KR100314797B1 - 화상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 화상 표시 장치는 열 및 행으로 정렬되고, 각각이 적어도 하나의 화소를 갖는 다수의 우안 화소 그룹들과 다수의 좌안 화소 그룹들로 그룹화된 다수의 화소들을 갖는 표시 소자; 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들에 개별적으로 구동 신호를 인가하는 구동기, 우안 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태가 상기 좌안 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태와는 다르게 만드는 광학 부재; 및 상기 광학 부재의 근처에 배치되어 있는 마이크로렌즈들의 어레이를 포함하며, 상기 마이크로렌즈들 각각은 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들 중 대응하는 한 그룹으로부터 출사되는 광을 시준한다.

Description

화상 표시 장치

본 발명은 화상 표시 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 편광 안경을 착용한 관찰자에게 관찰자의 양안(interocular) 시차를 이용하여 3차원 화상을 표시할 수 있으며, 이러한 저가이며 경량의 편광 안경을 착용하지 않은 관찰자에게 고 해상도의 2차원 화상을 표시할 수 있는 화상 표시 장치에 관한 것이다.

3차원(3D) 또는 입체 화상을 재현하려는 시도는 비교적 그 역사가 오래되었으며, 레이저 홀로그램 등을 포함한 매우 다양한 시스템들이 개발되었다. 그러나, 몇몇 시스템만이 실용가능한 수준의 풀컬러 3D 동화상을 표시할 수 있다. 그러한 시스템의 예는 후술되는 방법 (1) 내지 (3)을 포함한다(이들 모든 시스템은 우안용 화상 및 좌안용 화상을 각각 표시하여 관찰자가 표시 화상의 "깊이"를 착각하도록 하는 원리에 기초되며, 우안용 화상과 좌안용 화상 사이의 위치 차는 "양안 시차(interocular parallax)"라 부른다):

(1) 셔터 안경 방식. 우안용 화상과 좌안용 화상을 시분할 방식으로 교대로 표시하는 단일 표시 장치가 사용되면서, 관찰자는 표시 화상과 동기하여 교대로 개폐하는 전기 셔터를 갖는 특수 안경을 통해 화상을 관찰하여 3D 화상을 표시한다. 이러한 방식은 프로젝트 타입 디스플레이 및 다이렉트-뷰 디스플레이 모두에 적용가능하다.

(2) 자동 입체 화상 방식(즉, 소정의 특수 안경을 사용할 필요가 없는 방식). 화상 표시 장치에 표시된 우안용 화상 및 좌안용 화상의 스트라이프는 표시 장치의 전면에 배치된 렌티큘라(lenticular) 렌즈판 또는 슬릿판에 의해 우안 및 좌안에 각각 할당된다. 이러한 시스템에서, 관찰자는 소정의 특수하게 설계된 안경 등을 착용하지 않고 3D 화상을 관찰할 수 있다.

(3) 편광 안경 방식. 편광 안경을 착용한 관찰자에게 우안용의 선 편광 화상 및 좌안용의 선 편광 화상을 제공함으로써 3D 화상이 표시되며, 안경의 편광 방향은 서로에 대해 90°를 이룬다. 프로젝션 디스플레이의 경우, 이러한 방식은 통상 표시 스크린 상에 서로에 대한 각 화상을 첨가하기 위한 2개의 편광 프로젝터를 사용한다. 다이렉트-뷰 디스플레이의 경우, 이러한 방식은 2개의 표시 장치의 화상을 반미러(half mirror) 또는 편광 미러에 의해 합성한다.

상술된 방식(1)은 3D 화상을 표시하는데 하나의 표시 장치만이 필요하다는 장점을 제공한다. 그러나, 시야를 전기적으로 차단하거나 개방할 수 있는 특수 안경(예를 들어, 액정 셔터 안경)을 관찰자가 착용할 필요가 있다는 단점을 갖는다. 그러한 안경은 어쩔수 없이 무거워지므로 오랜 기간에 걸쳐 그것을 착용하는 관찰자에게 피로를 야기시키게 된다. 더우기, 그러한 안경은 비싸다. 각 관찰자에게 그러한 안경이 필요하다면, 많은 관찰자에 대한 전체 비용은 매우 높아지게 된다.

방식(2)는 관찰자가 특수 안경 등을 착용하지 않고 3D 화상을 관찰할 수 있다는 장점을 제공한다. 그러나, 관찰자가 3D 화상을 관찰할 수 있는 영역은 매우 좁다는 단점이 있다. 도 23 및 24(렌티큘라 렌즈판이 사용된 경우를 도시함)를 참조하여 이러한 문제점에 대한 이유를 후술하기로 한다.

도 23은 적절한 3D 화상(이하, 이 영역은 "3D 관찰가능 존"이라 칭함)을 관찰할 수 있는 방식(2)에 의해 제공된 영역 Ylr을 도시한다. 도 23에 도시된 표시 장치는 화소 2001(r) 및 2001(l)에 의해 점유되지 않은 영역에 제공된 블랙 매트릭스(2002)와 함께 다수의 화소 즉, 우안용 화소 2001(r) 및 좌안용 화소. 2001(l)을 포함한다. 렌티큘라 렌즈판(2005)는 표시 장치 전면에 배치되어 있으며, 렌티큘라 렌즈판(2005)은 2개의 화소마다(즉, 우안용의 것과 좌안용의 것)에 대응하는 피치에 원통형 렌즈(2006)를 포함한다. 따라서, 렌티큘라 렌즈판(2005)은 관찰자(2007)의 우안 및 좌안용의 적절한 화상을 할당하는 기능을 한다.

도 23에서, 관찰자(2007)는 좌안이 C-D 영역 내에 위치되고 우안이 E-F 영역 내에 위치될 때 적절한 3D 화상을 관찰할 수 있다. 그러나, 예를 들어 한측 눈이 D-E 영역에 위치되도록 관찰자의 눈이 이동되면, 관찰자(2007)는 D-E 영역 내에 위치된 눈이 사실상 화소 사이에 존재하는 어두운 부분(2002;즉, 블랙 매트릭스 부분)을 보기 때문에 더이상 3D 화상을 볼 수 없다. 한측 눈이 B-C 또는 F-G 영역 내에 있는 동안에는 유사한 3D 화상 생성이 실패한다. 더우기, 좌안이 E-F 영역 내에 위치되고 우안이 G-H 영역 내에 위치되면, 적절한 3D 화상 대신, 구성 성분의 우측 화상 및 좌측 화상이 역전된 화상이 관찰자에게 생성된다. 따라서, 방식(2)의 원리는 관찰자(2007)의 눈 사이의 간격과 동일한 작은 거리 내로 한정되는 3D 관찰가능 존을 제공하는 단점을 갖는다.

더우기, 관찰자의 눈이 우측 및 좌측 화상이 역전되는 영역으로부터 멀리 떨어져 이동하면 적절한 3D 화상을 다시 한번 관찰하는 영역에 도달할 것이다(이하, "서브-로브"라 칭함). 자동 입체 화상 방식에서, 이러한 서브-로브는 소수의 사람들이 3D 화상을 동시에 즐길 수 있도록 사용될 수 있으나, 각각의 서브-로브 내에 제공된 3D 관찰가능 존도 좁다.

이하, 도 24를 참조하여, 전 후 방향을 따라 3D 관찰가능 존이 (즉, 3D 관찰가능 존이 화상 표시 장치에 얼마나 근접하고 얼마나 떨어져 연장되는지) 설명된다. 도 24, 1, 2, ..., 7, 및 8에서, 각 도면은 표시 장치의 측부 또는 중앙부의 한 쌍의 표시 화소(우측 및 좌측)를 배출하는 광선을 나타낸다. 전후 치수(dimension) 및 좌우 치수를 갖는 3D 관찰가능 존은 도 24에서 빗금친 부분으로 나타나 있다. 이러한 예시적 경우에는 다음이 가정된다: 관찰자(2007)의 눈은 간격 e로 배치되며; 표시 장치는 수평 치수 Hh를 가지며; 3D 관찰가능 존의 수평 치수(우측 좌측 방향에 따른 치수)의 크기는 가시 거리 L에서 표시 장치를 볼 때 최대가 된다. 이러한 조건에서, 3D 관찰가능 존의 전방 치수 Yf (즉, 3D 화상을 잃지 않으면서 최적 거리 L로 설정된 위치로부터 전방으로 관찰자(2007)가 이동될 수 있는 거리), 3D 관찰가능 존의 후방 치수 Yb(즉, 3D 화상을 잃지 않으면서 최적 거리 L로 설정된 위치로부터 후방으로 관찰자(2007)가 이동될 수 있는 거리)는 각각 NHK GIKEN R&D No.38, p.52 (eight-eye autostereoscopic television:ISONO, YASUDA, et al. pp.43-54, NHK GIKEN R&D, No.38, 1995년 11월)에 기재된 수학식에 따라 수학식 1 및 2로 표현된다:

3D 관찰가능 존의 전방 치수

= e × L / (Hh + 2 × e)

3D 관찰가능 존의 후방 치수

= e × L / Hh

예를 들어, 3D 화상을 잃지 않으면서 최적의 거리 L로 설정된 위치로부터 전방 또는 후방으로 관찰자(2007)가 이동될 수 있는 거리 Yf 및 Yb는 10.4 인치의 사선 치수(즉, 수직 치수 Hv: 156 mm 및 수평 치수 Hh: 208 mm)를 갖는 TFT 액정 표시 패널이 표시 장치로서 사용되며, 관찰자의 눈이 65 mm 만큼 떨어져 배치되며, 350 mm의 거리 L에서 표시 장치를 보는 조건에서, 각각 67 mm 및 109 mm가 되도록 유도된다. 관찰자가 상기 규정된 영역보다 더 근접하게 (즉, 전방으로) 이동하거나 더 멀어지게 (즉, 후방으로) 이동하면, 3D 화상은 관찰자(2007)의 시야로부터 없어진다.

제공된 3D 화상은 열악한 화질을 가지는 문제점이 또한 있다. 사실상, 일본 공개 공보 제4-16092호에는 이러한 문제점을 해결하기 위해 차광판을 사용하여 서브-로브를 제거하는 방법이 개시되어 있다.

도 25는 공개 공보 제4-16092호에 개시된 방법의 개념이 도시되어 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 이러한 방법은 표시 스크린의 수평 방향을 따라 시야를 제한하는 차광판(2013), 및 표시 스크린의 수평 방향을 따라 선정된 주기로 배치되어 있는 원통형 렌즈들을 갖는 렌티큘라 렌즈판(2012)의 전면에 배치된 차광판(2013)을 사용한다. 각 원통형 렌즈는 표시 스크린의 수직 방향으로 평행하게 연장된다. 차광판(2013)은 각각의 적절한 쌍의 우측 및 좌측 화소로부터의 광 이외의 소정의 광부분을 차폐하기 위해 표시 스크린의 수직 방향을 따라 각각 연장하는 다수의 차광층(2014)을 포함하여, 상술된 서브-로브가 제거된다. 따라서, 이러한 방법은 메인 로브에서만 3D 관찰을 달성하며, 높은 화질을 제공한다. 그러나, 이러한 방법은 메인 로브 내의 영역 내로 3D 화상 관찰을 제한하므로, 3D 관찰가능 존은 연장되지 않는다.

일본 공개 공보 제6-335030호에는 표시 장치의 차광부에 대응하도록 렌티큘라 렌즈판과 표시 장치 사이에 배치되며, 광로를 변경할 수 있는 마스킹 수단을 포함하는 3D 화상 표시 장치가 개시되어 있다. 도 26의 개념적 개략도에 도시된 바와 같이, 다수의 확산층(2022)을 갖는 확산판(2026)은 마스킹 수단으로 작용하며, 다수의 마스킹층은 확산층들(2022) 사이에 존재한다. 우안용의 각 화소와 좌안용의 각 화소 사이에 존재하는 비표시 영역(2025; 즉, 블랙 스트라이프)의 전면에 마스킹층이 배치되도록 확산판(2026)이 배열되어 비-표시 부분으로부터의 광의 일부를 차폐하고 비-표시 부분으로부터 광 이외의 광 부분들을 확산시킨다. 따라서, 이러한 방식은 관찰자의 시각에서 발생되는 블랙 벨트(black belt)를 실질적으로 방지한다. 그러나, 이러한 방식은 확산된 광이 넓은 영역을 크로스토크되기 쉽도록 하므로 블랙 벨트의 발생을 방지하면서 3D 관찰가능 존을 연장시키지 못한다.

마지막으로, 방식(3)은 관찰자가 일반적으로 매우 싸고 경량인 편광 안경을 착용함으로써 깜박이는 문제점 없이 3D 화상을 관찰하도록 한다. 그러나, 이러한방식은 상이한 편광축을 갖는 2개의 화상을 동시에 제공하기 위해 2개의 표시 장치 또는 프로젝터 장치가 필요하므로, 고가가 되므로 가정용으로서는 부적합하다.

상술된 문제점을 해결하기 위한 변형된 방법 (3)은 일본 공개 공보 제 58-184929호에 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 관찰자가 3D 화상을 관찰하기 위해 편광 안경을 착용하고, 인접층의 편광 축이 서로에 수직하게 연장되도록, 편광층의 모자이크 패턴이 단일 표시 장치의 전면 상에 가까이 접촉되는 식으로 배치된다. 도 27에 도시된 바와 같이, 이러한 방식은 서로 수직으로 연장되는 편광축을 갖는 편광판(2034a 및 2034b)을 사용하며, 편광판(2034a 및 2034b)은 우안용 화소 2031(r) 및 좌안용 화소 2031(1)을 갖는 CRT(캐소드 레이 튜브)의 표시면의 전면에 배치된다. 관찰자는 적절한 편광축을 각각 갖는 우측 렌즈 및 좌측 렌즈가 있는 편광 안경을 통해 CRT상에 표시된 화상을 봄으로써 입체 화상을 관측할 수 있다.

더우기, 일본 공개 공보 제62-135810호에는 액정 표시 장치의 글래스 기판 내부에 제공된 편광층과 함께 단일 표시 장치를 사용함으로써 3D 화상을 생성할 수 있는 시스템이 개시되어 있다. 도 28의 개략적 개념도에 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치는 한 쌍의 글래스 기판(2041a 및 2041b) 및 그 사이에 봉지된 액정층(2045)를 포함한다. 액정층(2045)에 전계를 인가하기 위한 배선층(2043a 및 2043b) 및 액정층(2045) 내의 액정 분자를 정렬하기 위한 정렬막(2044a 및 2044b)이 글래스 기판(2014a 및 2014b) 상에 제공된다. 도 28에 도시된 바와 같이, 상이한 편광측이 있는 부분을 갖는 편광층(2042a 및 2042b)이 배선층(2043a)과 기판(2041a) 사이에, 그리고 배선층(2043b)과 기판(2041b) 사이에 각각 제공된다.

상술된 바와 같이, 상기 방법 (2)에 기술된 입체 화상 방식은 3D 영역이 그 길이(즉, 전후 폭)뿐만 아니라, 수평(즉, 우측 좌측) 폭에서 제한된다.

일본 공개 공보 제4-16092호 및 일본 공개 공보 제6-335030호에 개시된 화상 표시 장치는 메인 로브에서만 3D 화상을 표시함으로써, 높은 화질을 제공할 수 있으며, 표시되지 않는 부분에 기인한 블랙 벨트 발생을 줄이면서 3D 화상을 표시할 수 있다. 그러나, 이들 두 장치는 우안 및 좌안용 화상을 할당하기 위한 수단으로서 렌티큘라 렌즈판을 사용한다. 렌티큘라 렌즈판은 각 원통형 렌즈가 표시 스크린 상에 수평 방향을 따라 배열된 2개의 화소(즉, 우안용의 것과 좌안용의 것)에 대응하도록 배치된 원통형 렌즈를 포함한다. 그러므로, 이들 화상 표시 장치에 의해 관찰자에게 2차원(2D) 화상이 표시되는 경우, 2D 화상의 수평 해상도는 표시 장치의 고유한 실제 수평 해상도의 1/2이다. 더우기, 우안용 화소 및 좌안용 화소의 수평적 교대 배열은 표시 장치에 공급되는 신호들(즉, 우안용의 것과 좌안용의 것) 사이에, 예를 들어 (1 수평 주기)/(수평 방향에 따른 화소 수)의 주기로 정확한 시간의 교대 스위칭이 필요하다. 이것은 표시 장치의 구동 회로를 필연적으로 복잡하게 한다. 더우기, 일본 공개 공보 제4-16092호에 개시된 장치와 같이 서브-로브를 제거하면 많은 관찰자들이 3D 화상을 동시에 관찰하는 것이 점점 어려워진다.

한편, 방법(3)(도 27에서 도시)에 따른 입체 화상 표시 장치는 다음의 단점을 갖고 있다. 도 27에서 나타낸 바와 같이, 글래스 기판(전면판)(2033)은 우안용 화소(2031(r))와 우안용 편광판(2034a) 사이에, 또한 좌안용 화소(2031(l))와 좌안용 편광판(2034b) 사이에 존재한다. 따라서, 정상의 3D 화상이 CRT상에 표시되는화상에 정면 방향으로 위치하는 관찰자에 의해 측정될 수 있다. 그러나, 관찰자의 눈의 위치가 수직 방향을 따라 이동하게 되면, 우안용 화상과 좌안용 화상은 다른쪽 눈에 다다르게 되어 (이런 현상을 "크로스토크"라고 일컬음), 정상적인 3D 화상이 더 이상 달성될 수 없다.

상기 경우의 "크로스토크" 현상을 도 29를 참조하여 더 설명한다. 도 29는 도 27에서 나타낸 구성의 입체 화상 표시 장치에 의해 제공된 3D 관찰가능 존을 설명한다.

정상의 3D 화상을 손실하지 않고 수직(상하) 방향을 따른 관찰자의 이동을 허용하는 3D 관찰가능 존 Yud은 다음 수학식 3으로 표시될 수 있다:

Yud=B×L/d

여기에서 P는 표시 화소(2031)의 피치를 나타내고; B는 비표시부(2032)(블랙 스프라이프)의 폭을 나타내고; L은 표시 소자와 관찰자(2037) 사이의 거리를 나타내고; d는 굴절율과 실재 두께로부터 연산되는 투명 기판의 공기 환산(空氣 換算) 거리를 나타낸다.

도 29에서 나타낸 바와 같이, 관찰자(2037)는 정상의 3D 화상을 손상하지 않고 J와 K 사이에서 이동 가능하다. 따라서, 3D 관찰가능 존의 전후 방향의 치수는 다음 수학식 4와 수학식 5에 의해 표시될 수 있다.

Yf=Yud×L/(Hv+Yud)

Yb=Yud×L/(Hv-Yud)

여기에서 Yf는 관찰자(2037)가 정상의 3D 화상을 손상하지 않고 최적의 관찰 거리 L로 정의된 위치로부터 전방 이동이 허용되는 거리를 나타내고, Yb는 관찰자(2037)가 정상의 3D 화상을 손상하지 않고 최적의 관찰 거리 L만큼 이격된 위치로부터 후방으로 이동이 허용되는 거리를 나타내고; Hv는 표시 소자의 수직(즉, 신호선에 평행인 방향을 따른) 크기를 나타낸다.

수학식 5에서, Yb는 Yud≥Hv일 때 음의 값을 가지고, 이것은 3D 관찰가능 존의 후방 크기에 제한이 없는 것을 나타낸다.

예를 들어, 대각 치수(즉, 수직 치수 Hv:156mm와 수평 치수 Hh:108mm)가 10.4인치, 화소 피치 P가 0.33mm, 및 블랙 스트라이프의 폭 B가 0.03mm인 TFT 액정 표시 패널이 표시 장치로서 사용된다. 액정 패널의 대향 글래스 기판(2033) 두께 dl이 1.1mm이고 굴절율 n이 1.52이면, 대향 글래스 기판(2033)은 조절 두께 0.72mm(실재두께 1.1mm)를 갖는다. 따라서, 표시 장치에서 관찰자까지의 거리 L을 350mm이 되도록 표시 장치를 설계하면, 수직 방향을 따른 3D 관찰가능 존 Yud가 수학식 3에 따라 14.5mm가 된다. 다시 말해, 수직 방향을 따라, 관찰자는 크로스토크가 발생하지 않게 하면서 화상 스크린의 중심으로부터 약 7mm 상방향이나 7mm 하방향으로 이동할 수만 있다. 더구나, 수학식 4와 수학식 5에 따르면, 전후 방향을 따른 3D 관찰가능 존은 다음의 치수: Yf=29.9mm와 Yb=36mm을 갖는다. 관찰자가 이 범위보다 더 근접하거나(즉, 전방) 멀어지게(즉, 후방) 이동하게 되면, 3D 화상을 성취할 수 없게 된다.

한편, 상술한 바와 같이, 일본국 공개 공보 62-135810에는 우안용 화상과 좌안용 화상 사이의 크로스토크를 방지하기 위해서 액정 표시 패널의 내부에 부분적으로 편광측이 다른 편광판을 배치하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 장치를 제조하는 특정 방법에 대해서는 개시하고 있지 않다.

더구나, 이 공보에서 설명되는 바와 같이, 3D 화상을 관찰할 때 크로스토크 현상을 제거하기 위해서는, 액정 표시 패널의 한 쌍의 기판(즉, TFT 기판과 대향기판)의 각각의 기판의 내측에 편광판을 배치할 필요가 있고, 이 각 전광판은 부분적으로 다른 편광축을 구비한다. 그러나, 상품, 즉 TN 모드와 GH 모드로 현재 채택되는 표시 모드는 배향막(액정 분자를 배향하기 위한)을 편광판상에 배치시킬 필요가 있어, 다음의 문제를 일으킬 수 있다:

일반적으로, TN 모드 또는 GH 모드의 액정 표시 패널에 사용되는 배향막은 유기 중합 물질 프리커서(예를 들어, 폴리이미드)의 박막을 스핀 코팅법으로 형성한 후, 이미드화를 행하기 위해 약 180℃ 내지 약 250℃에서 어닐링을 행하거나, 다르게는 약 200℃에서 SiO₂와 같은 비유기 재료를 증착함으로써 형성된다. 따라서, 이 두 경우, 편광판은 배향막의 형성 동안 고온에 노출될 것이다.

그러나, 유기 중합체 재료, 예를 들어 폴리비닐 알코올(PVA)로 주로 이루어지는 옥소 또는 염료계 편광판은 내열성이 아니므로, 옥소 또는 염료계 분자의 배향 질서를 잃게 되고, 이로써 충분한 편광 능력을 성취할 수가 없다. 따라서, 일본공개 공보 62-135810에 개시된 3D 화상 표시 장치가 현재의 통상의 기술을 이용하여 실행될 때, 편광판의 편광 능력이 열화되어, 결과적으로 표시의 저질을 야기하게 된다.

동일하게, 박막 트랜지스터(이하 "TFT"로 언급)가 위에 형성되어 있는 액티브 매트릭스형 액정 표시 패널(AM-LCD)을 이용할 때, TFT의 형성 공정 동안 약 수백 도와 같은 고온에 노출되게 된다. 따라서, 상술된 이유로, TFT를 형성하기 전에 편광판을 형성하기 위해 현재 시판되는 재료로 이루어진 편광판을 형성하는 것이 불가능하다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 화상 표시 장치는, 열 및 행으로 배열되어 있으며, 각각이 적어도 하나의 화소를 갖고 있는 다수의 우안용 화소 그룹과 다수의 좌안용 화소 그룹으로 분리되어 있는 다수의 화소를 갖고 있는 표시 소자; 상기 우안용 화소 그룹들과 상기 좌안용 화소 그룹들에 개별적으로 구동 신호를 인가하는 구동기; 우안용 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태가 상기 좌안용 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태와는 다르게 만드는 광학 부재; 및 상기 광학 부재의 근처에 배치되어 있는 마이크로렌즈 배열을 포함하며, 상기 마이크로렌즈 각각은 상기 우안용 화소 그룹들 및 상기 좌안용 화소 그룹들 중 대응하는 한 그룹으로부터 출사되는 광을 시준한다.

본 발명의 일 실시예에서는, 우안용 화소 그룹들과 좌안용 화소 그룹들의 각 그룹은 일 열의 화소를 포함하며, 상기 우안용 화소 그룹들과 상기 좌안용 화소 그룹들은 화소들의 행들에 대해서 평행한 행 방향으로 교대로 배치되어 있으며, 마이크로렌즈 어레이는 화소들의 열들을 따라서 연장되며 각각이 화소들의 열들과 정렬되도록 행 방향으로 배열되어 있는 다수의 원통형 렌즈를 갖고 있는 렌티큘러 렌즈 플레이트이다.

본 발명의 다른 일 실시예에서는, 우안용 화소 그룹들과 좌안용 화소 그룹들의 각 그룹은 일 행의 화소를 포함하며, 상기 우안용 화소 그룹들과 상기 좌안용 화소 그룹들은 화소들의 열들에 대해서 평행한 열 방향으로 교대로 배치되어 있으며, 마이크로렌즈 어레이는 화소들의 행들을 따라서 연장되며 각각이 화소들의 열들과 정렬되도록 열 방향으로 배열되어 있는 다수의 원통형 렌즈를 갖고 있는 렌티큘러 렌즈 플레이트이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 마이크로렌즈 어레이의 초점 길이는 표시 소자와 마이크로렌즈 어레이 사이의 거리 보다 크다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 마이크로렌즈 어레이는 다음의 관계를 만족하는 피치 P1을 갖고 있으며:

P1 = P × L / (L + d)

여기에서, d는 상기 표시 소자의 화소들이 배치되어 있는 평면과 상기 마이크로렌즈 어레이가 배치되어 있는 평면 간의 공기 환산 거리를 나타내며, L은 상기 마이크로렌즈 어레이가 배치되어 있는 평면과 보는 사람 간의 거리를 나타내며, P은 상기 표시 소자의 화소들의 피치를 나타낸다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 열 및 행으로 배열되어 있으며, 각각이 적어도 하나의 화소를 갖고 있는 다수의 우안용 화소 그룹과 다수의 좌안용 화소 그룹으로 분리되어 있는 다수의 화소를 갖고 있는 표시 소자, 상기 우안용 화소 그룹들과 상기 좌안용 화소 그룹들에 개별적으로 구동 신호를 인가하는 구동기; 우안용 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태가 상기 좌안용 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태와는 다르게 만드는 광학 부재; 및 상기 우안용 화소 그룹들과 상기 좌안용 화소 그룹들 각각의 외향각(outgoing angle)을 제한하는 각도 제한 수단을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서는, 각도 제한 부재는 복수의 차광층을 갖는 차광판이다. 우안용 화소 그룹과 좌안 그룹의 각 그룹은 일 열의 화소를 포함하고, 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹은 다르게는 화소의 행에 평행한 행 방향으로 배치될 수 있다. 이 경우, 우측 차광층들은 각각 화소의 열을 따라 연장되며 화소의 열과 정렬되도록 행 방향으로 배치되어 있다.

또한, 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹의 각 그룹은 일 행의 화소를 포함할 수 있고, 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹은 다르게는 화소의 열에 평행한 열 방향으로 배치될 수 있다. 이 경우, 차광층들은 각각 화소의 행을 따라 연장되며 화소의 행과 정렬되도록 열 방향으로 배열되어 있다.

차광판은 다음 관계를 만족하는 차광층의 피치 P1을 갖는 것이 바람직하다:

P1=P×L/(L+d)

여기에서 d는 표시 소자의 화소가 배치되는 평면과 차광판이 배치되는 평면 사이의 공기 환산 거리를 나타내고; L은 차광판이 배치되는 평면과 관찰자 사이의거리를 나타내고; P는 표시 소자의 화소의 피치를 나타낸다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 각도 제한 부재는 복수의 개구를 갖는 슬릿판이다. 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹의 각 그룹은 일 열의 화소를 포함하고, 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹은 다르게는 화소의 행에 평행인 행 방향으로 배치될 수 있다. 이 경우, 개구들은 각각 화소의 열을 따라 연장되고 화소의 열과 정렬되도록 행 방향으로 배열되어 있다.

또한, 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹의 각 그룹은 일 행의 화소를 포함하고, 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹은 다르게는 화소의 열에 평행인 열 방향으로 배치될 수 있다. 이 경우, 개구들은 각각 화소의 행을 따라 연장되고 화소의 행과 정렬되도록 열 방향으로 배열되어 있다.

슬릿판은 다음 관계를 만족하는 개구들의 피치 P1를 갖는 것이 바람직하다:

P1=P×L/(L+d)

여기에서 d는 표시 소자의 화소가 배치되는 평면과 슬릿판이 배치되는 평면 사이의 공기 환산 거리를 나타내고; L은 슬릿판이 배치되는 평면과 관찰자 사이의 거리를 나타내고; P는 표시 소자의 화소의 피치를 나타낸다.

상술된 화상 표시 장치의 어느 것에서나, 표시 소자로부터 출사하는 광의 광학축에 평행한 광선을 모으기 위한 대물 렌즈가 더 설치되어 있다.

상술된 화상 표시 장치의 어느 것에서나, 광학 부재는: 우안용 화소 그룹으로부터 출사하는 광에 제1 편광 상태를 제공하는 제1 위상판; 좌안용 화소 그룹으로부터 출사하는 광에 제1 편광 상태와 다른 제2 편광 상태를 제공하기 위한 제2위상판; 및 제1 위상판과 제2 위상판에 근접하여 배치된 편광판을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 화상 표시 장치는 열과 행으로 배열된 복수의 화소를 가지며, 상기 화소는 복수의 우안용 화소 그룹과 복수의 좌안용 화소 그룹으로 그룹화되어 있고, 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹 각각은 적어도 하나의 화소를 포함하고 있는 표시 소자; 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹에 독립적으로 구동 신호를 공급하는 드라이버; 각 화소에 의해 표시되는 표시 화상의 비역전 화상을 형성하며, 비역전 화상은 표시된 화상의 크기와 동일한 크기를 가지고 있는 제1 광학 부재; 및 우안용 화소 그룹으로부터 출사하는 편광 상태를 좌안용 화소 그룹으로부터 출사하는 광의 편광 상태와 다르게 만들기 위한 제2 광학 부재를 포함하고, 제2 광학 부재는 비역전 화상이 제1 광학 부재로 형성되어 있는 영역에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.

제1 광학 부재로는 분포 굴절율 렌즈(graded index lens) 어레이가 가능하다. 다르게는, 제1 광학 부재가 표시 소자이 광 출사측상에 배치된 섬유판일 수 있다. 이 경우, 제2 광학 부재는 섬유판의 광 출사면에 인접하여 배치된다. 더구나, 섬유판의 광 출사면은 산란면인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 화상 표시 장치는 편광판의 전체면에 걸쳐 동일한 편광 축을 갖는 적어도 하나의 편광판을 더 포함하고, 이 편광판은 제1 광학 부재에 인접하여 배치되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 제2 광학 부재는 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹에 각각 대응하는 제1 위상 영역과 제2 위상 영역을 포함하는 산란면을 갖는다.

따라서, 여기에서 설명된 본 발명은 표시 장치의 외부에 배치된 편광판을 화상 표시 장치에 제공하는 이점을 가능하게 하여, 표시 장치가 3D 관찰가능 존을 감소하지 않으면서 3D 화상을 다수의 관찰자에게 제공할 수 있게 한다.

본 발명의 이들 및 그 외 이점은 첨부한 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 이해하게 되면 본 기술에 능숙한 당업자에게 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도.

도 2는 위상판의 작용을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 피치 보정을 도시한 도면.

도 4는 렌티큘라 렌즈판의 작용을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 렌티큘라 렌즈판의 각 원통형 렌즈들의 초점 길이 및 작용을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 3D 관찰가능 존을 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 화상 표시 장치의 한 변형을 도시한 횡단면도.

도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도.

도 9는 도 8에 도시된 위상판의 배열을 도시한 횡단면도.

도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도.

도 11은 본 발명의 실시예 3에 따른 3D 관찰가능 존을 도시한 도면.

도 12는 본 발명의 실시예 4에 따른 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도.

도 13은 본 발명의 실시예 4에 따른 3D 관찰가능 존을 도시한 도면.

도 14는 본 발명의 실시예 5에 따른 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도.

도 15는 본 발명의 실시예 5에 따른 3D 관찰가능 존을 도시한 도면.

도 16은 본 발명의 실시예 6에 따른 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도.

도 17A는 본 발명의 실시예 7에 따른 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도.

도 17B는 본 발명의 실시예 7에서 사용된 분포 굴절율 렌즈를 도시한 도면.

도 17C는 본래 화상과 동일한 배율을 갖는 비반전된 화소를 도시한 도면.

도 18A는 본 발명의 실시예 7에 따른 예시적 구동 회로를 도시한 블럭도.

도 18B는 본 발명의 실시예 7에 따른 다른 예시적 구동 회로를 도시한 블럭도.

도 19는 본 발명의 실시예 7에 따른 화상 표시 장치의 한 변형을 도시한 횡단면도.

도 20A은 본 발명의 실시예 8에 따른 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도.

도 20B는 본 발명의 실시예 8에 사용된 분포 굴절율 렌즈를 도시한 도면.

도 20C는 본래 화상과 동일한 배율을 갖는 비반전된 화상을 도시하는 도면.

도 21A는 본 발명의 실시예 9에 따른 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도.

도 21B는 본 발명의 실시예 9에서 사용된 섬유판을 도시한 도면.

도 22는 본 발명의 실시예 9에 따른 3D 관찰가능 존을 도시한 도면.

도 23은 종래의 렌티큘라 시스템에 따른 3D 관찰가능 존의 수평(우측-좌측) 치수를 도시한 도면.

도 24는 종래의 렌티큘라 시스템에 따른 3D 관찰가능 존의 깊이(전-후) 치수를 도시한 도면.

도 25는 종래 시스템(일본 공개 공보 제4-16092호에 개시됨)에 따른 종래의 렌티큘라형 3D 화상 표시 장치의 구성을 도시한 개략도.

도 26은 종래의 다른 렌티큘라형 3D 화상 표시 장치(일본 공개 공보 제 6-335030호에 개시됨)의 구성을 도시한 개략도.

도 27은 종래의 편광 글래스형 3D 화상 표시 장치(일본 공개 공보 제 58-184929호에 개시됨)의 구성을 도시한 개략도.

도 28은 종래의 다른 편광 글래스형 3D 화상 표시 장치(일본 공개 공보 제 62-135810호에 개시됨)의 구성을 도시한 개략도.

도 29는 도 27에 도시된 종래의 화상 표시 장치에 의해 제공된 3D 관찰가능 존을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 화상 표시 장치

102a : 글래스 기판

103 : 화소

104 : TFT

107 : 스페이서

109 : 렌티큘라 렌즈판

112 : 액정층

113 : 관찰자

110 : 편광 안경

115 : 투명 전극

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 화상 표시 장치를 도시한 횡단면도이다.

먼저, 도 1을 참조하여, 표시 장치(100) 내의 표시 소자로서 사용된 액정 표시 패널의 구조 및 그 제조 방법을 설명하겠다. 주사선(도시되지 않음), 신호선(도시되지 않음), 화소 전극(도시되지 않음) 및 TFT(104)가 글래스 기판(102a) 상에 형성된다. 하나의 화소 전극은 매트릭스 형태로 배열된 각 화소들(103)마다 제공된다. 주사선은 각 주사선이 화소(103)의 각 행에 대응하도록 화상 표시 장치(100)의 표시 소자(즉, 액정 표시 패널)의 수평 방향을 따라 제공된다. 신호선은 주사선에 수직으로 교차되도록 제공되며, 각 신호선은 화소(103)의 열에 대응한다. 주사선, 신호선 및 화소 전극은 TFT(104)를 통해 서로에 상호 결합된다. 주사선, 신호선, TFT(104) 및 화소 전극은 소정의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 여기서, 주사선에 평행한 방향은 "행 방향" 또는 "수평 방향"이라 칭하고, 신호선에 평행한 방향은 "열 방향" 또는 "수직 방향"이라 칭한다.

매트릭스 형태로 배열된 화소(103)는 우안용 화소(103(r)) 및 좌안용 화소(103(l))로 그룹화된다. 우안용 화소(103(r)) 그룹 및 좌안용 화소(103(l)) 그룹은 각 주사선마다 교대로 대응하도록 배치된다.

정렬막(105a)은 상부에 TFT(104)가 형성된 글래스 기판(102a)의 전표면 상에 형성된다. 정렬막(105a)는 글래스 기판(102a)의 전표면 상에 유기 중합 물질 프리커서(예를 들면, 폴리이미드)를 예를 들어 스핀코팅 후 어닐링하여 도포함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 액정 표시 패널의 TFT 기판이 얻어진다.

대향 글래스 기판 상에(102b;TFT 기판 반대쪽), 컬러 필터(108a) 및 글래스 기판(102a) 상에 형성된 TFT(104)로 입사되는 광을 차단하기 위한 블랙 매트릭스(108b)가 형성된다. 컬러 필터(108a) 및 블랙 매트릭스(108b)는 소정의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 이 실시예에서, 컬러 필터(108a)는 컬러 필터(108a)의 R, G 및 B 필터링 부분이 신호선과 평행한 스트라이프를 규정하며, 스트라이프 R, G 및 B는 주사선을 따라(또는 "행 방향") 주기적으로 배열되는 방식으로 형성된다. 블랙 매트릭스(108b)는 각각의 메쉬가 각 화소를 둘러싸고 있는 격자 형태로 형성된다. 그 후, 예를 들어 ITO(인듐 주석 산화물)의 투명 도전막이 예를 들어 스퍼터링에 의해 글래스 기판(102b)의 전표면 상에 형성되는데, 투명 도전막은 투명 전극(115)을 형성하며, 정렬막(105b)은 정렬막(105a)을 형성하는 것과 유사한 방식으로 형성된다. 따라서, 대향 전극이 얻어진다.

상술된 바와 같이 얻어진 TFT 기판 및 대향 기판은 각각 러빙 처리가 수행된다. 그 후, 기판들은 기판들 사이의 규정된 공간을 확보하도록 그 사이에 삽입된 스페이서(107)와 서로 부착된다. 그 후, 액정 재료는 기판 사이의 공간으로 진공 주입되어 액정층(112)를 형성한다. 그리하여, 액정 표시 패널이 완성된다. 이 실시예에서, 액정 표시 패널은 TN 액정 표시 모드이다.

전표면 상에 동일한 편광축을 갖는 편광판(101b)이 액정 표시 패널의 글래스 기판(102b)에 인접하여 제공되어 얻어진다. 그 후, 각 주사선에 교대로 대응하도록 편광판(101b) 상에 스트라이프형 위상판(106a 및 106b)이 제공된다. 즉, 위상판(106a 및 106b)은 각 위상판(106a 또는 106b)이 수평 방향을 따라 화소 행에 대응하는 폭을 갖도록 교대로 제공된다. 위상판(106a)의 슬로우 축은 편광판(101b)의 편광축에 대해 45°만큼 시프트된다. 위상판(106b)의 슬로우 축은 편광판(101b)의 편광축에 대해 45°만큼 시프트되지만 위상판(106a)의 슬로우 축에 대해 반대 방향으로 시프트된다.

본 예에서, 1/4파 판들이 위상판(106a)(106b)으로서 사용된다. 그 결과, 표시 소자로서 액정 표시 패널로부터 출사하고 위상판(106a)(106b)을 통하여 통과하는 광은 원 편광된 광으로 변환되어서 편광 방향이 화소들의 각 행들에 대해서 90°만큼 바뀐다. 관찰자(113)는 관찰자의 안면이 한쪽으로 또는 다른쪽으로 경사진 경우일지라고 원 편광의 각 방향들에 상응하는 편광판(110a)(110b)를 갖는 원 편광 안경(110)을 착용함으로써 3D 화상을 관찰할 수 있다.

다음으로, 도 2를 참조로 하여 위상판(106a)(106b)의 기능의 원리가 설명된다.

일반적으로, 위상판은 한 축을 따라 유기 중합체를 드로잉(drawing)함으로써 획득된 복굴절막으로 구성되며, 투과되는 광에 위상차를 제공하기 위해 사용된다.

위상판에 도포된 단축 드로우(draw)의 방향에 평행한 방향은 물질의 종류에 따라, "슬로우 축(slow axis)" 또는 "패스트 축(fast axis)"으로서 호칭된다.

도 2에 도시된 바와 같이 위상판에 도포된 단축 드로우의 방향(이하 "축방향"으로 호칭)에 대해서 θ의 각도로 입사하는 선 편광의 편광 상태의 변화가 설명된다.

먼저, 입사 선 편광의 전기장 성분은 위상판의 축방향에 평행한 성분과 위상판의 축방향에 수직인 성분으로 분리된다. 위상판 내에서, 각각 위상판의 축방향에 수직하고 평행한 속도 성분

과

는 각각

로 나타내어진다. 여기서,

는 축방향을 따르는 굴절률을 나타내며;

는 축방향에 수직한 방향을 따라 있는 굴절율을 나타내며

, c는 진공에서의 빛의 속도를 나타낸다.

따라서, 도 2의 z 방향을 따르는 빛의 속도를 살펴보면, 위상판의 슬로우 축에 평행한 전기장 성분은 위상판의 슬로우 축에 수직한 방향을 따르는 전기장 성분보다 더 작게된다. 그 결과, x 방향을 따르는 전기장의 세기의 변화는 도 2에 도시된 y 방향을 따르는 것과는 다르게 나타난다. 따라서, 입사 선 편광은 원 편광 또는 타원 편광으로 변환된다.

예를 들어, 위상판이 1/4 파장의 위상차를 갖는 경우, 축방향에 대해서 45°의 각 θ의 방향으로 선 편광된 광이 위상판에 입사하는 경우, 위상판을 출사하는광은 시계 반대 방향으로 원 편광된다. 축방향에 대해서 -45°의 각 θ의 방향으로 선 편광된 광이 위상판에 입사하는 경우, 위상판을 출사하는 광은 시계 방향(즉, 상기 언급된 θ= 45°인 경우에 획득된 원 편광과 반대 방향)으로 원 편광된다. 위상판이 1/2 파장의 위상차를 갖는 경우에, 위상판을 출사하는 광은 입사 선 편광의 편광 방향에 대해서 2θ의 각도 방향으로 원 편광된다. 위상판은= 1/4 파장에서 1/2 파장 사이의 위상차를 가지고 있는 경우, 선 편광된 입사 광은 타원 편광된 광으로 변환된다.

본 명세서에서, 반시계 방향 원 편광과 시계 방향 원 편광은 서로에 대해 "수직 편광되었다"라고 언급된다. 마찬가지로, 제1 방향의 선 편광은 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 선 편광된 다른 광과 "수직 편광"될 수 있다. 마찬가지로, 만일 시계 방향의 타원 편광의 편광면이 반시계 방향 타원 편광된 다른 광선의 편광면에 수직이라면, 이들은 서로에 관해 "수직 편광"된 것이다.

이 예에서는, 비록 편광판(101b)의 편광 축이 위상판(106a 및 106b)의 느린 축에 관해 45° 만큼 시프트되지만, 시프트 각도는 정확하게 45° 가 될 필요는 없고 45° ±10° 의 범위 내에 있을 수 있다.

다음으로, 렌티큘라 렌즈판(109)은 그 각각의 원통형 렌즈가 위상판(106a와 106b)의 한 스트립에 대응하는 방식으로 (스트립 내에 배치되는) 위상판(106a 및 106b)의 전면에 제공된다. 따라서, 각각의 원통형 렌즈는 각각의 화소 행(row of pixel)에 대응하는 표시 스크린의 수평 방향에 평행하게 (즉, 주사선에 평행하게) 연장된다.

반면, 편광판(101a)의 편광측이 편광판(101b)의 편광축에 수직하게 놓이도록 전체 표면에 걸쳐 동일한 편광축을 갖는 편광판(101a)이 TFT 기판(102a)에 인접하게 배치된다. 따라서, 이 예에 따른 화상 표시 장치(100)가 완성된다.

이 예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 렌티큘라 렌즈판(109)의 원통형 렌즈(109a)의 높이 P1은 픽셀(103)과 원통형 렌즈(109a)의 평행성에 기인한 물결 무늬 프린지(moire fringes, 모아레 프린지)의 발생을 방지하도록 전해진다.

보다 구체적으로, 원통형 렌즈(109a)의 높이 P1은 다음 수학식 6을 만족하도록 규정된다.

P1 = PL / (d + L)

여기서, P는 화상 표시 장치(100)에 사용되는 표시 장치의 화소(103)의 높이를 나타내고, d는 화소(103)가 형성되는 평면과 원통형 렌크(109)가 형성되는 평면간의 거리를 나타낸다. 이 거리는 공기 중에서의 실제 거리로부터 계산되는 공기 확산 거리이다. L은 원통형 렌즈(109a)가 형성되는 평면과 관찰자 간의 거리를 나타낸다.

이 예에서, 화상 표시 장치(100)의 표시 소자로서 사용되는 액정 표시 패널의 화소(103)의 높이 P는 0.33mm이다. 원통형 렌즈(109a)가 형성되는 평면과 관측자와의 거리 L은 350mm이다. 대향 기판(102b)의 실제 두께(102b)는 1.1mm이다. 대향 기판(102b)의 굴절률 n은 1.52이다 (즉, 화소(103)가 형성되는 평면과 원통형 렌즈(109a)가 형성되는 평면간의 변환 거리 d는 0.72mm이다). 따라서, 원통형렌즈(109a)의 높이 P1은 수학식 6에 따라 0.329mm로 규정된다.

다음으로, (도 1과 도 3에 도시된 렌티큘라 렌즈판(109)과 같은) 렌티큘라 렌즈 판(10)의 동작은 도 4를 참조하여 기술된다. 도 4에서, 표시 장치의 양쪽 사이드의 화소(103b 및 103c) 뿐만 아니라 표시 장치의 중앙부에 배치된 화소(103a)가 설명된다. 원통형 렌즈(10a, 10b, 및 10c)는 화소(103a, 103,b 및 103c)와 대응하도록 제공된다.

도 4에서, 참조 번호 12a는 화소(103a)의 중앙부에서 출사되는 광을 가리키기 위해 사용된다. 마찬가지로, 참조 번호 12a'와 12a"은 각각 화소(103a)의 양쪽 끝에서 출사되는 광을 나타내는데 사용된다. 화소(103a)의 중앙부에서 출사되는 광(12a)는 원통형 렌즈(10a)를 통해 조준되어 관찰자(113)의 시야에 도달하게 된다. 광(12a' 및 12a")도 역시 원통형 렌즈(10a)를 통해 조준된다. 그러나, 광(12a' 및 12a")은 관찰자(113)의 시야에는 도달하지 않고 각각 관찰자(113)의 시야의 상부와 하부에 도달한다. 따라서, 화소(102a)는 원통형 렌즈(10a)4에 의해 확대된다. 도 4에서, 확대된 영역은 참조 부호 Y로 표시된다.

반면, 화소(103a)의 위와 아래에 바로 인접하는 화소에서 출사되는 광(14a 및 14b)도 역시 원통형 렌즈(10a)를 통해 조준되지만, 앞서 언급한 확대된 영역(Y)과 다른 위치(도시되지 않음)에 도달한다.

표시 장치의 양쪽 사이드에 배치된 화소(103b 및 103c)의 중앙부에서 출사되는 광(12b 및 12c)는 각각 대응하는 원통형 렌즈(10b 및 16c)를 통해 조준되어 관찰자(113)의 시야에 도달한다. 원통형 렌즈의 높이 P1은 이 예에서 0.392mm이다.

또한, 화소(103b 및 103c)의 각각의 양쪽 끝으로부티 출사되는 광도 역시 대응 원통형 렌즈를 통해 조준되지만 관찰자(113)의 상부 위치와 하부 위치에 도달한다. 따라서, 픽셀(103b 및 103c)은 대응하는 원통형 렌즈(10b 및 10c)에 의해 확대되어 화소(103 및 103c)의 확대된 영역이 앞서 언급한 확대된 영역(Y)에 대응하게 된다. 따라서, 관찰자(113)은 확대된 영역(Y) 내의 입체 영상을 인지할 수 있게된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 이 예에 따른 렌티큘라 렌즈 판(109)는 각각의 원통형 렌즈의 초점 거리가, 렌티큘라 렌즈 판(109)이 형성되는 평면과 화소(103)가 형성되는 평면간의 거리보다 더 크게 되도록 배치하여, 주어진 원통형 렌즈에 입사되는 광이 대응하는 화소 내의 단일 점으로 향하는 것을 방지하게 된다. 그 결과, 관찰자가 비-표시부를 보는 위치에 있는 경우조차도 비-표시부보다는 픽셀 개구부를 보도록하는 것이 보장된다. 따라서, 이른바 "블랙 스트라이프"가 관찰자의 시야에서 발생되는 것이 방지된다. 각각의 원통형 렌즈(109a)의 초점 거리는 이 예에서 0.745mm이다.

다음으로, 본 발명의 상술된 화상 표시 장치에 의해 달성된 3D 관찰가능 영역의 크기가 도 6을 참조하여 기술된다.

도 6에서, P는 화상 표시 장치의 화소(103)의 높이를 나타낸다. B는 블랙 스트라이프의 폭을 나타낸다. d는 화소(103)가 형성되는 평면과 렌티큘라 렌즈 판(109)이 형성되는 판 사이의 거리(공기 확산 거리)를 나타낸다. y는 렌티클라 렌즈판(109)의 각각의 원통형 렌즈를 통해 볼 수 있는 각각의 픽셀(103)의 개구의 폭을 나타낸다. L은 렌티클라 렌즈 판(109)과 관찰자(113)간의 거리를 나타낸다. C와 D는 (하나의 블랙 스트라이프의 중심과 인접한 블랙 스트라이프의 중심으로서 정의됨) 하나의 화소(103)의 양쪽 끝을 나타낸다. H는 점 D를 관통하는 라인이 평면을 교차하는 곳에 관찰자(113)가 위치한 평면 상의 점을 나타낸다. I는 점 C를 관통하는 라인이 평면을 교차하는 곳에 관찰자(113)가 위치한 평면 상의 점을 나타낸다. 그리고 점 G는 라인 C-I와 D-H가 서로 교차하는 점을 나타낸다. 이러한 상태에서, 관찰자(113)는 고유의 입체 영상을 잃지 않고 점 H와 점 I 사이에서 수직으로 움직일 수 있다. 만일 관찰자(113)가 점 H의 윗쪽이나 점 I의 아랫쪽에서 움직인다면, 불합리하게 관찰자(113)는 관측되어야 할 픽셀의 위나 아래에 배치된 픽셀을 관찰하게 된다. 즉, 크로스토크(crosstalk)가 발생한다.

즉, 렌티큘라 렌즈 판(109)으로부터의 거리 L에서, 관찰자(113)는 수직 방향을 따라 범위 Yud(즉, 점 H와 점 I 사이) 내의 입체 영상을 볼 수 있다.

다음으로, 삼각형 CDG와 삼각형 EFG는 형상이 유사하기 때문에, 고유의 입체 영상을 잃지 않고 관찰자가 수직으로 움직일 수 있는 3D 관찰가능 영역은 다음과 같이 수학식 7로 표시된다.

(P+B) : y = (d + x) : x

여기서, x는 렌티큘라 렌즈 판(109)에서 교차부(G)에 이르는 거리이다.

삼각형 EFG와 삼각형 IHG는 형상이 유사하기 때문에,

y : Yud = x : (L-x)

수학식 7과 수학식 8로부터 다음과 같은 수학식 9가 얻어진다.

Yud ≒ (P + B - y) × L / d

이 예에서, 10.4 inch의 대각선 길이(즉, 수직 길이 156mm, 수평 길이 208mm)를 갖는 액정 표시 패널, 0.33mm의 픽셀 높이, 및 0.03mm의 폭 B를 갖는 블랙 스트라이프가 표시 소자로서 사용된다. 액정 표시 패널의 대향 유리 기판(102b)은 두께 1.1mm, 굴절률 n=1.52를 가진다. 따라서, 화소(103)와 렌티큘라 렌즈판(109) 사이의 공기 확산 거리 거리 d는 0.72mm이다. 또한, 화상 표시 장치는 렌티큘라 렌즈 판(109)의 각각의 원통형 렌즈를 통해 볼 때 각각의 화소(103)의 개구의 폭 y가 0.03mm가 되고, 화상 표시 장치와 관찰자(113)와의 거리 L이 350mm가 되도록 설계된다. 이와 같은 치수를 갖는 화상 표시 장치에 따라, 3D 관찰가능 영역의 수직 길이 Yud는 수학식 9에 따라 160mm가 된다.

이와는 대조되게, 상기 치수에 따라 만들어진 종래의 3D 화상 표시 장치의 3D 관찰가능 영역의 수직 길이 Yud는 수학식 3에 따라 14mm가 된다. 따라서, 이 예의 화상 표시 장치에 따르면, 3D 관찰가능 영역의 수직 길이 Yud는 종래의 화상 표시 장치보다 효과적으로 증가된다.

다음으로, 본 발명의 상술된 3D 화상 표시 장치에 의해 제공되는 3D 관찰가능 영역의 전후 방향을 따르는 깊이 또는 길이가 논의될 것이다. 관찰자(113)는 도 6에 도시된 바와 같이 범위 J-K(내에서 고유의 3D 화상을 잃지 않고 움직일 수 있다. 관찰자(113)가 고유의 3D 화상을 잃지 않고 렌티큘라 렌즈 판(109)에 대해 최적 관측 거리 L로 정의된 위치로부터 전방으로 움직일 수 있는 거리 Yf와 관찰자(113)이 고유의 3D 화상을 잃지 않고 렌티큘라 렌즈 판(109)에 관해 최적 관측 거리 L로 정의된 위치로부터 후방으로 움직일 수 있는 거리 Yb는 각각 다음과 같은 수학식으로 표시된다.

Yf = Yud × L / (Hv + Yud)

Yb = Yud × L / (Hv - Yud)

여기서, Hv는 화상 표시 장치의 수직 (즉, 신호선에 평행한) 길이이다.

수학식 11에서, Yud≥Hv일 때, Yb는 음의 값을 가지며 3D 관찰가능 영역의 후방 길이에 어떠한 제한도 없음을 나타낸다.

수학식 10과 수학식 11에 따라, 고유의 3D 화상을 잃지 않고, 최적의 관찰거리 L=350mm에 의해 정의되는 위치로부터 전방으로 움직일 수 있는 3D 관찰가능 영역 Yf는 175mm가 된다, 이 예에서, 거리 L은 Yud≥Hv가 되도록 지정되므로, 3D 관찰가능 영역의 후방 길이에는 제한이 없다.

이 예에서, (주사선에 평행하게 배치된) 하나의 화소 열은 상술된 바와 같이 한쪽 눈 (즉, 좌안 또는 우안)에 대응하는 영상을 제공하는 화소 그룹으로 정의된다. 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹은 열 방향 (즉, 신호선에 평행한 방향)을 따라 교번하도록 제공된다. 위상판의 스트라이프는 표시 소자의 액정 표시 패널의 전면에 제공되는데, 각각의 스트라이프가 하나의 주사선에 대응하도록 배치된다. 따라서, 우안용 화상은 좌안용 화상과 분리된다. 그 결과, 3D 관찰가능 영역의 수평 길이(또는 좌우 길이)에는 제한이 없으며, 관찰자가 표시 장치에 의해 표시되는 2D 화상을 관찰할 때, 관찰자는 사용된 액정 표시 장치에 고유한 전체 해상도에서 화상을 즐길 수 있다. 우안용 화상 신호와 좌안용 화상 신호가 매 주사선에 대해 단순히 교대로 스위칭될 수 있기 때문에, 이러한 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹의 배치는 구동 회로를 단순화시킬 수 있다.

또한, 이 예에 따르면, 렌티큘라 렌즈 판(109)은 각 원통형 렌즈의 초점 거리가 렌티큘라 렌즈(109)가 형성되는 평면과 화소(103)가 형성되는 평면간의 거리보다 크게 되도록 위치한다. 그 결과, 이른바 "블랙 스트라이프"가 관찰자의 시야에 발생하는 것이 방지된다.

상술한 바와 같이, 이 예의 화상 표시 장치에 따라, 편광판(101b)과 위상판(106a 및 106b)은 우안용 각각의 화소에서 출사되는 광의 편광 방향이 좌안용 각각의 화소에서 출사되는 광의 편광 방향과 수직하도록 표시 장치의 전면 상에 배치된다.

더욱이, 우안용 화소를 출사한 광 또는 좌안용 화소를 출사한 광중에서 어느 한 광을 그것에 대응하는 눈으로 선택적으로 배향시키는 마이크로렌즈가 위상판에 인접하여 제공된다. 결국, 종래의 3D 화상 표시 장치의 그것과 비교하여 3D-투시 가능 영역이 확대된다. 상기 마이크로렌즈 어레이로서, 화소들의 한 행(주사선에 평행하게 배열된)이 신호선에 상호 평행한 방향을 따라 교번하는 우안용 화소 그룹또는 좌안용 화소 그룹중 어느 한 그룹을 한정하도록 화소들이 배열되어 있는 경우에 원통형 렌즈를 갖는 렌티큘라 렌즈판이 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 원통형 렌즈는 각 원통형 렌즈가 화소들의 각 그룹 또는 행에 대응하도록 배향된다.

또한, 각 원통형 렌즈의 초점 길이를 렌티큘라 렌즈판과 그것의 대응하는 화소 간의 간격보다 크게 규정함으로써, 해당 화소와 위 또는 아래의 화소 사이에 존재하는 비표시 부분 (즉, "블랙 스트라이프(black stripes))"이 눈에 잘 띄지 않게 될 수 있다. 결국, 밝은 3D 화상이 제공될 수 있다.

렌티큘라 렌즈판(109)의 원통형 렌즈는 화소 피치와 같지만 상기 화소 피치에 근거하여 적절히 결정되는 피치로 배열된다. 따라서, 매트릭스로 배열된 화소(103)와 렌티큘라 렌즈판(109) 간의 패럴랙스(the parallax)로 인한 물결 무늬 프린지(moire fringes)의 발생이 방지된다.

하나의 원통형 렌즈가 수평 방향 (즉, 주사선에 평행하게)을 따라 배열된 화소들의 한 행에 대응하여 제공되기 때문에, 3D 화상의 수평 해상도는 이용되는 표시 소자에 내재하는 것과 비교하여 감소하지 않는다. 더우기, 우안용 화소 그룹과 좌안용 화소 그룹이 각 주사선에 대해 교번하도록 제공되기 때문에, 매 수평(1H) 주기마다 번갈아 전환되는 우안용 화상 신호와 좌안용 화상 신호를 상기 신호선에 공급할 수 있다. 따라서, 구동 회로가 단순해질 수 있다.

또한, 편광 안경을 착용하지 않은 관찰자도 본 실시예의 화상 표시 장치를 사용하여 2D 화상을 관측할 수 있다.

본 실시예에서, 최적의 관측 거리 L은 관계 Yud ≥ Hv (여기서도 Hv는 표시소자의 수직 길이 (즉, 신호선에 평행한 방향을 따라)를 나타낸다.)가 충족되도록 규정된다. 선택적으로, 거리 L은 Yud < Hv이도록 규정될 수 있다.

비록 위상판(106a 및 106b)의 위상차가 1/4파장으로 규정되더라도, 위상판(106a 및 106b)의 위상차는 예를 들어 1/2 파장일 수 있다. 이 경우, 위상판은 위상판의 생산 공정을 간단히 하기 위해, 우안용 화소 그룹이나 좌안용 화소 그룹중 어느 한 그룹에만 대응하는 스트라이프로 제공될 필요가 있다.

비록 액티브 매트릭스형 액정 표시 패널이 본 발명의 화상 표시 장치에서의 표시 소자로서 사용되지만, 우안용 화상 및 좌안용 화상을 제공하기 위한 표시 소자에 어떠한 제한도 없다. 예를 들어, 단순 매트릭스형 액정 표시 패널, 그 자신에 광을 방출하는 표시 장치, 즉, EL(전자 발광) 소자, CRT(음극선관), 및 플라즈마 표시 또는 플라즈마 어드레스 액정 표시 패널도 역시 본 발명의 효과를 저해하지 않고 본 발명의 표시 소자로서 사용될 수 있다.

비록 TN 액정을 일체로 하는 TN 표시 모드 액정 패널이 본 발명에 사용되지만, 이와 같은 액정 표시 패널의 표시 모드에는 제한이 없다. 예를 들어, 다양한 액정 표시 모드: 혼성 전계 효과 모드, 폴리머-분산 액정 모드, 전계 유도 복굴절 모드, 비강전계 액정 모드, 일렉트로-클리닉 효과(electro-clinic effect)를 갖는 시메틱(smectic) 액정을 이용하는 위상 전이 모드, 다이나믹 확산(dynamic diffusion) 모드, 게스트-호스트(guest-host) 모드, 및 액정 콤플렉스(complex) 모드중 하나의 모드가 사용될 수 있다. 이와 같은 모드중에서 임의의 비편광 모드가 사용된다면, 편광판(101a)은 생략될 수 있다.

비록 편광판(101b), 위상판(106a 및 106b) 및 렌티큘라 렌즈판(109)이 본 발명에 따라 상기 순서로 액정 패널에 배치되지만, 또한 액정 패널 상에 렌티큘라 렌즈판(109)을 배치한 다음, 상기 렌티큘라 렌즈판(109) 상에 편광판(101b) 및 위상판(106a 및 106b)을 배치하는 것에도 적용할 수 있다.

또한, 렌티큘라 렌즈판(109) 대신에, 신호선에 평행한 방향을 따라 각 화소 그룹을 출사한 광을 제한하기 위한 임의의 다른 각도 제한 수단, 예를 들면, 본 발명의 상술된 효과를 저해하지 않고 주사선에 평행한 차광층을 갖는 차광판을 이용할 수 있다.

본 발명에서, 원통형 렌즈(109a)를 지지하는 렌티큘라 렌즈판(109)의 전면은 도 1에 도시된 바와 같이 관찰자(113)에 노출된다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 원통형 렌즈(109a)를 지지하는 그 전면이 위상판(106a 및 106b)에 대향하도록 렌티큘라 렌즈판(109)을 배치할 수도 있다. 3D-투시가능 영역을 확대하기 위해서는, 표시 화소, 위상판, 및 렌즈 간의 간격(두께)이 최소이어야 한다. 렌티큘라 렌즈판(109)의 원통형 렌즈(109a)는 보통 주조 수지로 만들어진 기판 위에 형성되기 때문에, 렌티큘라 렌즈판(109)은 렌즈(109a)를 지지하지 않는 쪽에서 렌즈로서 작용하지 않는 베이스 부분(a base portion)을 반드시 포함한다. 따라서, 렌즈(109a)를 지지하는 렌티큘라 렌즈판(109)의 전면이 위상판(106a 및 106b)에 대향하지 않는 배열에서, 대향 기판의 두께와 렌즈로서의 기능을 하지 않는 렌티큘라 렌즈판의 상기 베이스 부분의 두께 (즉, "기판 두께")는 패럴랙스 문제(a parallax problem)를 유발할 수 있다. 따라서, 3D-투시가능한 영역은 렌즈(109a)를 지지하는 그 전면이 도 7에 도시된 바와 같이 위상판(106a 및 106b)에 대향하도록 렌티큘라 렌즈판(109)을 배치함으로서 더욱 확대될 수 있다.

위상판(106a 및 106b)에 렌티큘라 렌즈 (즉, 원통형 렌즈(109a))를 직접 형성하는 대신에, 본 발명에서는 렌즈(109a)가 개별적인 기판에 형성됨으로서, 렌티큘라 렌즈판(109)을 형성한다. 따라서, 렌티큘라 렌즈(109a)를 형성하기 위한 방법과 재료를 자유로이 선택할 수 있다. 다른 말로 표현하면, 위상판(106a 및 106b)의 재료는 렌티큘라 렌즈(109a)를 형성하기 위한 공정 또는 재료에 영향을 미치거나 또는 제한을 가하지 않는다.

비록 렌티큘라 렌즈(109a)가 기판에 직접 형성될지라도, 먼저 기판 위에 렌티큘라 렌즈(109a)에 위상판(106a 및 106b)을 형성하고, 그 위에 렌티큘라 렌즈(109a)를 형성할 수 있다. 이 경우, 렌즈(109a)의 재료는 다소 제한될 수 있지만, 위상판(106a 및 106b)이 렌즈(109a)에 상당히 근접하여 형성될 수 있어 3D-투시가능 영역이 더욱 확대될 수 있다는 장점이 있다.

비록 컬러 필터의 R, G 및 B 각각의 필터가 스트라이프로 배열되지만, 이들은 선택적으로 델타 배열(a delta arrangement)을 취할 수 있다.

상술된 구조 및 그 변형은 실시예 1은 물론 다음 실시예에 유사하게 적용할 수 있다.

(실시예 2)

도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 화상 표시 장치를 도시하는 단면도이다. 도 1에서도 나타나는 도 8의 구성 요소는 동일 참조 번호로 표시되고, 이에 대한설명은 생략된다.

본 발명의 실시예 2에 따른 화상 표시 장치(200)은 도 8을 참조하여 설명된다. 화상 표시 장치(200)은 위상판(206a 및 206b)의 스트라이프가 기판(207) 상에 배치되고, 그래서 원통형 렌즈 어레이(109)가 형성되며, 위상판(206a 및 206b)이 1/2파 판(half-wave plate)과 1/4파 판(quater-wave plate)을 결합하므로써 형성된다는 점을 제외하면 실시예 1의 화상 표시 장치(100)와 동일하다. 따라서, 원통형 렌즈 어레이(109)는 편광판(101b)과 위상판(206a 및 206b) 사이에 삽입된다. TFT형 액정 표시 패널은 마찬가지로 본 실시예에 따른 화상 표시 장치 내에 채택된다.

이후에, 본 실시예에 따른 스트라이프형 위상판(206a 및 206b)을 형성하는 방법은 도 9를 참조하여 기술된다.

먼저, 부분(210 및 212)을 갖는 패턴된 위상판은 주사선(도시안됨)에 평행한 방향을 따라 포토리소그래피에 의한 교호적 패터닝을 통해 형성되어, 1/2 파장의 위상차를 갖는 부분(210) 및 위상차가 없는 부분(212)이 기판(207) 상에 교호적으로 형성된다. 다음에, 부분(210)(1/2 파장의 위상차를 가짐)의 슬로우 축에 수직인 슬로우축을 갖는 1/4파 판(214)은 기판(207)의 전면 위에 형성된다. 그 결과, 1/4파 판(214)이 부분(210)(1/2 파장의 위상차를 가짐) 상에 중첩되는 여역(216)은 1/4 파장의 위상차를 갖는 영역을 한정하고, 반면에 1/4파 판(214)이 부분(212)(위상차가 없음)상에 중첩되는 영역(218)은 1/4 파장의 위상차를 갖지만 영역(216)의 슬로우 축에 수직인 슬로우 축을 따라 존재하는 영역을 한정한다. 영역(216 및 218)은 주사선에 평행한 방향을 따라 교호적으로 연장된다. 따라서, 영역(216) 또는 영역(218) 중 어느 하나는 도 8의 위상판(206a)에 대응하며, 다른 하나는 위상판(206b)에 대응한다. 원통형 렌즈 어레이(109)는 이러한 위상판(2O6a 및 2O6b) 상에 형성된다.

따라서, 대향 기판(102b) 상의 편광판(101b)을 빠져 나가는 선 편광 성분들 중에서, 영역(216) (1/4파 판(214)이 1/2 파장 부분(210) 상에서 중첩되는 곳)을 통과하는 한 성분은 원 편광으로 변환되고, 반면에 영역(218) (1/4파 판(214)가 위상차가 없는 부분(212) 상에서 중첩되는 곳)을 통과하는 한 성분은 후방으로 원 편광된다. 즉, 입사광은 서로에 대해 "수직 편광"되는 2개의 원 편광 성분으로 변환된다.

따라서, 편광 안경(110) (각각의 원 편광 성분에 대응하는 렌즈를 가짐)을 착용한 관찰자(viewer; 113)는 3D 화상을 관측할 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따르면, 3D-관찰가능 존(3D-viewable zone)은 편광판, 및 위상판의 스트라이프를 제공하고 근처에 렌티큘라 렌즈 어레이를 더 제공하므로써 연장될 수 있다.

본 실시예에서는, 1/2 파장 위상차 및 1/4 파장 위상차의 조합이 채택되었다. 그러나, 위상차들의 조합은 이에 국한되는 것이 아니라, 서로 "수직 편광"되는 출력 편광 성분을 생성하는 소정의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들면, 1/2 파장의 위상차를 갖고 있으며 입사 선 편광에 대해 22.5° 각도로 위치한 슬로우 축을 갖고 있는 부재를 통과하는 광은 입사 선 편광으로부터 45° 만큼 회전된 선 편광 출력광으로 변환될 수 있다. 마찬가지로, 1/2 파장의 위상차를 갖고 있으며 입사 선편광에 대해 -22.5° 각도로 위치한 슬로우 축을 갖고 있는 부재를 통과하는 광은 입사 선 편광으로부터 -45° 만큼 회전된 선 편광 출력광으로 변환될 수 있다. 주사선 방향을 따라 교호적으로 연장되도록 그러한 부재를 제공하므로써, 서로에 대해 "수직 편광"되는 출력 편광 성분이 생성될 수 있기 때문에, 그러한 광 성분에 대응하는 렌즈를 갖는 편광 안경(110)을 착용한 관찰자(113)은 3D 화상을 관측할 수 있다.

상기 구조는 실시예 2에만 국한되는 것이 아니라, 본 발명의 소정의 다른 실시예에도 적용가능하다.

(실시예 3)

도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 화상 표시 장치를 도시하는 단면도이다. 도 1에서도 나타나는 도 10의 구성 요소는 동일 참조번호로 표시되고, 이에 대한 설명은 생략된다.

화상 표시 장치(300)는 신호 라인에 평행한 방향 (예를 들면, 열 방향)을 따라 배열된 화소들의 열이 우측 눈에 대한 화소 그룹 또는 좌측 눈에 대한 화소 그룹 중 어느 하나를 한정하는데, 이들 2개의 화소 그룹 (우측 눈 및 좌측 눈에 대한)은 주사선에 평행한 방향 (예를 들면, 행 방향)을 따라 교호되며, 렌티큘라 렌즈판이 제공되어 각각의 원통형 렌즈가 신호 라인에 평행하게 연장된다는 점을 제외하고는 실시예 1의 화상 표시 장치(100)와 동일하다.

본 실시예에서는, 실시예 1에서와 같이, 렌티큘라 렌즈판(109)의 원통형 렌즈의 피치 P1은 화소(103)의 매트릭스와 렌티큘라 렌즈판(109) 사이의 시차로 인한물결 무늬 스트라이프의 발생을 방지하기 위해서 쓰여진다. 본 실시예에서, 10.4 인치의 대각선 치수 및 0.25 mm의 화소 피치 P를 갖는 액정 표시 패널이 표시 소자로서 사용된다. 액정 표시 패널의 대향 글래스 기판(102b)은 1.1 mm 두께 및 1.52 굴절율 n을 갖는다. 렌티큘라 렌즈판(109)과 관찰자 사이의 거리 L은 350 mm이다. 원통형 렌즈들의 피치 P1은 수학식 6에 의해 0.249 mm로 규정된다. 주지해야 할 점은 본 실시예에 따른 원통형 렌즈의 초점은 렌티큘라 렌즈판(109)과 화소(103)가 위에 형성되어 있는 표면과의 사이의 거리와 동일하게 규정된다는 것이다.

다음에, 본 실시예의 화상 표시 장치에 의해 제공된 3D-관찰가능 존의 사이즈가 도 11을 참조하여 논의된다.

도 11에서, 적정한 3D 화상을 잃지 않고 수평 (또는 좌-우) 방향을 따라 관찰자의 이동을 가능케 하는 3D-관찰가능 존 Ylr은 다음 수학식 12에 의해 표시될 수 있다:

Ylr = (P + B) × L / d

여기서, P는 화상 표시 장치의 화소(103)들의 피치를 나타내고, B는 주사선에 평행한 방향 (즉, 행 방향)을 따르는 인접 화소(103)들 사이에 존재하는 블랙 스트라이프(104)의 폭을 나타내며, d는 화소(103)를 지탱하는 평면과 렌티큘라 렌즈판(109) 사이에서의 공기 환산 거리로 환산된 거리를 나타내고, L은 렌티큘라 렌즈판(109)과 관찰자(113) 사이의 거리를 나타낸다.

본 실시예에 사용된 액정 표시 패널은 10.4 인치의 대각선 치수 (즉, 156 mm의 수직 치수 및 208 mm의 수평 치수)와 0.25 mm의 화소 피치 P를 갖는다. 블랙 스트라이프(104)는 0.02 mm의 폭 B를 갖는다. 액정 표시 패널의 대향 글래스 기판(102b)는 1.1 mm의 두께 및 1.52의 굴절율 n을 갖는다. 따라서, 화소(103)을 지탱하는 평면과 렌티큘라 렌즈판(109) 사이의 거리 d는 공기에 대한 거리로 조정되었을 때 0.72 mm이다. 화상 표시 장치와 관찰자(113) 사이의 거리 L은 350 mm이다. 그러한 조건하에서, 3D-관찰가능 존의 수평(좌-우) 치수 Ylr은 수학식 12에 따라 130 mm로 유도된다.

반면에, 상기 치수를 갖는 액정 표시 패널로 구성된 종래의 3D 화상 표시 장치의 3D-관찰가능 존의 수평 치수 Ylr은 관찰자(113)의 양안 간격 e = 65 mm (평균)을 초과할 수 없다. 따라서, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따르면, 3D-관찰가능 존의 수평 (또는 좌-우) 치수 Ylr은 종래의 화상 표시 장치에 비해 2배가 된다.

또한, 상술한 바와 같이, 렌티큘라 렌즈판의 원통형 렌즈들은 (신호 라인에 평행한 방향으로 배열된) 우안용 화소 그룹 또는 좌안용 화소 그룹에 대응하도록 주사선에 평행한 방향을 따라 주기적으로 배치된다. 그러므로, "블랙 벨트"가 수평(또는 우-좌) 3D 관찰가능 존(Ylr)내에 있는 관찰자의 시야에서 발생하지 않는다.

다음에, 본 실시예의 상술한 화상 표시 장치에 의해 제공된 3D 관찰가능 존의 전후 방향을 따른 깊이 또는 치수가 논의된다. 관찰자(113)의 눈은 간격 e로 수평으로 고정되기 때문에, 관찰자(113)은 도 11에 도시한 범위 H-I내에서 적절한 3D 화상을 손실함이 없이 이동할 수 있다. 따라서, 관찰자(113)가 적절한 3D 화상을손실함이 없이 최적 관찰 거리 Yf에 의해 정해진 위치로부터 전방으로 이동할 수 있는 거리 Yf, 및 관찰자(113)가 적절한 3D 화상을 손실함이 없이 최적 관찰 거리 L에 의해 정해진 위치로부터 후방으로 이동할 수 있는 거리 Yb는 각각 다음 수학식 13 및 14로 표현될 수 있다.

Yf = eL / (Hh + Ylr)

Yb = eL / (Hh - Ylr)

여기서, Hh는 화상 표시 장치의 수평 치수를 정의한다.

수학식 13 및 수학식 14에 따라, 관찰자(113)가 적절한 3D 화상을 손실하지 않고 최적 관찰 거리 L = 350mm에 의해 정해진 위치로부터 전방으로 이동할 수 있는 3D 관찰 영역 Yf는 67mm이도록 유도된다. 유사하게, 후방 방향으로의 3D 관찰 영역 Yb는 291mm이도록 유도된다. 그러므로, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따라, 전후 방향을 따르는 3D 관찰 영역 치수 Yf 및 Yb는, 예를 들어 도 24에 도시한 장치에 비해 연장될 수 있다.

본 실시예에서, 신호 라인은 액정 패널의 상단부 또는 하단부로부터 교대로 취해진다. 우안용 화상 신호 및 좌안용 화상 신호는 액정 패널의 상단부 또는 하단부로부터 따로따로 제공된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따르면, 편광판 및 위상판은 우안용 화소로부터 출사되는 광과 좌안용 화소로부터 출사되는 광이 다른 편광상태를 취하는 방식으로 표시 장치의 전면상에 제공되고, 렌티큘라 렌즈는 각각의 원통형 렌즈가 우안용 화소 또는 좌안용 화소에만 대응하도록 위상판에 인접하게 제공된다. 그러므로, 본 실시예에 따르면, 3D 관찰 영역은 관찰자가 우측-좌측 방향을 따라 이동할 때 임의의 블랙 벨트를 관찰함이 없이 연장될 수 있다. 반면, 종래의 화상 표시 장치는 전형적으로 각각의 원통형 렌즈가 2개의 화소, 즉 표시 스크린의 수평 방향을 따라 배열된 우안용 화소와 좌안용 화소에 대응하도록 렌티큘라 렌즈판을 결합하여, 비표시 부분이 원통형 렌즈를 통해 확대되어 우측-좌측 방향을 따라 이동하는 관찰자에 의해 블랙 벨트로서 관찰되어, 우측-좌측 방향을 따른 3D 관찰 영역을 실질적으로 제한한다는 문제를 발생시킨다.

신호 라인이 액정 패널의 상단부 또는 하단부로부터 교대로 취해지고, 우안용 화상 신호 및 좌안용 화상 신호가 그에 따라 공급되기 때문에, 본 실시예에 따른 구동 회로가 간단해질 수 있다.

표시 소자로서 액정 표시 패널의 화소의 피치를 고려하여 원통형 렌즈의 피치를 설계함으로써, 화소와 렌티큘라 렌즈판 사이의 시차로 인한 물결 무늬 스트라이프의 발생이 방지될 수 있다.

또한, 편광 안경을 착용하지 않은 관찰자가 본 실시예의 화상 표시 장치에 의해 표시된 2차원 화싱을 관찰할 수 있다.

(실시예 4)

도 12는 본 발명의 실시예 4에 따른 화상 표시 장치를 도시한 단면도이다. 도 1 또는 5에도 나타나 있는 도 12의 구성 요소는 본 명세서에서 사용된 것과 동일한 참조 번호로 표시되고, 이에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예의 화상 표시 장치는 차광판(410)이 화상 표시 장치로부터 출사되는 광 성분의 각도를 제한하기 위해 렌티큘라 렌즈판(109)의 전방에 더 제공되는 것을 제외하고 실시예 1의 것과 동일하다.

차광판(410)은 화상 표시 장치의 화소(103)가 생성되는 평면에 대하여 수직하게 형성된 다수의 차광층(411)을 포함한다. 각각의 차광층(411)은 렌티큘라 렌즈판(109)의 인접하는 원통형 렌즈들 사이의 계면과 각각 대응하도록 배치되고, 차광층(411)은 주사선에 평행하게 연장한다. 본 실시예에서, 차광판(410)은 투명 수지막(두께: 0.259mm) 및 블랙 수지막(두께: 0.05mm)이 서로에 대하여 교대로 압축된 층을 포함하는 합성물로부터 잘라내진 편으로 형성되고, 렌티큘라 렌즈판(109)로부터 재었을 때 0.49mm의 두께를 갖는다.

본 실시예에서, 차광판(410)의 차광층(411)의 피치 P1은 화소(103)의 매트릭스, 렌티큘라 렌즈판(109) 및 차광판(410) 사이의 시차로 인한 물결 무늬 프린지의 발생을 방지하도록 규정된다. 본 실시예에서, 4인치의 대각선 치수와 0.26mm의 화소 피치 P를 갖는 액정 표시 패널은 표시 소자로서 사용된다. 액정 표시 패널의 대향하는 유리 기판은 1.59mm의 두께와 1.52의 굴절율을 갖는다. 표시 장치와 관찰자 사이의 거리는 400mm이다. 차광층(411)의 피치 P1은 수학식 6에 따라 0.259가 되도록 규정된다.

디음에, 본 실시예의 화상 표시 장치의 3D 관찰가능 존은 도 13을 참조하여 설명된다.

도 13에서, 적절한 3D 화상을 손실함이 없이 수직 방향을 따라 관찰자의 이동을 허용하는 3D 관찰가능 존 Yud는 수학식 9로 표현될 수 있는데, 여기서, P는 표시 장치에서 사용된 액정 표시 패널의 화소(103)의 피치를 표시하고, B는 신호 라인에 평행한 방향을 따르는 인접 화소(103) 사이에 존재하는 블랙 스트라이프의 폭을 표시하고, d는 화소(103)을 지닌 평면과 차광판(410) 사이의 공기 환산 거리를 표시하고, L은 차광판(410)과 관찰자(113) 사이의 거리를 표시한다.

본 실시예에서 사용된 액정 표시 패널은 4인치의 대각선 치수 (즉, 45mm의 수직 치수와 60mm의 수평 치수)와 0.26mm의 화소 피치 P를 갖는다. 블랙 스트라이프(104)는 0.05mm의 폭 B를 갖는다. 액정 표시 패널의 대향 유리 기판은 1.59mm의 두께와 1.52의 굴절율을 갖는다. 그러므로, 화소(103)를 지닌 평면과 차광판(410) 사이의 공기 환산 거리는 실질적으로 1.04mm이다. 화상 표시 장치와 관찰자(113) 사이의 거리는 400mm이다. 이러한 조건하에서, 관찰자(113)가 적절한 3D 화상을 손실함이 없이 이동할 수 있는 3D 관찰가능 존의 수직 치수 Yud는 수학식 9에 따라 118mm이도록 유도된다. 반면에, 상술한 치수들을 갖는 액정 표시 패널로 구성된 종래의 3D 화상 표시 장치의 3D 관찰가능 존의 수직 치수 Yud는 14mm이다. 그러므로, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따르면, 3D 관찰가능 존의 수직 치수 Yud는 종래의 화상 표시 장치의 것에 비해 연장될 수 있다.

(각각 수학식 10 및 수학식 11로 표현될 수 있는) 전후 방향을 따라 3D 관찰 가능 존 치수 Yf 및 Yb에 대하여, 3D 관찰가능 존의 전방 치수 Yf는 265mm가 되도록 유도되는 반면, 3D 관찰가능 존의 후방 치수에 대해서는 제한이 없다. 그러므로, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따라, 수직 치수 Yud 뿐만 아니라, 3D 관찰가능 존의 전방 치수 Yf 및 후방 치수 Yb는 종래의 화상 표시 장치의 것에 비해 연장될 수 있다.

본 실시예에서는, 실시예 1과 같이, (주사선에 평행하게 배열된) 화소들의 한 행은 상술한 바와 같이 한쪽 눈(우안 또는 좌안)에 대응하는 화상을 제공하는 화소의 그룹을 한정하여, 우안용 화상을 좌안용 화상으로부터 분리시킨다. 결과적으로, 3D 관찰가능 존의 수평(또는 우측-좌측) 치수에는 제한이 없고, 관찰자가 표시 장치에 의해 표시된 2차원 화상을 관찰할 때, 관찰자는 표시 장치에 고유한 완전 해상도로 화상을 즐길 수 있다.

차광판의 차광층이 주사선 방향을 따라 그리고 서로 평행하게 연장하는 것으로 설명되었지만, 차광층은 본 발명의 효과를 훼손시키지 않고서 광학축에 대하여 경사지게 배치될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 화상 다스플레이 장치에 따르면, 편광판 및 위상판은 우안용 화소로부터 출사되는 광과 좌안용 화소로부터 출사되는 광이 다른 편광 상태를 취하도록 하는 방식으로 표시 장치의 전면상에 제공되고, 렌티큘라 렌즈는 각각의 원통형 렌즈가 주사선을 따라 배열된 화소의 행에 대응하도록 위상판에 인접하게 제공된다. 게다가, 각각의 원통형 렌즈로부터 출사되는 광 성분의 각도를 제한하는 차광판이 렌티큘라 렌즈판의 전면에 제공된다. 결과적으로, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따라, 3D 관찰가능 존의 수평(또는 우측-좌측) 치수에는 제한이 없다. 게다가, 3D 관찰가능 존의 수직 치수 뿐만 아니라 전방 치수 및 후방치수는 연장될 수 있다.

화상 표시 장치로부터 출사되는 광 성분의 각도를 제한하는 차광판을 제공함으로써, 관찰자의 수직 이동으로 인해 크로스토크되기 쉬운 영역이 또한 제거될 수 있다.

원통형 렌즈 및 차광판의 피치들은 사용된 표시 소자의 화소 피치를 고려하여 결정되기 때문에, 화소의 매트릭스, 렌티큘라 렌즈판, 및 차광판 사이의 시차로 인한 물결 무늬 프린지의 발생이 방지될 수 있다.

(실시예 5)

도 14는 본 발명의 실시예 5에 따른 화상 표시 장치를 도시한 단면도이다. 도 1에도 나타나는 도 14내의 구성 요소는 본 명세서에서 사용된 것과 동일한 참조 번호로 표시되고, 이에 대한 설명은 생략한다.

본 실시예의 화상 표시 장치는 신호 라인에 대해 평행한 방향으로 배열된 화소의 각 열이 우안용 화소 그룹 또는 좌안용 화소 그룹을 정의하고, 이 2개의 화소 그룹들이 주사 라인에 평행한 방향을 따라 교대하고, 액정 표시 장치의 양 면상의 편광판은 신호 라인에 평행한 방향을 따라 연장하는 스트라이프로 형성되어, 편광판과 조합하여 사용되는 위상판을 제거하고; 차광판(509)이 렌티큘라 렌즈판 대신에 사용되는 것을 제외하고 실시예 1의 것과 유사하다.

본 실시예의 화상 표시 장치에서, 편광판(501a) 및 편광판(501b)은 액정층(112)으로부터 떨어져 접하는 TFT 기판(102a) 측에 제공된다. 편광판(501) 및 편광판(501b)은 표시 스크린의 수직 방향을 따라서 각각의 신호 라인에 대응하게 교대로 연장한다. 편광판(501c 및 501d)의 스트라이프는 액정층(112)으로부터 떨어져 접하는 대향 기판(102b) 측에 제공된다. 편광판들(501a 및 501b)의 편광 축은 서로 수직이고, 편광판들(501c 및 501d)의 편광측은 서로 수직이다. 게다가, 반대 편광관의 편광축은 서로에 대하여 수직이다. 바꾸어 말하면, 편광판들(501a 및 501d)의 편광측은 서로 수직이고, 편광판들(501b 및 501c)의 편광 축은 서로 수직이다. 결과적으로 우안용 화상과 좌안용 화상은 관찰자의 각 눈에 따로따로 제공된다.

차광판(509)은 신호 라인에 대응하도록 주기적으로 배치된 개구를 갖는 슬릿이 형성된 판이다. 차광판(509)의 각각의 개구는 표시 장치의 비표시부(108b)의 폭과 동일한 폭을 갖는다. 본 실시예에서, 차광판(509)은 그것의 개구가 0.16mm의 피치 P1로 배치되도록 형성된다.

다음에, 본 실시예의 화상 표시 장치(500)에 의해 제공된 3D 관찰가능 존이 도 15를 참조하여 설명된다.

도 15에서, 적절한 3D 화상을 손실함이 없이 수평(또는 우측-좌측) 방향을 따른 관찰자의 이동을 허용하는 3D 관찰가능 존 Ylr은 다음 수학식 15에 의해 표현될 수 있다.

Ylr = (P + B - y) × L / d

여기서, P는 화상 디스프레이 장치에서 사용된 액정 패널의 화소(103)의 피치를 표시하고, B는 주사선에 평행한 방향 (즉, 행 방향)을 따라 인접 화소(103)사이에 존재하는 블랙 스트라이프의 폭을 표시하고, d는 화소(103)을 지니는 평면과 슬릿된 판(509)사이의 공기 화산 거리를 표시하고, L은 슬릿이 있는 판(509)과 관찰자(113)사이의 거리를 표시한다.

본 실시예에서 사용된 액정 표시 패널은 4인치의 대각선 치수 (즉, 45mm의 수직 치수 및 60mm의 수직 치수) 및 0.16mm의 화소 피치 P를 갖는다. 블랙 스트라이프(104)는 0.01mm의 폭 B를 갖는다. 액정 표시 패널의 대향 유리 기판(102b)은 1.1 mm의 두께 d1 및 1.52의 굴절율을 갖는다. 그러므로, 화소(103)를 지닌 평면과 슬릿된 판(509) 사이의 공기 환산 거리는 실질적으로 0.72mm이다. 슬릿된 판(509)의 각각의 개구의 폭 y는 0.01mm이다. 화상 표시 장치와 관찰자(113) 사이의 거리 L은 400mm이다. 이러한 조건하에서, 관찰자(113)가 적절한 3D 화상을 손실함이 없이 이동할 수 있는 3D 관찰가능 존의 수평(우측-좌측) 치수는 수학식 15에 따라 88mm이도록 유도된다. 그러므로, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따라, 3D 관찰가능 존의 수평 치수 Ylr은 종래의 화상 표시 장치의 것에 비해 연장될 수 있다.

(실시예 3에서 각각 수학식 13 및 수학식 14로 표현될 수 있는) 전후 방향을 따르는 3D 관찰가능 존 치수 Yf 및 Yb에 대해, 3D 관찰가능 존의 전방 치수 Yf는 175mm가 되도록 되는 반면, 3D 관찰가능 존의 후방 치수에 대해서는 제한이 없다.

본 실시예에서, 편광판(501a, 501b, 501c, 및 501d)은 임의의 반대 편광판의 편광 축이 서로 수직이도록 배치된다. 그러나, 3D 관찰가능 존의 상술한 연장 효과는 또한 반대 편광판의 편광축이 서로 평행이 되게 놓이는 경우에 얻어질 수 있다. 스트라이프형 편광판을 사용하는 대신에, 실시예 1 내지 3에서와 같이, 액정 표시패널의 전면과 후면상의 그 전체 평면 위에 동일 편광 축을 갖는 편광판을 제공하고, 스트라이프형 위상판이 그 전면에 제공하는 것이 또한 적용가능하다.

본 실시예에서, 신호 라인에 평행한 방향으로 배열된 화소의 각각의 행은 우안용 화소 그룹 또는 좌안용 화소 그룹을 한정한다. 다르게는, 주사선에 평행한 방향으로 배열된 화소의 각 행은 우안용 화소 그룹 또는 좌안용 화소 그룹을 정의할 수 있는데, 화소의 각 행에 평행하고 그에 대응하게 각각 연장하는 다수의 개구를 갖는 슬릿된 판을 구비한다. 이 경우에, 구동 회로가 간단해진다는 부가적인 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따라, 편광판은 우안용 화소 또는 좌안용 화소를 통해 서로에 대해 "수직 편광된" 광 성분을 제공하도록 표시 장치의 전면에 제공되고, 슬릿된 판은 각도 제한 수단으로서 편광판에 인접하게 제공된다. 결과적으로, 관찰자가 임의의 블랙 벨트를 관찰하지 않고서 이동할 수 있는 수평(또는 우측-좌측) 3D 관찰가능 존이 연장될 수 있고, 전후 방향 뿐만 아니라 수직 방향을 따르는 3D 관찰가능 존을 또한 연장한다.

사용된 액정 표시 패널의 화소의 피치를 고려하여 슬릿이 형성된 차광판의 개구의 피치를 적절히 설계함으로써, 화소의 매트릭스와 차광판 사이의 시차로 인한 물결 무늬 프린지의 발생이 방지될 수 있다.

또한, 편광 안경을 착용하지 않는 관찰자는 본 실시예의 화상 표시 장치에 의해 표시된 2차원 화상을 관찰할 수 있다

(실시예 6)

도 16은 본 발명의 실시예 6에 따른 화상 표시 장치를 도시한 단면도이다. 도 1에도 나타나는 도 16내의 구성 요소는 본 명세서에서 사용된 것과 동일한 참조 번호로 표시되고, 이에 대한 설명은 생략한다.

본 예의 화상 표시 장치는 관찰자의 관찰점들에서의 화소들이 출사하는 (exiting) 광을 모으기 위한 필드 렌즈(613)가 주사선들에 대응하는 원통형의 렌즈들을 구비한 렌티큘라 렌즈판(109)의 전면에 제공되는 것을 제외하고 실시예 1의 것과 유사하다. 필드 렌즈(613)는 화소들의 매트릭스 및 렌티큘라 렌즈판(109) 사이의 시차(parallax)로 인한 물결무늬 프린지들(moire fringes)의 발생을 막는다. 그러므로, 렌티큘라 렌즈판(109)의 원통형 렌즈들의 피치 P1은 실시예 1에서와 반대로, 표시 소자의 화소들의 피치 P와 동일하게 세트된다. 따라서, 본 예에서는, 렌티큘라 렌즈판(109) 및 표시 소자의 화소들의 피치 P 양자가 0.25 mm로 세트된다.

본 예의 화상 표시 장치에 의해 제공된 3D-관찰가능 존은 실시예 1에서 제공된 것과 동일하다. 이의 설명은 생략한다.

그러므로, 본 예의 화상 디지플레이 장치는 우안용 화소 및 좌안용 화소에 의해 서로에 대하여 "수직 편광(perpendicularly polarized)"인 광 성분을 제공하도록 표시 장치 전면에 편광판 및 위상판들을 포함하며, 렌티큘라 렌즈판(109) 및 필드 렌즈(613)는 편광판 및 위상판들에 인접하여 제공된다. 그 결과, 3D-관찰가능 존은 연장될 수 있다

필드 렌즈(613)가 렌티큘라 렌즈판(109)의 전면에 제공되는 것으로 인해, 화소들 및 렌티큘라 렌즈판(109) 사이의 시차로 인한 물결무늬 프린지들의 발생은 심지어 렌티큘라 렌즈판(109)의 원통형 렌즈들의 피치 P1 및 표시 소자의 화소들의 피치 P가 동일할 경우에서도 방지될 수 있다.

더우기, 최적 관찰 거리 L은 필드 렌즈(613)의 초점 길이를 변경하는 것에 의해 쉽게 조정될 수 있다.

필드 렌즈(613)는 또한 유사한 효과를 제공하기 위해 어떠한 실시예들 2 - 5에서도 채용될 수 있다.

실시예들 1 - 6에서, 신호선들(혹은 주사선들)에 평행한 방향으로 정렬된 화소들의 각각의 열(혹은 행)은 우안용 화소들의 그룹 혹은 좌안용 화소들의 그룹을 정의한다. 그러나, 상기 기술된 결과들은 우안용 화소들의 그룹들 혹은 좌안용 화소들의 그룹들이 모자이크 형으로 배열되며, 화소들의 각각의 그룹은 하나 혹은 그 이상의 화소들로 구성되는 경우에서 또한 이룰 수 있다. 상기의 경우에, 만약 편광판들 및 위상판들의 조합이 우안용 화소들 및 좌안용 화소 화소들에 각각 다른 편광 상태들을 갖는 광 성분들을 제공하기 위한 광 수단으로서 사용된다면, 위상판들은 화소들의 배열에 대응하여 모자이크 형으로 배열되어야 한다. 만약 상기의 경우에서 단지 편광판들만이 채용된다면, 실시예 5에서와 같이, 전면 및 후면의 편광판들이 화소들의 그룹들의 배열에 대응하여 모자이크 형으로 배열된다.

더우기, 실시예들 1 - 6의 어떠한 경우에서, 렌티큘라 렌즈판은 각각의 마이크로렌즈들이 화소들의 하나의 그룹에 대응하도록 마이크로렌즈 정렬에 의해 대체될 수 있다.

(실시예 7)

도 17A는 본 발명의 예 7에 따른 화상 표시 장치(1105)를 도시한 단면도이다. 본 예의 화상 표시 장치(1106)는 기판들(1102(a))과 (1102(b)) 사이에 삽입된 다수의 화소들의 매트릭스(1103)를 구비하는 TFT 액정 표시 패널을 포함한다.

화소들(1103)은 우안용 화소들(1103(r)) 및 좌안용 화소들(1103(l))로 분류된다. 우안용 화소들(1103(r)) 및 좌안용 화소들(1103(l))의 그룹들은 각각의 주사선에 대응하도록 배치된다

본 실시예에서는, 편광판들(1101(a)) 및 1101(b))이 액정 표시 패널을 삽입하도록 액정 표시 패널의 외부 면들상에 제공된다. 기판 (1102(a))상의 편광판(1101(a))은 전체 표면 위에서 동일한 편광 축(axis)을 가진다. 다른 기판(대향 기판)(1102(b))의 전면에 제공된 편광판(1101(b))은 편광 축이 편광판(1101(a))의 축에 수직이 되도록 배치된다.

분포 굴절율 렌즈(graded index lens)(1105)의 어레이는 편광판(1101b)의 앞에 제공된다. 각각의 분포 굴절율 렌즈는, 동일한 배율 (즉,같은 크기)로 이후에 기술될 물체의 직배치 화상 (즉, 비반전 화상)을 형성한다. 게다가, 스프라이프형 형태의 위상판(1100a와 1100b)은 모든 주사선에 교대로 대응하도록 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)의 앞에 제공된다. 따라서, 위상판(1100a와 1100b)은 우안용의 화소(1103r) 그룹에 대응하고 좌안용의 화소(1103l)에 (또는 반대로) 각각 대응한다. 따라서, 본 예의 화상 표시 장치(1106)에 따라, 3D 화상을 관찰하는 동안 수평 해상도는 표시 소자로서 액정 표시 패널의 화소의 수의 1/2 까지 줄어들지 않는다.

본 예에 있어서, 1/4 파장판은 위상판(1100a와 1100b)으로 사용된다. 위상판(1100a)의 슬로우 축은 편광판(1101b)의 편광축에 대해서 45° 시프트되나 위상판(1100a)의 슬로우 축에 대해서는 반대 방향으로 시프트된다.

상술된 구성을 갖는 화상 표시 장치(1106)에서, 우안용 화상과 좌안용 화상은 모든 주사 라인에 대응하여 교대적으로 표시된다. 따라서, 도 18(A)에서 도시된 바와 같이, 3D 화상이 표시되는 경우, 우안용 화상에 대한 신호(1110r)와 좌안용 화상에 대한 신호(1110l)는 우안용 화상을 위한 신호(1110r) 또는 좌안용 화상을 위한 신호(1110l)가 수평형 동기 신호(1111)와 동기하여 모든 주사선에 제공되도록 선택기(1112)에 의하여 선택되며 2개의 신호(1110r과 1110l)는 대응적으로 교대한다. 따라서, 구동 회로는 본 예에 따라서 단순화된다.

본 예에서, 액정 표시 패널에서 방출되어 편광판(1101b)과 위상판(1100a와 1100b)을 통과하는 광은 편광 방향이 모든 주사선에 대해 90°만큼 교대하도록 원편광(circularly-polarized light)으로 변환된다. 따라서, 관찰자의 안면이 한방향 또는 다른 방향으로 경사지더라도, 편광판(1107r과 1107l)을 갖고 원 편광의 각각의 방향에 대응하는 원 편광 안경(1107)을 착용함으로써 관찰자는 3D 화상을 볼 수 있다.

게다가, 본 예에서, 위상판(1100a와 1100b)은 표면을 산란시키기 위해 화학적 또는 다른 방법으로 처리된다. 결과적으로, 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)에서 방출된 광은 시야각의 범위를 증가시키기 위해 위상판(1100a와 1100b)의 표면 위에서 효과적으로 산란되어, 관찰자는 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)의 외향각을 초과하는 각도에서 화상을 보는 경우에도 쉽게 올바른 화상을 관찰할 수 있다.

다음으로, 도 17(B)를 참조하여, 분포 굴절을 렌즈 어레이(1105)의 작용에 대한 설명을 한다.

분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)는 렌즈 소자들의 어레이를 포함한다. 종래의 렌즈가 입력단면 및/또는 출력단면의 굴곡에 기초한 광의 굴절을 통해 화상을 형성하는 까닭에, 각각의 렌즈는, 도 17(B)에 도시된 바와 같이, 굴절율이 중심축에서 주변 부분으로 갈수록 감소되는 막대형(rod-like) 소자이어서, 화상은 막대형 렌즈에서 의 굴절율의 분포에 기초한 연속적 굴절에 의해서 형성된다. 따라서, "셀 포크 렌즈의 광학적 특성 및 그 응용", 니시자와, pp.85-96, 고교 자이료 vol.28, No.10.에서 개시된 바와 같이, 렌즈의 양단면이 평탄한 경우에도, 렌즈 소자는 렌즈로서 기능을 한다.

분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)의 각각의 렌즈 소자는 동일한 배율로 (즉, 비반전되고, 확대되지 않고 또는 줄어듬 없이) 올바른 영역에 존재하는 물체(1108)의 직배치 화상(비반전된 화상)을 형성하는 기능을 한다. 따라서, 화소(1103)와 렌즈 소자는 서로 일대일 대응할 필요가 없다. 액정 표시 패널에 대해서 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)를 정확하게 배치시킬 필요가 없다.

본 예에서, 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)의 길이는 동일한 배율을 갖는 화소의 비반전 화상을 생성해내도록 규정된다. 결과적으로, 액정 표시 패널에 의해서 물체(1108)로서 표시되는 화상은 동일한 배율을 갖는 직배치 화상(1109)(비반전 화상)으로서 존재한다. 게다가, 위상판(1101a와 1101b)은 본 예에서 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)가 화상을 형성할 수 있는 판 위에 배치된다. 이것은 대향 기판의 두께가 0이면 달성될 수 있는 것과 동일한 효과를 생성하여, 표시된 화상과 위상판(1101a와 1101b) 사이의 시차를 제거한다. 따라서, 본 예의 화상 표시 장치(1106)는 수직 방향 또는 전-후 방향을 따라 어떠한 제한에 의해서도 한정되지 않는 3D 관찰가능 존을 제공한다.

수학식 3내지 수학식 5로부터 종래의 시스템이 매우 작은 값으로 대향 기판의 두께를 규정함으로써 3D 관찰가능 존을 한층 확대할 수 있는 것으로 보일지 모른다. 그러나, 대향 기판의 두께를 줄이는 것은 액정 표시 패널의 강도를 크게 감소시켜 액정 표시 패널을 생성시키는 것을 어렵게 만든다. 게다가, 대향 기판의 두께를 줄이는 것은 또한 표시 패널의 두께를 제어하는 것을 어렵게 하여, 표시 품질의 상당한 저하를 야기시킨다. 따라서, 종래의 시스템은 본 발명의 경우에서와 같이 대향 기판의 두께를 실제로 0으로 줄일 수 없고, 따라서, 종래의 시스템이 제공하는 3D 관찰가능 존이 대향 기판(글래스 기판)의 두께로 인해, 몇몇 제한을 받게된다.

상술된 바와 같이, 본 예의 화상 표시 장치(1106)는 우안용 화소와 좌안용 화소를 통해서 서로에 대하여 "수직적으로 편광되는" 광성분을 제공하기 위해 표시 장치의 앞에 스프라이프형의 위상판을 포함하는데, 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)는 위상판에 근접하여 제공된다. 결과적으로, 각 화소에 의해 표시된 화상은 관찰자를 마주하는 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105) 쪽에 동일한 배율을 갖는 비반전 화상으로 제공되어, 3D 관찰가능 존이 표시 장치의 기판으로 인한 시차의 영향이 없는 상태에서 확대될 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 주사 선 방향을 따른 각각의 화소의 행은 한측 눈에 대한 화소 그룹을 한정하여 우안용 화소 그룹 및 좌안용 화소 그룹은 교대로 신호선에 평행한 방향을 따라 가고, 위상판(1100(a) 및 1100(b))은 표시 장치의 전면에 제공되어 각각의 스트라이프는 한 주사선에 대응되어, 우안용 화상과 좌안용 화상을 분리한다. 그러므로, 수평 해상도는 표시 소자로서 사용되는 액정 표시 패널의 다수의 화소의 절반으로 감소되지 않는다.

본 실시예에서, 주사선에 평행한 방향의 화소 배열의 각각의 행은 우안용 화소 그룹 또는 좌안용 화소 그룹을 지정하고, 위상판(1100(a) 및 1100(b))이 제공되어 각각의 스트라이프는 주사선에 대응한다. 선택적으로, 신호선과 평행한 방향의 화소 배열의 각각의 열은 우안용 화소 그룹 또는 좌안용 화소 그룹을 한정하고, 위상판(1100(a) 및 1100(b))이 제공되어 각각의 스트라이프는 한 신호선에 대응한다. 그러한 경우, 도 18B의 블럭도에 도시된 것처럼, 신호선은 상부 그룹 및 하부 그룹으로 분할될 수 있어서, 우안용 화상 및 좌안용 화상이 상단부 및 하단부로부터 각각 공급되어 구동 회로를 단순화한다.

더욱이, 산란 표면을 형성하도록 위상판(1100(a) 및 1100(b))의 표면에 화학적 또는 다른 처리를 함에 의해, 관찰각의 범위는 증가될 수 있어서 3D-가능 영역을 더욱 연장시킨다.

더욱이, 편광 안경을 착용하지 않은 관찰자는 표시 장치 고유의 완전 해상도의 2D 화상을 관찰할 수 있다.

본 실시예에서, 편광판(1101(b))은 대향 기판(1102(b))의 전면에 제공되고, 분포 굴절율 렌즈 배열(1105)이 그 전면에 제공된다. 그러나, 이러한 소자의 상관 위치에는 제한이 없다. 예를 들면, 도 19에 도시된 구조를 채택하는 것이 가능한데, 편광판(1101(b))의 위치와 분포 굴절을 렌즈 배열(1105)은 교환되어 표시 소자와 같은 액정 표시 패널, 분포 굴절율 렌즈 배열(1105), 편광판(1101(b)), 위상판(1100(a) 및 1100(b))이 이러한 순서로 배치된다.

본 실시예에서, 위상판(1100(a) 및 1100(b))은 1/4 파장의 위상 편이를 가진다. 그러나, 위상 편이는 이에 제한되지 않아서, 예를 들면 1/2 파장도 가능하다.

분포 굴절율 렌즈 배열(1105)은 본 실시예에서 대향 기판(1102(b))의 외부에 위치한다. 선택적으로, 분포 굴절율 렌즈 배열(1105)은 대향 기판(1102(b))으로서 사용될 수 있다.

액티브 매트릭스형 액정 표시 패널이 본 실시예의 화상 표시 장치내의 표시 소자로서 사용되지만, 우안용 화상 및 좌안용 화상을 제공하기 위한 표시 장치에는 어떠한 제한도 없다. 예를 들면, 단순 매트릭스형 액정 표시 패널, 그 자신에 광을 방출하는 표시 장치-예를 들면 EL 장치, CRT, 및 플라즈마 표시, 또는 플라즈마 어드레스 액정 표시 패널은 본 실시예의 효과를 손상시키지 않고도 사용될 수 있다.

TN 액정을 포함하는 TN 표시 모드 액정 표시 패널이 본 실시예에서 사용되었지만, 이 액정 표시 장치의 표시 모드로만 제한되지는 않는다. 예를 들면, 하이브리드(hybrid) 전계 효과 모드, 중합체-분산(polymer-dispersed) 액정 모드, 전계 유도 복굴절(birefringence) 모드, 강유전성 액정 모드, 반강자성 액정 모드, 일렉트로-크리닉(electro-clicic) 효과를 가진 스멕틱(smectic) 액정을 사용하는 위상 천이 모드, 다이나믹 확산 모드, 게스트-호스트 모드 및 액정 복합막을 포함하는 다양한 액정 표시 모드 중의 하나가 채택될 수 있다. 그러한 모드들 중에서 비편광 모드가 사용되는 경우, 편광판(1101(a))은 생략될 수 있다.

상술한 구조 및 그 변형이 제7 실시예 외에도 아래의 예에도 유사하게 적용가능하다.

(실시예 8)

이하, 도 20A를 참조로 하여 본 발명의 실시예 8에 따른 액정 표시 장치(1026)의 구조와 그 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 20A는 화상 표시 장치(1206)의 단면도이다. 도 20A의 구성 요소도 또한 도 17A 내지 도 17C 그리고 도 19와 같이 동일한 도면 참조 번호를 사용하여 표시하고 그 설명은 생략한다.

본 실시예의 화상 표시 장치는 실시예 7과 유사하지만 편광판(1201(b)) 및 (1201(c))이 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)의 일측이 아닌 양측에 제공된다는 점에서 차이가 있다. 편광판(1201(a))은 실시예 7의 편광판(1101(a))에서와 같이 그 전표면에 걸쳐서 동일한 편광축을 갖는다. 이 편광판(1201(b)) 및 (1201(c))은 그들의 편광측이 편광판(1201(a))의 편광축에 수직하게 배치된다. 이 구성에서도 역시, 액정 표시 패널과 같은 표시 소자에 의해 표시되는 화상(1208)이 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)에 의해서 동일한 크기 비를 갖는 비 반전 화상(1209)으로 화상화된다.

이와 같이, 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)의 양측 (즉, 수광측 및 출광측)에 편광판(1201(b)) 및 (1201(c))을 제공하므로써, 광이 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)를 통해 이동하는데 따른 편광 상태 (즉, 광누설)의 변동을 정류하는 것이 가능하게 된다. 결국, 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)의 일측에만 편광판이 제공되었을 때 누설광에 따른 크로스토크가 15%이었던 것이 0.1%로 격강되어 3D 화상의 표시 품질이 향상된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 화상 표시 장치(1206)가 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)의 양측에 그 전표면에 걸쳐서 동일한 편광측을 가진 편광판을 포함하고 있다. 결국, 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)를 통해서 이동하는 광의 편광 상태의 변동이 분포 굴절율 렌즈 어레이(1105)의 출광측에서 정류될 수 있다. 따라서, 누설광에 따른 크로스토크가 격강되어 3D 화상의 표시 품질의 향상을 가져온다.

(실시예 9)

이하, 도 21A 및 도 21B를 참조하여 본 발명의 실시예 9에 따른 액정 표시 장치(1306)의 구조에 대하여 설명한다. 도 21A는 화상 표시 장치(1306)를 보여주고 있으며, 도 21B는 화상 표시 장치(1306)에 사용된 섬유판 어레이의 단면을 나타내는 단면도이다. 도 21A 및 도 21B의 구성 요소가 도 17A, 17B, 17C, 19 또는 도 20A, 20B 및 20C에도 보이는데, 여기에 사용된 도면 참조 번호는 동일한 도면 부호를 병기하고 그 설명은 생략한다.

실시예 7 및 8에서, 분포 굴절율 렌즈 어레이는 대향 기판의 두께가 제로인 경우에만 달성될 수 있는 효과를 얻기 위해 대향 기판과 연계하여 사용된다. 그러나, 본 실시예에서는 편광판(1101(b))이 섬유판 어레이(1305)의 앞에 제공되면서,분포 굴절율 렌즈 어레이 및 대향 기판 대신에 섬유판 어레이(1305)가 사용된다. 편광판(1101(b))은 그 전표면에 걸쳐서 동일한 편광축을 갖는다. 게다가, 위상판(1100(a)) 및 (1100(b))의 스트라이프가 편광판(1101(b))의 전면 위에 제공된다. 한편 실시예 7의 화상 표시 장치와 본 실시예의 화상 표시 장치(1306)가 유사하므로 이와 같은 동일한 부분들의 설명은 생략한다.

이어서, 섬유판 어레이(1305)의 작용에 대하여 도 21B를 참조하여 설명한다.

섬유판 어레이(1305)는 코어층(1305(b))과 이 코어층(1305(b))을 둘러싸고 있는 클레딩층(1305(a))을 포함하는 광 섬유들의 어레이이다. 코어층(1305(b))의 굴절율 n1는 클레딩층(1305(a))의 굴절율보다 높게 규정되어 있어서 이러한 굴절율의 차로 인해 코어층(1305(b))의 내측으로 광이 전반사될 수 있다. 결국, 화소(1103)와 마주하는 섬유판 어레이(1305)의 측에 있는 화상(광)(1308)이 전 반사를 통해서(관찰자와 마주하는) 섬유판 어레이(1305)의 다른측으로 투사되어 반전되지 않고 화상(1308)의 크기와 똑같은 크기를 가진 화상(광)(1309)이 형성되게 된다. 출광측에 편광 및 위상판을 제공하므로써, 섬유판 어레이(1305)가 제로(0) 두께를 갖고 있는 것처럼 화상(광)(1309)이 표시될 수 있다.

이어서, 도 22를 참조하여, 본 실시예의 화상 표시 장치에 제공된 3D 관찰가능 존(3D-Viewable Zone)을 설명한다.

도 22에서, 화소(1103)에 의해서 표시된 화상은 섬유판 어레이(1305)를 통해서 투사되어 상(1309)(도 21B 참조)으로서 편광판(1101(b)) 상에 표시된다.

적절한 3D 화상을 소실시키지 않고 수직 방향을 따라 관찰자의 이동을 감안한 3D 관찰가능 존 Yud은 수학식 16으로 표현될 수 있다.

Yud = B x L/d'

여기서 P는 표시 화소(1103)의 피치이고, B는 화소(1103)간의 비 표시부(블랙 스트라이프)의 폭이며, L은 표시 장치와 관찰자간의 거리이고, d'는 공기 두께로 환산된 편광판(1101(b))과 위상판(1100(a))의 전체 두께이다.

앞뒤 방향을 따른 3D 관찰가능 존을 고려하면, 적절한 3D 상을 소실함이 없이 최적의 관찰 거리 L를 정의한 위치에서 전방으로 이동하는데 허용된 거리 Yf 및 적절한 3D 화상을 소실하지 않고 최적 관찰 거리를 L로 정의한 위치에서 후방으로 이동하는데 허용된 거리 Yb는 수학식 17 및 18로 각각 표현할 수 있다.

Yf = Yud x L/(Hv + Yud)

Yb = Yud x L/(Hv - Yud)

여기서 Hv는 표시 소자로서 액정 표시 패널의 수직 (즉, 신호라인에 평행한 방향을 따라) 길이를 나타낸다.

수학식 18에서, Yb는 Yud≥Hv 일때 음의 값을 취하는데, 이 값은 3D 관찰가능 존의 후방 거리에 제한되지 않음을 나타낸다.

본 실시예에 사용된 액정 표시 패널은 4인치의 대각선 크기 (즉, 45 mm의 수직 크기 Hv 및 60 mm의 수평 크기를 가짐) 및 0.26 mm의 픽셀 피치 P를 갖는다. 비표시부(블랙 스트라이프)는 0.05 mm의 폭 B를 갖는다. 편광판(1101(b)) 및 위상판(1100(a)) 혹은 (1100(b))는 0.2 mm의 전체 두께와 1.52의 굴절율 n를 갖는다. 위상판(1100(a), 1100(b))과 관찰자 간의 거리 L은 350 mm이다. 이러한 조건에서, 적절한 3D 화상을 소실하지 않고 관찰자가 이동할 수 있는 3B 관찰가능 존의 수직 크기 Yud는 수학식 16에 따르면 133 mm로 구해졌다. 3D 관찰가능 존의 전방 크기 Yf는 261 mm로 구해지며, 이에 반하여 3D 관찰가능 존의 후방 크기에는 제한이 없다.

이와는 대조적으로, 상술한 크기를 가진 액정 표시 패널로 구성된, 도 28에 도시된 종래의 3D 화상 표시 장치의 3D 관찰가능 존은 수직 치수가 24 mm, 전방 치수 Yf가 121 mm, 그리고 후방 치수 Yb가 400 mm이다.

따라서, 본 실시예의 화상 표시 장치에 따르면, 3D 관찰가능 존의 수직 치수 Yud, 전방 치수 Yf 및 후방 치수 Yb가 종래의 화상 표시 장치의 것보다 연장될 수 있다.

게다가, 본 실시예에서는 섬유판 어레이(1305)의 출광 단부면이 산란면을 형성하도록 화학적으로 그렇치 않으면 다른 방법으로 처리된다. 결국, 관찰자는 섬유판 어레이(1305)의 출광각을 초과하는 각도에서 화상을 관찰할 때에도 실질적으로 동일한 해상도로 적절한 화상을 관찰할 수 있다. 이와 같이 3D 관찰가능 존이 더 연장될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 화상 표시 장치(1306)는 편광판의 하나에 인접하게 섬유판 어레이(1305)를 설치함과 동시에, 우안용의 화소 및 좌안용의 화소를 통해서 서로 수직 편광된 광 성분을 제공하도록 액정 표시 패널의 앞에 편광판 및 위상판을 포함한다. 결과적으로, 출광하는 각 화소의 상이 대응하는 섬유판(1305)의 앞면으로 투사될 수 있으므로 3D 관찰가능 존이 연장된다.

산란면을 형성하기 위해서 섬유판 어레이(1305)의 출광 단부면을 화학적으로 혹은 다른 방법으로 처리하므로써, 관찰자가 섬유판 어레이(1305)의 출광각을 초과하는 각도에서 화상을 관찰할 때에도 실질적으로 동일한 해상도를 적절한 화상을 관찰하는 것이 가능하게 된다. 게다가, 위상판(1100(a)) 및 (1100(b))은 관찰 각도의 범위를 증가시키는 산란면을 형성하기 위해 화학적으로 혹은 다른 방법으로 처리될 수 있으므로 3D 관찰가능 존이 더욱 연장될 수 있다.

또한, 편광 안경을 착용하지 않은 관찰자가 표시 장치 고유의 완전한 해상도로 2D 화상을 볼 수 있다.

액티브 매트릭스 액정 표시 패널이 본 실시예의 화상 표시 장치의 표시 소자로 사용되지만, 우안용 영상 및 좌안용 영상을 제공하기 위한 표시 장치에 대한 제한은 없다. 예컨대, 단순 매트릭스형 액정 표시 패널, 예컨대 EL 장치, CRT 및 플라즈마 표시 장치 등과 같이 그 자신에 빛을 조사하는 표시 장치, 또는 플라즈마 어드레스 액정 표시 패널 등도 본 실시예의 효과를 저해함이 없이 사용될 수 있다.

TN 액정을 포함한 TN 표시 방식의 액정 표시 패널이 본 실시예에 사용되지 만, 이러한 액정 표시 장치의 표시 방식에 대한 제한은 없다. 예컨대, 하이브리드 전계 효과 방식, 폴리머 분산 액정 방식, 전계 유도 복굴절 방식, 강유전성 액정 방식, 반강유전성 액정 방식, 전기 임상 효과를 가진 스멕틱 액정을 사용하는 위상전이 방식, 동적 확산 방식, 게스트-호스트 방식, 및 액정 복합 필름 방식을 포함하는 각종 액정 표시 방식들 중 하나가 사용될 수 있다. 이러한 방식들 중 임의의 비편광 방식이 사용되는 경우, 편광판(1101(a))은 생략될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 화상 표시 장치에 따르면, 편광판에 의해 분리되는 우안용 영상 및 좌안용 영상의 관측 범위는 마이크로렌즈 배열을 사용함으로써 연장된다. 결과적으로, 3D 관찰가능 존의 수평 및 수직 크기가 증가하여, 편광안경을 착용한 다수인이 동시에 3D 영상을 즐길 수 있다.

마이크로렌즈 배열은 밝은 3D 영상을 제공하는 기능도 있다.

특히, 본 발명의 화상 표시 장치의 일 실시예에서는 각각의 주사선에 대해 하나의 원통형 렌즈가 제공되어, 주사선들에 평행한 방향을 따라 화소 행에 대응한다. 따라서, 3D 관찰가능 존 안에서는 비 표시 부분이 관측되지 않기 때문에, 관측자의 한 쪽 눈만이 비표시 부분에 위치하는 것이 불가능하게 된다. 결과적으로, 3D 관찰가능 존은 더욱 연장되어, 고화질 3D 영상이 제공될 수 있다.

더우기, 우안용 화소 그룹 및 좌안용 화소 그룹은 각각의 주사선에 교대로 대응하기 때문에, 신호선들에 우안용 영상 신호 및 좌안용 영상 신호를 제공하는 것이 가능하며, 이들 영상 신호들은 수평(1H) 주기마다 교대로 스위칭된다. 결과적으로, 구동 회로가 단순화될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 신호선마다 하나의 원통형 렌즈가 제공되어, 신호선들에 평행한 방향을 따라 화소 열에 대응한다. 따라서, 3D 관찰가능 존 안에는 비표시 부분이 관측되지 않기 때문에, 관측자의 한 쪽 눈만이 비표시 부분에 위치하는 것이 불가능하게 된다. 결과적으로, 3D 관찰가능 존은 더 연장되어, 고화질 3D 영상이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 편광판에 의해 분리되는 우안용 영상 및 좌안용 영상의 관측 범위가 출사광에 대한 각도 제한 수단에 의해 연장된다. 결과적으로, 3D 관찰가능 존의 수평(좌우) 및 수직(상하) 크기가 증가하기 때문에, 편광 안경을 착용한 다수인이 동시에 3D 영상을 즐길 수 있게 된다.

출사광에 대한 각도 제한 수단으로 차광판을 사용함으로써, 이러한 수단을 복잡한 화소 구조를 가진 표시 패널에 적용하는 것이 가능하게 되어, 화상 표시 장치의 생산 비용이 절감될 수 있다.

출사광에 대한 각도 제한 수단을 사용함으로써, 서브로브들을 제거하는 것이 가능하기 때문에, 고화질 3D 영상을 제공할 수 있다.

특히, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 주사선마다 하나의 차광층이 제공되어 주사선들에 평행한 방향을 따라 화소 행에 대응한다. 따라서, 3D 관찰가능 존안에는 비표시 부분이 관측되지 않기 때문에, 관측자의 한 쪽 눈만이 비표시 부분에 위치하는 것이 불가능하다. 결과적으로, 3D 관찰가능 존은 더욱 연장되어, 고화질 3D 영상이 제공될 수 있다.

더우기, 우안용 화소 그룹 및 좌안용 화소 그룹이 각각의 주사선에 교대로 대응하기 때문에, 관측자는 2 차원 영상이 표시되는 경우, 표시 장치에 고유한 최대 해상도로 2 차원 영상을 관측할 수 있다.

우안용 화소 그룹 및 좌안용 화소 그룹이 각각의 주사선에 교대로 대응하기 때문에, 우안용 영상 신호 및 좌안용 영상 신호를 신호선들에 제공하는 것이 가능하며, 이들 영상 신호들은 수평(1H) 주기마다 교대로 스위칭된다. 결과적으로, 구동회로는 단순화될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 신호선마다 하나의 차광층이 제공되어, 신호선들에 평행한 방향을 따라 화소 열에 대응한다. 따라서, 3D 관찰가능 존 안에서는 비표시 부분들(흑색 띠들)이 관측되지 않기 때문에, 관측자의 한 쪽 눈만이 비표시 부분에 위치하는 것이 불가능하다. 결과적으로, 3D 관찰가능 존은 더 연장되어, 고화질 3D 영상이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 필드 렌즈가 추가적으로 제공된다. 결과적으로, 마이크로렌즈 배열의 각각의 렌즈 소자들 또는 차광판의 각각의 개구들의 피치가 표시 패널의 화소들의 피치와 동일하게 정해진 경우에도, 화소 피치와 렌즈 피치 또는 개구 피치 사이의 시차에 기인한 물결 무의 띠들의 생성이 방지된다. 관측자에 면한 필드 렌즈면의 초점 거리를 변화시킴으로써, 3D 영상을 관측하기 위한, 표시 장치에서 관측자까지의 최적 관측 거리는 쉽게 조절될 수 있다.

또한, 본 발명의 화상 표시 장치는 모아레 렌즈들 또는 차광층들의 피치(P1)를 P1=P×L/(L+d)로 표현된 값으로 지정함으로써, 화소 피치와, 사용된 특정 광학소자 간의 시차에 기인한 물결 무의 띠들의 생성을 방지하게 되는데, 여기서 P는 표시 패널의 화소 피치를 나타내고, L은 마이크로렌즈들 또는 차광층들이 놓인 면과 관측자 간의 거리를 나타내며, d는 표시 장치의 화소들이 놓인 면과 마이크로렌즈들 또는 차광층들이 놓인 면 간의 거리, 즉 공기 중의 실제 거리로부터 공기 환산 거리를 나타낸다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 화상 표시 장치는 2 차원 매트릭스로 배열되어 우안용 화소들 및 좌안용 화소들로 그룹화된 다수의 화소들 및 우안용 화소 그룹들 및 좌안용 화소 그룹들을 위한 구동 신호를 개별적으로 제공하기 위한 수단을 포함하는 매트릭스형 표시 소자; 매트릭스형 표시 소자의 정면에 제공되어, 매트릭스 내에 배열된 화소들로부터 광을 수렴하여 동일 배율을 가진 비반전 영상을 형성하는 제1 광학 수단; 및 동일 배율을 가진 화소들의 비반전 영상의 근처에 제공되어, 우안용 화소 그룹들의 출사광과 좌안용 화소 그룹들의 출사광이 상이한 편광 상태를 갖도록 하는 제2 광학 수단을 포함한다. 결과적으로, 매트릭스형 표시 소자의 화소들의 출사광의 영상은 제1 광학 소자를 통해 전송되고 수렴되어, 관측자에 면한 표시 장치측, 즉 제2 광학 수단 상에 동일 배율을 가진 화소들의 비반전 영상을 형성한다. 따라서, 3D 영상의 관측에 고유한 크로스토크가 실질적으로 제거되어 3D 관찰가능 존이 연장된다.

특히, 분포 굴절율 렌즈 배열이 제1 광학 수단으로 사용될 수 있기 때문에, 화소들과 렌즈 배열 소자들 간의 일 대 일 대응을 확보할 필요가 없게 된다. 결과적으로, 화상 표시 장치의 구성은 단순화될 수 있다.

제1 광학 수단의 정면 및/또는 배면에 그 전체 표면에 걸쳐 동일한 편광축을 가진 적어도 하나의 편광판을 제공함으로써, 제1 광학 수단을 통해 진행하는 광 영상의 편광 방향에서의 교란 (즉, 광 누설)을 제거하는 것이 가능하다. 결과적으로,크로스토크가 더 감소되어, 표시된 3D 영상의 품질이 더 개선될 수 있다.

우안용 화소들 및 좌안용 화소들의 배열에 대응하는 위상차 패턴을 가진 위상차 층을 사용함으로써, 우안용 화소들 및 좌안용 화소들을 통해 서로에 관하여 수직으로 편광된 광 성분들을 생성하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 표시 장치의 수평 해상도는 감소되지 않는다. 주사선들에 평행한 방향 (즉, 표시 스크린의 수평 방향)으로 배열된 각각의 화소 행들이 우안용 화소 그룹 또는 좌안용 화소 그룹을 정의하도록 표시 장치를 구성함으로써, 구동 회로는 단순화될 수 있다.

더우기, 제2 광학 수단은 관측각의 범위를 증가시키기 위하여 산란면을 형성하도록 화학적으로 또는 다른 방법으로 처리되어 3D 관찰가능 존을 더욱 연장할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다른 화상 표시 장치는 2 차원 매트릭스로 배열되어 우안용 화소들 및 좌안용 화소들로 그룹화된 다수의 화소들 및 우안용 화소 그룹들 및 좌안용 화소 그룹들을 위한 구동 신호를 개별적으로 제공하기 위한 수단을 포함하는 매트릭스형 표시 소자; 매트릭스형 표시 소자의 광 출사면 상에 제공된 섬유판; 및 섬유판의 광 출사 단부면의 근처에 제공되어, 우안용 화소 그룹들의 출사광과 좌안용 화소 그룹들의 출사광이 상이한 편광 상태를 갖도록 하는 제2 광학 수단을 포함한다. 결과적으로, 매트릭스형 표시 소자의 화소들의 출사광의 영상은 그 해상도의 감소없이 광 섬유들을 통해 관측자에 면한 표시 장치 측부로 전달될 수 있다. 따라서, 3D 영상의 관측에 고유한 크로스토크가 실질적으로 제거되어, 3D 관찰가능 존의 수평(좌우) 및/또는 수직(상하) 크기가 연장된다.

특히, 우안용 화소들 및 좌안용 화소들의 배열에 대응하는 위상차 패턴을 가진 위상차 층을 제2 광학 수단으로 사용함으로써, 우안용 화소들 및 좌안용 화소들을 통해 서로에 관하여 수직으로 편광된 광 성분들을 생성하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 표시 장치의 수평 해상도는 감소되지 않는다. 주사선들에 평행한 방향 (즉, 표시 스크린의 수평 방향)으로 배열된 각각의 화소 행들이 우안용 화소 그룹 또는 좌안용 화소 그룹을 정의하도록 표시 장치를 구성함으로써, 구동 회로는 단순화될 수 있다.

더우기, 제2 광학 수단은 관측각의 범위를 증가시키기 위하여 산란면을 형성하도록 화학적으로 또는 다른 방법으로 처리되어 3D 관찰가능 존을 더욱 연장할 수 있다.

또한, 섬유판의 광 출사 단부면은 관측각의 범위를 증가시키기 위하여 산란면을 형성하도록 화학적으로 또는 다른 방법으로 처리되어 3D 관찰가능 존을 더욱 연장할 수 있다.

본 발명의 영역 및 사상을 벗어남이 없이 여러 다른 변형예들이 쉽게 만들어질 수 있음은 당해 분야의 전문가들에게는 명백한 사실이다. 따라서, 이에 첨부된 청구 범위의 범위는 여기에 개시된 설명에 한정된 것이 아니라 그보다는 넓게 해석되어야 함이 당연하다.

Claims (20)

1. 화상 표시 장치에 있어서,

   열 및 행으로 배열되어 있으며, 각각이 적어도 하나의 화소를 갖고 있는 다수의 우안 화소 그룹들과 다수의 좌안 화소 그룹들로 분리되어 있는 다수의 화소들을 갖고 있는 표시 소자;

   상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들에 개별적으로 구동 신호를 인가하는 구동기;

   상기 우안 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태가 상기 좌안 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태와는 다르게 만드는 광학 부재; 및

   상기 광학 부재의 근처에 배치되어 있는 마이크로렌즈 어레이를 포함하며,

   상기 마이크로렌즈 어레이는 마이크로렌즈들이 다음의 관계를 만족하는 피치 P1을 가지며:

   P1=P × L / (L + d)

   여기서, d는 상기 표시 소자의 화소들이 배치되어 있는 평면과 상기 마이크로렌즈 어레이가 배치되어 있는 평면 간의 공기 환산 거리를 나타내며, L은 상기 마이크로렌즈 어레이가 배치되어 있는 평면과 관찰자 간의 거리를 나타내며, P는 상기 표시 소자의 화소들의 피치를 나타내고,

   상기 마이크로렌즈들 각각은 상기 우안 화소 그룹들 및 상기 좌안 화소 그룹들 중 대응하는 한 그룹으로부터 출사되는 광을 시준하는 화상 표시 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들의 각 그룹은 일 열의 화소들을 포함하며, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들은 화소들의 행들에 대해서 평행한 행 방향으로 교대로 배치되어 있으며,

   상기 마이크로렌즈 어레이는 화소들의 열들을 따라서 연장되며 각각이 화소들의 열들과 정렬되도록 행 방향으로 배열되어 있는 다수의 원통형 렌즈들을 갖고 있는 렌티큘라 렌즈판인 화상 표시 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들의 각 그룹은 일 행의 화소들을 포함하며, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들은 화소들의 열들에 대해 평행한 열 방향으로 교대로 배치되어 있으며,

   상기 마이크로렌즈 어레이는 화소들의 행들을 따라서 연장되며 각각이 화소들의 행들과 정렬되도록 열 방향으로 배열되어 있는 다수의 원통형 렌즈들을 갖고 있는 렌티큘라 렌즈판인 화상 표시 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 초점 길이는 상기 표시 소자와 상기 마이크로렌즈 어레이 사이의 거리 보다 큰 화상 표시 장치.
5. 화상 표시 장치에 있어서,

   열 및 행으로 정렬되어 있으며, 각각이 적어도 하나의 화소를 갖고 있는 다수의 우안 화소 그룹들과 다수의 좌안 화소 그룹들로 분리되어 있는 다수의 화소들을 갖고 있는 표시 소자;

   상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들에 개별적으로 구동 신호를 인가하는 구동기;

   상기 우안 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태가 상기 좌안 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태와는 다르게 만드는 광학 부재; 및

   상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들 각각의 외향각(outgoing angle)을 제한하는 각도 제한 수단 어레이를 포함하고,

   상기 각도 제한 수단 어레이는 각도 제한 수단들이 다음의 관계를 만족하는 피치 P1을 가지며:

   P1 = P × L / (L + d)

   여기서, d는 상기 표시 소자의 화소들이 배치되어 있는 평면과 상기 각도 제한 수단 어레이가 배치되어 있는 평면 간의 공기 환산 거리를 나타내며, L은 상기 각도 제한 수단 어레이가 배치되어 있는 평면과 관찰자 간의 거리를 나타내며, P는 상기 표시 소자의 화소들의 피치를 나타내는 화상 표시 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들의 각 그룹은 일 열의 화소를 포함하며, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들은 화소들의 행들에 대해 평행한 행 방향으로 교대로 배치되어 있으며,

   상기 각도 제한 수단 어레이는 화소들의 열들을 따라서 연장되며 각각이 화소들의 열들과 정렬되도록 행 방향으로 배열되어 있는 다수의 차광층들을 갖고 있는 차광판이고, 상기 차광층들은 상기 피치 P1을 갖는 화상 표시 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들의 각 그룹은 일 행의 화소를 포함하며, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들은 화소들의 열들에 대해 평행한 열 방향으로 교대로 배치되어 있으며,

   상기 각도 제한 수단 어레이는 화소들의 행들을 따라서 연장되며 각각이 화소들의 행들과 정렬되도록 열 방향으로 배열되어 있는 다수의 차광층들을 갖고 있는 차광판이고, 상기 차광층들은 상기 피치 P1을 갖는 화상 표시 장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들의 각 그룹은 일 열의 화소를 포함하며, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들은 화소들의 행들에 대해 평행한 행 방향으로 교대로 배치되어 있으며,

   상기 각도 제한 수단 어레이는 화소들의 열들을 따라서 연장되며 각각이 화소들의 열들과 정렬되도록 행 방향으로 배열되어 있는 다수의 슬릿들을 갖고 있는 슬릿판(slitted plate)이고, 상기 슬릿들은 상기 피치 Pl을 갖는 화상 표시 장치.
9. 제5항에 있어서, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들의 각 그룹은 일 행의 화소를 포함하며, 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들은 화소들의 열들에 대해 평행한 열 방향으로 교대로 배치되어 있으며,

   상기 각도 제한 수단 어레이는 화소들의 행들을 따라서 연장되며 각각이 화소들의 행들과 정렬되도록 열 방향으로 배열되어 있는 다수의 슬릿들을 갖고 있는 슬릿판이고, 상기 슬릿들은 상기 피치 P1을 갖는 화상 표시 장치.
10. 제1항에 있어서, 광선을 상기 표시 소자로부터 출사되는 광의 광측에 평행하게 집중시키는 필드 렌즈를 더 포함하는 화상 표시 장치.
11. 제5항에 있어서, 광선을 상기 표시 소자로부터 출사되는 광의 광측에 평행하게 집중시키는 필드 렌즈를 더 포함하는 화상 표시 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는

    상기 우안 화소 그룹들로부터 출사되는 광에 제1 편광 상태를 제공하는 제1 위상판;

    상기 좌안 화소 그룹들로부터 출사되는 광에 상기 제1 편광 상태와는 다른 제2 편광 상태를 제공하는 제2 위상판; 및

    상기 제1 위상판 및 상기 제2 위상판 근처에 배치된 편광판

    을 포함하는 화상 표시 장치.
13. 제5항에 있어서, 상기 광학 부재는

    상기 우안 화소 그룹들로부터 출사되는 광에 제1 편광 상태를 제공하는 제1위상판;

    상기 좌안 화소 그룹들로부터 출사되는 광에 상기 제1 편광 상태와는 다른 제2 편광 상태를 제공하는 제2 위상판; 및

    상기 제1 위상판 및 상기 제2 위상판 근처에 배치된 편팡판

    을 포함하는 화상 표시 장치.
14. 화상 표시 장치에 있어서,

    열 및 행으로 배열되어 있으며, 각각이 적어도 하나의 화소를 갖고 있는 다수의 우안 화소 그룹들과 다수의 좌안 화소 그룹들로 분리되어 있는 다수의 화소들을 갖고 있는 표시 소자;

    상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들에 개별적으로 구동 신호를 인가하는 구동기;

    화소들 각각에 의해서 표시된 표시 화상의 정립 화상을 형성하는 제1 광학 부재 - 상기 정립 화상은 상기 표시 화상의 크기와 동일한 크기를 가짐 - ; 및

    상기 우안 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태가 상기 좌안 화소 그룹들로부터 출사되는 광의 편광 상태와는 다르게 만드는 제2 광학 부재

    를 포함하며,

    상기 제2 광학 부재는 상기 제1 광학 부재에 의해서 상기 정립 화상이 형성되는 영역 근처에 배치되는 화상 표시 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 광학 부재는 분포 굴절율 렌즈 어레이인 화상 표시 장치.
16. 제14항에 있어서, 편광측이 전체 표면 위에서 동일한 적어도 하나의 펀광판을 더 포함하며, 상기 편광판은 상기 제1 광학 부재 근처에 배치되어 있는 화상 표시 장치.
17. 제14항에 있어서, 상기 제2 광학 부재는 상기 우안 화소 그룹들과 상기 좌안 화소 그룹들에 제각기 대응하는 제1 위상 영역들과 제2 위상 영역들을 포함하는 패턴화된 위상판을 포함하므로써 상기 우안 화소 그룹들로부터 출사되는 광과 상기 좌안 화소 그룹들로부터 출사되는 광이 서로 수직으로 편광되는 화상 표시 장치.
18. 제14항에 있어서, 상기 제2 광학 부재는 산란 표면을 갖는 화상 표시 장치.
19. 제14항에 있어서, 상기 제1 광학 부재는 상기 표시 소자의 광 출사측에 배치된 섬유판이고, 상기 제2 광학 부재는 상기 섬유판의 광 출사 표면 근처에 배치되어 있는 화상 표시 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 섬유판의 광 출사 표면은 산란 표면인 화상 표시 장치.

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