KR20080079550A - 2차원/3차원 영상 호환용 고효율 디스플레이 장치 - Google Patents

2차원/3차원 영상 호환용 고효율 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20080079550A
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차경훈
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Abstract

본 발명은 광 이용 효율을 개선하여 휘도를 증가시킨 2차원/3차원 영상 호환용 고효율 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 영상 디스플레이 장치는, 바닥에 반사판이 설치된 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키는 편광판; 입사광의 편광방향을 서로 다르게 변환시키는 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자가 서로 교번하여 형성된 제 1 복굴절소자 어레이; 입사광의 편광방향을 서로 다르게 변환시키는 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자가 서로 교번하여 형성된 제 2 복굴절소자 어레이; 상기 제 2 복굴절소자 어레이를 투과한 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 반사 편광판; 및 영상을 디스플레이 하는 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차원/3차원 영상 호환용 고효율 디스플레이 장치{High efficient 2D-3D switchable display apparatus}
도 1은 일반적인 패럴렉스 배리어 방식의 입체 영상 디스플레이 장치의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 2차원/3차원 영상 호환용 입체 영상 디스플레이 장치의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 3은 패럴렉스 배리어 방식의 입체 영상 디스플레이 장치에서 광 이용 효율을 개선하기 위한 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 광 이용 효율이 개선된 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 구조 및 동작을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에서 사용된 반사 편광판의 측면 구조를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에서 사용된 반사 편광판의 상면 구조를 개략적으로 도시한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에서 사용된 복굴절소자 어레이의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
30.....입체 영상 디스플레이 장치 31.....백라이트 유닛
32.....편광판 33.....제 1 복굴절소자 어레이
34.....제 2 복굴절소자 어레이 35.....반사 편광판
36.....디스플레이 패널 37.....반사판
본 발명은 2차원/3차원 영상 호환용 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광 이용 효율을 개선하여 휘도를 증가시킨 2차원/3차원 영상 호환용 고효율 디스플레이 장치에 관한 것이다.
3차원 영상은 사람의 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)가 입체감의 가장 중요한 요인이라고 할 수 있다. 최근에는 의료영상, 게임, 광고, 교육, 군사 등 여러 분야에서 이러한 양안시차의 원리를 이용하여 입체 영상을 제공하는 입체 영상 디스플레이의 필요성이 크게 요구되고 있다. 또한, 고해상도 TV가 점차 대중화됨에 따라, 장래에는 입체로 TV를 시청할 수 있는 입체형 TV의 대중화가 가능해질 것으로 예상된다. 이에 따라 다양한 3차원 영상 재현 기술이 제안되고 있다.
일반적으로 3차원 입체 영상을 구현하기 위한 디스플레이 기술에는 크게 안경 방식, 무안경 방식(autostereoscopy), 홀로그래피(holography) 방식이 있다. 이 중에서 안경 방식과 무안경 방식은 모두 시차가 있는 두 개의 2차원 화상을 좌안과 우안에 각각 분리하여 제공함으로써 입체감을 느끼게 하는 방식이다. 여기서, 안경 방식은 편광 안경과 같은 별도 악세사리를 착용해야만 3차원 영상을 감상할 수 있다는 불편함이 있다. 한편, 홀로그래피 방식은 완전한 입체 영상을 구현할 수 있는 이상적인 디스플레이 방식이기는 하지만, 레이저와 같은 가간섭성(coherent) 광원이 필요할 뿐만 아니라, 먼 거리에 위치하는 큰 물체를 기록하고 재생하는 것이 어렵다. 따라서, 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치가 많이 연구되고 있다.
또한, 이러한 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이 장치에는 크게 패럴렉스 배리어(parallax barrier) 방식과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있다. 패럴렉스 배리어 방식은 좌우 양안이 각각 보아야 할 화상을 교대로 세로 무늬 모양으로 디스플레이 하고, 이를 가느다란 세로 격자열 즉, 배리어를 이용하여 보는 것이다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 패럴렉스 배리어 방식의 입체 영상 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛(11), 액정 디스플레이 패널(13), 및 소정의 주기로 배열된 개구(12a)와 배리어(12b)를 갖는 패럴렉스 배리어(12)를 포함한다. 도 1에는 패럴렉스 배리어(12)가 액정 디스플레이 패널(13)과 백라이트 유닛(11) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 액정 디스플레이 패널(13)의 전방에 패럴렉스 배리어(12)를 배치하는 것도 가능하다. 이러한 구조에서, 액정 디스플레이 패널(13)에서 교대로 디스플레이 되는 좌안용 영상과 우안용 영상은 상기 패럴렉스 배리어(12)의 개구(12a)에 의해 분리될 수 있다.
최근에는, 디스플레이 될 영상신호에 따라 2차원(2D) 영상 또는 3차원(3D) 영상을 제공할 수 있도록, 2차원 영상 모드와 3차원 영상 모드 사이의 스위칭 동작이 가능한 입체 영상 디스플레이가 연구되고 있다. 도 2a 및 도 2b는 이러한 2차원/3차원 영상 호환용 입체 영상 디스플레이 장치의 예시적인 구조 및 동작을 개략적으로 도시하고 있다.
도 2a를 참조하면, 공지된 2차원/3차원 영상 호환용 입체 영상 디스플레이 장치(20)는, 디스플레이 패널(20), 제 1 편광판(21), 제 1 및 제 2 복굴절소자 어레이(24,25) 및 제 2 편광판(23)으로 구성된다. 제 1 복굴절소자 어레이(24)는 입사광의 위상을 +λ/4 만큼 지연시키는 제 1 복굴절소자(24a)와 -λ/4 만큼 지연시키는 제 2 복굴절소자(24b)가 교번하여 배치된 구성을 갖는다. 또한, 제 2 복굴절소자 어레이(25)는 입사광의 위상을 +λ/4 만큼 지연시키는 제 3 복굴절소자(25a)와 -λ/4 만큼 지연시키는 제 4 복굴절소자(25b)가 교번하여 배치된 구성을 갖는다. 제 1 및 제 2 편광판(21,23)은 특정 편광방향의 광만을 투과시키는 것이다. 예컨대, 제 1 편광판(21)은 수직 방향의 편광방향을 갖는 광만을 투과시키고, 제 2 편광판(23)은 수평 방향의 편광방향을 갖는 광만을 투과시킬 수 있다.
이러한 구성에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 복굴절소자 어레이(24)의 제 1 및 제 2 복굴절소자(24a,24b)와 제 2 복굴절소자 어레이(25)의 제 3 및 제 4 복굴절소자(25a,25b)가 서로 엇갈리게 배치되는 경우, 배리어가 주기적으로 발생하게 된다. 따라서, 디스플레이 패널(20)에서 한 컬럼의 화소씩 교대로 디스플레이 되는 좌안용 영상과 우안용 영상이 관찰자의 좌안과 우안에 각각 분리되어 제공된다.
반면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 복굴절소자 어레이(24)의 제 1 및 제 2 복굴절소자(24a,24b)와 제 2 복굴절소자 어레이(25)의 제 3 및 제 4 복굴절소자(25a,25b)가 서로 완전히 겹치도록 배치되는 경우, 배리어는 발생하지 않으며 모든 광이 제 2 편광판(23)을 통과하게 된다. 따라서, 이 경우에는 상기 디스플레이 패널(20)은 2차원 영상을 디스플레이 한다.
이 밖에도 여러 가지 형태의 2차원/3차원 영상 호환용 입체 영상 디스플레이 장치가 공지되어 있다.
그런데, 상술한 패럴렉스 배리어 방식의 입체 영상 디스플레이 장치의 경우, 광의 일부가 배리어에 의해 차단되기 때문에 광 이용 효율이 낮고 휘도가 감소하게 되는 문제가 있다. 휘도의 감소를 방지하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛(11)과 대향하는 배리어(12b)의 표면에 반사 필름(14)을 도포하고, 상기 백라이트 유닛(11)의 저면에도 반사판(15)을 설치하는 방안이 제안되고 있다. 이 경우, 백라이트 유닛(11)에서 방출되어 배리어(12b)에 입사하는 광은 상기 반사 필름(14)에 의해 반사된 후 다시 반사판(15)에 의해 반사되므로 재사용이 가능하다. 그러나, 이러한 방식에서는 2D/3D 스위칭이 불가능하다는 문제가 남아 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광 이용 효율을 개선하여 휘도를 증가시키면서 2차원/3차원 영상의 스위칭이 가능한 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 영상 디스플레이 장치는, 바닥에 반사판이 설치된 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키는 편광판; 입사광의 편광방향을 서로 다르게 변환시키는 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자가 서로 교번하여 형성된 제 1 복굴절소자 어레이; 입사광의 편광방향을 서로 다르게 변환시키는 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자가 서로 교번하여 형성된 제 2 복굴절소자 어레이; 상기 제 2 복굴절소자 어레이를 투과한 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 반사 편광판; 및 영상을 디스플레이 하는 디스플레이 패널;을 포함하며, 상기 제 1 복굴절소자 어레이와 제 2 복굴절소자 어레이는 서로에 대해 상대적으로 이동 가능한 것을 특징으로 한다.
예컨대, 상기 반사 편광판은 균일한 간격으로 나란하게 배치된 금속 와이어들로 이루어진 와이어 그리드 편광자일 수 있다.
또한, 상기 편광판은, 예컨대, 상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 반사형 편광 필름일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 복굴절소자 어레이의 제 1 및 제 2 복굴절소자의 폭과 상기 제 2 복굴절소자 어레이의 제 3 및 제 4 복굴절소자의 폭은 동일한 것이 바람직하다.
또한, 동일한 입사광에 대해 상기 제 1 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향과 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 서로 수직하며, 동일한 입사광에 대 해 상기 제 3 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향과 제 4 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 서로 수직한 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제 1 복굴절소자와 제 3 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직하며, 상기 제 2 복굴절소자와 제 4 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직할 수 있다.
또한, 상기 제 1 복굴절소자와 제 4 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향과 동일하며, 상기 제 2 복굴절소자와 제 3 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향과 동일할 수 있다.
이 경우, 상기 반사 편광판은 상기 편광판을 투과한 광의 편광방향에 수직한 편광방향을 갖는 광을 투과시키고 나머지 광을 반사하는 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 제 1 및 제 4 복굴절소자는 광을 그대로 투과시키고, 제 2 복굴절소자는 -λ/2 리타더이며, 제 3 복굴절소자는 λ/2 리타더인 것일 수 있다.
또는, 예컨대, 상기 제 1 및 제 3 복굴절 소자는 +λ/4 리타더이고, 제 2 및 제 4 복굴절소자는 -λ/4 리타더일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 복굴절소자와 제 3 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향과 동일하며, 상기 제 2 복굴절소자와 제 4 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향과 동일할 수 있다.
또한, 상기 제 1 복굴절소자와 제 4 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편 광방향은 입사시의 편광방향에 수직하며, 상기 제 2 복굴절소자와 제 3 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직할 수 있다.
이 경우, 상기 반사 편광판은 상기 편광판을 투과한 광의 편광방향과 동일한 편광방향을 갖는 광을 투과시키고 나머지 광을 반사하는 것이 바람직하다.
이 경우, 예컨대, 상기 제 1 복굴절소자는 λ/2 리타더이고, 제 2 및 제 4 복굴절소자는 광을 그대로 투과시키며, 제 3 복굴절소자는 -λ/2 리타더일 수 있다.
한편, 상기 제 1 복굴절소자 어레이는, 예컨대, 세로 방향으로 신장된 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 세로 스트라이프 형상이며, 상기 제 2 복굴절소자 어레이는 세로 방향으로 신장된 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 세로 스트라이프 형상일 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 제 1 복굴절소자 어레이는 경사진 방향으로 신장된 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 경사 스트라이프 형상이며, 상기 제 2 복굴절소자 어레이는 경사진 방향으로 신장된 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 경사 스트라이프 형상일 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 제 1 복굴절소자 어레이는 직사각형 형상의 제 1 복굴절소자와 제 2 복굴절소자가 서로 교번하며 2차원 배열된 격자 형상이며, 제 2 복굴절소자 어레이는 직사각형 형상의 제 3 복굴절소자와 제 4 복굴절소자가 서로 교번 하여 2차원 배열된 격자 형상일 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 고효율 디스플레이 장치의 구성 및 동작에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 고효율 디스플레이 장치의 구조 및 동작을 개략적으로 도시하고 있다.
도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 영상 디스플레이 장치(30)는, 바닥에 반사판(37)이 설치되어 있는 백라이트 유닛(31), 상기 백라이트 유닛(31)으로부터 방출된 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키는 편광판(32), 입사광의 편광방향을 서로 다르게 변환시키는 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자(33a,33b)가 서로 교번하여 배치되어 있는 제 1 복굴절소자 어레이(33), 입사광의 편광방향을 서로 다르게 변환시키는 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자(34a,34b)가 서로 교번하여 배치되어 있는 제 2 복굴절소자 어레이(34), 상기 제 2 복굴절소자 어레이(34)를 투과한 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 반사 편광판(35) 및 영상을 디스플레이 하는 디스플레이 패널(36)을 포함한다.
여기서, 상기 편광판(32)은 백라이트 유닛(31)으로부터 방출된 광 중에서 특정한 편광방향의 광은 투과시키고 나머지는 흡수하는 일반적인 흡수형 편광자일 수 있다. 그러나, 광 이용 효율을 보다 증가시키기 위하여, 특정한 편광방향의 광은 투과시키고 나머지는 반사하는 DBEF(dual brightness enhancement film)와 같은 다층 구조의 반사형 편광 필름을 편광판(32)으로서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 디스플레이 패널(36)은 백라이트 유닛(31)을 광원으로 사용하는 수광형(non-emissive) 디스플레이로서, 특히 액정 디스플레이 패널을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 상기 디스플레이 패널(36)은 3차원 모드에서 우안용 영상과 좌안용 영상을, 예컨대, 한 컬럼의 화소씩 번갈아 디스플레이 할 수 있다. 또한, 다시점의 입체 영상을 제공하는 경우, 상기 디스플레이 패널(36)은 다시점의 영상들을 한 컬럼의 화소씩 번갈아 디스플레이 할 수도 있다.
본 발명에 따른 제 1 및 제 2 복굴절소자 어레이(33,34)는 입사광의 편광방향을 변환시키기 위한 것이다. 이를 위하여, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자 어레이(33,34) 각각은, 예컨대, 회전자(rotator) 또는 리타더(retarder)로 구성되는 복굴절소자의 조합으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제 1 복굴절소자 어레이(33)는 세로 방향으로 신장된 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자(33a,33b)가 수평 방향으로 교번하여 형성된 세로 스트라이프 형상일 수 있다. 도 4a에는 도시되어 있지 않지만, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(33a,33b)들은 각각 영상 디스플레이 장치(30)의 세로 방향으로 길게 형성되어 있으며, 수평 방향을 따라 교번하여 배열되어 있다. 마찬가지로, 제 2 복굴절소자 어레이(34) 역시 세로 방향으로 신장된 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자(34a,34b)가 수평 방향으로 교번하여 형성된 세로 스트라이프 형상일 수 있다. 이 경우, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자(34a,34b)들은 각각 영상 디스플레이 장치(30)의 세로 방향으로 길게 형성되어 있으며, 수평 방향을 따라 교번하여 배열된다.
그러나, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자 어레이(33,34)는 상술한 구성에만 한 정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복굴절소자 어레이의 예시적인 구조를 도시하고 있다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 복굴절소자 어레이(33')는 경사진 방향으로 신장된 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 경사 스트라이프 형상일 수 있다. 제 2 복굴절소자 어레이(34')도 역시 마찬가지로, 경사진 방향으로 신장된 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 경사 스트라이프 형상일 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 1 및 제 2 복굴절소자 어레이(33",34")는 2차원 패턴을 갖는 격자의 형상으로 구성될 수도 있다. 즉, 제 1 복굴절소자 어레이(33")는 직사각형 형상의 제 1 복굴절소자와 제 2 복굴절소자가 서로 교번하며 2차원 배열된 격자 형상이며, 이와 마찬가지로 제 2 복굴절소자 어레이(34")도 직사각형 형상의 제 3 복굴절소자와 제 4 복굴절소자가 서로 교번하여 2차원 배열된 격자 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 복굴절소자(33a)에 의해 변환되는 편광방향과 제 2 복굴절소자(33b)에 의해 변환되는 편광방향의 차이는 90°이다. 즉, 동일한 입사광에 대해 상기 제 1 복굴절소자(33a)를 투과한 광의 편광방향과 제 2 복굴절소자(33b)를 투과한 광의 편광방향은 서로 수직하다. 마찬가지로, 제 3 복굴절소자(34a)에 의해 변환되는 편광방향과 제 4 복굴절소자(34b)에 의해 변환되는 편광방향의 차이는 90°이다. 즉, 동일한 입사광에 대해 상기 제 3 복굴절소자(34a)를 투과한 광의 편광방향과 제 4 복굴절소자(34b)를 투과한 광의 편광 방향은 서로 수직하다.
예컨대, 상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자(33a,33b,34a,34b)가 리타더로 이루어지는 경우, 상기 제 1 복굴절소자(33a)를 이루는 리타더와 제 2 복굴절소자(33b)를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2 가 되고, 제 3 복굴절소자(34a)를 이루는 리타더와 제 4 복굴절소자(34b)를 이루는 리타더의 위상 지연차는 λ/2 가 되도록 구성된다. 예컨대, 상기 제 1 복굴절소자(33a)는 입사광의 위상을 반파장 지연시키는 λ/2 리타더이고 제 2 복굴절소자(33b)는 광을 그대로 투과시키는 등방성 재료이며, 제 3 복굴절소자(34a)는 광을 그대로 투과시키는 등방성 재료이고 제 4 복굴절소자(34b)는 -λ/2 리타더일 수 있다. 또는, 제 1 및 제 3 복굴절 소자(33a,34a)는 +λ/4 리타더이고, 제 2 및 제 4 복굴절소자(33b,34b)는 -λ/4 리타더일 수도 있다. 또한, 리타더 대신에 실질적으로 동일한 기능을 하는 회전자를 상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자(33a,33b,34a,34b)로서 사용할 수도 있다. 즉, λ/2 리타더 대신에 입사광을 90° 회전시키는 회전자를 사용할 수 있고, λ/4 리타더 대신에 입사광을 45° 회전시키는 회전자를 사용할 수 있다.
상술한 경우, 상기 제 1 복굴절소자(33a)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직하게 되며, 상기 제 2 복굴절소자(33b)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직하게 된다. 또한, 상기 제 1 복굴절소자(33a)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향과 동일하게 되며, 상기 제 2 복굴절소자(33b)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 투과한 광의 편광 방향은 입사시의 편광방향과 동일하게 된다.
한편, 제 1 복굴절소자 어레이(33)의 제 1 및 제 2 복굴절소자(33a,33b)들의 폭과 제 2 복굴절소자 어레이(34)의 제 3 및 제 4 복굴절소자(34a,34b)들의 폭은 동일한 것이 바람직하다. 예컨대, 제 1 내지 제 4 복굴절소자(33a,33b,34a,34b)의 폭은 모두 디스플레이 패널(36)의 화소 폭의 2배일 수 있다. 그러나, 다시점의 입체 영상을 제공하는 경우, 상기 제 1 내지 제 4 복굴절소자(33a,33b,34a,34b)의 폭은 더 커질 수도 있다. 예컨대, 4-시점 입체 영상을 제공하는 경우, 제 1 내지 제 4 복굴절소자(33a,33b,34a,34b)의 폭은 디스플레이 패널(36)의 화소 폭의 4배일 수도 있다.
반사 편광판(35)은 제 2 복굴절소자 어레이(34)를 투과한 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 역할을 한다. 특히, 디스플레이 패널(36)로서 액정 디스플레이 패널을 사용하는 경우, 상기 반사 편광판(35)은 액정 디스플레이 패널의 배면에 배치된 배면 편광판의 편광방향과 동일한 편광방향의 광은 투과시키고, 배면 편광판의 편광방향에 수직한 편광방향의 광은 반사시킨다. 그러나, 영상 디스플레이 장치(30)의 구조를 보다 간단하게 하기 위하여, 액정 디스플레이 패널의 배면 편광판을 상기 반사 편광판(35)으로 대체하는 것도 가능하다.
디스플레이 패널(36)에 양질의 편광 광을 제공하기 위하여, 반사 편광판(35)의 편광 소멸비(polarization extinction ratio)가 매우 높은 것이 좋다. 이를 위하여 반사 편광판(35)으로서, 예컨대, 와이어 그리드 편광자(wire-grid polarizer) 를 사용할 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 와이어 그리드 편광자는 가느다란 전도성 금속 와이어(35b)를 일정한 간격으로 나란하게 투명 기판(35a) 위에 배치하여 형성된 것이다. 일반적으로, 와이어 그리드 편광자는 금속 와이어(35b)의 배치 주기(Λ)가 입사광의 파장에 비해 길수록 회절 격자의 특성을 더 많이 갖고, 입사광의 파장에 비해 짧을수록 편광자의 특성을 더 많이 갖는 특징이 있다. 또한, 편광자의 특성을 갖는 경우, 와이어 그리드 편광자는 금속 와이어(35a)와 평행한 편광방향을 갖는 광을 반사시키고, 금속 와이어(35a)에 수직한 편광방향의 광을 투과시키는 특징이 있다. 예컨대, 금속 와이어(35a)를 적당히 배치하면, 입사 평면에 수직한 편광방향을 갖는 S-편광 광은 상기 와이어 그리드 편광자에 의해 반사되고, 입사 평면에 평행인 편광방향을 갖는 P-편광 광은 상기 와이어 그리드 편광자를 투과할 수 있다. 이때, 금속 와이어(35b)의 배치 주기(Λ)가 짧아질수록 편광 소멸비는 기하급수적으로 증가하게 된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 반사 편광판(35)으로서 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 투명 기판(35a)의 전체 영역 위에서 동일한 방향으로 금속 와이어(35b)가 배열된 와이어 그리드 편광자를 사용할 수 있다. 이 경우, 반사 편광판(35)은 매우 양질의 편광 광을 디스플레이 패널(36)에 제공할 수 있다.
이하, 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 2차원/3차원 영상 호환용 고효율 영상 디스플레이 장치(30)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
단지 설명상의 편의를 위해, 편광판(32)은 P-편광 광(도면에서 '●'으로 표 시)을 투과시키고 S-편광 광(도면에서 '↔'으로 표시)을 반사하는 DBEF 라고 가정한다. 그리고, 제 1 및 제 4 복굴절소자(33a,34b)는 광을 그대로 투과시키고, 제 2 복굴절소자(33b)는 -λ/2 리타더이며, 제 3 복굴절소자(34a)는 λ/2 리타더라고 가정한다. 또한, 반사 편광판(35)은 P-편광 광은 반사하고 S-편광 광은 투과시키는 와이어 그리드 편광자라고 가정한다. 즉, 상기 반사 편광판(35)은 상기 편광판(32)을 투과한 광의 편광방향에 수직한 편광방향을 갖는 광을 투과시키고 나머지 광을 반사한다.
먼저, 백라이트 유닛(31)이 비편광 상태의 광을 방출한다. 상기 백라이트 유닛(31)으로부터 방출된 광 중에서 P-편광 광은 편광판(32)을 투과한 후, 제 1 복굴절소자 어레이(33)에 입사한다. S-편광 광은 편광판(32)에서 반사된 후, 백라이트 유닛(31)의 바닥에 있는 반사판(37)에 의해 반사되어 재활용된다. 도시되지는 않았지만, 일반적인 백라이트 유닛(31)은 광을 균일하게 방출시키기 위하여 확산판을 구비한다. 반사판(37)에서 반사된 S-편광 광은 이러한 확산판에 의해 확산되면서 다시 비편광 상태의 광으로 변환될 수 있다.
여기서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제 1 복굴절소자(33a)와 제 3 복굴절소자(34a)가 완전히 겹쳐지고, 제 2 복굴절소자(33b)와 제 4 복굴절소자(34b)가 겹쳐지도록 배치되는 경우, 광의 일부는 제 1 복굴절소자(33a)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 통과하게 되며, 광의 나머지 일부는 제 2 복굴절소자(33b)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 통과하게 된다. 그러면, 상기 제 1 복굴절소자(33a)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 통과한 광은, 제 1 복굴절소자(33a)가 광을 그대 로 투과시키고 제 3 복굴절소자(34a)가 λ/2 리타더, S-편광 광으로 변환된다. 마찬가지로, 제 2 복굴절소자(33b)가 -λ/2 리타더이고 제 4 복굴절소자(34b)가 광을 그대로 투과시키므로, 제 2 복굴절소자(33b)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 통과한 광도 역시 S-편광 광으로 변환된다. 따라서, 모든 광이 반사 편광판(35)을 통과할 수 있게 된다. 이 경우에는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 배리어가 발생하지 않는다. 따라서, 디스플레이 패널(36)이 화면 전체에 단순한 2차원 영상을 디스플레이 하면, 관찰자는 2차원 영상을 감상할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제 1 복굴절소자 어레이(33)와 제 2 복굴절소자 어레이(34)는 서로에 대해 상대적으로 이동 가능하다. 따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 복굴절소자 어레이(33)가 제 2 복굴절소자 어레이(34)에 대해 소정의 거리만큼 시프트 됨으로써, 제 1 복굴절소자(33a)의 일부가 제 4 복굴절소자(34b)와 중첩되고 제 2 복굴절소자(33b)의 일부가 제 3 복굴절소자(34a)와 중첩될 수 있다. 이 경우, 편광판(32)을 투과한 P-편광 광의 일부는 제 1 복굴절소자(33a)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 통과하게 되며, 다른 일부는 제 1 복굴절소자(33a)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 통과하고, 또 다른 일부는 제 2 복굴절소자(33b)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 통과하며, 나머지 일부는 제 2 복굴절소자(33b)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 통과하게 된다. 여기서, 상기 제 1 복굴절소자(33a)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 통과한 광 및 제 2 복굴절소자(33b)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 통과한 광은, 앞서 설명한 바와 같이, S-편광 광으로 변환된다. 그러나, 제 1 복굴절소자(33a)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 통과한 광 및 제 2 복굴절소자(33b)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 통과한 광은 그대로 P-편광 광이 된다.
따라서, 상기 제 1 복굴절소자(33a)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 통과한 광 및 제 2 복굴절소자(33b)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 통과한 광은 반사 편광판(35)을 투과하고, 제 1 복굴절소자(33a)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 통과한 광 및 제 2 복굴절소자(33b)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 통과한 광은 반사 편광판(35)에 의해 반사된다. 그 결과, 도 4b에 도시된 바와 같이, 배리어들이 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 배리어들에 의해, 디스플레이 패널(36)에서 디스플레이 되는 좌안용 영상과 우안용 영상이 관찰자의 좌안과 우안에 각각 분리되어 제공될 수 있다.
그리고, 상기 반사 편광판(35)에 의해 반사된 광은 편광판(32)을 투과한 후, 백라이트 유닛(31)의 반사판(37)에 의해 다시 반사되어 재활용될 수 있다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 반사 편광판(35)에 의해 반사된 광 중에서, 제 3 복굴절소자(34a)와 제 1 복굴절소자(33a)를 연속하여 통과하는 광이 발생할 수도 있다. 이 경우, 편광판(32)에 입사하는 광은 S-편광 광으로 변환된다. 만약, 상기 편광판(32)이 DBEF와 같은 반사형 편광 필름인 경우, 상기 S-편광 광은 편광판(32)에 의해 반사되어 재활용될 수 있다.
한편, 상술한 구성 및 동작은 예시적인 것으로서, 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치(30)의 구성 및 동작은 실시예에 따라 다양하게 변형이 가능하다. 예컨대, 제 1 내지 제 4 복굴절소자(33a,33b,34a,34b)의 구성을 달리함으로써, 제 1 복굴절소자(33a)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 투과한 광의 편광방향이 입사시의 편광방향과 동일하고, 제 2 복굴절소자(33b)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 투과한 광의 편광방향이 입사시의 편광방향과 동일하게 구성할 수도 있다. 이를 위해, 제 1 복굴절소자(33a)를 λ/2 리타더로 구성하고, 제 2 및 제 4 복굴절소자(33b,34b)를 등방성 재료로 구성하며, 제 3 복굴절소자(34a)를 -λ/2 리타더로 구성할 수 있다. 이 경우에, 제 1 복굴절소자(33a)와 제 4 복굴절소자(34b)를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직하게 되며, 제 2 복굴절소자(33b)와 제 3 복굴절소자(34a)를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직하게 된다. 또한, 이 경우에, 편광판(32)을 투과한 광의 편광방향과 동일한 편광방향을 갖는 광을 투과시키고 수직한 편광방향을 갖는 광을 반사시키도록 상기 반사 편광판(35)을 구성한다. 그러면, 입체 영상 디스플레이 장치(30)는, 제 1 복굴절소자 어레이(33)와 제 2 복굴절소자 어레이(34)가 서로 완전히 중첩될 때 2차원 모드로 동작한다. 그리고, 상기 제 1 복굴절소자 어레이(33)가 제 2 복굴절소자 어레이(34)에 대해 시프트 될 때 상기 입체 영상 디스플레이 장치(30)는 3차원 모드로 동작하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 패럴렉스 배리어 방식으로 입체 영상을 구현하면서도, 휘도의 저하를 방지할 수 있다. 즉, 배리어에 의해 차단되는 광을 반사 편광판을 이용하여 재활용함으로써, 광 이용 효율을 개선하여 종래에 비해 휘도를 증가시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 경우, 2차원 모드와 3차원 모드 사이의 스위칭이 가능하다.
지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

Claims (18)

  1. 바닥에 반사판이 설치된 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키는 편광판;
    입사광의 편광방향을 서로 다르게 변환시키는 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자가 서로 교번하여 형성된 제 1 복굴절소자 어레이;
    입사광의 편광방향을 서로 다르게 변환시키는 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자가 서로 교번하여 형성된 제 2 복굴절소자 어레이;
    상기 제 2 복굴절소자 어레이를 투과한 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 반사 편광판; 및
    영상을 디스플레이 하는 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자 어레이와 제 2 복굴절소자 어레이는 서로에 대해 상대적으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 편광판은 균일한 간격으로 나란하게 배치된 금속 와이어들로 이루 어진 와이어 그리드 편광자인 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광판은 상기 백라이트 유닛으로부터 방출된 광 중에서 특정 편광방향의 광만을 투과시키고 다른 편광방향의 광은 반사시키는 반사형 편광 필름인 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자 어레이의 제 1 및 제 2 복굴절소자의 폭과 상기 제 2 복굴절소자 어레이의 제 3 및 제 4 복굴절소자의 폭은 동일한 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    동일한 입사광에 대해 상기 제 1 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향과 제 2 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 서로 수직하며, 동일한 입사광에 대해 상기 제 3 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향과 제 4 복굴절소자를 투과한 광의 편광방향은 서로 수직한 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자와 제 3 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향 은 입사시의 편광방향에 수직하며, 상기 제 2 복굴절소자와 제 4 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직한 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자와 제 4 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향과 동일하며, 상기 제 2 복굴절소자와 제 3 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향과 동일한 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사 편광판은 상기 편광판을 투과한 광의 편광방향에 수직한 편광방향을 갖는 광을 투과시키고 나머지 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 4 복굴절소자는 광을 그대로 투과시키고, 제 2 복굴절소자는 -λ/2 리타더이며, 제 3 복굴절소자는 λ/2 리타더인 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 복굴절 소자는 +λ/4 리타더이고, 제 2 및 제 4 복굴절소자는 -λ/4 리타더인 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자와 제 3 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향과 동일하며, 상기 제 2 복굴절소자와 제 4 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향과 동일한 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자와 제 4 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직하며, 상기 제 2 복굴절소자와 제 3 복굴절소자를 연속하여 투과한 광의 편광방향은 입사시의 편광방향에 수직한 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사 편광판은 상기 편광판을 투과한 광의 편광방향과 동일한 편광방향을 갖는 광을 투과시키고 나머지 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자는 λ/2 리타더이고, 제 2 및 제 4 복굴절소자는 광을 그대로 투과시키며, 제 3 복굴절소자는 -λ/2 리타더인 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  16. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자 어레이는 세로 방향으로 신장된 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 세로 스트라이프 형상이며, 상기 제 2 복굴절소자 어레이는 세로 방향으로 신장된 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 세로 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  17. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자 어레이는 경사진 방향으로 신장된 다수의 제 1 및 제 2 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 경사 스트라이프 형상이며, 상기 제 2 복굴절소자 어레이는 경사진 방향으로 신장된 다수의 제 3 및 제 4 복굴절소자를 수평 방향으로 배열함으로써 형성된 경사 스트라이프 형상인 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
  18. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 복굴절소자 어레이는 직사각형 형상의 제 1 복굴절소자와 제 2 복굴절소자가 서로 교번하며 2차원 배열된 격자 형상이며, 제 2 복굴절소자 어레이는 직사각형 형상의 제 3 복굴절소자와 제 4 복굴절소자가 서로 교번하여 2차원 배열된 격자 형상인 것을 특징으로 하는 영상 디스플레이 장치.
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