KR102156408B1 - 레이어드 디스플레이 기법을 위한 디스플레이 장치 및 영상 생성 방법 - Google Patents

레이어드 디스플레이 기법을 위한 디스플레이 장치 및 영상 생성 방법 Download PDF

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Abstract

레이어드 디스플레이 기법을 위한 디스플레이 장치가 개시된다. 실시예들은 화소값을 양 방향으로 변조 가능한 복수의 레이어들을 제어함으로써, 입체 영상을 재생한다.

Description

레이어드 디스플레이 기법을 위한 디스플레이 장치 및 영상 생성 방법{DISPLAY DEVICE AND IMAGE GENERATING METHOD FOR LAYERED DISPLAY SCHEME}
아래 실시예들은 입체 영상을 표시하는 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치를 위한 영상 생성 기법에 관한 것이다.
입체 영상을 인지하기 위한 요인 중 가장 지배적인 요인은 사용자의 양 눈에 보여지는 영상의 차이이다. 사용자의 양 눈에 서로 다른 영상을 보여주기 위한 방법으로 편광을 이용한 분할, 시분할, 원색(primary color)의 파장을 다르게 한 파장 분할 등을 원하는 영상을 필터링(Filtering)하는 안경 방식과, 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 또는 렌티큘러 렌즈(lenticular lens)를 이용하여 각 영상을 특정 공간에서만 볼 수 있도록 하는 무안경 방식이 있다.
무안경 방식의 경우, 안경 착용의 불편을 덜 수 있다는 장점이 있으나, 시청 영역을 넓히기 위해 많은 시점수가 필요하고, 시점간 크로스 톡(crosstalk)으로 인하여 영상 품질이 저하되며, 최적 시청거리가 정해져 있어서 이를 벗어날 경우에 영상 품질이 현저히 저하되는 단점이 있다.
일 측에 따른 디스플레이 장치는 화소값을 양 방향으로 변조 가능한 복수의 레이어들; 서로 다른 레이어에 속하는 픽셀들이 매칭된 정보를 획득하는 획득부; 및 상기 매칭된 정보에 기초하여 상기 복수의 레이어들을 제어하는 제어부를 포함한다.
이 때, 상기 복수의 레이어들은 편광 회전량을 시계방향 및 반 시계방향으로 변조 가능한 적어도 하나의 레이어를 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 레이어들은 편광 회전량을 180도 범위로 변조 가능한 적어도 하나의 레이어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 레이어들 중 최후방 레이어의 후면에 배치되는 제1 편광 필터; 및 상기 복수의 레이어들 중 최전방 레이어의 전면에 배치되는 제2 편광 필터를 더 포함하고, 상기 제1 편광 필터 및 상기 제2 편광 필터는 서로 수직한 방향의 빛을 통과시키며, 상기 복수의 레이어들은 상기 제1 편광 필터 또는 이전 레이어를 통과한 빛의 편광 회전량을 양 방향으로 변조 가능할 수 있다.
또한, 상기 복수의 레이어들은 360도의 정수 배의 위상 지연(retardation)을 가지는 TN 패널; 및 180도의 홀수 배의 위상 지연을 가지는 IPS 패널 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 레이어들은 자 발광 픽셀 및 감쇄 픽셀로 구성되는 단일 매크로 픽셀(single macro pixel)을 포함하는 적어도 하나의 레이어를 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 레이어들은 자 발광 레이어 및 감쇄 레이어로 구성되는 적어도 하나의 레이어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 매칭된 정보는 상기 복수의 레이어들 각각에서 적어도 하나의 픽셀을 선택함으로써 생성될 수 있다. 또한, 사용자의 눈의 위치를 수신하는 수신부를 더 포함하고, 상기 매칭된 정보는 상기 사용자의 눈의 위치에 기초하여 생성될 수 있다. 또한, 상기 매칭된 정보는 발광부로부터 발생된 빛이 사용자의 왼쪽 눈에 도달하는 경로 상에 위치하는 픽셀들이 매칭된 제1 매칭 정보 및 상기 빛이 상기 사용자의 오른쪽 눈에 도달하는 경로 상에 위치하는 픽셀들이 매칭된 제2 매칭 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 대상 라이트 필드(target light field)와 상기 매칭된 정보에 기초하여 상기 복수의 레이어들을 위한 복수의 화소값들을 결정할 수 있다. 또한, 상기 복수의 레이어들을 통과하는 광선(ray)에 대하여 하나의 레이어를 제외한 나머지 레이어들의 화소값들이 결정되는 경우, 상기 결정된 화소값들과의 조합으로 상기 광선의 최종 화소값을 표현하는 상기 하나의 레이어의 화소값이 존재할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 복수의 레이어들을 통과하는 복수의 광선들 중 현재 처리 중인 픽셀을 통과하면서 아직 처리되지 않은 광선을 검출하고, 상기 검출된 광선에 의해 통과되면서 아직 처리되지 않은 픽셀을 검출하며, 상기 현재 처리 중인 픽셀의 화소값에 기초하여 상기 아직 처리되지 않은 픽셀의 화소값을 계산할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 사용자의 왼쪽 눈의 위치와 상기 사용자의 오른쪽 눈의 위치에서 서로 다른 영상이 표현되도록 상기 복수의 레이어들을 제어할 수 있다.
다른 일 측에 따른 영상 생성 방법은 대상 라이트 필드(target light field)를 획득하는 단계; 사용자의 시점에 대응하는 프로젝션 매트릭스(projection matrix)를 획득하는 단계; 및 상기 대상 라이트 필드와 상기 프로젝션 매트릭스에 기초하여, 화소값을 양 방향으로 변조 가능한 복수의 레이어들을 위한 복수의 레이어 영상들을 생성하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 복수의 레이어들 각각에 포함된 픽셀들의 수가 n개(n은 양의 정수)인 경우, 상기 대상 라이트 필드는 사용자의 왼쪽 눈을 위한 n개의 광선들 및 상기 사용자의 오른쪽 눈을 위한 n개의 광선들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 대상 라이트 필드에 포함된 광선들의 수가 N개(N은 양의 정수)이고, 상기 복수의 레이어들에 포함된 픽셀들의 수가 M개(M은 양의 정수)인 경우, 상기 프로젝션 매트릭스는 N x M 크기의 매트릭스일 수 있다.
또한, 상기 복수의 레이어들은 시계방향 및 반 시계방향으로 빛의 편광 회전량을 제어할 수 있다. 또한, 상기 복수의 레이어들은 투과된 빛의 밝기가 증가하는 방향 및 투과된 빛의 밝기가 감쇄하는 방향으로 빛의 감쇄를 제어할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 입체 영상을 표시하는 디스플레이 장치를 설명하는 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 적층 패널 내 화소값과 광선들 사이의 선형 근사를 설명하는 도면.
도 3은 일 실시예에 따른 시점 추적을 통해 사용자의 눈의 위치로 향하는 광선들을 재생하는 디스플레이 장치를 설명하는 도면.
도 4는 일반적인 레이어드 디스플레이에서 [0, 1] 범위의 최종 밝기 값을 표현하기 위한 전면/후면 레이어의 신호값들의 연관 관계를 도시하는 도면.
도 5는 일 실시예에 따라 적층 패널 내 신호값의 범위를 [-1,1] 범위로 확장하는 경우, 광선의 최종 밝기 값을 표현하기 위한 전면/후면 레이어의 신호값들 사이의 연관 관계를 도시하는 도면.
도 6은 일 실시예에 따라 감쇄 변조 방식에서 패널 픽셀의 표현 영역이 확장되는 경우 표현 가능한 최종 밝기 영역이 확대되는 효과를 구체적으로 설명하는 도면.
도 7은 일 실시예에 따라 편광 회전량 변조 방식에서 패널 픽셀의 표현 영역이 확장되는 경우 표현 가능한 최종 밝기 영역이 확대되는 효과를 구체적으로 설명하는 도면.
도 8은 일 실시예에 따른 감쇄 변조 방식의 디스플레이 장치의 레이어 구성을 설명하는 도면.
도 9 및 도 10은 일 실시예에 따른 편광 회전량 변조 방식의 디스플레이 장치에 포함된 각 패널이 가져야 하는 특성을 설명하는 도면.
도 11은 일 실시예에 따른 픽셀의 화소값을 계산하는 방법을 설명하는 도면.
도 12는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타낸 블록도.
일 실시예에 따른 레이어드 디스플레이 장치의 개관( overview )
도 1은 일 실시예에 따른 입체 영상을 표시하는 디스플레이 장치를 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 복수의 레이어들(110, 120)을 포함한다. 디스플레이 장치는 복수의 레이어들(110, 120)을 이용하여 사용자의 왼쪽 눈(141)에서 인지되는 빛과 사용자의 오른쪽 눈(142)에서 인지되는 빛이 달라지도록 함으로써, 입체 영상을 표현할 수 있다. 이하, 디스플레이 장치가 복수의 레이어들(110, 120)을 이용하여 입체 영상을 표현하는 방법을 상세히 설명한다.
복수의 레이어들(110, 120) 각각은 다양한 방식의 디스플레이 패널로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 복수의 레이어들(110, 120)은 통과되는 빛의 투과도를 제어하는 디스플레이 패널들로 구성될 수 있다. 디스플레이 패널들은 통과되는 빛의 투과도를 제어함으로써, 색상을 표현할 수 있다. 발광부(130)에 의해 발생된 빛은 R(빨강) 속성, G(초록) 속성, B(파랑) 속성을 모두 포함하는 흰색 빛이다. 디스플레이 패널들은 R 속성의 투과도, G 속성의 투과도, 및 B 속성의 투과도 각각을 제어할 수 있다. 디스플레이 패널들은 복수의 픽셀을 포함할 수 있으며, 각각의 픽셀을 통과하는 빛의 R 속성의 투과도, G 속성의 투과도, 및 B 속성의 투과도를 제어할 수 있다. 복수의 픽셀들 각각은 R 속성의 투과도를 제어하는 R 서브 픽셀, G 속성의 투과도를 제어하는 G 서브 픽셀, 및 B 속성의 투과도를 제어하는 B 서브 픽셀로 구성될 수 있다. 복수의 픽셀들 각각은 R 속성의 투과도, G 속성의 투과도, 및 B 속성의 투과도의 조합으로 흰 색 빛을 표현할 수 있으나, 경우에 따라서 W(하양) 속성의 투과도를 제어하는 W 서브 픽셀을 별도로 포함할 수 있다.
사용자의 왼쪽 눈(141)과 오른쪽 눈(142)은 공간적으로 이격되어 있으므로, 발광부(130)에 의해 발생된 빛이 사용자의 왼쪽 눈(141)과 오른쪽 눈(142)에 도달하는 경로는 서로 다르다. 예를 들어, 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)을 통과한 빛은 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)을 지나 사용자의 왼쪽 눈(141)에 도달한다. 반면, 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)을 통과한 빛은 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)를 지나 사용자의 오른쪽 눈(142)에 도달한다. 이 경우, 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에서 인지되는 빛은 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)의 투과도 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)의 투과도의 조합에 의하여 결정될 수 있다. 반면, 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에서 인지되는 빛은 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)의 투과도 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)의 투과도의 조합에 의하여 결정될 수 있다.
디스플레이 장치는 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121), 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111) 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)을 제어함으로써, 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 표현되는 영상과 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 표현되는 영상을 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치는 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)에서 R 속성의 투과도를 0.9, G 속성의 투과도를 0.6, B 속성의 투과도를 0.5로 제어할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)에서 R 속성의 투과도를 0.1, G 속성의 투과도를 0.5, B 속성의 투과도를 0.8로 제어할 수 있고, 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)에서 R 속성의 투과도를 0.9, G 속성의 투과도를 0.1, B 속성의 투과도를 0.5로 제어할 수 있다. 이 경우, 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛은 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121) 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)을 통과하므로, 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)의 투과도 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)의 투과도에 의하여 색상이 결정될 수 있다.
사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛의 색상은 경로 상 위치하는 픽셀들(121, 111) 각각의 R 속성의 투과도의 조합, G 속성의 투과도의 조합, 및 B 속성의 투과도의 조합으로 결정될 수 있다. 여기서, 투과도의 조합은 투과도의 곱으로 계산될 수 있다. 보다 구체적으로, 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛의 R 속성은 픽셀(121)의 R 속성의 투과도인 0.9와 픽셀(111)의 R 속성의 투과도인 0.1의 곱인 0.09로 표현될 수 있다. 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛의 G 속성은 픽셀(121)의 G 속성의 투과도인 0.6과 픽셀(111)의 G 속성의 투과도인 0.5의 곱인 0.30으로 표현될 수 있다. 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛의 B 속성은 픽셀(121)의 B 속성의 투과도인 0.5와 픽셀(111)의 B 속성의 투과도인 0.8의 곱인 0.40으로 표현될 수 있다.
마찬가지로, 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛은 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121) 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)을 통과하므로, 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛의 색상은 경로 상 위치하는 픽셀들(121, 114) 각각의 R 속성의 투과도의 조합, G 속성의 투과도의 조합, 및 B 속성의 투과도의 조합으로 결정될 수 있다. 여기서, 투과도의 조합은 투과도의 곱으로 계산될 수 있다. 보다 구체적으로, 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛의 R 속성은 픽셀(121)의 R 속성의 투과도인 0.9와 픽셀(114)의 R 속성의 투과도인 0.9의 곱인 0.81로 표현될 수 있다. 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛의 G 속성은 픽셀(121)의 G 속성의 투과도인 0.6과 픽셀(114)의 G 속성의 투과도인 0.1의 곱인 0.06으로 표현될 수 있다. 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛의 B 속성은 픽셀(121)의 B 속성의 투과도인 0.5와 픽셀(114)의 B 속성의 투과도인 0.5의 곱인 0.25으로 표현될 수 있다.
사용자의 왼쪽 눈(141)의 위치에는 RGB 속성의 투과도가 (0.09, 0.30, 0.40)인 빛이 도달하고, 사용자의 오른쪽 눈(142)의 위치에는 RGB 속성의 투과도가 (0.81, 0.06, .0.25)인 빛이 도달하므로, 디스플레이 장치는 사용자의 양 눈에 도달하는 빛의 차이를 이용하여 사용자에게 입체 영상을 제공할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 레이어들(110, 120)은 통과되는 빛의 편광 회전량을 제어하는 디스플레이 패널들로 구성될 수 있다. 디스플레이 패널들은 통과되는 빛의 편광 회전량을 제어함으로써, 색상을 표현할 수 있다. 디스플레이 패널들은 R 속성의 편광 회전량, G 속성의 편광 회전량, 및 B 속성의 편광 회전량 각각을 제어할 수 있다. 디스플레이 패널들은 복수의 픽셀을 포함할 수 있으며, 각각의 픽셀을 통과하는 빛의 R 속성의 편광 회전량, G 속성의 편광 회전량, 및 B 속성의 편광 회전량을 제어할 수 있다. 복수의 픽셀들 각각은 R 속성의 편광 회전량을 제어하는 R 서브 픽셀, G 속성의 편광 회전량을 제어하는 G 서브 픽셀, 및 B 속성의 편광 회전량을 제어하는 B 서브 픽셀로 구성될 수 있다. 복수의 픽셀들 각각은 R 속성의 편광 회전량, G 속성의 편광 회전량, 및 B 속성의 편광 회전량의 조합으로 흰 색 빛을 표현할 수 있으나, 경우에 따라서 W(하양) 속성의 편광 회전량을 제어하는 W 서브 픽셀을 별도로 포함할 수 있다.
사용자의 왼쪽 눈(141)과 오른쪽 눈(142)은 공간적으로 이격되어 있으므로, 발광부(130)에 의해 발생된 빛이 사용자의 왼쪽 눈(141)과 오른쪽 눈(142)에 도달하는 경로는 서로 다르다. 예를 들어, 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)을 통과한 빛은 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)을 지나 사용자의 왼쪽 눈(141)에 도달한다. 반면, 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)을 통과한 빛은 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)를 지나 사용자의 오른쪽 눈(142)에 도달한다. 이 경우, 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에서 인지되는 빛은 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)의 편광 회전량 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)의 편광 회전량의 조합에 의하여 결정될 수 있다. 반면, 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에서 인지되는 빛은 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)의 편광 회전량 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)의 편광 회전량의 조합에 의하여 결정될 수 있다.
디스플레이 장치는 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121), 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111) 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)을 제어함으로써, 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 표현되는 영상과 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 표현되는 영상을 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치는 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)에서 R 속성의 편광 회전량을 80°, G 속성의 편광 회전량을 45°, B 속성의 편광 회전량을 30°로 제어할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)에서 R 속성의 편광 회전량을 5°, G 속성의 편광 회전량을 15°, B 속성의 편광 회전량을 30°로 제어할 수 있고, 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)에서 R 속성의 편광 회전량을 10°, G 속성의 편광 회전량을 5°, B 속성의 편광 회전량을 50°로 제어할 수 있다. 이 경우, 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛은 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121) 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)을 통과하므로, 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121)의 편광 회전량 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(111)의 편광 회전량에 의하여 색상이 결정될 수 있다.
사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛의 색상은 경로 상 위치하는 픽셀들(121, 111) 각각의 R 속성의 편광 회전량의 조합, G 속성의 편광 회전량의 조합, 및 B 속성의 편광 회전량의 조합으로 결정될 수 있다. 여기서, 편광 회전량의 조합은 편광 회전량의 합으로 계산될 수 있다. 보다 구체적으로, 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛의 R 속성은 픽셀(121)의 R 속성의 편광 회전량인 80°와 픽셀(111)의 R 속성의 편광 회전량인 5°의 합인 85°로 표현될 수 있다. 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛의 G 속성은 픽셀(121)의 G 속성의 편광 회전량인 45°과 픽셀(111)의 G 속성의 편광 회전량인 15°의 합인 60°로 표현될 수 있다. 사용자의 왼쪽 눈(141) 위치에 도달하는 빛의 B 속성은 픽셀(121)의 B 속성의 편광 회전량인 30°와 픽셀(111)의 B 속성의 편광 회전량인 30°의 합인 60°로 표현될 수 있다.
마찬가지로, 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛은 제1 레이어(120)에 포함된 픽셀(121) 및 제2 레이어(110)에 포함된 픽셀(114)을 통과하므로, 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛의 색상은 경로 상 위치하는 픽셀들(121, 114) 각각의 R 속성의 편광 회전량의 조합, G 속성의 편광 회전량의 조합, 및 B 속성의 편광 회전량의 조합으로 결정될 수 있다. 여기서, 편광 회전량의 조합은 편광 회전량의 합으로 계산될 수 있다. 보다 구체적으로, 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛의 R 속성은 픽셀(121)의 R 속성의 편광 회전량인 80°와 픽셀(114)의 R 속성의 편광 회전량인 10°의 합인 90°로 표현될 수 있다. 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛의 G 속성은 픽셀(121)의 G 속성의 편광 회전량인 45°과 픽셀(114)의 G 속성의 편광 회전량인 5°의 합인 50°로 표현될 수 있다. 사용자의 오른쪽 눈(142) 위치에 도달하는 빛의 B 속성은 픽셀(121)의 B 속성의 편광 회전량인 30°와 픽셀(114)의 B 속성의 편광 회전량인 50°의 합인 80°로 표현될 수 있다.
사용자의 왼쪽 눈(141)의 위치에는 RGB 속성의 편광 회전량이 (85°, 60°, 60°)인 빛이 도달하고, 사용자의 오른쪽 눈(142)의 위치에는 RGB 속성의 편광 회전량이 (90°, 50°, 80°)인 빛이 도달하므로, 디스플레이 장치는 사용자의 양 눈에 도달하는 빛의 차이를 이용하여 사용자에게 입체 영상을 제공할 수 있다.
디스플레이 장치는 복수의 레이어들(110, 120)에 표시되는 영상들을 제어함으로써, 입체 영상을 표현할 수 있다. 이하, 복수의 레이어들(110, 120)에 표시되는 영상들을 레이어 영상들이라고 지칭한다. 제1 레이어(120)을 위한 제1 레이어 영상은 제1 레이어(120)에 포함된 복수의 픽셀들(121, 122, 123) 각각을 제어하는 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 레이어 영상은 제1 레이어(120)에 포함된 복수의 픽셀들(121, 122, 123) 각각의 투과도 또는 편광 회전량을 제어하는 정보를 포함할 수 있다. 또한, 제2 레이어(110)를 위한 제2 레이어 영상은 제2 레이어(110)에 포함된 복수의 픽셀들(111, 112, 113, 114, 115, 116) 각각을 제어하는 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이어 영상은 제2 레이어(110)에 포함된 복수의 픽셀들(111, 112, 113, 114, 115, 116) 각각의 투과도 또는 편광 회전량을 제어하는 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 복수의 디스플레이 패널들을 이용하여 사용자의 양 눈의 위치에 따라 서로 다른 영상이 관측되는 기술을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 레이어드 디스플레이(layered display) 구조에서 라이트 필드(light field)를 구성하는 서로 다른 광선(ray)들은 레이어드 디스플레이에 포함된 패널들의 서로 다른 부 픽셀 조합을 투과한다. 따라서, 이들 부 픽셀의 투과도를 적절히 설정함으로써 입체 영상에 해당하는 라이트 필드를 재생할 수 있다.
레이어드 디스플레이의 가장 큰 특징은 매우 가변적인 장치인 적층 패널을 이용하여 라이트 필드를 재생한다는 것이다. 예를 들어, 일반적인 무안경 3차원 디스플레이 기술들은, 표시하고자 하는 3차원 영상과 관계 없이, 패널에 2차원적으로 배열되어 있는 픽셀들에 방향성을 부여한다. 이 때, 일반적인 무안경 3차원 디스플레이 기술들은 고정된 구조의 광학계(패럴랙스 베리어, 렌티큘러 렌즈 등)를 이용하여 2차원적으로 배열되어 있는 픽셀들에 정해진 방향으로 방향성을 부여할 수 있다. 반면, 레이어드 디스플레이는 표시하고자 하는 3차원 영상에 기초하여 적응적으로 적층 패널 내 픽셀 패턴을 형성함으로써 라이트 필드를 재생한다. 이로 인하여, 레이어드 디스플레이는 기존의 시점 수, 빛의 방향수에 비례한 해상도 저하의 제한에서 벗어날 수 있다. 레이어드 디스플레이는 최대 가장 바깥쪽(위쪽) 패널의 해상도 수준 그대로의 3차원 영상을 표시할 수 있다.
도면에 표시하지 않았으나, 디스플레이 장치는 세 개 이상의 레이어들을 이용하여 사용자에게 입체 영상을 제공할 수 있다. 디스플레이 장치는 세 개 이상의 레이어들을 제어하는 레이어 영상들을 생성할 수 있다.
일반적으로 레이어드 디스플레이에서 재생하고자 하는 라이트 필드를 이루는 광선의 개수는 적층된 패널 내 모든 픽셀들의 수보다 훨씬 많을 수 있다. 이러한 사실은 만족시켜야 하는 방정식의 개수가 제어할 수 있는 미지수의 개수보다 훨씬 많은 경우에 해당하며, 정확한 해를 구하지 못하거나 정확한 해를 구하기 어렵게 만드는 요인으로 작용할 수 있다. 디스플레이 장치는 사용자의 눈의 위치 정보를 이용하여 레이어 영상을 생성하기 위한 연산의 복잡도를 감소시킬 수 있다. 디스플레이 장치는 사용자의 눈의 위치를 추적하는 센서로부터 사용자의 눈의 위치 정보를 수신하고, 수신된 정보를 이용하여 레이어 영상을 생성할 수 있다. 이 경우, 입체 영상을 제공하는 서비스 영역의 크기가 사용자의 눈의 위치로 추정된 영역으로 작아질 수 있다. 디스플레이 장치는 사용자의 눈의 위치로 추정된 영역만을 대상으로 입체 영상이 표시되도록 하면 되기 때문에, 레이어 영상들을 생성하기 위한 연산의 복잡도는 낮아질 수 있다. 디스플레이 장치는 고해상도의 입체 영상을 제공하면서, 낮은 연산량만을 요구하는 기술을 제공할 수 있다.
일반적으로 레이어드 디스플레이의 패널은 패널에 표시할 수 있는 화소값의 영역에 제한이 있다. 예를 들어, 일반적인 레이어드 디스플레이의 패널은 액정을 이용한 패널로서, 이전 레이어에서 오는 광선의 밝기를 적절히 감쇄시키는 역할만을 할 수 있다. 다시 말해, 일반적인 레이어드 디스플레이 패널은 광선의 밝기를 증가시킬 수 없으며, 이로 인하여 부 픽셀의 화소값이 가질 수 있는 영역이 제한된다. 적층된 패널의 픽셀들이 광선의 밝기를 감쇄시키는 역할이 아니라 광선의 편광을 특정 각도로 변화시키는 역할을 하도록 구현하는 예도 있으나, 이 경우에도 각 패널 픽셀이 변조할 수 있는 편광 각도의 영역이 최대 90도 이므로, 앞의 감쇄 모드에서의 동작과 비슷한 제한을 가진다. 이러한 제한들로 인하여, 일반적인 레이어드 디스플레이의 경우 대상 라이트 필드(target light field)를 정확히 재현하는 화소값들의 해를 찾는 것은 거의 불가능하다. 대신, 일반적인 레이어드 디스플레이는 다양한 알고리즘을 통하여 대상 라이트 필드와 실제로 재생되는 라이트 필드 사이의 오차를 최소화 시키는 방식으로 동작한다. 이러한 알고리즘들은 주로 반복적인(iterative) 연산을 필요로 하므로 많은 계산량이 요구되며, 정확히 원하는 광선을 밝기를 표현하기 어렵다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 레이어드 디스플레이에서 적은 계산량으로 대상 라이트 필드를 정확히 재현할 수 있다. 이를 위하여, 디스플레이 장치는 (1)눈 위치 추적을 이용하여 현재 눈 위치에 대응되는 라이트 필드만을 재생함으로써 재생해야 하는 광선의 숫자를 적층 패널 내의 총 픽셀들의 수만큼으로 줄이고 (2)적층 패널 내의 픽셀들이 가질 수 있는 화소값의 범위를 넓힘으로써, 반복적인 알고리즘 없이 원하는 라이트 필드를 정확히 재생할 수 있다.
일 실시예에 따른 시점 추적을 이용하는 디스플레이 장치
도 2는 일 실시예에 따른 적층 패널 내 화소값과 광선들 사이의 선형 근사를 설명하는 도면이다. 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 시점 추적을 통해 사용자의 눈 위치에 대응되는 광선만 재생함으로써, 보다 정확한 라이트 필드의 재생을 가능하게 한다. 도 2를 참조하면, 적층 패널 내 화소값과 광선들의 관계를 선형 근사를 통해 나타낼 수 있다. 여기서, 대상 라이트 필드(210)는 프로젝션 매트릭스(220)와 패널 데이터(230)의 매트릭스 곱셈으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 프로젝션 매트릭스(220)의 원소들은 0 또는 1의 값을 가질 수 있다. 만약 j번째 광선(240)이 제1 레이어(250)의 픽셀(251)과 제2 레이어(260)의 픽셀(261)을 지난다고 가정하면, 프로젝션 매트릭스(220)의 j번째 행에서 픽셀(251)에 대응되는 열의 원소 및 픽셀(261)에 대응되는 열의 원소의 값이 1일 수 있다. 프로젝션 매트릭스(220)의 j번째 행에서 그 외의 원소들의 값들은 0일 수 있다. 이 경우, j번째 광선(240)의 최종 화소값은 픽셀(251)에 대응되는 패널 데이터와 픽셀(261)에 대응되는 패널 데이터의 합으로 계산될 수 있다.
일반적으로 적층 패널에서 사용자 공간 쪽으로 향하는 광선들을 일정 시야각 내에서 모두 재생하는 경우, 재생하고자 하는 광선의 개수가 적층 패널 내 총 픽셀의 수보다 훨씬 많아진다. 예를 들어, 대상 라이트 필드(210)의 원소수 N(215)이 적층 패널 내 총 픽셀의 개수인 M(235)보다 많아진다(N>>M). 이 경우, 일반적인 단일 경로(single path) 알고리즘을 이용하여 주어진 대상 라이트 필드(210)에 대하여 대응하는 패널 데이터(230)를 찾는 것은 실질적으로 불가능하며, 대상 라이트 필드(210)와 실제 재생되는 라이트 필드 사이의 오차를 최소화 시키는 반복적(iterative) 알고리즘을 사용해야 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 시점 추적을 통해 사용자의 눈의 위치로 향하는 광선들을 재생하는 디스플레이 장치를 설명하는 도면이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 시점 추적 기술을 적용하여 추적된 사용자의 눈 위치로 향하는 광선들만을 재생할 수 있다. 일 예로, Np개의 픽셀들을 갖고 있는 패널 2개(310, 320)를 적층하여 총 M=2Np개의 픽셀들을 가지는 레이어드 디스플레이가 구성될 수 있다. 디스플레이 장치는 사용자의 왼쪽 눈(340)과 오른쪽 눈(330)에 각각 Np개의 광선을 재생할 수 있다. 이 경우, 3차원 영상의 해상도가 Np. 패널의 해상도와 동일하며, 총 광선의 숫자 N=2Np는 총 픽셀의 수 M=2Np와 같아진다. 이에 따라, 디스플레이 장치는 단일 경로 알고리즘을 이용하여 주어진 대상 라이트 필드에 대하여 대응하는 패널 데이터를 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 양 방향으로 화소값을 변조하는 디스플레이 장치
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 패널 픽셀의 표현 영역을 확장할 수 있다. 이로 인하여, 디스플레이 장치는 적은 계산량으로 표현 영상의 품질을 향상시키는 기술을 제공할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치는 감쇄(attenuation) 변조 방식 또는 편광 회전량(polarization) 변조 방식을 이용하는 적층 패널을 포함할 수 있다.
감쇄 변조 방식의 경우, 라이트 필드 내 개개의 광선의 밝기는 그 광선이 투과하는 적층 패널 내 픽셀들의 투과율(또는 감쇄량)의 곱으로 표현될 수 있다. 일반적으로 감쇄 변조 방식의 패널에 포함된 각각의 픽셀들은 후면 레이어(또는 후면 패널)에서 오는 광선의 밝기를 적절히 감쇄 시킬 수 있을 뿐, 그 밝기를 증대시킬 수 없다. 따라서, 각각의 픽셀들은 한 가지의 부호만 가진 값으로 표현된다. 예를 들어, 최대 최소 감쇄량을 [0,1] 범위의 양으로 정규화 한다면, 감쇄 변조 방식에서 각 픽셀이 가질 수 있는 값의 범위는 [0,1] 범위뿐이며, 음의 값을 갖지 못한다. 또한, 일반적인 편광 회전량 변조 방식의 패널에서도 각각의 픽셀들은 한 가지의 부호만 가진 값으로 표현된다. 편광 회전량 변조 방식에서 각각의 픽셀이 변조할 수 있는 편광회전 방향은 한쪽 방향뿐이며, 이 때 회전량은 0도에서 90도 사이의 범위이다. 예를 들어, 각각의 픽셀이 변조할 수 있는 최대 최소 편광 회전량을 정규화하여 나타내면 [0, 1] 범위로 나타낼 수 있으며, 반대 방향 즉 음의 값을 갖지 못한다. 이 같은 화소값의 범위 제한으로 인하여, 도 2의 수식에서 주어진 라이트 필드를 재생하는 패널 데이터의 해를 찾는 데 오차가 발생된다. 또한, 발생되는 오차를 줄이기 위하여 반복적 알고리즘이 필요하므로, 패널 데이터의 해를 찾기 위해 필요한 계산량이 증가된다.
도 4는 일반적인 레이어드 디스플레이에서 [0, 1] 범위의 최종 밝기 값을 표현하기 위한 전면/후면 레이어의 신호값들의 연관 관계를 도시하는 도면이다. 여기서, x축은 전면 레이어의 신호값에 대응하고, y축은 후면 레이어의 신호값에 대응할 수 있다. 또한, 신호값은 적층 패널 내 화소값에 의한 감쇄 혹은 편광 회전량의 [최소, 최대] 크기를 [0, 1]로 정규화한 값일 수 있다. 도 4를 참조하면, 표현하기 위한 최종 밝기 값에 따라 전면/후면 레이어의 신호값들의 후보군이 다르게 형성된다. 예를 들어, 1.0의 최종 밝기 값을 표현하는 후보군(420)과 0.0의 최종 밝기 값을 표현하는 후보군(410)은 서로 다르다. 이 때, 표현하고자 하는 최종 밝기 값이 작을수록 후보군의 크기가 작아진다. 일 예로, 0.0의 최종 밝기 값을 표현하기 위한 후보군(410)은 전면/후면 레이어의 신호값이 모두 0인 후보만을 포함할 수 있다. 후보군이 제한되는 경우 두 눈에 원하는 신호를 정확하게 표현할 수 없으며, 왼쪽 눈을 위한 영상과 오른쪽 눈을 위한 영상 사이에 크로스 톡이 발생될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따라 적층 패널 내 신호값의 범위를 [-1,1] 범위로 확장하는 경우, 광선의 최종 밝기 값을 표현하기 위한 전면/후면 레이어의 신호값들 사이의 연관 관계를 도시하는 도면이다. 여기서, 신호값은 [0, 1] 범위뿐 아니라 [-1,0] 범위에도 존재한다. 감쇄 변조 방식에서 [-1, 0] 범위는 [0,1] 범위의 감쇄와 반대 방향으로의 감쇄를 의미한다. 또는, 편광 회전량 변조 방식에서 [-1, 0] 범위는 [0, 1] 범위의 편광 변조와 반대 방향으로의 편광 변조를 의미한다. [0, 1] 범위의 신호값이 광선의 밝기를 어둡게 만드는 방향이라면, [-1, 0] 범위의 신호값은 광선의 밝기를 밝게 만드는 방향일 수 있다. 도 5를 참조하면, 광선의 특정 최종 밝기 값을 표현하기 위한 후보군의 크기는 도 4의 경우에 비하여 비약적으로 증가될 수 있다. 예를 들어, 도 4에서 0.0의 최종 밝기 값을 표현하기 위한 후보군(410)은 전면/후면 레이어의 신호값이 모두 0인 후보만을 포함하나, 도 4에서 0.0의 최종 밝기 값을 표현하기 위한 후보군(510)은 다양한 전면/후면 레이어의 신호값들의 조합들을 포함한다. 실시예들에 따라 적층 패널 내 신호값의 범위를 [-1,1] 범위로 확장하는 경우, 임의의 최종 밝기 값을 표현하기 위한 레이어의 신호값을 항상 결정할 수 있다. 이로 인하여, 실시예들에 따르면 사용자의 두 눈에 재생되는 영상들 사이의 크로스 톡이 제거될 수 있으며, 정확한 입체 영상이 표현될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따라 감쇄 변조 방식에서 패널 픽셀의 표현 영역이 확장되는 경우 표현 가능한 최종 밝기 영역이 확대되는 효과를 구체적으로 설명하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 대상 라이트 필드를 이루는 두 개의 광선 l1(610), l2(620)가 두 개의 레이어들(630, 640)로 이루어진 적층 패널을 통과한다. 여기서, 광선 l1(610)은 레이어(630)의 픽셀 g1(631)과 레이어(640)의 픽셀 g2(641)를 통과한다. 광선 l2(620)는 레이어(630)의 픽셀 g3(632)와 레이어(640)의 픽셀 g2(641)를 통과한다. 이하, 광선 l1(610)을 위한 화소값들이 먼저 결정되고 그 결과에 기초하여 광선 l2(620)를 위한 화소값들이 결정되는 경우를 가정하면, 광선 l2(620)를 위한 화소값들 중 픽셀 g2(641)의 화소값이 이미 결정된 상태에서 픽셀 g3(632)의 화소값이 결정될 수 있다.
만약 각 레이어에서 변조 가능한 화소값의 영역이 한 쪽 방향(또는 부호)로 제한되면, 픽셀 g2(641)에 의하여 광선 l2(620)의 이미 감쇄된 밝기를 더 밝게 만들 수 없다. 이 경우, 픽셀 g3(632)의 화소값을 아무리 바꾸어 주어도 광선 l2(620)의 원하는 밝기를 재생할 수 없다. 예를 들어, 픽셀 g2(641)에 의하여 광선 l2(620)의 밝기가 식별부호(651)만큼 감쇄되는 경우, 픽셀 g3(632)는 식별부호(652) 방향으로만 광선 l2(620)의 밝기를 감쇄시킬 수 있다. 이로 인하여, 광선 l2(620)의 표현 가능한 밝기 영역(653)은 전체 밝기 영역(650)을 커버하지 못한다. 다시 말해, 광선 l1(610)에 의한 간섭으로 인하여, 광선 l2(620)는 정확한 밝기 값으로 재생될 수 없다.
반면, 실시예들에 따라 변조 가능한 화소값의 영역이 양 쪽 방향(또는 부호)으로 확장되면, 픽셀 g2(641)의 화소값과 관계없이 광선 l2(620)의 정확한 밝기 값을 위한 픽셀 g3(632)의 화소값이 계산될 수 있다. 여기서, 양의 부호의 화소값은 패널의 픽셀이 빛의 밝기를 감쇄시키는 것을 의미하고, 음의 부호의 화소값은 패널의 픽셀이 빛의 밝기를 증가시키는 것을 의미한다. 예를 들어, 픽셀 g2(641)에 의하여 광선 l2(620)의 밝기가 식별부호(661)만큼 감쇄되는 경우, 픽셀 g3(632)는 식별부호(662) 방향 및 식별부호(663) 방향의 양 방향으로 광선 l2(620)의 밝기를 변조할 수 있다. 이로 인하여, 광선 l2(620)의 표현 가능한 밝기 영역(664)은 전체 밝기 영역(660)을 커버한다. 다시 말해, 광선 l1(610)에 의한 간섭 없이, 광선 l2(620)는 정확한 밝기 값으로 재생될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따라 편광 회전량 변조 방식에서 패널 픽셀의 표현 영역이 확장되는 경우 표현 가능한 최종 밝기 영역이 확대되는 효과를 구체적으로 설명하는 도면이다. 도 7을 참조하면, 대상 라이트 필드를 이루는 두 개의 광선 l1(710), l2(720)가 두 개의 레이어들(730, 740)로 이루어진 적층 패널을 통과한다. 여기서, 광선 l1(710)은 레이어(730)의 픽셀 g1(731)과 레이어(740)의 픽셀 g2(741)를 통과한다. 광선 l2(720)는 레이어(730)의 픽셀 g3(732)와 레이어(740)의 픽셀 g2(741)를 통과한다. 이하, 광선 l1(710)을 위한 화소값들이 먼저 결정되고 그 결과에 기초하여 광선 l2(720)를 위한 화소값들이 결정되는 경우를 가정하면, 광선 l2(720)를 위한 화소값들 중 픽셀 g2(741)의 화소값이 이미 결정된 상태에서 픽셀 g3(732)의 화소값이 결정될 수 있다.
만약 각 레이어에서 변조 가능한 편광 회전량이 90도로 제한되면, 픽셀 g2(741)에 의하여 광선 l2(720)의 이미 변조된 편광 회전량에 의하여, 픽셀 g3(732)의 화소값을 아무리 바꾸어 주어도 광선 l2(720)의 원하는 밝기를 재생할 수 없는 경우가 발생한다. 예를 들어, 픽셀 g2(741)에 의하여 광선 l2(720)의 편광 회전량이 식별부호(751)만큼 변조되는 경우, 픽셀 g3(732)는 식별부호(752) 방향으로 90도 이내로만 광선 l2(720)의 편광 회전량를 변조시킬 수 있다. 이로 인하여, 광선 l2(720)의 표현 가능한 밝기 영역(753)은 전체 밝기 영역(750)을 커버하지 못한다. 다시 말해, 광선 l1(710)에 의한 간섭으로 인하여, 광선 l2(720)는 정확한 밝기 값으로 재생될 수 없다.
반면, 실시예들에 따라 변조 가능한 화소값의 영역이 양 쪽 방향(또는 부호)으로 확장되면, 픽셀 g2(741)의 화소값과 관계없이 광선 l2(720)의 정확한 밝기 값을 위한 픽셀 g3(732)의 화소값이 계산될 수 있다. 여기서, 양의 부호의 화소값은 패널의 픽셀이 빛의 편광 회전량을 반 시계방향으로 변조하는 것을 의미하고, 음의 부호의 화소값은 패널의 픽셀이 빛의 편광 회전량을 시계방향으로 변조하는 것을 의미한다. 예를 들어, 픽셀 g2(741)에 의하여 광선 l2(720)의 편광 회전량이 식별부호(761)만큼 변조되는 경우, 픽셀 g3(732)는 식별부호(762) 방향 및 식별부호(763) 방향의 양 방향으로 광선 l2(720)의 편광 회전량을 변조할 수 있다. 이로 인하여, 광선 l2(720)의 표현 가능한 밝기 영역(764)은 전체 밝기 영역(760)을 커버한다. 다시 말해, 광선 l1(710)에 의한 간섭 없이, 광선 l2(720)는 정확한 밝기 값으로 재생될 수 있다.
일 실시예에 따른 감쇄 변조 방식의 디스플레이 장치의 레이어 구성
도 8은 일 실시예에 따른 감쇄 변조 방식의 디스플레이 장치의 레이어 구성을 설명하는 도면이다. 감쇄 변조 방식의 디스플레이 장치의 레이어 구성은 다양하게 구현될 수 있다. 일 예로, 레이어(810)을 참조하면, 입력 광선의 밝기를 감쇄시키는 감쇄 픽셀(811)과 입력 광선의 밝기를 더해주는 증가 픽셀(812)을 병렬로 결합하여 하나의 매크로 픽셀(813)이 구성될 수 있다. 매크로 픽셀(813)은 양과 음의 부호를 모두 가지도록 확장된 화소값 범위의 픽셀로서 동작할 수 있다. 여기서, 단일 레이어는 감쇄 픽셀을 위한 레이어와 증가 픽셀을 위한 레이어를 부착시킴으로써 생성될 수 있다. 다른 예로, 레이어(820)을 참조하면, 감쇄 픽셀(821)과 증가 픽셀(822)을 직렬로 결합하여 하나의 매크로 픽셀(823)이 구성될 수 있다. 매크로 픽셀(823)은 양과 음의 부호를 모두 가지도록 확장된 화소값 범위의 픽셀로써 동작할 수 있다. 이 때, 감쇄 픽셀은 액정 기반 픽셀을 포함하고, 증가 픽셀은 OLED(Organic LED)등 자 발광 픽셀을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 편광 회전량 변조 방식의 디스플레이 장치의 레이어 구성
도 9는 일 실시예에 따른 편광 회전량 변조 방식의 디스플레이 장치에 포함된 각 패널이 가져야 하는 특성을 설명하는 도면이다. 도 9를 참조하면, 후면 편광 필터(910)는 0도의 편광방향을 가지는 빛(915)만을 통과시킨다. 후면 레이어(920)는 빛(915)을 입력 받아
Figure 112013105113706-pat00001
만큼 회전된 빛(925)을 출력한다. 상면 레이어(930)는 빛(925)를 입력 받아
Figure 112013105113706-pat00002
만큼 회전된 빛(935)를 출력한다. 즉, 후면 레이어(920)와 상명 레이어(930)를 통과하면서, 빛(915)는
Figure 112013105113706-pat00003
만큼 회전된다. 상면 편광 필터(940)는 90도의 편광방향을 가지는 빛(945)만을 통과시킨다.
일 실시예에 따른 편광 회전량 변조 방식의 디스플레이 장치에 포함된 각 패널이 가져야 하는 특성 은 수학식 1과 같다.
Figure 112013105113706-pat00004
보다 구체적으로, 적층 패널 각각은 (1)0도에서 180도 사이의 확장된 편광 변조 범위를 가지고, (2)적층 패널에 의한 총 편광 회전량은 각각 패널의 편광 회전량의 선형 합으로 주어지는 특성을 가진다. 여기서, (1)의 특성은 위에서 설명한 바와 같이 주어진 라이트 필드를 정확하게 재생하기 위하여 필요하며, (2)의 특성은 도 2의 선형 방정식으로 전체 방정식을 구성하기 위하여 필요하다. 일 실시예에 따른 편광 회전량 변조 방식의 디스플레이 장치는 0도에서 180도 사이의 편광 회전 각도 영역을 갖는 패널을 이용할 수 있다. 0도에서 180도 사이의 편광 회전 각도 영역을 갖는 패널은 다양하게 구현될 수 있다.
일 예로, TN(Twisted Nematic) 액정 모드의 경우, 액정 디렉터(director)들의 트위스트(twist) 각도를 180도로 설정함으로써 0도에서 180도 사이의 편광 회전 각도 영역을 갖는 패널이 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 싱글 도메인(single domain), 180도 트위스트 각도, 360도 정수 배의 위상 지연(retardation)을 가지는 TN 액정을 이용하여 0도에서 180도 사이의 편광 회전 각도 영역을 갖는 패널이 구현될 수 있다. 싱글 도메인의 TN 액정에서 편광 회전량을 변조하는 편광 회전 매트릭스 M은 수학식 2와 같이 계산될 수 있다. 여기서, 싱글 도메인은 하나의 서브 픽셀이 하나의 도메인으로 구성되는 것을 의미한다.
Figure 112013105113706-pat00005
위상 지연
Figure 112013105113706-pat00006
은 직교하는 두 편광이 액정 분자를 지나면서 겪는 위상 지연의 차이로 계산될 수 있다. 액정 분자를 지나는 빛은 편광 방향에 따라 서로 다른 위상 지연을 겪는다. ne와 no는 각각 직교하는 두 편광의 굴절률이며, d는 액정 층의 두께이다. 따라서, 액정 물질을 조절하여 ne 및 no를 조절하고, 액정 층의 두께를 조절하여 d를 조절할 수 있다.
Figure 112013105113706-pat00007
는 빛의 파장이고,
Figure 112013105113706-pat00008
는 트위스트 각도이다.
Figure 112013105113706-pat00009
>>
Figure 112013105113706-pat00010
인 경우, M은 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013105113706-pat00011
도 10을 참조하면, V1은 이전 레이어에서
Figure 112013105113706-pat00012
만큼 편광 회전량이 변조된 빛(1010)을 나타내는 벡터이다. 빛(1010)은 현재 레이어(1020)을 통과하면서 추가로 회전될 수 있다. 이 때, 수학식 4를 참조하면, V1은 현재 레이어(1020)의 편광 회전 매트릭스 M에 의하여 변조될 수 있다.
Figure 112013105113706-pat00013
여기서,
Figure 112013105113706-pat00014
가
Figure 112013105113706-pat00015
의 정수 배인 경우, 수학식 4는 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013105113706-pat00016
다시 말해, 싱글 도메인의 TN 액정에서
Figure 112013105113706-pat00017
를
Figure 112013105113706-pat00018
의 정수 배로 제어하고,
Figure 112013105113706-pat00019
를 180도 범위 내에서 제어하는 경우, 0도에서 180도 사이의 편광 회전 각도 영역을 갖는 패널이 구현될 수 있다.
다른 예로, IPS(In-Plane-Switching) 액정 모드의 경우, 액정 디렉터의 입력 전압에 대한 회전 각도 영역을 0도에서 90도 사이로 설정함으로써 0도에서 180도 사이의 편광 회전 각도 영역을 갖는 패널이 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 싱글 도메인, 90도 액정 디렉터 인-플레인(director in-plane) 회전 범위, 180도 홀수 배의 위상 지연을 가지는 IPS 패널 이용하여 0도에서 180도 사이의 편광 회전 각도 영역을 갖는 패널이 구현될 수 있다. 싱글 도메인의 IPS 액정에서 편광 회전량을 변조하는 편광 회전 매트릭스 M은 수학식 6과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112013105113706-pat00020
다시 도 10을 참조하면, V1은 이전 레이어에서
Figure 112013105113706-pat00021
만큼 편광 회전량이 변조된 빛(1010)을 나타내는 벡터이다. 빛(1010)은 현재 레이어(1020)을 통과하면서 추가로 회전될 수 있다. 이 때, 수학식 7을 참조하면, V1은 현재 레이어(1020)의 편광 회전 매트릭스 M에 의하여 변조될 수 있다.
Figure 112013105113706-pat00022
여기서,
Figure 112013105113706-pat00023
가
Figure 112013105113706-pat00024
의 홀수 배인 경우, 수학식 7은 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013105113706-pat00025
또는, 반 파장 판(Half Wave Plate, HWP)을 이용하면 수학식 7은 수학식 9와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013105113706-pat00026
다시 말해, 싱글 도메인의 IPS 액정에서
Figure 112013105113706-pat00027
를
Figure 112013105113706-pat00028
의 홀수 배로 제어하고,
Figure 112013105113706-pat00029
를 90도 범위 내에서 제어하는 경우, 0도에서 180도 사이의 편광 회전 각도 영역을 갖는 패널이 구현될 수 있다.
일 실시예에 따른 픽셀의 화소값을 계산하는 방법
도 11은 일 실시예에 따른 픽셀의 화소값을 계산하는 방법을 설명하는 도면이다. 일 실시예에 따르면, 반복(iteration) 없이 간단한 시퀀셜 알고리즘(sequential algorithm)을 이용하여 복수의 레이어들에 포함된 복수의 픽셀들 각각의 화소값이 계산될 수 있다. 예를 들어, 도 11을 참조하면, 적층 패널(1110)에 포함된 픽셀 g1(1111), 픽셀 g2(1112), 픽셀 g3(1113), 및 픽셀 g4(1114)의 화소값들은 동작 흐름도(1120)에 따라 반복 없이 차례로(sequentially) 계산될 수 있다.
단계(1121)에서 적층 패널(1110)의 임의의 한 픽셀 g1(1111)에 임의의 값이 배정된다. 단계(1122)에서 해당 픽셀 g1(1111)을 지나는 광선 l1(1115)이 검출된다. 단계(1123)에서 검출된 광선 l1(1115)이 지나는 다른 픽셀 g2(1112)가 검출된다. 단계(1124)에서 픽셀 g1(1111)의 화소값과 광선 l1(1115)의 밝기 값을 이용하여, 새로운 픽셀 g2(1112)의 화소값이 결정된다. 이 때, 실시예들에 따른 확장된 화소값 영역으로 인하여, 픽셀 g1(1111)의 임의의 화소값 및 광선 l1(1115)의 임의의 밝기값에 대응하는 새로운 픽셀 g2(1112)의 화소값이 정확히 결정될 수 있다. 단계(1125)에서 현재 픽셀을 픽셀 g2(1112)로 업데이트 한다. 단계(1122) 내지 단계(1125)가 반복되면서, 모든 픽셀들에 대한 화소값들이 결정될 수 있다. 단계(1126)에서는 모든 픽셀들에 대한 화소값들이 결정되었는지 여부를 판단한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성
도 12는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타낸 블록도이다. 도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1200)는 복수의 레이어들(1210), 획득부(1220), 제어부(1230)를 포함한다. 복수의 레이어들(1210)은 레이어드 디스플레이 구조를 이용하여 입체 영상을 디스플레이 할 수 있다.
획득부(1220)는 목표 위치에 대응되는 매칭 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 목표 위치는 입체 영상을 디스플레이 하려는 위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 목표 위치는 사용자의 눈의 위치(1250)일 수 있다. 매칭 정보는 서로 다른 레이어에 속하는 픽셀들이 매칭된 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 획득부(1220)는 목표 위치를 이용하여, 목표 위치에 대응되는 매칭 정보를 사전에 구축된 저장 공간으로부터 로드(load)할 수 있다. 여기서, 사전에 구축된 저장 공간은 디스플레이 장치에 포함된 메모리, 또는 원격에 위치되어 디스플레이 장치와 유무선으로 연결되는 데이터 베이스 등을 포괄적으로 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따른 획득부(1220)는 목표 위치를 이용하여 매칭 정보를 직접 생성할 수 있다.
제어부(1230)는 매칭 정보를 이용하여 목표 위치에서 입체 영상이 표현되도록 복수의 레이어들(1210)을 제어할 수 있다. 디스플레이 장치는 목표 위치를 감지하는 센서(1240)를 더 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 각 모듈들에는 도 1 내지 도 11을 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 화소값이 양 방향으로 변조되는 복수의 픽셀들을 포함하는 복수의 레이어들; 및
    서로 다른 레이어에 속하는 픽셀들이 매칭된 정보를 획득하고, 상기 매칭된 정보에 기초하여 상기 복수의 레이어들 각각에 포함된 복수의 픽셀들 각각의 화소값을 양 방향으로 변조 가능하며, 제1 광선이 제1 레이어에 포함된 제1 픽셀 및 제2 레이어에 포함된 제2 픽셀을 통과하여 사용자의 제1 눈에 도달하도록 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 제어하고, 제2 광선이 상기 제1 레이어에 포함된 제3 픽셀 및 상기 제2 픽셀을 통과하여 상기 사용자의 제2 눈에 도달하도록 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 제어하고, 상기 제1 광선에 대응하는 상기 제1 픽셀의 화소값 및 상기 제1 광선에 대응하는 상기 제2 픽셀의 화소값을 결정하고, 상기 제2 픽셀의 화소값에 기초하여, 상기 제2 광선에 대응하는 상기 제3 픽셀의 화소값을 양 방향으로 변조하며, 상기 제1 광선 및 상기 제2 광선에 기초하여, 3D 이미지에 대응하는 라이트 필드를 생성하는 적어도 하나의 프로세서
    를 포함하고,
    상기 양 방향은 픽셀을 통과하는 광선의 밝기를 증가시키는 방향 및 상기 광선의 밝기를 감쇄시키는 방향을 포함하고,
    상기 제1 눈 및 상기 제2 눈은 상기 사용자의 왼쪽 눈 및 오른쪽 눈 각각에 대응하는
    디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어들은
    적어도 하나의 편광 레이어를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 적어도 하나의 편광 레이어를 통과하는 광선의 편광 회전량을 시계방향 및 반 시계방향으로 변조 가능한
    디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어들은
    적어도 하나의 편광 레이어를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 적어도 하나의 편광 레이어를 통과하는 광선의 편광 회전량을 180도 범위로 변조 가능한
    를 포함하는, 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어들 중 최후방 레이어의 후면에 배치되는 제1 편광 필터; 및
    상기 복수의 레이어들 중 최전방 레이어의 전면에 배치되는 제2 편광 필터
    를 더 포함하고,
    상기 제1 편광 필터 및 상기 제2 편광 필터는 서로 수직한 방향의 빛을 통과시키며,
    상기 프로세서는 상기 제1 편광 필터 또는 이전 레이어를 통과한 빛의 편광 회전량을 양 방향으로 변조 가능한,
    디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어들은
    360도의 정수 배의 위상 지연(retardation)을 가지는 TN 패널; 및
    180도의 홀수 배의 위상 지연을 가지는 IPS 패널
    중 적어도 하나로 구성되는, 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어들은
    자 발광 픽셀 및 감쇄 픽셀로 구성되는 단일 매크로 픽셀(single macro pixel)을 포함하는 적어도 하나의 레이어
    를 포함하는, 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어들은
    자 발광 레이어 및 감쇄 레이어로 구성되는 적어도 하나의 레이어
    를 포함하는, 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 매칭된 정보는 상기 복수의 레이어들 각각에서 적어도 하나의 픽셀을 선택함으로써 생성되는, 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 사용자의 눈의 위치를 수신하고, 상기 사용자의 눈의 위치에 기초하여 상기 매칭된 정보를 생성하는
    디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 매칭된 정보는
    발광부로부터 발생된 빛이 사용자의 왼쪽 눈에 도달하는 경로 상에 위치하는 픽셀들이 매칭된 제1 매칭 정보 및 상기 빛이 상기 사용자의 오른쪽 눈에 도달하는 경로 상에 위치하는 픽셀들이 매칭된 제2 매칭 정보를 포함하는,
    디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    대상 라이트 필드(target light field)와 상기 매칭된 정보에 기초하여 상기 복수의 레이어들을 위한 복수의 화소값들을 결정하는, 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어들을 통과하는 광선(ray)에 대하여 하나의 레이어를 제외한 나머지 레이어들의 화소값들이 결정되는 경우, 상기 결정된 화소값들과의 조합으로 상기 광선의 최종 화소값을 표현하는 상기 하나의 레이어의 화소값이 존재하는, 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 복수의 레이어들을 통과하는 복수의 광선들 중 현재 처리 중인 픽셀을 통과하면서 아직 처리되지 않은 광선을 검출하고, 상기 검출된 광선에 의해 통과되면서 아직 처리되지 않은 픽셀을 검출하며, 상기 현재 처리 중인 픽셀의 화소값에 기초하여 상기 아직 처리되지 않은 픽셀의 화소값을 계산하는,
    디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는
    사용자의 왼쪽 눈의 위치와 상기 사용자의 오른쪽 눈의 위치에서 서로 다른 영상이 표현되도록 상기 복수의 레이어들을 제어하는,
    디스플레이 장치.
  15. 대상 라이트 필드(target light field)를 획득하는 단계;
    사용자의 시점에 대응하는 프로젝션 매트릭스(projection matrix)를 획득하는 단계; 및
    상기 대상 라이트 필드와 상기 프로젝션 매트릭스에 기초하여, 복수의 레이어들 각각에 속하는 픽셀들 각각의 화소값을 양 방향으로 변조하는 단계
    를 포함하고,
    상기 화소값을 양 방향으로 변조하는 단계는
    제1 광선이 제1 레이어에 포함된 제1 픽셀 및 제2 레이어에 포함된 제2 픽셀을 통과하여 사용자의 제1 눈에 도달하도록 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 제어하는 단계;
    제2 광선이 상기 제1 레이어에 포함된 제3 픽셀 및 상기 제2 픽셀을 통과하여 상기 사용자의 제2 눈에 도달하도록 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 제어하는 단계;
    상기 제1 광선에 대응하는 상기 제1 픽셀의 화소값 및 상기 제1 광선에대응하는 상기 제2 픽셀의 화소값을 결정하는 단계;
    상기 제2 픽셀의 화소값에 기초하여, 상기 제2 광선에 대응하는 상기 제3 픽셀의 화소값을 양 방향으로 변조하는 단계; 및
    상기 제1 광선 및 상기 제2 광선에 기초하여, 3D 이미지에 대응하는 라이트 필드를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 양 방향은 픽셀을 통과하는 광선의 밝기를 증가시키는 방향 및 상기 광선의 밝기를 감쇄시키는 방향을 포함하며,
    상기 제1 눈 및 상기 제2 눈은 상기 사용자의 왼쪽 눈 및 오른쪽 눈 각각에 대응하는
    영상 생성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 레이어들 각각에 포함된 픽셀들의 수가 n개(n은 양의 정수)인 경우, 상기 대상 라이트 필드는 사용자의 왼쪽 눈을 위한 n개의 광선들 및 상기 사용자의 오른쪽 눈을 위한 n개의 광선들을 포함하는, 영상 생성 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 대상 라이트 필드에 포함된 광선들의 수가 N개(N은 양의 정수)이고, 상기 복수의 레이어들에 포함된 픽셀들의 수가 M개(M은 양의 정수)인 경우, 상기 프로젝션 매트릭스는 N x M 크기의 매트릭스인, 영상 생성 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 화소값을 양 방향으로 변조하는 단계는
    상기 복수의 레이어들 중 적어도 하나를 통과하는 광선의 편광 회전량을시계방향 및 반 시계방향으로 제어하는 단계
    를 포함하는,
    영상 생성 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 화소값을 양 방향으로 변조하는 단계는
    투과된 빛의 밝기가 증가하는 방향 및 투과된 빛의 밝기가 감쇄하는 방향으로 빛의 감쇄를 제어하는 단계
    를 더 포함하는,
    영상 생성 방법.
  20. 제15항 내지 제19항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.


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