KR101211467B1 - 입체영상표시장치 및 영상표시방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면영상을 표시하는 2D 모드와 입체영상을 표시하는 3D 모드 각각에서 보다 균일한 고휘도 화상을 구현할 수 있는 패러렉스 베리어 방식 입체영상표시장치 및 이를 이용한 영상표시방법에 관한 것이다.

구체적으로 본 발명은 2D 모드와 3D 모드를 선택적으로 구현하는 입체영상표시장치로서, 평면영상을 표시하는 메인 액정패널과; 상기 2D 모드에서 전면에 걸쳐 빛을 투과하고, 상기 3D 모드에서 상기 평면영상에 오버랩 되는 페러렉스 베리어 패턴을 표시하는 패러렉스 베리어 액정패널과; 상기 메인 액정패널 후방에 마련되어, 상기 2D 모드에서 제 1 휘도의 빛을 상기 메인 액정패널로 공급하고, 상기 3D 모드에서 상기 제 1 휘도 보다 높은 제 2 휘도의 빛을 상기 메인 액정패널로 공급하는 백라이트를 포함하는 입체영상표시장치 및 영상표시방법을 제공한다.

Description

입체영상표시장치 및 영상표시방법{stereoscopic 3 dimension display apparatus and display method using the same}

도 1은 전통적인 패러렉스 베리어 방식 입체영상표시장치의 모식도.

도 2a와 도 2b는 각각 일반적인 페러랙스 베리어 방식 입체영상표시장치의 2D, 3D 모드에 대한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 입체영상표시장치의 간략한 분해사시도.

도 4는 본 발명에 따른 메인 액정패널의 분해사시도.

도 5는 본 발명에 따른 패러렉스 베리어 액정패널의 분해사시도.

도 6은 본 발명에 따른 입체영상표시장치의 열음극형광램프의 단면도.

도 7a와 도 7b는 각각 본 발명에 따른 입체영상표시장치의 열음극형광램프에 대한 입력전류 파형도.

도 8a와 도 8b는 각각 본 발명에 따른 입체영상표시장치의 2D, 3D 모드에 대한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 메인 액정패널 102,112 : 제 1 및 제 2 기판

130 : 패러렉스 베리어 액정패널 132,142 : 제 3 및 제 4 기판

150 : 백라이트 160 : 열음극형광램프

162 : 유리관 172,174 : 제 1 및 제 2 전극

182 : 반사시트 184 : 광학시트

본 발명은 입체영상표시장치(stereoscopic 3 dimension display apparatus) 및 영상표시방법에 관한 것으로, 평면영상을 표시하는 2D(2 dimension) 모드와 입체영상을 표시하는 3D(3 dimension) 모드 각각에서 보다 균일한 고휘도 화상을 구현할 수 있는 패러렉스 베리어(parallax barrier) 방식 입체영상표시장치 및 영상표시방법에 관한 것이다.

일반적인 3차원 입체영상은 두 눈의 스테레오(stereo) 시각원리에 의한다.

두 눈의 시차, 다시 말해 약 65㎜ 정도 떨어져 존재하는 두 눈 사이의 간격에 의한 양안시차(binocular disparity)는 입체감을 느끼게 하는 중요한 요인으로, 좌우 눈이 각각 연관된 평면영상을 볼 경우에 뇌는 이들 서로 다른 두 영상을 융합하여 3차원 영상 본래의 깊이감과 실재감을 재생할 수 있고, 이 같은 능력을 스테레오그라피(stereography)라 한다. 이에 따라 스테레오그라피를 응용한 3차원 입체영상 기술이 소개된 바 있으며, 구체적인 예로서 안경식 입체영상 디스플레이, 홀로그래픽(holographic) 디스플레이, 무안경식 입체영상 디스플레이 방법 등을 들 수 있다.

하지만 이중 특수안경에 의한 입체영상 디스플레이 방법은 동시에 많은 인원이 입체영상을 즐길 수 있지만 별도의 편광안경 또는 액정셔터 안경이 요구되는 불편함을 나타내고, 관찰자의 위치에 따른 영향을 최소화 할 수 있어 가장 완벽한 3차원 입체영상으로 알려져 있는 홀로그래픽 디스플레이 방법은 레이저 기준광을 구현하기 위한 기술상의 어려움과 대형장비가 동원되는 단점을 보인다.

반면, 무안경식 입체영상 디스플레이 방법의 경우에 비록 관찰범위가 고정되어 소수인원에 한정되는 단점에도 불구하고 별도의 안경이 불필요하고 장치적 구성이 간단한 특징을 보여 선호되고 있으며, 이에 따른 입체영상 구현방법으로서 좌/우안용 스테레오이미지(stereo image)를 분리 표시하여 관찰자로 하여금 3차원의 입체감을 느끼게 하는 패러랙스 베리어(parallax barrier) 방식 입체영상표시장치가 각광받고 있다.

이러한 패러랙스 베리어 방식 입체영상표시장치의 입체영상 구현원리를 간략하게 살펴보면, 좌/우안용 이미지를 표시하는 평면영상에 스트라이프(stripe) 형태의 개구(aperture)와 베리어(barrier)를 중첩시킴으로서 관찰자의 스테레오그라피를 유발해서 입체감을 느끼게 하는 방식인바, 평면영상을 표시하는 메인 표시장치(main display device) 그리고 스트라이프 형태의 개구와 베리어를 제공하는 패러렉스 베리어를 필수 구성요소로 한다.

첨부된 도 1은 일반적인 패러렉스 베리어 방식 입체영상표시장치를 나타낸 모식도로서, 특히 메인 디스플레이 장치로 액정패널(liquid crystal display panel : 10)이 사용된 경우이다.

이때 액정패널(10)에는 좌안용 이미지정보를 표시하는 좌안 픽셀(L)과 우안용 이미지정보를 표시하는 우안 픽셀(R)이 번갈아 정의되어 있고, 그 배면에는 별도의 조광(照光) 장치인 백라이트(backlight : 20)가 마련된다. 그리고 액정패널(10)과 관찰자(40) 사이 또는 액정패널(10)과 백라이트(20) 사이로는 패러렉스 베리어(30)가 개재되며, 여기에는 좌/우안용 픽셀(L,R)로부터 나오는 빛을 각각 선택적으로 통과시키는 슬릿(32)과 베리어(34)가 관찰자(40)에 대해 세로방향을 향하는 스트라이프 형태로 반복 배열되어 있다.

이에 따라 백라이트(20)로부터 발한 빛 중에서 액정패널(10)의 좌안용 픽셀(L)을 통과한 빛(L1)은 패러렉스 베리어(30)의 슬릿(32)을 거쳐 관찰자(40)의 좌안에 도달되고, 액정패널(10)의 우안용 픽셀(R)을 통과한 빛(R1)은 패러렉스 베리어(30)의 슬릿(32)을 거쳐 관찰자(40)의 우안에 도달되는데, 이때 좌/우안용 픽셀(L,R)의 표시영상에는 각각 인간이 감지 가능한 시차(視差) 정보가 담겨 있고, 그 결과 관찰자(40)는 스테레오그라피에 의한 3차원 입체영상을 인식하게 된다.

한편, 이상의 내용은 가장 전통적인 패러랙스 배리어 방식 입체영상표시에 관한 것으로, 패러렉스 베리어(30) 상의 슬릿(32)과 베리어(34)가 영구적으로 고정되어 3D 입체영상 전용으로만 활용범위가 제한되는 단점을 보인다. 더욱이 양안시차에 의한 스테레오그라피를 통해 구현된 3D 입체영상을 장시간 시청하면 관찰자(40)는 메스꺼움이나 피로감 등의 부작용을 느낄 수 있다.

이에 따라 패러랙스 배리어 방식 입체영상표시의 보다 개선된 형태로서 평면영상을 표시하는 2D 모드와 입체영상을 표시하는 3D 모드를 사용자의 의도에 맞춰 자유로이 선택할 수 있는 기술이 소개되었고, 그 원리는 액정패널을 이용해서 패러렉스 베리어를 구현하는 것으로, 편의상 패러렉스 베리어 액정패널이라 하면, 상기 패러렉스 배리어 액정패널은 2D 모드에서 아무런 작용을 하지 못하고 전면에 걸쳐 빛을 투과시키지만 3D 모드에서는 빛을 투과시키는 슬릿 역할의 투과영역과 빛을 차단하는 베리어 역할의 차단영역을 스트라이프 형태로 반복 표시한다.

즉, 첨부된 도 2a와 도 2b는 각각 패러렉스 베리어 액정패널(50)이 사용된 일반적인 입체영상표시장치의 단면도로서, 도 2a는 2D 모드 그리고 도 2b는 3D 모드에서의 동작상태를 나타내고 있다. 그리고 보이는 것처럼 입체영상표시장치는 평면영상을 위한 투과율 차이를 나타내는 메인 액정패널(10)과, 이의 투과율 차이가 외부로 투영되도록 메인 액정패널(10)의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(20) 그리고 이들 메인 액정패널(10)과 백라이트(20) 사이로 개재되는 패러렉스 베리어 액정패널(50)를 포함한다.

이때 메인 액정패널(10)은 일반적인 능동행렬방식(active matrix type)의 그것과 마찬가지로 제 1 액정층(8)을 사이에 두고 나란히 합착된 제 1 및 제 2 기판(2,4)으로 이루어지며, 양 기판(2,4) 사이의 전기장을 통해 액정분자의 배열방향을 변화시켜 액정의 광학적 이방성과 분극성질에 의한 투과율 차이를 구현한다. 그리고 이를 위한 메인 액정패널(10)에는 화상표현의 기본단위인 화소(pixel)가 매트릭스(matrix) 형태로 정의되며, 각 화소에는 제 1 액정층(8)을 사이에 두고 대향 된 화소 및 공통전극이 마련되고, 각각의 화소전극으로 전달되는 액정구동전압을 온/오프(on/off) 스위칭(switching)하기 위한 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비될 수 있다.

그리고 이러한 메인 액정패널(10)의 투과율 차이는 백라이트(20)의 빛을 통해 비로소 외부로 디스플레이 된다.

또한 메인 액정패널(10)과 백라이트(20) 사이로 개재된 패러렉스 베리어 액정패널(50) 역시 제 2 액정층(58)을 사이에 두고 대면 합착된 제 3 및 제 4 기판(52,54)으로 이루어지지만, 메인 액정패널(10)과 달리 화소의 구분 없이 일정간격을 나타내는 스트라이프 형상의 제 1 전극(62)이 어느 하나의 기판 내면에 배열되고, 다른 한 기판 내면에는 이와 대향되는 제 2 전극(64)이 마련된다. 그리고 제 2 액정층(58)이 트위스티드 네마틱(twisted nematic) 액정의 노멀화이트(normal white) 모드라는 전제 하에 제 1 전극(62)에는 3D 모드에서만 액정구동전압이 인가된다.

그 결과 패러렉스 베리어 액정패널(50) 내부로 전계가 형성되지 않은 도 2a의 2D 모드의 경우에, 패러렉스 베리어 액정패널(50)은 노멀 화이트(normal white) 상태를 나타내어 백라이트로(20)부터 출사된 빛을 단순 투과시키고, 이에 따라 관찰자는 메인 액정패널(10)의 평면영상을 보게 된다. 반면, 제 1 전극(62)에 액정구동전압이 공급된 도 2b의 3D 모드의 경우에 제 2 액정층(58)은 제 1 전극(62)에 대응되는 부분만이 선택적으로 구동되어 해당 영역에 블랙을 표시하고 그 외에는 화이트를 표시하는바, 스트라이프 형태로 반복된 베리어 역할의 차단영역(B)과 개 구 역할의 투과영역(T)을 제공함에 따라 관찰자는 메인 액정패널(10)의 영상을 입체적으로 인식하게 된다.

하지만, 이상에서 살펴본 일반적인 패러렉스 베리어 방식 입체영상표시장치는 한가지 치명적인 문제점을 나타내는데, 이는 바로 2D 모드와 3D 모드에서 표시화상의 휘도가 크게 차이나는 현상이다.

즉, 앞서 살펴본 바에 따르면 평면영상을 표시하는 2D 모드에서 백라이트(20)로부터 출사된 빛은 패러렉스 베리어 액정패널(50)과 메인 액정패널(10)을 모두 투과해서 관찰자에게 도달되고, 이 과정 중에 상당량의 광 손실이 뒤따른다.

더욱이 3D 모드에서 패러렉스 베리어 액정패널(50)은 블랙의 차단영역(B)을 새로이 표시하여 해당 부분을 통과하는 빛을 차단하므로 광 손실을 대폭 증가시키고, 그 결과 2D 모드와 대비해서 백라이트로(20)부터 출사되어 관찰자에게 도달되는 빛의 양은 차단영역(B)의 전체 면적에 비례해서 크게 줄어들게 된다. 이에 따른 구체적인 예로서 20 인치 이상 대형 TV용 액정표시장치의 경우에 2D 모드를 기준으로 400nit 정도의 평균휘도 화상을 표시하도록 설계되지만, 3D 모드에서 차단영역(B)이 차지하는 면적은 표시화상의 전체면적 대비 통상 25%에 달하는바, 3D 모드 입체화상의 평균휘도는 300nit 정도에 머무르는 수준이며, 이로 인해 고휘도 3D 입체영상의 표시가 실질적으로 불가능한 한계를 나타낸다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 평면영상을 위한 2D 모드와 입체영상을 위한 3D 모드 각각에서 보다 균일한 고휘도 화상을 구현할 수 있는 구체적인 방도를 제시하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 2D 모드와 3D 모드를 선택적으로 구현하는 입체영상표시장치로서, 평면영상을 표시하는 메인 액정패널과; 상기 2D 모드에서 전면에 걸쳐 빛을 투과하고, 상기 3D 모드에서 상기 평면영상에 오버랩 되는 페러렉스 베리어 패턴을 표시하는 패러렉스 베리어 액정패널과; 상기 메인 액정패널 후방에 마련되어, 상기 2D 모드에서 제 1 휘도의 빛을 상기 메인 액정패널로 공급하고, 상기 3D 모드에서 상기 제 1 휘도 보다 높은 제 2 휘도의 빛을 상기 메인 액정패널로 공급하는 백라이트를 포함하는 입체영상표시장치를 제공한다. 이때 상기 패러렉스 베리어 패턴은, 제 1 폭의 베리어(a)와 제 1 간격의 개구(b)가 스트라이프 형태로 반복 배열된 것을 특징으로 하고, 상기 제 2 휘도는 상기 제 1 휘도의 (a+b)/b 배 이상인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 백라이트는, 상기 액정패널의 후방 일 평면 상에 나란히 배열된 복수개의 열음극형광램프를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 백라이트는, 상기 각각의 열음극형광램프로 공급되는 입력전류의 진폭레벨을 변화시키는 리니어 디밍 방식 또는 상기 입력전류의 온 듀티 시간을 변화시키는 버스트 디밍 방식을 통해 상기 제 1 및 제 2 휘도를 각각 구현하는 것을 특징으로 하며, 상기 백라이트는, 상기 복수개의 열음극형광램프와 상기 액정패널 사이로 개재된 광학부재와; 상기 복수개의 열음극형광램프 뒤편의 반사면을 제공하는 반사시트를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 패러렉스 베리어 액정패널은, 상기 메인 액정패널 전방 또는 상기 메인 액정패널과 상기 백라이트 사이로 위치된 것을 특징으로 하고, 상기 메인 액정패널은, 제 1 액정층을 사이에 두고 대면 합착되며 상기 매트릭스 형태의 화소가 정의된 제 1 및 제 2 기판과; 상기 각 화소에 실장되며 상기 제 1 액정층을 사이에 두고 대향된 화소 및 공통전극과; 상기 화소전극과 일대일 대응 연결된 박막트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 패러렉스 베리어 액정패널은, 제 2 액정층을 사이에 두고 대면 합착된 제 3 및 제 4 기판과; 상기 제 3 기판 내면에 일정간격의 스트라이프 형태로 배열된 제 1 전극과; 상기 제 4 기판 내면에 형성된 제 2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명은 메인 액정패널과, 패러렉스 베리어 액정패널과, 백라이트를 포함하는 입체영상표시장치의 영상표시방법으로서, 상기 메인 액정패널이 평면영상을 표시하고, 상기 패러렉스 베리어 액정패널이 전면에 걸쳐 빛을 투과시키며, 상기 백라이트가 제 1 휘도의 빛을 발하여 2D의 평면영상을 표시하거나 또는, 상기 메인 액정패널이 평면영상을 표시하고, 상기 패러렉스 베리어 액정패널이 패러렉스 베리어 패턴을 표시하며, 상기 백라이트가 상기 제 1 휘도 보다 높은 제 2 휘도의 빛을 발하여 입체의 3D를 표시하는 영상표시방법을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

첨부된 도 3은 본 발명에 따른 입체영상표시장치의 분해사시도로서, 평면영상을 표시하는 메인 액정패널(100)과, 이의 평면영상에 오버랩(overlap) 되는 페러렉스 베리어 패턴을 선택적으로 표시하는 패러렉스 베리어 액정패널(130) 그리고 이들의 후방에서 빛을 공급하는 백라이트(150)를 필수 구성요소로 하는바, 비록 도면에는 상하로 포개어진 메인 액정패널(100)과 백라이트(150) 사이로 패러렉스 베리어 액정패널(130)이 개재된 형태가 나타나 있지만, 필요에 따라서 패러렉스 베리어 액정패널(130)은 메인 액정패널(100) 전방에 배치되는 것도 가능하며, 패러렉스 베리어 액정패널(130)은 3D 모드에서만 패러렉스 베리어 패턴을 표시한다.

각각을 보다 세부적으로 살펴본다.

먼저, 메인 액정패널(100)은 노트북이나 TV 내지는 각종 디스플레이 장치에 사용되는 능동행렬방식 액정패널과 동일한 구조를 나타낼 수 있고, 이에 따라 제 1 액정층을 사이에 두고 합착된 제 1 및 제 2 기판(102,112)으로 이루어지며, 여기에는 매트릭스 형태의 화소가 정의되어 있다. 그리고 이들 두 기판(102,112) 사이의 각 화소에는 제 1 액정층을 사이에 두고 대향된 화소 및 공통전극이 실장되며, 각각의 화소전극과 일대일 대응 연결되는 박막트랜지스터가 구비되는바, 구체적인 일례를 도 4의 분해 사시도에 나타내었다.

도면에 나타난 것처럼, 메인 액정패널(100)은 제 1 및 제 2 기판(102,112) 사이로 제 1 액정층(110)이 개재된 형태를 나타내며, 이중 제 1 기판(102) 내면에 는 다수의 게이트배선(104)과 데이터배선(106)이 교차되어 매트릭스 형태의 화소(P)를 종횡으로 반복 정의하고, 이들 게이트배선(104)과 데이터배선(106)의 교차점에는 박막트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소(P)에 실장된 투명 화소전극(108)과 일대일 대응 접속된다. 그리고 제 1 액정층(110)을 사이에 두고 제 1 기판(102)과 마주보는 제 2 기판(112) 내면에는 게이트 및 데이터배선(104,106)과 박막트랜지스터(T) 등의 비표시 요소를 가리면서 화소전극(108) 만을 노출시키는 격자형상의 블랙매트릭스(114)와, 이의 각 격자 내에 충진되는 컬러필터(116), 일례로 적, 녹, 청 컬러필터(116a,116b,116c) 그리고 블랙매트릭스(114) 및 컬러필터(116)를 덮는 공통전극(118)이 마련된다.

아울러 비록 도면상에 명확하게 나타내지는 않았지만 제 1 액정층(110)과 접하는 제 1 및 제 2 기판(102,112) 내면에는 액정분자의 초기 배열방향을 결정하는 배향막이 개재될 수 있고, 제 1 및 제 2 기판(102,112) 외면에는 빛의 편광특성을 제어하는 편광판이 부착될 수 있다. 또한 메인 액정패널(100)의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판이나 TCP(Tape Carrier Package) 등을 매개로 구동회로가 연결되며, 이는 각각 다수의 게이트라인(104)으로 박막트랜지스터(T)의 온/오프 제어신호를 스캔(scan) 전달하는 게이트구동회로 그리고 다수의 데이터라인(106)으로 화상신호를 전달하는 데이터구동회로로 구분될 수 있는바, 게이트라인(104)으로 스캔 전달되는 게이트신호에 의해 각 게이트라인(104) 별로 선택된 박막트랜지스터(T)가 온(on) 되면 데이터라인(106)의 데이터신호가 해당 화소전극(108)으로 전달되며, 이로 인한 화소전극(108)과 공통전극(118) 사이의 수직전기 장에 의해 액정분자의 배열방향을 변화되어 투과율 차이를 나타낸다.

다시 도 3으로 돌아와서, 패러랙스 베리어 액정패널(130)은 사용자의 선택에 따라 메인 액정패널(100)의 평면영상을 2D 또는 3D 모드로 전환하는 역할을 하며, 해당 기능을 위해 2D 모드에서는 전면에 걸쳐 빛을 투과시키는 반면, 3D 모드에서는 빛을 투과시키는 슬릿 역할의 투과영역과 빛을 차단하는 베리어 역할의 차단영역을 스트라이프 형태로 반복 표시한다.

이를 위한 패러렉스 베리어 액정패널(130)은 도 5의 분해 사시도와 같은 형태를 나타낼 수 있는데, 제 2 액정층(140)을 사이에 두고 나란히 합착된 제 3 및 제 4 기판(132,142)으로 이루어지며, 이중 임의의 제 3 기판(132) 내면에는 관찰자에 대해 세로방향을 향하는 스트라이프 형태의 제 1 전극(134)이 일정간격으로 배열되고, 제 4 기판(142) 내면에는 제 2 전극(144)이 마련되어 있다. 그리고 제 2 액정층(140)이 일례로 노멀화이트를 나타내는 트위스티드 네마틱 액정이라는 가정 하에 제 1 전극(134)에는 3D 모드에서만 액정구동전압이 인가된다.

그 결과 제 1 및 제 2 전극(134,144) 사이에 전기적 작용이 없는 2D 모드에서 패러렉스 베리어 액정패널(130)은 노멀 화이트 상태를 유지하여 전면에 걸쳐 빛을 투과시키지만, 3D 모드에서 제 1 전극(134)으로 액정구동전압이 공급되면 이와 대응되는 부분의 액정만이 구동되어 블랙의 차단영역을 표시하고 그 외에는 화이트의 투과영역을 나타내는바, 빛을 차단하는 베리어 역할의 차단영역과 빛을 투과시키는 개구 역할의 투과영역이 스트라이프 형태로 반복 배열된 패러렉스 베리어 패 턴을 나타낸다.

이어서 패러렉스 베리어 액정패널(130)을 비롯한 메인 액정패널(100)로 빛을 공급하는 백라이트(150)는, 도 3에 나타난 것처럼, 메인 액정패널(100), 보다 엄밀하게는 패러랙스 베리어 액정패널(130)의 후방 임의의 일 평면상에 나란히 배열된 복수개의 형광램프(160)를 필수적인 구성요소로 하며, 그 외에 복수개의 형광램프(160)와 메인 액정패널(100) 사이로 개재되어 형광램프(160)로부터 출사된 빛을 고품위의 균일 휘도로 가공하는 광학시트(184) 그리고 형광램프(160) 뒤편의 반사면을 제공함으로써 광 손실을 최소화하는 반사시트(182)를 포함할 수 있다.

그 결과 복수개의 형광램프(160)로부터 발한 빛은 반사시트(182)에 의해 반사된 빛과 함께 광학시트(184)를 통과하는 동안 고품위의 균일 휘도로 가공되어 패러랙스 베리어 액정패널(130)을 비롯한 메인 액정패널(100)로 공급된다.

한편, 이상에서 살펴본 본 발명에 따른 입체영상표시장치의 백라이트(150)는 특히 2D 모드와 3D 모드에서 서로 다른 휘도의 빛을 발하는 것을 특징으로 하며, 2D 모드의 경우를 임의로 제 1 휘도라 하면 3D 모드에서는 이보다 높은 제 2 휘도의 빛을 메인 액정패널 및 패러랙스 베리어 액정패널(100,130)로 공급한다. 그리고 이를 위해 복수개의 형광램프(160)는 이른바 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp)이라 약칭되는 열음극형광램프가 사용되며, 이의 입력전류에 따른 발광효율을 조절하여 2D와 3D 모드에서 각각 제 1 휘도의 평면영상과 제 2 휘도의 입체영상을 구현하게 된다.

이때 열음극형광램프는 열 전자에 의한 수은(Hg) 방전으로 발생된 자외선을 형광물질의 냉발광(Photo Luminescence) 특성에 따라 가시광선으로 변화시키며, 통상의 백라이트용 광원으로 이용되는 냉음극형광램프(Cold Cathode Flourscent Lamp : CCFL)나 외부전극형광램프(External Electrode Flourscent Lanm : EEFL) 등과 비교할 경우 최대 발광휘도가 가장 큰 형광램프로 잘 알려져 있다.

구체적인 한 예로 20 인치 이상의 대형 TV용 액정표시장치에 요구되는 400 nit의 평균휘도를 구현하기 위해서, 냉음극형광램프 또는 내부전극형광램프의 경우에 발광효율 100%를 유지하는 22개 이상이 동원되지만, 열음극형광램프의 경우에 발광효율 30%를 보이는 10개 정도의 스캔구동 만으로도 동일 휘도를 구현할 수 있는바, 본 발명에서는 상기의 광특성을 나타내는 열음극형광램프를 백라이트(130)의 광원으로 사용함과 동시에 열음극형광램프의 발광휘도를 적절히 조절해서 2D와 3D 모드 각각에서 최적의 고휘도 화상을 구현하는 것을 특징으로 한다.

이에 첨부된 도 6은 본 발명에 따른 열음극형광램프를 나타낸 일부 단면도로서, 앞서의 도 3을 함께 참조하며, 편의상 이하에서 열음극형광램프를 형광램프와 동일한 도면부호 160으로 표시한다.

보이는 것처럼 본 발명에 따른 열음극형광램프(160)는 유리관(162) 및 이의 양 끝단에 마련된 제 1 및 제 2 전극(172,174)으로 이루어진다.

이때 유리관(162) 내부에는 수은(Hg)이 함유된 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등의 방전기체가 충진되고, 유리관(162) 내면에는 자외선에 의해 가시광선을 발하는 희토류(Rare Earth element) 원소로서 이트리움(Y), 세륨(Ce), 터븀(Tb) 등의 형광물질이 칠해져 있다. 또한 유리관(162) 내부로 인입된 제 1 및 제 2 전극(172,174) 말단에는 각각 바륨(Ba), 칼슘(Ca)등의 산화물(酸化物) 이미터(emitter)가 피복된 텅스텐(W) 코일(coil)의 필라멘트(170)가 접속되어 있는바, 제 1 및 제 2 전극(172,174)으로 공급된 교류전압에 의해 음극 전극의 필라멘트(170)로부터 열 전자 방사가 시작되어 유리관(162)의 내부로 전기적인 절연파괴가 유도되고, 자유전자에 의한 수은방전을 통해 발생된 자외선이 유리관(162) 내면의 형광물질을 통과하면서 가시광선으로 변화된다.

이때 본 발명에서는 열음극형광램프(160)의 발광휘도를 제어하기 위해서 입력전류를 조절하는 방식을 취하며, 입력전류의 조절방법은 크게 열음극형광램프(160)로 공급되는 입력전류의 크기, 다시 말해 입력전류의 진폭레벨을 조절하는 리니어 디밍(linear dimming) 방식 또는 열음극형광램프의 온/오프 시간간격, 다시 말해 입력전류의 온 듀티(on duty) 폭을 조절하는 버스트 디밍(burst dimming) 방식으로 구분 될 수 있다.

즉, 첨부된 도 7a는 본 발명에 따른 리니어 디밍 방식에서 열음극형광램프(160)로 공급되는 입력전류 파형을 나타낸 도면이고, 도 7b는 버스트 디밍 방식에서의 입력전류 파형을 나타낸 도면으로, 각각의 도면에서 (a)의 입력전류는 (b)의 입력전류 보다 높은 발광휘도를 구현한다.

그리고 I1, I2는 각각 리니어 디밍 방식에서 열음극형광램프(160)로 공급되는 입력전류의 진폭레벨을 나타내며, T1, T2는 버스트 디밍 방식에서 열음극형광램프(160)가 온 되는 시간, 즉 온 듀티(on duty) 시간을 표시하는바, 도 7a를 참조하면 열음극형광램프(160)로 전달되는 입력전류의 진폭레벨(I1,I2)을 조절해서 밝기를 조절함을 확인할 수 있고, 이에 따라 열음극형광램프(160)의 온 상태를 유지한 채 입력전류의 진폭레벨에 따라서 백라이트는 제 1 및 제 2 휘도의 빛을 각각 발하는 제 1 및 제 2 발광효율을 나타낸다. 반면 도 7b에서는 입력전류의 진폭레벨(I)은 동일하게 유지한 채 열음극형광램프(160)의 온 듀티 시간(T1,T2), 즉 발광주기를 조절해서 밝기를 조절하며, 열음극형광램프(160)의 온/오프 주기에 따라 백라이트는 제 1 또는 제 2 발광효율을 나타낸다.

그리고 이때 본 발명에 따른 백라이트의 제 1 및 제 2 발광효율은 각각 패러렉스 베리어 액정패널(도 8b의 130 참조, 이하 동일하다.)이 나타내는 투과영역(T) 및 차단영역(B)의 면적에 밀접한 관련이 있다. 즉, 편의상 패러렉스 베리어 액정패널(130)이 표시하는 차단영역(B)의 폭이 a, 이들의 사이 간격에 해당되는 투과영역(T)의 폭이 b라는 가정 하에 ,2D 모드에서 백라이트의 발광효율이 A%일 경우 최종적인 2D 표시화상에 대한 휘도가 x라 하면, 3D 모드에서 백라이트의 발광효율 B%에 따라 최종적인 3D 표시화상에 대한 휘도(Z)는

와 같이 정량화 될 수 있고, 이때 α는 열음극형광램프(160)의 발광휘도 상승에 수반되는 열증가 등의 감소요인을 감안한 열음극형광램프의 고유계수에 해당된다. 그 결과 열음극형광램프의 고유 특성에 원인한 계수의 영향을 무시할 경 우, 백라이트의 제 2 발광효율에 의한 제 2 휘도는 제 1 발광효율에 의한 제 1 휘도의 (a+b)/b 배 이상인 것이 바람직하며, 이를 통해 3D 모드의 입체영상에 대한 평균휘도는 2D 모드의 평면영상에 대한 평균휘도 이상을 나타낼 수 있다.

이하, 도 8a와 도 8b를 통해 본 발명에 따른 입체영상표시장치에 의한 영상표시방법을 정리한다.

이때 도 8a와 도 8b는 각각 본 발명에 따른 입체영상표시장치를 이용한 2D 모드와 3D 모드에 대한 작동단면도로서, 도 8a의 2D 모드에서 패러렉스 베리어 액정패널(150)의 제 1 및 제 2 전극(134,144) 사이의 전위차는 제 2 액정층(140)의 구동에 요구되는 임계전압 미만을 나타내며, 이에 따라 패러랙스 베리어 액정패널(150)은 노멀 화이트를 유지한다. 그리고 백라이트(130)로부터는 제 1 발광효율에 의한 제 1 휘도(H1)의 빛이 공급되는바, 관찰자는 메인 액정패널(100)의 2D 영상을 관찰할 수 있다.

다음으로 도 8b의 3D 모드에서 패러렉스 베리어 액정패널(150)의 제 1 전극(134)에는 제 2 액정층(140)의 구동 임계전압 이상의 전압이 인가되며, 이에 따라 제 2 액정층(140)은 제 1 전극(134)과 대응되는 부분에서만 구동되어 빛을 차단하는 베리어 역할의 차단영역(B)과 빛을 투과시키는 개구 역할의 투과영역(T)이 스트라이프 형태로 반복 배열된 패러렉스 베리어 패턴을 나타낸다. 그리고 이때 백라이트는 제 1 발광효율 보다 큰 제 2 발광효율에 의한 제 2 휘도(H2)의 빛을 발하며, 이는 패러랙스 베리어 액정패널(150)의 차단영역 폭이 a, 투과영역 폭이 b라는 전제 하에 제 1 발광효율의 (a+b)/b 배 이상의 제 2 발광효율을 나타내는바, 관찰자는 2D 평면영상과 동일하거나 그 이상의 평균휘도를 나타내는 3D 입체영상을 관찰할 수 있다.

그 결과 본 발명에 따른 입체영상표시장치 및 영상표시방법에 의하면 평면영상을 위한 2D 모드와 입체영상을 위한 3D 모드 각각에서 보다 균일한 고휘도 화상을 구현할 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

1. 2D 모드와 3D 모드를 선택적으로 구현하는 입체영상표시장치로서,

   평면영상을 표시하는 메인 액정패널과;

   상기 2D 모드에서 전면에 걸쳐 빛을 투과하고, 상기 3D 모드에서 상기 평면영상에 오버랩 되는 페러렉스 베리어 패턴을 표시하는 패러렉스 베리어 액정패널과;

   상기 메인 액정패널 후방에 마련되어, 상기 2D 모드에서 제 1 휘도의 빛을 상기 메인 액정패널로 공급하고, 상기 3D 모드에서 상기 제 1 휘도 보다 높은 제 2 휘도의 빛을 상기 메인 액정패널로 공급하는 백라이트

   를 포함하고,

   상기 백라이트는, 상기 메인 액정패널의 후방 일 평면 상에 나란히 배열된 복수개의 열음극형광램프를 포함하며,

   상기 백라이트는, 상기 복수개의 열음극형광램프에 공급되는 입력전류의 진폭레벨을 변화시키는 리니어 디밍 방식 또는 상기 입력전류의 온 듀티 시간을 변화시키는 버스트 디밍 방식을 통해 상기 제 1 및 제 2 휘도를 각각 구현하는 입체영상표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 패러렉스 베리어 패턴은, 제 1 폭의 베리어(a)와 제 1 간격의 개구(b)가 스트라이프 형태로 반복 배열된 입체영상표시장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제 2 휘도는 상기 제 1 휘도의 (a+b)/b 배 이상인 입체영상표시장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   상기 백라이트는,

   상기 복수개의 열음극형광램프와 상기 메인 액정패널 사이로 개재된 광학부재와;

   상기 복수개의 열음극형광램프 뒤편의 반사면을 제공하는 반사시트

   를 더욱 포함하는 입체영상표시장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 패러렉스 베리어 액정패널은, 상기 메인 액정패널 전방 또는 상기 메인 액정패널과 상기 백라이트 사이로 위치된 입체영상표시장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 메인 액정패널은,

   제 1 액정층을 사이에 두고 대면 합착되며 매트릭스 형태의 화소가 정의된 제 1 및 제 2 기판과;

   상기 각 화소에 실장되며 상기 제 1 액정층을 사이에 두고 대향된 화소 및 공통전극과;

   상기 화소전극과 일대일 대응 연결된 박막트랜지스터

   를 포함하는 입체영상표시장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 패러렉스 베리어 액정패널은,

   제 2 액정층을 사이에 두고 대면 합착된 제 3 및 제 4 기판과;

   상기 제 3 기판 내면에 일정간격의 스트라이프 형태로 배열된 제 1 전극과;

   상기 제 4 기판 내면에 형성된 제 2 전극

   을 포함하는 입체영상표시장치.
10. 메인 액정패널과, 패러렉스 베리어 액정패널과, 백라이트를 포함하는 입체영상표시장치의 영상표시방법으로서,

    상기 메인 액정패널이 평면영상을 표시하고, 상기 패러렉스 베리어 액정패널이 전면에 걸쳐 빛을 투과시키며, 상기 백라이트가 제 1 휘도의 빛을 발하여 2D의 평면영상을 표시하는 단계와;

    상기 메인 액정패널이 평면영상을 표시하고, 상기 패러렉스 베리어 액정패널이 패러렉스 베리어 패턴을 표시하며, 상기 백라이트가 상기 제 1 휘도 보다 높은 제 2 휘도의 빛을 발하여 입체의 3D 영상을 표시하는 단계

    를 포함하고,

    상기 백라이트는, 상기 메인 액정패널의 후방 일 평면 상에 나란히 배열된 복수개의 열음극형광램프를 포함하며,

    상기 백라이트는, 상기 복수개의 열음극형광램프에 공급되는 입력전류의 진폭레벨을 변화시키는 리니어 디밍 방식 또는 상기 입력전류의 온 듀티 시간을 변화시키는 버스트 디밍 방식을 통해 상기 제 1 및 제 2 휘도를 각각 구현하는 영상표시방법.

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