KR19990085280A - 입체 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입체영상디스플레이에 관한 것으로, 특히 액정소자를 이용하여 편광방향변환부를 설치함으로써 입체영상을 시청자에게 제공하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명은 좌안(left eye)용 영상신호와 우안(right eye)용 영상신호를 동시에 인가받아 소정의 주기마다 번갈아 출력하고 그 주기에 동기하여 제어신호를 출력하는 영상합성부와, 영상합성부에서 번갈아 출력된 영상신호를 인가받아 그 영상신호를 화상으로 구현한 영사광을 출력하는 영상투사부와, 영사광의 편광방향을 제어신호에 동기하여 변경시키는 편광방향변환부를 포함하여 구성된 것이 특징이다. 특히 편광방향변환부는 영상투사부에서 출력된 영사광을 단방향으로 편광시키는 편광필터와, 편광필터에 의해 편광된 영사광을 투과시키는 제 1 투명전극과, 제 1 투명전극에 대향하도록 형성되어 영사광을 투과시키는 제 2 투명전극과, 영상합성부의 제어신호에 따라 온·오프 동작이 반복되는 스위치소자와, 스위치소자의 동작에 의해 제 1 투명전극과 제 2 투명전극에 전압을 인가하는 전원부 그리고, 제1 투명전극과 제 2 투명전극 사이에 형성되어 트위스트 네마틱(twist nematic) 형상으로 배향되어 제 1 투명전극과 제 2 투명전극의 전압인가여부에 따라 편광된 영사광의 편광방향을 조절하는 액정을 포함하여 구성된 것이 특징이다.

Description

입체 영상 디스플레이 장치

본 발명은 입체영상 표시장치에 관한 것으로, 특히 하나의 영상표시장치를 이용하여 입체영상을 구현하는 표시장치에 관한 것이다.

영상산업의 발달에 따라 영상표시장치, 디스플레이장치에 평면영상 뿐만 아니라, 입체영상을 구현하는 방법들이 지속적으로 개발되고 있다. 입체영상은 임의의 촬영각으로 구분된 두 개의 영상을 서로 다른 파장의 빛으로 스크린에 겹쳐 투사시킴으로써 구현된다. 그리고, 시청자가 좌우의 렌즈가 서로 다른 편광필터로 구성된 안경을 착용하여 영상을 관람하면, 시청자의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 서로 다른 편광의 영상이 투영되어 영상이 입체적으로 보이게 되는 것이다.

이러한 입체영상 표시장치의 일반적인 구성은 도 1과 도 2에 도시된 것과 같다. 도 1은 편광을 이용한 정면(front)투사방식 입체영상 디스플레이장치이고, 도 2는 편광을 이용한 후면(rear)투사방식 입체영상 디스플레이장치이다.

정면투사방식 입체영상 디스플레이장치는 수직편광필터(1)가 장착되어 우안(right eye)용 영상이 투사되는 제 1 투사장치(11)와, 수평편광필터(2)가 장착되어 좌안(left eye)용 영상이 투사되는 제 2 투사장치(12), 좌안용 영상과 우안용 영상이 겹쳐 투영되는 스크린(20), 그리고 편광필터안경(30)으로 구성되어 있다. 편광필터안경은 수직편광필터가 장착된 제 1 렌즈(1')와 수평편광필터가 장착된 제 2 렌즈(2')로 구성되어 있다.

후면투사방식 입체영상 디스플레이장치는 우안용 영상을 투사하는 제 1 투사장치(11')와, 좌안용 영상을 투사하는 제 2 투사장치(12'), 좌안용 영상과 우안용 영상이 일정한 투사각의 차이를 두고 투사되는 스크린(20')으로 구성되어 있다. 후면투사방식 입체영상 디스플레이장치는 전면투사방식 입체영상 디스플레이장치와 달리 스크린에 영상이 투사되고, 제 1, 제 2 투사장치에 편광필터가 장착되지 않은 것이다. 다만, 후면투사방식 입체영상 디스플레이 장치는 우안용 영상과 좌안용 영상의 스크린에 대한 투사각의 차이로 인해 시청자의 오른쪽 눈(50)과 왼쪽 눈(40)에 각각 다른 영상이 투영됨으로써 입체영상을 구현하는 것이다.

도 1과 도 2에 도시된 입체영상 디스플레이의 좌안용 영상과 우안용 영상은 동일한 피사체를 서로 다른 각도에서 촬영한 영상이다. 예를 들어, 좌안용 영상이 피사체의 정면에서 약간 왼쪽으로 치우친 위치에서 촬영된 영상이라면, 우안용 영상은 피사체의 정면에서 약간 오른쪽으로 치우친 위치에서 촬영된 영상이라는 것이다.

도 1의 입체영상 디스플레이를 시청하는 시청자는 수평편광필터가 장착된 왼쪽 렌즈(2')와 수직편광필터가 장착된 오른쪽 렌즈(1')로 구성된 편광안경(30)을 착용한다. 그러면, 시청자는 왼쪽 눈을 통해 편광안경의 렌즈에 의해 수평편광된 좌안용 영상만 시청하고, 오른쪽 눈을 통해 편광안경의 렌즈에 의해 수직편광된 우안용 영상만 시청하게 된다. 따라서, 시청자는 오른쪽 눈과 왼쪽 눈에 서로 다른 각도로 촬영된 영상을 시청하므로, 결국 입체적인 영상을 시청하게 된다.

그러데, 도 1과 도 2에 도시된 것과 같은 종래의 입체영상 디스플레이 장치는 필수적으로 두 개의 영상투사장치가 필요하다. 즉, 종래의 입체영상 디스플레이 장치는 시청자의 왼쪽 눈에만 투영되는 영상을 투사하는 좌안용 영상투사장치와 시청자의 오른쪽 눈에만 투영되는 영상을 투사하는 우안용 영상투사장치를 포함하여 구성되어야 한다. 그러므로, 종래의 입체영상 디스플레이 장치는 설치가 어렵고, 또 설치비용이 높다는 문제점이 있다. 특히, 후면투사방식 입체영상 디스플레이 장치는 사용자가 편광안경을 착용하지 않는다. 따라서, 후면투사방식 입체영상 디스플레이 장치는 좌안영상과 우안영상이 정확하게 시청자의 왼쪽 눈과 오른쪽눈에 투사되어야 하므로, 시청자가 영상의 입체감을 느끼는 위치의 범위가 좁다는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 영상투사장치로 입체영상을 구현하여 설치가 용이하고 설치비용이 낮은 입체영상 디스플레이를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 편광을 이용한 정면(front)투사방식의 일반적인 입체영상 디스플레이장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 편광을 이용한 후면(rear)투사방식의 일반적인 입체영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 입체영상 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.

도 4a는 상기 도 3의 본 발명에서 편광방향변환부의 구조와 전압이 인가되지 않은 상태의 액정의 배열을 도시한 사시도.

도 4b는 상기 도 3의 본 발명에서 편광방향변환부의 구조와 전압이 인가된 상태의의 액정의 배열을 도시한 사시도.

도 5는 상기 도 3에 도시된 본 발명에 의한 신호의 파형을 도시한 파형도.

도 6a는 상기 도 3의 본 발명에 의해 구현된 전면투사방식 입체영상 디스플레이를 도시한 개략도.

도 6b는 상기 도 3의 본 발명에 의해 구현된 후면투사방식 입체영상 디스플레이를 도시한 개략도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 영상합성부 100' : 합성영상신호

100'' : 제어신호 110 : 좌안용 영상신호

120 : 우안용 영상신호 200 : 영상투사부

200' : 영사광 300 : 편광방향변환부

300' : 화상 310 : 편광필터

320 : 제 1 투명전극 330 : 액정

340 : 제 2 투명전극 350 : 스위치소자

360 : 전원부 400 : 편광필터안경

500 : 스크린 600 : 입체영상 디스플레이 장치

본 발명은 좌안용 영상과 우안용 영상을 서로 다르게 편광하여 주기적으로 투사시키는 편광방향 변환장치를 디스플레이장치에 탑재시켜 하나의 영상투사장치로 입체영상을 구현하는 것이 특징이다.

본 발명의 입체영상 표시장치는 도 3에 도시된 것과 같이 좌안용 영상신호(110)와 우안용 영상신호(120)를 소정의 주기로 번갈아 출력하고 그 주기에 동기하여 제어신호(100'')를 출력하는 영상합성부(100)와, 영상합성부(100)에서 출력된 영상신호를 화상으로 구현한 영사광을 출력하는 영상투사부(200), 영사광의 편광방향을 제어신호(100'')에 동기하여 변경시키는 편광방향변환부(300)를 포함하여 구성되어 있다.

이하, 본 발명의 각각의 구성요소에 대하여 첨부된 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

영상합성부(100)는 시청자의 왼쪽 눈에 투영시킬 좌안용 영상신호(110)와 시청자의 오른쪽 눈에 투영시킨 우안용 영상신호(120)를 동시에 인가받는다. 그리고, 영상합성부(100)는 두 영상신호를 소정의 주기마다 번갈아 출력시키고, 동시에 동일한 주기로 별도의 제어신호(100'')를 출력한다. 이 때, 영상합성부(100)는 영상신호와 제어신호(100'')의 출력주기를 수직동기신호의 한 주기로 설정한다.

영상투사부(200)는 영상합성부(100)에서 번갈아 출력된 좌안용 영상신호와 우안용 영상신호를 각각 화상으로 구현한다. 그리고, 영상투사부(200)는 좌안용 영상신호에 의한 화상과 우안용 영상신호에 의한 화상을 영사광(200')으로 변형하여 출력한다. 영상투사부(200)는 종래의 표시장치와 동일한 기능을 가진 것으로, 휘도신호와 색도신호 등의 영상신호를 화상으로 구현하는 장치이다.

편광방향변환부(300)는 영상합성부(100)에서 출력된 제어신호(100'')에 동기하여 영상투사부(200)에서 출력된 영사광(200')의 편광방향을 변경시킨다. 예를 들어, 편광방향변환부(300)는 제어신호(100'')가 온(on)이면 영사광을 수직방향으로 편광시키고, 제어신호(100'')가 오프(off)이면 영사광을 수평방향으로 편광시킨다. 본 발명에서 편광방향변환부(300)에 의한 영사광의 편광방향은 편광방향변환부(300)의 구조에 따라 상술한 것의 반대로 실시될 수도 있다.

본 발명의 입체영상 표시장치의 주요 특징은 바로 편광방향변환부(300)이다. 편광방향변환부(300)는 시청자의 좌안(left eye)에 투영될 화상과 우안(right eye)에 투영될 화상을 영상합성부(100)의 제어신호(100'')에 따라 번갈아 출력시킨다. 본 발명의 편광방향변환부(300)는 도 3에 도시된 것과 같이 액정패널을 응용하여 제조되었다.

본 발명의 편광방향변환부(300)는 영사광(200')을 단방향으로 편광시키는 편광필터(310)와, 서로 대향하도록 형성되어 편광된 영사광을 투과시키는 제 1, 제 2 투명전극(310, 340)과, 영상합성부(100)의 제어신호(100'')에 따라 온·오프 동작이 반복되는 스위치소자(350), 스위치소자(350)의 동작에 의해 제 1, 제 2 투명전극(310, 340)에 전압을 인가하는 전원부(360), 그리고 제 1, 제 2 투명전극(310, 340) 사이에 트위스트 네마틱(twist nematic) 형상으로 배열된 액정(330)을 포함하여 이루어져 있다.

편광필터(310)는 영상투사부(200)에서 출력된 영사광을 수직방향 또는, 수평방향의 단방향으로 편광시킨다. 즉, 편광필터(310)는 액정(330)의 배향방향과 그 필요에 따라 수직방향 또는, 수평방향으로 설치된다.

제 1 투명전극(320)과 제 2 투명전극(340)은 서로 대향하도록 형성되어 있고, 편광필터(310)에 의해 편광된 영사광을 투과시킨다. 그리고, 제 1 투명전극(320)과 제 2 투명전극(340)은 스위치소자(350)의 온·오프에 의해 전압의 인가여부가 제어된다.

액정(330)은 제 1 투명전극(320)과 제 2 투명전극(340) 사이의 공간에 주입되어 제 1, 제 2 투명전극(310, 340) 사이의 전압에 의해 그 분자배열이 변화된다. 전압이 인가되지 않았을 때의 액정(330)의 분자들은 도 4a에 도시된 것과 같이 트위스트 네마틱(twist nematic) 형상으로 배향되어 있다. 그 결과, 편광필터(310)에 의해 편광된 영사광이 90°비틀어져 제 2 투명전극(340)을 통해 투과된다. 예를 들어 편광필터(310)에 의해 수직편광된 영사광은 트위스트 네마틱 형상으로 배열된 액정(330)에 의해 수평편광된 영사광으로 변형되는 것이다. 본 발명의 편광방향변환부(300)에 주입된 액정(330)층은 대략 5∼10㎛ 정도의 두께로 주입된다.

그리고, 스위치소자(350)가 온(on)되어 제 1, 제 2 투명전극(310, 340) 사이에 전압이 인가되면, 액정(330)의 분자들은 도 4b에 도시된 것과 같이 모두 수직배열된다. 그 결과, 편광필터(310)에 의해 편광된 영사광은 아무런 변형없이 투과된다. 즉, 편광필터(310)에 의해 수직편광된 영사광이 원형 그대로 제 2 투명전극(340)을 투과한다는 것이다.

다시 스위치소자(350)가 오프(off)되어 제 1, 제 2 투명전극(310, 340) 사이에 전압의 인가가 중단되면, 액정(330)의 분자들은 다시 도 4a에 도시된 것과 같은 트위스트 네마틱 형상으로 다시 배열된다. 그러면, 편광필터(310)에 의해 편광된 영사광은 다시 90°비틀어져 제 2 투명전극(340)을 통해 투과된다.

본 발명은 상술한 것과 같은 액정(330)분자의 배열을 영상합성부(100)의 제어신호(100'')에 동기하여 변형시킴으로써, 좌안용 영상신호에 의한 화상과 우안용 영상신호에 의한 화상을 각각 다른 방향으로 편광시켜 출력시킬 수 있다. 즉, 편광방향변환부(300)는 제어신호(100'')에 동기하여 영상합성부(100)에서 출력된 영사광에 수평편광과 수직편광을 번갈아 실시하는 것이다. 제어신호(100'')는 수직동기신호에 동기하여 온·오프 되므로, 결국 편광방향변환부(300)는 수직동기신호에 동기하여 영사광에 수평편광과 수직편광을 번갈이 실시한다.

이하, 본 발명의 동작원리에 대해 첨부된 도 3과 도 4a 및, 도 4b 그리고, 도 5를 참조하여 설명하도록 한다. 도 5는 본 발명에 의한 입체영상 디스플레이 장치에서 처리되는 신호들의 파형을 도시한 파형도이다.

방송국 또는, 기타 영상신호 발신국을 통해 입력받은 좌안용 영상신호(110)와 우안용 영상신호가 동시에 영상합성부(100)에 인가된다. 그러면, 두 영상신호는 영상합성부(100)에 의해 도 5에 나타낸 것과 같이 수직동기신호의 한 주기마다 번갈아 출력된다. 그리고, 동시에 도 5에 나타낸 것과 같이 수직동기신호에 동기하는 제어신호(100'')가 편광방향변환부(300)에 인가된다.

영상합성부(100)에서 출력된 신호는 좌안용 영상신호(110)와 우안용 영상신호(120)가 수직동기신호에 동기하여 번갈아 출력되는 합성영상신호(100')이다. 이 합성영상신호(100')는 영상투사부(200)에 의해 화상으로 구현되어 영사광으로 출력된다. 영사광은 편광방향변환부(300)에 의해 수직동기신호의 한 주기마다 편광방향이 다르게 편광된다.

영사광(200')이 편광방향변환부(300)에 의해 수직동기신호의 한 주기마다 편광방향이 다르게 편광되는 과정은 다음과 같다.

스위치소자(350)가 도 5에 도시된 파형도와 같이 수직동기신호의 한 주기마다 온(on)과 오프(off)의 상태가 반전되면, 스위치소자(350)의 온·오프에 따라 제 1, 제 2 투명전극(310, 340) 사이에 전압의 도통과 차단이 반복된다. 이 때, 제 1, 제 2 투명전극(310, 340) 사이에 인가되는 전압은 액정(330)분자들의 정렬방향이 변동되기 시작하는 전압의 레벨, 즉 임계전압(V_th)의 2배의 레벨을 갖는 전압(2V_th)을 인가하는 것이 바람직하다.

따라서, 편광방향변환부(300)의 액정(330)은 수직동기신호의 한 주기마다 수직정렬과 트위스트네마틱 정렬이 반복된다. 즉, 수직동기신호의 첫번째 주기에 스위치소자가 온(on)되어 제 1, 제 2 투명전극(310, 340)에 전압이 인가되면 액정(330)이 수직으로 정렬하여 영사광이 수직편광되고, 수직동기신호의 그 다음 주기에 스위치소자(350)가 오프(off)되어 제 1, 제 2 투명전극(310, 340)에 전압이 차단되면 액정(330)이 트위스트 네마틱 형태로 정렬하여 영사광이 수평편광되는 것이다.

그 결과, 수직동기신호의 한 주기마다 편광방향변환부(300)에 의해 수직편광된 영사광과 수평편광된 영사광이 번갈아 출력된다. 그러므로, 영상합성부(100)에 의해 수직동기신호의 한 주기마다 서로 번갈아 출력되는 좌안용 영상신호와 우안용 영상신호가 각각 수직편광된 영사광(300')과 수평편광된 영사광(300')에 실려 시청자에게 제공된다. 즉, 좌안용 영상신호는 수직편광된 영사광으로 시청자에게 제공되고, 우안용 영상신호는 수평편광된 영사광으로 시청자에게 제공된다.

시청자는 왼쪽 눈에는 수직편광필터가 부착되고 오른쪽 눈에는 수평편광필터가 부착된 편광필터안경(400)을 착용하고 편광방향변환부(300)로부터 출력되는 화상(300')을 시청한다. 그러면, 왼쪽 눈에는 좌안용 영상신호에 의한 영사광만 투영되고 오른쪽 눈에는 우안용 영상신호에 의한 영사광만 투영된다. 그 결과, 시청자는 입체적인 영상을 시청할 수 있는 것이다.

본 발명은 도 6a에 도시된 것과 같은 전면투사방식 입체영상 디스플레이장치로서 응용될 수도 있고, 도 6b에 도시된 것과 같은 후면투사방식 입체영상 디스플레이 장치로서 응용될 수도 있다.

본 발명은 종래의 입체영상 디스플레이 장치에 비해 하나의 영상투사장치만으로 입체영상을 시청자에게 제공해 준다는 장점이 있다. 따라서, 입체영상 디스플레이 장치의 설치가 종래의 것보다 용이하고, 설치비용이 적게 드는 효과가 있다. 그 결과, 본 발명의 입체영상 디스플레이는 시청자에게 직접 입체화상을 전달하는 직시형 영상표시장치에 적용되어 일반 티브이와 같은 영상재생장치로서 사용될 수도 있다.

Claims (8)

1. 좌안(left eye)용 영상신호와 우안(right eye)용 영상신호를 동시에 인가받아 소정의 주기마다 번갈아 출력하고 상기 주기에 동기하여 제어신호를 출력하는 영상합성부;

   상기 영상합성부에서 번갈아 출력된 영상신호를 인가받아 상기 영상신호를 화상으로 구현한 영사광을 출력하는 영상투사부;

   상기 영사광의 편광방향을 상기 제어신호에 동기하여 변경시키는 편광방향변환부를 포함하여 구성된 입체영상 표시장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 입체영상 표시장치는 수직편광필터가 장착된 제 1 렌즈와 수평편광필터가 장착된 제 2 렌즈를 포함하여 상기 제어신호에 따라 상기 영사광의 화상이 상기 제 1 렌즈와 제 2 렌즈에 번갈아 투과되는 편광필터안경부가 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
3. 제 1 항, 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입체영상 표시장치는 상기 편광방향변환부에서 출력된 영사광이 반사되는 스크린을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
4. 제 1 항, 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입체영상 표시장치는 상기 편광방향변환부에서 출력된 영사광이 투사되는 스크린을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 편광방향변환부는 상기 제어신호에 동기하여 상기 영상합성부에서 출력된 영사광에 수직편광과 수평편광을 번갈아 실시하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 편광방향변환부는

   상기 영상투사부에서 출력된 영사광을 단방향으로 편광시키는 편광필터;

   상기 편광필터에 의해 편광된 영사광을 투과시키는 제 1 투명전극;

   상기 제 1 투명전극에 대향하도록 형성되어 상기 영사광을 투과시키는 제 2 투명전극;

   상기 영상합성부의 제어신호에 따라 온·오프 동작이 반복되는 스위치소자;

   상기 스위치소자의 동작에 의해 상기 제 1 투명전극과 제 2 투명전극에 전압을 인가하는 전원부; 그리고,

   상기 제1 투명전극과 제 2 투명전극 사이에 형성되어 트위스트 네마틱(twist nematic) 형상으로 배향되어 상기 제 1 투명전극과 제 2 투명전극의 전압인가여부에 따라 상기 편광된 영사광의 편광방향을 조절하는 액정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 액정이 형성된 층은 5 내지 10㎛ 의 두께인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 주기는 수직동기신호의 한 주기인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.