KR0166952B1 - 입체화상 디스플레이용 디스플레이장치 및 픽업장치 - Google Patents

Abstract

입체 화상을 디스플레이 하기 위해 임의로 형성된 부화상(예를 들어, 열로 분할된)을 혼합한다. 이는 , 상기 픽셀과 저장 소자간에 1:1 관계가 생성되는 방식으로 상기 부화상을 LCD(21) 상에 투사하는 광감지 퍽업 유닛(CCD:21)에 의해 가능하다. 상기 픽업 유닛(23)과 액정(21) 사이에 배치된 편광기(22)는 전극(26, 27)에 의해 결정된 부화상을 통과시키고, 상기 부화상은 픽업 유닛에 의해 판독된다. 디스플레이 시, 상기 부화상은, LCD(36)를 통해 판독되고, 유사한 방법으로 입체화상을 조합한다.

Description

입체 화상 디스플레이용 디스플레이 장치 및 픽업 장치

제1도는 본 발명에 따른 픽업 장치 및 디스플레이 장치의 개략도.

제2도는 편광 방향이 국부적으로 회전되는 것에 따라 가능한 패턴도.

제3a도 및 제3b도는 액정층을 구동하기 위한 전극 구조의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 픽업 장치 15, 16, 22 : 편광기

21 : 액정 장치 23 : 픽업 유닛

26 : 빗살형 투광 전극 28, 28' : 픽셀

29 : 전압원 30 : 디스플레이 장치

34 : 제어 유닛 36 : 액정 디스플레이 장치

본 발명은, 고정된 패턴에 따라 부 화상(sub-pictures)으로 구성된 화상을 디스플레이하기 위해 디스플레이 장치에 부 화상 정보가 인가되는, 입체 화상 디스플레이용 디스플레이 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 입체 디스플레이용 화상을 픽업하기 위한 픽업 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 텔레비전 화상 등의 입체 디스플레이의 원리는 공지되어 있다. 화상은 각각 좌측 눈과 우측 눈을 통과하는 두개의 부 화상으로 분리된다. 시청자는 각각 두 개의 부 화상중 어느 하나를 통과시키거나 또는 통과시키지 않는 안경을 끼는데, 이것은 통상, 홀수 필드의 화상이 좌측 눈에 의해 관찰되고 짝수 필드의 화상이 우측 눈에 의해 관찰되는 등의, TV 화상의 필드 주파수에서 효과적이다.

이러한 형태의 디스플레이 장치는 독일 특허 출원 제 31.46.578A 호에 기술되어 있다. 상기 디스플레이 화면에는, 편광 방향이 서로 직교하고, 화상이 필드당 상호 상이한 편광 방식으로 통과하는 스트립형(strip-shaped) 편광기가 제공된다. 시청자는, 편광 유리로 부 화상을 교번적으로 관찰하여, 3차원 화상을 보게 된다.

상기 특허 출원은 또한, 픽셀당 편광 방향을 변경시키는 가능성에 대해 기술하고 있는데, 이러한 변경은 픽업 유닛 또는 전송기의 단부에서 한 부 화상으로 부터 다른 부 화상으로 유사하게 변경시킴으로써 달성된다.

상기 장치의 단점은, (스트립형) 편광기가 텔레비전 화상의 짝수 라인과 홀수 라인에 대응하는 방식으로 디스플레이관의 유리에 고정되는 점이다. 그러나, 편광기에 대한 상기 라인 (또는 픽셀)의 위치는, 완전히 고정된 것이 아니라 화상 높이(및 화상 폭)의 제어에 의해서 결정되기도 하며, 이것은 편향 및/또는 EHE 시스템의 변화로 인한 시간내에 변하기도 한다.

입체 텔레비전 화상 디스플레이는, 액티브 광 셔터가 각각의 눈 앞에 위치한 화상 필드에 동기하여 스위칭하는 동안, 비월된(홀수와 짝수) 필드를 통해 교번적으로 좌측 눈과 우측 눈에 대한 화상을 디스플레이함으로써 실현될 수도 있다. 그러나, 이 경우 화상 주파수(필드 주파수의 1/1)와 동일한 주파수, 즉, 약 25Hz(PAL, SECAM) 또는 30Hz(NTSC)에서 페이스 플리커(face flicker)가 발생한다. 이 페이스 플리커는 실제 화상의 외부에서도 볼 수 있기 때문에 매우 문제가 된다.

다른 시스템들은, 화상이 거울을 통해서나 또는 투사를 이용해 하나의 화상에 결합되는 두개의 분리된 화상 발생 장치를 사용한다. 이러한 시스템들의 단점은 부 화상을 겹합하기 위하여 두개의 화상 발생 장치와 관련 설비를 이용한다는 점이다.

도입절에서 설명한 형태의 장치는 일본 공개 공보 제 58-184929 호에 설명되어 있다. 그러나, 상기 공개 공보에 도시된 해결책은 화상 메모리의 사용을 필요로하며, 또한 부 화상이 비월 주사 방식으로 디스플레이 되어, 이 경우 역시 페이스 플리커가 발생한다.

본 발명의 목적은, 별도의 화상 메모리를 필요로 하지 않으면서 수동 유리(passive glasses)로 관찰할 수 있는 반면, 이하 본원에서 설명되는 여러 단점이 발생하지 않는, 도입절에서 설명된 형태의 장치를 제공하는 것이다.

상기 장치는, 화상 발생 장치와 투명 지지판 사이에 액정층을 포함하고, 단방향으로(unidirectionally) 편광된 빛이 화상 발생 장치로부터 들어오고, 편광 방향은 고정된 패턴, 또는 상보적인(complementary) 패턴에 의해 결정된 영역에서 변화되는 것을 특징으로 한다.

편광 방향은 양호하게는 90°회전한다. 편광 방향은, 예를 들어 90°트위스터(twistor)와 같은 트위스트 네마틱 셀(twisted nematic cell)에서 회전되지만, 더 두꺼운 액정층의 경우에는 270°회전도 가능하다(도파관 원리:waveguide principle). 편광 방향은, 디렉터(director)가 짧은 거리내에서 90°내지 300°의 각으로 회전(SBE 효과, HBE 효과)하는 다양한 STN 효과나 ECB 효과 등으로, 복굴절에 근거해 네마틱 셀뿐 아니라 강유전 셀(ferro-electric cell)에서도 회전한다. 적절한 두께(d)가 정해진, 고정된 파장(λ)의 강유전 셀에서, 정상 굴절율과 비정상 굴절율 사이의 차(Δ)에 대해 d.Δn=λ/2의 관계가 유지된다. 이것은 90°위상 회전 가능성과, 그에 따른 특수 액정층에서 강유전체의 사용 가능성을 제공한다.

강유전 액정층의 장점은, 멘모리 효과를 갖고 있어, 활성화(energization)가 단 한 번만 필요하다는 것이다.

본 발명에 따른 장치의 제1의 양호한 실시예는, 고정된 패턴이, 픽셀의 상보적인(complementary) 열에 의해 분리된 픽셀의 열을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우(예를 들어, 체스판형(chessboard-like pattern) 픽셀 등의 예도 포함), 페이스 플리커가 실질적으로 없는 반면, 디스플레이 장치가 상기 라인의 디스플레이 순서에 대해 원칙적으로 둔감하여, 화상 발생 장치는 EP 0,217,466(PHN 11.508)에서 기술된 방법으로 구동될 수 있다.

정확한 디스플레이를 위하여, 부 화상은 위에서 설명된 패턴(분리된 열, 체스판형 패턴)에 따라 나타내어야 한다. 이것은, 에를 들면 전자 현미경으로 얻어진 화상, 3차원 컴퓨터 화상, 또는 서로 다른 카메라로부터의 신호로 얻어진 TV 화상의 3차원 디스플레이 등에서, 전자적으로 영향을 받을 수 있다.

실제 화상 발생 장치는 서로 다른 방식으로 실현될 수도 있으며, 이 장치는 전자 발광 장치 또는 기체 방전 장치의 경우에서처럼 광을 발생할 수도 있고, 액정층 등의 경우에서처럼 광을 변조할 수도 있다. 액정 장치를 사용할 때, 동적 분산(dynamic scattering)을 이용할 수 있다. 그러나, 입사광의 편광 방향의 회전에 근거하거나 또는 복굴절(도파관 원리, 복굴절)에 근거하여 작동하는 장치를 선택하는 것이 좋다. 이 경우, 콘트라스트(contrast)는, 복굴절에 근거한 불필요한 영향을 보상할 수 있는 제2장치(소위 이중셀로 지칭됨)를 이용하여, 상당히 향상시킬 수 있다.

정확한 정보를 제공하는, 본 발명에 따른 픽업 장치는, 픽셀에 대응하는 화상 픽업 소자를 구비한 광 감지 픽업 유닛과, 광학 시스템 사이에 배치된 두 지지판 사이에 있는 액정층과, 메모리 장치를 구비하는데, 상기 액정층에서 부 화상중 적어도 하나의 편광 방향은 고정된 패턴이나 이 고정된 패턴에 대해 상보적인 패턴에 의해 결정되는 영역에서 변경될 수 있는 반면, 편광기는 상기 액정층과 상기 메모리 픽업 유닛 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

전하 결합 장치(CCD)는 픽업 유닛으로서 양호하게 사용된다. 액정 장치(LCD)는 실제로 CCD상에 직접 배치될 수 있어서, 부피가 작아지고 픽셀과 픽업 소자 사이의 1:1 관계를 유도하게 된다.

이제부터 첨부 도면을 참고로 실시예로써 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도의 장치는, 중심축이 약 6.5cm 분리된 렌즈(11, 12)를 구비하는 픽업 장치(10)를 포함한다. 렌즈(11, 12)를 통해 입사한(예를 들면, 디스플레이될 장면에서부터 생성되고) 점선(13, 14)으로 표시된 광은 편광기(15, 16)에 의해 편광된다. 관련 실시예에서, 렌즈(11)로부터의 광은 도면에 대해 평행한 방향으로 편광되는 반면, 렌즈(12)로부터의 광은 도면에 대해 수직인 평면으로 편광된다(각각 화살표(17)와 기호(18)로 표시된다). 편광기(16)에 의해 편광된 광 빔(14')은, 45°의 각으로 위치한 거울(20)에 입사된 후, 편광기(15)에 의해 편광된 광 빔(13')의 선로에 45°의 각으로 배열된 반투명 거울(19)에 계속해서 입사된다. 거울(19)에서, 두 광 빔(13', 14')은 하나의 광 빔(25)으로 결합되는데, 이 광 빔(25)은 상호 수직으로 편광된 서브빔으로 편광되어 액정 장치(21)에 입사된다.

상기 실시예에서 액정 장치(21)는, 티스(teeth)(27)를 구비한 빗살형 투명 전극(26)을 갖는 하나 이상의 기판(제3a도 참조)과 함께, 공지된 방식으로 두 지지판 사이에 트위스트 네마틱 액정을 포함한다. 나머지 기판들은 동형 또는 빗살형일 수 있는 카운터 전극을 갖는다. 티스(27)로 덮히거나 또는 그렇지 않은 액정 장치(21)의 부분은, 광 빔(25)의 방향에서 볼 때, 픽셀의 열을 규정한다(픽셀은 광 감지 픽업 유닛(23)의 픽업 소자와 일치한다). 관련 실시예에서, 픽업 유닛은, CCD의 전하 저장 장치가 CCD 위에 위치한 액정 장치의 픽셀 영역에 한정되는 전하 결합 장치(CCD)를 포함한다. 픽업된 화상은, 행(1), 행(2), 행(3), ...과, 열(A), 열(B), 열(C), ... 로 배열된 픽셀(28)로 분리될 수 있다(제2도 참조).

화살표(17) 방향으로 편광된 광을 통과시키는 편광기(22)는 액정 장치(21)와 픽업 유닛(23) 사이에 배치된다. 전극(26)과 그 상대 전극은, 예를 들면, 액정 재료의 저하 및/또는 전송의 주기적 변화를 방지하기에 충분한 정도의 고주파의 구형파 전압의, 전압원(29)을 통하여 에너지를 공급받는다. 본 실시예에서 트위스트 네마틱형의 액정 재료를 포함하는 액정 장치의 작동은, 빗살형 전극(26)의 티스(27) 사이에 입사하는 광의 편광 방향이 90°회전되는 반면(도파관 모드), 광이 상기 전극의 상기 영역에서 편광 방향을 유지한다. 따라서 빔(13)으로부터의 광은, 전극 티스(27)의 영역에서 방해받지 않고 통과되고, 열(A), 열(C), ...의 영역에서 픽업 유닛(CCD)내의 픽셀(28)과 관련된 픽업 소자(전하 저장 소자) 상에 입사된다. 빔(13)으로부터의 광의 편광 방향은, 전극 티스(27) 사이에서 90°회전되어, 상기 광은 편광기(22)를 통과할 수 없게 되고, 따라서 픽업 유닛에 이르지 않게 된다. 티스(27) 사이의 액정 장치(21) 상에 입사한 빔(14)으로부터의 광의 편광 방향은 90°회전되어, 편광기(22)를 통과할 수 있고, 열(B), 열(D), ...의 영역에서 픽셀(28)과 관련된 픽업 소자 상에 입사되며, 반면 전극 티스(27)의 영역에서 편광 방향은 회전되지 않고, 상기 광은 편광기(22)를 통과하지 못한다. 광의 양에 따라, 픽업 유닛(CCD)(23)에 전하 저장 장치가 존재한다. 관련 전하는 하나 이상의 보조 레지스터를 통해 판독되고, 출력 신호를 유발한다. 이 신호는 좌측 화상(빔(13))과 우측 화상(빔(14))에서 교번적으로 발생하는 매 라인당의 픽셀 정보를 포함한다. 트위스트 네마틱 액정층 대신, 강유전 액정층을 선택할 수도 있다. 메모리 효과로 인해, 단 한 번의 에너지 공급만을 필요로 하고, 그 후에는 상기 조정이 유지된다.

따라서 얻어진 신호는 디스플레이 장치(30)에 의해 입체 디스플레이용으로 사용될 수 있다(제1도). 상기 장치는 편광기(도시되지 않음)를 통하여 편광(32)을 발생하는 산란 광원(31)을 포함하는데, 그 광은 두 지지판 사이에 액정을 포함하는 액정 디스플레이 장치(36)에 입사된다.

각각의 라인에 대한 입력 신호의 정보가 좌측 눈과 우측 눈에 대해 교번적 정보로 분리되는 입력 신호(33)는, 필요할 경우, 일시적으로 기억되고/기억되거나 제어 유닛(34)에서 증폭된다. 상기 정보는 제어 라인(35)을 통하여, 픽셀의 매트릭스를 규정하는 디스플레이 장치(36)의 지지판 상의 전극으로 전해진다. 에를 들어 액정은 트위스트 네마틱형이고, 편광 방향은, 에너지를 공급받지 않은(non-energized) 픽셀 상에서 90°회전되고, 에너지를 공급받는 픽셀 영역에서는 변동되지 않는다. 또한, 상기 장치(36)는, 두 부 화상의 일부를 형성하는 에너지를 공급받은(energized) 픽셀의 광만이 통과되도록, 입사광(32)과 동일한 방향으로 편광된 광만을 통과시키는 검광자(analyser:38)를 포함한다. 예를 들어, 상기 빔(32)과 검광자(38)의 편광 방향은 도면에 대해 수직이다.

트위스트 네마틱 재료의 액정층 대신에, 강유전 액정층이나, 소위 수퍼트위스트 효과(SBE,HBE)를 이용한 층이나, 복굴절 특성을 갖는 다른 광전 재료 등의 다른 액정층을 사용할 수 있다. 콘트라스트는 복굴절의 원하지 않는 영향을 보상하는 제2셀로, 실제의 (액정) 셀(소위 이중 셀)을 연장함으로써 향상 될 수 있다.

또한, 액정 장치는 반사 모드(reflection mode)에서도 사용될 수 있다. 이 경우, 반도체 기판은 제1지지판으로 사용되는 것이 좋다. 필요한 제어 전극은 상기 판에 합체될 수 있다.

상기 광 변조 장치뿐만 아니라, 필요할 경우 발산되는, 광이 편광되는 전기 색도 장치(electrochrome device), 전자 발광 화면(electro-luminescent screen) 또는 기체 방전 장치(gas discharge device)와 같은, 화상 발생 장치용 광 발생 시스템을 대신 이용할 수 있다.

광(32)은, 픽업 장치(10)에 포함된 액정 장치(21)와 유사하고, 티스(27')와 그 사이의 간격이 디스플레이돌 화사의 픽셀(28')의 열과 일치하는 (최소한) 하나의 빗살형 전극(26')을 포함하는, 제2액정 장치(37)에 계속해서 입사한다(제3a). 광(32)의 방향과 수직인 픽셀(28')은, 액정 디스플레이 장치(36)의 픽셀과 일치한다. 전극(26')과 그 상대 전극이, 에를 들어 전압원(28)에 의해 에너지를 공급받은 경우, 열(A), 열(C), ...의 픽셀(28')과 관련되고 좌측 눈에 대한 부 화상에 대응하는 부 화상은, 편광 방향의 변화없이 통과하고, 반면, 열(B), 열(D), ...의 픽셀(28')과 관련되고 우측 눈에 대한 부 화상에 대응하는 부 화상은, 광의 편광 방향이 90°회전된다.

편광 방향이 관련 부 화상에 적합한, 상호 수직으로 편광된 유리(42, 43)(제3b도)로 구성된 안경(41)을 낀 관찰자(40)(제1도)는, 입체 화상을 관찰하게 된다.

상기 설명된 장치는, 픽업 측면에서 보면, 픽업 유닛(CCD:23)에서 기억 수단(storage element)에 의해 정해진 열(A), 열(B), 열(C), ...에 대해, 액정 장치의 전극(26)의 정확한 상호 기억(mutual registration)의 장점을 갖고, 디스플레이 측면에서 보면, 디스플레이 장치(36)의 픽셀(28')의 열에 관해 전극(26')의 동일한 상호 기억의 장점을 갖는다. 얇은 두께( 6μm)의 액정 장치로, 상기 정확한 상호 기억이 이루어질 수 있다. 이것은(예를 들어, 픽업 측에서 볼 때) 소형 픽셀의 경우가 좋다.

더욱이, 부 화상은, 라인 대 라인 혼합이 아니라, 열 대 열 혼합이므로, 페이스 플리커가 디스플레이된 화상에 실질적으로 발생하지 않는다. 상기 시스템은 라인 구동 순서에 대해 민감하지 않아서, EP 0,217,466에서 설명된 바와 같이 라인을 혼합시켜 구동할 수도 있다.

픽업 및 디스플레이 장치는, 예를 들어 비디오 카메라에서와 같이, 일체형으로 사용할 수 있다. 그러나, 정보는, 디스플레이 전에 일시 기억할 수도 있고, 캐리어를 통해 송신할 수도 있다.

본 발명은 상기 설명한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 많은 변경이 가능하다. 예를 들어, 바이폴라 메모리 장치와 같이, 전하 결합 장치와는 상이한 광 감지 픽업 유닛이 가능하다. 나아가, 예를 들어, 편광 방향이 270°회전되는 액정과 같은, 다른 액정 재료가 이용될 수 있다. 끝으로, 액정 장치(36 및 37)에 대한 하나의 공통 지지판은 모든 경우에서 충분하다. ELD, ECD, 가스 방전 등의 디스플레이 원리가 언급되었지만, LED 매트릭스도 고려될 수 있다.

Claims (13)

1. 부 화상에 관련된 정보가 고정된 패턴에 따라 2개의 부 화상으로 구성된 화상을 디스플레이하는 디스플레이 장치에 인가되는 입체 화상 디스플레이용 디스플레이 장치로서, 상기 입체 화상 디스플레이용 디스플레이 장치는 단일 화상 발생 장치와 투명한 지지 기판 사이에 액정층을 포함하고, 상기 액정층에는 단일 방향으로 편광된 빛이 상기 화상 발생 장치로부터 입사되며, 상기 편광 방향은 상기 고정된 패턴, 또는 상보적인(complementary) 패턴으로 결정된 영역에서 변화하고, 상기 고정된 패턴은, 제1의 픽셀의 제1의 열과 제2의 픽셀의 제2의 열이 교번하거나, 제1 및 제2픽셀이 교번하는 체스판형 패턴으로 구성되고, 상기 제1의 픽셀은 제1의 부 화상에 포함되고, 상기 제2의 픽셀은 제2의 부 화상에 포함되는 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 편광 방향은 실질적으로 90°또는 270°만큼 회전하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
3. 픽셀들에 대응하는 화상 픽업 소자들이 제공된 단일 광감지 픽업 유닛과, 상기 픽업 유닛 상의 상이한 방향으로 편광된 2개의 부 화상을 이미징하는 광학 이미징 시스템과, 두 지지 기판 사이에 놓이고 상기 광학 시스템과 상기 픽업 유닛 사이에 배열된 액정층으로서, 상기 층에서 상기 부 화상중 적어도 하나의 편광 방향이 고정된 패턴, 또는 상보적인 패턴으로 결정된 영역에서 변화할 수 있는 액정층과, 상기 액정층과 상기 픽업 유닛 사이에 배열된 편광기를 포함하는 입체 디스플레이용 픽업 장치로서, 상기 고정된 패턴은, 제1영역의 제1열과 제2영역의 제2열이 교번하거나, 제1 및 제2영역이 교번하는 체스판형 패턴으로 구성되고, 상기 제1영역은 제1부 화상에 속하고 상기 제2영역은 제2부 화상에 속하는 픽업 장치.
4. 제11항에 있어서, 상기 광학 시스템은, 상기 관련 광 경로에 배열된 상호 수직 방향으로 배향된 편광기들을 갖는 2중 렌즈 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업 장치.
5. 제11항에 있어서, 상기 픽업 유닛은 전하 결합 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 액정층은 트위스트 네마틱 액정이나 강자성 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 화상 발생 장치는 적어도 하나는 투명한 제1 및 제2지지 기판 사이에 배열된 전자-광학 매체를 포함하고, 상기 제1 및 제2지지 기판에는 제어 전극이 제공된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 전자-광학 매체는 액정층인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
9. 제20항에 있어서, 상기 액정층은 상기 층의 두께와 입사 편광의 파장에 따라, 입사 편광의 편광 방향을 회전시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
10. 제21항에 있어서, 상기 장치는 원하지 않는 복굴절 효과를 보상하기 위해 두 지지 기판 사이에 여분의 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
11. 제19항에 있어서, 상기 제1지지 기판은 실리콘 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 부 화상중 적어도 하나의 편광 방향이 실질적으로 90°또는 270°만큼 회전된 것을 특징으로 하는 픽업 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 액정층은 트위스트 네마틱 액정 또는 강유전 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업 장치.

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