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KR101981527B1 - 무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법 - Google Patents

무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법에 관한 것으로, 그 무안경 입체 영상 표시장치는 좌안 영상과 우안 영상의 데이터를 표시하는 표시패널; 및 상기 표시패널 상에 배치되거나 상기 표시패널에 내장되어 상기 좌안 영상과 우안 영상의 광축을 분리하는 3D 셀을 포함한다. 상기 3D 셀의 프레임 레이트는 상기 표시패널의 프레임 레이트 보다 높다.

Description

무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법{AUTOSTEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법에 관한 것이다.
입체 영상 표시 기술의 발달로 인하여, 텔레비젼이나 모니터와 같은 표시장치에 입체 영상 재현 기술이 적용되어 가정에서도 3D 입체 영상을 감상할 수 있게 되었다. 입체 영상 표시장치는 안경 방식과 무안경 방식으로 나뉘어질 수 있다. 안경 방식은 직시형 표시소자나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꿔서 또는 시분할 방식으로 표시하고, 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 입체 영상을 구현한다. 무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴랙스 베리어(parallax barrier, 이하 "베리어"라 함), 렌티큘라 렌즈(lenticular lens, 이하 "렌즈"라 함) 등의 광학 부품을 표시 화면의 앞이나 뒤에 설치하여 입체 영상을 구현한다.
최근에는 패럴랙스 베리어나 렌티큘라 렌즈를 고정된 광학 필름으로 형성하는 기술 뿐만 아니라 액정층에 인가되는 전압을 조절하여 베리어와 렌즈를 구현한 3D 셀(cell)도 개발되고 있다. 3D 셀(cell)은 전기적으로 제어 가능한 액정층을 이용하여 3D 영상 데이터의 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터의 광축을 분리하는 광학 부품으로 정의된다. 이 3D 셀로 인하여, 시청자는 좌안을 통해 좌안 영상이 표시되는 픽셀들을 보게 되고, 우안을 통해 우안 영상이 표시되는 픽셀들을 보게 되어 양안시차를 느낀다. 3D 셀은 스위쳐블 베리어(switchable barrier)나 스위쳐블 렌즈(switchable lens)로 구현될 수있다. 본원 출원인은 미국출원 13/077565, 미국출원 13/325272, 대한민국 출원 10-2010-0030531, 대한민국 출원 10-2010-0130547 등을 통해 스위쳐블 베리어와 스위쳐블 렌즈를 제안한 바 있다.
액정 분자들에 직류 전압이 장시간 인가되면 액정 분자의 원치 않는 전기화학적 반응으로 인하여 액정 분자가 열화되고 잔상이 남는 등 여러 가지 문제가 초래된다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 액정표시장치의 액정층과 3D 셀의 액정층은 전압의 극성이 주기적으로 반전되는 교류 전압으로 구동되고 있다. 예를 들면, 기수 번째 프레임 기간에는 액정셀에 정극성 전압이 인가되고, 우수 번째 프레임 기간에는 부극성 전압이 인가된다. 그런데, 3D 셀의 액정층을 교류 전압으로 구동하면, 액정표시장치와 마찬가지로 액정층에 인가되는 전압의 극성에 따라 킥백전압(kickback voltage)이 달라지므로 같은 극성의 전압이 반복되는 주기로 플리커(flcker)가 보일 수 있다. 액정표시장치의 플리커와 3D 셀의 플리커가 동기되면 플리커가 더 심해진다. 액정표시장치에 표시되는 영상의 표시품질이 우수하더라도 스위쳐블 베리어 또는 스위쳐블 렌즈의 플리커로 인하여 입체 영상이 떨어질 수 있다.
본 발명은 플리커를 방지할 수 있는 무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법을 제공한다.
본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 좌안 영상과 우안 영상의 데이터를 표시하는 표시패널; 및 상기 표시패널 상에 배치되거나 상기 표시패널에 내장되어 상기 좌안 영상과 우안 영상의 광축을 분리하는 3D 셀을 포함한다. 상기 3D 셀의 프레임 레이트는 상기 표시패널의 프레임 레이트 보다 높다.
상기 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법은 상기 3D 셀의 프레임 레이트를 상기 표시패널의 프레임 레이트 보다 높게 제어한다.
본 발명은 3D 셀의 프레임 레이트를 표시패널의 프레임 레이트 보다 높게 제어하여 3D 셀의 플리커를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 무안경 입체 영상 표시장치의 렌즈를 보여 주는 단면도이다.
도 3은 무안경 입체 영상 표시장치의 베리어를 보여 주는 단면도이다.
도 4 및 도 5는 무안경 입체 영상 표시장치에서 스위쳐블 렌즈나 스위쳐블 베리어를 이용하여 해상도 손실 없이 입체 영상을 구현할 수 있는 구동 방법의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 3D 셀의 일예를 보여 주는 단면도이다.
도 7은 3D 셀에 형성된 베리어의 시프트 동작을 예시하는 도면이다.
도 8 및 도 9는 표시패널과 3D 셀의 프레임 레이트가 같은 예를 보여 주는 파형도이다.
도 10은 도 9와 같은 구동 방법에서 나타나는 30 Hz 플리커를 보여 주는 파형도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 셀의 구동 전압과 표시패널의 액정 응답 곡선을 보여 주는 도면들이다.
도 14 및 도 15는 스위쳐블 렌즈의 굴절률과 구동 전압의 관계를 보여 주는 도면들이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3D 셀의 구동 전압과 표시패널의 액정 응답 곡선을 보여 주는 도면이다.
도 18은 3D 셀의 스위치소자들을 보여 주는 회로도이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3D 셀의 구동 전압과 표시패널의 액정 응답 곡선을 보여 주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
실시예 설명에 앞서 실시예에서 이용되는 일부 용어들에 대하여 정의하면 다음과 같다.
본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전계방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시장치 기반으로 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 표시패널(100), 표시패널 구동부, 3D 셀(200), 3D 셀 구동부(210), 타이밍 콘트롤러(101) 등을 포함한다.
표시패널(100)에는 데이터라인들(105)과 게이트라인들(또는 스캔라인들)(106)이 직교되고, 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이(PIX)를 포함한다. 픽셀들 각각은 서로 다른 색의 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(PIX)는 2D 모드에서 2D 영상을 표시하고, 3D 모드에서 좌안 영상과 우안 영상을 분리하여 표시한다.
표시패널 구동부는 표시패널(100)의 데이터라인들(105)에 2D/3D 영상의 데이터전압들을 공급하기 위한 데이터 구동회로(102)와, 표시패널(100)의 게이트라인들(106)에 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 순차적으로 공급하기 위한 게이트 구동회로(103)를 포함한다. 이 표시패널 구동부는 3D 모드에서 멀티 뷰 영상 데이터 포맷의 데이터로 입력된 좌안 및 우안 영상 데이터를 표시패널(100)의 픽셀들에 공간적으로 분산하여 기입할 수 있다.
데이터 구동회로(102)는 타이밍 콘트롤러(101)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 아날로그 감마전압으로 변환하여 데이터전압들을 발생하고 그 데이터전압을 표시패널(100)의 데이터라인들(105)에 공급한다. 게이트 구동회로(103)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 데이터라인들(105)에 공급되는 데이터전압과 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(106)에 공급하고, 그 스캔펄스를 순차적으로 시프트시킨다.
3D 셀(200)은 도 2 내지 도 6과 같은 스위쳐블 렌즈(LENS)나 스위쳐블 베리어(BAR)로 구현될 수 있다. 3D 셀(200)은 표시패널(100)의 앞이나 뒤에 접합되거나 혹은 표시패널(100)에 내장되어 3D 영상 데이터의 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터의 광축을 분리한다. 스위쳐블 베리어(BAR)나 스위쳐블 렌즈(LENS)는 액정과 같은 복굴절 매질, 전극 등을 포함하고 3D 셀 구동부(210)에 의해 전기적으로 구동되어 좌안 영상과 우안 영상의 빛의 광축을 분리시킨다. 3D 셀(200)의 액정층은 전극을 통해 인가되는 전압 레벨에 따라 액정 분자들을 회동시켜 액정 분자들의 굴절율을 조절함으로써 액정의 굴절율 차이를 이용하여 빛을 차단하는 베리어나 렌즈 곡면과 같이 빛을 굴절시키는 렌즈를 형성한다.
3D 셀 구동부(210)는 타이밍 콘트롤러(101)의 제어 하에 3D 모드에서 표시패널(100)의 픽셀 어레이에 기입되는 픽셀 데이터와 동기하여 스위쳐블 베리어(BAR) 또는 스위쳐블 렌즈(LENS)를 도 4 및 도 5와 같이 시프트(shift)시킨다.
타이밍 콘트롤러(101)는 호스트 시스템(110)으로부터 입력되는 2D/3D 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 데이터 구동회로(102)에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(101)는 2D/3D 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와 동기되어 호스트 시스템(110)로부터 입력된 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 메인 클럭 등의 타이밍신호를 수신한다. 타이밍 콘트롤러(101)는 호스트 시스템(110)으로부터 수신된 타이밍 신호를 이용하여 표시패널 구동부(102, 103), 3D 셀 구동부(210) 각각의 동작 타이밍을 제어하고 그 구동부들(102, 103, 210)의 동작 타이밍을 동기시키기 위한 타이밍 제어신호들(DDC, GDC, 3DC)을 발생한다.
타이밍 콘트롤러(101)는 입력 영상의 프레임 레이트×N(N은 2 이상의 양의 정수) Hz의 주파수로 프레임 레이트를 높여 표시패널 구동부(102, 103)와 3D 셀 구동부(210)의 동작 주파수를 N 배 체배된 프레임 레이트로 제어할 수 있다. 입력 영상의 프레임 레이트(frame rate)는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다. 특히, 타이밍 콘트롤러(101)는 사용가 느낄 수 있는 3D 셀(200)의 플리커 문제를 방지하기 위하여, 표시패널의 프레임 레이트(Hz) 보다 3D 셀(200)의 프레임 레이트(Hz)를 더 높게 제어한다. 3D 셀(200)의 프레임 레이트는 표시패널(100)의 그 것 보다 N 배 높은 주파수로 제어될 수 있다. 예컨대, 타이밍 콘트롤러(101)는 표시패널(100)의 프레임 레이트를 120Hz(또는 100Hz)로 제어하고, 3D 셀(200)의 프레임 레이트(Hz)를 표시패널(100)이 프레임 레이트 보다 2 배 높은 240Hz(또는 200Hz)로 제어할 수 있다. 입력 영상의 프레임 레이트(입력 프레임 레이트)가 60Hz(또는 50Hz) 일 때, 타이밍 콘트롤러(101)는 입력 프레임 레이트를 2 배 체배한 주파수로 표시패널(100)의 프레임 레이트를 높이고, 입력 프레임 레이트를 4 배 체배한 주파수로 3D 셀(200)의 프레임 레이트(Hz)를 높일 수 있다.
호스트 시스템(110)과 타이밍 콘트롤러(101) 사이에는 3D 데이터 포맷터(data formatter, 120)가 설치될 수 있다. 3D 데이터 포맷터(120)는 3D 모드에서 호스트 시스템(110)으로부터 입력되는 3D 영상의 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 멀티 뷰 영상 데이터 포맷으로 재정렬하여 타이밍 콘트롤러(101)에 전송한다. 3D 데이터 포맷터(120)는 3D 모드에서 2D 영상 데이터가 입력되면 미리 설정된 2D-3D 영상 변환 알고리즘을 실행하여 2D 영상 데이터로부터 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 생성하고 그 데이터들을 멀티 뷰 영상 데이터 포맷으로 재정렬하여 타이밍 콘트롤러(101)에 전송할 수 있다.
호스트 시스템(110)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(110)은 스케일러(scaler)를 이용하여 2D/3D 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(PNL, 100)의 해상도에 맞는 포맷으로 변환하고 그 데이터와 함께 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(101)로 전송한다.
호스트 시스템(110)은 2D 모드에서 2D 영상을 타이밍 콘트롤러(101)에 공급하는 반면, 3D 모드에서 3D 영상 또는 2D 영상 데이터를 3D 데이터 포맷터(120)에 공급한다. 호스트 시스템(110)은 유저 인터페이스(112)를 통해 입력되는 사용자 데이터에 응답하여 타이밍 콘트롤러(101)에 모드 신호를 전송하여 무안경 입체 영상 표시장치의 동작 모드를 2D 모드와 3D 모드에서 스위칭할할 수 있다. 유저 인터페이스(112)는 키패드, 키보드, 마우스, 온 스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 리모트 콘트롤러(Remote controller), 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface, GUI), 터치 UI(User Interface), 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 구현될 수 있다. 사용자는 유저 인터페이스를 통해 2D 모드와 3D 모드를 선택할 수 있고, 3D 모드에서 2D-3D 영상 변환을 선택할 수 있다.
도 4 및 도 5는 무안경 입체 영상 표시장치에서 스위쳐블 렌즈나 스위쳐블 베리어를 이용하여 해상도 손실 없이 입체 영상을 구현할 수 있는 구동 방법의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 입력 영상의 프레임 레이트를 2 배 체배하여 프레임 레이트를 빠르게 한다.
본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 도 4의 (a)와 같이 픽셀 어레이(PIX)에 기입되는 픽셀 데이터들을 매 프레임 기간(SF1, SF2)마다 시프트시키고, 또한 픽셀 데이터와 동기하여 3D 셀(200)에 형성된 베리어나 렌즈를 시프트시킨다. 이러한 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법은 본원 출원인에 의해 기출원된 대한민국 특허 출원 10-2011-0134699호에 상세히 설명되어 있다. 도 4의 (b)는 3D 셀(200)로 인하여 분리된 좌안 인식 영상과 우안 인식 영상을 보여 준다.
도 4의 (c)는 시청자가 제1 및 제2 프레임 기간(SF1, SF2) 동안 누적된 좌안 인식 영상과 우안 인식 영상을 보여 준다. 도 4의 (c)에서 알 수 있는 바와 같이, 3D 셀(200)과 표시패널(100)에 기입되는 픽셀 데이터를 적절히 시프트시키면 해상도 저하 없는 무안경 입체 영상 표시장치를 구현할 수 있다. 도 4에서, "oL1, oL2"는 기수 번째 프레임 기간 동안 픽셀 어레이(PIX)의 픽셀들에 기입된 좌안 영상 데이터이고, "oR1, oR2"는 기수 번째 프레임 기간(SF1) 동안 픽셀 어레이(PIX)의 픽셀들에 기입된 우안 영상 데이터이다. "eL1, eL2"는 우수 번째 프레임 기간 동안 픽셀 어레이(PIX)의 픽셀들에 기입된 좌안 영상 데이터이고, "eR1, eR2"는 우수 번째 프레임 기간(SF2) 동안 표시패널(PNL)의 픽셀들에 기입된 우안 영상 데이터이다.
도 6은 3D 셀(200)의 일 예를 보여 주는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 3D 셀(200)은 하부 기판(10)과 상부 기판(20) 사이에 형성된 액정층(18), 분할된 하부 전극들(14a, 14b), 상부 기판(20)에 형성된 상부 전극(22) 등을 포함한다.
하부 기판(10)과 상부 기판(20) 각각은 투명한 소재의 기판으로 제작된다. 전극들(14a, 14b, 22)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극 소재로 형성된다. 하부 전극들(14a, 14b)은 전극 패턴들 간의 간격을 최소화하여 액정층(18)의 액정 분자들을 세밀하게 제어하기 위하여 투명 절연층들(12, 16)에 의해 위 아래 층들로 분리될 수 있다. 하부 전극들(14a, 14b)에 인가되는 구동 전압은 스위쳐블 렌즈(LENS)나 스위쳐블 베리어(BAR)의 구동 방식에 맞게 전압 레벨이 설정된 구동 전압이 독립적으로 인가될 수 있다. 하부 전극들(14a, 14b)에 인가되는 구동 전압은 액정 분자들을 교류 구동하기 위하여 3D 셀(200)의 프레임 레이트와 같은 주파수로 극성이 반전되는 교류 구동 전압이다. 상부 전극(22)은 상부 기판(20)에서 액정층(18)과 접하는 전체 면에 하나의 막으로 형성된다. 상부 전극(22)에는 특정 전압 레벨의 직류 전압으로 설정되는 공통 전압(Vcom)이 인가된다.
하부 전극들(14a, 14b)에 인가되는 구동 전압을 화이트 계조 전압(또는 고전위 전압)과 블랙 계조 전압(또는 저전위 전압) 사이에서 스위칭하면 도 7과 같이 매 프레임 기간마다 시프트되는 베리어를 시프트시키는 스위쳐블 베리어(BAR)를 구현할 수 있다. 도 7에서, 하부 전극들(14a, 14b)의 아래 번호는 하부 전극들(14a, 14b)의 순번이다.
도 8 내지 도 17에는 하부 전극들(14a, 14b)에 인가되는 전압의 예들을 보여 준다. 본 발명은 3D 셀(200)의 플리커를 방지하기 위하여 3D 셀(200)의 프레임 레이트를 표시패널(100)의 프레임 레이트보다 높여 도 11~13, 도 16 및 17과 같은 구동 전압을 하부 전극들(14a, 14b)에 공급한다.
스위쳐블 렌즈(LENS)에는 편광판 없이 도 6과 같은 구조로 제작될 수 있다. 스위쳐블 베리어(BAR)의 경우에, 하부 기판(10)과 상부 기판(20)에는 편광판이 접합될 수 있다.
도 8 내지 도 10은 표시패널(100)과 3D 셀(200)의 프레임 레이트가 동일한 경우에, 3D 셀(200)의 구동 전압 예를 보여 주는 도면이다.
도 8은 베리어나 렌즈가 시프트되지 않는 3D 셀에 인가되는 전압을 예시한다. 도 8에서, 표시패널(100)과 3D 셀(200)의 프레임 레이트는 120 Hz이다. 따라서, 표시패널(100)의 픽셀 데이터 전압과 3D 셀(200)의 구동 전압(+aV, -aV)은 그 극성이 1 프레임 기간(1/120 msec)마다 반전된다. 도 8에서 +aV는 3D 셀(200)의 광 투과율이 최대인 정극성 화이트 계조 전압이고, -aV는 3D 셀(200)의 광 투과율이 최대인 부극성 화이트 계조 전압이다.
3D 셀(200)에 형성된 베리어나 렌즈를 시프트시키는 경우에, 도 9 및 도 10과 같은 구동 전압이 3D 셀(200)에 인가될 수 있다. 일 예로, 도 7에서 3D 셀의 1 번 전극에는 제1 프레임 기간에 정극성 화이트 계조 전압이 인가된 후, 제2 프레임 기간에 블랙 계조 전압이 인가된 다음, 제3 프레임 기간에 부극성 화이트 계조 전압이 인가될 수 있다. 블랙 계조 전압은 3D 셀(200)의 광 투과율이 최소인 전압으로서, 3D 셀(200)의 공통전압(Vcom)과 동일한 전압으로 설정될 수 있다.
도 9와 같이 3D 셀(200)을 구동하면, 3D 셀(200)의 프레임 레이트는 240 Hz 이지만 화이트 계조 전압(+aV, -aV)의 주파수는 60 Hz로 낮고 같은 극성의 화이트 계조 전압의 주파수는 30 Hz로 더 낮아진다. 도 9 및 도 10과 같이 같은 극성의 전압이 1/30 msec 간격으로 3D 셀(200)의 액정층(18)에 인가되기 때문에 3D 셀(200)에서 30 Hz 플리커가 나타날 수 있다. 사용자는 플리커 주파수가 낮을 수록 플리커를 심하게 느낀다.
도 8 내지 도 17에서, 표시패널(100)의 픽셀 데이터 전압은 120 Hz의 프레임 레이트 주파수로 극성이 반전된다. 따라서, 표시패널(100)의 액정 분자들은 도 8 내지 도 17의 액정 응답 곡선(점선)과 같이 1 프레임 기간(1/120 msec) 마다 반전되는 형태로 반응한다.
본 발명은 3D 셀(200)의 플리커를 줄이기 위하여, 도 11 내지 17과 같이 3D 셀의 프레임 레이트를 표시패널(100)의 프레임 레이트 보다 높인다. 도 11 내지 도 17의 예에서, 표시패널(100)의 프레임 레이트는 120 Hz인데 비하여, 3D 셀(200)의 프레임 레이트는 240 Hz로서 표시패널(100)에 비하여 2 배 높다. 이 경우에, 표시패널(100)의 1 프레임 기간은 1/120 msec이며, 3D 셀(200)의 1 프레임 기간은 1/240 msec이다. 이하에서, 표시패널(100)의 프레임 기간은 "디스플레이 프레임 기간"으로 3D 셀(200)의 프레임 기간은 "3D 셀 프레임 기간"으로 설명하기로 한다.
3D 셀(200)에서 도 7의 예에 같이 베리어를 시프트시키는 경우에, 도 7에서 1 번 전극에는 기수 번째 디스플레이 프레임 기간 동안 화이트 계조 전압이 인가된 후 표시패널(100)의 우수 번째 디스플레이 프레임 기간 동안 블랙 계조 전압이 인가되어야 한다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명은 3D 셀(200)의 프레임 레이트를 표시패널(100)의 그 것 보다 2 배 높게 제어한다. 따라서, 1 디스플레이 프레임 기간 동안, 3D 셀(200)은 제1 및 제2 3D 셀 프레임 기간으로 동작한다.
도 7과 같은 스위쳐블 베리어의 시프트 동작을 구현할 때, 1~3번과 17~20번 전극들에는 도 11과 같은 구동 전압(Vdrv)이 인가된다. 도 7과 같은 스위쳐블 베리어의 시프트 동작을 구현할 때, 7~13 번 전극들에는 도 11의 구동 전압(Vdrv)의 역위상으로 발생되는 구동 전압(Vdrv)이 인가된다. 도 12는 3D 셀(200)에서 기수 번째 3D 셀 프레임 기간과 우수 번째 3D 셀 프레임 기간 동안 최대 투과율을 유지하는 셀의 구동 전압(Vdrv)을 예시한 것이다. 도 13은 3D 셀(200)에서 기수 번째 3D 셀 프레임 기간과 우수 번째 3D 셀 프레임 기간 동안 최소 투과율을 유지하는 셀의 구동 전압(Vdrv)을 예시한 것이다. 도 7과 같은 스위쳐블 베리어의 시프트 동작을 구현할 때, 4~6번과 14~16번 전극들에는 도 13과 같은 구동 전압(Vdrv)이 인가될 수 있다.
도 11의 예에서, 제1 디스플레이 프레임 기간 동안 정극성 데이터 전압이 픽셀에 공급된다. 제1 디스플레이 프레임 기간 동안, 3D 셀(200)의 프레임 기간은 제1 및 제2 3D 셀 프레임 기간으로 나뉘어진다. 제1 및 제2 3D 셀 프레임 기간 동안, 3D 셀(200)의 구동 전압은 1 회 극성이 반전된다. 1 번 전극에는 제1 3D 셀 프레임 기간 동안 정극성 화이트 계조 전압(Vh)이 인가된 후에 제2 3D 셀 프레임 기간 동안 부극성 화이트 계조 전압(Vl)이 공급된다. 따라서, 제1 및 제2 3D 셀 프레임 기간 동안 빛은 1 번 전극 상의 액정층을 통과한다. 도 7과 같이 스위쳐블 베리어(BAR)로 동작하는 3D 셀(Cell)에서 정극성 및 부극성 화이트 계조 전압이 인가되는 부분은 베리어들 사이에서 빛이 투과되는 개구부에 해당한다.
이어서, 제2 디스플레이 프레임 기간 동안 부극성 데이터 전압이 픽셀에 공급된다. 제2 디스플레이 프레임 기간 동안, 3D 셀(200)의 프레임 기간은 제3 및 제4 3D 셀 프레임 기간으로 나뉘어진다. 제3 및 제4 3D 셀 프레임 기간 동안, 3D 셀(200)이 구동 전압은 1 회 극성이 반전된다. 1 번 전극에는 제3 3D 셀 프레임 기간 동안 정극성 블랙 계조 전압이 인가된 후에 제4 3D 셀 프레임 기간 동안 부극성 블랙 계조 전압이 공급된다. 정극성 블랙 계조 전압은 정극성 임계 전압(+Vmin)과 3D 셀(200)의 공통 전압(Vcom) 사이의 전압으로 설정될 수 있다. 부극성 블랙 계조 전압은 3D 셀(200)의 공통 전압(Vcom)과 부극성 임계 전압(-Vmin) 사이의 전압으로 설정될 수 있다. 정극성 임계 전압(+Vmin)은 사용자가 블랙 계조로 인식하는 정극성 블랙 계조 전압 범위에서 최대 전압이고, 부극성 임계 전압(+Vmin)은 사용자가 블랙 계조로 인식하는 부극성 블랙 계조 전압 범위에서 최소 전압이다. 따라서, 제3 및 제4 3D 셀 프레임 기간 동안 빛은 1 번 전극 상의 액정층을 통과하지 못한다. 도 7과 같이 스위쳐블 베리어(BAR)로 동작하는 3D 셀(Cell)에서 정극성 및 부극성 블랙 계조 전압이 인가되는 부분은 빛을 차단하는 베리어로 동작한다.
본 발명은 도 11 내지 도 17과 같이 3D 셀(200)의 프레임 레이트를 높여 플리커를 방지할 뿐 아니라, 3D 셀의 구동 전압이 어떤 전압이더라도 3D 셀(200)에서 모든 액정 분자들을 교류 구동시켜 직류 구동으로 인한 액정 열화를 방지할 수 있다.
도 14 및 도 15는 스위쳐블 렌즈(LENS)의 굴절률과 구동 전압의 관계를 보여 주는 도면들이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 스위쳐블 렌즈(LENS)는 구동 전압의 변경으로 인하여 매 프레임 기간마다 렌즈가 시프트된다.
렌즈 곡면에서 볼록한 부분 ①은 굴절률이 최대가 되는 전압이 액정층에 인가되고, 오목한 부분 ②는 굴절률이 최소가 되는 전압이 인가된다. ①과 ② 사이의 부분 ③에는 렌즈의 곡면 형상에 해당하는 굴절률을 구현하는 전압이 인가된다. 포지티브 액정의 경우에, 액정 분자의 장축 방향으로 빛이 입사될 때 액정 분자의 굴절률이 최대이고, 액정 분자의 단축 방향으로 빛이 입사될 때 액정 분자의 굴절률이 최소이다. 액정층에 정극성/부극성 화이트 계조 전압이 인가될 때 상부 기판과 하부 기판 사이에서 액정 분자가 수직으로 세워지도록 회동된다. 따라서, ① 위치의 액정층(18)에 인가되는 구동 전압(Vdrv)은 도 16과 같이 제1 및 제2 3D 셀 프레임 기간(SF1, SF2) 동안 액정 분자의 굴절률이 최대가 되도록 정극성 화이트 계조 전압(Vh)과 부극성 화이트 계조 전압(Vl)이다. 이어서, 제3 및 제4 3D 셀 프레임 기간 동안 ① 위치의 액정층(18)에 도 16과 같이 정극성 블랙 계조 전압과 부극성 블랙 계조 전압이 인가된다. 3D 셀(200)의 프레임 기간이 제1 및 제2 3D 셀 프레임 기간(SF1, SF2)일 때, 표시패널(100)의 프레임 기간은 제1 디스플레이 프레임 기간이다. 3D 셀(200)의 프레임 기간이 제3 및 제4 3D 셀 프레임 기간(SF1, SF2)일 때, 표시패널(100)의 프레임 기간은 제2 디스플레이 프레임 기간이다. ② 위치의 액정층(18)에 인가되는 구동 전압(Vdrv)은 도 16의 역위상 전압이다. 도 17은 ③ 위치의 액정층(18)에 인가되는 구동 전압(Vdrv)이다.
3D 셀(200)은 도 18과 같이 스위치 소자들을 이용하여 구동 전압(Vdrv)이 인가될 수 있다.
도 18을 참조하면, 3D 셀(200)의 셀들(C1~C6)은 분할된 하부 전극(14a, 14b), 공통전압(Vcom)이 인가되는 상부 전극(22), 및 그 전극들 사이에 배치된 액정층(18)으로 구성된다. 액정 분자들은 분할된 하부 전극(14a, 14b)에 인가되는 구동 전압(Vdrv)과 상부 전극(22)에 인가되는 공통전압(Vcom)의 전압차에 따라 발생되는 전계에 의해 구동되어 액정 분자들로 베리어나 렌즈를 형성한다.
트랜지스터들(T1~T6)은 3D 셀(200)의 하부 기판(10)에 형성된 게이트라인들(G1~G6)을 통해 인가되는 게이트펄스에 응답하여 턴-온(turn-on)된다. 트랜지스터들(T1~T6)은 온 상태에서 구동 전압(Vdrv)을 셀들(C1~C6)의 하부 전극(14a, 14b)에 공급한다. 본 발명에서 구동 전압(Vdrv)은 플리커를 방지하고 액정 분자들을 교류 구동하기 위하여 도 11~13, 도 16 및 17과 같은 전압으로 인가된다.
구동 전압(Vdrv)은 도 19와 같이 3D 셀(200)에서 이웃한 라인들 간에 서로 다른 극성의 전압으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 18에서 기수 번째 라인들에 배치된 셀들(C1~C3)에는 도 19 내지 도 21의 좌측 파형도와 같은 구동 전압(Vdrv)이 인가되고, 도 18에서 우수 번째 라인들에 배치된 셀들(C4~C6)에는 도 19 내지 도 21의 우측 파형도와 같은 구동 전압(Vdrv)이 인가될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100 : 표시패널 101 : 타이밍 콘트롤러
102 : 데이터 구동회로 103 : 게이트 구동회로
110 : 호스트 시스템 120 : 3D 데이터 포맷터
200 : 3D 셀 210 : 3D 셀 구동부
LENS : 렌즈(스위쳐블 렌즈) BAR : 베리어(스위쳐블 베리어)

Claims (6)

  1. 좌안 영상과 우안 영상의 데이터를 표시하는 표시패널; 및
    상기 표시패널 상에 배치되거나 상기 표시패널에 내장되어 상기 좌안 영상과 우안 영상의 광축을 분리하는 3D 셀을 포함하고,
    상기 3D 셀의 프레임 레이트는 상기 표시패널의 프레임 레이트 보다 높으며,
    상기 좌안 영상과 우안 영상의 데이터는 매 프레임 기간마다 시프트되고, 상기 좌안 영상과 우안 영상의 데이터에 동기하여 상기 3D 셀의 베리어 또는 렌즈가 시프트되는 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 셀의 프레임 레이트는 상기 표시패널의 프레임 레이트 보다 2 배 높은 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 셀의 프레임 레이트는 200 Hz 또는 240 Hz인 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치.
  4. 좌안 영상과 우안 영상의 데이터를 표시하는 표시패널과, 상기 표시패널 상에 배치되거나 상기 표시패널에 내장되어 상기 좌안 영상과 우안 영상의 광축을 분리하는 3D 셀을 포함하는 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 3D 셀의 프레임 레이트를 상기 표시패널의 프레임 레이트 보다 높게 제어하며,
    상기 좌안 영상과 우안 영상의 데이터는 매 프레임 기간마다 시프트되고, 상기 좌안 영상과 우안 영상의 데이터에 동기하여 상기 3D 셀의 베리어 또는 렌즈가 시프트되는 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베리어 또는 렌즈는, 상기 베리어 또는 렌즈에 상기 3D 셀의 프레임 레이트와 동일한 주파수로 반전되는 극성을 갖는 교류 구동전압을 인가함으로써 시프트되는 무안경 입체 영상 표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 베리어 또는 렌즈는, 상기 베리어 또는 렌즈에 상기 3D 셀의 프레임 레이트와 동일한 주파수로 반전되는 극성을 갖는 교류 구동전압을 인가 함으로써 시프트되는 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법.
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