KR101724065B1 - 지향성 도광판, 지향성 면광원 및 지향성 면광원을 채용한 3ｄ 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

지향성 도광판, 지향성 면광원 및 지향성 면광원을 채용한 3ｄ 영상 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

지향성 도광판, 지향성 면광원 및 지향성 면광원을 채용한 3D 영상 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 지향성 도광판은 서로 다른 굴절율을 가진 적어도 2개 이상의 광학 물질에 의한 시역 분리부를 가지어, 지향성 도광판의 양 측면에서 입사되는 광은 시역 분리부에 의해 좌우 시역으로 분리된다.

Description

지향성 도광판, 지향성 면광원 및 지향성 면광원을 채용한 3Ｄ 영상 디스플레이 장치{Directional waveguide plate, directional surface light source, and 3D image display apparatus employing the directional surface light source}
본 개시는 지향성 도광판, 지향성 면광원 및 지향성 면광원을 채용한 3D 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
LCD와 같은 2차원의 화상 패널을 이용하여 3차원 이미지를 디스플레이 할 수 있는 방법으로는 크게 안경 방식과 무안경 방식이 있다. 안경 방식은 예를 들어, 편광안경이나 액정셔터안경을 이용한다. 한편, 무안경식 방식은 평판형 화상 패널(flat panel display)의 전면부에 시역을 분할하는 시역분리 광학판을 부착하는 방식이 많이 연구되고 있다. 이러한 시역분리 광학판을 이용하는 방식으로 렌티귤러 렌즈(lenticular lens)나 패럴랙스 배리어(parallax barrier)를 이용하는 방식 등이 제안되고 있다. 예를 들어, 렌티큘러 방식은 2차원의 화상 패널 앞에 피치가 작은 실린더 렌즈를 복수개 배열한 것으로서, 2차원의 화상 패널에서의 영상정보가 가로방향으로 분산되어 시역을 분리할 수 있도록 한다. 이에 따라 관찰자는 좌우시역 위치에 따라 서로 다른 2차원 영상정보를 관찰하게 되고, 이로 인해 3차원 영상을 지각하게 된다.
제조가 용이하며, 저비용으로 제조가능하며, 광학설계의 다양성을 부여할 수 있는 지향성 도광판, 지향성 면광원 및 지향성 면광원을 채용한 3D 영상 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 한 측면에 따르는 지향성 도광판은,
서로 대향되는 제1 및 제2 측면에 제1 입사면과 제2 입사면이 각각 마련되며, 제1 및 제2 입사면을 통해 입사된 광을 내부 전반사를 통해 가이드하는 평판형의 도광부; 및
도광부의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 투명 재질로 형성되며, 도광부의 일 평판면에 서로 평행하게 배열되는 복수의 시역분리부;를 포함하며,
복수의 시역분리부 각각은, 제1 입사면의 길이 방향으로 길게 연장되며 도광부와 맞닿는 제1 경계면, 제2 입사면의 길이 방향으로 길게 연장되며 도광부와 맞닿는 제2 경계면, 및 출사면을 구비하며, 제1 및 제2 경계면은 제1 입사면을 통해 입사되는 광과 제2 입사면을 통해 입사되는 광이 서로 다른 시역으로 분리되도록 형성된다.
복수의 시역분리부 각각은, 제1 경계면과 출사면 사이의 제1 경사각이 제1 입사면으로부터 제2 입사면으로의 위치에 따라 달라지며, 제2 경계면과 출사면 사이의 제2 경사각이 제1 입사면으로부터 제2 입사면으로의 위치에 따라 달라지는 형상을 가질 수 있다. 즉, 복수의 시역분리부 중 어느 한 시역분리부의 제1 경계면은 다른 시역분리부의 제1 경계면의 경사각도와 다른 경사각도로 경사지며, 복수의 시역분리부 중 어느 한 시역분리부의 제2 경계면은 다른 시역분리부의 제2 경계면의 경사각도와 다른 경사각도로 경사진다. 나아가, 복수의 시역분리부 각각은, 제1 경사각이 제1 입사면으로부터 제2 입사면으로 갈수록 작아지며, 제2 경사각이 제1 입사면으로부터 제2 입사면으로 갈수록 커지는 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 복수의 시역분리부의 개수를 N이라 할 때, 제1 입사면에서 k 번째 시역분리부의 제1 경계면과 출사면 사이의 제1 경사각은 제1 입사면에서 N-k 번째 시역분리부의 제2 경계면과 출사면 사이의 제2 경사각과 같은 크기일 수 있다. 즉, 복수의 시역분리부는 제1 입사면과 제2 입사면 사이에서 서로 대칭적인 형상을 가질 수 있다.
복수의 시역분리부 각각의 길이 방향에 수직한 단면은 직선 또는 곡선의 변을 갖는 삼각형 또는 사다리꼴의 형상일 수 있다. 가령, 복수의 시역분리부 각각이 프리즘 형상을 갖는 경우, 제1 경계면, 제2 경계면, 및 출사면은 프리즘의 3면을 이룬다.
복수의 시역분리부들은 서로 이격되어 있을 수 있다. 이때, 복수의 시역분리부는 0.1μm 내지 300μm의 범위 내에 간격으로 배열되어 있을 수 있다. 또한, 복수의 시역분리부 각각의 출사면의 제1 입사면으로부터 제2 입사면 방향으로 길이가 0.1μm 내지 100μm의 범위 내에 있을 수 있다.
복수의 시역분리부 각각의 출사면을 덮는 커버부를 더 포함하며, 커버부는 복수의 시역분리부의 굴절률과 같거나 그보다 큰 굴절률을 가질 수 있다.
도광부는 제1 및 제2 입사면을 포함하는 평판형의 제1 투명 몸체와, 복수의 시역분리부 각각의 제1 및 제2 경계면과 맞닿는 제2 투명 몸체를 포함할 수 있다. 이때, 제2 투명 몸체는 제1 투명 몸체의 굴절률과 같거나 그보다 크고 복수의 시역분리부의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 투명 재질로 형성되어, 제1 투명 몸체와 제2 투명 몸체가 서로 부착되어 있을 수 있다. 또한, 제2 투명 몸체와 복수의 시역분리부는 필름 시트 형상으로 결합되며, 제2 투명 몸체와 복수의 시역분리부가 필름 시트 형상으로 제1 투명 몸체의 일 평판면에 부착되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르는 지향성 면광원은,
서로 대향되는 제1 및 제2 측면에 제1 입사면과 제2 입사면이 각각 마련되며 제1 및 제2 입사면을 통해 입사된 광을 내부 전반사를 통해 가이드하는 평판형의 도광부와, 도광부의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 투명 재질로 형성되며, 도광부의 일 평판면에 서로 평행하게 배열되는 복수의 시역분리부;를 포함하는 지향성 도광판과;
지향성 도광판의 제1 입사면에 배치되는 제1 광원과, 지향성 도광판의 제2 입사면에 배치되는 제2 광원을 구비한 광원부;를 포함하며,
복수의 시역분리부 각각은, 제1 입사면의 길이 방향으로 길게 연장되며 도광부와 맞닿는 제1 경계면, 제2 입사면의 길이 방향으로 길게 연장되며 도광부와 맞닿는 제2 경계면, 및 출사면을 구비하며, 제1 및 제2 경계면은 제1 광과 제2 광이 서로 다른 시역으로 분리되도록 형성되며,
제1 광원과 제2 광원은 선택적으로 교차 구동되거나 동시 구동된다.
광원부는 지향성 도광판의 제1 입사면에 배치되며 제1 광원의 발광원점과 다른 발광원점을 갖는 제3 광원과, 지향성 도광판의 제2 입사면에 배치되며 제2 광원의 발광원점과 다른 발광원점을 갖는 제4 광원을 더 포함할 수 있다. 이때, 제3 광원은 지향성 도광판의 평판면에 수직한 방향으로 제1 광원과 나란히 배열되며, 제4 광원은 상기 지향성 도광판의 평판면에 수직한 방향으로 상기 제2 광원과 나란히 배열될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르는 3D 영상 디스플레이 장치는 지향성 면광원과; 지향성 면광원의 출사면쪽에 배치되며, 화상을 표시하는 화상패널과; 지향성 면광원과 화상패널을 제어하는 제어부;를 포함하며,
지향성 면광원은 서로 대향되는 제1 및 제2 측면에 제1 입사면과 제2 입사면이 각각 마련되며 제1 및 제2 입사면을 통해 입사된 광을 내부 전반사를 통해 가이드하는 평판형의 도광부와, 도광부의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 투명 재질로 형성되며, 도광부의 일 평판면에 서로 평행하게 배열되는 복수의 시역분리부;를 포함하는 지향성 도광판과; 지향성 도광판의 제1 입사면에 배치되는 제1 광원과, 지향성 도광판의 제2 입사면에 배치되는 제2 광원을 구비한 광원부;를 포함하며,
복수의 시역분리부 각각은, 제1 입사면의 길이 방향으로 길게 연장되며 도광부와 맞닿는 제1 경계면, 제2 입사면의 길이 방향으로 길게 연장되며 도광부와 맞닿는 제2 경계면, 및 출사면을 구비하며, 제1 및 제2 경계면은 제1 광과 제2 광이 서로 다른 시역으로 분리되도록 형성되며,
제어부는 3D 모드에서 지향성 면광원의 제1 광원과 제2 광원을 서로 교번하여 구동하며, 2D 모드에서 지향성 면광원의 제1 광원과 제2 광원을 동시 구동한다.
지향성 면광원의 광원부는 지향성 도광판의 제1 입사면에 배치되며 제1 광원의 발광원점과 다른 발광원점을 갖는 제3 광원과, 지향성 도광판의 제2 입사면에 배치되며 제2 광원의 발광원점과 다른 발광원점을 갖는 제4 광원을 더 포함하며, 3D 모드에서 제1 내지 제4 광원은 순차적으로 구동하며, 2D 모드에서 제1 내지 제4 광원은 동시 구동한다. 이때, 제3 광원은 지향성 도광판의 평판면에 수직한 방향으로 제1 광원과 나란히 배열되며, 제4 광원은 상기 지향성 도광판의 평판면에 수직한 방향으로 상기 제2 광원과 나란히 배열될 수 있다.
개시된 실시예들에 의한 지향성 도광판, 지향성 면광원 및 지향성 면광원을 채용한 3D 영상 디스플레이 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 화상 패널의 전면부에 시역분리 광학판을 부착하는 방식에 비하여, 해상도 및 광량의 손실이 없다.
둘째, 2D 모드와 3D 모드 상호간의 전환을 위한 구성이 간단하다.
셋째, 다시역(multi-view zone)이 용이하게 구현가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 3D 영상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 3D 영상 디스플레이 장치에서 지향성 면광원의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 3은 도 2의 지향성 면광원의 개략적인 측단면도를 도시한다.
도 4는 도 3에서 A영역을 확대한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 3D 영상 디스플레이 장치의 3D 모드에서의 동작을 도시한다.
도 7은 도 1의 3D 영상 디스플레이 장치의 3D 모드에서 화상 패널에 시순차적으로 표시되는 영상을 도시한다.
도 8은 도 1의 3D 영상 디스플레이 장치의 2D 모드에서의 동작을 도시한다.
도 9는 도 2의 지향성 도광판의 일 변형례를 도시한다.
도 10은 도 2의 지향성 도광판의 다른 변형례를 도시한다.
도 11은 다른 실시예에 따른 3D 영상 디스플레이 장치의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 12 및 도 13은 도 11의 3D 영상 디스플레이 장치의 3D 모드에서의 동작을 도시한다.
도 14는 도 11의 3D 영상 디스플레이 장치의 3D 모드에서 화상 패널에 시순차적으로 표시되는 영상을 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
100, 200...3D 영상 디스플레이 장치
110, 110', 110", 210...지향성 도광판
111, 211...도광부 115, 125...시역분리부
120, 220...광원부 150, 250...화상 패널
190, 290...제어부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 3D 영상 디스플레이 장치(100)의 개략적인 구성도이다. 도 2는 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치(100)에서 지향성 면광원의 개략적인 사시도를 도시하며, 도 3은 지향성 면광원의 개략적인 측단면도를 도시한다. 도 4는 도 3에서 A영역을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치(100)는 지향성 도광판(110)과, 광원부(120)와, 화상 패널(150)과, 제어부(190)를 포함한다.
지향성 도광판(110)은 평판형의 도광부(111)와 도광부(110)의 일 평판면에 마련되는 복수의 시역분리부(115)를 포함한다.
도광부(111)는 내부 전반사를 통해 광을 가이드하는 것으로서, 투명 재질로 형성되는 평판일 수 있다. 일 예로 도광부(111)는, 도 2에 도시된 것과 같이, 2개의 넓은 평판면과 4개의 측면을 갖는 육면체 평판의 형상일 수 있다. 도광부(111)의 4개의 측면 중 서로 대향되는 2개의 측면은 지향성 도광판(110)의 제1 및 제2 입사면(110a, 110b)를 이루며, 도광부(111)의 2개의 평판면 중 일 평판면은 시역분리부(115)들이 마련되어 지향성 도광판(110)의 출사면(110c)을 이룬다. 도광부(111)의 다른 한 평판면, 즉 도광판(100)의 배면(110d)은 입사되는 광을 전반사시키면서 균일하게 가이드되도록 하는 도광패턴이 마련될 수 있다. 경우에 따라서, 도광부(111)의 측면들 중 일부는 곡면일 수 있으며, 도광부(111)의 측면들은 5개 이상으로 이루어질 수도 있을 것이다. 이러한 도광부(111)는 예를 들어, 수백 μm의 두께의 필름 형태로 형성될 수 있다.
시역분리부(115)들은 도광부(111) 내에서 전반사되어 진행되는 광을 외부로 인출시킴과 동시에, 제1 입사면(110a)으로부터 입사되는 광과 제2 입사면(110b)으로부터 입사되는 광을 서로 다른 시역(viewing zone)으로 분리시키는 것으로, 도광부(111)의 일 평판면에 마련된다.
시역분리부(115)들은 도광부(111)의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 투명 재질로 형성된다. 이는 도광부(111)와 시역분리부(115)들 사이의 제1 및 제2 경계면(B1, B2)에서 전반사되는 것을 방지하기 위함이다.
시역분리부(115) 각각은 제1 및 제2 입사면(110a, 110b)의 길이 방향(즉, x 방향)으로 길게 연장되며 길이 방향(x 방향)에 수직한 단면이 삼각형인 프리즘 형상을 가질 수 있다. 한편, 도광부(111)의 일 평판면은 시역분리부(115)들에 대해 상보적인 프리즘 형상의 가지어, 시역분리부(115) 각각의 2개 면이 도광부(111)의 내측에 위치하며, 복수의 시역분리부(115) 각각의 다른 한 면이 도광부(111)의 평판면과 같은 면상에 위치하도록 할 수 있다. 즉, 시역분리부(115) 각각은 도광부(111)와 맞닿아 경계를 이루는 제1 경계면(B1) 및 제2 경계면(B2)과, 외부로 노출되는 출사면으로 이루어진 프리즘 형상일 수 있다. 이때, 시역분리부(115) 각각의 출사면은 지향성 도광판(110)의 출사면(110c)을 이룰 수 있다. 이러한 시역분리부(115)들은 도광부(111)의 일 평판면에 서로 이격되어 평행하게 배열된다. 예를 들어 시역분리부(115)들은 0.1μm 내지 300μm의 간격으로 배열될 수 있다.
한편, 시역분리부(115)들은, 분리되는 두 시역이 지향성 도광판(110)의 출사면(110c)으로부터 거리(D) 위치에서 시청자의 좌안(EL)과 우안(ER)의 거리(d)만큼 이격되도록 설계된다. 이를 위해, 시역분리부(115)들에 있어서, 제1 경계면(B1)과 출사면(110c) 사이의 제1 경사각(도 4의 θ1)은 제1 입사면(110a)으로부터 제2 입사면(110b)으로 갈수록 작아지며, 제2 경계면(B2)과 출사면(110c) 사이의 제2 경사각(도 4의 θ2)은 제2 경사각(θ2)이 제1 입사면(110a)으로부터 제2 입사면(110b)으로 갈수록 커지도록 설계될 수 있다.
일 예로, 제1 경사각(θ1)은 제1 입사면(110a)으로부터 제2 입사면(110b)으로 갈수록 공차 Δθ만큼 일정하게 작아지고, 제2 경사각(θ2)은 제1 입사면(110a)으로부터 제2 입사면(110b)으로 갈수록 공차 Δθ만큼 일정하게 커지도록 설계될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 시역분리부(115)들을 제1 입사면(110a)으로부터 제2 입사면(110b)의 순서대로 TR(1), TR(2), …, TR(N-1), TR(N)라고 표시하면, k 번째 시역분리부(TR(k))의 제1 경사각 θ1(k)과 제2 경사각 θ2(k)은 하기의 수학식 1 및 수학식 2와 같이 설계될 수 있다.
Figure 112010071129229-pat00001
Figure 112010071129229-pat00002
한편, 시역분리부(115)들은 높이 h(도 4 참조)가 같도록 설계될 수 있다. 또는 시역분리부(115)들은 출사면(110c)쪽의 폭 a1+a2(도 4 참조)이 같도록 설계될 수도 있다. 이러한 시역분리부(115) 각각의 제1 경사각(θ1)과 제2 경사각(θ2)은 도광부(111) 및 시역분리부(115)의 굴절률, 시청자의 위치, 지향성 도광판(110)의 배면(110d)에 형성되는 도광패턴 등에 따라서 달라질 수 있다.
또한, 본 실시예의 지향성 도광판(110)은 좌우 대칭적으로 시역분리하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 시역분리부(115)들은 제1 입사면(110a)과 제2 입사면(110b) 사이에서 서로 대칭적인 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 3 및 도 4를 참조하면, k 번째 시역분리부(TR(k))의 제1 경사각(θ1)은 N-k 번째 시역분리부(TR(N-k))의 제2 경사각(θ2)과 같은 크기를 가질 수 있다. 이때, k는 1 내지 N-1 사이의 정수이다. 이에 따라, 본 실시예의 지향성 도광판(110)에 의해 분리되는 좌시역과 우시역은 화상 패널(150)의 전면에서 좌우 대칭이 되어, 시청자가 화상 패널(150)의 전면에서 볼 때에 최적화될 수 있다. 경우에 따라서는, 지향성 도광판(110)이 좌우 비대칭적으로 시역분리하도록 설계될 수 있으며, 이 경우 시역분리부(115)들은 제1 입사면(110a)과 제2 입사면(110b) 사이에서 비대칭적인 형상을 가질 수 있다.
상기와 같은 시역분리부(115) 각각의 출사면은 제1 입사면(110a)으로부터 제2 입사면(110b) 방향(즉, y방향)으로의 길이가 0.1μm 내지 100μm의 범위 내에 있을 수 있다. 일예로, 시청거리(도 1의 D)가 대략 300~500mm인 모바일 디스플레이 장치인 경우에 대해, 지향성 도광판(110)은 하기의 표 1과 같이 설계될 수 있다.
n1 1.64
n2 1.49
N 100
θ1 65°~63°
θ2 63°~65°
H 100μm
a1, a2 46.6μm~51.0μm
상기의 표 1에서, n1은 시역분리부(115)들의 굴절률을 나타내며, n2는 도광부(111)의 굴절률을 나타내며, N은 시역분리부(115)들의 개수를 나타낸다.
본 실시예에서 지향성 도광판(110)을 이루는 도광부(111)와 복수의 시역분리부(115)는 강성(rigid) 재질에 한정되지 아니하며, 가요성(flexible) 재질로도 형성될 수 있다. 본 실시예에서 복수의 시역분리부(115) 각각은 그 단면이 삼각형인 프리즘 형상을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 복수의 시역분리부(115) 각각의 제1 및 제2 경계면(B1, B2)은 좌우 시역분리를 최적화하는 소정의 곡률을 갖는 곡면일 수 있다. 또한, 복수의 시역분리부(115) 각각의 단면은 삼각형 외에 사다리꼴등의 형상을 지닐 수도 있다.
광원부(120)는 지향성 도광판(110)의 제1 입사면(110a) 측에 마련되는 제1 광원(120R)과 제2 입사면(110a) 측에 마련되는 제2 광원(120L)을 포함한다. 제1 및 제2 광원(120R, 120L)은 지향성 도광판(110)의 제1 및 제2 입사면(110a, 110b)의 긴 측면에 대응되는 선광원일 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 광원(120R, 120L)은 각각 제1 및 제2 입사면(110a, 110b)의 긴 측면을 따라 줄지어 배열되는 발광다이오드(light emitting diode: LED) 어레이일 수 있다. 경우에 따라서, 제1 및 제2 광원(120R, 120L)은 각각 냉음극관형광램프(Cold cathode fluorescent lamp: CCFL)나 그밖에 공지된 광원일 수 있다. 제1 및 제2 광원(120R, 120L)에서 방출된 광의 손실을 최소화하기 위하여 제1 및 제2 광원(120R, 120L)에는 반사경(미도시)이 마련될 수 있다.
상기와 같은 지향성 도광판(110)과 광원부(120)는 지향성 면광원을 이루어, 후술하는 바와 같이 화상 패널(150)에 시역분리된 지향성 광을 조명할 수 있다.
화상 패널(150)은 2차원의 화상이 표시되는 장치로서, 예를 들어, 액정 패널, 고분자 분산형 액정 패널, 전기습윤 디스플레이 패널, 또는 전기 변색 디스플레이 패널 등과 같은 투과형 화상패널이 채용될 수 있다.
제어부(190)는 광원부(120)와 화상 패널(150)을 제어하는 장치로서, 이의 구체적인 제어에 대한 설명은 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치(100)의 동작에 대한 설명으로 대체한다.
먼저, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치의 3D 모드에서의 동작을 설명한다.
도 5는 제1 광원(110a)이 온(on) 상태이고 제2 광원(110b)이 오프(off) 상태일 때의 지향성 도광판(110)의 동작을 도시한다. 도 5를 참조하면, 제1 광원(110a)에서 방출된 광은 지향성 도광판(110)의 제1 입사면(110a)에 입사된다. 제1 입사면(110a)에 입사된 광은 도광부(111)의 내부에서 전반사되며, 전반사되는 광의 일부는 시역분리부(115)의 제1 경계면(도 4의 B1)으로 향하게 된다. 시역분리부(115)는 도광부(110)의 굴절률에 비해 높은 굴절률을 가지므로, 제1 경계면(B1)에 입사되는 광은 전반사되지 않고, 시역분리부(115) 내부로 들어가며, 제2 경계면(B2)에서 전반사되어, 출광면(110c)을 통해 화상패널(150) 쪽으로 방출된다. 지향성 도광판(110)에서 방출되는 광은 화상패널(150)에서 표시되는 화상으로 변조된 채, 시청자의 우안(ER)이 위치한 시역으로 향하게 된다.
도 6은 제1 광원(110a)이 오프 상태이고 제2 광원(110b)이 온 상태일 때의 지향성 도광판(110)의 동작을 도시한다. 도 6을 참조하면, 제2 광원(110b)에서 방출된 광은 지향성 도광판(110)의 제2 입사면(110b)에 입사되며, 입사된 광은 도광부(111)의 내부에서 전반사되며, 전반사되는 광의 일부는 시역분리부(115)의 제2 경계면(B2)를 통해 시역분리부(115) 내부로 들어가 제1 경계면(B1)에서 다시 전반사되어, 출광면(110c)을 통해 화상패널(150) 쪽으로 방출된다. 지향성 도광판(110)에서 방출되는 광은 화상패널(150)에서 표시되는 화상으로 변조된 채, 시청자의 좌안(EL)이 위치한 시역으로 향하게 된다.
한편, 도 7을 참조하면, 화상패널(150)은 3D 모드에서 시간을 분할하여 우안용 영상(R)과 좌안용 영상(L)을 서로 교번하며 표시한다.
다시, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 광원(110a) 및 제2 광원(110b)은 화상패널(150)의 교번하는 영상에 동기되어 서로 교번하며 발광한다. 즉, 화상패널(150)이 우안용 영상(R)을 표시하는 시각(T1, T3, …)에서 제1 광원(110a)은 발광하며, 화상패널(150)이 좌안용 영상(L)을 표시하는 시각(T2, T4, …)에서 제2 광원(110b)은 발광한다. 도 5에서 도시되는 바와 같이, 제1 광원(110a)이 발광하는 경우, 지향성 도광판(110)에서 출사된 광은 화상패널(150)에서 표시되는 우안용 영상(R)을 담지한채 시청자의 우안이 있는 시역으로 향하게 되어, 시청자는 우안(ER)을 통해 우안용 영상(R)을 인식하게 된다. 또한, 도 6에서 도시되는 바와 같이, 제2 광원(110b)이 발광하는 경우, 지향성 도광판(110)에서 출사된 광은 화상패널(150)에서 표시되는 좌안용 영상(R)을 담지한채 시청자의 좌안(EL)이 있는 시역으로 향하게 되어, 시청자는 좌안(EL)을 통해 좌안용 영상(L)을 인식하게 된다.
상기와 같이 시청자는 우안용 영상(R)과 좌안용 영상(L)을 시순차적으로 우안(ER)과 좌안(EL)을 통해 각각 인식함으로써, 입체감을 느끼게 된다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치의 2D 모드에서의 동작을 설명한다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치는 2D 모드에서 화상패널(150)에 통상의 2D용 영상을 표시하고, 제1 광원(110a)과 제2 광원(110b)을 동시에 구동한다. 제1 광원(110a)과 제2 광원(110b)이 동시에 발광하게 되면, 시청자는 우안(ER)과 좌안(EL)을 통해 동시에 화상패널(150)에서 표시되는 영상을 인식하게 된다. 따라서 화상패널(150)이 통상의 2D용 영상을 표시하는 경우, 시청자는 2D 영상을 인식하게 된다.
상기와 같이 본 실시예의 광원부(110)와 지향성 도광판(110)은, 3D 모드에서 시역분리된 지향성 광을 조명하고 2D 모드에서 시역분리되지 않은 광을 조명하는 2D/3D 스위칭 가능한 지향성 면광원을 이룬다. 또한, 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치는 이와 같은 스위칭 가능한 지향성 면광원을 채용함으로써, 용이하게 3D 영상을 표시할 수 있을 뿐만 아니라, 2D 영상표시와 3D 영상표시 상호간의 전환을 용이하게 할 수 있다.
도 9는 전술한 실시예의 일 변형예에 따른 지향성 도광판(110')을 도시한다. 도 9를 참조하면, 본 변형예의 지향성 도광판(110')은 전술한 도광부(111)와 복수의 시역분리부(115)와 함께, 출사면(110c) 측에 마련되는 커버부(119)를 더 포함한다. 커버부(119)는 복수의 시역분리부(115)의 굴절률과 같거나 그보다 큰 굴절률을 갖는 투명 재질로 형성될 수 있다. 이는 시역분리부(115)에서 출사되는 광이 커버부(119)에서 전반사되는 것을 방지하기 위함이다.
도 10은 전술한 실시예의 다른 변형예에 따른 지향성 도광판(110")을 도시한다. 도 10을 참조하면, 본 변형예의 지향성 도광판(110")은 전술한 도광부(111)을 대신하여, 제1 및 제2 입사면(110a, 110b)을 포함하는 평판형의 제1 투명 몸체(111')와, 복수의 시역분리부(115) 각각의 제1 및 제2 경계면(B1, B2)과 맞닿는 제2 투명 몸체(112)를 포함한다. 제2 투명 몸체(112)는 제1 투명 몸체(111')의 굴절률과 같거나 그보다 크고 복수의 시역분리부(115)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 투명 재질로 형성될 수 있다. 제2 투명 몸체(112)가 제1 투명 몸체(111')의 굴절률과 같은 경우의 지향성 도광판(110")은, 전술한 실시예의 지향성 도광판(110)과 실질적으로 동일한 광학적 구성을 가질 것이다. 이때, 제1 투명 몸체(111')은 통상적인 도광판의 형상을 지니며, 제2 투명 몸체(112)와 복수의 시역분리부(115)는 결합되어 필름 시트 형상을 지닐 수 있다. 이 경우, 통상적인 도광판, 즉 제1 투명 몸체(111')에 제2 투명 몸체(112)와 복수의 시역분리부(115)으로 이루어진 필름 시트를 부착함으로써 용이하게 지향성 도광판(110")을 구성할 수 있게 된다.
도 11은 다른 실시예에 따른 3D 영상 디스플레이 장치의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치(200)는 지향성 도광판(210)과, 광원부(220)와, 화상 패널(250)과, 제어부(290)를 포함한다.
지향성 도광판(210)은 평판형의 도광부(211)와 도광부(210)의 일 평판면에 마련되는 복수의 시역분리부(215)를 포함한다. 지향성 도광판(210)은 전술한 실시예의 지향성 도광판(110)의 구성과 실질적으로 동일하며, 다만 다시점(multi-view point)을 고려하여 도광부(211)와 시역분리부(215)들 사이의 경계면의 경사각(도 4의 θ1, θ2 참조) 등이 설계된다는 점에서 차이가 있을 뿐이다.
광원부(220)는 제1 내지 제4 광원(221, 222, 223, 224)를 포함한다. 제1 내지 제4 광원(221, 222, 223, 224)은 일렬 배열된 발광다이오드(LED) 어레이이거나, 냉음극관형광램프, 그밖의 공지된 선광원일 수 있다. 제1 및 제2 광원(221, 222)은 지향성 도광판(210)의 제1 입사면(210a)에 배치되고, 제3 및 제4 광원(223, 224)은 지향성 도광판(210)의 제2 입사면(210b)에 배치된다. 이때, 제1 광원(221)과 제2 광원(222)은 지향성 도광판(210)의 제1 입사면(210a)의 두께 방향(z 방향)으로 나란히 배열된다. 마찬가지로, 제3 광원(223)과 제3 광원(224)은 지향성 도광판(210)의 제2 입사면(210b)의 두께 방향(z 방향)으로 나란히 배열되는 선광원이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1 광원(221)과 제2 광원(222)이 제1 입사면(210a)에 대해 z 방향으로 서로 다른 위치에 배치됨에 따라, 제1 광원(221)에서 출사되어 도광부(211)에 입사된 광의 경로(실선)와 제2 광원(222)에서 출사되어 도광부(211)에 입사된 광의 경로(점선)는 서로 다르다. 마찬가지로 도 13에서 도시된 바와 같이, 제3 광원(223)에서 출사되어 도광부(211)에 입사된 광의 경로(실선)와 제4 광원(224)에서 출사되어 도광부(211)에 입사된 광의 경로(점선)는 서로 다르다. 이와 같이 제1 내지 제4 광원(221, 222, 223, 224)에서 출사된 광들이 도광부(211)에 서로 다른 광경로를 따라 입사됨에 따라, 시역분리부(215)에 의해 지향성 도광판(210)의 외부로 방출되는 광들이 서로 다른 시역을 향하게 된다. 즉, 발광원점이 제1 입사면(210a)에 대해 z축 상방에 있는 제1 광원(221)에서 출사된 광은 제1 시역(R1)을 향하게 되고, 발광원점이 제1 입사면(210a)에 대해 z축 하방에 있는 제2 광원(222)에서 출사된 광은 제2 시역(R2)을 향하게 된다. 마찬가지로, 발광원점이 제2 입사면(210b)에 대해 z축 하방에 있는 제3 광원(223)에서 출사된 광은 제3 시역(R3)을 향하게 되고, 발광원점이 제1 입사면(210a)에 대해 z축 상방에 있는 제4 광원(224)에서 출사된 광은 제2 시역(R4)을 향하게 된다. 이때, 제1 내지 제4 시역(도 12 및 도 13의 R1, R2, R3, R4 참조)은 각각의 중심간의 거리가 설정된 시청거리(도 11의 D)에서 양안시차(대략 60~70cm) 정도가 되도록 설계된다.
상기와 같이 본 실시예에 있어서, 지향성 도광판(210)과 광원부(220)는 다시역(multi-view zone)을 제공하는 지향성 면광원을 이루게 된다.
화상패널(250)과, 제어부(290)는 전술한 실시예의 화상패널(150)과 제어부(190)의 구성과 실질적으로 동일하며, 다만 3D 모드에서 영상들을 다시점(multi-view point)으로 제공한다는 점에서 차이가 있다.
다음으로, 도 12 내지 도 14를 참조하여, 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치의 동작을 설명한다.
도 12 및 도 13은 본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치의 3D 모드에서의 동작을 도시한다. 도 12에서 광선의 경로 중 실선은 제1 광원(221)만이 온(on) 상태에 있는 경우이고, 점선은 제2 광원(222)만이 온 상태에 있는 경우이다. 마찬가지로, 도 13에서 광선의 경로 중 실선은 제3 광원(223)만이 온 상태에 있는 경우이고, 점선은 제4 광원(224)만이 온 상태에 있는 경우이다.
본 실시예의 3D 영상 디스플레이 장치는 3D 모드에서, 제1 내지 제4 광원(221, 222, 223, 224)이 순차적으로 구동된다. 한편, 제1 광원(221)에서 출사된 광은 제1 시역(R1)을 향하며, 제2 광원(222)에서 출사된 광은 제2 시역(R2)을 향하고, 제3 광원(223)에서 출사된 광은 제3 시역(R3)을 향하게 되며, 제4 광원(224)에서 출사된 광은 제2 시역(R4)을 향한다. 따라서, 제1 내지 제4 광원(221, 222, 223, 224)이 순차적으로 구동하게 되면, 지향성 도광판(210)에서 방출되는 광은 제1 내지 제4 시역(R1, R2, R3, R4)을 순차적으로 조명하게 된다.
한편, 도 14를 참조하면, 화상패널(250)은 3D 모드에서 시간을 분할하여 서로 다른 시점의 영상(S1, S2, S3, …)을 순차적으로 표시한다. 본 실시예에서 지향성 도광판(210)과 광원부(220)는 제1 내지 제4 시역(R1, R2, R3, R4)을 제공하는 지향성 면광원이며, 제1 내지 제4 광원(221, 222, 223, 224)의 순차적 구동에 의하여 제1 내지 제4 시역(R1, R2, R3, R4)을 순차적으로 조명한다. 일 예로, 화상패널(250)은 제1 시역(R1)에 대응되는 시점(view point)의 영상(S1, S2, …)을 시각 T1, T5, …에 표시하고, 제1 광원(211)은 이에 동기되어 시각 T1, T5, …에 구동된다.
따라서, 제1 내지 제4 광원(221, 222, 223, 224)의 순차적 구동이 화상패널(250)에 표시되는 영상과 동기됨으로써, 각 시점의 영상이 해당 시역에서 볼 수 있게 된다. 따라서, 시청자의 우안(ER)과 좌안(EL)이 각각 제1 및 제2 시역(R1, R2)에 놓이게 되면, 도 12에 도시되듯이, 제1 광원(211)이 구동될 때 시청자의 우안(ER)을 통해 대응되는 시점의 영상을 보게 되고, 제2 광원(212)이 구동될 때 시청자의 좌안(EL)을 통해 대응되는 시점의 영상을 보게 되므로, 두 시점의 양안시차에 의해 입체감을 느끼게 된다.
한편, 2D 모드는, 전술한 실시예의 도 8을 참조한 설명과 마찬가지로, 제1 내지 제4 광원(221, 222, 223, 224)가 동시 구동되고, 화상패널(250)이 통상의 2D 영상을 표시하여 동작된다.
본 실시예는 지향성 도광판(210)의 양 입사면(210a, 210b)에 각각 2개씩의 광원(221, 222, 223, 224)을 배치함으로써, 4시점을 구현하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 지향성 도광판(210)의 양 입사면(210a, 210b)에 배치되는 광원의 수를 늘림으로써, 보다 많은 다시점을 구현할 수 있음은 당해 분야의 기술자라면 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명인 지향성 도광판, 지향성 면광원 및 지향성 면광원을 채용한 3D 영상 디스플레이 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 서로 대향되는 제1 및 제2 측면에 제1 입사면과 제2 입사면이 각각 마련되며, 상기 제1 및 제2 입사면을 통해 입사된 광을 내부 전반사를 통해 가이드하는 평판형의 도광부; 및
    상기 도광부의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 투명 재질로 형성되며, 상기 도광부의 일 평판면에 서로 평행하게 배열되는 복수의 시역분리부;를 포함하며,
    상기 복수의 시역분리부 각각은, 상기 제1 입사면의 길이 방향으로 길게 연장되며 상기 도광부와 맞닿는 제1 경계면, 상기 제2 입사면의 길이 방향으로 길게 연장되며 상기 도광부와 맞닿는 제2 경계면, 및 출사면을 구비하며, 상기 제1 및 제2 경계면은 상기 제1 입사면을 통해 입사되는 광과 상기 제2 입사면을 통해 입사되는 광이 서로 다른 시역으로 분리되도록 형성되며,
    상기 복수의 시역분리부 각각은, 시역분리를 위하여 제1 경계면과 출사면 사이의 제1 경사각이 상기 제1 입사면으로부터 상기 제2 입사면으로의 위치에 따라 달라지며, 제2 경계면과 출사면 사이의 제2 경사각이 상기 제1 입사면으로부터 상기 제2 입사면으로의 위치에 따라 달라지는 형상을 갖는 지향성 도광판.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 시역분리부 각각은, 상기 제1 경사각이 상기 제1 입사면으로부터 상기 제2 입사면으로 갈수록 작아지며, 상기 제2 경사각이 상기 제1 입사면으로부터 상기 제2 입사면으로 갈수록 커지는 형상을 갖는 지향성 도광판.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 시역분리부 각각은, 상기 제1 경사각이 상기 제1 입사면으로부터 상기 제2 입사면으로 갈수록 일정한 각도로 작아지며, 상기 제2 경사각이 상기 제1 입사면으로부터 상기 제2 입사면으로 갈수록 일정한 각도로 커지는 형상을 갖는 지향성 도광판.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 시역분리부의 개수를 N이라 할 때, 상기 제1 입사면에서 k 번째 시역분리부의 제1 경계면과 출사면 사이의 제1 경사각은 상기 제1 입사면에서 N-k 번째 시역분리부의 제2 경계면과 출사면 사이의 제2 경사각과 같은 크기인 지향성 도광판.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 시역분리부 각각의 길이 방향에 수직한 단면은 직선 또는 곡선의 변을 갖는 삼각형 또는 사다리꼴의 형상인 지향성 도광판.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 시역분리부들은 서로 이격되어 있는 지향성 도광판.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 복수의 시역분리부는 0.1μm 내지 300μm의 범위 내에 간격으로 배열되는 지향성 도광판.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 시역분리부 각각의 출사면의 상기 제1 입사면으로부터 상기 제2 입사면 방향으로 길이가 0.1μm 내지 100μm의 범위 내에 있는 지향성 도광판.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 시역분리부 각각의 출사면을 덮는 커버부를 더 포함하며, 상기 커버부는 상기 복수의 시역분리부의 굴절률과 같거나 그보다 큰 굴절률을 갖는 지향성 도광판.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 도광부는 상기 제1 및 제2 입사면을 포함하는 평판형의 제1 투명 몸체와, 상기 복수의 시역분리부 각각의 제1 및 제2 경계면과 맞닿는 제2 투명 몸체를 포함하는 지향성 도광판.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 투명 몸체는 상기 제1 투명 몸체의 굴절률과 같거나 그보다 크고 상기 복수의 시역분리부의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 투명 재질로 형성되는 지향성 도광판.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 투명 몸체와 상기 복수의 시역분리부는 필름 시트 형상으로 결합되어 있는 지향성 도광판.
  14. 제1 항, 제3 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 기재된 지향성 도광판; 및
    상기 지향성 도광판의 제1 입사면에 배치되는 제1 광원과, 상기 지향성 도광판의 제2 입사면에 배치되는 제2 광원을 구비한 광원부;를 포함하며,
    상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 선택적으로 교차 구동되거나 동시 구동되는 지향성 면광원.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 광원부는 상기 지향성 도광판의 제1 입사면에 배치되며 상기 제1 광원의 발광원점과 다른 발광원점을 갖는 제3 광원과, 상기 지향성 도광판의 제2 입사면에 배치되며 상기 제2 광원의 발광원점과 다른 발광원점을 갖는 제4 광원을 더 포함하는 지향성 면광원.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제3 광원은 상기 지향성 도광판의 평판면에 수직한 방향으로 상기 제1 광원과 나란히 배열되며, 상기 제4 광원은 상기 지향성 도광판의 평판면에 수직한 방향으로 상기 제2 광원과 나란히 배열되는 지향성 면광원.
  17. 제14 항에 기재된 지향성 면광원;
    상기 지향성 면광원의 출사면쪽에 배치되며, 화상을 표시하는 화상패널; 및
    상기 지향성 면광원과 상기 화상패널을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는 3D 모드에서 상기 지향성 면광원의 제1 광원과 제2 광원을 서로 교번하여 구동하며, 2D 모드에서 상기 지향성 면광원의 제1 광원과 제2 광원을 동시 구동하는 3D 영상 디스플레이장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 지향성 면광원의 광원부는 상기 광원부는 상기 지향성 도광판의 제1 입사면에 배치되며 상기 제1 광원의 발광원점과 다른 발광원점을 갖는 제3 광원과, 상기 지향성 도광판의 제2 입사면에 배치되며 상기 제2 광원의 발광원점과 다른 발광원점을 갖는 제4 광원을 더 포함하며,
    상기 제어부는, 3D 모드에서 상기 제1 내지 제4 광원을 순차적으로 구동하며, 2D 모드에서 상기 제1 내지 제4 광원을 동시 구동하는 3D 영상 디스플레이장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제3 광원은 상기 지향성 도광판의 평판면에 수직한 방향으로 상기 제1 광원과 나란히 배열되며, 상기 제4 광원은 상기 지향성 도광판의 평판면에 수직한 방향으로 상기 제2 광원과 나란히 배열되는 3D 영상 디스플레이장치.
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