KR20090002662A

KR20090002662A - 집적영상방식의 3차원 영상표시장치

Info

Publication number: KR20090002662A
Application number: KR1020070066194A
Authority: KR
Inventors: 홍형기
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2009-01-09
Also published as: US20090009425A1; US8766878B2; KR101329164B1

Abstract

본 발명은 집적영상방식 3차원 영상표시장치에 관한 것으로, 본 발명은, 다수의 휘도화소가 정의되며, 휘도가 상기 다수의 휘도화소별로 제어된 광선을 출사시키는 휘도제어패널과; 다수의 경로화소가 정의되며, 입사되는 상기 광선의 경로를 상기 다수의 경로화소별로 제어하여 출사시키는 경로제어패널을 포함하는 집적영상방식 3차원 영상표시장치를 제공한다.

Description

집적영상방식의 3차원 영상표시장치{Integral Photography Type 3-Dimensional Image Display Device}

도1a 및 1b는 집적영상방식 3차원 영상표시의 원리를 설명하는 도면.

도2a는 종래의 집적영상방식 3차원 영상촬영장치의 측단면도.

도2b는 종래의 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 측단면도.

도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치를 개략적으로 도시한 측단면도.

도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 휘도제어패널의 일부와 경로제어패널의 일부 화소를 개략적으로 도시한 측단면도.

도5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 경로제어패널의 일부 화소를 개략적으로 도시한 사시도.

도5b는 도5a의 절단선 V-V에 따른 측단면도.

도6a는 본 발명의 제2실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 경로제어패널의 일부 화소를 개략적으로 도시한 사시도.

도6b는 도6a의 절단선 VI-VI에 따른 측단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 집적영상방식 3차원 영상표시장치

110: 휘도제어패널 120: 경로제어패널

110a: 백라이트유닛 110b: 액정패널

112, 114, 122: 제1, 2, 3광선들 130: 복셀(voxel)

본 발명은 3차원 영상표시장치(3-Dimension Image Display Device)에 관한 것으로, 휘도제어부와 경로제어부를 포함하는 집적영상(Integral Photography)방식 3차원 영상표시장치에 관한 것이다.

평면영상으로부터 3차원의 깊이감과 입체감을 느낄 수 있도록 하는 3차원 영상 구현기술은 디스플레이(display) 등의 직접적인 관련분야를 비롯해서 가전이나 통신 산업은 물론 우주항공, 예술 산업, 자동차 사업 분야 등에 광범위하게 영향을 미치고 있으며, 그 기술적 파급효과는 현재 각광받고 있는 HDTV(High Definition Television) 이상이 될 것으로 기대되고 있다.

인간이 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로 가장 중요하게는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차를 들 수 있지만, 이외에도 심리적, 기억적 요인에도 깊은 관계 가 있고, 이에 따라 3차원 영상 구현기술 역시 관찰자에게 어느 정도의 3차원 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3차원표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.

부피표현방식은 심리적인 요인과 흡입효과에 의해 깊이방향에 대한 원근감이 느껴지도록 하는 방법으로서, 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터그래픽 또는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제공하여 그 공간 내로 빨려 들어가는 것 같은 착시현상을 불러일으키는 이른바 아이맥스 영화 등에 응용되고 있다.

가장 완전한 입체영상 구현기술이라 알려져 있는 3차원표현방식은 레이저광 재생 홀로그래피 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.

그리고 입체감표현방식은 양안(兩眼)의 생리적 요인을 이용하는 입체감을 느끼는 방식으로, 구체적으로 약 65㎜정도 떨어져 존재하는 인간의 좌우안(左右眼)에 시차정보가 포함된 평면의 연관영상이 보일 경우에 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다. 이러한 입체감표현방식은 다안상 표시방식이라 불리며, 실질적인 입체감 생성위치에 따라 관찰자 측의 특수 안경을 이용하는 안경방식 또는 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 또는 인테그럴(integral) 등의 렌즈어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.

부피표현방식 중 하나인 집적영상방식은, 실제 3차원 대상물에서 나오는 광의 분포 및 휘도와 동일한 광특성을 재현함으로써 실제 3차원 대상물이 없더라도 가상의 3차원 입체 영상을 인식하도록 한다.

도1a 및 1b는 집적영상방식 3차원 영상표시의 원리를 설명하는 도면으로, 도1a는 실제 3차원 대상물을 인식하는데 이용되는 표면 출사광을 나타내고, 도1b는 집적영상방식 3차원 영상표시에서 가상의 3차원 입체 영상을 인식하는데 이용되는 광을 나타낸다.

도1a에 도시한 바와 같이, 공간상에 실제 3차원 대상물(10)이 배치되어 있을 경우, 실제 3차원 대상물(10)의 표면에서 출사되는 되는 광선들(10a 내지 10f)에 의하여 실제 3차원 대상물(10)은 입체적으로 인식된다.

즉, 외부광이 실제 3차원 대상물(10)에서 반사되거나 실제 3차원 대상물(10) 스스로가 발광하여 그 표면에서 광선들(10a 내지 10f)을 출사시키고 사용자는 광선들(10a 내지 10f)을 합성하여 입체적 영상을 인식하게 되는 것이다.

도1b에 도시한 바와 같이, 만약 임의의 표시장치를 이용하여 실제 3차원 대상물(도1a의 10)의 표면 광선들(도1a의 10a 내지 10f)과 동일한 광분포 및 휘도를 갖는 가상 광선들(20a 내지 20b)을 출사한다면 사용자는 이들을 합성하여 실제 3차원 대상물(도1a의 10)과 동일한 영상데이터를 갖는 가상의 3차원 대상물(20)을 인식하게 된다.

도2a는 종래의 집적영상방식 3차원 영상촬영장치의 측단면도이고, 도2b는 종래의 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 측단면도이다.

도2a에 도시한 바와 같이, 종래의 집적영상방식 3차원 영상촬영장치(60)는 촬영용 렌즈 어레이(62)와 촬영패널(64)로 이루어진다. 촬영용 렌즈 어레이(62)는 매트릭스 형태로 배치된 다수의 볼록렌즈를 포함하고, 촬영패널(64)은 정지영상일 경우 사진 필름이 사용되고, 동영상일 경우 전하결합소자(CCD; charge-coupled device)가 사용되며, 다수의 화소(미도시)가 정의된다.

집적영상방식 3차원 영상촬영장치(60)의 촬영용 렌즈 어레이(62) 전방에 대상물(50)이 배치되어 있을 경우, 대상물(50)은 촬영용 렌즈 어레이(62)로 다수의 광선(50a)을 출사하고 다수의 광선(50a)은 촬영용 렌즈 어레이(62)에서 집광되어 촬영패널(64)의 각 화소에 기록된다.

이때 촬영패널(64)의 각 화소에는 촬영용 렌즈 어레이(62)의 각 볼록렌즈에서 바라본 대상물(50)에 대응되는 영상들(52)이 기록되므로, 집적영상방식 3차원 영상촬영장치(60)는 대상물(50)을 공간상의 여러 방향에서 바라본 영상 데이터를 얻게 된다.

이러한 영상 데이터는 도2b의 집적영상방식 3차원 영상표시장치에서 표시되고 사용자에 의하여 합성되어 3차원 영상을 구현하게 된다.

도2b에 도시한 바와 같이, 집적영상방식 3차원 영상표시장치(70)는 표시패널(72)과 표시용 렌즈 어레이(74)로 이루어진다. 표시패널(72)은 정지영상일 경우는 사진이 사용되고, 동영상일 경우 평판표시장치(FPD; flat display panel)가 사용되며, 다수의 화소(미도시)가 정의된다. 또한, 표시용 렌즈 어레이(74)는 촬영용 렌즈 어레이(도2a의 62)와 동일하게 매트릭스 형태로 배치된 다수의 볼록렌즈를 포 함한다.

표시패널(72)은 집적영상방식 3차원 영상촬영장치(도2a의 60)에 기록된 영상 데이터를 표시하는데, 이에 따라 표시패널(72)의 각 화소는 여러 방향에서 바라본 대상물(도2a의 50)에 대응되는 영상을 표시하고, 다수의 화소에서 출사된 광선은 표시용 렌즈 어레이(74)의 볼록렌즈에 의하여 집광된다.

볼록렌즈에 의하여 생성되는 광선들(80a)은 공간상에서 다수의 복셀(voxel: volume pixel(입체화소))을 이루고, 다수의 복셀에 표시되는 부분영상들은 한 점에 집적되어 공간상의 특정위치에 대상물(도2a의 50)에 대응되는 영상(80)을 이룬다.

즉, 사용자는 공간상의 영상(80)을 보면서 실제 대상물(도2a의 50)을 보는 것과 같이 느끼게 되어, 집적영상방식 3차원 영상표시장치(70)는 실제 대상물(2a의 50)과 동일한 3차원 영상(80)을 표시하게 된다.

이러한 집적영상방식 3차원 영상표시장치는 공간상에 3차원 영상을 형성하므로 일정한 시야각 내에서는 연속적인 수평, 수직 시차를 제공하여, 혼자 혹은 다수의 사용자가 특수한 안경 없이 자유롭게 3차원 영상을 관측할 수 있지만, 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 형성되는 복셀들의 위치가 고정되어 있어 깊이표현의 범위가 제한되는 단점이 있다.

이는 수동렌즈(passive lens)라고 할 수 있는 렌즈 어레이를 사용하기 때문이다.

즉, 일단 3차원 영상표시장치를 형성하면 렌즈 어레이도 고정되고, 렌즈 어레이의 각 볼록렌즈도 그 위치나 특성을 바꿀 수 없으므로, 렌즈 어레이의 집광 방 향이나 집광 위치를 제어할 수 없어서 3차원 영상표시장치의 영상에 깊이감을 부여할 수 있는 범위가 제한되는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 각 화소에서 표시되는 영상의 휘도 및 경로를 각각 제어함으로써, 눈의 피로가 없는 자연스러운 깊이정보를 갖는 3차원 영상을 표시하는 집적영상방식 3차원 영상표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위하여, 본 발명은 휘도제어패널과 경로제어패널을 포함하는 집적영상방식 3차원 영상표시장치를 제공하는데 그 목적이 있으며, 특히, 경로제어패널은 각 화소별로 광경로를 제어하는 액정으로 이루어진다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다수의 휘도화소가 정의되며, 휘도가 상기 다수의 휘도화소별로 제어된 광선을 출사시키는 휘도제어패널과; 다수의 경로화소가 정의되며, 입사되는 상기 광선의 경로를 상기 다수의 경로화소별로 제어하여 출사시키는 경로제어패널을 포함하는 집적영상방식 3차원 영상표시장치를 제공한다.

상기 다수의 경로화소는 상기 다수의 휘도화소에 1:1 대응되고, 상기 경로제어패널에서 출사되는 광선은 상기 경로제어패널 전방의 공간에서 집광되어 복 셀(voxel)을 이룬다.

상기 휘도제어패널은 액정표시장치 및 프로젝터 중 하나일 수 있으며, 상기 액정표시장치는 고집광 백라이트유닛과; 상기 백라이트유닛 전방에 배치되는 제1기판과; 상기 제1기판과 마주보며 이격된 제2기판과; 상기 제1 및 2기판 사이에 형성된 제1액정층과; 상기 제2기판 내면의 상기 다수의 휘도화소 각각의 경계부에 형성된 제1차단부를 포함한다.

이때 상기 고집광 백라이트유닛에서 출사되는 제1광선은 10ㅀ이내의 입사각으로 상기 제1기판에 공급된다.

또한 상기 경로제어패널은 상기 다수의 경로화소 각각의 경계부에 형성된 제2차단부를 포함하고, 상기 제1 및 2차단부 사이의 간격을 제1거리(D1)라고 하고 상기 제1 및 2차단부 각각의 폭을 제2거리(D2)라고 할 때 상기 제2기판에서 출사되는 제2광선은 θ = arctan(D2/D1)의 입사각으로 상기 경로제어패널에 공급된다.

그리고 상기 경로제어패널은, 서로 마주보며 이격된 제3 및 4기판과; 상기 제3기판 내면의 상기 다수의 경로화소 각각에 형성된 다수의 제1전극과; 상기 제3기판 내면의 상기 다수의 경로화소 각각의 경계부에 형성된 제2차단부와; 상기 제4기판 내면의 전면(全面)에 형성된 제2전극과; 상기 다수의 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 제2액정층을 포함한다.

여기서 상기 제2액정층은 수평배향되고, 상기 다수의 제1전극 각각은 막대형상을 가지고 서로 평행하게 형성되고, 인접한 2개의 상기 제1전극 사이 간격은 서로 상이하다.

그리고 상기 경로제어패널은, 서로 마주보며 이격된 제3 및 4기판과; 상기 제3기판 내면의 상기 다수의 경로화소 각각의 전면(全面)에 형성된 제1전극과; 상기 제3기판 내면의 상기 다수의 경로화소 각각의 경계부에 형성된 제2차단부와; 상기 제1전극 상부에 형성된 프리즘과; 상기 제4기판 내면의 전면(全面)에 형성된 제2전극과; 상기 프리즘과 상기 제2전극 사이에 형성된 제2액정층을 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다. 도3에서 화살표는 각종 광선을 나타내는데, 길이는 광선의 휘도를 의미하고 방향은 경로를 의미한다.

도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치(100)는 휘도제어패널(110)과 경로제어패널(120)을 포함한다.

휘도제어패널(110)은 광원으로 사용되는 백라이트유닛(110a)과 매트릭스 형태로 배치된 다수의 화소(미도시)가 정의되는 액정패널(110b)을 포함한다.

휘도제어패널(110)은 각 화소별로 광의 휘도를 제어하는데, 경로제어패널(120)에서의 인접화소에 의한 간섭을 배제하기 위하여 백라이트유닛(110a)은 출사되는 제1광선들(112)이 백라이트유닛(110a)의 법선을 기준으로 10ㅀ 이내인 고집광 특성을 갖는다.

따라서 백라이트유닛(110a)로부터 출사되는 제1광선들(112)은 균일한 휘도를 가지고 액정패널(110b)로 실질적으로 수직하게 입사된다.

액정패널(110b)은 백라이트유닛(110a)의 제1광선들(112)을 투과시키면서 외부회로에서 제공되는 휘도정보를 갖는 제1부분영상데이터에 따라 각 화소별로 투과율을 제어하여 다수의 부분영상을 상이한 휘도로 표시한다.

즉, 백라이트유닛(110a)으로부터 출사된 제1광선들(112)은 액정패널(110b)을 통과하면서 각 화소별로 부분영상에 대응되는 상이한 휘도를 갖는 제2광선들(114)이 되어 출사된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치(100)의 휘도제어패널(110)은 고집광 백라이트유닛(110a)과 액정패널(110b)로 이루어지는데, 본 발명의 다른 실시예에서는 화소별로 광의 휘도를 제어하며 광선을 경로제어패널에 실질적으로 수직하게 입사시키는 표시패널이면 어떤 형태도 가능하며, 일례로 프로젝터(projector)가 휘도제어패널로 사용될 수 있다.

한편, 각 화소별로 상이한 휘도를 갖도록 제어되어 수직으로 출사된 제2광선들(114)은 경로제어패널(120)에 실질적으로 수직으로 입사된다.

경로제어패널(120)에는 휘도제어패널(110)의 다수의 화소에 실질적으로 1:1로 대응되는 다수의 화소(미도시)가 정의되어 있어서, 상이한 부분영상에 대응되는 제2광선들(114)은 경로제어패널(120)의 해당 화소에 수직으로 입사된다.

이때, 제2광선(114) 각각이 갖고 있는 상이한 부분영상은 경로제어패널(120)의 서로 다른 화소에 입사되므로, 인접화소에 입사되는 부분영상에 의한 간섭이 방지된다.

경로제어패널(120)은 외부회로에서 제공되는 경로정보를 갖는 제2부분영상데이터에 따라 각 화소별로 빛의 진행 경로를 제어하여 다수의 부분영상을 상이한 경로로 표시한다.

즉, 휘도제어패널(110)로부터 출사된 상이한 휘도를 갖는 제2광선들(114)은 경로제어패널(120)의 각 화소에서 경로가 변경되어 상이한 휘도 및 경로를 갖는 제3광선들(122)로 출사된다.

이러한 제3광선들(122)은 각각 부분영상에 대응되는 휘도 및 경로를 갖고 있어서 경로제어패널(120)에서 출사되어 공간상의 임의의 위치에서 집광되어 다수의 복셀(130; voxel)을 형성한다.

이때, 경로제어패널(120)의 각 화소는 대상물에 대응되는 제2부분영상데이터에 따라 제3광선들(122)의 경로를 제어하므로, 공간상의 다양한 깊이에 다수의 복셀(130)을 형성하고 사용자는 실제 대상물과 동일한 광특성을 갖는 다수의 복셀(130)로부터 자연스러운 깊이정보를 갖는 3차원 영상으로 인식한다.

즉, 다수의 복셀(130)을 형성한 제3광선들(122)은 실제 대상물에서 출사되는 빛과 동일한 제4광선들(132)로 사용자에게 전달되며, 사용자는 제4광선들(132)을 실제 대상물과 동일한 3차원 영상으로 인식하는 것이다.

이러한 휘도제어패널(110)의 동작을 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 휘도 제어패널의 일부와 경로제어패널의 일부 화소를 개략적으로 도시한 측단면도이다.

도4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치에서, 휘도제어장치의 액정패널(110b)은 제1 및 2휘도화소(Pa1, Pa2)를 포함하고, 경로제어패널(120)은 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2)를 포함한다.

또한, 액정패널(110b)은 제1 및 2기판(116, 117)과 제1 및 2기판(116, 117) 사이에 형성된 제1액정층(118)을 포함한다.

이때 제1휘도화소(Pa1)를 통과한 광선이 제1경로화소(Pb1)로 입사되고, 제2휘도화소(Pa2)를 통과한 광선이 제2경로화소(Pb2)로 입사되도록 제1 및 제2휘도화소(Pa1, Pa2)는 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2)에 1:1 대응된다.

즉, 백라이트(도3의 110a)로부터 출사된 광선은 액정패널(110b)의 제1 및 제2휘도화소(Pa1, Pa2)를 통과하면서 각각의 부분영상에 대응되는 상이한 휘도를 갖고 액정패널(110b)로부터 출사되고, 경로제어패널(120)의 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2)를 통과하면서 각각의 부분영상에 대응되는 상이한 경로를 갖고 경로제어패널(120)로부터 출사된다.

집적영상방식 3차원 영상표시장치(도3의 100)는 각 화소를 통과하는 광선이 실제 대상물에 대응되는 휘도 및 경로를 갖도록 제어하고 이를 위하여 해당 화소의 휘도 및 경로에 대응되는 제1 및 제2부분영상신호가 휘도제어패널(도3의 110) 및 경로제어패널(120)에 각각 입력된다.

즉, 제1휘도화소(Pa1) 및 제1경로화소(Pb1)에는 하나의 부분영상에 대응되는 휘도 및 경로 정보를 갖는 부분영상신호가 입력되고, 제2휘도화소(Pa2) 및 제2경로 화소(Pb2)에는 다른 하나의 부분영상에 대응되는 휘도 및 경로 정보를 갖는 부분영상신호가 입력된다.

만약 제1휘도화소(Pa1)를 통과한 광선이 제2경로화소(Pb2)를 통과하거나, 제2휘도화소(Pa2)를 통과한 광선이 제1경로화소(Pb1)를 통과한다면, 실제 대상물에 대응되지 않는 휘도 및 경로를 갖게 되고 이것은 집적영상방식 3차원 영상표시장치(도3의 100)가 생성하는 복셀에 의한 3차원 영상에 노이즈(noise)로 작용하게 된다.

물론 고집광 백라이트유닛(도3의 110a)을 사용하여 액정패널(110b)로부터 출사되는 광선이 최대한 수직으로 출사되게 하여, 이러한 대응되지 않는 인접 화소 간의 간섭에 의한 노이즈를 방지하고 있으나, 그 방지 효과를 좀 더 개선하고 고집광 백라이트유닛(도3의 110a)의 집광도의 마진(margin)을 확보하기 위하여, 휘도제어장치의 액정패널(110b) 및 경로제어장치(120)는 각각 화소간의 경계부에 제1 및 2차단부(119, 129)를 포함한다.

도4에서는 제1차단부(119)가 액정패널(110b)의 제2기판(117)에 형성된 것을 도시하였으나 다른 실시예에서는 제1기판에 형성될 수도 있다.

제1 및 2차단부(119, 129) 사이의 거리를 제1거리(D1)라고 하고, 제1 및 2차단부(119, 129)가 동일한 폭인 제2거리(D2)를 가질 때, 제1차단부(119)의 가장자리에 걸치면서 제1휘도화소(Pa1)를 통과한 광선이 제2차단부(129)의 가장자리에 걸쳐서 제2경로화소(Pb2)에 입사되지 않아야 하므로, 액정패널(110b)의 출사광의 출사각 또는 경로제어패널(120)의 입사광의 입사각(θ)은 다음 식(1)을 만족해야 한다.

θ = arctan(D2/D1) ------ (1)

예를 들어, 백라이트유닛(도3의 110a)의 집광도가 약 10ㅀ라고 할 경우 제1 및 2거리(D1, D2)는 "D2/D1 = tan(10ㅀ)"를 만족하도록 결정된다.

한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 경로제어패널은 액정을 이용하여 형성할 수 있는데 이를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 경로제어패널의 일부 화소를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도5b는 도5a의 절단선 V-V에 따른 측단면도이다.

도5a 및 5b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 경로제어패널(120)은 제3 및 4기판(140, 142)과 제3 및 4기판(140, 142) 사이에 형성된 제2액정층(144)을 포함하고, 휘도제어패널(도3의 110)의 제1 및 2휘도화소(도4의 Pa1, Pa2)에 대응되는 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2)가 정의된다.

제3기판(140)의 내면의 각 경로화소(Pb1, Pb2)에는 화소전극으로서 다수의 제1전극(146)이 형성되고, 다수의 제1전극(146) 상부의 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2)의 경계에는 제2차단부(129)가 형성된다.

도시하지는 않았지만, 다수의 제1전극(146)은 스위칭소자와 연결되고, 스위칭소자의 개폐에 따라 다수의 제1전극(146)에 인가되는 전압을 경로화소별로 제어 할 수 있다.

이때 다수의 제1전극(146)과 제2차단부(129) 사이와 제2차단부(129)와 제2액정층(144) 사이에는 각각 절연막이 형성될 수 있다.

도5a 및 5b에 도시하지는 않았지만, 제2액정층(144)과 접하는 제3 및 4기판(140, 142)의 내면 최상부에는 각각 배향막이 형성될 수 있고, 제2액정층(144)은 수평배향 될 수 있다.

제1실시예에서는 제2차단부(129)가 다수의 제1전극(146)과 제2액정층(144) 사이에 형성되는 것으로 도시하였지만, 다른 실시예에서는 제2차단부(129)가 제3기판(140)과 다수의 제1전극(146) 사이에 형성되거나 다수의 제1전극(146)과 동일층으로 형성될 수도 있다.

다수의 제1전극(146) 각각은 막대형상을 가지고 서로 평행하게 배치되는데, 인접한 2개의 제1전극(146) 사이 간격은 동일하지 않고 서로 상이하다.

즉, 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2) 각각의 내에서 다수의 제1전극은 이격 간격을 달리하며 배치되는데, 예를 들어 경로화소의 일 가장자리에서 마주보는 타 가장자리로 갈수록 이격 간격이 점점 커지거나 작아지도록 배치될 수 있다.

제4기판(142)의 내면 전면(全面)에는 공통전극으로서 제2전극(148)이 형성된다.

다수의 제1전극(146)과 제2전극(148)에 전압이 인가되어 전기장이 생성되고, 제2액정층(144)은 전기장에 의하여 구동된다.

이때 다수의 제1전극(146)의 배치형태에 따라 생성되는 전기장의 세기와 방향 등의 분포가 달라지고 이에 따라 제2액정층(144)의 액정분자(144a)의 정렬상태가 달라진다.

예를 들어, 다수의 제1전극(146)간의 이격 간격이 큰 영역과 작은 영역을 비교하면, 이격 간격이 작은 영역에서 전기장의 방향은 제3 및 4기판(140, 142)에 수직인 방향성분이 많고 전기장의 세기는 크며, 이격 간격이 큰 영역에서 전기장의 방향은 제3 및 4기판(140, 142)에 수직인 방향성분이 적고 전기장의 세기는 작다.

생성된 전기장에 의하여 제2액정층(144)의 액정분자(144a)가 위치별로 상이하게 재배열되면 제2액정층(144)은 위치별로 상이한 위상차를 갖게 되고 이것은 위상차면(144b)으로 나타낼 수 있다.

즉, 광선이 제2액정층(144)을 통과할 때 위상변화를 겪는데, 제2액정층(144)이 위치별로 상이한 위상차를 가질 경우에는 위상변화 뿐만이 아니라 경로변화도 겪게 된다.

이러한 경로변화는 굴절률이 다른 두 매질 경계에서의 굴절과 유사하므로, 위치별로 상이한 위상차를 갖는 액정층(144)은 위상차면(144b)을 매질 경계로 하는 렌즈로 해석할 수 있다.

도5b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서는 다수의 제1전극(146)을 적절히 배치 형성하여, 위상차면(144b)이 제3 및 4기판(140, 142)에 대하여 기울어진 직선이 된다.

이에 따라, 경로제어패널(120)로 입사되는 광선은 경로제어패널(120)에서 굴 절되어 입사한 경로에서 꺾인 경로로 출사된다.

이때 다수의 제1전극(146)에 인가되는 전압의 크기에 따라 위상차면(144b)이 제3 및 4기판(140, 142)과 이루는 경사각이 달라지므로, 경로제어패널(120)의 굴절각을 제어할 수 있고 경로제어패널(120)로부터 출사되는 광선의 경로 또한 제어할 수 있다.

그리고 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2)의 다수의 제1전극(146)에는 상이한 전압이 인가될 수 있으므로, 경로제어패널(120)은 입사되는 광선들의 경로를 화소별로 제어할 수 있다.

즉, 제1경로화소(Pb1)의 다수의 제1전극(146)에는 제1전압이 인가되고, 제2경로화소(Pb2)의 다수의 제1전극(146)에는 제1전압과 상이한 제2전압이 인가되어, 도5b에 도시한 바와 같이, 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2)에 수직으로 입사한 광선들이 각각 경로화소의 경계선 방향으로 굴절되어 출사되므로 경로제어패널(120) 전방에서 한 점으로 집광되어 복셀을 형성할 수 있다.

한편, 경로제어패널은 다른 방법으로 형성할 수 있는데 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도6a는 본 발명의 제2실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 경로제어패널의 일부 화소를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도6b는 도6a의 절단선 VI-VI에 따른 측단면도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치는 제1실시예 와 마찬가지로 액정표시장치 또는 프로젝터가 휘도제어패널로 사용될 수 있다.

도6a 및 6b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치의 경로제어패널(220)은 제3 및 4기판(240, 242)과 제3 및 4기판(240, 242) 사이에 형성된 제2액정층(244)을 포함하고, 휘도제어패널(도3의 110)의 제1 및 2휘도화소(도4의 Pa1, Pa2)에 대응되는 제1 및 제2경로화소(Pb1, Pb2)가 정의된다.

제3기판(240)의 내면의 각 경로화소(Pb1, Pb2) 전면(全面)에는 화소전극으로서 제1전극(246)이 형성되고, 제1 및 제2경로화소(Pb1, Pb2)의 경계에는 제1전극(246)과 동일한 층으로 제2차단부(229)가 형성된다.

도시하지는 않았지만, 제1전극(246)은 스위칭소자와 연결되고, 스위칭소자의 개폐에 따라 제1전극(246)에 인가되는 전압을 경로화소별로 제어할 수 있다.

이때 제1전극(246) 및 제2차단부(229)와 제2액정층(244) 사이에는 절연막이 형성될 수 있다.

제2실시예에서는 제2차단부(229)가 제1전극(246)과 동일층으로 형성되는 것으로 도시하였지만, 다른 실시예에서는 제2차단부(229)가 제3기판(240)과 제1전극(246) 사이에 형성되거나 제1전극(246) 상부에 형성될 수도 있다.

제1전극(246)과 제2액정층(244) 사이에는 프리즘(250)이 형성되어 있다.

프리즘(250)은 제1굴절률(n1)을 가지는 물질로 이루어지며 삼각기둥의 형태로 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2)에 걸쳐서 형성되어, 단면으로 볼 때 제2액정층(244)과 경계를 이루는 상부 표면이 제3 및 4기판(240, 242)에 대하여 경사지게 형성된다.

제4기판(142)의 내면 전면(全面)에는 공통전극으로서 제2전극(248)이 형성된다.

도6a 및 6b에 도시하지는 않았지만, 제2액정층(244)과 접하는 프리즘(250) 상부 및 제4기판(242)의 내면 최상부에는 각각 배향막이 형성될 수 있다.

제1전극(246)과 제2전극(248)에 전압이 인가되어 전기장이 생성되고, 제2액정층(244)은 전기장에 의하여 구동된다.

이때 프리즘(250)과 액정층(244)은 굴절률 차이에 따라 입사광을 굴절시키는데, 액정층(244)은 생성되는 전기장에 따라 상이한 굴절률을 가지므로 입사광의 출사경로는 제1전극(246)에 인가되는 전압에 의해 경로화소별로 제어된다.

예를 들어, 제1경로화소(Pb1)의 제1전극(246)에 제1전압을 인가하여 액정층(244)이 프리즘(250)의 제1굴절률(n1)과 상이한 제2굴절률(n2)을 갖게 하면(n1=n2), 경로제어패널(220)에 수직으로 입사한 광선은 굴절되어 경로제어패널(220)에 대하여 경사지게 출사된다. 이때 출사광의 경로는 제1전압의 크기에 따라 달라진다.

그리고 제2경로화소(Pb2)의 제1전극(246)에 제2전압을 인가하여 액정층(244)이 프리즘(250)의 제1굴절률과 동일한 제2굴절률(n2)을 갖게 하면(n1=n2), 경로제어패널(220)에 수직으로 입사한 광선은 굴절되지 않고 직진하여 경로제어패널(220)에 대하여 수직으로 출사된다.

그러므로 액정층(244)의 굴절률은 제1전극(246)에 인가되는 전압의 크기에 따라 변화하며, 경로제어패널(220)로 입사되는 광선의 경로는 제1전극(246)에 인가되는 전압에 따라 제어된다.

그리고 제1 및 2경로화소(Pb1, Pb2)의 제1전극(246)에는 상이한 전압이 인가될 수 있으므로, 경로제어패널(220)은 입사되는 광선들의 경로를 화소별로 제어할 수 있다.

즉, 제1경로화소(Pb1)의 제1전극(246)에는 제1전압이 인가되고, 제2경로화소(Pb2)의 제1전극(246)에는 제1전압과 상이한 제2전압이 인가되어, 도6b에 도시한 바와 같이, 제1경로화소(Pb1)에 수직으로 입사된 광선은 경로화소의 경계선 방향으로 굴절되어 출사되고 제2경로화소(Pb2)에 수직으로 입사한 광선은 굴절되지 않고 수직으로 출사되어 경로제어패널(120) 전방에서 한 점으로 집광되어 복셀을 형성할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

본 발명에 따른 집적영상방식 3차원 영상표시장치는, 입사광의 휘도를 화소별로 제어하는 휘도제어패널과 입사광의 경로를 화소별로 제어하는 경로제어패널을 포함하여 각 화소의 부분영상이 집적되어 생성되는 집적영상에 깊이감을 부여하므로, 자연스러운 깊이정보를 갖는 3차원 영상을 표시한다.

Claims

다수의 휘도화소가 정의되며, 휘도가 상기 다수의 휘도화소별로 제어된 광선을 출사시키는 휘도제어패널과;

다수의 경로화소가 정의되며, 입사되는 상기 광선의 경로를 상기 다수의 경로화소별로 제어하여 출사시키는 경로제어패널

을 포함하는 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 경로화소는 상기 다수의 휘도화소에 1:1 대응되는 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 경로제어패널로부터 출사되는 광선은 상기 경로제어패널 전방의 공간에서 집광되어 복셀(voxel)을 이루는 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 휘도제어패널은 액정표시장치 및 프로젝터 중 하나인 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 4 항에 있어서,

상기 액정표시장치는,

고집광 백라이트유닛과;

상기 백라이트유닛 전방에 배치되는 제1기판과;

상기 제1기판과 마주보며 이격된 제2기판과;

상기 제1 및 2기판 사이에 형성된 제1액정층과;

상기 제2기판 내면의 상기 다수의 휘도화소 각각의 경계부에 형성된 제1차단부

를 포함하는 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 5 항에 있어서,

상기 고집광 백라이트유닛에서 출사되는 제1광선은 10ㅀ이내의 입사각으로 상기 제1기판에 공급되는 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 6 항에 있어서,

상기 경로제어패널은 상기 다수의 경로화소 각각의 경계부에 형성된 제2차단부를 포함하고, 상기 제1 및 2차단부 사이의 간격을 제1거리(D1)라고 하고 상기 제1 및 2차단부 각각의 폭을 제2거리(D2)라고 할 때 상기 제2기판에서 출사되는 제2광선은 θ = arctan(D2/D1)의 입사각으로 상기 경로제어패널에 공급되는 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 경로제어패널은,

서로 마주보며 이격된 제3 및 4기판과;

상기 제3기판 내면의 상기 다수의 경로화소 각각에 형성된 다수의 제1전극과;

상기 제3기판 내면의 상기 다수의 경로화소 각각의 경계부에 형성된 제2차단부와;

상기 제4기판 내면의 전면(全面)에 형성된 제2전극과;

상기 다수의 제1전극과 상기 제2전극 사이에 형성된 제2액정층

을 포함하는 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 8 항에 있어서,

상기 제2액정층은 수평배향되는 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 8 항에 있어서,

상기 다수의 제1전극 각각은 막대형상을 가지고 서로 평행하게 형성되고, 인접한 2개의 상기 제1전극 사이 간격은 서로 상이한 집적영상방식 3차원 영상표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 경로제어패널은,

서로 마주보며 이격된 제3 및 4기판과;

상기 제3기판 내면의 상기 다수의 경로화소 각각의 전면(全面)에 형성된 제1전극과;

상기 제3기판 내면의 상기 다수의 경로화소 각각의 경계부에 형성된 제2차단부와;

상기 제1전극 상부에 형성된 프리즘과;

상기 제4기판 내면의 전면(全面)에 형성된 제2전극과;

상기 프리즘과 상기 제2전극 사이에 형성된 제2액정층

을 포함하는 집적영상방식 3차원 영상표시장치.