KR101763919B1 - 입체영상 디스플레이용 광학장치 및 이를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치 - Google Patents

입체영상 디스플레이용 광학장치 및 이를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광효율을 높일 수 있는 입체영상 디스플레이용 광학장치 및 이를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치를 위하여, (i) 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키는 제1반사편광필름과, (ii) 상기 제1반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고, 제1영역과 제2영역을 가지며, 전기적 신호가 인가됨에 따라 제1상태와 제2상태를 가질 수 있으며, 제1상태의 경우 제1영역에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고 제2영역에서는 광을 그대로 통과시키며, 제2상태의 경우 제1영역과 제2영역 모두에서 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키는, 액정셀과, (iii) 상기 액정셀을 통과한 광이 입사하도록 배치되고, 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시키는 제2반사편광필름과, (iv) 상기 제1반사편광필름과 상기 액정셀 사이에 개재되며 제1편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광은 흡수하는 편광판을 구비하는, 입체영상 디스플레이용 광학장치 및 이를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

입체영상 디스플레이용 광학장치 및 이를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치{Optical apparatus for stereoscopic display and stereoscopic display apparatus comprising the same}
본 발명은 입체영상 디스플레이용 광학장치 및 이를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광효율을 높일 수 있는 입체영상 디스플레이용 광학장치 및 이를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 입체영상 디스플레이 장치는 시청자의 좌안에서 좌안용 이미지만을 인식하도록 하고 시청자의 우안에서 우안용 이미지만을 인식하도록 함으로써, 시청자가 입체이미지를 느낄 수 있도록 하는 디스플레이 장치로서, 3D 디스플레이 장치라고도 불리고 있다.
이러한 입체영상 디스플레이 장치는 다양한 구성을 가질 수 있는데, 예컨대 이미지 디스플레이와 배리어층(배리어 패널)을 합착하여, 시청자가 고글을 이용하지 않고 나안(裸眼)으로도 입체이미지를 느끼도록 하는 구성을 가질 수 있다.
그러나 이러한 종래의 입체영상 디스플레이 장치에는 배리어층에서 많은 양의 광이 차단되기에, 사용자가 인식하는 이미지의 휘도가 낮게 되거나, 이를 방지하기 위해 애초부터 고휘도의 광을 이용해야 하기에 소비전력이 높아진다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 광효율을 높일 수 있는 입체영상 디스플레이용 광학장치 및 이를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키는 제1반사편광필름과, 상기 제1반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고 제1영역과 제2영역을 가지며 전기적 신호가 인가됨에 따라 제1상태와 제2상태를 가질 수 있는 액정셀과, 상기 액정셀을 통과한 광이 입사하도록 배치되는 제2반사편광필름과, 상기 제1반사편광필름과 상기 액정셀 사이에 개재되며 제1편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광은 흡수하는 편광판을 구비하고, (i) 상기 제2반사편광필름은 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시키며, 상기 액정셀은 제1상태의 경우 제1영역에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고 제2영역에서는 광을 그대로 통과시키며, 제2상태의 경우 제1영역과 제2영역 모두에서 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고, 또는 (ii) 상기 제2반사편광필름은 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키며, 상기 액정셀은 제1상태의 경우 제1영역에서는 광을 그대로 통과시키고 제2영역에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키거나 제2편광의 광을 제1편광의 광으로 전환시키면서 통과시키며, 제2상태의 경우 제1영역과 제2영역 모두에서 광을 그대로 통과시키는, 입체영상 디스플레이용 광학장치가 제공된다.
이때, (i) 상기 제2반사편광필름이 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시킬 경우, 상기 액정셀의 제1영역은 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시키고, 상기 액정셀의 제2영역은 제1상태의 경우 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고 제2상태의 경우 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시키고, (ii) 상기 제2반사편광필름이 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시킬 경우, 상기 액정셀의 제1영역은 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고, 상기 액정셀의 제2영역은 제1상태의 경우 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시키고 제2상태의 경우 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키는 제1반사편광필름과, 상기 제1반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고 제1영역과 제2영역을 갖는 리타더층과, 상기 리타더층을 통과한 광이 입사하도록 배치되는 제2반사편광필름과, 상기 제1반사편광필름과 상기 리타더층 사이에 개재되며 제1편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광은 흡수하는 편광판을 구비하고, (i) 상기 제2반사편광필름은 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시키며, 상기 리타더층은 제1영역에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고 제2영역에서는 광을 그대로 통과시키고, 또는 (ii) 상기 제2반사편광필름은 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키며, 상기 리타더층은 제1영역에서는 광을 그대로 통과시키고 제2영역에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키거나 제2편광의 광을 제1편광의 광으로 전환시키면서 통과시키는, 입체영상 디스플레이용 광학장치가 제공된다.
이때, (i) 상기 제2반사편광필름이 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시킬 경우, 상기 리타더층의 제1영역은 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시키고, 상기 리타더층의 제2영역은 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고, (ii) 상기 제2반사편광필름이 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시킬 경우, 상기 리타더층의 제1영역은 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고, 상기 리타더층의 제2영역은 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시키도록 할 수 있다.
제1편광의 광은 P편광의 광과 S편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나일 수 있다.
상기 제1반사편광필름과 상기 제2반사편광필름 각각은 반사형선편광자를 포함할 수 있다.
제1편광의 광은 우원편광의 광과 좌원편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나일 수 있다. 이때, 상기 제1반사편광필름과 상기 제2반사편광필름 각각은 반사형원편광자를 포함할 수 있다.
상기 제2반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고, 제1편광의 광과 제2편광의 광 중 상기 제2반사편광필름이 통과시키는 어느 한 편광의 광을 통과시키는 추가편광판을 더 구비할 수 있다.
상기 제2반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고, 상기 액정셀의 제1영역에 대응하는 투광영역과 상기 액정셀의 제2영역에 대응하는 가변영역을 가지며, 전기적 신호에 따라 가변영역은 광을 통과시키는 상태와 차단하는 상태가 될 수 있는, 배리어층을 더 구비할 수 있다.
상기 제1반사편광필름에 입사하도록 광을 방출하며 반사판을 갖는 백라이트유닛을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 상술한 것과 같은 입체영상 디스플레이용 광학장치들 중 어느 하나와, 상기 입체영상 디스플레이용 광학장치를 통과한 광이 입사하도록 배치되며 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이할 수 있는 디스플레이를 구비하는, 입체영상 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 디스플레이는 제2편광의 광을 이용해 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이할 수 있는 액정디스플레이일 수 있다. 또는, 상기 디스플레이는 제1편광의 광을 이용해 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이할 수 있는 액정디스플레이일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광효율을 높일 수 있는 입체영상 디스플레이용 광학장치 및 이를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 측면 개념도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도들이다.
도 4는 도 2의 입체영상 디스플레이용 광학장치에서 빛샘 현상이 발생할 수 있음을 설명하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도들이다.
도 10은 도 8의 입체영상 디스플레이용 광학장치에서 빛샘 현상이 발생할 수 있음을 설명하는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
한편, 층, 막, 영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 측면 개념도이다. 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이 장치는 입체영상 디스플레이용 광학장치(100), 반사판(210)을 갖는 백라이트유닛(200), 배리어층(300) 및 디스플레이(400)를 구비할 수 있다. 이때, 후술하는 것과 같이 배리어층(300)은 경우에 따라 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 일부분으로 간주될 수도 있다.
반사판(210)을 갖는 백라이트유닛(200)은 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)로 광을 공급할 수 있다. 배리어층(300)은 백라이트유닛(200)에서 공급되어 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 통과한 광을 통과시킬 수 있다. 구체적으로 이 배리어층(300)은 투광영역(310)과 가변영역(320)을 갖는데, 투광영역(310)은 언제나 광을 통과시키고, 가변영역(320)은 설정에 따라 제1상태에서는 광을 차단하고 제2상태에서는 광을 통과시킬 수 있다. 이러한 배리어층(300)은 액정 디스플레이로 구현될 수 있는데, 예컨대 액정의 배열상태가 투광영역(310)과 가변영역(320) 모두에서 기본적으로 광을 통과시키는 상태가 되도록 하고, 가변영역(320)에 대응하도록 배치된 전극을 통해 전기적 신호가 인가되는 제1상태에서는 가변영역(320)의 액정 배열상태가 바뀌어 광을 차단하는 상태가 되도록 할 수 있다. 물론 이는 예시적인 것으로서, 배리어층(300)의 구성은 다양하게 바뀔 수 있다.
디스플레이(400)는 일반 이미지를 디스플레이할 수도 있고, 시청자가 입체영상을 느낄 수 있도록 하기 위해 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이할 수도 있다. 이러한 디스플레이(400)는 다양한 디스플레이가 될 수 있는데, 예컨대 도 1에 도시된 것과 같이 액정 디스플레이일 수 있다. 이 경우 디스플레이(400)는 상호 대향된 두 기판들(410, 420) 사이에 액정(430)이 주입되어 있으며, 하부기판(410)의 백라이트유닛(200) 방향의 면 상에는 제1편광판(441)이 배치되고, 상부기판(420)의 전방(前方)으로의 면 상에는 제2편광판(442)이 배치되도록 할 수 있다. 물론 도 1에서는 이 외의 배향막이나 전극 등의 구성요소는 도시하지 않았다.
이와 같은 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이 장치의 경우, 배리어층(300)이 제1상태일 경우 투광영역(310)은 광을 통과시키지만 가변영역(320)은 광을 차단하여 패럴랙스 배리어 역할을 할 수 있는바, 이에 따라 디스플레이(400)가 디스플레이하는 좌안용 이미지는 시청자의 좌안에서만 인식되도록 하고 디스플레이(400)가 디스플레이하는 우안용 이미지는 시청자의 우안에서만 인식되도록 함으로써, 시청자가 입체영상을 인식하도록 할 수 있다. 배리어층(300)이 제2상태일 경우에는 투광영역(310)과 가변영역(320)은 모두 광을 통과시키기에, 시청자가 입체영상을 인식하는 경우가 아닌 일반적인 영상을 인식할 경우에는 배리어층(300)이 제2상태가 되도록 할 수 있다.
배리어층(300)이 제1상태일 경우 가변영역(320)은 광을 차단하는바, 이 경우 종래의 입체영상 디스플레이 장치의 경우라면 백라이트유닛(200)에서 방출하는 광 중 상당량이 외부로 방출되지 않게 된다. 배리어층(300)이 패럴랙스 배리어 역할을 하는 경우 배리어층(300)을 통과하는 광은 배리어층(300)의 전체 면적에 대한 배리어층(300)에서 빛이 통과되는 투광영역(310)의 면적의 비만큼 줄어든다. 예컨대 배리어층(300)이 투광영역(310)의 면적비가 1/10인 10-뷰 패럴랙스 배리어의 역할을 하는 경우에는 통과되는 빛의 양이 배리어층(300)에 입사하는 광의 약 1/10에 그치게 된다. 따라서 시청자가 인식하는 광의 휘도가 저하되거나, 아니면 그러한 저하를 방지하기 위해 백라이트유닛(200)에서 더 높은 휘도의 광을 방출해야 하기에, 소비전력이 높아지는 등의 문제가 발생한다.
그러나 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이 장치의 경우, 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 통해 그러한 휘도 저하 문제나 소비전력 상승 문제를 해결할 수 있다.
구체적으로, 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 배리어층(300)의 투광영역(310)에 대응하는 부분에서는 언제나 광(L1)을 통과시킨다. 그리고 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 배리어층(300)의 가변영역(320)에 대응하는 부분에서는, 제1상태에서는 광(L2)이 배리어층(300)으로 방출되지 않고 백라이트유닛(200) 방향으로 향하도록 광(L2)을 반사시키고, 제2상태에서는 광이 배리어층(300)을 향하도록 광을 통과시킨다.
따라서 시청자가 입체영상을 인식하게 되는 제1상태의 경우, 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 배리어층(300)의 가변영역(320)에 대응하는 부분에서, 광(L2)이 배리어층(300)으로 방출되지 않고 백라이트유닛(200) 방향(-y 방향)으로 향하도록 내부에서 반사된 후, 다시 백라이트유닛(200)의 반사판(210)에서 반사되어 (+y 방향의) 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)로 진입하는 광(L3)이 된다. 그 결과 광(L3)이 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 배리어층(300)의 투광영역(310)에 대응하는 부분으로 진입할 경우, 배리어층(300)의 투광영역(310)을 통해 디스플레이(400)로 진입하도록 함으로써, 사용자가 인식하는 이미지의 휘도를 높이고 입체영상 디스플레이 장치의 소비전력을 낮출 수 있다.
참고로 백라이트유닛(200)에서 방출되는 광은 직진광 외에도 다양한 각도로 진행하는 광을 포함하기에, 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 배리어층(300)의 가변영역(320)에 대응하는 부분에서 반사된 광(L2)이 백라이트유닛(200)의 반사판(210)에서 반사된 후, 반드시 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 배리어층(300)의 가변영역(320)에 대응하는 부분만으로 진입하는 것이 아니라, (+x 방향이나 -x 방향으로 그 위치가 바뀌어) 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 배리어층(300)의 투광영역(310)에 대응하는 부분으로도 진입하도록 할 수 있다.
이하에서는 입체영상 디스플레이 장치의 구성요소라고 할 수 있는, 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 구성 및 작동원리에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도들이다. 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)는 백라이트유닛(200) 방향에 위치하는 제1반사편광필름(110)과, 제1반사편광필름(110)에 대향된 제2반사편광필름(130)과, 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 사이에 개재된 액정셀(120)을 구비한다.
제1반사편광필름(110)은 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시킬 수 있다. 그리고 제2반사편광필름(130)은 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시킬 수 있다. 여기서 제1편광의 광은 P편광의 광과 S편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나일 수 있다. 본 실시예 및 후술하는 실시예들이나 그 변형예들에서는 편의상 제1편광의 광은 P편광의 광이고 제2편광의 광은 S편광의 광인 것으로 설명한다. 도 2에서는 실선으로 된 화살표가 P편광의 광을 의미하며, 점선으로 된 화살표가 S편광의 광을 의미한다. 제1반사편광필름(110)이 P편광의 광을 통과시키고 S편광의 광은 반사시키기에, P편광의 광만 액정셀(120)에 입사하게 된다.
이러한 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 각각은 반사형선편광자일 수 있다. 이러한 반사형선평광자의 예로는 미국의 3M사가 상업적으로 판매하고 있는 DBEF(dual brightness enhancement film)를 들 수 있다.
액정셀(120)은 제1영역(121)과 제2영역(122)을 가지며, 전기적 신호가 인가됨에 따라 제1상태와 제2상태를 가질 수 있다. 도 2는 액정셀(120)이 제1상태인 경우를 도시하고 있고 도 3은 액정셀(120)이 제2상태인 경우를 도시하고 있다.
액정셀(120)은 제1상태인 경우, 제1영역(121)에서는 P편광의 광을 S편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고, 제2영역(122)에서는 광을 편광 상태 변화 없이 그대로 통과시킨다. 이는 액정셀(120)의 제1영역(121)은 통과하는 광의 위상을 항상 λ/2만큼 지연시켜 통과시키고, 액정셀(120)의 제2영역(122)은 제1상태의 경우 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고 제2상태의 경우 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시키기 때문이다. 이러한 액정셀(120)은 예컨대 TN LCD를 이용해 구현될 수 있다. 물론 도 2와 도 3에서는 액정셀(120)의 기판이나 전극 등은 도시를 생략하였다.
이에 따라 액정셀(120)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)에 도달하게 되는데, 제2반사편광필름(130)은 S편광의 광은 통과시키되 P편광의 광은 반사시키기에, 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)을 통과하지만, 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)에 의해 반사된다.
액정셀(120)의 제1영역(121)이 도 1의 배리어층(300)의 투광영역(310)에 대응하고 액정셀(120)의 제2영역(122)이 도 1의 배리어층(300)의 가변영역(320)에 대응하도록 한다면, 결과적으로 제1상태인 경우 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과한 광은 배리어층(300)의 투광영역(310)에 진입해 배리어층(300)을 통과하게 되고, 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광은 배리어층(300)으로 진입하지 않고 제2반사편광필름(130)에 의해 반사되어 (-y 방향에 위치한) 백라이트유닛(200)을 향하게 된다. 물론 제2반사편광필름(130)에 의해 반사된 광은 P편광의 광이기에, 제1반사편광필름(110)을 통한 후 백라이트유닛(200)의 반사판(210)에 의해 반사되고, 다시 제1반사편광필름(110)을 통과해 액정셀(120)로 진입하게 되어, 배리어층(300)을 향하는 광으로 재사용된다.
이와 같은 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 이용함으로써, 사용자가 인식하는 이미지의 휘도를 높이고 입체영상 디스플레이 장치의 소비전력을 낮출 수 있다.
참고로 도 1에 도시된 것과 같이 디스플레이(400)가 액정디스플레이인 경우, 액정디스플레이의 원리상 하부기판(410)의 백라이트유닛(200) 방향의 면 상에는 제1편광판(441)이 배치되고, 상부기판(420)의 전방(前方)으로의 면 상에는 제2편광판(442)이 배치될 수밖에 없다. 제1편광판(441)은 특정 편광의 광만을 통과시키는 것으로, 제1편광판(441)이 제2편광의 광, 즉 S편광의 광을 통과시키도록 할 필요가 있다. 즉, 제1편광판(441)은 제2반사편광필름(130)이 통과시키는 편광의 광을 통과시키도록 할 필요가 있다.
아울러 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 제1반사편광필름(110)이 백라이트유닛(200)으로부터의 광 중 P편광의 광만을 통과시키는 것이 백라이트유닛(200)이 방출하는 광 중 대략 50%의 광만을 이용하는 것이기에 이용 효율이 낮은 것으로 오해될 수 있으나, 디스플레이(400)가 액정디스플레이라면 액정디스플레이의 원리상 결과적으로 제1편광의 광과 제2편광의 광 중 어느 한 편광의 광만을 이용해야 하기에, 이는 이용 효율이 낮아지는 것이 아님이 명백하다.
한편, 디스플레이(400)가 입체영상용 이미지를 디스플레이하는 경우가 아니라면, 전술한 것과 같이 배리어층(300)의 투광영역(310)뿐만 아니라 가변영역(320)도 광을 통과시킨다. 이 경우 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)는 도 3에 도시된 것과 같은 상태를 취하게 된다.
즉, 액정셀(120)은 제2상태가 되어, 제1영역(121)과 제2영역(122) 모두 P편광의 광을 S편광의 광으로 전환시키며 통과시킨다. 이에 따라 제1반사편광필름(110)을 통과한 광은 모두 액정셀(120)을 통과하게 되며, 또한 액정셀(120)을 통과한 광은 모두 제2반사편광필름(130)을 통과하여 배리어층(300)을 향하게 된다. 물론 배리어층(300) 역시 제2상태의 경우 투광영역(310)은 물론 가변영역(320)도 광을 통과시키는 상태가 되기에, 모든 광이 디스플레이(400)로 진입하게 되어 휘도 로스(loss)가 발생하지 않도록 할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이 디스플레이(400)가 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이하는 것이 아니라 통상적인 이미지나 영상을 디스플레이하는 제2상태의 경우, 액정셀(120)의 제1영역(121)과 제2영역(122) 모두 광을 통과시켜, 결과적으로 배리어층(300)의 입체영상 디스플레이용 광학장치(100) 방향의 전면(全面)에 광이 입사하게 된다. 물론 이러한 제2상태의 경우 배리어층(300)의 투광영역(310)뿐만 아니라 가변영역(320)도 모두 광을 통과시킨다. 그리고 디스플레이(400)가 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이하는 제1상태의 경우, 제2반사편광필름(130)의 액정셀(120)의 제1영역(121)에 대응하는 부분을 통해서만 광이 배리어층(300)의 투광영역(310)으로 입사하게 된다.
이는 결국 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이 작동하는 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)가 배리어층(300)의 역할까지 하는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 액정셀(120)의 제1영역(121)과 제2영역(122)을 설계할 시, 배리어층(300)의 투광영역(310)과 가변영역(320)에 대응하도록 설계하는 것을 고려할 수 있다. 이를 통해, 도 1에 도시된 것과 달리 배리어층(300)은 별도로 갖지 않고, 반사판(210)을 갖는 백라이트유닛(200)과, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같은 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)와, 디스플레이(400)를 갖는, 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수도 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 경우에도, 일부 고스트(ghost) 현상이 나타날 수도 있다.
예컨대 도 4에 도시된 것과 같이 액정셀(120)이 제1상태인 상황에서 액정셀(120)에 대략 수직인 방향(+y 방향)으로 진행하지 않고 비스듬히 진행하는 광(L4)의 경우, 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하면서 편광 상태가 변하지 않고 P편광인 상태로 통과하게 된다. 이 광(L4)은 P편광을 반사시키는 제2반사편광필름(130)에서 반사되어 다시 액정셀(120)을 통과하게 되는데, 이때 반사광(L5)은 도 4에 도시된 것과 같이 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과하게 될 수 있다. 액정셀(120)의 제1영역(121)은 P편광의 광을 S편광의 광으로 전환시키면서 통과시키기에, P편광의 반사광(L5)은 액정셀을 통과한 후 S편광의 광(L6)이 된다. 제1반사편광필름(110)은 S편광의 광을 반사시키기에 광(L6)은 다시 제1반사편광필름(110)에서 반사되는데, 이때 이 S편광인 재반사광(L7)은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하게 될 수 있다. 이 경우, 재반사광(L7)은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하면서 편광 상태가 변하지 않고 S편광인 상태로 통과하게 된다. 그 결과 재반사광(L7)은 액정셀(120)을 통과한 후 S편광인 광을 통과시키는 제2반사편광필름(130)을 통과할 수 있다.
이와 같은 메커니즘을 통해 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광들 중 일부는 제2반사편광필름(130)에서 반사되지 않고 제2반사편광필름(130)을 통과하게 되기에, 액정셀(120)의 제2영역(122)에서 빛샘 현상을 야기하여 고스트 현상이 나타나는 결과를 가져올 수 있다. 특히 그러한 빛샘 현상은 입체영상 디스플레이를 디스플레이할 시 이미지 품질의 저하를 가져오는 중요한 요인이 될 수 있다. 따라서 그러한 빛샘 현상이 방지되도록 하는 것이 바람직하다.
도 5는 그와 같은 빛샘 현상이 방지된, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도이다. 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치는 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치에 구성요소들 외에, 편광판(140)을 더 구비한다. 이 편광판(140)은 제1반사편광필름(110)과 액정셀(120) 사이에 개재될 수 있는데, 제1편광의 광, 즉 P편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광, 즉 S편광의 광은 흡수할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 경우에도 도 4를 참조하여 전술한 것과 같이, 액정셀(120)에 대략 수직인 방향(+y 방향)으로 진행하지 않고 비스듬히 진행하는 P편광의 광(L4)은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하여 P편광을 반사시키는 제2반사편광필름(130)에서 반사된 후 다시 액정셀(120)을 통과하게 된다. 이때 반사광(L5)은 도 5에 도시된 것과 같이 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과하게 될 수 있으며, 이에 따라 P편광의 반사광(L5)은 액정셀을 통과한 후 S편광의 광(L6)이 된다.
그러나 이 S편광의 광(L6)은 제1반사편광필름(110)에 도달하기에 앞서 제1반사편광필름(110)과 액정셀(120) 사이에 개재된 편광판(140)에 도달하게 된다. 전술한 것과 같이 편광판(140)은 제1편광의 광, 즉 P편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광, 즉 S편광의 광은 흡수할 수 있기에, 광(L6)은 편광판(140)에 흡수된다. 따라서 광(L6)이 제1반사편광필름(110)에서 다시 반사되어 빛샘 현상이 야기되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 전술한 것과 같이 제1반사편광필름(110)은 이론적으로는 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키며, 제2반사편광필름(130)도 이론적으로는 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시킨다. 그러나 실제로는 제1반사편광필름(110)은 제2편광의 광을 대부분 반사시키지만 일부 통과시킬 수도 있고, 마찬가지로 제2반사편광필름(130)도 제1편광의 광을 대부분 반사시키지만 일부 통과시킬 수도 있다. 만일 시청자가 입체영상을 인식하도록 하는 제1상태에서 이와 같은 일부 통과가 발생하게 되면, 시청자가 느끼는 입체영상의 입체감이 낮아지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이를 고려하여 배리어층(300) 없이 고품질의 입체영상 디스플레이 장치를 구현하기 위해서, 도 6에 도시된 것과 같이 제2반사편광필름(130)을 통과한 광이 입사하도록 배치되되 제2편광의 광을 통과시키는 추가편광판(150)을 입체영상 디스플레이용 광학장치가 더 구비하도록 할 수 있다. 이 경우 제1상태에서 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 제1편광의 광의 일부가 제2반사편광필름(130)을 통과한다 하더라도, 추가편광판(150)에 의해 차단되어 디스플레이(400) 방향(+y 방향)으로 진행하지 못하도록 할 수 있다.
참고로 도 1에 도시된 것과 같이 디스플레이(400)가 액정디스플레이인 경우, 액정디스플레이의 원리상 하부기판(410)의 백라이트유닛(200) 방향의 면 상에는 제1편광판(441)이 배치되고, 상부기판(420)의 전방(前方)으로의 면 상에는 제2편광판(442)이 배치될 수밖에 없다. 제1편광판(441)은 특정 편광의 광만을 통과시키는 것으로, 제1편광판(441)이 제2편광의 광, 즉 S편광의 광을 통과시키도록 할 필요가 있다. 즉, 제1편광판(441)은 제2반사편광필름(130)이 통과시키는 편광의 광을 통과시키도록 할 필요가 있다. 이를 고려하면 디스플레이(400)가 액정디스플레이인 경우, 디스플레이(400)의 제1편광판이 도 6의 추가편광판(150)의 역할을 하도록 할 수도 있다.
전술한 것과 같이 배리어층(300) 없이도 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 이용해 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수도 있지만, 도 7에 도시된 것과 같이 배리어층(300)을 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 일 구성요소로 간주하는 것 물론 가능하다. 전술한 것과 같이 제2반사편광필름(130)이 제1편광의 광을 대부분 반사시키지만 일부 통과시킬 수도 있는바, 배리어층(300)은 제1상태에서 제2반사편광필름(130)을 통과한 일부 제1편광의 광을 가변영역(320)에서 차단함으로써, 시청자가 고품질의 입체영상을 인식하도록 할 수 있다.
지금까지는 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130)이 반사형선편광자인 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 각각은 반사형원편광자를 포함할 수 있다. 반사형원편광자의 예로는 CLC(cholesteric liquid crystal)을 들 수 있다. 이 경우 상술한 제1편광의 광은 우원편광의 광과 좌원편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나인 것으로 이해할 수 있다. 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 이에 대해 설명한다. 편의상 제1편광의 광은 좌원편광의 광인 것으로, 제2편광의 광은 우원편광의 광인 것으로 설명한다.
제1반사편광필름(110)은 반사형원편광자를 포함할 수 있는데, 구체적으로 우원피치(right-handed pitch)의 반사형원편광자를 포함할 수 있다. 이 경우 제1반사편광필름(110)은 좌원편광의 광은 통과시키고 우원편광의 광은 반사시킬 수 있다. 도 2에서는 실선으로 된 화살표가 좌원편광의 광을 의미하며, 점선으로 된 화살표가 우원편광의 광을 의미하는 것으로 이해할 수 있다. 제1반사편광필름(110)이 좌원편광의 광을 통과시키고 우원편광의 광은 반사시키기에, 좌원편광의 광만 액정셀(120)에 입사하게 된다. 제2반사편광필름(130) 역시 반사형원편광자를 포함할 수 있는데, 구체적으로 좌원피치(left-handed pitch)의 반사형원편광자를 포함할 수 있다. 이 경우 제2반사편광필름(130)은 우원편광의 광은 통과시키고 좌원편광의 광은 반사시킬 수 있다.
액정셀(120)은 제1영역(121)과 제2영역(122)을 가지며, 전기적 신호가 인가됨에 따라 제1상태와 제2상태를 가질 수 있다. 도 2는 액정셀(120)이 제1상태인 경우를 도시하고 있고 도 3은 액정셀(120)이 제2상태인 경우를 도시하고 있다.
액정셀(120)은 제1상태인 경우, 제1영역(121)에서는 좌원편광의 광을 우원편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고, 제2영역(122)에서는 좌원편광의 광을 그대로 통과시킨다. 이는 액정셀(120)의 제1영역(121)은 통과하는 광의 위상을 항상 λ/2만큼 지연시켜 통과시키고, 액정셀(120)의 제2영역(122)은 제1상태의 경우 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고 제2상태의 경우 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시키기 때문이다. 이러한 액정셀(120)은 예컨대 TN LCD를 이용해 구현될 수 있다. 물론 도 2와 도 3에서는 액정셀(120)의 전극 등은 도시를 생략하였다.
이에 따라 액정셀(120)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)에 도달하게 되는데, 제2반사편광필름(130)은 우원편광의 광은 통과시키되 좌원편광의 광은 반사시키기에, 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)을 통과하지만, 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)에 의해 반사된다.
액정셀(120)의 제1영역(121)이 도 1의 배리어층(300)의 투광영역(310)에 대응하고 액정셀(120)의 제2영역(122)의 도 1의 배리어층(300)의 가변영역(320)에 대응하도록 한다면, 결과적으로 제1상태인 경우 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과한 광은 배리어층(300)의 투광영역(310)에 진입해 배리어층(300)을 통과하게 되고, 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광은 배리어층(300)으로 진입하지 않고 제2반사편광필름(130)에 의해 반사되어 (-y 방향에 위치한) 백라이트유닛(200)을 향하게 된다. 물론 제2반사편광필름(130)에 의해 반사된 광은 좌원편광의 광이기에, 제1반사편광필름(110)을 통한 후 백라이트유닛(200)의 반사판(210)에 의해 반사되고, 다시 제1반사편광필름(110)을 통과해 액정셀(120)로 진입하게 되어, 배리어층(300)을 향하는 광으로 재사용된다.
이와 같은 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 이용함으로써, 사용자가 인식하는 이미지의 휘도를 높이고 입체영상 디스플레이 장치의 소비전력을 낮출 수 있다.
참고로 도 1에 도시된 것과 같이 디스플레이(400)가 액정디스플레이인 경우, 액정디스플레이의 원리상 하부기판(410)의 백라이트유닛(200) 방향의 면 상에는 제1편광판(441)이 배치되고, 상부기판(420)의 전방(前方)으로의 면 상에는 제2편광판(442)이 배치될 수밖에 없다. 제1편광판(441)은 특정 편광의 광만을 통과시키는 것으로, 제1편광판(441)이 제2편광의 광, 즉 우원편광의 광을 통과시키도록 할 필요가 있다. 즉, 제1편광판(441)은 제2반사편광필름(130)이 통과시키는 편광의 광을 통과시키도록 할 필요가 있다. 물론 필요에 따라 제2반사편광필름(130)을 통과한 우원편광의 광을 선편광으로 변환시키는 위상지연판이 디스플레이(400)와 입체영상 디스플레이용 광학장치(100) 사이에 개재되어, 디스플레이(400)에는 원편광의 광이 아닌 선편광의 광이 입사하도록 할 수도 있다. 그리고 이 경우 그러한 위상지연판이 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 일부인 것으로 이해할 수도 있다.
한편, 디스플레이(400)가 입체영상용 이미지를 디스플레이하는 경우가 아니라면, 전술한 것과 같이 배리어층(300)의 투광영역(310)뿐만 아니라 가변영역(320)도 광을 통과시킨다. 이 경우 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)는 도 3에 도시된 것과 같은 상태를 취하게 된다.
즉, 액정셀(120)은 제2상태가 되어, 제1영역(121)과 제2영역(122) 모두 좌원편광의 광을 우원편광의 광으로 전환시키며 통과시킨다. 이에 따라 제1반사편광필름(110)을 통과한 광은 모두 액정셀(120)을 통과하게 되며, 또한 액정셀(120)을 통과한 광은 모두 제2반사편광필름(130)을 통과하여 배리어층(300)을 향하게 된다. 물론 배리어층(300) 역시 제2상태의 경우 투광영역(310)은 물론 가변영역(320)도 광을 통과시키는 상태가 되기에, 모든 광이 디스플레이(400)로 진입하게 되어 휘도 로스(loss)가 발생하지 않도록 할 수 있다.
제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130)이 반사형선편광자인 경우에 대해 설명했던 것과 마찬가지로, 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130)이 반사형원편광자를 포함하는 경우에도, 액정셀(120)의 제1영역(121)과 제2영역(122)을 설계할 시, 배리어층(300)의 투광영역(310)과 가변영역(320)에 대응하도록 설계하는 것을 고려할 수 있다. 이를 통해, 도 1에 도시된 것과 달리 배리어층(300)은 별도로 갖지 않고, 반사판(210)을 갖는 백라이트유닛(200)과, 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같은 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)와, 디스플레이(400)를 갖는, 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수도 있다.
이와 같이 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 각각이 반사형원편광자를 포함할 경우에도, 일부 고스트(ghost) 현상이 나타날 수도 있다. 이는 도 4를 참조하여 전술한 것과 동일/유사한 이유이다. 따라서 그러한 고스트 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치는 도 5에 도시된 것과 같이, 반사형원편광자를 포함하는 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 외에, 편광판(140)을 더 구비한다. 이 편광판(140)은 제1반사편광필름(110)과 액정셀(120) 사이에 개재될 수 있는데, 제1편광의 광, 즉 좌원편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광, 즉 우원편광의 광은 흡수할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 경우에도 도 5에 도시된 것과 같이 액정셀(120)에 대략 수직인 방향(+y 방향)으로 진행하지 않고 비스듬히 진행하는 좌원편광의 광(L4)은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하여 좌원편광을 반사시키는 제2반사편광필름(130)에서 반사된 후 다시 액정셀(120)을 통과하게 된다. 이때 반사광(L5)은 도 5에 도시된 것과 같이 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과하게 될 수 있으며, 이에 따라 좌원편광의 반사광(L5)은 액정셀을 통과한 후 우원편광의 광(L6)이 된다.
그러나 이 우원편광의 광(L6)은 제1반사편광필름(110)에 도달하기에 앞서 제1반사편광필름(110)과 액정셀(120) 사이에 개재된 편광판(140)에 도달하게 된다. 전술한 것과 같이 편광판(140)은 제1편광의 광, 즉 좌원편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광, 즉 우원편광의 광은 흡수할 수 있기에, 광(L6)은 편광판(140)에 흡수된다. 따라서 광(L6)이 제1반사편광필름(110)에서 다시 반사되어 빛샘 현상이 야기되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 전술한 것과 같이 제1반사편광필름(110)은 이론적으로는 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키며, 제2반사편광필름(130)도 이론적으로는 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시킨다. 그러나 실제로는 제1반사편광필름(110)은 제2편광의 광을 대부분 반사시키지만 일부 통과시킬 수도 있고, 마찬가지로 제2반사편광필름(130)도 제1편광의 광을 대부분 반사시키지만 일부 통과시킬 수도 있다. 만일 시청자가 입체영상을 인식하도록 하는 제1상태에서 이와 같은 일부 통과가 발생하게 되면, 시청자가 느끼는 입체영상의 입체감이 낮아지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이를 고려하여 배리어층(300) 없이 고품질의 입체영상 디스플레이 장치를 구현하기 위해서, 도 6에 도시된 것과 같이 제2반사편광필름(130)을 통과한 광이 입사하도록 배치되되 제2편광의 광을 통과시키는 추가편광판(150)을 입체영상 디스플레이용 광학장치가 더 구비하도록 할 수 있다. 이 경우 제1상태에서 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 제1편광의 광의 일부가 제2반사편광필름(130)을 통과한다 하더라도, 추가편광판(150)에 의해 차단되어 디스플레이(400) 방향(+y 방향)으로 진행하지 못하도록 할 수 있다.
전술한 것과 같이 배리어층(300) 없이도 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 이용해 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수도 있지만, 도 6에 도시된 것과 같이 배리어층(300)을 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 일 구성요소로 간주하는 것 물론 가능하다. 전술한 것과 같이 제2반사편광필름(130)이 제1편광의 광을 대부분 반사시키지만 일부 통과시킬 수도 있는바, 배리어층(300)은 제1상태에서 제2반사편광필름(130)을 통과한 일부 제1편광의 광을 가변영역(320)에서 차단함으로써, 시청자가 고품질의 입체영상을 인식하도록 할 수 있다.
지금까지 입체영상 디스플레이 장치나 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)에 대해 설명하였는바, 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)가 본 발명의 범위에 속함은 물론 이러한 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다. 이러한 입체영상 디스플레이 장치의 경우 디스플레이(400)는 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)에서 방출되는 제2편광의 광을 이용해 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이함으로써, 시청자가 입체영상을 인식하도록 할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도들이다. 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)가 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)와 상이한 점은, 액정셀(120)과 제2반사편광필름(130)의 작용이 달라졌다는 점이다. 이하에서는 이에 대해 설명하며, 중복되거나 유사한 설명은 편의상 생략한다.
제1반사편광필름(110)은 전술한 것과 같이 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시킬 수 있다. 그러나 제2반사편광필름(130)은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 달리, 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시킬 수 있다. 여기서 제1편광의 광은 P편광의 광과 S편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나일 수 있다. 이하에서는 편의상 제1편광의 광은 P편광의 광이고 제2편광의 광은 S편광의 광인 것으로 설명한다. 도 8과 도 9에서는 실선으로 된 화살표가 P편광의 광을 의미하며, 점선으로 된 화살표가 S편광의 광을 의미한다. 제1반사편광필름(110)이 P편광의 광을 통과시키고 S편광의 광은 반사시키기에, P편광의 광만 액정셀(120)에 입사하게 된다.
액정셀(120)은 제1영역(121)과 제2영역(122)을 가지며, 전기적 신호가 인가됨에 따라 제1상태와 제2상태를 가질 수 있다. 도 8은 액정셀(120)이 제1상태인 경우를 도시하고 있고 도 9는 액정셀(120)이 제2상태인 경우를 도시하고 있다.
액정셀(120)은 제1상태인 경우, 제1영역(121)에서는 P편광의 광을 그대로 통과시키고, 제2영역(122)에서는 P편광의 광을 S편광의 광으로 전환시키면서 통과시킨다. 이는 액정셀(120)의 제1영역(121)은 제1상태나 제2상태 모두의 경우 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고, 액정셀(120)의 제2영역(122)은 제1상태의 경우 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시키고 제2상태의 경우에는 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키기 때문이다.
이에 따라 액정셀(120)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)에 도달하게 되는데, 제2반사편광필름(130)은 P편광의 광은 통과시키되 S편광의 광은 반사시키기에, 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)을 통과하지만, 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)에 의해 반사된다.
액정셀(120)의 제1영역(121)이 도 1의 배리어층(300)의 투광영역(310)에 대응하고 액정셀(120)의 제2영역(122)의 도 1의 배리어층(300)의 가변영역(320)에 대응하도록 한다면, 결과적으로 제1상태인 경우 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과한 광은 배리어층(300)의 투광영역(310)에 진입해 배리어층(300)을 통과하게 된다. 한편 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광은 배리어층(300)으로 진입하지 않고 제2반사편광필름(130)에 의해 반사되어 (-y 방향에 위치한) 다시 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하게 되는데, 액정셀(120)은 여전히 제1상태이기 때문에 제2영역(122)을 다시 통과하면서 위상이 λ/2만큼 지연된다. 즉, 제2반사편광필름(130)에 의해 반사된 S편광의 광은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 다시 통과하면서 P편광의 광이 된다. 다시 P 편광이 된 이 광은 제1반사편광필름(110)을 통한 후 백라이트유닛(200)의 반사판(210)에 의해 반사되고, 다시 제1반사편광필름(110)을 통과해 액정셀(120)로 진입하게 되어, 배리어층(300)을 향하는 광으로 재사용된다.
이와 같은 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 이용함으로써, 사용자가 인식하는 이미지의 휘도를 높이고 입체영상 디스플레이 장치의 소비전력을 낮출 수 있다.
참고로 도 1에 도시된 것과 같이 디스플레이(400)가 액정디스플레이인 경우, 전술한 것과 마찬가지로 제1편광판(441)은 제2반사편광필름(130)이 통과시키는 편광의 광을 통과시키도록 할 필요가 있다.
한편, 디스플레이(400)가 입체영상용 이미지를 디스플레이하는 경우가 아니라면, 전술한 것과 같이 배리어층(300)의 투광영역(310)뿐만 아니라 가변영역(320)도 광을 통과시킨다. 이 경우 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)는 도 9에 도시된 것과 같은 상태를 취하게 된다.
즉, 액정셀(120)은 제2상태가 되어, 제1영역(121)과 제2영역(122) 모두 P편광의 광을 그대로 통과시킨다. 이에 따라 제1반사편광필름(110)을 통과한 광은 모두 액정셀(120)을 통과하게 되며, 또한 액정셀(120)을 통과한 광은 모두 제2반사편광필름(130)을 통과하여 배리어층(300)을 향하게 된다. 물론 배리어층(300) 역시 제2상태의 경우 투광영역(310)은 물론 가변영역(320)도 광을 통과시키는 상태가 되기에, 모든 광이 디스플레이(400)로 진입하게 되어 휘도 로스(loss)가 발생하지 않도록 할 수 있다.
물론 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같이 작동하는 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)가 전술한 것과 같이 도 1의 배리어층(300)의 역할까지 하는 것으로 이해될 수도 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 것과 달리 배리어층(300)은 별도로 갖지 않고, 반사판(210)을 갖는 백라이트유닛(200)과, 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같은 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)와, 디스플레이(400)를 갖는, 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수도 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 경우에도, 일부 고스트(ghost) 현상이 나타날 수도 있다.
예컨대 도 10에 도시된 것과 같이 액정셀(120)이 제1상태인 상황에서 액정셀(120)에 대략 수직인 방향(+y 방향)으로 진행하지 않고 비스듬히 진행하는 광(L8)의 경우, 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하면서 편광 상태가 변하여 S편광인 상태의 광(L9)이 된다. 이 광(L9)은 S편광을 반사시키는 제2반사편광필름(130)에서 반사되어 다시 액정셀(120)을 통과하게 되는데, 이때 반사광(L10)은 도 10에 도시된 것과 같이 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과하게 될 수 있다. 액정셀(120)의 제1영역(121)은 편광 변화 없이 광을 통과시키기에, S편광의 반사광(L10)은 액정셀(120)을 통과한 후 S편광의 광을 반사시키는 제1반사편광필름(110)에서 반사되는데, 이때 이 S편광인 재반사광(L11)은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하게 될 수 있다. 이 경우, 재반사광(L11)은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하면서 편광 상태가 S편광에서 P편광으로 변하게 되며, 이러한 P편광의 광(L12)은 P편광인 광을 통과시키는 제2반사편광필름(130)을 통과할 수 있다.
이와 같은 메커니즘을 통해 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광들 중 일부는 제2반사편광필름(130)에서 반사되지 않고 제2반사편광필름(130)을 통과하게 되기에, 액정셀(120)의 제2영역(122)에서 빛샘 현상을 야기하여 고스트 현상이 나타나는 결과를 가져올 수 있다. 특히 그러한 빛샘 현상은 입체영상 디스플레이를 디스플레이할 시 이미지 품질의 저하를 가져오는 중요한 요인이 될 수 있다. 따라서 그러한 빛샘 현상이 방지되도록 하는 것이 바람직하다.
도 11은 그와 같은 빛샘 현상이 방지된, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 작동원리를 개략적으로 설명하는 개념도이다. 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치는 도 8 및 도 9를 참조하여 전술한 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치에 구성요소들 외에, 편광판(140)을 더 구비한다. 이 편광판(150)은 제1반사편광필름(110)과 액정셀(120) 사이에 개재될 수 있는데, 제1편광의 광, 즉 P편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광, 즉 S편광의 광은 흡수할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 경우에도 도 10을 참조하여 전술한 것과 같이, 액정셀(120)에 대략 수직인 방향(+y 방향)으로 진행하지 않고 비스듬히 진행하는 P편광의 광(L8)은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하여 S편광을 반사시키는 제2반사편광필름(130)에서 반사된 후 다시 액정셀(120)을 통과하게 된다. 이때 반사광(L10)은 도 11에 도시된 것과 같이 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과하게 될 수 있으며, 이에 따라 S편광의 반사광(L10)은 S편광 상태로 액정셀(120)을 통과하게 된다.
그러나 이 S편광의 광(L10)은 제1반사편광필름(110)에 도달하기에 앞서 제1반사편광필름(110)과 액정셀(120) 사이에 개재된 편광판(140)에 도달하게 된다. 전술한 것과 같이 편광판(140)은 제1편광의 광, 즉 P편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광, 즉 S편광의 광은 흡수할 수 있기에, 광(L10)은 편광판(140)에 흡수된다. 따라서 광(L10)이 제1반사편광필름(110)에서 다시 반사되어 빛샘 현상이 야기되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
물론 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)도, 제2반사편광필름(130)이 제2편광의 광을 대부분 반사시키지만 일부 통과시킬 수도 있기에, 제2반사편광필름(130)을 통과한 광이 입사하도록 배치되되 제1편광의 광을 통과시키는 추가편광판을 입체영상 디스플레이용 광학장치가 더 구비하도록 할 수도 있다. 이 경우 제1상태에서 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 제2편광의 광의 일부가 제2반사편광필름(130)을 통과한다 하더라도, 추가편광판에 의해 차단되어 디스플레이(400) 방향(+y 방향)으로 진행하지 못하도록 할 수 있다. 물론 도 1에 도시된 것과 같이 디스플레이(400)가 액정디스플레이인 경우, 디스플레이(400)의 제1편광판이 상술한 추가편광판의 역할을 하도록 할 수도 있다.
물론 배리어층(300) 없이도 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 이용해 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수도 있지만, 배리어층을 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 일 구성요소로 간주하는 것 물론 가능하다.
도 8, 도 9 및 도 11을 참조하여 설명하면서 지금까지는 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130)이 반사형선편광자인 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 각각은 반사형원편광자를 포함할 수 있다. 이 경우 상술한 제1편광의 광은 우원편광의 광과 좌원편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나인 것으로 이해할 수 있다. 이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 이에 대해 설명한다. 편의상 제1편광의 광은 좌원편광의 광인 것으로, 제2편광의 광은 우원편광의 광인 것으로 설명한다.
제1반사편광필름(110)은 반사형원편광자를 포함할 수 있는데, 구체적으로 우원피치의 반사형원편광자를 포함할 수 있다. 이 경우 제1반사편광필름(110)은 좌원편광의 광은 통과시키고 우원편광의 광은 반사시킬 수 있다. 도 8 및 도 9에서는 실선으로 된 화살표가 좌원편광의 광을 의미하며, 점선으로 된 화살표가 우원편광의 광을 의미하는 것으로 이해할 수 있다. 제1반사편광필름(110)이 좌원편광의 광을 통과시키고 우원편광의 광은 반사시키기에, 좌원편광의 광만 액정셀(120)에 입사하게 된다. 제2반사편광필름(130) 역시 반사형원편광자를 포함할 수 있는데, 구체적으로 제1반사편광필름(110)과 마찬가지로 우원피치의 반사형원편광자를 포함할 수 있다.
액정셀(120)은 제1영역(121)과 제2영역(122)을 가지며, 전기적 신호가 인가됨에 따라 제1상태와 제2상태를 가질 수 있다. 도 8은 액정셀(120)이 제1상태인 경우를 도시하고 있고 도 9는 액정셀(120)이 제2상태인 경우를 도시하고 있다.
액정셀(120)은 제1상태인 경우, 제1영역(121)에서는 좌원편광의 광을 그대로 통과시키고, 제2영역(122)에서는 좌원편광의 광을 우원편광의 광으로 전환시키면서 통과시킨다. 이는 액정셀(120)의 제1영역(121)은 언제나 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고, 액정셀(120)의 제2영역(122)은 제1상태의 경우 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시키고 제2상태의 경우에는 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키기 때문이다.
이에 따라 액정셀(120)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)에 도달하게 되는데, 제2반사편광필름(130)은 좌원편광의 광은 통과시키되 우원편광의 광은 반사시키기에, 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)을 통과하지만, 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광은 제2반사편광필름(130)에 의해 반사된다.
액정셀(120)의 제1영역(121)이 도 1의 배리어층(300)의 투광영역(310)에 대응하고 액정셀(120)의 제2영역(122)의 도 1의 배리어층(300)의 가변영역(320)에 대응하도록 한다면, 결과적으로 제1상태인 경우 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과한 광은 배리어층(300)의 투광영역(310)에 진입해 배리어층(300)을 통과하게 되고, 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과한 광은 배리어층(300)으로 진입하지 않고 제2반사편광필름(130)에 의해 반사되어 액정셀(120)의 제2영역(122)을 다시 통과하게 된다. 이때 제2영역(122)은 여전히 제1상태이기 때문에 제2영역(122)을 다시 통과하면서 위상이 λ/2만큼 지연된다. 즉, 제2반사편광필름(130)에 의해 반사된 우원편광의 광은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 다시 통과하면서 좌원편광의 광이 된다. 다시 좌원편광이 된 이 광은 제1반사편광필름(110)을 통한 후 백라이트유닛(200)의 반사판(210)에 의해 반사되고, 다시 제1반사편광필름(110)을 통과해 액정셀(120)로 진입하게 되어, 배리어층(300)을 향하는 광으로 재사용된다.
이와 같은 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 이용함으로써, 사용자가 인식하는 이미지의 휘도를 높이고 입체영상 디스플레이 장치의 소비전력을 낮출 수 있다.
참고로 도 1에 도시된 것과 같이 디스플레이(400)가 액정디스플레이인 경우, 액정디스플레이의 원리상 하부기판(410)의 백라이트유닛(200) 방향의 면 상에는 제1편광판(441)이 배치되고, 상부기판(420)의 전방(前方)으로의 면 상에는 제2편광판(442)이 배치될 수밖에 없다. 제1편광판(441)은 특정 편광의 광만을 통과시키는 것으로, 제1편광판(441)이 제1편광의 광, 즉 좌원편광의 광을 통과시키도록 할 필요가 있다. 즉, 제1편광판(441)은 제2반사편광필름(130)이 통과시키는 편광의 광을 통과시키도록 할 필요가 있다. 물론 필요에 따라 제2반사편광필름(130)을 통과한 좌원편광의 광을 선편광으로 변환시키는 위상지연판이 디스플레이(400)와 입체영상 디스플레이용 광학장치(100) 사이에 개재되어, 디스플레이(400)에는 원편광의 광이 아닌 선편광의 광이 입사하도록 할 수도 있다. 그리고 이 경우 그러한 위상지연판이 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 일부인 것으로 이해할 수도 있다.
한편, 디스플레이(400)가 입체영상용 이미지를 디스플레이하는 경우가 아니라면, 전술한 것과 같이 배리어층(300)의 투광영역(310)뿐만 아니라 가변영역(320)도 광을 통과시킨다. 이 경우 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)는 도 9에 도시된 것과 같은 상태를 취하게 된다.
즉, 액정셀(120)은 제2상태가 되어, 제1영역(121)과 제2영역(122) 모두 좌원편광의 광을 그대로 통과시킨다. 이에 따라 제1반사편광필름(110)을 통과한 광은 모두 액정셀(120)을 통과하게 되며, 또한 액정셀(120)을 통과한 광은 모두 제2반사편광필름(130)을 통과하여 배리어층(300)을 향하게 된다. 물론 배리어층(300) 역시 제2상태의 경우 투광영역(310)은 물론 가변영역(320)도 광을 통과시키는 상태가 되기에, 모든 광이 디스플레이(400)로 진입하게 되어 휘도 로스(loss)가 발생하지 않도록 할 수 있다.
제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130)이 반사형선편광자인 경우에 대해 설명했던 것과 마찬가지로, 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130)이 반사형원편광자를 포함하는 경우에도, 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같은 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)가 배리어층(300)의 역할까지 하도록 할 수도 있다.
이와 같이 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 각각이 반사형원편광자를 포함할 경우에도, 일부 고스트(ghost) 현상이 나타날 수도 있다. 이는 도 10을 참조하여 전술한 것과 동일/유사한 이유이다. 따라서 그러한 고스트 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치는 도 11에 도시된 것과 같이, 반사형원편광자를 포함하는 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 외에, 편광판(140)을 더 구비한다. 이 편광판(140)은 제1반사편광필름(110)과 액정셀(120) 사이에 개재될 수 있는데, 제1편광의 광, 즉 좌원편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광, 즉 우원편광의 광은 흡수할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치의 경우에도 도 11에 도시된 것과 같이 액정셀(120)에 대략 수직인 방향(+y 방향)으로 진행하지 않고 비스듬히 진행하는 좌원편광의 광(L8)은 액정셀(120)의 제2영역(122)을 통과하여 우원편광 상태가 된 후 우원편광을 반사시키는 제2반사편광필름(130)에서 반사된 후 다시 액정셀(120)을 통과하게 된다. 이때 반사광(L10)은 도 11에 도시된 것과 같이 액정셀(120)의 제1영역(121)을 통과하게 될 수 있으며, 이에 따라 우원편광 상태가 계속 유지된다.
그러나 이 우원편광의 광(L10)은 제1반사편광필름(110)에 도달하기에 앞서 제1반사편광필름(110)과 액정셀(120) 사이에 개재된 편광판(140)에 도달하게 된다. 전술한 것과 같이 편광판(140)은 제1편광의 광, 즉 좌원편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광, 즉 우원편광의 광은 흡수할 수 있기에, 광(L10)은 편광판(140)에 흡수된다. 따라서 광(L10)이 제1반사편광필름(110)에서 다시 반사되어 빛샘 현상이 야기되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
물론 도 8, 도 9 및 도 11에 도시된 것과 같이 작동하는 입체영상 디스플레이용 광학장치의 경우에도, 제2반사편광필름(130)이 제2편광의 광을 완벽하게 반사하지 못하고 일부 통과시킬 수도 있다. 이 경우, 제2반사편광필름(130)을 통과한 광이 입사하도록 배치되되 제1편광의 광을 통과시키는 추가편광판을 입체영상 디스플레이용 광학장치가 더 구비하도록 할 수도 있다.
그리고 전술한 것과 같이 배리어층(300) 없이도 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 이용해 입체영상 디스플레이 장치를 구현할 수도 있지만, 배리어층(300)이 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 일 구성요소로서 더 배치되도록 할 수도 있다. 전술한 것과 같이 제2반사편광필름(130)이 제2편광의 광을 대부분 반사시키지만 일부 통과시킬 수도 있는바, 배리어층(300)은 제1상태에서 제2반사편광필름(130)을 통과한 일부 제2편광의 광을 가변영역(320)에서 차단함으로써, 시청자가 고품질의 입체영상을 인식하도록 할 수 있다.
지금까지 입체영상 디스플레이 장치나 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)에 대해 설명하였는바, 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)가 본 발명의 범위에 속함은 물론 이러한 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 구비하는 입체영상 디스플레이 장치 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다. 이러한 입체영상 디스플레이 장치의 경우 디스플레이(400)는 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)에서 방출되는 제1편광의 광을 이용해 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이함으로써, 시청자가 입체영상을 인식하도록 할 수 있다.
지금까지 여러 실시예들 및 그 변형예들에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)들을 설명함에 있어서 반사판(210)을 포함한 백라이트유닛(200)이 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)와 구분되는 별개의 장치인 것으로 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이다. 예컨대 제1반사편광필름(110)에 입사하도록 광을 방출하며 반사판(210)을 갖는 백라이트유닛(200)이 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)의 일 구성요소인 것으로 파악할 수도 있다.
한편, 지금까지는 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)들을 설명함에 있어서, 디스플레이(400)가 입체영상용 이미지를 디스플레이할 수도 있고 입체영상용 이미지가 아닌 일반적인 이미지를 디스플레이할 수도 있는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)는, 디스플레이(400)가 언제나 입체영상용 이미지를 디스플레이하는 것을 전제로 하는 것일 수도 있다. 이 경우 도 2, 도 3, 도 5, 도 8 및/또는 도 9 및 도 11에 도시된 것과 달리, 액정셀(120)은 언제나 도 2, 도 5, 도 8 및/또는 도 11에 도시된 것과 같은 상태일 수 있다. 즉, 액정셀(120)이 도 2, 도 3 및 도 5을 참조하여 전술한 것이나 도 8, 도 9 및 도 11을 참조하여 전술한 것과 같이 전기적 신호가 인가됨에 따라 제1상태와 제2상태를 갖는 액티브 액정셀일 수도 있지만, 이와 달리 언제나 도 2, 도 5, 도 8 및/또는 도 11에 도시된 것과 같은 상태만을 갖는 것일 수 있다. 이 경우에는 액정셀(120)은 리타더층인 것으로 이해될 수도 있다.
만일 제2반사편광필름(130)이 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광을 반사시킨다면, 도 2 및 도 5에 도시된 것과 같이 리타더층(120)은 제1영역(121)에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고 제2영역(122)에서는 제1편광의 광을 그대로 통과시키도록 함으로써, 광효율을 높일 수 있는 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 구현할 수 있다. 이러한 리타더층(120)은 예컨대 제2영역(122)에 대응하는 부분에는 관통홀을 가진 패터닝된 리타더층(patterned retarder)일 수도 있다. 이때 리타더층(120)은 제1영역(121)에서 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시킬 수 있다.
만일 제2반사편광필름(130)이 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시킨다면, 리타더층(120)은 도 8 및 도 11에 도시된 것과 같이 제1영역(121)에서는 제1편광의 광을 그대로 통과시키고 제2영역(122)에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키도록 함으로써, 광효율을 높일 수 있는 입체영상 디스플레이용 광학장치(100)를 구현할 수 있다. 이러한 리타더층(120)은 예컨대 제1영역(121)에 대응하는 부분에는 관통홀을 가진 패터닝된 리타더층일 수도 있다. 이때 리타더층(120)은 제2영역(122)에서 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시킬 수 있다.
입체영상 디스플레이용 광학장치(100)가 액정셀(120) 대신 이와 같은 리타더층(120)을 갖는 경우에도, 액정셀(120)을 갖는 경우에 대해 설명한 내용이 대부분 적용될 수 있음은 물론이다. 예컨대 제1편광의 광은 P편광의 광과 S편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나일 수 있다. 그리고 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 각각은 반사형선편광자를 포함할 수 있다. 또는, 제1편광의 광은 우원편광의 광과 좌원편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나일 수 있으며, 제1반사편광필름(110)과 제2반사편광필름(130) 각각은 반사형원편광자를 포함할 수도 있다. 그리고 도 5나 도 11에 도시된 것과 같이 편광판(140)을 더 구비함으로써 빛샘 현상이 발생하는 것을 방지할 수도 있다. 그리고 도 6에 도시된 것과 유사하게 추가편광판(150)을 더 구비할 수도 있고, 도 7에 도시된 것과 유사하게 배리어층(300)을 더 구비할 수도 있다.
한편, 지금까지 언급한 액정셀(120)의 경우, 기판들, 전극들 및 액정 등을 포함할 수 있다. 예컨대 액정셀(120)의 제1반사편광필름(110) 방향과 제2반사편광필름(130) 방향 중 어느 한쪽에는 공통전극이 위치하고, 다른 쪽에는 제2영역(122)에 대응하도록 패터닝된 전극들이 위치하며, 공통전극은 제1기판 상에 위치하고 패터닝된 전극들은 제2기판 상에 위치할 수 있다. 또는, 지금까지 언급한 액정셀(120)은, 기판들을 갖지 않을 수도 있다. 이 경우 공통전극은 제2반사편광필름(130)이나 편광판(140) 중 어느 하나의 면 상에 위치하고, 패터닝된 전극들은 다른 하나의 면 상에 위치할 수 있다. 즉, 제2반사편광필름(130)이나 편광판(140)이 기판의 역할까지 할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 디스플레이용 광학장치 110: 제1반사편광필름
120: 액정셀 121: 제1영역
122: 제2영역 130: 제2반사편광필름
140: 편광판 150: 추가편광판
200: 백라이트유닛 210: 반사판
300: 배리어층 310: 투광영역
320: 가변영역 400: 디스플레이
410: 하부기판 420: 상부기판
430: 액정 441: 제1편광판
442: 제2편광판

Claims (13)

  1. 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키는 제1반사편광필름;
    상기 제1반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고, 제1영역과 제2영역을 가지며, 전기적 신호가 인가됨에 따라 제1상태와 제2상태를 가질 수 있는, 액정셀;
    상기 액정셀을 통과한 광이 입사하도록 배치되는 제2반사편광필름;
    상기 제1반사편광필름과 상기 액정셀 사이에 개재되며, 제1편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광은 흡수하는, 편광판; 및
    상기 제2반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고, 상기 액정셀의 제1영역에 대응하는 투광영역과 상기 액정셀의 제2영역에 대응하는 가변영역을 가지며, 전기적 신호에 따라 가변영역은 광을 통과시키는 상태와 차단하는 상태가 될 수 있는, 배리어층;
    을 구비하고,
    (i) 상기 제2반사편광필름은 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시키며, 상기 액정셀은 제1상태의 경우 제1영역에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고 제2영역에서는 광을 그대로 통과시키며, 제2상태의 경우 제1영역과 제2영역 모두에서 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고, 또는
    (ii) 상기 제2반사편광필름은 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키며, 상기 액정셀은 제1상태의 경우 제1영역에서는 광을 그대로 통과시키고 제2영역에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키거나 제2편광의 광을 제1편광의 광으로 전환시키면서 통과시키며, 제2상태의 경우 제1영역과 제2영역 모두에서 광을 그대로 통과시키는, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  2. 제1항에 있어서,
    (i) 상기 제2반사편광필름이 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시킬 경우, 상기 액정셀의 제1영역은 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시키고, 상기 액정셀의 제2영역은 제1상태의 경우 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고 제2상태의 경우 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시키고, (ii) 상기 제2반사편광필름이 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시킬 경우, 상기 액정셀의 제1영역은 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고, 상기 액정셀의 제2영역은 제1상태의 경우 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시키고 제2상태의 경우 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키는, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  3. 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키는 제1반사편광필름;
    상기 제1반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고, 제1영역과 제2영역을 갖는, 리타더층;
    상기 리타더층을 통과한 광이 입사하도록 배치되는 제2반사편광필름;
    상기 제1반사편광필름과 상기 리타더층 사이에 개재되며, 제1편광의 광은 통과시키고 제2편광의 광은 흡수하는, 편광판; 및
    상기 제2반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고, 상기 리타더층의 제1영역에 대응하는 투광영역과 상기 리타더층의 제2영역에 대응하는 가변영역을 가지며, 전기적 신호에 따라 가변영역은 광을 통과시키는 상태와 차단하는 상태가 될 수 있는, 배리어층;
    을 구비하고,
    (i) 상기 제2반사편광필름은 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시키며, 상기 리타더층은 제1영역에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키면서 통과시키고 제2영역에서는 광을 그대로 통과시키고, 또는
    (ii) 상기 제2반사편광필름은 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시키며, 상기 리타더층은 제1영역에서는 광을 그대로 통과시키고 제2영역에서는 제1편광의 광을 제2편광의 광으로 전환시키거나 제2편광의 광을 제1편광의 광으로 전환시키면서 통과시키는, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  4. 제3항에 있어서,
    (i) 상기 제2반사편광필름이 제2편광의 광을 통과시키고 제1편광의 광은 반사시킬 경우, 상기 리타더층의 제1영역은 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시키고, 상기 리타더층의 제2영역은 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고, (ii) 상기 제2반사편광필름이 제1편광의 광을 통과시키고 제2편광의 광은 반사시킬 경우, 상기 리타더층의 제1영역은 통과하는 광의 위상 변화 없이 통과시키고, 상기 리타더층의 제2영역은 통과하는 광의 위상을 λ/2만큼 지연시켜 통과시키는, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1편광의 광은 P편광의 광과 S편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나인, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반사편광필름과 상기 제2반사편광필름 각각은 반사형선편광자를 포함하는, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1편광의 광은 우원편광의 광과 좌원편광의 광 중 어느 하나이고, 제2편광의 광은 다른 하나인, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1반사편광필름과 상기 제2반사편광필름 각각은 반사형원편광자를 포함하는, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2반사편광필름을 통과한 광이 입사하도록 배치되고, 제1편광의 광과 제2편광의 광 중 상기 제2반사편광필름이 통과시키는 어느 한 편광의 광을 통과시키는 추가편광판을 더 구비하는, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  10. 삭제
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1반사편광필름에 입사하도록 광을 방출하며 반사판을 갖는 백라이트유닛을 더 구비하는, 입체영상 디스플레이용 광학장치.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 입체영상 디스플레이용 광학장치; 및
    상기 입체영상 디스플레이용 광학장치를 통과한 광이 입사하도록 배치되며, 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이할 수 있는 디스플레이;
    를 구비하는, 입체영상 디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 디스플레이는 제2편광의 광을 이용해 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 디스플레이할 수 있는 액정디스플레이인, 입체영상 디스플레이 장치.
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