KR101299184B1

KR101299184B1 - 3차원 영상 구현 시스템

Info

Publication number: KR101299184B1
Application number: KR1020120020313A
Authority: KR
Inventors: 박주언
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-08-21

Abstract

본 발명은, 동일한 하나의 게이트 배선과 연결되는 다수의 화소영역이라 정의되는 화소라인이 다수 구비된 액정패널과; 상기 액정패널의 양외측면에 각각 구비된 제 1 및 제 2 편광판과; 상기 제 2 편광판의 외측면에 구비된 제 1 패턴드 리타더와; 상기 제 1 패턴드 리타더의 외측면에 보조기판을 개재하여 구비된 제 2 패턴드 리타더를 포함하는 3D 영상 구현 시스템을 제공한다.

Description

3차원 영상 구현 시스템{3 dimensional stereography image displayable system}

본 발명은 3D 디스플레이 구현 시스템에 관한 것으로, 특히 개구율 저하없이 상하 시야각이 개선되며, 수직 크로스토크가 저감된 3D 영상 구현 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 마주보는 2개의 전극과 그 사이에 형성되는 액정층으로 구성되는데, 2개의 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장으로 액정층의 액정분자를 구동한다.

액정분자는 분극성질과 광학적 이방성(optical anisotropy)을 갖는데, 분극성질은 액정분자가 전기장 내에 놓일 경우, 액정분자내의 전하가 액정분자의 양쪽으로 몰려서 전기장에 따라 분자배열 방향이 변화되는 것을 말하고, 광학적 이방성은 액정분자의 가늘고 긴 구조와 앞서 말한 분자배열 방향에 기인하여 입사광의 입사방향이나 편광상태에 따라 출사광의 경로나 편광상태를 달리 변화시키는 것을 말한다.

이에 따라 액정층은 2개의 전극에 인가되는 전압에 의하여 투과율의 차이를 나타내게 되고 그 차이를 화소별로 달리하여 2D 영상을 표시할 수 있다.

한편, 최근에는 입체성을 가져 더욱 실감있는 영상을 표현하기 위한 즉, 3D 영상 구현이 가능한 액정표시장치에 대한 사용자들의 요구가 증대됨으로써 이에 부응하여 3D 영상 구현이 가능한 액정표시장치가 개발되고 있다.

일반적으로 3D를 표현하는 입체화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데, 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65㎜정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나게 되는 양안시차(binocular disparity)를 이용하여 입체감 있는 영상을 보여줄 수 있는 액정표시장치가 제안되었다.

조금 더 상세히 3D 영상 구현에 대해 설명하면, 액정표시장치를 바라보는 좌우의 눈은 각각 서로 다른 2D 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3D 영상의 깊이감과 실제감을 재생하게 되는 것이며, 이 같은 현상을 통상 스테레오그라피(stereography)라 한다.

액정표시장치 등과 같은 2D의 화상표시를 갖는 장치에서 3D 입체화상을 표시하기 위해 제시된 기술로는 특수 안경에 의한 입체화상 디스플레이, 무안경식 입체화상 디스플레이 및 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 방식이 있다.

이중 특수 안경에 의한 입체화상 디스플레이 방식은 편광의 진동방향 또는 회전방향을 이용한 편광 안경방식과, 좌우화상을 서로 전환시켜가면서 교대로 제시하는 시분할 안경방식 및 좌/우안에 서로 다른 밝기의 빛을 전달하는 방식인 농도차 방식으로 나눌 수 있다.

또한, 무안경식 입체화상 디스플레이 방식은 좌/우안에 해당하는 각각의 화상 앞에 세로격자 모양의 개구(aperture)를 통하여 화상을 분리하여 관찰할 수 있게 하는 패러랙스 배리어(parallax barrier) 방식과, 반원통형 렌즈(cylindrical lens)를 스트라이프 배치한 렌티큘러 판(lenticular plate)을 이용하는 렌티큘러(lenticular) 방식 및 파리 눈 모양의 렌즈판을 이용하는 인테그럴 포토그라피(integral photography) 방식으로 나눌 수 있다.

이중, 특수 안경을 이용한 3D 영상 표시장치가 가장 많이 이용되고 있다.

도 1은 종래의 특수 안경을 이용한 3D 영상 구현 시스템을 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 종래의 특수 안경을 이용한 3D 영상 구현 시스템은 크게 화상을 표시하는 액정표시장치(10)와, 상기 액정표시장치(10)의 외측면에 부착된 패턴드 리타더(40)와, 상기 패턴드 리타더 외측면에 구비된 투명한 보조기판과, 상기 액정표시장치(10)부터 상기 패턴드 리타더(40)를 통과하여 나오는 화상을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 편광안경(45)으로 구성되고 있다.

우선, 상기 액정표시장치(10)는 어레이 기판(15)과, 컬러필터 기판(20)과 이들 두 기판(15, 20) 사이에 개재된 액정층(미도시)과, 상기 두 기판(15, 20) 각각의 외측면에 부착된 제 1 및 제 2 편광판(25, 30)과 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 1 편광판(25)의 외측면에 백라이트 유닛(미도시)을 포함하여 구성되고 있다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 편광판(25, 30)은 그 투과축이 서로 수직 교차하도록 구성되고 있다.

한편, 상기 컬러필터 기판(20)의 외측면에 부착된 상기 제 2 편광판(30)의 외측면에 구비된 패턴드 리타더(40)는 가로방향으로 홀수번째 화소라인(OL)에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 이들 화소영역(P)으로부터 상기 제 2 편광판(30)을 통해 나온 빛을 우원편광 상태가 되도록 하며, 짝수번째 화소라인(EL)에 위치하는 화소영역(P)에 대응해서는 좌원편광 상태가 되도록 하는 역할을 하도록 그 내부적으로 위상을 변경시키는 복굴절 물질이 화소영역(P) 라인별로 교대하여 서로 다른 방향성을 갖도록 패턴된 것이 특징이다.

따라서, 전술한 종래의 3D 영상 구현 시스템(1)의 구성에 의해 상기 액정표시장치(10)는 상기 패턴드 리타더(40)를 통과한 후에는 홀수번째의 화소라인(OL)에 위치하는 화소영역(P)으로부터는 우원편광 된 상태의 빛이 나오고, 짝수번째의 화소라인(EL)에 위치하는 화소영역(P)으로부터는 좌원편광된 상태의 빛이 나오게 된다.

이때, 상기 액정표시장치(10)에 있어 홀수번째 화소라인(OL)에 위치하는 화소영역에 대해서는 사용자의 좌안으로 입사되는 좌안용 영상신호를, 짝수번째 화소라인(EL)에 위치하는 화소영역(P)에 대해서는 우안으로 입사되는 우안용 영상신호를 인가하며, 최종적으로 상기 편광안경(45)을 통해 선택적으로 우원 편광된 좌안용 영상신호는 사용자의 좌안으로 입사되고 좌원 편광된 우안용 영상신호는 사용자의 우안으로 입사되도록 함으로써 3D 영상 구현이 가능하도록 하는 표시장치를 이루게 된다.

도 2는 종래의 3D 영상 구현 시스템의 일부에 대한 단면도로서 편광안경과 빛의 진행 방향을 함께 도시하였다.

도시한 바와같이, 전술한 구성을 갖는 종래의 3D 영상 구현 시스템(1)은 패턴드 리타더(40)에 있어 액정표시장치(10)의 화소라인(OL, EL)별로 우원편광 상태를 만드는 부분(이하 제 1 편광변조영역(A1)이라 칭함)과 좌원편광 상태를 만드는 부분(이하 제 2 편광변조영역(A2)이라 칭함)이 교대하도록 구성됨으로서 상기 액정표시장치(10)의 정면을 기준으로 상하로 3D 영상 시청이 가능한 시야각 범위가 정해지게 되며, 이러한 3D 영상 시청이 가능한 시야각 범위를 벗어나는 경우 좌안용 화상과 우안용 화상의 섞임에 의한 수직 크로스토크가 발생하여 3D 영상 표시 품질이 저하되고 있는 실정이다.

즉, 도면에 일례로 도시한 것과 같이, 액정표시장치(10)의 홀수번째 화소라인(OL)에서 나온 좌안용 영상신호가 상기 패턴드 리타더(40)의 제 1 편광변조영역(A1)으로 입사되지 않고 제 2 편광변조영역(A2)으로 입사됨으로써 좌원편광된 상태를 이루게 되며, 이러한 좌원편광된 빛은 좌원편광된 빛만을 선택적으로 받아들이는 편광안경의 우안렌즈(45b)으로 입사됨으로써 좌우화상 섞임에 의한 3D 영상 표시 품질이 저하되는 문제가 발생되고 있다.

이러한 문제를 해결하고자 액정표시장치(10)의 각 화소라인(OL, EL)별 경계 더욱 정확히는 각 화소영역(P) 간의 경계에는 블랙매트릭스(21)가 구비됨으로써 화상 섞임이 발생되는 것을 방지하지만, 블랙매트릭스(21)의 폭을 크게하는 경우 개구율 저하가 발생됨으로써 블랙매트릭스 폭을 통해 3D 수직 크로스토크 발생을 억제하는 것은 한계가 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 개구율 저하없이 3D 영상 시청 가능한 시야각 범위를 확장시킬 수 있으며, 3D 수직 크로스토크 현상을 억제할 수 있는 3D 영상 구현 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템은, 동일한 하나의 게이트 배선과 연결되는 다수의 화소영역이라 정의되는 화소라인이 다수 구비되며 서로 이웃한 화소라인의 경계에 대응하여 제 1 폭을 갖는 블랙매트릭스가 구비된 액정패널과; 상기 액정패널의 양외측면에 각각 구비된 제 1 및 제 2 편광판과; 상기 제 2 편광판의 외측면에 구비되며, 제 1 광축을 갖는 제 1 패턴드 패턴과 제 2 광축을 갖는 제 2 패턴드 패턴이 서로 교대하며 배치되는 제 1 패턴드 리타더와; 상기 제 1 패턴드 리타더의 외측면에 보조기판을 개재하여 구비되며, 제 3 광축을 갖는 제 3 패턴드 패턴과 제 4 광축을 갖는 제 4 패턴드 패턴이 서로 교대하며 배치되는 제 2 패턴드 리타더를 포함하며, 상기 제 1 패턴드 패턴은 상기 화소라인에 대응하여 형성되며 상기 제 2 패턴드 패턴은 상기 블랙매트릭스에 대응하여 이와 완전 중첩하며 상기 제 1 폭보다 작거나 같은 제 2 폭을 가지며 형성된 것이 특징 포함한다.

이때, 상기 제 1 패턴드 리타더는 이를 통과하는 빛을 λ/2만큼 위상 지연시키며, 상기 제 2 패턴드 리타더는 이를 통과하는 빛을 λ/4만큼 위상 지연시키는 것이 특징이다.

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또한, 상기 제 3 및 제 4 패턴드 패턴은 상기 화소라인에 대응하여 형성되며, 서로 이웃한 상기 제 3 및 제 4 패턴드 패턴의 경계는 상기 제 2 패턴드 패턴에 대응하여 위치하는 것이 특징이다.

그리고, 상기 제 1 광축과 제 2 광축은 절대값은 같으며 그 크기가 45도의 차이를 갖는 것이 특징이며, 상기 제 3 광축과 제 4 광축은 90도의 차이를 갖는 것이 특징이다.

또한, 상기 액정패널은 홀수번째와 짝수번째 화소라인에 대해 각각 좌안용 및 우안용 또는 우안용 및 좌안용 영상을 표시하며, 상기 홀수번째 화소라인을 통해 나온 빛은 상기 제 1 패턴드 패턴과 제 3 패턴드 패턴을 통과함으로써 좌원편광 또는 우원편광된 제 1 상태의 빛이 되며, 상기 짝수번째 화소라인을 통해 나온 빛은 상기 제 1 패턴드 패턴과 제 4 패턴드 패턴을 통과함으로써 상기 제 3 패턴드 패턴을 통과한 빛과 반대 특성인 우원편광 또는 좌원편광된 제 2 상태의 빛이 되며, 상기 홀수번째 화소라인을 통해 나온 빛은 상기 제 2 패턴드 패턴과 제 4 패턴드 패턴을 통과함으로써 상기 제 2 상태의 빛이 되며, 상기 짝수번째 화소라인을 통해 나온 빛은 상기 제 2 패턴드 패턴과 제 3 패턴드 패턴을 통과함으로써 상기 제 1 상태의 빛이 되는 것이 특징이다.

그리고, 상기 액정패널은 상기 화소라인별로 다수의 화소영역이 구비된 어레이 기판과, 이와 대향하여 상기 각 화소영역에 대응하여 컬러필터층을 갖는 컬러필터 기판과, 상기 어레이 기판 및 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층으로 이루어지며, 상기 컬러필터 기판에는 상기 화소라인의 경계에 대응하여 제 1 폭을 갖는 상기 블랙매트릭스가 구비된 것이 특징이며, 상기 보조기판은 상기 컬러필터 기판 두께의 40% 내지 50%의 두께를 갖는 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비되며, 상기 제 2 패턴드 리타더를 통과하여 나온 상기 제 1 및 제 2 상태를 갖는 빛을 각각 좌안용 및 우안용 렌즈가 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 편광안경을 포함한다.

본 발명에 따른 3D 영상 구현 시스템은, 2매의 패턴드 리타더를 구비함으로써 3D 시청용 상하 시야각 범위를 향상시키며, 나아가 블랙매트릭스의 폭 확장없이 좌안용 및 우안용 영상신호의 섞임을 억제하여 개구율 저하없이 3D 영상 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 특수안경을 이용한 3D 영상 구현 시스템을 도시한 도면.
도 2는 종래의 3D 영상 구현 시스템의 일부에 대한 단면도.
도 3은 본 발명의 3D 영상 구현 시스템을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템의 일부에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템에 있어 일부 구성요소를 확대 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템에 있어서 제 2 패턴드 패턴의 폭을 변화시키며 수직 크로스토크가 10% 이내로 발생되는 시야각 범위를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프.

이하, 도면을 참조하며 본 발명에 따른 3D 영상 구현 시스템의 구성에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템의 일부에 대한 단면도로서 편광안경과 빛의 진행 방향을 함께 도시하였다.

본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(100)은 크게 양 외측면에 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)을 구비한 화상을 표시하는 액정표시장치(110)와, 상기 액정표시장치(110)의 제 2 편광판(130) 외측면에 구비된 제 1 패턴드 리타더(140)와, 상기 제 1 패턴드 리타더(140) 외측면에 보조기판(미도시)을 개재하여 구비된 제 2 패턴드 리타더(150) 및 우원편광된 빛과 좌원편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광안경(145)으로 구성되고 있다.

우선, 상기 액정표시장치(110)는, 어레이 기판(115) 및 컬러필터 기판(120)과 이들 두 기판(115, 120) 사이에 개재된 액정층(미도시)으로 이루어진 액정패널(112)과, 상기 액정패널(112)의 외측면에 각각 부착된 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)과, 비록 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 1 편광판(125)의 외측면에 백라이트 유닛(미도시)을 포함하여 구성되고 있다.

상기 액정패널(112)에 있어 상기 어레이 기판(115)에는 서로 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하는 게이트 및 데이터 배선(116, 118)과, 이들 두 배선(116, 118)과 연결되어 각 화소영역(P)에 대응하여 박막트랜지스터(Tr)가 구비되고 있으며, 각 화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)와 연결되며 화소전극(119)이 구비되고 있다.

또한, 상기 컬러필터 기판(120)에는 각 화소영역(P)의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(121)와, 각 화소영역(P)에 순차 대응하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴으로 이루어진 컬러필터층(122)과, 상기 컬러필터층(122)을 덮으며 공통전극(미도시)이 전면에 구비되고 있다. 이때, 상기 컬러필터 기판(120)에는 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴의 경계 더욱 정확히는 상기 각 화소영역(P)의 경계에는 빛의 투과를 억제하는 블랙매트릭스(121)가 제 1 폭을 가지며 구비되고 있다.

이러한 구성요소를 포함하는 상기 액정패널(112)은 액정표시장치(110)의 구동 모드에 따라 그 내부 구성이 다양하게 변형될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 공통전극(미도시)은 상기 컬러필터 기판(120) 상의 전면에 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 컬러필터 기판(120)의 전면에 구비된 공통전극(미도시)은 상기 컬러필터 기판(120)에서는 생략되며 상기 어레이 기판(115)의 각 화소영역(P)에 상기 화소전극(119)과 교대하도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 각 화소영역(P) 내에서 교대하는 화소전극과 공통전극은 바(bar) 형태를 이루게 되며, 이러한 구성을 갖는 액정패널은 서로 이웃하여 이격하는 화소전극과 공통전극 사이의 횡전계에 의해 구동된다.

또 다른 일례로서, 상기 공통전극은 상기 어레이 기판의 표시영역 전면에 각 화소영역에 대응하여 바(bar) 형태의 개구를 갖는 형태로 형성될 수 있으며, 이 경우 화소전극은 상기 각 화소영역 내에서 판 형태를 이루며, 이러한 구성을 갖는 액정패널은 상하로 위치하는 화소전극과 다수의 바(bar) 형태의 개구를 갖는 공통전극에 의해 발생되는 프린지 필드에 의해 구동된다.

설명의 편의를 위해 상기 액정패널(112)에 구비되는 다수의 화소영역(P) 중 동일한 게이트 배선(116)과 연결된 다수의 화소영역(P)을 화소라인(OL, EL)이라 정의하며, 본 발명의 실시예에 있어서는 이러한 다수의 화소라인(OL, EL) 중 3D 영상 구현을 위해 사용자의 좌안으로 인가되는 영상신호는 홀수번째 화소라인(OL)을 통해 표현되고, 사용자의 우안으로 인가되는 영상신호는 짝수번째 화소라인(EL)을 통해 표현되는 것으로 설명한다.

이때, 서로 이웃하는 화소라인(OL, EL) 사이에는 블랙매트릭스(121)가 구비됨으로써 각 화소라인(OL, EL)간의 경계를 이루고 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 홀수번째 화소라인(OL)이 좌안용 영상을 짝수번째 화소라인(EL)이 우안용 영상을 표시하는 것으로 설명하지만, 홀수번째 화소라인(OL)이 우안용 영상을 짝수번째 화소라인(EL)이 좌안용 영상을 표시할 수도 있음은 자명하다 할 것이다.

이러한 구성을 갖는 액정패널(112)에 대해 그 투과축이 서로 수직 교차하도록 구성된 제 1 및 제 2 편광판(125, 130)이 각각 구비되며, 상기 제 1 편광판(125)의 외측면에 백라이트 유닛(미도시)이 구비됨으로써 액정표시장치(110)를 이루고 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(101)에 있어서 가장 특징적인 구성 중 하나로서, 상기 제 2 편광판(130)의 외측면에는 소정의 두께를 갖는 투명한 재질의 보조기판(미도시)을 개재하여 상기 보조기판(미도시)의 외측면에 각각 형성된 형태로서 제 1 및 제 2 패턴드 리타더(140, 150)가 구비되고 있다.

이때, 상기 제 2 편광판(130)과 인접하여 구비되는 상기 제 1 패턴드 리타더(140)는 상기 액정표시장치(110)로부터 나온 빛에 대해 λ/2 만큼 위상 지연시키는 특성을 갖는 것이 특징이며, 상기 제 1 패턴드 리타더(140)와 상기 보조기판(미도시)을 개재하여 대면하는 상기 제 2 패턴드 리타더(150)는 λ/4 만큼 위상 지연시키는 특성을 갖는 것이 특징이다.

그리고 상기 제 2 편광판(130)과 인접하여 위치하며 λ/2의 위상을 지연시키는 것을 특징으로 하는 상기 제 1 패턴드 리타더(140)에는 상기 액정패널(112)에 구비되는 홀수번째와 짝수번째 화소라인(OL, EL)에 대응해서는 상기 각 화소라인(OL, EL)과 완전 중첩하는 형태로 제 1 폭을 가지며 제 1 각도의 광축을 갖는 제 1 패턴드 패턴(141)이 구비되고 있다.

또한, 상기 제 1 패턴드 리타더(140)에는 상기 제 1 패턴드 패턴(141)과 더불어 상기 액정패널(112)의 각 화소라인(OL, EL)에 대응하여 완전 중첩하는 형태로 제 1 폭을 가지며 형성된 상기 제 1 패턴드 패턴(141) 사이에는 상기 각 화소라인(OL, EL)의 경계에 형성된 블랙매트릭스(121)에 대응하여 상기 블랙매트릭스(121)의 폭과 같거나 이보다 작은 제 2 폭을 가지며 제 2 각도의 광축을 갖는 제 2 패턴드 패턴(142)이 구비되고 있다. 이때, 상기 제 1 패턴드 패턴(141)과 제 2 패턴드 패턴(142)은 서로 교대하며 배치된 구성을 갖는다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2 패턴드 패턴(141, 142)의 광축의 각도인 제 1 및 제 2 각도는 그 절대값은 같고 서로 반대되는 부호를 가지며 그 차이는 45도 갖는 것이 특징이다. 즉, 제 1 각도가 일례로 +22.5도인 경우 상기 제 2 각도는 -22.5도가 된다.

한편, 상기 제 1 패턴드 리타더(140)와 보조기판을 개재하여 대면하며 λ/4의 위상을 지연시키는 것을 특징으로 하는 제 2 패턴드 리타더(150)는 상기 액정패널(112)에 구비되는 홀수번째 화소라인(OL)에 대응해서는 제 3 각도의 광축을 갖는 제 3 패턴드 패턴(151)이 구비되고 있으며, 상기 액정패널(112)에 구비되는 짝수번째 화소라인(EL)에 대응해서는 제 4 각도의 광축을 갖는 제 34패턴드 패턴(152)이 구비되고 있다.

이때, 상기 제 3 각도와 제 4 각도는 90도의 차이를 갖는 것이 특징이다. 일례로 상기 제 3 각도는 90도, 제 4 각도는 0도가 될 수 있다.

상기 제 2 패턴드 리타더(150)에 구비된 서로 이웃한 제 3 및 제 4 패턴드 패턴(151, 152)의 경계는 상기 제 1 패턴드 리타더(140)에 구비된 제 2 패턴드 패턴(142)과 중첩하도록 위치하는 것이 특징이며, 상기 제 2 패턴드 패턴(142)의 중앙부에 위치하는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(101)의 경우, 도면에 도시한 바와같이, 홀수번째 화소라인(OL)으로부터 나온 빛이 제 2 패턴드 리타더(150)의 제 4 패턴드 패턴(152)을 통과하게 되더라도 좌원편광된 상태가 되지 않고, 우원편광된 상태를 유지하게 됨으로써 최종적으로 우원편광된 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광안경(145)의 좌안렌즈(145a)으로 입사되고 좌원편광된 빛만은 선택적으로 투과시키는 편광안경(145)의 우안렌즈(145b)으로는 입사되더라도 투과하지 못하므로 사용자의 눈으로는 좌안용 영상이 도달하지 않는다.

상기 λ/2의 위상 지연을 발생시키는 제 1 패턴드 리타더(140)의 경우, 상기 액정표시장치(110)를 통과하여 나온 직선 편광된 빛에 대해 직선 편광을 유지하면서 광축을 바꾸는 역할을 하며 상기 제 1 패턴드 리타더(140)를 통과한 빛은 제 1 직선편광된 상태를 갖게되며, 제 2 패턴드 리타더(150)를 통과한 빛은 제 2 직선편광된 상태를 갖게 된다.

상기 제 1 및 2 직선편광된 빛은 각각 λ/2만큼의 위상을 지연시키는 제 2 패턴드 리타더(150)를 통과하며 우원 또는 좌원편광된 상태를 이루게 되는데, 상기 제 1 직선편광된 상태를 갖는 빛은 90도의 광축을 갖는 상기 제 2 패턴드 리타더(150)의 제 3 패턴드 패턴(151)을 통과하면 우원편광된 상태를 이루게 되며, 0도의 광축을 갖는 제 34패턴드 패턴(152)을 통과하면 좌원편광된 상태를 이루게 된다.

또한, 상기 제 2 직선편광된 상태를 갖는 빛은 90도의 광축을 갖는 상기 제 2 패턴드 리타더(150)의 제 3 패턴드 패턴(151)을 통과하면 좌원편광된 상태를 이루게 되며, 0도의 광축을 갖는 제 34패턴드 패턴(152)을 통과하면 우원편광된 상태를 이루게 된다.

이러한 빛의 편광특성 변화와 구성 요소의 배치특성에 의해 액정패널(112)의 홀수번째 화소라인(OL)로부터 수평하게 나온 빛은 제 1 패턴드 패턴(141)을 통과한 후 제 3 패턴드 패턴(151)을 통과하게 됨으로써 항상 우원편광된 빛이 되며, 짝수번째 화소라인(EL)으로부터 수평하게 나온 빛은 제 1 패턴드 패턴(141)을 통과한 후 제 4 패턴드 패턴(152)을 통과하게 됨으로서 항상 좌원편광된 빛이 된다.

상기 액정패널(112)로부터 수평하게 나온 빛은 블랙매트릭스(121)와 완전 중첩하도록 구성되는 제 2 패턴드 패턴(142)의 배치 특성상 상기 제 2 패턴드 패턴(142)에 도달하지 않는다.

하지만, 도면에 도시한 바와같이 홀수번째 화소라인(OL)으로부터 우상향 방향으로 진행하는 빛 중 일부가 상기 제 2 패턴드 패턴(142)을 통과하게 되며 이러한 빛은 제 3 패턴드 패턴(151)이 아니 제 4 패턴드 패턴(152)으로 입사되며, 이 경우 제 2 패턴드 패턴(142)의 광축의 영향으로 좌원편광된 상태가 아니라 우원편광된 상태가 된다.

그러므로, 최종적으로 우원편광된 빛은 선택적으로 편광안경(145)의 좌안렌즈(145a)으로만 입사되므로 사용자는 수직 크로스토크가 없이 정상적인 3D 영상을 시청하게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템은 홀수번째 화소라인(OL)으로부터 나온 빛이 짝수번째 화소라인(EL)으로부터 나온 빛이 투과해서 좌원편광된 상태를 갖도록 하는 제 4 패턴드 패턴(152)을 투과하더라도 좌원편광된 상태를 이루지 않고 우원편광된 상태를 이루게 됨으로 좌안용 영상신호와 우안용 영상신호의 섞임을 방지하여 수직 크로스토크 발생이 거의 없는 우수한 품질의 3D 영상을 시청할 수 있는 것이 특징이다.

따라서 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(101)은 종래의 λ/4의 위상 지연을 갖는 하나의 패턴드 리타더가 구비된 3D 영상 구현 시스템(도 1의 1) 대비 좌안 및 우안용 영상의 섞임을 억제하여 수직 크로스토크 현상을 저감시킴으로서 3D 표시 품질을 향상시키는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템에 있어 일부 구성요소를 확대 도시한 도면으로서, 수직 크로스토크가 발생하기 시작하는 각도와 수직 크로스토크 발생 시작 각도에 영향을 주는 구성요소를 위주로 도시한 도면이다.

3D 영상 구현 시스템에 있어서 양질의 표시품질을 갖는 3D 영상을 시청할 수 있는 수직 시야각 범위는 통상적으로 3D 수직 크로스토크가 10% 미만으로 발생하는 각도 범위로 정의되고 있으며, 통상적으로 액정표시장치의 정 중앙부를 기준으로 상부 및 하부로 각각 11도 내지 14도 수준이 되고 있다.

본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(101)의 경우, 3D 수직 크로스토크는 여러 구성요소 중 컬러필터 기판(120)과 제 2 편광판(130)과 제 1 패턴드 리타더(140)의 제 2 패턴드 패턴(142)과 액정패널(112)의 화소라인(OL, EL) 및 블랙매트릭스(121)와 관련되고 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(101)에 있어 3D 수직 크로스토크의 발생이 시작되는 각도 θc는,

θc = Aarctan((B/2 + W/2)/(G+A))

(B: 블랙매트릭스(121)의 폭, W:제 2 패턴드 패턴(142)의 폭, G: 컬러필터 기판(120)의 두께, A: 제 2 편광판(130)의 두께)

라 정의된다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(101)은 블랙매트릭스(121)의 폭(B)과 컬러필터 기판(120)의 두께(G) 및 제 2 편광판(130)의 두께(A)가 종래와 동일한 값을 갖는다고 하는 경우, 제 2 패턴드 패턴(142)의 폭(W)에 의해 수직 크로스토크가 시작되는 각도를 어느 정도 조절할 수 있으며, 이에 의해 3D 영상 시청 시야각 범위를 종래대비 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템에 있어서 제 2 패턴드 패턴의 폭을 변화시키며 수직 크로스토크가 10% 이내로 발생되는 시야각 범위를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이며, 비교예(normal이라 표시됨)로서 종래의 하나의 패턴드 리터더를 구비한 3D 영상 구현 시스템의 수직 크로스토크가 발생되는 시야각 범위를 함께 나타내었다.

도시한 바와같이, 제 1 및 제 2 패턴드 패턴(도 5의 141, 142)이 구비되며 λ/2의 위상 지연시키는 제 1 패턴드 리타더(도 5의 140) 없이 λ/4의 위상 지연시키는 하나의 패턴드 리타더(도 1의 40)를 구비한 비교예의 경우 3D 수직 크로스토크가 10% 이내로 발생되는 최대 시야각은 ㅁ16도 정도가 됨을 알 수 있다.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(도 1의 101)의 경우, λ/2의 위상을 지연시키는 제 1 패턴드 리타더(도 5의 140)에 구비되는 제 2 패턴드 패턴(142)의 폭(도 5의 W)이 70㎛ 이상이고 이와 대응하여 상기 액정패널(도 5의 112)에 구비되는 블랙매트릭스(도 5의 121)의 폭(도 5의 B)보다는 작은 폭을 갖는 범위에서는 3D 수직 크로스토크가 10% 이내로 발생되는 최대 시야각은 ㅁ14도보다 큰 범위인 ㅁ20도 정도가 됨을 알 수 있다.

그래프에 있어서는 상기 제 2 패턴드 패턴(도 5의 142)의 폭(도 5의 W)이 70㎛인 경우 3D 영상 시청을 위한 상하 시야각의 최대 크기가 ㅁ16도 정도가 되고 있으며, 80㎛인 경우 ㅁ18도, 90㎛인 경우 ㅁ19도, 100㎛인 경우 ㅁ20도 정도가 됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(도 5의 101)은 시뮬레이션을 통해서 알 수 있듯이, 제 1 패턴드 리타더(도 5의 140)의 제 2 패턴드 패턴(도 5의 142)의 폭(도 5의 W)을 70㎛과 같거나 큰 값을 갖도록 하면서 액정패널(도 4의 112)에 구비되는 블랙매트릭스(도 5의 121)의 폭보다 작거나 같은 값을 갖도록 형성하는 경우, 3D 영상 시청을 위한 상하 시야각이 향상되는 효과를 갖는다.

그래프에 있어서는 제 2 패턴드 패턴(도 5의 142)의 폭(도 5의 W)이 70㎛ 이상이 되는 경우 수직 시야각이 비교예 대비 향상되는 결과를 나타내고 있지만, 이는 화소라인의 폭 즉 화소영역의 피치 크기가 작아지는 경우 상기 제 2 패턴드 패턴(도 5의 142)의 폭(도 5의 W)이 70㎛보다 작은 값을 갖는 범위에서도 ㅁ16도 정도보다 더 큰 시야각 크기를 갖게 됨을 알 수 있었다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(도 5의 101)의 경우, 2개의 패턴드 리타더(도 5의 140, 150)가 구비됨으로써 상기 제 1 패턴드 리타더(도 5의 140)와 제 2 패턴드 리타더(도 5의 150)간의 간격 즉 보조기판(도 5의 160)의 두께 또한 3D 영상 구현 품질에 영향을 줄 수 있으며, 실험적으로 액정표시장치의 컬러필터 기판 두께의 40% 내지 60% 수준 정도의 두께를 갖는 것이 3D 수직 크로스토크의 영향을 저감시키는 관점에서 바람직함을 알 수 있었다.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 구현 시스템(101)은 일례로 홀수번째 화소라인(OL)으로부터 나온 좌안용 영상신호가 최종적으로 우원편광되어 사용자의 좌안으로 선택적으로 입사되며, 짝수번째 화소라인(EL)으로부터 나온 우안안용 영상신호가 최종적으로 좌원편광되어 사용자의 우안으로 선택적으로 입사됨으로서 3D 영상을 시청하는 구성을 일례로 나타내고 있지만, 이러한 구성을 다양하게 변형될 수 있음은 자명하다.

즉, 홀수번째 화소라인(OL)으로 나온 영상신호가 사용자의 우안으로 선택적으로 입사되도록 하는 구성을 갖도록 할 수도 있으며, 이러한 사용자의 눈으로 좌안용 및 우안용 영상이 선택적으로 입사되도록 하기 위해 좌원편광 또는 우원편광 상태를 만드는 것도 선택적으로 변경할 수 있음은 자명하다 할 것이다.

또한 제 1 패턴드 리타더(140)에 있어서 제 1 패턴드 패턴(141)은 그 광축이 22.5도 이고 제 2 패턴드 패턴(142)이 -22.5도 인 것을 일례로 나타내었지만 이는 서로 바뀌어도 무방하며, 제 2 패턴드 리타더(150)에 있어서도 상기 제 3 패턴드 패턴(151)은 광축이 0도 제 3 패턴드 패턴(151)의 광축이 90도 인 것을 일례로 나타내었지만, 이 또한 서로 바뀌어도 무방하다.

상기 제 1 패턴드 리타더(140)에 있어서 상기 제 1 및 제 2 패턴드 패턴(141, 142)은 각각 직선 편광된 상태를 유지하며 광축 변화만을 유발시키는 요소가 되며, 제 2 패턴드 리타더(150)에 있어서 상기 제 3 및 제 4 패턴드 패턴(151, 152)은 직선 편광된 빛을 받아들여 상기 직선 편광된 빛의 광축에 의해 선택적으로 좌원 또는 우원 편광된 상태를 만드는 요소가 되기 때문이다.

101 : 3D 영상 구현 시스템 110 : 액정표시장치
112 : 액정패널 115 : 어레이 기판
116 : 게이트 배선 118 : 데이터 배선
119 : 화소전극 120 : 컬러필터 기판
121 : 블랙매트릭스 122 : 컬러필터층
125 : 제 1 편광판 130 : 제 2 편광판
140 : 제 1 패턴드 리타더
141a, 141b : 제 1 및 제 2 패턴드 패턴
145 : 편광안경 145a : 좌안용 렌즈
145b : 우안용 렌즈 150 : 제 1 패턴드 리타더
151a, 151b : 제 1 및 제 2 패턴드 패턴
EL : 짝수번째 화소라인 OL : 홀수번째 화소라인
P : 화소영역 Tr : 박막트랜지스터

Claims

동일한 하나의 게이트 배선과 연결되는 다수의 화소영역이라 정의되는 화소라인이 다수 구비되며 서로 이웃한 화소라인의 경계에 대응하여 제 1 폭을 갖는 블랙매트릭스가 구비된 액정패널과;
상기 액정패널의 양외측면에 각각 구비된 제 1 및 제 2 편광판과;
상기 제 2 편광판의 외측면에 구비되며, 제 1 광축을 갖는 제 1 패턴드 패턴과 제 2 광축을 갖는 제 2 패턴드 패턴이 서로 교대하며 배치되는 제 1 패턴드 리타더와;
상기 제 1 패턴드 리타더의 외측면에 보조기판을 개재하여 구비되며, 제 3 광축을 갖는 제 3 패턴드 패턴과 제 4 광축을 갖는 제 4 패턴드 패턴이 서로 교대하며 배치되는 제 2 패턴드 리타더
를 포함하며, 상기 제 1 패턴드 패턴은 상기 화소라인에 대응하여 형성되며 상기 제 2 패턴드 패턴은 상기 블랙매트릭스에 대응하여 이와 완전 중첩하며 상기 제 1 폭보다 작거나 같은 제 2 폭을 가지며 형성된 것이 특징인 3D 영상 구현 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 패턴드 리타더는 이를 통과하는 빛을 λ/2만큼 위상 지연시키며,
상기 제 2 패턴드 리타더는 이를 통과하는 빛을 λ/4만큼 위상 지연시키는 것이 특징인 3D 영상 구현 시스템.
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 및 제 4 패턴드 패턴은 상기 화소라인에 대응하여 형성되며, 서로 이웃한 상기 제 3 및 제 4 패턴드 패턴의 경계는 상기 제 2 패턴드 패턴에 대응하여 위치하는 것이 특징인 3D 영상 구현 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 광축과 제 2 광축은 절대값은 같으며 그 크기가 45도의 차이를 갖는 것이 특징인 3D 영상 구현 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 제 3 광축과 제 4 광축은 90도의 차이를 갖는 것이 특징인 3D 영상 구현 시스템.
제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 액정패널은 홀수번째와 짝수번째 화소라인에 대해 각각 좌안용 및 우안용 또는 우안용 및 좌안용 영상을 표시하며,
상기 홀수번째 화소라인을 통해 나온 빛은 상기 제 1 패턴드 패턴과 제 3 패턴드 패턴을 통과함으로써 좌원편광 또는 우원편광된 제 1 상태의 빛이 되며,
상기 짝수번째 화소라인을 통해 나온 빛은 상기 제 1 패턴드 패턴과 제 4 패턴드 패턴을 통과함으로써 상기 제 3 패턴드 패턴을 통과한 빛과 반대 특성인 우원편광 또는 좌원편광된 제 2 상태의 빛이 되며,
상기 홀수번째 화소라인을 통해 나온 빛은 상기 제 2 패턴드 패턴과 제 4 패턴드 패턴을 통과함으로써 상기 제 2 상태의 빛이 되며,
상기 짝수번째 화소라인을 통해 나온 빛은 상기 제 2 패턴드 패턴과 제 3 패턴드 패턴을 통과함으로써 상기 제 1 상태의 빛이 되는 것이 특징인 3D 영상 구현 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 액정패널은 상기 화소라인별로 다수의 화소영역이 구비된 어레이 기판과, 이와 대향하여 상기 각 화소영역에 대응하여 컬러필터층을 갖는 컬러필터 기판과, 상기 어레이 기판 및 컬러필터 기판 사이에 개재된 액정층으로 이루어지며, 상기 컬러필터 기판에는 상기 화소라인의 경계에 대응하여 제 1 폭을 갖는 상기 블랙매트릭스가 구비된 것이 특징인 3D 영상 구현 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 보조기판은 상기 컬러필터 기판 두께의 40% 내지 50%의 두께를 갖는 것이 특징인 3D 영상 구현 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 편광판의 외측면에는 백라이트 유닛이 구비된 3D 영상 구현 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 제 2 패턴드 리타더를 통과하여 나온 상기 제 1 및 제 2 상태를 갖는 빛을 각각 좌안용 및 우안용 렌즈가 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 편광안경을 포함하는 3D 영상 구현 시스템.