KR100580218B1 - 하나의 프로젝터를 사용한 투사형 3차원 영상 디스플레이장치 - Google Patents

하나의 프로젝터를 사용한 투사형 3차원 영상 디스플레이장치 Download PDF

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Abstract

투사형 3차원 영상 디스플레이 장치가 개시되어 있다.
이 개시된 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치는, 광원; 상기 광원에서 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 하나의 디스플레이 소자; 상기 영상을 시간 순차적으로 쉬프트시키는 영상 쉬프트 부재; 상기 영상을 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛; 상기 영상과 쉬프트된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리시키는 영상 분리부를 가진 스크린;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치는 영상 쉬프트 부재를 구비하여 디스플레이 소자에서 형성된 영상을 시간 순차적으로 쉬프트 시킴으로써 하나의 프로젝터에 의해 3차원 영상을 구현할 수 있도록 한다.

Description

하나의 프로젝터를 사용한 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치{Projection type 3D image display using a single projector}
도 1a는 종래의 패럴렉스-배리어 방식에 의한 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 3차원 영상 디스플레이 장치에 의해 우안 영상과 좌안 영상이 디스플레이된 상태를 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 구성도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 구비된 영상 쉬프트 부재를 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 스크린에 구비되는 영상 분리부의 예들을 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 스크린에 구비되는 영상 분리부로서 액정 배리어가 구비된 경우, 액정 배리어의 작동 상태를 나타낸 것이다.
도 5a는 디스플레이 소자의 필 팩터가 1.0인 상태를, 도 5b는 디스플레이 소자의 필 팩터가 0.5인 상태를 나타낸 것이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 영상 쉬프트 부재에 의해 영상이 쉬프트되기 전과 후를 각각 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 의해 3차원 영상이 디스플레이되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 설명>
100...광원, 105...칼라 필터
110,210...디스플레이 소자, 115,220...영상 쉬프트 부재
117,225...투사 렌즈 유닛, 120,227...스크린
122,230...영상 분리부, 123...렌티큘러 렌즈
124...패럴랙스 배리어, 126...액정 배리어
S...스크린 유닛, 215...편광 변환 스위치
221...프리즘, 222...복굴절 소자
본 발명은 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 프로젝터를 이용하여 3차원 영상을 구현하여 소형화하고, 3차원 영상의 해상도를 향상시킨 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3차원 영상은 사람의 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)가 입체감의 가장 중요한 요인이라고 할 수 있다. 3차원 영상 디스플레이에는 안경을 이용한 디스플레이와 무안경 방식의 디스플레이가 있으며, 무안경 방식의 디스플레이는 안경을 사용하지 않고 좌우 영상을 분리하여 3차원 영상을 얻는 것이다. 무안경 방식에는 예를 들어 패럴렉스 베리어 방식(parallax barrier)과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있다.
패럴렉스 베리어 방식은 좌우 양안이 각각 보아야 할 화상을 교대로 세로 무늬 모양으로 인쇄 또는 사진으로 인화하여 이것을 극히 가느다란 세로 격자열 즉, 베리어를 이용하여 보는 것이다. 이렇게 함으로써, 좌안에 들어올 세로 무늬 화상과 우안에 들어올 세로 무늬 화상이 베리어에 의해 배분되어 좌안과 우안으로 각각 다른 시점(view point)의 화상이 보임으로써 3차원 영상으로 보이는 것이다.
투사형 영상 디스플레이 장치는 디스플레이 소자에서 형성된 영상을 투사렌즈 유닛을 통해 확대하여 스크린에 투사하고, 스크린에 구비된 좌안-우안 영상 분리부에 의해 3차원 영상을 구현한다. 도 1a는 종래의 투사형 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 투사형 영상 디스플레이 장치는 제1 프로젝터(10), 제2 프로젝터(20)를 구비하고, 상기 제1 프로젝터(10)에서 나온 제1영상을 스크린(S)을 통해 우안(RE)으로, 제2 프로젝터(20)에서 나온 제2영상을 스크린(S)을 통해 좌안(LE)으로 분리하여 보냄으로써 3차원 영상을 형성한다.
상기 스크린(S)은 프로젝터에서 나온 영상을 좌안과 우안으로 분리하기 위해 패럴렉스 배리어(25)를 구비한다. 패럴렉스 배리어(25)는 도 1a에 도시된 바와 같이 슬릿(26)과 배리어(27)가 교대로 배열되어 형성되고, 상기 슬릿(26)을 통해 제1 및 제2 프로젝터(10)(20)에서 나온 영상이 좌안 영상과 우안 영상으로 분리되어 3차원 영상이 형성된다.
그런데, 이러한 방식에 의하면, 상기 슬릿(26)을 통해서 영상이 형성되는 한편 상기 배리어(27)를 통해서는 영상이 차단되기 때문에, 도 1b에 도시된 바와 같이 좌안 영상(L)은 슬릿(26)을 통해 예를 들어 짝수 번째 라인에만 형성되는 한편, 홀수 번째 라인에는 상기 배리어(27)에 의해 차단되어 블랙 라인(K)이 형성된다. 또한, 우안 영상(R)은 예를 들어, 상기 슬릿(26)을 통해 홀수 번째 라인에만 형성되는 한편, 짝수 번째 라인에는 영상이 상기 배리어(27)에 의해 차단되어 블랙 라인(K)이 형성된다.
따라서, 디스플레이 전체적으로 해상도가 떨어지고, 3차원 영상의 밝기가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 좌안 영상과 우안 영상을 형성하기 위해 2개의 프로젝터를 사용하기 때문에 부피가 커져 소형화에 대한 소비자의 요구 사항을 만족시킬 수 없다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 3차원 영상의 해상도를 향상시키고, 하나의 프로젝터를 사용하여 3차원 영상을 구현할 수 있도록 하여 소형화된 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치는, 광원; 상기 광원에서 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 하나의 디스플레이 소자; 상기 영상을 시간 순차적으로 쉬프트시키는 영상 쉬프트 부재; 상기 영상을 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛; 상기 영상과 쉬프트된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리시키는 영상 분리부를 가진 스크린;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 영상 분리부는 렌티큘러 렌즈, 플라이아이렌즈 또는 패러랙스-배리어인 것을 특징으로 한다.
상기 영상 분리부는 액정 배리어를 구비하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 전환할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 디스플레이 소자는 LCD 또는 가동 미러 장치인 것을 특징으로 한다.
상기 영상 쉬프트 부재는 회동 가능한 미러로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 영상 쉬프트 부재는 상기 디스플레이 소자의 영상 신호와 같은 주파수로 동작하는 것을 특징으로 한다.
상기 디스플레이 소자와 영상 쉬프트 부재 사이에 입사광의 편광 방향을 선택적으로 변환시키는 편광 변환 스위치가 구비되고, 상기 영상 쉬프트 부재는 상기 편광 변환 스위치를 통과한 광의 편광 방향에 따라 굴절률이 변하여 광을 투과시키거나 굴절시키는 복굴절 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 편광 변환 스위치는 액정 편광 변환기인 것을 특징으로 한다.
상기 편광 변환 스위치는 상기 디스플레이 소자의 영상 신호에 동기되어 on- off 작동되는 것을 특징으로 한다.
상기 복굴절 소자는 방해석 또는 네마틱 액정으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 디스플레이 소자는 영상의 시점 수에 의존하는 필 팩터를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 디스플레이 소자는 필 팩터가 0.5인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치는, 하나의 프로젝터를 이용하여 좌안 영상과 우안 영상을 시간 순차적으로 디스플레이함으로써 입체 영상을 구현한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치는, 도 2a를 참조하면 광원(100)과, 이 광원(100)으로부터 출사된 광을 칼라별로 분리시키는 칼라 필터(105)와, 입사광을 입력된 신호에 따라 처리하여 칼라 영상을 형성하는 디스플레이 소자(110)와, 상기 칼라 영상을 쉬프트시키기 위한 영상 쉬프트 부재(115)와, 상기 칼라 영상을 스크린(S)에 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛(117)을 포함한다.
상기 광원(100)은 광을 생성하는 램프(101)와, 이 램프(101)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(102)을 포함한다. 상기 반사경(102)은 상기 램프(101)의 위치를 일 초점으로 하고, 광이 집속되는 지점을 다른 초점으로 하는 타원경으로 구성될 수 있다. 또는, 상기 램프(101)의 위치를 일 초점으로 하고, 이 램프(101)에서 출사되고 상기 반사경(102)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 된 포물경으로 구성될 수 있다.
상기 칼라 필터(105)와 디스플레이 소자(110) 사이의 광경로 상에는 칼라 필터(105)를 통과한 광이 디스플레이 소자(110)에 평행하게 입사되도록 하는 제1릴레이 렌즈(108)가 구비된다. 또한, 상기 칼라 필터(105)와 상기 제1릴레이 렌즈(108) 사이에 에퍼쳐(107)가 구비되어 상기 광원(100)에서 출사된 광의 단면을 정형한다.
상기 디스플레이 소자(110)에서 반사된 광을 상기 영상 쉬프트 부재(115)를 향해 소정 각도를 가지고 집속되도록 하는 제2 릴레이 렌즈(112)가 구비된다.
상기 디스플레이 소자(110)에서 반사된 광의 축과 상기 영상 쉬프트 부재(115)에서 투사 렌즈 유닛(117)으로 향하는 광의 축이 서로 다른 평면에 위치되어 광이 간섭되지 않도록 한다. 상기 디스플레이 소자(110)는 LCD, FLCD 또는 가동미러장치일 수 있다. LCD는 화소 단위로 박막트랜지스터와 전극이 형성되어 액정에 전계를 가해주는 방식으로 영상을 표시해 준다. 가동 미러 장치는 복수 개의 마이크로미러들이 2차원적으로 배열되고, 마이크로미러마다 독립적으로 회동 가능하게 되어 있다. 마이크로미러의 회동 방향에 따라 입사빔이 투사 렌즈 유닛 쪽을 향해 진행하거나 투사 렌즈 유닛 쪽을 벗어나 진행하게 되어, 결국 마이크로미러가 화소 단위로 on-off 됨으로써 영상이 구현된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 영상 디스플레이 장치에서는 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 영상 쉬프트 부재(115)가 광축에 대해 소정 각도로 기울어지도록 회 동 가능하게 된 미러로 구성될 수 있다. 미설명 부호 117은 영상 쉬프트 부재(115)를 회동시키기 위한 액츄에이터를 나타낸다. 상기 영상 쉬프트 부재(115)의 회동에 따라 입사광의 반사 각도가 변한다. 즉, 영상 쉬프트 부재(115)가 제1위치(p1)에 있을 때, 입사광(Li)이 영상 쉬프트 부재(115)에 입사되어 Lo1 방향으로 출사되고, 영상 쉬프트 부재(115)가 회동되어 제2위치(p2)에 있을 때, 입사광(Li)이 영상 쉬프트 부재(115)에 입사되어 Lo2 방향으로 출사된다. 이와 같이 상기 영상 쉬프트 부재(115)의 회전 운동에 따라 디스플레이 소자(110)에서 형성된 영상이 다른 방향 즉, 다른 각도로 출사된다.
상기 스크린 유닛(S)은 스크린(120)과, 상기 투사 렌즈 유닛(117)을 통해 확대 투사된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리하여 3차원 영상을 형성하는 영상 분리부(122)를 포함한다. 영상 분리부(122)는 렌티큘러 렌즈, 플라이아이 렌즈 또는 패럴랙스-배리어일 수 있다. 또는 영상 분리부는 2차원 영상과 3차원 영상을 스위칭할 수 있는 액정 배리어일 수 있다.
도 3a는 영상 분리부로서 렌티큘러 렌즈(123)가 구비된 예를 도시한 것이다. 상기 렌티큘러 렌즈(123)는 서로 다른 각도로 입사된 광을 각각 다른 초점에 맺히게 함으로써 스크린 유닛(S)에 입사된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리한다. 도 3b는 영상 분리부로서 패럴랙스-배리어(124)가 구비된 예를 도시한 것이다. 상기 패럴랙스-배리어(124)는 슬릿(124a)과 배리어(124b)가 교대로 배열되어 형성되고, 서로 다른 각도로 입사된 광을 상기 슬릿(124a)과 배리어(124b)를 통해 서로 다른 위치에 맺히게 함으로써 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리한다.
상기 렌티큘러 렌즈(123), 패럴랙스-배리어(124) 또는 플라이아이렌즈는 상기 투사 렌즈 유닛(117)을 통해 입사된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리하여 각각 좌안과 우안으로 집속되도록 함으로써 3차원 영상을 형성한다. 이러한 영상 분리부는 3차원 영상만을 구현하며, 2차원 영상으로 전환하지는 못한다.
다음, 도 4a에 도시된 액정 배리어(126)로 된 영상 분리부는 3차원 영상과 2차원 영상을 선택적으로 스위칭할 수 있다. 액정 배리어(126)는 액정에 결합된 전극의 on-off 작동에 의해 슬릿(126a)과 배리어(126b)를 선택적으로 형성할 수 있다. 또한, 액정 배리어(126)의 전극을 전체적으로 off 시켜 도 4b에 도시된 바와 같이 액정 배리어 전체를 슬릿으로 만듦으로써 투사된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리시키지 않고 그대로 통과시킬 수 있다. 그럼으로써 투사 렌즈 유닛(117)을 통과한 영상이 동일하게 좌안과 우안에 맺히어 2차원 영상이 실현된다.
한편, 본 발명에서는 상기 디스플레이 소자(110)의 필 팩터(fill factor)가 0.5인 것이 바람직하다. 필 팩터는 화소(110a) 전체 크기에 대한 유효 화소 크기의 비를 나타낸다. 유효 화소 크기란 영상을 형성하기 위해 실제 사용되는 크기를 나타낸다. 도 5a는 필 팩터가 1.0인 경우를, 도 5b는 필 팩터가 0.5인 경우를 나타낸 것이다. 이때, 디스플레이 소자에 입력되는 영상은 필 팩터가 1.0일 때와 0.5일 때 동일한 신호가 입력되므로 밝기는 다소 저하될 수 있으나 해상도는 저하되지 않는다. 하지만, 밝기의 저하는 광원을 보강하여 해소할 수 있다. 상기 디스플레이 소자(110)의 유효 화소의 배열은 패럴랙스-배리어의 슬릿과 배리어의 형상과 같은 형 상을 가지는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에서는 3차원 영상 구현시 디스플레이 소자(110)의 필 팩터를 조절하여 해상도 저하를 방지하고, 영상 쉬프트 부재(115)를 이용하여 하나의 프로젝터를 이용하여 3차원 영상을 구현할 수 있도록 한다.
다음은 본 발명의 제1실시예에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 작동 원리에 대해 설명한다.
상기 광원(100)에서 출사된 광이 칼라 필터(105)를 통해 칼라 별로 예를 들어, 적색광(R),녹색광(G),청색광(B)이 순차적으로 상기 디스플레이 소자(110)에 입사된다. 디스플레이 소자(110)에서는 입력된 영상 신호에 따라 화소별로 공간 변조되어 영상이 형성된다. 이때, 상기 디스플레이 소자(110)에서 형성된 영상의 필 팩터는 앞서 설명한 바와 같이 0.5이고, 이에 따라 디스플레이 소자(110)에서는 도 5b에 도시된 바와 같은 영상이 형성된다.
디스플레이 소자(110)에서 형성된 영상은 상기 영상 쉬프트 부재(115)를 통해 반사되어 투사 렌즈 유닛(117)을 통해 스크린(S)에 확대 투사되고, 상기 스크린(S)을 통해 시청자의 눈에 전달된다. 이때, 디스플레이 소자(110)에서 필 팩터가 0.5인 영상이 상기 스크린(S)을 통해 전달되어 제1 영상이 형성된다. 제1 영상은 필 팩터가 0.5인 영상이 그대로 전달되어 형성되기 때문에 해상도가 저하되지 않는다. 제1 영상은 도 6a에 도시된 바와 같이 형성될 수 있고, 제1 영상은 예를 들어 우안 영상을 형성할 수 있다. 여기서, 1/T는 디스플레이 소자의 동작 주파수를 나타낸다.
다음, 상기 영상 쉬프트 부재(115)가 회동되어 상기 디스플레이 소자(110)에서 형성된 영상이 쉬프트되어 스크린(S)에 투사된다. 쉬프트된 제2 영상은 도 6b에 도시된 바와 같이 형성된다. 상기 영상 쉬프트 부재(115)는 상기 디스플레이 소자(110)의 영상 신호에 동기되어 동작함으로써 상기 디스플레이 소자(110)의 영상 신호와 같은 주파수로 동작한다. 디스플레이 소자(110)의 영상 신호 처리 주기를 T라고 할 때, 상기 영상 쉬프트 부재(115)의 회동 주기도 T가 되고, 회동 속도는 1/T이 된다. 예를 들어, 상기 디스플레이 소자(110)의 영상 신호 처리 속도가 60Hz일 때 영상 쉬프트 부재(115)가 1/60초 단위로 동작한다. 즉, 디스플레이 소자(110)의 하나의 영상 신호에 대해 상기 영상 쉬프트 부재(115)가 한번의 회동을 함으로써, 하나의 영상 신호에 대해 제1 영상과 제2 영상이 순차적으로 나와 한 프레임의 영상을 구성한다. 상기 제1 영상이 우안 영상(RE)을 형성한다고 할 때, 제2 영상이 좌안 영상(LE)을 형성한다.
도 7은 제1 영상과, 제1 영상이 쉬프트된 제2 영상이 순차적으로 형성되고, 제1 영상과 제2 영상이 합성되어 한 프레임의 3차원 영상을 형성하는 과정을 나타낸 것이다.
상기 영상 쉬프트 부재(115)가 회동되지 않을 때, 디스플레이 소자(110)에서 형성된 영상이 상기 투사 렌즈 유닛(117)을 통해 스크린(S)에 확대 투사되고, 영상 분리부(122)에 의해 우안으로 전달된다. 이어서, 상기 영상 쉬프트 부재(115)가 소정 각도로 회동되어 상기 디스플레이 소자(110)에서 형성된 영상이 쉬프트되어 제2 영상을 형성한다. 쉬프트된 제2 영상은 상기 투사 렌즈 유닛(117)을 통해 스크린 (S)에 확대 투사되고, 영상 분리부(122)에 의해 좌안으로 전달된다. 이와 같이 좌안 영상과 우안 영상이 분리되어 형성됨으로써 3차원 영상이 형성된다.
상기 영상 분리부(122)는 앞서 설명한 바와 같이 렌티큘러 렌즈, 플라이아이렌즈, 패럴랙스-배리어, 또는 액정 배리어일 수 있다. 특히, 영상 분리부가 액정 배리어로 구성되는 경우에는 액정 배리어에 결합된 전극을 on-off 시킴으로써 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 전환할 수 있다.
다음, 본 발명의 제2실시예에 따른 투사형 영상 디스플레이 장치에 대해 도 8을 참조하여 설명한다. 이 디스플레이 장치는 영상을 형성하는 디스플레이 소자(210)와, 상기 디스플레이 소자(210)에서 형성된 영상의 편광 방향을 선택적으로 변환하기 위한 편광 변환 스위치(215)와, 편광 방향에 따라 굴절률이 변하여 입사된 영상을 쉬프트시키는 영상 쉬프트 부재(220)를 포함한다.
상기 디스플레이 소자(210)는 편광 의존형인 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 FLCD(Ferro Liquid Crystal Display)이고, 투과형 또는 반사형일 수 있다. 상기 편광 변환 스위치(215)는 예를 들어 액정 편광 변환기로서 전원을 픽셀별로 선택적으로 인가하여 입사광의 편광 방향을 변환할 수 있다.
상기 영상 쉬프트 부재(220)는 프리즘(221)과 입사광의 편광 방향에 따라 굴절률이 변하는 복굴절 소자(222)를 포함한다. 상기 프리즘(221)과 복굴절 소자(222)는 삼각 기둥 형태를 가지고, 서로 접합되어 있다. 상기 프리즘(221)과 복굴절 소자(222)가 복수 개 구비되고, 어레이 형태로 배열될 수 있다. 또는 하나의 프리즘과 하나의 복굴절 소자로 구성될 수도 있다.
상기 복굴절 소자(222)는 입사광의 편광 방향에 따라 굴절률이 달라지는 성질이 있다. 즉, 상기 복굴절 소자의 결정 광축과 나란한 편광 방향을 가지는 정상 광선은 복굴절 소자의 정상 굴절률에 따라 그대로 투과되며, 복굴절 소자의 결정 광축에 대해 수직인 편광 방향을 가지는 이상 광선은 복굴절 소자의 이상 굴절률에 따라 굴절된다. 따라서, P편광의 광과 S편광의 광이 상기 복굴절 소자(222)를 통과할 때 서로 다른 각도로 굴절된다. 상기 복굴절 소자는 예를 들어, 방해석 또는 네마틱 액정으로 구성된다.
상기 프리즘(221)은 복굴절 소자의 정상 굴절률과 같은 굴절률을 가지며, 정상 광선, 예를 들어 P편광의 광은 상기 프리즘(221)과 복굴절 소자(222)의 경계면에서 굴절없이 투과하여 지나가고, 이상 광선, 예를 들어 S편광의 광은 경계면에서 굴절을 일으킨다.
상기 편광 변환 스위치(215)와 영상 쉬프트 부재(220)의 상호 작용에 의해 제1편광의 광에 따른 제1영상과 제2편광의 광에 따른 제2영상이 시간 순차적으로 형성되어 서로 다른 각도로 투사 렌즈 유닛(225)을 통해 스크린 유닛(S)에 입사된다. 상기 스크린 유닛(S)은 앞서 설명한 바와 같이 스크린(227)과 영상 분리부(230)를 포함한다. 상기 영상 쉬프트 부재(220)에 의해 서로 다른 각도로 입사된 제1영상과 제2영상은 상기 영상 분리부(230)를 통해 각각 우안(RE)과 좌안(LE)에 입사되어 입체 영상을 형성한다. 상기 영상 분리부(230)는 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 것과 같은 구성을 가지므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 특히, 영상 분리부(230)가 액정 배리어로 구성된 경우에는 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 디스플레이할 수 있다.
다음, 도 8에 도시된 디스플레이 장치의 3차원 영상 구현 원리에 대해 설명한다.
상기 디스플레이 소자(210)로부터 출사된 영상은 소정의 제1 편광 방향, 예를 들어 P 편광 방향을 가지고 편광 변환 스위치(215)에 입사된다. 이때, 상기 편광 변환 스위치(215)는 off 되어 상기 제1 편광 방향을 변환시키지 않고 그대로 통과시킨다. 상기 제1 편광 방향이 상기 복굴절 소자(222)의 결정 광축과 나란한 편광 방향을 가진다고 할 때, 제1 편광 방향의 광은 상기 프리즘(221)과 복굴절 소자(222)를 투과한다. 예를 들어, P 편광의 광은 복굴절 소자를 직선으로 투과하고, S 편광의 광은 굴절을 일으켜 투과한다.
굴절 없이 복굴절 소자(222)를 통과한 제1편광의 광에 따른 제1 영상은 투사 렌즈 유닛(225)을 통해 스크린 유닛(S)에 확대 투사되고, 영상 분리부(230)를 통해 예를 들어 우안(RE) 영상을 형성한다. 이어서, 제1 편광방향을 가지는 영상이 상기 편광 변환 스위치(215)에 입사될 때, 상기 편광 변환 스위치(215)가 on되어 편광 방향을 변환시킨다. 상기 편광 변환 스위치(215)에 의해 제1 편광 방향이 제2 편광 방향으로 변환된 영상이 상기 복굴절 소자(222)에 입사된다. 제2 편광 방향, 예를 들어 S편광을 가지는 영상은 복굴절 소자(222)의 결정 광축과 수직한 편광 방향을 가지고 제1 편광의 광과 다른 방향으로 굴절된다. 따라서, 동일한 영상 정보에 따른 영상이 편광 방향에 따라 쉬프트되는 효과를 낸다.
상기 복굴절 소자(222)에 의해 쉬프트된 제2 편광 방향에 따른 제2 영상은 투사 렌즈 유닛(225)을 통해 스크린 유닛(S)에 상기 제1 영상과는 다른 각도로 입사된다. 따라서, 제2 영상은 상기 영상 분리부(230)를 통해 좌안(LE) 영상을 형성한다.
상기 편광 변환 스위치(215)는 디스플레이 소자(210)의 영상 신호에 동기되어 on-off 동작함으로써 상기 디스플레이 소자(210)의 영상 신호와 같은 주파수로 동작한다. 예를 들어, 상기 디스플레이 소자(210)의 영상 신호 처리 속도가 60Hz일 때 편광 변환 스위치(215)가 1/60초 단위로 on-off 동작한다. 즉, 디스플레이 소자(210)의 하나의 영상 신호에 대해 상기 편광 변환 스위치(215)가 한번의 on-off 동작을 함으로써, 하나의 영상 신호에 대해 제1 편광 방향에 따른 영상과 제2 편광 방향에 따른 영상이 순차적으로 나오도록 된다.
상기 편광 변환 스위치(215)가 off일 때, 상기 디스플레이 소자(210)의 영상 신호에 따른 영상이 편광 방향의 변화 없이 상기 복굴절 소자(222)를 투과하여 제1영상을 형성한다. 그리고, 상기 편광 변환 스위치(215)가 on일 때, 상기 디스플레이 소자(210)의 영상 신호에 따른 영상이 편광 방향이 변환되어 상기 복굴절 소자(222)에 입사되고, 복굴절 소자(222)에 의해 굴절되어 제1영상에 비해 쉬프트 된 제2영상을 형성한다.
결과적으로 상기 제1 편광 방향의 우안 영상과 제2 편광 방향의 좌안 영상이 합성되어 한 프레임의 3차원 영상을 형성한다.
본 발명에서는 디스플레이 소자가 가동 미러 장치인 경우에는 제1실시예에서 설명된 회동 가능한 미러를 이용하여 영상을 쉬프트시키고, 디스플레이 소자가 LCD 나 FLCD인 경우에는 제2실시예에서 설명된 편광 변환 스위치와 복굴절 소자를 이용하여 영상을 쉬프트시킴으로써 하나의 디스플레이 소자로 3차원 영상을 구현한다.
본 발명에 따른 투사형 영상 디스플레이 장치는 영상 쉬프트 부재에 의해 하나의 영상 신호에 대한 영상을 쉬프트시켜 복수 시점의 영상을 제공할 수 있다. 상기 예에서는 2개 시점의 영상을 한 세트로 하여 한 프레임의 영상을 구성하는 예를 설명하였지만, 이밖에도 영상 쉬프트 부재의 회전 각도를 조절하여 한 프레임의 영상을 3개 이상의 시점(view point)으로 구성된 영상으로 구성할 수 있다. 그리고, 디스플레이 소자는 시점수에 의존하는 필 팩터를 가지고, 시점에 따른 영상을 시간 순차적으로 스크린에 확대 투사한다. 디스플레이 소자는 필 팩터가 시점수의 역수로 되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 시점수가 2일 때는 디스플레이 소자의 필 팩터는 1/2이고, 시점수가 3일 때는 필 팩터가 1/3인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 영상 쉬프트 부재가 시점수에 따라 소정 각도씩 회전되어 영상을 쉬프트시킨다.
본 발명에 따른 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치는 영상 쉬프트 부재를 구비하여 디스플레이 소자에서 형성된 영상을 시간 순차적으로 쉬프트 시킴으로써 하나의 프로젝터에 의해 3차원 영상을 구현할 수 있도록 한다. 그럼으로써, 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치의 부피를 소형화할 수 있고, 제조 비용도 절감할 수 있다. 또한, 디스플레이 소자의 필 팩터를 0.5로 함으로써 3차원 영상의 디스플레이시에도 해상도가 저하되지 않도록 한다.
더 나아가, 영상 분리기로서 액정 배리어를 구비하여 2차원 영상과 3차원 영 상을 시청자가 원하는 대로 바꿀 수 있도록 할 수 있으며, 3차원 영상을 스크린에 확대 투사함으로써 대형 3차원 영상을 구현할 수 있다.

Claims (14)

  1. 광원;
    상기 광원에서 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 하나의 디스플레이 소자;
    상기 영상을 시간 순차적으로 쉬프트시키는 영상 쉬프트 부재;
    상기 영상을 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛;
    상기 영상과 쉬프트된 영상을 좌안 영상과 우안 영상으로 분리시키는 영상 분리부를 가진 스크린;을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 분리부는 렌티큘러 렌즈, 플라이아이렌즈 또는 패러랙스-배리어인 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 분리부는 액정 배리어를 구비하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 전환할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 소자는 LCD, FLCD 또는 가동 미러 장치인 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 쉬프트 부재는 회동 가능한 미러로 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 영상 쉬프트 부재는 상기 디스플레이 소자의 영상 신호와 같은 주파수로 동작하는 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 소자와 영상 쉬프트 부재 사이에 입사광의 편광 방향을 선택적으로 변환시키는 편광 변환 스위치가 구비되고, 상기 영상 쉬프트 부재는 상기 편광 변환 스위치를 통과한 광의 편광 방향에 따라 굴절률이 변하여 광을 투과시키거나 굴절시키는 복굴절 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 편광 변환 스위치는 액정 편광 변환기인 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 편광 변환 스위치는 상기 디스플레이 소자의 영상 신호에 동기되어 on-off 작동되는 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 복굴절 소자는 방해석 또는 네마틱 액정으로 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 영상 쉬프트 부재는 상기 복굴절 소자에 접합된 프리즘을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 복굴절 소자와 프리즘이 어레이 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
  13. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 소자는 영상의 시점 수에 의존하는 필 팩터를 가지는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 디스플레이 장치.
  14. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 소자는 필 팩터가 0.5인 것을 특징으로 하는 투사형 3차원 영상 디스플레이 장치.
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