KR101471654B1 - 변형 델타 화소구조를 갖는 3차원 영상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 영상표시장치에 관한 것으로, 2N 시점의 화상정보를 표현할 수 있는 화소세트의 주기로 시점 영상들이 배치되는 디스플레이 패널 및, 디스플레이 패널과 이격하여 배치된 시차분리 수단 또는 선광원을 포함하고, 화소세트는 N개의 데이터행 및 2N개의 데이터열에 배치된 화소들로 구성되며, N개의 데이터행에 2N 시점 영상을 제공하는 화소들이 데이터 열방향으로 순차적으로 배치되되, N+1의 데이터행에 순차적으로 배치된 화소들은 N의 데이터행에 순차적으로 배치된 화소들에 대해 데이터 열방향으로 1열씩 수평이동하여 배치되고, 화소세트 내의 화소들은 가로폭이 세로폭보다 작다.

Description

변형 델타 화소구조를 갖는 3차원 영상표시장치{APPARATUS FOR 3-DIMENSIONAL DISPLAYING HAVING MODIFIED DELTA PIXEL STRUCTURE}

본 발명은 3차원 영상표시장치에 관한 것으로서, 특히 변형델타 화소구조를 갖는 디스플레이 패널을 사용한 무안경 방식의 3차원 영상표시장치에 관한 것이다.

종래의 무안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치는 시차분리 수단을 기존의 2차원 영상표시장치 앞에 배치하였다. 따라서, 관찰자의 좌안과 우안에 각기 다른 시차의 영상을 전달하여 3차원 입체영상을 제공함으로써, 관찰자에게 실제적으로 입체감있는 영상을 제공한다. 이러한, 입체감을 제공하기 위한 시차분리 수단으로는 시차장벽(Parallax Barrier)과 렌티큘러 렌즈 시트(Lenticular Lens Sheet)가 사용될 수 있다.

시차분리 수단으로서 시차장벽을 사용하여 3차원 영상을 구현하는 예시는 도 1에 보여진다. 도 1은 종래기술에 의한 2시역의 3차원 영상정보를 표시하는 영상표시장치의 일 예이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 2차원 영상표시장치의 디스플레이 패널 전면에 일정거리 이격하여 시차장벽을 배치한다. 그러면, 설계된 관측거리의 A 위치에서는 왼쪽 눈의 영상만 관측되고, B 위치에서는 오른쪽 눈의 영상정보만 관측된다.

그러나 이러한 시차장벽을 사용하여 시차분리를 통한 3차원 영상을 표시하는 방식은 해결해야 할 여러 문제점이 있다. 첫 번째로, 눈의 위치가 수평으로 이동하여 왼쪽 눈이 D 위치, 오른쪽 눈이 E 위치에 놓이게 되면, 도면의 점선으로 표시된 바와 같이 왼쪽 눈과 오른쪽 눈 각각에 좌안과 우안의 이미지가 동시에 들어가게 되어, 선명한 3차원 영상을 볼 수 없게 된다. 이러한 현상을 시역간의 크로스토크가 발생되었다고 한다.

두 번째로, 왼쪽 눈이 도 1의 B 위치에 있게 되고, 오른쪽 눈이 C 위치에 있게 되면, 역입체시가 되어 정상적인 3차원 영상정보를 보지 못하는 문제가 발생한다.

세 번째 문제는 해당시역 내의 영상의 밝기가 균일하지 못하여, 눈의 수평 이동시에 영상의 밝기가 변하는 문제가 있다. 도 2를 참고하면, 제1시역과 제2시역에 각각 왼쪽 눈과 오른쪽 눈이 위치하였다가 오른쪽이나 왼쪽으로 수평이동하게 되면, 해당 영상의 밝기가 줄어들고, 인접 시역정보가 섞이는 크로스토크 문제가 동시에 발생하게 됨을 알 수 있다.

이러한 문제점은 시차분리 수단으로서 시차장벽을 사용한 경우를 예로 들었으나, 렌티큘러 렌즈시트를 사용하는 경우에도 상기된 내용과 동일한 문제가 발생하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 한국공개특허 제2012-0068126호에서는, 도 3의 (a)에서와 같이 델타 구조로 디스플레이 패널의 화소를 배치하는 것을 개시하고 있다. 도 3의 (a)를 참고하면, 홀수 행과 짝수 행의 화소 수평위치가 일치하지 않는 구조를 사용하고, 관찰자 추적 정보를 이용하여, 도 4에서와 같이 홀수 행 또는 짝수 행 중 하나의 행을 선택함으로써 항상 입체감을 유지시키는 방법을 이용하였다.

그러나 이러한 종래의 방법에서는 입체 시역을 형성할 때 임의의 순간에는 화소의 홀수 행 또는 짝수 행 중 어느 하나만을 표시하기 때문에, 미세 텍스쳐 또는 그림을 묘사할 때 수직해상도가 1/2로 줄어든다는 문제가 있었다. 따라서, 상하의 행 변화에 의한 화질이 저하되고, 관찰자가 표시되지 않는 행에 대해 인식하게 되는 등의 결과를 초래하였다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 화질 저하를 방지하면서도, 관찰자의 수평위치 변화에 따른 영상정보의 밝기 변화와 인접 시역간 크로스토크가 최소화되고, 역입체시가 없는 3차원 영상정보를 표시할 수 있는 변형 델타 화소구조를 갖는 3차원 영상표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면은, 2N 시점의 화상정보를 표현할 수 있는 화소세트의 주기로 시점 영상들이 배치되는 디스플레이 패널 및, 상기 디스플레이 패널과 이격하여 배치된 시차분리 수단 또는 선광원을 포함하고, 상기 화소세트는 N개의 데이터행 및 2N개의 데이터열에 배치된 화소들로 구성되며, 상기 N개의 데이터행에 2N 시점 영상을 제공하는 화소들이 데이터 열방향으로 순차적으로 배치되되, N+1의 데이터행에 순차적으로 배치된 화소들은 N의 데이터행에 순차적으로 배치된 화소들에 대해 데이터 열방향으로 1열씩 수평이동하여 배치되고, 상기 화소세트 내의 화소들은 가로폭이 세로폭보다 작은 3차원 영상표시장치이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 단위화소들이 데이터 행 및 열방향으로 순차적으로 배치되는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널과 이격하여 배치된 시차분리 수단 또는 선광원을 포함하고, 상기 단위화소들은 N개의 서브화소들을 포함하되, 상기 서브화소들은 각각 수평방향으로 제1 가로크기 이동되고 수직방향으로 제1 세로크기 이동되어 배치되며, 상기 단위화소들은 2N 시점의 화상정보를 표현하되, 2N의 주기로 시점영상들이 배치되는 3차원 영상표시장치이다.

이때, 시차분리 수단은 상기 디스플레이 패널의 전면에 배치된 시차장벽 또는 렌티큘러 렌즈시트인 것이 바람직하고, 상기 시차분리 수단중 시차장벽 개구부의 방향 또는 렌티큘러 렌즈시트의 축 형성 방향이 디스플레이 패널의 가로 방향에 수직하게 배치됨이 바람직하다.

이러한 3차원 영상표시장치는 관찰자의 안면추적 또는 동공추적 시스템을 더 포함하되, 상기 안면추적 또는 동공추적 시스템에 의해 관찰자의 위치를 상기 디스플레이 패널에 피드백하여, 관찰자의 동공의 위치에 따라 상기 디스플레이 패널의 시점영상 중 관찰자 양안에 해당하는 2개의 시점영상을 제공하는 화소들만 구동함이 바람직하다.

상기 화소들은 세로 방향으로 RGB 칼라 서브화소가 배치되거나, 상기 단위화소들 내의 각 서브화소들은 세로 방향으로 RGB 칼라 서브화소가 배치되는 것이 바람직하다.

상기 디스플레이 패널은 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시장치(PDP), 또는 전계 방출 표시장치(FED)를 포함하는 평판 표시장치, 또는 투사광학계의 스크린 중에 어느 하나일 수 있다.

상기 N은 2 이상의 정수인 것이 바람직하다.

상기 단위화소 내의 서브화소들은 가로폭이 세로폭보다 작은 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 변형 델타 화소구조를 이용하므로, 종래의 델타 화소구조에서 문제가 되었던 상하의 행 변화에 의한 화질 저하 또는 표시되지 않는 행에 대한 인식 등의 문제를 해결할 수 있다.

아울러, 종래의 시차분리 수단을 사용하여 3차원 영상을 구현하는 영상표시장치의 문제점인 관찰자의 수평위치 변화에 따른 영상정보의 밝기 변화, 인접 시역간 크로스토크가 최소화되고, 역입체시가 없는 무안경 방식의 3차원 영상정보를 표시할 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 2시역의 3차원 영상정보를 표시하는 영상표시장치를 설명하기 위한 개념도,
도 2는 종래기술에 의한 2시역의 3차원 영상정보를 표시하는 영상표시장치에서 눈의 수평 위치에 따라 영상의 밝기가 변하는 것을 설명하기 위한 그래프,
도 3은 종래기술에 의한 델타 화소구조와 본 발명의 실시예에 의한 변형 델타 화소구조를 비교하여 설명하기 위한 도면,
도 4는 종래기술에 의한 델타 화소구조를 갖는 3차원 영상표시장치의 구조도,
도 5의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형 델타 화소구조를 설명하기 위한 도면, 도 5의 (b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형 델타 화소구조를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형 델타 화소구조를 가지는 디스플레이 패널 및 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치의 구조도,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형된 델타 화소구조의 관찰자위치에서의 시역형성 개념도,
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형된 델타 화소구조를 가지는 디스플레이 패널 및 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치에서 관찰자 눈의 위치 이동에 따라 작동하고 있는 화소들과 관찰자 위치에서 형성되는 시역의 광분포 그래프,
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 서브 화소 구조를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형 델타 화소구조를 가지는 디스플레이 패널 및 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치의 구조도,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형된 델타 화소구조를 가지는 디스플레이 패널 및 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치에서 관찰자 눈의 위치 이동에 따라 작동하고 있는 화소들과 관찰자 위치에서 형성되는 시역의 광분포 그래프,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 6개의 화소세트를 이용하여 2개의 시역을 제공하는 것을 설명하는 개념도,
도 13의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형된 델타 화소구조의 화소에서 시차분리 수단으로 렌티큘러 렌즈시트를 이용하는 경우를 설명하는 구조도, 도 13의 (b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형된 델타 화소구조의 화소에서 시차분리 수단으로 렌티큘러 렌즈시트를 이용하는 경우를 설명하는 구조도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 종래기술에 의한 델타 화소구조와 본 발명의 실시예에 의한 변형 델타 화소구조를 비교하여 설명하기 위한 평면도이다. 도 3에서, P는 기존 화소의 수평 폭을 의미하고, Wp는 본 발명의 실시예 1과 2에 따른 각 단위 화소의 수평 폭이다.

도 3의 (a)는 종래의 델타 화소구조를 도시한 것으로서, 그 화소구조는 인접 데이터 행 별로 화소의 1/2 만큼 수평 이동하여 배치되며, 다수의 데이터 행 중 적어도 하나의 행의 화소들은 인접한 데이터 행의 화소들의 배열과 수직선상에서 어긋나도록 수평으로 이동된 것으로 정의할 수 있다.

이에 반해, 본 발명의 실시예 1과 2에 따른 영상표시장치의 화소구조는, 도 3의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같다. 실시예 1에 따른 영상표시장치의 화소구조는 화소의 가로폭이 세로폭 보다 작다. 이러한 화소구조에서, 최소 2개 행의 화소들에 동일 시점 영상을 제공하고, 동일 시점 영상이 제공되는 인접 행의 화소들이 열방향으로 일정 간격으로 수평 이동되어 있는 구조를 기본특성으로 한다. 일예로 도 3의 (b)를 참고하면, 기존 화소 대비 수평 폭이 1/2만큼 축소되어 있고, 동일 시점 영상을 제공하는 인접 행의 화소들이 화소의 수평 폭만큼 이동된 경우이며, 동일한 시점의 화소들은 동시에 작동한다.

실시예 2에 따른 영상표시장치의 화소구조는 단위화소가 행 방향으로 최소 2개의 부분으로 나누어져 있으며, 행 방향으로 배치된 각 단위화소의 부분들은 열 방향으로 일정 간격으로 수평 이동되어 있는 구조를 기본특성으로 한다. 이의 일예로, 도 3의 (c)와 같이 각 단위화소들은 행 방향으로 2개의 부분, 즉 화소의 윗부분과 아랫부분으로 구분되어져 있고, 행 방향으로 배치된 각 단위화소의 부분들은 기존 화소 대비 수평 폭이 1/2만큼 축소되어 있다. 그리고 행 방향으로 구분되어지는 2개의 단위화소 부분들은 서로 1/2 화소의 수평크기 만큼 이동되어져 있는 구조로 되어 있다. 이러한 구조를 종래의 델타 화소구조와 구별하기 위해, 소위 "변형된 델타 화소구조"라 지칭한다.

본 발명 실시예 1의 변형된 델타 화소구조에서 각 행 내 단위 화소의 수평 폭인 Wp는 기존 화소의 수평 폭인 P에 대해 "Wp ≤ P/2"인 관계를 갖는다. 한편, 실시예 2의 변형된 델타 화소 구조에서 각 단위화소의 수평 폭 Wp는 기존 화소의 수평폭 P와 동일한 Wp=P인 관계가 성립한다. 그러므로, 실시예 1의 화소구조에서 기존 화소가 정사각형 구조라면, 변형된 델타 화소구조는 화소의 세로 높이 대비 화소의 가로 폭이 1/2 이하인 모양을 갖는다. 반면에 실시예 2의 화소구조에서는 각 단위 화소의 가로폭과 세로 높이는 거의 같은 크기를 갖으나, 일반적인 정사각형 형태가 아닌 계단구조의 모양을 갖는다.

아울러, 일반적인 서브 화소의 배치와 다르게, 도 9에서와 같이 개별 화소의 수직방향으로 RGB 서브 화소가 배치되는 형태인 것이 바람직하다. 이는 수직한 시차장벽을 사용할 경우에 일반적인 수평방향의 RGB 서브 화소의 구조 하에서 발생될 수 있는 시역 내 색분산 효과를 없애기 위한 것이다.

이하, 본 발명의 실시예 1과 2에 대해 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.

실시예 1

본 발명의 실시예 1에 따른 변형된 델타 화소구조에 대한 개념도는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같다. 도 5의 (a)를 참고하면, 각각의 화소는 기존의 화소 대비 수평 폭이 1/2 이하로 축소된다. 그리고 수평 폭이 축소된 하나의 화소 행을 기준으로, 이와 이웃한 위 또는 아래의 행에 축소된 수평 폭 만큼 수평 이동된 화소에 동일 시점 영상을 제공한다. 즉, 동일 시점 영상이 적어도 2개 행 이상의 화소들에 제공된다. 도 5의(a)는 2개의 화소 행에 배치된 8개의 화소들을 4개의 시점으로 설계한 화소 배치의 실시예를 보여주고 있다. 그림에 표시된 숫자는 해당 화소들에 배치된 시점을 나타내며, 동일한 시점의 화소들은 동시에 작동되게 된다. 이러한 8개의 화소들을 하나의 화소세트라 할 때, 이러한 화소세트를 이용한 4시점 설계는 그림에는 표시되지 않았지만, 동일한 화소세트가 데이터 행 및 열 방향으로 디스플레이 패널상에 반복된다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 시차장벽이 적용된 3차원 영상표시장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 4 시역 이상의 정보가 표시되는 디스플레이 패널, 디스플레이 패널과 일정거리 이격하여 배치된 시차장벽, 관찰자의 동공위치를 추적할 수 있는 안면추적 또는 동공추적시스템으로 구성된다.

이때 디스플레이 패널은 액정표시장치(LCD; liquid crystal display), 플라즈마 표시장치(PDP; plasma display panel) 또는 전계 방출 표시장치(FED; feild emission display)을 포함하는 평판 표시장치, 또는 투사광학계의 스크린 중에 임의의 하나일 수 있다.

시차장벽은 디스플레이 패널 상에 형성된 화상정보가 설계된 관측거리에서 왼쪽 눈의 시역과 오른쪽 눈의 시역으로 분리되어 관측되도록 설계되어져 있다(도 1 참조). 도 6에서, 시차장벽은 디스플레이 패널에 대하여 수직으로 오픈 영역과 베리어(barrier) 영역이 배치되어져 있다. 이때, 실시예 1에서의 단위 화소 수평 폭이 Wp일 때(도 3 참조), 시차장벽의 주기 Tp는 근사적으로 4Wp이다. (실제로는 비례관계상 디스플레이 전면에 배치된 시차장벽의 주기는 수평화소폭과 설계시점수의 곱 보다 약간 작아지게 된다.)

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 변형 델타 화소구조를 갖는 3차원 영상표시장치의 구동시 형성되는 시역의 모양을 설명하기 위한 개념도이다. 도 7의 ⅰ)과 ⅱ)는 2개 화소행의 8개 화소들에 배치된 4시점 설계에서, 2번째와 4번째 시점 영상이 배치되는 화소들에 의해 관찰자 위치에서 좌안과 우안의 2개 시역이 형성되는 것을 보여주는 개념도이다. 도 7의 ⅲ)과 ⅳ)는 2개 화소행의 8개 화소들에 배치된 4시점 설계에서, 1번째와 3번째 시점 영상이 배치되는 화소들에 의해 관찰자 위치에서 좌안과 우안의 2개 시역이 형성되는 것을 보여주는 개념도이다.

도 7을 참조하면, 2번째와 4번째 시점 영상이 배치되는 화소들이 구동되고 4번째 시점 영상에 좌안영상(L1)을 제공하고 2번째 시점 영상에 우안영상(R1)을 제공하게 되면, 짝수행과 홀수행의 동일 시점영상을 제공받은 화소들에 의해 형성된 시역이 도 7의 ⅰ)과 같이 되어, 결국 ⅱ)에 보여지듯이 2개의 시역이 각각 사다리꼴 형태를 갖게 된다. 또는 1번째와 3번째 시점 영상이 배치되는 화소들이 구동되고, 3번째 시점 영상에 좌안영상(L2)을 제공하고 1번째 시점 영상에 우안영상(R2)을 제공하게 되면, 짝수행과 홀수행의 동일 시점영상을 제공 받은 화소들에 의해 형성된 시역이 도 7의 ⅲ)과 같이 되어, 결국 ⅳ)에 보여지듯이 2개의 시역이 각각 사다리꼴 형태를 갖게 된다. 이때, 2번 및 4번 시점 영상이 배치되는 화소들에 의해 형성되는 시역과 1번 및 3번 시점영상이 배치되는 화소들에 의해 형성되는 시역의 수평위치는 관찰자 위치에서 2개의 단위 시역폭(1개의 사디리꼴 시역폭) 만큼 차이가 발생되게 된다. 따라서, 도 2의 종래의 3차원 영상표시장치에서 관찰자 위치에 형성되는 시역의 모양과 비교할 때, 관찰자의 동공이 각각 좌안시역과 우안시역의 중심위치에 있지 않거나, 관찰자가 수평방향으로 약간 이동하여 관찰자의 동공이 시역의 중심을 벗어나더라도 균일한 밝기를 가지는 3차원 영상을 관찰할 수 있게 된다.

이렇듯, 디스플레이 패널에서 인접한 두 개의 화소 행에 배치되고, 동일한 시점정보를 제공하는 화소가 인접 화소행에서 열방향으로 단위화소의 폭 만큼 수평이동하여 배치되도록 하고, 최소 4시점 설계를 하여 관찰자의 눈의 위치에 따라 형성되는 시역이 관찰자의 좌안과 우안의 중심근처가 될 수 있는 해당 시점영상이 배치된 화소들만 좌안과 우안 영상정보가 표시되도록 구동될 수 있다. 이때, 관찰자의 눈의 위치를 측정하기 위하여 안면 또는 동공추적 시스템이 사용된다. 이로써, 관찰자가 이동 중에도 균일한 밝기를 가지는 3차원 영상을 볼 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제1 실시예에 의한 변형된 델타 화소구조의 화소 구성이 종래의 문제점을 어떻게 해결하는 지에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8을 참조하면, 어느 순간에도 수직방향의 이웃 행들이 모두 동시에 작동하므로, 도 4의 경우에 발생할 수 있는 수직의 홀수 또는 짝수 행에 데이터를 표시하지 않음으로 인한 화질저하의 문제 또는 관찰자 인식상의 문제를 해소할 수 있다.

구체적으로, 도 8의 좌측 상단 그림처럼 시차장벽 아래의 4개의 시점영상이 배치된 화소들 중에서 2번째와 4번째 시점영상이 배치되는 화소들만 구동시키고, 각각의 화소들에 관찰자 위치의 우안 영상정보와 좌안 영상정보를 제공하게 된 경우에 형성되는 시역의 수평위치에 따른 광분포가 도 8의 좌측 하단에 보여진다. 이 그래프에 도시된 바와 같이, 시차장벽을 통과한 영상정보는 설계된 관측거리에서 L1으로 표기된 왼쪽 눈의 영상과 R1으로 표기된 오른쪽 눈의 영상으로 분리된다. 따라서, 관찰자는 실선으로 나타낸 시역의 중심이 평탄한 사다리꼴 형태의 시역으로부터 선명한 입체영상을 느끼게 된다. 결과적으로 관찰자의 좌안과 우안이 시역의 중심에서 약간 벗어난 경우에도 인접시점간의 크로스토크가 최소화 되고, 균일한 입체영상을 관찰할 수 있게 된다.

그런데 관찰자가 오른쪽으로 수평 이동하여 시역의 균일한 영역을 지나는 경우에는, 영상의 밝기가 줄어들게 되고 좌안과 우안시점 영상이 섞이는 크로스토크량이 증대된다. 이 경우, 관찰자는 선명한 3차원 입체 영상을 보지 못하는 문제가 있다. 따라서, 관찰자의 눈의 위치를 안면추적 또는 동공추적시스템이 추적하고, 추적시스템이 추적한 결과로부터 관찰자 동공의 위치가 해당 시역의 광 조도가 균일한 구간에서 감소하기 시작하는 부분으로 이동하는 시점에 있을 때, 도 8의 우측 상단 그림과 같이 1번째와 3번째 시점영상이 배치되는 화소들만 구동시키고 각각의 화소들에 관찰자 위치의 우안 영상정보와 좌안 영상정보를 제공한다. 이러한 경우, 관찰자 위치에서 형성되는 시역이 도 8의 우측 하단에 보여진다. 시역간 광분포 그래프에 도시된 바와 같이, L2로 표기된 왼쪽 눈의 영상정보가 배치된 좌안시역과 R2로 표기된 오른쪽 눈의 영상정보가 배치된 우안시역의 균일한 영역에 관찰자 좌안과 우안이 위치하게 된다.(실선으로 표시한 시역) 그 결과, 관찰자는 이동 중에도 밝기가 균일하며, 인접 시역간의 크로스토크가 최소화 되고, 역입체시 없는 3차원 입체영상을 관찰할 수 있다.

실시예 2

본 발명의 실시예 2에 따른 변형된 델타 화소구조에 대한 개념도는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같다. 도 5의 (b)를 참고하면, 행 방향으로 최소 2개의 부분으로 나뉘어져 있는 각 단위화소의 부분인 서브화소들이 기존 화소의 수평폭보다 1/2이하로 축소되어 있다. 그리고 행 방향으로 배치된 각 단위화소의 서브화소은 열 방향으로 일정 간격으로 수평 이동되어 있다. 이러한 서브화소들을 합쳐 하나의 단위 화소로 구동된다. 도 5의 (b)에서는 2개의 행으로 나뉘어져 있는 1번부터 4번까지의 단위화소를 예시하였다. 2개의 행으로 나뉘어져 있는 화소구조의 경우에 한해서만 각 단위화소의 부분 중 윗행에 있는 부분을 화소의 윗부분, 아랫행에 있는 부분을 화소의 아랫부분이라 일컫는다. 그림에는 표시되지 않았지만, 단위화소들이 데이터 행 및 열방향으로 디스플레이 패널상에 반복된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 시차장벽이 적용된 영상표시장치는, 도 10에 도시된 바와 같이, 4 시역 이상의 정보가 표시된 디스플레이 패널, 디스플레이 패널과 일정거리 이격하여 배치된 시차장벽, 관찰자의 동공위치를 추적할 수 있는 안면추적 또는 동공추적시스템으로 구성된다.

이때 디스플레이 패널은 액정표시장치(LCD; liquid crystal display), 플라즈마 표시장치(PDP; plasma display panel) 또는 전계 방출 표시장치(FED; feild emission display)을 포함하는 평판 표시장치, 또는 투사광학계의 스크린 중에 임의의 하나일 수 있다.

시차장벽은 디스플레이 패널 상에 형성된 화상정보가 설계된 관측거리에서 왼쪽 눈의 시역과 오른쪽 눈의 시역으로 분리되어 관측되도록 설계되어져 있다(도 1 참조). 도 10에서, 시차장벽은 디스플레이 패널에 대하여 수직으로 오픈 영역과 베리어(barrier) 영역이 배치되어져 있다. 이때, 실시예 2에서의 단위화소 수평 폭이 Wp일 때(도 3 참조), 시차장벽의 주기 Tp는 근사적으로 2Wp이다. (실시예 2에서도 실시예 1과 마찬가지로, 실제로는 비례관계상 디스플레이 전면에 배치된 시차장벽의 주기는 수평화소폭과 설계시점수의 곱 보다 약간 작아지게 된다.)

본 발명의 제2 실시예에 의한 변형 델타 화소구조를 갖는 3차원 영상표시장치 구동시 형성되는 시역의 모양은 도 7과 동일하다. 도 7에 도시된 것처럼, 2개의 행으로 나뉘어져 있는 4개의 화소들에 배치된 4시점 설계에서, 2번째와 4번째 시점 영상이 배치되는 화소들에 의해 관찰자 위치에서 좌안과 우안의 2개 시역이 형성되고, 1번째와 3번째 시점 영상이 배치되는 화소들에 의해 관찰자 위치에서 좌안과 우안의 2개 시역이 형성된다. 2번째와 4번째 시점 영상이 배치되는 화소들이 구동되고, 4번째 시점 영상에 좌안영상(L1)을 제공하고 2번째 시점 영상에 우안영상(R1)을 제공하게 되면, 동일 시점영상을 제공받은 화소의 윗부분과 화소의 아래부분에 의해 형성된 시역이 도 7의 ⅰ)과 같이 되어, 결국 도 7의 ⅱ)에 보여지듯이 2개의 시역이 각각 사다리꼴 형태를 갖게 된다. 동일한 원리로 1번 및 3번 시점영상이 배치되는 화소들에 의행 형성되는 시역의 모양은 도 7의 iv)와 같이 사다리꼴 형태를 갖게 된다. 이때, 2번 및 4번 시점 영상이 배치되는 화소들에 의해 형성되는 시역과 1번 및 3번 시점영상이 배치되는 화소들에 의해 형성되는 시역의 수평위치는, 관찰자 위치에서 2개의 단위시역폭(1개의 사디리꼴 시역폭) 만큼 차이가 발생되게 된다. 따라서, 도 2의 종래의 3차원 영상표시장치에서 관찰자 위치에 형성되는 시역의 모양과 비교할 때, 관찰자의 동공이 각각 좌안시역과 우안시역의 중심위치에 있지 않거나, 관찰자가 수평방향으로 약간 이동하여 관찰자의 동공이 시역의 중심을 벗어나더라도 균일한 밝기를 가지는 3차원 영상을 관찰할 수 있게 된다.

이렇듯, 디스플레이 패널의 하나의 행과 그와 이웃한 행에 걸쳐 연결된 단위화소에서, 행 방향으로 구분되어진 2개의 화소 부분들이 1/2 화소폭만큼 수평이동하여 배치되도록 하고, 최소 4시점 설계를 하여 관찰자의 눈의 위치에 따라 형성되는 시역이 관찰자의 좌안과 우안의 중심 근처가 될 수 있는 해당 시점영상이 배치된 화소들만 좌안과 우안 영상 정보가 표시되도록 구동될 수 있다. 이때, 관찰자의 눈의 위치를 측정하기 위하여 안면 또는 동공추적 시스템이 사용된다. 이로써, 관찰자가 이동 중에도 균일한 밝기를 가지는 3차원 영상을 볼 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제2 실시예에 의한 변형된 델타 화소구조의 화소 구성이 종래의 문제점을 어떻게 해결하는 지에 대해, 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11을 참조하면, 어느 순간에도 수직 방향의 이웃 행들이 모두 동시에 작동한다. 따라서, 도 4의 경우에 발생할 수 있는 수직의 홀수 또는 짝수 행에 데이터를 표시하지 않음으로 인한 화질저하의 문제 또는 관찰자 인식상의 문제를 해소할 수 있다.

구체적으로, 도 11의 좌측 상단 그림은, 시차장벽 아래 이웃하는 두 개의 행이 신호적으로 연결되어 있는 4개의 시점영상이 배치된 화소들 중에서 2번째와 4번째 시점영상이 배치되는 화소들만 구동시키고, 각각의 화소들에 관찰자 위치의 우안영상정보와 좌안영상정보를 제공하는 경우를 나타내고 있다. 이때 설계된 관찰자 위치에서 형성되는 시역의 수평위치에 따른 광분포는 도 11의 좌측 하단에 보여진다. 이 그래프에 도시된 바와 같이, 시차장벽을 통과한 영상정보는 설계된 관측거리에서 L1으로 표기된 왼쪽 눈의 영상과 R1으로 표기된 오른쪽 눈의 영상으로 분리된다. 따라서, 관찰자는 실선으로 나타낸 시역의 중심이 평탄한 사다리꼴 형태의 시역에서 선명한 입체영상을 느끼게 된다. 그 결과, 관찰자의 좌안과 우안이 시역의 중심에서 약간 벗어난 경우에도 인접 시점간의 크로스토크가 최소화 되고, 균일한 입체영상을 관찰할 수 있게 된다.

그런데 관찰자가 오른쪽으로 수평 이동하여 시역의 균일한 영역을 지나는 경우에는, 영상의 밝기가 줄어들게 되고 좌안과 우안시점 영상이 섞이는 크로스토크량이 증대된다. 이 경우, 관찰자는 선명한 3차원 입체 영상을 보지 못하는 문제가 있다. 따라서, 관찰자의 눈의 위치를 안면추적 또는 동공추적시스템이 추적하고, 추적시스템이 추적한 결과로부터 관찰자 동공의 위치가 해당 시역의 광 조도가 균일한 구간에서 광 조도가 감소하기 시작하는 부분으로 이동하는 시점에 있을 때, 도 11의 우측 상단 그림과 같이 1번째와 3번째 시점영상이 배치되는 화소들만 구동시키고 각각의 화소들에 관찰자 위치의 우안 영상정보와 좌안 영상정보를 제공한다. 이러한 경우, 관찰자 위치에서 형성되는 시역이 도 11의 우측 하단에 보여지며, 시역간 광분포 그래프에 도시된 바와 같이, L2로 표기된 왼쪽 눈의 영상정보가 배치된 좌안시역과 R2로 표기된 오른쪽 눈의 영상정보가 배치된 우안시역의 균일한 영역에 관찰자 좌안과 우안이 위치하게 된다.(실선으로 표시한 시역) 그 결과, 관찰자는 해당 시역의 밝기가 균일하며, 인접 시역간의 크로스토크가 최소화 되고, 역입체시 없는 3차원 입체영상을 관찰할 수 있다.

이상 설명한 실시예 1은 2개의 화소 행에 배치된 8개의 화소세트를 4개의 시점으로 설계한 화소배치를 이용하여, 관찰자 위치에 따라 관찰자 양안에 2개의 시역을 제공하는 경우에 대해 설명하였다. 하지만, 도 12의 좌측 상단 그림과 같이, 3개의 화소 행에 배치된 18개의 화소들을 하나의 화소세트로 하여 6개의 시점으로 설계한 화소배치를 이용하는 것도 가능하며, 또한 이를 N개로 확장하는 것도 가능하다. 이때, 시차장벽의 주기 Tp는 근사적으로 N × Wp 이다. 도 12의 좌측 하단의 관찰자 위치에서의 시역간 광분포 그래프에 나타낸 바와 같이, 6개의 시점으로 설계된 화소구조에서도 관찰자는 실선으로 나타낸 시역의 중심이 평탄한 사다리꼴 형태의 시역으로부터 선명한 입체영상을 느낄 수 있다. 아울러, 관찰자가 수평으로 이동할 경우에 동공추적 시스템이 추적한 결과로부터, 관찰자 동공의 위치가 해당 시역의 광 조도가 균일한 구간에서 광 조도가 감소하기 시작하는 부분으로 이동하는 시점에 있을 때 이웃 변형 화소가 작동됨에 따라, 관찰자의 양안이 항상 최적의 입체 시역에 있을 수 있게 되어, 관찰자가 이동 중에도 밝기가 균일한 3차원 영상을 볼 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 시역의 밝기가 균일하며, 인접 시역간의 크로스토크가 최소화 되고, 역입체시 없는 3차원 입체영상을 관찰할 수 있다.

한편, 실시예 2에서는 행방향으로 2개의 부분으로 구분되어져 있는 4개의 단위화소를 이용하여 관찰자 위치에 따라 관찰자 양안에 2개의 시역을 제공하는 경우에 대해 설명하였지만, 행방향으로 3개 부분으로 나누어지고 각 부분이 열방향으로 수평이동하여 형성된 6개의 단위 화소를 이용하는 것도 가능하며, 또한 이를 N개로 확장하는 것도 가능하다. 이때, 시차장벽의 주기 Tp 는 2Wp에 근사하며, 도 12의 설계된 관찰자 위치에서의 시역간 광분포 그래프와 동일한 시역 분포를 가지게 되어, 3개의 화소 행에 배치된 18개의 단위 화소를 이용하는 경우와 동일한 효과를 줄 수 있다.

이상 설명한 실시예 1과 2는 시차분리 수단으로 시차장벽을 이용하는 경우에 대한 예이나, 시차장벽 대신 렌티큘러 렌즈 시트를 사용하는 것도 가능하다. 도 13의 (a)에서 2개의 화소 행에 배치된 8개의 화소들을 4개의 시점으로 설계한 화소배치를, 도 13의 (b)에서 2개의 행으로 구분되어져 있는 4개의 단위화소를 이용하는 디스플레이 패널과 렌티큘러 렌즈 시트를 구비한 영상표시장치를 나타낸다. 렌티큘러 렌즈 시트를 사용하는 경우에도 실시예 1과 2에서 기술한 것과 동일하게 구동함으로써, 관찰자가 수평이동 중에도 해당 시역의 밝기가 균일하며, 인접 시역간의 크로토크 최소화 및 역입체시 없는 최적의 3차원 입체영상을 관찰할 수 있다. 렌티큘러 렌즈 시트를 사용하는 경우에도 N개의 시점으로 설계가 가능하며, 이때 렌티큘러 렌즈시트의 주기 Tl은 시차장벽을 이용하는 경우와 동일하다.

아울러, 설명이 안 되었지만, 광학판 대신 선광원을 이용하여서도 본 발명의 방법 구현이 가능함은 물론이다.

Claims (10)

1. 2N(N은 2 이상의 정수임) 시점의 화상정보를 표현할 수 있는 화소세트의 주기로 시점 영상들이 배치되는 디스플레이 패널 및;
   상기 디스플레이 패널과 이격하여 배치된 시차분리 수단 또는 선광원을 포함하고,
   상기 화소세트는 N개의 데이터행 및 2N개의 데이터열에 배치된 화소들로 구성되며, 상기 N개의 데이터행에 2N 시점 영상을 제공하는 화소들이 데이터 열방향으로 순차적으로 배치되되, 상기 N개의 데이터행에 순차적으로 배치된 시점 영상을 제공하는 화소들은 상기 데이터 열방향으로 1열씩 수평이동하여 배치되고,
   상기 화소세트 내의 화소들은 가로폭이 세로폭보다 작은 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
2. 단위화소들이 데이터 행 및 열방향으로 순차적으로 배치되는 디스플레이 패널;
   상기 디스플레이 패널과 이격하여 배치된 시차분리 수단 또는 선광원을 포함하고,
   상기 단위화소들은 N(N은 2 이상의 정수임)개의 서브화소들을 포함하되, 상기 서브화소들은 각각 수평방향으로 서브화소의 크기만큼 이동되고 수직방향으로 서브화소의 크기만큼 이동되어 배치되며,
   상기 단위화소들은 2N 시점의 화상정보를 표현하되, 2N의 주기로 시점영상들이 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 시차분리 수단은 상기 디스플레이 패널의 전면에 배치된 시차장벽 또는 렌티큘러 렌즈시트인 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   관찰자의 안면추적 또는 동공추적 시스템을 더 포함하되,
   상기 안면추적 또는 동공추적 시스템에 의해 관찰자의 위치를 상기 디스플레이 패널에 피드백하여, 관찰자의 동공의 위치에 따라 상기 디스플레이 패널의 시점영상 중 관찰자 양안에 해당하는 2개의 시점영상을 제공하는 화소들만 구동함을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 시차분리 수단중 시차장벽 개구부의 방향 또는 렌티큘러 렌즈시트의 축 형성 방향이 디스플레이 패널의 가로 방향에 수직하게 배치됨을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 화소들은 세로 방향으로 RGB 칼라 서브화소가 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 단위화소들 내의 각 서브화소들은 세로 방향으로 RGB 칼라 서브화소가 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 디스플레이 패널은 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시장치(PDP), 또는 전계 방출 표시장치(FED)를 포함하는 평판 표시장치, 또는 투사광학계의 스크린 중에 어느 하나임을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 N은 2 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
10. 제2항에 있어서,
    상기 단위화소 내의 서브화소들은 가로폭이 세로폭보다 작은 것을 특징으로 하는 3차원 영상표시장치.
    

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