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KR101255209B1 - 인터레이스 방식으로 영상을 디스플레이 하는 고해상도입체 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

인터레이스 방식으로 영상을 디스플레이 하는 고해상도입체 영상 디스플레이 장치 Download PDF

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KR101255209B1
KR101255209B1 KR1020060067301A KR20060067301A KR101255209B1 KR 101255209 B1 KR101255209 B1 KR 101255209B1 KR 1020060067301 A KR1020060067301 A KR 1020060067301A KR 20060067301 A KR20060067301 A KR 20060067301A KR 101255209 B1 KR101255209 B1 KR 101255209B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
display panel
birefringent element
light modulator
spatial light
birefringent
Prior art date
Application number
KR1020060067301A
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English (en)
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KR20070108045A (ko
Inventor
세르게이 세스닥
김대식
정성용
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
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Priority to US11/783,303 priority patent/US8284241B2/en
Priority to EP07746047.5A priority patent/EP2014104B1/en
Priority to CN2007800012577A priority patent/CN101356832B/zh
Priority to PCT/KR2007/001884 priority patent/WO2007129816A1/en
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Abstract

인터레이싱 방식으로 영상을 디스플레이 함으로써 해상도의 저하 및 크로스토크(cross-talk)의 발생이 없는 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛의 전면에 배치된 편광판; 좌안용 영상과 우안용 영상을 한 화소 라인씩 교대로 인터레이싱 하여 디스플레이 하는 디스플레이 패널; 상기 편광판과 디스플레이 패널 사이에 배치된 것으로, 상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 진행시키는 렌티큘러 렌즈 시트; 및 상기 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어, 좌안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널의 화소 라인에 좌안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하고, 우안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널의 화소 라인에 우안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하는 편광 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인터레이스 방식으로 영상을 디스플레이 하는 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치{Hihg resolution autostereoscopic display apparatus with lnterlaced image}
도 1은 렌티큘러 방식의 일반적인 입체 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 해상도의 저하가 없는 종래의 입체 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 디스플레이 패널에서 좌우안용 영상이 주사되는 일반적인 과정을 시간 순서에 따라 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에서 좌안과 우안에 각각 인지되는 영상을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 6은 제 2 복굴절소자 어레이의 피치와 액정 디스플레이 패널의 화소 피치 사이의 관계를 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 동작을 예시적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 7의 경우에 좌안과 우안에 각각 인지되는 영상을 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 동작을 예시적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 도 9의 경우에 좌안과 우안에 각각 인지되는 영상을 도시한다.
도 11은 다수의 세그먼트로 분할된 공간 광변조기의 예시적인 동작을 시간 순서에 따라 도시한다.
도 12는 시청자의 눈높이에 따라 크로스토크가 발생하는 원인을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 13은 일반적인 액정 디스플레이 패널 내의 화소의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 제 2 복굴절소자 어레이의 개량된 구조를 개략적으로 도시한다.
도 15 및 도 16은 제 2 복굴절소자 어레이 및 액정 디스플레이 패널의 화소 피치와 크로스토크가 발생하지 않는 영역의 높이와의 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 17은 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에 의해 형성되는 시역의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 19는 도 18에 도시된 공간 광변조기와 렌티큘러 렌즈 시트의 상대적인 배 치를 보다 상세하게 도시한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 21은 도 20에 도시된 복굴절소자 어레이의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 22는 도 20에 도시된 공간 광변조기의 보다 상세한 구조를 예시적으로 도시한다.
도 23은 도 20에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치의 동작을 설명한다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
31.....백라이트 유닛 32.....편광판
33.....공간 광변조기 34.....제 1 복굴절소자 어레이
35.....렌티큘러 렌즈 시트 36.....제 2 복굴절소자 어레이
37.....액정 디스플레이 패널
본 발명은 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인터레이싱 방식으로 영상을 디스플레이 함으로써 해상도의 저하 및 크로스토크(cross-talk)의 발생이 없는 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
입체 영상 디스플레이 장치는 양안시차(binocular parallax)를 갖는 좌안용 영상과 우안용 영상을 사용자의 좌안과 우안 각각에 분리하여 보여주는 장치이다. 사용자는 입체 영상 디스플레이 장치에서 제공되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 두 눈의 망막을 통하여 각각 인지함으로써 입체감 있는 3차원 영상을 시청할 수 있다. 이러한 입체 영상 디스플레이 장치는 크게 패럴렉스 배리어 방식(parallax barrier)과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있다.
예컨대, 패럴렉스 배리어 방식은 좌우 양안이 각각 보아야 할 화상을 교대로 세로 무늬 모양으로 디스플레이 하고, 이를 극히 가느다란 세로 격자열 즉, 배리어를 이용하여 보는 것이다. 이렇게 함으로써, 좌안에 들어올 세로 무늬 화상과 우안에 들어올 세로 무늬 화상이 배리어에 의해 배분되어 좌안과 우안으로 각각 다른 시점(view point)의 화상이 보임으로써 입체 영상으로 보이는 것이다. 또한, 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 렌티큘러 방식의 입체 영상 디스플레이 장치(10)는 일반적으로 우안용 및 좌안용 영상신호를 교대로 디스플레이 하는 디스플레이 패널(11)과, 상기 디스플레이 패널(11)의 전방에 설치되어 좌안용 영상과 우안용 영상을 시역분리하는 렌티큘러렌즈 시트(12)를 포함한다.
그런데, 상기와 같은 종래의 입체 영상 디스플레이 장치의 경우, 하나의 디스플레이 패널에서 좌안용 영상과 우안용 영상이 동시에 디스플레이 되기 때문에, 사용자가 감상하는 입체 영상의 해상도는 디스플레이 패널의 원래의 해상도의 1/2로 저하된다. 또한, 2차원 영상 모드와 3차원 영상 모드 사이의 스위칭 동작을 가능하게 하기 위해서는, 매우 복잡한 부가적인 구성이 필요하다.
이에 따라, 재생율(refresh rate)이 120Hz 정도인 고속응답 LCD 를 이용하여 해상도의 저하 없이 입체 영상을 제공할 수 있는 시분할 방식의 입체 영상 디스플레이 장치가 개발되고 있다.
예컨대, 일본공개특허공보 제2004-325494호는, 디스플레이 패널, 영상 분리수단 및 광편향 수단을 구비하는 입체 영상 디스플레이 장치를 개시하고 있다. 일본공개특허공보 제2004-325494호에 개시된 입체 영상 디스플레이 장치의 경우, 디스플레이 패널은 교대로 디스플레이 되는 좌우 영상을 한 화소씩 주기적으로 시프트시킨다. 디스플레이 패널의 전면에 배치된 패럴렉스 배리어와 같은 통상적인 영상 분리수단은 디스플레이 패널에서 교대로 디스플레이 되는 좌우 영상을 분리한다. 이때, 광편향 수단은 상기 디스플레이 패널의 좌우 영상 시프트 주기에 동기하여 주기적으로 시프트 됨으로써, 좌안용 영상은 좌안을 향해 편향시키고 우안용 영상은 우안을 향해 편향시키는 역할을 한다. 이러한 구성에서, 좌안용 영상과 우안용 영상이 디스플레이 되는 위치가 빠른 속도로 맞바뀌기 때문에 사용자는 해상도의 저하를 거의 느낄 수 없다. 그러나, 광편향 수단이 강유전성 액정으로 이루어지기 때문에 매우 고가이고, 패럴렉스 배리어에 의한 광손실이 크다는 문제가 있다.
한편, 미국특허 제5,969,850호는, 도 2에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛(21), 공간 광변조기(spatial light modulator)(22), 렌티큘러 렌즈 시트(23) 및 고속응답 액정 디스플레이 패널(26)을 구비하는 입체 영상 디스플레이 장치(20)를 개시하고 있다. 공간 광변조기(22)는 전원의 ON/OFF에 따라 투명한 상태와 불투명한 상태 사이에서 스위칭되는 다수의 셀(cell)(24,25)들로 이루어져 있다. 상기 미국특허 제5,969,850호에 개시된 입체 영상 디스플레이 장치(20)에서, LCD 패널(26) 은 좌안용 영상과 우안용 영상을 매우 빠른 시간 주기로 화면 전체에 번갈아 디스플레이 한다. 공간 광변조기(22)는 상기 LCD 패널(26)의 좌우영상 스위칭 시간에 동기하여, 각 셀(24,25)들을 스위칭한다. 예컨대, LCD 패널(26)이 좌안용 영상을 디스플레이 하고 있는 동안에는, 상기 공간 광변조기(22)는 좌안용 셀(24)을 투명한 상태로 스위칭함으로써, 백라이트 유닛(21)에서 방출되는 광이 사용자의 좌안 시역(28)으로만 지향되도록 한다. 또한, LCD 패널(26)이 우안용 영상을 디스플레이 하고 있는 동안에는, 공간 광변조기(22)는 우안용 셀(25)을 ON 하여, 백라이트 유닛(21)에서 방출되는 광이 사용자의 우안 시역(27)으로만 지향되도록 한다. 일반적인 2D 모드에서는 공간 광변조기(22)의 모든 셀(24,25)들이 ON 된다.
그러나, 상기 시분할 방식의 일본특허 및 미국특허는 좌안용 영상과 우안용 영상 사이에 크로스토크(crosstalk)가 발생하여, 사용자가 정확한 3D 영상을 감상할 수 없다는 문제가 있다. 일반적으로, 대부분의 디스플레이 패널은 한 프레임의 영상을 화면의 위에서부터 아래 쪽으로 순차적으로 주사하며, 화면의 아래쪽에서 이전 프레임의 영상이 디스플레이 되고 있는 동안, 화면의 위쪽에서는 다음 프레임의 영상이 디스플레이 된다. 예컨대, 한 프레임이 완전히 주사되는 시간을 T 라고 할 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 시간 0에서는 우안용 영상이 화면 전체에서 디스플레이 되고, 시간 T에서는 좌안용 영상이 화면 전체에서 디스플레이 된다. 그러나, 시간 0과 T 사이에서는 우안용 영상이 좌안용 영상으로 연속적으로 변하고 있기 때문에, 화면의 위쪽에는 좌안용 영상이 디스플레이 되고 화면의 아래쪽에는 우안용 영상이 디스플레이 된다. 그 결과, 좌안용 영상과 우안용 영상이 화면을 공유 하는 시간이 존재하게 된다. 따라서, 상기 미국특허에서와 같이, 공간 광변조기(22)의 셀(24,25)들이 단순히 교대로 ON/OFF 되는 경우, 좌안용 영상과 우안용 영상이 완전히 분리되지 않고 사용자의 좌안과 우안에 동시에 감지될 수 있다.
또한, 상술한 일본특허 및 미국특허는 화면 깜박임(flickering) 현상을 방지하기 위해서 고가의 고속응답 LCD 만을 사용하여야 한다는 문제가 있다. 통상적으로, 플리커링 현상이 발생하지 않기 위해서는 디스플레이 장치가 약 50~60Hz 이상의 속도로 영상을 디스플레이 하여야 한다. 상술한 종래의 입체영상 디스플레이의 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, 한 순간에는 좌안에만 영상이 보이고 우안에는 영상이 보이지 않는다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 다른 순간에는 우안에만 영상이 보이고 좌안에는 영상이 보이지 않는다. 그 결과, 약 60~75Hz 정도의 수직 주사속도를 갖는 일반적인 LCD 패널을 사용할 경우, 좌안과 우안은 각각 30~37.5Hz 의 속도로 디스플레이 되는 영상을 보게 되므로 플리커링 현상이 발생하게 된다. 따라서, 종래의 시분할 방식의 입체영상 디스플레이는 60~75Hz 정도의 수직 주사속도를 갖는 일반적인 LCD 패널을 사용할 수 없다.
본 발명은 상술한 종래의 시분할 방식의 입체 영상 디스플레이 장치의 문제점을 개선하기 위하여 도출된 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 해상도의 저하 및 크로스토크의 발생이 없는 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 고가의 고속응답 LCD를 사용하지 않고 일반적인 LCD 패널을 사용할 수 있는 인터레이스 방식의 고해상도 입체 영상 디스플레이 장 치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양호한 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛의 전면에 배치된 편광판; 좌안용 영상과 우안용 영상을 한 화소 라인씩 교대로 인터레이싱 하여 디스플레이 하는 디스플레이 패널; 상기 편광판과 디스플레이 패널 사이에 배치된 것으로, 상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 진행시키는 렌티큘러 렌즈 시트; 및 상기 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어, 좌안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널의 화소 라인에 좌안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하고, 우안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널의 화소 라인에 우안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하는 편광 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 편광 스위치는: 상기 편광판과 렌티큘러 렌즈 시트 사이에 배치된 것으로, 전기적 제어에 따라 입사광의 편광방향을 각각 다르게 변환시키는 제 1 내지 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 공간 광변조기; 상기 공간 광변조기와 렌티큘러 렌즈 시트 사이에 배치된 것으로, 수평방향으로 교번하는 다수의 수직한 제 1 및 제 2 복굴절소자로 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향이 서로 수직하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 제 1 복굴절소자 어레이; 및 상기 렌티큘러 렌즈 시트와 디스플레이 패널 사이에 배치된 것으로, 수직방향으로 교번하는 다수의 수평한 제 3 및 제 4 복굴절소자로 구성되며, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향이 서로 수직하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 제 2 복굴절소자 어레이;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제 2 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들은 상기 액정 디스플레이 패널의 화소 라인들과 각각 하나씩 대응하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 복굴절소자 어레이에서, 상기 제 3 복굴절소자와 제 4 복굴절소자 사이에는 스트라이프 형태의 불투명한 마스크가 더 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 디스플레이 패널의 화소 사이에 있는 블랙 매트릭스의 폭을 D2, 상기 불투명 마스크의 폭을 D1, 상기 디스플레이 패널의 화소와 상기 제 2 복굴절소자 어레이 사이의 거리를 t, 상기 디스플레이 패널로부터의 시청 거리를 L 이라 했을 때, 크로스토크가 없는 시역의 높이 H 는, H = (L/t)(D1+D2) 를 만족한다.
또한, 상기 제 2 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들 사이의 수직방향 피치는 상기 디스플레이 패널의 화소들 사이의 수직방향 피치보다 큰 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자는 각각 소정의 편광면을 갖는 편광자로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면과 제 2 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면은 서로 수직하며, 제 3 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면과 제 4 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면은 서로 수직일 수 있다.
또는, 상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자는 각각 입사광을 소정의 위상만큼 지연시키는 리타더로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 리타더와 제 2 복굴절소자를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2 이고, 제 3 복굴절소자를 이루는 리타더 와 제 4 복굴절소자를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2 일 수 있다.
또는, 상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자는 각각 입사광을 소정의 각도로 회전시키는 회전자로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 회전자와 제 2 복굴절소자를 이루는 회전자의 회전 각도차는 90˚이고, 제 3 복굴절소자를 이루는 회전자와 제 4 복굴절소자를 이루는 회전자의 회전 각도차는 90˚일 수 있다.
한편, 상기 공간 광변조기는, 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 1 상태, 입사광의 편광 상태를 원편광으로 변환시키는 제 2 상태 및 입사광의 편광방향을 90˚만큼 변환시키는 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 것을 특징으로 한다.
예컨대, 상기 공간 광변조기는 전기적으로 제어 가능한 액정 리타더일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 공간 광변조기가 제 1 상태에 있을 때, 상기 제 3 복굴절소자를 투과한 광은 제 1 시역으로 진행하고, 상기 제 4 복굴절소자를 투과한 광은 제 2 시역으로 진행할 수 있다.
또한, 상기 공간 광변조기가 제 3 상태에 있을 때, 상기 제 3 복굴절소자를 투과한 광은 제 2 시역으로 진행하고, 상기 제 4 복굴절소자를 투과한 광은 제 1 시역으로 진행할 수 있다.
한편, 상기 렌티큘러 렌즈 시트는 상기 제 1 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들과 평행한 다수의 수직한 렌티큘러 렌즈소자가 수평 방향을 따라 배열되어 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 렌티큘러 렌즈 시트의 렌즈소자들 사이의 피치는 상기 제 1 복 굴절소자 어레이의 제 1 및 제 2 복굴절소자 쌍들 사이의 피치와 같거나 작은 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌티큘러 렌즈 시트와 제 1 복굴절소자 어레이 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나 큰 것이 바람직하다.
이러한 렌티큘러 렌즈 시트는, 상기 제 1 복굴절소자를 투과한 광이 제 1 시역을 향하도록 하고, 상기 제 2 복굴절소자를 투과한 광이 제 2 시역을 향하도록 하는 역할을 한다.
한편, 상기 백라이트 유닛과 공간 광변조기는 상기 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어 순차적으로 스위칭되는 다수의 수평 세그먼트로 분할되어 있을 수 있다.
이 경우, 상기 백라이트 유닛과 공간 광변조기는 각각 독립적으로 스위칭 가능한 다수의 수평 세그먼트가 수직 방향을 따라 배열되도록 분할될 수 있으며, 상기 백라이트 유닛의 세그먼트 개수와 상기 공간 광변조기의 세그먼트 개수는 동일한 것이 바람직하다.
또한, 상기 백라이트 유닛과 공간 광변조기의 상호 대응하는 세그먼트들은 동시에 스위칭되는 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 백라이트 유닛과 공간 광변조기의 각 수평 세그먼트 하나는 상기 디스플레이 패널의 다수의 화소 라인들과 대응할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 디스플레이 패널은, 한 프레임에서는 제 1 시역용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 제 2 시역용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하며, 다음 프레임에서는 제 1 시역용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 제 2 시역용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하는 것을 반복하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 공간 광변조기의 각각의 수평 세그먼트는, 상기 디스플레이 패널과 동기하여 제 1 상태와 제 3 상태가 시간 순차적으로 번갈아 스위칭된다.
한편, 상기 편광 스위치는, 상기 편광판과 렌티큘러 렌즈 시트 사이에 배치된 것으로, 서로 독립적으로 제어되어 입사광의 편광방향을 다르게 변환시키는 다수의 제 1 세로 행과 제 2 세로 행이 교번하여 구성되는 공간 광변조기; 및 상기 렌티큘러 렌즈 시트와 디스플레이 패널 사이에 배치된 것으로, 수직방향으로 교번하는 다수의 수평한 제 1 및 제 2 복굴절소자로 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향이 서로 수직하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 복굴절소자 어레이;를 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 공간 광변조기는, 제 1 세로 행은 입사광의 편광방향을 변환시키지 않고 제 2 세로 행은 입사광의 편광방향을 +90˚ 또는 -90˚만큼 변환시키는 제 1 상태와, 제 1 세로 행은 입사광의 편광방향을 +90˚ 또는 -90˚만큼 변환시키고 제 2 세로 행은 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 2 상태 사이에서 스위칭될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 공간 광변조기는, 액정층; 인터디지트 방식으로 서로 대향하도록 상기 액정층의 전면에 각각 세로 방향으로 배치된 제 1 및 제 2 세로행 전극; 및 상기 액정층의 배면에 배치된 공통 전극을 포함하며, 상기 공통 전 극은 다수의 수평 세그먼트들로 분할되어 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛에서 방출된 광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 진행시키는 렌티큘러 렌즈 시트; 좌안용 영상과 우안용 영상을 한 화소 라인씩 교대로 인터레이싱 하여 디스플레이 하는 디스플레이 패널; 및 상기 백라이트 유닛과 렌티큘러 렌즈 시트 사이에 배치된 것으로, 상기 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어 투명한 상태와 불투명한 상태 사이에서 독립적으로 스위칭되는 다수의 셀로 구성되는 공간 광변조기;를 포함하며, 상기 공간 광변조기의 다수의 셀들은 행과 열을 따라 2차원적으로 배열된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공간 광변조기는, 모든 셀이 투명하게 되는 제 1 상태, 투명한 셀과 불투명한 셀이 체크 무늬 형태로 배열되는 제 2 상태, 및 상기 제 2 상태와 상보적인 상태로서 제 2 상태에서 투명한 셀이 불투명하게 되고 제 2 상태에서 불투명한 셀이 투명하게 되는 제 3 상태 사이에서 스위칭될 수 있다.
한편, 상기 디스플레이 패널은, 한 프레임에서는 좌안용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 우안용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하며, 다음 프레임에서는 좌안용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 우안용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하는 것을 반복할 수 있다.
이 경우, 상기 공간 광변조기는, 상기 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어 한 라인씩 순차적으로 제 2 상태와 제 3 상태 사이에서 스위칭된다.
본 발명에 따르면, 상기 공간 광변조기의 세로 방향의 셀의 개수는 상기 디 스플레이 패널의 화소 라인의 개수와 같은 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌티큘러 렌즈 시트는 상기 공간 광변조기와 평행한 다수의 수직한 렌티큘러 렌즈소자가 수평 방향을 따라 배열되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 렌티큘러 렌즈 시트의 하나의 렌즈소자의 폭은 상기 공간 광변조기의 두 셀의 폭과 같거나 그 보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌티큘러 렌즈 시트와 공간 광변조기 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나 그 보다 큰 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 공간 광변조기의 각 셀들의 열(row) 사이에 스트라이프 형상의 불투명 마스크를 수평 방향으로 배치할 수 있다.
상기 공간 광변조기의 수평 불투명 마스크들 사이의 수직 방향의 피치는 상기 디스플레이 패널의 화소 라인들 사이의 피치보다 큰 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 인터레이스 방식의 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 구성 및 동작에 대해서 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 인터레이스 방식의 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치(30)를 개략적으로 도시한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치(30)는, 백라이트 유닛(31), 상기 백라이트 유닛(31)에서 방출된 광 중에서 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 편광판(32), 전기적 제어에 따라 입사광의 편광방향을 변환시키는 공간 광변조기(33), 입사광의 편광방향을 변환시키는 다수의 수직한 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)가 수평방향으로 서로 교번하여 형성된 제 1 복굴절소자 어레이(34), 입사광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 출사시키는 렌티큘러 렌즈 시트(35), 다수의 수평한 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)가 수직방향으로 서로 교번하여 형성된 제 2 복굴절소자 어레이(36), 및 영상을 디스플레이 하는 액정 디스플레이 패널(37)을 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 공간 광변조기(33)는 상기 공간 광변조기(33)를 통과하는 투과광의 편광방향이 각각 45˚씩 차이가 나는 제 1 내지 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 공간 광변조기(33)는, 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 1 상태, 입사광의 편광방향을 45˚만큼 변환시키는 제 2 상태 및 입사광의 편광방향을 90˚만큼 변환시키는 제 3 상태를 갖는다. 그러나, 공간 광변조기(33)의 각 상태에서 상술한 편광방향의 변환 각도는 예시적인 것으로, 편광판(32) 및 액정 디스플레이 패널(38)의 편광자들의 편광방향에 따라 다르게 설계될 수도 있다. 단지, 공간 광변조기(33)가 제 1 상태에 있을 때, 제 2 상태에 있을 때 및 제 3 상태에 있을 때, 투과광의 편광방향의 차이가 각각 45˚씩이면 된다. 또는, 상기 공간 광변조기(33)는, 예컨대, 제 2 상태에서 투과광이 선편광이 아닌 원편광이 되도록 설계될 수도 있다.
이러한 공간 광변조기(33)는 인가되는 전압의 크기에 따라 세 가지 이방성(anisotropy) 상태를 갖는 전기적으로 제어 가능한 소자로 구성된다. 예컨대, OCB 트위스트 네마틱(optical compensation bend twist nematic) 액정 패널 또는 강유전성 액정(ferro-electric liquid crystal) 패널로 이루어진, 전기적으로 제어 가능한 액정 리타더(liquid crystal retarder)를 공간 광변조기(33)로서 사용할 수 있다. 현재, 약 180Hz의 스위칭 속도를 갖는 액정 리타더가 비교적 저렴한 가격에 제공되고 있다. 공간 광변조기(33)가 액정 리타더인 경우, 예컨대, 제 1 상태에서는 입사광을 지연시키지 않으며, 제 2 상태에서는 입사광을 1/4 파장(λ/4) 위상지연시키고, 제 3 상태에서는 입사광을 1/2 파장(λ/2) 만큼 위상지연시킨다.
도 5의 분해 사시도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 복굴절소자 어레이(34)는 다수의 수직한 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)가 수평 방향을 따라 서로 교번하여 형성된 것이다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)들은 각각 입체 영상 디스플레이 장치(30)의 세로 방향으로 길게 형성되어 있으며, 수평 방향을 따라 서로 교번하여 배열되어 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 복굴절소자 어레이(34)는 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)들을 각각 투과한 광들의 편광방향이 서로 직교하도록 입사광의 편광방향을 변환시키도록 형성된다. 예컨대, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)는 각각 소정 방향의 편광면을 갖는 편광자로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제 1 복굴절소자(34a)를 이루는 편광자의 편광면과 제 2 복굴절소자(34b)를 이루는 편광자의 편광면이 서로 직교하도록 구성된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)는 입사광을 소정의 위상만큼 지연시키는 리타더로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 제 1 복굴절소자(34a)를 이루는 리타더와 제 2 복굴절소자(34b)를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2 가 되도록 구성된다. 예컨대, 제 1 복굴절소자(34a)는 위상을 지연시키지 않고, 제 2 복굴절소자(34b)는 λ/2 만큼 위 상지연시키거나, 제 1 복굴절소자(34a)는 -λ/4 만큼 위상지연시키고, 제 2 복굴절소자(34b)는 +λ/4 만큼 위상지연시킬 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)는 입사광을 소정의 각도로 회전시키는 회전자로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 제 1 복굴절소자(34a)를 이루는 회전자와 제 2 복굴절소자(34b)를 이루는 회전자의 회전 각도차는 90˚가 되도록 구성된다. 예컨대, 제 1 복굴절소자(34a)는 입사광을 회전시키지 않고, 제 2 복굴절소자(34b)는 90˚ 회전시키거나, 제 1 복굴절소자(34a)는 입사광을 -45˚ 회전시키고, 제 2 복굴절소자(34b)는 +45˚ 회전시킬 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기와 같은 구조의 공간 광변조기(33) 및 제 1 복굴절소자 어레이(34)를 투과한 광은, 상기 공간 광변조기(33)의 상태에 따라 다음과 같은 편광방향들 중 하나를 가질 수 있다. 즉, 1. 제 1 복굴절소자(34a)를 투과한 광의 편광방향이 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a, 도 6 참조)의 편광방향에 수직하고, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광의 편광방향이 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a)의 편광방향에 평행한 경우와, 2. 제 1 복굴절소자(34a)를 투과한 광의 편광방향이 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a)의 편광방향에 평행하고, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광의 편광방향이 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a)의 편광방향에 수직한 경우와, 또는 3. 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)를 투과한 광이 모두 원편광이거나 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a)의 편광방향에 대해 45˚ 기울어진 선편광인 경우 중 어느 하나 의 편광상태를 갖는다.
한편, 렌티큘러 렌즈 시트(35)는 다수의 수직한 렌티큘러 렌즈소자가 수평 방향을 따라 배열되어 형성된 것이다. 따라서, 각각의 렌티큘러 렌즈소자는 상기 제 1 복굴절소자 어레이(34)의 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)들과 평행하게, 입체 영상 디스플레이 장치(30)의 세로 방향으로 길게 형성된다. 이러한 렌티큘러 렌즈 시트(35)는 입사광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 출사시키기 위한 것이다. 즉, 입사광의 입사 위치에 따라, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(35)를 투과하는 광은 시청 거리(viewing distance)에서 좌안 시역과 우안 시역에 각각 분리되어 결상된다. 예컨대, 제 1 복굴절소자(34a)로부터 출사된 광은 렌티큘러 렌즈 시트(35)를 통해 좌안 시역으로, 제 2 복굴절소자(34b)로부터 출사된 광은 우안 시역으로 각각 가이드 될 수 있다.
공지된 바와 같이, 시청 거리에서 좌안 시역과 우안 시역 사이의 간격은 대략 65mm 가 되는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(35)의 렌티큘러 렌즈소자들 사이의 피치는 상기 제 1 복굴절소자 어레이(34)의 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b) 쌍들 사이의 피치와 같거나, 양호하게는, 그 보다 약간 작은 것이 바람직하다. 즉, 하나의 렌티큘러 렌즈소자의 폭은 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)의 폭의 합과 같거나 그 보다 약간 작다. 또한, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(35)와 제 1 복굴절소자 어레이(34) 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나, 양호하게는, 그 보다 약간 큰 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(35) 다음에는 제 2 복굴 절소자 어레이(36)가 배치되어 있다. 본 발명에 따른 제 2 복굴절소자 어레이(36)는 다수의 수평한 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)가 수직 방향을 따라 서로 교번하여 형성된 것이다. 즉, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)들은 각각 입체 영상 디스플레이 장치(30)의 가로 방향으로 길게 형성되어 있으며, 세로 방향을 따라 서로 교번하여 배열되어 있다.
상기 제 2 복굴절소자 어레이(36)는, 상기 제 1 복굴절소자 어레이(35)와 마찬가지로, 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)들을 각각 투과한 광들의 편광방향이 서로 직교하도록 입사광의 편광방향을 변환시키도록 형성된다. 예컨대, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)는 각각 소정 방향의 편광면을 갖는 편광자로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제 3 복굴절소자(36a)를 이루는 편광자의 편광면과 제 2 복굴절소자(36b)를 이루는 편광자의 편광면이 서로 직교하도록 구성된다. 또한, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)는 입사광을 소정의 위상만큼 지연시키는 리타더로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 제 3 복굴절소자(36a)를 이루는 리타더와 제 4 복굴절소자(36b)를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2 가 되도록 구성된다. 예컨대, 제 3 복굴절소자(36a)는 위상을 지연시키지 않고, 제 4 복굴절소자(36b)는 λ/2 만큼 위상지연시키거나, 제 3 복굴절소자(36a)는 -λ/4 만큼 위상지연시키고, 제 4 복굴절소자(36b)는 +λ/4 만큼 위상지연시킬 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)는 입사광을 소정의 각도로 회전시키는 회전자로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 제 3 복굴절소자(36a)를 이루는 회전자와 제 4 복굴절소자(36b)를 이루는 회전자의 회전 각도차는 90˚가 되도록 구성된다. 예 컨대, 제 3 복굴절소자(36a)는 입사광을 회전시키지 않고, 제 4 복굴절소자(36b)는 90˚ 회전시키거나, 제 3 복굴절소자(36a)는 입사광을 -45˚ 회전시키고, 제 4 복굴절소자(36b)는 +45˚ 회전시킬 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 복굴절소자(36a,36b)들의 각각은 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들과 각각 대응한다. 따라서, 상기 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 복굴절소자(36a,36b)들의 개수는 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들의 개수와 같다. 또한, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 복굴절소자(36a,36b)들은 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들과 서로 평행하게 배치된다.
이때, 액정 디스플레이 패널(37)에서 디스플레이 되는 영상에 모아레(Moire) 무늬가 나타나는 것을 방지하기 위하여, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 복굴절소자(36a,36b)들의 피치는 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들의 피치보다 약간 큰 것이 바람직하다. 도 6은 그 이유를 설명하기 위한 단면도로서, 도 5에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치(30)를 수직 방향으로 절단한 단면 형태를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 복굴절소자(36a,36b)들은, 시청자의 입장에서 볼 때, 액정 디스플레이 패널(37)의 뒤편에서 세로 방향으로 배열되어 있다. 또한, 상기 액정 디스플레이 패널(37)에는 다수의 화소(38c)들이 가로 및 세로 방향으로 2차원 배열되어 있다. 도 6의 단면도의 경우에는, 세로 방향으로 배열된 화소(38c)들만이 보인다. 여기서, 시청자의 눈은 상기 액정 디스플레이 패널(37) 전면의 어느 한 점에 위치하게 된다. 그러면, 액정 디스플레이 패 널(37)의 화소 라인들 중에서, 시청자의 눈의 위치보다 높거나 낮은 화소 라인들에 대응하는 복굴절소자(36a,36b)들은, 도 6에 도시된 바와 같이, 그 대응하는 화소 라인들보다 더 높거나 더 낮은 위치에 배열되어야 한다. 이를 위해, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 복굴절소자(36a,36b)들의 피치는 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들의 피치보다 약간 클 필요가 있다. 예컨대, 일반적인 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들의 피치가 약 0.265mm 인 경우, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 복굴절소자(36a,36b)들의 피치는 약 0.266mm 가 된다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 액정 디스플레이 패널(37)로는 재생율이 약 120Hz 이상인 고속응답 LCD를 반드시 사용할 필요는 없으며, 60~75Hz 정도의 재생율을 갖는 일반적인 LCD를 사용하더라도 무방하다. 본 발명의 경우, 시간 순차적으로 좌안용 영상과 우안용 영상을 전체 화면에 번갈아 디스플레이 하는 종래의 시분할 방식을 사용하는 대신, 인터레이스 방식을 사용한다. 즉, 본 발명에 따르면, 상기 액정 디스플레이 패널(37)은 좌안용 영상과 우안용 영상을 인터레이싱하여 디스플레이 한다. 예컨대, 첫 번째 프레임에서는 홀수번째 화소 라인에 좌안용 영상을, 짝수번째 화소 라인에 우안용 영상을 디스플레이 한다. 그리고, 그 다음 프레임에서는 홀수번째 화소 라인에 우안용 영상을, 짝수번째 화소 라인에 좌안용 영상을 디스플레이 한다.
이하에서는, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치(30)의 동작에 대해 보다 상세하게 설명한다.
먼저, 도 7은 공간 광변조기(33)가 제 1 상태에 있는 경우에 대해 설명하기 위한 것으로, 도 5의 입체 영상 디스플레이 장치(30)를 수평 방향으로 절단한 단면 형태를 도시한다. 공지된 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(37)은 입사측과 출사측에 각각 편광자(38a,38b)가 부착되어 있다. 단지 설명상의 편의를 위해, 상기 편광판(32)과 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a)는 수평 방향의 편광방향을 갖는 것으로 가정한다. 또한, 공간 광변조기(33)는, 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 1 상태, 입사광의 편광방향을 45˚만큼 변환시키는 제 2 상태 및 입사광의 편광방향을 90˚만큼 변환시키는 제 3 상태를 갖는 액정 리타더라고 가정한다. 한편, 제 1 복굴절소자 어레이(34)의 제 1 복굴절소자(34a)는 위상을 지연시키지 않고, 제 2 복굴절소자(34b)는 반파장(λ/2) 만큼 위상지연시키는 리타더라고 가정한다. 도 7의 단면도에는 자세하게 도시되지 않았지만, 제 2 복굴절소자 어레이(36)는 홀수열에 제 3 복굴절소자(36a)를, 짝수열에 제 4 복굴절소자(36b)를 갖는다. 제 1 복굴절소자 어레이(34)의 경우와 마찬가지로, 상기 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 제 3 복굴절소자(36a)는 위상을 지연시키지 않고, 제 4 복굴절소자(36b)는 반파장(λ/2) 만큼 위상지연시키는 리타더라고 가정한다.
공간 광변조기(33)가 제 1 상태에 있는 경우, 편광판(32)을 투과하여 공간 광변조기(33)에 입사하는 광은 편광방향이 변환되지 않는다. 따라서, 공간 광변조기(33)를 투과한 광은 수평 방향의 편광방향을 갖는다. 그런 후, 광은 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)를 각각 투과하게 된다. 이때, 제 1 복굴절소자(34a)를 투과한 광은 그대로 수평 방향의 편광방향을 유지하지만, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과 한 광은 편광방향이 90˚ 변환되어 수직방향의 편광방향을 갖게 된다. 이렇게 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)를 투과한 광은 각각 렌티큘러 렌즈 시트(35)에 의해 좌안 시역과 우안 시역으로 분리되어 가이드 된다. 즉, 제 1 복굴절소자(34a)를 투과한 광은 렌티큘러 렌즈 시트(35)에 의해 시역(viewing zone)(100)의 좌안 영역(L)으로, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광은 우안 영역(R)으로 진행하게 된다.
그런 후, 렌티큘러 렌즈 시트(35)에 의해 분리된 광은 각각 세로 방향으로 배열된 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)를 투과하게 된다. 이 과정에서, 제 1 복굴절소자(34a)를 투과하여 좌안 영역(L)으로 진행하는 광 중에서, 제 3 복굴절소자(36a)를 투과한 광은 그대로 수평 방향의 편광방향을 유지하지만, 제 4 복굴절소자(36b)를 투과한 광은 편광방향이 90˚ 변환되어 수직방향의 편광방향을 갖게 된다. 또한, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과하여 우안 영역(R)으로 진행하는 광 중에서, 제 3 복굴절소자(36a)를 투과한 광은 그대로 수직 방향의 편광방향을 유지하지만, 제 4 복굴절소자(36b)를 투과한 광은 편광방향이 90˚ 변환되어 수평방향의 편광방향을 갖게 된다. 즉, 좌안 영역(L)으로 진행하는 광 중에서, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 홀수열을 투과한 광은 수평 방향의 편광방향을 갖고, 짝수열을 투과한 광은 수직방향의 편광방향을 갖는다. 또한, 우안 영역(R)으로 진행하는 광 중에서, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 홀수열을 투과한 광은 수직 방향의 편광방향을 갖고, 짝수열을 투과한 광은 수평방향의 편광방향을 갖는다.
한편, 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a)는 수평 방향의 편광방향을 갖고 있다. 따라서, 좌안 영역(L)으로 진행하는 광 중에서, 제 2 복굴절소 자 어레이(36)의 홀수열을 투과한 광은 입사측 편광자(38a)를 통과하지만, 짝수열을 투과한 광은 입사측 편광자(38a)를 통과하지 못한다. 또한, 우안 영역(R)으로 진행하는 광 중에서, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 홀수열을 투과한 광은 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a)를 통과하지 못하지만, 짝수열을 투과한 광은 입사측 편광자(38a)를 통과하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 복굴절소자(36a,36b)들은 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들과 각각 하나씩 대응된다. 따라서, 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들 중 홀수열에서 디스플레이 되는 영상은 좌안 영역(L)으로 진행하고, 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들 중 짝수열에서 디스플레이 되는 영상은 우안 영역(R)으로 진행한다. 그러면, 도 8에 도시된 바와 같이, 좌안을 통해 액정 디스플레이 패널(37)의 홀수번째 화소 라인의 영상을 인식하고, 우안을 통해 짝수번째 화소 라인의 영상을 인식할 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하여 공간 광변조기(33)가 제 3 상태에 있는 경우에 대해 설명한다. 상기 공간 광변조기(33)가 제 3 상태에 있는 경우에는, 편광판(32)을 투과하여 공간 광변조기(33)에 입사하는 광은 편광방향이 90˚ 변환된다. 따라서, 공간 광변조기(33)를 투과한 광은 수직 방향의 편광방향을 갖는다. 그런 후, 광은 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)를 각각 투과하게 된다. 이때, 제 1 복굴절소자(34a)를 투과한 광은 그대로 수직 방향의 편광방향을 유지하지만, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광은 편광방향이 다시 90˚ 변환되어 수평 방향의 편광방향을 갖는다. 이렇게 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)를 투과한 광은 렌티큘러 렌즈 시트(35)에 의해 각각 좌안 시역과 우안 시역으로 분리되어 가이드 된다. 즉, 제 1 복굴절소자(34a)를 투과한 광은 렌티큘러 렌즈 시트(35)에 의해 시역(100)의 좌안 영역(L)으로, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광은 우안 영역(R)으로 진행하게 된다.
그런 후, 렌티큘러 렌즈 시트(35)에 의해 분리된 광은 각각 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)를 투과하게 된다. 이 과정에서, 제 1 복굴절소자(34a)를 투과하여 좌안 영역(L)으로 진행하는 광 중에서, 제 3 복굴절소자(36a)를 투과한 광은 그대로 수직 방향의 편광방향을 유지하지만, 제 4 복굴절소자(36b)를 투과한 광은 편광방향이 90˚ 변환되어 수평방향의 편광방향을 갖게 된다. 또한, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과하여 우안 영역(R)으로 진행하는 광 중에서, 제 3 복굴절소자(36a)를 투과한 광은 그대로 수평 방향의 편광방향을 유지하지만, 제 4 복굴절소자(36b)를 투과한 광은 편광방향이 90˚ 변환되어 수직방향의 편광방향을 갖게 된다. 즉, 좌안 영역(L)으로 진행하는 광 중에서, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 홀수열을 투과한 광은 수직 방향의 편광방향을 갖고, 짝수열을 투과한 광은 수평방향의 편광방향을 갖는다. 또한, 우안 영역(R)으로 진행하는 광 중에서, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 홀수열을 투과한 광은 수평 방향의 편광방향을 갖고, 짝수열을 투과한 광은 수직방향의 편광방향을 갖는다.
한편, 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a)는 수평 방향의 편광방향을 갖고 있다. 따라서, 좌안 영역(L)으로 진행하는 광 중에서, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 홀수열을 투과한 광은 입사측 편광자(38a)를 통과하지 못하고, 짝 수열을 투과한 광만이 입사측 편광자(38a)를 통과할 수 있다. 또한, 우안 영역(R)으로 진행하는 광 중에서, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 홀수열을 투과한 광은 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광자(38a)를 통과하지만, 짝수열을 투과한 광은 입사측 편광자(38a)를 통과할 수 없다. 따라서, 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들 중 홀수열에서 디스플레이 되는 영상은 우안 영역(R)으로 진행하고, 액정 디스플레이 패널(37)의 화소 라인들 중 짝수열에서 디스플레이 되는 영상은 좌안 영역(L)으로 진행한다. 그러면, 도 10에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(37)의 홀수번째 화소 라인의 영상을 우안을 통해 인식하고, 짝수번째 화소 라인의 영상을 좌안을 통해 인식할 수 있다.
이러한 원리에 따라, 액정 디스플레이 패널(37)이 홀수번째 화소 라인에 좌안용 영상을 디스플레이 하고 짝수번째 화소 라인에 우안용 영상을 디스플레이 하는 동안, 상기 공간 광변조기(33)는 제 1 상태로 스위칭된다. 그리고, 그 다음 프레임에서, 상기 액정 디스플레이 패널(37)이 홀수번째 화소 라인에 우안용 영상을 디스플레이 하고 짝수번째 화소 라인에 좌안용 영상을 디스플레이 하는 동안, 상기 공간 광변조기(33)는 제 3 상태로 스위칭된다. 그러므로, 상기 공간 광변조기(33), 제 1 복굴절소자 어레이(34) 및 제 2 복굴절소자 어레이(36)는 공동으로, 좌안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널(37)의 화소 라인에 좌안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하고, 우안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널(37)의 화소 라인에 우안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하는 역할을 한다. 따라서, 상기 공간 광변조기(33), 제 1 복굴절 소자 어레이(34) 및 제 2 복굴절소자 어레이(36)는 공동으로 하나의 편광 스위치를 구성하는 것으로 볼 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 디스플레이 동작은 텔레비전의 표준주사방식인 비월주사와 유사하다. 텔레비전은 한번은 홀수열을 다음에는 짝수열을 주사함으로써 2회의 주사로 하나의 영상을 완성한다. 이렇게 함으로써, 25Hz(PAL 방식) 또는 30Hz(NTSC 방식)의 비교적 느린 주사속도로도 깜박임을 느끼지 않게 하면서 해상도의 저하 없이 영상을 디스플레이 할 수 있다. 본 발명의 경우에도, 좌안용 영상과 우안용 영상을 하나의 화소 라인씩 교대로 인터레이싱 하여 디스플레이 함으로써, 60~75Hz의 수직 주사속도(즉, 재생율)를 갖는 일반적인 액정 디스플레이 패널(37)을 이용하면서도 깜박임과 해상도의 저하를 거의 느끼지 않게 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치(30)에서 2차원 영상 모드(2D 모드)는 두 가지 방식으로 구현될 수 있다. 예컨대, 공간 광변조기(33)가 제 1 상태와 제 3 상태 사이에서 반복적으로 스위칭되고, 액정 디스플레이 패널(37)은 동일한 2D 영상을 연속하여 2차례 디스플레이 한다. 그러면, 한번은 동일한 2D 영상의 홀수열이 좌안에 감지되고, 짝수열이 우안에 감지된다. 다음에는, 동일한 2D 영상의 짝수열이 좌안에 감지되고, 홀수열이 우안에 감지된다. 따라서, 관찰자는 2차원 영상을 느낄 수 있게 된다.
다른 방법으로서, 공간 광변조기(33)가 제 2 상태에 고정되어 있고, 액정 디스플레이 패널(37)은 통상적인 방법으로 한 프레임씩 2D 영상을 디스플레이 한다. 상기 공간 광변조기(33)가 제 2 상태에 있는 경우, 편광판(32)을 투과하여 공간 광 변조기(33)에 입사하는 광은 편광방향이 45˚ 변환된다. 따라서, 공간 광변조기(33)를 투과한 광은 대각선 방향인 45˚ 방향의 편광방향을 갖는다. 그런 후, 광은 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)와 제 3 및 제 4 복굴절소자(36a,36b)를 연속하여 투과하게 된다. 여기서, 상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자(34a,34b,36a,36b)들은 입사광의 편광방향을 바꾸지 않거나, 또는 90˚만큼만 변화시킨다. 그 결과, 최종적인 투과광은 여전히 대각선 방향의 편광방향을 갖는다. 그러면, 광은 모두 상기 액정 디스플레이 패널(37)을 통과하여, 좌안 시역과 우안 시역의 모두에 결상된다. 따라서, 액정 디스플레이 패널(37)이 2D 영상을 디스플레이 하면, 사용자는 자신의 좌안과 우안을 통해 2D 영상을 감상할 수 있게 된다.
또는, 상기 공간 광변조기(33)가 제 2 상태에 있는 경우, 입사광의 편광방향을 45˚로 변환하지 않는 대신에, 출사광이 원편광 상태가 되도록 입사광의 편광 상태를 변환할 수도 있다. 예컨대, 상기 공간 광변조기(33)는 제 1 상태에서는 입사광의 편광방향을 변화시키지 않고, 제 3 상태에서는 입사광의 편광방향을 90˚만큼 변화시키며, 제 2 상태에서는 입사광을 원편광으로 변환한다. 이렇게 제 2 상태에서 입사광이 원편광으로 변환되는 경우에도, 입사광의 편광방향이 45˚로 변환되는 경우와 동일한 동일한 결과를 얻을 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 디스플레이 패널은 한 프레임의 영상을 일시에 디스플레이 한 후에 다음 프레임의 영상을 디스플레이 하는 것이 아니라, 연속되는 프레임의 영상들을 화면의 위쪽에서부터 아래쪽으로 순차적으로 주사한다. 따라서, 두 프레임의 영상이 화면을 공유하는 동안에는 좌안용 영상과 우안용 영상이 혼합되어 감지되는 크로스토크(crosstalk)가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치(30)는, 도 5에 도시된 바와 같이, N 개의 세그먼트로 분할되어 있는 분할형 백라이트 유닛(31)과 공간 광변조기(33)를 사용한다. 즉, 상기 백라이트 유닛(31)과 공간 광변조기(33)는 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 수직 주사 시간에 동기되어 순차적으로 스위칭되는 다수의 수평 세그먼트로 분할되어 있다. 양호하게는, 상기 백라이트 유닛(31)과 공간 광변조기(33)의 다수의 수평 세그먼트들은 각각 독립적으로 스위칭 가능하며, 수직 방향을 따라 배열된다.
본 발명에 따르면, 상기 백라이트 유닛(31)과 공간 광변조기(33)의 세그먼트 개수는 설계에 따라 적절히 선택될 수 있다. 크로스토크를 완전히 제거하기 위해서는, 백라이트 유닛(31)과 공간 광변조기(33)의 한 세그먼트가 액정 디스플레이 패널(37)의 한 화소 라인과 대응하는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 이 경우, 제조비용이 지나치게 비싸져서 실현이 곤란하다. 따라서, 백라이트 유닛(31)과 공간 광변조기(33)의 각각의 수평 세그먼트 하나가 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 다수의 화소 라인들과 대응하도록 한다. 예컨대, 백라이트 유닛(31)과 공간 광변조기(33)의 세그먼트 하나가 액정 디스플레이 패널(37)의 100 개의 화소 라인과 대응하도록 제조할 수 있다. 여기서, 백라이트 유닛(31)의 세그먼트 개수와 공간 광변조기(33)의 세그먼트 개수는 동일한 것이 바람직하다.
이러한 구조에서, 백라이트 유닛(31)과 공간 광변조기(33)의 상호 대응하는 세그먼트들은 동시에 스위칭될 수 있다. 즉, 상기 백라이트 유닛(31)의 각 수평 세 그먼트는 액정 디스플레이 패널(37)의 대응하는 화소 라인들의 주사 시간에 동기하여 점멸된다. 또한, 상기 공간 광변조기(33)의 각각의 수평 세그먼트는, 예컨대, 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 대응하는 화소 라인들이 한 프레임의 영상을 디스플레이 할 때 제 1 상태로 스위칭되고, 다음 프레임의 영상을 디스플레이 할 때 제 3 상태로 스위칭된다. 도 11은 이러한 공간 광변조기(33)의 스위칭 동작을 예시적으로 도시하고 있다. 도 11에 예시된 공간 광변조기(33)는 4개의 세그먼트로 분할된 4분할 공간 광변조기(33)로서, 제 1 상태에서 입사광을 지연시키지 않으며, 제 3 상태에서는 입사광을 1/2 파장(λ/2) 만큼 위상지연시키는 액정 리타더이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(33)는 시간 0에서는 전체적으로 제 1 상태에 있고, 시간 T에서는 전체적으로 제 3 상태에 있다. 그리고, 상기 공간 광변조기(33)는 시간 0과 T 사이에서, 액정 디스플레이 패널(37)과 동기하여, 제 1 상태에서 제 3 상태로 연속적으로 변화된다. 이러한 공간 광변조기(33)의 스위칭 동작은, 액정 디스플레이 패널(37)이 각 프레임의 영상을 디스플레이 하는 시간과 정확하게 동기하도록 제어된다. 그 결과, 두 프레임의 영상이 화면을 공유하는 시간 동안에도, 크로스토크가 거의 발생하지 않고, 좌안용 영상과 우안용 영상이 정확하게 분리될 수 있다.
그런데, 본 발명에 따르면, 관찰자의 눈높이에 따라 좌우 영상이 혼합되거나 반전되는 크로스토크가 발생할 수 있다. 도 12는 그 이유를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 12를 참조하면, 관찰자가 정상적인 높이(H)에서 영상을 관찰하는 경우에는, 제 3 복굴절소자(36a)와 제 1 화소(Px1) 및 제 4 복굴절소자(36b)와 제 2 화소(Px2)가 정확하게 대응하는 것으로 보인다. 그러나, 그 보다 높은 높이(H')에서 영상을 관찰하는 경우에는, 제 1 화소(Px1)가 제 4 복굴절소자(36b)와 대응하는 것으로 보이게 된다. 이 경우에, 관찰자는 좌우 영상이 반전된 입체 영상을 보게 되며, 높이(H)와 높이(H')의 중간 정도에서는 좌우 영상이 명확하게 분리되지 않은 영상을 보게 된다.
따라서, 보다 편안한 입체 영상의 감상을 위하여 좌우영상이 정확하게 분리되어 보이는 높이 범위를 가능하면 증가시킬 필요가 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 도 13과 같이, 액정 디스플레이 패널(37)의 화소(38c)들 사이에 있는 블랙 매트릭스(38d)를 이용한다. 일반적으로, 액정 디스플레이 패널(37)은 각각의 화소(38c)들을 서로 분리하기 위하여, 수직 방향의 폭이 D2인 블랙 매트릭스(38d)를 화소(38c)들 사이에 형성한다. 본 발명에 따른 제 2 복굴절소자 어레이(36)에는, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 블랙 매트릭스(38d)와 대응하는 스트라이프 형상의 불투명 마스크(36c)가 복굴절소자(36a,36b)들 사이에 수평 방향으로 배치되어 있다. 여기서, 상기 불투명 마스크(36c)의 수직 방향의 폭은 D1으로 표시한다.
그러면, 도 15 및 도 16을 이용하여, 좌우영상이 정확하게 분리되어 보이는 높이의 범위에 상기 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 불투명 마스크(36c)와 액정 디스플레이 패널(37)의 블랙 매트릭스(38d)가 미치는 영향을 설명한다. 도 14에서, 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 피치를 P1, 액정 디스플레이 패널(37)의 화소(38c)의 피치를 P2, 좌우영상이 정확하게 분리되어 보이는 높이의 범위를 H2, 좌우영상이 반전되어 보이는 높이의 범위를 H1, 제 2 복굴절소자 어레이(36)와 액정 디스플레이 패널(37)의 화소(38c) 사이의 거리를 t, 액정 디스플레이 패널(37)의 화소(38c)로부터 관찰자까지의 시청 거리를 L 이라고 표시한다. 그러면, 도 15에서 삼각형 AEF와 ABC 로부터 다음의 수학식(1)를 얻을 수 있다.
Figure 112006051253152-pat00001
그리고, 도 16에서 사다리꼴 CEFG와 사다리꼴 ABFG로부터 다음의 수학식(2)를 얻으며, 사다리꼴 CEFG와 사디리꼴 ABCE로부터 다음의 수학식(3)을 얻을 수 있다.
Figure 112006051253152-pat00002
Figure 112006051253152-pat00003
그러면, 상기 수학식(1)~(3)으로부터 다음의 수학식(4)를 얻는다.
Figure 112006051253152-pat00004
여기서, t ≪ L 이므로 (t/L)D2 는 무시할 수 있다. 따라서, 최종적으로 다음과 같은 수학식(5)를 얻을 수 있다.
Figure 112006051253152-pat00005
상기 수학식(5)를 보면, 상기 제 2 복굴절소자 어레이(36)의 불투명 마스크(36c)와 액정 디스플레이 패널(37)의 블랙 매트릭스(38d)의 폭인 D1과 D2가 클수록, 좌우영상이 정확하게 분리되어 보이는 높이의 범위(H2)를 크게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 좌우영상이 정확하게 분리되어 보이는 높이의 범위(H2)를 크게 하기 위하여, 디스플레이 되는 영상의 휘도에 최소의 영향을 주는 한도 내에서 상기 불투명 마스크(36c)의 폭을 최대한 크게 한다. 이렇게 함으로써, 좌우영상이 정확하게 분리되어 보이는 높이의 범위(H2)를 약 150~200mm 정도로 만들 수 있다.
도 17은 이렇게 해서 시청 거리에 형성된 시역(view zone)(100)의 전체적인 구조를 개략적으로 도시한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 영역 H1에서는 좌우 영상이 정확힌 분리된 입체 영상을 감상할 수 있으며, 영역 H2에서는 좌우영상이 분리되지 않은 영역(100a)과 좌우영상이 반전되어 보이는 영역(100b)이 나타난다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치(40)는, 백라이트 유닛(41), 전기적 제어에 따라 투명한 상태와 불투명한 상태 사이에서 스위칭되는 공간 광변조기(spatial light modulator)(42), 입사광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 출사시키는 렌티큘러 렌즈 시트(45), 및 영상을 디스플레이 하는 액정 디스플레이 패널(47)을 포함한다.
본 실시예에 따르면, 상기 백라이트 유닛(41)은 반드시 분할형일 필요는 없으며, 일반적인 종래의 백라이트 유닛을 사용할 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 실시예와 마찬가지로, 분할형 백라이트 유닛(31)을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 액정 디스플레이 패널(47)은, 도 5에 도시된 실시예의 경우와 마찬가지로, 시분할 방식 대신에 인터레이스 방식으로 영상을 디스플레이 한다. 즉, 상기 액정 디스플레이 패널(37)은 좌안용 영상과 우안용 영상을 인터레이싱하여 디스플레이 한다. 예컨대, 첫 번째 프레임에서는 홀수번째 화소 라인에서 좌안용 영상을, 짝수번째 화소 라인에서 우안용 영상을 디스플레이 한다. 그리고, 그 다음 프레임에서는 홀수번째 화소 라인에서 우안용 영상을, 짝수번째 화소 라인에서 좌안용 영상을 디스플레이 한다.
한편, 상기 공간 광변조기(42)는, 행과 열을 따라 2차원적으로 배열되며, 각각 독립적으로 제어될 수 있는 다수의 셀로 구성된다. 여기서, 상기 공간 광변조기(42)의 열(row)의 개수(즉, 세로 방향의 셀의 개수)는 액정 디스플레이 패널(47) 의 화소 라인의 개수와 같은 것이 바람직하다. 본 실시예에 따르면, 상기 공간 광변조기(42)는 세 개의 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 즉, 상기 공간 광변조기(42)는, 모든 셀이 투명하게 되는 제 1 상태, 투명한 셀과 불투명한 셀이 체크 무늬 형태로 배열되는 제 2 상태, 및 상기 제 2 상태와 상보적인 상태로서 제 2 상태에서 투명한 셀이 불투명하게 되고 제 2 상태에서 불투명한 셀이 투명하게 되는 제 3 상태 사이에서 스위칭된다. 또한, 본 실시예에 따르면, 상기 공간 광변조기(42)는 상기 액정 디스플레이 패널(47)의 수직 주사 시간에 동기하여, 한 라인씩 순차적으로 제 2 상태와 제 3 상태 사이에서 고속 스위칭될 수 있어야 한다. 이를 위하여, 상기 공간 광변조기(42)는, 예컨대, OCB(Optical Compensation Bend) 트위스트 네마틱(twist nematic; TN) 액정 패널 또는 강유전성 액정(ferro-electric liquid crystal; FELC) 패널을 두 개의 편광자 사이에 배치한 구조를 사용할 수 있다. 본 실시예에 따른 공간 광변조기(42)의 경우, 액정 디스플레이 패널(47)의 입사면에 편광자가 배치되어 있기 때문에, 하나의 편광자와 하나의 액정 패널로 구성되는 것도 가능하다.
도 19는 상기 공간 광변조기(42)와 렌티큘러 렌즈 시트(45) 사이의 상대적인 배치를 보다 상세하게 도시한다. 도 19를 참조하면, 렌티큘러 렌즈 시트(45)는 상기 공간 광변조기(42)와 평행하게 대향하고 있다. 여기서, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(45)의 하나의 렌즈소자가 상기 공간 광변조기(42)의 두 개의 행(column)과 서로 대응하도록 렌티큘러 렌즈 시트(45)가 배치된다. 이때, 시청 거리에서 좌안 시역과 우안 시역이 정확하게 분리될 수 있도록, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(45)의 렌즈소자 들 사이의 피치는 상기 공간 광변조기(42)의 행들 사이의 피치의 두 배와 같거나, 양호하게는, 그 보다 약간 큰 것이 바람직하다. 즉, 하나의 렌티큘러 렌즈소자의 폭은 공간 광변조기(42)의 두 셀의 폭과 같거나 그 보다 약간 크다. 또한, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(45)와 공간 광변조기(42) 사이의 거리(t2)는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나, 양호하게는, 그 보다 약간 큰 것이 바람직하다.
본 실시예의 경우에도, 도 12와 관련하여 설명한 것과 같은 이유로 관찰자의 눈높이에 따라 좌우 영상이 혼합되거나 반전되는 크로스토크가 발생할 수 있다. 따라서, 좌우영상이 정확하게 분리되어 보이는 높이 범위를 증가시키기 위하여, 도 19에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(42)의 각 셀들의 열(row) 사이에 D1의 폭을 갖는 스트라이프 형상의 불투명 마스크(42a)를 수평 방향으로 배치한다. 이때, 도 6과 관련하여 설명한 것과 같은 이유로, 상기 공간 광변조기(42)의 수평 방향의 불투명 마스크(42a)들 사이의 수직 방향의 피치는 액정 디스플레이 패널(47)의 화소 라인들 사이의 피치보다 약간 큰 것이 바람직하다.
그러면, 도 15 및 도 16과 관련하여 설명한 것과 마찬가지로, 공간 광변조기(42)의 불투명 마스크(42a)의 폭을 D1, 액정 디스플레이 패널(47)의 화소 사이에 있는 블랙 매트릭스의 폭을 D2, 액정 디스플레이 패널(47)의 블랙 매트릭스와 공간 광변조기(42)의 불투명 마스크(42a) 사이의 거리를 t1, 액정 디스플레이 패널(47)로부터의 시청 거리를 L 이라 했을 때, 크로스토크가 없는 시역의 높이 H2 는, H2 = L(D1+D2)/t1 을 만족한다. 따라서, 블랙 매트릭스 및 불투명 마스크(42a)의 폭이 클수록 그리고 이들 사이의 거리(t1)가 짧을수록, 크로스토크가 없는 시역의 높 이(H2)가 증가한다. 그러나, 블랙 매트릭스 및 불투명 마스크(42a)의 폭이 커질수록 광손실이 증가하므로, 블랙 매트릭스와 불투명 마스크(42a) 사이의 거리(t1)를 가능하면 짧게 하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 상기 블랙 매트릭스와 불투명 마스크(42a) 사이의 거리(t1)는, 공간 광변조기(42)의 기판, 액정 디스플레이 패널(47)의 기판과 편광자 및 렌티큘러 렌즈 시트(45)의 광학적 두께(즉, 물리적 두께를 굴절률로 나눈 것)의 합으로 볼 수 있다. 예컨대, 공간 광변조기(42)의 기판의 두께를 0.7mm, 렌티큘러 렌즈 시트(45)의 두께를 0.2mm, 액정 디스플레이 패널(47)의 기판의 두께를 0.7mm, 편광자의 두께를 0.2mm, 상기 소자들의 평균적인 굴절률을 n=1.5 라 하면, 상기 블랙 매트릭스와 불투명 마스크(42a) 사이의 거리(t1)는, t1 = (0.7+0.7+0.2+0.2)/1.5 = 1.2mm 가 된다. 또한, 예컨대, 불투명 마스크(42a)의 폭을 D1 = 0.1mm, 블랙 매트릭스의 폭을 D2 = 0.05mm, 액정 디스플레이 패널(47)로부터의 시청 거리를 L = 700mm 라고 하면, 크로스토크가 없는 시역의 높이는 H2 = 700×(0.1+0.05)/1.2 = 87.5mm 가 된다.
이하, 도 18 및 도 19를 참조하여, 본 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치(40)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따르면, 도 19에 도시된 바와 같이, 렌티큘러 렌즈 시트(45)의 각각의 렌즈소자는 공간 광변조기(42)의 두 개의 행과 대응하고 있다. 따라서, 광의 진행 방향을 향해 볼 때 왼쪽에서 오른쪽으로, 공간 광변조기(42)의 홀수 행을 통과한 광은 상기 렌티큘러 렌즈 시트(45)에 의해 항상 오른쪽으로 편향되므로, 시 청자의 좌안으로 진행한다. 반면, 공간 광변조기(42)의 짝수 행을 통과한 광은 상기 렌티큘러 렌즈 시트(45)에 의해 항상 왼쪽으로 편향되므로, 시청자의 우안으로 진행한다.
예컨대, 상기 공간 광변조기(42)가 제 2 상태에 있는 경우, 광의 진행 방향을 향해 볼 때, 홀수 열(row)에서는 홀수 행(column)이 투명하고 짝수 행이 불투명하며, 짝수 열에서는 홀수 열이 불투명하고 짝수 행이 투명하다고 가정한다(도 19의 공간 광변조기(42)의 상부측). 이 경우, 홀수 열에서는 홀수 행만이 광을 투과시키므로, 홀수 열을 투과한 광은 시청자의 좌안으로 진행한다. 반면, 짝수 열에서는 짝수 행만이 광을 투과시키므로, 짝수 열을 투과한 광은 시청자의 우안으로 진행한다. 따라서, 상기 공간 광변조기(42)의 제 2 상태에 있는 부분과 대응하는 액정 디스플레이 패널(47)의 부분은, 홀수번째 화소 라인에서 좌안용 영상을, 짝수번째 화소 라인에서 우안용 영상을 디스플레이 한다.
또한, 상기 공간 광변조기(42)가 제 3 상태에 있는 경우, 광의 진행 방향을 향해 볼 때, 홀수 열(row)에서는 홀수 행(column)이 불투명하고 짝수 행이 투명하며, 짝수 열에서는 홀수 열이 투명하고 짝수 행이 불투명하다고 가정한다(도 19의 공간 광변조기(42)의 하부측). 이 경우, 홀수 열에서는 짝수 행만이 광을 투과시키므로, 홀수 열을 투과한 광은 시청자의 우안으로 진행한다. 반면, 짝수 열에서는 홀수 행만이 광을 투과시키므로, 짝수 열을 투과한 광은 시청자의 좌안으로 진행한다. 따라서, 상기 공간 광변조기(42)의 제 3 상태에 있는 부분과 대응하는 액정 디스플레이 패널(47)의 부분은, 홀수번째 화소 라인에서 우안용 영상을, 짝수번째 화 소 라인에서 좌안용 영상을 디스플레이 한다.
따라서, 예컨대, 상기 액정 디스플레이 패널(47)이 첫 번째 프레임에서는 홀수번째 화소 라인에 좌안용 영상을, 짝수번째 화소 라인에 우안용 영상을 디스플레이 하고, 그 다음 프레임에서는 홀수번째 화소 라인에 우안용 영상을, 짝수번째 화소 라인에 좌안용 영상을 디스플레이 하는 경우, 상기 공간 광변조기(42)는 상기 액정 디스플레이 패널(47)이 첫 번째 프레임을 디스플레이 할 때 제 2 상태로 스위칭되고, 두 번째 프레임을 디스플레이 할 때 제 3 상태로 스위칭된다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 상기 공간 광변조기(42)는 액정 디스플레이 패널(47)의 수직 주사 시간에 동기하여 한 라인씩 순차적으로 제 2 상태와 제 3 상태 사이에서 스위칭되므로, 상기 액정 디스플레이 패널(47)이 첫 번째 프레임과 두 번째 프레임을 동시에 디스플레이 하는 동안에도 크로스토크가 발생하지 않는다. 또한, 상기 액정 디스플레이 패널(47)이 인터레이싱 방식으로 영상을 디스플레이 하기 때문에, 해상도의 저하 및 깜박임의 발생을 최소화할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치(40)에서 2차원 영상 모드(2D 모드)는 두 가지 방식으로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 공간 광변조기(42)가 제 2 상태와 제 3 상태 사이에서 스위칭되고, 액정 디스플레이 패널(47)은 동일한 2D 영상을 연속하여 2차례 디스플레이 한다. 그러면, 한번은 동일한 2D 영상의 홀수열이 좌안에 감지되고, 짝수열이 우안에 감지된다. 다음에는, 동일한 2D 영상의 짝수열이 좌안에 감지되고, 홀수열이 우안에 감지된다. 따라서, 관찰자는 2차원 영상을 느낄 수 있게 된다. 다른 방법으로, 모든 셀이 투명한 제 1 상태에 상기 공 간 광변조기(42)가 고정되고, 액정 디스플레이 패널(47)은 통상적인 방식으로 2D 영상을 디스플레이 한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치(50)는, 백라이트 유닛(51), 상기 백라이트 유닛(51)에서 방출된 광 중에서 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 편광판(52), 전기적 제어에 따라 입사광의 편광방향을 변환시키는 공간 광변조기(53), 입사광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 출사시키는 렌티큘러 렌즈 시트(55), 다수의 수평한 제 1 및 제 2 복굴절소자(56a,56b)가 수직방향으로 서로 교번하여 형성된 복굴절소자 어레이(56), 및 영상을 디스플레이 하는 액정 디스플레이 패널(57)을 포함한다.
본 실시예에 따르면, 상기 백라이트 유닛(51)은 반드시 분할형일 필요는 없으며, 일반적인 종래의 백라이트 유닛을 사용할 수 있다. 그러나, 도 5에 도시된 실시예와 마찬가지로, 분할형 백라이트 유닛(51)을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 액정 디스플레이 패널(57)은, 도 5에 도시된 실시예의 경우와 마찬가지로, 시분할 방식 대신에 인터레이스 방식으로 영상을 디스플레이 한다. 즉, 상기 액정 디스플레이 패널(57)은 좌안용 영상과 우안용 영상을 인터레이싱하여 디스플레이 한다. 예컨대, 첫 번째 프레임에서는 홀수번째 화소 라인에서 좌안용 영상을, 짝수번째 화소 라인에서 우안용 영상을 디스플레이 한다. 그리고, 그 다음 프레임에서는 홀수번째 화소 라인에서 우안용 영상을, 짝수번째 화소 라인에서 좌안용 영 상을 디스플레이 한다.
한편, 상기 공간 광변조기(53)는 각각 독립적으로 제어될 수 있는 다수의 세로 행(vertical column)으로 구성된다. 본 실시예에 따르면, 상기 공간 광변조기(53)는 두 개의 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 즉, 상기 공간 광변조기(53)는, 홀수번째 세로 행(이하, 홀수 행)은 입사광의 편광방향을 변환시키지 않고 짝수번째 세로 행(이하, 짝수 행)은 입사광의 편광방향을 +90˚ 또는 -90˚만큼 변환시키는 제 1 상태와, 홀수 행은 입사광의 편광방향을 +90˚ 또는 -90˚만큼 변환시키고 짝수 행은 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 2 상태 사이에서 스위칭된다. 예컨대, 제 1 상태에 있는 경우 상기 공간 광변조기(53)의 홀수 행은 위상지연을 주지 않고 짝수 행은 +1/2 파장(또는 -1/2 파장)의 위상지연을 주며, 제 2 상태에 있는 경우 상기 공간 광변조기(53)의 홀수 행은 +1/2 파장(또는 -1/2 파장)의 위상지연을 주며 짝수 행은 위상지연을 주지 않는다. 또한, 본 실시예에 따르면, 상기 공간 광변조기(53)는 상기 액정 디스플레이 패널(57)의 수직 주사 시간에 동기하여, 한 라인씩 순차적으로 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 고속 스위칭될 수 있어야 한다.
도 22는 이를 위한 상기 공간 광변조기(53)의 보다 상세한 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 도 22를 참조하면, 상기 공간 광변조기(53)는 OCB TN 타입 또는 FELC 타입으로 된 액정층(53a), 인터디지트 방식으로 서로 대향하도록 상기 액정층(53a)의 전면에 각각 세로 방향으로 배치된 짝수행 전극(53b)과 홀수행 전극(53c) 및 상기 액정층(53a)의 배면에 배치된 공통 전극(53d)을 포함하는 액정 패 널일 수 있다. 여기서, 상기 짝수행 전극(53b)과 홀수행 전극(53c)은 전기적으로 서로 독립되어 있다. 따라서, 짝수행 전극(53b)에 전압이 인가되는 동안 홀수행 전극(53c)에는 전압이 인가되지 않고, 반대로 홀수행 전극(53c)에 전압이 인가되는 동안 짝수행 전극(53d)에는 전압이 인가되지 않도록 상기 공간 광변조기(53)가 구동될 수 있다. 한편, 도 22에 도시된 바와 같이, 공간 광변조기(53)가 상기 액정 디스플레이 패널(57)의 수직 주사 시간에 동기되어 순차적으로 스위칭될 수 있도록, 상기 공통 전극(53d)은 다수의 수평 세그먼트들로 분할되어 있다. 양호하게는, 상기 공통 전극(53d)의 다수의 수평 세그먼트들은 전기적으로 서로 독립되어 있다. 따라서, 액정 디스플레이 패널(57)의 수직 주사 시간에 따라 공통 전극(53d)의 각각의 수평 세그먼트들에 순차적으로 전압이 인가될 수 있다. 이렇게 상기 공간 광변조기(53)가 다수의 수평 세그먼트들로 분할되어 동작할 수 있기 때문에, 예컨대, 공간 광변조기(53)의 상부는 제 1 상태가 되고, 하부는 제 2 상태가 되도록 스위칭하는 것이 가능하다.
도 19와 관련하여 설명한 것과 마찬가지로, 본 실시예에 따르면, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(55)는 공간 광변조기(53)와 평행하게 대향하고 있다. 그리고, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(55)의 하나의 렌즈소자가 상기 공간 광변조기(53)의 두 개의 행과 서로 대응하도록 렌티큘러 렌즈 시트(55)가 배치된다. 이때, 시청 거리에서 좌안 시역과 우안 시역이 정확하게 분리될 수 있도록, 렌티큘러 렌즈 시트(55)의 렌즈소자들 사이의 피치는 상기 공간 광변조기(53)의 행들 사이의 피치의 두 배와 같거나, 양호하게는, 그 보다 약간 작은 것이 바람직하다. 즉, 하나의 렌티큘러 렌 즈소자의 폭은 공간 광변조기(53)의 두 행의 폭과 같거나 그 보다 약간 크다. 또한, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(55)와 공간 광변조기(53) 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나, 양호하게는, 그 보다 약간 큰 것이 바람직하다.
한편, 도 21은 본 실시예에 따른 복굴절소자 어레이(56)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 상기 복굴절소자 어레이(56)는 세로 방향을 따라 교대로 배치된 다수의 수평한 제 1 및 제 2 복굴절소자(56a,56b)들을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(56a,56b)들을 각각 투과한 광들의 편광방향이 서로 직교하도록 입사광의 편광방향을 변환시키도록 형성된다. 예컨대, 제 1 복굴절소자(56a)는 위상지연을 주지 않고, 제 2 복굴절소자(56b)는 -1/2 파장(또는 +1/2 파장)의 위상지연을 주는 리타더(retarder)일 수 있다. 여기서, 제 2 복굴절소자(56b)의 위상지연 부호는 공간 광변조기(53)의 위상지연 부호와 반대일 수도 있다. 그리고, 좌우영상이 정확하게 분리되어 보이는 높이 범위를 증가시키기 위하여, 상기 복굴절소자 어레이(56)는, 제 1 및 제 2 복굴절소자(56a,56b) 사이에 수평 방향으로 배치된, D1의 폭을 갖는 스트라이프 형상의 불투명 마스크(56c)를 더 포함한다.
본 실시예에 따르면, 상기 복굴절소자 어레이(56)의 제 1 및 제 2 복굴절소자(56a,56b)들은 각각 액정 디스플레이 패널(57)의 화소 라인들과 대응한다. 따라서, 상기 복굴절소자 어레이(56)의 복굴절소자(56a,56b)들의 개수는 액정 디스플레이 패널(57)의 화소 라인들의 개수와 같다. 이때, 도 6과 관련하여 설명한 것과 마찬가지로, 액정 디스플레이 패널(57)에서 디스플레이 되는 영상에 모아레 무늬가 나타나는 것을 방지하기 위하여, 상기 복굴절소자 어레이(56)의 복굴절소자(56a,56b)들의 피치는 액정 디스플레이 패널(57)의 화소 라인들의 피치보다 약간 큰 것이 바람직하다.
이러한 복굴절소자 어레이(56)는 얇은 필름의 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 필름 형태의 복굴절소자 어레이(56)를 액정 디스플레이 패널(57)의 입사측 편광자에 직접 부착하는 것이 가능하다. 이 경우, 액정 디스플레이 패널(57) 내의 블랙 매트릭스와 복굴절소자 어레이(56)의 불투명 마스크(56c) 사이의 거리(t)가 매우 가깝게 된다. 그러면, 크로스토크가 없는 시역의 높이(H2)를 크게 증가시킬 수 있다.
이하, 도 23을 참조하여 도 20에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치(50)의 동작을 상세히 설명한다.
설명의 편의를 위하여, 편광판(52)은 45°의 편광방향을 갖고, 액정 디스플레이 패널(57)의 입사측 편광자(57a)는 135°의 편광방향을 갖는다고 가정한다. 또한, 어느 시점에서 상기 액정 디스플레이 패널(57)의 상부는 홀수번째 화소 라인에서 좌안용 영상을 디스플레이 하고, 짝수번째 화소 라인에서 우안용 영상을 디스플레이 하고 있다고 가정한다. 반면, 상기 액정 디스플레이 패널(57)의 하부는 홀수번째 화소 라인에서 우안용 영상을 디스플레이 하고, 짝수번째 화소 라인에서 좌안용 영상을 디스플레이 하고 있다. 그리고, 동일한 시점에서 상기 액정 디스플레이 패널(57)과 동기하여 공간 광변조기(53)의 상부는, 광의 진행 방향을 향해 볼 때 왼쪽에서 오른쪽으로, 홀수 행은 입사광의 편광방향을 +90˚만큼 변환시키고 짝수 행은 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 2 상태에 있다. 반면, 상기 공간 광변조기(53)의 하부는 짝수 행은 입사광의 편광방향을 +90˚만큼 변환시키고 홀수 행은 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 1 상태에 있다. 한편, 복굴절소자 어레이(56)의 제 1 복굴절소자(56a)는 입사광의 편광방향을 변환시키지 않고, 제 2 복굴절소자(56b)는 입사광의 편광방향을 +90˚만큼 변환시킨다고 가정한다.
먼저, 액정 디스플레이 패널(57)의 상부로 향하는 광에 대해서 설명한다. 도 23을 참조하면, 백라이트 유닛(51)에서 방출된 광은 편광판(52)을 통과하면서 45˚의 편광방향을 갖게 된다. 상기 공간 광변조기(53)의 상부가 제 2 상태에 있으므로, 광의 진행 방향을 향해 볼 때, 공간 광변조기(53) 상부의 홀수 행을 통과한 광은 135˚의 편광방향을 갖게 되며, 짝수 행을 통과한 광은 그대로 45˚의 편광방향을 갖게 된다. 한편, 렌티큘러 렌즈 시트(55)의 각각의 렌즈소자가 상기 공간 광변조기(53)의 두 개의 행과 각각 대응하고 있으므로, 공간 광변조기(53)의 홀수 행을 통과한 광은 상기 렌티큘러 렌즈 시트(55)에 의해 항상 오른쪽으로 편향되어 시청자의 좌안으로 진행한다. 반면, 공간 광변조기(53)의 짝수 행을 통과한 광은 렌티큘러 렌즈 시트(55)에 의해 항상 왼쪽으로 편향되므로, 시청자의 우안으로 진행한다. 따라서, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(55)를 통과하여 시청자의 좌안으로 진행하는 광은 135˚의 편광방향을 가지며, 시청자의 우안으로 진행하는 광은 45˚의 편광방향을 갖는다.
그런 후, 광의 일부는 복굴절소자 어레이(56)의 제 1 복굴절소자(56a)를 통과하고, 나머지 일부는 제 2 복굴절소자(56b)를 통과하게 된다. 이때, 제 1 복굴절 소자(56a)는 광을 그대로 통과시키므로, 상기 제 1 복굴절소자(56a)를 통과하여 시청자의 좌안으로 진행하는 광은 135˚의 편광방향을 가지며, 시청자의 우안으로 진행하는 광은 45˚의 편광방향을 갖는다. 반면, 제 2 복굴절소자(56b)는 입사광의 편광방향을 +90˚만큼 변환시키므로, 상기 제 2 복굴절소자(56b)를 통과하여 시청자의 좌안으로 진행하는 광은 45˚의 편광방향을 갖게 되며, 시청자의 우안으로 진행하는 광은 135˚의 편광방향을 갖게 된다.
이후, 그런데, 상기 복굴절소자 어레이(56)를 통과한 광은 액정 디스플레이 패널(57)의 입사측 편광자(57a)에 입사한다. 그런데, 액정 디스플레이 패널(57)의 입사측 편광자(57a)가 135°의 편광방향을 갖기 때문에, 제 1 복굴절소자(56a)를 통과한 광 중에서 시청자의 좌안으로 진행하는 광만이 상기 입사측 편광자(57a)를 통과할 수 있다. 반면, 제 2 복굴절소자(56b)를 통과한 광 중에서는 시청자의 우안으로 진행하는 광만이 상기 입사측 편광자(57a)를 통과할 수 있다. 그 결과, 상기 입사측 편광자(57a)를 통과한 광 중에서, 시청자의 좌안으로 진행하는 광은 액정 디스플레이 패널(57)의 홀수번째 화소 라인으로 입사하며, 시청자의 우안으로 진행하는 광은 짝수번째 화소 라인으로 입사한다. 앞서 설명하였듯이, 상기 액정 디스플레이 패널(57)의 상부는 홀수번째 화소 라인에서 좌안용 영상을 디스플레이 하고, 짝수번째 화소 라인에서 우안용 영상을 디스플레이 하고 있다. 따라서, 좌안용 영상은 시청자의 좌안으로, 우안용 영상은 시청자의 우안으로 각각 진행할 수 있다.
지금까지 액정 디스플레이 패널(57)의 상부로 진행하는 광에 대해서 설명하 였다. 그러나, 액정 디스플레이 패널(57)의 하부로 진행하는 광도 상술한 원리와 동일하게 설명될 수 있다. 이 경우, 상기 공간 광변조기(53)의 하부가 제 1 상태에 있으므로, 광의 진행 방향을 향해 볼 때, 공간 광변조기(53) 하부의 홀수 행을 통과한 광은 45˚의 편광방향을 갖게 되며, 짝수 행을 통과한 광은 135˚의 편광방향을 갖게 된다. 그 결과, 액정 디스플레이 패널(57)의 입사측 편광자(57a)를 통과한 광 중에서, 시청자의 좌안으로 진행하는 광은 액정 디스플레이 패널(57)의 짝수번째 화소 라인으로 입사하며, 시청자의 우안으로 진행하는 광은 홀수번째 화소 라인으로 입사한다. 앞서 설명하였듯이, 상기 액정 디스플레이 패널(57)의 하부는 홀수번째 화소 라인에서 우안용 영상을 디스플레이 하고, 짝수번째 화소 라인에서 좌안용 영상을 디스플레이 하고 있다. 따라서, 좌안용 영상은 시청자의 좌안으로, 우안용 영상은 시청자의 우안으로 각각 진행할 수 있다.
그러므로, 상기 공간 광변조기(53)와 복굴절소자 어레이(56)는 공동으로, 좌안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널(57)의 화소 라인에 좌안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하고, 우안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널(57)의 화소 라인에 우안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하는 역할을 한다. 따라서, 상기 공간 광변조기(33)와 복굴절소자 어레이(56)는 공동으로 하나의 편광 스위치를 구성하는 것으로 볼 수 있다.
지금까지 본 발명의 양호한 실시예에 따른 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 구성 및 동작에 대해 설명하였다. 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 스위칭 시간이 빠르고 비교적 저렴하게 입수할 수 있는 액정 리타더와 같은 공간 광변조기를 사용한다. 따라서, 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 구성이 간단하고 비교적 저렴하게 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 백라이트 유닛과 공간 광변조기를 다수의 세그먼트로 분할하고, 각각의 세그먼트를 액정 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기하여 동작시키므로, 좌우영상의 크로스토크가 거의 발생하지 않는다.
또한, 본 발명에 따르면, 디스플레이 패널이 좌우영상을 인터레이싱 하여 디스플레이 하기 때문에, 재생율 비교적 느린 일반적인 디스플레이 패널을 사용하더라도, 좌우영상의 해상도 저하 및 플리커링이 거의 발생하지 않는다.

Claims (45)

  1. 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛의 전면에 배치된 편광판;
    좌안용 영상과 우안용 영상을 한 화소 라인씩 교대로 인터레이싱 하여 디스플레이 하는 디스플레이 패널;
    상기 편광판과 디스플레이 패널 사이에 배치된 것으로, 상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 진행시키는 렌티큘러 렌즈 시트; 및
    상기 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어, 좌안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널의 화소 라인에 좌안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하고, 우안용 영상이 디스플레이 되고 있는 디스플레이 패널의 화소 라인에 우안 시역으로 진행하는 광이 입사하도록 편광 방향을 제어하는 편광 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 스위치는:
    상기 편광판과 렌티큘러 렌즈 시트 사이에 배치된 것으로, 전기적 제어에 따라 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 1 상태, 입사광의 편광 상태를 원편광으로 변환시키는 제 2 상태 및 입사광의 편광방향을 90˚만큼 변환시키는 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 공간 광변조기;
    상기 공간 광변조기와 렌티큘러 렌즈 시트 사이에 배치된 것으로, 수평방향으로 교번하는 다수의 수직한 제 1 및 제 2 복굴절소자로 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향이 서로 수직하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 제 1 복굴절소자 어레이; 및
    상기 렌티큘러 렌즈 시트와 디스플레이 패널 사이에 배치된 것으로, 수직방향으로 교번하는 다수의 수평한 제 3 및 제 4 복굴절소자로 구성되며, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향이 서로 수직하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 제 2 복굴절소자 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들은 상기 디스플레이 패널의 화소 라인들과 각각 하나씩 대응하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 복굴절소자 어레이에서, 상기 제 3 복굴절소자와 제 4 복굴절소자 사이에 스트라이프 형태의 불투명한 마스크가 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널의 화소 사이에 있는 블랙 매트릭스의 폭을 D2, 상기 불투명 마스크의 폭을 D1, 상기 디스플레이 패널의 화소와 상기 제 2 복굴절소자 어레이 사이의 거리를 t, 상기 디스플레이 패널로부터의 시청 거리를 L 이라 했을 때, 크로스토크가 없는 시역의 높이 H 는,
    H = (L/t)(D1+D2) 를 만족하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들 사이의 수직방향 피치는 상기 디스플레이 패널의 화소 라인들 사이의 수직방향 피치보다 큰 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자는 각각 소정의 편광면을 갖는 편광자로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면과 제 2 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면은 서로 수직하며, 제 3 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면과 제 4 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자는 각각 입사광을 소정의 위상만큼 지연시키는 리타더로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 리타더와 제 2 복굴절소자를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2(여기서, λ는 입사광의 파장)이고, 제 3 복굴절소자를 이루는 리타더와 제 4 복굴절소자를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2 인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자는 각각 입사광을 소정의 각도로 회전시키는 회전자로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 회전자와 제 2 복굴절소자를 이루는 회전자의 회전 각도차는 90˚이고, 제 3 복굴절소자를 이루는 회전자와 제 4 복굴절소자를 이루는 회전자의 회전 각도차는 90˚인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  10. 삭제
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는 전기적으로 제어 가능한 액정 리타더인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기가 제 1 상태에 있을 때, 상기 제 3 복굴절소자를 투과한 광은 제 1 시역으로 진행하고, 상기 제 4 복굴절소자를 투과한 광은 제 2 시역으로 진행하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기가 제 3 상태에 있을 때, 상기 제 3 복굴절소자를 투과한 광은 제 2 시역으로 진행하고, 상기 제 4 복굴절소자를 투과한 광은 제 1 시역으로 진행하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트는 상기 제 1 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들과 평행한 다수의 수직한 렌티큘러 렌즈소자가 수평 방향을 따라 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트의 렌즈소자들 사이의 피치는 상기 제 1 복굴절소자 어레이의 제 1 및 제 2 복굴절소자 쌍들 사이의 피치와 같거나 작은 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트와 제 1 복굴절소자 어레이 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트는, 상기 제 1 복굴절소자를 투과한 광이 제 1 시역을 향하도록 하고, 상기 제 2 복굴절소자를 투과한 광이 제 2 시역을 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  18. 제 2 항 내지 제 9 항, 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛과 공간 광변조기는 상기 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어 순차적으로 스위칭되는 다수의 수평 세그먼트로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛과 공간 광변조기는 각각 독립적으로 스위칭 가능한 다수 의 수평 세그먼트가 수직 방향을 따라 배열되도록 분할되어 있으며, 상기 백라이트 유닛의 세그먼트 개수와 상기 공간 광변조기의 세그먼트 개수는 동일한 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛과 공간 광변조기의 상호 대응하는 세그먼트들은 동시에 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛과 공간 광변조기의 각 수평 세그먼트 하나는 상기 디스플레이 패널의 다수의 화소 라인들과 대응하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은, 한 프레임에서는 제 1 시역용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 제 2 시역용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하며, 다음 프레임에서는 제 1 시역용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 제 2 시역용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 각각의 수평 세그먼트는, 상기 디스플레이 패널과 동기하여 제 1 상태와 제 3 상태가 시간 순차적으로 번갈아 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 스위치는:
    상기 편광판과 렌티큘러 렌즈 시트 사이에 배치된 것으로, 서로 독립적으로 제어되어 입사광의 편광방향을 다르게 변환시키는 다수의 제 1 세로 행과 제 2 세로 행이 교번하여 구성되는 공간 광변조기; 및
    상기 렌티큘러 렌즈 시트와 디스플레이 패널 사이에 배치된 것으로, 수직방향으로 교번하는 다수의 수평한 제 1 및 제 2 복굴절소자로 구성되며, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향이 서로 수직하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 복굴절소자 어레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들은 상기 디스플레이 패널의 화소 라인들과 각각 하나씩 대응하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 복굴절소자 어레이에서, 상기 제 1 복굴절소자와 제 2 복굴절소자 사이에 스트라이프 형태의 불투명한 마스크가 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들 사이의 수직방향 피치는 상기 디스플레이 패널의 화소 라인들 사이의 수직방향 피치보다 큰 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복굴절소자는 각각 입사광을 위상지연시키는 리타더로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 리타더와 제 2 복굴절소자를 이루는 리타더의 위상지연차는 λ/2(여기서, λ는 입사광의 파장)인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는, 제 1 세로 행은 입사광의 편광방향을 변환시키지 않고 제 2 세로 행은 입사광의 편광방향을 +90˚ 또는 -90˚만큼 변환시키는 제 1 상태와, 제 1 세로 행은 입사광의 편광방향을 +90˚ 또는 -90˚만큼 변환시키고 제 2 세로 행은 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 2 상태 사이에서 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트는 상기 공간 광변조기의 세로 행들과 평행한 다수의 수직한 렌티큘러 렌즈소자가 수평 방향을 따라 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트의 렌즈소자들 사이의 피치는 상기 공간 광변조기의 두 개의 세로 행 사이의 피치와 같거나 작은 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트와 공간 광변조기 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  33. 제 24 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은, 한 프레임에서는 좌안용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 우안용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하며, 다음 프레임에서는 좌안용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 우안용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  34. 제 24 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는 상기 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어 순차적으로 스위칭되는 다수의 수평 세그먼트로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는, 액정층; 인터디지트 방식으로 서로 대향하도록 상기 액정층의 전면에 각각 세로 방향으로 배치된 제 1 및 제 2 세로행 전극; 및 상기 액정층의 배면에 배치된 공통 전극을 포함하며, 상기 공통 전극은 다수의 수평 세그먼트들로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  36. 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛에서 방출된 광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 진행시키는 렌티큘러 렌즈 시트;
    좌안용 영상과 우안용 영상을 한 화소 라인씩 교대로 인터레이싱 하여 디스플레이 하는 디스플레이 패널; 및
    상기 백라이트 유닛과 렌티큘러 렌즈 시트 사이에 배치된 것으로, 상기 디스 플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어 투명한 상태와 불투명한 상태 사이에서 독립적으로 스위칭되는 다수의 셀로 구성되는 공간 광변조기;를 포함하며,
    상기 공간 광변조기의 다수의 셀들은 행과 열을 따라 2차원적으로 배열된 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는, 모든 셀이 투명하게 되는 제 1 상태, 투명한 셀과 불투명한 셀이 체크 무늬 형태로 배열되는 제 2 상태, 및 상기 제 2 상태와 상보적인 상태로서 제 2 상태에서 투명한 셀이 불투명하게 되고 제 2 상태에서 불투명한 셀이 투명하게 되는 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은, 한 프레임에서는 좌안용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 우안용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하며, 다음 프레임에서는 좌안용 영상을 짝수번째 화소 라인에 디스플레이 하고 우안용 영상을 홀수번째 화소 라인에 디스플레이 하는 것을 반복하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기는, 상기 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어 한 라인씩 순차적으로 제 2 상태와 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  40. 제 36 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 세로 방향의 셀의 개수는 상기 디스플레이 패널의 화소 라인의 개수와 같은 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  41. 제 36 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트는 상기 공간 광변조기와 평행한 다수의 수직한 렌티큘러 렌즈소자가 수평 방향을 따라 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  42. 제 36 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트의 하나의 렌즈소자의 폭은 상기 공간 광변조기의 두 셀의 폭과 같거나 그 보다 큰 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  43. 제 36 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트와 공간 광변조기 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나 그 보다 큰 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  44. 제 36 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 각 셀들의 열(row) 사이에 스트라이프 형상의 불투명 마스크를 수평 방향으로 배치한 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  45. 제 36 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광변조기의 수평 불투명 마스크들 사이의 수직 방향의 피치는 상기 디스플레이 패널의 화소 라인들 사이의 피치보다 큰 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
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