KR20040077596A

KR20040077596A - 평판 표시패널을 이용한 입체 영상표시장치

Info

Publication number: KR20040077596A
Application number: KR1020040059445A
Authority: KR
Inventors: 손귀연; 이정혜; 코발렌코갈리나
Original assignee: 손귀연
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2004-09-04

Abstract

본 발명은 액정 표시장치를 이용한 입체영상 표시를 가능하게 하는 것으로, 액정표시장치의 각 화소에는 이에 대응하는 좌측 및 우측 눈에 대응하는 영상의 동일 위치 화소의 밝기를 제곱근을 취하여 얻은 값에 해당하는 밝기가 되도록 표시하며, 이 액정표시장치 앞에 이 액정표시장치의 액정패널과 동일한 해상도와 화소특성을 가진 앞뒤 편광판이 제거된 액정패널만으로 이루어진 활성편광판을 두고, 이 활성 편광판의 액정표시장치의 액정패널에 대응하는 위치의 화소에 인가전압이 입사빔의 편광을 좌측 및 우측 눈에 대응하는 영상의 동일 위치 화소 밝기의 비를 탄제트 값으로 환산한 경우 얻어지는 각도만큼 회전하도록 하는 값을 가지도록 하는 것이다.

Description

평판 표시패널을 이용한 입체 영상표시장치{Stereoscopic Image Display Device Based on Flat Panel Display}

입체영상장치(Stereoscopic Imaging Devices)의 구현에는 오른 쪽과 왼쪽 눈에 대응하는 한 쌍의 영상, 즉 좌우 영상이 필요하며, 표시장치에서는 이 좌우 영상을 대응하는 눈에 입사하도록 하기 위한 메커니즘 또는 장치가 필요하다. 이러한 메커니즘 또는 장치로는 특수안경 또는 특수 광학판(Special Optical Plate)이 쓰이고 있는데, 특수 광학판의 경우는 안경을 착용해야 하는 번거러움이나 불편함이 없지만, 입체영상을 표시하는 경우는 시역(Viewing Zone)이 아주 좁아 시청(Viewing)이 불편하다. 그러므로, 안경을 착용하는 방식을 많이 이용한다. 안경을 착용하는 경우는 보는 위치에 따라 영상이 찌그러지는 문제점이 있으나, 여러 사람이 동시에 시청할 수 있고, 영상표시가 간단하며, 또한 깊이감(Depth Sense)을 극대화 할 수 있기 때문에 아직 많이 쓰이고 있다. 안경을 착용하는 경우는, 안경의 종류가 4가지가 있는데, 액정셔터(Liquid Crystal Shutter), 아나클립(Anaglyph), 편광필름(Polarization Film) 그리고 농도 차 필름(Optical Density Filter)이 그 것이다. 액정셔터의 경우는 좌우영상을 일정 시간간격으로 교대로 반복 표시하고 이와 동기시켜 좌우 액정셔터를 On/Off시켜 좌우 눈에 대응하는 영상이 입사되도록 며, 아나클립의 경우는 좌우 눈에 대응하는 영상의 색상을 적색과 청색으로 변색하여, 안경도 이와 동일하게 좌는 적색, 우는 청색의 컬러필터로 구성하여 동일 색상의 빛만 대응하는 눈에 입사하도록 하여 입체감을 얻으며, 편광필름의 경우는 좌우 눈에 대응하는 영상의 편광방향을 서로 90차가 나게 하고 또한 안경의 좌측과 우측 편광필름의 편광방향이 영상과 동일하게 하여 같은 편광의 영상만이 대응하는 눈에 입사하도록 한다. 농도 차의 경우는 영상보다는 실물에 의한 특수효과를 얻기 위한 목적으로 사용되며, 한쪽 눈에 농도 있는 필름을 사용하여 이 눈에 입사하는 광량을 상대적으로 다른 눈보다 크게 감소시킴에 의해, 좌우 눈의 밝기 차에 의해 주어지는 시차(Parallax)를 이용하여 특수효과를 얻는 방식이다. 액정셔터는 시간차 방식에만 적용이 가능하며, 아나클립은 시간차(Time Differential Method)와 공간영상 방식(좌우영상이 동시에 존재하는 방식: Spatial Imaging Method)) 모두에 적용가능하며, 편광과 농도차 방식은 공간영상 방식에만 적용이 가능하다. 액정셔터 안경을 사용하는 경우는 모니터의 동작 주파수에 따라 표시상의 떨림(Flickering)이 크게 문제가 되는데, 떨림이 없는 영상을 표시하기 위한 동작주파수는 영상의 표시 방식에 의해 달라진다. CRT의 경우는 영상을 전자빔의 주사에 의해 표시하므로, 입체영상을 표시하는데 3가지 방식을 사용할 수 있다: 첫 번째는 인터래이스(Interlace) 방식으로 좌우 영상의 해상도를 1/2로 줄여 한 필드(Field) 율로 전체 화면에 교대로 표시해 주며, 최소 30Hz의 프레임(Frame) 율로 동작을시켜야 한다. 두 번째는 Low-High 방식으로 표시화면을 상하로 2등분하여, 좌우 영상을 상하로 나누어 표시하는 방식으로, 80Hz 이상의 프레임 율로 동작시켜야 한다. 그리고 세 번째는 프로그래시브(Progressive) 방식으로 프레임을 교대로 좌우영상을 표시하는 방식으로, 100Hz이상의 프레임 율로 동작시켜야 한다. CRT에서는 좌우영상을 교대로 On/Off시키므로 이 On/Off시간과 동기(Synchronize)되어 On/Off되는 액정 셔터 안경을 사용하여 입체영상의 시청이 가능하다. 좌우영상의 색상을 청색과 적색으로 변환하여 표시할 경우는 아나클립방식으로 적청색의 안경을 사용하여 시청이 가능하다. 그러나 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display)의 경우는 최대 동작주파수가 80Hz이나, 프로그래시브(Progressive)방식과같이 좌우영상을 프레임을 교대로 하여 표시하여야 하므로, 낮은 동작주파수에 의해 입체영상의 표시가 현재로써는 불가능하다. 액정표시장치를 이용한 입체영상의 표시를 위해서는 CRT에서와 같은 프레임이나 필드의 교대식이 아닌 새로운 방식을 사용해야 한다. 이를 위해 좌우영상을 화소(Pixel)별로 통합하여, 편광을 이용하여 다시 분리해 내는 방식을 사용할 수 있다.

본 발명은 액정표시장치에 의한 입체영상의 표시가 가능하도록, 두 장의 동일한 화소 특성을 가진 액정표시판(Liquid Display Panel)을 화소가 일치하도록 하여 합판(Superpose)시켜 놓은 것으로, 한 장은 액정표시판을 영상 표시판으로 그리고 보는 방향에 가깝게 있는 다른 한 장은 액정표시판에서 좌우 편광판을 모두 제거시킨 액정패널로 화소별로 편광제어가 가능한 활성 편광판(Active Polarization Plate)으로 하여 사용하는 것이다. 영상표시 액정표시판과 활성 편광판의 동일 위치 화소에는, 이 화소의 위치에 대응하는 위치의 좌우영상 화소를 취하여. 영상표시 액정표시판에는 이들 화소 밝기의 제곱근으로 주어지는 밝기로 화소를 구동시키고, 활성 편광판에는 이들 화소 밝기를 맞변과 밑변으로 하는 직각삼각형의 빗변의 각도로 입사빔의 편광방향이 회전되도록 전압을 인가한다. 그러므로 영상표시 액정표시판을 투과한 각 화소별로 동일 방향으로 편광된 빛은 화소 밝기비의 아크 탄젠트(Arctangent) 값에 대응하여 편광방향이 바뀌므로, 이 활성 편광판을 투과한 빛을 편광 안경에 의해 편광 방향을 분리시키게 되면, 좌우영상이 분리되어 대응하는 눈에 입사하게 된다.

도 1은 액정표시장치의 동작원리

도 2는 본 발명의 입체표시장치 기본 구조

도 3은 도 2에 주어진 구조의 동작원리

도 4는 활성 편광판에 의한 입사빔으로부터 좌측과 우측영상 성분의 분리원리

도 5는 본 발명의 능동형 표시장치를 이용한 입체영상표시장치의 구현

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

1: 후방 조명 패널 2: 비 편광빔 3: 편광필름 1

4: 편광빔 5: 액정 패널 6: 액정패널의 화소들

7: 편광방향 A 8: 편광방향 B 9: 편광방향 C

10: 편광필름 2 11: 편광빔 4의 편광방향과 90차이가 나는 편광방향

12: 편광필름 2의 편광방향과 동일한 방향성분인 a

13: 편광필름 2의 편광방향과 동일한 방향성분인 b

14: 활성 편광판 15: 화소별 수평 편광빔

16: θ만큼 회전된 편광방향의 빔(Beam)

17: 좌측영상 18: 우측영상

19: 좌측영상의 (2,2) 화소 20: 우측영상의 (2,2) 화소

21: 액정패널의(2,2) 화소 22: 활성 편광판의 (2,2) 화소

23:와를 각기 맞변과 밑변으로 하는 직각 삼각형의 맞변

24:와를 각기 맞변과 밑변으로 하는 직각 삼각형의 밑변

25:와를 각기 맞변과 밑변으로 하는 직각 삼각형

26:와를 각기 맞변과 밑변으로 하는 직각 삼각형의 빗변

27:와를 각기 맞변과 밑변으로 하는 직각 삼각형의 빗변과 밑변 사이의 낀각(θ)

28: 수평 편광빔 29: 수평방향

30: 수평방향으로부터 θ만큼 회전된 편광빔

31: I·cosθ의 밝기를 가진 수평 편광빔

32: I·sinθ의 밝기를 가진 수직 편광빔

33: 능동 영상표시판 34: 편광판 또는 편광필름

35: 활성 편광판

일반적으로 액정표시장치는 액정패널을 조명하는 후방조명패널(Back Light Panel), 편광판 1, 액정패널 그리고 편광필름 1과 편광방향을 90달리하는 편광필름 2로 구성되어 있다. 후방 조명패널에서 조사광(Illuminating Light)은 편광필름 1에 의해 일정방향으로 편광되어 액정패널로 입사하는데, 액정패널에는 화소별로 밝기에 따라 입사광의 편광방향을 회전시키게 된다. 편광의 회전 량은 전체에서 가장 밝은 화소를 90로 하여, 이 밝기를 기준으로 하여 상대적인 밝기에 따라 그 회전 량이 줄어들게 된다. 그러므로 편광이 90회전된 광은 편광필름 2와 동일한 편광방향을 가지게 되므로, 아무 감쇄 없이 그대로 투과하여 가장 밝고, 회전되지 않은 광은 투과하지 못하므로 가장 어둡고, 기타 편광 회전(Polarization Rotation) 량에 따라 감쇄율(Attenuation Rate)이 달라지게 되므로, 편광필름 2를 투과한 광은 화소의 밝기의 정현(Sine)값에 비례하게 된다. 이와 같이 액정패널은 화소의 밝기에 따라 입사광의 편광방향을 0에서 90사이로 바꾸어 준다. 도 1에 액정표시장치의 동작원리가 도시되어 있다. 후방조명패널(1)에서의 편광되지 않은 광(2)은 편광필름 1(3)에 의해 특정방향의 편광빔(4)으로 되어 액정패널(5)에 입사한다. 액정패널(5)은 동일형태의 동일면적을 가진 화소들(6)로 구분되어 있다. 각 화소에 입사하는 편광빔(4)은 각 화소에 인가된 화소의 밝기에 비례하는 전압에 의해 그 편광방향이 A(7), B(8) 그리고 C(9)와 같이 편광빔(4)을 기선으로 0 에서 90사이로 다양하게 변화되어진다. 편광방향이 A(7), B(8) 그리고 C(9)로 주어지는 편광빔들이 편광빔(4)과 편광방향이 90 차이가 나는 편광방향(11)으로 그 편광방향이 고정된 편광필름 2(10)를 투과하게 되면, A(7)와 B(8)의 경우는 편광필름 2(10)의 편광방향과 동일한 방향성분인 a(12)와 b(13)만이 남고, C(9)의 경우는 편광필름 2(10)의 편광방향과 동일하므로 감쇄 없이 본래와 같이 세기를 가진다. 그러므로 이들 편광빔들의 세기(Intensity)는 실제 화소의 밝기에 비례한다. 도 2는 도 1의 액정표시패널 앞에 액정패널만 합판한 경우로 본 발명의 입체표시장치 기본 구조이다. 도 1의 액정표시장치 앞에 액정패널과 동일한 특성을 가진 액정패널로 된 활성 편광판(14)을 두게 되면, 액정표시장치를 투과한 각 화소별의 수평 편광빔(15)은 활성 편광판(14)의 대응하는 화소에 인가된 전압에 의해 θ만큼 회전된 편광방향의 빔(Beam)(16)으로 되어 나타난다. 도 3은 도 2에 주어진 구조의 동작원리를 보여주는 그림이다. 해상도가 예로 5 X 3인 좌측영상(17)과 우측영상(18)에서 각기 동일위치에 있는 화소, 즉 예로 좌측영상(17)의 화소 (2,2)(19)와 우측영상(18)의 화소(2,2)(20)를 취하여, 이들 화소의 밝기과의 제곱근을 취하여 얻은 값의 밝기로 도 1의 액정표시장치의 액정패널(5)의 화소(2,2)(21)을 구동시킨다. 물론에 비례하는 값으로도 구동이 가능하나, 이 경우 비례상수는 전 화소에 동일하게 적용하여야 한다. 액정패널(5)의 다른 화소들도 그 화소의 위치에 대응하는 좌우영상 화소들의 밝기의 제곱근으로 주어지는 밝기나 비례량으로 구동시킨다. 액정패널(5)는 영상 표시판으로 그 해상도는 좌측영상(17) 및 우측영상(18)의 해상도와 동일하다. 활성 편광판(14)은 액정패널(5)과 동일한 해상도와 화소형태 및 크기를 가진다. 활성 편광판(14)의 화소(2,2)(22)에는 입사빔이와를 각기 맞변(23)과 밑변(24)으로 하는 직각삼각형(25)의 빗변(Hypotenuse)과 밑변(The Base)(24) 사이의 낀 각(27) θ, 즉만큼 회전하도록 인가 전압를 조정한다. 그러므로는 θ를 변수로 하는 함수인 f(θ)에 정비례하므로,로 주어진다. 여기서 V는 비례상수이다. θ는 0⁰≤θ≤90⁰사이의 값을 가질 수 있으며, θ=90로 하는가 화소에 인가할 수 있는 최대 전압이 된다. 비례상수 V는 활성 편광판(14) 내의 모든 화소에 적용되는 값이다. 즉 활성 편광판(14)의 각 화소 인가전압은 그 화소에 대응하는 좌우영상 화소의 밝기 비의 아크탄젠트 값으로 주어지는 함수에 정비례한다. 도 4는 활성 편광판에 의한 입사빔으로부터 좌측과 우측영상 성분의 분리 원리를 도시한 드림이다. 도 3의 액정패널(5)의 화소(2,2)(21)가 도 1의 편광판 2(10)를 투과한 후 그 밝기가 I인 수평 편광빔(28)으로 주어진다면, 이 편광빔(28)이 활성 편광판(14)의 화소(2,2)(22)에 입사하게 되면, 밝기는 그대로 유지하면서 그 편광방향만 수평방향(29)으로부터 θ만큼 회전된 편광빔(30)이 되어 활성 편광판(14)을 투과해 나온다. 이 편광빔(30)을 수평 편광판을 투과시키면, I·cosθ의 밝기를 가진 수평 편광빔(31)이 그리고 수직 편광판을 투과시키면 I·sinθ의 밝기를 가진 수직 편광빔(32)이 형성되어 나온다. I·cosθ와 I·sinθ는 θ가 tan^-1(/)로 주어지므로, I·cosθ=그리고 I·sinθ=가 된다. 이 출력은 이상적인 경우이고, 실제 활성 편광판(14)을 투과함에 의해 입사빔에 일부 손실이 생기므로,이들을 감안하여는,는로 표현이 가능하다. 여기서는 비례상수이다.는 특정 화소만이 아닌 활성 편광판(14) 전체에 적용되는 비례상수이다. 다른 화소들도 (2,2)의 위치에 있는 화소와 동일하게 작용하므로, 수평 및 수직 편광판을 동시에 사용함에 의해, 원래 우측영상과 좌측영상의 밝기에 비례하는 영상의 동시 재생이 가능하다. 그러므로 편광안경을 이용하게 되면 LCD패널을 통한 입체영상의 시청이 가능하다. 편광판 2(10)를 투과한 편광빔의 방향은 수평 편광빔이 아닌 어떤 방향을 가져도 상관이 없으나, 단지 θ가 편광판 2(10)를 투과한 편광빔의 방향으로 그어진 직선을 기선으로 하여 정해져야 하며, 이 기선으로 투영된 활성 편광판(14)을 투과한 빔의 값을 오른쪽 눈에 대응하는 영상의 화소 밝기 값로 정의하면 도 4의 설명이 모든 편광빔의 경우에 적용이 가능하다. 액정패널(5)과 활성 편광판(14)의 대응하는 부분만 상기 관계로 구동시킴에 의해 화면의 일부만 입체를 표시하고 다른 부분은 평면영상으로 표시하는 입체영상과 평면영상의 동시 시청이 가능하다. 도 2, 3 그리고 4로 주어진 본 발명의 기본 구조 및 화소별 좌우영상 합성 및 분리 원리에 의해 두 대의 카메라 영상을 한 대의 카메라 영상에 대응하는 신호량으로 하여 전송이 가능하다. 즉 1/2로데이터 전송량을 축소하여 전송하는 것이 가능하다. 본 발명의 입체영상장치의 기본구조인 도 2의 구조는 액정표시장치가 아닌 CRT, PDP(Plasma Display Panel) 와 LED(Light Emitting Diode) 표시장치와 같이 화소가 스스로 발광하는 능동형의 표시장치에도 적용이 가능하다. 도 5에 본 발명의 능동형 표시장치를 이용한 입체영상표시장치의 구현이도시되었다. 능동형 영상표시판(33)의 앞쪽에 이 영상표시판(33)의 일부 또는 전체를 덮는 편광판 또는 편광필름(34)을 두고 그 앞에 활성 편광판(35)를 둔다. 능동형 영상표시판(33)의 각 화소는 도 3의 액정패널(5)에 표시되는 화소별 밝기를 가지며, 활성 편광판(35)에는 도 3의 활성 편광판(14)에 표시되는 전압과 동일한 전압이 인가된다. 편광판 또는 필름(34)의 크기가 영상표시판 보다 적게 되면, 편광판 또는 필름(34)이 덮이지 않는 부분은 입체영상의 표시가 불가능하므로 입체영상과 평면영상의 동시시청이 가능하다. .

본 발명은 액정표시패널을 이용하여 입체영상을 구현하는 방식으로 두 장의 액정패널을 사용하고 좌우영상신호를 화소별로 그 밝기의 제곱근을 취함에 의해 동시에 인가하고 두 번째 액정의 편광특성을 이용하여 좌우영상을 분리함으로써 응답속도가 느린 액정패널을 이용하여 밝은 입체영상을 볼 수 있게 되어, 인터넷을 통한 입체 영상통신을 가능케 하는 것이다.

Claims

편광안경을 이용하는 입체영상표시장치로써 다음과 같은 구조를 가진 것:

- 좌우영상을 합성하여 표시하는 영상표시장치

- 영상표시장치의 영상을 일정방향으로 편광시키는 편광판 또는 편광필름

- 영상표시장치의 화소별 출력빔의 편광방향을 독립적으로 정해진 각도 만큼 회전시켜주는 활성 편광판
1항에서 입체영상표시장치는 영상표시장치의 화면 앞쪽에 편광판 또는 편광필름, 그리고 편광판 또는 편광필름 앞쪽에 활성 편광판의 순서로 배치된 것.
1항에서 영상표시장치의 각 화소별 밝기는, 각 화소 위치와 동일한 위치에 있는 좌측영상 화소의 밝기()와 우측영상 화소의 밝기()를 제곱하여 더 한 값의 제곱근, 즉에 정비례하는 것
1항에서 편광판은 주로 영상표시장치의 각 화소가 스스로 발광하는 능동형 표시장치에만 적용하는 것
1항에서 활성 편광판의 각 화소별 인가전압은 영상표시장치의 대응하는 화소의 밝기를 결정하는 좌측영상 화소의 밝기()와 우측영상 화소의 밝기() 비()의 아크탄젠트(tan^-1)로 주어지는 각도만큼 입사광의 편광방향을 회전시키도록 정해지는 것
1항에서 영상표시장치와 활성 편광판의 대응하는 부분만 3와 5항의 관계로 각 화소를 구동시킴에 의해 화면의 일부만 입체영상을 구현하는 것
1항에서 액정표시장치와 같이 출력 영상이 편광빔인 경우는 편광판 또는 편광필름이 없이 영상표시장치 앞쪽에 활성 편광판을 접착시키는 것.
1항에서 활성 편광판은 영상표시장치와 동일한 화소 특성, 즉 화소 형태 및 크기를 가지는 것
1항에서 활성 편광판을 액정으로 만드는 경우는 편광판 이나 편광필름이 부착되지 않은 상태의 액정패널인 것.
1항과 3항에서, 좌측 및 우측영상에 해당하는 두 대의 카메라영상을 각기 화소별로 그 밝기의 제곱근을 취함에 의해 한 대의 카메라에 대응하는 영상으로 축소시키는 것.
1과 4항에서 편광판은 능동형 영상표시장치와 활성 편광판 사이에 위치하는 것
1항과 5항에서 입사광의 편광방향 회전량 θ는 0⁰≤θ90⁰사이에 있도록 정해지는 것.
1, 2, 7, 8과 11항에서 영상표시장치와 활성 편광판은 동일한 해상도를 가지며, 대응하는 화소가 일치되도록 하여 배열 접착되는 것
1항과 3항에서 비례상수는 모든 화소에 동일하게 적용되는 것