KR20150103969A - 입체 영상 장치용 변조기 및 변조기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입체 영상 장치용 변조기 및 변조기의 제어방법에 관한 것으로서, 상세하게는 입체 영상의 크로스톡 현상을 최소화할 수 있는 발명에 관한 것이다.
이러한 목적을 위한 본 발명은 제1기판 및 상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판과; 상기 제1,2기판 사이에 마련되는 제1전극 및 제2전극과; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 마련되는 액정부를 포함하되, 상기 제1전극 또는 상기 제2전극은 서로 다른 복수의 전압이 인가될 수 있도록 복수의 전극으로 구분되어 각각 절연되게 형성되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기 및 그 제어방법을 제공한다.

Description

입체 영상 장치용 변조기 및 변조기의 제어방법{A modulator for an autostereoscopic device and a control method of the modulator}

본 발명은 입체 영상 장치용 변조기 및 변조기의 제어방법에 관한 것으로서, 상세하게는 입체 영상의 크로스톡 현상을 최소화할 수 있는 발명에 관한 것이다.

도1에 일반적인 프로젝터(1), 변조기(2) 및 입체 안경(4)를 사용하는 입체영상 구현방법의 개략도를 도시하였다.

프로젝터에서 생성된 영상은 직선편광으로 변환되어 변조기(2)를 투과하며, 프로젝터(1)와 연동된 신호로 변조기(2)를 구동하여 직선편광의 영상이 시계 또는 반시계방향의 원형편광이 되어 스크린에서 반사된 후 입체 안경(4)을 통해 입체영상이 구현된다.

도2는 종래의 변조기(2)의 기본 구성을 도시하였다. 직선 편광된 입사광은 투명기판(9)과 투명전극(8)을 투과하여 LCD(Liquid Crystal Display)(7)를 거친 후, 투명전극(6) 및 투명기판(5)을 지나서 출사된다.

상호 이격되는 투명전극(6,8)은 전압구동장치(10)에 의하여 서로 다른 전압으로 구동되어 출사광을 시계 또는 반시계 방향의 원형 편광광으로 바꾸어 준다.

도3에는 입사각도에 따른 LCD(OCB: Optically Compensated Bend로 도시)내에서의 광의 진행경로를 나타내었다.

즉, 입사각이 상기 LCD(13)와 수직하지 않고 각도 θ₁을 갖는 경우, LCD(13) 두께 d와 실제로 상기 LCD(13)를 지나는 거리 l과의 차이, 즉 (l-d)는 다음과 같다.

ℓ-d=d(1/Cos[ASin{(n₁/n₂)Sinθ₁}]-1) (수학식 1)

여기서, n₁은 공기의 굴절율 1이고, n₂는 LCD의 굴절율 약 1.5이다.

도4에는 수학식 1에 의한 입사각 θ₁의 변화에 대한 광로차 (ℓ-d)/d를 도시하였다.

도4에서 광로차 0%는 광이 LCD(4)에 대해서 수직으로 입사하는 경우이고, 입사각이 커지면, ℓ이 d보다 커져서 광로차가 증가하게 된다.

최대입사각은 입체 영상 시스템의 TR(Throw ratio; 프로젝터에서 스크린 까지의 거리/스크린 폭)에 의하여 정해지며, 예컨대 TR이 1.5와 1.3일때의 최대 입사각은 각각 약 18도와 21도이다.

따라서 광로차는 각각, 2.1%(18도인 경우)와 3.0%(21도인 경우)에 해당되며 상기의 광로차에 따라서 편광변환 효율이 비례하므로 이들간에 위상지연이 발생하게 된다, 이 광로차에 의하여 변조기의 중앙부분과 최 외각부를 지나는 광의 원편광 변환효율이 각각 2.1%와 3.0%의 차이가 발생한다.

TR이 1.3이고, 입사각이 1~24도 에서의 각각의 광로차 값을 평균한 수치는 1.4%이다.

이 차이에 의하여 입체 안경(4)의 좌/우안에서 받아들이는 크로스톡(cross-talk)이 발생하여 선명한 입체영상의 화질을 얻을 수 없게 된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입체 영상의 중심부와 외곽부에서 발생하는 크로스 톡 현상을 저감할 수 있는 입체 영상 장치용 변조기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 구현하기 위한 본 발명은, 제1기판 및 상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판과;상기 제1,2기판 사이에 마련되는 제1전극 및 제2전극과;상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 마련되는 액정부를 포함하되,상기 제1전극 또는 상기 제2전극은 서로 다른 복수의 전압이 인가될 수 있도록 복수의 전극으로 구분되어 각각 절연되게 형성되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기를 제공한다.

또한, 본 발명은 제1,2 전극과, 상기 제1,2전극 사이에 배치되는 액정부를 포함하며,상기 제1전극 또는 제2전극은 상호 절연되는 복수의 전극으로 구성되되,상호 절연되는 복수의 전극에 서로 다른 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기의 제어방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 전극을 구간별로 구분하고, 상호 분리한 뒤, 구간 별로 서로 다른 전압을 인가함으로써, 변조기에서의 광로차에 의한 편광의 위상지연, 그리고 이에따른 크로스톡을 현저하게 줄일 수 있다는 장점이 있다.

즉, 전극의 중앙 부분에서는 낮은 전압을 인가하고, 전극의 외곽 부분에서는 높은 전압을 인가하여 구간별로 액정의 패턴이 달라지게 하고, 이를 통해서 구간에 따른 위상 지연의 정도를 다르게 함으로써 광로차에의한 위상지연를 줄일 수 있다.

이를 통해서 입체 영상의 중심부와 외곽부에서 발생하는 크로스톡을 최소화 하여 고품질의 입체 영상을 얻을 수 있다.

도1은 변조기가 포함되는 입체 영상장치의 구조도이다.
도2는 종래 기술에 의한 변조기의 단면도이다.
도3은 종래 기술에 의한 변조기에서 형성되는 액정 패턴을 도시한 것이다.
도4는 종래 기술에 의한 변조기에서 입사각의 변화에 따른 광로차의 변화를 도시한 그래프이다.
도5는 본 발명의 변조기의 단면도이다.
도6은 본 발명의 변조기에 적용되는 상호 분리된 전극의 평면도이다.
도7은 본 발명에 변조기에서 인가 전압에 따라 달라지는 액정 패턴을 도시한 것이다.
도8은 본 발명과 종래 기술에서 입사각의 변화에 따른 광로차와 위상의 변화를 도시한 그래프이다.
도9는 본 발명의 변조기의 부분 단면도이다.
도10은 본 발명의 변조기 구동시 이를 통과하는 광의 진행상태를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명하도록 하겠다.

도5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 변조기는 제1기판(39)과, 제2기판(35)이 그 외관을 구성하며, 상기 제1,2기판(35,39)은 투명한 재질로 구성된다.

상기 제1기판(39)과 상기 제2기판(35) 사이에는 제1전극(38)과, 제2전극(36)이 마련되며, 상기 제1전극(38)과 상기 제2전극(36) 사이에는 액정부(37)가 마련된다.

상기 제1전극(38)과 상기 제2전극(36) 중 어느 하나는 공통전극으로 기능하고, 다른 하나는 분할된 전극으로서 기능하여, 분할된 각각의 전극에는 서로 다른 전위의 전압이 인가될 수 있고, 이를 위해 서로 분할된 각각의 전극들은 절연상태가 되는 것이 바람직하다.

상기 제1전극(38) 및 상기 제2전극(36)은 투명전극으로서, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ZnO와 같은 투명 도전성 무기 물질로 형성될 수 있다.

도5에서 제1전극(38)이 공통전극이 되고, 제2전극(36)이 분할된 전극이 되는 경우, 제2전극(36)의 중심에 배치된 전극을 중심 전극(20)이라고하고, 그 외곽에 배치된 전극들을 외곽 전극(16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24)이라고 정의한다.

다만, 제2전극(36)이 공통전극이 되고, 제1전극(38)이 분할된 전극이 되어도 무방하고, 제1,2전극(36, 38) 모두 분할된 전극이 되어도 무방하다.

도6은 중심전극(20)과, 외곽 전극(16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24)이 배치된 상태를 평면도 형태로 표현한 것이다.

상기 중심전극과 상기 외곽전극은 상호 분리되어 절연되고, 외곽 전극도 복수개로 분리되어 상호 간에 절연되는 것이 바람직하다.

여기서 중심 전극(20)과 외곽 전극(16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24)에는 서로 다른 전압이 인가되어 구동되는 것이 특징이다.

중심전극(20)을 중심으로 하여, 외곽전극들(16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24)이 상기 중심 전극(20)의 주위에 배치된다

상기 변조기(30)의 각 전극의 배치의 형태는 동심원 형태에서 상하로 잘린 형태가 되어 그 외곽은 가로 길이가 긴 직사각형 형태가 되는 것이 바람직한데, 이는 프로젝터에서 나오는 이미지 형태 및 스크린의 형태에 대응되게 하기 위한 것이며, 전원을 공급하기 위한 커넥터의 연결의 용이성을 위해서 그러한 것도 있다.

상기 중심전극(20)은 빛의 입사각도가 가장 작은 부분이며, 외곽 전극(16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24)은 빛의 입사각도가 상대적으로 큰 부분이 된다.

한편, 상기 중심 전극(20)의 양 측에는 복수의 외곽 전극(16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24)들이 배치되며, 상기 중심 전극(20)을 기준으로 하여 대칭된 형태가 되는 것이 바람직하다.

특히 상기 중심전극(20)에서 동일한 거리만큼 떨어져 있는 외곽 전극에는 동일한 전압이 인가되는 것이 바람직한데, 이는 중심전극(20)으로부터 우측으로 제1거리만큼 떨어져 있는 외곽전극(예, 21번 표시 외곽 전극) 및 좌측으로 제1거리만큼 떨어져 있는 외곽 전극(예, 19번 표시 외곽 전극)으로 입사되는 빛의 경사각이 동일하기 때문이다.

상기 중심 전극(20)을 기준으로 서로 대칭되고, 중심 전극(20)으로 부터 동일한 거리만큼 떨어져 있는 각 외곽 전극 즉, 16번과 24번, 17번과 23번, 18번과 22번, 19번과 21번으로 표시된 각각의 외곽전극이 한 쌍을 이루면서 배치되고, 이들에는 동일한 전압이 인가되는 것이 바람직하다.

한편, 중심 전극(20)에 인가되는 전압은 외곽 전극(16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24)에 인가되는 전압보다 낮게 인가되는 것이 바람직하며, 외곽 전극 중에서도 바깥으로 갈 수록 인가되는 전압이 높게 형성되는 것이 바람직하다.

인가 전압이 높은 경우에는 위상 지연(retardance)이 적고, 인가전압이 상대적으로 낮은 때는 위상 지연이 커지게 되는데, 도7(a)에는 높은 인가 전압으로 인한 제1,2전극(36,38)간의 높은 전위차에 의한 액정의 배열상태가 나타나고, 도7(b)에서는 상대적으로 낮은 인가 전압으로 인한 제1,2전극(36,38)간의 낮은 전위차에 의한 액정의 배열상태가 나타난다.

따라서, 도6과 같은 구조에서 중심전극(20)으로부터 외곽전극(16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24)으로 갈수록 높은 전압을 인가하면 중심전극(20)에 대응되는 액정부(37)에는 도7(b)와 같은 액정 배열상태가 형성되고, 외곽 전극(16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24)에 대응되는 액정부(37)에는 도7(a)와 같은 액정 배열 상태가 형성된다.

예를 들어, 중심전극(20)에 5V를 인가하고, 외곽 전극 중 도면번호 19 및 21번에는 5.2V, 18 및 22번에는 5.4V, 17 및 23번에는 5.6V, 16 및 24번에는 5.8V를 인가하는 방식으로 제어함으로써 변조기(30)의 외곽 부분보다 변조기(30)의 중심 부분에서의 위상지연을 증대시키고, 이를 통해 외곽부분과 중심 부분에서의 광로차에 의한 위상지연을 종래보다 감소시킬 수 있다.

도8에는 도6에 도시한 전극에 인가되는 전압을 최적화한 결과로서의 광로차의 그래프를 표시하고 있다.

여기서 (A)로 표시된 부분은 종래 기술에 의한 광로차 변화 그래프이고, (B)는 본 발명에 의한 위상 변화 그래프이다.

(B)는 변조기에 인가되는 전압을 구간에 따라 조절하여 최적의 원편광이 발생하도록 하는 경우 위상지연을 나타낸다.

(B)의 그래프를 보면, 전극이 분리된 구간에 대응되게 광로차 곡선은 톱니 모양으로 형성되는데, 톱니 모양에서 상승하는 기울기는 (A)에서의 각 구간에 대응되는 기울기에 대응된다.

도8의 (B) 곡선을 보면, 입사각이 증가함에도 불구하고, 광로차가 일정한 범위 내에서 변화하고 있는데 입사각의 증가에 따라 광로차가 증가하는 종래 기술과 비교하면 그 차이가 현저하다.

즉, (A)의 경우, 전극에 동일한 전압이 인가되는 상태에서 입사각이 증가할 수록 광로차가 지속적으로 증가하는 형태를 보이고 있다.

(B)에서 광로차가 급격하게 낮아지는 부분은 상호 분리되어 절연된 중심전극과 외곽전극 사이 또는 외곽 전극과 더 바깥에 있는 외곽 전극 사이를 의미한다.

이와 같이 광로차가 일정 수준을 넘지 않는 것은 상술한 바와 같이, 전극의 위치(중심 또는 외곽)에 따라서 인가 전압을 서로 다르게 하기 때문이다.

(B)에서 나타난 톱니형태 곡선 중 상승하는 곡선의 기울기는 광로차 계산식(수학식 1)에 의한 기울기이며, 전극이 분리된 경계선에서 광로차 값이 거의 수직으로 감소하고, 그 최저점에서 위 기울기에 따른 상승이 이루어지다가 그 다음의 경계에서 하강하는 패턴을 반복한다.

이를 최적화 하기 위해서는 전극의 크기 및 허용 크로스톡을 감안하여 각각 전극의 구간을 정한 후에 각 구간에서의 크로스톡 평균값을 빼주도록 전압을 변경하면 가능하며, 구간을 여섯으로 분할하면, 도8의 (B)와 같은 톱니 형태의 그래프를 얻을 수 있다.

광로차로 인한 크로스톡의 영향은 각각의 곡선에 있어서 면적의 비율로 나타날 수 있는데, (A)곡선의 아래 공간의 면적과 (B)곡선의 아래 공간의 면적 비율을 계산하면, 대략 (B)곡선의 아래 공간의 면적이 (A) 곡선의 아래 공간의 면적 대비 감소하게 되어 기존의 방법에 비해 현저하게 감소하였음을 알 수 있다.

도9에서 도시한 바와 같이, 서로 분리된 전극에 서로 다른 전압이 인가될 수 있도록 상호 분리된 전극 사이에는 절연이 될 수 있게, 간격 t를 설정하며, 그 간격의 크기는 변조기를 투과하는 광속의 영향이 최소화 될 수 있도록 수~수십 μm 가 될 수 있게 설정할 수 있다.

도10은 본 발명의 동작에 따른 광의 이동 경로를 도시한 것이다.

프로젝터에서 나온 빛은 확산되고, 상기 변조기(30)로 입사된다.

이때, 상기 변조기(30)의 제2전극(36)의 중심 전극(20)에서 외곽 전극(16~29, 21~24)로 갈수록 인가 전압이 높아진다.

이와 같이 중심과 외곽 간의 인가 전압이 달라지기 때문에 상기 제2전극(36)과 상기 제1전극(38) 간의 전위차는 중심에서 외곽으로 갈수록 커지게 된다.

상술한 바와 같이, 전위차가 작으면 액정부(37)의 위상 지연량이 커지고, 전위차가 커지면 액정부(37)의 위상 지연량이 작아진다.

이에 의하여 중앙 부분으로 입사되는 광과 외곽부분으로 입사되는 광의 경로는 전위차에 따라 변하지 않지만, 이들에 인가되는 전위차는 이러한 광경로차에 의한 위상지연을 보상하도록 사용하므로, 실질적으로 외곽부분의 액정부를 통과하는 광은 액정부의 중앙 부분을 통과하는 광의 위상과 차이가 없게 된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24: 외곽전극
20: 중심전극
36: 제2전극 38: 제1전극

Claims (10)

1. 제1기판 및 상기 제1기판과 이격되어 배치되는 제2기판과;
   상기 제1,2기판 사이에 마련되는 제1전극 및 제2전극과;
   상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 마련되는 액정부를 포함하되,
   상기 제1전극 또는 상기 제2전극은 서로 다른 복수의 전압이 인가될 수 있도록 복수의 전극으로 구분되어 각각 절연되게 형성되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1전극 또는 상기 제2전극은;
   중심 전극과, 상기 중심전극과 이격되며 상기 중심전극 보다 외측으로 배치되는 외곽 전극을 포함하며,
   상기 중심전극과 상기 외곽 전극은 상호 절연되게 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 외곽전극은 상호 이격되는 복수의 외곽 전극으로 구성되되,
   각각의 외곽 전극은 상호 절연되게 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 중심전극에 인가되는 전압보다 상기 외곽 전극에 인가되는 전압이 높은 상태가 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기.
5. 제2항에 있어서,
   상기 외곽전극은 상기 중심전극을 기준으로 상호 대칭되게 마련되며,
   상기 중심전극으로부터 동일한 거리에 있는 외곽 전극에는 동일한 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1전극 또는 제2전극에 서로 다른 전압이 인가되는 경우,
   상기 액정부에 형성되는 액정 패턴은 서로 다른 전압이 인가되는 부분에 대응되게 서로 다른 패턴으로 형성되되,
   상대적으로 높은 전압이 인가되는 전극 부분에 대응되는 액정패턴에서 일어나는 위상지연량은 상대적으로 낮은 전압이 인가되는 전극 부분에 대응되는 액정패턴에서 일어나는 위상지연량보다 작은 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기.
7. 제1항에 있어서,
   제1전극 또는 제2전극의 중심부에서 외곽으로 갈수록 인가되는 전압의 양은 커질수 있도록 마련되고,
   상기 액정부의 중심부으로부터 외곽으로 갈수록 이를 투과하는 광의 위상 지연량이 작아질 수 있도록 마련되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기.
8. 제1,2 전극과, 상기 제1,2전극 사이에 배치되는 액정부를 포함하며,
   상기 제1전극 또는 제2전극은 상호 절연되는 복수의 전극으로 구성되되,
   상호 절연되는 복수의 전극에 서로 다른 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기의 제어방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 복수의 전극은 중앙 전극과, 상기 중앙 전극의 외곽에 배치되는 외곽 전극을 포함하며,
   복수의 전극에 서로 다른 전압을 인가하는 단계는;
   상기 중앙 전극에 제1전압을 인가하는 단계와;
   상기 외곽 전극에 제1전압보다 높은 제2전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기의 제어방법.
10. 제9항에 있어서,
    상호 절연되는 복수의 전극에 서로 다른 전압을 인가하는 단계는
    상기 제1전극 또는 제2전극의 중심으로부터 외곽으로 갈수록 인가되는 전압이 높아지게 제어하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 장치용 변조기의 제어방법.

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