KR20120095066A - Integral imaging type stereoscopic image display device - Google Patents

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KR20120095066A
KR20120095066A KR1020110014479A KR20110014479A KR20120095066A KR 20120095066 A KR20120095066 A KR 20120095066A KR 1020110014479 A KR1020110014479 A KR 1020110014479A KR 20110014479 A KR20110014479 A KR 20110014479A KR 20120095066 A KR20120095066 A KR 20120095066A
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이근식
방형석
정호영
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A three-dimensional image display device of an integrated image method is provided to form a unit lens on a liquid crystal layer of a liquid crystal lens array in which a refractive ratio lens and a prism are integrated. CONSTITUTION: A pickup unit includes a lens array and a photographing device. The pickup unit generates the entire element image of a three-dimensional object. A display unit(400) includes a liquid crystal lens array(410) and a display panel(420). The display unit generates the entire element image of the three-dimensional object into a three-dimensional image. The liquid crystal lens array includes a liquid crystal layer(411). A refractive index distribution lens is formed in a liquid crystal layer. The unit lens includes a plurality of front surfaces.

Description

집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치{INTEGRAL IMAGING TYPE STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE}Integrated image type stereoscopic image display device {INTEGRAL IMAGING TYPE STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE}

본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 광 시야각을 갖는 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stereoscopic image display apparatus and to a stereoscopic image display apparatus of an integrated image type having a wide viewing angle.

오늘날 초고속 정보 통신망을 근간으로 구축될 정보의 고속화를 위해 실현될 서비스들은 현재의 전화와 같이 단순히「듣고 말하는」서비스로부터 문자, 음성, 영상을 고속 처리하는 디지털 단말을 중심으로 한「보고 듣는」멀티 미디어형 서비스로 발전하고 궁극적으로는「시?공간을 초월하여 실감 있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는」초공간형 입체 정보통신 서비스로 발전할 것으로 예상된다.The services to be realized for the high speed of information to be built on the high-speed information communication network today are 'seeing and listening' multi-media centering on digital terminals that process text, voice, and video at high speed from simply 'listening and talking' service like the current telephone. It is expected to develop into a media-type service and ultimately develop into a super-spatial stereoscopic information communication service that transcends time and space to see, feel, and enjoy in three dimensions.

일반적으로 삼차원(3-Dimension; 3D)을 표현하는 입체 영상은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의하여 이루어진다. 두 눈의 시차 즉, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에, 두 눈의 위치의 차이로 왼쪽과 오른쪽 눈은 서로 약간 다른 영상을 보게 된다. 이와 같이, 두 눈의 위치 차이에 의한 영상의 차이점을 양안시차(Binocular Disparity)라고 한다. In general, a stereoscopic image representing 3-Dimension (3D) is achieved by the principle of stereo vision through two eyes. Since the parallax of two eyes, that is, they are about 65mm apart, the left and right eyes see slightly different images due to the difference in the positions of the two eyes. As such, the difference in the image due to the positional difference between the two eyes is called binocular disparity.

상술한 입체 영상 표시 장치는 이러한 양안 시차를 이용하여 왼쪽 눈은 왼쪽 눈에 대한 영상만 보게 하고 오른쪽 눈은 오른쪽 눈 영상만을 볼 수 있게 하여, 사용자가 양안시차를 느껴 입체감을 느끼게 한다. 즉, 좌/우의 눈은 각각 서로 다른 이차원 영상을 보게 되고, 이 두 영상이 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 본래 삼차원 영상의 깊이감과 실제감을 재생한다. 이러한 기술을 스테레오그라피(Stereography)라 한다.The above-described stereoscopic image display device uses the binocular disparity so that the left eye can see only the image of the left eye and the right eye can see only the right eye image, so that the user feels the binocular disparity to feel a stereoscopic feeling. In other words, the left and right eyes see different two-dimensional images, and when these two images are delivered to the brain through the retina, the brain accurately fuses each other to reproduce the depth and reality of the original three-dimensional image. This technique is called stereography.

그런데, 양안시차를 이용하여 입체 영상을 시청하면, 두 영상의 시차와 눈의 초점기능의 부조화로 인해 어지러움과 눈의 피로감이 발생한다. 따라서, 최근에는 스테레오그라피의 문제점을 해결할 수 있는 집적 영상(Integral Imaging) 방식을 적용하는 연구들이 많이 수행되고 있다.However, when viewing a stereoscopic image using binocular disparity, dizziness and eye fatigue are generated due to disparity of two images and inconsistency of the focus function of the eyes. Therefore, in recent years, a lot of researches are applied to apply an integrated imaging method that can solve the problem of stereography.

집적 영상 방식은 1908년 리프만(Lippmann)에 의해 처음 제안된 방식이다. 집적 영상 방식은 홀로그램과 같은 이미지로 영상을 집적하여 인식하는 것으로, 안경을 이용하지 않고 복수개의 단일 렌즈로 구성된 렌즈 어레이를 이용하여 2차원 전체 요소 영상으로부터 특정 깊이를 갖는 3차원 영상을 일정한 체적 내에서 표현한다. 즉, 시청자는 일정한 체적 내에서 형성된 3차원 영상을 보면서 실제 3차원 물체를 보는 것과 같이 느낄 수 있다.The integrated imaging method was first proposed by Lippmann in 1908. The integrated image method recognizes images by integrating them into a hologram-like image, and uses a lens array composed of a plurality of single lenses without using glasses to produce a three-dimensional image having a specific depth from a two-dimensional whole element image in a constant volume. Express in That is, the viewer can feel as if he or she sees a real three-dimensional object while viewing a three-dimensional image formed in a certain volume.

도 1a와 1b는 각각 일반적인 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 픽업부를 도시한 단면도와 일반적인 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 표시부를 도시한 단면도이다. 그리고, 도 2는 일반적인 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 시야각을 나타낸 도면이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a pickup of a stereoscopic image display device of a general integrated image system and a display of a stereoscopic image display device of a general integrated image system, respectively. 2 is a view illustrating a viewing angle of a stereoscopic image display device of a general integrated image system.

일반적인 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치는 픽업부와 표시부로 구성된다. 픽업부는 도 1a와 같이, 제 1 렌즈 어레이(10) 및 카메라 등과 같은 촬영 장치(11)를 이용하여 3차원 물체(20)의 3차원 정보를 전체 요소 영상으로 바꾸어 촬영 장치(11)에 저장한다. 그리고, 표시부는 도 1b와 같이, 표시 패널(42)과 제 2 렌즈 어레이(41)를 구비하여 표시 패널(42)에 표시된 전체 요소 영상을 다시 입체 영상(50)의 형태로 보여준다.A general integrated image type stereoscopic image display device includes a pickup unit and a display unit. As shown in FIG. 1A, the pickup unit converts three-dimensional information of the three-dimensional object 20 into an entire element image by using the imaging device 11 such as the first lens array 10 and the camera and stores the image in the imaging device 11. . 1B, the display unit includes the display panel 42 and the second lens array 41 to show the entire element image displayed on the display panel 42 again in the form of a stereoscopic image 50.

상기와 같은 집적 영상 방식은 입체 영상을 시청하는데 안경이나 기타 도구가 필요하지 않으며, 시청자가 입체 영상을 시청할 때 눈의 피로감이 발생하지 않으며 연속적인 영상 재현이 가능하다.The integrated imaging method as described above does not require glasses or other tools to watch a stereoscopic image, and does not cause eye fatigue when the viewer views the stereoscopic image and enables continuous image reproduction.

한편, 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치는 재생되는 입체 영상이 여러 개가 동시에 보이는 현상을 없애기 위해 단일 렌즈의 영역을 벗어나는 위치에 있는 것을 표시 패널에 표시하지 않는다.On the other hand, the integrated image type stereoscopic image display device does not display on the display panel that the stereoscopic image to be reproduced is located outside the area of a single lens in order to eliminate the phenomenon that several stereoscopic images are simultaneously viewed.

구체적으로 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치는 최대 좌, 우 시야각이 60°정도로, 시야각을 벗어나면 전혀 영상을 시청할 수 없다. 더욱이, 도 2와 같이 표시 패널(42)에 표시된 전체 요소 영상이 제 2 렌즈 어레이(41)를 통해 집적되어 입체 영상으로 재현될 때, 실제적으로 정확한 입체 영상을 시청할 수 있는 시야각은 30°내지 40°정도로 시야각이 매우 작다. 또한, 시청자가 근거리에서 입체 영상을 시청할수록 시야각은 작아진다는 문제점이 있다.In detail, the stereoscopic image display device of the integrated image type has a maximum left and right viewing angle of about 60 ° and cannot view an image at all when the viewing angle is out of the viewing angle. In addition, when the entire element image displayed on the display panel 42 is integrated through the second lens array 41 and reproduced as a stereoscopic image, as shown in FIG. 2, a viewing angle capable of viewing a realistic stereoscopic image is 30 ° to 40 degrees. Viewing angle is very small at approximately °. In addition, there is a problem that the viewing angle becomes smaller as the viewer watches a stereoscopic image at a close range.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 시야각을 향상시킬 수 있는 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and to provide a three-dimensional image display device of the integrated image method that can improve the viewing angle, an object thereof.

상기와 같은 목적은 달성하기 위한 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치는, 렌즈 어레이와 촬영 소자를 구비하여 3차원 물체의 전체 요소 영상을 생성하는 픽업부; 및 액정 렌즈 어레이와 표시 패널을 구비하여 상기 3차원 물체의 전체 요소 영상을 3차원 영상으로 생성하는 표시부를 포함하며, 상기 액정 렌즈 어레이는 프리즘과 굴절률 분포형 렌즈가 일체화된 형상의 단위 렌즈가 형성된 액정층을 포함하고, 상기 단위 렌즈는 복수개의 전위면을 갖는다.The integrated image stereoscopic image display apparatus of the present invention for achieving the above object comprises a pickup unit for generating a full element image of a three-dimensional object having a lens array and a photographing element; And a display unit having a liquid crystal lens array and a display panel to generate an entire element image of the three-dimensional object into a three-dimensional image, wherein the liquid crystal lens array includes a unit lens having an integrated shape of a prism and a refractive index distribution lens. And a liquid crystal layer, wherein the unit lens has a plurality of dislocation surfaces.

상기 굴절률 분포형 렌즈는 프레넬 렌즈 또는 볼록 렌즈이다.The refractive index distributed lens is a Fresnel lens or a convex lens.

상기 액정 렌즈 어레이는 전압 인가 여부에 따라 2D/3D 전환이 가능하다.The liquid crystal lens array may be 2D / 3D switched according to whether a voltage is applied.

상기 액정 렌즈 어레이에 전압을 인가하지 않을 경우, 상기 액정층이 투명층 기능을 한다.When no voltage is applied to the liquid crystal lens array, the liquid crystal layer functions as a transparent layer.

상기 표시부는 리얼 모드, 버추얼 모드 및 포커스 모드 중 선택된 모드로 상기 입체 영상을 구현한다.The display unit implements the stereoscopic image in a selected mode among real mode, virtual mode, and focus mode.

상기 표시 패널과 액정 렌즈 어레이는 액정 패널이다.The display panel and the liquid crystal lens array are liquid crystal panels.

상기 렌즈 어레이는 필름 또는 글래스이다.The lens array is film or glass.

상기와 같은 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.The integrated stereoscopic image display device of the present invention as described above has the following effects.

첫째, 전체 요소 영상을 입체 영상으로 복원할 때, 액정 렌즈 어레이의 액정층에 굴절률 분포형 렌즈와 프리즘이 일체화된 형상의 단위 렌즈가 형성됨으로써, 액정 렌즈 어레이가 광 경로를 안쪽으로 좁혀 광 시야각 영역에서 입체 영상을 시청할 수 있다.First, when restoring an entire element image to a stereoscopic image, a unit lens having an integrated refractive index lens and a prism is formed on the liquid crystal layer of the liquid crystal lens array, so that the liquid crystal lens array narrows the optical path inwards so that a wide viewing angle region is obtained. You can watch 3D video at.

둘째, 액정 렌즈 어레이에 인가되는 전압의 온/오프(On/Off)를 통해 시청자는 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 시청할 수 있다.Second, the viewer can selectively view the 2D image and the 3D image through on / off of the voltage applied to the liquid crystal lens array.

도 1a와 일반적인 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 픽업단계를 도시한 단면도.
도 1b는 일반적인 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 표시단계를 도시한 단면도.
도 2는 일반적인 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 시야각을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 픽업부를 도시한 단면도.
도 4는 도 3의 촬영 소자에 저장된 전체 요소 영상을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 표시부를 도시한 단면도.
도 6a와 도 6b는 각각 프레넬 렌즈와 프리즘을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 시야각을 나타낸 도면.FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a pickup step of a stereoscopic image display device of a general integrated image system. FIG.
1B is a cross-sectional view illustrating a display step of a stereoscopic image display device of a general integrated image system.
2 is a view illustrating a viewing angle of a stereoscopic image display device of a general integrated image system.
3 is a cross-sectional view illustrating a pickup unit of an integrated image type stereoscopic image display device of the present invention.
4 is a diagram illustrating an entire element image stored in the image pickup device of FIG. 3.
5 is a cross-sectional view showing a display unit of an integrated image type stereoscopic image display device of the present invention.
6A and 6B are sectional views showing a Fresnel lens and a prism, respectively.
7 is a view showing a viewing angle of the stereoscopic image display device of the integrated image system of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 광 시야각 영역에서 입체 영상을 시청할 수 있으며, 선택적으로 2차원 영상과 3차원 영상을 구현할 수 있는 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, referring to the accompanying drawings, a stereoscopic image display apparatus of an integrated image method of the present invention, which can watch a stereoscopic image in a wide viewing angle region and can selectively implement a 2D image and a 3D image, will be described in detail. Is the same as

도 3은 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 픽업부를 도시한 단면도, 도 4는 도 3의 촬영 소자에 저장된 전체 요소 영상을 도시한 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 표시부를 도시한 단면도이며, 도 6a와 도 6b는 각각 프레넬 렌즈와 프리즘을 나타낸 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a pickup of the stereoscopic image display device of the integrated image method according to the present invention, and FIG. 4 is a view illustrating an entire element image stored in the image pickup device of FIG. 3. 5 is a cross-sectional view illustrating a display unit of an integrated image type stereoscopic image display device, and FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views illustrating Fresnel lenses and prisms, respectively.

본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치는, 렌즈 어레이와 촬영 소자를 구비하여 3차원 물체의 전체 요소 영상을 생성하는 픽업부; 및 액정 렌즈 어레이와 표시 패널을 구비하여 3차원 물체의 전체 요소 영상을 입체 영상으로 생성하는 표시부를 포함하며, 상기 액정 렌즈 어레이는 프리즘과 굴절률 분포형 렌즈가 일체화된 형상의 단위 렌즈가 형성된 액정층을 포함하고, 상기 단위 렌즈는 복수개의 전위면을 갖는다.According to an aspect of the present invention, there is provided a stereoscopic image display device including: a pickup unit including a lens array and a photographing element to generate an entire element image of a 3D object; And a display unit including a liquid crystal lens array and a display panel to generate an entire element image of a 3D object as a stereoscopic image, wherein the liquid crystal lens array includes a liquid crystal layer in which a unit lens having a shape in which a prism and a refractive index distribution lens are integrated is formed. The unit lens has a plurality of dislocation surfaces.

도 3 및 도 4와 같이, 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 픽업부(100)는 렌즈 어레이(110)와 촬영 소자(120)를 구비하여 3차원 물체(200)의 전체 요소 영상(300)을 생성한다.As shown in FIGS. 3 and 4, the pickup unit 100 of the integrated image type stereoscopic image display apparatus includes a lens array 110 and a photographing element 120 to display an entire element image of the 3D object 200. Generate 300.

구체적으로, 3차원 물체(200)에서 나온 광선들은 복수개의 제 1 단위 렌즈(110a)로 구성된 렌즈 어레이(110)를 통과한 후 카메라와 같은 촬영 소자(120)에 도달된다. 촬영 소자(120)는 광선들을 감지하여 렌즈 어레이(110)를 구성하는 각 제 1 단위 렌즈(110a) 별로 단일 요소 영상(300a)을 생성한 후, 단일 요소 영상(300a)을 기록하여 3차원 물체(200)의 전체 요소 영상(300)을 생성하여 저장한다.Specifically, the light rays emitted from the 3D object 200 pass through the lens array 110 composed of the plurality of first unit lenses 110a and then reach the imaging device 120 such as a camera. The photographing device 120 generates a single element image 300a for each first unit lens 110a constituting the lens array 110 by sensing the rays, and then records the single element image 300a to record a three-dimensional object. A full element image 300 of 200 is generated and stored.

이 때, 렌즈 어레이(110)를 구성하는 복수개의 제 1 단위 렌즈(110a)의 직경은 모두 동일한 것이 바람직하다. 렌즈 어레이(110)는 필름(Film) 또는 글래스(Glass)로 형성되며, 복수개의 단위 렌즈(110a)는 굴절률 분포형(Gradient Index; GRIN) 렌즈이다.At this time, it is preferable that all of the diameters of the plurality of first unit lenses 110a constituting the lens array 110 are the same. The lens array 110 is formed of a film or glass, and the plurality of unit lenses 110a are gradient index (GRIN) lenses.

굴절률 분포형 렌즈는 소정의 굴절률 기울기를 가지며, 굴절률이 점진적으로 변하는 렌즈로 프레넬(Fresnel) 렌즈와 볼록(Convex) 렌즈를 포함한다. 프레넬 렌즈는 볼록 렌즈에 있어서 집광에 필수적이지 않은 부분들을 제거하여 집적함으로써, 볼록 렌즈에 비해 훨씬 적은 부피와 무게로 볼록 렌즈와 동일한 수준의 집광 기능을 수행할 수 있는 렌즈이다.The refractive index distributed lens has a predetermined refractive index gradient and includes a Fresnel lens and a Convex lens, in which the refractive index is gradually changed. Fresnel lenses are lenses that can perform the same level of condensing function as convex lenses with much less volume and weight than convex lenses by removing and integrating portions that are not essential for condensing in convex lenses.

픽업부(100)는 렌즈 어레이(110)의 복수개의 제 1 단위 렌즈(110a)에 의해 공간상의 여러 방향에서 바라본 3차원 물체(200)의 단일 요소 영상(300a)을 형성한다. 이 때, 단일 요소 영상(300a)은 3차원 물체(200)를 볼 수 있도록 하는 2차원의 기본 영상으로, 각 단일 요소 영상(300a)은 균일한 사이즈를 갖는다.The pickup unit 100 forms a single element image 300a of the three-dimensional object 200 viewed from various directions in space by the plurality of first unit lenses 110a of the lens array 110. In this case, the single element image 300a is a two-dimensional basic image for viewing the three-dimensional object 200, and each single element image 300a has a uniform size.

한편, 단일 요소 영상(300a)은 상기와 같이 촬영 소자(120)와 렌즈 어레이(110)를 사용하여 생성될 수 있으며, 도시하지는 않았지만 컴퓨터 그래픽을 이용하는 컴퓨터 생성 집적 영상 기술(Computer Generated Integral Imaging; CGII)로도 생성될 수도 있다.Meanwhile, the single element image 300a may be generated by using the photographing element 120 and the lens array 110 as described above, and although not shown, Computer Generated Integral Imaging (CGII) using computer graphics. It can also be generated as).

컴퓨터 생성 집적 영상 기술은 3차원 물체에 대한 단일 요소 영상들을 컴퓨터 알고리즘을 이용해 생성하고 생성된 단일 요소 영상들을 표시 패널로 전송하여 입체 영상을 구현하는 방식이다.Computer-generated integrated imaging technology is a method of generating stereoscopic images by generating single element images of a 3D object using a computer algorithm and transmitting the generated single element images to a display panel.

상기와 같이 3차원 물체의 전체 요소 영상을 생성한 후, 도 5와 같이 표시부(400)를 통해 3차원 물체(도 3의 200)를 입체 영상(500)으로 재현할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치의 표시부(400)는 표시 패널(420)과 액정 렌즈 어레이(410)를 포함하여 이루어져 3차원 물체(도 3의 200)의 입체 영상(500)을 생성한다.After generating the entire element image of the three-dimensional object as described above, the three-dimensional object (200 in FIG. 3) can be reproduced as a three-dimensional image 500 through the display unit 400 as shown in FIG. In detail, the display unit 400 of the stereoscopic image display device of the integrated image type according to the present invention includes the display panel 420 and the liquid crystal lens array 410, and the stereoscopic image 500 of the three-dimensional object (200 in FIG. 3). ).

3차원 물체(도 3의 200)의 전체 요소 영상(도 4의 300)을 표시하는 표시 패널(420)은 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display Device; LCD), 유기 전계 발광 소자(Organic Light Emitting Display Device; OLED), 플라즈마 표시 소자(Plasma Display Panel; PDP), 전계 발광 소자(Field Emission Display Device; FED)등을 이용한 평판 표시 장치이다.The display panel 420 displaying an entire element image (300 of FIG. 4) of a three-dimensional object (200 of FIG. 3) includes a liquid crystal display device (LCD) and an organic light emitting display device. OLED), a plasma display panel (PDP), a field emission display device (FED), and the like.

특히, 표시 패널(420)은 액정 패널인 것이 바람직하며, 액정 패널은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT), 공간 광변조 소자(Spacial Light Modulator; SLM)를 이용한 액정 패널일 수 있다. 또한, 액정 패널은 일반적인 액정 표시 소자의 하판으로 유리 대신 실리콘 웨이퍼를 사용하는 실리콘 액정 표시 소자(Liquid Crystal On Silicon; LCOS)를 이용한 액정 패널도 포함한다.In particular, the display panel 420 may be a liquid crystal panel, and the liquid crystal panel may be a liquid crystal panel using a thin film transistor (TFT) and a spatial light modulator (SLM). The liquid crystal panel also includes a liquid crystal panel using a liquid crystal on silicon (LCOS) that uses a silicon wafer instead of glass as a lower plate of a general liquid crystal display device.

구체적으로, 표시 패널(420)에 3차원 물체(도 3의 200)의 전체 요소 영상(도 4의 300)을 표시하고, 표시 패널(420) 앞에 액정 렌즈 어레이(410)를 위치시킨다. 그리고, 표시 패널(420) 뒤에 위치한 백라이트(미도시)에서 산란광을 비추면, 전체 요소 영상(도 4의 300)을 구성하는 3차원 물체(도 3의 200)의 단일 요소 영상(도 4의 300a)이 액정 렌즈 어레이(410)를 통과하면서 합쳐진다. 따라서, 단일 요소 영상(도 4의 300a)이 원래 물체가 있던 위치에 집적되어 입체 영상(500)으로 재현된다.In detail, the entire element image (300 of FIG. 4) of the three-dimensional object (200 of FIG. 3) is displayed on the display panel 420, and the liquid crystal lens array 410 is positioned in front of the display panel 420. When scattered light is emitted from a backlight (not shown) positioned behind the display panel 420, a single element image (300a of FIG. 4) of the three-dimensional object (200 of FIG. 3) constituting the entire element image (300 of FIG. 4) is emitted. ) Are combined while passing through the liquid crystal lens array 410. Therefore, the single element image 300a of FIG. 4 is integrated at the position where the original object was and reproduced as the stereoscopic image 500.

액정 렌즈 어레이(410)는 하부 기판과 상부 기판 및 하부 기판과 상부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하며 이루어지며, 도 5에서는 액정층(411)과 액정층(411)에 형성된 복수개의 제 2 단위 렌즈(410a)만을 도시하였다. 복수개의 제 2 단위 렌즈(410a)는 물리적인 렌즈가 아니라 액정층(411)의 액정 분자의 배열에 따라 광학적으로 렌즈 효과를 얻는 것이다.The liquid crystal lens array 410 includes a lower substrate, an upper substrate, and a liquid crystal layer formed between the lower substrate and the upper substrate. In FIG. 5, a plurality of second units formed in the liquid crystal layer 411 and the liquid crystal layer 411. Only the lens 410a is shown. The plurality of second unit lenses 410a may obtain an optical lens effect according to the arrangement of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 411 rather than the physical lens.

액정 렌즈 어레이(410)는 액정 분자의 배열을 조절할 수 있는 평판 디스플레이로, 액정 패널인 것이 바람직하며, 3차원 물체(도 3의 200)의 단일 요소 영상(도 4의 300a)을 입체 영상(500)으로 재현할 때, 액정 렌즈 어레이(410)의 액정층(411)에 프리즘과 굴절률 분포형 렌즈(Gradient Index; GRIN)가 일체화된 형상의 제 2 단위 렌즈(410a)가 형성된다.The liquid crystal lens array 410 is a flat panel display that can adjust the arrangement of liquid crystal molecules, and preferably a liquid crystal panel. The liquid crystal lens array 410 generates a stereoscopic image 500 of a single element image (300a of FIG. 4) of a three-dimensional object (200 of FIG. 3). ), A second unit lens 410a is formed in the liquid crystal layer 411 of the liquid crystal lens array 410 in which the prism and the refractive index GRIN are integrated.

굴절률 분포형(Gradient Index; GRIN) 렌즈는 프레넬(Fresnel) 렌즈와 볼록(Convex) 렌즈를 포함하며, 도면에서는 프레넬 렌즈 형상과 프리즘 형상이 일체화된 형상의 제 2 단위 렌즈(410a)를 도시하였다.The refractive index (GRIN) lens includes a Fresnel lens and a Convex lens. In the drawing, a second unit lens 410a having a shape in which a Fresnel lens shape and a prism shape are integrated is shown. It was.

도시하지는 않았지만, 액정 렌즈 어레이(410)의 하부 기판 상에는 복수개의 제 1 전극이 형성되며 상부 기판 상에는 통전극 형태로 제 2 전극이 형성된다. 복수개의 제 2 단위 렌즈(410a)는 일 피치(Pitch)에 대응되는 폭을 가지며, 각 피치(P)는 복수개의 영역으로 구분된다. 그리고, 일 피치에 대응되는 복수개의 제 1 전극은 각 영역별로 인가되는 전압뿐만 아니라 복수개의 제 1 전극의 간격 또한 상이하여, 각 제 2 단위 렌즈(410a)는 복수개의 전위면을 갖는다.Although not shown, a plurality of first electrodes are formed on the lower substrate of the liquid crystal lens array 410, and a second electrode is formed on the upper substrate in the form of a through electrode. The plurality of second unit lenses 410a has a width corresponding to one pitch, and each pitch P is divided into a plurality of regions. In addition, the plurality of first electrodes corresponding to one pitch differs not only in voltage applied to each region but also in intervals of the plurality of first electrodes, so that each second unit lens 410a has a plurality of potential surfaces.

구체적으로, 액정층(410a)에 형성되는 제 2 단위 렌즈(410a)는 도 6a와 같은 프레넬 렌즈 형상의 제 1 렌즈(410b)와 도 6b와 같은 프리즘 형상의 제 2 렌즈(410c)가 일체화된 형상이다. 이 때, 프리즘 형상의 제 2 렌즈(410c)는 렌즈를 통과하는 광을 상하 방향 또는 좌우 방향으로 집광하거나 상하 및 좌우 방향으로 모두 집광하여, 프레넬 렌즈 형상의 제 1 렌즈(410b)가 구부러진 것과 같은 효과를 줌으로써 광 경로를 안쪽으로 좁힐 수 있다.In detail, in the second unit lens 410a formed on the liquid crystal layer 410a, the first lens 410b having the Fresnel lens shape as shown in FIG. 6A and the second lens 410c having the prism shape as shown in FIG. 6B are integrated. Shape. At this time, the prism-shaped second lens 410c collects the light passing through the lens in the up-down direction, the left-right direction, or in the up-down and left-right direction, so that the first lens 410b of the Fresnel lens shape is bent. The same effect can be used to narrow the light path inwards.

즉, 프레넬 렌즈 형상의 제 1 렌즈(410b)는 3차원 물체(도 3의 200)의 단일 요소 영상(도 4의 300a)을 입체 영상으로 재현하며, 프리즘 형상의 제 2 렌즈(410c)가 액정층(411)을 통과하는 광의 경로를 안쪽으로 좁혀서 시청자가 광 시야각 영역에서 재현되는 입체 영상을 시청할 수 있도록 한다.That is, the first lens 410b having a Fresnel lens shape reproduces a single element image (300a of FIG. 4) of a three-dimensional object (200 of FIG. 3) as a stereoscopic image, and a prism-shaped second lens 410c is provided. The path of the light passing through the liquid crystal layer 411 is narrowed inward so that the viewer can watch a stereoscopic image reproduced in the wide viewing angle region.

한편, 액정 렌즈 어레이(410)와 표시 패널(420) 사이의 간격에 따라 입체 영상(500)이 맺히는 위치가 달라진다. 액정 렌즈 어레이(410)와 표시 패널(420) 사이의 간격이 액정층(411)에 형성된 제 2 단위 렌즈(410a)의 초점거리보다 클 경우에는 입체 영상(500)이 맺히는 거리가 양수가 되어 입체 영상(500)이 액정 렌즈 어레이(410)의 앞면에 실상으로 맺힌다. 상기와 같은 리얼 모드(Real Mode)는 입체 영상(500)이 액정 렌즈 어레이(410)와 시청자 사이에 위치하여 보다 좋은 깊이감을 갖는 입체 영상(500)을 시청할 수 있다.The position where the stereoscopic image 500 is formed varies depending on the distance between the liquid crystal lens array 410 and the display panel 420. If the distance between the liquid crystal lens array 410 and the display panel 420 is larger than the focal length of the second unit lens 410a formed in the liquid crystal layer 411, the distance between the three-dimensional image 500 is positive and is three-dimensional. The image 500 is actually formed on the front surface of the liquid crystal lens array 410. In the real mode as described above, the stereoscopic image 500 may be positioned between the liquid crystal lens array 410 and the viewer to watch the stereoscopic image 500 having a better depth.

반대로, 액정 렌즈 어레이(410)와 표시 패널(420) 사이의 간격이 액정층(411)에 형성된 제 2 단위 렌즈(410a)의 초점거리보다 작을 경우에는 입체 영상(500)이 맺히는 거리가 음수가 되어 입체 영상(500)이 액정 렌즈 어레이(410)의 뒷면에 허상으로 맺힌다. 상기와 같은 버추얼 모드(Virtual Mode)는 액정 렌즈 어레이(410) 뒤쪽에 입체 영상(500)이 표현된다.On the contrary, when the distance between the liquid crystal lens array 410 and the display panel 420 is smaller than the focal length of the second unit lens 410a formed in the liquid crystal layer 411, the distance formed by the stereoscopic image 500 is negative. The stereoscopic image 500 is formed as a virtual image on the rear surface of the liquid crystal lens array 410. In the virtual mode, the stereoscopic image 500 is displayed behind the liquid crystal lens array 410.

그리고, 액정 렌즈 어레이(410)와 표시 패널(420) 사이의 간격이 액정층(411)에 형성된 제 2 단위 렌즈(410a)의 초점거리와 같은 포커스 모드(Focused Mode)는 액정 렌즈 어레이(410)의 앞, 뒤로 동시에 입체 영상(500)이 표현된다.In addition, a focus mode in which a distance between the liquid crystal lens array 410 and the display panel 420 is the same as a focal length of the second unit lens 410a formed in the liquid crystal layer 411 may be determined by the liquid crystal lens array 410. The front and back of the stereoscopic image 500 is represented at the same time.

도 7과 같이, 표시 패널(420) 앞에 위치한 액정 렌즈 어레이(410)의 액정층(411)에 프리즘과 굴절률 분포형 렌즈가 일체화된 형상의 제 2 단위 렌즈(410a)가 형성되면, 전체 요소 영상(도 4의 300)을 입체 영상(500)으로 복원할 때, 재제 2 단위 렌즈(410a)가 광 경로를 안쪽으로 좁힘으로써 시청자는 광 시야각 영역에서 입체 영상(500)을 시청할 수 있다.As illustrated in FIG. 7, when the second unit lens 410a having a shape in which a prism and a refractive index distribution lens are integrated is formed in the liquid crystal layer 411 of the liquid crystal lens array 410 positioned in front of the display panel 420, the entire element image. When the 300 of FIG. 4 is restored to the stereoscopic image 500, the second unit lens 410a narrows the optical path inward so that the viewer can watch the stereoscopic image 500 in the wide viewing angle region.

즉, 일반적인 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치는 직경이 동일한 복수개의 단위 렌즈로 구성된 렌즈 어레이를 통해 전체 요소 영상이 입체 영상으로 복원되므로, 시청자는 협 시야각 영역에서만 복원된 입체 영상을 시청할 수 있다. 또한, 일반적인 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치는 렌즈 어레이가 항상 물리적으로 렌즈 형상을 가지므로, 2차원 영상(2-Dimension; 2D)과 3차원 영상(3-Dimension; 3D)을 선택적으로 구현할 수 없다.That is, in the general integrated image type stereoscopic image display device, the entire element image is reconstructed into a stereoscopic image through a lens array including a plurality of unit lenses having the same diameter, so that the viewer can view the stereoscopic image reconstructed only in the narrow viewing angle region. In addition, since a lens array always has a physical lens shape in a general integrated image type stereoscopic image display device, a two-dimensional (2-Dimension) and a three-dimensional (3-Dimension) may be selectively implemented. none.

그러나, 본 발명의 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치는 산란광을 통해 표시 패널에 표시된 전체 요소 영상이 액정 렌즈 어레이를 통과할 때, 프리즘과 단위 렌즈가 일체화된 형상의 복수개의 제 2 단위 렌즈가 광 경로를 안쪽으로 좁혀 광 시야각 영역에서 복원된 입체 영상을 시청할 수 있다.However, in the integrated image type stereoscopic image display device of the present invention, when the entire element image displayed on the display panel passes through the liquid crystal lens array through the scattered light, the plurality of second unit lenses having a shape in which the prism and the unit lens are integrated are lighted. By narrowing the path inward, the stereoscopic image reconstructed in the wide viewing angle region can be viewed.

또한, 액정 렌즈 어레이의 제 1 전극과 제 2 전극에 인가되는 전압의 온/오프(On/Off)를 통해 액정층에 형성되는 제 2 단위 렌즈를 제어하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 시청할 수 있다. 예를 들어, 액정 렌즈 어레이에 전압을 인가하지 않을 경우, 액정층이 단순 투명층 기능을 하여 시청자는 2차원 영상을 인식하며, 액정 렌즈 어레이에 전압을 인가하여 프리즘과 굴절률 분포형 렌즈가 일체화된 형상의 복수개의 제 2 단위 렌즈가 형성되면 시청자는 3차원 영상을 인식할 수 있다.In addition, the second unit lens formed on the liquid crystal layer is controlled by turning on / off voltages applied to the first electrode and the second electrode of the liquid crystal lens array, thereby selectively selecting the 2D image and the 3D image. You can watch. For example, when no voltage is applied to the liquid crystal lens array, the liquid crystal layer functions as a simple transparent layer, and the viewer recognizes a two-dimensional image, and a voltage is applied to the liquid crystal lens array to integrate the prism and the refractive index distribution lens. When a plurality of second unit lenses is formed, the viewer may recognize a 3D image.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

100: 픽업부 110: 렌즈 어레이
110a: 제 1 단위 렌즈 120: 촬영 소자
200: 3차원 물체 300: 전체 요소 영상
300a: 단일 요소 영상 400: 표시부
410: 액정 렌즈 어레이 410a: 제 2 단위 렌즈
410b: 제 1 렌즈 410c: 제 2 렌즈
411: 액정층 420: 표시 패널
500: 입체 영상100: pickup unit 110: lens array
110a: first unit lens 120: photographing element
200: three-dimensional object 300: whole element image
300a: single element image 400: display unit
410: liquid crystal lens array 410a: second unit lens
410b: first lens 410c: second lens
411: liquid crystal layer 420: display panel
500: stereoscopic video

Claims (7)

렌즈 어레이와 촬영 소자를 구비하여 3차원 물체의 전체 요소 영상을 생성하는 픽업부; 및
액정 렌즈 어레이와 표시 패널을 구비하여 상기 3차원 물체의 전체 요소 영상을 3차원 영상으로 생성하는 표시부를 포함하며,
상기 액정 렌즈 어레이는 프리즘과 굴절률 분포형 렌즈가 일체화된 형상의 단위 렌즈가 형성된 액정층을 포함하고, 상기 단위 렌즈는 복수개의 전위면을 갖는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.A pickup unit including a lens array and a photographing element to generate an entire element image of a 3D object; And
A display unit including a liquid crystal lens array and a display panel to generate an entire element image of the 3D object into a 3D image,
The liquid crystal lens array includes a liquid crystal layer having a unit lens having a shape in which a prism and a refractive index distribution type lens are integrated, and the unit lens has a plurality of potential surfaces. 제 1 항에 있어서,
상기 굴절률 분포형 렌즈는 프레넬 렌즈 또는 볼록 렌즈인 것을 특징으로 하는 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치.The method of claim 1,
And the refractive index distribution lens is a Fresnel lens or a convex lens. 제 1 항에 있어서,
상기 액정 렌즈 어레이는 전압 인가 여부에 따라 2D/3D 전환이 가능한 것을 특징으로 하는 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치.The method of claim 1,
And the liquid crystal lens array can switch 2D / 3D depending on whether voltage is applied. 제 3 항에 있어서,
상기 액정 렌즈 어레이에 전압을 인가하지 않을 경우, 상기 액정층이 투명층 기능을 하는 것을 특징으로 하는 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치.The method of claim 3, wherein
And a liquid crystal layer functions as a transparent layer when no voltage is applied to the liquid crystal lens array. 제 1 항에 있어서,
상기 표시부는 리얼 모드, 버추얼 모드, 포커스 모드 중 선택된 모드로 상기 입체 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치.The method of claim 1,
And the display unit implements the stereoscopic image in a selected mode among a real mode, a virtual mode, and a focus mode. 제 1 항에 있어서,
상기 표시 패널은 액정 패널인 것을 특징으로 하는 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치.The method of claim 1,
And the display panel is a liquid crystal panel. 제 1 항에 있어서,
상기 렌즈 어레이는 필름 또는 글래스인 것을 특징으로 하는 집적 영상 방식의 입체 영상 표시 장치.The method of claim 1,
And the lens array is a film or glass.
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