KR100728120B1 - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 우안용 이미지에 대응하는 제1 픽셀과 좌안용 이미지에 대응하는 제2 픽셀을 포함하는 제1 이미지 표시부, 제1 이미지 표시부의 일면에 대향 배치되고 복수의 픽셀을 포함하는 제2 이미지 표시부 및 제1 이미지 표시부의 다른 일면에 대향 배치되며, 복수의 렌티큘러 렌즈를 구비하는 렌즈부를 포함한다.
입체영상, 3차원영상, 2D/3D전환, 패럴랙스베리어, 렌티큘러렌즈

Description

입체 영상 표시 장치 {THREE DIMENSIONAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치를 적용한 전자 기기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 부분 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 개략 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치가 입체 영상을 표시하는 경우의 작용을 나타낸 개략 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치가 2차원 영상을 표시하는 경우의 작용을 나타낸 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 개략 단면도이다.
본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패럴랙스 베리어(parallax barrier)를 사용하는 오토스테레오스코피(autostereoscopy) 방식의 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
입체 영상 표시 장치는 사용자의 좌안과 우안에 서로 다른 이미지를 제공하여 사용자가 보는 영상에 거리감과 입체감을 느끼도록 하는 장치로서, 여기에는 사용자가 편광 안경과 같은 보조 장치를 착용하는 스테레오스코피 방식과 이와 같은 보조 장치 없이 입체 영상을 감상할 수 있는 오토스테레오스코피 방식이 있다.
최근에는 장치 사용자가 편광 안경과 같은 장비를 착용하지 않고도 입체 영상을 시청할 수 있는 오토스테레오스코피 방식이 활발히 개발되고 있다.
통상의 오토스테레오스코피 장치는 이미지 표시부 전면에 패럴랙스 베리어, 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 또는 마이크로렌즈 어레이(microlens array) 등을 구비하여 이미지 표시부에서 구현된 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 각각 사용자의 좌안 방향과 우안 방향으로 공간 분할하는 방식을 채택하고 있다.
이 중, 패럴랙스 베리어는 투과형 액정 표시소자를 응용한 액정 셔터로 제작될 수 있으며, 이 경우 2차원 모드와 3차원 모드의 변환이 가능한 장점이 있어 랩탑 컴퓨터나 모바일 폰 등에 용이하게 적용될 수 있다.
일반적으로, 패럴랙스 베리어는 스트라이프 형상의 광 차단부들과 광 투과부들을 구비한다. 이에 따라 이미지 표시부의 우안용 서브 픽셀들에서 구현된 우안 이미지는 패럴랙스 베리어의 광 투과부를 거쳐 사용자의 우안에 제공되고, 이미지 표시부의 좌안용 서브 픽셀들에서 구현된 좌안 이미지는 패럴랙스 베리어의 광 투과부를 거쳐 사용자의 좌안에 제공된다. 이로써 사용자는 이미지 표시부에서 구현 되는 영상을 입체 영상으로 인식하게 된다.
또한, 패럴랙스 베리어가 노말리 화이트 모드의 액정 셔터로 형성되는 경우, 필요에 따라 이미지 표시부의 픽셀들에 2차원 영상 신호를 입력하고, 액정 셔터 전체를 오프(off)시켜 2차원 영상 모드를 구현할 수 있다.
그러나 패럴랙스 베리어는 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 분리하기 위한광 차단부를 구비하므로 낮은 개구율을 갖게 된다. 이에 따라 패럴랙스 베리어 방식의 입체 영상 표시 장치에 의해 제공되는 입체 영상은 2차원 영상을 표시하는 경우에 비해 휘도가 크게 감소하는 문제가 있다.
한편, 렌티큘러 렌즈를 이용한 입체 영상 표시 장치는 반원통형으로 형성되는 복수의 렌즈가 형성된 기판을 이미지 표시부의 전면에 렌티큘러 렌즈의 초점 거리만큼 이격하여 배치한다. 이때, 이미지 표시부에서는 사용자의 좌안에 대응하는 이미지와 우안에 대응하는 이미지를 제공한다. 이와 같이 이미지 표시부에서 제공된 좌안용 이미지와 우안용 이미지는 복수의 렌즈에 의해 굴절되어 각각 사용자의 좌안과 우안 방향으로 분리된다.
이러한 렌티큘러 렌즈에 의해 제공되는 입체 영상은 전술한 패럴랙스 베리어에 의해 제공되는 입체 영상에 비해 휘도가 우수하다. 또한, 렌티큘러 렌즈는 패럴랙스 베리어에 비해 간단한 장치로 이루어지므로 이를 사용하여 비교적 쉽게 입체 영상을 구현할 수 있다.
이와 같은 렌티큘러 렌즈 방식의 입체 영상 표시 장치는 품질이 우수한 입체 영상을 쉽게 얻을 수 있으나, 액정 셔터를 이용한 패럴랙스 방식의 입체 영상 표시 장치와는 달리 사용자의 필요에 따라 2차원 모드로 전환하기 어려운 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 고휘도를 갖는 입체 영상을 구현하고, 입체 영상 모드와 2차원 영상 모드로의 전환이 자유로운 입체 영상 표시 장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는
우안용 이미지에 대응하는 제1 픽셀과 좌안용 이미지에 대응하는 제2 픽셀을 포함하는 제1 이미지 표시부, 제1 이미지 표시부의 일면에 대향 배치되고 복수의 픽셀을 포함하는 제2 이미지 표시부 및 제1 이미지 표시부의 다른 일면에 대향 배치되며, 복수의 렌티큘러 렌즈를 구비하는 렌즈부를 포함한다.
이때, 제1 이미지 표시부는 렌즈부와 렌티큘러 렌즈의 초점 거리만큼 이격되어 배치되며, 제2 이미지 표시부는 렌즈부와 렌티큘러 렌즈의 초점 거리의 2배 이상 이격되어 배치될 수 있고, 제2 이미지 표시부는 렌즈부와 렌티큘러 렌즈의 초점 거리의 2배만큼 이격되어 배치될 수 있다.
이 경우, 제1 이미지 표시부의 서로 인접하는 한 쌍의 제1 픽셀 및 제2 픽셀마다 하나의 렌티큘러 렌즈가 대응 배치될 수 있다.
또한, 렌즈부는 평탄면과 렌티큘러 렌즈의 곡률에 따른 비평탄면을 포함하고, 비평탄면이 제1 이미지 표시부와 대향하도록 배치되거나 평탄면이 제1 이미지 표시부와 대향하도록 배치될 수 있다.
이 경우, 입체 영상 표시 장치가 2차원의 영상을 표시하는 경우에는 제1 이미지 표시부는 오프(off) 상태가 되고, 제2 이미지 표시부가 온(on) 상태가 되며, 입체 영상 표시 장치가 3차원의 영상을 표시하는 경우에는 제1 이미지 표시부는 온(on) 상태가 되고, 제2 이미지 표시부가 온(off) 상태가 될 수 있다.
한편, 제1 이미지 표시부 및 제2 이미지 표시부는 액정 표시 패널이고, 백라이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 이미지 표시부 및 제2 이미지 표시부는 노말리 화이트(normally white) 모드의 액정 표시 패널일 수 있다.
또한, 제1 이미지 표시부 및 제2 이미지 표시부는 유기 전계 발광 표시 장치일 수 있다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(100)가 적용된 전자 기기(1)를 도시하였다. 도면에서는 일례로 모바일 폰을 도시하였으나, 본 발명에 의한 입체 영상 표시 장치는 피디에이(PDA; personal digital assistants)와 같은 소형기기 및 랩탑 컴퓨터, 노트북 등에 적용이 가능하다. 이하에서 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(100)의 부분 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(100)의 단면도이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(100)는 우안 이미지에 대응하는 제1 픽셀들(12)과 좌안 이미지에 대응하는 제2 픽셀들(14)이 임의의 패턴을 가지고 형성되는 제1 이미지 표시부(10)와, 제1 이미지 표시부(10)의 어느 일면에 배치되고 복수의 픽셀들(22)을 구비하는 제2 이미지 표시부(20), 제1 이미지 표시부(10)의 다른 일면에 배치되며 제1 이미지 표시부(10)에서 구현된 좌안 이미지와 우안 이미지를 공간 분할하는 복수의 렌티큘러 렌즈(32)를 구비하는 렌즈부(30)를 포함한다.
제1 이미지 표시부(10) 및 제2 이미지 표시부(20)에는 하나의 픽셀을 구성하는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브 픽셀들(미도시)이 제1 이미지 표시부(10)의 제1 방향(도면의 X축 방향)을 따라 반복 배치되어 있다. 이때, 이미지 표시부의 제1 방향과 수직한 제2 방향(도면의 Y축 방향)을 따라서는 같은 색의 서브 픽셀들이 위치한다.
이러한 제1 이미지 표시부(10) 및 제2 이미지 표시부(20)로는 액정 표시 소자(LCD) 및 유기전계 발광소자(OLED) 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 본 제1 실시예에서는 일례로 제1 이미지 표시부(10) 및 제2 이미지 표시부(20)가 노말리 화이트 모드의 액정 표시 소자로 이루어지고, 입체 영상 표시 장치는 백라이트(back light, 40)를 구비한다.
한편, 도시한 바와 같이, 렌즈부(30)는 그 일면에 복수개의 반원통형 또는 이와 광학적으로 등가인 렌티큘러 렌즈(32)를 구비하는 비평탄면(32a)을 갖는다. 이때, 복수 개의 렌티큘러 렌즈(32)는 일정한 초점 거리(f)를 갖는다. 또한, 렌즈부(30)의 다른 일면은 평탄면(32b)으로 이루어진다. 이 경우, 렌즈부(30)는 전술한 비평탄면(32a)이 입체 영상을 감상하는 사용자 방향(도면의 Z방향)을 향하고, 평탄면(32b)이 제1 이미지 표시부(10) 및 제2 이미지 표시부(20) 방향(도면의 -Z방향)을 향하도록 배치된다.
또한, 렌즈부(30)는 전술한 제1 이미지 표시부(10)와는 렌티큘러 렌즈(32)의 초점 거리(f)만큼 이격되어 배치되고, 제2 이미지 표시부(20)와는 렌티큘러 렌즈(32)의 초점 거리(f)의 2배 이상((2+n)f, n은 0이상의 정수) 이격되어 배치될 수 있다. 좀더 구체적으로 렌즈부(30)와 제1 이미지 표시부(10) 및 제2 이미지 표시부(20) 사이의 거리는 각각 제1 이미지 표시부(10)의 표면으로부터 렌즈부(30)의 렌티큘러 렌즈(32)의 곡률이 시작되는 면(A)까지의 거리(f) 및 제2 이미지 표시부(20)의 표면으로부터 렌즈부(30)의 렌티큘러 렌즈(32)의 곡률이 시작되는 면(A)까지의 거리(2f)가 된다.
도 3에는 일례로, 렌즈부(30)가 제2 이미지 표시부(20)와 렌티큘러 렌즈(32)의 초점 거리의 2배만큼 이격되어 배치되는 구성을 도시하였다.
이 경우, 한 쌍의 제1 픽셀(12) 및 제2 픽셀(14)마다 하나의 렌티큘러 렌즈(32)가 대응하여 배치된다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 입체 영상 모드 및 2차원 영상 모드에서의 작용을 설명하도록 한다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(100)가 입체 영상 모드인 경우를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 입체 영상 모드에서 제1 이미지 표시부(10)는 온(on) 상태를 유지하면서 영상 신호 처리부(미도시)로부터 픽셀 단위로 제공되는 우안 영상 신호와 좌안 영상 신호에 의해 우안 이미지와 좌안 이미지를 표시한다. 여기서 우안 영상 신호와 좌안 영상 신호는 제1 방향(도면의 X축 방향)을 따라 배열된 픽셀들에 교대로 반복 대응하여 제공될 수 있다. 이때, 제2 이미지 표시부(20)는 오프(off) 상태를 유지한다.
이때, 백라이트(40)에서는 노말리 화이트 모드의 액정 표시 소자인 제2 이미지 표시부(20)를 투과여, 제1 이미지 표시부(10)의 제1 및 제2 픽셀(12, 14)에서 각각 우안용 및 좌안용 이미지를 형성하기 위한 빛을 제공한다.
전술한 바와 같이, 제1 이미지 표시부(10)는 각 렌티큘러 렌즈(32)의 초점 거리(f)만큼 이격되어 있으므로, 제1 픽셀(12)에서 표시되는 빛은 렌티큘러 렌즈(32)에 의해 굴절되어 사용자의 우안 방향으로 이동한다. 또한, 제2 픽셀(14)에서 표시되는 빛은 렌티큘러 렌즈(32)에 의해 굴절되어 사용자의 좌안 방향으로 이동한다. 이에 따라 사용자는 입체 영상을 감상하게 된다.
도 4b에는 2차원 영상 모드에서의 본 발명의 제1 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(100)의 작용을 도시하였다. 도시한 바와 같이, 2차원 영상 모드에서 제1 이미지 표시부(10)는 오프 상태가 되고, 제2 이미지 표시부(20)는 온 상태가 된다. 이 경우, 제2 이미지 표시부(20)의 픽셀들(22)에는 상기한 영상 신호 처리부로부터 제공된2차원 영상 신호가 입력되어 2차원 영상이 표시된다.
이 경우, 백라이트(40)로부터 나오는 빛은 온 상태인 제2 이미지 표시부(20)로 제공되어 제2 이미지 표시부(20)의 픽셀(22)로부터 이미지가 형성되도록하고, 오프 상태인 노말리 화이트 모드의 액정 표시 소자인 제1 이미지 표시부(10) 및 렌즈부(30)를 투과한다.
제2 이미지 표시부(20)의 픽셀(22)은 렌즈부(30)와 렌티큘러 렌즈(32)의 초 점 거리의 2배(2f)만큼 이격되어 있어 사용자의 양안 거리만큼 좌안용 이미지와 우안용 이미지를 분리하지 못한다. 즉, 2D 모드에서는 사용자의 좌안 또는 우안 중 어느 하나, 예를 들어 우안에서 어느 한 렌티큘러 렌즈(32)를 바라본다고 가정할 때, 그 렌테큘러 렌즈(32)에 대응하는 2개의 픽셀들(22)에서 나오는 빛이 모두 사용자의 우안으로 들어가게 된다. 이에 따라 렌티큘러 렌즈(32)는 제2 이미지 표시부(20)에 대하여는 이미지를 분리하지 않고, 이미지를 그대로 투과하는 효과를 갖게 된다. 따라서 사용자는 2차원의 영상을 감상할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(200)의 개략 단면도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 제1 실시예와 마찬가지로 제1 이미지 표시부(10) 및 제2 이미지 표시부(20)와 렌즈부(30) 및 액정 표시 패널로 이루어지는 제1 이미지 표시부(10) 및 제2 이미지 표시부(20)의 광원이 되는 백라이트(40)을 포함한다.
이 경우에도 제1 이미지 표시부(10)는 렌즈부(30)와 렌티큘러 렌즈(32)의 초점 거리(f)만큼 이격되고, 제2 이미지 표시부(20)는 렌즈부(30)와 렌티큘러 렌즈(32)의 초점 거리의 2배 이상, 도면에서는 2배(2f)만큼 이격되도록 배치된다. 또한, 렌즈부(30)는 그 일면에 복수개의 반원통형 또는 이와 광학적으로 등가인 렌티큘러 렌즈(32)를 구비하는 비평탄면(32a)을 가지며, 다른 일면에 평탄면(32b)을 갖는다.
다만, 이 경우에는 렌즈부(30)의 평탄면(32b)이 사용자 방향(도면의 Z방향)으로 향하고, 비평탄면(32a)이 제1 이미지 표시부(10) 및 제2 이미지 표시부(20)를 향하도록 배치된다. 이 경우, 본 발명의 제2 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치(200)의 작용은 전술한 제1 실시예에서의 작용과 동일하므로 설명을 생략한다.
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 따른 입체 영상 표시 장치는 렌티큘러 렌즈를 사용하여 2차원 영상을 표시할 때와 같은 고휘도를 갖는 3차원 영상을 표시하고, 사용자의 필요에 따라 쉽게 2차원 영상 모드와 3차원 영상 모드로 변환이 가능하다.

Claims (10)

  1. 우안용 이미지에 대응하는 제1 픽셀과 좌안용 이미지에 대응하는 제2 픽셀을 포함하는 제1 이미지 표시부;
    상기 제1 이미지 표시부의 일면에 대향 배치되고 복수의 픽셀을 포함하는 제2 이미지 표시부; 및
    상기 제1 이미지 표시부의 다른 일면에 대향 배치되며, 복수의 렌티큘러 렌즈를 구비하는 렌즈부
    를 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 이미지 표시부는 상기 렌즈부와 상기 렌티큘러 렌즈의 초점 거리만큼 이격되어 배치되며,
    상기 제2 이미지 표시부는 상기 렌즈부와 상기 렌티큘러 렌즈의 초점 거리의 2배 이상 이격되어 배치되는 입체 영상 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 이미지 표시부는 상기 렌즈부와 상기 렌티큘러 렌즈의 초점 거리의 2배만큼 이격되어 배치되는 입체 영상 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 이미지 표시부의 서로 인접하는 한 쌍의 상기 제1 픽셀 및 제2 픽셀마다 하나의 상기 렌티큘러 렌즈가 대응 배치되는 입체 영상 표시 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 평탄면과 상기 렌티큘러 렌즈의 곡률에 따른 비평탄면을 포함하고,
    상기 렌즈부는 상기 비평탄면이 상기 제1 이미지 표시부와 대향하도록 배치되는 입체 영상 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 평탄면과 상기 레티큘러 렌즈의 곡률에 따른 비평탄면을 포함하고,
    상기 렌즈부는 상기 평탄면이 상기 제1 이미지 표시부와 대향하도록 배치되는 입체 영상 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 입체 영상 표시 장치가 2차원의 영상을 표시하는 경우에는 상기 제1 이미지 표시부는 오프(off) 상태가 되고, 상기 제2 이미지 표시부가 온(on) 상태가 되며,
    상기 입체 영상 표시 장치가 3차원의 영상을 표시하는 경우에는 상기 제1 이미지 표시부는 온(on) 상태가 되고, 상기 제2 이미지 표시부가 온(off) 상태가 되는 입체 영상 표시 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 이미지 표시부 및 상기 제2 이미지 표시부는 액정 표시 패널이고,
    백라이트를 더 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 이미지 표시부 및 상기 제2 이미지 표시부는 노말리 화이트(normally white) 모드의 액정 표시 패널인 입체 영상 표시 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 이미지 표시부 및 제2 이미지 표시부는 유기 전계 발광 표시 장치인 입체 영상 표시 장치.
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