KR20120025281A

KR20120025281A - 입체영상표시장치

Info

Publication number: KR20120025281A
Application number: KR1020100087576A
Authority: KR
Inventors: 박주언; 이경진
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-03-15

Abstract

본 발명의 입체영상표시장치는 집적영상(integral imaging)방식으로 3차원 영상을 시청할 수 있는 입체영상표시장치에 있어서, 요소화상(elemental image)의 크기를 2배로 증가시키는 한편, 120Hz 이상에서 홀수와 짝수 번째의 액정렌즈를 순차적으로 구동함으로써 해상도의 저하 없이 광시야각(wide viewing angle)을 구현하기 위한 것으로, 다수의 화소로 이루어진 다수의 요소화상이 정의되어 여러 방향에서 바라본 대상물에 대응되는 영상을 표시하는 표시패널; 및 상기 표시패널과 사용자 사이에 배치되며, 상기 다수의 화소에서 출사된 광선을 집광하여 공간상의 특정위치에 상기 대상물에 대응되는 영상을 표시하는 표시용 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 표시용 렌즈 어레이는 120Hz 이상에서 프레임을 2개 이상으로 나누어 순차적으로 구동하는 다수의 액정렌즈로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

입체영상표시장치{STEREOSCOPIC 3D DISPLAY DEVICE}

본 발명은 입체영상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집적영상(integral imaging)방식으로 3차원 영상을 시청할 수 있는 입체영상표시장치에 관한 것이다.

3D 디스플레이(display)란 간단히 정의를 내리자면 "인위적으로 3D화면을 재생시켜 주는 시스템의 총체"라고 할 수 있다.

여기서, 시스템이란 3D로 보여질 수 있는 소프트웨어적인 기술과 그 소프트웨어적 기술로 만든 컨텐츠를 실제로 3D로 구현해내는 하드웨어를 동시에 포함한다. 소프트웨어 영역까지 포함시키는 이유는 3D 디스플레이 하드웨어의 경우 각각의 입체 구현방식마다 별도의 소프트웨어적 방식으로 구성된 컨텐츠가 따로 필요하기 때문이다.

또한, 가상 3D 디스플레이는 사람이 입체감을 느끼는 여러 요인 중 우리 눈이 가로방향으로 약 65mm 떨어져 있어서 나타나게 되는 양안시차(binocular disparity)를 이용하여 평면적인 디스플레이 하드웨어에서 말 그대로 가상적으로 입체감을 느낄 수 있게 하는 시스템의 총체이다. 다시 말해 우리의 눈은 양안시차 때문에 똑같은 사물을 바라보더라도 각각 약간은(정확히 말하면 좌우의 공간적 정보를 약간씩 나눠 가지고 있는) 다른 화상을 보게 되고, 이 두 화상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합시킴으로써 우리가 입체감을 느낄 수 있게 되는데, 그것을 이용하여 2D 디스플레이 장치에서 좌우 화상 2개를 동시에 표시하여 각각의 눈으로 보내는 설계를 통해 가상적인 입체감을 만들어 내는 것이 바로 가상 3D 디스플레이인 것이다.

이러한 가상 3D 디스플레이 하드웨어 장치에서 하나의 화면으로 두 채널의 화상을 나타내기 위해서는 대부분의 경우 하나의 화면에서 가로나 세로의 한쪽 방향으로 줄을 한 줄씩 바꿔가며 한 채널씩 출력하게 된다. 그렇게 동시에 두 채널의 화상이 하나의 디스플레이 장치에서 출력되면 하드웨어적 구조상 무안경 방식의 경우에는 오른쪽 화상은 그대로 오른쪽 눈으로 들어가고, 왼쪽 화상은 왼쪽 눈으로만 들어가게 된다. 또한, 안경을 착용하는 방식의 경우에는 각각의 방식에 맞는 특수한 안경을 통하여 오른쪽 화상은 왼쪽 눈이 볼 수 없게 가려주고, 왼쪽 화상은 오른쪽 눈이 볼 수 없게 각각 가려주는 방법을 사용한다.

이와 같이 사람이 입체감과 깊이감을 느끼는 요인으로 가장 중요하게는 두 눈 사이의 간격에 의한 양안시차를 들 수 있지만, 이외에도 심리적, 기억적 요인에도 깊은 관계가 있고, 이에 따라 입체 구현방식 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(holography) 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.

그리고, 입체감표현방식은 양안의 생리적 요인을 이용하여 입체감을 느끼는 방식으로, 전술한 바와 같이 약 65㎜ 떨어져 존재하는 인간의 좌, 우안에 시차정보가 포함된 평면의 연관 영상이 보일 경우에 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 입체 사진술(stereography)을 이용한 것이다. 이러한 입체감표현방식은 크게 안경을 착용하는 방식과 안경을 착용하지 않는 무안경 방식이 있다.

안경을 착용하지 않는 방식으로서 알려진 대표적인 것으로는 원통형의 렌즈를 수직으로 배열한 렌티큘러(lenticular) 렌즈 판을 표시패널 전방에 설치하는 렌티큘러 방식과 패러렉스 배리어(parallax barrier) 방식이 있다.

부피표현방식 중 하나인 집적영상(integral imaging)방식은 실제 3차원 대상물에서 나오는 광의 분포 및 휘도와 동일한 광 특성을 재현함으로써 실제 3차원 대상물이 없더라도 가상의 3차원 입체영상을 인식하도록 한다.

상기 집적영상방식은 시차 배리어로서 곤충은 복안(複眼)과 닮은 렌즈를 이용하여 각각의 렌즈에 대응하는 요소화상(elemental image)을 렌즈의 배후에 배열하여 표시하는 방식이며, 플리핑(flipping)이 없이 완전히 연속적인 운동시차로 되어 수평, 수직, 경사방향 모두 실물에 가까운 관선을 재현할 수 있다. 요소화상은 유한한 사이즈로 이산(離散)적인 화소로 나누어져 있지 않고 연속적인 것이 바람직하지만, 요소화상을 액정표시소자와 같은 이산적인 화소의 집합에 의해 구성할 경우에도 화소 피치의 정밀도를 높이면 실용상 문제없을 정도의 레벨의 연속적인 운동시차를 얻을 수 있다.

이하, 상기 집적영상방식의 입체영상표시장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 집적영상방식의 3차원 영상촬영장치의 개념을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 2는 일반적인 집적영상방식의 입체영상표시장치의 개념을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 집적영상방식의 3차원 영상촬영장치는 촬영용 렌즈 어레이(20')와 촬영패널(30')로 이루어진다.

상기 촬영용 렌즈 어레이(20')는 매트릭스 형태로 배치된 다수의 볼록렌즈를 포함하고, 상기 촬영패널(30')은 정지영상일 경우 사진 필름이 사용되고, 동영상일 경우 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)가 사용되며, 다수의 화소(미도시)가 정의된다.

집적영상방식 3차원 영상촬영장치의 촬영용 렌즈 어레이(20') 전방에 대상물(10')이 배치되어 있을 경우, 대상물(10')은 촬영용 렌즈 어레이(20')로 다수의 광선(12')을 출사하고 다수의 광선(12')은 촬영용 렌즈 어레이(20')에서 집광되어 촬영패널(30')의 각 화소에 기록된다.

이때, 상기 촬영패널(30')의 각 화소에는 촬영용 렌즈 어레이(20')의 각 볼록렌즈에서 바라본 대상물(10')에 대응되는 영상들(15')이 기록되므로, 집적영상방식 3차원 영상촬영장치는 대상물(15')을 공간상의 여러 방향에서 바라본 영상 데이터를 얻게 된다.

이러한 영상 데이터는 도 2의 집적영상방식의 입체영상표시장치에서 표시되고 사용자에 의하여 합성되어 3차원 영상을 구현하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 집적영상방식의 입체영상표시장치는 표시패널(30)과 표시용 렌즈 어레이(20)로 이루어진다.

표시패널(30)은 정지영상일 경우는 사진이 사용되고, 동영상일 경우 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)가 사용되며, 다수의 화소(미도시)가 정의된다. 또한, 표시용 렌즈 어레이(20)는 촬영용 렌즈 어레이(상기 도 1의 20')와 동일하게 매트릭스 형태로 배치된 다수의 볼록렌즈를 포함한다.

표시패널(30)은 집적영상방식의 3차원 영상촬영장치(상기 도 1의 30')에 기록된 영상 데이터를 표시하는데, 이에 따라 표시패널(30)의 각 화소는 여러 방향에서 바라본 대상물(상기 도 1의 15')에 대응되는 영상(15)을 표시하고, 다수의 화소에서 출사된 광선은 표시용 렌즈 어레이(20)의 볼록렌즈에 의하여 집광된다.

볼록렌즈에 의하여 생성되는 광선(12)들은 공간상에서 다수의 입체화소(voxel)를 이루고, 다수의 입체화소에 표시되는 부분 영상들은 한 점에 집적되어 공간상의 특정위치에 대상물(상기 도 1의 10')에 대응되는 영상(10)을 이룬다.

즉, 사용자는 공간상의 영상(10)을 보면서 실제 대상물(10')을 보는 것과 같이 느끼게 되어, 집적영상방식의 입체영상표시장치는 실제 대상물(10')과 동일한 3차원 영상(10)을 표시하게 된다.

이러한 집적영상방식의 입체영상표시장치는 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 입체화소들의 위치가 고정되어 있어 깊이표현의 범위(depth range)가 제한되는 단점이 있다.

이는 수동렌즈(passive lens)라고 할 수 있는 렌즈 어레이를 사용하기 때문이다. 즉, 일단 입체영상표시장치를 형성하면 렌즈 어레이도 고정되고, 렌즈 어레이의 각 볼록렌즈도 그 위치나 특성을 바꿀 수 없으므로, 렌즈 어레이의 집광 방향이나 집광 위치를 제어할 수 없어서 입체영상표시장치의 영상에 깊이감을 부여할 수 있는 범위가 제한되는 것이다.

또한, 일반적인 집적영상방식의 입체영상표시장치는 볼록렌즈라는 광학 렌즈를 사용하기 때문에 2D 모드와 3D 모드 사이의 전환이 불가능하고, 제한된 시야각(viewing angle) 및 낮은 해상도(resolution)를 갖는 단점을 극복해야 할 문제로 가지고 있다.

도 3은 일반적인 집적영상방식의 입체영상표시장치에 있어, 시야각을 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 일반적인 집적영상방식의 입체영상표시장치에 있어, 시야각(Ω1)은 렌즈 어레이(20)와 표시패널(30) 사이의 거리(g1) 및 요소화상(35)의 피치(P1)와 관련이 있으며, 이는 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다.

[수학식]

상기 일반적인 집적영상방식의 입체영상표시장치는 요소화상(35)의 피치(P1)가 증가할수록 시야각(Ω1)이 증가하게 되는데, 이때 상기 요소화상(35)의 피치(P1)의 증가에 따라 해상도는 저하되게 되어 상기 시야각(Ω1)과 해상도는 트레이드 오프(trade off) 관계를 가지고 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 집적영상방식으로 3차원 영상을 시청할 수 있는 입체영상표시장치에 있어서, 액정렌즈를 이용하여 2D 모드와 3D 모드를 모두 구현하도록 한 입체영상표시장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 해상도의 저하 없이 광시야각을 구현하도록 한 입체영상표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 입체영상표시장치는 다수의 화소로 이루어진 다수의 요소화상이 정의되어 여러 방향에서 바라본 대상물에 대응되는 영상을 표시하는 표시패널; 및 상기 표시패널과 사용자 사이에 배치되며, 상기 다수의 화소에서 출사된 광선을 집광하여 공간상의 특정위치에 상기 대상물에 대응되는 영상을 표시하는 표시용 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 표시용 렌즈 어레이는 120Hz 이상에서 프레임을 2개 이상으로 나누어 순차적으로 구동하는 다수의 액정렌즈로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 다수의 화소에서 출사된 광선은 상기 표시용 렌즈 어레이의 액정렌즈에 의하여 집광되고, 상기 액정렌즈에 의하여 생성되는 광선들은 공간상에서 다수의 입체화소를 이루고, 상기 다수의 입체화소에 표시되는 부분 영상들은 한 점에 집적되어 공간상의 특정위치에 상기 대상물에 대응되는 영상을 표시하는 것을 특징으로 한다.

상기 표시패널은 액정표시장치, 유기발광표시장치, 전계발광표시장치, 플라즈마영상표시장치, 전기발광표시장치 중 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 요소화상의 피치(pitch)를 2배 증가시켜 시야각을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

상기 액정렌즈의 피치는 상기 요소화상의 피치와 동일하거나 작게 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 액정렌즈는 120Hz에서 하나의 프레임을 n번째 프레임과 n+1번째 프레임의 2개의 프레임으로 나누어 순차적으로 구동(2-필드 구동)하는 것을 특징으로 한다.

상기 요소화상은 홀수라인에 정의되는 제 1 요소화상과 짝수라인에 정의되는 제 2 요소화상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 액정렌즈는 상기 홀수라인에 정의되는 제 1 액정렌즈와 상기 짝수라인에 정의되는 제 2 액정렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 홀수라인과 짝수라인에 각각 정의되는 상기 제 1 요소화상과 제 2 요소화상은 서로 일부가 중첩되도록 순차적인 배열을 이루는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 요소화상은 상기 제 1 요소화상으로부터 요소화상의 피치의 반만큼 이동하여 배열하여 이웃하는 2개의 제 1 요소화상의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 n번째 프레임에서 상기 홀수라인의 제 1 액정렌즈가 구동하고, 상기 n+1번째 프레임에서 상기 짝수라인의 제 2 액정렌즈가 구동하는 것을 특징으로 한다.

상기 액정렌즈는 상부 기판과 하부 기판 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 충진된 ECB(electrically controlled birefringence) 모드의 액정으로 이루어져 상기 액정에 다른 전압을 인가해 굴절률을 변화시켜 렌즈의 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

상기 액정렌즈의 구동을 오프(off)할 때는 2D 모드로 사용하고, 상기 액정렌즈의 구동을 온(on)할 때는 3D 모드로 사용하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 액정렌즈를 이용하여 2D 모드와 3D 모드를 자유롭게 전환하여 사용하도록 함으로써 소비자의 다양한 요구에 대응하는 한편, 해상도 저하 없이 약 2배의 시야각이 향상되는 효과를 제공한다.

본 발명에 따른 입체영상표시장치는 2D 사용 시 렌즈가 보이지 않아 렌즈에 의한 해상도 저하가 없는 효과를 가진다.

도 1은 일반적인 집적영상방식의 3차원 영상촬영장치의 개념을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 2는 일반적인 집적영상방식의 입체영상표시장치의 개념을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3은 일반적인 집적영상방식의 입체영상표시장치에 있어, 시야각을 나타내는 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치에 있어, 액정렌즈의 구조 및 구동방식을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치에 있어, 액정렌즈의 순차구동을 개략적으로 나타내는 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 입체영상표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구성 및 구동방식을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

이때, 예를 들어 상기 도 4는 n번째 프레임(frame)에서의 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동을 나타내며, 상기 도 5는 n+1번째 프레임에서의 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동을 나타내고 있다.

상기 도 4 및 도 5는 시간분할 다중처리(time division multiplexing)방식으로 2-필드(filed)로 구동되는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 영상을 표시하는 표시패널(130) 및 상기 표시패널(130)과 사용자(미도시) 사이에 위치하는 표시용 렌즈 어레이(120)로 이루어진다.

상기 표시패널(130)은 표시면 내에 위치가 정해진 화소가 평면적으로 매트릭스 형태로 배치되어 있는 것이면, 직시형이나 투영형의 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Diode Display; OLED), 전계발광표시장치(Field Emission Display; FED), 플라즈마영상표시장치(Plasma Display Panel; PDP), 전기발광표시장치(Electroluminescent Display; EL) 중 하나로 이루어질 수 있으며, 집적영상방식을 위해 다수의 요소화상(135a, 135b)이 정의된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 표시용 렌즈 어레이(120)는 액정에 다른 전압을 인가해 굴절률을 변화시켜 렌즈의 역할을 하는 다수의 액정렌즈(125a, 125b)를 포함한다.

상기 액정렌즈(125a, 125b)는 수평 방향으로 주기 구조를 갖는 스트라이프 형태로 배열되거나 수평, 수직방향으로 주기 구조를 갖는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 시야각(Ω)을 향상시키기 위해 요소화상(135a, 135b)의 피치(P)를 기존의 요소화상의 피치(P1)에 비해 2배 증가시키게 되는데, 이 경우 요소화상(135a, 135b)에 포함되는 화소의 수가 증가하여 시야각(Ω)이 약 2배 향상되게 된다(전술한 수학식 참조). 물론 상기 액정렌즈(125a, 125b)의 피치는 상기 요소화상(135a, 135b)의 피치(P)와 실질적으로 동일하게 설정하게 되며, 상기 도 4에 도시된 점선은 기존의 시야각을 참고로 나타낸다.

그러나, 요소화상(135a, 135b)의 수가 실질적으로 1/2로 감소하게 되어 해상도가 저하되게 된다. 이에 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 120Hz 이상에서 멀티필드로 구동시켜 요소화상(135a, 135b)의 화소 수도 원리적으로 2배 이상이 되게 함으로써 해상도 저하를 방지할 수 있다. 물론 요소화상(135a, 135b)의 화소 수가 2배 이상이 되는 것이 아니라, 120Hz 이상에서 멀티필드로 구동시킴으로써 화소 수가 2배 이상 증가한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

예를 들어 120Hz에서 2-필드로 구동하는 경우, 상기 요소화상(135a, 135b)은 홀수(odd)라인에 정의되는 제 1 요소화상(135a)과 짝수라인에 정의되는 제 2 요소화상(135b)으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 액정렌즈(125a, 125b)는 상기 120Hz에서 2-필드로 구동하는 경우 상기 홀수라인에 정의되는 제 1 액정렌즈(125a)와 상기 짝수라인에 정의되는 제 2 액정렌즈(125b)로 이루어질 수 있다.

다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 입체영상표시장치는 180Hz 이상에서 3-필드 이상으로 구동하는 경우에도 적용될 수 있다. 이때, 구동이 증가할수록 필드도 증가하게 되며, 상기 필드는 시간을 분할하는 개수(number of time division)를 나타낸다.

여기서, 상기 홀수라인과 짝수라인은 120Hz에서 2-필드로 구동하는 것을 예를 들어 설명하기 위해 도입된 임의적인 개념으로, 상기 홀수라인과 짝수라인에 각각 정의되는 상기 제 1 요소화상(135a)과 제 2 요소화상(135b)은 서로 일부가 중첩되도록 순차적인 배열을 이루게 된다. 즉, 상기 제 2 요소화상(135b)은 상기 제 1 요소화상(135a)으로부터 요소화상(135a, 135b)의 피치(P)의 반만큼 이동하여 배열됨에 따라 이웃하는 2개의 제 1 요소화상(135a)의 중앙에 위치하게 된다.

한편, 본 발명은 n번째 프레임과 n+1번째 프레임의 순차적인 구동을 위해 60Hz보다 높은 120Hz로 n번째 프레임에서 상기 홀수라인의 제 1 액정렌즈(125a)를 구동시키고, n+1번째 프레임에서 상기 짝수라인의 제 2 액정렌즈(125b)를 구동(2-필드 구동)시킴에 따라 상기 요소화상(135a, 135b)의 피치(P) 증가에도 불구하고 해상도의 저하가 없게 된다.

이와 같은 n번째 프레임과 n+1번째 프레임의 순차적인 구동이 가능한 것은 표시용 렌즈 어레이(120)로 상기 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈(125a, 125b)를 사용하였기 때문이며, 이에 따라 2D 모드와 3D 모드를 모두 구현할 수 있게 된다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치에 있어, 액정렌즈의 구조 및 구동방식을 개략적으로 나타내는 단면도로써, 표시용 렌즈 어레이를 구성하는 하나의 액정렌즈를 예를 들어 나타내고 있다.

이때, 상기 도 6a는 액정렌즈를 오프(off)한 경우를 나타내며, 상기 도 6b는 액정렌즈를 온(on)한 경우를 나타내고 있다.

상기 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 표시용 렌즈 어레이에서 사용하는 렌즈는 액정렌즈(125)로 크게 상부 기판(105)과 하부 기판(115) 및 상기 상부 기판(105)과 하부 기판(115) 사이에 충진된 ECB(electrically controlled birefringence) 모드의 액정(150)으로 이루어진다.

이때, 상기 상부 기판(105)과 하부 기판(115)에는 소정의 전극(미도시)이 형성되고, 예를 들어 상기 상부 기판(105)의 전극에 공통전압을 인가하는 동시에 상기 하부 기판(115)의 전극들에 각각 다른 전압을 인가하면 상부 기판(105)과 하부 기판(115) 사이에 경사진(gradient) 수직 전계가 발생하고, 상기 수직 전계에 의해 액정(150)의 유효 굴절률을 미세 제어하면 평면 셀에서 경사진 굴절률을 가진 렌즈를 구현할 수 있게 된다.

참고로, 입사광은 △nd에 따라 위상차를 느껴 굴절을 일으키는데, 보통의 렌즈의 경우 일정한 굴절률을 갖는 매질이 연속적으로 d(두께)를 변화시켜 입사광이 △d에 의해 굴절을 일으키지만, 액정렌즈의 경우 전계에 따라 굴절률이 달라지는 액정의 특성을 이용하여, d(셀 갭)가 일정한 셀에 연속적으로 n을 변화시켜 입사광이 △n에 의해 굴절을 일으키게 된다.

이와 같이 액정에 다른 전압을 인가하여 굴절률을 변화시켜 렌즈의 역할을 하게 만들며, 이때 상기 도 6a에서와 같이 액정렌즈(125)의 구동을 오프(off)할 때는 2D 모드로 사용하고, 상기 도 6b에서와 같이 액정렌즈(125)의 구동을 온(on)할 때는 3D 모드로 사용할 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치에 있어, 액정렌즈의 순차구동을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

이때, 상기 도 7은 n번째 프레임에서의 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동을 나타내며, 상기 도 8은 n+1번째 프레임에서의 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동을 나타내고 있다.

상기 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 영상을 표시하는 표시패널(130) 및 상기 표시패널(130)과 사용자(미도시) 사이에 위치하는 표시용 렌즈 어레이(120)로 이루어진다.

전술한 바와 같이, 상기 표시패널(130)은 집적영상방식을 위해 다수의 요소화상(135a, 135b)이 정의되며, 상기 본 발명의 실시예에 따른 표시용 렌즈 어레이(120)는 액정에 다른 전압을 인가해 굴절률을 변화시켜 렌즈의 역할을 하는 다수의 액정렌즈(125a, 125b)를 포함한다.

이때, 상기 액정렌즈(125a, 125b)는 크게 상부 기판(105)과 하부 기판(115) 및 상기 상부 기판(105)과 하부 기판(115) 사이에 충진된 ECB 모드의 액정(150)으로 이루어진다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 시야각을 향상시키기 위해 요소화상(135a, 135b)의 피치를 기존에 비해 2배 증가시키게 되는데, 이 경우 요소화상(135a, 135b)에 포함되는 화소의 수가 증가하여 시야각이 약 2배 향상되게 된다. 그러나, 요소화상(135a, 135b)의 수가 실질적으로 1/2로 감소하게 되어 해상도가 저하되게 된다.

이에 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 120Hz 이상에서 멀티필드로 구동시켜 요소화상(135a, 135b)의 화소 수도 원리적으로 2배 이상이 되게 함으로써 해상도 저하를 방지할 수 있다.

예를 들어, 상기 액정렌즈(125a, 125b)를 120Hz로 구동하되, 상기 도 7에서와 같이 n번째 프레임에서는 상기 홀수라인의 제 1 액정렌즈(125a)를 구동시키고, 상기 도 8에서와 같이 n+1번째 프레임에서는 상기 짝수라인의 제 2 액정렌즈(125b)를 구동(2-필드 구동)시킴에 따라 상기 요소화상의 피치 증가에도 불구하고 해상도의 저하가 없게 된다.

이때, 상기 홀수라인과 짝수라인에 각각 정의되는 상기 제 1 액정렌즈(125a)와 제 2 액정렌즈(125b)는 서로 일부가 중첩되도록 순차적인 배열을 이루게 된다. 즉, 상기 제 2 액정렌즈(125b)는 상기 제 1 액정렌즈(125a)로부터 액정렌즈(125a, 125b)의 피치의 반만큼 이동하여 배열됨에 따라 이웃하는 2개의 제 1 액정렌즈(125a)의 중앙에 위치하게 된다. 물론 상기 액정렌즈(125a, 125b)의 피치는 상기 요소화상(135a, 135b)의 피치와 실질적으로 동일하게 설정됨에 따라, 상기 제 2 요소화상(135b)은 상기 제 1 요소화상(135a)으로부터 요소화상(135a, 135b)의 피치(P)의 반만큼 이동하여 배열되고, 그 결과 이웃하는 2개의 제 1 요소화상(135a)의 중앙에 위치하게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 액정렌즈를 이용하여 2D 모드와 3D 모드를 자유롭게 전환하여 사용하도록 함으로써 소비자의 다양한 요구에 대응하는 한편, 해상도 저하 없이 약 2배의 시야각이 향상되는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 2D 사용 시 렌즈가 보이지 않아 렌즈에 의한 해상도 저하가 없는 효과를 가진다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

120 : 표시용 렌즈 어레이 125,125a,125b : 액정렌즈
130 : 표시패널 135a,135b : 요소화상
150 : 액정

Claims

다수의 화소로 이루어진 다수의 요소화상(elemental image)이 정의되어 여러 방향에서 바라본 대상물에 대응되는 영상을 표시하는 표시패널; 및
상기 표시패널과 사용자 사이에 배치되며, 상기 다수의 화소에서 출사된 광선을 집광하여 공간상의 특정위치에 상기 대상물에 대응되는 영상을 표시하는 표시용 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 표시용 렌즈 어레이는 120Hz 이상에서 프레임을 2개 이상으로 나누어 순차적으로 구동하는 다수의 액정렌즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다수의 화소에서 출사된 광선은 상기 표시용 렌즈 어레이의 액정렌즈에 의하여 집광되고, 상기 액정렌즈에 의하여 생성되는 광선들은 공간상에서 다수의 입체화소를 이루고, 상기 다수의 입체화소에 표시되는 부분 영상들은 한 점에 집적되어 공간상의 특정위치에 상기 대상물에 대응되는 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 표시패널은 액정표시장치, 유기발광표시장치, 전계발광표시장치, 플라즈마영상표시장치, 전기발광표시장치 중 하나인 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 요소화상의 피치(pitch)를 2배 증가시켜 시야각을 향상시키는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 액정렌즈의 피치는 상기 요소화상의 피치와 동일하거나 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 4 항에 있어서, 상기 액정렌즈는 120Hz에서 하나의 프레임을 n번째 프레임과 n+1번째 프레임의 2개의 프레임으로 나누어 순차적으로 구동(2-필드 구동)하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 6 항에 있어서, 상기 요소화상은 홀수라인에 정의되는 제 1 요소화상과 짝수라인에 정의되는 제 2 요소화상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 7 항에 있어서, 상기 액정렌즈는 상기 홀수라인에 정의되는 제 1 액정렌즈와 상기 짝수라인에 정의되는 제 2 액정렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 7 항에 있어서, 상기 홀수라인과 짝수라인에 각각 정의되는 상기 제 1 요소화상과 제 2 요소화상은 서로 일부가 중첩되도록 순차적인 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 7 항에 있어서, 상기 제 2 요소화상은 상기 제 1 요소화상으로부터 요소화상의 피치의 반만큼 이동하여 배열하여 이웃하는 2개의 제 1 요소화상의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 7 항에 있어서, 상기 n번째 프레임에서 상기 홀수라인의 제 1 액정렌즈가 구동하고, 상기 n+1번째 프레임에서 상기 짝수라인의 제 2 액정렌즈가 구동하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 액정렌즈는 상부 기판과 하부 기판 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 충진된 ECB(electrically controlled birefringence) 모드의 액정으로 이루어져 상기 액정에 다른 전압을 인가해 굴절률을 변화시켜 렌즈의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 액정렌즈의 구동을 오프(off)할 때는 2D 모드로 사용하고, 상기 액정렌즈의 구동을 온(on)할 때는 3D 모드로 사용하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.