KR20120132190A - 영상 표시 장치 및 이의 입체 영상 표시 시스템 - Google Patents

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박형주
손현호
우종훈
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 강유전 액정을 포함하여 편광을 스위칭할 수 있는 액티브 리타더 셀을 구현함으로써, 잔여 리타데이션 값을 유발하지 않고 입체 표시가 가능한 영상 표시 장치 및 이의 입체 영상 표시 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 영상 표시 장치는 영상 패널;과, 상기 영상 패널 상에 제 1 투과축을 갖는 제 1 편광판;과, 상기 제 1 편광판 상에, 강유전 액정을 포함하여 문턱 전압에 대비한 양전압 인가와 음전압 인가에 따라 서로 다른 방향의 반파장 판(HWP: Half Wave Plate)으로 기능하는 편광 스위칭 셀; 및 상기 편광 스위칭 셀 상에 제 1 사분파장 판(QWP: Quater Wave Plate)을 포함하여 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

Description

영상 표시 장치 및 이의 입체 영상 표시 시스템{Image Diplay Device and Stereoscopic Display System Using the Same}
본 발명은 영상 표시 장치에 관한 것으로 특히, 강유전 액정을 포함하여 편광을 스위칭할 수 있는 액티브 리타더 셀을 구현함으로써, 잔여 리타데이션 값을 유발하지 않고 입체 표시가 가능한 영상 표시 장치 및 이의 입체 영상 표시 시스템에 관한 것이다.
오늘날 초고속 정보 통신망을 근간으로 구축될 정보의 고속화를 위해 실현될 서비스들은 현재의 전화와 같이 단순히「듣고 말하는」서비스로부터 문자, 음성, 영상을 고속 처리하는 디지털 단말을 중심으로 한「보고 듣는」멀티 미디어형 서비스로 발전하고 궁극적으로는「시?공간을 초월하여 실감 있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는」초공간형 실감 3차원 입체 정보통신 서비스로 발전할 것으로 예상된다.
일반적으로 3차원을 표현하는 입체화상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에, 두 눈의 위치의 차이로 왼쪽과 오른쪽 눈은 서로 약간 다른 영상을 보게 된다. 이와 같이, 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안 시차(binocular disparity)라고 한다. 그리고, 3차원 입체 표시 장치는 이러한 양안 시차를 이용하여 왼쪽 눈은 왼쪽 눈에 대한 영상만 보게 하고 오른쪽 눈은 오른쪽 눈 영상만을 볼 수 있게 한다.
즉, 좌/우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하는 것이다. 이러한 능력을 통상 스테레오그라피(stereography)라 하며, 이를 표시 장치로 응용한 장치를 입체 표시 장치라 한다.
한편, 이러한 입체 표시 장치는 크게 안경 방식과 무안경 방식으로 나뉜다.
예를 들어, 안경 방식의 입체 표시 장치는, 필름형 리타더를 영상 패널의 상측에 설계하여, 리타더가 있는 부위가 없는 부위로 좌안 영상과 우안 영상의 출력을 구분한다. 그리고, 편광 기능이 있는 특수한 안경을 통하여 오른쪽 렌즈에 우안 영상이 통과할 때 왼쪽 렌즈가 좌안 영상을 차단하고, 왼쪽 렌즈에 좌안 영상이 통과할 때는 오른쪽 렌즈가 우안 영상을 차단하는 방식을 사용한다. 이 경우, 리타더의 각 패턴은 일 방향으로 길죽한 막대 형상으로, 서로 동일 간격 이격 설계된다.
그런데, 3D 모드에서는 리타더의 각 패턴의 두께와 간격이 0.1~0.5mm 정도의 아주 미세한 수준이므로 우리의 눈은 그 정도의 간격은 인지하지 못하고 좌안 영상과 우안 영상을 각 눈에서 하나씩의 화면인 것으로 인식하게 되지만, 안경을 제외하여 2D 모드인 경우, 똑같은 크기의 화면에서 눈으로 들어가는 정보량이 필름형 리타더의 패턴으로 반분되어 해상도와 체감 밝기가 절반 정도로 줄어들게 되는 단점이 있다.
상기와 같은 종래의 안경 방식의 입체 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 필름형 리타더를 이용하는 경우 영상 패널 상에, 좌안 영상과 우안 영상의 출력을 구분하기 위해 필름형 리타더를 위치시켰는데, 이 경우, 각 영상의 출력 영역이 고정되어 있어, 3D 모드에서 시청자 위치의 변화가 있는 경우 입체 영상 시청이 불가능할 수 있다.
또한, 2D 모드에서는, 영상 패널 상에 필름형 리타더가 존재하기 때문에, 이로 인한 해상도 저감을 피할 수 없다. 경우에 따라, 시청자가 필름형 리타더를 시인할 경우도 있어, 고정 패턴형의 필름형 리타더를 배제하고자 하는 노력이 제기되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 강유전 액정을 포함하여 편광을 스위칭할 수 있는 액티브 리타더 셀을 구현함으로써, 잔여 리타데이션 값을 유발하지 않고 입체 표시가 가능한 영상 표시 장치 및 이의 입체 영상 표시 시스템를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상 표시 장치는 영상 패널;과, 상기 영상 패널 상에 제 1 투과축을 갖는 제 1 편광판;과, 상기 제 1 편광판 상에, 강유전 액정을 포함하여 문턱 전압 대비 양 또는 음의 제 1 전압 인가에 따라 서로 다른 방향의 반파장 판(HWP: Half Wave Plate)으로 기능하는 편광 스위칭 셀; 및 상기 편광 스위칭 셀 상에 제 1 사분파장 판(QWP: Quater Wave Plate)을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.
상기 편광 스위칭 셀은 상기 강유전 액정의 장축(slow axis)이, 상기 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압 인가시와 음의 제 1 전압 인가시 중 어느 하나가 +22.5°, 나머지 하나가 -22.5°이다.
상기 편광 스위칭 셀은 상기 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압 인가와 음의 제 1 전압 인가시 서로 다른 방향으로 상기 제 1 투과축을 통과한 광을 45°선편광 시킨다.
상기 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압 인가와 음의 제 1 전압 인가는 상기 영상 패널의 이븐 프레임과, 오드 프레임에 나누어 이루어진다.
상기 편광 스위칭 셀은 전압 무인가시 상기 제 1 투과축을 통해 나오는 광을 그대로 출사한다.
상기 제 1 사분파장판의 투과축은 상기 제 1 투과축과 교차한다.
각각 상기 제 1 사분파장판과 동일한 투과축을 갖는 제 2 사분파장판 및 상기 제 2 사분파장판을 통해 각각 서로 90°교차된 선편광을 투과시키는 편광판을 갖는 좌안 렌즈 및 우안 렌즈를 포함하는 안경을 더 포함할 수 있다.
상기 안경의 좌안 렌즈 및 우안 렌즈의 각 편광판은 시청자의 양안에 최인접한다.
상기 제 2 사분파장판은 상기 제 1 사분파장판으로 원편광되어 들어오는 광을 +45° 또는 -45° 선편광시켜 상기 편광판으로 전달한다.
상기 제 2 사분파장판의 +45° 또는 -45°의 선편광 전달은 상기 영상 패널의 이븐 프레임과 오드 프레임에 의해 나뉜다.
상기 편광 스위칭 셀은 서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;과, 상기 제 1 기판 상에 일 방향으로 서로 동일 간격 이격된 바 형상의 제 1 전극;과, 상기 제 2 기판 상에 형성된 제 2 전극; 및 상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 상기 강유전 액정을 포함한다.
상기 제 2 전극을 접지시키고, 상기 제 1 전극에 상기 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압 또는 상기 문턱 전압 대비 음의 제 1 전압을 인가하는 전압원을 더 포함하여 이루어진다.
상기 영상 패널은 액정 패널, 유기 발광 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 전계 방출 표시 패널 및 양자점 표시 패널 중 어느 하나이다.
한편, 상기 제 1 편광판은 상기 영상 패널에 포함될 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 영상 표시 시스템은 영상 패널과, 상기 영상 패널 상에 제 1 투과축을 갖는 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판 상에, 강유전 액정을 포함하여 문턱 전압 대비 양 또는 음의 제 1 전압 인가에 따라 서로 다른 방향의 반파장 판(HWP: Half Wave Plate)으로 기능하는 편광 스위칭 셀 및 상기 편광 스위칭 셀 상에 제 1 사분파장 판(QWP: Quater Wave Plate)을 포함한 표시부; 및 각각 상기 제 1 사분파장판과 동일한 투과축을 갖는 제 2 사분파장판 및 상기 제 2 사분파장판을 통해 각각 서로 90°교차된 선편광을 투과시키는 편광판을 갖는 좌안 렌즈 및 우안 렌즈를 포함하는 안경을 포함한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 영상 표시 장치 및 이의 입체 영상 표시 시스템은 전압 인가 값에 따라 서로 다른 방향으로 45°선편광할 수 있는 편광 스위칭 셀을 포함하여, 전압 무인가시는 해상도 저하없이 2D 모드로 기능할 수 있고, 3D 모드에서는 안경에 포함된 편광판의 투과축에 따라 좌안, 우안 영상을 시인할 수 있고 이 두 영상의 뇌에서 융합하여 입체감 있는 영상을 시인할 수 있다.
특히, 강유전 액정을 이용하고 그 장축이 ±22.5° 범위 내에서 빠른 구동 특성을 갖게 하여 영상 패널의 서브 프레임별로 지연없이 동기할 수 있다. 따라서, 지연 없는 매끄러운 입체 영상의 시청이 가능하다.
또한, 스위칭 방식으로 구동하는 편광 스위칭 셀 구비시 안경에 요구되는 보상 필름의 생략이 가능하여, 안경의 구성 요소를 단순화 할 수 있어 저비용으로 입체 표시가 가능하다.
도 1은 본 발명의 입체 영상 표시 시스템을 나타낸 단면도
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 영상 표시 장치의 이븐 프레임과 오드 프레임에서의 영상 패널 상부의 각층에서의 광경로를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 입체 영상 표시 시스템에 적용되는 안경을 이루는 각 광학 필름의 광경로를 나타낸 도면
도 4는 도 3의 광경로를 포앙카레 구에 나타낸 도면
도 5는 액티브 리타더의 전압 인가 여부로 입체 표시를 행하는 입체 영상 표시 시스템을 나타낸 도면
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 영상 표시 장치의 편광 스위칭 셀의 제 1, 제 2 기판을 나타낸 평면도
도 7은 도 6a 및 도 6b의 단면도
도 8은 본 발명의 입체 영상 표시 시스템의 화이트 전방위 시야각 휘도를 나타낸 시뮬레이션도
도 9는 본 발명의 입체 영상 표시 시스템치의 블랙 전방위 시야각 휘도를 나타낸 시뮬레이션도
도 10은 본 발명의 입체 영상 표시 시스템에 있어서, 상하좌우 시야각에서 대조비를 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 영상 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 영상 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 영상 표시 장치(100)는 영상 패널(110)과, 상기 영상 패널(110) 상에 제 1 투과축을 갖는 제 1 편광판(115)과, 상기 제 1 편광판(115) 상에, 강유전 액정을 포함하여 문턱 전압 대비 양 또는 음의 제 1 전압 인가(Vth+V1, Vth-V1)에 따라 서로 다른 방향의 반파장 판(HWP: Half Wave Plate)으로 기능하는 편광 스위칭 셀(120) 및 상기 편광 스위칭 셀(120) 상에 제 1 사분파장 판(QWP: Quater Wave Plate)(150)을 포함하여 이루어진다.
그리고, 상술한 영상 표시 장치(100)를 표시부로 적용하는 본 발명의 입체 영상 표시 시스템은, 상술한 영상 표시 장치(100)를 바라보는 안경(140)을 더 포함한다.
상기 안경(140)은 각각 서로 90°교차된 선편광을 투과시키는 편광판을 갖는 좌안 렌즈 및 우안 렌즈를 가진다.
따라서, 시청자는 상기 안경을 통해, 서로 다른 서브 프레임(이븐 프레임, 오드 프레임)에서 각각 좌안 렌즈와 우안 렌즈를 통해 좌안 영상과 우안 영상을 시인하며, 이를 뇌에서 합성하여 입체감을 느끼게 된다.
한편, 상기 영상 패널(110)은 액정 패널, 유기 발광 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 전계 방출 표시 패널 및 양자점 표시 패널 중 어느 하나이다. 도시된 예는 액정 패널에 한한 것이지만, 평판 패널이라면 그 종류에 관계없이 적용 가능하다 할 것이다.
도시된 도면에서는 상기 영상 패널(110)이 액정 패널일 경우를 도시한 경우로, 서로 대향된 하부 기판(111) 및 상부 기판(112)과, 상기 상하부 기판 사이에 형성된 액정층(113)과, 상기 하부 기판(111) 하측에 부착된 제 2 편광판(114)를 포함하고 있다. 여기서, 제 1 편광판(115)은 상기 상부 기판(112)에 부착된 것으로, 도시된 바와 같이, 영상 패널(110)의 제조시 이를 제조 과정 중 포함하여 형성할 수도 있고, 경우에 따라, 편광 스위칭 셀(120)의 하측에 부착시켜 형성할 수도 있다.
만일, 영상 패널(110)은 액정 패널 외에 기타 편광판을 요하지 않는 표시 패널일 경우에는 상기 편광 스위칭 셀(120)의 하측에 부착시킨다.
한편, 도 1에는 상기 영상 패널(110) 하측에 광원(130)이 포함되어 있다. 상기 광원(130)은 영상 패널(110)의 종류에 따라 선택 사용 가능하며, 배제하는 경우도 있을 것이다.
또한, 도 1에 상기 편광 스위칭 셀(120)은 개략적으로 제 1, 제 2 기판(121, 122)과 강유전 액정층(123)을 포함하여 도시되어 있다. 그 구체적 구성은 후술하며, 적어도 상기 제 1, 제 2 기판(121, 122) 상에는 전극을 포함한다.
이하의 도면을 참조하여, 본 발명의 입체 영상 표시 시스템의 각 층의 광축과 광경로를 살펴본다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 영상 표시 장치의 이븐 프레임과 오드 프레임에서의 영상 패널 상부의 각층에서의 광경로를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 입체 영상 표시 시스템에 적용되는 안경을 이루는 각 광학 필름의 광경로를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 광경로를 포앙카레 구에 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b와 같이, 편광 스위칭 셀(120)은 3D 모드에서 일종의 반파장 판으로 기능하는 것으로, 전압 값의 레벨에 따라 방향을 달리하여 선편광을 출사하는 반파장판으로 기능한다.
특히, 전압 값의 레벨은 오드 프레임에서는 문턱 전압 대비 음의 전압(Vth-V1)을 인가하고 이븐 프레임에서는 문턱 전압 대비 양의 전압(Vth+V1)을 인가함으로써, 내부 강유전 액정층의 장축(slow axis, ne)을 ±22.5 °을 갖도록 한다. 이로써, 각각 제 1 편광판(115)을 통해 제 1 투과축을 통해 출사된 광이 다시 ±45°로 선편광되어 출사하게 한다.
여기서, 오드 프레임과 이븐 프레임의 인가 전압은 서로 바꿀 수 있다.
한편, 상기 편광 스위칭 셀(120)에 전압 무인가시 이는 투명 셀로 기능하며, 하부의 제 1 편광판(115)을 통해 제 1 투과축을 통과한 광이 그대로 투광한다. 예를 들어, 2D 모드에서는 상기 편광 스위칭 셀(120)을 전압 무인가 상태로 하여, 제 1 편광판(115)을 통해 하부에서 출사된 광이 그대로 표시될 수 있게 한다. 이 경우, 상기 편광 스위칭 셀(120)은 특정 패턴없이 투명한 셀로 기능하므로, 해상도 저하 없기 2D 영상을 시청할 수 있게 된다.
혹은, 상기 편광 스위칭 셀(120)의 제 1, 제 2 기판(121, 122) 상에 구비된 전극들간에 상기 문턱 전압(Vth)의 차전압을 인가시 상기 강유전 액정은 상기 제 1 기판(도 1의 121 참조) 및 제 2 기판(도 1의 122 참조) 면에 수직하게 배열될 수 있으며, 이 경우, 상기 제 1 투과축을 그대로 투광할 수도 있을 것이다.
한편, 상기 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압 인가와 음의 제 1 전압 인가(Vth+V1, Vth-V1)는 상기 영상 패널의 이븐 프레임과, 오드 프레임에 나누어 이루어진다. 즉, 영상 패널의 서브 프레임에 동기하여 상기 편광 스위칭 셀(120)을 구동시킨다.
여기서, 상기 제 1 사분파장판(150)의 투과축은 상기 제 1 투과축과 교차한다.
이러한 영상 표시 장치(110)의 구성에 있어서, 제 1 편광판(115)부터 제 1 사분파장판(150) 까지의 구성 요소 중 영상 표시 장치(110) 상에서 고정된 구성이며, 상기 편광 스위칭 셀(120)만 전압 값의 레벨에 따라 시분할로 출사되는 광경로를 바꿀 수 있는 것이다.
이 경우, 도 2a와 같이, 상기 제 1 사분파장판(150)을 통해 -45° 선편광된 광은 상기 제 1 사분파장판(150)을 지나며 우원 편광되며, 도 2b와 같이, 상기 제 1 사분파장판(150)을 통해 +45° 선편광된 광은 상기 제 1 사분파장판(150)을 지나며 좌원 편광된다.
도 3을 참조하며, 본 발명의 영상 표시 장치를 표시부로 할 때, 안경의 각 렌즈에서 시인되는 영상을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 좌안 렌즈와 우안 렌즈 각각은 상기 제 1 사분파장판(150)과 동일한 투과축을 갖는 제 2 사분파장판(141, 142) 및 상기 제 2 사분파장판을 통해 +45° 또는 -45°으로 선편광된 광을 투과시키도록 +45° 또는 -45°의 투과축을 갖는 편광판(142, 144)를 포함한다.
여기서, 각 렌즈에서 각각의 편광판(142, 144)가 시청자의 눈에 최인접하는 광학 층이다.
도 4의 포앙카레 구를 참조하여, 본 발명의 영상 표시 장치의 광경로 변화를 살펴본다.
도 4와 같이, 이븐 프레임(even frame)에서는 제 1 편광판(115)를 통해 제 1 투과축의 방향으로 투과된 광이 상기 편광 스위칭 셀을 통과하며 ①'에서 ④'로 -45°의 방위각이 변화하고, 다시 편광 스위칭 셀에서 제 1 사분파장판(150)을 통과하며, ④'에서, ⑤'로 -90° 극값이 변화한다. 이 경우, 방위각 변화는 선편광을 의미하고 극 값 변화는 원편광을 의미한다.
마찬가지로, 오드 프레임(odd frame)에서는 제 1 편광판(115)를 통해 제 1 투과축의 방향으로 투과된 광이 상기 편광 스위칭 셀(120)을 통과하며 ①'에서 ②'로 +45°의 방위각이 변화하고, 다시 편광 스위칭 셀(120)에서 제 1 사분파장판(150)을 통과하며, ②'에서, ③'로 +90° 극값이 변화한다.
각각 이븐 프레임에서는 상기 편광 스위칭 셀(120)에 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압(Vth+V1)을 인가하여, 강유전 액정층이 -22.5°의 장축을 갖도록 한 것으로, 오드 프레임에서는 상기 편광 스위칭 셀(120)에 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압(Vth-V1)을 인가하여, 강유전 액정층이 +22.5°의 장축을 갖도록 한 것이다.
강유전 액정층의 초기 배향 조건에 따라, 이븐 프레임과 오드 프레임에 인가하는 전압 조건을 다르게 할 수도 있고, 혹은 인가 전압을 동일 조건으로 하며, ±22.5°의 장축 변화(slow axis)를 반전시키도록 상기 편광 스위칭 셀(120)을 구현할 수도 있을 것이다.
한편, 상술한 편광 스위칭 셀은 광의 출사를 특정 방향으로 지연하며, 이를 전압 인가에 따라 전환시키다는 점에서 일종의 액티브 리타더(active retarder)이다.
도 5는 액티브 리타더의 전압 인가 여부로 입체 표시를 행하는 입체 영상 표시 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5와 같이, 영상 패널(미도시) 상에는 제 1 투과축을 갖는 제 1 편광판, 액티브 리타더(20) 및 제 1 사분파장판(30)이 형성된다.
그리고, 상기 영상 패널을 바라보는 안경(50)의 각 렌즈에는 시청자의 양안으로부터 먼쪽으로부터 제 2 사분파장판(51, 54), 반파장판(52) 또는 보상 필름(55) 및 제 2 편광판(53, 56)을 포함한다.
이 경우, 반파장판(52)은 제 2 사분파장판(51)에서 나오는 광을 90도 지연하여 출사하는 기능을 갖는다. 그리고, 상기 보상 필름(55)은 정상적으로는 지연없이 제 1 투과축의 방향으로 나와야 광이, 상기 액티브 리타더(20)에 전압 인가시 액티브 리타더 내부 배향 표면에서 액정이 반응하지 못하여 잔여 리타데이션이 발생된 점을 보상하기 위한 것으로, 리타데이션 광을 상기 제 1 투과축으로 틀어주는 기능을 한다.
여기서, 상기 제 1 사분파장판(30)은 상기 제 1 투과축 대비 +45°의 광축을 갖고, 제 2 사분파장판(51, 54)은 이와 90도 교차하여 -45°의 광축을 갖는 것이다.
그리고, 상기 안경의 반파장판(52)와 보상 필름(55)는 상기 제 1 사분파장판(30)과 동일한 투과축을 가지며, 제 2 편광판(53, 56)은 상기 제 1 투과축과 90도 교차하는 투과축을 갖는다.
여기서, 상기 액티브 리타더(20)은 전압 인가 여부(on, off)에 따라 이븐 프레임과 오드 프레임의 구동을 꾀하는 것으로, 상술한 본 발명의 입체 영상 표시 시스템의 편광 스위칭 셀과는 다른 전압 인가 형태와 액정층의 구성을 나타낸 것이다.
이 경우, 액티브 리타더(20)는 전압 인가(on)시는 제 1 편광판(11)을 통해 제 1 투과축으로 투과된 광이 그대로 출사시키며, 전압 오프(off)시는 제 1 편광판(11)의 제 1 투과축과 교차된 광축을 갖게 되어, 광의 출사가 차단된다.
그리고, 도 5의 액티브 리타더를 사용하는 경우 전압 인가시 제 1 투과축의 광을 상기 액티브 리타더(20)를 통해 그대로 출사시키고, 제 1 사분파장판(30)을 지나면, 좌원편광된다. 그리고, 안경의 제 2 사분파장판(54)은 좌원편광된 광을 수직 또는 수평 방향으로 선편광 출사시키고, 보상 필름(55)은 상기 제 1 투과축으로 벗어난 광이 다시 제 1 투과축에 따라 출사되도록 보상하는 기능을 갖는다.
도 5와 같은 입체 영상 표시 시스템은 도 1 내지 도 4에서 설명한 본 발명의 입체 영상 표시 시스템과 비교하여 액티브 리타더 내의 액정층 구성 및 전압 인가와 구동 방법이 상이하며, 안경 렌즈 내에 포함되는 광학 필름이 각 렌즈에서 적어도 세층 이상이 되므로 편광 스위칭은 가능하나 구조가 복잡하다는 문제가 있다.
본 발명의 편광 스위칭 셀은 특히, 전압 인가 레벨의 상태, 특히, 문턱 전압 대비된 양음의 제 1 전압 값(Vth-V1 또는 Vth+1) 인가에 따라 내부 강유전 액정층의 장축 변화가 ±45°가 되도록 하여 편광 스위칭 셀의 구동 속도를 향상시키고, 전압 인가시와 무인가시에 따라 다른 리타데이션 특성을 나타남에 의해 요구되는 보상 필름을 삭제할 수 있는 점에 의의가 있다.
이하, 본 발명의 편광 스위칭 셀의 구체적 구성을 도면을 참조하여 설명한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 영상 표시 장치의 편광 스위칭 셀의 제 1, 제 2 기판을 나타낸 평면도이며, 도 7은 도 6a 및 도 6b의 단면도이다.
먼저, 도 6a 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 편광 스위칭 셀(120)은 서로 대향된 제 1 기판(121) 및 제 2 기판(122)과, 상기 제 1 기판 상(121)에 일 방향으로 서로 동일 간격 이격된 바 형상의 제 1 전극(128)과, 상기 제 2 기판(122) 상에 형성된 제 2 전극(129) 및 상기 제 1, 제 2 기판(121, 122) 사이에 형성된 상기 강유전 액정을 포함하는 강유전 액정층(123)을 포함한다.
그리고, 상기 제 1 전극(128)을 포함한 제 1 기판(121) 표면과 및 제 2 전극(129)의 상에는 각각 배향막(124a, 124b)이 더 형성된다.
그리고, 상기 제 2 전극(129)을 접지시키고, 상기 제 1 전극(121)에 상기 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압(Vth+V1)을 인가하거나 상기 문턱 전압 대비 음의 제 1 전압(Vth-V1)을 인가하는 전압원이 더 포함된다.
한편, 상기 제 1 전극(128) 및 제 2 전극(129)은 각각 투명한 도전 물질로 이루어지는 것으로, ITO, IZO, ITZO 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 전극(128)은 영상 패널의 표시 영역(점선부) (125 대응)에 대응되어 화소들의 행(line)을 따라 패터닝되어 있다.
여기서, 상기 제 2 전극(129)은 통전극으로 내부에 어떠한 패턴없이, 전체가 일체형으로 연결된 형태이며, 도시된 도면은 표시 영역(125)에 한하여 도시하였으나, 경우에 따라 전면 형성될 수도 있다.
설명하지 않은 도면부호 126 및 127은 각각 신호를 인가하는 드라이버 집적회로 및 상기 드라이버 집적회로와 제 1 전극(128) 사이를 연결하기 위한 신호배선을 나타내며, 상기 신호배선(127)은 구리나 몰리브덴과 같은 배선 저항이 작은 도전물질로 이루어지게 된다.
한편, 상술한 편광 스위칭 셀을 이용한 입체 영상 표시 시스템에서의 광 특성을 살펴본다.
도 8은 본 발명의 입체 영상 표시 시스템의 화이트 전방위 시야각 휘도를 나타낸 시뮬레이션도이며, 도 9는 본 발명의 입체 영상 표시 시스템치의 블랙 전방위 시야각 휘도를 나타낸 시뮬레이션도이며, 도 10은 본 발명의 입체 영상 표시 시스템에 있어서, 상하좌우 시야각에서 대조비를 나타낸 그래프이다.
도 8 내지 도 10과 같이, 중앙에서 있어서 대조비는 1000:1 이상이며, 시청자가 영상 시인 가능한 수준인 10:1 이상은 상하 시야각의 ±40°의 범위에서, 좌우 시야각은 -50°에서 +35°에서 가능하다.
여기서, 도 10의 CR_H는 수평 방향의 대조비(contrast ratio)를 의미하며, CR_V는 수직 방향의 대조비를 의미한다.
또한, 본 발명의 입체 영상 표시 장치는 편광 스위칭 셀에 문턱 전압에 대비된 양음 전압 인가 특성에 따라 전압 인가 여부에 의해 구동하는 도 5의 액티브 리타더에 대비하여 좌안 우안 크로스토크 특성이 대칭을 이루며, 강유전 액정의 특징상 빠른 구동 특성을 얻을 수 있다.
한편, 상술한 입체 영상 표시 시스템에서 안경은 3D 모드에서 선택적으로 착용할 수 있는 것으로, 2D 모드에서는 편광 스위칭 셀에 전압 무인가 조건으로 이는 투명한 셀로 기능하여 영상 패널(110)에 의해 투과되는 2D 영상을 해상도 저하 없이 그대로 시청할 수 있다.
또한, 3D 모드에서는 상술한 이븐 프레임과 오드 프레임별 좌안, 우안에 서로 교차하는 투과축을 갖고 영상이 출사되고, 이를 합성하여 시청자는 최종적으로 입체 영상을 시청하게 된다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 영상 표시 장치 110: 영상 패널
120: 편광 스위칭 셀 130: 광원
140: 안경 141, 143: 제 2 사분파장판
142, 144: 편광판 150: 제 1 사분파장판

Claims (15)

  1. 영상 패널;
    상기 영상 패널 상에 제 1 투과축을 갖는 제 1 편광판;
    상기 제 1 편광판 상에, 강유전 액정을 포함하여 문턱 전압 대비 양 또는 음의 제 1 전압 인가에 따라 서로 다른 방향의 반파장 판(HWP: Half Wave Plate)으로 기능하는 편광 스위칭 셀; 및
    상기 편광 스위칭 셀 상에 제 1 사분파장 판(QWP: Quater Wave Plate)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 편광 스위칭 셀은 상기 강유전 액정의 장축(slow axis)이, 상기 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압 인가시와 음의 제 1 전압 인가시 중 어느 하나가 +22.5°, 나머지 하나가 -22.5°인 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 편광 스위칭 셀은 상기 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압 인가와 음의 제 1 전압 인가시 서로 다른 방향으로 상기 제 1 투과축을 통과한 광을 45°선편광 시키는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 문턱 전압 대비 양의 제 1 전압 인가와 음의 제 1 전압 인가는 상기 영상 패널의 이븐 프레임과, 오드 프레임에 나누어 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 편광 스위칭 셀은 전압 무인가시 상기 제 1 투과축을 통해 나오는 광을 그대로 출사하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 사분파장판의 투과축은 상기 제 1 투과축과 교차하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    각각 상기 제 1 사분파장판과 동일한 투과축을 갖는 제 2 사분파장판 및 상기 제 2 사분파장판을 통해 각각 서로 90°교차된 선편광을 투과시키는 편광판을 갖는 좌안 렌즈 및 우안 렌즈를 포함하는 안경을 더 포함한 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 안경의 좌안 렌즈 및 우안 렌즈의 각 편광판은 시청자의 양안에 최인접한 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 사분파장판은 상기 제 1 사분파장판으로 원편광되어 들어오는 광을 +45° 또는 -45° 선편광시켜 상기 편광판으로 전달하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 사분파장판의 +45° 또는 -45°의 선편광 전달은 이븐 프레임과 오드 프레임에 의해 나뉘는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 편광 스위칭 셀은
    서로 대향된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 일 방향으로 서로 동일 간격 이격된 바 형상의 제 1 전극;
    상기 제 2 기판 상에 형성된 제 2 전극; 및
    상기 제 1, 제 2 기판 사이에 형성된 상기 강유전 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 전극을 접지시키고, 상기 제 1 전극에 상기 문턱 전압 대비 양 또는 음의 제 1 전압을 인가하는 전압원을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 패널은 액정 패널, 유기 발광 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 전계 방출 표시 패널 및 양자점 표시 패널 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 편광판은 상기 영상 패널에 포함된 것을 특징으로 하는 영상 표시 장치.
  15. 영상 패널과, 상기 영상 패널 상에 제 1 투과축을 갖는 제 1 편광판과, 상기 제 1 편광판 상에, 강유전 액정을 포함하여 문턱 전압 대비 양 또는 음의 제 1 전압 인가에 따라 서로 다른 방향의 반파장 판(HWP: Half Wave Plate)으로 기능하는 편광 스위칭 셀 및 상기 편광 스위칭 셀 상에 제 1 사분파장 판(QWP: Quater Wave Plate)을 포함한 표시부; 및
    각각 상기 제 1 사분파장판과 동일한 투과축을 갖는 제 2 사분파장판 및 상기 제 2 사분파장판을 통해 각각 서로 90°교차된 선편광을 투과시키는 편광판을 갖는 좌안 렌즈 및 우안 렌즈를 포함하는 안경을 포함한 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107045227A (zh) * 2017-01-20 2017-08-15 苏州星烁纳米科技有限公司 2d/3d可切换的液晶显示装置
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CN114815290A (zh) * 2022-04-26 2022-07-29 东南大学 一种基于pb相位的可切换三维显示装置
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