KR102098286B1

KR102098286B1 - 무안경식 3차원 영상표시장치

Info

Publication number: KR102098286B1
Application number: KR1020180062846A
Authority: KR
Inventors: 김성규; 윤기혁
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2020-04-07
Also published as: KR20190136746A; US10663757B2; US20190369407A1

Abstract

본 발명은 무안경식 3차원 영상표시장치로서, 복수의 서브화소들의 배열로 구성되는 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널로부터 일정간격 이격하여 특정 경사각도로 배치되는 광학판 또는 선광원을 포함하되, 상기 디스플레이 패널의 수직방향에 대한 상기 광학판 또는 선광원의 경사각도는 하기 [수학식]에 따라 결정되고, θ는 경사각도이고, W_h는 상기 디스플레이 패널을 구성하는 서브화소의 수평크기이고, W_v는 상기 서브화소의 수직크기이고, n은 상기 디스플레이 패널을 구성하는 서브화소 중 시점영상이 배분되는 수직 서브화소의 개수로서 2이상의 정수이고 상기 디스플레이 패널을 구성하는 수직 서브화소의 개수보다 작고, m은 상기 디스플레이 패널을 구성하는 서브화소 중 시점 영상이 배분되는 한주기의 수평 서브화소의 개수로서 1이상의 정수이고 n보다 작은 수이다.
[수학식]

Description

무안경식 3차원 영상표시장치{APPARATUS FOR 3-DIMENSIONAL DISPLAY}

본 발명은 3차원 영상을 제공하는 무안경식 3차원 영상표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 서브화소 기반의 시역설계 방법이 적용된 무안경식 3차원 영상표시장치에 관한 것이다.

일반적인 무안경 방식의 3차원 영상표시장치는 렌티큐라 렌즈(Lenticularlens)나 시차장벽(Parallax Barrier) 등의 광학판을 이용하여 시역분리를 한다. 이때, 관찰위치에서의 관찰자는 좌안과 우안으로 각각의 해당 시점 영상을 보게 됨에 따라, 결과적으로 3차원 영상으로 볼 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 의한 일반적인 시차장벽 적용 다시점 3차원 영상표시장치의 개념도이다. 도 2는 종래기술에 의한 다시점 3차원 영상표시장치에서 시차장벽의 종류를 설명하기 위한 전면도로서, 도 2의 (a)는 수직 시차장벽을 적용한 경우이고, 도 2의 (b)는 경사 시차장벽을 적용한 경우이다.

도 1 및 2에 도시된 일반적인 시차장벽이 적용된 다시점 3차원 영상표시장치의 디스플레이 패널에는 다수의 화소가 배열되어 있는데, 여기에서 단일 화소는 수평방향으로 RGB 서브화소(sub-pixel)를 포함하는 구조이다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 단일 화소는 수평 및 수직 방향으로 매트릭스 형태로 배치된다.

도 1을 참조하면, 3D 영상을 구현하기 위해, 단일 화소들이 배치된 디스플레이 패널(Display panel)의 전면에 시차장벽(Parallax Barrier)이 배치된다. 또는 시차분리 수단으로서 시차장벽 대신에 렌티큐라 렌즈(Lenticular lens)가 배치될 수도 있고, 디스플레이 패널의 후면에 일정 간격으로 배치된 선광원을 이용할 수도 있다.

디스플레이의 화소 크기와 시점수에 따라 설계된 광학판에 의해 최적관찰위치(OVD)에서 설계 시점수에 따른 공통시역이 구현된다. 도 1은 6시점 설계에 따른 공통시역의 형성을 예로 들어 보여주고 있다. 그런데, 이러한 일반적인 다시점 3D 영상표시장치는 관찰자의 수평 위치이동(디스플레이 패널과 평행하게 위치이동)에 따라 크로스토크량이 달라진다.

도 2의 (a) 처럼 일반적인 스트립(Stripe) 타입의 RGB 화소 구조를 갖는 평판형 디스플레이 패널에 수직 시차분리 수단을 적용한 무안경식 3차원 영상표시장치의 경우에는, 인접 시역간 크로스토크가 적은 장점이 있다. 하지만, 수평방향으로 형성된 시역들이 색분산되어 제대로 된 칼라의 3차원 영상을 구현하기 어려운 단점이 있다. 예를 들어, 도 2의 (a)를 참고하면, 3번 시역은 청색 칼라로만 형성됨을 알 수 있다. 또한 시점수 증가에 따른 해상도 감소가 수평방향으로만 이루어져, 적절한 가로 및 세로 해상도 비율이 맞는 3차원 영상을 구현하기 어려운 문제가 있다.

도 2의 (b)는 시차장벽의 경사각도가 18.43도(arcTan(1/3))인 경사 시차장벽을 적용한 경우이다. 이렇게 경사 시차장벽을 사용하는 경우에는, 수직 시차장벽에서 발생하는 상기와 같은 문제는 해결할 수 있다. 즉, 도 2의 (b)를 참고하면, 3번 시역이 RGB 칼라로 구성되므로, 시역별 색분산 문제를 해결할 수 있다. 또한, 시점수 증가에 따른 3D 영상 해상도 저하를 가로와 세로방향으로 분산할 수 있다. 하지만, 이렇게 경사 시차장벽을 사용하는 경우에는 인접 시역간 크로스토크가 증가한다는 문제가 있다. 또한, 최적관찰거리를 벗어나면 3차원 영상표시장치에서 화면의 밝고 어두운 줄무늬(모아레 현상)가 보이게 되어, 최적의 3D 영상을 관찰할 수 있는 관찰범위가 제한된다는 단점이 있다.

이하, 도 3 및 도 4를 참고하여 최적관찰거리(OVD) 위치에서의 시역 형성 모양과 상기의 문제점에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.

도 3은 도 2의 (a)에 도시된 수직 시차장벽 적용 3차원 영상표시장치의 최적관찰거리(OVD) 위치에서의 시역형성 모양과 칼라분산을 나타내는 그래프이다. 도 3을 참고하면, 수직 시차장벽 적용시 이상적으로 각 시역의 중심에서 인접 시역의 영상이 중첩되지 않음을 알 수 있다. 즉, 이상적인 경우 포인트 크로스토크(Point Crosstalk)가 0이 된다. 예를 들어, 도 3에서 6번 시역의 중심(왼쪽 수직 점선 위치)의 경우 크로스토크는 0이다. 그러나, 시역 중심을 벗어나면 인접 시역과 크로스토크가 급격히 증가하게 되고, 시역 내 밝기가 균일하지 않는 문제점이 있다. 예를 들어, 인접한 두 시역이 만나는 지점에서 최대 크로스토크를 갖는다. 아울러, 수직 시차장벽 적용시에는 수평 방향으로 RGB 칼라 분산 효과를 보임을 알 수 있고, 이것은 3D 영상의 적절한 칼라 구현이 어려움을 의미한다.

도 4는 도 2의 (b)에 도시된 경사 시차장벽 적용 3차원 영상표시장치의 최적관찰거리(OVD) 위치에서의 시역형성 모양을 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 이상적인 경우(각 시점의 중심위치)에도 포인트 크로스토크가 0보다 커지게 됨을 알 수 있다. 일예로 2번 시역의 중심위치인 오른쪽 수직 점선 위치에서도 크로스토크가 존재한다. 더욱이, 이와 같은 경사 시차장벽 적용시에는, 경사 방향으로 RGB 칼라 화소가 형성되므로 색분산 문제는 해결되지만, 최적 관찰거리에서 벗어난 깊이 방향에서 모아레 현상이 보이게 된다.

도 5는 종래기술에 의한 경사 시차장벽 적용 3차원 영상표시장치에서 나타나는 모아레 현상을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 5는 시차장벽의 경사각도가 18.43도(arcTan(1/3))인 경우 나타나는 모아레 현상 사진으로서, (a)는 깊이 방향(Z)이 1300 mm인 경우(OVD 위치)이고, (b)는 깊이 방향(Z)이 2500 mm인 경우이다. 모아레 현상이란 시차장벽과 디스플레이 화소의 격자와 격자간 기하학적인 간섭 효과에 의한 것으로서, 도 5의 (b)를 참고하면 경사 방향으로 일정 주기의 검은색 라인이 보여진다. 일반적으로, 최적관찰거리(OVD)에서는 모아레 효과가 크지 않지만(도 5의 (a) 경우), 관찰자가 깊이 방향으로 움직이면 움직인 거리에 따라 주기가 다른 모아레 영상 패턴을 관찰할 수 있다(도 5의 (b) 경우). 그러나, 상기 arcTan(1/3) 보다 작은 특정 경사각도에서는 설계된 최적관찰거리에서 벗어나 관찰자가 깊이 방향으로 이동하더라도, 최적관찰거리에서와 같이 모아레가 최소화된 풀화이트(Full White) 영상을 관찰할 수 있다.

한국특허출원 제10-2015-0079146호는 RGB 스트립(Stripe) 타입 디스플레이 패널을 사용하여, 데이터 라인별 시역설계를 하고, 광학판의 경사각도에 따라 사이시역을 형성함에 따라 자연스러운 운동시차를 제공하며, 모아레가 최소화된 무안경 3D 디스플레이를 구현하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 화소기반 시역설계에 의해 광학판 또는 선광원의 경사각도 자유도의 한계가 있어, 최적의 무안경 3D 디스플레이를 구현할 수 있는 디스플레이 패널을 선정해야 하는 문제가 있고, 경사각도가 3의 배수가 아닌 경우에는 색분산 특성에 의해 시차가 큰 3D 영상의 화질 저하가 발생하는 문제가 있다.

한국특허출원 제10-2016-0005937호는 데이터 라인별 RGB 구조가 적용된 디스플레이 패널을 사용하여 시역특성 및 3D 영상 화질 개선 방법을 구현하는 기술을 개시하고 있으나, 일반적이지 않은 특별한 디스플레이 패널의 화소 구조가 필요하다는 문제가 있다.

이와 같은 종래 기술은 화소 단위의 시점배치에 의한 광학판(시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈)의 경사각도의 자유도가 제한되어, 패널과 광학판 사이의 기하적 배치에 의해 발생되는 모아레가 최소가 되는 경사조건을 고려한 시역설계를 어렵게 한다. 또한, 해상도 저하를 최소화하며 정시역 범위를 확대하기 위해 형성되는 시역의 시점간격을 키우게 되면, 관찰자가 좌우 이동시에 불연속적인 3D 영상을 보게 되고, 시점에 따른 시차가 커지게 되어 인접시역간 크로스토크에 의한 3D 영상의 깊이감 표현에 제한이 따르는 문제가 있다. 이에 더하여, 종래 기술에 의하면, 동일시역 설계를 하더라도, 디스플레이 패널의 구조에 따라 모아레가 최소화 되는 광학판(시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈)의 경사각도가 민감하게 변하여 디스플레이 패널구조의 변경을 고려하여야 하므로 설계가 어려워지는 문제가 발생한다. 즉, 이러한 3D 디스플레이의 한계로 인하여 무안경식 3D 디스플레이의 대중적 상용화가 힘들게 된다.

한국특허출원제10-2015-0079146호 한국특허출원제10-2016-0005937호

본 발명의 목적은 3D 디스플레이의 시역설계의 제한을 완화시켜 주고, 모아레가 최소화된 3D 디스플레이 설계가 가능하게 하여, 무안경식 3D 디스플레이의 대중적 상용화를 가능하게 하는 무안경 3차원 영상표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 디스플레이의 서브화소를 기반으로 시역을 설계함에 따라, 디스플레이 패널의 화소 구조가 달라지더라도 자유롭게 시역을 설계할 수 있고, 모아레가 최소화되는 다양한 광학판의 각도를 적용할 수 있는 자유도가 증가되는 무안경 3차원 영상표시장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은, 무안경식 3차원 영상표시장치로서, 복수의 서브화소들의 배열로 구성되는 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널로부터 일정간격 이격하여 특정 경사각도로 배치되는 광학판 또는 선광원을 포함하되, 상기 디스플레이 패널의 수직방향에 대한 상기 광학판 또는 선광원의 경사각도는 하기 [수학식]에 따라 결정된다.

[수학식]

θ는 경사각도이고, W_h는 상기 디스플레이 패널을 구성하는 서브화소의 수평크기이고, W_v는 상기 서브화소의 수직크기이고, n은 상기 디스플레이 패널을 구성하는 서브화소 중 시점영상이 배분되는 수직 서브화소의 개수로서 2이상의 정수이고 상기 디스플레이 패널을 구성하는 수직 서브화소의 개수보다 작고, m은 상기 디스플레이 패널을 구성하는 서브화소 중 시점 영상이 배분되는 한주기의 수평 서브화소의 개수로서 1이상의 정수이고 n보다 작은 수이다.

바람직하게, 상기 디스플레이 패널에 시점영상을 배치하여 3차원 영상을 생성하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 시점영상 중 이웃하는 시점영상 사이의 거리는 65mm 이하일 수 있다.

바람직하게, 상기 제어부는, 상기 경사각도가 0도보다 큰 경우에는 하기 [수학식]에 따라 서브화소에 배치될 시점영상을 결정하고,

[수학식]

상기 경사각도가 0도보다 작은 경우에는 하기 [수학식]에 따라 서브화소에 배치될 시점영상을 결정할 수 있다.

[수학식]

X[i,j]는 i행 j열의 서브화소에 배치되는 시점영상을 나타낸다.

바람직하게, 상기 제어부는, 상기 결정된 시점영상을 조정하여 상기 서브화소에 부여될 최종시점번호를 결정하되, 상기 결정된 시점영상이 1이상이고 전체시점수 이하인 경우에는 하기 [수학식]에 따라 최종시점번호가 결정되고,

[수학식]

상기 결정된 시점영상이 상기 전체시점수보다 큰 경우에는 하기 [수학식]에 따라 최종시점번호가 결정되고,

[수학식]

상기 결정된 시점영상이 1보다 작은 경우에는 하기 [수학식]에 따라 최종시점번호가 결정될 수 있다.

[수학식]

VP[i,j]는 i행 j열의 서브화소에 부여되는 최종시점번호를 나타내고, C는 시점영상이 배치될 전체시점수이고, l은

의 조건을 만족하도록 선택된 양의 정수이다.

바람직하게, 상기 제어부는, 상기 광학판 또는 선광원의 경사각도의 조정에 따라 시점수가 증가하는 경우, 특정개수의 인접시점에 동일한 시점영상을 배치할 수 있다.

바람직하게, 상기 광학판은 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모아레가 최소화되는 다양한 광학판의 각도를 적용할 수 있는 자유도가 증가되므로, 이러한 자유도를 이용하여, 크로스토크가 감소하고, 광학판 정렬 방법이 유연하여(수직을 포함하는 경사 각도 자유) 수평/수직 해상도 비율을 조절하고, 색의 섞임 현상이 발생하지 않고, 모아레 현상이 근본적으로 제거되는 효과가 있다.

또한, 무안경식 3D 디스플레이(Auto-stereoscopic display)를 사용하는 응용분야 제품(예를 들어, 3D 모니터, 3D 노트북, 3D TV, 스마트폰)에 사용 가능한 효과가 있다.

즉, 본 발명에 의하면, 다양한 종류의 디스플레이 패널에 최적화된 시역설계를 용이하게 할 수 있어 설계의 편의성이 있고, 고해상도 디스플레이를 사용하여 광학판(시차장벽 또는 렌티큘라 렌즈) 또는 선광원을 적용한 고밀도 다시점 3D 디스플레이의 시역특성(크로스토크를 최소화 하고, 연속적인 운동시차 제공)을 최적화 할 수 있고, 디스플레이 패널별 모아레가 최소화된 광학판 또는 선광원의 경사각도를 정밀하게 조정하여 설계할 수 있어 모아레 현상을 최소화하는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 일반적인 시차장벽 적용 다시점 3차원 영상표시장치의 개념도,
도 2는 종래기술에 의한 다시점 3차원 영상표시장치에서 시차장벽의 종류를 설명하기 위한 전면도,
도 3은 도 2의 (a)에 도시된 수직 시차장벽 적용 3차원 영상표시장치의 최적관찰거리(OVD) 위치에서의 시역형성 모양과 칼라분산을 나타내는 그래프,
도 4는 도 2의 (b)에 도시된 경사 시차장벽 적용 3차원 영상표시장치의 최적관찰거리(OVD) 위치에서의 시역형성 모양을 나타내는 그래프,
도 5는 종래기술에 의한 경사 시차장벽 적용 3차원 영상표시장치에서 나타나는 모아레 현상을 설명하기 위한 도면,
도 6은 종래기술에 의한 화소구조 시역설계 방법을 나타내는 도면,
도 7 내지 9는 종래기술에 의한 화소구조 시역설계에서의 광학판의 경사각도에 따른 시점 설계를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브화소 기반 시역설계 방법을 나타내는 도면,
도 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브화소 기반 시역설계에서의 광학판의 경사각도에 따른 시점설계를 나타내는 도면,
도 13은 도 12의 본 발명의 일 실시예에 따른 서브화소 기반 시역설계에서 3개의 인접시점에 동일시점을 배분함에 따른 시점설계를 나타내는 도면,
도 14a 내지 14c는 서브화소 기반 시역설계에서의 광학판의 경사각도에 따른 시점설계가 적용될 수 있는 패널의 유형을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는 “포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 6은 종래기술에 의한 화소구조의 시역설계 방법을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하여, 시차장벽의 다양한 경사각도에 대한 화소구조 시역설계 방법에 대해 설명한다. 도 6에서 시차장벽, 즉 광학판의 경사각도(θ)는 디스플레이 패널의 수직 방향으로부터의 각도이며, 일반적으로 광학판의 경사각도(θ)는 다음 [수학식 1]과 같이 표현되고, 단위 RGB 간의 최소거리는 다음 [수학식 2]와 같이 표현된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기에서, W_h는 서브화소(Sub-pixel)의 수평크기 이고, W_v는 서브화소의 수직크기이고, D_RGB는 단위 RGB간의 최소거리이고, n은 3 이상의 실수이다.

보다 구체적으로, 종래기술에 의한 화소구조 시역설계에서의 광학판의 경사각도에 따른 시점 설계를 나타내는 도 7 내지 9를 참조하면, 도 7 내지 9는 일반적인 RGB 스트립 타입 서브화소 구조의 디스플레이 패널에서 데이터 라인별 12시점에 대한 시점 설계의 일 실시예를 나타낸 것이다. 도 7은 광학판의 경사각도가 arcTan(1/3), 도 8은 광학판의 경사각도가 arcTan(1/9), 도 9는 광학판의 경사각도가 arcTan(1/7)인 경우이다. 각 도면에서 붉은 점선의 사각형은 3D 영상 화소점(3D pixel unit)을 나타낸 것으로서, 여러 시점이 포함된 하나의 단위체를 의미하고, 도 7은 칼라기준 3D 영상 화소점이고, 도 8은 단일 칼라 기준 3D 영상 화소점이다. 화소구조 설계에서 n이 3의 배수인 경우(n=3m)에 해당하는 도 7 및 8을 참조하면, 각 시점별 R, G, B 서브화소의 시점영상이 분배되어 색분산의 특성이 최소화되는 장점이 있으나, m이 커지면서 시인성에 따른 색분산 효과는 여전히 존재하는 문제가 있음을 알 수 있다.

화소구조 설계에서 n이 3의 배수가 아닌 경우(n≠3m)에 해당하는 도 9를 참조하면, 데이터 라인별 동일시점에서 사이시역 형성 개수를 증대시킴에 따라 시점간 양자화 현상이 저감되는 장점이 있으나, 각 시점별 단일색상의 서브화소의 시점영상이 분배되어, 시차가 큰 영상에서 색분산의 효과가 증대되는 문제가 있음을 볼 수 있다.

즉, 종래기술에 의한 화소구조 시역설계 방법에서, 서브화소의 가로(W_h) 및 세로(W_v) 길이의 비가 (W_v=3W_h)인 경우에 광학판의 경사각도는 arcTan(1/n)로 표현될 수 있는데, 크게 n이 3의 배수(n=3m)인 경우와 n이 3의 배수가 아닌 경우로 나눌 수 있고, 여기에서, n이 3의 배수가 아닌 경우에는, 깊이(Depth)가 큰 시차영상에서 색분산 효과가 크게 나타나는 문제가 있다. 또한, 화소구조 시역설계 방법에서는 디스플레이 패널의 세부구조에 따라 특정 각도에서 일정 범위 내에서만 모아레 현상의 최소화가 가능하다는 제약이 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브화소 기반 시역설계 방법을 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브화소 기반 시역설계 방법이 적용된 무안경식 3차원 영상표시장치는, 복수의 서브화소들의 배열로 구성되는 디스플레이 패널, 디스플레이 패널로부터 일정간격 이격하여 배치되는 광학판 또는 선광원으로 구성된다. 바람직하게, 도 10에서 시차장벽, 즉 광학판의 경사각도(θ)는 디스플레이 패널의 수직 방향으로부터의 각도이며, 광학판은 다음의 [수학식 3]과 같이 표현되는 경사각도(θ)로 배치될 수 있다. 도 10에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 서브화소 기반 시역설계 방법은 m=4인 경우에 해당한다.

[수학식 3]

여기에서, W_h는 서브화소(Sub-pixel)의 수평크기 이고, W_v는 서브화소의 수직크기이다. n은 시점영상이 배분되는 수직 서브화소들의 개수로서 2이상의 정수이며, 디스플레이 패널을 구성하는 전체 수직 서브화소 개수보다 작다. m은 시점영상이 배분되는 한주기의 수평 서브화소들의 개수로서, 1이상의 정수이며, n보다 작다. 이 경우, m/n은 기약분수인데, 예를 들어, 3/15는 기약분수인 1/5로 표현되어 m=1이고, n=5가 된다.

바람직하게, 이웃시점 사이의 거리는 65mm 보다 작을 수 있다. 양안에 동일시점영상이 제공되면 관찰자가 3차원 영상으로 인식할 수 없으므로, 가장 가까운 이웃시점 사이의 거리는 수직 사이시점을 고려하여 평균양안간격인 65mm보다 작아야 한다.

바람직하게, [수학식 3]과 같이 표현되는 수식의 n과 m에 대해, 광학판의 수평주기에 의해 결정되는 수평 서브화소의 개수(k)에 따라 형성되는, 3D 화소점을 형성하는 전체시점수(Total View-Point Number)는 k*n이 될 수 있다. 즉, 3D 화소점은 수평방향으로 k개의 서브화소와 수직방향으로 n개의 서브화소로 구성되는 것이다. [수학식 3]에서 m은, 단위 3D 화소점의 형태가 수직으로부터 기울어진 평행사변형을 이룰 때, 그 기울어진 정도를 결정하는 수이다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, k가 12이고, n이 3이고, m이 1인 경우로서, 3D 화소점을 이루는 전체 시점수는 36시점(12 x 3)이고, 수직방향으로 인접한 3D 화소점들이 m(=1)개의 서브화소 만큼 오른쪽으로 이동하여 배치되는 특성을 보인다. 또 다른 예를 들어, 도 9를 참조하면, k가 12이고, n이 7이고, m이 3인 경우로서, 3D 화소점을 이루는 전체 시점수는 84시점(12 x 7)이고, 수직방향으로 인접한 3D 화소점들이 m(=3)개의 서브화소 만큼 오른쪽으로 이동하여 배치되는 특성을 보인다.

종래의 화소 단위 시역설계는 아래의 [수학식 4]와 같이 표현된다.

[수학식 4]

여기에서, W_h는 서브화소(Sub-pixel)의 수평크기이고, W_v는 서브화소의 수직크기이고, n'은 시점영상 배분 수직 화소수로서 2이상의 정수이며 디스플레이 패널의 수직 서브화소 개수보다 작고, m'은 시점영상 배분 수평 서브화소수로서 1이상의 정수이며 n' 보다 작은 수이고, m'/n'은 기약분수이다. 이 수식에서 n'=n 이고, m'=1이 되면, 종래 기술의 특수한 경우의 수식인 [수학식 1]과 동일해 진다.

바람직하게, [수학식 4]를 본 발명에 따른 [수학식 3]과 비교하여 표현하면, [수학식 5]로 표현될 수 있다.

[수학식 5]

[수학식 5]에 보여지듯이, 종래의 광학판의 경사각도 조정은 본 발명의 경사각도와 동일하게 정수에 따른 분모조정이 가능 하지만, 분자는 3의 배수(즉, RGB 서브화소로 이루어진 화소단위 기준) 단위로만 조정될 수 있다. 이에 비해 본 발명에 의한 광학판의 경사각도는 [수학식 3]에 보여지듯이, 분모뿐만 아니라 분자도 정수로 조정 가능하므로 모아레 특성이 최소화된 특정 각도에 보다 세밀하게 조정될 수 있는 것이다.

바람직하게, 광학판의 수평 서브화소 수가 k이고 본 발명에 의한 광학판의 경사각도가 [수학식 3]으로 표현되는 경우에 전체시점수는 n*k로 표현되므로, 전체시점수는 n에 비례하여 증가하게 된다. 모아레가 최소화 되는 각도는 기본 디스플레이의 화소구조와 광학판(시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈)의 설계조건에 따라 미세하게 달라질 수 있다. 이때, 모아레 최소화 조건이 되는 광학판의 경사각도를 미세하게 조정할 필요가 있는데, 광학판의 경사 각도에 따라 n이 급격히 증가될 수 있다.

예를 들어, 디스플레이 패널의 가로방향으로 R, G, B 서브화소가 배치되어 단위화소를 구성하고 단위화소의 크기가 정사각형을 이루는 경우,

이 된다. 여기에서, 광학판의 수평 서브화소 수(k)가 10으로 설계되고 n=7 이고 m=2 인 경우, 3D 화소점을 형성하는 전체시점수는 70(=7*10)시점이 되고, 이 때의 광학판의 경사각도(θ)는 5.44도(=

가 된다. 그러나, 모아레가 최소화되는 각도로서 n=21 이고 m=5인 경우로 광학판의 경사각도가 미세하게 조정되면, 전체 시점수는 210시점(=21

10)이 되고, 이 때의 광학판의 경사각도(θ)는 4.54도(=

가 된다. 또는, 모아레가 최소화되는 각도로서, n=35 이고, m=8인 경우로 광학판의 경사각도가 미세하게 조정되면, 전체시점수는 350시점(= 35

10)이 되고, 이 때의 광학판의 경사각도(θ)는 4.36도(=

)가 된다.

즉, 디스플레이 패널과 광학판의 특성에 맞도록 모아레가 최소화된 광학판의 경사각도가 실험적으로 결정되어 상기 예와 같이 광학판의 경사각도가 1도 정도의 편차를 보일지라도, 시점수는 n=7에서 n=21로 3배가 되거나 n=7에서 n=35로 5배가 되어 과도하게 증가하게 되는바, 시점영상의 제작에 어려움을 줄 수 있다. 이러한 경우 앞의 일 예를 들어 n=21인 경우에 인접한 3개의 시점에 동일시점 영상을 제공하고, n=35인 경우에는 인접한 5개의 시점에 동일시점 영상을 제공하게 되면, n=7인 경우와 같이 전체 시점수가 70개가 되면서도 모아레가 최소가 되는 경사각도로 광학판을 맞추어 줄 수 있는바, 최적의 3차원 영상을 제공하는 것이 가능하게 된다.

도 10은 [수학식 3]에 의해 표현되는 광학판의 경사각도(θ)에 따라 시점영상을 서브화소에 배치하는 것을, n, m, 및 k에 따라 일반화하여 표현한 것이다. 도 10을 참조하면, R, G, B 서브화소들이 수평방향으로 배치되어 있는 디스플레이 패널에서 서브화소의 가로폭과 세로폭은 각각

와

이고, 광학판(시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈)의 경사각도는 디스플레이 패널의 수직방향으로부터 θ만큼 기울어져 있다. 또한, 광학판의 수평 서브화소 수가 k개인 경우에 광학판의 경사각도(θ)는 [수학식 3]에 의해 표현되고, 3D 화소점은

개의 서브화소로 이루어져있고, 3D 화소점을 이루는 서브화소들의 개수(

)는 전체시점수(C)가 된다. 이 경우에 3D 화소점의 서브화소별 시점영상 배분은 다음의 [수학식 6] 및 [수학식 7]에 의해 결정된다.

[수학식 6]

[수학식 7]

여기에서, l은

의 조건을 만족하도록 선택된 양의 정수이고, [수학식 7]에 의해 표현되는

는 디스플레이의 i행과 j열의 서브화소에 부여된 시점번호를 의미하고,

는 디스플레이의 i행과 j열의 서브화소에 부여된 시점번호를 생성하는 위한 중간변수로서,

는 디스플레이의 i행과 j열 서브화소에 부여된 시점번호 생성을 위한 인덱스 값이다. 도 10은

인 경우의 광학판의 경사각도를 보여주는 것이고 이때에는 [수학식 6]에 보여지듯이 동일 열에서 행이 증가될수록 시점수가 m만큼 줄어드는 경향을 보인다. 반면,

인 경우는 동일 열에서 행이 증가될수록 시점수가 m만큼 커지는 경향을 보인다. 또한 동일 행의 서브화소들의 시점은 n개의 시점만큼 증가됨을 알 수 있다.

예를 들어, 도 11은, 광학판의 경사각도(θ)가 양의 방향으로 기울어져 있고 n=7, m=2, 및 k=10인 경우, [수학식 6]과 [수학식 7]을 기초로 각 3 D 화소점별 구성인 서브화소들의 위치별 시점번호를 배치한 것이다. 이때 R, G, B 서브화소로 구성된 화소가 정사각형인 경우(즉,

)에 광학판의 경사각도는 5.44도이다. 빨간 점선으로 표시한 영역이 전체시점수를 포함하는 하나의 단위체, 즉, 3D 화소점을 나타낸 것이고, 각 3D 화소점의 모양은 광학판(시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈)의 기울어진 방향에 따라 결정되는 평행사변형 꼴이다.

다른 예를 들어, 도 12는, 도 11에서 광학판의 경사각도를 약간 조정하여 전체시점수가 210시점이 되는 경우의 서브화소별 시점번호를 배치한 것을 나타낸 것이다. 도 12는 n=21, m=5, 및 k=10인 경우로서 R, G, B 수평 서브화소로 이루어진 정사각형 화소구조에 적용되면, 광학판의 경사각도는 4.54도가 된다. 빨간점선으로 표시한 영역인 3D 화소점은 210개의 서브화소로 이루어져 있고, 각각의 시점번호가 부여된다. 이 경우는 전체 시점수가 도 11의 경우보다 3배 증가함에 따라 3D 화소점을 형성하는 서브화소의 개수가 3배 증가한다. 구체적으로, 도 12의 경우는 각 3D 화소점 마다 수평방향으로는 10개의 서브화소로 구성되지만, 수직방향으로는 21개의 서브화소로 구성되어 도 11의 경우보다 수직방향으로 3배가 커진다. 즉, 모아레 최소화 조건을 형성하는 광학판의 각도가 도 12의 경우에 해당하면, 도 11의 경우에서의 광학판의 경사각도인 배치보다 시점수가 3배 증가되어 시점영상 생성에 어려움이 있을 수 있다. 이 경우, 도 12의 3D 화소점 구성에서, 인접한 3개의 시점번호에 동일한 시점정보를 제공하는 방법을 사용하게 되면, 모아레가 최소화된 광학판 경사각도 조건에서 시점수가 조정될 수 있다.

도 13은 도 12의 시점배치에서 인접시점 3개씩을 합치고, 합쳐진 인접시점에 동일한 시점정보를 주어 서브화소에 70개의 시점번호를 배치한 결과를 보여준다. 이와 같이 3개의 인접시점에 동일한 시점정보를 제공하게 되면, 양자가 동일하게 70시점을 제공한다고 하더라도, 본래의 70시점을 제공하는 설계에서의 시점정보가 들어가는 서브화소의 배치와 차이가 나게 된다. 즉, 도 11과 도 13을 대비하여 보면, 도 11의 경우는 3D 화소점이 세로방향으로 7개와 가로방향으로 10개의 서브화소로 구성되어 70개의 시점이 배치된다. 반면에, 도 13의 경우는 3개의 인접시점에 동일시점을 배치하는 바, 3D 화소점이 세로방향으로 21개와 가로방향으로 10개의 서브화소로 구성되어 3D 화소점 내에 동일한 시점이 배치되는 서브화소는 3개 이지만, 인접 3D 화소점까지 고려하면 동일시점이 배치되는 서브화소 간의 간격이 동일하지 않은 경우도 발생하게 된다. 위의 예에서는 3개의 인접시점에 동일시점을 배분하는 방법에 대해 설명하였지만, 동일시점이 배분되는 인접시점의 개수는 다양하게 변경될 수 있고, 이와 같은 방식으로 인접시점에 동일한 시점을 배분하여 실제로 사용되는 전체 시점수가 조정될 수 있다.

도 14a 내지 14c는 본 발명에 따른 서브화소 기반 시역설계에서의 광학판의 경사각도에 따른 시점설계가 적용될 수 있는 패널의 유형을 나타내는 도면이다.

도 14a를 참조하면, RGB 스트립 타입의 패널로서, 도 10 내지 13를 통한 본 발명의 일 실시예에 대한 설명에 적용된 패널 유형이다.

도 14b를 참조하면, RGB 서브화소 구조가 데이터 행별로 바뀌는 델타(Delta) RGB 타입의 패널이고, 도 14c를 참조하면, 데이터 행별로 R, G, B 서브화소가 배치된 데이터 행별 RGB 타입의 패널로서, 본 발명에 따른 서브화소 기반 시역설계에서의 광학판의 경사각도에 따른 시점 설계는 도 14b 및 14c에 도시된 패널의 유형들에도 모두 적용될 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 무안경식 3차원 영상표시장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다. 예를 들어, 본 발명에 의한 무안경식 3차원 영상표시장치는 화소들이 배치된 디스플레이 패널과 이격하여 배치된 광학판 또는 선광원을 구비하며, 도면에는 도시되지 않았지만 제어부가 디스플레이 패널에 시점영상을 배치하여 3차원 영상을 생성할 수 있다.

Claims

복수의 서브화소들의 배열로 구성되는 디스플레이 패널; 및
상기 디스플레이 패널로부터 일정간격 이격하여 특정 경사각도로 배치되는 광학판 또는 선광원을 포함하되,
상기 디스플레이 패널의 수직방향에 대한 상기 광학판 또는 선광원의 경사각도는 하기 [수학식]에 따라 결정되되, 상기 광학판 또는 선광원의 경사각도를 서브화소 단위로 조정하여 모아레가 최소화된 3차원 영상을 제공하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치.
[수학식]

θ는 경사각도이고 │θ│는 0 보다 크고 tan^-1(1/3) 보다 작고, W_h는 상기 디스플레이 패널을 구성하는 서브화소의 수평크기이고, W_v는 상기 서브화소의 수직크기이고, n은 상기 디스플레이 패널을 구성하는 서브화소 중 시점영상이 배분되는 수직 서브화소의 개수로서 2이상의 정수이고 상기 디스플레이 패널을 구성하는 수직 서브화소의 개수보다 작고, m은 상기 디스플레이 패널을 구성하는 서브화소 중 시점 영상이 배분되는 한주기의 수평 서브화소의 개수로서 1이상의 정수이고 n보다 작은 수이다.
제1항에 있어서,
상기 디스플레이 패널에 시점영상을 배치하여 3차원 영상을 생성하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치.
제2항에 있어서,
상기 시점영상 중 이웃하는 시점영상 사이의 거리는 65mm 이하인 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치.
제2항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 경사각도가 0도보다 큰 경우에는 하기 [수학식]에 따라 서브화소에 배치될 시점영상을 결정하고,
[수학식]

상기 경사각도가 0도보다 작은 경우에는 하기 [수학식]에 따라 서브화소에 배치될 시점영상을 결정하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치.
[수학식]

X[i,j]는 i행 j열의 서브화소에 부여된 시점번호 생성을 위한 인덱스 값을 나타낸다.
제4항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 결정된 시점영상을 조정하여 상기 서브화소에 부여될 최종시점번호를 결정하되,
상기 결정된 시점영상이 1이상이고 전체시점수 이하인 경우에는 하기 [수학식]에 따라 최종시점번호가 결정되고,
[수학식]

상기 결정된 시점영상이 상기 전체시점수보다 큰 경우에는 하기 [수학식]에 따라 최종시점번호가 결정되고,
[수학식]

상기 결정된 시점영상이 1보다 작은 경우에는 하기 [수학식]에 따라 최종시점번호가 결정되는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치.
[수학식]

VP[i,j]는 i행 j열의 서브화소에 부여되는 최종시점번호를 나타내고, X[i,j]는 i행 j열의 서브화소에 부여된 시점번호 생성을 위한 인덱스 값을 나타내고, C는 시점영상이 배치될 전체시점수이고, l은
의 조건을 만족하도록 선택된 양의 정수이다.
제2항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 광학판 또는 선광원의 경사각도의 조정에 따라 시점수가 증가하는 경우, 특정개수의 인접시점에 동일한 시점영상을 배치하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치.
제1항에 있어서,
상기 광학판은 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치.