KR20030075321A - Autostereoscopic display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 좌안과 우안의 영상을 시분할 방식 및 전기광학(electric-optic) 소자를 이용하여 분리함으로써 해상도 저하를 방지하는 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a stereoscopic image display apparatus, and more particularly, to a stereoscopic image display apparatus which prevents resolution reduction by separating images of left and right eyes using a time division method and an electro-optic element.
일반적으로 입체 영상 디스플레이는 디스플레이 되는 화상을 사용자가 3차원으로 인식하도록 만드는 것으로서, 통상 3차원 입체상의 인식은 시청자의 좌안(左眼)과 우안(右眼)이 보는 미소한 영상 차이에 의해서 느껴지게 된다.In general, a three-dimensional image display allows a user to recognize a displayed image in three dimensions. In general, three-dimensional image recognition can be felt by a slight image difference seen by a viewer's left eye and right eye. do.
이러한 원리에 따라 여러 가지 방식의 입체 영상 디스플레이가 연구 개발중에 있는 바, 상기한 입체 영상 디스플레이의 종류에는 입체 영상의 디스플레이를 위한 데이터 정보의 형태에 따라 크게 스테레오스코픽 디스플레이(Stereoscopic Display), 발루메트릭 디스플레이(Volumetric Display), 홀로그래픽 디스플레이(Holographic Display)가 있다.According to this principle, various types of stereoscopic image displays are under research and development. The type of stereoscopic image display includes stereoscopic display and voluminous display according to the type of data information for displaying stereoscopic images. (Volumetric Display) and Holographic Display.
이중에서 상기 스테레오스코픽 방식의 입체 영상 디스플레이 장치는 주로, 좌안과 우안에 입사되는 화상에 약간의 공간적 차이를 발생시켜 양안(兩眼)으로 입사된 서로 다른 두 빛이 눈 주변 근육의 조절로 인하여 망막에 적절히 맺혀 하나의 입체 영상을 인식할 수 있도록 하는 방식이다. 이러한 방식의 입체 영상 디스플레이 장치의 일례로, 미국 특허번호 제5,774,262호에는 엘씨디(LCD)에서 디스플레이 되는 좌안 및 우안 영상을 프리즘을 이용하여 분리하는 디스플레이 장치가 개시되어 있다.Among them, the stereoscopic stereoscopic image display apparatus mainly generates a slight spatial difference in the image incident to the left eye and the right eye, so that two different lights incident to both eyes are controlled by the control of the muscles around the eye. It is a method of recognizing a stereoscopic image by being properly joined to. As an example of the stereoscopic image display apparatus of this type, US Patent No. 5,774, 262 discloses a display apparatus for separating the left and right eye images displayed on the LCD using a prism.
그러나, 상기한 구성의 스테레오스코픽 방식 입체 영상 디스플레이 장치는 우안 영상 및 좌안 영상이 혼합된 이미지를 엘씨디(LCD)에서 동시에 디스플레이 해야 하므로, 상기 이미지를 보는 시청자가 느끼게 되는 해상도는 절반 이하로 저하되는 문제점이 있다.However, since the stereoscopic stereoscopic image display device having the above-described configuration has to simultaneously display an image in which a right eye image and a left eye image are mixed on an LCD, the resolution of the viewer viewing the image is reduced to less than half. There is this.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은해상도 저하를 방지하는 신규한 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel stereoscopic image display device for preventing a decrease in resolution.
도 1은 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에 대한 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a stereoscopic image display apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 전기광학 프리즘을 나타내는 사시도.2 is a perspective view showing an electro-optic prism of the stereoscopic image display apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 컨트롤러 및 파형 발생기에서 출력되는 전압 파형도.3 is a voltage waveform diagram output from the controller and the waveform generator of the stereoscopic image display apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에서 우안 영상이 시청자에게 전달되는 경로를 나타내는 도면.4 is a view showing a path through which the right eye image is delivered to the viewer in the stereoscopic image display apparatus according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에서 좌안 영상이 시청자에게 전달되는 경로를 나타내는 도면.5 is a view showing a path that the left eye image is delivered to the viewer in the stereoscopic image display apparatus according to the present invention.
상기한 본 발명의 목적은, 좌안과 우안의 영상을 디스플레이부를 통해 시분할 함과 아울러, 시분할된 좌안 및 우안 영상을 전기광학(electric-optic) 프리즘을 이용하여 공간적으로 분리하는 입체 영상 디스플레이 장치에 의해 달성된다.The object of the present invention described above is a time-division of images of left and right eyes through a display unit, and a stereoscopic image display apparatus for spatially separating time-divisionally divided left and right eyes images using an electro-optic prism. Is achieved.
본 발명에 따르면 상기 전기광학 프리즘은 톱니부를 갖는 투명 재질의 상판 및 이 상판과 대향 배치되는 하판과, 상기 상판 및 하판의 사이 공간에 주입되는 전기광학 물질과, 상기 상판 및 하판에 부착되어 전기광학 물질에 전압을 인가하는 투명 도전막으로 이루어질 수 있다.According to the present invention, the electro-optic prism has an upper plate of a transparent material having a toothed portion, a lower plate disposed to face the upper plate, an electro-optic material injected into a space between the upper plate and the lower plate, and the upper plate and the lower plate attached to the electro-optic It may be made of a transparent conductive film applying a voltage to the material.
여기에서, 상기 전기광학 물질은 전압 인가시 굴절률을 변화시키는 특성을 갖는 물질로서, 이러한 물질로는 네마틱 액정, NH4H2PO4, LiNbO3등이 사용될 수 있다. 일례로, 상기 네마틱 액정은 전압 인가에 따라 0.1∼0.3 정도의 굴절률 변화량(△n)이 발생된다.Here, the electro-optic material is a material having a property of changing the refractive index when a voltage is applied, and such materials may be nematic liquid crystal, NH 4 H 2 PO 4 , LiNbO 3, or the like. For example, the nematic liquid crystal generates an amount of change in refractive index (Δn) of about 0.1 to about 0.3 when voltage is applied.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a stereoscopic image display apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 전기광학 프리즘을 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 컨트롤러 및 파형 발생기에서 출력되는 전압 파형도를 도시한 것이다.1 illustrates a schematic configuration diagram of a stereoscopic image display apparatus according to the present invention, FIG. 2 illustrates an electro-optic prism of the stereoscopic image display apparatus according to the present invention, and FIG. 3 illustrates a stereoscopic image according to the present invention. The voltage waveform diagram output from the controller and the waveform generator of the display device is shown.
도면을 참조하면, 본 발명의 입체 영상 디스플레이 장치는 좌안 영상과 우안 영상을 디스플레이 하는 엘씨디(LCD: Liquid Crystal Display)(10)와, 상기 엘씨디(10)를 통해 좌안 영상(L) 및 우안 영상(R)이 시분할된 상태로 디스플레이 되도록 상기 엘씨디(10)를 구동하는 컨트롤러(12)와, 상기 엘씨디(10)의 화상 표시면(10')에 부착되는 전기 광학 프리즘(14)과, 엘씨디(10)의 시분할 타이밍과 전기광학 프리즘(14)의 제어를 동기시키는 싱크로나이저(syncronizer)(16)와, 싱크로나이저(16)로부터의 동기 신호(S)를 입력받아 좌안 또는 우안 영상중 어느 한쪽의 영상만 굴절시켜 상기 좌안 및 우안 영상(L,R)이 공간적으로 분할되도록 전기 신호(S')를 출력하는 파형 발생기(18)와, 전기광학 프리즘(14)을 투과한 영상을 시청자의 좌안 또는 우안으로 집속하는 집속 렌즈(20)를 포함한다.Referring to the drawings, the stereoscopic image display apparatus according to the present invention has a liquid crystal display (LCD) 10 for displaying a left eye image and a right eye image, and a left eye image L and a right eye image through the LCD 10. A controller 12 for driving the LCD 10 so that R is displayed in a time-divided state, an electro-optic prism 14 attached to the image display surface 10 'of the LCD 10, and an LCD 10; Image of either the left eye or the right eye image by receiving the synchronizer 16 synchronizing the time division timing of the < RTI ID = 0.0 >) < / RTI > and the control of the electro-optic prism 14, and the synchronization signal S from the synchronizer 16. A waveform generator 18 for outputting an electric signal S 'so that the left eye and right eye images L and R are spatially divided, and the image transmitted through the electro-optic prism 14 is left or right of the viewer. It includes a focusing lens 20 to focus on.
또한, 본 발명의 입체 영상 디스플레이 장치는 사용자의 위치를 파악하여 위치 정보를 상기 컨트롤러(12)에 전달하는 트래킹 시스템(tracking system)(미도시함)을 더욱 포함할 수 있다. 이 경우 상기 컨트롤러(12)는 위치 정보를 이용하여 사용자가 보게 될 좌안 영상(L)과 우안 영상(R)을 표시하라는 신호를 엘씨디(10)에 출력하고, 싱크로나이저(16)는 좌안 영상(L) 또는 우안 영상(R)중 어느 한쪽의 영상만 굴절시켜 좌안 및 우안 영상을 공간적으로 분할하도록 동기 신호(S)를 파형 발생기(18)에 출력한다.In addition, the stereoscopic image display apparatus of the present invention may further include a tracking system (not shown) that detects the location of the user and transmits the location information to the controller 12. In this case, the controller 12 outputs a signal to the LCD 10 to display the left eye image L and the right eye image R to be viewed by the user using the location information, and the synchronizer 16 receives the left eye image ( The synchronization signal S is output to the waveform generator 18 so that only one image of L) or the right eye image R is refracted to spatially divide the left and right eye images.
상기 전기광학 프리즘(14)은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 내면에 톱니부가 형성된 투명 재질의 상판(14a) 및 이 상판에 대향 배치되는 하판(14b)과, 상판 및 하판(14a,14b)의 사이 공간에 주입되는 전기광학 물질(14c)과, 상판 및하판(14a,14b)의 외면에 설치되어 전기광학 물질(14c)에 전압을 인가하는 투명 도전막(14d)으로 이루어진다.1 and 2, the electro-optic prism 14 has a top plate 14a made of a transparent material having teeth on its inner surface, and a bottom plate 14b disposed opposite to the top plate, and top and bottom plates 14a and 14b. And an electro-optic material 14c injected into the space between the electrodes and the transparent conductive film 14d provided on the outer surfaces of the upper and lower plates 14a and 14b to apply a voltage to the electro-optic material 14c.
여기에서, 상기 투명 도전막(14d)은 상판(14a)의 외면과 하판(14b)의 내면에 각각 설치할 수도 있다.Here, the transparent conductive film 14d may be provided on the outer surface of the upper plate 14a and the inner surface of the lower plate 14b, respectively.
상기 전기광학 프리즘(14)은 전기광학 물질(14c)의 굴절률 변화량과, 톱니부의 기울어진 각도( θ), 그리고 시청 거리를 고려하여 설계해야 한다.The electro-optic prism 14 should be designed in consideration of the amount of change in the refractive index of the electro-optic material 14c, the inclination angle θ of the teeth, and the viewing distance.
통상적으로 상기 시청 거리는 전기광학 프리즘(14)의 전방에 설치되는 집속 렌즈(20)의 초점 거리와 동일하게 설정하는데, 시청 거리가 1m인 경우 좌안 영상(L)과 우안 영상(R)이 63㎜(양안의 평균 거리) 정도 떨어져야 하므로, 굴절률 변화량과 톱니부의 기울기( θ)는 시청 거리를 고려하여 설정해야 한다. 즉, 시청 거리가 가까울 수록 전기광학 프리즘(14)에 의해 꺽이는 각도가 커져야 하기 때문에 굴절률 변화량이 큰 전기광학 물질을 사용하던가, 아니면 전기광학 프리즘의 톱니부 기울기( θ)를 크게 설정해야 하고, 시청 거리가 멀어질수록 굴절률 변화량이 작은 전기광학 물질을 사용하던가, 아니면 상기 톱니부 기울기를 작게 설정해야 한다. 일반적으로, 전기광학 프리즘(14)을 거쳐 꺽여나가는 빛의 각도( φ)와 상판 및 하판의 굴절률(n1), 전기광학 물질의 굴절률(n2), 그리고 톱니부 기울기( θ) 사이의 관계는 수학식 1로 표현된다.Typically, the viewing distance is set equal to the focal length of the focusing lens 20 installed in front of the electro-optic prism 14. When the viewing distance is 1m, the left eye image L and the right eye image R are 63 mm. Since the average distance between both eyes should be separated, the amount of change in the refractive index and the inclination (θ) of the teeth should be set in consideration of the viewing distance. That is, the closer the viewing distance is, the larger the angle of deflection by the electro-optic prism 14 is. As the distance increases, an electro-optic material having a small change in refractive index may be used, or the tooth slope may be set smaller. In general, the relationship between the angle of light φ being broken through the electro-optic prism 14, the refractive index of the upper and lower plates (n 1 ), the refractive index of the electro-optic material (n 2 ), and the tooth inclination (θ) Is represented by Equation 1.
그리고, 시청 거리를 1m로 가정한 경우 상기 빛의 각도( φ)는 수학식 2로 표현할 수 있다.In addition, when the viewing distance is assumed to be 1m, the angle of light φ may be expressed by Equation 2.
따라서, 전기광학 물질(14c)의 굴절률(n2)이 상판 및 하판의 굴절률(n1)과 동일하다고 가정하고, 전압 인가시 전기광학 물질(14c)의 굴절률 변화량이 0.3이라고 하며, 상기 굴절률(n1=n2)이 1.5라고 가정하면, 상기 수학식 1 및 2에 의해 전기광학 프리즘(14)의 톱니부 기울기( θ)는 17.5°정도가 된다.Therefore, assuming that the refractive index n 2 of the electro-optic material 14c is the same as the refractive index n 1 of the upper and lower plates, the amount of change in the refractive index of the electro-optic material 14c when voltage is applied is 0.3, and the refractive index ( Assuming that n 1 = n 2 ) is 1.5, the inclination θ of the tooth of the electro-optic prism 14 is about 17.5 ° according to Equations 1 and 2 above.
이때, 상기 전기광학 물질(14c)로는 네마틱 액정, NH4H2PO4, LiNbO3등이 사용 가능한데, 상기 물질중 전압 인가시 굴절률 변화량이 큰 네마틱 액정을 사용하는 것이 바람직하며, 또한, 상기 전기광학 물질(14c)의 두께는 수 내지 수십㎛가 적당하다.In this case, as the electro-optic material 14c, a nematic liquid crystal, NH 4 H 2 PO 4 , LiNbO 3, or the like may be used. It is preferable to use a nematic liquid crystal having a large change in refractive index when voltage is applied in the material. The thickness of the electro-optic material 14c is suitably several to several tens of micrometers.
그리고, 상기 전기광학 물질(14c)에 전압을 인가하기 위한 투명 도전막(14d)은 인듐-주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide)로 이루어질 수 있다.In addition, the transparent conductive film 14d for applying a voltage to the electro-optic material 14c may be made of indium tin oxide (ITO).
이하, 도 4 및 도 5를 참조로 하여 입체 영상 디스플레이 장치의 영상 분할 과정을 설명한다.Hereinafter, an image segmentation process of the stereoscopic image display apparatus will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
먼저, 상기 엘씨디(10)에 대해 살펴보면, 선행 특허(미국 특허번호 제 5,774,262호)에서는 엘씨디에서 좌안 및 우안 영상이 동시에 디스플레이 되지만, 본 발명의 엘씨디는 좌안 영상(L)과 우안 영상(R)이 시분할된 상태(L/R)로 디스플레이 된다. 물론, 상기한 시분할 작용이 컨트롤러(12)에 이루어지는 것은 당업자에게 자명한 것이므로, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.First, referring to the LCD 10, in the prior patent (US Patent No. 5,774,262), the left eye and the right eye image are simultaneously displayed in the LCD, but the LCD of the present invention has the left eye image (L) and the right eye image (R). Displayed in time-divided state (L / R). Of course, it will be apparent to those skilled in the art that the above-mentioned time division action is performed in the controller 12, and thus, detailed description thereof will be omitted.
상기 엘씨디(10)에서 우안 영상(R)이 디스플레이 되면, 이 우안 영상(R)은 전기광학 프리즘(14)을 투과하게 되는데, 이때 싱크로나이저(16)에서는 컨트롤러(12)로부터의 영상 신호에 동기된 동기 신호(S)가 상기 파형 발생기(18)로 출력된다. 그러나, 상기 파형 발생기(18)에서는 전압 파형이 발생되지 않으므로(편의상 점선으로 도시함) 상기 전기광학 프리즘(14) 내부의 전기광학 물질(14c)에는 전압이 인가되지 않는 상태이다. 따라서, 상기 전기광학 프리즘(14)은 굴절률(n1)을 갖는 한개의 매질로 작용하며, 우안 영상(R)은 상기 굴절률(n1) 및 톱니부 기울기( θ)를 근거로 상기 수학식 1에서 산출된 빛의 각도( φ)만큼 굴절된 후 집속 렌즈(20)에 의해 집속되어 시청자의 우안으로 입사된다. 그러나, 상기 도 4에서는 전기광학 물질(14c)의 굴절 특성을 보다 명확하게 설명하기 위해 우안 영상(R)이 전기광학 프리즘(14)을 통과할 때는 굴절되지 않는 것으로 도시하였다.When the right eye image R is displayed on the LCD 10, the right eye image R passes through the electro-optic prism 14, and the synchronizer 16 synchronizes with the image signal from the controller 12. The synchronized signal S is output to the waveform generator 18. However, since the voltage waveform is not generated in the waveform generator 18 (shown by a dotted line for convenience), no voltage is applied to the electro-optic material 14c inside the electro-optic prism 14. Accordingly, the electro-optic prism 14 serves as one medium having a refractive index n 1 , and the right eye image R is represented by Equation 1 based on the refractive index n 1 and the tooth inclination θ. The light is refracted by the angle of light φ, and then focused by the focusing lens 20 to be incident to the viewer's right eye. However, FIG. 4 illustrates that the right eye image R is not refracted when passing through the electro-optic prism 14 in order to more clearly explain the refractive characteristic of the electro-optic material 14c.
이후, 엘씨디(10)에서 좌안 영상(L)이 디스플레이 되면, 이 좌안 영상(L)도 전기광학 프리즘(14)을 투과하게 된다. 이때, 상기 싱크로나이저(16)는 컨트롤러(12)로부터의 영상 신호에 동기된 동기 신호(S)를 상기 파형 발생기(18)로 출력하게 되고, 상기 파형 발생기(18)는 도전막(14d)을 통해 전기광학 물질(14c)에 일정 전위의 전압을 인가하게 된다. 따라서, 상기 전기광학 물질(14c)의 굴절률(n2)이 인가 전압의 크기에 따라 일정량만큼 변화하게 되는바, 전기광학 프리즘(14)에 입사된 좌안 영상(L)은 전기광학 물질(14c)의 굴절률 변화에 따라 우안 영상(R)보다 더욱 굴절되어 집속 렌즈(20)로 입사된 후, 시청자의 좌안으로 입사되게 된다.Then, when the left eye image L is displayed on the LCD 10, the left eye image L also transmits the electro-optic prism 14. At this time, the synchronizer 16 outputs a synchronization signal S synchronized with the image signal from the controller 12 to the waveform generator 18, and the waveform generator 18 supplies the conductive film 14d. The voltage of a predetermined potential is applied to the electro-optic material 14c through the above. Accordingly, since the refractive index n 2 of the electro-optic material 14c is changed by a predetermined amount according to the magnitude of the applied voltage, the left eye image L incident on the electro-optic prism 14 is an electro-optic material 14c. According to the refractive index change of the more than the right eye image (R) is to be incident to the focusing lens 20, and then to the left eye of the viewer.
본 발명의 입체 영상 디스플레이 장치는 상기에서 상세히 설명한 바와 같이 엘씨디에서는 좌안 및 우안 영상을 시분할 하고, 전기광학 프리즘에서는 좌안 및 우안 영상을 공간적으로 분할하여 입체 영상을 디스플레이 하게 되므로, 좌안 및 우안 영상을 엘씨디에서 동시에 디스플레이 하던 종래 기술에 비해 해상도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In the stereoscopic image display apparatus of the present invention, the left and right eye images are time-divided in the LCD, and the left and right eye images are spatially divided in the electro-optic prism so that the stereoscopic image is displayed. Compared to the prior art that displays at the same time has the effect of improving the resolution.
이상에서는 좌안 및 우안 영상이 엘씨디에서 디스플레이 되는 장치를 예로 들어 설명하였지만, 상기 엘씨디 대신에 피디피(PDP: Plasma Display Panel), 유기 이엘(EL: Electroluminescent display), 음극선관(CRT: Cathode Ray Tube) 등의 다른 디스플레이 소자를 사용하는 것도 물론 가능하다.In the above description, the left and right eye images are displayed as an example of an LCD, but instead of the CD, a plasma display panel (PDP), an organic EL (EL), and a cathode ray tube (CRT) are used. It is of course also possible to use other display elements.
이와 같이 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하는 실시하는 것이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.As described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. .
이와 같이 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 엘씨디에서 좌안 및 우안 영상을 동시에 디스플레이 하는 종래의 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치에 비해 높은 해상도를 유지할 수 있다. 또한, 전기광학 물질의 종류, 이 물질에 인가하는 전압의 크기, 상판 및 하판의 톱니부 기울기 등을 적절히 조절함으로써영상의 굴절 정도를 조절할 수 있으므로, 트래킹 시스템을 응용하면 고정된 위치에서 뿐만 아니라 어느 정도 자유로운 위치에서 입체 영상을 볼 수 있는 등의 효과가 있다.As described above, the stereoscopic image display apparatus according to the present invention can maintain a higher resolution than the conventional autostereoscopic display apparatus which simultaneously displays left and right eye images on an LCD. In addition, the degree of refraction of the image can be adjusted by appropriately adjusting the type of electro-optic material, the magnitude of the voltage applied to the material, and the inclination of the upper and lower teeth, so that the application of the tracking system can be used to This can be used to view stereoscopic images in a degree-free position.
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