KR20110109565A - 백라이트 유닛, 이를 구비한 3ｄ 디스플레이 및 3ｄ 영상 형성 방법 - Google Patents

백라이트 유닛, 이를 구비한 3ｄ 디스플레이 및 3ｄ 영상 형성 방법 Download PDF

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KR20110109565A
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송훈
최윤선
이홍석
배정목
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삼성전자주식회사
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Abstract

백라이트 유닛, 이를 구비한 3D 디스플레이 및 3D 영상 형성 방법이 개시된다.
개시된 백라이트 유닛은 복수 개의 셀로 구획되고, 상기 셀마다 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛을 구비하여 시역을 분리함으로써 3D 영상을 표시할 수 있다.

Description

백라이트 유닛, 이를 구비한 3Ｄ 디스플레이 및 3Ｄ 영상 형성 방법{Backlight unit, 3D display having the same and method of making 3D image}
광의 출광 방향이 조절되는 백라이트 유닛, 이를 구비한 3D 디스플레이, 및 3D 영상 형성 방법에 관한 것이다.
3차원 영상은 사람의 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)가 입체감의 가장 중요한 요인이라고 할 수 있다. 3차원 영상 디스플레이에는 안경을 이용한 디스플레이와 무안경 방식의 디스플레이가 있으며, 무안경 방식의 디스플레이는 안경을 사용하지 않고 좌우 영상을 분리하여 3차원 영상을 얻는 것이다. 무안경 방식에는 예를 들어 패럴렉스 배리어 방식(parallax barrier)과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있다.
패럴렉스 배리어 방식은 좌우 양안이 각각 보아야 할 화상을 교대로 세로 무늬 모양으로 인쇄 또는 사진으로 인화하여 이것을 극히 가느다란 세로 격자열 즉, 배리어를 이용하여 보는 것이다. 이렇게 함으로써, 좌안에 들어올 세로 무늬 화상과 우안에 들어올 세로 무늬 화상이 배리어에 의해 배분되어 좌안과 우안으로 각각 다른 시점(view point)의 화상이 보임으로써 입체 영상으로 보이는 것이다.
렌티큘러 방식은 렌티큘러 렌즈의 초점면에 좌우안에 대응하는 화상을 배치하고, 상기 렌티큘러 렌즈를 통하여 관찰하면 렌즈의 지향 특성에 따라 좌안과 우안에 화상이 분리되어 입체 형상이 형성된다.
그런데, 패럴렉스 배리어 방식이나 렌티큘러 방식은 베리어나 렌즈의 주기, 초점 거리, 방향 등이 고정되어 있어 입체 영상을 감상할 수 있는 영역이 고정되어 있다. 예를 들어, 렌티큘러 렌즈 또는 베리어의 배열 방향에 따라 영상을 볼 수 있는 방향이 정해져 있으므로 가로 보기 또는 세로 보기 중 한 가지 모드에서만 영상을 시청할 수 있다.
광의 출광 방향을 조절할 수 있는 백라이트 유닛을 제공한다.
광의 출광 방향을 조절할 수 있는 백라이트 유닛을 구비하여 영상을 시청할 수 있는 방향을 다양하게 구현할 수 있는 3D 디스플레이를 제공한다.
백라이트 유닛에서 광의 출광 방향을 조절하여 3D 영상을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 복수 개의 셀; 및 상기 셀 별로 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛;을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 출광 유닛은,
곡면에 2차원 어레이 형태로 배열되고, 곡면 형상을 가지는 복수 개의 반사부; 및 상기 반사부에 대응되게 마련되는 광원;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 반사부는 상기 광원으로부터의 광을 콜리메이팅 광으로 반사시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 광원은 각각 독립적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 출광 유닛은,
광원; 상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판; 및 상기 도광판 위에 상기 셀 단위로 구획되고, 전기적 신호에 따라 굴절면의 기울기를 조절할 수 있는 프리즘 어레이;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 도광판은 웨지형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 프리즘 어레이는 전기 습윤 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 프리즘 어레이는 2차원 어레이 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 출광 유닛은,
광을 선택적으로 on-off 스위칭하는 광 어레이; 및 상기 광 어레이로부터 나온 광의 진행 방향을 한정하는 방향 조절부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 출광 유닛은,
광원; 상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판; 상기 도광판 위에 셀 별로 구비된 것으로 각각 독립적으로 개폐되는 복수 개의 셔터를 가지는 셔터 어레이; 및 상기 셔터 어레이 위에 구비된 렌즈 어레이;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 셔터 어레이는 액정 셔터, 전기 습윤 셔터, 또는 FTIR(Fourier Transform Infrared) 셔터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 셔터 어레이는 2차원 구조로 배열될 수 있다
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 출광 유닛은,
상기 셀 단위로 구비되고, 각각 독립적으로 on-off 조절되는 복수 개의 광원을 가지는 광원 어레이; 및 상기 각 셀에 대응되게 구비되어 상기 복수 개의 광원에서 출사된 광의 진행 방향을 한정하는 핀홀 어레이;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 디스플레이는, 백라이트 유닛; 및 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함하고, 상기 백라이트 유닛은,
곡면에 2차원 어레이 형태로 배열되고, 곡면 형상을 가지는 복수 개의 반사부; 및 상기 반사부에 대응되게 마련되는 광원;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 백라이트 유닛은 상기 디스플레이 패널의 스캐닝에 동기되어 광을 출사할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 백라이트 유닛은 광이 좌안과 우안으로 시간 순차적으로 향하도록 조절할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 디스플레이 패널이 제1영역과 제2영역으로 구획되고, 상기 제1영역에 좌안 영상이, 제2영역에 우안 영상이 형성되며, 상기 백라이트 유닛이 상기 제1영역에 대응되는 셀들에서는 광이 좌안으로 출광되도록 하고, 제2영역에 대응되는 셀들에서는 광이 우안으로 출광되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 3D 디스플레이는 위치 파악을 위한 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 영상 형성 방법은,
복수 개의 셀과, 상기 셀 별로 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛을 포함하는 백라이트 유닛의 상기 각 셀에서의 출광 방향을 계산하는 단계;
상기 계산된 출광 방향에 따라 상기 출광 유닛이 출광 방향을 조절하여 좌안으로 광을 출력하는 단계; 및
상기 출광 유닛이 우안으로 광을 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 출광 방향을 계산하는 단계는 디스플레이의 위치를 감지하는 단계 또는 시청자의 눈의 위치를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1은 Ⅱ-Ⅱ선 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 도시한 것이다.
도 7은 디스플레이 패널과 백라이트 유닛의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 디스플레이 패널과 백라이트 유닛의 다른 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 영상 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 영상 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 백라이트 유닛, 이를 구비한 3D 디스플레이 및 3D 영상 형성 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 디스플레이는 광의 출광 방향을 조절할 수 있는 백라이트 유닛을 구비하여 좌안용 영상과 우안용 영상의 시역을 분리함으로써 3D 영상을 표시할 수 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 3D 디스플레이를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 3D 디스플레이는 백라이트 유닛(10)과, 상기 백라이트 유닛(10)으로부터의 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널(20)을 포함할 수 있다. 상기 백라이트 유닛(10)은 복수 개의 셀(Z11...Zmn)을 포함하고, 상기 각 셀은 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛(15)을 포함한다. 예를 들어 상기 셀은 2차원 구조로 배열될 수 있다. 상기 디스플레이 패널(20)은 복수 개의 화소를 포함하고, 각 화소별로 광의 투과율을 제어하여 영상을 형성한다. 상기 디스플레이 팬러(20)은 예를 들어 LCD 패널일 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 출광 유닛(15)은 각 셀별로 광의 출광 방향을 독립적이고 선택적으로 조절하여, 광을 좌안(LE)으로 보내거나 우안으로 보내거나 또는 좌안과 우안에 같이 보내는 것을 선택적으로 할 수 있다. 광을 좌안(LE)과 우안(RE)으로 분리하여 보내는 경우 3D 영상이 표시되고, 좌안과 우안에 같이 보내는 경우 2D 영상이 표시될 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 따른 디스플레이는 2D/3D전환이 가능하다. 또한, 상기 출광 유닛은 출광 방향을 디스플레이의 좌우 방향 뿐만 아니라 상하 방향 또는 대각선 방향으로 조절할 수 있다. 그럼으로써, 입체 영상을 표시할 때 표시 방향의 전환이 가능하다. 예를 들어, 디스플레이를 가로로 놓고 시청할 수 있는 랜드스캐입(landscape) 타입과 세로로 놓고 볼 수 있는 포트레이트(portrait) 타입의 전환이 가능하다.
도 2에 도시된 3D 디스플레이에서는 백라이트 유닛에서 출광 방향을 조절하여 시역을 분리하고, 시간 순차적으로 좌안 영상과 우안 영상을 표시하므로 해상도 저하 없이 3D 영상을 표시할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(100)을 도시한 것이다. 도 3에 도시된 백라이트 유닛(100)은 복수 개의 셀을 포함하고, 각 셀별로 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛(115)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 셀은 예를 들어 제1셀(115a), 제2셀(115b), 제3셀(115b)을 포함할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니며, 상기 복수 개의 셀은 2차원 구조로 배열될 수 있으며, 그 개수나 사이즈는 디스플레이의 사이즈, 화소수, 해상도 등에 따라 변경될 수 있다.
상기 출광 유닛(115)은 반사부(120)와 상기 반사부(120)에 대응되게 배치된 광원(125)을 포함할 수 있다. 상기 반사부(120)는 곡면 형상을 가지며, 상기 광원(125)에서 나온 광을 반사시키는 재질로 형성될 수 있다. 상기 광원(125)은 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 또는 OLED(Organic Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 반사부(120)는 각 셀 내에서 3차원 구조로 배열될 수 있으며, 예를 들어 곡면에 배열된 형태를 가질 수 있다. 이렇게 배열됨으로써 각 반사부(120)의 정방향이 서로 다르게 되어 각 반사부에서 반사되는 광의 방향이 다르게 된다. 상기 반사부(120)가 점대칭 구조로 배열될 수 있으며, 각 셀에서 광원(125)의 on-off를 조절하여 광의 출광 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1셀(115a)에서는 첫 번째 광원을 on하고, 제2셀(115b)에서는 세 번째 광원을 on하고, 제3셀(115c)에서는 다섯 번째 광원을 on함으로써, 각 셀에서의 출광 방향을 조절할 수 있다. 각 셀에서의 광의 출광 방향은 on되는 광원의 위치에 따라 결정되며, 디스플레이의 제어부(미도시)가 각 셀에서의 광원과 출광 방향의 대응 관계에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 광의 출광 방향은 상기 반사부(120)의 배열 구조에 따라 디스플레이의 좌우 방향, 상하 방향, 대각선 방향 등과 같이 다양한 방향으로 제어할 수 있다.
상기 반사부(120)는 예를 들어 광원(125)의 위치를 일 초점으로 하고, 이 광원(125)에서 출사되고 상기 반사부(120)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 된 포물경으로 구성될 수 있다. 상기 광원(125)은 각각에 대응되는 반사부(120)에 설치될 수 있으며, 단면에서 봤을 때 상기 광원(125)을 이은 가상의 선(130)이 곡선이 될 수 있다. 이와 같이 각 광원(125)의 위치와 반사부의 위치에 의한 조합을 이용하여 광의 출광 방향을 조절할 수 있고, 광을 좌안 방향과 우안 방향으로 분리하여 보냄으로써 3차원 영상을 표시할 수 있다. 그리고, 시간 순차적으로 좌안 영상과 우안 영상을 표시함으로써 해상도의 저하 없이 3차원 영상을 표시할 수 있다. 즉, 제1프레임에서는 백라이트 유닛의 각 셀별로 on되는 광원의 위치를 조절하여 광이 좌안을 비추도록 하고, 디스플레이 패널에서는 좌안용 영상을 형성한다. 그리고, 제2프레임에서는 광이 우안만을 비추도록 백라이트 유닛의 각 셀별로 광원의 on 위치를 변경한다. 이때, 디스플레이 패널에서는 우안용 영상을 형성한다.
한편, 각 셀에서 동일한 위치, 예를 들어 각 셀의 중심에 있는 광원을 on하여 광이 디스플레이의 정면으로 향하도록 함으로써 2차원 영상을 표시할 수 있다. 이와 같이 각 셀마다 광의 출광 방향을 조절함으로써 용이하게 2차원 영상과 3차원 영상의 전환을 할 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)을 도시한 것이다. 상기 백라이트 유닛(200)은 광원(205)과, 상기 광원(205)으로부터 출사된 광을 가이드하는 도광판(210)과, 상기 도광판(210) 위에 광의 출광 방향을 조절하는 프리즘 어레이(220)를 포함할 수 있다. 상기 광원(205)은 CCFL(Cold Cathod Fluorescent Lamp), LED, 또는 OLED 등을 포함할 수 있다. 상기 도광판(210)은 상기 광원(205)에서 나온 광을 상기 프리즘 어레이(220)쪽으로 향하도록 가이드한다. 또한, 상기 도광판(210)은 광을 콜리메이팅시켜 점광원이나 선광원을 면광원으로 만들어줄 수 있다. 상기 도광판(210)은 광을 콜리메이팅시키기 위해 웨지형으로 형성될 수 있다. 또는, 도면에 도시되지는 않았지만, 도광판의 상부면 또는 하부면에 프리즘 출광 패턴을 구비하여 광을 콜리메이팅시킬 수 있다. 이러한 프리즘 출광 패턴은 이미 널리 알려져 있다.
상기 프리즘 어레이(220)는 상기 도광판(210) 위에 셀(225) 단위로 구획되고, 전기적 신호에 따라 굴절면(230)의 기울기를 조절함으로써 광의 출광 방향을 조절할 수 있다. 상기 셀(225)은 예를 들어 제1셀(225a), 제2셀(225b), 제3셀(225c)을 포함할 수 있다. 상기 제1셀(225a), 제2셀(225b), 및 제3셀(225c)에서의 굴절면(230)의 기울기를 조절하여 광이 진행하는 방향을 제어함으로써 광이 좌안과 우안으로 분리되어 들어가도록 할 수 있다. 그럼으로써, 3D 영상을 표시할 수 있다. 상기 프리즘 어레이(220)는 예를 들어 전기 습윤 소자(electric wetting device)를 포함할 수 있다. 상기 프리즘 어레이(220)는 전극(207)에 의해 셀별로 구획되고, 전극(207) 사이에는 물과 같은 분극성 액체(229)와, 기름과 같은 무극성 액체(231)가 구비될 수 있다. 상기 분극성 액체(229)와 무극성 액체(231) 사이의 경계면이 굴절면(230)이 된다. 상기 전극(207)의 내벽에는 유전체층(208)이 구비되고, 상기 유전체층(208)은 소수성(hydrophobic) 표면을 가진다. 상기 유전체층(208)은 소수성 박막을 유전체층의 상면에 코팅하거나 소수성 유전체층을 이용함으로써 형성될 수 있다. 전압이 인가되지 않은 경우 분극성 액체(229)는 상기 유전체층(208)과 높은 접촉각을 가지고 기울어지게 된다. 상기 전극(207)에 전압이 인가되면 상기 유전체층(208)과 분극성 액체(229)의 접촉각이 낮아지고, 그럼으로써 상기 굴절면(230)의 기울기가 변한다. 상기 굴절면(230)의 기울기가 변하면 광의 출광 방향이 변한다. 이와 같이, 상기 전극(207)에 전압을 on하거나 off하거나, 전압의 크기를 조절하여 광의 출광 방향을 제어할 수 있다. 여기서는, 상기 프리즘 어레이(220)가 전기 습윤의 원리를 이용하여 출광 방향을 조절하는 예를 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 편광된 광을 이용하여 영상을 형성하는 경우, 액정을 이용하여 출광 방향을 조절하는 것도 가능하다. 이 경우, 전극에 인가되는 전압에 의해 형성된 전기장의 크기에 따라 액정 분자 배열이 변함으로써 액정의 굴절력이 변하는 성질을 이용할 수 있다.
도 4에 도시된 백라이트 유닛(200)에서는 상기 프리즘 어레이(220)에 인가되는 전압의 크기, 방향에 따라 광의 출광 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1시점(t1)에서는 좌안으로 광을 보내고, 제2시점(t2)에서는 우안으로 광을 보내 3차원 영상을 구현할 수 있다. 이와 같이 시간 순차적으로 좌안 영상과 우안 영상을 표시하므로 해상도 저하 없이 3차원 영상을 표시할 수 있다. 한편, 각 셀별로 광이 정면을 향하도록 조절하여 2차원 영상을 표시하는 것도 가능하다. 그럼으로써, 2차원 영상과 3차원 영상의 전환이 가능하다.
다음, 도 5는 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(300)을 도시한 것이다. 상기 백라이트 유닛(300)은 복수 개의 셀을 포함하고, 상기 셀 별로 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛(325)을 포함한다. 상기 출광 유닛(325)은 광을 선택적으로 on-off 스위칭하는 광 어레이와, 상기 광 어레이로부터 나온 광의 진행 방향을 한정하는 방향 조절부를 포함할 수 있다. 광 어레이는 광원(305), 상기 광원(305)으로부터 출사된 광을 가이드하는 도광판(310), 및 상기 도광판(310)의 상부에 구비된 셔터 어레이(327)를 포함할 수 있다. 상기 셔터 어레이(327) 상부에는 렌즈어레이(330)가 구비될 수 있다. 상기 렌즈 어레이(330)가 상기 셔터 어레이(327)를 통과한 광의 방향을 한정하는 방향 조절부로 작용할 수 있다.
상기 광원(305)은 CCFL(Cold Cathod Fluorescent Lamp), LED, 또는 OLED 등을 포함할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 상기 도광판(310)은 산란형 출광 패턴을 가질 수 있다.
상기 셔터 어레이(327)는 셀 별로 복수 개의 셔터를 포함하며, 2차원 구조로 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 셔터 어레이(327)는 제1 내지 제5 셔터(327a)(327b)(327c)(327d)(327e)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 셔터(327a)(327b)(327c)(327d)(327e)는 액정 셔터, 전기 습윤 셔터(electric wetting shutter), 또는 FTIR(Frustrated Total Internal Reflection Shutter; 이하, FTIR 셔터라고 함)를 포함할 수 있다. FTIR 셔터는 광을 리사이클하여 사용함으로써 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
상기 렌즈 어레는(330)는 각 셀별로 렌즈가 구비되고, 상기 렌즈 어레이(330)의 초점 면에 셔터 어레이(327)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀이 2차원 구조를 가지는 경우, 상기 렌즈 어레이(330)도 2차원 배열 구조를 가질 수 있다. 상기 렌즈 어레이(330)와 셔터 어레이(327) 사이에 초점 거리로 간격을 두기 위해 스페이스층(329)이 더 구비될 수 있다. 상기 스페이스층(329)은 상기 렌즈 어레이(330)와 같은 굴절률을 가지는 재질로 형성되거나, 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 셔터 어레이(327)와 도광판(310) 사이에 도광판(310)에서 나온 광을 균일하게 퍼지게 하기 위한 확산판(312), 광 진행 경로를 보정하기 위한 프리즘 시트(314), 밝기 향상 필름(316)이 더 구비될 수 있다.
광원(305)에서 출사된 광이 도광판(310)을 통해 백라이트 유닛(300)의 전면에 퍼지게 되어 상기 광원(305)이 면광원으로 전환된다. 상기 도광판(310)에서 위쪽으로 나온 광은 상기 셔터 어레이(327)의 개폐 동작에 따라 광의 on-off가 제어되며, 개방된 셔터의 위치와 렌즈 어레이(330)의 협동에 의해 광의 진행 방향이 달라진다. 예를 들어, 상기 제1셀(325a)에서 제1 셔터(327a)가 개방되고, 나머지 셔터들이 폐쇄될 때, 광이 도면상 우측 상부로 향할 수 있다. 제2셀(325b)에서 제3셔터(327c)가 개방되고 나머지 셔터들이 폐쇄될 때, 광이 도면상 정면으로 향할 수 있다. 제3셀(325c)에서 제5셔터(327e)가 개방되고, 나머지 셔터들이 폐쇄될 때 광이 도면상 좌측 상부로 향할 수 있다. 이와 같이 각 셀마다 광의 출광 방향을 조절함으로써 좌안과 우안의 시역을 분리하여 3D 영상을 표시할 수 있다. 개방되는 셔터의 위치와, 이에 대응되는 셔터의 위치의 조합을 이용하여 광의 출광 방향을 당양하게 조절할 수 있다. 셔터 어레이가 2차원 구조를 가지는 경우 광의 출광 방향은 상하 좌우 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 디스플레이의 표시 방향을 자유롭게 전환할 수 있고, 그럼으로써 포트레이트 표시 방식과 랜드스케이프 표시 방식 모두가 구현될 수 있다.
한편, 상기 셔터 어레이(327)의 셔터 개방 위치를 조절하여 2차원 영상을 표시할 수 있다. 예를 들어, 상기 셔터 어레이(327)의 모든 셔터를 개방하거나, 각 셀 별로 동일한 위치에 있는 셔터를 개방함으로써 2차원 영상을 표시할 수 있다. 이와 같이 셔터 어레이의 개방 위치를 조절하여 2차원 영상과 3차원 영상의 전환을 용이하게 할 수 있다. 또한, 시간 순차적으로 좌안 영상과 우안 영상을 표시하여 해상도의 저하 없이 3차원 영상을 표시할 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(400)을 도시한 것이다. 상기 백라이트 유닛(400)은 복수 개의 셀(430)로 구획되고, 각 셀별로 광을 출광 방향을 조절하는 출광 유닛(420)을 포함한다. 상기 출광 유닛(420)은 복수 개의 광원이 배열된 광원 어레이(415)와, 상기 광원 어레이(415) 상부에 구비된 핀홀(425)을 포함한다. 상기 광원 어레이는 LED 또는 OLED를 포함할 수 있다. 상기 핀홀(425)은 각 셀(430)에 하나씩 구비될 수 있다. 도 6에서는 상기 광원 어레이(415)가 각 광원의 on-off를 스위칭할 수 있는 광 어레이로 구비된다. 도 5와 비교할 때, 광원(305), 도광판(310), 셔터 어레이(327)가 도 6에서는 광원 어레이(415)에 의해 대체되고, 광원 어레이(415)가 광 어레이 기능을 수행하는 것이다. 상기 광원 어레이(415)는 2차원 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 광원 어레이(415)는 제1 내지 제5 광원(415a)(415b)(415c)(415d)(415e)을 포함할 수 있다. 상기 광원 어레이(415)의 광원 중 on 되는 광원과, 그에 대응되는 핀홀(425)의 협동에 의해 광의 진행 방향이 한정될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수 개의 셀은 제1셀(430a), 제2셀(430b), 제3셀(430c)을 포함할 수 있다. 제1셀(430a)에서 제1광원(415a)이 on되고, 나머지 광원이 off일 때, 제1광원(415a)으로부터의 광이 핀홀(425)을 통해 도면 상 우측 상부로 진행할 수 있다. 제2셀(430b)에서 제3광원(415c)이 on되고, 나머지 광원이 off일 때, 제3광원(415c)으로부터의 광이 핀홀(425)을 통해 상부로 진행할 수 있다. 제3셀(430c)에서 제5광원(415e)이 on이고 나머지 광원이 off일 때, 광이 핀홀(425)을 통해 도면 상 좌측 상부로 진행할 수 있다. 도면에서는 각 셀마다 광의 출광 방향을 독립적으로 조절할 수 있는 것을 보여주기 위해 서로 다른 방향으로 가는 광을 보여준 것이며, 예를 들어 광을 우안으로 보내거나 좌안으로 보내는 경우 각 셀에서의 on되는 광원의 위치와 핀홀(425)의 조합에 따른 출광 방향에 따라 좌안 또는 우안으로 광을 분리하여 보낼 수 있다. 즉, 핀홀과 불이 켜진 광원의 상대적인 위치를 이용하여 광을 원하는 방향으로 보낼 수 있다. 그럼으로써, 3D 영상을 표시할 수 있다. 각 셀의 광원 어레이에서 두 개의 이상의 광을 동시에 on하는 것도 가능하다. 한편, 상기 광원 어레이(415)에서 각 셀마다 동일한 위치에 있는 광원을 on함으로써 2차원 영상을 표시할 수 있다. 이와 같이 상기 백라이트 유닛(400)은 광원 어레이에서 on되는 광원의 위치를 조절함으로써 간단하게 2차원 영상과 3차원 영상이 전환이 가능하다. 또한, 3차원 영상의 구현시, 좌안 영상과 우안 영상 각각에 대해 디스플레이 패널의 전체 영역을 사용하므로 해상도의 저하없이 3차원 영상의 구현이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이는 리프레쉬 레이트를 증가시켜 뷰(2 view) 이상의 영상을 표시할 수 있다. 한 주기의 화면을 한 프레임이라고 하고, 한 프레임에 포함되는 각 시점(view)의 화면에 대응되는 스캐닝 속도를 리프레쉬 레이트라고 한다. 예를 들어, 한 프레임의 주파수가 60Hz이고, 한 프레임이 4 뷰를 구현하기 위해서는, 240Hz 이상의 리프레쉬 레이트가 필요하다. 이와 같이 리프레쉬 레이트를 조절하고, 이 리스레쉬 레이트에 대응되는 속도를 가지고 출광 유닛이 각 뷰에 대응되는 방향으로 출광 방향을 조절하여 광을 보냄으로써 4 뷰의 3차원 영상을 표시할 수 있다. 여기서는 4뷰를 예로 들어 설명한 것이고, 그 이상의 다시점 3차원 영상을 표시하는 것도 가능하다.
도 7은 디스플레이 패널의 스캐닝에 동기되어 백라이트 유닛을 제어하는 방식을 설명하기 위한 도면이다. 디스플레이 패널이 TFT를 이용하여 AM(Active Matrix) 방식으로 구동되거나, PM(Passive Matrix) 방식으로 구동되는 경우 모든 화소가 동시에 같은 프레임을 표시하지 못하고, 스캐닝 방식으로 한 프레임의 화면을 표시한다. 따라서, 한 화면에 좌안 영상과 우안 영상이 혼합되어 표시될 수 있다. 이때, 백라이트 유닛에서 좌안 방향 또는 우안 방향 중 한 방향으로 광을 보내는 경우 크로스토크가 발생될 수 있다. 이러한 크로스토크를 줄이기 위해, 디스플레이 패널의 스캐닝에 동기를 맞춰 백라이트 유닛에서도 출광 방향의 조절을 할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널의 상부 영역에서 T번째 프레임 우안 영상이 형성되고, 디스플레이 패널의 하부 영역에서 T번째 프레임 좌안 영상이 형성될 때, 백라이트 유닛의 상부 영역에서는 광이 우안을 향하도록 조절하고, 백라이트 유닛의 하부 영역에서는 광이 좌안을 향하도록 조절한다.
한편, 도 8a에 도시된 바와 같이 디스플레이 패널을 좌측 영역과 우측 영역으로 구획하고, 제1시점(t1)에서는 좌측 영역에 좌안 영상을, 우측 영역에 우안 영상을 형성한다. 그리고, 백라이트 유닛은 상기 좌안 영상에 대응되는 영역에서는 좌안으로 출광되도록 하고, 상기 우안 영상에 대응되는 영역에서는 우안으로 출광되도록 한다. 그럼으로써, 디스플레이 패널의 스캐닝 방향에 따른 좌안 영상과 우안 영상의 혼합으로 인한 크로스토크를 줄일 수 있다.
도 8b에서는 디스플레이 패널의 좌측 영역에 우안 영상을, 우측 영역에 좌안 영상을 형성한다. 그리고, 백라이트 유닛은 도 8a에 도시된 것과 반대로 백라이트 유닛의 좌측 영역에서는 우안으로 광이 출광되도록 조절하고, 백라이트 유닛의 우측 영역에서는 좌안으로 광이 출광되도록 조절한다. 이와 같이 좌안 영상과 우안 영상을 바꾸어 표시함으로써 해상도가 저하되지 않도록 할 수 있다.
도 8a와 도 8b에 도시된 바와 같이 백라이트 유닛에서 두 영역으로 나누어 출광 방향을 조절하기 위해 백라이트 유닛의 각 셀에서의 밝기나 광원의 on-off 시간 비율을 조절할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 백라이트 유닛(400)에서 각 셀의 광원 어레이에서 광원의 밝기나 이웃하는 광원의 on-off 시간 비율을 조절하여 출광 방향을 두 방향으로 나눌 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 영상 형성 방법에 대해 설명한다.
3D 영상 형성 방법은 도 5를 참조하면, 복수 개의 셀(325a)(325b)(325c)과, 상기 셀 별로 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛(325)을 포함하는 백라이트 유닛의 상기 각 셀에서의 출광 방향을 계산한다. 출광 방향은 광의 출광 각도로 계산될 수 있다. 상기 계산된 출광 방향에 따라 상기 출광 유닛이 출광 방향을 조절하여 좌안으로 광을 출력하고, 상기 출광 유닛이 우안으로 광을 출력함으로써 3차원 영상을 표시할 수 있다. 3D 영상 형성 방법은 앞에서 설명한 백라이트 유닛(100)(200)(300)(400)에 모두 적용 가능하다.
한편, 디스플레이의 위치나 시청자의 눈의 위치를 감지하고, 이 위치에 따라 출광 방향을 계산할 수 있다. 이와 함께, 디스플레이의 위치에 따라 출광 방향을 바꾸어 줌으로써 디스플레이의 표시 방향을 전환할 수 있다. 또한, 시청자의 눈의 위치를 추적하여 출광 방향을 바꾸어 주는 것도 가능하다.
도 9는 디스플레이의 위치에 따라 디스플레이에서 출광 방향이 변하는 것을 보여준다. 예를 들어, 도 5에 도시된 백라이트 유닛(300)에서 셔터 어레이(327)의 개폐 신호에 대응되는 패턴을 보여준다. 디스플레이의 위치는 예를 들어 G 센서(중력 센서)를 이용하여 감지할 수 있다. G 센서는 디스플레이의 중력이 어느 방향으로 작용하는지를 탐지하여 디스플레이의 위치를 감지할 수 있다. 디스플레이는 디스플레이의 위치에 따른 화면 표시 방향에 대한 정보를 가지고 있고, G 센서에 의해 디스플레이 위치가 감지되면, 이 위치에 대응되는 화면 표시 방향을 인지한다. 그리고, 인지된 화면 표시 방향에 대응되도록 백라이트 유닛에서 출광 방향을 조절하여 화면 전환을 한다.
도 10을 참조하면, 아이 트래킹(eye tracking)에 따라 출광 방향을 조절하는 것을 보여 준다. 시청자의 눈의 위치를 확인한다. 그리고, 백라이트 유닛의 각 셀의 센터 위치를 확인한다. 시청자의 눈의 위치를 확인하는 방법으로는 예를 들어 카메라를 통해 확인하는 방법을 이용할 수 있다. 좌안의 위치(XL,YL,ZL), 우안의 위치(XR,YR,ZR)에 따라 각 셀의 출광 각도를 계산한다. 그리고, 백라이트 유닛에 제어 신호를 보내 백라이트 유닛의 각 셀별로 출광 유닛을 제어한다. 예를 들어, 각 셀의 광원의 on-off를 제어하거나, 셔터 어레이의 각 셔터의 개폐를 제어한다.
한편, 영상 데이터에 따라 좌안 영상과 우안 영상이 생성된다. 상기 영상 데이터는 칼라 데이터(RGB) 뿐만 아니라 깊이 데이터(D)를 포함할 수 있다. 영상 데이터가 2차원 영상 데이터를 포함할 수 있음은 물론이다. 여기서는 3차원 영상에 대해서 설명한다. 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터에 따라 디스플레이 제어 신호가 디스플레이 패널에 전달되어 좌안 영상과 우안 영상이 형성된다. 좌안 영상과 우안 영상은 동시에 생성되거나 시간 순차적으로 생성될 수 있다. 좌안 영상에 대해서는 백라이트 유닛의 출광 유닛에서 좌안으로 광을 향하도록 하고, 우안 영상에 대해서는 백라이트 유닛의 출광 유닛에서 우안으로 광을 향하도록 하여 3차원 영상을 구현한다.
자동으로 아이 트래킹이 되도록 하는 것 이외에, 사용자가 임의로 출광 모드를 선택하여 출광 방향을 지정하는 것도 가능하다. 예를 들어, 출광 모드가 정면 출광 모드, 좌측 출광 모드, 우측 출광 모드를 포함할 때, 정면 출광 모드를 선택할 수 있다. 정면 출광 모드를 선택하는 경우 다른 사람들에게는 보이지 않고 사용자 본인만 시청할 수 있도록 할 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
10,100,200,300,400...백라이트 유닛,
15,115,225,325,420...출광 유닛,
20...디스플레이 패널, 120...반사부
125,205,305...광원, 220...프리즘 어레이
327...셔터 어레이, 425...핀홀

Claims (25)

  1. 복수 개의 셀; 및
    상기 셀 별로 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛;을 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    곡면에 2차원 어레이 형태로 배열되고, 곡면 형상을 가지는 복수 개의 반사부; 및
    상기 반사부에 대응되게 마련되는 광원;을 포함하는 백라이트 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 광원으로부터의 광을 콜리메이팅 광으로 반사시키는 백라이트 유닛.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광원은 각각 독립적으로 제어되는 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    광원;
    상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판; 및
    상기 도광판 위에 상기 셀 단위로 구획되고, 전기적 신호에 따라 굴절면의 기울기를 조절할 수 있는 프리즘 어레이;를 포함하는 백라이트 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도광판은 웨지형으로 형성된 백라이트 유닛.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프리즘 어레이는 전기 습윤 소자를 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 프리즘 어레이는 2차원 어레이 구조를 가지는 백라이트 유닛.
  9. 제1항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    광을 선택적으로 on-off 스위칭하는 광 어레이; 및
    상기 광 어레이로부터 나온 광의 진행 방향을 한정하는 방향 조절부;를 포함하는 백라이트 유닛.
  10. 제1항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    광원;
    상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;
    상기 도광판 위에 셀 별로 구비된 것으로 각각 독립적으로 개폐되는 복수 개의 셔터를 가지는 셔터 어레이; 및
    상기 셔터 어레이 위에 구비된 렌즈 어레이;를 포함하는 백라이트 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 셔터 어레이는 액정 셔터, 전기 습윤 셔터, 또는 FTIR(Frustrated Total Internal Reflection) 셔터를 포함하는 백라이트 유닛.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 셔터 어레이는 2차원 구조로 배열되는 백라이트 유닛.
  13. 제1항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    상기 셀 단위로 구비되고, 각각 독립적으로 on-off 조절되는 복수 개의 광원을 가지는 광원 어레이; 및
    상기 각 셀에 대응되게 구비되어 상기 복수 개의 광원에서 출사된 광의 진행 방향을 한정하는 핀홀 어레이;를 포함하는 백라이트 유닛.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 백라이트 유닛; 및
    상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함하는 3D 디스플레이.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 상기 디스플레이 패널의 스캐닝에 동기되어 광을 출사하는 3D 디스플레이.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 광이 좌안과 우안으로 시간 순차적으로 향하도록 조절하여 입체 영상을 표시하는 3D 디스플레이.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널이 제1영역과 제2영역으로 구획되고, 상기 제1영역에 좌안 영상이, 제2영역에 우안 영상이 형성되며, 상기 백라이트 유닛이 상기 제1영역에 대응되는 셀들에서는 광이 좌안으로 출광되도록 하고, 제2영역에 대응되는 셀들에서는 광이 우안으로 출광되도록 하는 3D 디스플레이.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 3D 디스플레이는 위치 파악을 위한 센서를 포함하는 3D 디스플레이.
  19. 복수 개의 셀과, 상기 셀 별로 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛을 포함하는 백라이트 유닛의 상기 각 셀에서의 출광 방향을 계산하는 단계;
    상기 계산된 출광 방향에 따라 상기 출광 유닛이 출광 방향을 조절하여 좌안으로 광을 출력하는 단계; 및
    상기 출광 유닛이 우안으로 광을 출력하는 단계;를 포함하는 3D 영상 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    광을 선택적으로 on-off 스위칭하는 광 어레이; 및
    상기 광 어레이로부터 나온 광의 방향을 한정하는 방향 조절부;를 포함하는 3D 영상 형성 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    광원;
    상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;
    상기 도광판 위에 셀 별로 구비된 것으로 각각 독립적으로 개폐되는 복수 개의 셔터를 가지는 셔터 어레이; 및
    상기 셔터 어레이 위에 셀 별로 구비된 렌즈 어레이;를 포함하는 3D 영상 형성 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 셔터 어레이는 액정 셔터, 전기 습윤 셔터, 또는 FTIR(Frustrated Total Internal Reflection) 셔터를 포함하는 3D 영상 형성 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    상기 셀 단위로 구비되고, 각각 독립적으로 on-off 조절되는 복수 개의 광원을 가지는 광원 어레이; 및
    상기 각 셀에 대응되게 구비되어 상기 복수 개의 광원에서 출사된 광의 진행 방향을 한정하는 핀홀 어레이;를 포함하는 3D 영상 형성 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 광을 출력하는 단계는 이웃하는 셀의 밝기나 on-off 시간 비율을 조절하는 단계를 포함하는 3D 영상 형성 방법.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 출광 방향을 계산하는 단계는 디스플레이의 위치를 감지하는 단계 또는 시청자의 눈의 위치를 감지하는 단계를 포함하는 3D 영상 형성 방법.
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