KR20120031400A - 입체영상표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 입체영상표시장치 및 그 구동방법은 고해상도의 영상패널을 사용하여 60Hz의 영상을 a번의 프레임별로 교번(交番)하여 표시하는 한편, 이에 동기화(synchronize)시켜 스위처블 렌즈(switchable lens)를 1/a 피치(pitch)만큼 이동시켜줌으로써 해상도 저하 없이 무안경 다시점 3D를 구현하기 위한 것으로, 60Hz의 영상을 a번의 프레임별로 교번하여 표시하는 영상패널; 및 상기 영상패널과 사용자 사이에 배치되며, 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 다음 프레임에서 렌즈 면의 프로파일이 1/a 피치만큼 이동하는 액정렌즈를 포함한다.

Description

입체영상표시장치 및 그 구동방법{STEREOSCOPIC 3D DISPLAY DEVICE AND METHOD OF DRIVING THE SAME}
본 발명은 입체영상표시장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위처블 렌즈(switchable lens) 방식으로 무안경 다시점(multi view) 3D를 구현할 수 있는 입체영상표시장치 및 그 구동방법에 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.
이하, 일반적인 패러렉스 배리어 방식의 입체영상표시장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 패러렉스 배리어 방식에 의한 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 패러렉스 배리어 방식에 의한 입체영상표시장치는 좌, 우안용 영상을 동시에 표시하는 영상패널(image panel)(40) 및 상기 영상패널(40)의 전면(前面)에 배치된 배리어 셀(20)로 구성된다.
이때, 상기 영상패널(40)에는 좌안(左眼)용 영상을 표시하는 좌안 화소(L)와 우안(右眼)용 영상을 표시하는 우안 화소(R)가 번갈아 정의되어 있고, 상기 영상패널(40)과 사용자(30) 사이에 상기 배리어 셀(20)이 배치된다.
상기 배리어 셀(20)은 패러렉스 배리어로 불리는 가느다란 배리어(barrier)(21) 사이에 슬릿(slit)(22)이 형성되어 상기 배리어 셀(20)을 통해 좌, 우안 영상이 동시에 표시되게 된다.
이에 따라 상기 영상패널(40)의 좌안 화소(L)에 표시되는 좌안용 영상은 배리어 셀(20)의 슬릿(22)을 거쳐 사용자(30)의 좌안에 도달되고, 상기 영상패널(40)의 우안 화소(R)에 표시되는 우안용 영상은 배리어 셀(20)의 슬릿(22)을 거쳐 사용자(30)의 우안에 도달되는데, 이때 상기 좌, 우안용 영상에는 각각 인간이 감지 가능한 시차(視差)를 고려한 별개의 영상이 담겨 있고, 사용자(30)는 이 2가지 영상을 결합하여 3차원 영상을 인식하게 된다.
이와 같이 패러렉스 배리어 방식을 이용하면, 안경을 쓰지 않고 시청할 수 있는 장점을 가지고 있는 반면, 2D와 3D 전환이 불가능하고 좌우 2안에 대한 영상밖에 표시하고 있지 않기 때문에 시점을 이동해서 자유롭게 볼 수 없으며, 60Hz 영상패널을 이용하여 좌, 우안용 영상을 분리하여 표시하기 때문에 3D 해상도가 2D 대비 1/2로 저하되는 단점을 가지고 있다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 입체영상표시장치에 있어, 영상패널의 좌안용 영상 및 우안용 영상을 예를 들어 보여주는 도면이다.
또한, 도 3a 및 도 3b는 일반적인 입체영상표시장치에 있어, 배리어 셀을 통해 보여지는 좌안 영상 및 우안 영상을 개략적으로 보여주는 도면이다.
상기 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 영상패널에 의해 영상이 좌, 우안용 영상(50L, 50R)으로 각각 분리되어 순차적으로 시분할 하여 표시되게 된다.
이때, 소정의 배리어 셀을 통해 좌, 우안 영상의 분리가 일어나게 되며, 상기 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 배리어 셀을 통해 좌안에는 2D 영상의 1/2 해상도를 가진 좌안 영상(50L')이 들어오고, 우안에도 2D 영상의 1/2 해상도를 가진 우안 영상(50R')이 들어오게 된다.
이와 같이 좌, 우안에는 배리어(21)로 인해 가려지는 부분의 영상을 보지 못해 1/2 해상도의 좌, 우안 영상(50L', 50R')이 각각 들어오게 되어, 좌, 우안 영상(50L', 50R') 분리에 의한 3D 구현 시 영상의 해상도는 1/2로 저하되게 된다. 참고로, 도면부호 22는 배리어(21) 사이의 슬릿을 나타낸다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 스위처블 렌즈 방식을 이용하여 해상도 저하 없이 무안경 다시점 3D를 구현하도록 한 입체영상표시장치 및 그 구동방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 입체영상표시장치는 60Hz의 영상을 a번의 프레임별로 교번하여 표시하는 영상패널; 및 상기 영상패널과 사용자 사이에 배치되며, 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 다음 프레임에서 렌즈 면의 프로파일이 1/a 피치만큼 이동하는 액정렌즈를 포함한다.
이때, 상기 영상패널은 액정표시장치, 유기발광표시장치, 전계발광표시장치, 플라즈마영상표시장치, 전기발광표시장치 중 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 영상패널은 다시점 방식인 n-뷰(view)를 구현하기 위해 제 1 내지 제 n 영상을 각각 표시하는 제 1 내지 제 n 영상화소가 순차적으로 반복 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 액정렌즈는 제 1 기판과 제 2 기판 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되어, 2차원 영상 신호를 렌즈 면의 프로파일과 같이 3차원 영상 신호로 출사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 입체영상표시장치의 구동방법은 영상을 표시하는 영상패널 및 상기 영상패널과 사용자 사이에 배치되며, 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정렌즈를 포함하는 입체영상표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 영상패널에 60Hz의 영상을 a번의 프레임별로 교번하여 표시하는 한편, 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 다음 프레임에서 상기 액정렌즈의 렌즈 면의 프로파일을 1/a 피치만큼 이동시켜 구동하는 것을 특징으로 한다.
이때, M×N의 해상도를 갖는 영상패널로 n-뷰의 3D를 구현할 때, a×60Hz인 영상패널과 a×60Hz로 구동하는 액정렌즈를 이용하여 3D 해상도를 (M×N)×a×(1/n)배로 만드는 것을 특징으로 한다.
120Hz로 구동하는 2-뷰의 경우에는, 상기 영상패널에 제 1, 제 2 프레임의 2(a)번의 프레임별로 60Hz의 영상을 교번하여 표시하여 상기 제 1 프레임에서는 순서대로 제 1 및 제 2 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 1/a, 즉 1/2 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 2 및 제 1 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 한다.
120Hz로 구동하는 4-뷰의 경우에는, 상기 영상패널에 제 1, 제 2 프레임의 2(a)번의 프레임별로 60Hz의 영상을 교번하여 표시하여 상기 제 1 프레임에서는 순서대로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 1/a, 즉 1/2 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 3, 제 4, 제 1 및 제 2 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 한다.
240Hz로 구동하는 4-뷰의 경우에는, 상기 영상패널에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 프레임의 4(a)번의 프레임별로 60Hz의 영상을 교번하여 표시하여 상기 제 1 프레임에서는 순서대로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 1/a, 즉 1/4 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 4, 제 1, 제 2 및 제 3 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 한다. 상기 제 3 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 다시 한번 1/4 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 3, 제 4, 제 1 및 제 2 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 한다. 상기 제 4 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 다시 한번 1/4 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 2, 제 3, 제 4 및 제 1 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 입체영상표시장치 및 그 구동방법은 스위처블 렌즈 방식의 입체영상표시장치에 있어, 고해상도의 영상패널을 사용하여 60Hz의 영상을 a번의 프레임별로 교번하여 표시하는 한편, 이에 동기화시켜 스위처블 렌즈를 1/a 피치만큼 이동시켜줌으로써 2D 대비 동일한 해상도의 3D 영상을 구현할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 패러렉스 배리어 방식에 의한 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 예시도.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 입체영상표시장치에 있어, 영상패널의 좌안용 영상 및 우안용 영상을 예를 들어 보여주는 도면.
도 3a 및 도 3b는 일반적인 입체영상표시장치에 있어, 배리어 셀을 통해 보여지는 좌안 영상 및 우안 영상을 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 다시점(multi view) 입체영상표시장치의 원리를 예시적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동방법을 예시적으로 나타내는 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동방법을 예시적으로 나타내는 도면.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동방법을 예시적으로 나타내는 도면.
도 9a는 제 1 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동을 개략적으로 나타내는 예시도.
도 9b는 제 2 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동을 개략적으로 나타내는 예시도.
도 10a 및 도 10b는 제 1 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈를 통해 보여지는 좌안 영상 및 우안 영상을 예시적으로 보여주는 도면.
도 11a 및 도 11b는 제 2 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈를 통해 보여지는 좌안 영상 및 우안 영상을 예시적으로 보여주는 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 입체영상표시장치 및 그 구동방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 다시점 입체영상표시장치의 원리를 예시적으로 나타내는 도면이다.
안경 방식의 3D는 사실 어느 위치에서 보든지 좌안과 우안에 각각 좌안 영상과 우안영상이 들어오는 방식이다. 즉, 영상패널은 전방위로 좌안 영상과 우안 영상을 발산하고, 안경을 통해 상기 좌안 영상과 우안 영상을 분리하여 보는 방식이다.
무안경 방식도 단 한 명의 사용자가 고정된 위치에 있다면 상기 안경 방식과 같은 형태로 볼 수 있는데, 안경을 낀 것과 마찬가지로 영상패널 자체에서 좌안 영상과 우안 영상을 각각 사용자의 좌안과 우안으로 보내주면 된다. 그러나, 이는 일반적으로 모니터나 휴대폰 등 개인 디스플레이에 사용되는 방식으로 위치에 따라 3D로 보이지 않을 수 있다.
하지만, 여러 명이, 또는 움직이면서 보는 3D는 인위적으로 좌안 영상과 우안 영상을 분리할 수 없다. 그래서 다시점 무안경 방식에서 뷰(view)라는 것을 만들게 된다. 즉, 좌안 영상과 우안 영상의 2개의 영상을 조합하여 n개의 뷰를 만들게 된다.
상기 도 4를 참조하면, 예를 들어 사람(130)이 좌안에 V1을, 우안에 V2를 보는 위치에 서면 왼쪽에서 보는 영상이 비교적 생생하게 느껴지고, 오른쪽으로 이동해 좌안에 V6을, 우안에 V7이 들어오는 위치가 되면 오른쪽에서 보는 영상이 비교적 생생하게 느껴지게 된다.
이때, 뷰 1~8까지는 3D를 정상적으로 느끼지만, 뷰의 세트가 바뀌는 가령 좌안에 V8을, 우안에 V1을 받는 시점에서는 3D를 전혀 느끼지 못하게 된다. 보통 하나의 뷰의 크기는 사람의 보편적인 좌우 눈 거리인 65mm로 만들게 된다. 뷰가 많아지면 3D 시야각이 넓어지지만, 해상도는 상대적으로 떨어지게 된다.
참고로, 가장 단순한 2안식은 어떤 시점을 정하여, 그 위치에서 좌안과 우안에 다른 화상이 보이도록 영상패널과 시차 배리어를 배치한다. 영상패널에는 시점부터 영상패널까지의 거리에 투영면이 있으며, 좌안과 우안에 각각 투시 중심이 있는 2개의 투시 투영 화상을 영상패널의 화소 1열마다 세로로 분할하여 교대로 배치한다. 이것을 실현하는 것은 비교적 용이하지만, 정해진 위치 이외에서는 입체적으로 보이지 않아 시각 영역이 매우 좁다는 점과 좌우 눈 거리만큼 이동한 위치로부터 보면 역입체시, 즉 볼록하게 돌출되는 부분과 오목하게 들어가는 부분이 반대로 보이는 것과 같은 이상한 화면이 된다는 결점이 있다.
다안식(다시점)은 시차 수를 4 내지 8 정도로 늘려, 정상적으로 보이는 위치를 늘리고 있다. 운동 시차, 즉 관찰자가 가로 방향으로 이동하여 보는 각도를 바꾼 경우에 그것에 따라 입체영상표시장치(100)에서도 상이한 각도로부터의 화상을 볼 수 있지만, 전술한 바와 같이 해상도가 1/뷰의 수로 저하된다.
이에 본 발명의 경우에는 고해상도의 영상패널을 사용하여 60Hz의 영상을 a번의 프레임별로 교번하여 표시하는 한편, 이에 동기화시켜 스위처블 렌즈를 1/a 피치만큼 이동시켜줌으로써 2D 대비 동일한 해상도의 3D 영상을 구현할 수 있게 된다.
기존의 렌티큘러 렌즈 등의 경우에는 렌즈 모양이 고정(fix)되어 있어 렌즈의 이동이 불가능하지만 본 발명의 경우에는 평면 렌즈 형상에서 기울기를 가진 굴절률 변화에 의해 액정렌즈를 형성함으로써 전압의 제어만으로 액정렌즈의 이동이 가능하게 된다.
즉, 일반적인 렌즈는 렌즈를 구성하는 물질과 공기와의 굴절률 차이를 이용하여 입사광의 경로를 위치별로 제어하는 것이다. 그런데, 이러한 물리적 형상의 렌즈를 구성하지 않고, 액정층에 위치별로 서로 다른 전압을 인가하여 위치별로 서로 다른 수직전계에 의하여 액정층이 구동되도록 구성할 수 있다. 그러면, 액정층에 입사하는 입사광은 위치별로 서로 다른 위상 변화를 느끼게 되고, 그 결과 액정층은 실제 렌즈와 같이 입사광의 경로를 제어할 수 있게 된다. 이와 같이 수직전계를 인가하여 액정의 구동에 의해 광의 투과가 렌즈를 투과하는 바와 같이 얻어질 때, 액정 및 이를 구동하는 전극들을 포함하는 어레이 구조를 액정렌즈라 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도로써, 상기 액정렌즈를 시차 배리어로 사용한 입체영상표시장치를 나타내고 있다.
다만, 본 발명이 상기 도 5에 도시된 액정렌즈의 전극 구조에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 전극 구조를 통해 본 발명에 따른 액정렌즈를 구현할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정렌즈(110)와 상기 액정렌즈(110) 하부에 위치하여 2차원 영상 정보를 출사하는 영상패널(140) 및 상기 영상패널(140) 하부에 위치하여 상기 영상패널(140)로 광을 전달하는 광원(160)을 포함하여 이루어진다.
이때, 경우에 따라 상기 영상패널(140)이 광을 직접 발광하는 장치라면, 상기 광원(160)의 생략이 가능하다.
상기 영상패널(140)에는 제 1 및 제 2 영상(I1, I2)을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 영상화소(V1, V2)가 순차적으로 반복 배열되어 있으며, 이러한 영상패널(140)로는 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) 등의 평판표시장치가 사용될 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 상기 영상패널(140)은 60Hz 이상으로 구동하는 고해상도의 평판표시장치를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈(110)는 2차원 영상 신호를 렌즈 면(125)의 프로파일(profile)과 같이 3차원 영상 신호로 출사하는 기능을 갖는 것으로, 상기 2차원을 구현하는 영상패널(140) 상부에 위치하며, 전압 인가 여부에 따라 선택적으로 3차원 영상 신호의 출사 혹은 2차원 영상 신호를 그대로 출사하는 기능을 한다. 즉, 전압 무인가 시 광이 투과되는 특성을 이용하여, 전압 무인가 시는 2차원 표시, 전압 인가 시는 3차원 표시와 같은 스위칭 기능을 겸용할 수 있다.
이하, 상기 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈(110)를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈(110)는 2차원 영상 신호를 렌즈 면(125)의 프로파일과 같이 3차원 영상 신호로 출사하는 기능을 갖는 것으로, 다수의 렌즈영역이 정의되어 서로 마주보며 이격된 제 1 기판(105)과 제 2 기판(115) 및 상기 제 1 기판(105)과 제 2 기판(115) 사이에 형성된 액정층(106)으로 구성된다.
이때, 상부 기판인 상기 제 1 기판(105)에는 투명한 도전성 물질로 이루어진 공통전극(107), 즉 제 1 전극이 상기 제 1 기판(105) 전면에 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 기판(105)에 대해 이와 마주하는 하부 기판인 상기 제 2 기판(115)의 내측 면에는 상기 각 렌즈영역들에 대하여, 다수의 제 2 전극(117a, 117b)이 절연층(119)을 사이에 두고 이격하며 형성되어 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 아니며, 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)은 하나의 층상에 서로 이격하며 형성될 수도 있다. 이때, 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제 2 기판(115)에는 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)에 각각 서로 다른 전압을 인가하는 전압원(Vmin, V1, V2,...., Vmax)이 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 상기 제 1 기판(105) 및 제 2 기판(115)의 내측 면에는 각각 제 1 배향막(108) 및 제 2 배향막(118)이 형성되어 있으며, 상기 제 1 배향막(108)과 제 2 배향막(118)이 형성된 상기 제 1 기판(105)과 제 2 기판(115) 사이에 액정층(106)이 형성되게 된다. 이때, 상기 절연층(119) 위에 형성된 다수의 제 2 전극(117b)과 상기 제 2 배향막(118) 사이에는 하부의 구성요소에 의한 단차에 대해 영향을 받지 않고 그 표면이 평탄한 상태의 오버코트층(미도시)이 더욱 형성될 수 있다.
이때, 상기 렌즈영역의 중심에 위치한 제 2 전극(117a, 117b)에는 대략 문턱 전압에 상당하는 제 1 전압(Vmin)이 인가되며, 상기 렌즈영역들의 에지부에 위치한 제 2 전극(117a, 117b)에는 가장 큰 제 n 전압(Vmax)이 인가된다. 이 경우, 상기 렌즈영역의 중심과 에지부 사이에 위치하는 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)에 인가하는 전압은 상기 렌즈영역의 문턱 전압(Vmin)에서 제 n 전압(Vmax) 사이에서, 상기 렌즈영역의 중심에서 멀어질수록 점점 커지는 값의 전압이 인가된다. 이와 같이 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)에 전압이 인가된 상태에서, 상기 공통전극(107)에 접지 전압을 인가하게 되면 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)들과 상기 공통전극(107) 사이에 수직 전계가 형성되게 된다.
이러한 방식으로 전압을 인가할 때, 서로 인접한 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)들간에 인가되는 전압 차는 1V 이하로 하여 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)들간에 조성되는 수평 전계가 크게 발생하지 않도록 한다.
이와 같이 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)에 대하여 렌즈영역의 에지부로부터 중앙까지 점점 작아지는 전압 인가에 의해, 전체적으로 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)들과 상기 공통전극(107) 사이에 수직 전계가 완만하게 조성되어 그 전체가 볼록한 반원 또는 포물선 형태를 갖는 볼록렌즈와 같은 위상변화를 갖게 된다.
특히, 상기 본 발명의 실시예에 따른 액정렌즈(110)는 상기 다수의 제 2 전극(117a, 117b)들간에 인가되는 전압을 제어하여 상기 렌즈 면(125)의 프로파일을 소정 거리만큼 이동시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 M×N의 해상도를 갖는 영상패널로 다시점(n-뷰인 경우) 3D를 구현할 때, a×60Hz인 영상패널과 a×60Hz로 구동하는 스위처블 렌즈를 이용하여 3D 해상도를 (M×N)×a×(1/n)배로 만들어 2D 대비 동일한 해상도의 3D 영상을 구현할 수 있게 되는데, 이하 본 발명의 입체영상표시장치의 구동방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동방법을 예시적으로 나타내는 도면으로써, 120Hz로 구동하는 2-뷰의 경우의 입체영상표시장치의 구동방법을 예를 들어 나타내고 있다.
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 120Hz로 구동하는 2-뷰의 경우에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 영상패널(140)에 제 1 및 제 2 영상(I1, I2)을 각각 표시하는 제 1 및 제 2 영상화소(V1, V2)가 순차적으로 반복 배열되게 된다.
이때, 하나의 뷰 세트는 하나의 제 1 및 제 2 영상화소(V1, V2)로 이루어지며, 이에 대응하여 액정렌즈(미도시)의 가상적인 렌즈 면(125)이 하나의 뷰 세트의 길이와 실질적으로 동일한 피치를 가지도록 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 영상패널(140)에 제 1, 제 2 프레임의 2(a)번의 프레임별로 60Hz의 영상을 교번하여 표시하는데, 이에 따라 제 1 프레임에서는 순서대로 제 1 및 제 2 영상(I1, I2)이 반복하여 출사되게 된다.
또한, 제 2 프레임에서는 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 영상패널(140)의 시분할 구동에 동기화시켜 액정렌즈를 1/a, 즉 1/2 피치만큼 이동시켜 줌으로써 순서대로 제 2 및 제 1 영상(I2, I1)이 반복하여 출사되게 된다. 이때, 전술한 바와 같이 상기 제 2 프레임에서는 제 1 및 제 2 영상화소(V1, V2)가 상기 제 1 프레임에 대해 하나의 영상화소(V1, V2)의 크기(즉, 액정렌즈의 1/2 피치)만큼 이동하여 영상패널(140)에 반복 배열되게 된다.
그 결과 기존 3D 해상도보다 해상도가 2배 증가하게 되어 2D 대비 해상도의 저하가 없게 된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동방법을 예시적으로 나타내는 도면으로써, 120Hz로 구동하는 4-뷰의 경우의 입체영상표시장치의 구동방법을 예를 들어 나타내고 있다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 120Hz로 구동하는 4-뷰의 경우에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 영상패널(240)에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상(I1, I2, I3, I4)을 각각 표시하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상화소(V1, V2, V3, V4)가 순차적으로 반복 배열되게 된다.
이때, 하나의 뷰 세트는 하나의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상화소(V1, V2, V3, V4)로 이루어지며, 이에 대응하여 액정렌즈(미도시)의 가상적인 렌즈 면(225)이 하나의 뷰 세트의 길이와 실질적으로 동일한 피치를 가지도록 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 영상패널(240)에 제 1, 제 2 프레임의 2(a)번의 프레임별로 60Hz의 영상을 교번하여 표시하는데, 이에 따라 제 1 프레임에서는 순서대로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상(I1, I2, I3, I4)이 반복하여 출사되게 된다.
또한, 제 2 프레임에서는 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 영상패널(240)의 시분할 구동에 동기화시켜 액정렌즈를 1/a, 즉 1/2 피치만큼 이동시켜 줌으로써 순서대로 제 3, 제 4, 제 1 및 제 2 영상(I3, I4, I1, I2)이 반복하여 출사되게 된다. 이때, 전술한 바와 같이 상기 제 2 프레임에서는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상화소(V1, V2, V3, V4)가 상기 제 1 프레임에 대해 2개의 영상화소(V1, V2, V3, V4)의 크기(즉, 액정렌즈의 1/2 피치)만큼 이동하여 영상패널(240)에 반복 배열되게 된다.
그 결과 기존 3D 해상도보다 해상도가 2배 증가하게 된다.
도 8a 내지 도 8d 본 발명의 제 3 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동방법을 예시적으로 나타내는 도면으로써, 240Hz로 구동하는 4-뷰의 경우의 입체영상표시장치의 구동방법을 예를 들어 나타내고 있다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 240Hz로 구동하는 4-뷰의 경우에는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 영상패널(340)에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상(I1, I2, I3, I4)을 각각 표시하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상화소(V1, V2, V3, V4)가 순차적으로 반복 배열되게 된다.
이때, 하나의 뷰 세트는 하나의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상화소(V1, V2, V3, V4)로 이루어지며, 이에 대응하여 액정렌즈(미도시)의 가상적인 렌즈 면(325)이 하나의 뷰 세트의 길이와 실질적으로 동일한 피치를 가지도록 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 영상패널(340)에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 프레임의 4(a)번의 프레임별로 60Hz의 영상을 교번하여 표시하는데, 이에 따라 제 1 프레임에서는 순서대로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상(I1, I2, I3, I4)이 반복하여 출사되게 된다.
제 2 프레임에서는 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 영상패널(340)의 시분할 구동에 동기화시켜 액정렌즈를 1/a, 즉 1/4 피치만큼 이동시켜 줌으로써 순서대로 제 4, 제 1, 제 2 및 제 3 영상(I4, I1, I2, I3)이 반복하여 출사되게 된다. 이때, 전술한 바와 같이 상기 제 2 프레임에서는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상화소(V1, V2, V3, V4)가 상기 제 1 프레임에 대해 하나의 영상화소(V1, V2, V3, V4)의 크기(즉, 액정렌즈의 1/4 피치)만큼 이동하여 영상패널(340)에 반복 배열되게 된다.
제 3 프레임에서는 도 8c에 도시된 바와 같이, 계속하여 상기 영상패널(340)의 시분할 구동에 동기화시켜 액정렌즈를 1/a, 즉 1/4 피치만큼 이동시켜 줌으로써 순서대로 제 3, 제 4, 제 1 및 제 2 영상(I3, I4, I1, I2)이 반복하여 출사되게 된다. 이때, 전술한 바와 같이 상기 제 3 프레임에서는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상화소(V1, V2, V3, V4)가 상기 제 2 프레임에 대해 하나의 영상화소(V1, V2, V3, V4)의 크기(즉, 액정렌즈의 1/4 피치)만큼 이동하여 영상패널(340)에 반복 배열되게 된다.
그리고, 제 4 프레임에서는 도 8d에 도시된 바와 같이, 계속하여 상기 영상패널(340)의 시분할 구동에 동기화시켜 액정렌즈를 1/a, 즉 1/4 피치만큼 이동시켜 줌으로써 순서대로 제 2, 제 3, 제 4 및 제 1 영상(I2, I3, I4, I1)이 반복하여 출사되게 된다. 이때, 전술한 바와 같이 상기 제 4 프레임에서는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상화소(V1, V2, V3, V4)가 상기 제 3 프레임에 대해 하나의 영상화소(V1, V2, V3, V4)의 크기(즉, 액정렌즈의 1/4 피치)만큼 이동하여 영상패널(340)에 반복 배열되게 된다.
그 결과 기존 3D 해상도보다 해상도가 4배 증가하게 되어 2D 대비 해상도의 저하가 없게 된다. 즉, 4-뷰의 경우에는 3D의 해상도가 2D 대비 1/4로 줄어들게 되는데, 상기 본 발명의 제 3 실시예의 경우에는 기존 3D 해상도보다 해상도가 4배 증가하게 됨에 따라 2D 대비 해상도의 저하가 없게 된다.
이와 같이 고해상도의 영상패널을 사용하여 60Hz의 영상을 a번의 프레임별로 교번하여 표시하는 한편, 이에 동기화시켜 스위처블 렌즈를 1/a 피치만큼 이동시켜줌으로써 2D 대비 동일한 해상도의 3D 영상을 구현할 수 있게 된다.
또한, 상기 렌즈 방식은 패러렉스 배리어의 배리어와 같은 부분이 없기 때문에 2D 및 3D 전환에 따른 휘도 저하도 없다.
이하, 이와 같이 해상도가 개선되는 효과를 기존의 배리어 방식에 따른 휘도 저하를 참고하여 2-뷰의 경우에 대해 예시적으로 설명한다.
도 9a는 제 1 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동을 개략적으로 나타내는 예시도이다.
또한, 도 9b는 제 2 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구동을 개략적으로 나타내는 예시도이다.
상기 도 9a를 참조하면, 예를 들어 제 1 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 좌안용 영상은 영상패널(140)의 홀수 칼럼들 위에 표시되고 우안용 영상은 영상패널(140)의 짝수 칼럼들 위에 표시된다. 즉, 제 1 프레임에서는 상기 영상패널(140)의 홀수 칼럼들은 좌안 화소(L)로 정의되고 상기 영상패널(140)의 짝수 칼럼들은 우안 화소(R)로 정의되게 된다.
또한, 상기 도 9b를 참조하면, 예를 들어 제 2 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 좌안용 영상은 영상패널(140)의 짝수 칼럼들 위에 표시되고 우안용 영상은 영상패널(140)의 홀수 칼럼들 위에 표시된다. 즉, 제 2 프레임에서는 상기 영상패널(140)의 짝수 칼럼들은 좌안 화소(L)로 정의되고 상기 영상패널(140)의 홀수 칼럼들은 우안 화소(R)로 정의되게 된다.
그리고, 이와 같은 프레임별로 영상패널(140)의 홀수 및 짝수 칼럼들의 집합에 번갈아 표시되는 좌, 우안용 영상에 맞춰 액정렌즈(110)를 순차적으로 시분할 구동함으로써 좌, 우안에서 보이지 않았던 인접 영상까지 볼 수 있게 되어 해상도 저하 없는 무안경 3D를 구현할 수 있게 된다.
예를 들어, 제 1 프레임에서 좌안이 보게 되는 좌안 영상은 2D 대비 1/2 해상도를 갖는 영상이지만, 제 2 프레임에서 나머지 1/2 해상도의 인접 영상을 볼 수 있게 되어 2개 프레임의 좌안 영상을 결합하여 2D와 동일한 해상도의 영상을 인식하게 된다. 우안도 마찬가지로 2D 대비 동일한 해상도의 우안 영상을 인식하게 되어, 결국 3D 구현 시 2D 해상도와 동일한 3D 영상을 볼 수 있게 된다.
도 10a 및 도 10b는 제 1 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈를 통해 보여지는 좌안 영상 및 우안 영상을 예시적으로 보여주는 도면이다.
또한, 도 11a 및 도 11b는 제 2 프레임에 있어, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정렌즈를 통해 보여지는 좌안 영상 및 우안 영상을 예시적으로 보여주는 도면이다.
상기 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 예를 들어 제 1 프레임에서는 각각 1/2 해상도의 제 1 좌안 영상(150L1')과 제 1 우안 영상(150R1')을 보게 된다.
그리고, 상기 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 예를 들어 제 2 프레임에서는 각각 1/2 해상도의 제 2 좌안 영상(150L2')과 제 2 우안 영상(150R2')을 보게 되어, 최종적으로 2D 대비 동일한 해상도의 좌, 우안 영상(150L1'150L2', 150R1',150R2')을 볼 수 있게 된다.
즉, 제 1 프레임에서 좌안이 보게 되는 제 1 좌안 영상(150L1')은 2D 대비 1/2 해상도를 갖는 영상이지만, 제 2 프레임에서 나머지 1/2 해상도의 인접 영상, 즉 제 2 좌안 영상(150L2')을 볼 수 있게 되어 2개 프레임의 제 1, 제 2 좌안 영상(150L1', 150L2')을 결합하여 2D와 동일한 해상도의 영상을 인식하게 된다. 우안도 마찬가지로 2D 대비 동일한 해상도의 제 1, 제 2 우안 영상(150R1', 150R2')을 인식하게 되어, 결국 3D 구현 시 2D 해상도와 동일한 3D 영상을 볼 수 있게 된다.
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.
110 : 액정렌즈 125,225,325 : 렌즈 면
140,240,340 : 영상패널 I1,I2,I3,I4 : 영상
V1,V2,V3,V4 : 영상화소

Claims (14)

  1. 60Hz의 영상을 a번의 프레임별로 교번하여 표시하는 영상패널; 및
    상기 영상패널과 사용자 사이에 배치되며, 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 다음 프레임에서 렌즈 면의 프로파일이 1/a 피치만큼 이동하는 액정렌즈를 포함하는 입체영상표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 영상패널은 액정표시장치, 유기발광표시장치, 전계발광표시장치, 플라즈마영상표시장치, 전기발광표시장치 중 하나인 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 영상패널은 다시점 방식인 n-뷰(view)를 구현하기 위해 제 1 내지 제 n 영상을 각각 표시하는 제 1 내지 제 n 영상화소가 순차적으로 반복 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 액정렌즈는 제 1 기판과 제 2 기판 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되어, 2차원 영상 신호를 렌즈 면의 프로파일과 같이 3차원 영상 신호로 출사하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.
  5. 영상을 표시하는 영상패널 및 상기 영상패널과 사용자 사이에 배치되며, 전압 인가에 따라 구동되어 렌즈 기능을 갖는 액정렌즈를 포함하는 입체영상표시장치의 구동방법에 있어서,
    상기 영상패널에 60Hz의 영상을 a번의 프레임별로 교번하여 표시하는 한편, 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 다음 프레임에서 상기 액정렌즈의 렌즈 면의 프로파일을 1/a 피치만큼 이동시켜 구동하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
  6. 제 5 항에 있어서, M×N의 해상도를 갖는 영상패널로 n-뷰의 3D를 구현할 때, a×60Hz인 영상패널과 a×60Hz로 구동하는 액정렌즈를 이용하여 3D 해상도를 (M×N)×a×(1/n)배로 만드는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 120Hz로 구동하는 2-뷰의 경우에는, 상기 영상패널에 제 1, 제 2 프레임의 2(a)번의 프레임별로 60Hz의 영상을 교번하여 표시하여 상기 제 1 프레임에서는 순서대로 제 1 및 제 2 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 1/a, 즉 1/2 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 2 및 제 1 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 120Hz로 구동하는 4-뷰의 경우에는, 상기 영상패널에 제 1, 제 2 프레임의 2(a)번의 프레임별로 60Hz의 영상을 교번하여 표시하여 상기 제 1 프레임에서는 순서대로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 1/a, 즉 1/2 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 3, 제 4, 제 1 및 제 2 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 240Hz로 구동하는 4-뷰의 경우에는, 상기 영상패널에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 프레임의 4(a)번의 프레임별로 60Hz의 영상을 교번하여 표시하여 상기 제 1 프레임에서는 순서대로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 1/a, 즉 1/4 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 4, 제 1, 제 2 및 제 3 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 3 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 다시 한번 1/4 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 3, 제 4, 제 1 및 제 2 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 4 프레임에서는 상기 영상패널의 시분할 구동에 동기화시켜 상기 액정렌즈를 다시 한번 1/4 피치만큼 이동시켜 순서대로 제 2, 제 3, 제 4 및 제 1 영상을 반복하여 출사하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치의 구동방법.
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