KR101514133B1 - 입체 영상 표시 장치의 서브 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대칭적 명암비를 향상시킨 서브 패널에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광학보상필름을 통해 서브 패널에서 출사되는 영상들의 명암비를 서로 대칭적으로 보상함으로써 입체 표시 장치에서 입체 영상이 서로 겹치는 현상을 방지할 수 있는 입체 영상 표시 장치의 서브 패널에 관한 것이다.

Description

입체 영상 표시 장치의 서브 패널{Subpanel for 3 Dimensional Image}
본 발명은 대칭적 명암비를 향상시킨 서브 패널에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광학보상필름을 통해 서브 패널에서 출사되는 영상들의 명암비를 서로 대칭적으로 보상함으로써 입체 영상 표시 장치에서 입체 영상이 서로 겹치는 현상을 방지할 수 있는 입체 영상 표시 장치의 서브 패널에 관한 것이다.
최근 기술의 비약적인 발전에 따라 영상 표시 장치에서 형성된 2차원 영상을 3차원 입체영상으로 변환하는 입체 영상 표시 장치에 관한 연구가 활발하다.
인간이 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로 가장 중요하게는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차를 들 수 있지만, 이외에도 심리적, 기억적 요인에도 깊은 관계가 있고, 이에 따라 3차원 영상 구현기술 역시 관찰자에게 어느 정도의 3차원 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3차원 표현방식(holographic type), 입체감 표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.
먼저, 부피표현방식(volumetric type)은 심리적인 요인과 흡입효과에 의해 깊이 방향에 대한 원근감이 느껴지도록 하는 방법으로서, 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터그래픽 또는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제공하여 그 공간 내로 빨려 들어가는 것 같은 착시현상을 불러일으키는 이른바 아이맥스 영화 등에 응용되고 있다.
부피표현방식의 시스템은 연속적으로 배열된 다수의 표시부를 포함할 수 있는데, 각 표시부는 하나의 영상을 각각 깊이별로 분할한 다수의 부분영상을 표시한다. 이러한 부분영상은 사용자에 의하여 다시 하나의 영상으로 합성되고, 사용자는 각각의 부분영상에 담겨 있는 영상정보에다가 사용자로부터 각 표시부까지의 거리에 대한 정보를 부가하여 입체적인 하나의 3차원 영상으로 인식하게 되는 것이다.
이와 같은 부피표현방식의 디스플레이는 양안시차 방식을 이용하는 3차원 디스플레이 장치와 달리 시야각이 넓고, 자유로운 시점을 제공하며, 실제적인 입체 정보를 전달할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 눈의 잔상효과를 이용하려면 한 단면의 표시시간의 제한이 크고, 시야각이 넓기 때문에 표시되는 영상 정보량이 많아서 디스플레이 장치가 아주 빠르게 많은 정보를 처리해야 하는 문제가 있다. 현재 가장 빠른 디스플레이의 한 종류인 DLP 프로젝터를 이용하여 장치를 제작한다고 하더라도 색 깊이를 떨어뜨려야만 영상을 표시할 수 있으며, 동화상 구현에도 제약이 뒤따르게 된다.
둘째, 가장 완전한 입체영상 구현기술이라 알려져 있는 3차원 표현방식(holographic type)은 레이저의 간섭 효과를 이용하여 물체에서 반사되는 빛을 그대로 저장하고 재생하는 방식으로서, 레이저광 재생 홀로그래피 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다. 하지만, 이 기술은 아직 기술적 성숙도가 충분치 않아 상용화 시점을 예측하기 힘들다. 이는 잔상 효과를 이용하여 공간에 부피를 표현하는 부피표현방식도 마찬가지이다.
셋째, 입체감 표현방식(stereoscopic type)은 양안(兩眼)의 생리적 요인을 이용하여 입체감을 느끼는 방식으로, 구체적으로 약 65㎜ 정도 떨어져 존재하는 인간의 좌우안에 시차 정보가 포함된 평면의 연관 영상이 보일 경우에 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다. 이러한 입체감 표현방식은 다안상 표시방식이라 불리며, 실질적인 입체감 생성위치에 따라 관찰자 측의 특수 안경을 이용하는 안경방식 또는 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 또는 인테그럴(integral) 등의 렌즈어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.
입체감 표현방식 중 안경방식은 제1 영상과 제2 영상을 송출하는 표시장치상에 서브패널을 구비하여 송출되는 제1 영상과 제2 영상의 편광 정보를 변환시키고 이를 편광안경에 각각 입사시켜 3차원 영상을 구현한다.
도 1의 (a)와 (b)를 참고로 종래 안경 방식의 입체감 표현방식에서 사용되는 서브 패널을 보다 구체적으로 살펴보면, 먼저 도 1의 (a)를 참고로 종래 서브패널(1)은 제1 전극층(10)과 제2 전극층(20) 사이에 액정층(30)을 구비한다. 액정층(30)의 액정은 제1 전극층(10) 및 제2 전극층(20)과 평행하게 배향되어 있으므로 서브패널(1)을 통과하는 편광은 λ/2 리타데이션(retardation)의 복굴절을 느끼게 된다. 따라서 서브 패널을 통과하기 전의 편광방향과 수직하게 회전되어 편광안경의 우안에 입사된다.
이후, 도 1의 (b)의 참고로 제1 전극층(10)과 제2 전극층(20)에 전압을 인가하면 수직 전계가 형성되어 액정(31)이 제1 전극층(10) 및 제2 전극층(20)에 수직하게 정렬된다. 따라서 입사된 편광은 복굴절을 느끼지 못하므로 편광변화없이 편광안경의 좌안에 입사된다.
이러한 서브 패널(1)은 제1 전극층(10)과 제2 전극층(20)의 대향면에 서로 수직인 러빙(rubbing) 방향을 가지는 배향막을 구비하며, 제1 전극층(10)과 제2 전극층(20)을 오프(off) 상태(제1 전극층(10)과 제2 전극층(20) 사이에 수직 전계를 인가하지 않는 상태)와 온(on) 상태, 즉 제1 전극층(10)과 제2 전극층(20) 사이에 수직 전계를 형성하는 상태)로 교번함으로써, 서로 다른 편광을 가지는 제1 영상과 제2 영상을 투과축이 서로 직교하는 편광안경의 좌안과 우안으로 제공한다.
TN(Twisted Nematic)의 액정층을 사용하는 서브 패널의 경우, 편광안경의 우안으로 입사되는 제1 영상과 편광안경의 좌안으로 입사되는 제2 영상은 서로 직교하는 편광을 가진다. 따라서 이상적으로 편광안경의 우안으로 제1 영상이 입사되는 동안 편광안경의 좌안으로는 제1 영상이 입사되는 것을 완벽하게 차단하여야 하며, 이후 편광안경의 좌안으로 제2 영상이 입사되는 동안 편광안경의 우안으로는 제2 영상이 입사되는 것을 완벽하게 차단하여야 한다.
그러나 도 2의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 서브 패널로부터 편광안경으로 입사되는 제1 영상과 제2 영상 중 좌안에서는 저전압에서 빛 샘(제1 영상을 완벽하게 차단하지 못하고 제1 영상이 일부 투과되는 현상)이 발생하여 제1 영상을 완벽하게 차단하지 못한다. 한편, 도 2의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 서브 패널로부터 편광안경으로 입사되는 제1 영상과 제2 영상 중 우안에서는 고전압에서 제2 영상을 완벽하게 차단하지만 저전압에서 파장별 다른 투과율 때문에 색상 분산(color dispersion)이 발생한다.
이러한 색상 분산과 빛 샘으로 인하여 편광안경의 좌안과 우안에 비대칭적인 밝기 및 어둡기 비, 즉 명암비를 형성시킴으로써, 3차원 입체 영상이 서로 겹치는 3D 겹침현상(3D-crosstalk)이 발생한다.
본 발명은 위에서 언급한 종래 입체 영상 표시 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 안경방식의 입체 표시 장치에서 편광안경의 좌안과 우안으로 제공되는 제1 영상과 제2 영상이 서로 대칭적인 명암비를 가지도록 하는 서브 패널을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 무안경방식의 입체 표시 장치에서 피사체의 깊이에 따라 서로 다른 편광값을 가지는 선형 편광 영상에서 빛샘이 발생하지 않는 서브 패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 서브 패널은 메인 패널의 상부에 배치되어 있으며 메인 패널에서 교번으로 출력되는 제1 영상과 제2 영상의 편광값을 변경하여 편광 안경을 착용한 관측자에게 제공하는데, 서로 이격된 제1 전극층과 제2 전극층과, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 충진된 액정층과, 제1 전극층에 배치되어 있는 제1 광학보상 필름과 제2 전극층에 배치되어 있는 제2 광학보상 필름을 구비하며 편광 안경의 좌측렌즈와 우측렌즈로 제공되는 제1 영상과 제2 영상의 명암비를 서로 대칭으로 보상하는 광학보상 필름부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명에 따른 서브 패널은 제1 전극층과 상기 제2 전극층에 전압을 인가하여 액정층에 수직 전계를 형성하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 제1 광학보상 필름은 265nm 내지 285nm의 위상지연값을 가지며, 제2 광학보상 필름은 290nm 내지 310nm의 위상지연값을 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서 제1 광학보상 필름과 제2 광학보상 필름의 지상축(slow axis)은 상기 메인 패널의 상부에 형성된 편광판의 투과축을 기준으로 0° 내지 11°인 것을 특징으로 한다.
여기서 제1 전극층에 형성된 배향막의 제1 러빙각(rubbing angle, θ1)과 제2 전극층에 형성된 배향막의 제2 러빙각(rubbing angle, θ2)은 각각 아래의 수학식에 따라 결정되며,
[수학식]
Figure 112013058521616-pat00001
[수학식]
Figure 112013058521616-pat00002
여기서 n은 제1 광학보상 필름과 제2 광학보상 필름의 지상축인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 제1 영상과 제2 영상을 교번으로 출력하는 메인 패널과, 메인 패널의 상부에 배치되어 있으며 제1 영상과 제2 영상의 편광값을 변경하는 서브 패널과, 서브 패널에서 출력되는 제1 영상을 좌원 렌즈을 통해 사용자에 제공하고 서브 패널에서 출력되는 제2 영상을 우원 렌즈를 통해 사용자에 제공하는 편광 안경을 포함하며, 서브 패널은 서로 이격된 제1 전극층과 제2 전극층과, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 충진된 액정층과, 제1 전극층과 제2 전극층에 전압을 인가하여 액정층에 수직 전계를 형성하는 전원부와, 제1 전극층에 배치되어 있는 제1 광학보상 필름과 제2 전극층에 배치되어 있는 제2 광학보상 필름을 구비하며 편광 안경의 좌측렌즈와 우측렌즈로 제공되는 제1 영상과 제2 영상의 명암비를 서로 대칭으로 보상하는 광학보상 필름부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 피사체에 대한 2차원 영상을 수신하여 투사하는 프로젝터와, 피사체에 대한 깊이 정보를 수신하여 깊이 정보를 해당하는 편광 정보로 계산하는 편광 정보 계산부와, 프로젝터의 전면에 배치되며 편광 정보에 따라 2차원 영상의 편광값을 변경하여 출력하는 서브 패널과, 서브 패널의 전면에 배치되며 서브 패널에서 출력되는 2차원 영상을 결합하여 입체 영상으로 표시하는 표시부를 포함한다.
여기서 서브 패널은 서로 이격된 제1 전극층과 제2 전극층과, 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 충진된 액정층과, 제1 전극층과 제2 전극층에 전압을 인가하여 액정층에 수직 전계를 형성하는 전원부와, 제1 전극층에 배치되어 있는 제1 광학보상 필름과 제2 전극층에 배치되어 있는 제2 광학보상 필름을 구비하며 편광 정보에 따라 편광값을 변경하여 출력되는 2차원 영상의 명암비를 서로 대칭으로 보상하는 광학보상 필름부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 피사체를 촬영하여 생성된 2차원 영상을 상기 프로젝터로 전송하는 일반 카메라와, 피사체를 촬영하여 생성된 깊이 정보를 상기 편광 정보 계산부로 전송하는 깊이 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 서브 패널은 광학보상필름을 통해 서브 패널에서 출사되는 영상들의 명암비를 서로 대칭적으로 보상함으로써, 입체 표시 장치에서 입체 영상이 서로 겹치는 현상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 서브 패널은 안경방식의 입체 영상 표시 방식에서 좌안과 우안으로 각각 입사되는 제1 영상과 제2 영상의 명암비를 대칭적으로 보상함으로써, 편광안경에서 형성되는 입체 영상이 서로 겹치는 것을 방지하여 사용자가 느끼는 눈의 피로를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 서브 패널은 무안경방식의 입체 영상 표시 장치에서 피사체의 깊이 정보에 해당하는, 편광값을 가지는 영상을 적은 빛샘을 가지는 선형 편광으로 보상함으로써, 선명한 입체 영상을 표시할 수 있다.
도 1은 종래 안경 방식의 입체감 표현방식에서 사용되는 서브 패널을 도시하고 있다.
도 2는 종래 서브 패널로부터 편광안경으로 입사되는 제1 영상과 제2 영상에 대한 평광 안경의 좌안과 우안에서의 파장별 투과율 곡선을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 서브 패널을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 지상축의 변화에 따른 좌안과 우안에서 제1 영상과 제2 영상의 명암비를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 서브 패널의 비활성 상태와 활성 상태를 도시하고 있다.
도 6은 종래 서브패널에서 편광안경의 좌안과 우안으로 제공되는 제1 영상과 제2 영상에 대한 평광안경의 좌안과 우안에서의 파장별 투과율 곡선을 도시하고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 서브패널에서 편광안경의 좌안과 우안으로 제공되는 제1 영상과 제2 영상에 대한 좌안과 우안에서의 파장별 투과율 곡선을 도시하고 있다.
도 8은 본 발명에 따른 서브 패널을 사용하는 입체 영상 표시 장치의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명에 따른 서브 패널을 사용하는 입체 영상 표시 장치의 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 10은 종래 광학 보상을 하지 않은 서브 패널과 본 발명에 따른 서브 패널을 이용한 선형 편광의 빛샘과 투과율을 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 서브 패널 및 이를 이용한 입체 영상 표시 장치에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.
도 3은 본 발명에 따른 서브 패널을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 서브 패널은 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350), 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350)의 사이에 충진되어 있는 TN 모드의 액정층(330) 및 제1 전극층(310)의 상면에 배치되는 제1 광학보상 필름(320)과 제2 전극층(350)의 하면에 배치되어 있는 제2 광학보상 필름(340)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서 제1 광학보상 필름(320)은 제1 전극층(310)의 상면에 배치되는 것으로 설명하나, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 제1 전극층(310)의 하면에 배치될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. 한편, 제2 광학보상 필름(340)은 제2 전극층(350)의 하면에 배치되는 것으로 설명하나, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 제2 전극층(350)의 상면에 배치될 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다.
도 3에 도시되어 있는 본 발명에 따른 서브패널(300)은 메인패널(미도시)로부터 출력되는 제1 영상과 제2 영상의 편광 정보를 변형하여 출력하는데, 바람직하게 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350) 사이에 전계가 인가되지 않아 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350) 사이에 수직 전계가 형성되지 않는 경우 제1 영상을 90°회전시킨 선형 편광된 제1 영상으로 편광 정보를 변경하여 출력하고, 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350) 사이에 전계가 인가되어 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350) 사이에 수직 전계가 형성되는 경우 제2 영상을 편광 변화없이 그대로 출력한다. 즉, 서브 패널은 메인패널을 통해 입력되는 제1 영상과 제2 영상을 교번하여 편광 정보를 변경하여 출력한다.
이때, 제1 광학보상 필름(320)와 제2 광학보상 필름(340)은 편광안경(미도시)의 좌안으로 제공되는 제1 영상과 편광안경의 우안으로 제공되는 제2 영상이 서로 대칭되는 명암비를 가지도록 광학보상한다.
여기서 제1 광학보상 필름(320)은 265nm 내지 285nm의 위상지연값을 가지며, 제2 광학보상 필름(340)은 290nm 내지 310nm의 위상지연값을 가지는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 제1 광학보상 필름(320)의 위상지연값은 275nm이고 제2 광학보상 필름(340)의 위상지연값은 300nm인 경우 좌안과 우안에 대칭적인 명암비를 가지도록 보상하나 제1 광학보상 필름(320)이 265nm 내지 285nm의 위상지연값을 가지고 제2 광학보상 필름(340)이 290nm 내지 310nm의 위상지연값을 가질 때, 사용자가 좌안과 우안에 겹침이 없는 시인성의 대칭비를 가짐을 확인할 수 있었다.
한편, 제1 광학보상 필름(320)과 제2 광학보상 필름(340)의 지상축(slow axis)은 메인 패널의 상부에 형성된 편광판의 투과축을 기준으로 0° 내지 11°인 것을 특징으로 한다.
도 3에는 도시되어 있지 않으나, 본 발명에 따른 서브 패널(300)은 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350)에 전압을 인가하여 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350) 사이에 수직 전계를 형성하는 전원부를 포함한다.
바람직하게, 제1 전극층(310)에 형성된 배향막의 제1 러빙각(rubbing angle, θ1)과 제2 전극층(350)에 형성된 배향막의 제2 러빙각(rubbing angle, θ2)은 각각 아래의 수학식(1)과 (2)에 따라 결정되며,
[수학식 1]
Figure 112013058521616-pat00003
[수학식 2]
Figure 112013058521616-pat00004
여기서 n은 제1 광학보상 필름(320)과 제2 광학보상 필름(340)의 지상축인 것을 특징으로 한다.
도 4의 (a)와 (b)는 각각 지상축의 변화에 따른 좌안과 우안에서 제1 영상과 제2 영상의 명암비를 나타낸 그래프로, 도 4의 (a)와 (b)에서 알 수 있는 바와 같이 지상축이 0°인 경우 좌안과 우안에서의 명암비가 155:1과 5629:1로 서로 비대칭적이지만 100:1 이상의 명암비를 가짐을 확인할 수 있고, 지상축이 8°인 경우 좌안과 우안에서의 명암비가 199:1과 208:1의 대칭적인 명암비를 가지며 동시에 100:1 이상의 명암비를 가짐을 확인할 수 있고, 지상축이 11°인 경우 좌안과 우안에서의 명암비가 167:1과 99:1로 감소하게 되면서 지상축이 11°이상부터 100:1 이하의 명암비를 가짐을 확인할 수 있다. 바람직하게 제1 광학보상 필름(320)과 제2 광학보상 필름(340)의 지상축(slow axis)은 메인 패널의 상부에 형성된 편광판의 투과축을 기준으로 0° 내지 11°이며, 더욱 바람직하게 제1 광학 보상 필름(320)과 제2 광학보상 필름(340)의 지상축은 메인 패널의 상부에 형성된 편광판의 투과축을 기준으로 8°인 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 서브 패널의 비활성 상태와 활성 상태를 도시하고 있다. 여기서 비활성 상태란 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350)에 전압을 인가하지 않아 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350) 사이에 수직 전계가 형성되지 않은 상태를 의미하며, 활성 상태란 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350)에 전압을 인가하여 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350) 사이에 수직 전계가 형성된 상태를 의미한다.
도 5의 (a)를 참고로 살펴보면, 제1 전극층(310)과 제2 전극층(350)에서 TN 액정층(330)의 러빙각은 서로 직교하도록 형성되어 있는데 비활성 상태에서 제1 전극층(310)으로 입사된 영상은 제1 광학보상 필름(320)과 제2 광학보상 필름(340)에 의해 광학 보상되어 90°회전 선형 편광된 제1 영상을 광학 안경으로 출력한다.
한편, 도 5의 (b)를 참고로 살펴보면, 활성 상태에서 제1 전극층(310)으로 입사된 영상은 제1 광학보상 필름(320)과 제2 광학보상 필름(340)에 의해 광학 보상되어 제1 전극층(310)으로 입사된 영상 그대로 선형 편광된 제2 영상을 광학 안경으로 출력한다.
도 6은 종래 서브패널에서 편광안경의 좌안과 우안으로 제공되는 제1 영상과 제2 영상에 대한 좌안과 우안에서의 파장별 투과율 곡선을 도시하고 있으며, 도 7은 본 발명에 따른 서브패널에서 편광안경의 좌안과 우안으로 제공되는 제1 영상과 제2 영상에 대한 좌안과 우안에서의 파장별 투과율 곡선을 도시하고 있다.
도 7에 도시되어 있는 파장별 투과율 곡선의 특성을 가지는, 본 발명에 따른 서브 패널은 275nm의 위상지연값과 300nm의 위상지연값을 가지는 제1 광학보상 필름과 제2 광학보상 필름을 사용하며, 제1 광학보상 필름과 제2 광학보상 필름의 지상축은 8°로 하고 TN 액정축의 러빙각은 각각 106°와 196°로 형성되어 있다.
도 6에서 알수 있는 바와 같이 종래 서브 패널에서 좌안과 우안에서의 파장별 투과율 특성을 살펴보면 단파장과 장파장 영역에서 큰 차이를 보이는데 좌안의 경우 단파장과 장파장에서 빛 샘이 발생하는 반면, 우안의 경우 모든 가시광선 영역대에서 빛샘이 거의 발생하지 않는다. 따라서 종래 서브 패널의 전체적인 명암비는 각각 161:1과 5645:1로 비대칭적인 명암비를 가진다. 이러한 비대칭성은 입체 영상이 서로 겹치도록 보이는 문제점을 발생한다. 그러나 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 서브 패널은 좌안의 경우 단파장에서 거의 빛 샘이 발생하지 않으며, 우안의 경우도 모든 가시광선 영역대에서 빛 샘이 발생하지 않음을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 서브 패널의 전체적인 명암비는 199:1과 208:1로 대칭적인 명암비를 가진다.
여기서 명암비(CR)란 좌안에 제1 영상이 입사될 때의 화이트(white)와 제2 영상이 입사될 때의 다크(dark)의 비 또는 우안에 제2 영상이 입사될 때의 화이트와 제1 영상이 입사될 때의 다크의 비로 아래의 수학식(3)과 같이 계산된다.
[수학식 3]
Figure 112013058521616-pat00005
여기서 λ 는 파장이며, Tbright와 Tdark는 각각 화이트와 다크의 투과율 크기를 의미하며, P와 D는 각각 인간 눈의 광순응 응답(photopia response)과 광원 스펙트럼 분산(illuminant spectral distribution)을 의미한다.
도 8은 본 발명에 따른 서브 패널을 사용하는 입체 영상 표시 장치의 일 실시예를 도시하고 있다.
도 8을 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 입체 영상 표시 장치는 백라이트 유닛(100)과 메인 패널(200)을 구비하는 액정표시장치와, 서브 패널(300) 및 사용자가 착용하여 서브 패널로부터 제공되는 제1 영상과 제2 영상을 통해 입체 영상을 표시하는 편광안경(400)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서 백라이트 유닛(100)은 액정표시장치의 광원으로 동작하며, 메인 패널(200)은 백라이트 유닛(100)에서 제공된 광을 제어하여 영상을 형성한다. 본 발명에서 액정표시장치로 입체 영상 표시 장치를 설명하나 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명이 적용되는 분야에 따라 제1 영상과 제2 영상을 교번하여 출력하는 플라즈마 표시장치(PDP), 유기발광표시장치(OLED) 등의 다양한 표시장치가 사용될 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다.
메인 패널(200)은 입체 영상을 구현하기 위하여 관측자의 좌안으로 입사될 제1영상과 우안으로 입사될 제2영상을 교대로 표시하며, 제1영상과 제2영상은 미리
정해진 순서 및 시간에 따라 교대로 표시된다.
서브 패널(300)은 메인 패널(200)로부터 출력되는 제1 영상과 제2 영상의 편광 정보를 변경하여 편광 안경(400)으로 제공하는데, 편광 안경(400)의 좌안과 우안으로 제공되는 제1 영상과 제2 영상의 명암비를 대칭적으로 보상한다. 평광 안경(400)의 좌안과 우안은 각각 투과축이 서로 직교하는 편광판이 부착되어 교번하여 좌안과 우안으로 제공되는 제1 영상과 제2 영상을 사용자에 표시한다.
도 9는 본 발명에 따른 서브 패널을 사용하는 입체 영상 표시 장치의 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 9를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 깊이 지도를 이용하여 입체 영상을 표시하는 장치인데, 크게 촬영부와 디스플레이부로 구성된다. 촬영부는 피사체(1000)를 촬영하는 일반 카메라(1100), 깊이 카메라(1200) 및 편광 정보 계산부(1250)를 구비하여 구성되며, 일반 카메라(110)와 깊이 카메라(120) 사이에는 빔 스플리터가 배치되어 있다.
한편, 디스플레이부는 프로젝터(1300), 서브 패널(1400), 적어도 2개 이상의 편광 필름을 구비하는 편광 필름부(1500)을 포함하며, 관측자(1900)는 2 이상의 편광 필름(1500)에 맺힌 3차원 영상을 관측하게 된다.
일반 카메라(1100)는 피사체(1000)를 촬영하여 2차원 영상을 생성하고 생성된 2차원 영상을 디스플레이부의 프로젝터(1300)로 전송한다. 깊이 카메라(1200)는 피사체(1000)를 촬영하여 피사체(1000)의 깊이 정보를 생성하고 생성한 깊이 정보를 편광 정보 계산부(1250)로 제공한다. 편광 정보 계산부(1250)는 깊이 정보에 해당하는 편광 정보를 계산하고 계산한 편광 정보를 서브패널(1400)로 전송한다. 편광 정보 계산부(1250)는 깊이 정보를 편광필름부(1500)를 구성하는 편광필름의 수에 따라 해당하는 편광 정보로 계산한다. 예를 들어, 편광필름의 수가 2개인 경우 깊이 정보를 원(far)/근(near)과 같이 2개의 편광 정보로 분류하고, 편광필름의 수가 3개인 경우 깊이 정보를 원(far)/중간(middle/근(near)와 같이 3개의 편광 정보로 분류하여 피사체에 대한 깊이 정보를 일대일로 대응하는 편광값으로 계산한다. 즉, 동일한 편광 정보를 가지는 영상은 동일한 편광값을 가지도록 계산된다.
프로젝터(1300)는 피사체(1000)에 대한 2차원 영상을 일반 카메라(1100)로부터 수신하여 서브패널(1400)로 출사하며, 서브 패널(1400)은 2차원 영상과 편광값을 결합시킴으로써, 편광 분포가 결합된 2차원 영상이 깊이 정보에 따라 서로 다른 편광 필름에 투사되도록 한다.
편광 필름부(1500)을 구성하는 제1 편광필름(1500_1), 제2 편광필름(1500_2), ..., 제n 편광필름(1500_n)은 투과축의 각도가 서로 상이하게 형성되어 있는데, 각 편광필름은 평관 정보 계산부(1250)에서 계산한 편광값과 동일한 평광값을 가지도록 투과축의 각도가 형성되어 있다. 이와 같이 서로 다른 투과축의 각도를 가지는 다수의 편광 필름은 서브 패널(1400)에 일정 거리 이격되어 배치되는데, 프로젝터(1300)로부터 투사되는 2차원 영상과 서브패널(1400) 상의 편광 정보가 결합된 2차원 영상은 해당하는 투과축의 각도를 가지는 편광 필름에 서로 분리 디스플레이되어 사용자에게는 이들 분리된 2차원 영상이 결합되어 3차원 영상으로 표시되는 것이다.
도 9에서 설명하는 본 발명에 따른 서브 패널을 사용하는 입체 영상 표시 장치의 다른 실시예에서 다수의 편광 필름은 서로 다른 투과축 각도(여기서 각 편광 필름의 투과축 각도는 90°/(n-1)로 계산되며, 여기서 n은 편광필름의 수이다)를 가지고 배치되는데, 서브 패널(1400)은 프로젝터로부터 입사된 2차원 영상을 각 투과축 각도에 해당하는 선형 편광으로 변형한다. 본 발명에 따른 서브 패널은 서로 다른 편광값을 가지도록 생성되는 선형 편광에서 빛샘을 방지하여 높은 투과율을 가지는 광학 보상된 선형 편광으로 변형한다.
도 10의 (a)와 (b)는 각각 종래 광학 보상을 하지 않은 서브 패널과 본 발명에 따른 서브 패널을 이용한 선형 편광의 빛샘과 투과율을 나타낸 그래프이다. 도 10의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이 광학 보상을 하지 않은 경우 40° 내지 70°에서 빛샘이 증가하여 선평광의 투과율이 30% 이하로 떨어지며 이로 인하여 선명하지 않은 입체 영상이 형성되는 반면, 도 10의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 광학 보상을 수행한 본 발명에 따른 서브 패널의 경우 0° 내지 90°에서 모두 30% 이상의 선평광 투과율을 가짐을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 백라이트 유닛 200: 메인 패널
300: 서브 패널 400: 편광 안경
310: 제1 전극층 320: 제1 광학보상 필름
330: 액정층 340: 제2 광학보상 필름
350: 제2 전극층
1000: 피사체 1100: 일반 카메라
1200: 깊이 카메라 1250: 편광정보 계산부
1300: 프로젝터 1400: 서브패널
1500: 편광필름부 1900: 사용자

Claims (14)

  1. 메인 패널의 상부에 배치되어 있으며 상기 메인 패널에서 교번으로 출력되는 제1 영상과 제2 영상의 편광값을 변경하여 편광 안경을 착용한 관측자에게 제공하는 서브 패널에 있어서,
    서로 이격된 제1 전극층과 제2 전극층;
    상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 충진된 액정층; 및
    상기 제1 전극층에 배치되어 있는 제1 광학보상 필름과 제2 전극층에 배치되어 있는 제2 광학보상 필름을 구비하며, 상기 편광 안경의 좌측렌즈와 우측렌즈로 제공되는 상기 제1 영상과 상기 제2 영상의 명암비를 서로 대칭으로 보상하는 광학보상 필름부를 포함하며,
    상기 제1 전극층에 형성된 배향막의 제1 러빙각(rubbing angle, θ1)과 상기 제2 전극층에 형성된 배향막의 제2 러빙각(rubbing angle, θ2)은 각각 아래의 수학식(1)과 (2)에 따라 결정되며,
    [수학식 1]
    Figure 112014071413689-pat00022

    [수학식 2]
    Figure 112014071413689-pat00023

    여기서 n은 상기 제1 광학보상 필름과 상기 제2 광학보상 필름의 지상축인 것을 특징으로 하는 서브 패널.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 패널은
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층에 전압을 인가하여 상기 액정층에 수직 전계를 형성하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 패널.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 광학보상 필름은 265nm 내지 285nm의 위상지연값을 가지며,
    상기 제2 광학보상 필름은 290nm 내지 310nm의 위상지연값을 가지는 것을 특징으로 하는 서브 패널.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 광학보상 필름과 상기 제2 광학보상 필름의 지상축(slow axis)은 상기 메인 패널의 상부에 형성된 편광판의 투과축을 기준으로 0° 내지 11°인 것을 특징으로 하는 서브 패널.
  5. 삭제
  6. 제1 영상과 제2 영상을 교번으로 출력하는 메인 패널;
    상기 메인 패널의 상부에 배치되어 있으며 상기 제1 영상과 상기 제2 영상의 편광값을 변경하는 서브 패널; 및
    상기 서브 패널에서 출력되는 상기 제1 영상을 좌원 렌즈을 통해 사용자에 제공하고, 상기 서브 패널에서 출력되는 상기 제2 영상을 우원 렌즈를 통해 사용자에 제공하는 편광 안경을 포함하며,
    상기 서브 패널은
    서로 이격된 제1 전극층과 제2 전극층;
    상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 충진된 액정층;
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층에 전압을 인가하여 상기 액정층에 수직 전계를 형성하는 전원부; 및
    상기 제1 전극층에 배치되어 있는 제1 광학보상 필름과 제2 전극층에 배치되어 있는 제2 광학보상 필름을 구비하며, 상기 편광 안경의 좌측렌즈와 우측렌즈로 제공되는 상기 제1 영상과 상기 제2 영상의 명암비를 서로 대칭으로 보상하는 광학보상 필름부를 구비하며,
    상기 제1 전극층에 형성된 배향막의 제1 러빙각(rubbing angle, θ1)과 상기 제2 전극층에 형성된 배향막의 제2 러빙각(rubbing angle, θ2)은 각각 아래의 수학식(1)과 (2)에 따라 결정되며,
    [수학식 1]
    Figure 112014071413689-pat00024

    [수학식 2]
    Figure 112014071413689-pat00025

    여기서 n은 상기 제1 광학보상 필름과 상기 제2 광학보상 필름의 지상축인 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 광학보상 필름은 265nm 내지 285nm의 위상지연값을 가지며,
    상기 제2 광학보상 필름은 290nm 내지 310nm의 위상지연값을 가지는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 광학보상 필름과 상기 제2 광학보상 필름의 지상축(slow axis)은 상기 메인 패널의 상부에 형성된 편광판의 투과축을 기준으로 0° 내지 11°인 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  9. 삭제
  10. 피사체에 대한 2차원 영상을 수신하여 투사하는 프로젝터;
    상기 피사체에 대한 깊이 정보를 수신하여 상기 깊이 정보를 해당하는 편광 정보로 계산하는 편광 정보 계산부;
    상기 프로젝터의 전면에 배치되며 상기 편광 정보에 따라 상기 2차원 영상의 편광값을 변경하여 출력하는 서브 패널; 및
    상기 서브 패널의 전면에 배치되며, 상기 서브 패널에서 출력되는 2차원 영상을 결합하여 입체 영상으로 표시하는 표시부를 포함하며,
    상기 서브 패널은
    서로 이격된 제1 전극층과 제2 전극층;
    상기 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 충진된 액정층;
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층에 전압을 인가하여 상기 액정층에 수직 전계를 형성하는 전원부; 및
    상기 제1 전극층에 배치되어 있는 제1 광학보상 필름과 제2 전극층에 배치되어 있는 제2 광학보상 필름을 구비하며, 상기 편광 정보에 따라 편광값을 변경하여 출력되는 상기 2차원 영상의 명암비를 서로 대칭으로 보상하는 광학보상 필름부를 구비하며,
    상기 입체 영상 표시 장치는
    상기 피사체를 촬영하여 생성된 2차원 영상을 상기 프로젝터로 전송하는 일반 카메라; 및
    상기 피사체를 촬영하여 생성된 깊이 정보를 상기 편광 정보 계산부로 전송하는 깊이 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 광학보상 필름은 265nm 내지 285nm의 위상지연값을 가지며,
    상기 제2 광학보상 필름은 290nm 내지 310nm의 위상지연값을 가지는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제1 광학보상 필름과 상기 제2 광학보상 필름의 지상축(slow axis)은 상기 프로젝터의 상부에 형성된 편광판의 투과축을 기준으로 0° 내지 11°인 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 전극층에 형성된 배향막의 제1 러빙각(rubbing angle, θ1)과 상기 제2 전극층에 형성된 배향막의 제2 러빙각(rubbing angle, θ2)은 각각 아래의 수학식(1)과 (2)에 따라 결정되며,
    [수학식 1]
    Figure 112013058521616-pat00010

    [수학식 2]
    Figure 112013058521616-pat00011

    여기서 n은 상기 제1 광학보상 필름과 상기 제2 광학보상 필름의 지상축인 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
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