KR100658670B1

KR100658670B1 - 입체 영상 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR100658670B1
Application number: KR1020020014065A
Authority: KR
Inventors: 남희; 이장두; 장형욱; 송명섭; 김범식
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2006-12-15
Also published as: KR20030075001A

Abstract

시야각이 넓은 대화면 입체 영상을 구현하는 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 우안 이미지를 스크린의 장, 단축 방향중 어느 한 방향으로 편광시켜 스크린에 투사하는 제1 프로젝터와; 좌안 이미지를 스크린의 장, 단축 방향중 다른 한 방향으로 편광시켜 스크린에 투사하는 제2 프로젝터와; 스크린의 단축 방향을 따라 다수의 반원주형 제1 렌즈를 구비하는 수직 렌티큘라 렌즈와; 수직 렌티큘라 렌즈 다음에 배치되며, 스크린의 단축 방향을 따라 다수의 이미지 분리 셔터를 구비하여 각자의 이미지 분리 셔터에서 스크린의 장, 단축 방향중 어느 한 방향의 편광 이미지를 선별 투과하는 이미지 분리장치와; 이미지 분리장치 다음에 배치되며, 스크린의 장축 방향을 따라 다수의 반원주형 제2 렌즈를 구비하는 수평 렌티큘라 렌즈를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공한다.

입체영상, 프로젝션, 스크린, 렌티큘라렌즈, 프레넬렌즈, 이미지분리, 액정셔터, 편광판

Description

입체 영상 디스플레이 장치 {AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY APPARATUS}

도 1은 본 발명에 의한 입체 영상 디스플레이 장치의 개략도.

도 2는 도 1에 도시한 스크린의 분해 사시도.

도 3은 도 2에 도시한 프레넬 렌즈의 부분 단면도.

도 4는 도 2에 도시한 수직 렌티큘라 렌즈의 부분 단면도.

도 5는 도 2에 도시한 이미지 분리장치의 부분 분해 사시도.

도 6은 도 1에 도시한 스크린을 도면의 X축 방향으로 절개하여 나타낸 부분 단면도.

도 7은 트랙킹 시스템을 적용한 이미지 분리장치의 개략도.

도 8은 도 7에 도시한 이미지 분리 장치 중, 시청자의 위치에 따른 이미지 분리 셔터의 동작 상태를 보여주는 개략도.

본 발명은 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대화면 입체 영상을 용이하게 구현하고, 좌, 우안 이미지를 원하는 방향으로 선별 제공하도록 구성한 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 입체 영상 디스플레이 장치는 시청자가 좌안과 우안으로 다른 이미지를 보게 하여 디스플레이 장치가 구현하는 영상에 거리감과 입체감을 느끼도록 하는 장치로서, 입체 영상을 구현하기 위해서는 디스플레이 장치 자체에서 좌안 이미지와 우안 이미지를 분리 제공해야 한다.

이러한 입체 영상 디스플레이 분야는 주로 액정 디스플레이를 이용하여 상대적으로 작은 크기의 입체 영상을 구현하는데 연구가 집중되었으며, 일례로 미국 특허번호 제5,774,262호가 액정 디스플레이에서 구현된 좌, 우안 이미지를 프리즘을 통해 분리하는 디스플레이 장치를 개시하고 있다.

한편, 최근에는 대화면 입체 영상 구현에 유리한 홀로그래픽 광학 소자(HOE; Holographic Optical Element)를 이용한 입체 영상 디스플레이 장치가 제안되었으며, 이 디스플레이 장치의 스크린에는 입사된 빛을 원하는 방향으로 회절시키는 회절격자가 사용된다.

그러나 상기 홀로그래픽 광학 소자를 사용한 디스플레이 시스템은 빛의 회절 각도가 한정되어 있기 때문에, 시야각이 좁아 시청자의 위치가 자유롭지 못하며, 색의 파장에 따라 회절 각도가 변화하여 화면에 색분리 현상이 나타는 등, 화면 품질이 저하되는 단점을 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 넓은 시야각을 갖는 대화면 입체 영상을 용이하게 구현함과 아울러, 시청자의 위치에 따라 좌, 우안 이미지를 원하는 방향으로 선별 제공하도록 구성한 입체 영 상 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

우안 이미지를 스크린의 장, 단축 방향중 어느 한 방향으로 편광시켜 스크린에 투사하는 제1 프로젝터와, 좌안 이미지를 스크린의 장, 단축 방향중 다른 한 방향으로 편광시켜 스크린에 투사하는 제2 프로젝터와, 스크린의 단축 방향을 따라 다수의 이미지 분리 셔터를 구비하여 각자의 이미지 분리 셔터에서 스크린의 장, 단축 방향중 어느 한 방향의 편광 이미지를 선별 투과하는 이미지 분리장치를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공한다.

상기 이미지 분리장치는 임의의 간격을 두고 대향 배치되는 투명한 제1, 2 기판과, 제1, 2 기판의 내면에 스크린의 단축 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되는 제1, 2 전극과, 제1, 2 기판 내부에 봉입되는 액정과, 제2 기판의 외면에 부착되는 편광판을 포함한다.

상기 액정은 바람직하게 90°의 꼬임각을 갖는 트위스티드 네마틱(TN; Twisted Nematic) 액정으로 이루어지며, 편광판의 편광축은 스크린의 장, 단축 방향중 어느 한 방향과 평행하게 이루어진다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 개략도로서, 입체 영상 디스플레이 장치는 기본적으로 좌, 우안 이미지를 서로 직교하는 방향으 로 편광시켜 스크린에 확대 투사하는 제1, 2 프로젝터(2, 4)와, 스크린에 동시 투사된 좌, 우안 이미지를 선별 투과하는 이미지 분리장치가 내장된 스크린(6)을 포함한다.

상기 제1, 2 프로젝터(2, 4)는 도시하지 않은 디스플레이 장치를 통해 각각 우안 이미지와 좌안 이미지를 구현하며, 일례로 제1 프로젝터(2)에는 스크린(6)의 장축 방향(도면의 X축)과 평행한 편광축을 갖는 편광판(미도시)이, 그리고 제2 프로젝터(4)에는 스크린(6)의 단축 방향(도면의 Y축)과 평행한 편광축을 갖는 편광판(미도시)이 제공된다.

따라서 제1 프로젝터(2)가 스크린(6)의 장축 방향으로 편광된 우안 이미지(실선으로 도시, R)를 스크린(6)에 확대 투사함과 동시에, 제2 프로젝터(4)가 스크린(6)의 단축 방향으로 편광된 좌안 이미지(점선으로 도시, L)를 스크린(6)에 확대 투사한다.

도 2는 도 1에 도시한 스크린의 분해 사시도로서, 제1, 2 프로젝터(2, 4)로부터 좌, 우안 이미지를 제공받는 스크린(6)은 제1, 2 프로젝터(2, 4)에 대향하는 일측에 프레넬 렌즈(8)를 구비하고, 프레넬 렌즈(8) 다음으로 수직 렌티큘라 렌즈(10)와 이미지 분리장치(12) 및 수평 렌티큘라 렌즈(14)를 배열한 구성으로 이루어진다.

먼저, 상기 프레넬 렌즈(8)는 제1, 2 프로젝터(2, 4)에 대향하는 일면에 다수의 띠모양 톱니부(16)를 동심원상으로 배열한 구성으로, 각자의 톱니부(16)가 프리즘 작용을 한다. 이로서 도 3에 도시한 바와 같이 프레넬 렌즈(8)는 집광 렌즈 의 역할을 하여 제1, 2 프로젝터(2, 4)로부터 확대 투사된 빛을 모아 수직 렌티큘라 렌즈(10)에 제공한다.

상기 수직 렌티큘라 렌즈(10)는 프레넬 렌즈(8)에 대향하는 일면에 스크린(6)의 단축 방향(Y축)을 따라 배열된 다수의 반원주형 제1 렌즈(18)를 구비하며, 도 4에 도시한 바와 같이 제1 렌즈(18)를 통해 수직 렌티큘라 렌즈(10)에 제공된 빛을 스크린(6)의 장축 방향(X축)으로 확산시켜 스크린(6)의 장축 방향으로 시야각을 확대시킨다.

이와 같이 프레넬 렌즈(8)와 수직 렌티큘라 렌즈(10)를 통과한 빛은 스크린(6)의 장축 방향(X축)으로 편광된 우안 이미지와 스크린(6)의 단축 방향(Y축)으로 편광된 좌안 이미지가 혼합된 것으로, 수직 렌티큘라 렌즈(10)를 통과한 좌, 우안 이미지는 이미지 분리장치(12)를 통과하면서 좌, 우안 이미지로 분리된다.

도 5는 이미지 분리장치의 부분 분해 사시도로서, 이미지 분리장치(12)는 임의의 간격을 두고 대향 배치되는 제1, 2 기판(20, 22)과, 제1, 2 기판(20, 22)의 내면에 스크린(6)의 단축 방향(Y축)을 따라 라인 패턴으로 형성되는 제1, 2 전극과(24, 26), 제1, 2 기판(20, 22) 내부에 봉입되는 액정(28)과, 제2 기판(22)의 외면에 부착되는 편광판(30)을 포함한다.

상기 이미지 분리장치(12)는 이미지 분리장치(12)에 입사한 빛을 투과시킬 수 있도록 제1, 2 기판(20, 22)이 일례로 투명한 글래스 기판으로 이루어지고, 제1, 2 전극(24, 26)은 투명한 인듐 틴 옥사이드(ITO; Indium Tin Oxide)막으로 이 루어진다. 특히 제1, 2 전극(24, 26)은 액정(28)을 사이로 서로 대향 배치되도록 정렬된다.

상기 제1, 2 기판(20, 22) 내부에 봉입되는 액정(28)은 바람직하게 90°의 꼬임각을 갖는 트위스티드 네마틱(TN; Twisted Nematic) 액정으로, 이 액정 분자들은 전계가 인가되지 않는 경우 90°의 꼬임각을 유지하다가, 전계가 인가되면 꼬임각이 풀려 제1, 2 기판(20, 22)에 수직한 방향으로 정렬하는 특징을 갖는다.

그리고 제2 기판(22) 외면에 부착되는 편광판(30)은 스크린(6)의 장, 단축 방향중 어느 한 방향, 일례로 스크린(6)의 단축 방향(Y축)과 평행한 편광축을 구비하여 이 편광축과 동일한 편광 방향의 빛만을 선택적으로 투과시킨다.

이로서 모든 제2 전극(26)에 그라운드 전압을 인가한 상태에서 어느 하나의 제1 전극(24)에 선택 전압을 인가하면(도면에서 ON으로 표시된 우측의 제1 전극 참조), 액정 분자들이 제1, 2 기판(20, 22)에 수직한 방향으로 정렬하여 스크린(6)의 장축 방향(X축)으로 편광된 우안 이미지(R)와, 스크린(6)의 단축 방향(Y축)으로 편광된 좌안 이미지(L)를 그대로 투과시킨다.

따라서 제2 기판(22)을 통과한 좌, 우안 이미지 가운데 편광판(30)의 편광축과 동일한 편광 방향의 좌안 이미지(L)만이 편광판(30)을 투과하므로, 제1 전극(20)에 선택 전압이 인가된 경우에는 좌안 이미지(L)를 투과하게 된다.

한편, 제1 전극(24)에 선택 전압을 인가하지 않는 경우에는(도면에서 OFF로 표시된 좌측의 제1 전극 참조), 액정 분자들이 90°의 꼬임각을 유지하므로, 스크린(6)의 장축 방향(X축)으로 편광된 우안 이미지(R)는 액정(28)의 꼬임각을 따라 스크린(6)의 단축 방향(Y축)으로 편광축이 변화하고, 스크린(6)의 단축 방향(Y축)으로 편광된 좌안 이미지(L)는 액정(28)의 꼬임각을 따라 스크린(6)의 장축 방향(X축)으로 편광축이 변화한다.

이로서 제2 기판(22)을 통과한 좌, 우안 이미지 가운데 편광판(30)의 편광축과 동일한 편광 방향의 우안 이미지(R)만이 편광판(30)을 투과하므로, 제1 전극(24)에 선택 전압이 인가되지 않는 경우에는 우안 이미지(R)를 투과하게 된다.

이와 같이 이미지 분리장치(12)는 제1 전극(24)의 온/오프에 따라 좌, 우안 이미지를 분리하는바, 상기 편광판(30)과 더불어 한쌍의 제1, 2 전극(24, 26)과 액정(28)이 좌, 우안 이미지를 분리하는 이미지 분리 셔터로 기능하여 각자의 이미지 분리 셔터에서 좌, 우안 이미지를 분리한다.

그리고 도 2에서 이미지 분리장치(12) 다음에 제공되는 수평 렌티큘라 렌즈(14)는 시청자 방향의 일면에 스크린(6)의 장축 방향(X축)을 따라 배열된 다수의 반원주형 제2 렌즈(32)를 구비하여, 제2 렌즈(32)를 통해 수평 렌티큘라 렌즈(14)에 제공된 빛을 스크린(6)의 단축 방향(Y축)으로 확산시켜 상기 단축 방향으로 시야각을 확대시키는 역할을 한다.

도 6은 상기 스크린을 도면의 X축 방향으로 절개하여 나타낸 부분 단면도로서, 스크린 내부를 진행하는 광 경로를 개략적으로 도시하였다.

본 실시예에서 프레넬 렌즈(8) 다음에 배치되는 수직 렌티큘라 렌즈(10)는 바람직하게 제1 렌즈(18)의 폭(W1)이 스크린(6)에 투사되는 좌, 우안 이미지의 화소 폭과 동일하게 이루어져 좌, 우안 이미지의 개개의 화소에 대하여 이 화소의 이 미지를 스크린(6)의 장축 방향(X축)으로 확산시킨다.

더욱이 이미지 분리장치(12)는 제1, 2 전극(24, 26)의 폭(W2, 도 5 참조)이 상기 제1 렌즈(18)의 폭(W1)보다 작게 설정되어 제1 렌즈(18)에 대응하는 영역에 다수의 제1, 2 전극(22, 24), 즉 다수의 이미지 분리 셔터가 위치하도록 한다.

바람직하게 이미지 분리장치(12)는 각각의 제1 렌즈(18)에 대하여 2∼30개의 이미지 분리 셔터를 위치시킨다. 하나의 제1 렌즈(18)에 대해 2개의 이미지 분리 셔터가 위치하는 경우, 고정된 위치에서 한사람이 입체 영상을 시청할 수 있으며, 하나의 제1 렌즈(18)에 대해 30개의 이미지 분리 셔터가 위치하는 경우, 고정된 위치에서 15명이 입체 영상을 시청할 수 있다.

이로서 제1 렌즈(18)에 대응하여 다수개로 구비되는 이미지 분리 셔터는 제1 렌즈(18)에 의해 스크린(6)의 장축 방향(X축)으로 확산되는 한 화소의 빛을 이미지 분리 셔터의 갯수만큼 세분하여, 각 이미지 분리 셔터의 온/오프에 따라 좌, 우안 이미지를 분리 제공한다.

일례로 이미지 분리장치(12)가 스크린(6) 전체에 대해 홀수번째 이미지 분리 셔터를 온(ON)시키고, 짝수번째 이미지 분리 셔터를 오프(OFF)시키는 경우, 이미지 분리장치(12)는 스크린(6) 전면에 좌, 우안 이미지를 교대로 반복 투과하여 입체 영상을 구현한다.

또한, 본 실시예에 의한 입체 영상 디스플레이 장치는 시청자의 위치를 파악하는 트랙킹 기술을 적용하여 이미지 분리장치(12)를 구동함으로써 좌, 우안 이미지를 원하는 방향으로 분리 제공한다.

도 7은 트랙킹 시스템을 적용한 이미지 분리장치의 개략도이고, 도 8은 제1 렌즈의 한 피치에 4개의 이미지 분리 셔터를 적용하는 경우, 사용자의 위치에 따른 이미지 분리 셔터의 동작 상태를 보여주는 개략도이다.

도시한 바와 같이 이미지 분리장치(12)는 시청자의 위치를 파악하는 트랙킹부(34)와, 트랙킹부(34)의 신호에 따라 이미지 분리 셔터를 작동하는 제어부(36)를 포함하며, 이미지 분리장치(12)는 제1 렌즈(18)의 한 피치에 대응하는 이미지 분리 셔터의 개수에 따라 이미지를 4개의 영역(영역 1∼4)으로 분리 제공한다.

이로서 시청자가 위치 1에 위치하여 트랙킹부(34)가 시청자의 위치를 검출하면, 시청자의 왼쪽눈이 영역 1에 존재하므로, 제어부(36)가 4개의 이미지 분리 셔터 가운데 영역 1로 이미지는 제공하는 첫번째 이미지 분리 셔터를 온(ON)시키고, 나머지 3개의 이미지 분리 셔터를 오프(OFF)시킨다. (도 8의 위치 1 참조)

그리고 시청자가 위치 2로 이동하여 트랙킹부(34)가 시청자의 위치를 검출하면, 시청자의 왼쪽눈이 영역 2 이하, 즉 영역 1, 2에 존재하므로, 제어부(36)가 4개의 이미지 분리 셔터 가운데 영역 1, 2로 이미지를 제공하는 첫번째와 두번째 이미지 분리 셔터를 온(ON)시키고, 나머지 2개의 이미지 분리 셔터를 오프(OFF)시킨다. (도 8의 위치 2 참조)

이와 같이 트랙킹부(34)가 시청자의 위치를 파악하여 제어부(36)에 신호를 제공하고, 제어부(36)는 트랙킹부(34)의 신호에 의해 이미지 분리 셔터를 동작시킴에 따라, 움직이는 시청자도 입체 영상을 시청할 수 있다. 또한, 여러명의 시청자가 위치하는 경우, 각 시청자의 위치에 따라 서로 다른 이미지를 제공함으로써 다 시점 입체 영상도 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 시야각이 넓은 대화면 입체 영상을 용이하게 구현하고, 시청자 방향으로 좌, 우안 이미지를 선별하여 제공함으로써 여러명의 시청자가 동시에 시청하는 경우에도 입체 영상을 원하는 위치에서 자유롭게 시청할 수 있는 효과가 있다.

Claims

우안 이미지를 스크린의 장, 단축 방향중 어느 한 방향으로 편광시켜 스크린에 투사하는 제1 프로젝터와;

좌안 이미지를 스크린의 장, 단축 방향중 다른 한 방향으로 편광시켜 스크린에 투사하는 제2 프로젝터와;

스크린의 단축 방향을 따라 다수의 반원주형 제1 렌즈를 구비하여 상기 좌, 우안 이미지를 스크린의 장축 방향으로 확산시키는 수직 렌티큘라 렌즈와;

상기 수직 렌티큘라 렌즈 다음에 배치되며, 스크린의 단축 방향을 따라 다수의 이미지 분리 셔터를 구비하여 각자의 이미지 분리 셔터에서 스크린의 장, 단축 방향중 어느 한 방향의 편광 이미지를 선별 투과하는 이미지 분리장치; 및

상기 이미지 분리장치 다음에 배치되며, 스크린의 장축 방향을 따라 다수의 반원주형 제2 렌즈를 구비하여 이미지 분리장치를 통과한 좌, 우안 이미지를 스크린의 단축 방향으로 확산시키는 수평 렌티큘라 렌즈

를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제1, 2 프로젝터에 대향하는 수직 렌티큘라 렌즈의 일면에 다수의 띠모양 톱니부를 동심원상으로 배열한 프레넬 렌즈가 배치되는 입체 영상 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 수직 렌티큘라 렌즈의 제1 렌즈 폭이 스크린에 투사되는 좌, 우안 이미지의 화소 폭과 동일하게 이루어지는 입체 영상 디스플레이 장치.
제 1항에 있어서,

상기 이미지 분리장치가,

임의의 간격을 두고 대향 배치되는 투명한 제1, 2 기판과;

상기 제1, 2 기판의 내면에 스크린의 단축 방향을 따라 라인 패턴으로 형성되는 제1, 2 전극과;

상기 제1, 2 기판 내부에 봉입되는 액정; 및

상기 제2 기판의 외면에 부착되는 편광판을 포함하며,

상기 편광판과 더불어 액정을 사이로 배열되는 각자의 제1, 2 전극이 하나의 이미지 분리 셔터로 기능하는 입체 영상 디스플레이 장치.
제 4항에 있어서,

상기 제1, 2 전극의 폭이 상기 수직 렌티큘라 렌즈의 제1 렌즈 폭보다 작게 이루어져 상기 제1 렌즈에 대응하는 영역으로 다수의 제1, 2 전극이 위치하는 입체 영상 디스플레이 장치.
제 4항에 있어서,

상기 액정이 90°의 꼬임각을 갖는 트위스티드 네마틱(TN; Twisted Nematic) 액정으로 이루어지는 입체 영상 디스플레이 장치.
제 4항에 있어서,

상기 편광판의 편광축이 스크린의 장, 단축 방향중 어느 한 방향과 평행하게 이루어지는 입체 영상 디스플레이 장치.
제 4항에 있어서,

상기 이미지 분리 셔터가 스크린 전체에 대해 홀수번째 이미지 분리 셔터를 온(ON)시키고, 짝수번째 이미지 분리 셔터를 오프(OFF)시켜 스크린 전면으로 좌, 우안 이미지를 교대로 반복 투과하는 입체 영상 디스플레이 장치.
제 4항에 있어서,

상기 이미지 분리장치가 시청자의 위치를 파악하는 트랙킹부와, 트랙킹부의 신호에 따라 이미지 분리 셔터를 작동하는 제어부를 포함하여 시청자의 위치에 따라 좌, 우안 이미지를 선별 제공하는 입체 영상 디스플레이 장치.