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KR20070006553A - 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체 영상 디스플레이장치 - Google Patents

2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체 영상 디스플레이장치 Download PDF

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KR20070006553A
KR20070006553A KR1020060049990A KR20060049990A KR20070006553A KR 20070006553 A KR20070006553 A KR 20070006553A KR 1020060049990 A KR1020060049990 A KR 1020060049990A KR 20060049990 A KR20060049990 A KR 20060049990A KR 20070006553 A KR20070006553 A KR 20070006553A
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세르게이 세스닥
정성용
김대식
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 해상도의 저하 및 크로스토크(cross-talk)가 없는 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치를 개시한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛에서 방출된 광 중에서 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 편광판; 전기적 제어에 따라 입사광의 편광방향을 변환시키는 편광 스위치; 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자가 서로 교번하여 형성된 것으로, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향이 서로 직교하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 복굴절소자 어레이; 입사광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 출사시키는 렌티큘러 렌즈 시트; 및 영상을 디스플레이 하는 액정 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치{High resolution 2D-3D switchable autostereoscopic display apparatus}
도 1은 렌티큘러 방식의 일반적인 입체 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 해상도의 저하가 없는 종래의 2차원/3차원 영상 호환용 입체영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 디스플레이 패널에서 좌우안용 영상을 주사하는 과정을 순시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 입체영상 디스플레이 장치에서 좌안용 영상을 디스플레이 하는 경우를 도시하며, 도 6은 우안용 영상을 디스플레이 하는 경우를 도시한다.
도 7은 디스플레이 패널의 영상 주사 과정을 고려한 본 발명에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한다.
도 8은 다수의 세그먼트로 분할된 편광스위치의 예시적인 동작을 순시적으로 도시한다.
도 9는 디스플레이 패널에서 2차원 영상을 디스플레이하는 경우의 영상 주사 과정을 순시적으로 도시한다.
도 10은 임의의 화소 라인에서 시간 경과에 따른 화소값 변화를 예시적으로 도시하는 그래프이다.
도 11은 시간 경과에 따른 편광 스위치의 스위칭 동작을 예시적으로 도시하는 그래프이다.
도 12는 다수의 세그먼트를 갖는 백라이트 유닛과 편광 스위치에서 임의의 한 세그먼트의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 13 및 도 14는 각각 백라이트 유닛과 편광 스위치에서 다수의 세그먼트들의 동작을 순차적으로 나타나는 그래프이다.
도 15 및 도 16은 디스플레이 패널에서 2차원 영상과 3차원 영상을 동시에 디스플레이 하는 동작을 순시적으로 도시한다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
31.....백라이트 유닛 32.....편광판
33.....편광 스위치 34.....복굴절소자 어레이
35.....렌티큘러 렌즈 시트 37.....액정 디스플레이 패널
본 발명은 2차원/3차원 영상 호환용 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것으 로, 보다 상세하게는, 해상도의 저하 및 크로스토크(cross-talk)가 없는 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
입체영상 디스플레이 장치는 양안시차(binocular parallax)를 갖는 좌안용 영상과 우안용 영상을 사용자의 좌안과 우안 각각에 분리하여 보여주는 장치이다. 사용자는 입체영상 디스플레이 장치에서 제공되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 두 눈의 망막을 통하여 각각 인지함으로써 입체감 있는 3차원 영상을 시청할 수 있다. 이러한 입체영상 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 입체영상 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 1/2 로 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 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 미국특허의 경우에도, 매우 빠른 속도로 스위칭될 수 있는 공간 광변조기를 제공하기 위해서는 고가의 강유전성 액정을 사용하여야 한다. 또한, 상기 미국특허는 아래와 같은 이유로 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 공유하는 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.
본 발명의 상술한 종래의 입체영상 디스플레이 장치의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 해상도의 저하 및 크로스토크가 적은 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체영상 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 고가의 부품을 사용하지 않으며 간단한 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체영상 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양호한 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛에서 방출된 광 중에서 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 편광판; 전기적 제어에 따라 입사광의 편광방향을 변환시키는 편광 스위치; 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자가 서로 교번하여 형성된 것으로, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향이 서로 직교하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 복굴절소자 어레이; 입사광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 출사시키는 렌티큘러 렌즈 시트; 및 영상을 디스플레이 하는 액정 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 편광 스위치는 투과광의 편광방향이 각각 45˚씩 차이가 나는 제 1 내지 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 편광 스위치는, 예컨대, 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 1 상태, 입사광의 편광방향을 45˚만큼 변환시키는 제 2 상태 및 입사광의 편광방향을 90˚만큼 변환시키는 제 3 상태 사이에서 스위칭된다.
이러한 편광 스위치는, 예컨대, 전기적으로 제어 가능한 액정 리타더일 수 있다.
또한, 상기 복굴절소자 어레이는 다수의 수직한 제 1 및 제 2 복굴절소자를 수평 방향을 따라 교번하여 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 한다.
예컨대, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자는 각각 소정의 편광면을 갖는 편광자로 이루어질 수 있으며, 제 1 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면과 제 2 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면은 서로 직교하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자는, 예컨대, 각각 입사광을 소정의 위상만큼 지연시키는 리타더로 이루어질 수 있으며, 제 1 복굴절소자를 이루는 리타더와 제 2 복굴절소자를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2 인 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자는, 예컨대, 각각 입사광을 소정의 각도로 회전시키는 회전자로 이루어질 수 있으며, 제 1 복굴절소자를 이루는 회전자와 제 2 복굴절소자를 이루는 회전자의 회전 각도차는 90˚인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 편광 스위치가 제 1 상태에 있을 때, 상기 제 1 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 직교하고, 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 평행한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편광 스위치가 제 3 상태에 있는 경우에, 상기 제 1 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 평행하고, 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 직교하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편광 스위치가 제 2 상태에 있는 경우에는, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자를 투과한 광은 원편광이거나 또는 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 대한 편광방향의 차이가 45˚인 선편광인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 렌티큘러 렌즈 시트는 상기 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들과 평행한 다수의 수직한 렌티큘러 렌즈소자가 수평 방향을 따라 배열되어 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 렌티큘러 렌즈 시트의 렌즈소자들 사이의 피치는 상기 복굴절소자 어레이의 제 1 및 제 2 복굴절소자 쌍들 사이의 피치와 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌티큘러 렌즈 시트와 복굴절소자 어레이 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 액정 디스플레이 패널은, 3차원 모드에서, 우안용 영상과 좌안용 영상을 시간 순차적으로 번갈아 디스플레이 하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 편광 스위치는, 예컨대, 상기 액정 디스플레이 패널이 우안용 영상을 디스플레이 할 때 제 1 상태로 스위칭되며, 좌안용 영상을 디스플레이 할 때 제 3 상태로 스위칭되고, 상기 액정 디스플레이 패널이 2차원 모드에 있을 때 제 2 상태로 스위칭될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 백라이트 유닛과 편광 스위치는 상기 액정 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어 순차적으로 스위칭되는 다수의 수평 세그먼트로 분할되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 백라이트 유닛과 편광 스위치는 각각 독립적으로 스위칭 가능한 다수의 수평 세그먼트가 수직 방향을 따라 배열되도록 분할되어 있으며, 상기 백라이트 유닛의 세그먼트 개수와 상기 편광 스위치의 세그먼트 개수는 동일하다.
상기 백라이트 유닛과 편광 스위치의 상호 대응하는 세그먼트들은 동시에 스위칭될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 백라이트 유닛과 편광 스위치의 각 수평 세그먼트 하나는 상기 액정 디스플레이 패널의 다수의 화소 라인들과 대응하는 것이 바람직 하다.
이 경우, 상기 편광 스위치의 각각의 수평 세그먼트는, 예컨대, 상기 액정 디스플레이 패널의 대응하는 화소 라인들이 우안용 영상을 디스플레이 할 때 제 1 상태에 있으며, 좌안용 영상을 디스플레이 할 때 제 3 상태에 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편광 스위치의 각각의 수평 세그먼트는, 예컨대, 상기 액정 디스플레이 패널의 대응하는 화소 라인들의 첫번째 라인이 우안용 영상을 디스플레이 하기 시작할 때 제 1 상태로 스위칭되며, 좌안용 영상을 디스플레이 하기 시작할 때 제 3 상태로 스위칭되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 백라이트 유닛의 각각의 수평 세그먼트는, 예컨대, 상기 액정 디스플레이 패널의 대응하는 다수의 화소 라인들이 모두 우안용 영상을 디스플레이 하거나 모두 좌안용 영상을 디스플레이 하는 동안 ON 되고, 좌우 영상이 변경되는 동안 OFF 될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 입체 영상 디스플레이 장치의 구성 및 동작에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 고행상도 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 편광 스위치(33), 입사광의 편광방향을 변환시키는 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)가 서로 교번하여 형성된 복굴절소자 어레이(34), 입사광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 출사시키는 렌티큘러 렌즈 시트(35) 및 영상을 디스플레이 하는 액정 디스플레이 패널(37)을 포함한다.
일반적으로 공지된 바와 같이, 상기 액정 디스플레이 패널(37)은 입사측과 출사측에 각각 편광면(38a,38b)을 구비한다. 본 발명에 따르면, 상기 액정 디스플레이 패널(37)은, 종래의 고행상도 입체 영상 디스플레이 장치에서와 마찬가지로, 3차원 모드에서 우안용 영상과 좌안용 영상을 시간 순차적으로 번갈아 디스플레이 한다. 따라서, 사용자가 우안용 영상과 좌안용 영상을 깜박임(flickering) 없이 감상할 수 있도록, 상기 액정 디스플레이 패널(37)은 재생율(refresh rate)이 120Hz 이상인 고속응답 LCD를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 편광 스위치(33)는 상기 편광 스위치(33)를 투과하는 투과광의 편광방향이 각각 45˚씩 차이가 나는 제 1 내지 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 편광 스위치(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. 편광 스위치(33)의 각 상태에서 상술한 편광방향의 변환 각도는 예시적인 것이며, 편광판(32), 복굴절소자 어레이(34) 및 액정 디스플레이 패널(38)의 편광면들의 방향에 따라 다르게 설계될 수도 있다. 단지, 편광 스위치(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. 이러한 편광 스위치(33)는 인가되는 전압의 크기에 따라 세 가지 이방성(anisotropy) 상태를 갖는 전기적으로 제어 가능한 소자로 구성된다. 예컨대, 전기적으로 제어 가능한 액정 리타더(liquid crystal retarder)를 편광 스위치(33)로서 사용할 수 있다. 편광 스위치(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 4의 단면도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복굴절소자 어레이(34)는 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)가 수평 방향을 따라 교번하여 형성된 것이다. 도 4에는 도시되어 있지 않지만, 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 교번하여 배열되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 복굴절소자 어레이(34)는 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)들을 각각 투과한 광들의 편광방향이 서로 직교하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)는 각각 소정의 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 위상지연시키거나, 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 편광 스위치(33) 및 복굴절소자 어레이(34)를 투과한 광은, 상기 편광 스위치(33)의 상태에 따라 다음과 같은 편광방향들 중 하나를 가질 수 있다. 즉, (1) 제 1 복굴절소자(34a)를 투과한 광이 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)에 직교하고 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광이 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)에 평행한 경우, (2) 제 1 복굴절소자(34a)를 투과한 광이 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)에 평행하고 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광이 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)에 직교하는 경우, 또는 (3) 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)를 투과한 광이 모두 원편광이거나 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)에 45˚ 기울어진 선편광인 경우 중 어느 하나의 편광상태를 갖는다.
한편, 렌티큘러 렌즈 시트(35)는 다수의 수직한 렌티큘러 렌즈소자가 수평 방향을 따라 배열되어 형성된 것이다. 따라서, 각각의 렌티큘러 렌즈소자는 상기 복굴절소자 어레이(34)의 복굴절소자(34a,34b)들과 평행하게 입체 영상 디스플레이 장치(30)의 세로 방향으로 길게 형성된다. 렌티큘러 렌즈 시트(35)는 입사광을 좌안 시역과 우안 시역으로 분리하여 출사시키기 위한 것이므로, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(35)를 투과한 광은 입사 위치에 따라 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 복굴절소자 어레이(34)의 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b) 쌍들 사이의 피치와 같거나, 양호하게는, 그 보다 약간 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(35)와 복굴절소자 어레이(34) 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈소자의 초점거리와 같거나, 양호하게는, 그 보다 약간 큰 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 렌티큘러 렌즈 시트(35)와 복굴절소자 어레이(34) 사이에는 투명 기판(36)이 배치될 수도 있다. 예컨대, 상기 렌티큘러 렌즈 시트(35)와 복굴절소자 어레이(34) 사이의 위치를 고정시키기 위하여, 상기 투명 기판(36)의 양면에 복굴절소자 어레이(34)와 렌티큘러 렌즈 시트(35)를 각각 부착시킬 수 있다.
이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체영상 디스플레이 장치(30)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
단지 설명상의 편의를 위해, 편광판(32)은 수평 방향의 편광방향을 갖고, 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)은 수직 방향의 편광방향을 갖는 것으로 가정한다. 또한, 편광 스위치(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. 또한, 제 1 복굴절소자(34a)는 위상을 지연시키지 않고, 제 2 복굴절소자(34b)는 반파장(λ/2) 만큼 위상지연시키는 리타더라고 가정한다.
먼저, 상기 편광 스위치(33)가 제 1 상태에 있는 경우에 대해 설명한다.
편광 스위치(33)가 제 1 상태에 있는 경우, 편광판(32)을 투과하여 편광 스위치(33)에 입사하는 광은 편광방향이 변환되지 않는다. 따라서, 편광 스위치(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 갖지만, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광은 편광방향이 90˚ 변환되어 수직방향의 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. 그러나, 제 1 복굴절소자(34a)를 투과한 광은 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)과 직교하는 편광을 갖기 때 문에 차단된다. 반면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광은 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)에 평행하기 때문에 액정 디스플레이 패널(37)을 통과하여 우안 시역(40)에 결상될 수 있다. 따라서, 액정 디스플레이 패널(37)이 우안용 영상을 디스플레이 하면, 사용자는 자신의 우안을 통해 우안용 영상만을 감지하게 된다.
또한, 상기 편광 스위치(33)가 제 3 상태에 있는 경우, 편광판(32)을 투과하여 편광 스위치(33)에 입사하는 광은 편광방향이 90˚ 변환된다. 따라서, 편광 스위치(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 갖지만, 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. 그러나, 제 2 복굴절소자(34a)를 투과한 광은 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)과 직교하는 편광을 갖기 때문에 차단된다. 반면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 복굴절소자(34b)를 투과한 광은 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 입사측 편광면(38a)에 평행하기 때문에 액정 디스플레이 패널(37)을 통과하여 좌안 시역(41)에 결상될 수 있다. 따라서, 상기 액정 디스플레이 패널(37)이 좌안용 영상을 디스플레이 하면, 사용자는 자신의 좌안을 통해 좌안용 영상만을 감지하게 된다.
이러한 원리에 따라, 3D 모드에서, 액정 디스플레이 패널(37)이 우안용 영상 을 디스플레이 할 때 상기 편광 스위치(33)가 제 1 상태로 스위칭되고, 좌안용 영상을 디스플레이 할 때 편광 스위치(33)가 제 3 상태로 스위칭되면, 사용자는 입체 영상을 감상할 수 있게 된다. 이때, 액정 디스플레이 패널(37)은 사용자가 깜박임을 느낄 수 없도록 우안용 영상과 좌안용 영상을 매우 빠른 시간 주기로 디스플레이 할 필요가 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(37)로는 재생율이 120Hz 이상인 고속응답 LCD를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 편광 스위치(33) 역시 상기 액정 디스플레이 패널(37)과 동기하여 매우 빠르게 스위칭되어야 한다. 따라서, 편광 스위치(33)로서 전기적으로 제어 가능한 액정 리타더를 사용하는 것이 바람직하다. 현재, 약 180Hz의 스위칭 속도를 갖는 액정 리타더가 비교적 저렴한 가격에 제공되고 있다.
한편, 2D 모드는 두 가지 방식으로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 편광 스위치(33)가 제 1 상태와 제 3 상태 사이에서 반복적으로 스위칭되고, 액정 디스플레이 패널(37)은 동일한 2D 영상을 연속하여 2차례 디스플레이 한다. 그러면, 동일한 2D 영상이 사용자의 우안과 좌안에 연속하여 감지되므로, 사용자는 2D 영상을 감상할 수 있게 된다.
다른 방법으로서, 편광 스위치(33)가 제 2 상태에 고정되어 있고, 액정 디스플레이 패널(37)은 통상적인 속도로 2D 영상을 디스플레이 한다. 상기 편광 스위치(33)가 제 2 상태에 있는 경우, 편광판(32)을 투과하여 편광 스위치(33)에 입사하는 광은 편광방향이 45˚ 변환된다. 따라서, 편광 스위치(33)를 투과한 광은 45˚ 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 45˚ 방향의 편광방향을 갖고, 제 2 복굴절소자(34b)를 투과한 광은 편광방향이 90˚ 변환되어 135˚ 방향의 편광방향을 갖는다. 그 결과, 제 1 및 제 2 복굴절소자(34a,34b)를 모두 투과한 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 편광 스위치(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 편광 스위치(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 우안용 영상을 일시에 디스플레이 한 다음에 좌안용 영상을 디스플레이 하는 것이 아니라, 연속되는 영상들을 화면의 위쪽에서부터 아래쪽으로 순차적으로 주사한다. 따라서, 좌안용 영상과 우안용 영상이 화면을 공유하는 시간이 존재하게 되며, 이로 인해 좌안용 영상과 우안용 영상이 혼합되어 감지되는 크로스토크(crosstalk)가 발생할 수 있다.
도 7은 이러한 디스플레이 패널의 영상 주사 과정을 고려한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 7에 도시된 제 2 실시예의 입체 영상 디스플레이 장치는 도 4에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치와 비교할 때, 다른 구성들은 모두 같으며, 다만 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)가 N 개의 세그먼트로 분할되어 있다는 점에서 차이가 있다. 즉, 상기 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(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 편광 스위치(33)의 다수의 수평 세그먼트들은 각각 독립적으로 스위칭 가능하며, 수직 방향을 따라 인접하여 배열된다.
상기 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)의 세그먼트 개수는 설계에 따라 적절히 선택될 수 있다. 크로스토크를 완전히 제거하기 위해서는, 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(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 편광 스위치(33)의 각각의 수평 세그먼트 하나가 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 다수의 화소 라인들과 대응하도록 한다. 예컨대, 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)의 세그먼트 하나가 액정 디스플레이 패널(37)의 100 개의 화소 라인과 대응하도록 제조할 수 있다. 여기서, 백라이트 유닛(31)의 세그먼트 개수와 편광 스위치(33)의 세그먼트 개수는 동일한 것이 바람직하다.
이러한 구조에서, 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)의 상호 대응하는 세그먼트들은 동시에 스위칭될 수 있다. 즉, 상기 백라이트 유닛(31)의 각 수평 세그먼트는 액정 디스플레이 패널(37)의 대응하는 화소 라인들의 주사 시간에 동기하여 점멸된다. 또한, 상기 편광 스위치(33)의 각각의 수평 세그먼트는, 예컨대, 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 대응하는 화소 라인들이 우안용 영상을 디스플레이 할 때 제 1 상태로 스위칭되고, 좌안용 영상을 디스플레이 할 때 제 3 상태로 스위칭된다. 도 8은 이러한 편광 스위치(33)의 스위칭 동작을 예시적으로 도시하고 있다. 도 8에 예시된 편광 스위치(33)는 4개의 세그먼트로 분할된 4분할 편광스위치(33)로서, 제 1 상태에서 입사광을 지연시키지 않으며, 제 3 상태에서는 입사광을 1/2 파장(λ/2) 만큼 위상지연시키는 액정 리타더이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 편광 스위치(33)는 시간 0에서는 전체적으로 제 1 상태에 있고, 시간 T에서는 전체적으로 제 3 상태에 있다. 그리고, 상기 편광 스위치(33)는 시간 0과 T 사이에서, 액정 디스플레이 패널(37)과 동기하여, 제 1 상태에서 제 3 상태로 연속적으로 변화된다. 이러한 편광 스위치(33)의 스위칭 동작은, 액정 디스플레이 패널(37)이 도 3에 도시된 바와 같이 우안용 영상과 좌안용 영상을 번걸아 디스플레이 하는 동작과 정확하게 동기하도록 제어된다. 그 결과, 좌안용 영상과 우안용 영상이 화면을 공유하는 시간 동안에도, 좌안용 영상은 거의 대부분 좌안으로 전달되고, 우안용 영상은 거의 대부분 우안으로 전달된다. 따라서, 본 발명에 따르면 좌안용 영상과 우안용 영상이 화면을 공유하는 시간 동안에도 크로스토크가 거의 발생하지 않는다.
또한, 도 7에 도시된 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치가 2D 모드 에 있는 경우, 액정 디스플레이 패널(37)은 도 9에 도시된 바와 같이 동일한 2D 영상의 프레임을 연속하여 2차례 디스플레이 한 후, 다음의 2D 영상의 프레임을 디스플레이 한다. 그러는 동안, 상기 편광 스위치(33)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 액정 디스플레이 패널(37)에 동기하여 주사 방식으로 제 1 상태와 제 3 상태 사이에서 번갈아 스위칭한다. 그러면, 동일한 2D 영상이 사용자의 우안과 좌안에 연속하여 감지되므로, 사용자는 2D 영상을 감상할 수 있게 된다.
이러한 본 발명에 따른 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)의 동작을 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)의 하나의 세그먼트가 액정 디스플레이 패널(37)의 다수의 화소 라인과 대응하는 것을 고려할 때, 크로스토크를 최소화하기 위해서 이하의 설명과 같이 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)를 구동하는 것이 바람직하다.
먼저, 도 10은 액정 디스플레이 패널(37)의 임의의 한 화소 라인에서 시간 경과에 따른 일반적인 화소값 변화를 예시적으로 도시하는 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 각 화소 라인은 좌안용 영상과 우안용 영상에 각각 대응하는 화소값 사이에서 시간 순차적으로 스위칭된다. 도 10의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 각 화소 라인에서 좌안용 영상과 우안용 영상은 순간적으로 바뀌지 않고, 어느 정도의 시간이 소요된다. 즉, 디스플레이 시작 후 어느 정도의 시간이 지연된 후에 완전한 좌안용 영상 또는 우안용 영상이 각 화소 라인에서 디스플레이 된다. 따라서, 좌안용 영상에서 우안용 영상으로, 또는 우안용 영상에서 좌안용 영상으로 변환되는 전이 기간 사이에는 좌우 영상이 혼합된 상태이므로, 그 화소 라인에 대응 하는 백라이트 유닛(31)의 세그먼트는 가능하면 OFF 되는 것이 좋다.
한편, 도 11은 액정 리타더를 사용하는 편광 스위치(33)의 시간 경과에 따른 스위칭 동작을 예시적으로 도시하는 그래프이다. 도 11의 그래프에 도시된 바와 같이, 상기 편광 스위치(33) 역시 제 1 상태(위상지연각이 0˚)에서 제 3 상태(위상지연각이 180˚, 즉 반파장)로의 상태 변환이 곧 바로 일어나지 않고 어느 정도 지연 시간이 소요된다. 즉, 스위칭 동작 시작 후, 일정한 상태 전이 기간의 경과 후에 제 1 상태에서 제 3 상태로 완전히 전환된다. 만약 편광 스위치(33)와 액정 디스플레이 패널(37)이 동일한 속도를 갖는다면, 이러한 편광 스위치(33)의 상태 전이 기간과 액정 디스플레이 패널(37)의 영상 전이 기간도 거의 같을 것이다. 따라서, 액정 디스플레이 패널(37)의 대응하는 화소 라인에서 디스플레이 되는 영상이 좌안용 영상 또는 우안용 영상으로 변환되기 시작하는 시점에서, 편광 스위치(33)의 세그먼트도 상태 변환이 시작되는 것이 좋다.
따라서, 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)의 대응하는 임의의 한 세그먼트는 도 12의 그래프와 같이 동작할 수 있다. 도 12에서 맨 위의 그래프는 액정 디스플레이 패널(37)의 대응하는 화소 라인들의 화소값 변화를 나타낸다. 예컨대, 하나의 세그먼트가 102개의 화소 라인들과 대응한다고 가정한다. 액정 디스플레이 패널(37)은 위쪽에서 아래쪽으로 순차적으로 영상을 주사하므로, 도 12에 도시된 바와 같이, 첫번째 화소 라인으로부터 102번째 화소 라인까지 화소값 변화 그래프는 약간씩 지연이 존재한다. 이 경우, 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛(31)의 세그먼트는 크로스토크를 최소화하기 위해, 예컨대, 마지막인 102번째 화소 라인에서 좌 안용 영상이 완전하게 디스플레이 되기 시작할 때 ON 되었다가, 첫번째 화소 라인에서 좌안용 영상의 디스플레이를 마치면 OFF 된다. 즉, 백라이트 유닛(31)의 각 세그먼트는 대응하는 다수의 화소 라인들이 모두 우안용 영상을 디스플레이 하거나 모두 좌안용 영상을 디스플레이 하는 동안에만 ON 되고, 좌우 영상이 변경되는 동안에는 OFF 되는 펄스 동작을 할 수 있다.
반면, 편광 스위치(33)의 각각의 수평 세그먼트는, 도 12에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(37)의 대응하는 화소 라인들의 첫번째 라인이 우안용 영상 또는 좌안용 영상으로 변환되기 시작할 때 스위칭을 시작한다. 예컨대, 편광 스위치(33)의 각 세그먼트는, 액정 디스플레이 패널(37)의 대응하는 화소 라인들의 첫번째 라인이 우안용 영상을 디스플레이 하기 시작할 때 제 1 상태로 스위칭되며, 좌안용 영상을 디스플레이 하기 시작할 때 제 3 상태로 스위칭된다.
마지막으로, 도 13은 백라이트 유닛(31)의 다수의 수평 세그먼트들의 동작을 순차적으로 도시하며, 도 14는 편광 스위치(33)의 다수의 수평 세그먼트들의 동작을 순차적으로 나타내다. 상술한 바와 같이, 상기 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)의 다수의 세그먼트들은 수직 방향을 따라 배열되어 있고, 액정 디스플레이 패널(37)은 위쪽에서 아래쪽으로 순차적으로 영상을 주사한다. 따라서, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 백라이트 유닛(31)과 편광 스위치(33)의 세그먼트들은 상기 액정 디스플레이 패널(37)의 수직 주사 시간에 동기하여, 위쪽 세그먼트로부터 아래쪽 세그먼트로 순차적으로 동작하게 된다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 원리를 응용하 면, 하나의 디스플레이 패널로 2차원 영상과 3차원 영상을 동시에 디스플레이 하는 것도 가능하다.
먼저, 도 15는 3차원 영상을 메인 화면으로서 디스플레이 하고, 보다 작은 2차원 영상을 보조 화면으로서 디스플레이 하는 경우의, 액정 디스플레이 패널(37)의 동작을 순시적으로 도시한다. 도 15에서는 보조 화면인 2차원 영상이 액정 디스플레이 패널(37)의 좌상부에 원형으로 디스플레이 되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 보조 화면의 위치와 형태, 크기는 이에 제한되는 것이 아니다.
도 15를 참조하면, 시간 0 에서, 첫 번째 프레임으로서 우안용 영상(R)과 함께 2차원 영상(2D)이 디스플레이 되고 있다. 이때, 편광 스위치(33)는 상기 액정 디스플레이 패널(37)과 동기하여 제 1 상태와 제 3 상태 사이에서 스위칭 되고 있다. 따라서, 상기 우안용 영상(R)과 2차원 영상(2D)은 함께 관찰자의 우안으로 전달된다. 그런 후, 시간 T/4 ~ 3T/4 에서, 좌안용 영상(L)이 화면의 위쪽에서부터 디스플레이 되기 시작한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 좌안용 영상(L)에도 2차원 영상(2D)이 보조 화면으로서 포함되어 있다. 본 발명에 따르면, 아래쪽의 우안용 영상(R)과 2차원 영상(2D)은 여전히 관찰자의 우안으로 전달된다. 그리고, 위쪽의 좌안용 영상(L)과 2차원 영상(2D)은 함께 관찰자의 좌안으로 전달된다. 여기서, 상기 좌안용 영상(L)에 포함된 2차원 영상(2D)은 우안용 영상(R)에 포함된 2차원 영상(2D)과 동일한 프레임의 것이다. 즉, 앞서 2차원 영상을 디스플레이 하는 방식과 동일하게, 2차원 영상은 동일한 프레임의 영상이 두 번 디스플레이 된다. 따라서, 사용자는 도 15의 좌상부에 원형으로 표시된 부분은 2차원으로 인식하고, 나머지 부분은 3차원으로 인식할 수 있게 된다.
그리고, 시간 T 에서는 도 15에 도시된 바와 같이, 화면 전체에 좌안용 영상(L)이 디스플레이 되고, 화면 좌상부에 부분적으로 2차원 영상(2D)이 함께 디스플레이 된다. 상기 좌안용 영상(L)과 2차원 영상(2D)은 함께 관찰자의 좌안에서 인식된다. 그런 후, 시간 5T/4 에서는, 화면의 위쪽에서부터 다음 프레임의 우안용 영상(R')이 디스플레이 되기 시작한다. 상기 우안용 영상(R')에는 이전의 2차원 영상(2D)과 다른 다음 프레임의 2차원 영상(2D')이 포함되어 있다. 이러한 방식으로, 3차원 영상을 메인 화면으로서 디스플레이 하는 동시에, 보다 작은 2차원 영상을 보조 화면으로서 디스플레이 하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 16은 2차원 영상을 메인 화면으로서 디스플레이 하는 동시에, 보다 작은 3차원 영상을 보조 화면으로서 디스플레이 하는 액정 디스플레이 패널(37)의 동작을 순시적으로 도시한다. 도 16에서는, 보조 화면인 3차원 영상이 액정 디스플레이 패널(37)의 좌상부에 원형으로 디스플레이 되는 것으로 도시되어 있으나, 3차원 보조 화면의 위치와 형태, 크기는 이에 제한되는 것이 아니다.
도 16을 참조하면, 시간 0 에서, 2차원 영상(2D)과 함께 보다 작은 우안용 영상(R)이 함께 디스플레이 되고 있다. 도 15의 경우와 마찬가지로, 편광 스위치(33)는 상기 액정 디스플레이 패널(37)과 동기하여 제 1 상태와 제 3 상태 사이에서 스위칭 되고 있다. 따라서, 상기 2차원 영상(2D)과 우안용 영상(R)은 모두 관찰자의 우안으로 전달된다. 그런 후, 시간 T/4 ~ 3T/4 에서, 시간 0 에서와 동일한 프레임의 2차원 영상(2D)이 화면의 위쪽에서부터 또 다시 디스플레이 되기 시작한 다. 즉, 2차원 영상을 디스플레이 하는 앞서 설명한 방식과 마찬가지로, 동일한 프레임의 2차원 영상이 두 번 디스플레이 된다. 여기서, 도 16에 도시된 바와 같이, 화면 위쪽의 2차원 영상(2D)에는 좌안용 영상(L)이 포함되어 있다. 편광 스위치(33)의 스위칭 동작에 의해, 아래쪽의 2차원 영상(2D)과 우안용 영상(R)은 여전히 관찰자의 우안으로 전달된다. 반면, 위쪽의 2차원 영상(2D)과 좌안용 영상(L)은 관찰자의 좌안으로 전달된다. 따라서, 사용자는 도 16의 좌상부에 원형으로 표시된 부분은 3차원으로 인식하고, 나머지 부분은 2차원으로 인식할 수 있게 된다.
한편, 시간 T 에서는 도 16에 도시된 바와 같이, 화면 전체에 2차원 영상(2D)이 디스플레이 되고, 화면 좌상부에 부분적으로 좌안용 영상(L)이 함께 디스플레이 된다. 상기 2차원 영상(2D)과 좌안용 영상(L)은 함께 관찰자의 좌안에서 인식된다. 그런 후, 시간 5T/4 에서는, 화면의 위쪽에서부터 다음 프레임의 새로운 2차원 영상(2D')이 디스플레이 되기 시작한다. 상기 새로운 2차원 영상(2D')에는 다음 프레임의 우안용 영상(R')이 포함되어 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 이러한 방식으로 2차원 영상을 메인 화면으로서 디스플레이 하는 동시에, 보다 작은 3차원 영상을 보조 화면으로서 디스플레이 하는 것이 가능하다.
지금까지 본 발명의 양호한 실시예에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 고해상도 입체 영상 디스플레이 장치의 구성 및 동작에 대해 설명하였다. 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 스위칭 시간이 빠르고 비교적 저렴하게 입수할 수 있는 액정 리 타더와 같은 편광 스위치를 사용한다. 따라서, 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 구성이 간단하고 비교적 저렴하게 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 백라이트 유닛과 편광 스위치를 다수의 세그먼트로 분할하고, 각각의 세그먼트를 액정 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기하여 동작시키므로, 크로스토크가 거의 발생하지 않는다.

Claims (29)

  1. 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛에서 방출된 광이 특정 편광 방향만을 갖도록 만드는 편광판;
    입사광의 편광방향을 변환시키는 편광 스위치;
    다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자가 서로 교번하여 형성된 것으로, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향이 서로 직교하도록 입사광의 편광방향을 변환시키는 복굴절소자 어레이;
    입사광을 제 1 시역과 제 2 시역으로 분리하여 출사시키는 렌티큘러 렌즈 시트; 및
    영상을 디스플레이 하는 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 스위치는 입사광의 편광방향을 각각 다르게 변환시키는 제 1 내지 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 스위치는, 입사광의 편광방향을 변환시키지 않는 제 1 상태, 입사 광의 편광 상태를 원편광으로 변환시키는 제 2 상태 및 입사광의 편광방향을 90˚만큼 변환시키는 제 3 상태 사이에서 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 스위치는 전기적으로 제어 가능한 액정 리타더인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복굴절소자 어레이는 다수의 수직한 제 1 및 제 2 복굴절소자를 수평 방향을 따라 교번하여 배열함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복굴절소자는 각각 소정의 편광면을 갖는 편광자로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면과 제 2 복굴절소자를 이루는 편광자의 편광면은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복굴절소자는 각각 입사광을 소정의 위상만큼 지연시키는 리타더로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 리타더와 제 2 복굴절소자를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2 인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복굴절소자는 각각 입사광을 소정의 각도로 회전시키는 회전자로 이루어지며, 제 1 복굴절소자를 이루는 회전자와 제 2 복굴절소자를 이루는 회전자의 회전 각도차는 90˚인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 편광 스위치가 제 1 상태에 있을 때, 상기 제 1 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 직교하고, 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 평행한 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 편광 스위치가 제 3 상태에 있을 때, 상기 제 1 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 평행하고, 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 직교하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 편광 스위치가 제 2 상태에 있을 때, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자를 투과한 광은 원편광이거나 또는 상기 액정 디스플레이 패널의 입사측 편광면에 대한 편광방향의 차이가 45˚인 선편광인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트는 상기 복굴절소자 어레이의 복굴절소자들과 평행한 다수의 수직한 렌티큘러 렌즈소자가 수평 방향을 따라 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트의 렌즈소자들 사이의 피치는 상기 복굴절소자 어레이의 제 1 및 제 2 복굴절소자 쌍들 사이의 피치와 같거나 작은 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트와 복굴절소자 어레이 사이의 거리는 렌티큘러 렌즈 소자의 초점거리와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 시트는 제 1 복굴절소자를 투과한 광을 제 1 시역으로, 제 2 복굴절소자를 투과한 광을 제 2 시역으로 각각 분리하여 출사시키는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛과 편광 스위치는 상기 액정 디스플레이 패널의 수직 주사 시간에 동기되어 순차적으로 스위칭되는 다수의 수평 세그먼트로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛과 편광 스위치는 각각 독립적으로 스위칭 가능한 다수의 수평 세그먼트가 수직 방향을 따라 배열되도록 분할되어 있으며, 상기 백라이트 유닛의 세그먼트 개수와 상기 편광 스위치의 세그먼트 개수는 동일한 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛과 편광 스위치의 상호 대응하는 세그먼트들은 동시에 스 위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛과 편광 스위치의 각 수평 세그먼트 하나는 상기 액정 디스플레이 패널의 다수의 화소 라인들과 대응하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 편광 스위치의 각각의 수평 세그먼트는, 상기 액정 디스플레이 패널의 대응하는 화소 라인들이 우안용 영상을 디스플레이 할 때 제 1 상태에 있으며, 좌안용 영상을 디스플레이 할 때 제 3 상태에 있는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 편광 스위치의 각각의 수평 세그먼트는, 상기 액정 디스플레이 패널의 대응하는 화소 라인들의 첫번째 라인이 우안용 영상을 디스플레이 하기 시작할 때 제 1 상태로 스위칭되며, 좌안용 영상을 디스플레이 하기 시작할 때 제 3 상태로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛의 각각의 수평 세그먼트는, 상기 액정 디스플레이 패널의 대응하는 다수의 화소 라인들이 모두 우안용 영상을 디스플레이 하거나 모두 좌안용 영상을 디스플레이 하는 동안 ON 되고, 좌우 영상이 변경되는 동안 OFF 되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 패널은, 3차원 모드에서, 우안용 영상과 좌안용 영상을 시간 순차적으로 번갈아 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 편광 스위치의 각각의 수평 세그먼트는, 상기 액정 디스플레이 패널의 대응하는 화소 라인들이 우안용 영상을 디스플레이 할 때 제 1 상태로 스위칭되며, 좌안용 영상을 디스플레이 할 때 제 3 상태로 스위칭되고, 상기 액정 디스플레이 패널이 2차원 모드에 있을 때 제 2 상태로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  25. 제 16 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 패널은, 2차원 모드에서, 동일한 2차원 영상을 2차례씩 연속하여 디스플레이 한 후, 다음의 2차원 영상을 디스플레이 하는 것을 특징으 로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 편광 스위치의 각각의 수평 세그먼트는, 상기 액정 디스플레이 패널과 동기하여 제 1 상태와 제 3 상태가 시간 순차적으로 번갈아 스위칭되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 패널은, 2차원 영상과 3차원 영상을 동시에 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 패널의 일부 영역에서는 동일한 2차원 영상을 2차례씩 연속하여 디스플레이 한 후 다음의 2차원 영상을 디스플레이 하고, 상기 액정 디스플레이 패널의 나머지 영역에서는 우안용 영상과 좌안용 영상을 시간 순차적으로 번갈아 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 편광 스위치의 각각의 수평 세그먼트는, 상기 액정 디스플레이 패널과 동기하여 제 1 상태와 제 3 상태가 시간 순차적으로 번갈아 스위칭되는 것을 특징 으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
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