KR101842747B1 - 투명 3d 디스플레이 시스템 및 방법 - Google Patents

투명 3d 디스플레이 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

투명 3D 디스플레이 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른, 3D 디스플레이 시스템은, 편광된 광을 발산하는 다수의 편광 광원들을 포함하는 광원 어레이, 광원 어레이에서 발산되는 광의 편광 상태를 픽셀별로 회전하여 3D 영상을 표현하는 액정층 및 액정층을 투과한 광을 편광 상태에 따라 각기 다른 투과도로 투과시키는 편광판을 포함하고, 배경으로부터 발산된 광이 편광 광원들 사이의 공간들을 통해 액정층에 도달하여 액정층과 상기 편광판을 투과한다. 이에 의해, 배경 물체와 자연스럽게 어우러질 수 있는 3D 영상을 표시할 수 있는 투명 3D 디스플레이 시스템 및 방법을 구현할 수 있게 된다.

Description

투명 3D 디스플레이 시스템 및 방법{Transparent 3D Display System and Method}
본 발명은 디스플레이 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배경과 3D 영상을 조합하여 표시하는 투명 3D 디스플레이 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 기존 액정 디스플레이(LCD)의 구조이다. 기존 액정 디스플레이는, 도 1에 도시된 바와 같이, 백라이트(Backlight)로 기능하는 면광원(14)에서 발산되는 백색 광(white light)이 편광판(13)을 통과하여 하나의 편광 상태를 가지게 되고, 픽셀별로 구동 가능한 액정층(12)을 통과하며 픽셀 별 액정 상태에 따라 편광 상태를 원하는 각도만큼 회전시킬 수 있다. 따라서, 픽셀별로 편광의 회전 상태에 따라 마지막 편광판(11)을 통과하며 투과도가 결정되고, 이로부터 액정의 구동에 따라 픽셀별로 밝기를 제어할 수 있다.
도 2는 기존의 액정 기반 투명 2D 디스플레이의 구조를 나타낸 도면이다. 기존의 액정 기반 투명 2D 디스플레이는, 도 1에 도시된 액정 디스플레이의 구조에서 면광원(14)을 제거한 형태로 간단히 구현된다. 이에 의해, 액정 디스플레이 뒤편의 배경으로부터의 빛의 투과도가 액정층(22)에 의해 픽셀 단위로 제어되어 배경 물체(30) 위에 2D 영상을 표시해 줄 수 있게 된다.
하지만, 배경 물체(30)는 3D인데 반해, 투명 2D 디스플레이로 표시되는 영상은 2차원이기 때문에, 배경 물체(30)와 영상이 자연스럽게 어우러지지 못한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 배경 물체와 자연스럽게 어우러질 수 있는 3D 영상을 표시할 수 있는 투명 3D 디스플레이 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 디스플레이 시스템은, 편광된 광을 발산하는 다수의 편광 광원들을 포함하는 광원 어레이; 상기 광원 어레이에서 발산되는 광의 편광 상태를 픽셀별로 회전하여, 3D 영상을 표현하는 액정층; 및 상기 액정층을 투과한 광을 편광 상태에 따라 각기 다른 투과도로 투과시키는 편광판;을 포함하고, 배경으로부터 발산된 광이, 상기 편광 광원들 사이의 공간들을 통해 상기 액정층에 도달하여, 상기 액정층과 상기 편광판을 투과한다.
그리고, 상기 광원 어레이와 상기 액정층은, 일정 간격 떨어져 있다. 또한, 상기 배경으로부터 발산된 광은, 편광 상태가 결정되지 않은 광이다.
그리고, 다수의 편광 광원들은, 선광원 타입이고, 상기 3D 영상은, 수직 또는 수평 시차를 갖는 3D 영상일 수 있다.
또한, 상기 편광 광원들은, 특정 각도로 기울어져 있을 수 있다.
그리고, 다수의 편광 광원들은, 점광원 타입이고, 상기 3D 영상은, 수직 및 수평 시차를 갖는 3D 영상일 수 있다.
또한, 상기 편광 광원은, 유리 기판; 상기 유리 기판의 일 면에 부착된 유기 EL 광원들; 및 상기 유리 기판의 타 면에 상기 유기 EL 광원에 대향되어 동일 형상으로 부착된 편광판들;을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 3D 디스플레이 방법은, 다수의 편광 광원들을 포함하는 광원 어레이가 편광된 광을 발산하는 단계; 액정층이 상기 광원 어레이에서 발산되는 광의 편광 상태를 픽셀별로 회전하여, 3D 영상을 표현하는 단계; 편광판이 상기 액정층을 투과한 광을 편광 상태에 따라 각기 다른 투과도로 투과시키는 단계; 및 배경으로부터 발산된 광이, 상기 편광 광원들 사이의 공간들을 통해 상기 액정층에 도달하여, 상기 액정층과 상기 편광판을 투과하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 배경 물체와 자연스럽게 어우러질 수 있는 3D 영상을 표시할 수 있는 투명 3D 디스플레이 시스템 및 방법을 구현할 수 있어, 투명 3D 디스플레이를 위한 새로운 장을 마련할 수 있게 된다.
도 1 기존 액정 디스플레이(LCD)의 구조,
도 2 액정에 기반한 투명 2D 디스플레이의 구조
도 3은 수평 시차를 제공하는 3D 영상을 표시하기 위한 투명 3D 디스플레이의 구조,
도 4는, 도 3에 도시된 편광 선광원 어레이의 상세 구조,
도 5는 수평&수직 시차를 제공하는 3D 영상을 표시하기 위한 투명 3D 디스플레이의 구조,
도 6은, 도 5에 도시된 편광 점광원 어레이의 상세 구조,
도 8은 유기 EL을 이용한 편광 선광원 어레이의 구현 개념도,
도 9는 유기 EL을 이용한 편광 점광원 어레이의 구현 개념도,
도 10은, 도 8 및 도 9에서 제시한 유기 EL을 이용한 편광 선광원/점광원 어레이를 상부에서 바라보면서 도시한 도면, 그리고,
도 11은, 도 8 및 도 9에서 제시한 유기 EL을 이용한 편광 선광원/점광원 어레이에 전압 인가를 위한 배선 방법의 설명에 제공되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는, 기존의 액정 디스플레이에서 면광원(14)과 뒤쪽의 편광판(13)을 제거하고, 특정 편광을 갖는 광을 발산하는 선광원 혹은 점광원 어레이 형태의 광원을 편광판(13) 대신 액정층(12)의 뒤에 배치하는 구조를 통해 3D 영상을 표현하는 투명 3D 디스플레이를 제시한다.
도 3은 수평 시차를 제공하는 3D 영상을 표시하기 위한 투명 3D 디스플레이(100)의 구조를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 투명 3D 디스플레이(100)은, 편광판(110), 액정층(120) 및 편광 선광원 어레이(130)를 포함한다. 편광 선광원 어레이(130)는 액정층(120)으로부터 일정 거리 떨어진 지점에 배치된다.
편광 선광원 어레이(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 두께가 p이고 수직축에 대해 θ°로 기울어진 선광원들이 φ의 간격을 두고 반복적으로 배치되는 구조이다. 각각의 선광원들에서는 특정 편광 상태로 편광된 백색광이 발산된다.
도 5는 수평&수직 시차를 제공하는 3D 영상을 표시하기 위한 투명 3D 디스플레이(200)의 구조를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 투명 3D 디스플레이(200)은, 편광판(210), 액정층(220) 및 편광 점광원 어레이(230)를 포함한다. 편광 점광원 어레이(230)는 액정층(220)으로부터 일정 거리 떨어진 지점에 배치된다.
편광 점광원 어레이(230)는 도 6에 도시된 바와 같이, 가로 px, 세로 py인 점광원들이 가로 φx, 세로 φy의 간격을 두고 반복적으로 배치되는 구조이다. 각각의 점광원들에서는 특정 편광 상태로 편광된 백색광이 발산된다.
도 7은, 도 3과 도 5에 제시된 투명 3D 디스플레이가 구현되는 원리의 설명에 제공되는 도면이다. 도 7은, 도 3과 도 5의 투명 3D 디스플레이를 상부에서 바라 보면서 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 배경 물체(30)로부터 발산된 광은 일반적으로 편광 상태가 결정되지 않았다고 가정할 수 있으며, 편광 선광원 어레이(130) 또는 편광 점광원 어레이(230)의 광원들 사이 공간(구멍)을 통해 액정층(120, 220)에 도달한다.
액정층(120, 220)에서는 픽셀별 액정 상태에 따라 편광 상태가 회전되지만, 편광 상태가 결정되지 않은 광은 액정층(120, 220)을 투과한 후에도 편광 상태가 결정되어 있지 않는다. 따라서, 배경 물체(30)로부터 발산된 광은 액정층(120, 220)을 투과한 후에, 편광판(110, 210)을 투과할 때에도 액정층(120, 220)의 상태에 상관없이 일정한 투과도를 갖게 된다.
따라서, 배경 물체(30)로부터의 발산된 광은 액정층(120, 220)의 상태에 관계 없이 화면 전체에 대해 투과도가 일정하다.
배경 물체(30)로부터의 발산된 광 중 일부는 편광 선광원 어레이(130) 또는 편광 점광원 어레이(230)에 의해 가려지게 되지만, 선광원들의 사이 공간들의 면적 또는 점광원들의 사이 공간들의 면적을 충분히 크게 구현한다면, 배경 물체(30)의 관찰에 지장이 없다.
한편, 편광 선광원 어레이(130) 또는 편광 점광원 어레이(230)로부터 발산되는 광은 편광 상태가 결정되어 있기 때문에, 액정층(120, 220)을 통과하며 픽셀 단위로 편광 상태를 회전시켜 줄 수 있으며, 이는 편광판(110, 210)을 투과하는 투과도를 변화시켜 결과적으로 영상 정보를 실어줄 수 있게 된다.
따라서, 도 7에 나타난 바와 같이, 각 선광원 또는 점광원에서 발산되는 광은 액정층(120, 220)에서 일정 갯수의 픽셀들을 통과하며 방향별로 서로 다른 영상정보를 관찰자에게 제공할 수 있다.
이에 따라, 도 3에 도시된 디스플레이 시스템은 parallax barrier에 기반한 3D 디스플레이와 유사한 원리에 의해, 도 5에 도시된 디스플레이 시스템은 pinhole array에 기반한 3D 디스플레이와 유사한 원리에 의해, 3D 영상을 관찰자에게 제공하게 된다.
즉, 도 3에 도시된 시스템의 경우 액정층(120)에는 parallax barrier에 기반한 3D 디스플레이와 같은 방식으로 생성된 수평 시차 영상을, 도 4에 도시된 시스템의 경우 액정층(220)에는 pinhole array에 기반한 3D 디스플레이와 같은 방식으로 생성된 수평&수직 영상을, 표시해 줌으로써 3D 영상을 디스플레이할 수 있는 것이다.
이하에서, 편광 선광원 어레이(130)와 편광 점광원 어레이(230)를 구현하는 방법에 대해, 도 8과 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
도 8은 유기 EL을 이용한 편광 선광원 어레이(130)의 구현 개념도이고, 도 9는 유기 EL을 이용한 편광 점광원 어레이(230)의 구현 개념도이다. 도 8 및 도 9에서는, 백색광을 발산하는 유기 EL과 선형 편광판을 이용하여, 편광 선광원 어레이(130) 및 편광 점광원 어레이(230)를 구현하는 방법을 나타내었다.
구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 편광 선광원 어레이(130)는, 유리 기판의 일 면에는 유기 EL로 된 선광원 어레이를 부착하고, 유리 기판의 타 면에는 선광원 어레이와 동일 형상의 선형 편광판 어레이를 선광원 어레이에 대향되도록 부착하여, 구현 가능하다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 편광 점광원 어레이(230)는, 유리 기판의 일 면에는 유기 EL로 된 점광원 어레이를 부착하고, 유리 기판의 타 면에는 점광원 어레이와 동일 형상의 점형 편광판 어레이를 점광원 어레이에 대향되도록 부착하여, 구현 가능하다.
도 10은, 도 8 및 도 9에서 제시한 유기 EL을 이용한 편광 선광원 어레이(130) 및 편광 점광원 어레이(230)를 상부에서 바라보면서 도시한 도면으로, 이를 통해 편광 선광원 어레이(130) 및 편광 점광원 어레이(230)의 단면을 확인할 관찰할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 유기 EL은 백색광을 발산하는 광원으로 역할하여야 하므로, ITO 글래스(133, 233)의 일 면에 white 발광층(132, 232) 및 cathode(131, 231)의 순서로 레이어가 구성되어 있고, 편광을 주기 위해 편광판(134, 234)이 ITO 글래스(133, 233)의 타 면에 부착되어 있다.
도 11은, 도 8 및 도 9에서 제시한 유기 EL을 이용한 편광 선광원 어레이(130) 및 편광 점광원 어레이(230)에 전압 인가를 위한 배선 방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 11은, 도 8 및 도 9에서 제시한 유기 EL을 이용한 편광 선광원 어레이(130) 및 편광 점광원 어레이(230)를 cathode(131, 231) 레이어 방향으로 바라보면서 도시하였다.
도 11의 좌측에 도시된 바와 같이, 편광 선광원 어레이(130)를 위해서는 선광원 어레이를 가로지르는 하나의 cathode 라인(135) 만을 형성하면 된다. 이 cathode 라인을 통해서 모든 선광원들에 전압을 가할 수 있다. 이 cathode 라인(135)은 3D 영상을 관찰하는데 방해가 되지 않도록, 디스플레이를 위해 사용되는 active 영역을 피해서 배치하는 것이 좋으며, 이것이 불가능하다면 최대한 가늘게 배선하는 것이 좋다.
또한, 도 11의 우측에 도시된 바와 같이, 편광 점광원 어레이(230)를 위해서는 점광원 어레이의 행 마다(또는 열 마다) 하나의 cathode 라인(235)을 형성하여야 한다. 이에 따라, cathode 라인들(235)을 통해 행 별로(또는 열 별로) 선광원들에 전압을 가할 수 있다.
이 cathode 라인들(235) 역시, 3D 영상을 관찰하는데 방해가 되지 않도록, 디스플레이를 위해 사용되는 active 영역을 피해서 배치하는 것이 좋으며, 이것이 불가능하다면 최대한 가늘게 배선하는 것이 좋다.
도 11의 하부에는 cathode 라인(135, 235)이 배선된 편광 선광원 어레이(130) 및 편광 점광원 어레이(230)의 단면을 도시하였다.
지금까지, 기존의 액정 디스플레이에서 면광원과 뒤쪽의 편광판을 제거하고, 특정 편광을 갖는 선광원 혹은 점광원 어레이 형태의 광원을 편광판 대신 액정층의 뒤에 배치하는 구조를 통해 3D 영상을 표현하는 투명 3D 디스플레이 시스템에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서, 편광 선광원 어레이(130)는 세로 방향으로 구현하는 것만을 상정하였으나, 예시적인 것에 불과하다. 편광 선광원 어레이(130)를 가로 방향으로 구현하는 경우도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에서는 액정 디스플레이를 기반으로 투명 3D 디스플레이를 구현하였으나, 그 밖의 다른 타입의 디스플레이를 기반으로 투명 3D 디스플레이를 구현하는 경우도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100, 200 : 투명 3D 디스플레이
110, 210 : 편광판
120, 220 : 액정층
130 : 편광 선광원 어레이
230 : 편광 점광원 어레이

Claims (8)

  1. 편광된 광을 발산하는 다수의 편광 광원들을 포함하는 광원 어레이;
    상기 광원 어레이로부터 일정 간격 떨어져 배치되며, 상기 광원 어레이에서 발산되는 광을 이용하여, 3D 영상을 표현하는 액정층; 및
    상기 액정층을 투과한 광을 편광 상태에 따라 각기 다른 투과도로 투과시키는 편광판;을 포함하고,
    배경으로부터 발산된 광이, 상기 편광 광원들 사이의 공간들을 통해 상기 액정층에 도달하여, 상기 액정층과 상기 편광판을 투과하며,
    상기 편광 광원들 각각에서 발산되는 광들은, 발산 방향별로 상기 액정층의 각기 다른 픽셀들을 통과하여, 발산 방향별로 서로 다른 영상이 관찰자에게 제공되는 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 광원 어레이에서 발산되는 광의 편광 상태를 픽셀별로 회전하여, 3D 영상을 표현하고,
    상기 배경으로부터 발산된 광은,
    편광 상태가 결정되지 않은 광인 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    다수의 편광 광원들은, 선광원 타입이고,
    상기 3D 영상은, 수직 또는 수평 시차를 갖는 3D 영상인 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 편광 광원들은,
    특정 각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    다수의 편광 광원들은, 점광원 타입이고,
    상기 3D 영상은, 수직 및 수평 시차를 갖는 3D 영상인 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 편광 광원은,
    유리 기판;
    상기 유리 기판의 일 면에 부착된 유기 EL 광원들; 및
    상기 유리 기판의 타 면에 상기 유기 EL 광원에 대향되어 동일 형상으로 부착된 편광판들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 시스템.
  8. 다수의 편광 광원들을 포함하는 광원 어레이가 편광된 광을 발산하는 단계;
    상기 광원 어레이로부터 일정 간격 떨어져 배치된 액정층이 상기 광원 어레이에서 발산되는 광을 이용하여, 3D 영상을 표현하는 단계;
    편광판이 상기 액정층을 투과한 광을 편광 상태에 따라 각기 다른 투과도로 투과시키는 단계; 및
    배경으로부터 발산된 광이, 상기 편광 광원들 사이의 공간들을 통해 상기 액정층에 도달하여, 상기 액정층과 상기 편광판을 투과하는 단계;
    상기 편광 광원들 각각에서 발산되는 광들이, 발산 방향별로 상기 액정층의 각기 다른 픽셀들을 통과하여, 발산 방향별로 서로 다른 영상이 관찰자에게 제공되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 방법.
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