KR101992912B1 - 3차원 영상 표시 장치 - Google Patents

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김경기
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Abstract

본 발명은 3차원 영상 표시 장치에 관한 것으로, 다수의 영상 데이터가 입력되는 다수의 화소를 구비하는 표시 패널과; 상기 다수의 영상 데이터를 각각 분리하여 다수의 시점에서 표시되도록, 상기 표시 패널의 가로 방향에 대하여 경사진 다수의 투과부를 구비하는 시점 생성부와; 사용자의 시점의 이동을 감지하는 카메라와; 상기 카메라로부터 감지된 상기 사용자의 시점 이동에 따라, 상기 다수의 화소에 대한 상기 다수의 영상 데이터의 입력 순서를 가변하는 구동 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 영상 표시 장치{STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시 장치(Flat Panel Display)들이 개발되고 있다. 평판 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), OLED 표시 장치 등이 있으며, 이들 대부분이 상용화되어 시판되고 있다.
한편, 실감 있고 입체적으로 영상을 즐기기 위해 3차원 영상을 표현하는 3D(3-dimension) 구동기술이 개발되고 있으며, 3D 구동기술은 상기 평판 표시 장치들에 적용되고 있다. 3D 구동기술은 크게 안경방식과 무안경방식으로 나뉘어 지고, 안경방식은 편광 안경방식과 셔터 안경방식으로 나뉘어 진다. 구체적으로, 편광 안경방식은 평판 표시 장치에서 표시되는 좌우 시차 영상의 편광 방향을 바꾸는 방식이고, 셔터 안경방식은 평판 표시 장치에서 표시되는 좌우 시차 영상을 시분할하여 표시하는 방식이다.
이 중에서 패럴랙스 베리어를 이용한 무안경 방식 3차원 영상 표시 장치는 좌/우안용 스테레오 영상을 동시에 표시하는 표시 패널과 사용자 사이에, 스트라이프(stripe) 형태의 슬릿(slit)과 베리어(barrier)를 배치하여 관찰자가 입체감을 느끼게 하는 방식이다. 베리어를 사용하는 영상 표시 장치는 좀 더 자연스러운 스테레오 영상을 표시하기 위해 다수의 영상 데이터를 각각 분리하여 다수의 시점에서 표시되도록 하는 ‘multi-view’ 방식이 소개된 바 있다. 그리고 ‘multi-view’ 방식의 경우, 시점(view)의 수만큼 3D 해상도가 저하되는 단점을 보완하기 위해, 베리어를 일정한 각도만큼 기울이는 ‘slanted barrier’ 기술이 적용되고 있다. 그런데, ‘slanted barrier’ 방식의 영상 표시 장치는 좌우 시야각이 협소한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, ‘slanted barrier’ 방식으로 3D 영상의 구현시 시야각을 향상시킬 수 있는 3차원 영상 표시 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치는 다수의 영상 데이터가 입력되는 다수의 화소를 구비하는 표시 패널과; 상기 다수의 영상 데이터를 각각 분리하여 다수의 시점에서 표시되도록, 상기 표시 패널의 가로 방향에 대하여 경사진 다수의 투과부를 구비하는 시점 생성부와; 사용자의 시점의 이동을 감지하는 카메라와; 상기 카메라로부터 감지된 상기 사용자의 시점 이동에 따라, 상기 다수의 화소에 대한 상기 다수의 영상 데이터의 입력 순서를 가변하는 구동 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 시점 생성부는 상기 표시 패널의 전면에 배치되는 패럴랙스 베리어인 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 시점은 좌측으로부터 우측 방향으로 차례로 정의되는 제1 내지 제9 시점을 포함하고; 상기 제1 내지 제9 시점에는 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6 및 제8 화소에 입력된 제1 내지 제9 영상 데이터가 표시되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동 회로는 상기 다수의 투과부의 경사각이 arctan(1/6)이고, 상기 사용자의 시점이 상기 제1 시점보다 좌측으로 이동한 조건에서, 상기 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6 및 제8 화소에 대해 제8 및 제9 영상 데이터와, 제1 내지 제7 영상 데이터를 순서대로 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동 회로는 상기 다수의 투과부의 경사각이 arctan(1/6)이고, 상기 사용자의 시점이 상기 제9 시점보다 우측으로 이동한 조건에서, 상기 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6 및 제8 화소에 대해 제3 내지 제9 영상 데이터와, 제1 및 제2 영상 데이터를 순서대로 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 사용자의 시점에 변화가 생길 경우, 이에 대응하여 영상 데이터의 입력 순서를 가변함으로써 3D 모드시 시야각을 향상시킨다.
도 1은 패럴랙스 베리어 방식의 영상 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 다시점을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 카메라를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 상기 다수의 투과부의 경사각이 arctan(1/6)인 조건에서, 사용자의 시점 이동에 따른 영상 데이터의 변환을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 어셈블리를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 패럴랙스 베리어 방식의 영상 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 평면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 패럴랙스 베리어 방식 영상 표시 장치(10)는 좌우영상을 동시에 표시하는 표시 패널(20)과 패럴랙스 베리어(30)로 이루어진다.
표시 패널(20)에는 좌안용 영상을 표시하는 좌안 화소(L)와 우안용 영상을 표시하는 우안 화소(R)가 번갈아 정의되어 있고, 패럴랙스 베리어(30)는 표시 패널(20)과 사용자(40) 사이에 배치된다. 패럴랙스 베리어(30)에는 좌/우안 화소(L, R)로부터 나오는 빛을 각각 선택적으로 통과시키는 슬릿(32)과 베리어(34)가 사용자(40)에 대해 세로 방향을 향하는 스트라이프 형태로 반복 배열되어 있다.
이에 따라 표시 패널(20)의 좌안 화소(L)에 표시되는 좌안 영상(IL)은 패럴랙스 베리어(30)의 슬릿(32)을 거쳐 사용자(40)의 좌안에 도달되고, 표시 패널(20)의 우안 화소(R)에 표시되는 우안 영상(IR)은 패럴랙스 베리어(30)의 슬릿(32)을 거쳐 사용자(40)의 우안에 도달되는데, 이때 좌/우안 영상(IL,IR)에는 각각 인간이 감지 가능한 시차(視差)를 고려한 별개의 영상이 담겨 있고, 사용자(40)는 이 두 가지 영상을 결합하여 3차원 영상을 인식하게 된다.
표시 패널(20)에 형성된 좌/우안 화소(L, R)의 폭(P), 패럴랙스 베리어(30)의 슬릿(32)의 폭(P1), 패럴랙스 베리어(30)의 베리어(34)의 폭(P2), 좌/우안의 폭(E) 사이에는 수학식 1과 같은 관계식이 성립하며, 수학식 1의 관계식을 이용하여 좌/우안 화소(L, R)의 폭(P), 슬릿(32)의 폭(P1), 베리어(34)의 폭(P2)을 설계함으로써 3차원 영상을 구현할 수 있다.
Figure 112013009511060-pat00001
이하, 본 발명의 3차원 영상 표시 장치를 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치(110)는 표시 패널(120)과 시점 생성부(130)를 포함하고, 사용자는 표시 패널(120)에 표시된 영상을 시점 생성부(130)를 통하여 인식하게 된다.
표시 패널(120)은 3차원 영상을 표시하기 위한 다수의 화소를 포함하고, 다수의 화소에서 표시된 영상은 시점 생성부(130)에 의하여 다수의 시점으로 분리되어 표시된다.
사용자는 분리되어 표시된 영상을 두 눈에서 별도로 받아들인 후 이를 합성하여 3차원 영상을 인식하게 된다. 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치(110)는, 가로로 분리되어 번갈아 반복 배열되는 시점들로 표시되는 영상이 좌안 및 우안에 역전되어 입력됨으로써 발생하는 역입체시의 발생을 최소화하고 다수의 사용자가 편안하게 3차원 영상을 시청할 수 있도록 다시점(multi view) 방식을 이용한다. 즉, 두 개의 시점을 사용할 경우 좌안 영상은 좌안에 입력되고 우안 영상은 우안에 입력되어야 정상적인 3차원 영상의 합성이 가능하지만, 좌안 영상과 우안 영상은 시점에 따라 가로로 번갈아 반복 표시되므로 좌안 영상이 우안에 입력되고 우안 영상이 좌안에 입력되는 역입체시가 존재하게 되고 이러한 역입체시에서는 정상적인 3차원 영상의 합성이 불가능하다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치(110)는 다수의 시점을 발생시킴으로써 역입체시 발생을 최소화한다.
이러한 다시점 방식의 3차원 영상 표시 장치(110)에서, 시점 생성부(130)는 다수의 차단부 및 다수의 투과부로 이루어지고, 좌우안용 영상이 명확하게 분리되어 보다 깊이감 있는 3차원 영상을 표현할 수 있도록 가능한한 다수의 투과부 각각의 폭을 작게 설계한다. 따라서, 시점 생성부(130)의 차단부 및 투과부의 폭 대신 표시 패널(120)의 화소의 간격 내지 피치(P), 표시 패널(120)과 시점 생성부(130) 사이의 거리(S), 시점 생성부(130)와 사용자 사이의 거리(D), 시점 사이의 거리(E)를 고려하여 다시점 방식의 3차원 영상 표시 장치(110)를 형성하게 되며, 이들 사이의 관계는 수학식 2와 같다.
Figure 112013009511060-pat00002
여기서 사용자의 좌우안 사이의 거리는 대략 65mm이고, 65mm이하로 인접 시점이 생성되면 사용자의 좌우안으로 다른 시점의 상이한 영상이 입력될 수 있으므로, 수학식 2에서 시점 사이의 거리(E)가 65mm 이하가 되도록 나머지 설계요소들인 표시 패널(120)의 화소의 간격 내지 피치(P), 표시 패널(120)과 시점 생성부(130) 사이의 거리(S), 시점 생성부(130)와 사용자 사이의 거리(D)를 결정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치의 다시점을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 표시 장치(110)는 표시 패널(120)과 시점 생성부(130)로 이루어지고, 표시 패널(120)은 다수의 화소를 포함하며 시점 생성부(130)는 다수의 투과부(130a) 및 다수의 차단부(130b)를 포함한다.
도 3에서 다수의 투과부(130a)가 실선으로 도시되어 있는데, 다수의 투과부(130a)는 실제로는 소정의 폭을 가지고 있으며 다수의 화소에 표시되는 영상 데이터를 통과시킨다. 반면에, 다수의 차단부(130b)는 실선 외의 나머지 영역을 나타내는데, 다수의 화소에 표시되는 영상 데이터를 차단한다.
도 3에서는 예시적으로 다수의 투과부(130a)의 경사각이 수평선에 대하여 arctan(1/2)인 경우를 도시하고 있는데, 다수의 투과부(130a)의 경사각은 3차원 영상 표시 장치의 용도 등에 따라 arctan(1/6) 등과 같이 다양하게 결정될 수 있다.
표시 패널(120)로는 평판 표시 장치(FPD: Flat Panel Display)가 사용될 수 있으며, 구체적으로 액정표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display), 전계발광표시 장치(FED: Field Emission Display), 플라즈마영상표시 장치(PDP: Plasma Display Panel), 전기발광표시 장치(EL: Electroluminescent Display) 등이 사용될 수 있다.
시점 생성부(130)는 패럴렉스 베리어 또는 렌즈 어레이가 사용될 수 있는데, 특히 표시 패널(120)이 백라이트 어셈블리와 액정 표시 패널을 포함하는 투광형 평판 표시 패널인 경우, 시점 생성부(130)는 액정 표시 패널의 전면(前面)이나 백라이트 어셈블리와 액정 표시 패널 사이에 배치될 수도 있으며, 표시 패널(120)이 전계 발광 표시 장치, 플라즈마 영상 표시 장치, 전기 발광 표시 장치 등의 발광형 평판 표시 패널인 경우 시점 생성부(130)는 발광형 평판 표시 패널의 전면(前面)에 배치된다.
표시 패널(120)의 다수의 화소는 9종류로 구분되어 정의될 수 있는데, 이 경우 제1 내지 제9 화소(P1 내지 P9)에는 각각 서로 다른 영상 데이터가 입력되고, 도 5에 도시한 바와 같이, 다수의 화소(P1 내지 P9)가 표시하는 영상은 시점 생성부(130)에 의하여 서로 다른 시점인 제1 내지 제9시점(view1 내지 view9)에서 표시된다.
다른 영상 데이터가 입력되는 화소의 종류의 수와 생성되는 시점의 수는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상표시 장치의 용도에 따라 다양하게 정해질 수 있으며, 이하에서는 9개의 화소 종류와 9개의 시점을 예로 들어 설명한다.
표시 패널(120)의 제1 내지 제9 화소(P1 내지 P9) 각각은 가로 및 세로 방향의 폭인 제1폭 및 제2폭(W1, W2)이 실질적으로 동일한 정사각형 형태이며, 인접한 4개의 화소가 적색, 녹색, 청색, 백색(R, G, B, W)을 표시하는 하나의 단위화소를 이루도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 서로 인접한 제1, 제3, 제2, 제9화소(P1, P3, P2, P9)가 각각 적색, 녹색, 청색, 백색(R, G, B, W)을 표시하여 하나의 단위화소를 이루고, 마찬가지로 서로 인접한 제5, 제7, 제6, 제4화소(P5, P7, P6, P4)가 각각 적색, 녹색, 청색, 백색(R, G, B, W)을 표시하여 하나의 단위화소를 이룰 수 있다.
한편, 시점 생성부(130)의 다수의 투과부(130a)는 정면에서 바라볼 때 수평방향에 대하여 경사지게 형성되어 있고, 상하 좌우(가로 및 세로) 방향으로 시점을 분리 생성한다.
좌우로 분리된 제1 내지 제9 시점(view1 내지 view9)에는 차례대로 제1, 제3, 제5, 제 7, 제9, 제2, 제4, 제6, 제8화소(P1, P3, P5, P7, P9, P2, P4, P6, P8)의 영상이 표시된다. 사용자는 이들 시점에서 표시되는 서로 다른 영상을 좌우안에서 각각 별도로 받아들여 합성함으로써 3차원 영상을 인식하게 된다.
도 4는 제1 내지 제9 시점(view1 내지 view9)의 배치 및 해당 시점에서 표시되는 영상을 도시하고 있는데, 3차원 영상 표시장치(도 3의 ‘110’)가 표시하고자 하는 영상이 육면체와 그 앞에 배치된 구일 경우, 제1 및 제9 시점(view1 및 view9)에 표시되는 영상은 마치 실제 육면체와 구가 배치되어 있는 상황에서, 그들을 다른 각도에서 바라볼 때 인식하게 되는 영상과 동일하다. 즉, 제1 내지 제9 시점(view1 내지 view9) 각각은 서로 다른 9개의 카메라 시점이라고 할 수 있으며, 이러한 시점의 경우 사용자는 다양한 각도에서 영상을 받아들여서 3차원 영상으로 인식하게 된다.
한편, 다수의 시점에 표시되는 영상에 대응되는 화소의 배열순서가 상이하게 되는데, 시점에 대응되는 화소의 배열순서에 따라 그에 맞는 영상 데이터를 입력해야 정상적인 3차원 영상이 표시될 수 있다. 즉, 3차원 영상이 표시되도록 하기 위해서는 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6, 제8화소(P1, P3, P5, P7, P9, P2, P4, P6, P8)에 차례대로 연속적인 영상 데이터가 입력되어야 한다. 즉, 표시 패널(120)을 구동하는 구동 회로(미도시)는 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6, 제8화소(P1, P3, P5, P7, P9, P2, P4, P6, P8)에 대해 제1 내지 제9 영상 데이터(data1 내지 data9)를 입력함으로써 3차원 영상을 표시한다.
그런데, 상기와 같은 순서로 영상 데이터가 입력되더라도, 사용자의 시점이 이동한다면 사용자는 영상의 입체감을 느낄 수 없게 된다. 즉, 전술한 바와 같은 영상 데이터의 입력 순서는 사용자의 시점이 제1 내지 제9 시점(view1 내지 view9)에 있을 경우에만 국한되며, 사용자의 시점이 이를 벗어날 경우, 사용자는 영상의 입체감을 느끼지 못하게 된다.
본 발명은 사용자의 시점에 변화가 생길 경우, 이에 대응하여 영상 데이터의 입력 순서를 가변함으로써, 3D 모드시 시야각을 향상시킨다. 이를 위해, 본 발명은 도 5에 도시한 바와 같이, 사용자의 시점의 이동을 감지하는 카메라(50)를 별도로 구비한다. 카메라(50)는 사용자의 시점이 제1 내지 제9 시점(view1 내지 view9)을 벗어나는지 여부를 감지하고, 감지된 정보를 구동 회로에 공급한다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 6a 내지 도 6c는 사용자의 시점 이동에 따른 영상 데이터의 변환을 설명하기 위한 도면이다.
사용자의 시점이 제1 내지 제9 시점(view1 내지 view9) 내에 있을 경우, 도 6a에 도시한 바와 같이, 구동 회로는 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6, 제8화소(P1, P3, P5, P7, P9, P2, P4, P6, P8)에 대해 제1 내지 제9 영상 데이터(data1 내지 data9)를 입력한다.
또한, 사용자의 시점이 제1 내지 제9 시점(view1 내지 view9)보다 좌측으로 이동된 경우, 도 6b에 도시한 바와 같이, 구동 회로는 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6, 제8화소(P1, P3, P5, P7, P9, P2, P4, P6, P8)에 대해 제8 및 제9 영상 데이터(data8, data9)와, 제1 내지 제7 영상 데이터를 입력한다.
또한, 사용자의 시점이 제1 내지 제9 시점(view1 내지 view9)보다 우측으로 이동된 경우, 도 6c에 도시한 바와 같이, 구동 회로는 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6, 제8화소(P1, P3, P5, P7, P9, P2, P4, P6, P8)에 대해 제3 내지 제9 영상 데이터(data3 내지 data9)와, 제1 및 제2 영상 데이터(data1, data2)를 입력한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 사용자의 시점에 변화가 생길 경우, 이에 대응하여 영상 데이터의 입력 순서를 가변함으로써 3D 모드시 시야각을 향상시킨다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
120: 표시 패널 130: 시점 생성부
50: 카메라

Claims (5)

  1. 다수의 영상 데이터가 입력되는 다수의 화소를 구비하는 표시 패널과;
    상기 다수의 영상 데이터를 각각 분리하여 좌측으로부터 우측 방향으로 차례로 정의되는 제1 내지 제9 시점을 포함하는 다수의 시점에서 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6 및 제8 화소에 입력된 제1 내지 제9 영상 데이터가 표시되도록, 상기 표시 패널의 가로 방향에 대하여 경사진 다수의 투과부를 구비하는 시점 생성부와;
    사용자의 시점의 이동을 감지하는 카메라와;
    상기 카메라로부터 감지된 상기 사용자의 시점 이동에 따라, 상기 다수의 화소에 대한 상기 다수의 영상 데이터의 입력 순서를 가변하는 구동 회로를 구비하고,
    상기 구동 회로는,
    상기 사용자의 시점이 상기 제1 시점보다 좌측으로 이동한 조건에서,
    상기 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6 및 제8 화소에 대해 제8 및 제9 영상 데이터와, 제1 내지 제7 영상 데이터를 순서대로 공급하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시점 생성부는
    상기 표시 패널의 전면에 배치되는 패럴랙스 베리어 또는 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 다수의 영상 데이터가 입력되는 다수의 화소를 구비하는 표시 패널과;
    상기 다수의 영상 데이터를 각각 분리하여 좌측으로부터 우측 방향으로 차례로 정의되는 제1 내지 제9 시점을 포함하는 다수의 시점에서 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6 및 제8 화소에 입력된 제1 내지 제9 영상 데이터가 표시되도록, 상기 표시 패널의 가로 방향에 대하여 경사진 다수의 투과부를 구비하는 시점 생성부와;사용자의 시점의 이동을 감지하는 카메라와;
    상기 카메라로부터 감지된 상기 사용자의 시점 이동에 따라, 상기 다수의 화소에 대한 상기 다수의 영상 데이터의 입력 순서를 가변하는 구동 회로를 구비하고,
    상기 구동 회로는,
    상기 사용자의 시점이 상기 제9 시점보다 우측으로 이동한 조건에서,
    상기 제1, 제3, 제5, 제7, 제9, 제2, 제4, 제6 및 제8 화소에 대해 제3 내지 제9 영상 데이터와, 제1 및 제2 영상 데이터를 순서대로 공급하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시 장치.
KR1020130011235A 2013-01-31 2013-01-31 3차원 영상 표시 장치 KR101992912B1 (ko)

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