KR102001672B1

KR102001672B1 - 무안경 입체 영상 표시장치

Info

Publication number: KR102001672B1
Application number: KR1020130050141A
Authority: KR
Inventors: 강훈
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2019-07-18
Also published as: KR20140131154A

Abstract

본 발명은 무안경 방식 입체 영상 표시장치에 관한 것으로, 데이터라인들과 게이트라인들이 교차하고 매트릭스 타입의 픽셀 어레이가 형성된 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 픽셀 어레이에 3D 영상 데이터를 기입하고 이미지 센서를 통해 사용자의 좌안과 우안 위치를 실시간 감지하는 표시패널 구동부; 상기 액정표시패널의 픽셀 어레이와 중첩되고 렌즈와 베리어 중 어느 하나를 포함하는 3D 광학소자; 및 상기 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 픽셀 어레이의 픽셀들 각각은 다수의 서브 픽셀들로 분할된다. 상기 표시패널 구동부에 의해 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치를 지나는 광경로 상에 존재하는 서브 픽셀들만 턴-온되고, 상기 광경로 밖의 서브 픽셀들은 턴-오프된다. 상기 턴-온되는 서브 픽셀들이 빛이 투과되는 ON 서브 픽셀들이고, 상기 ON 서브 픽셀들을 제외한 OFF 서브 픽셀들에서 빛이 차단된다. 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치가 변경될 때 상기 ON 서브 픽셀들의 위치가 변경된다.

Description

무안경 입체 영상 표시장치{AUTOSTERECOSCOPIC DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 무안경 방식 입체 영상 표시장치에 관한 것이다.

텔레비젼이나 모니터와 같은 표시장치에 입체 영상 재현 기술이 적용되어 가정에서도 3D 입체 영상을 감상할 수 있는 시대가 도래하였다. 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) 등의 광학 부품을 표시 화면의 앞이나 뒤에 설치하여 특수한 안경 없이도 입체 영상을 감상할 수 있게 한다.

도 1 및 도 2는 렌즈를 이용한 무안경 입체 영상 표시장치의 일 예를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 무안경 입체 영상 표시장치는 표시패널의 픽셀 어레이(10) 앞에 배치된 렌즈(11)를 포함한다.

픽셀 어레이(10)의 픽셀들 각각은 적색 컬러 필터가 형성된 적색 서브 픽셀(Rs), 녹색 컬러 필터가 형성된 녹색 서브 픽셀(Gs), 및 청색 컬러 필터가 형성된 청색 서브 픽셀(Bs)을 포함한다. 렌즈(11)는 일반적으로, 단면이 반구형 또는 타원형인 볼록한 렌티큘라 렌즈 어레이로 구현된다. 렌즈(11)는 좌안 영상이 기입된 픽셀로부터의 빛과, 우안 영상이 기입된 픽셀로부터의 빛의 광축을 분리한다. 시청자는 렌즈(11)를 통해 좌안으로 좌안 영상(L)이 기입된 픽셀들을 보는 반면, 렌즈(11)를 통해 우안으로 우안 영상이 기입된 픽셀들을 보게 되므로 양안 시차를 느끼게 되어 입체 영상을 감상할 수 있다.

무안경 입체 영상 표시장치는 좌안과 우안에 보이는 픽셀들의 개수가 표시패널(10)의 픽셀 어레이 보다 작기 때문에 해상도가 낮고 시청자가 크로스토크 없이 3D 영상을 감상할 수 있는 최적 시청 위치가 제한적인 단점이 있다. 최적 시청 위치를 넓히기 위하여 멀티 뷰(multi-view) 포맷의 영상을 입체 영상 표시장치에 표시할 수 있으나, 이 경우에 해상도는 더 낮아진다. 무안경 입체 영상 표시장치에 도 2와 같이 9 뷰(view) 영상을 데이터를 초고해상도 FHD(1920×1080)로 표시하는 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 도 2에서, 1~9는 양안 시차를 갖는 9 개의 영상 데이터들이다. 도 1 및 도 2에서 '1'은 제1 카메라에서 객체를 바라 본 제1 뷰 영상이고, '2'는 제1 카메라와 6.5cm의 시차를 갖는 제2 카메라에서 객체를 바라 본 제2 뷰 영상이다. 1 렌즈 피치(pitch) 내에 4.5 개의 RGB 서브 픽셀들이 배치되므로 사용자가 느끼는 수평 해상도는 1920/4.5로 낮아지고, 픽셀 어레이의 2 라인에 9 뷰 영상 데이터가 기입되므로 수직 해상도는 1080/2로 낮아진다. 따라서, 무안경 입체 영상 표시장치에 도 2와 같이 9 뷰(view) 영상을 데이터를 초고해상도 FHD(1920×1080)로 표시하여 멀티 뷰를 구현하는 경우에 사용자가 인식하는 영상의 해상도는 VGA(640*480) 수준으로 낮아진다.

본 발명은 최적 시청 위치에 제한이 없고 해상도 저하를 줄일 수 있는 무안경 입체 영상 표시장치를 제공한다.

본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 데이터라인들과 게이트라인들이 교차하고 매트릭스 타입의 픽셀 어레이가 형성된 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 픽셀 어레이에 3D 영상 데이터를 기입하고 이미지 센서를 통해 사용자의 좌안과 우안 위치를 실시간 감지하는 표시패널 구동부; 상기 액정표시패널의 픽셀 어레이와 중첩되고 렌즈와 베리어 중 어느 하나를 포함하는 3D 광학소자; 및 상기 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 픽셀 어레이의 픽셀들 각각은 다수의 서브 픽셀들로 분할된다. 상기 표시패널 구동부에 의해 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치를 지나는 광경로 상에 존재하는 서브 픽셀들만 턴-온되고, 상기 광경로 밖의 서브 픽셀들이 턴-오프된다. 상기 턴-온되는 서브 픽셀들이 빛이 투과되는 ON 서브 픽셀들이고, 상기 ON 서브 픽셀들을 제외한 OFF 서브 픽셀들에서 빛이 차단된다. 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치가 변경될 때 상기 ON 서브 픽셀들의 위치가 변경된다.
본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 데이터라인들과 게이트라인들이 교차하고 매트릭스 타입의 픽셀 어레이가 형성된 액정표시패널; 상기 액정표시패널의 픽셀 어레이에 3D 영상 데이터를 기입하고 이미지 센서를 통해 사용자의 좌안과 우안 위치를 실시간 감지하는 표시패널 구동부; 상기 액정표시패널의 픽셀 어레이와 중첩되고 렌즈와 베리어 중 어느 하나를 포함하는 3D 광학소자; 및 적색 광원, 녹색 광원, 및 청색 광원을 포함하여 상기 액정표시패널에 적색광, 녹색광 및 청색광을 순차적으로 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 픽셀 어레이의 픽셀들에는 멀티 뷰 포맷의 3D 영상 데이터가 기입된다. 상기 픽셀 어레이의 픽셀들 각각은 다수의 서브 픽셀들로 분할된다. 상기 표시패널 구동부에 의해 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치를 지나는 광경로 상에 존재하는 서브 픽셀들만 턴-온된다. 상기 턴-온되는 서브 픽셀들이 빛이 투과되는 ON 서브 픽셀들이고, 상기 ON 서브 픽셀들을 제외한 OFF 서브 픽셀들에서 빛이 차단된다. 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치가 변경될 때 상기 ON 서브 픽셀들의 위치가 변경된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치는 데이터라인들과 게이트라인들이 교차하고 매트릭스 타입의 픽셀 어레이가 형성된 표시패널; 상기 표시패널의 픽셀 어레이에 3D 영상 데이터를 기입하고 이미지 센서를 통해 사용자의 좌안과 우안 위치를 실시간 감지하는 표시패널 구동부; 및 상기 표시패널의 픽셀 어레이와 중첩되고 렌즈와 베리어 중 어느 하나를 포함하는 3D 광학소자를 포함합니다. 상기 픽셀 어레이의 픽셀들 각각은 다수의 서브 픽셀들로 분할됩니다. 같은 색의 이웃한 서브 픽셀들 중에서 상기 광경로 상에 존재하는 서브 픽셀만 턴-온됩니다. 상기 턴-온되는 서브 픽셀들이 빛이 투과되는 ON 서브 픽셀들이고, 상기 ON 서브 픽셀들을 제외한 OFF 서브 픽셀들에서 빛이 차단됩니다. 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치가 변경될 때 상기 ON 서브 픽셀들의 위치가 변경됩니다.

삭제

본 발명은 이미지 센서를 이용하여 시청자의 좌안 및 우안 위치를 실시간 감지하여 시청자의 눈의 위치를 따라 턴-온되는 서브 픽셀의 위치를 변경함으로써 시청자의 위치 제한 없이 3D 영상을 표시할 수 있다. 나아가, 본 발명은 필드 순차 컬러(Field Sequential Color, FSC) 기술을 이용하여 입체 영상 표시장치의 해상도 저하를 최소화할 수 있고, 3D 광학 소자의 표면처리를 통해 시인성을 개선할 수 있다.

도 1은 무안경 입체 영상 표시장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 무안경 입체 영상 표시장치에 9 뷰 영상을 표시하는 예를 보여 주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치를 간략하게 보여 주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 픽셀 구조를 보여 주는 도면들이다.
도 6은 턴-온되는 서브 픽셀의 위치에 따라 렌즈를 투과하는 빛의 광 경로가 달라지는 예를 보여 주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 시청자의 눈 위치에 따라 턴-온되는 서브 픽셀의 위치를 제어하는 예를 보여 주는 도면이다.
도 9 및 도 10은 필드 순차 컬러(Field Sequential Color, FSC) 기술을 보여 주는 도면들이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 픽셀 구조를 보여 주는 도면들이다.
도 13은 도 11 및 도 12와 같은 픽셀 구조에서 턴-온되는 서브 픽셀의 위치에 따라 렌즈를 투과하는 빛의 광 경로가 달라지는 예를 보여 주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 픽셀 구조를 갖는 입체 영상 표시장치에서 멀티 뷰 영상의 데이터 포맷을 보여 주는 도면이다.
도 15는 필드 순차 컬러(Field Sequential Color, FSC) 기술에서 턴-온되는 서브 픽셀에서 순차적으로 재현되는 컬러를 보여 주는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 3D 광학 소자의 일 예를 보여 주는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 3D 광학 소자의 다른 예를 보여 주는 단면도이다.
도 18은 도 16 및 도 17에 도시된 3D 광학 소자의 광 경로를 보여 주는 도면이다.
도 19 내지 도 21은 도 17 및 도 18에 도시된 3D 광학소자의 표면 처리 방법을 보여 주는 단면도들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소자들을 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.

도 3 및 도 4는 본 발명의 입체 영상 표시장치를 보여 주는 블록도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 입체 영상 표시장치는 액정표시패널(100), 백라이트 유닛, 3D 광학소자(200), 표시패널 구동부, 이미지 센서(151) 등을 포함한다.

액정표시패널(100)은 상부 기판과 하부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 액정표시패널(100)에는 서로 직교하는 데이터라인들(101)과 게이트라인들(102), 및 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 2D 모드에서 2D 영상을 표시하고, 3D 모드에서 좌안 영상과 우안 영상으로 나뉘어진 3D 영상을 표시한다. 픽셀들 각각은 n(n은 2 이상의 양의 정수) 개의 서브 픽셀들로 나뉘어진다. 서브 픽셀들 각각에는 데이터라인(101)과 게이트라인(101)의 교차부에 형성된 TFT(Thin Film Transistor)와, TFT에 연결된 화소전극을 포함한다. TFT는 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인을 통해 공급되는 데이터전압을 화소전극에 전달한다.

픽셀 어레이의 기수 번째 라인들에 배치된 픽셀들에는 3D 모드에서 제1 단안 영상의 픽셀 데이터가 기입되고, 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들에 배치된 픽셀들에는 3D 모드에서 제2 단안 영상의 픽셀 데이터가 기입된다. 제1 및 제2 단안 영상의 픽셀 데이터 각각은 적색 데이터, 녹색 데이터 및 청색 데이터를 포함한다. 제1 단안 영상의 픽셀 데이터는 3D 광학소자(200)로 인하여 사용자의 좌안으로만 보이는 좌안 영상 데이터이고, 제2 단안 영상의 픽셀 데이터는 3D 광학소자(200)로 인하여 사용자의 우안으로만 보이는 우안 영상 데이터일 수 있다. 반대로, 제1 단안 영상 데이터는 우안 영상 데이터이고, 제2 단안 영상 데이터는 좌안 영상 데이터일 수 있다. 이하에서, 제1 단안 영상 데이터를 좌안 영상 데이터로 제2 단안 영상 데이터를 우안 영상 데이터로 설명하지만 이에 한정되지 않는다.

백라이트 유닛은 적색 광원(161), 녹색 광원(162), 및 청색 광원(163)을 포함하는 직하형 또는 에지형 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛의 광원 구동부(160)는 적색 광원(161), 녹색 광원(162) 및 청색 광원(163)을 순차적으로 점등한다. 예를 들어, 본 발명의 입체 영상 표시장치는 도 9 및 도 10과 같이 1 프레임 기간을 제1 내지 제3 서브 프레임(SF1~SF3)으로 시분할할 수 있다. 이 경우에, 광원 구동부(160)는 제1 서브 프레임(SF1)에 적색 광원(161)을 점등한 후에 제2 서브 프레임(SF2)에 녹색 광원(162)을 점등한다. 이어서, 광원 구동부(160)는 제3 서브 프레임(SF3)에 청색 광원(163)을 점등한다.

백라이트 유닛은 도 11 내지 도 13과 같은 입체 영상 표시장치의 구동 방법에서 백색광을 발생하는 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다.

3D 광학소자(200)는 렌티큘라 렌즈 시트(Lenticular sheet), 또는 패럴랙스 베리어(parallax barrier sheet)로 구현될 수 있다. 또한, 3D 광학소자(200)는 복굴절 매질을 전기적으로 제어하여 렌즈를 구현하는 스위쳐블 렌즈(switchable lens) 또는 복굴절 매질을 전기적으로 제어하여 베리어를 구현하는 스위쳐블 베리어(switchable barrier)로 구현될 수 있다. 본원 출원인은 미국출원 13/077,565(2011. 03. 31.), 미국출원 13/325,272(2011. 12. 14.) 등에서 스위쳐블 렌즈와 스위쳐블 베리어를 제안한 바 있다. 3D 광학소자(200)를 스위쳐블 렌즈와 스위쳐블 베리어로 구현하는 경우에, 스위쳐블 렌즈와 스위쳐블 베리어를 전기적으로 구동하는 3D 셀 구동부(도시하지 않음)가 필요하다. 3D 셀 구동부는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 3D 모드에서 액정표시패널(100)의 픽셀 어레이에 기입되는 데이터와 동기되어 스위쳐블 렌즈와 스위쳐블 베리어의 전극들에 렌즈 또는 베리어를 형성하기 위한 구동신호를 공급한다. 3D 광학소자(300)는 렌즈를 이용하여 좌안 영상 데이터가 기입된 픽셀과 우안 영상 데이터가 기입된 픽셀의 광축을 분리하거나 일부 픽셀들을 베리어로 가린다. 3D 광학소자(200)는 도 16 및 도 17과 같은 구조로 제작될 수도 있다. 시청자는 3D 광학소자(300)로 인하여 좌안으로 좌안 영상 데이터가 기입된 픽셀들을 보고 우안으로 우안 영상 데이터가 기입된 픽셀들을 보게 되므로 특수한 안경 없이 입체 영상을 감상할 수 있다.

표시패널 구동부는 2D 모드에서 픽셀 어레이에 2D 영상의 데이터를 기입한다. 표시패널 구동부는 3D 모드에서 픽셀 어레이의 기수 번째 라인들에 배치된 픽셀들에 제1 단안 영상 데이터를 기입하고, 픽셀 어레이의 우수 번째 라인들에 배치된 픽셀들에 제2 단안 영상 데이터를 기입한다. 이를 위하여, 표시패널 구동부는 데이터 구동회로(110), 게이트 구동회로(120), 타이밍 콘트롤러(130), 데이터 포맷터(Data formatter, 140), 호스트 시스템(150) 등을 포함한다.

데이터 구동회로(110)는 타이밍 콘트롤러(130)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 아날로그 감마전압으로 변환하여 데이터전압들을 발생하고 그 데이터전압을 액정표시패널(100)의 데이터라인들(101)에 공급한다. 게이트 구동회로(120)는 타이밍 콘트롤러(130)의 제어 하에 데이터라인들(101)에 공급되는 데이터전압과 동기되는 게이트펄스를 게이트라인들(102)에 공급하고, 그 게이트펄스를 순차적으로 시프트시킨다.

타이밍 콘트롤러(130)는 데이터 포맷터(140)를 통해 호스트 시스템(150)으로부터 입력되는 2D/3D 영상의 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동회로(102)에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(130)는 2D/3D 영상의 디지털 비디오 데이터와 동기되어 호스트 시스템(150)로부터 입력된 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 메인 클럭 등의 타이밍신호를 수신한다. 타이밍 콘트롤러(130)는 수신된 타이밍 신호를 이용하여 데이터 구동회로(110)와 게이트 구동회로(120)의 동작 타이밍을 제어한다. 타이밍 콘트롤러(130)는 적색 광원(161), 녹색 광원(162) 및 청색 광원(163)이 순차적으로 점등되도록 광원 구동부(160)의 동작 타이밍을 제어한다. 또한, 타이밍 콘트롤러(130)는 3D 셀 구동부의 동작 타이밍을 제어할 수 있다.

타이밍 콘트롤러(130)는 1 프레임 기간을 제1 내지 제3 서브 프레임(SF1~SF3)으로 시분할하기 위하여, 입력 영상의 프레임 레이트(frame rate)×3 Hz의 주파수로 프레임 레이트를 높일 수 있다. 입력 영상의 프레임 레이트(frame rate)는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다.

데이터 포맷터(140)는 호스트 시스템(150)으로부터의 3D 영상 데이터를 재정렬하여 도 3과 같이 좌안 영상 데이터를 픽셀 어레이의 기수 라인들에 정렬하고 우안 영상 데이터를 픽셀 어레이의 우수 라인들에 정렬한다.

본 발명은 이미지 센서(151)를 통해 시청자의 좌안과 우안 위치를 실시간 감지하여 시청자의 좌안과 우안 위치 변경에 따라 좌안 영상 데이터가 기입되는 픽셀과 우안 영상 데이터가 기입되는 픽셀의 위치를 변경한다. 이를 위하여, 호스트 시스템(150)에는 카메라와 같은 이미지 센서(151)가 연결된다. 데이터 포맷터(140)는 공지의 아이 트랙킹 알고리즘(eye tracking algorithm)을 이용하여 이미지 센서(151)로부터 수신된 이미지를 분석하여 시청자의 좌안 및 우안 위치를 추정하고, 시청자의 좌안 및 우안 위치가 변경될 때 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터의 배열을 변경한다.

호스트 시스템(150)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(150)은 스케일러(scaler)를 이용하여 2D/3D 영상의 디지털 비디오 데이터의 해상도를 액정표시패널(100)의 해상도에 맞게 변환하여 데이터 포맷터(140)로 전송하고, 이미지 센서(151)의 출력 신호를 데이터 포맷터(140)로 전송한다. 그리고 호스트 시스템(150)은 데이터 포맷터(140)로 전송되는 데이터와 동기되는 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(130)로 전송한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 픽셀들을 보여 주는 도면들이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 픽셀들은 컬러 필터가 없이 점등되는 광원의 색과 같은 색의 영상 데이터를 표현한다.

종래의 1 픽셀은 컬러 구현을 위하여 적색 서브픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀로 분할된다. 이에 비하여, 도 5a 및 도 5b에 도시된 픽셀들 각각은 컬러 필터가 없는 n 개의 서브 픽셀들(P1~P6)로 나뉘어진다. 컬러 필터가 없는 서브 픽셀들 각각은 점등되는 광원의 색에 따라 적색, 녹색 및 청색 컬러 데이터를 재현한다.

픽셀들과 중첩되는 렌즈(200a)의 1 피치(P)는 1 픽셀의 가로 길이와 같다. 따라서, 렌즈(200a)의 1 피치 내에는 1 픽셀에서 나뉘어진 n 개의 컬러 필터 없는 서브 픽셀들(P1~P6)이 배치된다. 1 픽셀에서 나뉘어진 n 개의 컬러 필터 없는 서브 픽셀들에는 동일한 픽셀 데이터가 기입되지만 사용자의 좌안과 우안 위치에 따라 턴-온(turn-on)되는 서브 픽셀의 위치가 달라질 수 있다. 여기서, 턴-온되는 서브 픽셀은 백라이트의 빛이 투과되는 서브 픽셀을 의미한다.

도 6은 턴-온되는 서브 픽셀의 위치에 따라 렌즈를 투과하는 빛의 광 경로가 달라지는 예를 보여 주는 도면이다. 도 7 및 도 8은 시청자의 눈 위치에 따라 턴-온되는 서브 픽셀의 위치를 제어하는 예를 보여 주는 도면들이다. 도 6 및 도 7은 3D 광학소자(200)를 렌즈로 구현한 예이고, 도 8은 3D 광학소자(200)를 베리어로 구현한 예이다.

도 6에서, '103'은 액정표시패널의 상부 기판, '104'는 액정층, '105'는 액정표시패널의 하부 기판, '106'은 상부 기판에 접착된 상부 편광판, '107'은 하부 기판에 접착된 하부 편광판, '108'은 백라이트 유닛을 각각 나타낸다. 3D 광학소자(200)는 상부 편광판(107)에 접착될 수 있다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 턴-온되는 서브 픽셀의 위치에 따라 렌즈 또는 베리어의 슬릿(slit)을 통해 진행하는 빛의 경로가 달라진다. 베리어의 슬릿은 1 픽셀 내에 하나만 존재한다. 또한, 베리어의 1 피치(P)는 1 픽셀의 가로 길이와 같다.

본 발명의 입체 영상 표시장치는 이미지 센서(151)를 통해 시청자의 좌안과 우안 위치를 감지(sensing)하고 그 위치를 지나가는 광 경로를 갖는 서브 픽셀을 턴-온시키고 나머지 서브 픽셀들을 턴-오프시킨다. 여기서, 턴-온되는 서브 픽셀은 픽셀 데이터의 데이터 전압에 따라 빛을 투과시키는 서브 픽셀들이다. 턴-오프되는 서브 픽셀은 입력 영상과 무관한 블랙 계조 전압이 인가되어 백라이트 유닛으로부터의 빛을 차단하여 검게 보이는 서브 픽셀들이다.

시청자의 좌안(또는 우안)의 위치가 도 7 및 도 8과 같을 때 그 위치를 지나는 광 경로 상에 존재하는 서브 픽셀들이 턴-온된다. 도 7 및 도 8에서, 3 개의 픽셀들은 각각 컬러 필터가 없는 6 개의 서브 필터로 분할되어 있다. 이 픽셀들을 좌측으로부터 제1 픽셀, 제2 픽셀 및 제3 픽셀로 칭하기로 한다. 렌즈 또는 베리어의 슬릿을 통해 시청자의 좌안(또는 우안)을 지나는 광 경로 상에 존재하는 서브 픽셀들이 턴-온된다. 제1 픽셀에서 좌측으로 치우친 제2 서브 픽셀(P2)이 턴-온되고 나머지 서브 픽셀들은 턴-오프된다. 제2 픽셀에서 우측으로 치우친 제4 서브 픽셀(P4)이 턴-온되고 나머지 서브 픽셀들은 턴-오프된다. 제3 픽셀에서 최우측에 위치하는 제6 서브 픽셀(P2)이 턴-온되고 나머지 서브 픽셀들은 턴-오프된다.

본 발명의 입체 영상 표시장치는 도 6 내지 도 8과 같이 시청자의 좌안 및 우안 위치를 실시간 감지하여 시청자의 눈의 위치를 따라 턴-온되는 서브 픽셀의 위치를 변경한다. 그 결과, 본 발명의 입체 영상 표시장치는 3D 영상을 감상할 수 있는 최적 시청 위치의 제한 없이 3D 영상을 표시할 수 있다.

도 9 및 도 10은 필드 순차 컬러(Field Sequential Color, FSC) 기술을 보여 주는 도면들이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 입체 영상 표시장치는 1 픽셀에서 나뉘어진 컬러 필터 없는 서브 픽셀들 각각이 적색, 녹색 및 청색을 재현하기 위하여 액정표시패널(100)과 백라이트 유닛(108)을 필드 순차 컬러 기술로 구동한다. 백라이트 유닛(108)의 광원들(161, 162, 163)은 LED(Light-Emitting Diode)로 구현될 수 있다.

1 프레임 기간은 제1 내지 제3 서브 프레임(SF1~SF3)으로 나뉘어질 수 있다. 제1 서브 프레임(SF1) 동안 적색 데이터가 턴-온되는 서브 픽셀들에 기입되고, 적색 광원(161)이 점등된다. 제1 서브 프레임(SF1) 동안, 턴-오프되는 서브 픽셀들에 블랙 계조가 표시되고 녹색 광원(162)과 청색 광원(163)은 소등된다. 이어서, 제2 서브 프레임(SF2) 동안 녹색 데이터가 턴-온되는 서브 픽셀들에 기입되고, 녹색 광원(162)이 점등된다. 제2 서브 프레임(SF2) 동안, 턴-오프되는 서브 픽셀들에 블랙 계조가 표시되고 적색 광원(161)과 청색 광원(163)은 소등된다. 이어서, 제3 서브 프레임(SF3) 동안 청색 데이터가 턴-온되는 서브 픽셀들에 기입되고, 청색 광원(163)이 점등된다. 제3 서브 프레임(SF3) 동안, 턴-오프되는 서브 픽셀들에 블랙 계조가 표시되고 적색 광원(161)과 녹색 광원(162)은 소등된다.

도 10에서, BLU(Back Light Unit)은 하나의 서브 프레임 기간에 같은 색의 광원이 점등되는 백라이트 유닛을 나타낸다. SC BLU는 픽셀 어레이의 데이터 스캔 방향을 따라 광원의 점등 타이밍을 시프트(shift)하는 스캐닝 백라이트 유닛(scanning BLU)을 나타낸다. 본 발명은 도 10과 같이 구동되는 백라이트 유닛(BLU, SC BLU)과 컬러 필터 없는 서브 픽셀들을 이용하여 서브 픽셀들 각각에서 적색, 녹색 및 청색을 재현할 수 있으므로 입체 영상 표시장치의 해상도를 높일 수 있다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 픽셀 구조를 보여 주는 도면들이다. 도 13은 도 11 및 도 12와 같은 픽셀 구조에서 턴-온되는 서브 픽셀의 위치에 따라 렌즈를 투과하는 빛의 광 경로가 달라지는 예를 보여 주는 도면이다. 도 11 내지 도 13과 같은 픽셀 구조를 갖는 입체 영상 표시장치는 필드 순차 컬러 기술로 구동될 필요가 없다. 이 입체 영상 표시장치의 1 픽셀은 컬러 필터를 갖는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터로 나뉘어진다. 이 입체 영상 표시장치의 백라이트 유닛은 백색광을 액정표시패널에 조사한다. 도 11에서, LINE#1은 3D 영상의 제1 단안 영상 데이터가 기입되는 픽셀 어레이의 기수 번째 라인이다. LINE#2는 3D 영상의 제2 단안 영상 데이터가 기입되는 픽셀 어레이의 우수 번째 라인이다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 픽셀들 각각은 다수의 적색 서브 픽셀들(R1, R2), 다수의 녹색 서브 픽셀들(G1, G2), 다수의 청색 서브 픽셀들(R1, R2)로 나뉘어진다. 도 11 내지 도 13에서, 1 픽셀 내에 포함된 같은 색의 서브 픽셀들은 2 개로 예시되었지만 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 1 픽셀 내에 포함된 같은 색의 이웃한 서브 픽셀들은 n(n은 2 이상의 양의 정수) 개로 분할된다.

픽셀들과 중첩되는 3D 광학소자(200)의 1 피치(P)는 1 픽셀의 가로 길이와 같다. 3D 광학소자(200)의 1 피치(P) 내에는 1 픽셀에서 나뉘어진 같은 색의서브 픽셀들(R1-R2, G1-G2, B1-B2)이 배치된다. 1 픽셀 내에서 턴-온되는 서브 픽셀들의 위치는 이미지 센서(151)를 통해 실시간 감지되는 사용자의 좌안과 우안 위치 변화가 발생할 때 변경된다. 턴-오프되는 서브 픽셀들에는 전술한 실시예와 같이 백라이트 빛을 차단하여 검게 보이도록 입력 영상과 무관하게 설정된 블랙 계조 전압이 공급된다.

시청자의 좌안(또는 우안)의 위치가 도 13과 같을 때 그 위치를 지나는 광 경로 상에 존재하는 서브 픽셀들이 턴-온된다. 도 13에서, 적색 서브 픽셀들, 녹색 서브 픽셀들, 청색 서브 픽셀들 각각은 2 개로 나뉘어져 있다. 렌즈 또는 베리어의 슬릿을 통해 시청자의 좌안(또는 우안)을 지나는 광 경로 상에 존재하는 서브 픽셀들(R1, G1, B2, R2)이 턴-온된다.

본 발명의 입체 영상 표시장치는 도 11 내지 도 13과 같이 시청자의 좌안 및 우안 위치를 실시간 감지하여 시청자의 눈의 위치를 따라 턴-온되는 서브 픽셀의 위치를 변경한다. 그 결과, 본 발명의 입체 영상 표시장치는 3D 영상을 감상할 수 있는 최적 시청 위치의 제한 없이 3D 영상을 표시할 수 있다.

도 14는 도 5a 및 도 5b와 같은 픽셀 구조를 갖는 입체 영상 표시장치에서 멀티 뷰 영상의 데이터 포맷을 보여 주는 도면이다. 도 15는 필드 순차 컬러 기술에서 턴-온되는 서브 픽셀에서 순차적으로 재현되는 컬러를 보여 주는 도면이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 광학소자(200)의 1 피치(P)는 n(n은 2 이상의 양의 정수) 개의 컬러 필터가 없는 픽셀들의 가로 길이와 같다. 1 픽셀은 서브 필드로 분할되지 않고 필드 순차 컬러 기술로 구동되어 적색, 녹색 및 청색을 순차적으로 재현한다. 1 픽셀은 멀티 뷰 데이터 포맷 중에서 어느 한 뷰의 데이터가 기입된다. 기수 번째 라인들에는 제1 단안 영상 데이터가 기입되고 우수 번째 라인들에는 제2 단안 영상 데이터가 기입될 수 있다. 이 입체 영상 표시장치에서도, 사용자의 좌안과 우안 위치에 따라 턴-온(turn-on)되는 픽셀의 위치가 달라질 수 있다.

도 14 및 도 15와 같은 입체 영상 표시장치는 광학소자(200)의 1 피치(P) 내에 많은 픽셀들이 배치되기 때문에 멀티 뷰 영상을 표시할 때 해상도 저하를 줄일 수 있다. 예를 들어, 광학소자(200)의 1 피치(P) 내에 3 개의 픽셀들이 배치되면, 6 뷰 기준으로 볼 때 픽셀 어레이의 가로 방향(또는 수평 방향)으로 해상도 저하가 없고, 수직 방향으로만 해상도가 1/2 저하된다.

도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 3D 광학 소자(200)를 보여 주는 단면도이다.

도 16을 참조하면, 3D 광학 소자(200)는 제1 투명 필름(201) 상에 형성된 고굴절 매질 패턴(202), 고굴절 매질 패턴(202)을 덮는 저굴절 매질의 평탄화층(203), 및 평탄화층(203) 상에 형성된 제2 투명 필름(204)을 포함한다. 이 3D 광학 소자(200)는 도 18과 같이 집광하여 픽셀 위치에 따라 광경로를 다르게 하는 렌즈를 형성한다.

3D 광학 소자(200)의 제1 투명 필름(201)은 액정표시패널(100)의 상부 편팡판(106)에 접착된다. 고굴절 매질 패턴(202)은 볼록 렌즈가 반복되는 엠보싱 패턴으로 제1 투명 필름 상에 형성된다. 저굴절 매질의 평탄화층(203)은 3D 광학 소자(200)에서 시청자가 바라 보는 표면을 평탄하게 하고 도 18과 같이 고굴절 매질 패턴(202)과의 굴절율 차이를 발생한다. 제2 투명 필름(204)의 표면에는 시인성을 개선하기 위하여 도 19와 같은 안티 글래어(Anti-glare), 도 20과 같은 안티 리플렉션(Anti Reflection), 도 21과 같은 헤이즈(haze) 코팅으로 표면 처리될 수 있다. 도 19와 같은 안티 글래어(Anti-glare)는 헤이즈 표면에서 빛을 산란시켜 상 비침 현상을 감소시킨다. 도 20과 같은 안티 리플렉션(Anti Reflection) 코팅 방법은 빛의 상쇄 간섭을 이용하여 반사율을 감소시킨다. 도 21과 같은 헤이즈 코팅은 내부 헤이즈와 외부 헤이즈를 이용하여 빛을 산란시켜 상 비침과 명실 대비비(Contrast ratio)를 향상시킨다.

빛이 렌즈를 통과할 때 빛의 속도 v는 v = c/n 이므로 렌즈의 모양에 따라 파면(wave front)을 변형되게 한다. 여기서, c는 빛의 속도, n은 매질의 굴절율이다. 빛은 파면의 수직한 방향으로 전파된다. 따라서, 3D 광학 소자(200)를 통과하는 빛은 도 18의 (a)와 같이 집광한다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 3D 광학 소자의 다른 예를 보여 주는 단면도이다.

도 17을 참조하면, 3D 광학 소자(200)는 제1 투명 필름(201) 상에 형성된 RM 패턴(205), 및 RM 패턴(202)을 덮는 저굴절 매질의 평탄화층(206)을 포함한다. 이 3D 광학 소자(200)는 도 18과 같이 집광하여 픽셀 위치에 따라 광경로를 다르게 하는 렌즈를 형성한다. 제1 투명 필름(201)은 액정표시패널(100)의 상부 편팡판(106)에 접착된다.

제1 투명 필름(201)의 일면에는 반응성 메조겐(RM, reactive mesogens)의 액정 분자를 일정한 방향으로 배향하기 위하여 액정 분자의 프리틸트(pre-tilit)를 설정하기 위한 배향막이 코팅된다.

RM 패턴(207)은 반응성 메조겐(RM)을 포함한다. 반응성 메조겐(RM)은 중합이 가능한 말단기를 포함하는 액정 물질로서, 액정성을 발현할 수 있는 메조겐과 중합이 가능한 말단기를 포함하여 액정상을 갖게 되는 단량체 분자이다. 중합이 가능한 말단기는 아크릴기나 메타크릴기일 수 있으며, 중합이 가능하다면 특별히 한정되지 않는다. 반응성 메조겐(RM)은 광에 노출되어 중합되면, 액정의 배열된 상을 유지하면서 액정 분자와 가교된 고분자 네트워크를 형성한다. 이러한 액정상 가교 네트워크는 액정이 가지는 광학 이방성이나 유전율 등의 특성을 그대로 가지면서도 고체상으로 견고한 구조를 가지기 때문에 기계적이나 열적으로 안정하다.

평탄화층(206)은 시청자와 대향하는 평탄면(207)과, RM 패턴(207)과 접하는 렌즈면을 포함한다. 평탄화층(206)의 평탄면(207)에는 도 19 내지 도 21과 같은 형태로 표면 처리될 수 있다. 평탄화층(206)의 렌즈면은 RM 패턴(207)의 렌즈 형태를 성형한다. 평탄화층(206)은 자외선(UV) 경화 수지로 제작될 수 있다.

도 17과 같은 3D 광학 소자는 도 18의 (b)와 같이 수평 방향의 선편광이 입사되면, 그 선편광은 RM 패턴(205)의 ne(>no) 굴절율을 느끼고 통과하므로 집광한다.

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 : 액정표시패널 108 : 백라이트 유닛(BLU, SC BLU)
200 : 3D 광학소자

Claims

데이터라인들과 게이트라인들이 교차하고 매트릭스 타입의 픽셀 어레이가 형성된 액정표시패널;
상기 액정표시패널의 픽셀 어레이에 3D 영상 데이터를 기입하고 이미지 센서를 통해 사용자의 좌안과 우안 위치를 실시간 감지하는 표시패널 구동부;
상기 액정표시패널의 픽셀 어레이와 중첩되고 렌즈와 베리어 중 어느 하나를 포함하는 3D 광학소자; 및
상기 액정표시패널에 빛을 조사하는 백라이트 유닛을 포함하고;
상기 픽셀 어레이의 픽셀들 각각은 다수의 서브 픽셀들로 분할되고,
상기 표시패널 구동부에 의해 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치를 지나는 광경로 상에 존재하는 서브 픽셀들만 턴-온되고, 상기 광경로 밖의 서브 픽셀들은 턴-오프되고,
상기 턴-온되는 서브 픽셀들은 빛이 투과되는 ON 서브 픽셀들이고, 상기 ON 서브 픽셀들을 제외한 OFF 서브 픽셀들에서 빛이 차단되며,
상기 사용자의 좌안 및 우안 위치가 변경될 때 상기 ON 서브 픽셀들의 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 3D 광학 소자의 1 피치는 1 픽셀의 가로 길이와 같고,
상기 3D 광학 소자의 1 피치 내에 상기 1 픽셀이 위치하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 픽셀 어레이의 픽셀들 각각은 컬러 필터가 없는 다수의 서브 픽셀들로 분할되고,
상기 백라이트 유닛은 적색 광원, 녹색 광원, 및 청색 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 3 항에 있어서,
상기 표시패널 구동부는,
상기 액정표시패널의 기수 번째 라인들에 배치된 픽셀들에 상기 3D 영상의 제1 단안 영상의 픽셀 데이터를 기입하고,
상기 액정표시패널의 우수 번째 라인들에 배치된 픽셀들에 상기 3D 영상의 제2 단안 영상의 픽셀 데이터를 기입하고,
상기 제1 및 제2 단안 영상의 픽셀 데이터 각각은 적색 데이터, 녹색 데이터 및 청색 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 4 항에 있어서,
상기 표시패널 구동부는,
1 프레임 기간을 제1 내지 제3 서브 프레임으로 시분할하고,
제1 서브 프레임 동안 상기 ON 서브 픽셀들에 적색 데이터를 기입한 후, 제2 서브 프레임 동안 상기 ON 서브 픽셀들에 녹색 데이터를 기입한 다음, 제3 서브 프레임 동안 상기 ON 서브 픽셀들에 청색 데이터를 기입하고,
상기 적색 광원은 상기 제1 서브 프레임 기간에 점등되고, 상기 녹색 광원은 상기 제2 서브 프레임 기간에 점등되고, 상기 청색 광원은 상기 제3 서브 프레임 기간에 점등되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 3D 광학 소자의 1 피치는 1 픽셀의 가로 길이와 같고,
상기 3D 광학 소자의 1 피치 내에 상기 1 픽셀이 위치하고,
상기 1 픽셀은 2 이상의 적색 서브 픽셀들, 2 이상의 녹색 서브 픽셀들, 및 2 이상의 청색 서브 픽셀들로 분할되고,
상기 백라이트 유닛은 백색광을 상기 액정표시패널에 조사하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 6 항에 있어서,
상기 표시패널 구동부는,
상기 액정표시패널의 기수 번째 라인들에 배치된 픽셀들에 상기 3D 영상의 제1 단안 영상의 픽셀 데이터를 기입하고,
상기 액정표시패널의 우수 번째 라인들에 배치된 픽셀들에 상기 3D 영상의 제2 단안 영상의 픽셀 데이터를 기입하고,
상기 제1 및 제2 단안 영상의 픽셀 데이터 각각은 적색 데이터, 녹색 데이터 및 청색 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 ON 서브 픽셀들에 상기 3D 영상의 데이터 전압을 공급하고,
상기 OFF 서브 픽셀들에 블랙 계조 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
데이터라인들과 게이트라인들이 교차하고 매트릭스 타입의 픽셀 어레이가 형성된 액정표시패널;
상기 액정표시패널의 픽셀 어레이에 3D 영상 데이터를 기입하고 이미지 센서를 통해 사용자의 좌안과 우안 위치를 실시간 감지하는 표시패널 구동부;
상기 액정표시패널의 픽셀 어레이와 중첩되고 렌즈와 베리어 중 어느 하나를 포함하는 3D 광학소자; 및
적색 광원, 녹색 광원, 및 청색 광원을 포함하여 상기 액정표시패널에 적색광, 녹색광 및 청색광을 순차적으로 조사하는 백라이트 유닛을 포함하고,
상기 픽셀 어레이의 픽셀들에 멀티 뷰 포맷의 3D 영상 데이터가 기입되고,
상기 픽셀 어레이의 픽셀들 각각은 다수의 서브 픽셀들로 분할되고,
상기 표시패널 구동부에 의해 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치를 지나는 광경로 상에 존재하는 서브 픽셀들만 턴-온되고,
상기 턴-온되는 서브 픽셀들은 빛이 투과되는 ON 서브 픽셀들이고, 상기 ON 서브 픽셀들을 제외한 OFF 서브 픽셀들에서 빛이 차단되며,
상기 사용자의 좌안 및 우안 위치가 변경될 때 상기 ON 서브 픽셀들의 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 3D 광학 소자는,
제1 투명 필름 상에 형성된 고굴절 매질 패턴;
상기 고굴절 매질 패턴을 덮는 저굴절 매질의 평탄화층; 및
상기 평탄화층 상에 형성된 제2 투명 필름을 포함하고,
상기 제2 투명 필름은 안티 글래어(Anti-glare), 안티 리플렉션(Anti Reflection), 헤이즈 중 하나 이상으로 표면처리되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 3D 광학 소자는,
제1 투명 필름(201) 상에 형성된 반응성 메조겐 패턴; 및
상기 반응성 메조겐 패턴을 덮는 평탄화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
데이터라인들과 게이트라인들이 교차하고 매트릭스 타입의 픽셀 어레이가 형성된 표시패널;
상기 표시패널의 픽셀 어레이에 3D 영상 데이터를 기입하고 이미지 센서를 통해 사용자의 좌안과 우안 위치를 실시간 감지하는 표시패널 구동부; 및
상기 표시패널의 픽셀 어레이와 중첩되고 렌즈와 베리어 중 어느 하나를 포함하는 3D 광학소자를 포함하고,
상기 픽셀 어레이의 픽셀들 각각은 다수의 서브 픽셀들로 분할되고,
같은 색의 이웃한 서브 픽셀들 중에서 상기 사용자의 좌안 및 우안 위치를 지나는 광경로 상에 존재하는 서브 픽셀만 턴-온되고,
상기 턴-온되는 서브 픽셀들은 빛이 투과되는 ON 서브 픽셀들이고, 상기 ON 서브 픽셀들을 제외한 OFF 서브 픽셀들에서 빛이 차단되며,
상기 사용자의 좌안 및 우안 위치가 변경될 때 상기 ON 서브 픽셀들의 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.
제 12 항에 있어서,
상기 ON 서브 픽셀들에 상기 3D 영상의 데이터 전압을 공급하고,
상기 OFF 서브 픽셀들에 블랙 계조 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치.