KR100923348B1 - 3차원 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입체영상을 표현함과 아울러 표현된 입체영상의 휘도를 향상시킬 수 있도록 한 3차원 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명의 3차원 디스플레이 장치는 입체영상중 배경화면만을 표시하는 후면 액정패널과, 후면 액정패널과 물리적 거리를 갖도록 후면 액정패널의 상측에 설치되어 입체영상 중 배경화면을 제외한 나머지 영상을 표시하는 전면 액정패널과, 후면 액정패널의 하측에 설치되어 후면 액정패널로 광을 공급하기 위한 백 라잇 유닛과, 후면 액정패널에 제 1광투과율을 갖도록 설치되는 제 1컬러필터와, 전면 액정패널에 제 1광투과율과 상이한 제 2광투과율을 갖도록 설치되는 제 2컬러필터를 구비한다.

Description

3차원 디스플레이 장치{Three-Dimensional Display Apparatus}
도 1은 종래의 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치를 나타내는 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 전면 액정패널과 후면 액정패널간의 크기 및 높이 설정을 나타내는 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치를 나타내는 단면도.
도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 3차원 디스플레이 장치에 이용되는 컬러필터를 나타내는 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치를 나타내는 단면도.
도 10 및 도 11은 도 8에 도시된 후면 액정패널에 설치되는 컬러필터를 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10,40 : 전면 액정패널 12,42 : 후면 액정패널 14,44 : 백 라잇 유닛 16,18,20,22,46,48,50 : 편광판 30,52 : 상부기판 31,54 : 컬러필터 32,60 : 하부기판 56 : 색영역
58 : 화이트영역
본 발명은 3차원 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 입체영상을 표현함과 아울러 표현된 입체영상의 휘도를 향상시킬 수 있도록 한 3차원 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 평판표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : PDP) 및 일렉트로 루미네센스(Electro-Luminescence : EL) 표시장치등이 있다.
이중 액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광 투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 액정표시장치는 화소 매트릭스를 가지는 액정패널을 구비한다.
도 1은 종래의 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 액정표시장치는 도시되지 않은 컬러필터 어레이가 형성된 상부기판(2)과, 도시되지 않은 박막 트랜지스터 어레이가 매트릭스 형태로 배치되는 하부기판(4)과, 상부기판(2) 및 하부기판(4)의 사이에 주입된 액정(6)을 구비한다.
상부기판(2)에는 도시되지 않은 공통전극이 형성되고, 이 공통전극은 외부의 구동부로부터 소정의 구동전압을 공급받는다. 박막 트랜지스터 어레이는 하부기판(4)에 형성된 도시되지 않은 화소전극과 접속되고, 이 화소전극에 외부로부터 공급되는 소정의 구동전압(즉, 데이터에 해당하는 전압)을 공급한다. 액정(6)은 공통전극과 화소전극간의 전압차에 대응하여 유동하면서 도시되지 않은 백 라잇 유닛으로부터 공급되는 빛의 투과율을 제어한다. 컬러필터 어레이는 액정(6)으로부터 공급되는 빛이 소정의 색(R,G,B)을 갖도록 한다.
즉, 종래의 액정표시장치는 액정(6)을 이용하여 광 투과율을 제어함으로써 소정의 화상을 표시하게 된다. 이와 같은 종래의 액정표시장치에서는 2차원 영상이 표시된다. 하지만, 이와 같은 2차원 영상은 입체감등이 사실감있게 표시되지 못한다. 따라서, 종래에는 2차원 영상을 3차원으로 인식하기 위하여 고글안경이 이용되고 있다. 고글 안경은 액정패널(2)에서 표시되는 2차원 영상을 좌 및 우 영상신호로 분리하여 관찰자의 눈으로 좌/우 영상신호 각각을 공급하게 된다. 이때, 관찰자는 좌/우 영상신호의 합성영상을 3차원 영상으로 인식하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 3차원 영상 표시방법은 고글안경등의 수단이 추가로 필요하다는 단점이 있다. 다시 말하여, 2차원 영상을 3차원으로 인식하기 위하 여 다수의 관찰자들 모두가 고글안경의 착용하여야 하는 불편함이 수반된다.
따라서, 본 발명의 목적은 입체영상을 표현함과 아울러 표현된 입체영상의 휘도를 향상시킬 수 있도록 한 3차원 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 3차원 디스플레이 장치는 입체영상중 배경화면만을 표시하는 후면 액정패널과, 후면 액정패널과 물리적 거리를 갖도록 후면 액정패널의 상측에 설치되어 입체영상 중 배경화면을 제외한 나머지 영상을 표시하는 전면 액정패널과, 후면 액정패널의 하측에 설치되어 후면 액정패널로 광을 공급하기 위한 백 라잇 유닛과, 후면 액정패널에 제 1광투과율을 갖도록 설치되는 제 1컬러필터와, 전면 액정패널에 제 1광투과율과 상이한 제 2광투과율을 갖도록 설치되는 제 2컬러필터를 구비한다.
상기 제 1광투과율은 제 2광투과율보다 높은 투과율을 갖는다.
상기 제 1컬러필터는 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색으로 변환시키기 위한 색영역과; 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 색 변화없이 통과시키기 위한 화이트영역을 구비한다.
상기 화이트영역은 높은 광 투과율을 갖는 물질로 형성된다.
상기 화이트영역은 95% 이상의 광 투과율을 갖는 투명 아크릴로 형성된다.
상기 화이트영역은 색영역보다 높은 광 투과율을 갖는다.
상기 제 1컬러필터 내에서 색영역의 비율이 화이트영역의 비율보다 높게 설정된다.
상기 제 2컬러필터는 제 1컬러필터의 화이트 영역을 제외한 색영역보다 높은 투과율을 갖는다.
상기 제 2컬러필터는 제 1컬러필터보다 좁은 두께로 설정된다.
본 발명의 3차원 디스플레이 장치는 입체영상중 배경화면만을 표시함과 아울러 2개의 편광판이 상/하측에 각각 설치되는 후면 액정패널과, 후면 액정패널과 물리적 거리를 갖도록 후면 액정패널의 상측에 설치되어 입체영상 중 배경화면을 제외한 나머지 영상을 표시함과 아울러 편광판이 상/하측 중 어느 한곳에 설치되는 전면 액정패널과, 후면 액정패널의 하측에 설치되어 후면 액정패널로 광을 공급하기 위한 백 라잇 유닛과, 후면 액정패널에 제 1광투과율을 갖도록 설치되는 제 1컬러필터와, 전면 액정패널에 제 1광투과율 보다 낮은 제 2광투과율을 갖도록 설치되는 제 2컬러필터를 구비한다.
상기 전면 액정패널 상측에 편광판이 설치된다.
상기 제 1광투과율은 제 2광투과율보다 높은 투과율을 갖는다.
상기 제 1컬러필터는 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색으로 변환시키기 위한 색영역과; 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 색 변화없이 통과시키기 위한 화이트영역을 구비한다.
상기 화이트영역은 95% 이상의 광 투과율을 갖는 물질로 형성된다.
본 발명의 3차원 디스플레이 장치는 입체영상중 배경화면만을 표시함과 아울러 2개의 편광판이 상/하측에 각각 설치되는 후면 액정패널과, 입체영상 중 배경화면을 제외한 나머지 영상을 표시함과 아울러 편광판이 상/하측 중 어느 한곳에 설치되는 전면 액정패널과, 후면 액정패널의 하측에 설치되어 후면 액정패널로 광을 공급하기 위한 백 라잇 유닛을 구비하고, 상기 후면 액정패널의 컬러필터에는, 상기 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색으로 변환시키기 위한 색영역 외에, 상기 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 색 변화없이 통과시키기 위한 화이트영역이 더 구비된다.
상기 전면 액정패널은 상기 후면 액정패널과 물리적 거리를 가지고 상기 후면 액정패널의 상측에 배치된다.
상기 후면 액정패널의 하측에 설치되는 제 1편광판과, 후면 액정패널의 상측에 설치되는 제 2편광판을 구비한다.
상기 전면 액정패널의 상측에 설치되는 제 3편광판을 구비한다.
상기 제 3편광판은 제 1편광판과 동일한 투과축을 갖는다.
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상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하 도 2 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치는 전경을 표현하기 위한 전면 액정패널(10)과, 배경화면을 표시하기 위한 후면 액정패널(12)과, 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12)로 광을 공급하기 위한 백 라잇 유닛(Back light Unit : 14)을 구비한다.
후면 액정패널(12)은 한 화면의 영상 중 배경영상만을 표시한다. 예를 들어, 후면 액정패널(12)은 나무, 구름 및 해 등 정지영상을 표시할 수 있다. 이때, 배경영상을 제외한 나머지 영상(즉, 전면 액정패널(10)에서 표시될 영상)은 화이트 영상으로 표시된다. 전면 액정패널(10)은 한 화면의 영상 중 배경영상을 제외한 나머지 영상을 표시한다. 예를 들어, 전면 액정패널(10)은 동영상을 표시할 수 있다.
이와 같은 3차원 디스플레이 장치에서는 3차원 영상을 표시할 수 있도록 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12)은 소정의 물리적 거리(Physical depth)(h)를 가지고 설치된다. 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12)이 물리적 거리를 가지고 설치되면 전면 액정패널(10)에서 표시되는 영상과 후면 액정패널(12)에서 표시되는 영상이 합쳐져 입체적 영상을 표시되게 된다. 따라서, 전면 액정패널(10)의 전면에서 영상을 관찰하는 관찰자는 별도의 수단 없이 입체감 있는 3차원 영상을 획득할 수 있다.
한편, 충분한 시야각이 확보될 수 있도록 후면 액정패널(12)은 전면 액정패널(10)보다 넓은 면적을 갖도록 설치되어야 한다. 이를 도 3을 참조하여 상세히 설명하면, 관찰자는 전면 액정패널(10)의 전면에서 영상을 관찰하게 된다. 이때, 관찰자는 전면 액정패널(10)의 중심부 또는 주변부에서 영상을 관찰하게 된다. 여기서, 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12)이 동일 크기로 형성되면 관찰자가 주변부에서 영상을 관찰할 때 후면 액정패널(12)에 표시되는 배경화면을 관찰할 수 없는 경우가 발생된다. 따라서, 충분한 시야각이 확보될 수 있도록 후면 액정패널(12)은 전면 액정패널(10) 보다 넓은 면적을 갖게 된다.
한편, 전면 액정패널(10)과 후면 액정패널(12)의 거리(h)를 크게 할 수록 좀더 입체감 있는 화상을 표시할 수 있다. 하지만, 전면 액정패널(10)과 후면 액정패널(12)의 거리(h)를 넓게 할 수록 시야각이 줄어들게 된다. 다시 말하여, 전면 액정패널(10)과 후면 액정패널(12) 간의 거리가 넓어 질 수록 후면 액정패널(12)에서 표시되는 배경 영상을 관찰할 수 없는 확률이 커지게 된다.
따라서, 본 발명의 3차원 디스플레이 장치에서는 입체감 및 시야각이 동시에 만족될 수 있도록 후면 액정패널(12)의 면적 및 거리(h)는 다음과 같이 설정된다. 먼저, 전면 액정패널(10)의 양측 가장자리로부터 직선으로 연장된 선과 대략 45°각도로 연장된 선 사이에 후면 액정패널(12)이 위치될 수 있도록 후면 액정패널(12)의 크기가 설정된다. 여기서, 후면 액정패널(12)의 가장자리 크기(A)가 10㎝ 내지 15㎝의 크기를 갖도록 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12)의 높이(h)가 설정되게 된다. 이와 같은 방법으로 후면 액정패널(12)의 크기와 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12)의 높이(h)가 설정되면 입체감 및 시야각이 동시에 만족될 수 있다.
백 라잇 유닛(14)은 후면 액정패널(12) 및 전면 액정패널(10)에서 영상이 표시될 수 있도록 광을 후면 액정패널(12) 쪽으로 공급한다. 한편, 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12)에는 편광판들이 부착되어 백 라잇 유닛(14)으로부터 방출되는 광의 진행방향을 조절하면서 영상을 표시한다.
광의 진행방향 변화를 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 후면 액정패널(12)의 하측에는 제 1편광판(22)이 부착되고, 상측에는 제 2편광판(20)이 부착된다. 또한, 전면 액정패널(10)의 하측에는 제 3편광판(18)이 부착되고, 상측에는 제 4편광판(16)이 부착된다. 이와 같은 제 1 내지 제 4편광판(16 내지 22)은 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12)에서 소정의 영상이 표시될 수 있도록 특정 광축의 광만을 통과시키게 된다. 여기서, 제 2편광판(20) 및 제 3편광판(18)의 투과축은 동일하게 설정된다. 다시 말하여, 제 2편광판(20) 및 제 3편광판(18) 사이에는 공기만이 존재하기 때문에, 즉 제 2편광판(20)에서 출력된 광의 축의 변화되지 않기 때문에 제 2편광판(20) 및 제 3편광판(18)의 투과축은 동일하게 설정된다.
동작과정을 상세히 설명하면, 먼저 백 라잇 유닛(14)으로부터 방출된 광(24)은 제 1편광판(22)으로 입사된다. 제 1편광판(22)은 백 라잇 유닛(14)으로부터 방출된 광 중 수직 선평광을 후면 액정패널(12)로 공급한다. 후면 액정패널(12)은 소정이 영상이 표시될 수 있도록 제 1편광판(22)으로부터 공급되는 수직 선평광을 제어한다. 이때, 후면 액정패널(12)을 통과한 광은 수평 선편광으로 변환된다. 제 2편광판(20)은 후면 액정패널(12)로부터 공급되는 수평 선편광을 제 3편광판(18)으로 공급한다. 제 3편광판(18)은 제 2편광판(20)으로부터 공급되는 수평 선평광을 전면 액정패널(10)로 공급한다. 전면 액정패널(10)은 소정의 영상이 표시될 수 있도록 제 3편광판(18)으로부터 공급되는 수평 선평광을 제어한다. 이때, 전면 액정패널(10)을 통과한 광은 수직 선평광으로 변환된다. 제 4편광판(16)은 전면 액정패널(10)로부터 공급되는 수직 선편광을 외부로 방출하게 된다.
한편, 제 1 내지 제 4편광판(16 내지 22)에서 통과되는 빛의 광축은 도 5와 같이 변화될 수 있다.
도 5를 참조하면, 먼저 백 라잇 유닛(14)으로부터 방출된 광(24)은 제 1편광판(22)으로 입사된다. 제 1편광판(22)은 백 라잇 유닛(14)으로부터 방출된 광 중 수평 선편광을 후면 액정패널(12)로 공급한다. 후면 액정패널(12)은 소정이 영상이 표시될 수 있도록 제 1편광판(22)으로부터 공급되는 수평 선평광을 제어한다. 이때, 후면 액정패널(12)을 통과한 광은 수직 선편광으로 변환된다. 제 2편광판(20)은 후면 액정패널(12)로부터 공급되는 수직 선편광을 제 3편광판(18)으로 공급한다. 제 3편광판(18)은 제 2편광판(20)으로부터 공급되는 수직 선편광을 전면 액정패널(10)로 공급한다. 전면 액정패널(10)은 소정의 영상이 표시될 수 있도록 제 3편광판(18)으로부터 공급되는 수직 선편광을 제어한다. 이때, 전면 액정패널(10)을 통과한 광은 수평 선편광으로 변환된다. 제 4편광판(16)은 전면 액정패널(10)로부터 공급되는 수평 선편광을 외부로 방출하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 제 1 내지 제 4편광판(16 내지 22)은 수평 선평광 또는 수직 선평광을 통과시키면서 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12)에서 소정의 영상이 표시 되게 된다. 한편, 전면 액정패널(10) 및 후면 액정패널(12) 각각에는 서브 화소셀 영역에 대응되도록 컬러필터들이 설치된다.
도 6은 서브 화소셀에 설치되는 컬러필터를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 후면 액정패널(12) 및 전면 액정패널(10) 각각은 상부기판(30) 및 하부기판(32)을 구비한다. 상부기판(30) 및 하부기판(32) 사이에는 빛의 진행방향을 제어하기 위한 도시되지 않은 액정층이 위치된다. 또한, 상부기판(30)의 배면에는 컬러필터(31)가 설치된다. 컬러필터(31)는 자신의 통과하는 광이 소정의 색을 가지도록 한다. 이와 같은 컬러필터(31)들은 도 7과 같이 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 순으로 한 화소셀을 이루도록 배치되어 액정층으로부터 공급되는 빛에 의해 제어되면서 소정의 색(즉, 컬러영상)을 표시하게 된다.
이와 같은, 본 발명의 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치는 도 4에 도시된 바와 같이 액정패널(10,12) 각각에 2개의 편광판들(16,18 및 20,22)이 설치되게 된다. 하지만, 이와 같이 많은 수의 편광판들(16,18,20,22)이 사용되면 편광판들(16,18,20,22) 각각의 광 손실에 의하여 휘도가 저하되는 문제점이 있다.
이를 상세히 설명하면, 먼저 액정의 투과율을 1로 가정할 때 후면 액정패널(12)의 통과되는 제 1광은 수학식 1에 의하여 결정된다.
제 1광 = 제 1편광판 광 투과율 ×제 2편광판 광 투과율×개구율×컬러필터 투과율×입사광
(여기서, 제 1편광판(22) 광 투과율 0.44, 제 2편광판(20) 광 투과율 0.88, 개구율 0.64, 컬러필터(31) 투과율 0.43 및 입사광(즉, 백 라잇 유닛(14)으로부터 공급되는 광)을 4000nit로 가정하기로 한다.)
제 1편광판(22) 및 제 2편광판(20)의 투과율 차이를 상세히 설명하면, 제 1 편광판(22)은 백 라잇 유닛(14)으로부터 직접 광을 입력받는다. 여기서, 제 1편광판(22)은 수평 선평광(또는 수직 선평관)만을 통과시키고 그 외의 광은 통과시키지 않는다. 따라서, 제 1편광판(22)의 광 투과율은 대략적으로 0.44정도로 설정된다. 하지만, 제 2편광판(20)은 제 1편광판(22)으로부터 통과된 특정 선평광을 통과시키게 됨으로 제 1편광판(22)의 광 투과율보다 높은 0.88로 설정되게 된다.
수학식 1을 참조하여 후면 액정패널(12)에서 통과되는 제 1광을 계산하면 대략 426.23nit로 나타나게 된다. 후면 액정패널(12)에서 나온 제 1광은 전면 액정패널(10)로 입사된다. 전면 액정패널(10)에서 통과되는 제 2광은 수학식 2에 의하여 결정된다.
제 2광 = 제 3편광판 광 투과율 ×제 4편광판 광 투과율×개구율×컬러필터 투과율×제 1광
(여기서, 제 3편광판(18) 광 투과율 0.88, 제 4편광판(16) 광 투과율 0.88, 개구율 0.64 및 컬러필터(31) 투과율 0.43이라고 가정하기로 한다.)
수학식 2에서 계산된 제 2광은 대략 91nit로 나타난다. 즉, 본 발명의 3차원 디스플레이 장치에서는 백 라잇 유닛(14)으로부터 4000nit의 빛이 입사되었을 때 최종 91nit 정도의 낮은 광을 방출하게 된다. 따라서, 본 발명의 3차원 디스플레이 장치에는 높은 휘도를 가지는 입체영상의 표현이 불가능하다는 문제점이 있다.
이러한 본 발명의 3차원 디스플레이 장치의 단점을 해결하기 위하여 도 8과 같이 본 발명의 다른 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치가 제안된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다. 도 8에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치는 도 4에 도시된 본 발명의 3차원 디스플레이 장치와 편광판 및 컬러필터를 제외한 구성이 동일하게 설정된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치는 전경을 표현하기 위한 전면 액정패널(40)과, 배경 화면을 표시하기 위한 후면 액정패널(42)과, 전면 액정패널(40) 및 후면 액정패널(42)로 광을 공급하기 위한 백 라잇 유닛(44)을 구비한다.
후면 액정패널(42)은 한 화면의 영상 중 배경영상만을 표시한다. 예를 들어, 후면 액정패널(42)은 나무, 구름 및 해 등 정지영상을 표시할 수 있다. 이때, 배경영상을 제외한 나머지 영상(즉, 전면 액정패널(40)에서 표시될 영상)은 화이트 영상으로 표시된다. 이와 같은 후면 액정패널(42)은 하측에 설치되는 제 1편광판(50) 및 상측에 설치되는 제 2편광판(48)을 구비한다. 제 1편광판(50) 및 제 2편광판(48)은 특정 편광축을 가지는 광만을 통과시킨다.
전면 액정패널(40)은 한 화면의 영상 중 배경영상을 제외한 나머지 영상을 표시한다. 예를 들어, 전면 액정패널(40)은 동영상을 표시할 수 있다. 이와 같은 전면 액정패널(40)은 상측에 설치되는 제 3편광판(46)을 구비한다. 제 3편광판(46)은 특정 편광축을 가지는 광만을 통과시킨다.
이를 도 4에 도시된 3차원 디스플레이 장치와 비교하면, 본 발명의 다른 실 시예에서는 전면 액정패널(40)의 하측에 편광판이 설치되지 않음을 알 수 있다. 다시 말하여, 도 4에 도시된 전면 액정패널(10)의 상측 및 하측에는 각각 편광판(16,18)이 설치되게 된다. 하지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 전면 액정패널(40)의 상측에만 편광판(46)이 설치되게 된다.
이를 상세히 설명하면, 도 4에 도시된 3차원 디스플레이 장치에서 전면 액정패널(10)의 하측에 설치된 제 3편광판(18) 및 후면 액정패널(12)의 상측에 설치된 제 2편광판(20)은 동일한 편광축을 가지는 광을 통과시킨다. 여기서, 제 3평광판(18) 및 제 2편광판(20)이 동일한 편광축을 가지는 광을 통과시키기 때문에 도 8에 도시된 본 발명의 실시예에서는 전면 액정패널(40)의 하측에 편광판을 설치하지 않는다. 이와 같이 전면 액정패널(40)의 하측에 편광판이 설치되지 않더라도 제 2편광판(48)으로부터 방출된 특정 선편광을 가지는 광이 전면 액정패널(40)의 액정층으로 공급되게 된다.
동작과정을 설명하면, 먼저 백 라잇 유닛(44)으로부터 방출된 광(43)은 제 1편광판(50)으로 입사된다. 제 1편광판(50)은 백 라잇 유닛(44)으로부터 방출된 광 중 수직 선편광을 후면 액정패널(42)로 공급한다. 후면 액정패널(42)은 소정의 영상이 표시될 수 있도록 제 1편광판(50)으로부터 입사되는 수직 선편광을 제어한다. 이때, 후면 액정패널(42)을 통과한 광은 수평 선편광으로 변환된다. 제 2편광판(48)은 후면 액정패널(42)로부터 공급되는 수평 선편광을 전면 액정패널(40)로 공급한다.
전면 액정패널(40)은 소정의 영상이 표시될 수 있도록 제 2편광판(48)으로부 터 공급되는 수평 선편광을 제어한다. 이때, 전면 액정패널(40)을 통과한 광은 수직 선편광으로 변환된다. 제 3편광판(46)은 전면 액정패널(40)로부터 입사되는 수직 선편광을 외부로 방출하게 된다.
여기서, 제 1 내지 제 3편광판(46 내지 50)에서 통과되는 빛의 광축은 도 9와 같이 변화될 수 있다.
도 9를 참조하면, 먼저 백 라잇 유닛(44)으로부터 방출된 광(43)은 제 1편광판(50)으로 입사된다. 제 1편광판(50)은 백 라잇 유닛(14)으로부터 방출된 광 중 수평 선편광을 후면 액정패널(42)로 공급한다. 후면 액정패널(42)은 소정의 영상이 표시될 수 있도록 제 1편광판(50)으로부터 입사되는 수평 선편광을 제어한다. 이때, 후면 액정패널(42)을 통과한 광은 수직 선편광으로 변환된다. 제 2편광판(48)은 후면 액정패널(42)로부터 공급되는 수직 선편광을 전면 액정패널(40)로 공급한다.
전면 액정패널(40)은 소정의 영상이 표시될 수 있도록 제 2편광판(48)으로부터 공급되는 수직 선편광을 제어한다. 이때, 전면 액정패널(40)을 통과한 광은 수평 선편광으로 변환된다. 제 3편광판(46)은 전면 액정패널(40)로부터 입사되는 수평 선편광을 외부로 방출하게 된다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에서는 3개의 편광판(46,48,50) 만을 이용하여 전면 액정패널(40) 및 후면 액정패널(42)에 소정의 영상을 표시하게 된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 도 4에 도시된 본 발명의 실시에 의한 3차원 디스플레이 장치보다 높은 휘도를 가지는 영상을 표시할 수 있다.(즉, 편광판에 의한 광 손실을 줄일 수 있기 때문에 휘도를 향상시킬 수 있다.)
한편, 후면 액정패널(42)에는 도 10과 같은 컬러필터들이 설치된다.
도 10을 참조하면, 후면 액정패널(42)은 상부기판(52) 및 하부기판(60)을 구비한다. 상부기판(52) 및 하부기판(60) 사이에는 빛의 진행방향을 제어하기 위한 도시되지 않은 액정층이 위치된다. 상부기판(52)의 배면에는 컬러필터(54)가 설치된다. 여기서, 컬러필터(54)는 색 영역(56)과 화이트 영역(58)을 나뉘어진다. 색 영역(56)은 자신에게 입사되는 광을 적색, 녹색 또는 청색 중 어느 하나의 색으로 변환한다. 화이트 영역(58)은 자신에게 입사되는 무색으로 통과시킨다. 이를 위해, 화이트 영역은 광 투과성이 높은 물질, 예를 들면 투명 아크릴 수지로 형성될 수 있다. 투명 아크릴 수지는 대략 95% 이상의 높은 광 투과율을 갖게 된다. 따라서, 화이트 영역(58)은 자신에게 입사되는 대부분의 광을 투과시키게 된다. 한편, 컬러필터(54)에서 화이트 영역(58)은 색 영역(56) 보다는 좁은 비율을 갖도록 형성된다. 이때, 화이트 영역(58)과 색 영역(56)의 비율은 최종 목표 휘도를 고려하여 설정된다.
이를 상세히 설명하면, 수학식 1에서 일반적인 컬러필터의 투과율을 0.43으로 설정하였다. 여기서, 도 10에 도시된 컬러필터(54)의 투과율을 수학식 3을 이용하여 나타낼 수 있다. 수학식 3은 일반적으로 0.43으로 설정된 컬러필터의 투과율을 0.6으로 높이는 경우를 나타낸다.
L1×0.43 + L2 ×1 = (L1+L2)×0.6
(여기서, L1은 색영역(56)을 나타내고, L2는 화이트 영역(58)을 나타낸다. 그리고, 화이트 영역(58)의 투과율을 1로 가정하였다.)
수학식 1에서 L1은 0.702로 계산되고, L2는 0.298로 계산된다. 즉, 컬러필터(54)의 투과율을 0,6으로 높이기 위해서 색영역(56)대 화이트 영역(58)의 비율을 70.2% : 29.8%로 설정하여야 함을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서는 후면 액정패널(42)에 설치된 컬러필터(54)에 화이트 영역(58)을 추가함으로써 광 투과율을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 컬러필터(54)는 도 11과 같이 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 한 화소셀을 이루도록 배치된다.
한편, 컬러필터(54)가 화이트 영역(58)을 갖게되면 후면 액정패널(42)의 색 순도가 낮아지게 된다. 따라서, 후면 액정패널(42)에서 표시되는 배경영상이 흐릿하게 표시될 수 있다. 이와 같이 배경영상이 흐릿하게 표시되게 되면 도 4에 도시된 본 발명의 실시예보다 좀더 입체감있는 영상을 표시할 수 있게 된다. 다시 말하여, 배경영상에 비하여 전경이 강조되게 표시됨으로써 좀더 사실감 있는 입체영상을 표현할 수 있다.
한편, 전면 액정패널(40)에는 도 7과 같이 적색, 녹색 및 청색 컬러필터들이 화소셀을 이루도록 배치된다. 이때, 전면 액정패널(40)에 설치되는 컬러필터는 화이트 영역(58)을 구비하지 않는다. 다시 말하여, 전면 액정패널(40)의 컬러필터들은 색영역만을 구비하게 된다. 따라서, 전면 액정패널(40)에서 표시되는 전경 영상은 후면 액정패널(42)에서 표시되는 배경영상보다 높은 색순도를 가지고 표시된다. 다시 말하여, 후면 액정패널(42)에 설치되는 컬러필터(54)의 투과율이 전면 액정패널(40)에 설치되는 컬러필터의 투과율보다 높게 설정된다.
한편, 전면 액정패널(40)에 이용되는 컬러필터들은 후면 액정패널(42)에서 이용되는 컬러필터(54)의 색영역(56) 물질보다 높은 광 투과율을 가지는 물질이 이용될 수 있다. 또한, 전면 액정패널(40)에 설치되는 컬러필터의 두께를 후면 액정패널(42)에 설치되는 컬러필터(54)의 두께보다 얇게 설정하여 후면 액정패널(42)의 색영역(56)의 투과율보다 전면 액정패널(40)의 컬러필터 투과율을 높게 설정할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 다른 실시예에서는 전면 컬러필터의 두께 또는 물질을 조절하여 일반적으로 0.43으로 설정된 컬러필터의 투과율을 0.5정도로 향상시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 3차원 디스플레이 장치의 투과율을 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 계산하면 다음과 같다.
먼저 수학식 1에서 제 1편광판(50)의 광 투과율 0.44, 제 2편광판(48) 광 투과율 0.88, 개구율 0.64, 컬러필터(54) 투과율 0.6 및 입사광 4000nit로 가정한다. 여기서, 컬러필터(54) 투과율이 컬러필터(54)의 화이트영역(58)에 의해서 0.43에서 0.6으로 향상되었다고 가정한다.
수학식 1에서 후면 액정패널(42)에서 방출되는 제 1광은 대략 594.74nit로 나타난다. 이후, 수학식 2를 이용하여 전면 액정패널(40)에서 방출되는 제 2광을 계산하면 다음과 같다. 먼저, 수학식 2에서 제 3편광판(46)의 광 투과율 0.88, 컬러필터 투과율 0.5, 개구율 0.64로 가정한다. 여기서, 전면 액정패널(40)에 하나의 편광판만이 설치되므로 제 3편광판(46)을 고려하여 수학식 2를 계산하게 된다. 수학식 2에서 전면 애정패널(40)에서 방출되는 제 2광은 대략 167nit로 나타난다. 즉, 도 8에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 의한 3차원 디스플레이 장치에서는 도 4에 도시된 3차원 디스플레이 장치와 비교할 때 대략 2배정도의 광을 더 방출함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 3차원 디스플레이 장치에서는 휘도가 향상된 입체영상을 표현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 디스플레이 장치에 의하면 전면 액정패널 및 후면 액정패널을 물리적 거리를 두고 배치시킴으로써 입체영상을 표현할 수 있다. 또한, 전면 액정패널에 하나의 편광판을 설치함으로써 높은 휘도를 가지는 입체영상을 표시할 수 있다. 아울러, 후면 액정패널의 컬러필터가 화이트 영역을 갖도록 구성함와 아울러 전면 액정패널에 광 투과율이 높은 컬러필터를 이용함으로써 높은 휘도를 가지는 입체영상을 표시할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (19)

  1. 입체영상을 표현하기 위한 3차원 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 입체영상중 배경화면만을 표시하는 후면 액정패널과,
    상기 후면 액정패널과 물리적 거리를 갖도록 상기 후면 액정패널의 상측에 설치되어 상기 입체영상 중 상기 배경화면을 제외한 나머지 영상을 표시하는 전면 액정패널과,
    상기 후면 액정패널의 하측에 설치되어 상기 후면 액정패널로 광을 공급하기 위한 백 라잇 유닛과,
    상기 후면 액정패널에 제 1광투과율을 갖도록 설치되는 제 1컬러필터와,
    상기 전면 액정패널에 상기 제 1광투과율과 상이한 제 2광투과율을 갖도록 설치되는 제 2컬러필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1광투과율은 상기 제 2광투과율보다 높은 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1컬러필터는 상기 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색으로 변환시키기 위한 색영역과; 상기 백 라잇 유닛으로 부터 입사되는 광을 색 변화없이 통과시키기 위한 화이트영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 화이트영역은 상기 색영역에 비해 높은 광 투과율을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 화이트영역은 95% 이상의 광 투과율을 갖는 투명 아크릴로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  6. 삭제
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1컬러필터 내에서 상기 색영역의 비율이 상기 화이트영역의 비율보다 높게 설정되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2컬러필터는 상기 제 1컬러필터의 화이트영역을 제외한 상기 색영역보다 높은 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2컬러필터는 상기 제 1컬러필터보다 좁은 두께로 설정되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  10. 입체영상을 표현하기 위한 3차원 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 입체영상중 배경화면만을 표시함과 아울러 2개의 편광판이 상/하측에 각각 설치되는 후면 액정패널과,
    상기 후면 액정패널과 물리적 거리를 갖도록 상기 후면 액정패널의 상측에 설치되어 상기 입체영상 중 상기 배경화면을 제외한 나머지 영상을 표시함과 아울러 편광판이 상/하측 중 어느 한곳에 설치되는 전면 액정패널과,
    상기 후면 액정패널의 하측에 설치되어 상기 후면 액정패널로 광을 공급하기 위한 백 라잇 유닛과,
    상기 후면 액정패널에 제 1광투과율을 갖도록 설치되는 제 1컬러필터와,
    상기 전면 액정패널에 상기 제 1광투과율 보다 낮은 제 2광투과율을 갖도록 설치되는 제 2컬러필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전면 액정패널 상측에 상기 편광판이 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1광투과율은 상기 제 2광투과율보다 높은 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1컬러필터는 상기 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색으로 변환시키기 위한 색영역과; 상기 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 색 변화없이 통과시키기 위한 화이트영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 화이트영역은 95% 이상의 광 투과율을 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  15. 입체영상을 표현하기 위한 3차원 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 입체영상중 배경화면만을 표시함과 아울러 2개의 편광판이 상/하측에 각각 설치되는 후면 액정패널과,
    상기 입체영상 중 상기 배경화면을 제외한 나머지 영상을 표시함과 아울러 편광판이 상/하측 중 어느 한곳에 설치되는 전면 액정패널과,
    상기 후면 액정패널의 하측에 설치되어 상기 후면 액정패널로 광을 공급하기 위한 백 라잇 유닛을 구비하고,
    상기 후면 액정패널의 컬러필터에는, 상기 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색으로 변환시키기 위한 색영역 외에, 상기 백 라잇 유닛으로부터 입사되는 광을 색 변화없이 통과시키기 위한 화이트영역이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 전면 액정패널은 상기 후면 액정패널과 물리적 거리를 가지고 상기 후면 액정패널의 상측에 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 후면 액정패널의 하측에 설치되는 제 1편광판과,
    상기 후면 액정패널의 상측에 설치되는 제 2편광판을 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 전면 액정패널의 상측에 설치되는 제 3편광판을 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제 3편광판은 상기 제 1편광판과 동일한 투과축을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치.
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