패턴 형성은 다인시점의 각각에서의 시선들을 고려하여 이루어진다. 예를 들어, 도1과 같이 시점의 개수(N)가 2인 경우에는 2인시점들 중의 어느 하나에 위치한 시청자 A의 좌안시선 및 우안시선과 나머지 하나에 위치한 시청자 B의 좌안시선 및 우안시선을 모두 고려하여 광학패턴이 형성된다.
보다 구체적으로, 광학패턴에는 서브픽셀별 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 서브패턴들이 적어도 N 개 포함된다. 서브픽셀별 볼록렌즈는 렌즈기둥 어레이(251)에서 서브픽셀들(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 각각에 대응하는 부분을 의미한다.
예를 들어, 도1과 같이 시점의 개수(N)가 2인 경우에는 서브픽셀별 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 서브패턴들이 적어도 2개 포함된다. 서브패턴은 좌측에 투광부가 우측에 차광부가 형성된 것일 수도 있고, 좌측에 차광부가 우측에 투광부가 형성된 것일 수도 있다.
광학패턴에는 서브픽셀별 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 패턴단위들이 적어도 2개 존재한다. 이에 따라, 서브픽셀별 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 적어도 하나의 서브패턴이 포함될 수 있다. 서브픽셀별 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 패턴단위들이 적어도 4개 존재하는 경우에는 서브픽셀별 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 적어도 2개의 서브패턴들이 포함될 수 있음으로써 2인시점 이상의 다인시점이 제공될 수 있다.
이러한 광학패턴으로 인하여, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)가 다인시점을 제공하는 경우에도 영상패널을 구성하는 모든 서브픽셀들이 다인시점들의 각각을 위하여 제공될 수 있다. 따라서, 무안경 입체영상이 다인시점에 대해서도 해상도의 저하없이 구현될 수 있다. 그리고, 다인시점들의 각각에 위치한 시청자는 독립적으로 입체영상을 시청할 수 있다.
바람직하게는, 다인시점들의 개수는 10인 이하이다. 이는 광학패턴부 제조에 있어서의 용이성 및 비용을 고려한 것이다. 이러한 사항들이 문제되지 않는다면 다인시점들의 개수는 10인을 초과할 수도 있다.
만일 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에 렌즈부가 없다면 시청자의 시선이 그대로 제2 액정부(210)에 이를 것이다. 그러면, 시청자의 시선은 제2 액정부(210) 상에서 패턴단위의 폭보다 더 넓은 범위에 걸쳐 이를 것이다. 이에 따라, 정면이 아닌 측면에 위치한 시점에서는 좌안에 좌안영상(L) 뿐만 아니라 우안영상(R)도 보이거나 우안에 우안영상(R) 뿐만 아니라 좌안영상(L)도 보이는 현상이 발생할 수 있다.
그러나, 렌즈부는 시청자의 시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분의 면적을 줄인다. 렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리는 바람직하게는 렌즈기둥 어레이(250)부터 제2 액정부(210)까지의 거리에 해당하기 때문에 렌즈부는 시청자의 시선이 제2 액정부(210)에 그대로 이르는 것이 아니라 초점으로 이르게 한다.
렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리가 렌즈기둥 어레이(250)로부터 제2 액정부(210)까지의 거리와 일치하지는 않지만 근접하는 경우에도 시청자의 시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분의 면적은 현저하게 줄어든다. 예를 들어, 렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리가 렌즈기둥 어레이(250)로부터 제2 액정부(210)까지의 거리의 0.5배에서 1.5배 사이에 해당하는 경우에도 시청자의 시선이 제2 액정부(210)에 이르는 부분의 면적은 현저하게 줄어든다.
이에 따라, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에서는 렌즈부가 없는 경우의 위와 같은 현상이 발생하지 않는다. 그리고, 입체영상을 시청할 수 있는 거리와 각도도 넓은 범위에 걸쳐 형성될 수 있다.
패턴단위의 폭은 서브픽셀의 폭의 1/2N 보다 작거나 같지만 제2 액정부(210)가 렌즈기둥 어레이(250)의 초점거리 부근에 위치하기 때문에 이렇게 작은 폭을 갖는 패턴단위를 이용하여 시청자의 시선을 선택적으로 차단하는 것이 가능해진다.
만일 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에 광학패턴부가 없다면 시청자의 좌안에는 좌안영상(L)과 우안영상(R)이 모두 보이게 될 것이고 시청자의 우안에도 좌안영상(L)과 우안영상(R)이 모두 보이게 될 것이다. 왜냐하면 렌즈기둥(251)의 폭이 서브픽셀(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)의 폭의 130% 이하이기 때문에 렌즈기둥 어레이(250)가 좌안영상(L)과 우안영상(R)을 분리할 수 없기 때문이다.
그러나, 광학패턴부에 형성된 광학패턴은 렌즈기둥 어레이(251)를 통과하여 서브픽셀들(111-1 내지 3, 112-1 내지 3)을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 한다. 이에 따라, 무안경 입체영상 디스플레이 장치(200)에서는 광학패턴부가 없는 경우의 위와 같은 현상이 발생하지 않는다.
그리고, 서브픽셀의 폭의 130% 이하인 짧은 폭을 갖는 볼록렌즈가 서브픽셀에 대응하는 부분마다 배치되기 때문에 볼록렌즈 효과가 발생하더라도 모든 서브픽셀들의 색상이 렌즈부에 상을 맺을 수 있다. 이는 종래의 렌티큘러 방식에서의 상퍼짐 현상을 방지할 수 있다.
만일 제2 투명시트층(230) 없이도 렌즈부와 제2 액정부(210) 사이에 필요한 거리를 확보할 수 있다면 제2 투명시트층(230)이 생략될 수도 있다.
제2 액정부(210)는 PNLC(Polymer Network Liquid Crystal)형 가변 셔터(Switchable Display Shutter)로서 기능한다. 그래서, 광학패턴부에 형성된 광학패턴은 가변적이다. 제2 액정부(210)에서 전압이 인가되는 패턴단위들이 변경되면 광학패턴부에 형성된 광학패턴도 변경된다. 따라서, 카메라로 시청자의 위치들을 감지하고 광학패턴을 감지된 위치들에 적합하도록 형성하는 것이 가능하다.
어느 시청자가 이동한 경우에도 카메라로 이동 후의 위치를 감지하여 광학패턴을 이동 후의 위치에 적합한 것으로 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 이동 후의 위치에서는 좌안에 우안영상(R)이 보이고 우안에 좌안영상(L)이 보일 수도 있으나 광학패턴을 이동 후의 위치에 적합한 것으로 변경함으로써 좌안에 좌안영상(L)이 보이고 우안에 우안영상(R)이 보이도록 조정하는 것이 가능하다.
입체영상이 아닌 일반영상을 시청하는 경우에 광학패턴부는 제2 액정부(210)의 어떠한 패턴단위에도 전압을 인가하지 않거나 모든 패턴단위에 전압을 인가함으로써 광학패턴을 투광부로만 구성할 수 있다. 이에 따라, 일반영상을 시청하는 경우에도 픽셀의 감소에 따른 화질의 저하가 발생하지 않는다.
도4는 도1의 광학패턴부에 형성된 광학패턴의 일 실시예의 부분 정면도이다. 도4를 참조하면, 제1 광학패턴(210A)은 차광부(211)와 투광부(212)가 행마다 그리고 열마다 차례로 반복 배치된 매트릭스 형태이다.
차광부(211)와 투광부(212)의 각각의 크기는 제2 액정부(210)의 패턴단위의 크기에 상당한다. 제1 광학패턴(210A)의 단위 높이는 단위픽셀의 높이에 상당한다.
제1 광학패턴(210A)은 픽셀들의 매트릭스에서 좌안영상을 출력하는 픽셀과 우안영상을 출력하는 픽셀이 행마다 차례로 반복된 경우에 적용될 수 있다. 즉, 제1 광학패턴(210A)은 픽셀들의 매트릭스에서 좌안영상과 우안영상이 탑 앤 바텀(top and bottom) 형으로 출력되는 경우에 적용될 수 있다.
도5는 도4의 다른 실시예의 부분 정면도이다. 도5를 참조하면, 제2 광학패턴(210B)에는 두 개의 투광부(212)들이 가로 방향으로 연속 배치되어 형성된 장폭 투광부(213)들과 두 개의 차광부(211)들이 가로 방향으로 연속 배치되어 형성된 장폭 차광부(214)들이 존재한다.
이러한 연속 배치는 서로 인접한 볼록렌즈들의 각각에 대응하는 광학패턴들이 연속적으로 배치되면서 그 경계에 위치한 패턴단위가 투광부 또는 차광부로서 동일한 경우에 발생할 수 있다.
제2 광학패턴(210B)은 차광부(211) 또는 광폭 차광부(214)와 투광부(212) 또는 광폭 투광부(213)가 행마다 그리고 열마다 차례로 반복 배치된 매트릭스 형태이다. 제2 광학패턴(210B)의 단위 높이도 단위 픽셀들의 높이에 상당한다.
제2 광학패턴(210B)은 픽셀들의 매트릭스에서 좌안영상과 우안영상이 체커보드(checkerboard)형으로 출력되는 경우에 적용될 수 있다.
도6은 도4의 또다른 실시예의 부분 정면도이다. 도6을 참조하면, 제3 광학패턴(210C)에는 다수의 차광부들이 세로 방향으로 연속 배치되어 형성된 차광부 열(215)과 다수의 투광부들이 세로 방향으로 연속 배치되어 형성된 투광부 열(216)이 존재한다.
제3 광학패턴(210C)은 차광부 열(215)과 투광부 열(216)이 가로 방향으로 차례로 반복 배치된 형태이다. 제3 광학패턴(210C)의 단위 높이는 픽셀들의 매트릭스의 전체 높이, 즉 영상 패널의 높이에 상당한다.
제3 광학패턴(210C)은 픽셀들의 매트릭스에서 좌안영상과 우안영상이 시간분할 방식으로 출력되는 경우에 적용될 수 있다.
도7은 도4의 또다른 실시예의 부분 정면도이다. 도7을 참조하면, 제4 광학패턴(210D)에는 두 개의 투광부 열(216)들이 가로 방향으로 연속 배치되어 형성된 장폭 차광부 열(217)들과 두 개의 차광부 열(217)들이 가로 방향으로 연속 배치되어 형성된 장폭 투광부 열(218)들이 존재한다.
이러한 연속 배치는 서로 인접한 렌즈기둥들의 각각에 대응하는 광학패턴들이 연속적으로 배치되면서 그 경계에 위치한 패턴단위 열들이 투광부 열 또는 차광부 열로서 동일한 경우에 발생할 수 있다.
제4 광학패턴(210D)은 차광부 열(215) 또는 장폭 차광부 열(217)과 투광부 열(216) 또는 장폭 투광부 열(217)이 가로 방향으로 차례로 반복 배치된 형태이다. 제4 광학패턴(210D)의 단위 높이도 픽셀들의 매트릭스의 전체 높이, 즉 영상 패널의 높이에 상당한다.
제4 광학패턴(210D)은 픽셀들의 매트릭스에서 홀수 열의 픽셀들은 일안영상을 출력하고 동시에 짝수 열의 픽셀들은 타안영상을 출력하는 경우에 적용될 수 있다. 즉, 제4 광학패턴(210D)은 픽셀들의 매트릭스에서 일안영상과 타안영상이 사이드 바이 사이드(side by side)형으로 출력되는 경우에 적용될 수 있다.
한편, 광학패턴부는 본 실시예처럼 광학패턴을 이용한 선택적 차단을 통해 시청자에게 양안시차를 발생시킬 수 있는 것이라면 본 실시예와는 다른 형태로 구현될 수도 있다.
예를 들어, 광학패턴부는 투명 필름에 흑색 잉크를 프린트한 필터, 편광판을 선택적으로 에칭한 필름, 편광판과 조합된 1/2λ 패턴리타더 필름, 편광판 및 1/4λ 리타더 필름과 조합된 1/4λ 패턴 리타더 필름, 편광판과 조합된 액정 디스플레이 등으로 구현될 수도 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 영상 패널의 전면에 장착되는 무안경 입체영상 디스플레이 장치로서, 상기 영상 패널은 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 다수의 픽셀들을 포함하고, 상기 픽셀은 각 색상의 서브픽셀들로 구성되고, 상기 장치는:
    상기 서브픽셀에 대응하는 부분마다 상기 서브픽셀의 폭의 130% 이하인 폭을 갖는 볼록렌즈가 배치된 렌즈부; 및
    상기 렌즈부와 상기 영상 패널의 사이에 배치되고, 상기 볼록렌즈를 통과하여 상기 서브픽셀을 향하는 좌안시선 또는 우안시선이 양안시차로 인해 선택적으로 통과되거나 차단되도록 광학패턴이 형성되는 광학패턴부를 포함하고,
    상기 광학패턴은 매트릭스 형태로 배열된 패턴단위들의 각각이 상기 통과를 위한 투광부 또는 상기 차단을 위한 차광부를 형성함으로써 구성되고, 상기 광학패턴부는 상기 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 상기 패턴단위들이 적어도 2개 존재하는 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 픽셀은 상기 각 색상의 서브픽셀들이 나란히 가로 방향으로 배열된 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광학패턴은
    좌안영상을 출력하는 서브픽셀에 대해서는 좌안시선이 통과되고 우안시선이 차단되도록 하며, 우안영상을 출력하는 서브픽셀에 대해서는 우안시선이 통과되고 좌안시선이 차단되도록 형성되는 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학패턴은
    상기 차광부와 상기 투광부가 서로 인접하여 형성된 서브패턴이 상기 볼록렌즈에 대응하는 부분마다 적어도 하나 포함된 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광학패턴부는
    상기 패턴단위별로 전압을 인가하기 위한 전극 사이에 액정이 충진된 액정부; 및
    상기 액정부와 상기 렌즈부의 사이에 배치된 편광판을 포함하고,
    상기 차광부와 상기 투광부는 상기 액정부에서의 액정배열에 있어서 상이한 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 렌즈부는
    상기 볼록렌즈를 통과하여 상기 서브픽셀을 향하는 양안시선 중에서 좌안시선이 상기 액정부에 이르는 부분과 우안시선이 상기 액정부에 이르는 부분 사이의 거리가 상기 패턴단위의 폭에 해당하게 되는 거리만큼 상기 액정부로부터 떨어져 있는 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광학패턴부는
    상기 렌즈부와 상기 액정부 사이의 거리를 확보하기 위하여 상기 렌즈부와 상기 액정부 사이에 배치된 투명시트층을 더 포함하는 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 렌즈부는
    렌즈기둥이 반복 배열된 렌즈기둥 어레이를 포함하고, 상기 렌즈기둥의 폭은 상기 서브픽셀의 폭의 130% 이하이고, 상기 렌즈기둥의 단면은 원 또는 타원의 활꼴 형태인 것인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
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