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KR100677637B1 - 고해상도 오토스테레오스코픽 디스플레이 - Google Patents

고해상도 오토스테레오스코픽 디스플레이 Download PDF

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KR100677637B1
KR100677637B1 KR1020060017310A KR20060017310A KR100677637B1 KR 100677637 B1 KR100677637 B1 KR 100677637B1 KR 1020060017310 A KR1020060017310 A KR 1020060017310A KR 20060017310 A KR20060017310 A KR 20060017310A KR 100677637 B1 KR100677637 B1 KR 100677637B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
lenticular lens
display panel
image
polarization
Prior art date
Application number
KR1020060017310A
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English (en)
Inventor
세르게이 세스닥
김대식
Original Assignee
삼성전자주식회사
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.)
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Publication date
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Priority to US11/709,034 priority patent/US7710648B2/en
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Abstract

고해상도 오토스테레오스코픽 디스플레이가 개시되어 있다.
개시된 디스플레이는, 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛으로부터의 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 우안용 영상과 좌안용 영상의 시역을 분리하는 시역 분리 유닛; 상기 디스플레이 패널로부터 출력된 광을 제1편광의 광으로 편광시키는 편광자; 상기 제1편광 방향을 제2편광 방향으로 전환하는 편광 스위치; 및 입사광의 편광 방향에 따라 굴절 특성이 변환되는 복굴절판;을 포함한다.
상기 제1편광 방향의 광에 대해서는 홀수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 형성하고, 상기 복굴절판에 의해 쉬프트된 제2편광 방향의 광에 대해서는 짝수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 시간 순차적으로 형성하여 풀해상도의 3차원 영상을 형성한다.

Description

고해상도 오토스테레오스코픽 디스플레이{High resolution autostereoscopic display}
도 1은 US 5,606,455호에 개시된 입체 영상 디스플레이를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이에 구비된 편광 스위치와 복굴절판에 의한 입사광의 편광 방향에 따른 복굴절 특성을 나타낸 것이다.
도 4a는 좌안용 영상 필드를, 도 4b는 우안용 영상 필드를 나타낸 것이다.
도 5a는 좌안 및 우안용 홀수 필드를, 도 5b는 좌안 및 우안용 짝수 필드를 나타낸 것이다.
도 6a는 홀수 필드 영상을, 도 6b는 짝수 필드 영상을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이에 구비된 편광 스위치가 복수개의 세그먼트로 구획되어 ON-OFF 구동되는 예를 도시한 것이다.
도 8은 도 7에 도시된 편광 스위치의 구동과 함께 디스플레이 패널에서 리프레쉬 구동되는 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이의 변형예를 도시한 것이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 제1실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이의 시역 분리 유닛으로 채용되는 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛의 여러 가지 예들을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이에 구비된 수직 스트라이프 광원에 일예를 도시한 것이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 설명>
110...백라이트, 115,115'...시역 분리 유닛
120,220...디스플레이 패널, 123,223...디스플레이 컨트롤러
125,225...편광자, 133,233...편광 스위치 컨트롤러
130,230...편광 스위치, 135,235...복굴절판
150...좌안 영상 필드, 155...우안 영상 필드
160...홀수 필드, 165...짝수 필드
170...홀수 필드 영상, 175...짝수 필드 영상
본 발명은 고해상도 오토스테레오스코픽 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 좌안 영상과 우안 영상의 크로스토크를 줄여 고화질의 영상을 제공하고 시간 순차적으로 풀 해상도의 3차원 영상을 표시하는 오토스테레오스코픽 디스플레이에 관한 것이다.
평판 패널 디스플레이에서의 입체 영상을 제공하기 위한 대부분의 유효한 방식 중 하나가 스테레오페어(stereopair)의 좌안 영상과 우안 영상의 시역을 분리하기 위해 영상 패널과 시청자 사이에 위치된 렌티큘러 렌즈 어레이를 사용하는 렌티큘러 방식이다. 이 방식에 의하면 시청자의 우안과 좌안에 각각 우안 영상과 좌안 영상을 제공한다. 종래에 스테레오페어의 두 개의 영상들은 동일한 영상 패널 상에 표시되지만 좌안 영상을 위해 한 세트의 컬럼, 예를 들어 홀수 컬럼을 표시하고 우안 영상을 위해 짝수 컬럼을 표시한다. 좌안 영상과 우안 영상이 동일한 패널에 표시되기 때문에, 각 영상의 해상도가 패널의 풀 해상도보다 절반이 작다.
최근 LCD 패널의 빠른 응답성의 개발로 좌안 영상과 우안 영상을 연속적으로 표시하는 프레임의 사용에 의해 패널의 풀 해상도를 가진 스테레오스코픽 영상을 표시하는 것이 가능하다. 이 경우에 좌안 영상과 우안 영상 양쪽이 디스플레이 패널의 풀 해상도를 가지고 표시된다. 이러한 시스템에서는 프레임의 순차적 표시를 제공하기 위해, 좌안 영상과 우안 영상을 선택적으로 스위칭하여 표시할 수 있는 수단이 필요하다.
도 1은 미국 특허 5,606,455호에 개시된 종래 기술을 나타낸 것이다. 백라이트 유닛(미도시)이 평면(12)에 배치된 홀수 라인들과 짝수 라인들의 밝은 수직 라인들로서 형상화된 두 세트의 이차 광원들을 교대로 발생하고, LCD 패널(11)의 리프레싱에 동기하여 홀수 라인에서 짝수 라인으로, 그리고 짝수 라인에서 홀수 라인들로 스위칭된다. 상기 홀수 라인들과 짝수 라인들 각각은 람베르트 광원으로서 작용한다. LCD 패널(11)은 광원들로부터 소정 거리만큼 떨어져 놓여지고 시야면(13)에 스테레오스코픽 시역(viewing zONe)을 제공한다.
LCD 패널(11)은 R과 L로서 교대로 등재된 좌 및 우 이미지들의 홀수 칼럼들을 디스플레이하여 홀수 필드 영상을 형성한다. 홀수 필드 주기 동안에, LCD 셀들은 홀수 라인들 (짝수 라인들은 '오프'됨)로부터 나온 광을 변조하여, 시청자의 우안에는 우측 이미지 칼럼들을 통과하는 빛만이 수광되고 좌안에는 좌측 이미지 칼럼들을 통과하는 빛만이 수광되도록 함으로써, 스테레오스코픽 영상이 감지된다.
다음 짝수 필드 주기 중에는, 앞서 우측 이미지를 디스플레이했던 칼럼들이 좌측 이미지에 대해 활용되고, 앞서 좌측 이미지를 디스플레이했던 칼럼들이 우측 이미지에 대해 활용된다. 짝수 필드 주기 동안에는 절반 해상도인 좌측 및 우측 이미지들의 짝수 칼럼들을 영상화한다. 이때, 광원으로는 짝수 라인들이 온 되고 홀수 라인들은 오프되도록 스위치된다. 시청자는 짝수 라인들로부터 나온 광이 좌 및 우 칼럼들에 의해 변조된 광을 봄으로써 3차원 짝수 필드 영상을 보게 된다. 이때, LCD 칼럼들의 좌측 및 우측 이미지의 위치가 홀수 필드에서의 자신들의 위치와 엇갈리게 된다. 인간 시력의 잔상성으로 인해, 순차적으로 보여지는 홀수 및 짝수 절반의 해상도 필드들은 하나의 온전한(full) 해상도 스테레오스코픽 이미지로서 인식된다.
하지만, TN LCD의 유한한 응답 시간 때문에, 칼럼들에서의 좌 및 우 이미지들이 바로 바뀔 수 없으며, 이것이 왼쪽 눈으로 우측 이미지들을 보게 하고 오른쪽 눈으로 좌측 이미지들을 보게 만든다. 이러한 원치 않는 현상을 보통 "크로스토크(crosstalk)"라고 부르며, 이 크로스토크로 인해 스테레오스코픽 이미지의 품질이 현저하게 저하된다.
또한, LCD 패널 상의 그래픽 데이터가 전체 패널 위에서 동시에 갱신되지 않고 라인 별로(line-by-line) 갱신되는데 반해, 광원의 홀수 라인과 짝수 라인은 전체적으로 ON-OFF 되므로 크로스토크의 추가적 원천을 만들게 된다.
본 발명의 목적은 크로스토크가 감소된 풀 해상도의 입체 영상을 표시하는 오토스테레오스코픽 디스플레이를 제공하는 것이다.
또한, 원치 않는 크로스토크를 줄여 고화질의 입체 영상을 표시하는 오토스테레오스코픽 디스플레이를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이는, 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛으로부터의 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 우안용 영상과 좌안용 영상의 시역을 분리하는 시역 분리 유닛; 상기 디스플레이 패널로부터 출력된 광을 제1편광의 광으로 편광시키는 편광자; 상기 제1편광 방향을 제2편광 방향으로 전환하는 편광 스위치; 및 입사광의 편광 방향에 따라 굴절 특성이 변환되는 복굴절판;을 포 함하고,
상기 제1편광 방향의 광에 대해서는 홀수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 형성하고, 상기 복굴절판에 의해 쉬프트된 제2편광 방향의 광에 대해서는 짝수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 시간 순차적으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 시역 분리 유닛은, 상기 백라이트 유닛과 디스플레이 패널 사이에 배치된 것으로, 상기 백라이트 유닛으로부터의 광을 슬릿을 통해 상기 디스플레이 패널로 보내는 시차 장벽;을 포함한다.
상기 시역 분리 유닛은, 상기 편광자와 편광 스위치 사이에 배치된 것으로, 상기 디스플레이 패널로부터 출력된 광을 슬릿을 통해 우안용 영상과 좌안용 영상으로 분리하여 보내는 시차 장벽;을 포함할 수 있다.
상기 시역 분리 유닛은, 상기 편광자와 편광 스위치 사이에 배치된 것으로, 개구부와 마스크부를 교대로 가지는 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛을 포함한다.
상기 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은, 렌티큘러 렌즈셀들이 나란하게 배열된 렌티큘러 렌즈 어레이와, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 전방에 배치된 것으로 렌티큘러 렌즈셀들 사이의 경계 영역에 대향하는 마스크를 가지는 장벽을 포함한다.
상기 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은, 렌티큘러 렌즈셀들이 나란하게 배열된 렌티큘러 렌즈 어레이와, 상기 렌티큘러 렌즈셀들 사이의 경계 영역에 위치된 마스크를 포함한다.
상기 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은, 렌티큘러 렌즈 셀들이 소정 간격으로 나란하게 배열되고, 상기 렌티큘러 렌즈 셀들 사이에 평면부가 형성된 렌티큘러 렌즈 어레이와, 상기 평면부에 위치된 마스크를 포함한다.
상기 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은, 렌티큘러 렌즈 셀들이 소정 간격으로 나란하게 배열되고, 상기 렌티큘러 렌즈 셀들 사이에 평면부가 돌출 형성된 렌티큘러 렌즈 어레이와, 상기 평면부에 위치된 마스크를 포함한다.
상기 오토스테레오스코픽 디스플레이는,
상기 디스플레이 패널에 그래픽 신호를 전송하는 디스플레이 컨트롤러; 상기 디스플레이 컨트롤러에 동기되어 편광 스위치를 ON-OFF 제어하는 편광 스위치 컨트롤러;를 포함한다.
상기 편광 스위치는 상기 디스플레이 패널의 그래픽 데이터 리프레쉬 방향에 대해 수직한 방향으로 구획된 복수의 세그먼트를 포함하고, 상기 복수의 세그먼트는 각각 독립적으로 ON-OFF 스위칭된다.
상기 편광 스위치는 상기 디스플레이 패널의 그래픽 데이터 리프레쉬율에 동기되어 라인별로 ON-OFF 스위칭된다.
상기 복굴절판에 의해 편광 방향에 따라 광이 쉬프트되는 거리 d는 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
<조건식>
Figure 112006013022200-pat00001
여기서, t는 복굴절판의 두께를, n0는 제1편광에 대한 굴절률을, ne는 제2편광에 대한 굴절률을 각각 나타낸다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이는, 수직 라인 형태의 광을 소정 간격으로 조명하는 수직 스트라이프 광원; 상기 수직 스트라이프 광을 이용하여 우안용 영상과 좌안용 영상의 시역이 분리된 영상을 형성하는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널로부터 출력된 광을 제1편광의 광으로 편광시키는 편광자; 상기 제1편광 방향을 제2편광 방향으로 전환하는 편광 스위치; 및 입사광의 편광 방향에 따라 굴절 특성이 변환되는 복굴절판;을 포함하고,
상기 제1편광 방향의 광에 대해서는 홀수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 형성하고, 상기 복굴절판에 의해 쉬프트된 제2편광 방향의 광에 대해서는 짝수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 시간 순차적으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이는, 광을 조사하는 백라이트 유닛(110), 상기 백라이트 유닛으로부터의 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널(120), 상기 디스플레이 패널의 우안용 영상과 좌안용 영상의 시역을 분리하는 시역 분리 유닛(115)을 포함한다.
그리고, 상기 시역 분리 유닛(115)으로부터 출력된 광을 일 편광의 광으로 편광시키는 편광자(125), 상기 일 편광의 방향을 스위칭하는 편광 스위치(130) 및 입사광의 편광 방향에 따라 굴절 특성이 변환되는 복굴절판(135)을 포함한다.
상기 시역 분리 유닛(115)은 상기 백라이트 유닛(110)과 디스플레이 패널 (120)사이에 복수의 슬릿을 가지는 시차 장벽(parallax barrier)(115)으로 구성될 수 있다. 시차 장벽의 슬릿의 폭은 시차 장벽의 피치(p)의 1/2보다 작은 것이 일반적이다. 시차 장벽은 투명 기판에 소정 간격으로 불투명 물질로 마스크가 증착되어 형성될 수 있다. 또는, 전기적으로 제어되는 공간 광변조기에 기초하여 ON-OFF 스위칭할 수 있는 구조를 가질 수 있다. ON-OFF 스위칭 가능한 경우에는, 시차 장벽을 전체적으로 투명하게 변조함으로써 2차원 영상을 구현하거나, 슬릿 형상을 가지도록 변조함으로써 3차원 영상을 구현할 수 있다. 이 경우에는 2차원 영상 모드와 3차원 영상 모드를 선택적으로 구현할 수 있는 이점이 있다.
상기 디스플레이 패널(120)은 광을 전기적으로 변조하여 영상을 형성하는 것으로, 광의 편광 특성에 의존하는 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 FLCD(Ferro Liquid Crystal Display)로 구성될 수 있다. 또한, 상기 디스플레이 패널(120)에 그래픽 데이터 신호를 전송하는 디스플레이 컨트롤러(123)가 구비된다. 상기 디스플레이 컨트롤러(123)는 높은 리프레쉬율로 그래픽 데이터를 리프레쉬할 수 있는 것으로, 예를 들어 100-120Hz의 리프레쉬율을 갖는다.
상기 편광자(125)는 상기 디스플레이 패널(120)로부터 나온 광을 제1 편광의 광 예를 들어, S 편광의 광으로 편광시킨다. 편광 스위치(130)는 편광자(125)에 의해 편광된 제1 편광의 광을 다른 편광 즉, 제2 편광의 광으로 변환시킨다. 다시 말하면, 상기 제1 편광의 광은 편광 스위치(130)에 의해 제1 편광의 광으로 유지되거나 제2 편광의 광으로 변환된다. 상기 편광 스위치(130)는 편광 스위치 컨트롤러(133)에 의해 ON-OFF 구동되며, 편광 스위치 컨트롤러(133)는 상기 디스플레이 컨 트롤러(123)와 동기되어 구동된다.
복굴절판(135)은 입사광의 편광 방향에 따라 서로 상이한 굴절률을 가진다. 복굴절판(135)의 결정 광축과 나란한 편광 방향을 가지는 정상 광선은 복굴절판의 정상 굴절률(no)에 따라 직진 투과되며, 복굴절판의 결정 광축에 대해 수직인 편광 방향을 가지는 이상 광선은 복굴절판의 이상 굴절률(ne)에 따라 굴절된다.
복굴절판(135)은 고복굴절률을 가지는 광학 물질로 형성될 수 있으며, 예를들어 광학적으로 연마된 방해석(CaCO3) 또는 LiNb3(lithium niobate)으로 형성될 수 있다.
도 3은 편광 스위치(130)와 복굴절판(135)을 통과하는 광의 진행 경로를 나타낸 것이다. 편광자(125)는 복굴절판(135)의 정상 결정 광축과 나란한 광축을 가지거나 이상 결정 광축과 나란한 광축을 가질 수 있다. 여기서는, 편광자(125)가 복굴절판(135)의 정상 결정 광축과 나란한 광축을 가지는 것으로 한다.
입사광(SO)이 편광 스위치(130)를 통과하여 복굴절판(135)에 입사되고, 입사광(S0)이 제1편광 방향을 가지고 편광 스위치(130)가 OFF 되어 있을 때, 복굴절판(135)은 제1편광의 광(S1)에 대해서는 정상 굴절률(n0)을 가지므로 복굴절판(135)을 직진 투과한다. 한편, 입사광(S0)이 제1편광 방향을 가지고 입사되고 편광 스위치(130)가 ON됨으로써 제2편광 방향으로 전환되어 복굴절판(135)에 입사될 때, 복굴절판(135)은 제2편광의 광(S2)에 대해서는 이상 굴절률(ne)을 가지므로 복굴절판(135)을 굴절 투과한다. 이때, 제1편광의 광(S1)에 대해 제2편광의 광(S2)이 쉬프 트된 거리를 d는 복굴절판(135)의 두께를 t, 복굴절판(135)의 정상 굴절률을 no, 이상 굴절률을 ne라고 할 때 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112006013022200-pat00002
또한, 상기 복굴절판(135)에 의한 영상 쉬프트 거리(d)는 상기 시차 장벽 피치(p)의 1/2로 되는 것이 좋다.
다음, 본 발명에 따른 디스플레이의 작용 효과를 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 좌안 영상 필드(150)와 우안 영상 필드(155)를 도시한 것으로, 좌안 영상 필드와 우안 영상 필드는 두 대의 사진기에 의해 서로 다른 시점으로부터 촬영된다. 좌안 영상 필드(150)는 홀수 칼럼(1L,3L,5L...(2n-1)L)(n은 자연수)의 좌안 영상 필드와 짝수 칼럼(2L,4L,...(2n-2)L)(n은 자연수)의 좌안 영상 필드로 구성되고, 우안 영상 필드(155)는 홀수 칼럼(1R,3R,...(2n-1)R)(n은 자연수)의 우안 영상 필드와 짝수 칼럼(2R,4R,...2nR)(n은 자연수)의 우안 영상 필드로 구성된다. 풀 해상도의 영상은 이러한 홀수 칼럼의 영상과 짝수 칼럼의 영상으로 표시된다.
우선, 디스플레이 컨트롤러(123)로부터 홀수 칼럼의 좌안 영상에 대응되는 그래픽 신호와 홀수 칼럼의 우안 영상에 대응되는 그래픽 신호가 디스플레이 패널(120)에 입력되고, 입력된 신호에 따라 홀수 칼럼의 좌안 영상과 홀수 칼럼의 우안 영상이 형성된다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이 홀수 칼럼의 좌안 영상과 홀수 칼 럼의 우안 영상에 의한 홀수 필드(160)가 형성된다. 백라이트(110)로부터의 광이 시역 분리 유닛(115)을 통해 디스플레이 패널(120)에 입사되고, 상기 시역 분리 유닛(115)에 의해 홀수 칼럼의 좌안 영상은 좌안(LE)으로, 홀수 칼럼의 우안 영상은 우안(RE)으로 분리되어 도 6a에 도시된 바와 같이 홀수 필드의 3차원 영상(170)이 형성된다. 즉, 좌안은 상기 시역 분리 유닛(115)의 슬릿을 통해 홀수 칼럼의 좌안 영상만을 받아들이고, 우안은 홀수 칼럼의 우안 영상만을 받아들인다.
좌안 홀수 필드와 우안 홀수 필드(160)의 영상은 편광자(125)에 의해 제1편광으로 되고, 이때 편광 스위치(130)는 OFF되어 제1편광은 편광 방향의 변화 없이 복굴절판(135)으로 입사된다. 복굴절판(135)은 제1편광에 대해 정상 굴절률(n0)을 가지므로 제1편광의 홀수 필드 영상(160)은 복굴절판(135)을 직진 투과한다.
다음, 디스플레이 컨트롤러(123)로부터 짝수 칼럼의 좌안 영상에 대응되는 그래픽 신호와 홀수 칼럼의 우안 영상에 대응되는 그래픽 신호가 디스플레이 패널(120)에 입력된다. 그리고, 디스플레이 컨트롤러(123)와 동기되어 편광 스위치(125)가 ON된다.
상기 디스플레이 패널(120)에서는 입력된 신호에 따라 짝수 칼럼의 좌안 영상과 짝수 칼럼의 우안 영상이 형성되어 도 5b에 도시된 바와 같이 짝수 칼럼의 좌안 영상과 짝수 칼럼의 우안 영상에 의한 홀수 필드(165)가 형성된다. 상기 시역 분리 유닛(115)에 의해 짝수 칼럼의 좌안 영상은 좌안(LE)으로, 짝수 칼럼의 우안 영상은 우안(RE)으로 분리되어 도 6b에 도시된 바와 같이 짝수 필드의 3차원 영상 (175)이 형성된다. 짝수 필드의 3차원 영상은 상기 편광 스위치(125)에 의해 제2편광의 광으로 전환된다. 제2편광의 짝수 필드 영상은 복굴절판(135)에서 이상 굴절률(ne)을 가지고 진행되어 굴절 투과된다. 즉, 짝수 필드 영상은 홀수 필드 영상에 비해 굴절률차에 의해 쉬프트되어 좌안과 우안에 맺힌다. 도 6a는 홀수 필드 영상을 나타내고, 도 6b는 짝수 필드 영상을 나타낸 것으로, 홀수 필드 영상에 비해 짝수 필드 영상이 쉬프트되어 나타남을 보여준다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디스플레이는 시간 순차적으로 홀수 필드 영상과 짝수 필드 영상을 표시함으로써 풀해상도의 3차원 영상을 구현한다. 이러한 필드 반복률은, 사람의 눈이 풀해상도의 절반으로 표시되는 홀수 필드 또는 짝수 필드를 감지하여 지속하는 비율보다 높기 때문에 풀해상도의 영상을 플리커링 없이 표시할 수 있다.
한편, 디스플레이 패널(120)은 m×n 개의 액정 화소들이 매트릭스 타입으로 배열되고, m 개의 데이터 라인들과 n개의 게이트 라인들이 교차되고, 데이터 라인들과 게이트 라인들의 교차부에 TFT가 형성되어 구성된다. 액정 화소에 각각 형성된 TFT는 게이트 라인으로부터 공급되는 스캔 신호에 응답하여, 데이터 라인들로부터 공급되는 데이터 신호에 따라 스위칭 동작한다. 이러한 액정 디스플레이 패널의 구성과 작용은 이미 공지된 것으로 당업자에게 자명한 것이므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
디스플레이 패널(120)은 라인 단위로 스캐닝되면서 리프레쉬되므로, 편광 스위치(130)도 디스플레이 패널의 리프레쉬율에 동기되어 라인 단위로 ON-OFF 제어되 는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 디스플레이 패널(120)에서의 영상 신호에 메칭되어 홀수 필드와 짝수 필드가 혼합됨 없이 좌안 또는 우안에 표시될 수 있다. 이에 따라 디스플레이 패널의 스캐닝에 따른 크로스토크를 감소시켜 고화질의 영상을 제공할 수 있다.
편광 스위치는 디스플레이 패널의 리프레쉬율에 동기되어 ON-OFF 제어되는 것이 이상적이지만, 편광 스위치(130)를 복수 개의 세그먼트로 나누어 세그먼트 별로 ON-OFF 제어하도록 구성하여 크로스토크를 감소시키는 것도 가능하다.
예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 편광 스위치(130)를 그래픽 데이터의 리프레쉬 방향 즉, 스캐닝 방향에 대해 수직한 방향으로 n개의 세그먼트(130-1)(130-2)...(130-n)로 구획하고, 각 세그먼트 별로 스위치(k1)(k2)...(kn)를 구비한다. 그리고, 디스플레이 패널의 스캐닝 주기 T에 대해 T/n 단위로 각 세그먼트를 ON-OFF 제어한다. 도 8은 편광 스위치가 4개의 세그먼트로 구획될 때, 디스플레이 패널의 스캐닝에 따른 영상 필드를 나타낸 것이다. 여기서, 우안용 홀수 칼럼 필드를 R(o), 좌안용 홀수 컬럼 필드를 L(o), 우안용 짝수 칼럼 필드를 R(e), 좌안용 짝수 칼럼 필드를 L(e)로 나타낸다. t=0일 때 {L(o)+R(o)}가 입력되고, 편광 스위치의 제1, 제2, 제3 및 제4 세그먼트가 OFF되어 {L(o)+R(o)} 필드 영상이 복굴절판을 통해 직진 투과된다. t=T/4일 때 디스플레이 패널의 스캐닝에 따라 디스플레이 패널의 상부 1/4 영역에 {L(e)+R(e)} 필드가 입력되고, 이와 동기되어 편광 스위치의 제4세그먼트가 ON 되어 {L(e)+R(e)} 필드 영상의 편광 방향이 변환된다. 그럼으로써, {L(o)+R(o)} 필드 영상은 복굴절판(135)을 직진 투과하는 한편, {L(e)+R(e)} 필드 영상은 복굴절판(135)을 통해 이상 굴절률을 가지고 쉬프트되어 좌안과 우안에 표시된다. 그리하여, {L(o)+R(o)} 필드 영상과 {L(e)+R(e)} 필드 영상이 혼합되어 생기는 크로스토크를 줄일 수 있다. t=T/2, t=T일 때 홀수 필드 영상과 짝수 필드 영상에 대응되는 편광 스위치의 세그먼트를 ON-OFF 제어함으로써 상기한 바와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이때, 디스플레이 패널의 라인별 리프레쉬율에 따른 크로스토크를 최대한 줄이기 위해 가능한 편광 스위치의 세그먼트를 증가시키는 것이 좋으며, 바람직하게는 디스플레이 패널의 라인과 같은 개수의 세그먼트로 구성되어 라인별로 동기 스위칭되는 것이 좋다.
도 9는 프론트 시차 장벽을 가지는 디스플레이를 나타낸 것으로, 시차 장벽(115')을 백라이트(110)와 디스플레이 패널(125) 사이에 배치하는 대신 편광자(125)와 편광 스위치(130) 사이에 배치하는 예를 도시한 것이다. 도 2와 비교할 때, 시차 장벽의 위치가 다를 뿐 나머지 부재들의 작용 효과는 실질적으로 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
백라이트(110)로부터의 광을 이용하여 디스플레이 패널(120)에서 영상이 형성되고, 이 영상은 좌안 영상과 우안 영상이 상기 시차 장벽(115')에 의해 시역 분리되어 좌안(LE)과 우안(RE)에 맺힘으로써 3차원 영상을 형성한다. 그리고, 편광 스위치(130) 및 복굴절판(135)에 의해 홀수 필드{L(o)+R(o)}와 짝수 필드{L(e)+R(e)}가 시간 순차적으로 쉬프트되어 표시된다.
한편, 시역 분리 유닛으로 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛을 이용할 수도 있다. 도 9에서 프론트 시차 장벽(115') 대신에 도 10a 내지 도 10d에 도시된 바와 같은 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛을 채용하여 디스플레이를 구성할 수 있다.
렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은 상기 편광자(125)와 편광 스위치(130) 사이에 배치되고, 개구부와 마스크부를 교대로 가진다. 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은 렌티큘러 렌즈 어레이에 의해 시역을 분리함과 아울러 마스크부를 통해 렌티큘러 렌즈 어레이의 개구를 감소시킴으로써 홀수 필드와 짝수 필드가 중첩되는 것을 방지한다.
본 발명에서의 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어 레티큘러 렌즈 어레이 유닛은 도 10a에 도시된 바와 같이 렌티큘러 렌즈셀들(181)이 나란하게 배열된 렌티큘러 렌즈 어레이(180)와, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이(180)의 전방에 배치된 장벽(185)을 포함한다. 상기 장벽(185)은 투명판에 상기 렌티큘러 렌즈셀들(181) 사이의 경계 영역(182)에 대향하는 위치에 형성된 마스크(186)를 가진다.
또는, 도 10b에 도시된 바와 같이, 렌티큘러 렌즈셀들(181)이 나란하게 배열된 렌티큘러 렌즈 어레이(180)의 상기 렌티큘러 렌즈셀들(181) 사이의 경계 영역(187)에 마스크(187)가 형성되어 있다. 상기 마스크들(187) 사이에 개구부가 형성된다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은 나란하게 배열된 렌티큘러 렌즈셀들(191)과, 상기 렌티큘러 렌즈셀들(191) 사이에 형성된 평면부(192)를 가지는 렌티큘러 렌즈 어레이(190)를 포함한다. 그리고, 상기 평면부 (192)에 마스크(193)가 형성될 수 있다. 또는, 도 10d에 도시된 바와 같이, 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은 나란하게 배열된 렌티큘러 렌즈셀들(191)과, 상기 렌티큘러 렌즈셀들(191) 사이에 돌출 형성된 평면부(193)를 가지는 렌티큘러 렌즈 어레이(190)를 포함한다. 그리고, 상기 평면부(194)에 마스크(195)가 형성될 수 있다.
다음 본 발명에 따른 제2실시예에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이는 도 11을 참조하면, 수직 라인 형태의 광을 소정 간격으로 조명하는 수직 스트라이프 광원(210)과, 상기 수직 스트라이프 광원(210)을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널(220)을 포함한다. 상기 디스플레이 패널(220)의 다음에는 디스플레이 패널(220)로부터 출력된 광을 소정의 일편광의 광으로 편광시키는 편광자(225)와, 입사광의 편광 방향을 전환하는 편광 스위치(230)와, 입사광의 편광 방향에 따라 굴절 특성이 달라지는 복굴절판(235)이 배치된다.
상기 광원(210)은 수직 스트라이프 광을 조명하는 것으로 우안 영상과 좌안 영상의 시역을 분리하여 3차원 영상이 표시되도록 한다. 수직 스트라이프 광원(210)은 제1실시예에서의 백라이트와 시차 장벽의 역할을 같이 하는 것으로, 수직 스트라이프 광원(210)으로부터 조사된 광을 이용하여 디스플레이 패널에서 형성된 영상은 좌안과 우안으로 분리되어 표시된다.
디스플레이 패널(220)에 신호를 입력하는 디스플레이 컨트롤러(223)와, 디스플레이 컨트롤러(223)에 동기되어 편광 스위치를 스위칭하는 편광 스위치 컨트롤러(233)가 구비된다. 예를 들어, 상기 디스플레이 패널(220)로부터 홀수 필드 그래픽 신호(L(o)+R(o))가 입력되고, 이 그래픽 신호에 따라 디스플레이 패널(220)에서 홀 수 필드 영상이 형성된다. 홀수 필드 영상은 편광자(2250)에 의해 제1편광으로 편광되고, OFF된 편광 스위치(230)를 편광 방향 변화 없이 통과하여 복굴절판(235)에 입사된다. 복굴절판(235)은 제1편광에 대해 예를 들어 정상 굴절률을 가지고, 제1편광의 광은 복굴절판(235)을 직진 투과한다. 홀수 필드 영상은 상기 수직 스트라이프 광원(210)에 의해 좌안 홀수 필드 영상은 좌안(LE)으로, 우안 홀수 필드 영상은 우안(RE)으로 분리되어 표시된다.
이어서, 디스플레이 패널(220)에 짝수 필드 영상의 그래픽 신호(L(e)+R(e))가 입력되고, 이와 동기되어 편광 스위치가 ON된다. 디스플레이 패널(220)은 입력된 그래픽 신호에 따라 짝수 필드 영상을 형성하고, 짝수 필드 영상은 편광자(235)에 의해 제1편광의 광으로 편광된다. 그런 다음 편광 스위치(230)에 의해 제2편광의 광으로 전환되어 복굴절판(235)에 입사된다. 제2편광의 짝수 필드 영상은 복굴절판(235)에서 이상 굴절률을 가져 복굴절판(235)을 굴절 투과하고, 홀수 필드 영상에 비해 소정 간격 쉬프트되어 좌안과 우안에 표시된다. 복굴절판(235)에 의한 영상 쉬프트는 앞서 제1실시예에서 설명한 바와 같다.
수직 스트라이프 광원(210)은 예를 들어 도 12에 도시된 바와 같이 램프(212)와, 렌티큘러 렌즈 어레이(214)를 포함하여 구성될 수 있다. 램프(212)로부터 출사된 광은 렌티큘러 렌즈 어레이(214)를 통해 수직 방향으로 집속되어 수직 스트라이프 형태의 광으로 된다. 상기 램프(212)는 예를 들어 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)일 수 있다. 수직 스트라이프 광원(210)은 이 밖에도 다양한 구성으로 제작될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
본 발명에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이는 순차 구동 방식으로 디스플레이 패널의 풀해상도로 3차원 영상을 제공하며, 텔레비전, 컴퓨터 그래픽 및 다른 응용을 위해 평판 패널, 특히 LCD 패널의 높은 응답성 및 전송률을 이용하여 달성될 수 있다.
또한, 복굴절판을 이용하여 홀수 필드와 짝수 필드를 쉬프트시켜 풀해상도를 구현하고, 디스플레이 패널에 홀수 필드와 짝수 필드의 우안용 그래픽 신호가 동일 셀에 입력되고, 홀수 필드와 짝수 필드의 좌안용 그래픽 신호가 동일 셀에 입력됨으로써 불충분한 디스플레이 패널의 응답 속도로 인해 발생할 수 있는 좌안 영상과 우안 영상 사이의 크로스토크를 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 디스플레이 패널의 응답 속도가 다소 늦더라도 홀수 필드와 짝수 필드의 시간 순차적 표시에 의해 플릭커링을 줄일 수 있다.
또한, 영상의 편광 방향을 전환하는 편광 스위치를 디스플레이 패널의 리프레쉬율에 동기시켜 라인별로 스위칭함으로써 그래픽 데이터의 라인별 리프레슁으로 인한 크로스토크를 줄이 수 있다.

Claims (17)

  1. 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛으로부터의 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 우안용 영상과 좌안용 영상의 시역을 분리하는 시역 분리 유닛;
    상기 디스플레이 패널로부터 출력된 광을 제1편광의 광으로 편광시키는 편광자;
    상기 제1편광 방향을 제2편광 방향으로 전환하는 편광 스위치; 및
    입사광의 편광 방향에 따라 굴절 특성이 변환되는 복굴절판;을 포함하고,
    상기 제1편광 방향의 광에 대해서는 홀수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 형성하고, 상기 복굴절판에 의해 쉬프트된 제2편광 방향의 광에 대해서는 짝수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 시간 순차적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 시역 분리 유닛은,
    상기 백라이트 유닛과 디스플레이 패널 사이에 배치된 것으로, 상기 백라이트 유닛으로부터의 광을 슬릿을 통해 상기 디스플레이 패널로 보내는 시차 장벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 시역 분리 유닛은,
    상기 편광자와 편광 스위치 사이에 배치된 것으로, 상기 디스플레이 패널로부터 출력된 광을 슬릿을 통해 우안용 영상과 좌안용 영상으로 분리하여 보내는 시차 장벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 시역 분리 유닛은,
    상기 편광자와 편광 스위치 사이에 배치된 것으로, 개구부와 마스크부를 교대로 가지는 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은,
    렌티큘러 렌즈셀들이 나란하게 배열된 렌티큘러 렌즈 어레이와, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 전방에 배치된 것으로 렌티큘러 렌즈셀들 사이의 경계 영역에 대향하는 마스크를 가지는 장벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은,
    렌티큘러 렌즈셀들이 나란하게 배열된 렌티큘러 렌즈 어레이와, 상기 렌티큘러 렌즈셀들 사이의 경계 영역에 위치된 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은,
    렌티큘러 렌즈 셀들이 소정 간격으로 나란하게 배열되고, 상기 렌티큘러 렌즈 셀들 사이에 평면부가 형성된 렌티큘러 렌즈 어레이와, 상기 평면부에 위치된 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이 유닛은,
    렌티큘러 렌즈 셀들이 소정 간격으로 나란하게 배열되고, 상기 렌티큘러 렌즈 셀들 사이에 평면부가 돌출 형성된 렌티큘러 렌즈 어레이와, 상기 평면부에 위치된 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널에 그래픽 신호를 전송하는 디스플레이 컨트롤러;
    상기 디스플레이 컨트롤러에 동기되어 편광 스위치를 ON-OFF 제어하는 편광 스위치 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광 스위치는 상기 디스플레이 패널의 그래픽 데이터 리프레쉬 방향에 대해 수직한 방향으로 구획된 복수의 세그먼트를 포함하고, 상기 복수의 세그먼트는 각각 독립적으로 ON-OFF 스위칭되는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디 스플레이.
  11. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광 스위치는 상기 디스플레이 패널의 그래픽 데이터 리프레쉬율에 동기되어 라인별로 ON-OFF 스위칭되는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  12. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복굴절판에 의해 편광 방향에 따라 광이 쉬프트되는 거리 d는 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
    <조건식>
    Figure 112006013022200-pat00003
    여기서, t는 복굴절판의 두께를, n0는 제1편광에 대한 굴절률을, ne는 제2편광에 대한 굴절률을 각각 나타낸다.
  13. 수직 라인 형태의 광을 소정 간격으로 조명하는 수직 스트라이프 광원;
    상기 수직 스트라이프 광을 이용하여 우안용 영상과 좌안용 영상의 시역이 분리된 영상을 형성하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널로부터 출력된 광을 제1편광의 광으로 편광시키는 편광 자;
    상기 제1편광 방향을 제2편광 방향으로 전환하는 편광 스위치; 및
    입사광의 편광 방향에 따라 굴절 특성이 변환되는 복굴절판;을 포함하고,
    상기 제1편광 방향의 광에 대해서는 홀수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 형성하고, 상기 복굴절판에 의해 쉬프트된 제2편광 방향의 광에 대해서는 짝수 칼럼 필드에 대응되는 영상을 시간 순차적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널에 그래픽 신호를 전송하는 디스플레이 컨트롤러;
    상기 디스플레이 컨트롤러에 동기되어 편광 스위치를 ON-OFF 제어하는 편광 스위치 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 편광 스위치는 상기 디스플레이 패널의 그래픽 데이터 리프레쉬 방향에 대해 수직한 방향으로 구획된 복수의 세그먼트를 포함하고, 상기 복수의 세그먼트는 각각 독립적으로 ON-OFF 스위칭되는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 편광 스위치는 상기 디스플레이 패널의 그래픽 데이터 리프레쉬율에 동기되어 라인별로 ON-OFF 스위칭되는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  17. 제 13항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복굴절판에 의해 편광 방향에 따라 광이 쉬프트되는 거리 d는 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 오토스테레오스코픽 디스플레이.
    <조건식>
    Figure 112006013022200-pat00004
    여기서, t는 복굴절판의 두께를, n0는 제1편광에 대한 굴절률을, ne는 제2편광에 대한 굴절률을 각각 나타낸다.
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