KR101082846B1 - 3ｄ 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시분할 방식으로 영상 패널로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 주기적으로 변화시켜 다수의 관찰 지점에 입체 영상을 관찰할 수 있도록 하는 3D 디스플레이 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은 좌안 영상에 대응하는 다수의 제 1 화소와 우안 영상에 대응하는 다수의 제 2 화소가 교대로 배치된 영상 패널과, 영상 패널과 소정 거리 이격 배치되며, 전기적인 신호에 의해 영상 패널로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 주기적으로 변화시켜 다수의 관찰 지점에 입체 영상을 제공하는 시점 변이형 패럴랙스 배리어를 포함한다.

Description

3Ｄ 디스플레이 장치{3D DISPLAY PPARATUS}
본 발명은 3D 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 시분할 방식으로 영상 패널로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 주기적으로 변화시켜 다수의 관찰 지점에 입체 영상을 관찰할 수 있도록 하는 3D 디스플레이 장치에 관한 것이다.
3D(3차원, 입체) 디스플레이란, 스테레오스코픽(stereoscopic) 기술을 적용하여 2차원 영상에 깊이 정보를 부가하고, 이 깊이 정보를 이용하여 관찰자가 3차원 영상의 깊이감 및 생동감을 느낄 수 있게 하는 기술이다.
3D 디스플레이 방식은 양안 시차 원리를 이용해 입체영상을 표시하는 것으로서, 좌측 영상과 우측 영상을 각각 분리한 후에 이를 동시에 디스플레이함으로써 관찰자가 3차원 영상으로 인식하도록 하는 것이다.
이러한 3D 디스플레이 방식은 크게 안경 방식과 무안경 방식으로 나누어지고, 안경방식에는 편광의 진동방향 또는 회전방향을 이용한 편광안경 방식과, 좌우 화상을 서로 전환시켜 가면서 교대로 통과시키는 액정셔터방식 등이 있고, 무안경식 방식에는 반원통형 렌즈를 배열한 렌티큘러판(lenticular plate)을 이용하는 렌티큘러(lenticular) 방식과, 좌우안에 해당하는 각각의 화상 앞에 세로격자 모양의 개구(Aperture)를 통하여 화상을 분리하여 관찰할 수 있게 하는 패럴랙스(parallax) 방식 등이 있다.
그런데, 특수안경에 의한 입체화상 디스플레이 방식은 많은 인원이 입체영상을 즐길 수 있으나 , 별도의 편광안경 또는 액정 셔터 안경을 착용해야 하는 단점이 있어 최근에는 무안경 방식이 널리 이용되고 있으며 그 중 패럴랙스-배리어(parallax barrier) 방식을 많이 채택하고 있다.
도 1은 종래의 패럴랙스-배리어 방식의 3D 디스플레이 장치를 이용한 3차원 영상 구현 방법을 설명하기 위한 참조도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 3D 디스플레이 장치는 다수의 제 1 화소(left)로 이루어진 좌안 영상과 다수의 제 2 화소(right)로 이루어진 우안 영상을 표시하는 영상 패널(100)과, 영상 패널(100)로부터 출사되는 빛이 투과하는 투광부(210)와 빛을 차광부(220)가 반복 배열된 배리어 패널(200)로 이루어진다.
이에 관찰자는 배리어 패널(200)의 투광부(210)를 통해 영상 패널(100)에 구현된 영상을 보게 되는데, 관찰자의 좌안(L)과 우안(R)은 동일한 투광부(210)를 투과한 좌안 영상과 우안 영상을 동시에 보게 된다. 즉, 도 1에서 좌안(L)은 영상패널(100)에서 좌안 영상에 대응하는 제 1 화소(left)를 보게 되고, 우안(R)은 영상패널(100)에서 우안 영상에 대응하는 제 2 화소(right)를 보게 되므로 입체감을 느끼게 된다.
그런데, 종래 기술에 따른 패럴랙스-배리어 방식의 3D 디스플레이 장치는 관찰자의 시점이 변화할 경우 입체 영상이 명확하지 않게 되는 문제가 있다. 이를 개선하기 위해 여러 개 시점의 좌우 영상을 동시에 보여주는 방식이 제안된바 이 기술의 경우 해상도가 줄어들고 다 시점으로 구현할 수 있는 영상의 개수가 제한적인 단점이 있다.
배경기술의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 광도파부를 시분할 방식으로 주기적으로 변화시켜 영상 패널로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 빠르게 변화시킴으로써, 다수의 관찰 지점에 입체 영상을 관찰할 수 있도록 하는 3D 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
과제를 해결하기 위한 본 발명은 좌안 영상에 대응하는 다수의 제 1 화소와 우안 영상에 대응하는 다수의 제 2 화소가 교대로 배치된 영상 패널과, 영상 패널과 소정 거리 이격 배치되며, 전기적인 신호에 의해 영상 패널로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 주기적으로 변화시켜 다수의 관찰 지점에 입체 영상을 제공하는 시점 변이형 패럴랙스 배리어를 포함한다.
시점 변이형 패럴랙스 배리어는 상기 관찰 지점의 개수와 상기 영상 패널에 표시되는 영상의 프레임 주파수의 곱에 해당하는 주파수로 상기 광의 화각을 변화시키는 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 장치.
그리고, 시점 변이형 패럴랙스 배리어는 투명 기판과, 투명 기판 일면에 배치되며, 영상 패널로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 주기적으로 변화시키는 다수의 광도파부와, 다수의 광도파부들 사이에 형성된 차광부를 갖는 패럴랙스 배리어를 포함한다.
여기서, 광도파부는 투명 기판의 상면과 이격 설치되고, 전후 단부가 투명 기판에 연결되며 영상 패널에서 입사되는 광을 일면으로 출사시키는 광도파부재와, 광도파부재의 좌우측에 각각 배치되고, 전자기력을 이용하여 광도파부재의 회동을 제어하는 회동 제어 부재를 포함할 수 있다.
또는, 광도파부는 투명기판의 일면에 배치되며 인가되는 전압의 극성에 따라 서로 다른 방향으로 전단 변형을 일으키는 압전소자와, 압전소자의 양측에 배치되어 전압 인가시 압전소자의 전단변형을 유도하는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함함할 수 있다.
본 발명에 따르면 다수의 관찰 지점에서 입체 영상을 관찰할 수 있도록 함으로써 입체 영상의 품질과 관찰 자유도를 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 패럴랙스-배리어 방식의 3D 디스플레이 장치를 이용한 3차원 영상 구현 방법을 설명하기 위한 참조도.
도 2는 본 발명에 따른 3D 디스플레이 장치 구성도.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 시점 변이형 패럴랙스 배리어의 화각을 조절한 상태를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광도파부의 사시도.
도 5는 도 4의 A-A'선 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광도파부의 사시도.
도 7은 도 6의 B-B'선 단면도.
도 8은 도 6의 압전소자의 전단변형 특성을 나타낸 참조도.
도 2는 본 발명에 따른 3D 디스플레이 장치 구성도이고, 도 3a 내지 도 3c는 도 2의 시점 변이형 패럴랙스 배리어의 화각을 조절한 상태를 도시한 구성도로서, 본 발명은 시 분할 방식으로 영상 패널에서 출사되는 광의 화각을 빠르게 변화시킴으로써 다수의 관찰 시점에서 선명한 입체 영상을 관찰할 수 있도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 3D 디스플레이 장치는 영상 패널(10)과, 시점 변이형 패럴랙스 배리어(20)를 포함한다.
여기서, 영상 패널(10)은 좌안 영상에 대응하는 다수의 제 1 화소(11)와 우안 영상에 대응하는 다수의 제 2 화소(12)가 교대로 배치되며, 제 1 화소(11)와 제 2 화소(12)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브 픽셀들로 구성된다. 이러한 영상 패널(10)로는 음극선관(CRT), 액정 표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 전계 방출 표시 장치(FED) 및 유기전계 발광소자(OLED)와 같은 표시 장치가 이용될 수 있다.
시점 변이형 패럴랙스 배리어(20)는 다수의 관찰 지점에서 입체 영상을 관찰할 수 있도록 하는 것으로서, 영상 패널(10)과 소정 거리 이격 배치되며 전기적인 신호에 따라 영상 패널(10)로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 주기적으로 빠르게 변화시킨다. 여기서, 시점 변이형 패럴랙스 배리어(20)는 투명 기판(21)과, 다수의 광도파부(22) 및 차광부(23)로 이루어진다.
투명 기판(21)은 영상 패널(10)과 일정 거리 이격 설치되고, 다수의 광도파부(22)는 투명 기판(21)의 일면에 배치되어 전기적인 신호에 따라 영상 패널(10)로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 주기적으로 변화시키며, 차광부(23)는 다수의 광도파부(22)들 사이에 형성되어 영상 패널(10)로부터 입사된 광을 차단하는 것으로서, 광도파부에 대한 구체적인 구성은 후술하는 도 4 내지 도 8에서 설명하도록 한다.
이때, 시점 변이형 패럴랙스 배리어(20)는 관찰 지점의 개수와 영상 패널에 표시되는 영상의 프레임 주파수의 곱에 해당하는 주파수로 광의 화각을 변화시킨다. 즉, 영상 패널(10)에는 관찰자(30)가 인지할 수 있는 주파수로 영상이 표시되므로, 예를 들어 영상 패널(10)의 프레임 주파수가 30Hz이고 관찰자가 3명일 경우 90Hz(30Hz*3)로 구동함으로써 3명의 관찰자가 모두 3차원 영상을 관찰할 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 3D 디스플레이 장치는 시점 변이형 패럴랙스 배리어(20)가 시분할 방식으로 입사광의 화각을 빠르게 변화시켜 출사시킴에 따라 모든 관찰 지점에서 3차원 영상을 관찰할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광도파부의 사시도이고, 도 5는 도 4의 A-A'선 단면도로서, 광도파부(22)는 광도파부재(221)와, 회동 제어 부재(222)를 포함한다.
여기서, 광도파부재(221)는 투명 기판(21)의 상면과 이격 설치되어 영상 패널(10)에서 입사되는 광을 일면 즉, 관찰자(30) 방향으로 출사시키는 역할을 하는 것으로서, 광도파부재(221)의 전후 단부는 투명 기판(21)에 연결되고 투명 기판(21)과 광도파부재(221) 사이에는 에어 갭(G)이 형성된다.
회동 제어 부재(222)는 전자기력을 이용하여 광도파부재(221)의 회동을 제어하는 것으로서, 광도파부재(221)의 좌우측에 각각 배치되며 서로 다른 방향으로 전류가 인가되는 제 1 전자석(222a)과 제 2 전자석(222b)을 포함한다.
여기서, 제 1 전자석(222a)과 제 2 전자석(222b)에 각각 서로 다른 방향으로 전류를 인가하면 제 1 전자석(222a)과 제 2 전자석(222b) 사이에는 전자기력이 형성된다. 이와 같이 제 1 전자석(222a)과 제 2 전자석(222b) 사이에 전자기력이 형성되면, 제 1 전자석(222a)과 제 2 전자석(222b) 사이에 위치하는 광도파부재(221)가 전자기력에 의한 영향을 받아 전자기력의 방향에 따라 전후 단부를 회동축으로 하여 회동하게 된다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예는 제 1 전자석(222a)과 제 2 전자석(222b)에 인가되는 전류의 방향을 주기적으로 바꿔 광도파부재(221)가 일정 각도 내에서 주기적으로 회동함으로써 영상 패널(10)로부터 입사된 광의 화각을 주기적으로 변화시키도록 한다. 이때, 도면에는 제 1 전자석(222a)과 제 2 전자석(222b)이 차광부(23)의 상부에 배치된 것으로 도시하였으나, 다른 실시예를 통해 차광부(23)의 하부에 배치되는 것으로 변형될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광도파부의 사시도이고, 도 7은 도 6의 B-B'선 단면도로서, 광도파부(22)는 압전소자(223)와 제 1 전극(224a) 및 제 2 전극을 포함한다.
여기서, 압전소자(223)는 투명기판(21)의 일면에 형성된 홈부(211)에 삽입 배치되며 인가되는 전압의 극성에 따라 서로 다른 방향으로 전단 변형을 일으키는 것으로서, 압전소자가 일정 각도 내에서 주기적으로 전단변형됨에 따라 영상 패널로부터 입사된 광의 굴절각이 주기적으로 변화되어 출사된다.
그리고, 제 1 전극(224a) 및 제 2 전극(224b)은 압전소자(223)의 양측에 배치되어 전압 인가시 압전소자(223)의 전단변형을 유도하는 것으로서, 도 8에 압전소자의 전단 변형 특성이 나타나 있다.
도 8을 참조하면, (a)는 전압이 인가되지 않았을 경우를 나타낸 것으로서, 압전소자(223)에는 아무런 전단변형 특징이 나타나지 않는다. 그리고, (b)는 제 1 전극(224a)에 (-)전압이 인가되고, 제 2 전극(224b)에 (+)전압이 인가된 경우로서 압전소자(223)의 상부면이 우측으로 쏠려 △x만큼이 움직이며, (c)는 제 1 전극(224a)에 (+)전압이 인가되고 제 2 전극(224b)에 (-)전압이 인가된 경우로서 압전소자(223)의 상부면이 왼쪽으로 △x 만큼의 전단변형을 일으킨다. 이와 같이 압전소자(223)가 전단변형되면 따라 영상 패널(10)로부터 입사된 광은 압전소자(223)의 전단변형 방향으로 굴절되어 출사된다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예는 제 1 전극(224a)과 제 2 전극(224b)에 인가되는 전압의 극성을 주기적으로 변화시켜 압전소자(223)를 좌우 방향으로 전단변형시켜 입사광의 화각을 주기적으로 변화시켜 출사시키되, 전단 변형률을 인가되는 전압의 크기에 따라 달라지므로 인가 전압의 크기를 일정 범위 내에서 주기적으로 변화시키도록 한다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10 : 영상 패널 20 : 시점 변이형 패럴랙스 배리어
21 : 투명 기판 22 : 광도파부
221 : 광도파부재 222 : 회동 제어 수단
222a : 제 1 전자석 222b : 제 2 전자석
223 : 압전소자 224a : 제 1 전극
224b : 제 2 전극

Claims (5)

  1. 3D 디스플레이 장치에 있어서,
    좌안 영상에 대응하는 다수의 제 1 화소와 우안 영상에 대응하는 다수의 제 2 화소가 교대로 배치된 영상 패널;
    상기 영상 패널과 소정 거리 이격 배치되며, 전기적인 신호에 의해 상기 영상 패널로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 주기적으로 변화시켜 다수의 관찰 지점에 입체 영상을 제공하는 시점 변이형 패럴랙스 배리어를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시점 변이형 패럴랙스 배리어는 상기 관찰 지점의 개수와 상기 영상 패널에 표시되는 영상의 프레임 주파수의 곱에 해당하는 주파수로 상기 광의 화각을 변화시키는 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 시점 변이형 패럴랙스 배리어는
    투명 기판과,
    상기 투명 기판 일면에 배치되며, 상기 영상 패널로부터 입사되는 광의 화각을 일정 각도 내에서 주기적으로 변화시키는 다수의 광도파부와,
    상기 다수의 광도파부들 사이에 형성된 차광부를 갖는 패럴랙스 배리어를 포함하는 3D 디스플레이 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 광도파부는,
    상기 투명 기판의 상면과 이격 설치되고, 전후 단부가 상기 투명 기판에 연결되며 상기 영상 패널에서 입사되는 광을 일면으로 출사시키는 광도파부재와,
    상기 광도파부재의 좌우측에 각각 배치되고, 전자기력을 이용하여 상기 광도파부재의 회동을 제어하는 회동 제어 부재를 포함함을 특징으로 하는 3D 디스플레이 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 광도파부는,
    상기 투명기판의 일면에 배치되며 인가되는 전압의 극성에 따라 서로 다른 방향으로 전단 변형을 일으키는 압전소자와,
    상기 압전소자의 양측에 배치되어 전압 인가시 상기 압전소자의 전단변형을 유도하는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함함을 특징으로 하는 3D 디스플레이 장치.
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