KR20120068127A - 입체영상 표시장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

입체영상 표시장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 영상 표시패널; 및 상기 영상표시패널 전면에 형성된 렌티큘러 렌즈시트를 포함하되, 상기 렌티큘러 렌즈시트는 상기 영상 표시패널에서 방출된 영상 정보를 통과시켜, 상기 영상 표시 패널로부터 소정 거리의 이미징 위치에 시역을 형성하도록 설계된 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다. 이에 의해, 관찰자의 수평위치가 변화하는 경우, 영상 정보의 밝기 변화 및 인접 시역간 크로스 토크를 최소화하고, 역입체시를 방지할 수 있으며, 또한, 시역 내의 밝기 분포의 불균일성을 해소할 수 있다.

Description

입체영상 표시장치 및 그 구동 방법{3-DIMENSIONAL DISPLAYING APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 입체영상 표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 렌티큘러 렌즈를 사용한 무안경 방식(또는 오토스테레오 스코픽 방식)을 이용함으로써, 관찰자의 수평위치가 변화하는 경우, 영상 정보의 밝기 변화 및 인접 시역간 크로스 토크를 최소화하고, 역입체시를 방지할 수 있는 입체영상표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근에는 기존의 2차원 영상에서 구현할 수 없는 실제적인 입체성을 나타낼 수 있는 3차원 영상 구현이 가능한 표시장치에 대한 사용자들의 요구가 증대됨으로써 이에 부응하여 3차원 영상 표현이 가능한 표시장치가 개발되고 있다.
사람이 자연계에 존재하는 물체를 볼 때 입체감을 느끼는 이유는 좌측 눈과 우측 눈으로 물체를 응시할 때 양쪽 눈의 시야각이 약간 차이가 나기 때문이다. 이렇게 약간 시야각이 다른 물체의 영상정보가 우측 눈과 좌측 눈을 통하여 망막에 결상되고, 이 결상된 양안시 정보가 시신경을 통하여 뇌에 전달되는 과정에서 입체감을 느끼게 된다.
구체적으로는, 일반적으로 3차원의 영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어지게 되는데, 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65㎜ 정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나게 되는 양안 시차(binocular disparity)를 이용하여 입체감 있는 영상을 보여줄 수 있는 표시장치가 제안되었다. 상세히 3차원 영상구현에 대해 설명하면, 표시장치를 바라보는 좌우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 영상을 보게 되고, 이 두 영상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 3차원 영상의 깊이감과 실재감을 재생하게 되는 것이며, 이 같은 현상을 통상 스테레오 그라피(stereography)라 한다.
스테레오 그라피 영상 방식을 이용한 3차원 영상 재생장치는 일반적으로 LCD 모니터 또는 CRT 모니터를 통해 디지털 영상이나 컴퓨터그래픽 영상을 좌안시 영상과 우안시 영상으로 분리하여 나타내고, 이때 이들 영상을 편광 액정 판으로 된 안경을 장착한 관측자의 좌안과 우안으로 교대로 입사시킨다. LCD 모니터 또는 CRT 모니터로부터 나오는 2차원 영상은 적외선 센서에 의해 동기화되어 좌안과 우안으로 교대로 입사되므로 특수 안경을 착용한 관찰자는 마치 3차원 영상을 보고 있는 것처럼 느끼게 된다. 기존의 이러한 방식은 반드시 특수안경을 착용한 관찰자만이 입체영상을 볼 수 있으며, 여러 사람이 동시에 입체영상을 관측할 수는 없었다. 또한, 특수안경을 통해 입체영상을 관측할 때 눈에 상당히 부담을 주어 관측자가 쉽게 피로감을 느끼게 된다.
따라서, 현재에는 이러한 특수안경에 의한 입체영상 디스플레이 이외에, 무안경 방식 입체영상 디스플레이 및 홀로그래픽(holographic) 디스플레이 방식이 개발되었다.
한편, 종래의 무안경 방식의 3차원 입체영상 표시장치는 시차 분리 수단을 기존의 2차원 영상표시장치 앞에 배치하여, 관찰자의 좌안과 우안에 각기 다른 시차의 영상을 전달하여 3차원 입체영상을 제공하여 관찰자에게 실제적으로 입체감 있는 영상을 제공한다. 이러한, 입체감을 제공하기 위한 시차 분리 수단으로는 패럴랙스 배리어판(Parallax Barrier Plate)과 렌티큘러 렌즈 시트(Lenticular Lens Sheet)가 있다. 시차 분리 수단으로서 패럴랙스 배리어판을 사용하여 3차원 영상을 구현하는 예를 도 1에 나타낸다.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 의한 2 시역의 3차원 영상정보 표시장치의 구현원리를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 2 시역의 3차원 영상 정보 표시장치 (100)는 일반적인 2차원 영상 표시패널 (110) 및 영상 표시패널 (110) 전면에 이격하여 배치된 패럴랙스 배리어판 (130)을 포함한다. 영상 표시 패널 (110)에 형성된 화소는 좌안 이미지 화소 (13)와 우안 이미지 화소 (15)로 구성된다. 패럴랙스 배리어판 (130)은 오픈 영역과 배리어 영역으로 구성되며, 상기 좌안 이미지 화소 (13)와 우안 이미지 화소 (15)에서 방출되는 영상 정보는 오픈 영역을 통과하고, 배리어 영역은 통과하지 못한다. 이와 같이 오픈 영역을 통과한 영상 정보들은 설계된 관측거리에 초점에 맞추어져 도달한다. 한편, 설계된 관측거리에서 있는 관측자의 위치에서, A 위치에서는 좌안의 영상정보만이 관측되고, B위치에서는 우안의 영상정보만이 관측된다.
그러나 이러한 패럴랙스 배리어판 (130)에 의한 시차 분리를 통하여 3차원 영상을 표시하는 방식에는 해결해야할 여러 문제점이 있다. 첫 번째로, 예를 들어, 눈의 위치가 수평으로 이동하여 좌안이 D 위치에 놓이고, 우안이 E 위치에 놓이는 경우, 도면의 점선으로 표시된 바와 같이 좌안 이미지 화소 (13) 및 우안 이미지 화소 (15)에서 방출된 영상 정보가 동시에 좌안과 우안에 인가하게 되어 선명한 3차원 영상을 볼 수 없게 된다. 이러한 현상을 시역간의 크로스토크가 발생하였다고 지칭한다.
두 번째로, 관찰자가 수평 이동함으로써 관찰자의 좌안이 B 위치에 놓이고, 우안이 C 위치에 놓이는 경우, 좌안은 우안 이미지 화소 (15)에서 방출된 영상 정보를 보게 되고, 우안은 좌안 이미지 화소 (13)에서 방출된 영상 정보를 보게 된다. 그 결과, 역입체시가 되어 정상적인 3차원 입체영상정보를 못 보는 문제가 발생한다.
세 번째는 해당 시역내의 영상의 밝기가 균일하지 못하고, 눈의 수평이동시 영상의 밝기가 변하는 문제가 있다. 이러한 문제를 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 종래의 시차 분리 수단을 이용한 3차원 영상의 시역간 광분포 그래프이다. 여기서 수평축은 관측거리에서의 수평 위치를 나타내고, 수직축은 광의 세기를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 예를 들어, 눈이 제 1시역 (실선으로 표시)과 제2시역 (점선으로 표시)에 각각 좌안과 우안이 위치하였다가 우측 또는 좌측으로 수평 이동하는 경우 해당 영상의 밝기가 줄어들고, 인접 시역 정보와 섞이는 크로스토크 문제가 동시에 발생하게 됨을 알 수 있다.
전술한 내용은 시차 분리수단으로서 패럴랙스 배리어판을 사용한 경우를 예로 들었으나, 렌티큘러 렌즈시트를 사용하는 경우에도 전술한 내용과 동일한 문제가 발생한다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 무안경 방식 입체영상 표시장치에 있어서, 영상 정보의 밝기 변화 및 인접 시역간 크로스 토크를 최소화하고, 역입체시를 방지할 수 있는 입체영상 표시장치 및 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
전술한 문제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 입체영상 표시장치는, 영상 표시패널; 및 상기 영상표시패널 전면에 형성된 렌티큘러 렌즈시트를 포함하되, 상기 렌티큘러 렌즈시트는 상기 영상 표시패널에서 방출된 영상 정보를 통과시켜, 상기 영상 표시 패널로부터 소정 거리의 이미징 위치에 시역을 형성하도록 설계된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 시역은 상기 이미징 위치로부터 ±10% 이내에 형성될 수 있다.
또한, 상기 입체 영상 표시장치는, 상기 영상 표시패널과 상기 렌티큘러 렌즈시트 사이에 확산판을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 영상 표시패널은 액정표시장치(LCD; liquid crystal display), 플라즈마표시장치(PDP; plasma display panel) 및 전계 방출 표시장치(FED; field emission display)를 포함하는 평판표시장치 및 투사광학계의 스크린 중에 임의의 하나일 수 있다.
또한, 상기 입체영상표시장치는, 관찰자의 동공의 위치를 추적하는 동공 추적부를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 영상표시패널에는 다수의 데이터 행을 구성하는 화소들이 배치되며, 상기 다수의 데이터 행 중 적어도 하나의 행의 화소들은 인접한 데이터 행의 화소들의 배열과 수직선상에서 어긋나도록 수평으로 이동된다.
그리고 상기 영상 표시 패널이 2 시역의 영상정보를 형성하도록, 상기 수평으로 이동된 거리는 상기 화소의 가로길이의 1/2인 것이 바람직하다.
또한, 동공 추적부는 상기 추적된 동공의 위치를 상기 영상 표시패널에 피드백하며, 상기 영상 표시패널은 상기 피드백된 동공의 위치에 따라 상기 다수의 데이터 행 중 짝수 데이터 행과 홀수 데이터 행 중 어느 하나의 데이터 행의 화소들만 구동시킬 수 있다.
한편, 상기 입체영상 표시장치는, 상기 렌티큘러 렌즈시트와 영상 표시패널의 수평방향의 상대위치를 조정하는 수평방향 이동부를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 동공 추적부는 상기 추적된 동공의 위치를 상기 수평방향 이동부에 피드백하며, 상기 수평방향 이동부는 상기 피드백된 동공의 위치에 따라 관찰자의 동공이 해당 시역의 중심 부분에 위치하도록 상기 렌티큘러 렌즈시트와 상기 영상표시패널의 수평방향의 상대위치를 조정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 입체영상 표시장치 구동방법은, (a) 영상표시패널 전면에 형성된 렌티큘러 렌즈시트를, 상기 영상 표시패널에서 방출된 영상 정보를 통과시켜, 상기 영상 표시 패널로부터 소정 거리의 이미징 위치에 시역을 형성하도록 설계하는 단계; (b) 동공 추적부에서, 관찰자의 동공의 위치를 추적하여 상기 추적된 동공의 위치를 상기 영상 표시패널 또는 수평방향 이동부로 피드백하는 단계; (c) 상기 영상 표시패널 또는 수평방향 이동부에서, 상기 시역의 중심 부분을 상기 피드백된 동공의 위치에 위치하도록 조정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (a)단계의 상기 시역은 상기 이미징 위치로부터 ±10% 이내에 형성될 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계의 상기 영상 표시패널에는 다수의 데이터 행을 구성하는 화소들이 배치되며, 상기 다수의 데이터 행 중 적어도 하나의 행의 화소들은 인접한 데이터 행의 화소들의 배열과 수직선상에서 어긋나도록 수평으로 이동될 수 있다.
그리고, 상기 (a) 단계의 상기 영상 표시패널이 2 시역의 영상정보를 형성하도록, 상기 수평으로 이동된 거리는 상기 화소의 가로길이의 1/2인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 (c) 단계에서, 상기 영상 표시패널은 상기 피드백된 동공의 위치에 따라 상기 다수의 데이터 행 중 짝수 데이터 행과 홀수 데이터 행 중 어느 하나의 데이터 행의 화소들만 구동시킬 수 있다.
한편, 상기 (c) 단계에서, 상기 수평방향 이동부는 상기 피드백된 동공의 위치에 따라 관찰자의 동공이 해당 시역의 중심 부분에 위치하도록 상기 렌티큘러 렌즈시트와 상기 영상표시패널의 수평방향의 상대위치를 실시간으로 조정할 수 있다.
본 발명에 의해, 관찰자의 수평위치가 변화하는 경우, 영상 정보의 밝기 변화 및 인접 시역간 크로스 토크를 최소화하고, 역입체시를 방지할 수 있다. 또한, 시역 내의 밝기 분포의 불균일성을 해소할 수 있다.
도 1은 종래의 패럴랙스 배리어판을 사용하는 3차원 영상표시장치의 구현원리를 나타내는 단면도.
도 2는 종래의 시차 분리 수단을 이용한 3차원 영상의 시역간 광분포 그래프.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이상적인 2시역 3차원 입체 영상의 개념도.
도 4는 렌티큘러 렌즈시트와 관찰거리의 관계를 나타내는 제 1개념도.
도 5는 렌티큘러 렌즈시트와 관찰거리의 관계를 나타내는 제 2개념도.
도 6은 이상적인 관측위치에서의 수평이동시 시역 변화와 입체영상과의 관계를 나타내는 개념도.
도 7은 본 발명의 제 1실시예에 따른 실제적인 2시역 3차원 입체 영상의 개념도.
도 8은 실제적인 관측위치에서의 수평이동시 시역 변화와 입체영상과의 관계를 나타내는 개념도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시 장치의 구조도.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 작동원리를 설명하는 개념도.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 입체영상표시 장치의 구조도.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 작동원리를 설명하는 개념도.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 입체영상표시 장치의 구조도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시예에 따른 입체영상표시 장치 및 그 구동 방법에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
제 1실시예
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이상적인 2시역 3차원 입체 영상의 개념도이다. 도 3을 참조하면, 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1실시예에 따른 입체영상 표시장치는 2시역 이상의 정보가 표시된 영상표시패널 (210)과 상기 영상표시패널 (120)과 일정거리 이격하여 배치된 렌티큘러 렌즈시트 (250)로 구성된다. 상기의 렌티큘러 렌즈시트 (250)는 상기 영상 표시패널 (210)상에 형성된 영상정보가 설계된 관찰거리에 영상의 이미지가 형성되도록 렌티큘러렌즈의 곡률을 설정함을 특징으로 한다. 즉, 렌티큘러 렌즈시트 (250)는 영상표시 패널 (210)의 전면에 형성되어 방출된 영상정보를 통과시키며, 영상 표시 패널로부터 소정 거리 (관찰거리)의 이미징 위치(관찰자의 동공이 위치할 위치) (150)에 시역을 형성하도록 설계된다.
본 도면에서는 본 발명의 예시로서 2시역 영상정보에 대하여 설계된 관측위치에서 좌시역과 우시역이 분리되는 개념을 보여준다. 본 실시예는 2시역의 영상정보는 하나의 렌티큘러 렌즈의 피치마다 2개의 영상정보가 포함되는 경우를 나타내었으나, 렌티큘러 렌즈의 피치마다 n개의 영상정보가 포함되도록 설정하여, 임의의 n시역(n은 2보다 큰 정수)의 영상정보를 이미징 위치 (150)에 표시할 수 있다.
도 4는 렌티큘러 렌즈시트와 관찰거리의 관계를 나타내는 제 1개념도이다. 도 4를 참조하면, 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 광학적 중심 (160)을 지나는 렌티큘러 뒷면에 있는 영상정보의 사이간격(Δp)과 일정거리(D0) 이격된 위치에서 형성된 시역간 거리(E)와의 관계를 나타낸다. 이 경우, 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 전체두께를 t, 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 렌즈의 곡률을 r이라고 보면 그 관계는 아래의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
도 5는 렌티큘러 렌즈시트와 관찰거리의 관계를 나타내는 제 2개념도이다. 도 5를 참조하면, 영상 표시패널의 영상면의 피치(Pd)와 렌티큘러시트의 렌즈의 피치(P)와의 관계는 아래의 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
상기의 관계식들을 만족할 경우에 관찰자는 설계된 D0위치에서 수평이동할 경우에 n개의 시역을 관찰할 수 있다. 상기의 관계식들을 만족하는 조건에서 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 굴절율을 적절히 선택하여 도3에 도시된 바와 같이, 관찰위치에서 영상 표시패널 (210)의 영상정보가 이미징되도록 만들 수 있다. 이렇게 만들어진 각 영상 정보의 이미징 되는 수평크기가 해당 시역을 형성하게 된다. 도 3과 같이 영상정보가 표시된 영상의 시역 분포를 도6에 나타낸다.
도 6은 이상적인 관측위치에서의 수평이동시 시역 변화와 입체영상과의 관계를 나타내는 개념도이다. 도 6을 참조하면, 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 시역이 형성된 경우, 관찰자가 설계된 관찰거리(D0)에서 수평이동하면, 좌안에 해당하는 영상 정보가 위치하는 L 시역과 우안에 해당하는 영상 정보가 위치하는 R 시역이 연속적으로 배치된다. 그러므로, 관찰자의 좌안의 위치가 L시역, 우안의 위치가 R시역에 있다면 균일한 3차원 영상을 볼 수 있다. 그러나 관찰자가 해당 시역의 범위를 넘어 이동하는 경우, 예를 들어, 관찰자의 좌안은 우측영상이 보여지는 R시역에 위치하고, 우안은 좌측영상이 보여지는 L시역에 위치하는 경우에는 역입체시된 영상을 보는 문제가 여전히 남는다.
본 발명에 사용되는 영상표시패널은 액정표시장치(LCD; liquid crystal display), 플라즈마표시장치(PDP; plasma display panel) 및 전계 방출 표시장치(FED; field emission display)을 포함하는 평판표시장치 및 투사광학계의 스크린 중에 임의의 하나일 수 있다. 이러한 패널 또는 스크린의 영상들은 도 7에 도시된 바와 같이, 인접화소 사이에 블랙 매트릭스(BM; Black Matrix) 영역이 배치되어 실제로는 빛이 나오지 않는 영역이 존재한다.
도 7은 본 발명의 제 1실시예에 따른 실제적인 2시역 3차원 입체 영상의 개념도이다. BM 영역은 통상적으로 전체 화소 크기의 10~15% 정도이다. 본 발명의 제1 실시예에서 BM영역에서는 빛이 방출될 수 없다. 따라서, 실제적으로는 도8에 도시된 바와 같이 관찰자가 관찰위치에서 수평이동하는 경우, 시역 사이의 BM영역에 해당하는 부분에는 빛 (화소에서 방출된 영상 정보)가 도달하지 않아 시역이 형성되지 않는다.
도 8은 실제적인 관측위치에서의 수평이동시 시역 변화와 입체영상과의 관계를 나타내는 개념도이다. 도 8을 참조하면, 상부도면은 BM영역에는 빛이 도달하지 않아 시역이 형성되지 않는 이상적인 시역분포를 나타낸다. 그러나, 실제적으로는 하부 도면에 도시된 바와 같이, BM영역에서는 좌우의 인접한 시역간의 휘도가 감소하여 양 시역이 교차하는 부분이 형성된다. 그 결과, 이러한 BM영역에서 크로스토크가 문제가 발생할 수 있다. 또한, 이상적으로는 관측위치를 화소들의 이미지 위치 (150)로 설계하지만, 이미징 위치 (150)에서 ±10% 정도 벗어나는 경우에도 각 시역의 평탄도가 줄어들지만 본 발명의 개념을 적용할 수 있다.
제 2실시예
전술한 제 1 실시예는 해당 시역 내에서 관찰자의 눈이 수평이동시에 밝기가 균일한 입체영상을 관찰할 수 있지만, 시역간 이동시에 역입체시와 크로스토크 문제를 완전히 제거할 수는 없다. 이하 제 2 실시예는 이러한 문제를 개선하기 위한 목적으로 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 구조도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상 표시장치의 구조는 제 1 실시예와 같이 각 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 렌즈의 피치, 화소의 피치, 및 관찰 위치 등의 설계치가 이용된다. 한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상 표시 장치 (200)의 구조는 추가적으로 관찰자의 눈의 수평위치를 추적하는 동공 추적부를 포함한다.
또한, 영상 표시패널 (210)에는 다수의 데이터 행을 구성하는 화소들이 배치되며, 특히, 인접한 데이터 행간의 화소들은 수직선 상에서 일정하게 배치되지 않는다. 즉, 다수의 데이터 행 중 적어도 하나의 행의 화소들은 인접한 데이터 행의 화소들의 배열과 수직선상에서 어긋나도록 수평으로 이동된다 (본 도면에서는, 모든 데이터 행의 화소들이 인접한 데이터 행의 화소들의 배열과 수직선상에서 어긋나도록 수평 이동된 것으로 도시). 또한, 본 실시예에서는 2 시역을 형성하는 경우로서, 하나의 렌티큘러렌즈 피치에 두 개의 수평방향화소가 포함되고 각 인접행별로 ± P/2 수평이동한 경우를 나타낸다. 따라서, 2시역 이상인 n개의 시역을 형성하는 경우에는, 하나의 렌티큘러렌즈 피치에 동일행의 화소가 n개가 대응되도록 설정될 수 있고, 인접 데이터행의 화소이동도 ± P/n 이상으로 설정할 수 있다. 이러한 제 2 실시예가 관찰자의 수평이동시에 역입체시와 인접시역간 겹침현상인 크로스토크를 방지하는 원리를 이하 도10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 작동원리를 설명하는 개념도이다. 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 렌즈와 영상 표시패널 (210)의 화소 배치가 도 9에 도시된 바와 같을 경우, 짝수 데이터 행의 화소들과 홀수 데이터 행의 화소들 각각에서 방출된 영상 정보는 관찰거리의 서로 다른 수평 위치에 시역을 형성한다. 좌측 하부의 시역간 광분포 그래프에 도시된 바와 같이, 렌티큘러 렌즈시트 (250)를 통과한 영상 정보는, 설계된 관측거리에 실선으로 표시된 부분과 같이 좌안의 영상 (제 1시역 (좌측실선 영역)) 및 우안의 영상 (제 2시역 (우측 실선 영역))이 분리되어 형성된다. 이 경우, 관찰자의 좌안과 우안이 각각 제 1시역과 제 2시역에 위치하는 경우, 선명한 3차원 입체 영상을 볼 수 있다.
그러나 관찰자가 예를 들어, 우측으로 수평 이동하는 경우, 시역의 밝기가 감소하는 영역을 지나 각각의 시역을 벗어나는 위치로 이동하게 된다. 이 경우, 관찰자는 선명한 3차원 입체 영상을 보지 못한다. 따라서, 영상 표시 패널에 연결된 동공 추적부 (270)가 관찰자의 동공의 위치를 추적하여, 그 추적 결과를 영상 표시 패널 (210)에 피드백한다. 이 경우, 피드백된 추적 결과에서, 동공의 위치가 해당 시역의 가장자리 부분의 위치로 이동한 경우, 이를 짝수와 홀수 데이터 행의 시역의 밝기가 역전되는 위치로 예측할 수 있다. 따라서, 이 위치의 시점에, 우측 상부에 도시된 바와 같이, 홀수 데이터 행의 화소들을 구동하여 영상정보를 표시하도록 하고, 짝수 데이터 행의 화소들을 구동시키지 않아 영상정보를 표시하지 않도록 한다. 그 결과, 관찰자는 우측 하부에 도시된 바와 같이, 해당 시역의 밝기 변화와 인접 시역간의 크로스토크가 최소화되고, 역입체시 없는 3차원 입체영상을 관찰할 수 있다. 이러한 실시예는 가장 간단한 2시역의 입체영상을 예로 들었지만, 전술한 바와 같이, 하나의 렌티큘러 렌즈 피치에 동일행의 화소가 n개가 대응되도록 설정하고, 인접 데이터행의 화소이동을 ± P/n 이상으로 설정함으로써, 2시역 이상인 n개의 시역을 형성하는 것도 가능하다.
제 3실시예
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 입체영상표시 장치의 구조도를 나타낸다. 본 발명의 제 3 실시예는 통상적인 화소 구조를 유지하면서, 제 2 실시예의 효과와 같이 관찰자의 수평이동시에 역입체시나, 크로스토크를 경험하지 않고 자연스럽게 선명한 3차원영상을 관찰할 수 있는 또 다른 구현방법이다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 입체영상표시 장치의 구조는 제 1 실시예와 같이 각 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 렌즈의 피치, 화소의 피치, 및 관찰 위치 등의 설계치가 이용된다. 한편, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 입체영상표시 장치 (300)의 구조는 추가적으로 렌티큘러 렌즈시트 (250)와 영상 표시패널 (210)의 수평방향의 상대위치를 조정하는 수평방향 이동부 (290)를 포함한다. 수평방향 이동부 (290)는 렌티큘러 렌즈시트 (250) 또는 영상 표시패널 (210) 또는 렌티큘러 렌즈시트 (250)와 영상 표시패널 (210) 모두를 수평방향으로 수십에서 수백 마이크로 미터 정도 이동하여, 렌티큘러 렌즈시트 (250)와 영상 표시패널 (210)의 수평방향의 상대위치를 조정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 작동원리를 설명하는 개념도이다. 도 12를 참조하면, 좌측 도면은 설계된 관측위치에 있는 관찰자의 눈이 좌측 하부의 그래프와 같이 실선으로 표시된 2 개의 시역의 중앙부에 위치하고, 렌티큘러 렌즈시트 (250)는 도 12의 좌측 상부의 실선으로 표시한 위치에 렌즈배열이 된 상태를 나타낸다. 이 경우, 좌측으로부터 첫 번째 열의 화소들 및 세 번째 열의 화소들 (10b)은 우측 눈에 해당하는 2시역 영상정보를 방출하고, 두 번째 열의 화소들 및 네 번째 열의 화소들 (10a)은 좌측 눈에 해당하는 1시역 영상정보를 방출한다. 이 경우, 관찰자의 좌안과 우안이 각각 제 1시역과 제 2시역에 위치하여, 선명한 3차원 입체 영상을 볼 수 있다.
그러나 관찰자가 예를 들어, 우측으로 수평 이동하는 경우, 시역의 밝기가 감소하는 영역을 지나 각각의 시역을 벗어나는 위치로 이동하게 된다. 이 경우, 관찰자는 선명한 3차원 입체 영상을 보지 못한다. 따라서, 영상 표시 패널 (210)에 연결된 동공 추적부 (270)가 관찰자의 동공의 위치를 추적하여, 그 추적 결과를 영상 표시 패널 (210)에 연결된 수평방향 이동부 (290)로 피드백한다. 더욱 상세하세는 동공 추적부 (270)는 실시간으로 관찰자의 눈의 위치를 추적하고, 추적 결과를 수평 방향 이동부 (290)로 피드백하여 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 각 위치별로 관찰자 위치에서의 시역 위치를 계산한 후, 관찰자의 눈이 해당 시역의 중심부분에 있도록 렌티큘러 렌즈시트 (250)를 실시간으로 수평이동시킨다.
그 결과, 우측 도면에 도시된 바와 같이, 우측 상부 도면의 실선으로 표시된 위치로 렌티큘러 렌즈 시트 (250)가 이동하여, 좌측으로부터 두 번째 열의 화소들 및 네 번째 열의 화소들 (10b)은 우측 눈에 해당하는 2시역 영상정보를 방출하고, 첫 번째 열의 화소들 및 세 번째 열의 화소들 (10a)은 좌측 눈에 해당하는 1시역 영상정보를 방출한다. 이에 의해, 관찰자가 수평으로 관찰위치를 바꾸더라도 역입체시나 인접시역간의 크로스토크를 경험하지 않고 선명한 3차원 입체영상을 볼 수 있다.
또한, 본 도면에서는 2시역의 입체영상을 예로 들었기 때문에, 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 이동 거리는 하나의 화소의 가로길이 만큼이며, 본 발명의 실시예를 2시역이상의 입체영상에 적용하기 위해서는 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 수평이동거리가 한 화소보다 커질 수 있다. 또한, 렌티큘러 렌즈시트 (250)를 고정한채로 영상 표시패널 (210)을 수평이동할 수 있으며, 렌티큘러 렌즈시트 (250)와 영상 표시패널 (210) 모두를 수평 이동시킬 수도 있다.
본 발명의 제 2실시예는 서로 다른 행의 화소들이 관찰자의 눈의 위치에 따라 교번하여 영상을 나타내므로, 실질적으로 수직해상도가 감소하는 반면에 본 발명의 제 3실시예는 수직해상도의 감소는 없으나 기계적으로 렌티큘러 렌즈시트 (250)의 수평방향의 위치를 조정하기 위한 스텝 모터 등과 같은 부가장치가 추가되는 단점이 있다. 따라서, 3차원 표시장치의 응용분야에 따라 제 2실시예와 제 3실시예를 선택적으로 적용하는 것이 바람직하다.
제 4 실시예
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 입체영상표시 장치의 구조도이다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 입체영상표시 장치의 기본 구성은 영상 표시패널 (210)과 렌티큘러 렌즈시트 (250) 사이에 형성된 확산판(Diffuser) (230)을 더 포함한다. 본 실시예의 입체영상표시 장치는 확산판 (230)의 추가외에는 제 1실시예와 동일하게 설계된다. 제 1실시예에서 영상 표시패널 (210)의 종류에 따라 화소 내에서의 휘도분포가 균일하지 못하게 하는 요인이 존재한다. 예를 들어, 액정표시장치(LCD)가 영상 표시패널 (210)인 경우, 백라이트 유닛 (211)에서 방출된 광은 박막 트랜지스터 (TFT; thin film transistor) 어레이 기판 (213), 컬러 필터 기판 (215), 및 편광판 (217)을 통과한다. 이 경우, TFT 어레이 기판 (213)과 칼라필터 기판 (215)사이에 액정층이 존재하며, 이 액정층의 두께를 일정하게 유지하기 위해 화소내에 랜덤하게 스페이서 (219)들이 분포된다. 이러한 스페이서 (219)의 크기는 대략 수 ㎛ 정도이다. 스페이서 (219)들은 산란체 역할을 하며, 본 발명의 제 1실시예와 같이 관찰위치가 각 화소의 영상이 이미징되는 위치가 되는 동시에 시역 형성이 되는 경우에는 시역내의 수평위치에 따른 밝기 분포가 균일하지 못하게 되는 원인이 된다. 따라서, 이와 같이 화소내의 밝기 분포가 불균일한 경우에 있어서, 영상 표시패널 (210)과 렌티큘러 렌즈시트 (250)사이에 확산판 (230)을 추가함으로써, 시역 내의 밝기 분포의 불균일성을 해소할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 화소 13: 좌안 이미지 화소
15: 우안 이미지 화소 20: BM부 (Black Matrix)
100, 200: 입체 영상 표시 장치 110, 210: 영상 표시 패널
130: 패럴랙스 배리어 기판 150: 이미징 위치
160: 렌티큘러 렌즈시트의 광학적 중심 211, 백라이트 유닛
213: TFT 어레이 기판 215: 컬러 기판
230: 확산판 250: 렌티큘러 렌즈 시트
270: 동공 추적부 290: 수평 방향 이동부

Claims (16)

  1. 영상 표시패널; 및
    상기 영상표시패널 전면에 형성된 렌티큘러 렌즈시트를 포함하되,
    상기 렌티큘러 렌즈시트는 상기 영상 표시패널에서 방출된 영상 정보를 통과시켜, 상기 영상 표시 패널로부터 소정 거리의 이미징 위치에 시역을 형성하도록 설계된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시역은 상기 이미징 위치로부터 ±10% 이내에 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 입체 영상 표시장치는,
    상기 영상 표시패널과 상기 렌티큘러 렌즈시트 사이에 확산판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 표시패널은 액정표시장치(LCD), 플라즈마표시장치(PDP) 및 전계 방출 표시장치(FED)를 포함하는 평판표시장치 및 투사광학계의 스크린 중에 임의의 하나인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 입체영상 표시장치는,
    관찰자의 동공의 위치를 추적하는 동공 추적부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 영상표시패널에는 다수의 데이터 행을 구성하는 화소들이 배치되며,
    상기 다수의 데이터 행 중 적어도 하나의 행의 화소들은 인접한 데이터 행의 화소들의 배열과 수직선상에서 어긋나도록 수평으로 이동된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 영상 표시 패널이 2 시역의 영상정보를 형성하도록, 상기 수평으로 이동된 거리는 상기 화소의 가로길이의 1/2인 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 동공 추적부는 상기 추적된 동공의 위치를 상기 영상 표시패널에 피드백하며, 상기 영상 표시패널은 상기 피드백된 동공의 위치에 따라 상기 다수의 데이터 행 중 짝수 데이터 행과 홀수 데이터 행 중 어느 하나의 데이터 행의 화소들만 구동시키는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 입체영상 표시장치는,
    상기 렌티큘러 렌즈시트와 영상 표시패널의 수평방향의 상대위치를 조정하는 수평방향 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 동공 추적부는 상기 추적된 동공의 위치를 상기 수평방향 이동부에 피드백하며, 상기 수평방향 이동부는 상기 피드백된 동공의 위치에 따라 관찰자의 동공이 해당 시역의 중심 부분에 위치하도록 상기 렌티큘러 렌즈시트와 상기 영상표시패널의 수평방향의 상대위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
  11. (a) 영상표시패널 전면에 형성된 렌티큘러 렌즈시트를, 상기 영상 표시패널에서 방출된 영상 정보를 통과시켜, 상기 영상 표시 패널로부터 소정 거리의 이미징 위치에 시역을 형성하도록 설계하는 단계;
    (b) 동공 추적부에서, 관찰자의 동공의 위치를 추적하여 상기 추적된 동공의 위치를 상기 영상 표시패널 또는 수평방향 이동부로 피드백하는 단계;
    (c) 상기 영상 표시패널 또는 수평방향 이동부에서, 상기 시역의 중심 부분을 상기 피드백된 동공의 위치에 위치하도록 조정하는 입체영상 표시장치 구동방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 (a)단계의 상기 시역은 상기 이미징 위치로부터 ±10% 이내에 형성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치 구동방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 상기 영상 표시패널에는 다수의 데이터 행을 구성하는 화소들이 배치되며, 상기 다수의 데이터 행 중 적어도 하나의 행의 화소들은 인접한 데이터 행의 화소들의 배열과 수직선상에서 어긋나도록 수평으로 이동된 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치 구동방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 상기 영상 표시패널이 2 시역의 영상정보를 형성하도록, 상기 수평으로 이동된 거리는 상기 화소의 가로길이의 1/2인 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치 구동방법.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 영상 표시패널은 상기 피드백된 동공의 위치에 따라 상기 다수의 데이터 행 중 짝수 데이터 행과 홀수 데이터 행 중 어느 하나의 데이터 행의 화소들만 구동시키는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치 구동방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 수평방향 이동부는 상기 피드백된 동공의 위치에 따라 관찰자의 동공이 해당 시역의 중심 부분에 위치하도록 상기 렌티큘러 렌즈시트와 상기 영상표시패널의 수평방향의 상대위치를 실시간으로 조정하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치 구동방법.
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