KR20130060637A - 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 위에 위치한 하부 기판; 상기 하부 기판의 상면 상에 형성되며, 복수의 하부 전극들을 포함하는 하부 전극층; 상기 하부 기판 위에 위치하며, 상기 하부 기판과 평행하게 배열되는 상부 기판; 상기 상부 기판의 하면 상에 형성되며, 복수의 상부 전극들을 포함하는 상부 전극층; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 형성된 액정층;을 포함하며, 3D 디스플레이 모드에서, 상기 하부 전극층에 렌즈 형성 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에 공통 전압이 인가되면 상기 액정층의 제1 위치에 연속적으로 연결된 복수의 렌즈 유니트들이 형성되며, 상기 하부 전극층에 상기 공통 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에 상기 렌즈 형성 전압이 인가되면 상기 액정층의 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에 상기 복수의 렌즈 유니트들이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치{2 DIMENSION/3 DIMENSION SWITCHABLE DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 3차원(이하 “3Ｄ”함) 영상을 디스플레이를 하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 2차원/3차원(2D/3D) 전환 가능한 무안경식 디스플레이 장치에 관한 것이다.
3D 디스플레이 기술은 3D 입체 영상을 볼 수 있게 하기 위하여 관찰자에게 셔터 안경과 같은 특별한 안경을 착용하는 것을 요구하는 기술, 소위 안경식(stereoscopic) 디스플레이 기술과, 안경의 사용을 요구하지 않는 기술, 소위 무 안경식(autostereoscopic) 디스플레이 기술로 구분된다.
안경식 디스플레이 기술은 우측 눈 액정과 좌측 눈 액정이 교대로 미리 결정된 주기에서 각각 빛을 통과하고 통과하지 않는 액정 셔터 안경과 그러한 셔터 안경 구동장치를 요구한다. 그러므로 좌측 눈 영상과 우측 눈 영상을 다르게 분리하여 제공하는 것에 의해 입체 영상이 인식되게 된다. 그러나, 안경식 디스플레이 기술은 그러한 액정 셔터 안경과 그것의 구동장치와 같은 추가의 장치들을 필요로 한다는 점에서 결점들을 갖는다.
무 안경식 3D 디스플레이 기술은 셔터 안경을 착용하는 불편함 없이 3D영상을 디스플레이 할 수 있는 이점을 갖는다. 무 안경식 디스플레이 기술은 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 3D 디스플레이 장치와 렌티큘러(lenticular) 3D 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 패럴렉스 배리어 3D 디스플레이 장치는 행들과 열들로 배열된 화소들을 가지는 디스플레이 패널 앞에 설치된 세로 격자 형상의 개구들을 가지는 패럴랙스 배리어를 갖는다. 그러면, 패럴랙스 배리어는 관찰자의 우측 눈과 좌측 눈에 대한 우측 영상과 좌측 영상을 분리하고, 디스플레이 패널 상의 서로 다른 영상들의 양안 시차를 발생한다. 반면, 렌티큘러 3D 디스플레이 장치는 세로 격자 형상의 패럴랙스 배리어 대신에 디스플레이 패널 위에 놓여 있는 반원통형 렌즈들의 열방향 배열을 가지는 렌티큘러 렌즈를 3D 디스플레이를 위해 일반적으로 사용한다.
무 안경식 2D/3D 전환 가능한 액정렌즈 디스플레이 장치는 상부 기판 및 하부 기판 사이에 충진된 액정 물질의 굴절률 변화에 따라 렌티큘러 렌즈로서 작용하는 액정 렌즈와, 디스플레이 패널을 포함한다. 액정 렌즈는 디스플레이 패널 앞에 설치되고, 전극들 사이에 인가되는 전압의 온(On) 또는 오프(Off)에 의해 2D와 3D 디스플레이 모드들 사이의 스위칭을 할 수 있다.
2D 디스플레이 모드에서, 전극들 사이에 인가되는 전압은 오프됨으로써, 액정은 초기 배향 상태를 유지하게 되어 렌티큘러 렌즈 작용은 제거된다. 그러면 디스플레이 패널로부터 나오는 빛은 그 진행 방향이 변경됨이 없이 액정 렌즈를 투과하여 관찰자에게 2D 영상으로서 제공된다.
3D 디스플레이 모드에서는, 전극들 사이에 인가되는 전압은 온됨으로써, 상하부 기판들에 평행한 방향에서 액정 물질의 위치에 따라 액정의 굴절률을 다르게 변경시키는 것에 의해 렌티큘러 렌즈 작용을 할 수 있다. 상기 렌티큘러 렌즈 작용에 의해, 디스플레이 패널로부터 나오는 빛은 액정 렌즈를 투과하면서 그 진행 방향이 변경되고, 관찰자의 좌측과 우측 눈에 다른 영상들을 제공함으로써 관찰자가 입체 영상을 보게 할 수 있다.
3D 디스플레이 장치에 있어서, 하나의 화면을 통하여 3D 영상을 다수의 사람이 시청할 수 있도록 다수의 시점들을 제공하는 것이 중요하다. 그러나, 일반적으로 3D 디스플레이 장치는, 3D 영상 표시 시 하나의 화면을 통하여 다수의 시점들을 제공하는 경우, 상기 시점들의 수만큼의 서로 다른 영상들을 하나의 화면에 제공하기 때문에, 시점수에 반비례하여 수평방향의 해상도가 낮아지는 문제가 있다. 예를 들어, 3D 디스플레이 장치가 8개의 시점들을 제공하는 경우, 3D 영상의 해상도는 2D 영상에 비하여 1/8로 감소한다.
본 발명의 목적은 2D/3D 전환 가능하면서도 높은 해상도를 제공할 수 있는 2D/3D 전환 가능한 액정 렌즈 및 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 2D/3D 전환 가능하면서도 다수의 시점들을 제공할 수 있는 2D/3D 전환 가능한 액정 렌즈 및 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시분할 구동에 적합한 액정 렌즈 및 이를 이용한 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 장치의 두께를 감소시키면서도 고화질의 3D 영상을 제공할 수 있는 액정 렌즈 및 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적들 중 적어도 하나는 하기의 구성요소들에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 위에 위치한 하부 기판; 상기 하부 기판의 상면 상에 형성되며, 복수의 하부 전극들을 포함하는 하부 전극층; 상기 하부 기판 위에 위치하며, 상기 하부 기판과 평행하게 배열되는 상부 기판; 상기 상부 기판의 하면 상에 형성되며, 복수의 상부 전극들을 포함하는 상부 전극층; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 형성된 액정층;을 포함하며, 3D 디스플레이 모드에서, 상기 하부 전극층에 렌즈 형성 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에 공통 전압이 인가되면 상기 액정층의 제1 위치에 연속적으로 연결된 복수의 렌즈 유니트들이 형성되며, 상기 하부 전극층에 상기 공통 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에 상기 렌즈 형성 전압이 인가되면 상기 액정층의 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에 상기 복수의 렌즈 유니트들이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서 상기 하부 전극들과 상기 상부 전극들의 형상을 스트라이프(stripe) 형상만을 설명하고 있으나, 그 상기 하부 전극들과 상기 상부 전극들의 형상이 스트라이프 이외의 지그재그(zigzag) 등 다양한 형상 들에 대해서도 배제되지 않음을 이 분야의 통상의 지식을 가진 자는 알 수 있다.
상기 복수의 하부 전극들은 미리 결정된 반복 패턴으로 배열되며 상기 제1 위치에 대응되어 형성되고, 상기 복수의 상부 전극들은 상기 미리 결정된 반복 패턴으로 배열되며 상기 제2 위치에 대응되어 형성될 수 있다.
상기 하부 전극들과 상기 상부 전극들은 각각 스트라이프(stripe) 형상으로 형성되며, 상기 하부 전극들은 상기 상부 전극들과 평행하게 배열될 수 있다.상기 하부 전극층은 복수의 전극 그룹들을 포함하며, 상기 각각의 전극 그룹은 평행하게 배열된 복수의 스트라이프 전극들을 포함하고, 상기 각각의 전극 그룹의 중심에 위치한 전극의 폭은 그 모서리에 위치한 전극의 폭 보다 크게 형성될 수 있다.
상기 각각의 렌즈 유니트는 프레넬 존 플레이트이며, 상기 프레넬 존 플레이트는 복수의 존들로 구별되며, 상기 복수의 존들 중 인접하는 2개의 존들에는 각각 서로 다른 극성의 전압들이 인가될 수 있다.
또한, 3D 디스플레이 모드에서, 상기 디스플레이 패널에 홀수 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제1 위치에 복수의 렌즈 유니트들이 형성되고, 상기 디스플레이 패널에 짝수 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제2 위치에 상기 복수의 렌즈 유니트들이 형성될 수 있다.
또한, 3D 디스플레이 모드에서, 상기 디스플레이 패널에 홀수번째 프레임들이 디스플레이될 경우, 상기 하부 전극층에 렌즈 형성 전압이 인가되고 상기 제1 전극층에는 공통전압이 인가되며, 상기 디스플레이 패널에 짝수번째 프레임들이 디스플레이될 경우, 상기 제1 전극층에 공통 전압이 인가되고 상기 제2 전극층에는 렌즈 형성 전압이 인가될 수 있다.
또한, 상기 액정층의 상기 제1 위치에 형성되는 렌즈 유니트들은 홀수번째 시점들을 제공하고, 상기 제2 위치에 형성되는 렌즈 유니트들은 짝수번째 시점들을 제공할 수 있다.
또한, 상기 미리 결정된 거리는 상기 디스플레이 패널의 부화소의 폭의 1/2보다 같거나 작을 수 있다.
상기 디스플레이 패널은 액정 패널 및 백라이트 유니트를 포함하며, 상기 액정 패널에 홀수시점 프레임이 적어도 2회 디스플레이되는 동안에, 상기 하부 전극들에 렌즈 형성 전압이 인가되고 상기 상부 전극들에 공통 전압이 인가되며, 상기 액정 패널에 짝수시점 프레임이 적어도 2회 디스플레이되는 동안에, 상기 상부 전극들에 상기 공통 전압이 인가되고 상기 하부전극들에 상기 렌즈 형성 전압이 인가되며, 상기 백라이트 유니트는, 상기 홀수시점 프레임 및 상기 짝수시점 프레임이 각각 첫번째 디스플레이되는 동안에는 오프되고, 상기 홀수시점 프레임 및 상기 짝수시점 프레임이 각각 두번째 디스플레이되는 동안의 적어도 일부 시간에 온될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 위에 위치한 하부 기판; 상기 하부 기판의 상면 상에 형성되며, 복수의 하부 전극들을 포함하는 하부 전극층; 상기 하부 기판 위에 위치하며, 상기 하부 기판과 평행하게 배열되는 상부 기판; 상기 상부 기판의 하면 상에 형성되며, 복수의 상부 전극들을 포함하는 상부 전극층; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 형성된 액정층; 및 3D 디스플레이 모드에서, 제1 기간에 상기 액정층의 제1 위치에 연속적으로 연결된 복수의 렌즈 유니트들을 형성하고, 상기 제1 기간을 뒤따르는 제2 기간에 상기 액정층의 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에 상기 복수의 렌즈 유니트들이 형성하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치는, 행들과 열들의 매트릭스 형식으로 배열된 복수의 화소들을 포함하며, 홀수시점 프레임을 적어도 2회 디스플레이한 후, 짝수시점 프레임을 적어도 2회 디스플레이하는 액정 패널; 제1 전극층과, 제2 전극층 및 상기 제1,2 전극층들 사이에 형성된 액정층을 포함하고, 3D 디스플레이 모드에서 상기 디스플레이 패널에 상기 홀수시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제1 위치에 제1 렌즈를 형성하기 위한 제1 렌즈 형성 전압이 상기 제1,2 전극층들에 인가되고, 상기 디스플레이 패널에 상기 짝수시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제2 위치에 제2 렌즈를 형성하기 위한 제2 렌즈 형성 전압이 상기 제1,2 전극층들에 인가되는 액정 렌즈; 및 상기 홀수시점 프레임 및 상기 짝수시점 프레임이 각각 첫번째 디스플레이되는 동안에는 오프되고, 상기 홀수시점 프레임 및 상기 짝수시점 프레임이 각각 두번째 디스플레이되는 동안의 적어도 일부 시간에 온되는 백라이트 유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈는, 하부 기판; 상기 하부 기판의 상면 상에 형성되며, 복수의 하부 전극들을 포함하는 하부 전극층; 상기 하부 기판 위에 위치하며, 상기 하부 기판과 평행하게 배열되는 상부 기판; 상기 상부 기판의 하면 상에 형성되며, 복수의 상부 전극들을 포함하는 상부 전극층; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 형성된 액정층;을 포함하며, 상기 하부 전극층에 렌즈 형성 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에 공통 전압이 인가되면 상기 액정층의 제1 위치에 연속적으로 연결된 복수의 렌즈 유니트들이 형성되며, 상기 하부 전극층에 상기 공통 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에 상기 렌즈 형성 전압이 인가되면 상기 액정층의 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에 상기 복수의 렌즈 유니트들이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 렌즈는, 제1 기판 상에 형성된 제1 전극층; 제2 기판 상에 형성된 제2 전극층; 및 상기 제1,2 전극층들 사이에 형성된 액정층을 포함하고, 3D 디스플레이 모드에서 상기 디스플레이 패널에 상기 홀수시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제1 위치에 제1 렌즈를 형성하기 위한 제1 렌즈 형성 전압이 상기 제1,2 전극층들에 인가되고, 상기 디스플레이 패널에 상기 짝수시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제2 위치에 제2 렌즈를 형성하기 위한 제2 렌즈 형성 전압이 상기 제1,2 전극층들에 인가되며, 상기 홀수시점 프레임 및 상기 짝수시점 프레임이 각각 첫번째 디스플레이되는 동안에는 오프되고, 상기 홀수시점 프레임 및 상기 짝수시점 프레임이 각각 두번째 디스플레이되는 동안의 적어도 일부 시간에 온되는 백라이트 유니트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치에서, 3D 디스플레이 모드시, 액정 렌즈를 2배속으로 시분할 구동하여 동일한 해상도에서 2배의 시점들을 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치에서, 액정렌즈를 2배속 시분할 구동하여 동일한 해상도에서 2배의 시점들을 제공하고, 액정 렌즈와 디스플레이 패널 사이의 간격을 1/2로 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 종래의 간격 유지판으로서 15mm 두께의 유리판이 사용되었으나, 본 발명에 따르면 7.5mm 유리판으로 대체 가능하다. 이에 따라, 슬림한 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 시분할 구동에 적합한 액정 렌즈 및 이를 이용한 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈의 측 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기판에 형성된 하부 전극층의 단면도 및 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 기판에 형성된 하부 전극층의 단면도 및 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용하여, 3D 디스플레이 모드에서, 프레넬 존 플레이트 작용을 제공하기 위한 전압이 인가되는 일 실시예로서, 액정 렌즈의 하부 전극층에 렌즈 형성 전압을 인가하고, 상부 전극층에 공통 전압을 인가한 경우, 액정 렌즈 내에서의 위상지연들을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용하여, 3D 디스플레이 모드에서, 프레넬 존 플레이트 작용을 제공하기 위한 전압이 인가되는 일 실시예로서, 액정 렌즈의 상부 전극층에 렌즈 형성 전압을 인가하고, 하부 전극층에 공통 전압을 인가한 경우, 액정 렌즈 내에서의 위상지연들을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용하여, 3D 디스플레이 모드에서, 프레넬 존 플레이트 작용을 제공하기 위한 전압이 인가되는 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용하여, 3D 디스플레이 모드에서, 프레넬 존 플레이트 작용을 제공하기 위한 전압이 인가되는 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 10 및 도 11은 액정 렌즈에 의해 형성되는 존 플레이트의 위치에 따른 시점 차이를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 구동하기 위한 타이밍도이다.
이하 본 발명에 따른 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치 및 이를 위한 액정 렌즈를 제조하고 사용하는 방법이 상세히 설명된다. 본 명세서의 실시예들에서 여러 수치들이 개시되고 있지만, 그러한 수치들은 청구범위에 기재되어 있지 않는 경우, 그러한 수치들은 그 청구범위들을 한정하지 않는다는 것을 유의하여야 한다. 본 명세서에서 도면들에서 사용된 동일한 번호들은 동일한 부품들 또는 구성요소들을 나타낸다는 것을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치의 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치(10)는 영상을 디스플레이하는 디스플레이 패널(20)과, 상기 디스플레이 패널(20) 위에 위치하며 2D/3D 전환 가능한 액정 렌즈(30)를 포함한다.
이하에서는 디스플레이 패널(20)로서 액정 패널(22) 및 백라이트 유니트(BLU, 24)가 사용되는 디스플레이 장치(10)가 설명되지만, 액정 패널(22) 및 백라이트 유니트(24) 대신에 CRT들, PDP들, OLED들 또는 FED들과 같은 디스플레이 패널들이 또한 사용될 수 있다는 것은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
디스플레이 패널(20)은 통상 행들과 열들의 매트릭스 형식으로 배열된 화소들을 포함하며, 상기 화소들을 통하여 영상을 표시한다.
액정 패널(22)을 예로 들어 설명하면, 액정 패널(22)은 서로 평행하게 이격된 2매의 투명한 기판들을 포함하며, 상기 기판들 사이에는 액정 물질이 충진된다. 하부 기판(44)의 전면(또는 내측 표면) 상에는 상기 화소들에 대응되어 박막 트랜지스터(TFT)들이 형성된다. TFT들의 게이트들과 소오스들은 각각 대응되는 행들 및 열들과 관련된 게이트 라인들과 데이터 라인들과 각각 접속되고, 그것들의 드레인들은 화소전극들과 접속된다. 상부 기판의 전면(또는 내측 표면) 상에는 칼라 필터 및 블랙 매트릭스가 형성될 수 있다.
백라이트 유니트(24)는 액정 패널(22) 뒤에서 빛을 조사한다. 그러면, 액정 패널(22)의 화소전극들과 공통전극 사이에 인가되는 전압에 의해 발생되는 액정의 배향들의 변경들, 즉 액정의 굴절률들의 변경들은 상기 조사된 빛의 투과를 변조하고, 그것에 의해 영상이 형성될 수 있다.
액정 렌즈(30)는 인가되는 렌즈 형성 전압의 유무에 따라 2D/3D 전환이 가능하다.
2D 디스플레이 모드에서, 액정 렌즈(30)는 빛 투과체로서 작용하며, 표시 패널(20)로부터 나오는 빛은 그 진행 방향이 변경됨이 없이 액정 렌즈(30)를 투과하여 관찰자에게 2D 영상으로서 제공된다. 반면, 3D 디스플레이 모드에서 액정 렌즈(30)는 렌즈로서 작용한다. 이에 따라, 표시 패널(20)로부터 나오는 빛은 액정 렌즈(30)를 투과하면서 그 진행 방향이 변경되고, 관찰자의 좌측과 우측 눈에 다른 영상들을 제공함으로써 관찰자가 입체 영상을 보게 할 수 있다.
상기 디스플레이 장치(10)는 디스플레이 패널(20)과 액정 렌즈(30)를 구동하기 위한 구동부(40)를 포함할 수 있다. 상기 구동부(40)는 영상 처리부(42), 디스플레이 패널 제어부(44), 및 액정 렌즈 제어부(48)를 포함할 수 있다.
영상 처리부(42)는 외부 호스트 시스템(Host System) 또는 컴퓨터(PC)로부터 2D 영상 또는 3D 영상에 대한 영상데이터(R,G,B), 수직동기신호(Vsync), 수평동기신호(Hsync), 메인 클럭(MCLK) 및 데이터 인에이블 신호(DE)를 입력받는다.
상기 영상 처리부(42)는 디스플레이 패널 제어부(44)에 영상데이터(R,G,B), 수직동기신호(Vsync), 수평동기신호(Hsync), 메인 클럭(MCLK) 및 데이터 인에이블 신호(DE)를 전송한다. 그러면, 디스플레이 패널 제어부(44)는 수신된 영상 데이터(R,G,B) 및 신호들을 이용하여 디스플레이 패널(20)의 게이트라인 구동전압 및 데이터라인 구동전압 등을 생성하고, 상기 구동전압들을 이용하여 상기 디스플레이 패널(20)의 영상 디스플레이를 제어한다.
디스플레이 패널 제어부(44)는 액정 패널 제어부(45)와 백라이트 유니트 제어부(46)를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 영상 처리부(42)는 액정 패널 제어부(45)에 영상데이터(R,G,B), 수직동기신호(Vsync), 수평동기신호(Hsync), 메인 클럭(MCLK) 및 데이터 인에이블 신호(DE)를 제공한다. 그러면, 액정 패널 제어부(45)는 수신된 영상 데이터(R,G,B) 및 신호들을 이용하여 액정 패널(22)의 영상 디스플레이를 제어한다.
상기 영상 처리부(42)는 백라이트 유니트 제어부(46)에 2D 디스플레이 모드 및 3D 디스플레이 모드에 따라 백라이트 유니트(24)를 서로 다른 휘도로 구동하기 위한 백라이트 제어 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 백라이트 제어신호는 2D 디스플레이모드에서 백라이트 유니트(24)의 100% 휘도로 구동하고, 3D 디스플레이모드에서 백라이트 유니트(24)의 150% 또는 200%의 휘도로 구동하기 위한 것일 수 있다. 또한, 상기 백라이트 제어신호는 백라이트 유니트(24)를 온(On) 또는 오프(Off) 시키기 위한 것일 수 있다.
영상 처리부(42)는 액정 렌즈 제어부(48)에 렌즈 구동 제어 신호를 제공한다. 액정 렌즈 제어부(48)은 상기 렌즈 구동 제어 신호에 따라 액정 렌즈(30)의 전극들에 전압을 인가하거나 인가하지 않을 수 있다. 액정 렌즈 제어부(48)는 2D 디스플레이 모드에서 상기 렌즈 구동 제어 신호에 따라 액정 렌즈(30)의 전극들에 전압을 인가하지 않음으로써, 상기 액정 렌즈(30)는 렌즈 유니트들을 형성함이 없이 빛 투과체로서 작용할 수 있다. 또한, 액정 렌즈 제어부(48)는 3D 디스플레이 모드에서 상기 렌즈 구동 제어 신호를 이용하여, 액정 렌즈(30)의 상부 의 전극들과 하부 전극들에 각각 렌즈 형성 전압과 공통 전압을 교대로 인가함으로써, 상기 액정 렌즈(30) 내에 형성되는 렌즈 유니트들이 쉬프트(shift)될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치(10)는 디스플레이 패널(20)과 상기 패널(20) 위에 위치한 액정 렌즈(30)를 포함한다.
상기 디스플레이 패널(20)은, 예를 들어, 액정 패널(22)과 백라이트 유니트(24)를 포함할 수 있다.
액정 패널(20)은 통상 행들과 열들의 매트릭스 형식으로 배열된 화소들을 포함한다. 액정 패널(20)은 서로 평행하게 이격된 한 쌍의 투명한 기판들(50,52)을 포함하며, 상기 기판들(50,52) 사이에는 액정 물질(54)이 충진된다. 하부 기판(50)의 전면(또는 내측 표면) 상에는 상기 화소들에 대응되어 박막 트랜지스터(TFT)들이 형성된다. 상부 기판(52)에는 칼라 필터 및 블랙 매트릭스가 형성된다.
하부 기판(50) 및 상부 기판(52)에는 각각 편광판(56,58)이 부착된다. 상기 편광판들(56,58)에 의해 액정 패널(22)을 통과하는 빛의 특정 방향 편광 성분만 투과할 수 있다.
액정 렌즈(30)는 그 렌즈 촛점 거리를 확보하기 위해 액정 패널(22)과 이격된다. 이에 따라, 액정 렌즈(30)와 액정 패널(22) 사이에는 간격 유지 층(Gap Spacing Layer)이 위치한다.
상기 간격 유지 층은 투명한 유리 또는 플라스틱으로 형성되는 간격 유지 판(60)이 될 수 있다. 간격 유지판(60)은 액정 렌즈(30)에 의해 형성되는 렌즈 유니트들과 액정 패널(22)의 화소들간에 렌즈 촛점 거리가 유지될 수 있도록, 충분한 두께로 형성된다. 상기 렌즈 유니트들을 수평 방향에서 동일한 폭(즉, 피치 P)으로 형성되며, 서로 평행하게 배열된다.
간격 유지 판(60)의 하면은 액정 패널(22) 상에 광학 접착제(62)에 의해 고착되고, 그 상면은 액정 렌즈(30)의 하면에 광학 접착제(64)에 의해 고착된다. 광학 접착제들(62,64)의 굴절률은 액정 패널(22), 간격 유지 판(60) 및 액정 렌즈(30)의 굴절률들과 실질적으로 차이가 없도록, 상기 광학 접착제들(62,64)은 광학적으로 투명한 재질로 이루어진다.
액정 렌즈(30)의 상면 위에는 액정 렌즈(30)의 보호를 위해 커버 유리 판(66)이 위치할 수 있다. 커버 유리 판(66)은 강화 유리로 형성될 수 있다.
또한, 액정 렌즈(30)와 커버 유리 판(66) 사이에는 5mm 이상의 공기층(air gap, 68)이 위치할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 렌즈의 측 단면도이다.
도 3을 참조하면, 액정 렌즈(30)는 제1 또는 하부 기판(70), 제2 또는 상부 기판(80), 상기 제1, 2 기판들(70,80) 사이에 위치한 액정층(77)을 포함한다.
제1 기판(70)은 투명한 유리 또는 플라스틱으로 형성되며, 그 상면에는 하부 전극층(72,74)이 형성된다. 상기 하부 전극층(72,74)은 미리 정해진 패턴으로 형성된다.
상기 하부 전극층(72,74)은 복수의 제1 하부 전극들(72)과, 복수의 제2 하부 전극들(74)을 포함한다. 상기 제1 하부 전극들(72)과, 제2 상부 전극들(74)은 수직 방향(z방향)에서 서로 다른 층들에 형성된다. 상기 제1 하부 전극들(72)와 제2 하부 전극들(74)은 스트라이프(strip) 형상으로 형성된다.
제1 기판(70) 상에는 절연막(71)이 형성되고, 상기 절연막(71) 상에 제1 하부 전극들(72)이 형성된다. 제1 하부 전극들(72) 상에는 다시 절연막(73)이 형성되고, 상기 절연막(73) 상에는 제2 하부 전극들(74)이 형성된다. 상기 제2 하부 전극들(74) 상에는 절연막(75)이 형성되고, 상기 절연막(75) 상에는 제1 배향막(76)이 형성된다. 이에 따라, 제1 하부 전극들(72)은 절연막(71)을 사이에 두고 제1 기판(70) 상에 위치한다. 제2 하부 전극들(74)은 절연막(73)을 사이에 두고 제1 하부 전극들(72) 상에 위치한다. 이에 따라, 제1 하부 전극들(72)과 제2 하부 전극들(74)을 수직방향(z 방향)에서 서로 이격되어 배열된다.
상기 절연막들(71,73,75)은 무기 절연물, 유기 절연물 또는 유무기 절연물로 이루어진 막일 수 있다. 무기 절연물은 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx), 산화티탄(TiO2), 알루미나(Al2O3) 또는 지르코니아(ZrO2)일 수 있다. 유기 절연물은 폴리실록산(Poly Siloxane), 페닐실록산(Phenyl Siloxane), 폴리이미드(Polyimide), 실세스퀴옥산(Silsesquioxane), 실란(Silane)일 수 있다.
제1 하부 전극들(72)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 물질을 절연막(71)의 상면에 전체적으로 증착한 후 포토리소그패피 기술에 의해 제1 수평 방향(x축 방향)으로 패터닝하는 것에 의해 형성되는 복수의 도전 라인들이 될 수 있다. 상기 제1 하부 전극들(72)은 상기 제1 수평방향(x 방향)으로 길게 신장되며(elongated), 서로 이격되어 평행하게 배열된다. 제1 하부 전극들(72)은 제1 기판(70)의 상면에 직접 형성될 수도 있다. 상기 제1 수평 방향(x 방향)은 액정 패널(22)에서 행들과 열들로 배열된 화소들의 상기 열 방향으로부터 θ의 각도로 경사질 수 있다. 상기 경사각 θ는 액정 패널(22) 내의 행들과 열들로 배열된 화소들 상에 위치되는 렌티큘러 렌즈들, 즉 반 원통 렌즈(semi-cylindrical lens)들의 렌즈 축들과 상기 화소들의 열 방향 사이의 각으로 정의된다. 상기 경사각 θ을 갖는 이유는, 3D 영상을 디스플레이 하기 위하여 액정 패널(22)의 화소들의 행 방향으로 관찰자의 다수의 시점들이 주어지기 때문에 수직 방향에서 화질의 저하 보다 수평 방향에서 화질의 저하를 방지하는 것이 더 중요하고, 상기 경사각θ을 통하여 수평 방향에서 색분리와 모아레(Moire) 현상에 기인하는 화질의 저하가 개선될 수 있다.
제2 하부 전극들(74)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 물질을 절연막(73)의 상면에 전체적으로 증착한 후 포토리소그래피 기술에 의해 제1 수평방향(x축 방향)으로 패터닝하는 것에 의해 형성되는 복수의 도전 라인들이 될 수 있다. 상기 제2 하부 전극들(74)은 상기 제1 수평방향(x축 방향)으로 길게 신장되며, 서로 이격되어 평행하게 배열된다.
제1 하부 전극들(72)과 제2 하부 전극들(74)은 상기 제1 수평방향에 수직한 제2 수평방향(y 방향)에서 교대로 위치한다. 따라서, 제1 하부 전극들(72) 각각은 제2 하부 전극들(74) 사이에 위치한다. 상기 제2 수평 방향(y축 방향)은 액정 패널(22)에서 행들과 열들로 배열된 화소들의 상기 행 방향이다.
도 3에서 제1 하부 전극들(72)이 상기 수직방향(z 방향)에서 제2 하부 전극들(74)과 서로 중첩되지 않도록 도시되어 있으나, 상기 제1 하부 전극들(72) 중 적어도 일부의 가장자리는 수직방향(z방향)에서 제2 하부 전극들(74)과 중첩될 수도 있다. 이와 같이 두 층의 하부 전극들(72,74)이 그것들의 인접한 모서리들이 중첩하도록 지그재그로 배열되면, 더 많은 수의 전극들이 배치될 수 있다. 이와 같이, 하부 전극들(72,74)의 수가 증가하면, 제2 수평 방향(y 방향)으로 더욱 다양한 전압들이 인가될 수 있고, 이것에 의해 용이하게 원하는 렌즈 타입의 액정 굴절률 분포를 형성할 수 있다.
상기 절연막(75) 상에는 제1 배향막(76)이 형성된다. 제1 배향막(76)은 잉크젯 또는 롤 프린팅 등의 방법으로 배향성을 갖는 유체 유기물을 도포한 후 적외선, 자외선과 같은 광원에 의해 또는 열적으로 경화하는 것에 의해 형성될 수 있다.
제2 기판(80)은 투명한 유리 또는 플라스틱으로 형성되며, 그 상면에는 상부 전극층(82,84)이 형성된다. 상기 상부 전극층(82,84)은 미리 정해진 패턴으로 형성된다. 상기 상부 전극층(82,84)은 상기 하부 전극층(72,74)과 동일한 패턴으로 형성될 수 있다.
상부 전극층(82,84)은 복수의 제1 상부 전극들(82)과, 복수의 제2 상부 전극들(84)을 포함한다. 상기 제1 상부 전극들(82)과, 제2 상부 전극들(84)은 수직 방향(z방향)에서 서로 다른 층들에 형성된다. 상기 제1 상부 전극들(82)와 제2 상부 전극들(84)은 스트라이프 형상으로 형성된다.
제2 기판(80) 상에는 절연막(81)이 형성되고, 상기 절연막(81) 상에 제1 상부 전극들(82)이 형성된다. 제1 상부 전극들(82) 상에는 다시 절연막(83)이 형성되고, 상기 절연막(83) 상에는 제2 상부 전극들(84)이 형성된다. 상기 제2 상부 전극들(84) 상에는 절연막(85)이 형성되고, 상기 절연막(85) 상에는 제2 배향막(86)이 형성된다. 이에 따라, 제1 상부 전극들(82)은 절연막(81)을 사이에 두고 제2 기판(80) 상에 위치한다. 제2 상부 전극들(84)은 절연막(83)을 사이에 두고 제1 상부 전극들(82) 상에 위치한다. 이에 따라, 제1 상부 전극들(82)과 제2 상부 전극들(84)을 수직방향(y 방향)에서 서로 이격되어 배열된다.
상기 절연막들(81,83,85)은 무기 절연물, 유기 절연물 또는 유무기 절연물로 이루어진 막일 수 있다. 무기 절연물은 질화규소, 산화규소, 산화티탄, 알루미나 또는 지르코니아일 수 있다. 유기 절연물은 폴리실록산, 페닐실록산, 폴리이미드, 실세스퀴옥산, 실란일 수 있다.
제1 상부 전극들(82)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 물질을 절연막(81)의 상면에 전체적으로 증착한 후 포토리소그패피 기술에 의해 제1 수평 방향(x 방향)으로 패터닝하는 것에 의해 형성되는 복수의 도전 라인들이 될 수 있다. 상기 제1 하부 전극들(82)은 상기 제1 수평 방향(x 방향)으로 길게 신장되며, 서로 이격되어 평행하게 배열된다. 제1 상부 전극들(82)은 제2 기판(80)의 상면에 직접 형성될 수도 있다.
제2 상부 전극들(84)은 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 물질을 절연막(83)의 상면에 전체적으로 증착한 후 포토리소그래피 기술정에 의해 제1 수평 방향(x 방향)으로 패터닝하는 것에 의해 형성되는 복수의 도전 라인들이 될 수 있다. 상기 제2 상부 전극들(84)은 상기 제1 수평 방향(x 방향)으로 길게 신장되며, 서로 이격되어 평행하게 배열된다.
제1 상부 전극들(82)과 제2 상부 전극들(84)은 상기 제1 수평 방향에 수직한 제2 수평 방향(y 방향)에서 교대로 위치한다. 따라서, 제1 상부 전극들(82) 각각은 제2 상부 전극들(84) 사이에 위치한다. 도 3에서 제1 상부 전극들(82)이 상기 수직방향(z 방향)에서 제2 상부 전극들(84)과 서로 중첩되지 않도록 도시되어 있으나, 상기 제1 상부 전극들(82) 중 적어도 일부의 가장자리는 수직방향(z방향)에서 제2 상부 전극들(84)과 중첩될 수도 있다. 이와 같이 두 층의 상부 전극들(82,84)이 그것들의 인접한 모서리들이 중첩하도록 지그재그로 배열 되면, 더 많은 수의 전극들이 배치될 수 있다. 이와 같이, 상부 전극들(82,84)의 수가 증가하면, 제2 수평 방향(y 방향)으로 더욱 다양한 전압들이 인가될 수 있고, 이것에 의해 용이하게 원하는 렌즈 타입의 액정 굴절률 분포를 형성할 수 있다.
상기 절연막(85) 상에는 제2 배향막(86)이 형성된다. 제2 배향막(86)은 잉크젯 또는 롤 프린팅 등의 방법으로 배향성을 갖는 유체 유기물을 도포한 후 적외선, 자외선과 같은 광원에 의해 또는 열적으로 경화하는 것에 의해 형성될 수 있다.
제1 배향막(76)과 제2 배향막(86) 사이에는 액정 물질이 충진되어, 액정층(77)이 형성된다. 상기 제1,2 배향막(76,86)은 상기 액정층(77)의 액정 분자들의 초기 배향을 결정한다. 예를 들어, 제1 배향막(76)은 +x 방향(즉, 도 3의 지면으로부터 수직으로 나오는 방향)으로 러빙(rubbing)되고, 제2 배향막(86)는 -ｘ 방향(즉, 도 3의 지면을 향하여 수직으로 들어가는 방향)으로 러빙됨으로써, 상기 액정층(77)의 액정분자들은 안티-패럴렐(anti-parallel)하게 배향될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하부 전극층(72,74)과 상부 전극층(82,84)은 동일한 전극 패턴이 서로 마주보는 구조로 형성될 수 있다.
상기 하부 전극층(72,74)는 서로 연결될 복수의 하부 전극 그룹들로 구분될 수 있고, 상기 각각의 하부 전극 그룹은 하나의 제1 렌즈 유니트를 형성한다. 예를 들어, 하부 전극 그룹(31)은 액정층(77) 내에서 제1 렌즈 유니트(Ln)를 형성한다. 상기 하부 전극 그룹(31) 양 측의 하부 전극 그룹들은 제1 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln+1)을 형성한다. 상기 하부 전극 그룹들은 서로 동일한 전극 패턴을 갖는다.
상기 상부 전극층(82,84) 역시 서로 연결될 복수의 상부 전극 그룹들로 구분될 수 있고, 상기 각각의 상부 전극 그룹은 하나의 제2 렌즈 유니트를 형성한다. 예를 들어, 상부 전극 그룹(32)은 액정층(77) 내에서 제2 렌즈 유니트(Un)를 형성한다. 상기 상부 전극 그룹(32) 양 측의 상부 전극 그룹들은 제2 렌즈 유니트들(Un-1, Un+1)을 형성한다. 상기 상부 전극 그룹들은 서로 동일한 전극 패턴을 갖는다.
또한, 상기 하부 전극 그룹(31)의 전극 패턴과, 상기 상부 전극 그룹(32)의 전극 패턴은 서로 동일하나, 제1 수평 방향(y 방향)에서 서로 다른 위치에 형성된다. 예를 들어, 상기 하부 전극 그룹(31)의 좌측 모서리는 제1 수평 방향(y방향)에서 제1 위치(p1)에 위치하고, 상기 하부 전극 그룹(31)에 대응되는 상기 상부 전극 그룹(32)의 좌측 모서리는 제2 위치(p2)에 위치한다. 상기 제2 위치(p2)는 상기 제1 위치(p1)의 좌측에 있으며, 상기 제1 위치(p1)로부터 미리 정해진 거리(s)로 이격된다. 상기 제2 위치(p2)는 상기 제1 위치(p1)의 우측에 위치할 수도 있다.
여기에서, 하나의 하부 전극 그룹(31)과 상기 하부 전극 그룹(31)과 가장 가깝게 위치한 하나의 상부 전극 그룹(32) 간의 상대적인 위치를 비교하였다. 그러나, 상기 하부 전극층(72,74)에는 동일한 하부 전극 그룹(31)이 반복되고, 상부 전극층(82,84)에도 동일한 상부 전극 그룹(32)이 반복되어 형성된다. 따라서, 이하에서는 하부 전극층(72,74)의 위치 또는 이것에 의해 액정층(77) 내에 형성되는 제1 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1)의 위치는 상기 제1 위치(p1)를 기준으로 설명한다. 또한, 상부 전극층(72,74)의 위치 또는 이것에 의해 액정층(77) 내에 형성되는 제2 렌즈 유니트들(Un-1, Un, Un+1)의 위치는 상기 제2 위치(p2)를 기준으로 설명한다. 위와 같이 하부 전극층(72,74)의 전극 패턴은 상부 전극층(82,84)의 전극 패턴은 서로 동일하나, 상기 하부 전극층(72,74)의 전극 패턴은 제2 수평방향(y축 방향)에서 상부 전극층(82,84)의 전극 패턴과 미리 결정된 거리(s)만큼 쉬프트되어 있다.
상기 하부 전극층(72,74)에 렌즈 형성 전압이 인가되고, 상부 전극층(82,84)에 공통전압이 인가되면, 액정 렌즈(30)에는 제2 수평방향(y 방향)으로 연속적으로(consecutively) 연결된 복수의 제1 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1)이 형성된다. 제1 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1) 각각은 서로 동일한 형상으로 형성된다.
반대로, 하부 전극층(72,74)에 공통전압이 인가되고, 상부 전극층(82,84)에 미리 결정된 렌즈 형성 전압이 인가되면, 액정 렌즈(30)에는 제2 수평방향(y축 방향)으로 연속적으로 연결된 복수의 제2 렌즈 유니트들(Un-1, Un, Un+1)이 형성된다. 제2 렌즈 유니트들(Un-1, Un, Un+1) 각각은 서로 동일한 형상으로 형성된다.
제1 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1)은 제2 수평방향(y 방향)에서 제2 렌즈 유니트들(Un-1, Un, Un+1)과 소정 거리(s)만큼 이격된다. 예를 들어, 제1 렌즈 유니트(Ln)의 일측 모서리(edge)는 제1 위치(p1)에 위치하나, 이에 대응하는 제2 렌즈 유니트(Un)의 일측 모서리는 제2 수평방향(y 방향)에서 상기 제1 위치(p1)로부터 미리 정해진 거리(s)만큼 이격된 제2 위치(p2)에 위치한다. 이에 따라, 연속적으로 연결된 제1 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1)은 각각에 대응되는 제2 렌즈 유니트들(Un-1, Un, Un+1)과 제2 수평방향(y축 방향)에서 소정 거리(s)만큼 쉬프트된다.
상기 제1 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1) 각각의 폭(P)은 서로 동일하다. 상기 제2 렌즈 유니트들(Un-1, Un, Un+1) 각각의 폭(P)도 서로 동일하며, 상기 제1 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1)의 폭(P)과도 일치한다.
도 3에서는 설명의 편의상, 3개의 제1 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1)과, 3개의 제2 렌즈 유니트들(Un-1, Un, Un+1)을 도시하였으나, 디스플레이 패널(20)의 크기에 대응되어 더 많은 수의 렌즈 유니트들이 형성된다는 것은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에게 이해될 수 있을 것이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 또는 하부 기판에 형성된 하부 전극층의 단면도이며, 도 4b는 상기 하부 전극층의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제2 수평방향(y 방향)을 기준으로 제1 하부 전극들(72)과 제2 하부 전극들(74)은 서로 교대로 위치한다. 수직방향(z 방향)에서 제2 하부 전극들(74)은 제1 하부 전극들(72) 위에 위치하며, 상기 제1 하부전극들(72)과 이격된다.
제1,2 하부 전극들(72,74)은 각 전극 그룹(31)의 중심(C)을 기준으로 제2 수평방향(y방향)에서 좌우 대칭적으로 배열된다. 각 전극 그룹(31)의 중심(C)으로부터 우측 모서리(E)까지의 우 반절(right half)과, 상기 중심(C)으로부터 좌측 모서리(E)까지의 좌 반절(left half)은 각각 복수개의 존들(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone)로 구분될 수 있다.
상기 복수개의 존들(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone)은 상기 중심(C)으로부터 멀어질수록 점차 그 폭이 작아질 수 있다. 예를 들어, 제2 존(2nd Zone)의 폭은 제1 존(1st Zone)의 폭보다 작고, 제3 존(3rd Zone)의 폭은 제2 존(2nd Zone)의 폭보다 작게 형성될 수 있다.
상기 각각의 존(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone)에는 복수의 전극들(72,74)이 위치한다. 상기 각각의 존(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone)은 복수의 서브 존들로 구분될 수 있다. 예를 들어, 제1 존(1st Zone)은, 상기 중심(C)으로부터 순차적으로 제1 내지 제4 서브 존들(sZ1, sZ2, sZ3, sZ4)을 포함한다. 상기 각각의 서브 존(sZ1, sZ2, sZ3, sZ4)에는 제1 하부 전극(72) 또는 제2 하부 전극(74)이 형성된다.
도 4a 및 도 4b에서는, 동일한 존들(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone) 내에 위치하는 제1,2 하부 전극들(72,74)의 폭은 모두 동일하나, 상기 중심(C)과 각 존(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone)간의 거리에 따라 제1,2 하부 전극들(72,74) 각각의 폭 또는 인접한 2개의 제1,2 하부 전극들(72,74) 간의 간격이 점차 작아지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 존(1st Zone) 내에 위치하는 제1,2 하부 전극들(72,74)의 폭들은 서로 동일할 수 있다. 또한 제2 존(2nd Zone) 내에 위치하는 제1,2 하부 전극들(72,74)의 폭들은 서로 동일하고, 제3 존(3rd Zone) 내에 위치하는 제1,2 하부 전극들(72,74)의 폭들은 서로 동일할 수 있다. 다만, 제2 존(2nd Zone)내에 위치한 제1,2 하부 전극들(72,74)의 폭은 제1 존(1st Zone)내에 위치한 제1,2 하부 전극들(72,74)의 폭보다 작고, 제3 존(3rd Zone)에 위치한 제1,2 하부 전극들(72,74)의 폭은 제2 존(2nd Zone)에 위치한 제1,2 하부 전극들(72,74)의 폭보다 작게 형성될 수 있다.
반면, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 중심(C)으로부터 멀어질수록 제1,2 하부 전극들(72,74) 각각의 폭 또는 인접한 2개의 제1,2 하부 전극들(72,74) 간의 간격이 점차 작아지도록 형성될 수 있다. 즉 각 존(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone) 내에서도, 상기 중심(C)으로부터 멀어질수록 제1,2 하부 전극들(72,74)의 폭 또는 인접한 2개의 제1,2 하부 전극들(72,74) 간의 간격이 점차 작아지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 존(sZ1)에 위치하는 제2 하부 전극(74)의 폭은 제2 서브 존(sZ2)에 위치하는 제1 하부 전극(72)의 폭보다 크고, 제2 서브 존(sZ2)에 위치하는 제1 하부 전극(72)의 폭은 제3 서브 존(sZ3)에 위치하는 제2 하부 전극(74)의 폭보다 크며, 제3 서브 존(sZ3)에 위치하는 제2 하부 전극(74)의 폭은 제4 서브 존(sZ4)에 위치하는 제1 하부 전극(72)의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5에서는 각 전극 그룹(31)의 반절들(right and left halves)을 3개 존들(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone)로 구분하여 설명하고 있으나, 상기 존들의 수는 변경될 수 있다. 또한, 각 서브 존(sZ1, sZ2, sZ3, sZ4)에 1개의 제1 하부 전극(72) 또는 제2 하부 전극(76)이 형성된 예를 도시하고 있으나, 상기 서브 존(sZ1, sZ2, sZ3, sZ4)에는 복수의 전극들이 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 액정 렌즈(30)의 제2 또는 상부 기판(80)에 형성된 상부 전극층(82,84)은 상기 하부 전극층(72,74)과 동일한 형상을 갖고 제2 수평방향(y축 방향)으로 미리 정해진 거리(s)만큼 쉬프트되어 있다. 따라서, 상부 전극층(82,84)의 전극 패턴의 형상 및 적층 구조는 상기 하부 전극층(72,74)과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용하여, 3D 디스플레이 모드에서, 프레넬 존 플레이트 작용을 제공하기 위한 전압이 인가되는 일 실시예로서, 액정 렌즈의 하부 전극층에 렌즈 형성 전압을 인가하고, 상부 전극층에 공통 전압을 인가한 경우, 액정 렌즈 내에서의 위상지연들을 설명하는 도면이다. 도 6a는 본 발명에 따른 액정 렌즈에서 하부 전극층(72,74)에 렌즈 형성 전압이 인가된 경우 액정층(77) 내의 액정분자들의 배열을 나타내며, 도 6b는 상기 하부 전극층(72,74)에 인가되는 렌즈 형성 전압을 나타내고, 도 6c는 액정층(77) 내에서의 위상 지연을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 3D 디스플레이 모드에서, 도 6a와 같이 제1 위치(p1)에 위치하는 하부 전극층(72,74)에 계단형으로 증가 또는 감소하는 렌즈 형성 전압을 인가하고, 제2 위치(p)에 위치하는 상부 전극층(82,84)에는 공통전압을 인가함으로써, 상기 액정 렌즈(30)가 프레넬 존 플레이트로서 작용할 수 있다. 하부 전극층(72,74)에 포함된 렌즈 그룹(31)의 각 존(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone) 내에서는 렌즈 그룹(31)의 중심(C)으로부터 모서리(E) 방향으로 나아갈수록 점차적으로 커지는 전압이 인가된다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 존(1st Zone) 내에서 렌즈 유니트의 중심(C)에 가장 가깝게 위치한 제2 하부 전극(74-1)에는 2V가 인가되며, 상기 중심(C)에 가장 가깝게 위치한 제1 하부 전극(72-1)에는 2.5V가 인가되며, 상기 중심(C)에서 두 번째로 가깝게 위치한 제2 하부 전극(74-2)에는 3.5V가 인가되며, 상기 중심(C)에서 두 번째로 가깝게 위치한 제1 하부 전극(72-1)에는 6.5V가 인가된다. 그리고, 상부 전극층에 형성된 제1,2 상부 전극들(82,84)에는 0V의 공통전압이 인가된다.
하부 전극층(72,74) 에 인가되는 렌즈 형성 전압이 커질수록 액정층(77) 내에 형성되는 수직 전계의 크기는 증가한다. 상기 렌즈 형성 전압 또는 전계의 크기가 클수록 액정층(77) 내의 액정 분자들은 점점 더 수직 방향으로 서게 된다. 반면, 상기 렌즈 형성 전압 또는 전계의 크기가 클수록 액정층(20)을 통과하는 빛이 경험하는 위상 지연(retardation)은 점차 작아진다. 도 6c에는 액정 렌즈(30)의 수평 방향에서의 위치에 따른 액정층(77) 내의 위상지연 분포(90)를 나타내며, 프레넬 존 플레이트의 위상(91)과 유사함을 알 수 있다.
도 6c와 관련하여 4-레벨의 서로 다른 위상지연들을 갖는 위상 변조형 프레넬 존 플레이트를 구현한 예를 설명하고 있다. 다만, 상기 각 존(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone) 내에 형성되는 전극들의 수는 달라질 수 있고, 이에 따라 4-레벨 이상의 멀티 레벨 위상 변조형 프레넬 존 플레이트를 제공할 수도 있다. 이와 같은 멀티 레벨 위상 변조형 프레넬 존 플레이트는 다른 형태의 프레넬 존 플레이트들(예를 들어, 키노폼(kinoform) 존 플레이트, 사인 위상 변조형(sinusoidal phase modulation) 존 플레이트, 바이너리 위상 변조형(binary phase modulation) 존 플레이트 등)에 비하여 회절 효율이 뛰어나며 초점 거리에서의 빛의 세기가 큰 이점이 있다. 또한, 도 6에서는 멀리 레벨 위상 변조형 프레넬 존 플레이트를 예로 들어 설명하고 있으나, 액정 렌즈(30)의 상부 기판 및 하부 기판에 동일한 패턴의 전극들을 형성하고 순차적으로 교번하여 렌즈 형성 전압을 인가함으로써 배속 구동을 하는 것이라면, 액정 렌즈(30)에 형성된 전극들 및 상기 전극들에 인가되는 전압의 형태를 조절함으로써 상기 다른 형태의 존 플레이트로 작용하는 경우도 본 발명의 범위에 포함된다.
이와 같이, 액정 렌즈(30)를 프레넬 존 플레이트 타입으로 형성할 경우, 액정층(77)의 셀 갭(d)을 현저히 감소시킬 수 있는 이점이 있다. 예를 들어, GRIN 렌즈 또는 렌티큘러 렌즈의 경우 수 십 μm 이상의 셀 갭이 요구된다. 그러나, 프레넬 존 플레이트 타입의 액정 렌즈(30)는 셀 갭(d)이 수 μm정도로 형성될 수 있다. 예를 들어, 4-레벨 타입의 프레넬 존 플레이트의 경우 셀 갭(d)이 2~3μm로 형성될 수 있다. 또한, 프레넬 존 플레이트 타입의 액정 렌즈(30)는 작은 셀 갭(d)으로 형성될 수 있기 때문에 양산에 적합하다. 또한 하부 기판(70) 및 상부 기판(80) 사이의 간격이 작기 때문에 하부 전극들(72,74) 및 상부 전극들(82,84)의 프린지 필드(fringe field)에 의한 전기장의 왜곡이 적어 액정 분자의 제어에 유리하고, 이로 인하여 3D 화질을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용하여, 3D 디스플레이 모드에서, 프레넬 존 플레이트 작용을 제공하기 위한 전압이 인가되는 일 실시예로서, 액정 렌즈의 상부 전극층에 렌즈 형성 전압을 인가하고, 하부 전극층에 공통 전압을 인가한 경우, 액정 렌즈 내에서의 위상지연들을 설명하는 도면이다. 도 7a는 본 발명에 다른 액정 렌즈에서 상부 전극층(82,84)에 렌즈 형성 전압이 인가된 경우 액정층(77) 내의 액정분자들의 배열을 나타내며, 도 7b는 상기 상부 전극층(82,84)에 인가되는 렌즈 형성 전압을 나타내고, 도 7c는 액정층(77) 내에서의 위상 지연을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 3D 디스플레이 모드에서, 도 7a와 같이 제2 위치(p2)에 위치하는 상부 전극층(82,84)에 계단형으로 증감하는 렌즈 형성 전압을 인가하고, 제1 위치(p1)에 위치하는 하부 전극층(72,74)에는 공통전압을 인가함으로써, 상기 액정 렌즈(30)가 프레넬 존 플레이트로서 작용할 수 있다.
한편, 도 7에 의해 액정 렌즈(30) 내에 형성되는 렌즈 유니트들은 상기 제1 위치(p1)에 위치하며, 도 6에 의해 액정 렌즈(30) 내의 제2 위치(p2)에 형성되는 렌즈 유니트들에 비하여 수평 방향에서 미리 정해진 거리(s)만큼 쉬프트되어 형성된다.
상기 상부 전극층(82,84)의 각 존(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone) 내에서는 렌즈 유니트의 중심(C)으로부터 모서리(E) 방향으로 점차적으로 커지는 전압이 인가된다. 예를 들어, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제1 존(1st Zone) 내에서 렌즈 유니트의 중심(C)에 가장 가깝게 위치한 제2 상부 전극(84-1)에는 2V가 인가되며, 상기 중심(C)에 가장 가깝게 위치한 제1 상부 전극(82-1)에는 2.5V가 인가되며, 상기 중심(C)에서 두 번째로 가깝게 위치한 제2 상부 전극(84-2)에는 3.5V가 인가되며, 상기 중심(C)에서 두 번째로 가깝게 위치한 제1 상부 전극(82-2)에는 6.5V가 인가된다. 그리고, 하부 전극층(72,74)에 형성된 제1,2 하부 전극들에는 0V의 공통전압이 인가된다.
도 7c에는 액정 렌즈(30)의 수평 방향에서의 위치에 따른 액정층(77) 내의 위상지연 분포(92)를 나타내며, 역시 프레넬 존 플레이트의 위상(93)과 유사함을 알 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용하여, 3D 디스플레이 모드에서, 프레넬 존 플레이트 작용을 제공하기 위한 전압이 인가되는 다른 실시예로서, 액정 렌즈의 하부 전극층에 렌즈 형성 전압을 인가하고, 상부 전극층에 공통 전압을 인가한 경우, 액정 렌즈 내에서의 위상지연들을 설명하는 도면이다.
도 8b을 참조하면, 3D 디스플레이 모드에서 제1 위치(p1)에 위치하는 하부 전극층(72,74)에는 렌즈 형성을 위한 구동 전압이 인가되고, 제2 위치(p2)에 위치하는 상부 전극층(82,84)에는 공통 전압이 인가된다. 특히, 도 8b에 도시된 하부 전극층(72,74)에 인가되는 전압에 있어서, 홀수 번째 존들(1st Zone, 3rd Zone)에는 양(+)의 전압이 인가되고, 짝수 번째 존(2nd Zone)에는 음(-)의 전압이 인가된다는 점에서 도 6와 차이가 있으며, 그 외 다른 특징들은 도 6과 동일하므로, 중복된 설명은 생략하다.
도 8b를 참조하면, 상기 하부 전극층(72,74)의 제1 존(1st Zone) 내에 포함된 4개의 전극들에는 렌즈 유니트의 중심(C)으로부터 모서리(E) 방향으로 향할수록 점차적으로 커지는 양의 전압들(예를 들어, +2V, +2.5V, +3.5V, +6V)이 각각 인가된다. 제2 존(2nd Zone)에 포함된 4개의 전극들에는 렌즈 유니트의 중심(C)으로부터 모서리(E) 방향으로 향할수록 점차적으로 작아지는 음의 전압들(예를 들어, -2V, -2.5V, -3.5V, -6V)이 각각 인가된다. 그리고, 제3 존(3rd Zone) 내에 포함된 4개의 전극들에는 렌즈 유니트의 중심(C)으로부터 모서리(E) 방향으로 향할수록 점차적으로 커지는 양의 전압들(예를 들어, +2V, +2.5V, +3.5V, +6V)이 각각 인가된다. 상기 홀수 번째 존들(1st Zone, 3rd Zone)에 인가되는 전압들(+2V, +2.5V, +3.5V, +6V)과 짝수 번째 존(2nd Zone)에 인가되는 전압들(-2V, -2.5V, -3.5V, -6V)은 그 극성은 서로 다르나, 각각의 절대값은 동일하다.
이와 같이, 각 렌즈 유니트의 우 반절(right half) 및 좌 반절(left half) 내에서 인접하는 2개의 존들(1st Zone과 2nd Zone, 또는 2nd Zone과 3rd Zone )에, 서로 다른 극성의 렌즈 형성 전압을 인가하면, 상기 2개의 존들의 경계에서 액정층(77)의 액정 분자의 분극(polarization)이 바뀌게 됨으로써, 상기 액정 분자의 회전 효율이 향상되며, 도 8c에 도시된 프레넬 존 플레이트(91)에 더욱 가까운 위상 분포(90)를 얻을 수 있는 이점이 있다. 상기 인접하는 2개의 존들(1st Zone과 2nd Zone, 또는 2nd Zone과 3rd Zone ) 사이에 서로 다른 극성의 전압이 인가될 경우, 도 6 및 도 7에서와 같이 각 존들(1st Zone, 2nd Zone, 3rd Zone )에 동일한 극성의 렌즈 형성 전압이 인가된 경우에 비하여 10% 이상의 혼선 개선 효과가 있다. 또한, 본 발명에서는 렌즈 형성 전압 중 가장 낮은 전압을 0V보다 큰 전압(+2V 또는 -2V)으로 설정하였다. 이와 같이 상기 인접하는 2개의 존들(1st Zone과 2nd Zone, 또는 2nd Zone과 3rd Zone ) 사이에의 전압차(예를 들어, +8V)를 더 크게 설정함으로써, 액정 분자들이 더 잘 회전시킬 수 있고, 이로 인해 회전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용하여, 3D 디스플레이 모드에서, 프레넬 존 플레이트 작용을 제공하기 위한 전압이 인가되는 다른 실시예로서, 액정 렌즈(30)의 상부 전극층(82,84)에 렌즈 형성 전압을 인가하고, 하부 전극층(72,74)에 공통 전압을 인가한 경우, 액정 렌즈(30) 내에서의 위상지연들을 설명하는 도면이다.
도 9를 참조하면, 3D 디스플레이 모드에서 제2 위치(p2)에 위치하는 상부 전극층(82,84)에는 렌즈 형성 전압이 인가되고, 제1 위치(p1)에 위치하는 하부 전극층(72,74)에는 공통 전압이 인가된다. 특히, 도 9b에 도시된 상부 전극층(82,84)에 인가되는 전압에 있어서, 홀수 번째 존들(1st Zone, 3rd Zone)에는 양(+)의 전압이 인가되고, 짝수 번째 존(2nd Zone)에는 음(-)의 전압이 인가된다는 점에서 도 7과 차이가 있으며, 그 외 다른 특징들은 도 7과 동일하므로, 중복된 설명은 생략하다.
도 9b를 참조하면, 상기 상부 전극층(82,84)의 제1 존(1st Zone) 내에 포함된 4개의 전극들에는 렌즈 유니트의 중심(C)으로부터 모서리(E) 방향으로 향할수록 점차적으로 커지는 양의 전압들(예를 들어, +2V, +2.5V, +3.5V, +6V)이 각각 인가된다. 제2 존(2nd Zone)에 포함된 4개의 전극들에는 렌즈 유니트의 중심(C)으로부터 모서리(E) 방향으로 향할수록 점차적으로 작아지는 음의 전압들(예를 들어, -2V, -2.5V, -3.5V, -6V)이 각각 인가된다. 그리고, 제3 존(3rd Zone) 내에 포함된 4개의 전극들에는 렌즈 유니트의 중심(C)으로부터 모서리(E) 방향으로 향할수록 점차적으로 커지는 양의 전압들(예를 들어, +2V, +2.5V, +3.5V, +6V)이 각각 인가된다. 상기 홀수 번째 존들(1st Zone, 3rd Zone)에 인가되는 전압들(+2V, +2.5V, +3.5V, +6V)과 짝수 번째 존(2nd Zone)에 인가되는 전압들(-2V, -2.5V, -3.5V, -6V)은 그 극성은 서로 다르나, 각각의 절대값은 동일하다.
이와 같이, 각 렌즈 유니트의 우 반절(right half) 및 좌 반절(left half) 내에서 인접하는 2개의 존들(1st Zone과 2nd Zone, 또는 2nd Zone과 3rd Zone )에 서로 다른 극성의 전압을 인가하면, 상기 2개의 존들의 경계에서 액정층(77)의 액정 분자의 분극이 바뀌게 됨으로써, 상기 액정 분자의 회전 효율이 향상되며, 도 9d에 도시된 프레넬 존 플레이트(93)에 더욱 가까운 위상 분포(92)를 얻을 수 있는 이점이 있다.
도 10 및 도 11은 액정 렌즈에 의해 형성되는 존 플레이트의 위치에 따른 시점 차이를 설명하는 도면이다.
도 10 및 도 11에서, 3D 디스플레이 모드에서 디스플레이 장치(10)가 8시점을 표시하는 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저 도 10을 참조하면, 3D 디스플레이 모드에서, 액정 렌즈(30)의 하부 전극층(72,74)에 렌즈 형성 전압을 인가하고, 상부 전극층(82,84)에 공통 전압을 인가함으로써, 액정 렌즈(30)의 제1 위치(p1)에 연속적으로 연결된 복수의 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1)이 형성된다.
상기 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1)이 제1 위치에 형성된 동안에, 디스플레이 패널(20)에는 홀수 번째 프레임들이 표시된다. 도 10에서는 디스플레이 패널(20)의 부화소들(sub-pixels, 20-1)에 순차적으로 1,3,5,7시점들의 영상데이터가 각각 공급된다. 따라서, 상기 홀수 번째 프레임들은 홀수 시점(제1,3,5,7 시점들)의 3D 영상을 표시한다.
다음으로 도 11을 참조하면, 3D 디스플레이 모드에서, 액정 렌즈(30)의 상부 전극층(82,84)에 렌즈 형성 전압을 인가하고, 하부 전극층(72,74)에 공통 전압을 인가함으로써, 액정 렌즈(30)의 상기 제1 위치의 좌측에서 미리 결정된 거리(s)로 이격된 제2 위치에 렌즈 유니트들(Un-1, Un, Un+1)이 형성된다.
상기 렌즈 유니트들(Un-1, Un, Un+1)이 제2 위치에 형성된 동안에, 디스플레이 패널(20)에는 짝수 번째 프레임들이 표시된다. 도 11에서는 디스플레이 패널(20)의 부화소들(20-1)에 순차적으로 2,4,6,8시점들의 영상데이터가 각각 공급된다. 상기 짝수 번째 프레임들은 짝수 시점(제2,4,6,8 시점들)의 3D 영상을 표시한다.
이와 같이, 디스플레이 패널(20)에 홀수 시점의 3D 영상과 짝수 시점의 3D 영상이 교대로 표시되고, 액정 렌즈(30)는 상기 홀수 시점의 3D 영상과 짝수 시점의 3D 영상을 각각에 대응되는 홀수 시점과 짝수 시점으로 제공한다. 상기 홀수 시점의 영상과 짝수 시점의 영상은 각각 관찰자(2)의 좌측 눈 및 우측 눈으로 제공됨으로써 관찰자(2)가 3D 영상을 보게 할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 패널(20)의 수평방향으로 연속적인 4개의 부화소들에 대응되는 폭(P)을 갖는 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1, Un-1, Un, Un+1)를 2배속으로 시분할 순차 구동하여 8개 시점들을 제공할 수 있다. 같은 이유로, 각 렌즈 유니트(Ln-1, Ln, Ln+1, Un-1, Un, Un+1)의 폭(P)이 1개 부화소의 폭의 k배(k는 2 이상의 정수)일 경우, 2k개의 시점들이 제공될 수 있다.
도 10 및 도 11에서는 렌즈 유니트들(Ln-1, Ln, Ln+1)과 렌즈 유니트(Un-1, Un, Un+1)간에 쉬프트되는 거리, 즉 상기 제1 위치(p1)와 상기 제2 위치(p2) 간의 거리(s)는 인접하는 2개의 시점들을 형성시키는 거리로 설정되며, 예를 들어, 상기 인접하는 2개의 시점들이 1번 시점(관찰자의 좌안 시점)과 2번 시점(관찰자의 우안 시점)이라고 가정하면, 렌즈 유니트(Ln)는 1번 시점에 좌안 영상을 제공하고, 렌즈 유니트(Un)는 2번 시점에 우안 영상을 제공하여 상기 관찰자(2)가 3D 영상을 시인할 수 있다. 따라서, 상기 쉬프트되는 거리(s)는 상기 렌즈 유니트들(Ln,Un)이 서로 다른 시점들을 형성할 수 있다면, 가능한 작은 것이 바람직하다. 상기 쉬프트되는 거리(s)는 (1/2 + n) x 패널 면에서의 시점주기, n은 정수로 나타낼 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 구동하기 위한 타이밍도이다.
도 12를 참조하면, 240Hz로 구동되는 1920
Figure pat00001
1080의 2D 해상도를 갖는 FHD에서, 한 프레임(4.2ms) 동안 수식동기신호(Vsync)에 동기되어 게이트 라인들(Gate1 내지 Gate 1080)에 순차적으로 게이트 구동 전압들이 인가된다. 도 12에서 실선(100)으로 표시된 게이트 구동 전압들이 인가되는 동안에, 액정 패널(22)에는 홀수 시점 영상이 표시된다. 도 12에서 1점 쇄선(102)으로 표시된 게이트 구동 전압들이 인가되는 동안에, 액정 패널(22)에는 짝수 시점 영상이 표시된다.
본 발명의 일 실시예에서 액정 패널(22)은 홀수 시점 영상들 및 짝수 시점 영상들을 각각 2회씩 표시한다. 도 12에서 홀수 시점 영상과 짝수 시점 영상은 상기 액정 패널(22)에 연속적으로 공급되는 홀수시점 영상의 첫번째 프레임과 홀수시점 영상의 두번째 프레임, 짝수시점 영상의 첫번째 프레임과 짝수 시점 영상의 드번째 프레임이라고 표현될 수도 있다.
액정 패널(22)에 홀수 시점 영상들이 표시되는 동안에, 액정 렌즈(30)의 하부 전극층(72,74)에는 렌즈 구동전압이 인가되고, 상부 전극층(82,84)에는 공통전압이 인가된다. 반대로, 액정 패널(22)에 짝수 시점 영상들이 표시되는 동안에, 액정 렌즈(30)의 상부 전극층(82,84)에는 렌즈 형성 전압이 인가되고, 하부 전극층(72,74)에는 공통전압이 인가된다.
백라이트 유니트(24)는 동일한 홀수 시점 영상 및 짝수 시점 영상의 두번째 표시될 때마다, 두번째 프레임의 적어도 일부 시간 동안에 온(On)된다.
이와 같이, 액정 패널(22)에 홀수 또는 짝수 시점 영상이 첫 번째 프레임이 표시되는 동안에 백라이트 유니트(24)가 오프(Off)되고, 상기 홀수 또는 짝수 프레임이 두 번째 프레임이 표시되는 동안에 백라이트 유니트(24)가 온(On)되는 이유는 다음과 같다.
액정 패널(22)가 240Hz로 구동될 시, 1 프레임의 영상이 표시되기 위하여 4.17ms의 프레임 기간이 요구된다. 게이트 라인들(Gate1 내지 Gate 1080)의 수가 1080개이면, 하나의 게이트 라인에 게이트 구동 전압이 인가되는 시각과 그 다음 게이트 라인에 게이트 구동 전압이 인가되는 시각 사이의 차이는 0.0039ms(=4.17ms/1080)이다.
따라서, 게이트 라인들(Gate1 내지 Gate 1080)에 모두 게이트 구동 전압들이 인가됨으로써 하나의 프레임이 모두 표시된 후, 그 다음 프레임의 표시가 시작되기 전까지(즉, 마지막 게이트라인(Gate 1080)에 게이트 구동 전압이 인가된 후, 다시 첫 번째 게이트 라인(Gate 1)에 게이트 구동 전압이 인가되는 전까지)의 시간은 0.0039ms에 불과하다.
한편, 액정 렌즈(30)는 일정한 초점 거리를 갖는 렌즈 유니트들을 형성할 수 있도록 충분한 두께로 형성되어야 한다. 예를 들어, 액정 패널(22)의 액정층(54)의 두께가 0.004mm로 형성될 수 있으나, 상기 액정 렌즈(30)의 액정층(77)의 두께는 1.114mm 가 될 수 있다. 이에 따라, 액정 패널(22)의 액정층(54)의 응답 시간은 2.08ms이고, 액정 렌즈(30)의 액정층(77)의 응답 시간은 6.25ms가 될 수 있다. 이와 같이, 액정 렌즈(40)가 정상적인 렌즈로서 구동하기 위해 요구되는 액정층(77)의 응답 시간(6.25ms)은, 액정 패널(22)이 1프레임의 영상을 모두 표시하기 위해 요구되는 액정층(54)의 응답 시간 4.17ms 보다 크다.
따라서, 3D 디스플레이 모드에서 액정 렌즈(30)가 렌즈로서 정상적으로 작용하여 다수의 시점들에 3D 영상들을 제공하기 위해서는, 액정 패널(22)에 각 시점의 영상이 모두 표시된 상태에서 액정 렌즈(30)가 고정된 위치에 렌즈 유니트들을 형성하여야 한다. 액정 패널(22)에 하나의 시점의 영상이 표시되어가는 과정의 중간에 액정 렌즈(30)의 렌즈 유니트들의 위치가 변경 또는 쉬프트되면, 상기 프레임의 영상이 온전하게 형성되지 않게 된다.
따라서, 본 발명에서는 액정 패널(22)는 각각의 시점영상을 2회씩 표시하고, 각각의 시점 영상의 두번째 프레임이 표시되는 동안의 적어도 일부 시간에 백라이트 유니트(24)를 온시킨다. 예를 들어, 액정 렌즈(30)의 응답 시간(6.25ms)이 통상 액정 패널(22)의 응답 시간 4.17ms 보다 크다는 점을 고려할 시, 백라이트 유니트(24)가 온되는 시간(Δt)은 각각의 시점 영상의 두번째 영상이 표시되는 2번째 프레임 기간(112,116) 내에서 액정 렌즈(40)의 응답 시간 이후의 일정 시간 동안 온될 수 있다. 즉, 상기 2번째 프레임 기간 (112,116)이 시작하는 시각을 0.00ms라고 할 때 2.08ms~4.17ms가 될 수 있다. 이에 따라, 관찰자(2)는 2 프레임 기간(약 8.3ms) 중에서 약 2ms(8.3-6.25ms) 동안 홀수시점 또는 짝수 시점 프레임의 영상을 볼 수 있게 된다. 상기 백라이트 유니트(24)가 온되는 시간(Δt)은 액정 렌즈(30) 및 액정 패널(22)의 응답 속도에 따라 변경될 수 있다.
본 발명은 액정 렌즈(30)가 프레넬 존 플레이트로 작용하는 예와 관련하여 설명하였다. 그러나, 상기 액정 렌즈(30)가 GRIN 렌즈 또는 렌티큘러 렌즈와 같이 다른 형태의 렌즈로 작용하는 전극 패턴을 갖더라도, 상기 액정 렌즈(30)가 하부 전극층 및 상부 전극층이 서로 동일한 패턴으로 형성되고 이들에 렌즈 형성 전압이 교대로 인가되어 렌즈 유니트들의 형성 위치가 쉬프트될 수 있고, 이에 따라 2배의 시점수 향상 효과를 얻을 수 있다는 것은 당해 기술에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10 : 디스플레이 장치 20 : 디스플레이 패널
22 : 액정 패널 24 : 백라이트 유니트(BLU)
30 : 액정 렌즈 40 : 구동부
42 : 영상처리부 44 : 디스플레이 패널 제어부
45 : 액정 패널 제어부 48 : 액정 렌즈 제어부

Claims (18)

  1. 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 위에 위치한 하부 기판;
    상기 하부 기판의 상면 상에 형성되며, 복수의 하부 전극들을 포함하는 하부 전극층;
    상기 하부 기판 위에 위치하며, 상기 하부 기판과 평행하게 배열되는 상부 기판;
    상기 상부 기판의 하면 상에 형성되며, 복수의 상부 전극들을 포함하는 상부 전극층; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 형성된 액정층;을 포함하며,
    3D 디스플레이 모드에서, 상기 하부 전극층에 렌즈 형성 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에 공통 전압이 인가되면 상기 액정층의 제1 위치에 연속적으로 연결된 복수의 렌즈 유니트들이 형성되며,
    상기 하부 전극층에 상기 공통 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에 상기 렌즈 형성 전압이 인가되면 상기 액정층의 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에 상기 복수의 렌즈 유니트들이 형성되며,
    상기 하부 전극들과 상기 상부 전극들은 각각 여러가지 모양의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 하부 전극들은 미리 결정된 반복 패턴으로 배열되며, 상기제1 위치에 대응되어 형성되고,
    상기 복수의 상부 전극들은 상기 미리 결정된 반복 패턴으로 배열되며, 상기 제2 위치에 대응되어 형성되는 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극들과 상기 상부 전극들은 각각 스트라이프(stripe) 모양의 형상으로 형성되며,
    상기 하부 전극들은 상기 상부 전극들과 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극층은 복수의 전극 그룹들을 포함하며, 상기 각각의 전극 그룹은 평행하게 배열된 복수의 스트라이프 전극들을 포함하고, 상기 각각의 전극 그룹의 중심에 위치한 전극의 폭은 그 모서리에 위치한 전극의 폭 보다 큰 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 렌즈 유니트는 프레넬 존 플레이트인 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 렌즈 유니트는 프레넬 존 플레이트이며, 상기 프레넬 존 플레이트는 복수의 존들로 구별되며, 상기 복수의 존들 중 인접하는 2개의 존들에는 각각 서로 다른 극성의 전압들이 인가되는 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    3D 디스플레이 모드에서, 상기 디스플레이 패널에 홀수 시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제1 위치에 복수의 렌즈 유니트들이 형성되고, 상기 디스플레이 패널에 짝수 시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제2 위치에 상기 복수의 렌즈 유니트들이 형성되는 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    3D 디스플레이 모드에서, 상기 디스플레이 패널에 홀수시점 프레임들이 디스플레이될 경우, 상기 하부 전극층에 렌즈 형성 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에는 공통전압이 인가되며,
    상기 디스플레이 패널에 짝수시점 프레임들이 디스플레이될 경우, 상기 하부 전극층에 공통 전압이 인가되고 상기 상부 전극층에는 렌즈 형성 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치의 결정된 거리(s)는 (1/2 + n) x 패널면에서의 시점주기, n은 정수를 특징으로 하는 2D/3D 전환 가능한 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 액정 패널 및 백라이트 유니트를 포함하며,
    상기 액정 패널에 홀수시점 프레임이 적어도 2회 디스플레이되는 동안에, 상기 하부 전극들에 렌즈 형성 전압이 인가되고 상기 상부 전극들에 공통 전압이 인가되며,
    상기 액정 패널에 짝수시점 프레임이 적어도 2회 디스플레이되는 동안에, 상기 상부 전극들에 상기 공통 전압이 인가되고 상기 하부전극들에 상기 렌즈 형성 전압이 인가되며,
    상기 백라이트 유니트는, 상기 홀 수 시점 프레임 및 상기 짝 수시점 프레임이 각각 첫번째 디스플레이되는 동안에는 오프되고, 상기 홀 수 시점 프레임 및 상기 짝 수시점 프레임이 각각 두번째 디스플레이되는 동안의 적어도 일부 시간에 온되는 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  11. 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 위에 위치한 하부 기판;
    상기 하부 기판의 상면 상에 형성되며, 복수의 하부 전극들을 포함하는 하부 전극층;
    상기 하부 기판 위에 위치하며, 상기 하부 기판과 평행하게 배열되는 상부 기판;
    상기 상부 기판의 하면 상에 형성되며, 복수의 상부 전극들을 포함하는 상부 전극층;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 형성된 액정층; 및
    3D 디스플레이 모드에서, 제1 기간에 상기 액정층의 제1 위치에 연속적으로 연결된 복수의 렌즈 유니트들을 형성하고, 상기 제1 기간을 뒤따르는 제2 기간에 상기 액정층의 상기 제1 위치로부터 이격된 제2 위치에 상기 복수의 렌즈 유니트들이 형성하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  12. 행들과 열들의 매트릭스 형식으로 배열된 복수의 화소들을 포함하며, 홀 수 시점 프레임을 적어도 2회 디스플레이한 후, 짝수 시점 프레임을 적어도 2회 디스플레이하는 액정 패널;
    제1 전극층과, 제2 전극층 및 상기 제1,2 전극층들 사이에 형성된 액정층을 포함하고, 3D 디스플레이 모드에서 상기 디스플레이 패널에 상기 홀 수 시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제1 위치에 제1 렌즈를 형성하기 위한 제1 렌즈 형성 전압이 상기 제1,2 전극층들에 인가되고, 상기 디스플레이 패널에 상기 짝수 시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제2 위치에 제2 렌즈를 형성하기 위한 제2 렌즈 형성 전압이 상기 제1,2 전극층들에 인가되는 액정 렌즈; 및
    상기 홀 수시점 프레임 및 상기 짝 수시점 프레임이 각각 첫번째 디스플레이되는 동안에는 오프되고, 상기 홀 수 시점 프레임 및 상기 짝수시점 프레임이 각각 두번째 디스플레이되는 동안의 적어도 일부 시간에 온되는 백라이트 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원/3차원 전환 가능한 디스플레이 장치.
  13. 하부 기판;
    상기 하부 기판과 상기 상부기판 상이에 액정 분자들을 가지는 액정층;
    상기 하부 기판의 내측면 상에 배치되고 제1 방향으로 평행하게 신장하는 다수의 제1 스트라이프 형상의 전극들을 포함하고,
    상기 제1 전극들은 복수의 제1 유니트들로 분할되고, 상기 제1 유니트들은
    상기 상부 기판의 내측면상에 배치되고 상기 제1 방향으로 평행하게 신장하는 다수의 제2 스트라이프 형상의 전극들을 포함하고,
    상기 제2 전극들은 복수의 제2 유니트들로 분할되고,상기 제2 유니트들은 상기 제1 유니트들과 미리 결정된 거리 만큼 이격되어 있음을 특징으로 하는 액정렌즈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하부 전극들과 상기 상부 전극들은 각각 스트라이프(stripe) 형상으로 형성되며,
    상기 하부 전극들은 상기 상부 전극들과 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 유니트들과 상기 제2 유니트들의 각각은 동일한 간격과 동일한 전극 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 액정렌즈.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 유니트로부터 이격된 제2 유니트의 결정된 거리(s)는 (1/2 + n) x 패널 면에서 시점주기, n은 정수를 특징으로 하는 액정렌즈.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 형태가 엇갈린 방식으로 배치됨을 특징으로 하는 액정렌즈.
  18. 제1 기판 상에 형성된 제1 전극층;
    제2 기판 상에 형성된 제2 전극층; 및
    상기 제1,2 전극층들 사이에 형성된 액정층을 포함하고,
    3D 디스플레이 모드에서 상기 디스플레이 패널에 상기 홀 수시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제1 위치에 제1 렌즈를 형성하기 위한 제1 렌즈 형성 전압이 상기 제1,2 전극층들에 인가되고, 상기 디스플레이 패널에 상기 짝 수시점 프레임이 표시될 시 상기 액정층의 상기 제2 위치에 제2 렌즈를 형성하기 위한 제2 렌즈 형성 전압이 상기 제1,2 전극층들에 인가되며,
    상기 홀 수시점 프레임 및 상기 짝 수시점 프레임이 각각 첫번째 디스플레이되는 동안에는 오프되고, 상기 홀 수시점 프레임 및 상기 짝 수시점 프레임이 각각 두번째 디스플레이되는 동안의 적어도 일부 시간에 온되는 백라이트 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 렌즈.
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