KR101958447B1 - 입체 영상 표시 장치 및 그 표시 방법 - Google Patents

입체 영상 표시 장치 및 그 표시 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무안경식 입체 영상 표시 장치에서 사용자의 위치가 변경되더라도, 사용자가 다수인인 경우에도 각 사용자에게 크로스토크의 문제 없이 입체영상을 제공할 수 있는 입체 영상 표시 장치 및 그 표시 방법에 대한 것이다.

Description

입체 영상 표시 장치 및 그 표시 방법{3 DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 입체 영상 표시 장치 및 그 표시 방법에 대한 것으로 보다 상세하게는 무안경식 입체 영상 표시 장치 및 그 표시 방법에 대한 것이다.
오늘날 초고속 정보 통신망을 근간으로 구축된 정보의 고속화를 위해 실현될 서비스들은 현재의 전화와 같은 단순히 듣고 말하는 서비스로부터 문자, 음성, 영상을 고속 처리하는 디지털 단말을 중심으로 한 보고 듣는 멀티 미디어형 서비스로 발전하고 궁극적으로는 시공간을 초월하여 실감 있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는 초공간형 실감 3차원 입체 정보통신 서비스로 발전할 것으로 예상된다.
일반적으로 3차원을 표현하는 입체 영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데, 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나게 되는 양안시차는 입체감의 가장 중요한 요인이라 할 수 있다. 즉, 좌우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생하는 것이다. 이러한 능력을 통상 스테레오그라피(stereography)라 한다.
입체 영상 표시 장치는 양안시차를 이용하는 것으로 관찰자의 별도의 안경착용 여부에 따라 안경식(stereoscopic)의 편광 방식과 시분할 방식, 비안경식(autostereoscopic)의 패럴랙스-배리어방식, 렌티큘러(lenticular)방식 및 블린킹 라이트(blinking light) 방식이 있다.
비안경식 입체 영상 표시 장치는 액정 표시 장치 위에 렌티 큘러 렌즈층과 같이 좌안용 영상과 우안용 영상을 분리하는 장치가 사용된다. 비안경식 입체 영상 표시 장치는 관찰자가 직접 스크린을 주시하게 되어 추가적인 안경 없이 입체 영상을 볼 수 있다는 장점이 있지만, 일정한 위치에 있는 사용자는 입체 영상을 볼 수 있지만, 그 위치를 벗어나는 경우에는 좌안용 영상이 우측눈으로 들어 가는 등 크로스 토크의 문제가 발생하여 정상적인 입체 영상을 시청할 수 없는 단점이 있다.
또한, 설계와 달리 실제 제작된 표시 장치의 렌즈 수차나 피치 오차, 갭 오차 등으로 인하여도 정상적인 입체 영상을 제공할 수 없는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용자의 위치에 관계없이 사용자에게 입체 영상을 제공하기 위한 입체 영상 표시 장치 및 그 표시 방법을 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛의 상부에 위치하며, 빛을 투과시키거나 차단시키는 복수의 단위 배리어를 포함하는 배리어 패널; 상기 배리어 패널의 상부에 위치하며, 주요 위치를 가지는 복수의 렌티큘러 렌즈를 포함하는 렌티큘러 렌즈 어레이; 상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 상부에 위치하며, 화상을 표시하는 액정 패널; 사용자의 눈의 위치 및 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치에서부터 상기 사용자의 눈까지의 거리를 파악하는 아이 트랙킹 센서; 및 상기 아이 트랙킹 센서의 출력에 따라서 상기 백라이트 유닛, 상기 배리어 패널 및 상기 액정 패널을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 단위 배리어를 온/오프 시켜 빛이 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 지나 상기 사용자의 오른쪽 눈에는 우안용 영상이 인가되고, 왼쪽 눈에는 좌안용 영상이 인가된다.
상기 아이 트랙킹 센서에 의하여 상기 사용자의 두 눈의 중앙을 파악한 후, 상기 두 눈의 중앙과 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 각각 연결한 직선이 상기 배리어 패널과 만나는 단위 배리어를 기준으로 우안용 배리어와 좌안용 배리어는 구분할 수 있다.
상기 직선과 만나는 상기 단위 배리어의 양 측 경계 중 더 가까운 쪽의 경계를 기준으로 상기 우안용 배리어와 상기 좌안용 배리어를 구분할 수 있다.
상기 우안용 배리어와 상기 좌안용 배리어의 사이에 항상 오프 상태인 단위 배리어를 포함할 수 있다.
상기 사용자의 눈 위치에서 형성되는 투영상 피치는 사용자의 눈 사이의 거리보다 작은 값을 가질 수 있다.
배리어 피치를 PB, 상기 렌티큘러 렌즈의 피치를 PL, 상기 사용자의 두 눈 사이의 거리의 최소값을 PEmin, 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치에서 상기 사용자의 눈까지의 거리를 Dx, 상기 배리어 패널과 상기 렌티큘러 렌즈 간의 거리를 d라 할 때, 아래 수식을 만족할 수 있다.
PB=PL*(D+d)/D/m (m은 양의 분수)
PB < PEmin*d/Dx
상기 액정 패널은 상부 편광판을 포함하며, 상기 배리어 패널은 상부 편광판 및 하부 편광판을 포함할 수 있다.
상기 사용자가 복수인인 경우 각 사용자에 대하여 상기 좌안용 배리어와 상기 우안용 배리어를 구분하며, 상기 아이 트랙킹 센서에 의하여 인접하는 사용자의 인접하는 두 눈의 중앙을 파악한 후, 상기 두 눈의 중앙과 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 각각 연결한 직선이 상기 배리어 패널과 만나는 단위 배리어를 기준으로 인접하는 두 사용자의 우안용 배리어와 좌안용 배리어로 구분할 수 있다.
상기 복수의 사용자 중 2차원 영상을 보는 사용자가 있는 경우 해당 사용자에게는 우안용 영상 또는 좌안용 영상 중 하나만을 제공하고 다른 하나는 차단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 방법은 액정 패널, 배리어 패널, 렌티큘러 렌즈 어레이, 백라이트, 아이 트랙킹 센서 및 제어부를 포함하는 입체 영상 표시 장치의 구동 방법에서, 상기 아이 트랙킹 센서를 통하여 사용자의 눈의 위치 및 거리를 감지하는 단계; 상기 아이 트랙킹 센서의 출력에 기초하여 상기 제어부는 상기 배리어 패널의 단위 배리어 중 우안용 배리어와 좌안용 배리어를 구분하는 단계; 상기 우안용 배리어는 상기 액정 패널에 우안용 화상이 표시되었을 때 온시켜 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 지난 빛이 상기 우안용 영상을 상기 사용자의 오른쪽 눈에 인가되도록 하는 단계; 및 상기 좌안용 배리어는 상기 액정 패널에 좌안용 화상이 표시되었을 때 온 시켜 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 지난 빛이 상기 좌안용 영상을 상기 사용자의 왼쪽 눈에 인가되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 우안용 배리어와 좌안용 배리어를 구분하는 단계는 상기 아이 트랙킹 센서에 의하여 파악된 상기 사용자의 두 눈의 중앙과 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 각각 연결한 직선이 상기 배리어 패널과 만나는 단위 배리어를 기준으로 우안용 배리어와 좌안용 배리어는 구분하도록 할 수 있다.
상기 직선과 만나는 상기 단위 배리어의 양 측 경계 중 더 가까운 쪽의 경계를 기준으로 상기 우안용 배리어와 상기 좌안용 배리어를 구분할 수 있다.
상기 우안용 배리어와 상기 좌안용 배리어의 사이에 항상 오프 상태인 단위 배리어를 포함하도록 할 수 있다.
상기 사용자의 눈 위치에서 형성되는 투영상 피치는 사용자의 눈 사이의 거리보다 작은 값을 가지도록 할 수 있다.
배리어 피치를 PB, 상기 렌티큘러 렌즈의 피치를 PL, 상기 사용자의 두 눈 사이의 거리의 최소값을 PEmin, 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치에서 상기 사용자의 눈까지의 거리를 Dx, 상기 배리어 패널과 상기 렌티큘러 렌즈 간의 거리를 d라 할 때, 아래 수식을 만족할 수 있다.
PB=PL*(D+d)/D/m (m은 양의 분수)
PB < PEmin*d/Dx
상기 사용자가 복수인인 경우 각 사용자에 대하여 상기 좌안용 배리어와 상기 우안용 배리어를 구분할 수 있다.
상기 아이 트랙킹 센서에 의하여 인접하는 사용자의 인접하는 두 눈의 중앙을 파악한 후, 상기 두 눈의 중앙과 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 각각 연결한 직선이 상기 배리어 패널과 만나는 단위 배리어를 기준으로 인접하는 두 사용자의 우안용 배리어와 좌안용 배리어로 구분할 수 있다.
상기 복수의 사용자 중 2차원 영상을 보는 사용자가 있는 경우 해당 사용자에게는 우안용 영상 또는 좌안용 영상 중 하나만을 제공하고 다른 하나는 차단할 수 있다.
이상과 같이 일정 조건을 만족시키는 입체 영상 표시 장치 및 그 표시 방법을 통하여 사용자가 적정 거리에서 벗어난 경우 및 사용자가 복수인인 경우 등 다양한 경우에 각 사용자에게 최적의 입체 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 적시 거리에 위치하는 사용자의 눈에 입체 영상을 제공하는 빛의 경로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 적시 거리보다 가까운 거리에 위치하는 사용자의 눈에 제공되는 빛의 경로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 적시 거리보다 먼 거리에 위치하는 사용자의 눈에 제공되는 빛의 경로를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 적시 거리보다 멀거나 가까운 거리에 위치하는 사용자에게 크로스토크가 없는 입체 영상을 제공하기 위한 방법을 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 복수의 사용자에게 입체 영상을 제공하는 방법을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 배리어 패널 내에서 해당 배리어의 선택 여부를 결정하는 방법을 도시한 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에 대하여 도 1을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 분해 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 액정 패널(100), 렌티큘러 렌즈 어레이(350), 배리어 패널(300), 백라이트 유닛(500), 아이 트랙킹 센서(450), 룩업 테이블(LUT, 410) 및 제어부(400)를 포함한다.
먼저, 액정 패널(100)은 입체 영상 표시 장치의 맨 위에 위치하며, 하부 표시판(110), 상부 표시판(210), 액정층(3), 상부 편광판(11)을 포함한다. 액정 패널(100)의 하부 표시판(110)에는 게이트선, 데이터선 그리고 게이트선 및 데이터선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터를 포함하며, 박막 트랜지스터의 출력 단자는 화소 전극과 연결되어 있다. 또한, 상부 표시판(210)에는 화소 전극과 함께 전계를 형성하는 공통 전극이 형성되어 있으며, 컬러 필터 및 컬러 필터가 형성된 부분에 개구부를 가지는 차광 부재도 형성되어 있다. 액정층(3)은 액정 분자를 포함하며, 액정층(3)에 전계가 인가되지 않는 경우에 액정 분자는 수직 배향 되거나 수평 배향 되어 있을 수 있다. 액정층(3)에서 사용되는 액정 분자로는 다양한 액정 분자가 사용될 수 있다.
또한, 액정 패널(100)은 상부 편광판(11)만을 포함하고, 하부 편광판은 포함하지 않는데, 이는 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이 입체 영상 표시 장치에서는 배리어 패널(300)에서 상측으로 제공되는 빛은 이미 편광 방향이 일 방향으로 정해져서 제공되기 때문에 액정 패널(100)에는 하부 편광판을 포함하지 않는다. 하지만, 실시예에 따라서는 배리어 패널(300)의 상부 편광판(312)의 편광 방향과 동일한 편광 방향을 가지는 하부 편광판이 형성되어 있을 수도 있다.
또한, 액정 패널(100)은 좌안용 영상과 우안용 영상을 교대로 표시하여야 하기 때문에, 입체 영상의 표시 주파수의 두 배로 구동될 필요가 있다. 즉, 60Hz의 입체 영상을 표시하는 경우에는 액정 패널(100)은 120Hz로 좌안용 영상과 우안용 영상을 교대로 표시한다.
입체 영상 표시 장치의 맨 아래에는 백라이트 유닛(500)이 위치하고 있다. 백라이트 유닛(500)은 광원(도시하지 않음), 도광판(도시하지 않음), 반사판(도시하지 않음) 및 광학 필름(도시하지 않음) 등을 포함하지만, 도 1에서는 백라이트 유닛(500) 전체를 간략하게 도시하였다. 백라이트 유닛(500)은 광원의 위치가 측면에 위치할 수도 있으며, 하부면에 위치할 수도 있다. 또한, 복수의 광학 필름을 상부면에 형성하고 있을 수 있는데, 휘도를 균일하게 하거나 광을 집광시키거나 광 리사이클을 통하여 휘도를 강화시키는 등의 다양한 필름이 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 백라이트 유닛(500)과 액정 패널(100)의 사이에는 배리어 패널(300)과 렌티큘러 렌즈 어레이(350)가 위치한다.
먼저 배리어 패널(300)에 대하여 살펴본다.
배리어 패널(300)은 다양한 구조를 가질 수 있지만, 액정층을 포함하는 액정 배리어 패널이 사용될 수도 있다. 액정 배리어 패널(300)은 상부 편광판(312)와 하부 편광판(311)을 가지며, 하부 기판과 상부 기판 그리고 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 있다. 배리어 패널(300)의 복수의 배리어는 제1 방향으로 길게 형성된 스트라이프 패턴으로 인접하여 형성되어 있다. 한편, 실시예에 따라서는 매트릭스 형태로 배열되어 있을 수 있다. 하부 기판에는 제1 전극이 형성되어 있으며, 상부 기판에는 제2 전극이 형성되어 있다. 제1 전극 및 제2 전극 중 하나는 공통 전극과 같이 일정한 전압을 인가받을 수 있으며, 다른 하나는 화소 전극과 같이 해당 배리어를 온 또는 오프 시키기 위하여 정해진 전압을 인가받을 수 있다. 배리어 패널(300)은 각 배리어를 제어하기 위하여 박막 트랜지스터와 같은 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
액정 배리어 패널의 액정층은 제1 전극 및 제2 전극에 의하여 생성된 전계에 의하여 배열 방향이 바뀌게 되며, 전계가 없는 경우 일정한 방향으로 초기 배향되어 있다.
백라이트 유닛(500)에서 제공된 빛은 하부 편광판(311)을 투과하면서 일정한 편광 방향을 가지게 되며, 액정층을 지나면서 편광 방향이 유지되는 경우에는 상부 편광판(312)을 투과하지 못하여 해당 배리어는 차단(오프)되며, 액정층을 지나면서 편광 방향이 90도 회전되는 경우에는 상부 편광판(312)을 투과하여 해당 배리어는 오픈(온)된다.
배리어 패널(300)의 위이며, 액정 패널(100)의 아래에는 렌티큘러 렌즈 어레이(350)가 위치한다. 렌티큘러 렌즈 어레이(350)는 제1 방향으로 길게 형성된 반원 형태의 렌티큘러 렌즈가 인접하여 복수개 형성된 구조를 가진다. 렌티큘러 렌즈 어레이(350)는 필름 형태로 부착되거나 기판 위에 렌티큘러 렌즈을 형성하는 구조로 형성될 수도 있다.
배리어 패널(300)의 복수의 배리어 및 렌티큘러 렌즈가 연장된 제1 방향은 액정 패널(100)의 화소 또는 배리어 패널(300)의 배리어가 수직 방향으로 배열된 방향과 동일하거나 수직 방향과 일정 각도를 유지하는 방향일 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는 배리어 패널(300)의 복수의 배리어와 렌티큘러 렌즈가 평행하지 않고, 약간의 각도를 이루면서 길게 형성되어 있을 수 있다.
또한, 배리어 패널(300)이 복수의 단위 배리어가 매트릭스 형태로 배열되어 있는 경우에는 제1 방향으로 형성된 복수의 배리어가 함께 동작할 수도 있다.
하지만, 도 1과 같은 배리어 패널(300)은 제1 방향으로 길게 배리어가 형성되어 박막 트랜지스터 등의 구성 요소가 적게 필요하게 되어 개구율이 증가하며, 제어 신호도 단순화되는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 패널(100)의 화소의 피치, 배리어 패널(300)의 배리어의 피치(PB) 및 렌티큘러 렌즈의 피치(PL)에 대한 관계는 특정하지 않는다. 이는 본 발명에 대한 이하의 기술에서 설명되는 바와 같이 이들 간의 피치에 관계없이 일정 조건을 만족시키는 경우에는 입체 영상을 표시할 수 있기 때문이다. 다만, 렌티큘러 렌즈의 피치(PL) 하나에는 배리어 패널(300)의 배리어가 적어도 두 개 포함되어야 한다. 이는 좌우의 눈으로 빛이 꺾여 진행되어야 하기 때문이다. 또한, 렌티큘러 렌즈의 피치(PL)가 배리어의 피치(PB)의 홀수배일 수도 있으며, 정수배가 아닌 분수배일 수도 있다.
배리어 패널(300)의 배리어 피치가 작을수록 입체 영상이 보다 세밀하게 조절될 수 있다는 장점이 있으며, 화소의 피치도 작을수록 보다 해상도가 높은 화상을 제공할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 아이 트랙킹 센서(450)를 포함한다. 아이 트랙킹 센서(450)는 사용자의 눈의 위치 및 거리를 감지하는 센서이며, 실시예에 따라서는 사용자의 눈동자의 중심의 위치 및 입체 영상 표시 장치에서부터 눈까지의 거리를 감지할 수 있다. 또한, 사용자의 두 눈동자간의 거리(또는 두 눈동자의 중심 간의 거리)도 감지할 수 있다.
아이 트랙킹 센서(450)에서 감지된 데이터는 룩업 테이블(LUT; 410)로 전달되어 감지 데이터에 따라서 적합한 동작 타이밍에 대한 기 저장된 동작 타이밍 데이터를 선택한다. 그 후, 선택된 동작 타이밍 데이터를 제어부(400)로 전달한다. 그 결과, 제어부(400)는 아이 트랙킹 센서(450)의 감지 데이터에 기초한 동작 타이밍 데이터에 따라서 사용자의 두 눈에 각각 좌안용 영상과 우안용 영상을 제공할 수 있도록, 백라이트 유닛(500), 배리어 패널(300) 및 액정 패널(100)을 제어한다. 도 1에서는 하나의 제어부(400)가 모두를 제어하는 실시예로 도시하였지만, 데이터 처리 용량 및 제어부의 처리 속도 등을 고려하여 액정 패널(100)과 배리어 패널(300)을 각각 제어하는 제어부를 형성할 수 있다. 또한, 아이 트랙킹 센서(450)의 출력도 별도로 처리하는 제어부도 형성할 수도 있으며, 룩업 테이블(410)도 제어부(400) 내부에 위치시키거나 아이 트랙킹 센서(450) 또는 그 제어부 내에 형성시킬 수도 있다. 이와 같이 제어부가 복수개인 경우 그 중 하나의 제어부가 다른 제어부를 총괄적으로 제어할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 아래와 같은 방법에 의하여 입체 영상을 표시하게 된다.
아이 트랙킹 센서(450)에서 사용자의 눈의 위치 및 거리를 감지하고 이를 제어부(400)로 출력한다. 제어부(400)에서는 아이 트랙킹 센서(450)에서 감지된 데이터에 기초한 룩업 테이블(410)의 동작 타이밍 데이터에 따라서 사용자에게 입체 영상을 표시할 수 있도록 배리어 패널(300)의 배리어를 온/오프시킨다.
배리어 패널에서 우안용 영상을 표시할 때 온 되는 배리어(우안용 배리어)와 좌안용 영상을 표시할 때 온 되는 배리어(좌안용 배리어)를 구분하고 이를 해당 타이밍에 온 시킨다. 여기서, 우안용 배리어는 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 지난 빛이 액정 패널(100)에 표시된 우안용 영상을 사용자의 오른쪽 눈으로 인가한다. 또한, 좌안용 배리어는 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 지난 빛이 액정 패널(100)에 표시된 좌안용 영상을 사용자의 왼쪽 눈으로 인가한다. 즉, 우안용 배리어와 좌안용 배리어가 교대로 온/오프되어 사용자의 각 눈으로 서로 다른 영상을 제공하여 입체감을 제공한다. 여기서, 좌안용 배리어와 우안용 배리어가 서로 별개의 배리어일 필요는 없으며, 동일한 배리어가 좌안용 배리어에도 포함되고, 우안용 배리어에도 포함될 수 있다. 이는 도 7 내지 9와 같이 사용자가 복수인 경우일 수 있다.
위에서는 “입체 영상을 표시할 수 있는 조건”을 언급하였는데, 이에 대하여는 아래의 각 실시예를 통하여 보다 상세하게 살펴본다.
먼저 도 2를 통하여 적시 거리(D)에서의 입체 영상 표시에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 적시 거리에 위치하는 사용자의 눈에 입체 영상을 제공하는 빛의 경로를 도시한 도면이다.
도 2에서는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 단면을 간략하게 도시하고 있다.
액정 패널(100)과 그 아래에 위치하고 있는 렌티큘러 렌즈 어레이(350), 그리고 그 아래에 위치하고 있는 배리어 패널(300) 및 그 아래에 백라이트 유닛(500)이 도시되어 있다.
렌티큘러 렌즈 어레이(350)의 각 렌티큘러 렌즈의 광학적인 특성은 주요 위치(Principal point)를 통하여 설명이 가능하며, 도 2 등에서 렌티큘러 렌즈 상에 p로 도시되어 있다.
또한 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)에서 배리어 패널(300)의 액정층까지의 거리는 d(이하, 배리어 패널과 렌티큘러 렌즈 간의 거리(d)라고도 함)로 도시되어 있고, 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)에서 입체 영상을 시청하는 사용자의 눈까지의 적시 거리를 D(이하, 적시 거리(D)라고도 함)로 도시되어 있다.
또한, 렌티큘러 렌즈 하나의 피치는 PL(이하 렌티큘러 렌즈의 피치(PL)이라고도 함)로 도시되어 있고, 배리어 하나의 피치는 PB(이하 배리어 피치(PB)라고도 함)로 도시되어 있다. 또한, 적시 거리(D)에서 배리어 피치(PB)에 대응하여 투영된 피치는 PBP(이하 적시 거리(D)에서의 투영상 피치(PBP)라고도 함)로 도시되어 있다. 그리고 왼쪽 눈은 L로 도시되어 있으며, 오른쪽 눈은 R로 도시하고 있고, PEmin은 양 눈동자 사이의 최소 간격이다.
도 2에서는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치가 적시거리(D)에서 입체 영상을 표시하도록 설계되어 있는데, 이들간의 관계를 설명하기 위하여 도시한 것으로, 우측 눈(R)에 우안용 영상을 제공하는 경우를 중심으로 도시하고 있다.
배리어 패널(300)에서 온된 배리어를 통하여 투과된 빛은 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)를 지나서 사용자측으로 제공되며, 적시 거리(D)에서 하나의 점 위치에서 모일 수 있도록 설계되어 있다.
설계된 입체 영상 표시 장치는 아래와 같은 수학식 1을 만족시킨다.
[수학식 1]
d=1/(1/f-1/D)
여기서 d는 배리어 패널과 렌티큘러 렌즈 간의 거리이며, D는 적시거리이고, f는 렌티큘러 렌즈의 초점 거리이다.
또한, 렌티큘러 렌즈의 피치(PL)와 배리어 피치(PB)간에는 아래와 같은 수학식 2를 만족한다.
[수학식 2]
PB=PL*(D+d)/D/m
여기서 m은 양의 분수이다.
수학식 2에 의하면 m이 양의 분수값을 가지면 되므로, 렌티큘러 렌즈의 피치(PL)와 배리어 피치(PB)간의 관계가 정수배이거나 짝수배일 필요가 없고, 다양한 분수값으로 관계가 정해질 수 있어 실질적으로 피치간의 관계에 대한 한정이 없는 것과 동일하다.
이상과 같은 관계에 의하여 설계된 입체 영상 표시 장치는 배리어가 온된 크기에 대응하여 적시 거리(D)에서 투영상 피치(PBP)를 가지게 되는데, 적시 거리(D)에서의 투영상 피치(PBP)는 아래의 수학식 3과 같이 표시된다.
[수학식 3]
PBP=PB*D/d
수학식 3에 의하면, 투영상 피치(PBP)가 정해지면, 배리어 피치(PB)를 정할 수 있다. 즉, 입체 영상 표시를 위해서는 좌안용 영상은 왼쪽 눈으로만 전달되어야 하며, 해당 영상이 오른쪽 눈으로 전달되는 경우에는 크로스토크가 발생하면서 입체 영상의 질이 떨어진다. 특히 본 발명의 실시예와 같이 안경을 착용하지 않는 경우에는 크로스토크가 발생하지 않도록 배리어 패널(300)을 제어하는 것이 중요한 기술 중 하나이다.
도 2에서는 우안용 영상이 적시 거리(D)에서 표시되는 구간이 PBP로 도시되어 있다. 이 구간내에 왼쪽 눈이 위치하면 크로스토크가 발생하므로 크로스 토크가 발생하지 않도록 하기 위하여 PBP구간은 두 눈 사이의 거리의 최소값(PEmin)보다 작도록 설정되어야 한다. 즉, 아래의 수학식 4와 같은 조건을 만족시켜야 한다.
[수학식 4]
PEmin > PBP
수학식 4를 수학식 3을 이용하여 배리어 피치(PB)를 기준으로 정리하면 아래의 수학식 5가 된다.
[수학식 5]
PB < PEmin*d/D
두 눈 사이의 거리의 최소값(PEmin)은 다양한 사용자의 경우를 만족시키기 위하여 최소값의 개념이 사용된 것이며, 사용자가 특정되어 있는 경우에는 해당 사용자의 두 눈 사이의 거리를 적용시킬 수도 있다. 이하에서는 두 눈 사이의 거리의 최소값(PEmin)으로 6.5cm를 적용하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그러므로 배리어 피치(PB)는 수학식 2 및 수학식 5의 조건을 만족시키는 값 중에 하나로 선택되고, 입체 영상을 표시하게 된다.
적시 거리(D)에는 이러한 조건을 맞추어 제품이 생산되므로 이 조건을 맞추지 못하는 실시예는 없다고 볼 수 있다. 하지만, 사용자가 적시 거리(D)에서 벗어나는 경우에는 배리어 피치(PB)를 재 조정할 필요가 있으며, 이에 대해서는 도 3 및 도 4를 통하여 살펴본다.
먼저 도 3을 살펴본다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 적시 거리보다 가까운 거리에 위치하는 사용자의 눈에 제공되는 빛의 경로를 도시한 도면이다.
도 3에서는 사용자의 거리가 적시 거리(D)보다 가까운 경우를 도시하고 있다.
사용자가 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)에서 사용자까지의 거리(이하 ‘Dx’로 표시함)가 적시 거리(D)보다 가까운 경우에는 우안용 영상이 일정하게 보이는 구간(PBP ’)이 적시 거리(D)에서의 투영상 피치(PBP)보다 좁아지는 것을 확인할 수 있다. 이는 빛이 투과하는 부분과 투과하지 않는 부분이 공존하면서 간섭하여 발생한다.
또한, 도 3에서와 같이 사용자의 거리가 적시 거리(D)보다 가까워지므로, 사용자의 거리(Dx)에서의 투영상 피치(PBP ’)는 도 2의 경우보다 작은 값을 가지게 된다. 그 결과 도 3에서와 같은 경우도 수학식 4 및 수학식 5를 만족하여야 크로스 토크가 발생하지 않는데, 사용자의 거리(Dx)에서의 투영상 피치(PBP ’)가 적시 거리(D)에서의 투영상 피치(PBP)보다 작으므로 자동적으로 이를 만족시키게 된다.
뿐만 아니라, 적시 거리(D)에서의 영상을 계속 표시하는 경우에는 도 3에서와 같이 우안용 영상이 사용자의 눈 부근에서 한점에서 모이지 않아 우안용 영상이 보이는 구간과 보이지 않는 구간이 빛의 간섭에 의하여 슬릿 형태로 보이게 되고, 그 결과 우안용 영상이 일정하게 보이는 구간(PBP ’)이 좁아져 입체 영상의 화질이 떨어진다.
그러므로 아이 트랙킹 센서(450), 룩업 테이블(410) 및 제어부(400)를 통하여 우안용 영상이 사용자의 눈 부근에서 일정하게 보이도록 하기 위하여 아래의 수학식 6 및 수학식 7을 사용하여 배리어 피치(PB)를 구하여 입체 영상을 표시한다.
아래의 수학식 6 및 수학식 7은 수학식 4 및 수학식 5를 도 3의 경우에 맞추어 수정한 것이다.
[수학식 6]
PEmin > PBP ’
[수학식 7]
PB < PEmin*d/Dx
즉, 아이 트랙킹 센서(450)에 의하여 사용자의 거리가 Dx임을 측정한 경우 이에 맞는 배리어를 선택하여 온 시키기 위해서는 위의 수학식 2 및 수학식 7에 해당 값을 적용하여 계산된 배리어 피치(PB)값들 중 하나를 선택하고, 해당하는 피치만큼의 배리어를 온 시키면 된다.
또한, 온 시키는 배리어의 위치는 사용자의 거리 Dx에서 투영상 피치(PBP)가 오른쪽 눈을 포함하도록 위치시키고, 투영상 피치(PBP)의 양 끝단이 각각 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 역으로 진행하여 배리어 패널(300)과 만나는 배리어를 기준으로 결정한다.
한편, 이렇게 정해진 배리어의 위치가 이미 제작되어 있는 배리어 패널(300)의 단위 배리어간의 경계와 일치하지 않는 경우가 있는데, 이 경우에는 도 10에서 후술한다.
한편, 도 4에서는 사용자의 거리가 적시 거리(D)보다 먼 경우를 도시하고 있으며, 이하 살펴본다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 적시 거리보다 먼 거리에 위치하는 사용자의 눈에 제공되는 빛의 경로를 도시한 도면이다.
도 4에서는 사용자의 거리(Dx)가 적시 거리(D)보다 멀어지므로, 사용자의 거리(Dx)에서의 투영상 피치(PBP ’)는 도 2의 경우보다 큰 값을 가지게 된다. 그 결과 두 눈 사이의 간격보다 넓게 우안용 영상이 존재할 수 있게 되므로 크로스토크의 문제가 발생할 가능성이 크다. 그러므로 도 4와 같이 사용자가 적시 거리(D)보다 멀리 있는 경우에는 보다 엄격한 조건이 필요하며, 수학식 4 및 수학식 5을 사용자까지의 거리(Dx)에 맞추어 수정하면, 아래의 수학식 8 및 9와 같다.
[수학식 8]
PEmin > PBP ’
[수학식 9]
PB < PEmin*d/Dx
여기서 수학식 9는 수학식 8을 수학식 3을 대입하고 배리어 피치(PB)를 기준으로 정리한 것으로 수학식 6 및 7과 동일하다.
수학식 9를 참고하면, 아이 트랙킹 센서(450)에 의하여 사용자의 거리가 Dx임을 측정한 경우 위의 수학식 2 및 수학식 9에 해당 값을 적용하여 계산된 배리어 피치(PB)값들 중 하나를 선택하고, 해당하는 피치만큼의 배리어를 온 시켜 적시 거리(D)보다 멀리 있는 사용자에게 입체 영상을 제공할 수 있는 배리어 피치(PB)값을 구한다.
또한, 온 시키는 배리어의 위치는 사용자의 거리 Dx에서 투영상 피치(PBP)가 오른쪽 눈을 포함하도록 위치시키고, 투영상 피치(PBP)의 양 끝단이 각각 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 역으로 진행하여 배리어 패널(300)과 만나는 배리어를 기준으로 결정한다.
한편, 이렇게 정해진 배리어의 위치가 이미 제작되어 있는 배리어 패널(300)의 단위 배리어간의 경계와 일치하지 않는 경우가 있는데, 이 경우에는 도 10에서 후술한다.
도 3 및 도 4를 통하여 적시 거리(D)에 있지 않은 사용자에게 우안용 영상이 왼쪽 눈으로 인가되지 않도록 하기 위하여 투영상 피치가 두 눈 간의 거리보다 작게 하는 조건에 따라서 배리어 피치(PB)값을 구하고, 해당하는 피치만큼의 배리어를 온 시켜 입체 영상을 표시하는 실시예를 살펴보았다. 이러한 설명은 좌안용 영상이 오른쪽 눈으로 인가되지 않도록 한다는 것으로도 설명할 수 있지만, 도 2 내지 도 4에서는 우안용 영상만을 도시하였기에 이를 기준으로 설명하였다. 또한, 이상과 같은 실시예에서는 수학식에 의하여 정해진 배리어 피치(PB)를 가지고, 온/오프시키는 위치를 정함에 있어서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 사용자의 거리 Dx에서 투영상 피치(PBP)가 한쪽 눈을 포함하도록 위치시키고, 투영상 피치(PBP)의 양 끝단이 각각 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 역으로 진행하여 배리어 패널(300)과 만나는 배리어를 기준으로 정하지만, 투영상 피치(PBP)의 위치가 다양할 수 있기 때문이다.
이하에서는 배리어 피치(PB)의 위치를 보다 명확하게 정할 수 있는 방식을 살펴본다. 즉, 두 눈의 중앙 부분에 우안용 영상과 좌안용 영상의 경계가 위치하도록 하여 크로스토크가 발생하지 않도록 배리어 피치(PB)의 위치를 정할 수 있다.
이에 대하여는 도 5 및 도 6을 통하여 살펴본다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 적시 거리보다 멀거나 가까운 거리에 위치하는 사용자에게 크로스토크가 없는 입체 영상을 제공하기 위한 방법을 도시한 도면이다.
먼저, 도 5를 살펴본다.
아이 트랙킹 센서(450)에 의하여 사용자의 두 눈의 중점을 감지한 후 두 눈의 중점에서 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 직선을 그어 이와 만나는 배리어 패널 상의 단위 배리어의 일측 경계를 기준으로 좌안용 영상을 표시하기 위하여 온 하는 배리어(이하 좌안용 배리어라 함)와 우안용 영상을 표시하기 위하여 온 하는 배리어(이하 우안용 배리어라 함)로 구분한다.
이와 같이 구분한 후, 해당 영상을 표시할 때 해당 배리어를 온 하여 좌안용 영상과 우안용 영상이 표시되는 경계가 두 눈의 중점 부분에 생기도록 하여 크로스 토크를 제거하는 것이다.
이때, 직선과 배리어 패널이 만나는 위치가 단위 배리어간의 경계와 일치하지 않는 경우가 있는데, 이 경우에는 도 10을 통하여 어떻게 결정하는 시에 대하여 살펴본다.
도 5에서는 우안용 영상이 표시되는 투영상(우안용 투영상이라 함)은 빗금이 없이 도시되어 있으며, 좌안용 영상이 표시되는 투영상(좌안용 투영상)에는 빗금이 된 상태로 도시되어 있다. 그리고 이 들의 중간 영역에는 슬릿 패턴과 같은 영역이 존재하는 데, 이 영역은 적시 거리(D)에 위치하는 경우라면 좌안용 투영상과 우안용 투영상이 하나의 선으로 경계를 가지겠지만, 적시 거리(D)외의 위치에서는 빛이 간섭하면서 슬릿 패턴과 같이 우안용 영상과 좌안용 영상이 혼재하는 구간이 존재하게 된다. 이와 같은 구간에는 눈이 위치하지 않도록 하여 입체 영상의 화질을 향상시킨다.
도 5에서는 배리어 패널을 300A와 300B 두 개를 도시하고 있는데, 이는 하나의 입체 영상 표시 장치에 두 개의 배리어 패널을 형성한다는 의미가 아니고, 적시 거리(D)보다 먼 경우와 가까운 경우 두 경우의 배리어 패널을 모두 하나의 도면에 도시하기 위하여 두 개를 그린 것이다. 배리어 패널 300A가 적시 거리(D)보다 먼 경우이며, 배리어 패널 300B가 적시 거리(D)보다 가까운 경우를 나타낸다.
이상과 같은 도 5의 실시예를 이용하며, 두 눈 사이의 중점에 우안용 영상과 좌안용 영상의 경계가 위치하게 되고, 배리어 패널(300)에서 배리어 피치(PB)의 위치(정확하게는, 배리어 피치(PB)의 일측 경계의 위치)를 정확하게 설정할 수 있다. 이때에는 배리어 피치(PB)의 크기를 정하는 문제가 남으며, 배리어 피치(PB)를 정할 수 있는 다양한 방법이 존재한다. 그 중 하나의 실시예로는, 도 3 또는 도 4의 실시예에서와 같은 수학식 2 및 수학식 7 또는 수학식 2 및 수학식 9에 의하여 계산된 배리어 피치(PB)의 값을 이용하여 배리어 피치(PB)의 크기를 정하여 화상을 표시하면 사용자에게 입체 영상을 제공할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는 좌안용 배리어와 우안용 배리어외에 항상 오프 상태를 가지는 배리어도 존재할 수 있다. 이에 대해서는 도 6을 참고하여 살펴본다.
도 6에서는 좌안용 영상과 우안용 영상을 보다 명확하게 구분하고자 좌안용 배리어와 우안용 배리어의 경계에 항상 오프 상태를 가지는 배리어를 형성한 실시예를 도시하고 있다.
도 6에서도 배리어 패널을 300A와 300B 두 개를 도시하고 있는데, 이는 하나의 입체 영상 표시 장치에 두개의 배리어 패널을 형성한다는 의미가 아니고, 적시 거리(D)보다 먼 경우와 가까운 경우 두 경우의 배리어 패널을 모두 하나의 도면에 도시하기 위하여 두 개를 그린 것이다. 배리어 패널 300A가 적시 거리(D)보다 먼 경우이며, 배리어 패널 300B가 적시 거리(D)보다 가까운 경우를 나타낸다.
아이 트랙킹 센서(450)에 의하여 사용자의 두 눈의 중점을 감지한 후 두 눈의 중점에서 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 직선을 그어 이와 만나는 배리어 패널 상의 단위 배리어를 항상 오프 상태로 유지하여 이를 기준으로 좌안용 배리어와 우안용 배리어가 구분되도록 한다. 이는 도 6의 실시예에서 적시 거리(D)보다 가까운 배리어 패널 300B에만 도시되어 있다. 항상 오프 상태를 유지하는 배리어(이하 경계 배리어라 함)는 S’으로 도 6에서 도시되어 있다.
경계 배리어(S’)로 인하여 투영상에서도 경계가 존재하게 되며, 이는 도 6에서 S로 도시되어 있다. 그 결과 좌안용 영상과 우안용 영상은 투영상의 경계(S)로 인하여 크로스 토크가 발생하지 않는다. 또한, 경계 배리어로 인하여 빛이 누설되는 빛샘이 줄어들고 사용자가 적시 거리(D)를 벗어났을 경우 렌즈 수차에 의하여 발생하는 크로스토크도 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 6에서도 우안용 영상이 표시되는 투영상(우안용 투영상이라 함)은 빗금이 없이 도시되어 있으며, 좌안용 영상이 표시되는 투영상(좌안용 투영상)에는 빗금이 된 상태로 도시되어 있다. 그리고 이 들의 중간 영역에는 슬릿 패턴과 같은 영역이 존재하는 데, 이 영역은 적시 거리(D)에 위치하는 경우라면 좌안용 투영상과 우안용 투영상이 하나의 선으로 경계를 가지겠지만, 적시 거리(D)외의 위치에서는 빛이 간섭하면서 슬릿 패턴과 같이 우안용 영상과 좌안용 영상이 혼재하는 구간이 존재하게 된다. 또한, 투영상의 경계(S)는 도 6에서 검은색으로 도시되어 있다.
도 6의 실시예를 이용하며, 두 눈 사이의 중점에 우안용 영상과 좌안용 영상의 경계, 즉, 투영상의 경계(S)가 위치하게 되고, 배리어 패널(300)에서 배리어 피치(PB)의 위치(정확하게는, 경계 배리어(S’)의 위치이며, 경계 배리어(S’)의 양측에 각각의 배리어 피치(PB)의 일측 경계가 위치함)를 정확하게 설정할 수 있다. 이때에는 배리어 피치(PB)의 크기를 정하는 문제가 남으며, 배리어 피치(PB)를 정할 수 있는 다양한 방법이 존재한다. 그 중 하나의 실시예로는, 도 3 또는 도 4의 실시예에서와 같은 수학식 2 및 수학식 7 또는 수학식 2 및 수학식 9에 의하여 계산된 배리어 피치(PB)의 값을 이용하여 배리어 피치(PB)의 크기를 정하여 화상을 표시하면 사용자에게 입체 영상을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 사용자의 거리에 따라서 크로스토크가 발생하지 않도록 도 3 및 도 4에서는 두 눈 간의 거리보다 투영상의 피치가 작도록 한다는 점을 기준으로 입체 영상을 표시하는 실시예이며, 도 5 및 도 6에서는 두 눈의 중점을 기준으로 이 부분에 좌안용 영상과 우안용 영상의 경계가 위치하도록 좌안용 배리어와 우안용 배리어를 구분하여 입체 영상을 표시하는 실시예이므로 서로 접근 방식이 다르다. 하지만, 두 가지 실시예가 함께 적용되는 경우에는 보다 크로스토크를 줄일 수 있으므로, 서로 배척되는 실시예는 아니고 양립가능하다.
또한, 도 3 및 도 4를 이용하면 배리어 피치(PB)의 크기를 정하기가 용이하며, 도 5 및 도 6을 이용하면 배리어 피치(PB)의 위치를 정하기 용이하다는 장점도 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것은 아니며, 크로스 토크가 발생하지 않도록 투영상 및 배리어를 조절하는 다양한 경우를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 9를 통하여 복수의 사용자에게 입체 영상을 표시하는 방식에 대하여 살펴본다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 복수의 사용자에게 입체 영상을 제공하는 방법을 도시한 도면이다.
먼저, 도 7에서는 3명의 사용자(V1, V2, V3)가 적시 거리(D)에 있는 경우를 도시하고 있다. 도 5의 실시예에서와 같이 두 눈의 중앙에 좌안용 영상과 우안용 영상의 경계가 위치하도록 하고 있다.
3명의 사용자(V1, V2, V3) 각각의 거리 및 두 눈의 위치에 대하여 아이 트랙킹 센서(450)를 통하여 감지하고, 각 사용자 별로 두 눈의 중앙에서부터 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 직선을 그어 이와 만나는 배리어 패널 상의 단위 배리어의 일측 경계를 기준으로 좌안용 배리어와 우안용 배리어를 구분한다. 이와 같이 구분하는 경우 한 사용자의 좌안용 배리어가 다른 사용자의 우안용 배리어와 중복되는 경우에는 모든 사용자가 입체 영상을 볼 수 없는 문제가 생기는데, 이러한 문제점이 생기지 않도록 하기 위해서 서로 다른 사용자의 인접한 두 눈의 중앙에서부터 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 직선을 그어 이와 만나는 배리어 패널 상의 단위 배리어의 일측 경계를 기준으로도 두 사용자의 좌안용 배리어와 우안용 배리어를 구분할 수 있다. 이와 같이 구분할 배리어가 더 많아지므로, 단위 배리어가 보다 세밀하게 형성할 필요가 있다.
단위 배리어의 피치는 실제 입체 영상 표시 장치가 사용되는 환경을 기초로 추측하여 적용시킬 수 있는데, 이하에서는 한 실시예를 들어 살펴본다.
적시 거리(D)는 4000mm, 렌티큘러 렌즈의 초점 거리(f; d와 동일함)는 20mm, 렌티큘러 렌즈의 피치(PL)는 10mm라고 하면, 배율이 200배가 되므로 적시 거리의 위치에서 2m의 폭의 범위에서 빛의 제어가 가능하게 된다. 수학식 3을 이용하여 투영상의 피치가 일반적인 양쪽 눈의 거리인 6.5cm를 가진다고 하고 계산하면, 배리어의 피치(PB)는 약 0.32mm인 것을 알 수 있다. 즉, 0.3mm정도의 간격으로 투영상에서는 6.5cm를 형성할 수 있으며, 실제 사용되는 배리어의 피치는 마이크로 미터 단위로 매우 좁으므로 복수의 사용자가 있더라도 인접하는 사용자간의 우안용 배리어와 좌안용 배리어가 중첩하는 문제는 발생하지 않음을 알 수 있다. 예를 들어 50㎛ 정도의 사이즈로 단위 배리어의 피치가 제작된 경우 투영상의 피치는 단위가 0.00995mm가 되므로 이는 실제 매우 작은 거리로 사용자가 아무리 중첩하고 있더라도 구분하여 입체 영상을 제공할 수 있음을 알 수 있다. 그러므로, 실제 사용되는 배리어의 피치는 인접하는 사용자가 아무리 붙어 있더라도 입체 영상을 충분히 표시할 수 있는 마이크로 미터의 단위를 가지므로 복수의 사용자에게 입체 영상을 표시하는 것에 문제가 없다.
뿐만 아니라, 도 7의 실시예에서는 도 5의 실시예를 기준으로 각 사용자에게 입체 영상을 제공하는 방식을 설명하였지만, 도 6의 실시예와 같이 경계 배리어를 항상 오프 시켜둘 수도 있다.
한편, 사용자 V1, V2, V3가 적시 거리(D)가 아닌 서로 다른 거리(Dx)에 존재하더라도 마이크로 미터 단위의 배리어 피치(PB)는 충분히 각 사용자 별로 입체 영상을 제공할 수 있다. 이에 대하여 도 8을 기초로 살펴본다.
한편, 도 8에서는 복수의 사용자가 적시 거리(D)가 아닌 위치에 각각 위치하는 경우를 설명하고 있다.
아이 트랙킹 센서(450)를 통하여 각 사용자의 거리(Dx)를 감지하고 이에 따라서 각 사용자 두 눈의 중앙에서부터 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 직선을 그어 이와 만나는 배리어 패널 상의 단위 배리어의 일측 경계를 기준으로 좌안용 배리어와 우안용 배리어를 구분한다. 즉, 각 사용자에 대하여 도 3 내지 도 6의 실시예에 따라서 각 사용자에게 배리어 피치(PB)의 크기 및 위치를 결정하여 입체 영상을 표시한다. 이에 더하여 인접하는 서로 다른 사용자의 인접한 두 눈의 중앙에서부터 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 직선을 그어 이와 만나는 배리어 패널 상의 단위 배리어의 일측 경계를 기준으로도 두 사용자의 좌안용 배리어와 우안용 배리어를 구분할 수 있다.
도 7에서 살펴본 바와 같이 단위 배리어의 피치가 매우 작아서 사용자가 위치하는 거리에서 좁은 거리별로 좌안용 영상과 우안용 영상을 제공할 수 있어 사용자 V1, V2, V3가 적시 거리(D)가 아닌 서로 다른 거리(Dx)에 존재하더라도 마이크로 미터 단위의 배리어 피치(PB)는 충분히 각 사용자 별로 입체 영상을 제공할 수 있다.
또한, 도 8의 실시예에서는 도 5의 실시예를 기준으로 각 사용자에게 입체 영상을 제공하는 방식을 설명하였지만, 도 3, 도 4 및 도 6의 실시예를 적용할 수 있으며, 특히 도 6의 실시예를 적용하는 경우에는 경계 배리어를 항상 오프 시켜둘 수도 있다.
한편, 입체 영상 표시 장치에서 배리어 패널이 모두 온 되는 경우에는 2차원의 영상을 표시하게 된다. 그런데, 도 9에서는 세명의 사용자 중 V1, V2의 사용자에게는 입체 영상을 제공하고, V3의 사용자에게는 2차원 영상을 제공하는 실시예를 도시하고 있다.
도 9의 실시예에서는 아이 트랙킹 센서(450)를 통하여 V1 및 V2 사용자의 거리(Dx)를 감지하고 이에 따라서 두 사용자 두 눈의 중앙에서부터 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 직선을 그어 이와 만나는 배리어 패널 상의 단위 배리어의 일측 경계를 기준으로 좌안용 배리어와 우안용 배리어를 구분한다.
이 때, 홀수 프레임에서는 우안용 영상이 표시되는 경우 V1, V2 사용자에게는 오른쪽 눈으로만 해당 영상이 제공되도록 하며, V3 사용자에게는 두 눈 모두에 해당 영상이 제공되도록 한다. 그 후, 짝수 프레임에서 좌안용 영상이 표시되는 경우 V1, V2 사용자에게는 왼쪽 눈으로만 해당 영상이 제공되도록 하고, V3 사용자에게는 해당 영상을 양쪽 눈 모두에 인가되지 않도록 하여 V3 사용자에게는 블랙 영상이 삽입된 화상을 보는 것과 동일하도록 한다. 그 결과 V3 사용자는 두 눈이 동일한 화상을 보게 되어 2차원 영상을 인식하게 된다. 만약 V3 사용자의 양쪽 눈으로 짝수 프레임에서도 해당 영상이 인가되면, 좌안용 영상과 우안용 영상이 어지럽게 배열되어 화상을 인식할 수 없게 되므로 하나의 영상은 차단하는 것이 바람직하다.
한편, V1, V2 사용자의 인접한 두 눈의 중앙에서부터 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)로 직선을 그어 이와 만나는 배리어 패널 상의 단위 배리어의 일측 경계를 기준으로도 두 사용자의 좌안용 배리어와 우안용 배리어를 구분할 수 있다.
다만, 사용자가 한명이며, 2차원 영상을 보고자 하는 경우에는 액정 패널(100)은 동일한 영상을 표시하고, 배리어 패널의 배리어는 모두 온 되도록 구동된다.
도 9에서는 사용자 V1, V2, V3가 적시 거리(D)에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 적시 거리가 아닌 위치에 있더라도 V1, V2 사용자에게는 도 7 또는 도 8의 실시예와 같이 입체 화상을 표시하고, V3 사용자에게는 2차원 영상을 보여주는 것이므로 사용자의 위치에 무관하므로, 적시 거리(D)에 있을 때와 동일하게 좌안용 영상 또는 우안용 영상 중 하나만 보여주고, 나머지는 보여주지 않는다.
도 7 내지 도 9에서 직선과 배리어 패널이 만나는 위치가 단위 배리어간의 경계와 일치하지 않는 경우가 있을 수 있는데, 이 경우에는 도 10을 통하여 어떻게 결정하는 시에 대하여 살펴본다. 또한, 도 3 내지 도 5의 경우도 동일한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에서 배리어 패널 내에서 해당 배리어의 선택 여부를 결정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 10은 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)를 하나의 점으로 간략하게 도시하였으며, 배리어 패널(300)에서 단위 배리어를 직선으로 구분하여 도시하였다.
여기서 렌티큘러 렌즈의 주요 위치(p)를 지난 직선이 배리어 패널과 만나는 경우 단위 배리어의 경계와 일치(도 10의 우측 직선 참고)하는 경우도 있지만, 단위 배리어 내면에 위치할 수도 있다. (도 10의 좌측 직선 참고)
도 10의 좌측 직선과 같은 경우에는 직선과 만난 단위 배리어를 좌측의 배리어들과 함께 동작하도록 할지, 아니면 우측의 배리어들과 함께 동작하도록 할지 결정하여야 하는데, 양쪽 경계와 만난 지점간의 거리(E1, E2)를 비교한 후 보다 가까운 쪽의 경계가 배리어들의 경계가 되도록 한다. 도 10의 경우에는 E1쪽의 경계를 기준으로 좌안용 배리어와 우안용 배리어가 구분된다.
한편, 도 6의 경우와 같이 경계 배리어(S’)를 선택하고자 하는 경우에는 도 10의 좌측 직선과 같이 만나는 경우 해당 배리어를 선택하면 되지만, 도 10의 우측 직선과 같이 경계에 만나는 경우에는 인접하는 두 배리어 중 하나 또는 두개 모두를 경계 배리어(S’)로 선택할 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는 직선과 만난 배리어의 주변 배리어도 경계 배리어(S’)로 포함시킬 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 TV와 같은 대형 표시 장치뿐만 아니라 휴대폰, 게임기 등 휴대용 표시 장치에서도 적용 가능하다. 다만, 두 표시 장치는 사용자의 거리가 차이가 있어 제조시 이를 구분하여 제작할 필요가 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 액정 패널 110: 하부 표시판
210: 상부 표시판 11, 311, 312: 상부 편광판
3: 액정층 300: 배리어 패널
350: 렌티큘러 렌즈 어레이 400: 제어부
450: 아이 트랙킹 센서 500: 백라이트 유닛

Claims (20)

  1. 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛의 상부에 위치하며, 빛을 선택적으로 투과시키거나 차단시키는 복수의 단위 배리어를 포함하는 배리어 패널;
    상기 배리어 패널의 상부에 위치하며, 주요 위치를 가지는 복수의 렌티큘러 렌즈를 포함하는 렌티큘러 렌즈 어레이;
    상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 상부에 위치하며, 영상을 표시하는 액정 패널;
    사용자의 눈의 위치, 그리고 상기 렌티큘러 렌즈의 상기 주요 위치에서부터 상기 사용자의 눈까지의 거리를 감지하는 아이 트랙킹 센서; 및
    상기 아이 트랙킹 센서의 출력에 따라서 상기 백라이트 유닛, 상기 배리어 패널 및 상기 액정 패널을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 단위 배리어를 온/오프 시켜 상기 백라이트 유닛에서 발광되어 상기 배리어 패널을 지난 빛이 상기 렌티큘러 렌즈의 상기 주요 위치를 지나 상기 사용자의 오른쪽 눈에는 우안용 영상이 인가되도록 하고, 왼쪽 눈에는 좌안용 영상이 인가되도록 하며,
    상기 배리어 패널은 상기 백라이트 유닛과 상기 액정 패널 사이에 위치하고,
    상기 아이 트랙킹 센서에 의하여 상기 사용자의 두 눈의 중앙을 파악한 후, 상기 두 눈의 중앙과 상기 렌티큘러 렌즈의 상기 주요 위치를 각각 연결한 직선이 상기 배리어 패널과 만나는 단위 배리어를 기준으로 우안용 배리어와 좌안용 배리어로 구분하는 입체 영상 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 직선과 만나는 상기 단위 배리어의 양 측 경계 중 더 가까운 쪽의 경계를 기준으로 상기 우안용 배리어와 상기 좌안용 배리어를 구분하는 입체 영상 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 우안용 배리어와 상기 좌안용 배리어의 사이에 항상 오프 상태인 단위 배리어를 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 사용자의 눈 위치에서 형성되는 투영상 피치는 사용자의 눈 사이의 거리보다 작은 값을 가지는 입체 영상 표시 장치.
  6. 제5항에서,
    배리어 피치를 PB, 상기 렌티큘러 렌즈의 피치를 PL, 상기 사용자의 두 눈 사이의 거리의 최소값을 PEmin, 상기 렌티큘러 렌즈의 상기 주요 위치에서 상기 사용자의 눈까지의 거리를 Dx, 상기 배리어 패널과 상기 렌티큘러 렌즈 간의 거리를 d라 할 때, 아래 수식을 만족하는 입체 영상 표시 장치.
    PB=PL*(D+d)/D/m (m은 양의 분수)
    PB < PEmin*d/Dx
  7. 제1항에서,
    상기 액정 패널은 상부 편광판을 포함하며,
    상기 배리어 패널은 상부 편광판 및 하부 편광판을 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 사용자의 눈 위치에서 형성되는 투영상 피치는 사용자의 눈 사이의 거리보다 작은 값을 가지는 입체 영상 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    배리어 피치를 PB, 상기 렌티큘러 렌즈의 피치를 PL, 상기 사용자의 두 눈 사이의 거리의 최소값을 PEmin, 상기 렌티큘러 렌즈의 상기 주요 위치에서 상기 사용자의 눈까지의 거리를 Dx, 상기 배리어 패널과 상기 렌티큘러 렌즈 간의 거리를 d라 할 때, 아래 수식을 만족하는 입체 영상 표시 장치.
    PB=PL*(D+d)/D/m (m은 양의 분수)
    PB < PEmin*d/Dx
  10. 제1항에서,
    상기 사용자가 복수인인 경우 각 사용자에 대하여 상기 좌안용 배리어와 상기 우안용 배리어를 구분하며,
    상기 아이 트랙킹 센서에 의하여 인접하는 사용자의 인접하는 두 눈의 중앙을 파악한 후, 상기 두 눈의 중앙과 상기 렌티큘러 렌즈의 상기 주요 위치를 각각 연결한 직선이 상기 배리어 패널과 만나는 단위 배리어를 기준으로 인접하는 두 사용자의 우안용 배리어와 좌안용 배리어로 구분하는 입체 영상 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 복수의 사용자 중 2차원 영상을 보는 사용자가 있는 경우 해당 사용자에게는 우안용 영상 또는 좌안용 영상 중 하나만을 제공하고 다른 하나는 차단하는 입체 영상 표시 장치.
  12. 액정 패널, 상기 액정 패널 위에 위치하는 배리어 패널, 상기 액정 패널과 상기 배리어 패널 사이에 위치하는 렌티큘러 렌즈 어레이, 상기 배리어 패널 뒤에 위치하는 백라이트, 아이 트랙킹 센서 및 제어부를 포함하는 입체 영상 표시 장치의 구동 방법에서,
    상기 아이 트랙킹 센서를 통하여 사용자의 눈의 위치 및 거리를 감지하는 단계;
    상기 아이 트랙킹 센서의 출력에 기초하여 상기 제어부는 상기 배리어 패널의 단위 배리어 중 우안용 배리어와 좌안용 배리어를 구분하는 단계;
    상기 우안용 배리어는 상기 액정 패널에 우안용 영상이 표시되었을 때 온시켜 상기 백라이트에서 발광되어 상기 배리어 패널을 지나고 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 지난 빛이 상기 우안용 영상을 상기 사용자의 오른쪽 눈에 인가되도록 하는 단계; 및
    상기 좌안용 배리어는 상기 액정 패널에 좌안용 영상이 표시되었을 때 온 시켜 상기 백라이트에서 발광되어 상기 배리어 패널을 지나고 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 지난 빛이 상기 좌안용 영상을 상기 사용자의 왼쪽 눈에 인가되도록 하는 단계를 포함하는 입체 영상 표시 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 우안용 배리어와 좌안용 배리어를 구분하는 단계는
    상기 아이 트랙킹 센서에 의하여 파악된 상기 사용자의 두 눈의 중앙과 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 각각 연결한 직선이 상기 배리어 패널과 만나는 단위 배리어를 기준으로 우안용 배리어와 좌안용 배리어는 구분하도록 하는 입체 영상 표시 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 직선과 만나는 상기 단위 배리어의 양 측 경계 중 더 가까운 쪽의 경계를 기준으로 상기 우안용 배리어와 상기 좌안용 배리어를 구분하는 입체 영상 표시 방법.
  15. 제13항에서,
    상기 우안용 배리어와 상기 좌안용 배리어의 사이에 항상 오프 상태인 단위 배리어를 포함하도록 하는 입체 영상 표시 방법.
  16. 제12항에서,
    상기 사용자의 눈 위치에서 형성되는 투영상 피치는 사용자의 눈 사이의 거리보다 작은 값을 가지도록 하는 입체 영상 표시 방법.
  17. 제16항에서,
    배리어 피치를 PB, 상기 렌티큘러 렌즈의 피치를 PL, 상기 사용자의 두 눈 사이의 거리의 최소값을 PEmin, 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치에서 상기 사용자의 눈까지의 거리를 Dx, 상기 배리어 패널과 상기 렌티큘러 렌즈 간의 거리를 d라 할 때, 아래 수식을 만족하는 입체 영상 표시 방법.
    PB=PL*(D+d)/D/m (m은 양의 분수)
    PB < PEmin*d/Dx
  18. 제12항에서,
    상기 사용자가 복수인인 경우 각 사용자에 대하여 상기 좌안용 배리어와 상기 우안용 배리어를 구분하는 입체 영상 표시 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 아이 트랙킹 센서에 의하여 인접하는 사용자의 인접하는 두 눈의 중앙을 파악한 후, 상기 두 눈의 중앙과 상기 렌티큘러 렌즈의 주요 위치를 각각 연결한 직선이 상기 배리어 패널과 만나는 단위 배리어를 기준으로 인접하는 두 사용자의 우안용 배리어와 좌안용 배리어로 구분하는 입체 영상 표시 방법.
  20. 제18항에서,
    상기 복수의 사용자 중 2차원 영상을 보는 사용자가 있는 경우 해당 사용자에게는 우안용 영상 또는 좌안용 영상 중 하나만을 제공하고 다른 하나는 차단하는 입체 영상 표시 방법.
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