KR20070011291A - 3차원 이미지 디스플레이 디바이스에서의 이미지 품질 개선 - Google Patents

3차원 이미지 디스플레이 디바이스에서의 이미지 품질 개선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보기 각도에 따라 상이한 보기가 디스플레이되도록, 3차원 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 이 디스플레이 디바이스는 상기 이미지를 디스플레이하기 위해 복수의 개별적으로 어드레스 지정 가능한 픽셀을 가지는 디스플레이 패널을 포함한다. 이 픽셀은 그룹 내의 상이한 픽셀이 이미지의 상이한 보기에 대응하게 그룹화되고, 그룹 내의 각 픽셀은 각각의 분리된 광원에 대하여 위치하며, 픽셀은 수신된 이미지 데이터에 따라 이미지를 생성하기 위해, 각 픽셀의 광학 특성을 변화시키도록 개별적으로 제어 가능하다. 그룹 내의 픽셀 크기는, 상이한 보기의 특성이 보기 각도에 무관하게 되도록, 각각의 광원에 대한 픽셀의 보기 각도의 함수로서 변한다.

Description

3차원 이미지 디스플레이 디바이스에서의 이미지 품질 개선{IMPROVING IMAGE QUALITY IN A 3D IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 특히 3차원 또는 입체 이미지를 디스플레이하기 위해 적응된 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
3차원 이미지의 생성은 일반적으로 디스플레이 디바이스가 디스플레이 디바이스의 사용자의 좌우측 눈에 상이한 보기(view)를 제공할 수 있을 것을 요구한다. 이는 특별히 구성된 고글(goggle)을 사용함으로써, 사용자의 각 눈에 직접 분리된 이미지를 제공하여 이루어질 수 있다. 일 예에서, 디스플레이는 시간 순차적인 방식으로 좌우측 보기를 번갈아 가며 제공하고, 이러한 보기는 동기화된 보기 고글에 의해 뷰어의 대응하는 눈에 인도된다.
US 6,172,807호에서 설명된 것과 같은 또 다른 예에서는, 좌우측 눈 보기의 시간 순차적인 동기화가, 패럴랙스(parallax)를 사용하는 디스플레이의 좌우측 눈 보기를 번갈아 가며 차단하는(occlude) LCD 패널의 형태로 된 공간 변조 소자에 의해 제공된다. 좌우측 눈 보기를 올바르게 차단하기 위해, US 6,172,807호의 시스템은 디스플레이 디바이스에 대한 뷰어의 위치를 계속 추적해야 한다.
이에 비해, 본 발명은 사용자 위치 추적을 반드시 요구하지 않으면서 단일 디스플레이 패널에 대한 보기 각도에 따라 상이한 보기의 이미지가 보여질 수 있는 디스플레이 디바이스 종류에 관한 것이다. 이후, 이들은 일반적으로 3차원 디스플레이 디바이스에 관련된 것이다.
그러한 3차원 디스플레이 디바이스의 한 가지 알려진 종류는 패럴랙스 장벽 접근법이 구현되는 액정 디스플레이이다. 그러한 시스템은 도 1에 예시되어 있다.
도 1을 참조하면, 패럴랙스 장벽 유형의 디스플레이 디바이스(100)는 복수의 분리된 광원을 제공하는 후면 패널(11)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 후면 패널(11)은 그것의 표면에 걸쳐 분포하는 복수의 슬릿(14a 내지 14d)을 가지는 불투명한 마스크나 장벽 층(13)으로 덮여진 지역(areal) 광원(12)(광전발광 패널과 같은)에 의해 형성될 수 있다. 각 슬릿(14)은 이후 광의 라인 소스(line source)로서 작용한다.
액정 디스플레이 패널(LCD)(15)은 그들 각각의 광 투과 특성을 변화시키기 위해 알려진 기술에 따른 전기 신호에 의해 개별적으로 어드레스 지정 가능한 복수의 픽셀(예컨대, 도 1에서 P1 내지 P10로 번호가 매겨진)을 포함한다. 후면 패널(11)은 광의 라인 소스(14) 각각이 픽셀의 그룹(16)에 대응하도록 LCD 패널(15)에 관해 밀접하게 위치하고 있다. 예컨대, 그룹(161)으로 도시된 픽셀(P1 내지 P5)은 슬릿(14a)에 대응하고, 그룹(162)으로서 도시된 픽셀(P6 내지 P10)은 슬릿(14b)에 대응하는 식이다.
픽셀의 그룹(16)의 각 픽셀은, 이미지의 복수의 가능한 보기(V-2, V-1, V0, V1, V2)의 한 보기(V)에 대응하여, 각 라인 소스(14a)가 그 보기에 대응하는 픽셀 (P1 내지 P5) 중 하나를 통해 보일 수 있다. 각 그룹(16)에서의 픽셀의 개수는 존재하는 이미지의 보기의 개수를 결정하고, 이는 도시된 배치에서는 5개이다. 보기의 개수가 클수록, 3차원 효과가 더 사실적이 되고, 더 비스듬한 보기 각도가 더 많이 제공된다.
본 발명의 명세서 전반에 걸쳐, 이미지는 디스플레이 패널에서의 모든 픽셀에 의해 생성되는 전체적인 이미지로서 디스플레이되는 '이미지'를 지칭하게 되고, 이러한 이미지는 특별한 보기 각도에 의해 결정된 복수의 '보기(view)'로 이루어진다.
2가지 주요 문제점이 종래 기술의 배치에서 존재한다. 뷰어에 의해 지각된 바와 같은 이미지의 임의의 주어진 보기의 각도 크기는, 보기 각도(φ)의 함수가 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 주어진 보기(V0, V1,...V6)는 더 작은 보기 각도(예컨대, φ1)에서의 보기에 관한 것보다는 비스듬한 보기 각도(예컨대, φ6)에 관해 더 밀접하게 분리된다. 예컨대 도 1의 배치에서 보면, 뷰어는 픽셀(P5)을 통해 볼 때 광원(14a)의 보기의 각도 크기보다, 픽셀(P3)을 통해 볼 때 광원(14a)의 보기의 각도 크기를 더 크게 지각하게 된다. 그 결과, 뷰어는 보기 사이에서 움직일 때 3차원 효과의 정도가 가변적임을 경험하게 되고, 이는 결과 이미지의 품질을 떨어뜨리게 된다.
비스듬한 보기 각도(φn)가 증가함에 따라 보기 사이의 각도 분리(Δφn)가 감소하게 됨으로써, 뷰어에 의해 지각될 때 임의의 주어진 분리된 광원(14)의 밝기 감소를 초래한다. 그러므로 보여진 소스의 지각된 강도는 또한 보기 각도의 함수가 된다. 이는 더 비스듬한 각도(예컨대, φ6)에서 볼 때, 더 희미해진 이미지를 초래하고, 이미지의 상이한 보기를 관찰할 때, 원치 않는 강도 아티팩트(artefact)를 일으키게 된다.
그러므로 본 발명의 목적은, 보기 각도(φn)가 증가함에 따라 보기의 각도 분리(Δφn)의 변화를 극복하거나 완화하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 이미지의 상이한 보기가 보기 각도에 따라 디스플레이되는 3차원 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스에서의 원치 않는 강도 아티팩트를 최소화하는 것이다.
일 양상에 따르면, 본 발명은 상이한 보기가 보기 각도에 따라 디스플레이되는 3차원 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스를 제공하고, 이러한 디스플레이 디바이스는
상기 이미지를 디스플레이하기 위해 복수의 개별적으로 어드레스 지정 가능한 픽셀을 가지는 디스플레이 패널을 포함하고, 이 픽셀은 그룹 내의 상이한 픽셀이 이미지의 상이한 보기에 대응하도록 그룹화되며, 한 그룹 내의 각 픽셀은 각각의 분리된 광원에 대해 상대적으로 위치하고, 각 픽셀은 수신된 이미지 데이터에 따라 이미지를 생성하기 위해 각 픽셀의 광학 특성을 변화시키도록 개별적으로 제어 가능하며,
그룹 내의 픽셀의 크기는 각각의 광원에 대한 픽셀의 보기 각도의 함수로서 변한다.
또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 보기 각도에 따라 이미지의 상이한 보기가 디스플레이되도록, 3차원 이미지를 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이하는 방법을 제공하고, 이 방법은
디스플레이 패널에서의 복수의 개별적으로 어드레스 지정 가능한 픽셀의 각 픽셀에 관한 픽셀 강도 데이터 값을 형성하기 위해 이미지 데이터를 처리하는 단계를 포함하고, 이러한 픽셀들은 그룹에서의 상이한 픽셀이 이미지의 상이한 보기에 대응하도록 그룹을 이루며, 그룹 내의 각 픽셀은 각각의 분리된 광원에 대해 위치가 정해지고, 픽셀 강도 데이터 값은 각각 이미지를 생성하기 위해 각 픽셀의 광학 특성을 제어하기 위한 것이며,
그룹 내의 픽셀의 크기는 각 광원에 관한 픽셀의 보기 각도의 함수로서 변한다.
이제 본 발명의 실시예를 예를 통해 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 3차원 이미지를 디스플레이하기 위한 패럴랙스 장벽 접근법을 사용하는 LCD 디바이스의 기존 설계의 개략적인 단면도.
도 2는 기존의 패럴랙스 장벽 LCD 디바이스에서의 보기 각도 증가에 따라 광 원의 보기 각도 폭의 감소를 예시하는데 유용한 개략 단면도.
도 3은 픽셀의 좌측 가장자리와 우측 가장자리에 의해 결정되고, 이를 통해 광원이 보이게 되는 광원의 각 보기의 각도 폭을 예시하는 개략도.
도 4는 픽셀의 크기가 변하는 LCD 디스플레이 패널 설계의 개략적인 단면도.
도 5는 도 4의 디스플레이 패널을 통합하는 패럴랙스 장벽 LCD 디바이스의 기하학적 형태를 예시하는데 유용한 개략 단면도.
도 6은 픽셀 위치와 픽셀 크기를 보기 개수의 함수로서 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 디바이스의 개략적인 블록도.
도 8은 렌티큘러(lenticular) 배열을 이용하는 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 9는 디스플레이 디바이스를 가지고 사용하기에 적합한 광원의 대안적인 형태를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 디스플레이 최적화 원리를 예시하는데 유용한 종래의 액정 디스플레이 패널의 보기 각도 성질을 도시하는 그래프.
도 1을 참조하면, 기존의 패럴랙스 장벽 유형의 3차원 디스플레이 디바이스의 기본 기능이 이미 설명되었다. 도 2와 도 3에서는 보기 각도(φn)가 증가함에 따라 광원의 보기(V0, V1,...V6)의 각도 크기(Δφ)가 감소하는 결과를 명확하게 보여주는 종래 기술의 3차원 디스플레이 디바이스가 도시되어 있다.
도 3에 예시된 바와 같이, 각 보기(V0, V1, V2, V3, V4)의 보는 시각도(viewing cone)의 각도 크기(Δφn)는 n이 커질수록 작아지고, 여기서 n은 광원(14) 위에 중심을 둔 픽셀(P0)로부터 카운트하는 픽셀 개수이다. 이상적인 디스플레이 디바이스에서는, 보는 시각도의 각도 크기(Δφn)는 뷰어의 좌측 눈이 하나의 보기를 보고, 뷰어의 우측 눈이 다음 인접한 보기를 보게 되도록 선택된다. 예컨대, 디스플레이 디바이스가 70㎝의 거리로부터 보이게 된다고 가정한다. 좌우측 눈 사이의 평균 거리가 6㎝로 주어진다면, 좌우측 눈이 Δφ눈 = arctan(6/70) = 5°의 각도로 대응하게(subtend) 된다. 그러므로 디스플레이 디바이스는 Δφ0 = Δφ눈 = 5°가 되도록 설계되어, 정상적인 입사(normal incidence)로 볼 때, 좌우측 눈이 각각 보기(V0)와 보기(V1)를 보게 된다. 이러한 식으로, 적당한 3차원 이미지를 지각하게 된다.
하지만 더 비스듬한 각도에서는, Δφn이 Δφ눈보다 점차 작아지게 되어, 보기가 눈의 보는 위치 사이에 존재하게 한다. 이들 '남는(superfluous)' 보기를 생성하는 픽셀은 효율적으로 사용되지 않고, 뷰어마다 2개의 보기의 최적도로부터 뷰어마다 3, 4, 5 또는 그 이상의 보기로의 전이는 자연스런 이미지를 만들지 않는다. 이 경우, 뷰어는 뷰어의 보기 위치를 디스플레이에 걸쳐 한쪽으로부터 다른 쪽으로 이동시킬 때, 3차원 효과의 양이 가변적임을 경험하게 된다.
더 높은 n에 관해 각 보기(V0, V1, V2, V3, V4)의 보는 시각도의 각도 크기(Δφn)가 감소한다는 것은, 광원(14)이 등방성 방출기(isotropic emitter)라는 가정하에 n개의 보기의 각 밝기가 더 높은 값의 n에 관해 낮아지게 된다는 것을 의미한다. 그러므로 뷰어는 직교 보기(V0)보다 더 비스듬한 보기(예컨대, V3, V4)에 관해 더 낮은 밝기를 경험하게 된다. 이는 디스플레이되는 이미지의 상이한 보기를 관찰할 때, 일부 바람직하지 않은 아티팩트를 초래한다.
본 발명은 그것이 보기 각도(φn)에 무관하게 되도록 보기의 각도 크기를 실질적으로 같게 하고, 보기 각도(φn)에 무관하게 되도록 보기의 강도를 실질적으로 정규화시킨다는 점에서, 기존의 패럴랙스 장벽 유형의 3차원 디스플레이 디바이스의 문제점에 대한 해결책을 제공한다. 이는 모두 복잡한 강도 보상 디바이스 및/또는 보기 각도(φn)의 함수로서 픽셀에 의해 디스플레이될 때, 보기(V)의 강도를 제어하는 디스플레이 소프트웨어에 관한 필요성 없이 이루어진다.
본 발명의 디스플레이 패널(20)이 도 4에 도시되어 있다. 바람직한 배열에서, 패널(20)은 각각 그룹(211, 212)에서의 상이한 픽셀(P-7... P7 또는 P8...P22)이 이미지의 상이한 보기에 대응하도록 픽셀이 그룹화되는 복수의 개별적으로 어드레스 지정 가능한 픽셀(P-7, P-6...P21, P22)을 가진다. 그룹 내의 픽셀의 크기는 보기 각도의 함수로서 변하도록 바람직하게 선택된다. 바람직한 배열에서, 픽셀 크기는 보기 각도가 증가함에 따라 증가한다.
본 명세서에서 사용된 '픽셀 크기' 또는 '픽셀들의 크기들'이라는 표현은, 폭과 높이와 같은 선형 치수에 의한 크기에 대응하거나 픽셀의 지역 치수에 의한 크기에 대응할 수 있다.
디스플레이 패널(20)은 각 픽셀(P-7... P22)의 광학 특성이 이미지를 생성하기 위해, 전기적인 제어 신호에 따라 변할 수 있는 임의의 적합한 전자 광학 디바이스일 수 있다. 바람직하게, 디스플레이 패널(20)은 액정 디스플레이이다.
픽셀의 각 그룹(21)이 각각의 광원으로부터의 광을 수신하게 위치하도록, 복수의 분리된 광원(22a...22c)을 가지는 조명원이 바람직하게 제공된다. 이는 도 1의 지역 광원(12)과 마스크(13)에 의해 이루어질 수 있지만, 픽셀의 라인, 개별 픽셀 또는 픽셀의 블록으로서 광원(22)을 제공하는 픽셀화된(pixellated) 광원에 의해 제공될 수도 있다.
또한, 복수의 분리된 광원은 일련의 높은 강도의 광점을 제공하는 백라이트와 렌즈 배열(예컨대, 렌티큘러 시트 배열)에 의해 제공된 가상 광원일 수 있다. 그러한 배치는 도 9에 예시되어 있고, 도 9에서는 디스플레이 디바이스(80)가 LCD 패널(75), 지역 광원(72) 및 렌즈 배열(71)을 포함한다. 렌즈 배열은 지역 소스(72)로부터의 광을 LCD 패널의 평면 바로 바깥쪽의 복수의 분리된 초점(73)에 초점을 맞추어, 상기 각 초점은 도 1과 연관되어 설명된 것과 유사하게 LCD 패널에서의 복수의 픽셀을 각각 조명한다.
도 4에 도시된 바와 같은 바람직한 배치에서는, 그룹(211) 내의 픽셀이 각각 의 광원(22a)에 관해 0의 보기 각도에 대응하도록 위치된 중앙 픽셀(P0)을 가진다. 그룹 내의 픽셀 크기는, 바람직하게 중앙 픽셀의 어느 한쪽 위에 대칭이 되게 증가하도록 선택되어, 중앙 픽셀(P0)에서 가장 먼 픽셀(P-7, P7)은 중앙 픽셀(P0)에 가장 가까운 픽셀(P-1, P1)보다 크다.
바람직한 배치에서, 인접한 픽셀 그룹(212, 213...21n)은 디스플레이 패널(20)을 형성하기 위해 픽셀 그룹의 한 배열을 구성하도록 서로와 동일한 픽셀 레이아웃과 픽셀 크기를 채택한다.
하지만 다른 픽셀 구성이 채택될 수 있는데, 예컨대 픽셀 크기(pn)는 픽셀 그룹의 한쪽에서 다른 쪽으로 증가할 수 있고, 인접한 픽셀 그룹은 다른 픽셀 그룹과는 상이한 픽셀 레이아웃을 가질 수 있다. 이는 물론 디스플레이 디바이스에 의해 디스플레이될 원하는 효과와, 어떻게 이미지가 의도된 뷰어에 의해 지각될지에 따라 결정된다.
현재 디스플레이 패널(20)에서의 픽셀의 그룹(211)의 일부가 도 5에 도시되어 있다. 폭(w)을 갖는 광원(22a)은 디스플레이 패널의 평면의 법선에 대해 각각 보기 각도(φ0, φ1,...φ7)를 가진 픽셀(P0...P7)의 그룹에 대응하고 이러한 그룹을 통해 보일 수 있다. 픽셀 그룹(211)의 거의 절반만이 도시되어 있고, 픽셀 그룹(211)을 완성하기 위해 픽셀(P0)의 좌측에 또 다른 7개의 픽셀이 존재하게 된다는 점이 이해될 것이다.
디스플레이 패널(20)에서의 픽셀은 변하는 폭을 가지는데, 예컨대 p0<p3<p6이다. 후면 패널 조명원(22a)과 디스플레이 패널(20) 사이의 최소 거리는 h로 도시되어 있다. 본 발명의 바람직한 디스플레이 디바이스에서는, h=2.3㎜, p0=200미크론, w=50미크론이긴 하지만, 이들 값들은 상당히 변할 수 있다.
바람직한 배치에서, 픽셀 크기(p0...p7)는 함수에 따라 증가하도록 선택된다.
pn=0.5h[tan((n+1)Δφ눈)-tan((n-1)Δφ눈)]
여기서 Δφ눈은 보는 사람의 눈 사이의 간격에 의해 대응하는 각도를 나타내고, 이 간격은 예컨대 정상적인 사람의 평균 눈 사이의 간격에 의해 결정되며, 통상 6㎝이다. 바람직한 실제 응용에서, 뷰어와 디스플레이 패널(20) 사이의 보기 거리(d)는 h보다 훨씬 더 크게 되므로(즉, d>>h), Δφ눈은 arctan(s/d)에 가깝게 되고, 여기서 s는 평균적인 눈 사이의 간격이다. 그러므로 주어진 뷰어에 관해, 주어진 거리(d)에서 디스플레이 디바이스를 보게 되면, Δφ눈은 일정하게 되고, 픽셀 크기(pn)는 보기 개수(n)의 함수가 된다(수학식 1).
수학식 1에 따르면, 그룹(21) 내의 픽셀 크기(pn)는 삼각법에 의한 구성 성 분 때문에, 증가 속도(dpn/dn 또는 dpn/dφn에 의해 주어진)가 또한 보기 각도(φn)가 증가함에 따라 증가한다는 점에서 보기 각도가 증가함에 따라 비선형적으로 증가하게 된다.
비스듬한 보기 각도가 증가함에 따라 픽셀 크기가 변하는 것 때문에, 중앙 픽셀(p0)로부터 가장 먼 픽셀은 광원(22a)의 상이한 보기(V0, V1,...V6, V7)의 보는 시각도가 밝기의 감소 없이 보이게 되는 것을 허용하기에 충분히 크게 된다. 이러한 바람직한 배치에서, 상이한 보기의 강도는 광원(22a)이 등방성 방출기인 경우에만, 모든 보기 각도(φn)에 걸쳐 실질적으로 정규화된다. 보기(V0)의 밝기가 1로 정규화된다면, 각 보기(Vn)에 관한 밝기는 다음과 같이 주어진다.
(밝기 보기)n = Δφn/Δφ0
수학식 1에 따라 그룹(21) 내에서 픽셀 크기(pn)가 변하게 되면, 상이한 보기 사이의 각도는, φn = nΔφ눈과 Δφn = Δφ눈 = 일정(즉, n에 무관한)하게 되도록 실질적으로 같아진다는 것이 발견된다. 이는 도 5에서 명백하게 되어, φ7과 φ6이 비스듬한 보기 각도임에도 불구하고 보기간(inter-view) 각도 φ1 - φ0 = φ7 - φ6 = Δφ눈이 된다.
바람직한 배치에서, 수학식 1에 따라 그룹(21) 내의 픽셀 크기(pn)를 선택함 으로써, 그 그룹 내의 픽셀의 위치(xn)는 아래에 같이 결정될 수 있다.
xn = 0.5h[tan(nΔφ눈) + tan(n+1)Δφ눈)]
Δφ눈은 또한 arctan(s/d)에 의해 주어지고, 주어진 보기 거리(d)에서 눈 사이의 거리(s)를 가지는 주어진 뷰어에 관해 일정하게 된다.
보기 개수(n)(0, 1,...6, 7, n)의 함수로서의 xn과 픽셀 크기(pn)의 값이 각각 곡선(31, 32)으로 도 6에 예시되어 있다. 이는 보기 거리(d)=70㎝, h=2.3㎜, p0=200미크론, w=50미크론으로 주어지고 눈 사이의 거리(s)=6㎝를 가지는 뷰어에 기초한 통상적인 배치에 관해 그려진 것이고, 볼 수 있는 것처럼 중앙 픽셀에 가장 가까운 픽셀은, 실질적으로 중앙 픽셀과 동일한 크기를 가지지만 보기 개수(n)가 점점 커짐에 따라 현저하게 증가한다. 예컨대, 보기(15)를 일으키는 픽셀은 중앙 픽셀보다 그 크기에 있어 대략 15배나 더 크다.
이방성 광원(22a)의 경우, 그룹(21) 내의 픽셀 크기(pn)에 대한 조정은, n의 함수로서 보기(V)의 밝기 프로파일을 결정하기 위해 그에 따라 이루어질 수 있다는 점을 알게 될 것이다.
바람직한 실시예는 픽셀 그룹(21)마다 홀수개의 픽셀만을 가지는 디스플레이 패널에 제한되는 것이 아니고, 픽셀 그룹마다 짝수개의 픽셀을 수반하는 실시예 또한 가능하다는 점이 이해되어야 한다. 실제로, 본 발명의 디스플레이 패널은 픽셀 그룹마다 정수 개가 아닌 픽셀을 포함할 수 있다(예컨대, 그 그룹의 가장자리에서의 픽셀 부분은 모호한 경우). 픽셀 그룹마다 짝수개 또는 정수가 아닌 개수의 픽셀을 가지는 실시예에서는, 수학식 1과 수학식 3이 약간의 수정을 요구하지만, 이미 설명된 바와 같이 픽셀 크기 변화를 일으키는 기존의 수학식 1과 수학식 3과 기능 형태면에서는 유사하게 된다. 그러므로 본 명세서에서 대응하는 수학식은 간결하게 하기 위해 재현되지 않는다.
도 7은 본 발명의 디스플레이 패널(20)과 사용하기 위한 디스플레이 디바이스(101)의 개략적인 전형적인 실시예를 도시한다.
이미지 처리기(50)는 복수의 보기(V) 각각에 관한 강도 픽셀 데이터를 포함하는 이미지 정보의 스트림(stream)을 수신한다. 이러한 이미지 정보는 디지털 형태로 처리되고 프레임 버퍼(51)에 저장되어, 본 발명의 디스플레이 패널(20)을 통합하는 디스플레이 디바이스(53)로 렌더링될(render) 수 있다. 프레임 버퍼(51)는 복수의 페이지(page)(58)를 포함하고, 각 페이지는 각 보기(V)에 관한 픽셀 데이터를 포함한다.
프레임 버퍼(51)는 적절한 구동 전압 및/또는 전류 신호를 프레임 저장소(51)에 각각 저장된 값에 따라 디스플레이 패널(20)의 각 픽셀에 제공하는 디스플레이 구동기(52)에 의해 액세스된다.
본 발명의 디스플레이 패널(20)의 특별한 장점은, 그것이 종래 기술의 LCD 구동기 장치로부터의, 만약 있다고 하더라도 매우 작은 하드웨어 변화를 가지고 구현될 수 있다는 점이다. 이미지 처리기(50)의 기능은 소프트웨어로 실현될 수 있 고, 디스플레이 구동기(52)의 기능 또한 소프트웨어 구현으로서 실현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이 본 발명의 디스플레이 패널(20)은, 또한 도 5에 도시된 것 외의 다른 형태의 3차원 디스플레이에 적용될 수 있다는 점이 또한 주목된다. 도 8을 참조하면, 본 발명은 렌티큘러 3차원 디스플레이 디바이스(200)에도 적용될 수 있음이 주목된다. 이러한 렌티큘러 디스플레이 디바이스에서, 액정 디스플레이 패널(115)은 도 4의 것과 유사한 방식으로 그룹(1161, 1162)에 배치된 크기가 변하는 복수의 픽셀(a1 내지 b8이 도시됨)을 포함한다. LCD 배열(115)의 상부에는 원통형 렌즈(121, 122)의 렌티큘러 배열(120)이 위치한다. 이 렌티큘러 배열은, LCD 패널의 픽셀의 그룹에 관해 국부적인(localised) 초점 맞춤을 제공하기 위해, 주름진 광학 물질의 임의의 시트 또는 분리된 또는 합쳐진 렌즈의 배열을 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 배치에서, 각 렌즈 소자의 폭은 8개의 보기를 가진 3차원 디스플레이에 대응하는 8개의 픽셀이 되도록 선택된다. 물론, 각 렌즈 소자의 폭은 요구된 각도 해상도에 따라 상이한 크기를 가진 상이한 개수의 픽셀에 대응하도록 선택될 수 있다. LCD의 픽셀(a1 내지 a8)은 상이한 보기로 이미지화된다. 기존의 렌티큘러 3차원 디스플레이 디바이스에 존재하는 각도에 대한 강도 의존도의 문제점은, 도 4 및 도 5와 연관되어 설명된 픽셀 크기가 변하는 디스플레이 패널(20)에 의해 해결된다.
본 발명은 투과성 디스플레이 패널 유형뿐만 아니라 반사성 디스플레이 패널 유형에도 적용될 수 있음을 알게 될 것이다. 디스플레이 패널이 복수의 픽셀 각각의 반사도를 제어하기 위해 제공되는 경우, 광원에 대한 픽셀 평면의 각도에 대한 반사도의 의존성은 여전히 존재하게 되고, 본 명세서에 설명된 바와 같이 픽셀 크기가 변하는 디스플레이 패널(20)을 사용하여 정정될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 또한, 일반적으로 액정 디스플레이의 최적화에 관한 중요한 관계를 가진다. LCD 패널의 보기 각도 의존성은 일반적으로 다소 근소한 것으로 알려져 있다. 도 10은 어떻게 콘트라스트(contrast)와 그레이 스케일 반전이 보상 호일(compensation foil) 없이, 표준 90°트위스티드(twisted) 네마틱(nematic)(TN) 투과성 LCD에 관한 보기 각도에 따라 결정되는지를 예시한다. 수평 보기 각도는 디스플레이 평면에 대한 법선으로부터 -60°와 +60°사이에 있는 x축 위에 도시되어 있고, 수직 보기 각도는 디스플레이 평면에 대한 법선으로부터 -60°와 +60°사이에 있는 y축 위에 도시되어 있다.
LCD 편광자(polariser)의 광학 축(90, 91)과 액정 디렉터(director)의 광학 축(92)의 오리엔테이션(orientation)은 도 10의 하단부에 도시되어 있다.
도 10으로부터, 이미지 품질은 크게 보기 각도에 따라 결정된다는 것을 알 수 있다. 도 10에 도시된 예에서, 최적의 보기 각도는 상부 좌측으로부터 하부 우측까지 이어지는 구부러진 대각선(94)에 의해 표시되어 있고, 그레이 스케일 반전은 대각선(94) 우측 위로의 보기 위치에 관해 일어난다.
일반적으로, 텔레비전과 컴퓨터 모니터와 같은 대부분의 중요한 응용시, 수평 보기 방향에 관한 성능을 최대화하는 것이 수직 보기 방향에 관한 성능을 최대 화하는 것보다 중요하다는 것이 알려져 있다. 예컨대, 텔레비전 응용시 디스플레이 디바이스의 다수의 뷰어는 보통 스크린에 대해 그들의 눈 레벨을 다소 일정하게 되도록 배치되지만(즉, y축을 따라 변화가 매우 적은), x축에 대한 뷰어의 수평 보기 각도는 크게 변할 수 있다. 유사하게, 컴퓨터 모니터 앞에 앉은 사용자는, 작업중에 y축보다는 x축에 나란하게 머리 위치가 변할 가능성이 있다.
그러므로 습관에 따라, LCD는 도 10에 도시된 바와 같은 오리엔테이션으로부터 45°만큼 반시계 방향으로 회전하게 되어, LCD 편광 축은 사용중일 때 디스플레이의 x축과 y축에 약 45°의 각을 이루게 된다. 이러한 식으로, 디스플레이 디바이스의 성능은 수평 보기 각도에 관해 최적화되지만, 수직 보기 각도에 관해서는 절충된다.
3차원 LCD 디스플레이는 x와 y 방향에 대한 보기 각도의 의존성을 최적화하는 것과 동일한 문제점을 가지게 된다.
하지만, 본 발명에서는, 밝기 렌더링의 최적화는 전술한 바와 같이 픽셀 크기가 변하는 디스플레이 패널을 사용함으로써 달성될 수 있다는 것을 알게 된다.
그러므로, 디스플레이 패널의 고유한 광학 특성이 수직 보기 각도 변화에 관해 최적화되는 오리엔테이션을 가진 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이 더 적절하게 된다. 수평 보기 각도 변화는 전술한 바와 같은 디스플레이 패널(20)을 사용하여 조절되고 최적화된다.
그러므로 바람직한 배치에서, 전술한 3차원 디스플레이 디바이스는, 일반적인 사용시 디스플레이 패널(20)의 제 1 축에 각도의 함수로서 상이한 보기(V)를 제 공하는 각 그룹(21) 내에 픽셀을 가지고, 제 2 축이 제 1 축에 직교하는 디스플레이의 제 2 축에 대한 보기 각도 의존성을 최소화하도록 배향된 디스플레이 패널(20)의 편광 소자를 가지도록 배치된다.
가장 일반적인 의미에서, 디스플레이 패널의 고유한 광학 특성은, 보기 각도 의존성이 y축에 대해 감소되거나 실질적으로 최소화되고, 본 발명의 디스플레이 패널(20)이 y축을 횡단하는 축에 대한 보기 각도 의존성을 실질적으로 제거하는 역할을 하도록 하는 것이다. 더 바람직하게, 본 발명의 디스플레이 패널(20)은 y축에 직교하는 축(즉, x축)에 대한 보기 각도 의존성을 실질적으로 제거하는 역할을 한다. 가장 바람직한 디바이스에서는, 디스플레이가 정상적인 사용시 x축이 수평 축으로서 한정되고, y축은 디스플레이가 정상적인 사용시 수직 축으로서 한정된다.
다른 실시예는 첨부된 청구항의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 3차원 또는 입체 이미지를 디스플레이하기 위해 적응된 디스플레이 디바이스에 이용 가능하다.

Claims (28)

  1. 보기 각도(viewing angle)에 따라 상이한 보기(view)가 디스플레이되도록 3차원 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 디바이스로서,
    상기 이미지를 디스플레이하기 위해 복수의 개별적으로 어드레스 지정 가능한 픽셀(p-7...p22)을 가지는 디스플레이 패널(20)을 포함하고, 이 픽셀은 그룹(21) 내의 상이한 픽셀이 이미지의 상이한 보기에 대응하도록 그룹화되며, 한 그룹 내의 각 픽셀은 각각의 분리된 광원(22)에 대해 상대적으로 위치하고, 각 픽셀은 수신된 이미지 데이터에 따라 이미지를 생성하기 위해 각 픽셀의 광학 특성을 변화시키도록 개별적으로 제어 가능한, 디스플레이 패널(20)을 포함하는 디스플레이 디바이스에 있어서,
    그룹 내의 픽셀의 크기는 각각의 광원에 대한 픽셀의 보기 각도의 함수로서 변하는, 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 그룹(21) 내의 픽셀의 크기는 보기 각도가 증가함에 따라 증가하는, 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1항에 있어서, 그룹(21) 내의 픽셀의 크기는 보기 각도가 증가함에 따라 비선형적으로 증가하는, 디스플레이 디바이스.
  4. 제 2항에 있어서, 그룹(21) 내의 픽셀의 크기를 증가시키는 것은, 각 광원(22)의 보기 각도 크기를 보기 각도에 무관하게 하도록 적응되는, 디스플레이 디바이스.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 그룹(21) 내의 픽셀의 크기를 증가시키는 것은, 그룹 내의 각 픽셀에 의해 디스플레이된 강도를 보기 각도에 무관하게 되도록 실질적으로 정규화하게 적응되는, 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 각 픽셀 그룹(21)은 0의 보기 각도에 대응하도록 위치가 정해진 중앙 픽셀(0, 15)을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  7. 제 6항에 있어서, 그룹(21) 내의 픽셀 크기는 중앙 픽셀(0, 15)의 어느 한쪽에서 증가하는, 디스플레이 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서, 픽셀 크기는 중앙 픽셀(0, 15)의 어느 한쪽 위에서 대칭적으로 증가하는, 디스플레이 디바이스.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 그룹(21) 내의 픽셀 크기는
    0.5h[tan((n+1)Δφ눈)-tan((n-1)Δφ눈)]에 따라 증가하고,
    여기서, n은 상기 그룹의 중앙 픽셀(0, 15)로부터의 픽셀 위치이고, h는 픽셀의 그룹의 평면까지의 광원의 직교 거리(orthogonal separation)이며, Δφ눈은 좌우측 눈 사이의 각도 거리(angular separation)이고, Δφ눈은 arctan(s/d)에 근사하며, s는 좌우측 눈 사이의 평균적인 눈 사이의 간격(spacing)이고, d는 뷰어와 디스플레이 디바이스 사이의 보기 거리인, 디스플레이 디바이스.
  10. 제 1항 또는 제 9항에 있어서, 상기 복수의 분리된 광원(14, 22)을 제공하기 위한 후면 패널(11)을 더 포함하고, 디스플레이 패널(20)에서의 픽셀의 각 그룹(21)은 각 분리된 광원으로부터 광을 수신하도록 위치가 정해지는, 디스플레이 디바이스.
  11. 제 10항에 있어서, 후면 패널(11)은 복수의 선(line) 조명원을 제공하는, 디스플레이 디바이스.
  12. 제 10항에 있어서, 후면 패널(11)은 복수의 점(point) 조명원을 제공하는, 디스플레이 디바이스.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 그룹 내의 각 픽셀의 상기 광 학 특성을 제어하기 위한 디스플레이 구동기(52)를 더 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  14. 제 11항 또는 제 12항에 있어서, 디스플레이 패널(20)은, 후면 패널(11)이 위치하는 쪽의 반대쪽으로부터 보도록 적응되는 광 투과성 디스플레이 패널인, 디스플레이 디바이스.
  15. 제 1항에 있어서, 디스플레이 패널(20)에 인접하게 위치한 렌티큘러(lenticular) 배열(120)을 더 포함하고, 배열 내의 각각의 미소한 볼록 렌즈(lenticle)(121)는 디스플레이 패널에서의 선택된 픽셀로부터의 광의 초점을 맞추는, 디스플레이 디바이스.
  16. 제 15항에 있어서, 배열(120) 내의 각각의 미소한 볼록 렌즈(121)는 픽셀의 상기 그룹(116)과 연관되는, 디스플레이 디바이스.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 특성은 광 투과성 특성이고, 디스플레이 구동기(52)는 디스플레이될 이미지에 따라 각 픽셀을 통과하는 광량을 제어하도록 적응되는, 디스플레이 디바이스.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 디스플레이 패널(20)의 고유 한 광학 특성은, y축에 대해 보기 각도 의존도가 감소되거나 실질적으로 최소화하도록 구성되는, 디스플레이 디바이스.
  19. 제 17항에 있어서, 목적물(object)에 통합되고, 그 목적물이 정상적으로 사용중일 때 수직 축으로서 y축이 한정되는, 디스플레이 디바이스.
  20. 보기 각도에 따라 이미지의 상이한 보기가 디스플레이되도록, 3차원 이미지를 디스플레이 디바이스 상에 디스플레이하는 방법으로서,
    디스플레이 패널(20)에서의 복수의 개별적으로 어드레스 지정 가능한 픽셀(p-7...p22)의 각 픽셀에 관한 픽셀 강도 데이터 값을 형성하기 위해 이미지 데이터를 처리하는 단계를 포함하고, 이러한 픽셀들은 그룹(21)에서의 상이한 픽셀이 이미지의 상이한 보기에 대응하도록 그룹을 이루며, 한 그룹 내의 각 픽셀은 각각의 분리된 광원(22)에 대해 위치가 정해지고, 상기 픽셀 강도 데이터 값은 각각 이미지를 생성하기 위해 각 픽셀의 광학 특성을 제어하기 위한 것인 방법에 있어서,
    한 그룹 내의 픽셀의 크기는 각 광원에 관한 픽셀의 보기 각도의 함수로서 변하는, 디스플레이 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 그룹(21) 내의 픽셀 크기는 픽셀의 직선 치수 또는 지역 치수 중 적어도 하나를 증가시킴으로써 변하는, 디스플레이 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 그룹(21) 내의 픽셀 크기는, 각 광원(22)의 보기 각도 크기를 보기 각도에 무관하게 하도록 선택되는, 디스플레이 방법.
  23. 제 21항 또는 제 22항에 있어서, 그룹(21) 내의 픽셀 크기는, 그룹에서의 각 픽셀에 의해 디스플레이된 강도를, 보기 각도에 무관하게 되도록 실질적으로 정규화하게 선택되는, 디스플레이 방법.
  24. 제 20항에 있어서, 광학 특성은 광 투과 특성이고, 디스플레이 구동기(52)는 디스플레이될 이미지에 따라 각 픽셀을 통과하는 광량을 제어하도록 적응되는, 디스플레이 방법.
  25. 제 20항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, y축에 대해 보기 각도 의존도가 감소되거나 실질적으로 최소화하도록, 디스플레이 패널(20)의 고유한 광학 특성을 구성하는 단계를 더 포함하는, 디스플레이 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 디스플레이 패널(20)이 정상적으로 사용중일 때, y축은 수직축인, 디스플레이 방법.
  27. 실질적으로 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 설명된 바와 같은 장치.
  28. 실질적으로 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 설명된 바와 같은 방법.
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