KR20120133668A - Stereoscopic 3d display device - Google Patents

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KR20120133668A
KR20120133668A KR1020110052423A KR20110052423A KR20120133668A KR 20120133668 A KR20120133668 A KR 20120133668A KR 1020110052423 A KR1020110052423 A KR 1020110052423A KR 20110052423 A KR20110052423 A KR 20110052423A KR 20120133668 A KR20120133668 A KR 20120133668A
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이근식
방형석
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A 3D image display device is provided to watch a real 3D image in a simple structure at a wide angle. CONSTITUTION: A 3D image display device includes a display panel(130), a focus varying lens(140), and a focusing lens(150). The display panel displays a color and a gradation of an object. The focus varying lens is installed on each pixel composing the display panel and adjusts a convergence position of light emitted from the pixel in order to expressing the depth of a 3D image. A focusing lens is placed on the display panel. A back light unit supplies parallel light to the display panel installed on a rear side of the display unit and controls a progress direction of the 3D image. [Reference numerals] (170) User location tracking system

Description

입체영상표시장치{STEREOSCOPIC 3D DISPLAY DEVICE}Stereoscopic Display Device {STEREOSCOPIC 3D DISPLAY DEVICE}

본 발명은 입체영상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공간상에 가상의 표면을 가정하고 표면을 구성하는 점들에서 발산된 빛을 통해 실사(real) 3D 영상을 구현하는 입체영상표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a stereoscopic image display apparatus, and more particularly, to a stereoscopic image display apparatus that realizes a real 3D image through light emitted from points constituting a surface in a virtual space. will be.

3D 디스플레이(display)란 간단히 정의를 내리자면 "인위적으로 3D 영상을 재생시켜 주는 시스템의 총체"라고 할 수 있다.3D display is simply defined as "the whole system of artificially reproducing 3D video."

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.Here, the system includes both software technology that can be viewed in 3D and hardware that actually implements the content created by the software technology in 3D. The reason for including the software domain is that the 3D display hardware requires a separate software content for each stereoscopic implementation.

이 중, 가상 3D 디스플레이는 사람이 입체감을 느끼는 여러 요인 중 우리 눈이 가로방향으로 약 65mm 떨어져 있어서 나타나는 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.Among these, the virtual 3D display allows the user to literally feel the three-dimensional effect on the flat display hardware by using the binocular disparity, which appears as the human eye is about 65mm away from the horizontal direction among the various factors that cause the human to feel the three-dimensional effect. The totality of the system. In other words, even though our eyes look at the same thing because of binocular parallax, each one sees a slightly different image (exactly, it shares some of the left and right spatial information), and when these two images are passed through the retina to the brain, the brain sees them. By fusion of each other precisely, we can feel a three-dimensional feeling, and it is a virtual 3D display that creates a virtual three-dimensional effect through a design that displays two left and right images simultaneously and sends them to each eye using a 2D display device.

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.In order to display two channels of images on a single screen in such a virtual 3D display hardware device, in most cases, one channel is outputted one by one in a horizontal or vertical direction. When two channels of images are output from one display device at the same time, in the case of the autostereoscopic method, the right image is directly input into the right eye and the left image is only into the left eye. In addition, in the case of wearing glasses, the right image is hidden from the left eye and the left image is hidden from the right eye through special glasses for each type.

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 3D 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3D표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.As such, the two-eye parallax due to the distance between the two eyes is the most important factor for the person to feel the three-dimensional feeling and depth, but besides, there is also a deep relation with the psychological and memory factors. On the basis of whether the degree of 3D image information can be provided, it is generally classified into a volumetric type (volumetric type), a 3D type (holographic type), and a stereoscopic type (stereoscopic type).

또한, 실사(real) 3D 디스플레이는 빛의 회절 또는 굴절을 이용하여 공간상에 영상을 형성하는 형태의 디스플레이를 의미하며, 기존의 양안시차 방식과는 다르게 실사 3D 방식이라는 점에서 차세대 3D 방식으로 각광을 받고 있으나, 구현의 어려움과 많은 데이터량 등의 난제로 인해 상용화가 쉽게 이루어지고 있지는 않다.In addition, a real 3D display refers to a display in which an image is formed in a space by using diffraction or refraction of light, and differs from the conventional binocular parallax method in that it is a real 3D method, and thus is spotlighted as a next generation 3D method. However, commercialization is not easy due to difficulties of implementation and difficulties such as a large amount of data.

현재 실사 3D 방식은 크게 3가지로 나눌 수 있다. 즉, 집적영상(integral imaging)방식과 부피표현방식, 그리고 홀로그래피(holography)방식이 그것인데, 이중 부피표현방식은 평판 디스플레이가 아니라는 점을 감안하고 보면, 집적영상방식과 홀로그래피방식이 차세대 실사 3D 디스플레이 방식이라고 할 수 있다.Currently, the real-world 3D method can be divided into three types. In other words, integrated imaging, volume expression, and holography are the two methods. Considering that the double volume expression is not a flat panel display, the integrated imaging method and the holography method are the next-generation photorealistic 3D displays. It's a way.

상기 집적영상방식은 시차 배리어로서 곤충의 복안(複眼)과 닮은 렌즈를 이용하여 각각의 렌즈에 대응하는 요소영상(elemental image)을 렌즈의 배후에 배열하여 표시하는 방식이며, 플리핑(flipping)이 없이 완전히 연속적인 운동시차로 되어 수평, 수직, 경사방향 모두 실물에 가까운 영상을 재현할 수 있다. 요소영상은 유한한 사이즈로 이산(離散)적인 화소로 나누어져 있지 않고 연속적인 것이 바람직하지만, 요소영상을 액정표시소자와 같은 이산적인 화소의 집합에 의해 구성할 경우에도 화소 피치의 정밀도를 높이면 실용상 문제없을 정도의 레벨의 연속적인 운동시차를 얻을 수 있다.The integrated imaging method is a method in which elemental images corresponding to each lens are arranged and displayed behind the lens using a lens resembling the compound eye of an insect as a parallax barrier. It is completely continuous motion parallax without any real image in horizontal, vertical and inclined directions. The element image is preferably divided into discrete pixels in a finite size and is continuous. However, even when the element image is composed of discrete pixels such as a liquid crystal display device, it is practical to increase the precision of the pixel pitch. A continuous motion parallax can be obtained at a level enough to cause no problem.

상기 집적영상방식은 대상물의 3D 정보를 획득하는 픽업 단계와 픽업 단계에서 얻어진 정보를 다시 3D 영상으로 재현하는 디스플레이 단계로 나누어진다.The integrated image method is divided into a pickup step of acquiring 3D information of an object and a display step of reproducing the information obtained in the pickup step into a 3D image.

이하, 상기 집적영상방식의 입체영상표시장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the stereoscopic image display apparatus of the integrated image type will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 집적영상방식의 입체영상표시장치의 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a concept of a stereoscopic image display device of a general integrated image type.

도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 집적영상방식의 3D 영상촬영장치는 촬영용 렌즈 어레이(20')와 촬영패널(30')로 이루어진다.As shown in the figure, a general integrated image type 3D image photographing apparatus includes a photographing lens array 20 'and a photographing panel 30'.

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.The photographing lens array 20 'includes a plurality of convex lenses arranged in a matrix form, and the photographing panel 30' includes a photographic film for a still image and a charge coupled device for a video; CCD is used, and a plurality of pixels (not shown) are defined.

집적영상방식 3D 영상촬영장치의 촬영용 렌즈 어레이(20') 전방에 대상물(10')이 배치되어 있을 경우, 대상물(10')은 촬영용 렌즈 어레이(20')로 다수의 빛을 발산하고 다수의 빛은 촬영용 렌즈 어레이(20')에서 집광되어 촬영패널(30')의 각 화소에 기록된다.When the object 10 'is disposed in front of the lens array 20' of the integrated image type 3D image photographing apparatus, the object 10 'emits a plurality of lights to the photographing lens array 20' and Light is condensed in the photographing lens array 20 'and recorded in each pixel of the photographing panel 30'.

이때, 상기 촬영패널(30')의 각 화소에는 촬영용 렌즈 어레이(20')의 각 볼록렌즈에서 바라본 대상물(10')에 대응되는 영상(15')들이 기록되므로, 집적영상방식 3D 영상촬영장치는 대상물(10')을 공간상의 여러 방향에서 바라본 영상 데이터를 얻게 된다.In this case, since each image 15 'corresponding to the object 10' viewed from each convex lens of the photographing lens array 20 'is recorded on each pixel of the photographing panel 30', the integrated image type 3D imaging apparatus. Obtains image data of the object 10 'viewed from various directions in space.

이와 같이 픽업 단계에서 얻어진 영상 데이터를 전체 요소영상이라 하며, 촬영용 렌즈 어레이(20')의 각 볼록렌즈에서 대상물(10')을 바라본 단일 요소영상(15')들이 기록되게 된다.The image data obtained in the pickup step is called a whole element image, and single element images 15 'looking at the object 10' are recorded at each convex lens of the photographing lens array 20 '.

이러한 영상 데이터는 집적영상방식의 입체영상표시장치에서 표시되고 사용자에 의하여 합성되어 3D 영상을 구현하게 된다.Such image data is displayed in an integrated image type stereoscopic image display device and synthesized by a user to realize a 3D image.

상기 집적영상방식의 입체영상표시장치는 크게 표시패널(30)과 표시용 렌즈 어레이(20)로 이루어진다.The stereoscopic image display device of the integrated image type largely includes a display panel 30 and a display lens array 20.

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(20')와 동일하게 매트릭스 형태로 배치된 다수의 볼록렌즈를 포함한다.In the case of the still image, the display panel 30 uses a picture, and in the case of a video, a flat panel display (FPD) is used, and a plurality of pixels (not shown) are defined. In addition, the display lens array 20 includes a plurality of convex lenses arranged in the same matrix as the photographing lens array 20 ′.

표시패널(30)은 집적영상방식의 3D 영상촬영장치에 기록된 영상 데이터를 표시하는데, 이에 따라 표시패널(30)의 각 화소는 여러 방향에서 바라본 영상(15')에 대응되는 영상(15)을 표시하고, 다수의 화소에서 출사된 광선은 표시용 렌즈 어레이(20)의 볼록렌즈에 의하여 집광된다.The display panel 30 displays image data recorded in an integrated image type 3D image photographing apparatus. Accordingly, each pixel of the display panel 30 corresponds to an image 15 'viewed from various directions. The light beams emitted from the plurality of pixels are collected by the convex lens of the display lens array 20.

볼록렌즈에 의하여 생성되는 빛들은 공간상에서 다수의 입체화소(voxel)를 이루고, 다수의 입체화소에 표시되는 부분 영상들은 한 점에 집적되어 공간상의 특정위치에 대상물(10')에 대응되는 영상(10)을 이룬다.The light generated by the convex lens forms a plurality of voxels in space, and the partial images displayed on the plurality of stereo pixels are integrated at one point to correspond to the object 10 'at a specific location in space ( 10) is achieved.

이와 같이 전체 요소영상의 단일 요소영상(15')들은 표시용 렌즈 어레이(20)의 볼록렌즈를 통해 원래 대상물이 있던 위치에 집적되게 되어 픽업 단계에서 이용한 대상물(10')과 동일한 모습의 3D 영상(10)으로 재현되게 된다.As such, the single element images 15 'of the entire element image are integrated at the position where the original object was located through the convex lens of the display lens array 20, and thus the 3D image having the same shape as the object 10' used in the pickup step. It is reproduced by (10).

즉, 사용자는 공간상의 영상(10)을 보면서 실제 대상물(10')을 보는 것과 같이 느끼게 되어, 집적영상방식의 입체영상표시장치는 실제 대상물(10')과 동일한 3D 영상(10)을 표시하게 된다.That is, the user feels as if he / she sees the real object 10 'while viewing the image 10 in the space, and the stereoscopic image display device of the integrated image type displays the same 3D image 10 as the real object 10'. do.

이러한 집적영상방식의 입체영상표시장치는 공간상에 3D 영상을 형성하기 때문에 일정한 시야각 내에서는 연속적인 수평, 수직 시차를 제공하여, 혼자 혹은 다수의 사용자가 특수한 안경 없이 자유롭게 3D 영상을 관측할 수 있지만, 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 형성되는 입체화소들의 위치가 고정되어 있어 깊이표현의 범위(depth range)가 제한되는 단점이 있다.Since the integrated image type stereoscopic image display device forms a 3D image in space, it provides continuous horizontal and vertical parallax within a certain viewing angle, so that a single person or a large number of users can freely observe the 3D image without special glasses. The location of the stereoscopic pixels formed in the space through the lens array is fixed, thereby limiting the depth range.

또한, 상기 집적영상방식은 기본적으로 요소영상과 렌즈 어레이의 조합으로 시스템이 구성되며, 이에 따라 해상도 저하, 깊이감 제한 및 시야각의 제한 등의 문제가 서로 상충관계(trade off)에 있으며, 이 모두를 개선하기 위해서는 표시패널의 화소 피치(pitch)를 작게 하지 않는 이상 별다른 해결책이 없는 상황이다.In addition, the integrated image system is basically composed of a combination of the element image and the lens array, so that problems such as resolution degradation, limited depth and limited viewing angle are in a trade off, all of them To solve this problem, there is no solution unless the pixel pitch of the display panel is reduced.

참고로, 집적영상방식의 입체영상표시장치에 있어 해상도는 표시패널의 해상도, 렌즈 어레이와 표시패널 사이의 거리 및 렌즈 어레이 각각의 초점거리(focal length)에 의해 결정된다. 또한, 집적된 영상이 플리핑이 일어나지 않는 영역을 의미하는 시야각은 렌즈 어레이 각각의 크기와 요소영상의 화소영역에 의해 제한되게 된다.For reference, in the integrated image type stereoscopic image display device, the resolution is determined by the resolution of the display panel, the distance between the lens array and the display panel, and the focal length of each lens array. In addition, the viewing angle, which means an area where the integrated image is not flipped, is limited by the size of each lens array and the pixel area of the element image.

홀로그래피방식도 역시 기록과 재생으로 이루어져 있는데, 먼저 기록 부분에서는 간섭성(coherence)의 빛을 물체를 맞고 나오는 물체 광과 동일한 파장의 참조광의 형태로 기록매질 혹은 CCD 카메라 등의 기록 매체에 저장하게 된다. 이렇게 저장된 영상에 상기 기록에 사용한 빛과 동일한 빛을 조사하게 되면, 물체에 대응하는 영상이 재생되게 된다.The holography method also consists of recording and reproducing. In the recording part, coherence light is stored in a recording medium or a recording medium such as a CCD camera in the form of reference light having the same wavelength as the object light coming out from the object. . When the stored image is irradiated with the same light as that used for the recording, the image corresponding to the object is reproduced.

이와 같은 홀로그래피방식은 기본적으로 물체 광과 참조 광으로 이루어진 패턴을 계산하는데도 많은 시간과 데이터량을 필요로 하고, 구현을 위한 백라이트 광원 또한 간섭성의 평행(collimation)한 소스(source)를 사용해야 한다. 이러한 소스로 레이저(laser)를 가장 많이 사용하고 있는데, 이에 있어서 레이저의 스펙클(speckle)이 생성되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 광원의 파장과 거의 같은 크기의 화소 피치를 갖는 표시패널이 필요하고, 컬러 구현의 어려움 등 여러 문제를 가지고 있다.This holography method basically requires a large amount of time and data amount to calculate a pattern consisting of the object light and the reference light, and the backlight light source for implementation also needs to use a coherent collimated source. The laser is most often used as such a source, and there is a problem in that a speckle of the laser is generated. In addition, there is a need for a display panel having a pixel pitch almost the same as the wavelength of the light source, and various problems such as difficulty in color implementation.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 가장 효율적인 방식으로 공간상에 3D 영상을 형성하며, 2D 표시패널의 이용을 극대화할 수 있는 고해상도의 실사 3D 영상을 구현하도록 한 초점제어(focus controlled) 방식의 입체영상표시장치를 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and forms a 3D image in a space in the most efficient manner, and focus control to realize a high resolution photorealistic 3D image that can maximize the use of a 2D display panel. It is an object of the present invention to provide a stereoscopic image display apparatus.

본 발명의 다른 목적은 상기의 초점제어 방식의 입체영상표시장치에 있어, 간단한 구성으로 평행한 빛(collimated light)을 구현하는 동시에 영상조향(image steering)을 가능하게 한 입체영상표시장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a stereoscopic image display apparatus that enables image steering while simultaneously implementing parallel light with a simple configuration in the stereoscopic image display apparatus of the focus control method. have.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Other objects and features of the present invention will be described in the following description of the invention and claims.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 입체영상표시장치는 표현하고자 하는 대상물의 색깔 및 계조를 표현하는 표시패널; 상기 표시패널을 구성하는 각각의 화소들 전면(前面)에 설치되어 상기 화소로부터 방출되는 빛이 수렴되는 위치를 조절하여 3D 영상의 깊이를 표현하는 초점가변 렌즈; 상기 표시패널 전면에 배치된 포커싱 렌즈; 및 상기 표시패널 배면에 설치되어 상기 표시패널에 평행한 빛을 공급하는 동시에 상기 3D 영상의 진행 방향을 제어하는 백라이트 유닛을 포함한다.In order to achieve the above object, the stereoscopic image display apparatus of the present invention includes a display panel for expressing the color and gradation of the object to be represented; A focal variable lens installed on a front surface of each pixel constituting the display panel to adjust a position where light emitted from the pixel converges to express a depth of a 3D image; A focusing lens disposed in front of the display panel; And a backlight unit installed on a rear surface of the display panel to supply light parallel to the display panel and to control a moving direction of the 3D image.

이때, 상기 표시패널은 액정표시장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the display panel may include a liquid crystal display device.

상기 백라이트 유닛은 쐐기형 도광판 및 다수의 광원으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The backlight unit may include a wedge-shaped light guide plate and a plurality of light sources.

이때, 상기 광원은 발광 다이오드, 레이저 또는 기타 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the light source is characterized in that it comprises a light emitting diode, a laser or other light source.

상기 쐐기형 도광판은 상기 표시패널의 배면에 위치하여 상기 표시패널의 전면(全面)에 걸쳐 평행한 빛을 공급하는 한편, 상기 광원으로부터 멀어지는 방향으로 두께가 줄어드는 쐐기형으로 이루어져 상기 광원의 위치에 따라 상기 표시패널에 진행 방향이 제어된 빛을 공급하는 것을 특징으로 한다.The wedge-shaped light guide plate is disposed on the rear surface of the display panel to supply light parallel to the entire surface of the display panel, and has a wedge shape having a reduced thickness in a direction away from the light source. And supplying light whose direction of travel is controlled to the display panel.

이때, 상기 쐐기형 도광판의 기울어진 배면에 부착된 미러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, it characterized in that it further comprises a mirror attached to the inclined rear surface of the wedge-shaped light guide plate.

상기 쐐기형 도광판의 전면(前面)에 부착되어 상기 표시패널에 수직하게 빛이 들어오게 하는 렌즈를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.And a lens attached to the front surface of the wedge-shaped light guide plate to allow light to enter the display panel vertically.

이때, 상기 렌즈는 굴절률 분포형 렌즈, 프레넬 렌즈 또는 볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the lens is characterized in that it comprises a refractive index lens, Fresnel lens or convex lens.

상기 렌즈는 필름 타입 렌즈 또는 글라스 타입 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.The lens is characterized in that it comprises a film type lens or a glass type lens.

사용자의 위치를 추적하여 이를 상기 백라이트 유닛에 전달하는 위치추적 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.And further comprising a location tracking system for tracking the location of the user and delivering it to the backlight unit.

상기 초점가변 렌즈는 대상물의 깊이에 따라 초점을 조절하여 각각의 화소로부터 방출되는 빛이 수렴되는 점의 위치를 조절하며, 상기 빛이 수렴되는 점들이 연결된 집합은 3D 영상의 표면을 형성하는 것을 특징으로 한다.The focal variable lens adjusts a focus according to a depth of an object to adjust a position of a point at which light emitted from each pixel converges, and a set of points at which the light is converged forms a surface of a 3D image. It is done.

상기 초점가변 렌즈는 2D 액정전계렌즈, 전기습윤 렌즈, 굴절률 분포형 렌즈, 프레넬 렌즈 또는 볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.The focal variable lens includes a 2D liquid crystal field lens, an electrowetting lens, a refractive index distribution lens, a Fresnel lens, or a convex lens.

상기 포커싱 렌즈는 상기 표시패널에 분포된 각각의 화소로부터 방출된 빛들이 시청거리 만큼 떨어진 위치에 표시패널의 중앙방향으로 향하게 하는 것을 특징으로 한다.The focusing lens is characterized in that the light emitted from each pixel distributed in the display panel is directed toward the center of the display panel at a position separated by a viewing distance.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 실사 3D 디스플레이로서 눈의 초점과 가시선(line of sight)의 교점(intersection point) 사이에 불일치(accommodation-vergence conflict)가 없다는 장점을 갖는다.As described above, the stereoscopic image display apparatus according to the present invention has an advantage that there is no accommodation-vergence conflict between the focus point of the eye and the intersection point of the line of sight as a realistic 3D display.

또한, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 2D 표시패널의 해상도와 3D 해상도가 거의 일치하기 때문에 고해상도의 영상을 시청할 수 있다.In addition, the stereoscopic image display apparatus according to the present invention can watch a high resolution image because the resolution of the 2D display panel and the 3D resolution are almost the same.

또한, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 백라이트 유닛이 평행한 빛의 구현과 영상조향을 동시에 수행하기 때문에 부품의 수를 줄일 수 있게 된다. 그 결과 입체영상표시장치의 박형화와 제조비용을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the stereoscopic image display apparatus according to the present invention can reduce the number of components because the backlight unit performs parallel light and image steering at the same time. As a result, the thickness of the stereoscopic image display device and the manufacturing cost can be reduced.

또한, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 발광 다이오드의 발광위치를 이용하여 평행한 빛의 진행방향을 제어함으로써 액정전계 프리즘 또는 그레이팅(grating)을 이용한 영상조향 방식에 비해 고속의 영상조향이 가능하며, 영상 왜곡의 가능성을 줄일 수 있는 이점이 있다.In addition, the three-dimensional image display device according to the present invention is capable of high-speed image steering compared to the image steering method using a liquid crystal field prism or grating by controlling the direction of parallel light by using the light emitting position of the light emitting diode. This has the advantage of reducing the possibility of image distortion.

도 1은 일반적인 집적영상방식의 입체영상표시장치의 개념을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 예시도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치에 있어, 초점제어 방식의 개념을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 예시도.
도 5는 쐐기형 도광판에 있어, 광원의 위치에 따른 광 진행 방향을 예를 들어 나타내는 사시도.
도 6a 및 도 6b는 초점가변 렌즈의 전극구조를 예를 들어 나타내는 평면도 및 단면도.
도 7은 초점가변 렌즈의 셀 구조를 예를 들어 나타내는 단면도.
도 8a 및 도 8b는 포커싱(focusing) 렌즈의 유무에 따른 3D 영상의 형성을 예를 들어 나타내는 단면도.1 is a view schematically showing the concept of a stereoscopic image display device of a general integrated image system.
2 is an exemplary view schematically showing a configuration of a stereoscopic image display device according to a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view schematically showing the concept of a focus control method in the stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment of the present invention.
4A and 4B are exemplary views schematically showing the configuration of a stereoscopic image display device according to a second embodiment of the present invention.
Fig. 5 is a perspective view showing, for example, the light traveling direction according to the position of the light source in the wedge-shaped light guide plate.
6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view illustrating an electrode structure of a focal variable lens, for example.
7 is a cross-sectional view illustrating a cell structure of a focal variable lens, for example.
8A and 8B are sectional views illustrating, for example, formation of a 3D image with or without a focusing lens.

본 발명은 새로운 형태의 실사 3D 영상 재생 시스템에 관한 것으로, 현재의 해상도 수준의 2D 표시패널을 이용하여 고해상도의 실사 3D 영상을 구현하는 것을 특징으로 한다. 현재까지 알려진 실사 3D 디스플레이 개념 중 같은 해상도의 2D 표시패널을 이용할 경우 실사 3D 구현 시의 해상도가 가장 높을 뿐만 아니라, 3D 영상의 실사 영상 픽업 단계 또한 매우 효율적으로 이루어질 수 있다.The present invention relates to a new type of photorealistic 3D image reproducing system, and is characterized in that a high resolution photorealistic 3D image is realized using a 2D display panel having a current resolution level. When using a 2D display panel with the same resolution among the currently known 3D display concepts, the resolution at the time of realizing 3D realization is not only the highest, but the real image pickup step of the 3D image can be performed very efficiently.

실사 3D 디스플레이는 공간상에 영상을 형성하는 것으로 본 발명은 공간상에 가상의 표면을 가정하고 표면을 구성하는 점들에서 빛이 발산하게 하는 방식으로 3D 영상을 구현한다. 본 발명은 2D 표시패널의 각각의 화소에 초점가변 렌즈를 결합하여, 각각의 화소에서 방출되는 빛이 공간상의 각각의 점들에서 수렴하였다가 발산하게 함으로써 3D 영상을 구현하는 초점제어(focus controlled) 방식의 입체영상표시장치를 제공한다.The live-action 3D display forms an image in space, and the present invention implements a 3D image in a manner in which light is emitted from the points constituting the surface, assuming a virtual surface in space. According to the present invention, a focal variable lens is coupled to each pixel of a 2D display panel so that light emitted from each pixel converges and diverges at respective points in space, thereby realizing a 3D image. A stereoscopic image display apparatus is provided.

이때, 초점가변 렌즈는 자신의 초점거리를 조절함으로써 화소로부터 방출되는 빛이 수렴?발산되는 위치를 조절한다. 빛이 수렴?발산되는 점들의 연결된 표면은 영상을 형성하여 공간상에서 물체 영상의 표면으로 인식되게 된다.At this time, the focal variable lens adjusts the position where the light emitted from the pixel converges and diverges by adjusting its focal length. The connected surface of the points where light converges and diverges forms an image and is recognized as the surface of the object image in space.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 입체영상표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a stereoscopic image display device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 예시도이다.2 is an exemplary view schematically showing a configuration of a stereoscopic image display device according to a first embodiment of the present invention.

또한, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치에 있어, 초점제어 방식의 개념을 개략적으로 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically illustrating the concept of a focus control method in the stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 초점가변 렌즈(140)가 부착된 표시패널(130), 상기 표시패널(130) 전면에 배치된 포커싱 렌즈(150)와 영상조향(image steering) 유닛(160) 및 사용자의 위치를 추적하는 위치추적(tracking) 시스템(170)으로 구성된다.As shown in the figure, the stereoscopic image display device according to the first embodiment of the present invention is a display panel 130 to which the focus variable lens 140 is attached, the focusing lens 150 disposed on the front of the display panel 130 And an image steering unit 160 and a tracking system 170 for tracking the location of the user.

이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 표시패널(130)을 구성하는 각각의 화소(135)들에 초점가변 렌즈(140)가 부착된 형태를 가지며, 표시패널(130)에서는 평면 또는 구면의 평행한 빛(collimated light)이 방출되며 초점가변 렌즈(140)는 화소(135)로부터 방출되는 빛이 수렴되는 점(146)의 위치를 조절하여 3D 영상(110)의 깊이를 표현할 수 있다.In this case, the stereoscopic image display apparatus according to the first exemplary embodiment of the present invention has a form in which the focal variable lens 140 is attached to each of the pixels 135 constituting the display panel 130 and the display panel 130. ), The planar or spherical collimated light is emitted, and the focal variable lens 140 adjusts the position of the point 146 where the light emitted from the pixel 135 converges to the depth of the 3D image 110. Can be expressed.

즉, 상기 표시패널(130)은 표현하고자 하는 대상물의 색깔 및 계조를 표현하며, 초점가변 렌즈(140)는 대상물의 깊이에 따라 초점을 조절하여 각각의 화소(135)로부터 방출되는 빛이 수렴되는 점(146)의 위치를 조절하게 된다.That is, the display panel 130 expresses the color and gradation of the object to be expressed, and the focus variable lens 140 adjusts the focus according to the depth of the object so that the light emitted from each pixel 135 converges. The position of point 146 is adjusted.

이와 같이 빛이 수렴되는 점(146)들의 연결된 집합은 3D 영상(110)의 표면(147)을 형성한다.The connected set of light-converging points 146 thus form the surface 147 of the 3D image 110.

상기 표시패널(130)은 표시면 내에 위치한 각각의 화소(135)에서 평면 또는 구면의 평행한 빛을 방출하는 것을 특징으로 하며, 이러한 표시패널(130)의 예로 평행한 빛을 공급하는 백라이트 유닛(180)이 결합된 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)가 이용될 수 있다.The display panel 130 emits parallel or spherical parallel light from each pixel 135 positioned in the display surface. As an example of the display panel 130, a backlight unit for supplying parallel light may be provided. A liquid crystal display (LCD) combined with 180 may be used.

한편, 기존의 집적영상방식은 다수의 화소에 하나의 볼록렌즈가 대응되는 반면, 본 발명의 초점제어 방식은 하나의 화소(135)에 하나의 초점가변 렌즈(140)가 대응되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, in the conventional integrated image method, one convex lens corresponds to a plurality of pixels, whereas the focus control method of the present invention is characterized in that one focal variable lens 140 corresponds to one pixel 135. .

상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 실사 3D 디스플레이로서 눈의 초점과 가시선(line of sight)의 교점(intersection point) 사이에 불일치(accommodation-vergence conflict)가 없다는 장점을 갖는다.The stereoscopic image display apparatus according to the first exemplary embodiment of the present invention has an advantage that there is no accommodation-vergence conflict between the focus point of the eye and the intersection point of the line of sight as a realistic 3D display.

또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 2D 표시패널의 해상도와 3D 해상도가 거의 일치하기 때문에 고해상도의 영상을 시청할 수 있다.In addition, the stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment of the present invention can watch a high resolution image because the resolution of the 2D display panel and the 3D resolution are almost the same.

또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 2D 모드 및 3D 모드 사이에 전환이 자유로워 2D 및 3D 콘텐츠(contents) 이용이 용이하다.In addition, the stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment of the present invention is free to switch between the 2D mode and 3D mode, it is easy to use 2D and 3D content (contents).

또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 홀로그래피방식과 비교하여 극단적으로 작은 크기의 화소를 요구하지 않아 대형 패널 구현에 유리하고, 회절이 아닌 굴절 방식으로 영상을 형성함으로써 색깔표현 면에서 유리하다.In addition, the stereoscopic image display device according to the first embodiment of the present invention does not require an extremely small pixel compared to the holographic method, which is advantageous for implementing a large panel, and forms an image by forming an image by a refractive method rather than diffraction. In terms of advantages.

다만, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치의 경우, 평행한 빛을 발생시키기 위한 백라이트 유닛이 존재하는 한편, 3D 영상의 진행 방향을 제어하기 위해 추가적으로 영상조향 유닛이 표시패널 전면에 위치하게 된다.However, in the stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment of the present invention, there is a backlight unit for generating parallel light, and additionally, the image steering unit is provided in front of the display panel to control the direction in which the 3D image travels. It is located at.

이와 같이 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치는 평행한 빛을 발생시키는 구성, 즉 백라이트 유닛과 영상조향을 위한 구성, 즉 영상조향 유닛이 따로 존재하기 때문에 구조가 복잡하고, 상기 영상조향 유닛이 표시패널 전면에 위치하기 때문에 3D 영상이 왜곡될 가능성이 높다. 또한, 액정분자의 반응에 의해 작동하는 액정전계 프리즘이나 액정 그레이팅(grating) 형태의 영상조향 유닛이 이용될 경우 응답속도가 상대적으로 느릴 가능성이 크다.As described above, the stereoscopic image display apparatus according to the first embodiment of the present invention is complicated in structure because it generates parallel light, that is, the backlight unit and the configuration for image steering, that is, the image steering unit, are complicated. Since the image steering unit is located in front of the display panel, the 3D image is likely to be distorted. In addition, when a liquid crystal electric field prism or a liquid crystal grating type image steering unit operated by the reaction of liquid crystal molecules is used, the response speed is likely to be relatively slow.

즉, 기존의 3D 방식과는 차별화 된 상기의 초점제어 방식을 구현하기 위해서는 반드시 표시패널에 입사되는 빛의 형태가 평행해야 한다. 뿐만 아니라, 설정되는 표시창(viewing window)을 사용자의 위치에 맞게 조절하기 위해서는 위치추적 시스템과는 별도로 상기의 영상조향 유닛과 같이 영상조향을 해줄 수 있는 장치가 요구된다.That is, in order to implement the focus control method differentiated from the existing 3D method, the shape of the light incident on the display panel must be parallel. In addition, in order to adjust the setting of the viewing window (viewing window) to the user's position, a device capable of steering the image, such as the image steering unit separately from the position tracking system is required.

이에 다음의 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치에서는 백라이트 유닛에 쐐기형(wedge type) 도광판을 적용하고 광원의 위치를 제어함으로써 평행한 빛을 발생시키는 동시에 별도의 영상조향 유닛 없이 3D 영상의 진행 방향을 제어할 수 있게 되는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Accordingly, in the 3D image display apparatus according to the second embodiment of the present invention, a wedge type light guide plate is applied to the backlight unit and the light source is controlled to generate parallel light and simultaneously perform 3D without a separate image steering unit. It is possible to control the progress direction of the image, which will be described in detail with reference to the drawings.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 예시도이다.4A and 4B are exemplary views schematically illustrating a configuration of a stereoscopic image display device according to a second embodiment of the present invention.

이때, 상기 도 4b는 상기 도 4a에 도시된 초점제어 방식의 실사 3D 영상 재생 시스템(S)의 구성 일부를 예를 들어 나타내고 있다.4B illustrates a part of the configuration of the real-life 3D image reproducing system S of the focus control method illustrated in FIG. 4A.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 초점가변 렌즈(240)가 부착된 표시패널(230), 상기 표시패널(230) 전면에 배치된 포커싱 렌즈(250), 사용자의 위치를 추적하는 위치추적 시스템(270) 및 평행한 빛을 구현하는 동시에 영상조향을 가능하게 하는 백라이트 유닛(280)으로 구성되며, 각 구성요소의 역할은 다음과 같다.As shown in the figure, the stereoscopic image display apparatus according to the second embodiment of the present invention is a display panel 230 to which the focus variable lens 240 is attached, and a focusing lens 250 disposed in front of the display panel 230. ), A location tracking system 270 for tracking a user's location, and a backlight unit 280 that implements parallel light and enables image steering at the same time. The role of each component is as follows.

우선, 전술한 바와 같이 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 표시패널(230)을 구성하는 각각의 화소(미도시)들에 초점가변 렌즈(240)가 부착된 형태를 가지며, 표시패널(230)에서는 평면 또는 구면의 평행한 빛이 방출되며 초점가변 렌즈(240)는 화소로부터 방출되는 빛이 수렴되는 점(246)의 위치를 조절하여 3D 영상(210)의 깊이를 표현할 수 있다.First, as described above, the stereoscopic image display apparatus according to the second exemplary embodiment of the present invention has a focal variable lens 240 attached to each pixel (not shown) constituting the display panel 230. In the display panel 230, parallel or spherical light is emitted, and the focal variable lens 240 adjusts the position of the point 246 where the light emitted from the pixel converges to express the depth of the 3D image 210. Can be.

즉, 상기 표시패널(230)은 표현하고자 하는 대상물의 색깔 및 계조를 표현하며, 초점가변 렌즈(240)는 대상물의 깊이에 따라 초점을 조절하여 각각의 화소로부터 방출되는 빛이 수렴되는 점(246)의 위치를 조절하게 된다.That is, the display panel 230 expresses the color and gradation of the object to be expressed, and the focal variable lens 240 adjusts the focus according to the depth of the object to converge the light emitted from each pixel 246. ) To adjust the position.

이와 같이 빛이 수렴되는 점(246)들의 연결된 집합은 3D 영상(210)의 표면을 형성한다.The connected set of points 246 where the light converges forms the surface of the 3D image 210.

상기 표시패널(230)은 표시면 내에 위치한 각각의 화소에서 평면 또는 구면의 평행한 빛을 방출하는 것을 특징으로 하며, 이러한 표시패널(230)의 예로 평행한 빛을 공급하기 위해 백라이트 유닛(280)이 결합된 액정표시장치가 이용될 수 있다. 이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백라이트 유닛(280)은 평행한 빛을 구현하는 동시에 영상조향을 가능하게 하기 위해 쐐기형 도광판(285) 및 다수의 광원(286)으로 이루어진다.The display panel 230 emits parallel or spherical parallel light from each pixel positioned in the display surface. An example of the display panel 230 includes a backlight unit 280 for supplying parallel light. This combined liquid crystal display device can be used. In this case, the backlight unit 280 according to the second embodiment of the present invention includes a wedge-shaped light guide plate 285 and a plurality of light sources 286 in order to realize parallel light and enable image steering.

이때, 상기 광원(286)은 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 레이저 또는 기타 광원이 이용될 수 있다.In this case, the light source 286 may be a light emitting diode (LED), a laser, or another light source.

그리고, 상기 쐐기형 도광판(285)은 표시패널(230)의 배면에 위치하여 상기 표시패널(230)의 전면(全面)에 걸쳐 평행한 빛을 공급하는 한편, 상기 광원(286)으로부터 멀어지는 방향으로 두께가 줄어드는 쐐기형으로 이루어져 광원(286)의 위치에 따라 상기 표시패널(230)에 진행 방향이 제어된 빛을 공급하게 된다.The wedge-shaped light guide plate 285 is positioned on the rear surface of the display panel 230 to supply parallel light over the entire surface of the display panel 230, and away from the light source 286. It is made of a wedge shape having a reduced thickness to supply light whose direction of travel is controlled to the display panel 230 according to the position of the light source 286.

이때, 예를 들어 상기 쐐기형 도광판(285)의 하단부에 다수의 R, G, B의 LED 광원(286)이 온/오프(on/off)되고 쐐기형 도광판(285) 내에서 전반사 조건이 깨지는 경우 평행한 빛이 표시패널(230)로 들어가게 된다. 상기 본 발명의 제 1 실시예의 경우에는 사용자의 위치를 추적한 이후에 표시창의 위치를 바꿔줄 수 있는 영상조향 유닛이 요구되지만, 본 발명의 제 2 실시예의 경우에는 상기 쐐기형 도광판(285)에 의해서 영상조향이 이루어지기 때문에 별도의 영상조향 유닛이 필요 없게 된다.In this case, for example, a plurality of R, G, B LED light sources 286 are turned on / off at the lower end of the wedge-shaped light guide plate 285 and the total reflection condition is broken in the wedge-shaped light guide plate 285. In this case, parallel light enters the display panel 230. In the case of the first embodiment of the present invention, an image steering unit that can change the position of the display window after tracking the position of the user is required. In the case of the second embodiment of the present invention, the wedge-shaped light guide plate 285 is provided. Since image steering is performed by a separate image steering unit, there is no need.

도 5는 쐐기형 도광판에 있어, 광원의 위치에 따른 광 진행 방향을 예를 들어 나타내는 사시도이다.5 is a perspective view showing, for example, a light propagation direction depending on a position of a light source in a wedge-shaped light guide plate.

도면에 도시된 바와 같이, 예를 들어 쐐기형의 도광판(285)의 우측면의 양측에 소정거리(d)를 두고 (L)광원과 (R)광원이 위치한 경우 상기 (L)광원은 쐐기형의 도광판(285)을 통과하여 (a)방향으로 나오는 반면, 상기 (R)광원은 상기 쐐기형의 도광판(285)을 통과하여 (b)방향으로 나오게 된다.As shown in the figure, for example, when (L) light source and (R) light source are positioned at a predetermined distance d on both sides of the right side of the wedge-shaped light guide plate 285, the (L) light source is wedge-shaped. While passing through the light guide plate 285 in the direction (a), the (R) light source passes through the wedge-shaped light guide plate 285 and exits in the direction (b).

이때, 상기 (a)방향으로 나오는 빛과 (b)방향으로 나오는 빛은 Y축 상에서 θ의 각도를 가지게 되는데, 이는 광원의 위치에 따라 표시창이 예를 들어, 표시패널의 좌우 방향으로 제어될 수 있다는 의미이다.In this case, the light coming out in the direction (a) and the light coming out in the direction (b) have an angle of θ on the Y axis, which may be controlled in the left and right directions of the display panel according to the position of the light source. It means.

한편, 상기 쐐기형의 도광판(285)의 우측면의 상, 하단부에 광원이 위치한 경우 상단부의 광원과 하단부의 광원에서 방출된 빛은 상기 쐐기형의 도광판(285)을 통과함에 따라 X축 상에서 소정 각도를 가지고 나오게 된다. 이는 광원의 위치에 따라 표시창이 예를 들어, 표시패널의 상하 방향으로 제어될 수 있다는 의미이다.On the other hand, when the light source is located on the upper and lower ends of the right side of the wedge-shaped light guide plate 285, the light emitted from the light source at the upper end and the light source at the lower end passes through the wedge-shaped light guide plate 285 at a predetermined angle on the X axis. Will be brought out. This means that the display window may be controlled, for example, in the vertical direction of the display panel according to the position of the light source.

이와 같이 광원의 위치에 따라 쐐기형의 도광판(285)에서 나오는 빛의 진행 방향을 상하 및 좌우로 제어할 수 있어 영상조향이 가능하게 된다.In this way, the direction of the light emitted from the wedge-shaped light guide plate 285 can be controlled up and down and left and right according to the position of the light source, thereby enabling image steering.

이와 같이 구성된 본 발명의 쐐기형 도광판(285)은 기울어진 배면에 미러(mirror)를 부착하여 광효율을 높일 수 있으며, 그 전면(前面)에는 소정의 렌즈를 부착하여 표시패널(230)에 수직하게 빛이 들어오게 할 수 있다.The wedge-shaped light guide plate 285 of the present invention configured as described above can attach a mirror to an inclined rear surface to increase light efficiency, and a predetermined lens is attached to the front surface thereof to be perpendicular to the display panel 230. You can let the light in.

이때, 상기 쐐기형 도광판(285)의 전면에 부착되는 렌즈는 굴절률 분포형 렌즈(Gradient Index Lens; GRIN 렌즈), 프레넬(Fresnel) 렌즈 또는 볼록(convex) 렌즈가 이용될 수 있으며, 필름 타입 렌즈와 글라스 타입 렌즈 모두를 사용할 수 있다.In this case, a lens that is attached to the front surface of the wedge-shaped light guide plate 285 may include a refractive index lens (GRIN lens), a Fresnel lens, or a convex lens, and a film type lens. Both glass and glass type lenses can be used.

다음으로, 도 6a 및 도 6b는 초점가변 렌즈의 전극구조를 예를 들어 나타내는 평면도 및 단면도이며, 도 7은 초점가변 렌즈의 셀 구조를 예를 들어 나타내는 단면도이다.6A and 6B are plan views and cross-sectional views illustrating, for example, an electrode structure of a focal variable lens, and FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a cell structure of a focal variable lens.

상기 도 6a와 도 6b 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 초점가변 렌즈(240)는 전극의 면 저항(sheet resistance)을 이용하여 간단한 전극 구조를 가지는 2D 액정전계렌즈로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 2D 액정전계렌즈 이외에 전기습윤(electrowetting) 렌즈, 굴절률 분포형 렌즈, 프레넬 렌즈, 볼록 렌즈 또는 기타 목적에 맞는 렌즈 장치가 이용될 수 있다.6A, 6B, and 7, the focal variable lens 240 according to the second embodiment of the present invention is a 2D liquid crystal field lens having a simple electrode structure using sheet resistance of an electrode. Can be configured. However, the present invention is not limited thereto, and in addition to the 2D liquid crystal field lens, an electrowetting lens, a refractive index distribution lens, a Fresnel lens, a convex lens, or a lens device suitable for other purposes may be used.

그리고, 상기 초점가변 렌즈(240)는 표시패널과 서로 동기화 해줄 수 있다.The focal variable lens 240 may be synchronized with the display panel.

이러한 2D 액정전계렌즈는 2차원으로 렌즈 어레이를 배열하기 위해 상부의 투명한 공통전극(248)과 하부의 투명전극(243) 및 그들 사이에 형성된 액정층으로 이루어지며, 이때 상기 하부의 투명전극(243)은 디스크 형태를 가지는 한편 전압을 인가 받기 위해 상부 전극(242)과 하부 전극(241)을 구비하게 된다.The 2D liquid crystal field lens is composed of an upper transparent common electrode 248 and a lower transparent electrode 243 and a liquid crystal layer formed therebetween in order to arrange the lens array in two dimensions, wherein the lower transparent electrode 243 ) Has a disk shape and includes an upper electrode 242 and a lower electrode 241 to receive a voltage.

상기 상부 전극(242)은 큰 원형으로 상기 투명전극(243)의 가장자리 상부에 위치하고, 상기 하부 전극(241)은 절연층(244)을 사이에 두고 상기 상부 전극(242) 아래에 위치하여 상기 투명전극(243)의 중심부에 연결되도록 구성된다.The upper electrode 242 is located in a large circle on the edge of the transparent electrode 243, the lower electrode 241 is positioned below the upper electrode 242 with an insulating layer 244 in between the transparent It is configured to be connected to the center of the electrode 243.

이때, 상기 상부 전극(242)을 접지(ground)한 상태에서 상기 하부 전극(241)을 통해 상기 투명전극(243)의 중심부에 Vcc 전압을 인가하면, 디스크 형태의 투명전극(243)을 통해 방사형으로 연속적으로(continuous) 전압 강하가 이루어진다. 이와 같이 전압이 연속적으로 감소하면서 투명전극(243)의 각 지점에 서로 다른 전위가 형성되며, 이 전압 값으로 액정(245)의 굴절률 분포를 제어할 수 있다.In this case, when the Vcc voltage is applied to the center of the transparent electrode 243 through the lower electrode 241 while the upper electrode 242 is grounded, the disk-shaped transparent electrode 243 is radiated. This results in a continuous voltage drop. As the voltage continuously decreases as described above, different potentials are formed at each point of the transparent electrode 243, and the refractive index distribution of the liquid crystal 245 can be controlled by this voltage value.

이때, 전압 강하 방식이 아닌 기존의 전압 인가 방식으로 구현할 경우 전극 라인이 모든 동심원들에 각각 연결되어야 하므로 이를 2D 어레이로 배열할 경우 매우 복잡한 구성이 된다.In this case, when the current line is implemented by the conventional voltage application method, the electrode lines must be connected to all the concentric circles.

참고로, 도면부호 249는 누설 광을 흡수하기 위한 블랙매트릭스를 나타낸다.For reference, reference numeral 249 denotes a black matrix for absorbing leakage light.

다음으로, 포커싱(focusing) 렌즈(250)는 표시패널(230) 전체를 덮고 있는 소자로서 표시패널(230)에 분포된 각각의 화소로부터 방출된 빛들이 시청거리 만큼 떨어진 위치에 표시패널(230)의 중앙방향으로 향하게 하는 역할을 한다.Next, the focusing lens 250 is an element covering the entire display panel 230, and the light emitted from each pixel distributed in the display panel 230 is separated from the display panel 230 by a viewing distance. It serves to direct toward the center of the.

상기 포커싱 렌즈(250)로는 일반적인 불가변의 렌즈 또는 액정전계렌즈와 같은 초점가변 렌즈가 이용될 수 있다. 또한, 굴절률 분포형 렌즈, 프레넬 렌즈, 볼록 렌즈 또는 기타 목적에 맞는 렌즈가 이용될 수 있다.As the focusing lens 250, a focal variable lens such as a general invariable lens or a liquid crystal field lens may be used. In addition, refractive index distributed lenses, Fresnel lenses, convex lenses or other lenses suitable for other purposes may be used.

도 8a 및 도 8b는 포커싱 렌즈의 유무에 따른 3D 영상의 형성을 예를 들어 나타내는 단면도이다.8A and 8B are cross-sectional views illustrating, for example, the formation of a 3D image with or without a focusing lens.

상기 도 8a에 도시된 바와 같이, 포커싱 렌즈가 포함되지 않은 경우에는 각각의 화소로부터 방출된 빛을 이용하여 3D 영상(210')을 만들 수 있으나, 전체 표시패널(230')에서 방출되는 빛의 일부는 사용자를 향하지 않아 사용자는 표시패널(230')의 일부 영상(210')만을 볼 수 있다.As shown in FIG. 8A, when the focusing lens is not included, the 3D image 210 'may be made using the light emitted from each pixel, but the light emitted from the entire display panel 230' Some are not facing the user so that the user can see only some of the images 210 'of the display panel 230'.

반면, 상기 도 8b에 도시된 바와 같이, 포커싱 렌즈(250)가 포함된 경우에는 포커싱 렌즈(250)가 전체 표시패널(230)에 분포된 화소들로부터 방출되는 빛을 사용자의 방향으로 향하게 하며, 이렇게 함으로써 사용자는 전체 표시패널(230)에 걸친 3D 영상(210)을 볼 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the focusing lens 250 is included, the focusing lens 250 directs the light emitted from the pixels distributed on the entire display panel 230 toward the user. In this way, the user can view the 3D image 210 over the entire display panel 230.

한편, 넓은 각도에서 실사 3D 영상을 시청하기 위해서는 사용자의 위치를 추적하고 상기 백라이트 유닛의 영상조향을 이용하여 사용자의 위치로 영상을 전달하여야 한다. 또한, 다수의 사용자들을 위해서는 시분할(field sequential) 방식으로 각각의 사용자에게 순차적으로 영상을 전달하여야 한다.On the other hand, in order to watch the real-world 3D image from a wide angle, it is necessary to track the location of the user and deliver the image to the location of the user using the image steering of the backlight unit. Also, for a plurality of users, images must be sequentially delivered to each user in a field sequential manner.

이를 위해 상기 도 4a에 도시된 사용자 위치추적 시스템(270)은 사용자의 눈의 위치나 사용자의 머리의 위치를 실시간으로 추적(eye-tracking 또는 head-tracking)하고, 추적된 사용자의 눈의 위치 또는 머리의 위치를 계산하여, 이에 대한 움직임을 이동 정보로 변환하여 저장하며, 이를 백라이트 유닛(180)으로 전달한다.To this end, the user location tracking system 270 illustrated in FIG. 4A tracks the location of the user's eyes or the location of the user's head in real time (eye-tracking or head-tracking), and tracks the location of the user's eyes or The position of the head is calculated, the movement of the head is converted into movement information, and then stored, and the result is transmitted to the backlight unit 180.

상기 백라이트 유닛(180)은 전술한 바와 같이 광원의 발광위치를 이용하여 평행한 빛의 진행방향을 제어함으로써 3D 영상(210)을 사용자의 방향으로 향하게 할 수 있다.As described above, the backlight unit 180 may direct the 3D image 210 in the direction of the user by controlling the traveling direction of parallel light using the light emitting position of the light source.

이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체영상표시장치와 동일하게 공간상에 실사 또는 가상 영상을 형성하는 실사 3D 디스플레이로서 눈의 초점과 가시선의 교점 사이에 불일치를 느끼지 않고 3D 영상을 시청할 수 있게 된다.The stereoscopic image display apparatus according to the second exemplary embodiment of the present invention configured as described above is an actual 3D display which forms a photorealistic or virtual image in space in the same manner as the stereoscopic image display apparatus according to the first exemplary embodiment of the present invention described above. You will be able to watch 3D images without feeling the inconsistency between the focus point and the intersection of the line of sight.

또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 2D 표시패널의 해상도가 실사 3D 해상도와 일치하기 때문에 해상도 저하가 거의 없어 높은 해상도의 실사 3D 영상을 구현할 수 있다.In addition, the stereoscopic image display apparatus according to the second exemplary embodiment of the present invention can realize a high resolution photorealistic 3D image because there is almost no resolution reduction since the resolution of the 2D display panel matches the actual 3D resolution.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 일반적으로 사용되는 깊이 카메라를 이용하여 실사 이미지를 얻는 것이 가능하며, 이에 따라 상용화 측면에서 타 방식에 비해 경쟁력이 있다.The stereoscopic image display apparatus according to the second embodiment of the present invention can obtain a photorealistic image using a depth camera that is generally used, and thus, it is competitive in comparison with other methods in terms of commercialization.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 작은 화소 크기를 요구하지 않기 때문에 대형 패널 구현에 유리하다. 이에 비해 홀로그래피방식의 경우 빛의 회절효과를 이용하기 때문에 극단적으로 작은 화소 크기가 요구되며 화소 크기를 늘이는 것이 불가능하다. 따라서, 대형 패널을 구현하려 할 경우 화소 수를 표시패널의 면적에 비례해서 늘려야 하는 어려움이 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 입체영상표시장치는 고속의 영상 재생을 위한 연산 소자나 연산시간이 필요하지 않으며, 홀로그래피방식 대비 색깔 표현에 유리하다.The stereoscopic image display apparatus according to the second embodiment of the present invention does not require a small pixel size, which is advantageous for implementing a large panel. On the other hand, in the case of the holography method, since the light diffraction effect is used, an extremely small pixel size is required and it is impossible to increase the pixel size. Therefore, when implementing a large panel, it is difficult to increase the number of pixels in proportion to the area of the display panel. In addition, the stereoscopic image display device according to an embodiment of the present invention does not require a calculation element or a calculation time for high-speed image reproduction, it is advantageous to the color representation compared to the holographic method.

또한, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 집적영상방식에 비해 동일한 해상도의 표시패널이 이용될 경우 높은 해상도를 가지며, 영상 깊이 표현이 자유로운 이점이 있다. 실사 또는 가상 모드의 집적영상방식의 경우 전체 영상의 깊이를 표현하는데 제약이 많지만, 본 발명은 각각의 화소들이 독립적인 초점을 갖기 때문에 깊이 표현이 자유롭다. 원리적으로 집중 모드(focused mode)의 집적영상방식에 필적하는 이미지 깊이 표현이 가능하나, 해상도 측면에서 훨씬 유리하다.In addition, the stereoscopic image display apparatus according to the first and second embodiments of the present invention has a high resolution when the display panel having the same resolution is used as compared to the integrated image method, and has an advantage of freely expressing the image depth. In the case of the integrated image method of the real or virtual mode, there are many limitations in expressing the depth of the entire image. However, the present invention is free to express the depth because each pixel has an independent focus. In principle, it is possible to express an image depth comparable to an integrated imaging method in a focused mode, but it is much more advantageous in terms of resolution.

본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 초다시점(super multi view)방식에 비해 높은 해상도를 갖는다. 상기 초다시점방식의 경우 시점 수에 비례하여 해상도가 저하되나, 본 발명의 경우 해상도 저하가 거의 없다.The stereoscopic image display apparatuses according to the first and second embodiments of the present invention have a higher resolution than the super multi view method. In the case of the ultra multi-view system, the resolution decreases in proportion to the number of viewpoints. However, in the present invention, the resolution is hardly reduced.

그리고, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 백라이트 유닛이 평행한 빛의 구현과 영상조향을 동시에 수행하기 때문에 부품의 수를 줄일 수 있게 된다. 그 결과 입체영상표시장치의 박형화와 제조비용을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.In the stereoscopic image display apparatus according to the second embodiment of the present invention, the number of parts can be reduced because the backlight unit simultaneously performs parallel light and image steering. As a result, the thickness of the stereoscopic image display device and the manufacturing cost can be reduced.

또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체영상표시장치는 광원의 발광위치를 이용하여 평행한 빛의 진행방향을 제어함으로써 액정전계 프리즘 또는 그레이팅을 이용한 영상조향 방식에 비해 고속의 영상조향이 가능하며, 영상 왜곡의 가능성을 줄일 수 있는 이점이 있다.In addition, the stereoscopic image display apparatus according to the second embodiment of the present invention is capable of high-speed image steering compared to the image steering method using a liquid crystal field prism or grating by controlling the direction of parallel light by using the light emitting position of the light source. In addition, there is an advantage that can reduce the possibility of image distortion.

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.Many details are set forth in the foregoing description but should be construed as illustrative of preferred embodiments rather than to limit the scope of the invention. Therefore, the invention should not be construed as limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims and the claims.

130,230 : 표시패널 140,240 : 초점가변 렌즈
150,250 : 포커싱 렌즈 160 : 영상조향 유닛
170,280 : 위치추적 시스템 180,280 : 백라이트 유닛
285 : 쐐기형 도광판 286,286a,286b : 광원130,230: display panel 140,240: focus variable lens
150,250 focusing lens 160: image steering unit
170,280 Location Tracking System 180,280 Backlight Unit
285: wedge-shaped light guide plate 286,286a, 286b: light source

Claims (13)

표현하고자 하는 대상물의 색깔 및 계조를 표현하는 표시패널;
상기 표시패널을 구성하는 각각의 화소들 전면(前面)에 설치되어 상기 화소로부터 방출되는 빛이 수렴되는 위치를 조절하여 3D 영상의 깊이를 표현하는 초점가변 렌즈;
상기 표시패널 전면에 배치된 포커싱 렌즈; 및
상기 표시패널 배면에 설치되어 상기 표시패널에 평행한 빛을 공급하는 동시에 상기 3D 영상의 진행 방향을 제어하는 백라이트 유닛을 포함하는 입체영상표시장치.A display panel for expressing a color and a gray level of an object to be expressed;
A focal variable lens installed on a front surface of each pixel constituting the display panel to adjust a position where light emitted from the pixel converges to express a depth of a 3D image;
A focusing lens disposed in front of the display panel; And
And a backlight unit disposed on a rear surface of the display panel to supply light parallel to the display panel and to control a moving direction of the 3D image. 제 1 항에 있어서, 상기 표시패널은 액정표시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.The stereoscopic image display device of claim 1, wherein the display panel comprises a liquid crystal display device. 제 1 항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 쐐기형 도광판 및 다수의 광원으로 구성되는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.The stereoscopic image display device of claim 1, wherein the backlight unit comprises a wedge-shaped light guide plate and a plurality of light sources. 제 3 항에 있어서, 상기 광원은 발광 다이오드, 레이저 또는 기타 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.The stereoscopic image display device of claim 3, wherein the light source comprises a light emitting diode, a laser, or other light sources. 제 3 항에 있어서, 상기 쐐기형 도광판은 상기 표시패널의 배면에 위치하여 상기 표시패널의 전면(全面)에 걸쳐 평행한 빛을 공급하는 한편, 상기 광원으로부터 멀어지는 방향으로 두께가 줄어드는 쐐기형으로 이루어져 상기 광원의 위치에 따라 상기 표시패널에 진행 방향이 제어된 빛을 공급하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.4. The wedge-shaped light guide plate of claim 3, wherein the wedge-shaped light guide plate is disposed on a rear surface of the display panel to supply light parallel to the entire surface of the display panel, and has a wedge shape having a reduced thickness in a direction away from the light source. And supplying the light whose direction of travel is controlled in accordance with the position of the light source. 제 5 항에 있어서, 상기 쐐기형 도광판의 기울어진 배면에 부착된 미러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.6. The stereoscopic image display device of claim 5, further comprising a mirror attached to an inclined rear surface of the wedge-shaped light guide plate. 제 5 항에 있어서, 상기 쐐기형 도광판의 전면(前面)에 부착되어 상기 표시패널에 수직하게 빛이 들어오게 하는 렌즈를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.6. The stereoscopic image display device of claim 5, further comprising a lens attached to the front surface of the wedge-shaped light guide plate to allow light to enter the display panel vertically. 제 7 항에 있어서, 상기 렌즈는 굴절률 분포형 렌즈, 프레넬 렌즈 또는 볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.The stereoscopic image display device of claim 7, wherein the lens comprises a refractive index lens, a Fresnel lens, or a convex lens. 제 7 항에 있어서, 상기 렌즈는 필름 타입 렌즈 또는 글라스 타입 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.8. The stereoscopic image display device of claim 7, wherein the lens comprises a film type lens or a glass type lens. 제 1 항에 있어서, 사용자의 위치를 추적하여 이를 상기 백라이트 유닛에 전달하는 위치추적 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.The stereoscopic image display apparatus of claim 1, further comprising a location tracking system for tracking a location of a user and transmitting the location to the backlight unit. 제 1 항에 있어서, 상기 초점가변 렌즈는 대상물의 깊이에 따라 초점을 조절하여 각각의 화소로부터 방출되는 빛이 수렴되는 점의 위치를 조절하며, 상기 빛이 수렴되는 점들이 연결된 집합은 3D 영상의 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.The apparatus of claim 1, wherein the focal variable lens adjusts a focus according to a depth of an object to adjust a position of a point at which light emitted from each pixel converges, and a set of points at which the light is converged is connected to a 3D image. A stereoscopic image display device, characterized in that to form a surface. 제 1 항에 있어서, 상기 초점가변 렌즈는 2D 액정전계렌즈, 전기습윤 렌즈, 굴절률 분포형 렌즈, 프레넬 렌즈 또는 볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.The stereoscopic image display device of claim 1, wherein the focal variable lens comprises a 2D liquid crystal field lens, an electrowetting lens, a refractive index distribution lens, a Fresnel lens, or a convex lens. 제 1 항에 있어서, 상기 포커싱 렌즈는 상기 표시패널에 분포된 각각의 화소로부터 방출된 빛들이 시청거리 만큼 떨어진 위치에 표시패널의 중앙방향으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 입체영상표시장치.The stereoscopic image display device of claim 1, wherein the focusing lens directs the light emitted from each pixel distributed in the display panel toward the center of the display panel at a position separated by a viewing distance.
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