KR100445613B1

KR100445613B1 - 입체영상 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR100445613B1
Application number: KR1020030085907A
Authority: KR
Inventors: 이성중
Original assignee: (주)파버나인
Priority date: 2003-11-29
Filing date: 2003-11-29
Publication date: 2004-08-26
Also published as: US20050117216A1; US7268943B2

Abstract

본 발명은 패러랙스 배리어 방식의 입체영상 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명은 패러랙스 배리어 방식의 입체영상 디스플레이 장치에 있어서, 투명슬릿 부분이 톱니 모양의 패턴 형태로 설계된 패러랙스 배리어를 적용함으로써 모아레 패턴으로 인한 광학적인 거부감을 줄일 수 있고, 상기 패러랙스 배리어의 피치(S)를 설계할 때는, 패러랙스 배리어가 영상패널의 후방에 배치되는 경우에는 S=2Pk(V+D)/V이고, 패러랙스 배리어가 영상패널의 전방에 배치되는 경우에는 S=2Ph(V-D)/V 로 설계되며, 상기의 수식을 적용하는 것을 특징으로 한다．

본 발명에 의하면, ３차원 실감영상을 재생하는 장치로서, 입체영상을 보다 더 성능이 우수하게 나타나게 하며, 또한 전자셔터를 채용하여 ON/OFF함으로써 일반영상과 입체영상을 쉽게 전환하여 볼 수 있는 것을 특징으로 하는 입체영상 디스플레이 장치이다.

Description

입체영상 디스플레이 장치 {Autostereoscopic Display Apparatus}

본 발명은 입체영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 입체영상 디스플레이 장치 및 최적화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 ３차원을 표현하는 입체영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데, 두 눈이 약 65mm정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나게 되는 양안시차는 입체감의 가장 중요한 요인이라 할 수 있다.

좌우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 영상을 보게 되고, 이 두 영상이 망막을 통해 뇌로 전달되면, 뇌는 이를 정확히 인식하여 본래 ３차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하는 것이다.

입체영상을 보는 방식으로서는 관찰자의 안경착용 여부에 따라 안경을 착용하는 안경방식과 안경을 착용하지 않는 무안경 방식이 있다.

안경을 착용하는 방식은 양안에 각각 청색과 적색의 색안경을 쓰는 애너그리프(anaglyph)방식과, 좌우 안경에 투과율이 다른 필터를 장착하여 입체감을 느끼는 농도차 방식, 각각 편광 방향이 다른 편광안경을 쓰는 편광안경 방식, 그리고 시간분할된 화면을 주기적으로 반복시키고 이 주기에 동기시킨 액정셔터가 설치된 안경을 쓰는 시분할방식이 있다. 그러나, 안경을 착용하는 방식은 안경을 써야 하는 불편함과 안경을 쓴 상태로 입체영상 이외의 다른 사물을 관찰하는데 지장을 받는 등의 문제점이 있다.

따라서, 최근에는 안경을 착용하지 않는 무안경 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 다양한 용도로 연구 개발이 진행되고 있다.

안경을 착용하지 않는 무안경 방식으로서 알려진 대표적인 것으로는, 원통형의 렌즈 어레이를 수직으로 배열한 렌티큘러(lenticular) 렌즈판을 영상패널 전방에 설치하는 렌티큘러 방식과, 패러랙스 배리어(parallax barrier) 방식이 있다.

도 1은 상기 패러랙스 배리어 방식을 설명하는 도면이다.

패러랙스 배리어 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 투명슬릿과 불투명부분이 반복 배열되어 형성된 패러랙스 배리어(30)가 영상패널(20)의 전방에 배치된다.

관찰자(10)는 상기 패러랙스 배리어(30)의 투명슬릿을 통해 영상패널(20)에 디스플레이 되는 영상을 보게 되는데, 관찰자(10)의 좌안과 우안은 동일한 투명슬릿을 통하여 보더라도 각각 영상패널(20)의 다른 영역을 보게 된다. 즉 좌안은 좌안의 가시영역(12)에서 L, L, L, L, L.....만을 보게 되고, 우안은 우안의 가시영역(14)에서 R, R, R, R, R.....만을 보게 된다.

패러랙스 배리어 방식은 이러한 원리를 이용한 것으로, 좌안과 우안이 투명슬릿을 통해 보게 되는 각각 다른 영역의 서브픽셀에 대응하는 영상을 볼 수 있도록 하여 입체감을 느끼도록 하는 것이다. 그러나, 종래기술은 뉴튼링 등이 발생되어 관찰자의 눈에 거부감을 주는 단점이 있다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 패러랙스 배리어 방식의 투명슬릿 부분이 톱니 모양의 패턴 형태로 설계된 패러랙스 배리어를 적용함으로써 모아레 패턴으로 인한 광학적인 거부감을 줄일 수 있고, 패러랙스 배리어의 피치 계산시 새로운 수식을 적용함으로써 최적화된 입체영상을 볼 수 있으며, 전자셔터를 채용하여 ON/OFF함으로써 일반영상과 입체영상을 쉽게 전환하여 볼 수 있는 것을 특징으로 하는 입체영상 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.

도 1은 패러랙스 배리어 방식을 설명하기 위한 구성도,

도 2a,도 2b는 패러랙스 배리어의 피치 계산식을 설명하는 도면,

도 3a, 도 3b, 도 3c는 종래기술에 다른 패러랙스 배리어 패턴도,

도 4a, 4b는 본 발명의 패러랙스 배리어 패턴도,

도 5는 종래기술에 따른 패러랙스 배리어 방식 조립 단면도,

도 6은 본 발명에 대한 패러랙스 배리어 방식 조립 단면도.

<도면부호의 간단한 설명>

10 : 관찰자 12 : 좌안 가시영역

14 : 우안 가시영역 20 : 영상패널

23 : 전자셔터 편광필름 24 : 영상패널 편광필름

2５ : 1/4위상판 2６ : TAC 필름

28 : 신호라인 30 : 패러랙스 배리어

31 : 전자셔터 32 : 불투명 부분

34 : 사각 투명부 36 : 원형 투명부

37 : 직사각 투명부 38 : 톱니형 투명부

54 : 마이크로스피어(Microsphere) 도포층

R : 우안 대응 픽셀 L : 좌안 대응 픽셀

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 발명의 구성은 영상패널과, 투명슬릿이 톱니 모양으로 설계된 패러랙스 배리어와, 이 패러랙스 배리어 형상으로 전자셔터 형태로 패러랙스 배리어를 제작하여 ON/OFF함으로써, 일반영상과 입체영상을 간단하게 선택하여 볼 수 있으며, 상기 패러랙스 배리어와 영상패널사이에 색깔의 변화를 방지하는 1/4위상판이 부착된 종래의 입체영상 디스플레이 장치에 있어서, 영상패널(20)의 전면 편광필름(24)을 서로 공용으로 사용하도록 설계하고, 상기 영상패널(20)위에 영상패널(20)로부터 나오는 빛을 산란되지 않게 하기 위해 부착되는 TAC 필름(26)과, 뉴튼링 현상을 방지하기 위하여 상기 TAC 필름(26)의 표면에 20미크론 정도의 마이크로스피어(54)를 도포하고, 패러랙스 배리어(30)의 피치(S)는 새로운 수식을 적용하는 것을 특징으로 한다.

상기 마이크로스피어층(54)은 20 미크론 두께로 도포하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 패러랙스 배리어(30)의 피치(S)는 패러랙스 배리어(30)가 영상패널(20)의 후방에 배치되는 경우에는 S=2Pk(V+D)/V이고, 패러랙스 배리어(30)가 영상패널(20)의 전방에 배치되는 경우에는 S=2Ph(V-D)/V 로 구성되며, 여기서 S=수평방향의 슬릿 피치, P=수평방향의 서브픽셀(R, L)의 피치, V=서브픽셀(R, L)로부터 관찰자까지의 거리, D=서브픽셀(R, L)로부터 패러랙스 배리어(30)까지의 거리, k는 그 범위가 0.98< k <1.00인 상수이고, h는 그 범위가 1.00 < h <1.02인 상수인 것이 바람직하다.

특히, 모아레 패턴으로 인한 광학적인 거부감을 줄이고 입체영상 장치의 성능을 높이기 위하여, 상기 패러랙스 배리어(30)의 투명슬릿은 톱니 모양으로 하되 그 각도는 수직선에 대해 1５도이고, 상하 방향에 대칭이며, 투명슬릿의 폭은 피치（S）의 약 1/2 정도이고, 상하 방향의 투명부분의 피치도 좌우 방향 피치（S）의 약 1/2 정도로 설계한다. 다른 실시 예로는 상기 투명슬릿은 톱니 모양으로 설계하되, 개구의 폭을 대응화소의 2개 피치의 45% 이상 넓게 설계할 수 있다.

패러랙스 배리어 방식의 ３D 기술은 영상패널의 전방에 수직방향으로 각각 일정한 주기의 투명슬릿들을 가진 패러랙스 배리어를 적당한 거리를 두고 부착시킨다. 여기에서 영상패널의 수평방향으로 홀수의 서브픽셀 열에는 오른쪽 눈이 본 그림을, 짝수의 서브픽셀 열에는 왼쪽 눈이 본 그림이 나타나게 한 후, 수평방향으로 2개의 서브픽셀 열당 1개씩의 수직배열 투명슬릿 열을 대응시켜서 제작된 패러랙스배리어를 통해서 볼 때, 관찰자의 좌안은 짝수의 서브픽셀 열들이 보이고, 우안은 홀수의 서브픽셀 열들이 보이기 때문에 양안시차에 의해서 입체감을 느낄 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 패러랙스 배리어(30)는 상기 영상패널(20)의 후방에 소정 거리(D)를 두고 설치되며, 투명슬릿이 상기 영상패널(20) 서브픽셀 2개씩(R, L)의 중간 경계부에 위치되도록 설치된다. 따라서, 상기 투명슬릿을 통해 영상패널(20)의 서브픽셀(R, L)의 상이 V의 위치에 나타나게 되는데, 관찰자의 좌안 및 우안에 해당되는 그림이 영상패널(20)에 디스플레이 되어 있으면, 관찰자는 입체영상을 볼 수가 있게 된다.

도 2a는 패러랙스 배리어 방식 중 패러랙스 배리어(30)가 영상패널(20)의 후방에 위치한 방식으로, 이 때의 슬릿간의 피치(S)는 종래에는 일반적으로

S = 2P(V + D)/V ---(1) 으로 계산하였다.

여기서 S는 수평 방향의 슬릿 피치, P는 수평 방향의 서브픽셀(R, L)의 피치, V 서브픽셀(R, L)로부터 관찰자까지의 거리, D는 서브픽셀(R, L)로부터 패러랙스 배리어(30)까지의 거리이다.

도 2b는 패러랙스 배리어 방식 중 패러랙스 배리어(30)가 영상패널(20)의 전방에 위치한 방식으로, 이 때의 슬릿간의 피치(S)는

S = 2P(V - D)/V ---(2) 식으로 계산하였다.

그러나, 상기의 (1),(2)공식을 실제 제품화에 그대로 적용하면, 최적화된 입체영상 제품을 개발,생산하는 데는 품질의 한계가 있어서, 이 공식의 보완이 필요하다.

상기의 (1),(2)공식으로 최적화가 되지 않는 이유는, 첫째로 빛의 직진성 만을 고려했고, 둘째로 빛의 회절을 고려하지 않았고, 셋째로는 영상패널(20)의 각 부분의 화소들과 관찰자(10)간의 거리가 각 부분에서 달라서, 투명슬릿간의 피치(S)가 미세하게 차이가 나야 하기 때문이다.

이 문제를 해결하기 위해 실제로 적용 실험을 한 결과, 종래의 일반 통용 공식인 S = 2P(V + D)/V는 S = 2Pk(V + D)/V로 변경되어야 한다. 또한 종래의 일반 통용 공식 S = 2P(V - D)/V는 S = 2Ph(V - D)/V로 변경되어야 한다. 여기에서 적용되는 k는 0.98〈 k〈 1.00 범위의 값이고, h는 1.00〈 h〈 1.02 범위의 값으로 하는 것이 바람직하고, 최적화된 입체영상을 볼 수 있게 된다.

한편, 일반적으로 패러랙스 배리어 패턴을 직선형태의 투명슬릿으로 화소의 1/3이하의 폭으로 설계할 것을 권유하고 있다. 이럴 경우 고우스트는 약간 감소하지만 입체영상의 밝기가 낮아지고, 수직방향의 검은 모아레 패턴이 진하게 나타나게 되어 관찰자의 눈에 거부감을 주게 된다.

도 3a는 종래 방식의 하나인 패러랙스 배리어 패턴도이다. 신호라인(28)에 전기신호를 인가하면, 불투명 부분(32)이 검게 변하고 사각 모양의 투명부(34)가 슬릿 역할을 하게 된다. 이와 같은 사각 투명부(34)를 영상패널(20)에 적용하면 입체영상을 관찰할 때, 수직방향의 검은 모아레 패턴은 물론, 수평방향의 검은 모아레 패턴이 나타나게 되어 관찰자의 눈에 거부감을 주게 된다.

도 3b는 또 다른 종래방식의 패러랙스 배리어 패턴도이다. 원형 투명부(36) 모양의 패턴을 영상패널(20)에 적용하면 입체영상을 관찰할 때, 광투과율이 낮아지게 되고, 역시 수직방향의 검은 모아레 패턴은 물론, 수평방향의 검은 모아레 패턴이 나타나게 되어 관찰자의 눈에 거부감을 주게 된다.

도 3c는 종래 방식의 또다른 패러랙스 배리어 패턴도이다. 직사각 투명부(3７) 모양의 패턴을 영상패널(20)에 적용하면 입체영상을 관찰할 때, 광투과율은 높아지게 되지만, 수직방향의 검은 모아레 패턴이 나타나는데, 이 모아레 패턴의 수평방향의 광강도 분포가 계단 모양의 패턴과 희미한 무지개 형태로 단계적으로 나타나게 되어 관찰자의 눈에 거부감을 주게 된다.

도 ４a는 종래기술의 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 종래기술인 "개구를 화소의 1/3이하의 폭"으로 설계하는 방법을 개선하여 개구의 폭을 "대응화소 2개 피치의 45%이상"으로 넓게 설계하여 광투과율을 종래 방식보다 30%이상 향상시킬 수 있다. 투명슬릿의 모양을 도 4a, 도 4b의 톱니형 투명부（３８）와 같이 톱니 모양의 형태로 설계하는데, 투명부는 피치（S）의 1/2 정도로 설계하고, 상하 방향도 피치（S）의 1/2 정도로 설계하며,톱니 모양의 각도는 도 ４a와 같이 약 １５도 정도를 기울여서 상하 방향에 대칭으로 설계하면,입체영상의 품질을 높일 수 있다.

도 5는 종래 방식의 패러랙스 배리어 방식 조립 단면도이다. 패러랙스 배리어(30)가 종래의 전자셔터（３１）일 경우에 영상패널(20)과의 광학적 특성이 문제가 되어 영상패널(20)의 영상이 전자셔터（３１）로 인하여 색깔이 변하는 경우가 있는데, 이를 해결하기 위해 1/4위상판(2５)을 붙이는 방법을 채택하기도 한다. 또한 영상패널(20)의 표면에 있는 편광필름(24)이 표면 반사 방지처리가 되어 있어 표면에 미세한 굴곡이 있어서 출사광을 산란시키기 때문에 입체영상을 관찰하는데 매우 큰 문제를 야기한다.

상기 2가지 문제를 동시에 해결하기 위해 1/4위상판(25)을 붙이는데, 1/4위상판(25)의 가격이 비싸고 영상패널(20)위에 부착할 때도 1/4위상판(25)의 각도를 정확하게 맞추어야 하는 문제가 있었다. 또한, 영상패널(20)위에 종래의 전자셔터(31)을 부착할 경우, 영상패널(20)위에 부착된 1/4위상판(25)의 표면과 종래의 전자셔터(31)의 후면 편광필름(23)의 표면이 밀착되면, 뉴튼링이 발생하여 일반화면 상태에서도 관찰자의 눈에 거부감을 주게 된다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서 도 6에서와 같이 종래의 방법인 1/4위상판(25)을 부착하지 않고, 가격이 1/4위상판(25)의 1/3 정도인 TAC 필름(26)을 부착함으로써 원가절감을 할 수 있다. 또한 패러랙스 배리어 본 발명의 전자셔터(33)를 설계할 때, 영상패널(20)의 표면에 있는 영상패널 편광필름(24)을 전자셔터(33) 후면의 편광필름(23)과 공용하는 것으로 설계함으로써 전자셔터 편광필름(23) 1장을 줄일 수 있어서 추가로 원가절감을 할 수 있다. 또한, 영상패널(20)위에 전자셔터(33)를 부착할 경우에도, 영상패널(20)위에 부착된 TAC 필름(26)의 표면 위에 20미크론 정도의 마이크로스피어(54)를 도포한 후, 전자셔터(33)를 밀착하여 부착하면 뉴튼링이 발생하지 않는다. 이 패러랙스의 형상을 전자셔터 형태로 제작하여 on/off하면, 일반화면과 입체영상 화면을 편안하게 볼 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시 예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 설계변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 설계변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 경우 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.

본 발명에 의한 패러랙스 배리어 방식에 의하면, 투명슬릿부분과 불투명부분의 패턴 형태를 톱니 모양으로 설계하고, 패러랙스 배리어의 피치(S) 설계에 상기의 새로운 수식을 적용함으로써 품질이 좋은 입체영상을 볼 수 있고, 종래의 1/4위상판을 부착하지 않고, 가격이 1/4위상판의 1/3 정도인 TAC 필름을 부착하고, TAC 필름의 표면 위에 20미크론 정도의 마이크로스피어를 도포한 후, 패러랙스 배리어에 밀착하여 부착하면, 뉴튼링이 발생하지 않기 때문에 ３D의 품질을 높일 수 있어 일반화면과 입체영상을 편안하게 볼 수 있다. 또한 패러랙스 배리어의 후면 편광필름을 삭제하고 영상패널의 전면에 편광필름을 공용으로 사용하도록 설계하면 원가절감을 할 수 있소 입체영상의 품질도 우수한 장점이 있다.

Claims

영상패널과, 투명슬릿이 톱니 모양으로 설계된 패러랙스 배리어와, 이 패러랙스 배리어 형상으로 전자셔터 형태로 패러랙스 배리어를 제작하여 ON/OFF함으로써, 일반영상과 입체영상을 간단하게 선택하여 볼 수 있으며, 상기 패러랙스 배리어와 영상패널사이에 색깔의 변화를 방지하는 1/4위상판이 부착된 종래의 입체영상 디스플레이 장치에 있어서,

영상패널(20)의 전면 편광필름(24)을 서로 공용으로 사용하도록 설계하고, 상기 영상패널(20)위에 영상패널(20)로부터 나오는 빛을 산란되지 않게 하기 위해 부착되는 TAC 필름(26)과, 뉴튼링 현상을 방지하기 위하여 상기 TAC 필름(26)의 표면에 20미크론 정도의 마이크로스피어(54)를 도포하고, 패러랙스 배리어(30)의 피치(S)는 패러랙스 배리어(30)가 영상패널(20)의 후방에 배치되는 경우에는 S=2Pk(V+D)/V이고, 패러랙스 배리어(30)가 영상패널(20)의 전방에 배치되는 경우에는 S=2Ph(V-D)/V 로 구성되며, 여기서 S=수평방향의 슬릿 피치, P=수평방향의 서브픽셀(R, L)의 피치, V=서브픽셀(R, L)로부터 관찰자까지의 거리, D=서브픽셀(R, L)로부터 패러랙스 배리어(30)까지의 거리, k는 그 범위가 0.98< k <1.00인 상수이고, h는 그 범위가 1.00 < h <1.02인 상수인 것을 특징으로 하는 입체영상 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 마이크로스피어층(54)은 20 미크론 두께로 도포하는것을 특징으로 하는 입체영상 디스플레이 장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 모아레 패턴으로 인한 광학적인 거부감을 줄이고 입체영상 장치의 성능을 높이기 위하여, 상기 패러랙스 배리어(30)의 투명슬릿은 톱니 모양으로 하되 그 각도는 수직선에 대해 1５도이고, 상하 방향에 대칭이며, 투명슬릿의 폭은 피치（S）의 약 1/2 정도이고, 상하 방향의 투명부분의 피치도 좌우 방향 피치（S）의 약 1/2 정도인 것을 특징으로 하는 입체영상 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 투명슬릿은 톱니 모양으로 설계하되, 개구의 폭을 대응화소의 2개 피치의 45% 이상 넓게 하는 것을 특징으로 하는 입체영상 디스플레이 장치.