KR20130012398A - 선광원을 사용한 입체영상 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 화소를 포함하는 영상 표시패널; 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된 복수의 선광원들을 포함하며, 상기 영상표시패널의 일면과 이격하여 형성된 백라이트 패널; 및 상기 백라이트 패널과 상기 영상 표시패널과의 거리를 조절하는 거리 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 영상 표시장치에 관한 것이다. 이에 의해, 종래의 시차분리 수단을 사용하여 3차원 영상을 구현하는 영상표시장치의 문제점인 관찰자가 입체영상 표시장치로부터의 거리 변화에 따라 입체영상의 화질이 저하되는 것을 최소화한 무안경 방식의 3차원 영상정보를 표시할 수 있다.

Description

선광원을 사용한 입체영상 표시장치{3-DIMENSIONAL DISPLAYING APPARATUS USING LINE LIGHT SOURCE}
본 발명은 3차원(입체) 영상표시장치에 관한 것으로서, 특히 선광원(Line Light source)을 사용한 무안경 방식(또는 오토스테레오 스코픽 방식)의 3차원 영상표시장치에 있어서, 관찰자가 입체영상 표시장치로부터의 거리 변화에 따라 입체영상의 화질이 저하되는 것을 최소화할 수 있는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치에 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. 3차원 영상구현에 대해 더욱 상세히 설명하면, 표시장치를 바라보는 좌우의 눈은 각각 서로 다른 2차원 영상을 보게 된다. 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.
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 위치 중, 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 인가된다. 그 결과, 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.
뿐만 아니라, 관찰자가 디스플레이로부터 최적으로 설계된 거리에서 5% 정도의 거리가 가까워지거나 멀어지기만 하더라도 최적위치에서의 시역분리보다 현저히 나빠지게 된다. (도.4 참고, 즉, 크로스토크 현상이 커지게 됨)
상기의 내용은 시차분리수단으로서 패럴랙스 베리어판을 사용한 경우를 예로 들었으나, 렌티큘러 렌즈시트를 사용하는 경우에도 상기된 내용과 동일한 문제가 발생하게 된다.
시차분리수단을 사용하지 않고, 선광원을 사용하여 입체영상을 표시하는 방식도 알려져 있다. (USP 5,897,184) 하지만, 이 방식 역시 상기의 시차분리 수단에 의한 입체영상의 문제점을 그대로 가지고 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 관찰자가 입체영상 표시장치로부터 전후로 거리를 변경하더라도, 입체영상의 화질이 저하되는 것을 최소화할 수 있는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기의 문제점 중에서 디스플레이로부터 관찰자의 관찰거리가달라질 경우에 발생될 수 있는 입체영상의 화질저하를 해결하기 위하여, 영상표시패널 뒤에 서로 다른 거리 만큼 이격하여 배치된 선광원들이 있고, 서로 다른 거리만큼 이격된 선광원들은 관찰자의 위치에 따라 서로다른시기에 작동될 수 있는 선광원들로 구성된 백라이트(Back light)를 배치하고, 관찰자의 위치가 디스플레이로부터 깊이 방향으로 변하게 되더라도 화질저하 없는 입체영상을 관찰할 수 있도록 함을 특징으로 한다. 이때, 동공추적시스템이 구비되어 관찰자의 위치변화에 따라 시스템이 관찰자 동공의 위치를 실시간 추적하여 영상표시패널과 서로 다른 깊이 위치의 선광원들이 작동될 수 있도록 깊이방향 선광원들의 위치를 변경함으로서, 관찰자의 눈의 위치가 변하더라도 적합한 입체영상을 계속적으로 볼 수 있다.
더욱 상세하게는, 본 발명에 일 실시예에 따른 입체영상 표시장치는, 다수의 화소를 포함하는 영상 표시패널; 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된 복수의 선광원들을 포함하며, 상기 영상표시패널의 일면과 이격하여 형성된 백라이트 패널; 및 상기 백라이트 패널과 상기 영상 표시패널과의 거리를 조절하는 거리 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 입체영상 표시장치는, 관찰자의 위치를 추적하여 상기 추적된 위치를 상기 거리 조절 수단에 피드백하는 위치추적수단을 더 포함하며, 상기 거리 조절 수단은 상기 추적된 위치에 기반하여 상기 거리를 조절할 수 있다.
이 경우, 상기 위치추적수단은 상기 관찰자의 안면의 위치를 추적하는 안면추적부 또는 상기 관찰자의 동공의 위치를 추적하는 동공추적부일 수 있다.
또한, 상기 선광원들은 LED, OLED, 및 FED에 의하여 형성된 발광형 광원이거나, 지향성 면광원 발생 장치와 그 전면에 형성된 광학소자로 형성되는 선광원일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체영상 표시장치는, 다수의 화소를 포함하는 영상 표시패널; 및 상기 영상표시패널의 일면과 이격하여 형성된 백라이트 패널을 포함하되, 상기 백라이트 패널은 상기 영상 표시 패널에 수직하는 서로 다른 면 상에서 서로 이격하여 배치된 복수의 선광원 세트를 포함하고, 상기 선광원 세트들 각각은 동일 면상에서 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된 복수의 선광원들로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 백라이트 패널은, 상기 선광원 세트를 하나씩 포함하는 서로 이격된 복수의 백라이트 패널로 분할될 수 있다.
또한, 상기 입체영상 표시장치는, 관찰자의 위치를 추적하여 상기 추적된 위치를 상기 백라이트 패널에 피드백하는 위치추적수단을 더 포함하며, 상기 백라이트 패널은 상기 추적된 위치에 기반하여 상기 선광원 세트들을 선택적으로 동작시킬 수 있다.
이 경우, 상기 위치추적수단은 상기 관찰자의 안면의 위치를 추적하는 안면추적부 또는 상기 관찰자의 동공의 위치를 추적하는 동공추적부일 수 있다.
또한, 상기 선광원들은 LED, OLED, 및 FED에 의하여 형성된 발광형 광원이거나, 지향성 면광원 발생 장치와 그 전면에 형성된 광학소자로 형성되는 선광원일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체영상 표시장치는, 다수의 화소를 포함하는 영상 표시패널; 및 상기 영상표시패널의 일면과 이격하여 형성된 백라이트 패널을 포함하되, 상기 백라이트 패널은, 상기 영상 표시 패널에 수직한 방향의 지향성 빛을 방출하는 지향성 면광원; 및 상기 지향성 면광원과 상기 영상 표시패널 사이에 형성된 광학소자를 포함하며, 상기 면광원에서 방출된 빛은 상기 광학소자를 통해 상기 광학소자와 영상 표시패널 사이에서 상기 영상 표시 패널에 수직하는 임의의 면상에, 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된 복수의 선광원들로 구성된 선광원 세트를 형성하며, 상기 선광원 세트와 상기 영상 표시패널 사이의 거리는 상기 광학소자에 인가된 전기적 신호에 따라 조절되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 광학소자는 실린더 형태의 오목 렌즈(Concave lens) 형상기판과 평판형 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되며, 상기 전기적 신호는 상기 오목 렌즈 형상기판과 상기 평판형 기판 사이에 배치된 전극에 의해 인가될 수 있다.
또한, 상기 광학소자는 액정렌즈이며, 상기 액정렌즈는 기판과 기판사이에 액정층을 포함하며, 상기 전기적 신호는 상기 기판과 기판사이에 배치된 일정한 패턴의 전극에 의해 인가될 수 있다.
이 경우, 상기 입체영상 표시장치는, 상기 액정렌즈와 영상표시패널 사이에 렌티큘러 렌즈를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 입체영상 표시장치는, 관찰자의 위치를 추적하여 상기 추적된 위치를 전기 인가 수단에 피드백하는 위치추적수단을 더 포함하며, 상기 전기 인가 수단은 상기 추적된 위치에 기반하여 상기 광학소자에 인가되는 전기적 신호를 조절할 수 있다.
이 경우, 상기 위치추적수단은 상기 관찰자의 안면의 위치를 추적하는 안면추적부 또는 상기 관찰자의 동공의 위치를 추적하는 동공추적부일 수 있다.
그리고 전술한 상기 입체영상 표시장치는, 상기 영상 표시패널과 상기 백라이트 패널 사이에 형성된 초점 조절용 액정셀을 더 포함하며, 상기 선광원들과 상기 영상 표시패널 사이의 거리는 상기 초점 조절용 액정셀에 인가된 전기적 신호에 따라 조절될 수 있다.
본 발명에 의해, 종래의 시차분리 수단을 사용하여 3차원 영상을 구현하는 영상표시장치의 문제점인 관찰자가 입체영상 표시장치로부터의 거리 변화에 따라 입체영상의 화질이 저하되는 것을 최소화한 무안경 방식의 3차원 영상정보를 표시할 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 일 실시예에 따른 선광원(Line Source)을 사용한 오토스테레오스코픽 디스플레이 (Autostereoscopic display)의 상면도.
도 4은 종래기술의 관찰자가 영상 표시패널로부터의 최적거리를 기준으로 앞 뒤로 움직일 경우의 시역변화를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 거리의 선광원(Line Source)을 사용한 2 시역 입체영상표시장치의 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2 시역 입체영상 표시장치의 동작원리를 설명하는 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 거리의 선광원(Line Source)을 사용한 4 시역 입체영상 표시장치의 개념도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 조절 선광원의 구현방법에 대한 제 1 개념도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 조절 선광원의 구현방법에 대한 제 2 개념도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 조절 선광원의 구현방법에 대한 제 3 개념도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시예에 따른 선광원을 사용한 입체영상 표시장치에 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.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선광원(Line Source)을 사용한 오토스테레오스코픽 디스플레이 (Autostereoscopic display)의 상면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명은 2시역 이상의 정보가 표시된 영상 표시패널 (310)과 상기 영상 표시패널 (310) 뒷면과 일정거리 이격하여 배치된 다수의 선광원 (30)을 포함하는 백라이트(Back light) 패널 (330)로 구성된다. 상기 백라이트 패널 (330)의 다수의 선광원 (30)들은 일정간격 이격하여 배치되어 영상 표시패널 (310)상에 형성된 화상정보가 설계된 관측거리에서 시역이 분리되도록 함을 특징으로 한다. 도 3에서는 본 발명의 예시로서 2시역 영상정보에 대하여 설계된 관측위치에서 좌시역(제1 시역)과 우시역(제2 시역)이 분리되는 개념을 보여주고 있다.
각 시역의 크기(E)는 통상 사람의 눈간 평균거리인 65㎜를 기준으로 하지만, 2시역 이상의 시역구분에서는 눈간 평균거리보다 작게 설정될 수 있다. 일 예로 2시역영상을 관찰위치에서 제대로 보기 위해서는 영상 표시패널 (310)로부터 설계된 관측거리(Lo), 각 시역의 크기(E), 선광원 (30)을 포함하는 백라이트 패널 (330)과 영상 표시패널 (310)의 사이거리(d), 영상 표시패널 (310)의 화소크기(Wp), 인접 선광원 (30) 사이거리(Ls)와의 관계식은 이상적으로 다음 두 수학식으로 표현된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 수학식 1, 2는 영상 표시패널 (310)의 상.하 기판 또는 백라이트 패널 (330)의 선광원 (30) 앞에 코팅된 물질등을 고려하지 않은 수식이므로 실제로 시역형성의 설계에는 보정된 관계식을 사용하여야 한다.
상기 관계식에 의한 설계에 의하여 형성된 시역은 수학식 2에서 보듯이 관찰자의 최적관찰거리 Lo에 따라서 선광원들 (30)과 영상 표시패널 (310) 사이의 거리 d가 결정이 됨을 알 수 있다. 최적거리에서 관찰자의 수평위치가 변할 경우 동공추적시스템과 결부하여 이에 대한 역입체시나 시역의 밝기 불균일도를 해결하기 위한 여러 노력들이 있으나, 관찰자의 최적 관찰 거리가 변경시에 대한 입체영상의 화질저하 문제와 이에 대한 해결책을 제시하는 기술은 충분히 논의되지 않고 있다.
선광원을 사용하고, 이에 따른 최적거리에서 앞뒤로 이동하는 경우의 시역형성을 예로 설명하기 위하여, 초기 무안경식 3D 시역 설계시 형성된 최적 깊이(OVD)에서는 각각의 시점 영상을 크로스 토크를 최소화하여 관찰할 수 있도록 사각형에 가까운 시역을 형성한다. 그러나 모든 3D 화소를 고려할 때 최적 깊이(OVD)를 벗어나면 각 3D 화소별의 공통 시역 형성이 어려워 도. 4와 같이 사각형 시역에서 삼각형 형태로 변형되어 초기 목적한 Crosstalk 최소화를 달성하기 어렵게된다. 따라서, 도 4에서 시뮬레이션 조건과 이에 따른 거리에 따른 시역의 화를 그래프로 표현하였다. 도 4은 종래기술의 관찰자가 영상 표시패널로부터의 최적거리를 기준으로 앞 뒤로 움직일 경우의 시역변화를 나타내는 그래프이다. 도4의 시뮬레이션조건 아래와 같다.
{시뮬레이션 조건}
ㆍ화소 피치 (Wp): 0.45㎜
ㆍ최적 관찰 거리 (Lo): 1000㎜
ㆍ시점 간격 (E): 65㎜
ㆍ시역수: 2
ㆍ선광원과 영상 표시패널과의 간격 (d): 6.9713㎜
ㆍ선광원 사이의 간격 (Ls): 0.906㎜
ㆍ선광원 선폭 (WLS): 0.15㎜
도 4를 참조하면, 도4의 (a)가 최적관찰거리(1000㎜)에서의 수평위치에 따른 시역의 형상을 보여주는 그래프이다. 최적 위치에서의 시역의 형상이 거리가 1%씩 뒤로 움직이면서 변화되는 모습은 도4의 (b),(c),(d)에 각각 나타낸다. 일 예로 최적시역에서 3%내의 변화에도 하나의 시역에서의 균일한 영역이 줄어들면서 인접시역 간의 겹침현상인 크로스토크가 증가되는 모습을 볼 수 있다. 그래프로는 표현되지 않았으나, 최적거리에서 3%내의 관찰거리가 변하더라도 도4의 (b),(c),(d)와 유사한 결과를 보여준다.
상기 결과는 하나의 조건에 따른 예를 든 것이지만, 1000㎜ (1M) 관찰거리에서 입체영상화면을 볼 때, 앞뒤로 수십 ㎜만 움직이더라도 입체영상의 화질이 떨어진다면 무안경 방식의 입체영상을 보기 위해서는 관찰자의 자유도가 너무 없어서 장시간 입체영상을 앞뒤의 움직임 없이 보아야 하는 문제점이 발생하게 된다.
수학식 1과 수학식 2에서 d를 삭제하여, 수학식을 정리하면,
Figure pat00003
이 된다. 수학식 3에서 나타나듯이 최적관찰 거리(Lo)와 d(선광원들과 영상표시패널 사이거리)는 비례관계를 만족하여 서로 상쇄되고, Ls(선광원들 사이 거리)은 화소폭(Wp)과 시점간 간격(E)에만 관계되어 선광원들간의 간격(Ls)을 일정하게 하고 선광원들과 영상표시패널 사이거리(d)만 변경하여도 최적의 관찰거리를 임의대로 조정가능함을 알 수 있다.
상기 수학식 1 내지 수학식 3은 2시역에 대한 변수들의 관계식인데, 이를 N시역에 대한 관계식으로 표현하면, 아래의 수학식 4 및 수학식 6으로 표현된다.
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
상기 수학식 1 내지 수학식 3은 상기 수학식 4 내지 수학식 6에서 N 시역 대신에 2시역을 대입하여 정리한 식으로 인식할 수 있다. 이러한 예를 아래의 도5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상이한 거리의 선광원(Line Source)을 사용한 2 시역 입체영상표시장치의 개념도이다. 본 도면에서 서로 다른 거리의 선광원들의 세트가 형성된 백라이트 패널들 (510, 520, 530)이 영상표시패널(Display panel) (310)로부터 서로 다른 최적거리인 Lo1 내지 Lo3와 연관되어져 있음을 보여준다. 이때, 서로 다른 거리의 선광원 세트들은 각 평면상에서 서로 인접 선광원들 사이가 동일하게 배열되어져 있다. 이러한 서로 다른 거리의 선광원 세트들을 사용하여 관찰자에게 최적의 입체영상을 볼 수 있게 하는 원리를 도6의 개념도를 사용하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2 시역 입체영상 표시장치의 동작원리를 설명하는 개념도이다. 도 6을 참조하면, 서로 다른 거리의 선광원들 세트가 형성된 백라이트 패널들(610, 620, 630)과 이로부터 일정간격 이격하여 배치된 영상 표시패널(Display panel) (310)로 이루어진 입체영상 표시패널 (점선 부분)이 있다. 또한, 위치추적수단 (650)은 관찰자의 위치를 추적하여, 입체영상 표시패널에 피드백한다. 위치추적수단은 관찰자의 동공의 위치를 추적하는 동공추적부 또는 관찰자의 안면의 위치를 추적하는 안면추적부가 될 수도 있다. 본 실시예에서는 동공의 위치를 추적한다. 백라이트 패널들 (610, 620, 630) 중 이와 같이 피드백된 동공의 관측 거리에 시역을 형성하는 선광원 세트가 포함된 백라이트 패널이 선택적으로 동작한다. 또는 동공의 관측 거리에 시역을 형성하도록 백라이트 패널이 유효적으로 이동한다.
이러한 입체영상표시장치는 관찰자가 P2의 위치에 영상 표시패널로 (310)부터 떨어져 있는 경우에는 영상 표시패널 (310)로부터 d1만큼 이격하여 배치된 백라이트 패널 (620)의 선광원들 세트만 켜지거나 d1의 위치로 유효적으로 이동시키고, 여러 선광원 세트들로 구현한 경우에는 나머지 위치의 선광원 세트는 꺼지도록 조정한다. 결과적으로, P2 위치에 제1시역과 제2시역 각각에 관찰자의 좌측눈과 우측눈이 위치하게 하여 영상표시패널을 관찰하게 되면 최적의 입체영상을 볼 수 있게 된다.
반면에 관찰자가 움직여서 영상 표시패널 (310)로부터 P3의 위치로 가까이 움직이게 되면, 영상 표시패널 (310)로부터 d2위치에 있는 백라이트 패널 (630)의 선광원들 세트가 켜지면서, d1위치에 있는 선광원들 세트가 꺼지게 된다. 또는 하나의 선광원 세트만으로 구현시 d1 위치의 백라이트 패널을 유효적으로 d2위치로 이동할 수 있도록 물리적 또는 액정 렌즈 등의 방법을 이용하여 구현한다. 이로부터, 관찰자는 P3의 위치에 있더라도, P2 위치에서 볼때와 동일한 화질의 입체영상을 관찰할 수 있다.
동일한 방식으로 관찰자가 P1의 위치로 영상 표시패널 (310)로부터 떨어져서 관찰할 경우에는 d1과 d2위치에 있는 백라이트 패널 (620 및 630)의 선광원들 세트는 꺼지게 되고, d3위치의 백라이트 패널 (610)의 선광원들 세트만 켜지게 하여 영상 표시패널 (310)로부터 P1의 위치에서도 선명한 입체영상을 볼 수 있도록 한다. 또한 상기한 바와 같은 방법으로 단일 선광원 세트의 유효적 거리 변화로 구현할 수 있다.
도5와 도6의 경우는 거리별로 세 위치에 선광원 세트를 구비하여 관찰자가 각각의 선광원 세트의 최적 관측 거리에 가까운 쪽의 선광원 세트만을 구동시켜 시역 특성을 최적화시키고 크로스토크를 최소화시킨다. 또 다른 방법으로는 하나의 선광원 세트를 사용하고 그 선광원 세트를 관찰자의 관측 거리에 따라 그 거리에 최적 시역을 형성할 수 있도록 그 선광원 세트를 물리적으로 이동시키거나 광학적으로 액정 렌즈와 같은 방법을 이용하여 선광원의 거리 위치를 유효적으로 변경시키는 방법으로 구현할 수 있다.
상기의 설명은 2시역 입체영상에 대한 것이지만, 이를 3시역 이상 다시역에 적용할 수 있다. 이는 수학식 4 내지 수학식 6에서 표현되는 관계식에 의하여 나타낼 수 있다. 예를 들어 도 7에서는 4 시역에 대한 다른 깊이의 선광원들 세트와 이에 따른 서로 다른 최적관찰거리와의 관계를 나타내는 개념도를 보여주고 있다. 동작 원리는 도 6에 대한 설명과 같다.
도 5 내지 도 7에서 설명한 거리 방향으로 배치된 서로 다른 선광원들 세트들을 실제로 구현하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 이 중에서 가능한 방법에 대한 실시예들을 도 8내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은 거리 방향의 선광원들이 실질적으로 발광형 선광원들 세트로 구현하는 방법에 대한 일례를 보여준다. 도 8(a)는 영상표시패널 (310)과 일정 간격 이격한 백라이트 패널 (810)에 형성된 선광원들의 단면을 보여주는 그림이다. 하나의 면에 형성된 선광원들을 이용하지만, 영상 표시패널 (310)과의 간격조절 소자 (820)를 구비하여 관찰자의 위치측정시스템을 통하여, 관찰자의 위치를 피드백 받아 해당위치에 최적의 입체영상을 관찰할 수 있도록 영상 표시패널 (310)과 선광원들이 형성된 백라이트 패널 (810)과의 간격을 조절하여 도 5내지 도 7에서 개념적으로 설명한 거리 방향의 관찰자위치를 조정할 수 있다. 상기에 명기한 영상 표시패널 (310)과 백라이트 패널 (810)의 선광원들간의 간격조절 소자 (820)로는 액츄에이터 또는 압전소자인 PZT 등이 사용될 수 있다.
또 다른 발광형 선광원들 세트로 구현가능한 방법은 도8의 (b)에 나타난다. 도8의 (b)는 각각 선광원 세트가 형성된 여러개의 투명한 백라이트 패널 (830, 840, 850)을 적층하여 구성되는 선광원들 세트와 일정간격 이격하여 떨어진 영상 표시패널 (310)로 구성된다. 관찰자의 영상 표시패널 (310)로부터 떨어진 거리를 확인하고, 이 신호를 피드백하여 상기 투명한 백라이트 패널들 (830, 840, 850) 중에서 일부의 백라이트 패널만 작동되게 하여 관찰자가 거리 방향이동을 하더라도 최적의 3차원영상을 관찰할 수 있게 한다. 상기의 투명한 백라이트 패널은 투명전극을 사용한 OLED가 사용될 수 있다.
또 다른 발광형 선광원들 세트로 구현가능한 방법은 도8의 (c)에 나타난다. 일정한 두께의 매질 (860)안에 발광형 선광원들 (50, 60, 70)이 평면상에서 거리 방향으로 일정간격 이격하여 배치되게 하고, 각 거리 방향 위치의 선광원들을 관찰자의 위치정보에 따라 선별적으로 작동하게 함에 따라 도 5내지 도 7에서 개념적으로 설명한 거리 방향의 관찰자위치에 맞추어 최적의 입체영상을 관찰자가 볼 수 있게 할 수 있다. 상기 도 8의 선광원들은 발광형 타입으로 구현 가능한 LED, OLED, FED 등이 사용될 수 있다.
한편, 발광형 타입은 아니지만, 지향성 좋은 면광원과, 그 앞에 전기신호에 따라 초점거리를 조절하는 전기적 광학판을 사용하여 영상표시패널과의 이격 거리가 다른 선광원들을 만들 수 있다. 도9는 이러한 예를 보여준다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 조절 선광원의 구현방법에 대한 제 2 개념도이다. 도 9를 참조하면, 도 9(a)는 지향성 좋은 면광원 (910) 앞에 배치된 편광판 (920)과 그 앞에 배치된 실린더 형태의 오목 렌즈 형상 기판 (950)과 평판형 기판 (930)사이에 형성된 액정층 (920)으로 배치된 광학판이 사용된 경우이다. 이 경우에 통상 액정층 (920)의 ne(extraordinariay refractive index)가 기판 (930)의 굴절율보다 크게 되어 액정층 (920)을 중심으로 Cylindrical Convex lens 역할을 하게 된다. 도면에서 표현되어져 있지 않지만, 전기적 광학판인 양쪽기판 (950, 930)에는 안쪽에 투명전극 또는 금속배선들이 배치되어져 있어서, 관찰자의 위치에 따라 결정되는 외부전기신호에 따라 전압이 인가되어, 전기장에 반응하는 액정층의 정렬상태를 바꾸어 굴절율 변화를 주어서 백라이트로부터 방출되는 광의 초점거리를 변경시켜줄 수 있다. 결과적으로 도 5내지 도 7에 개념적으로 표현한 거리 방향의 서로 다른 위치에 있는 선광원들 세트를 구현할 수 있다.
도9(b)는 형성되는 선광원들 사이 간격에 따라 설계된 피치의 렌티큐라 렌즈시트 (970)와 액정렌즈 (960)를 적층하여, 지향성 좋은 면광원 (910) 앞면에 배치하여 선광원들을 만드는 경우의 예를 보여준다. 도 9(a)와 상이한 점은 서로 이격하여 배치된 두 종류의 렌즈효과에 의하여 초점거리의 변화폭을 더 키울수가 있으므로, 도9(a)의 실시예에 비하여 거리 방향의 선광원들의 위치변화를 증가시킬 수 있다. 이 경우에 액정렌즈 (960)는 기판 1 (965)과 기판 2 (961) 사이에 형성된 액정층 (963)으로 구성이 되고, 양쪽 기판들 (961, 965)과 액정층 (963) 사이에는 전극 구조가 형성이 되어 전압인가에 따라 액정층 (963)의 배열상태를 바꾸어 줌에 따라 렌티큐라 렌즈 시트 (970) 이후에 형성되는 선광원들의 거리 방향위치를 변경해 줄 수 있다. 상기 액정렌즈 (960)는 상하전극 구조에 따라 전기장 인가시 렌즈효과를 변경해주어, 선광원들이 형성되는 거리 방향의 위치를 변경해주는 GRIN(Gradient Index) 타입의 액정렌즈가 사용될 수 있다. 또한 상기 액정렌즈 (960)는 도9(a)에서 설명한 고정된 실린더 형태의 오목 렌즈 (Concave lens) 형상 기판 (950)과 평판형 기판 (930)사이에 형성된 액정층 (940)에 의하여 형성된 경우일 수 있고, 이 경우에 통상 액정층 (930)의 ne(extraordinariay refractive index)가 기판 (930)의 굴절율보다 크게되어 액정층을 중심으로 Cylindrical Convex lens 역할을 하게 된다. 이때 액정층의 배열을 전기장 인가에 따라 바꾸어 줌에 따라, 선광원들이 형성되는 거리 방향의 위치를 변경해줄 수 있다. 도9(b)에는 렌티큐라 렌즈 시트 (970)가 영상 표시패널 (310)과 액정렌즈 (960) 사이에 배치되어져 있는 경우를 보여주는 경우인데, 액정렌즈 (960)와 렌티큐라 렌즈 시트 (970)의 순서를 바꾸어 사용할 수도 있다.
도9에 사용되는 지향성 좋은 면광원 (910)은 상기 전기적신호에 따라 초점거리를 조절하는 전기적 광학판의 효율을 극대화하기위하여(즉, 선광원으로 집광시키기 위하여) 평행광(collimated light)에 가까운 광을 발생시키도록 구성되거나, 상기 실린더 형태의 볼록 렌즈 (Convex lens)의 주기와 일치되는 선광원들의 세트로 구성될 수 있다.
특히, 도8의 (b)내지 (c)와 도9(a)의 선광원에 대한 실시예는 2D/3D 전환모드가 가능하다. 예를 들어 3D 모드로 작동하기 위해서는 상기의 설명대로, 도8 (b)내지 (c)에서는 서로 다른 거리의 선광원 세트만 작동되게 하고, 도9(a)에서는 관찰자의 위치에 따라 적절한 전기신호에 따라 오목 렌즈 형상 기판 통과후에 형성되는 선광원들의 거리 방향위치를 바꿔 작동되게 하면 된다. 반면에 2D 모드로 작동하기 위해서는 도8 (b)내지 (c)는 동시에 서로 다른 거리의 선광원들을 작동하게 하거나, 도9(a)에서는 실린더 형태의 오목 렌즈 형상 기판 (950)과 액정층 (940)사이에 굴절율을 동일하도록 전기신호를 인가하거나 전기신호 없이 두 매질의 굴절율을 동일하게 함에 따라, 렌즈효과를 없게 하여 3D 영상 대신에 일반적인 2D 영상을 시청하게 하는 모드로 전환할 수 있게 한다. 또한 도8 내지 도9의 모든 실시예에서 영상 표시패널과 선광원들 또는 가변형 액정렌즈 사이에 가변형 확산판(예를 들어 PDLC 등)을 사용하여 2D와 3D 모드를 전환할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 조절 선광원의 구현방법에 대한 제 3 개념도이다. 도 10을 참조하면, 도 8 내지 도 9에서 설명한 관찰자의 위치에 따라 작동되는 선광원들 세트 또는 선광원들의 영상 표시 패널과의 거리 위치가 유효적으로 변경되는 시스템을 본 발명의 실시예에 따른 선광원 장치 (900) (예를 들어, 도 8 (a)에서는 810, 도 9에서는 (a)에서는, 910 내지 950) 라 명하고, 영상 표시패널 (310)과 상기 선광원 장치 (900) 사이에 전기장 인가 여부에 따라 양 기판 (1010, 1030) 사이에 형성된 액정층 (1020)으로 구성된 초점 조절용 액정셀 (1000)을 추가할 수 있다. 이러한 경우에 도8 내지 도9에서 구현된 선광원들과 액정표시패널 사이의 실질적 거리를 상기 초점 조절용 액정셀 (1000)에 인가된 전기장에 따라 바꾸어 줄 수 있으므로, 상기 실시예에서 언급하였듯이 관찰자의 거리 방향의 위치정보를 피드백하여 초점 조절용 액정셀 (1000)에 인가되는 전압을 조절하여 액정 표시패널 (310)과 선광원 장치 (900)와의 거리를 조절하여 관찰자의 거리 방향 이동을 하더라도 최적의 입체영상을 볼 수 있게 할 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 30, 50, 60, 70: 선광원
110: 일반적인 2차원 영상 표시패널 130: 패럴랙스 배리어판
310: 영상 표시패널
330, 510, 520, 530. 610, 620, 630, 710, 720, 730, 810, 860: 백라이트 패널
650: 위치추적수단
900: 본 발명의 실시예에 따른 선광원 장치 910: 면광원
920: 편광판 930: 평판형 기판
940: 액정층 950: 오목 렌즈 형상 기판
960: 액정 렌즈 961: 기판 2
963: 액정층 965: 기판 1
970: 렌티큐라 렌즈시트 1000: 초점 조절용 액정셀

Claims (16)

  1. 다수의 화소를 포함하는 영상 표시패널;
    서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된 복수의 선광원들을 포함하며, 상기 영상표시패널의 일면과 이격하여 형성된 백라이트 패널; 및
    상기 백라이트 패널과 상기 영상 표시패널과의 거리를 조절하는 거리 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 영상 표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 입체영상 표시장치는,
    관찰자의 위치를 추적하여 상기 추적된 위치를 상기 거리 조절 수단에 피드백하는 위치추적수단을 더 포함하며,
    상기 거리 조절 수단은 상기 추적된 위치에 기반하여 상기 거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 위치추적수단은 상기 관찰자의 안면의 위치를 추적하는 안면추적부 또는 상기 관찰자의 동공의 위치를 추적하는 동공추적부인 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선광원들은 LED, OLED, 및 FED에 의하여 형성된 발광형 광원이거나, 지향성 면광원 발생 장치와 그 전면에 형성된 광학소자로 형성되는 선광원인 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  5. 다수의 화소를 포함하는 영상 표시패널; 및
    상기 영상표시패널의 일면과 이격하여 형성된 백라이트 패널을 포함하되,
    상기 백라이트 패널은 상기 영상 표시 패널에 수직하는 서로 다른 면 상에서 서로 이격하여 배치된 복수의 선광원 세트를 포함하고,
    상기 선광원 세트들 각각은 동일 면상에서 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된 복수의 선광원들로 구성되는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 백라이트 패널은,
    상기 선광원 세트를 하나씩 포함하는 서로 이격된 복수의 백라이트 패널로 분할되는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 입체영상 표시장치는,
    관찰자의 위치를 추적하여 상기 추적된 위치를 상기 백라이트 패널에 피드백하는 위치추적수단을 더 포함하며,
    상기 백라이트 패널은 상기 추적된 위치에 기반하여 상기 선광원 세트들을 선택적으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 위치추적수단은 상기 관찰자의 안면의 위치를 추적하는 안면추적부 또는 상기 관찰자의 동공의 위치를 추적하는 동공추적부인 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 선광원들은 LED, OLED, 및 FED에 의하여 형성된 발광형 광원이거나, 지향성 면광원 발생 장치와 그 전면에 형성된 광학소자로 형성되는 선광원인 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  10. 다수의 화소를 포함하는 영상 표시패널; 및
    상기 영상표시패널의 일면과 이격하여 형성된 백라이트 패널을 포함하되,
    상기 백라이트 패널은,
    상기 영상 표시 패널에 수직한 방향의 지향성 빛을 방출하는 지향성 면광원; 및
    상기 지향성 면광원과 상기 영상 표시패널 사이에 형성된 광학소자를 포함하며,
    상기 면광원에서 방출된 빛은 상기 광학소자를 통해 상기 광학소자와 영상 표시패널 사이에서 상기 영상 표시 패널에 수직하는 임의의 면상에, 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된 복수의 선광원들로 구성된 선광원 세트를 형성하며,
    상기 선광원 세트와 상기 영상 표시패널 사이의 거리는 상기 광학소자에 인가된 전기적 신호에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 광학소자는 실린더 형태의 오목 렌즈(Concave lens) 형상기판과 평판형 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성되며,
    상기 전기적 신호는 상기 오목 렌즈 형상기판과 상기 평판형 기판 사이에 배치된 전극에 의해 인가되는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 광학소자는 액정렌즈이며, 상기 액정렌즈는 기판과 기판사이에 형성된 액정층으로 구성되며,
    상기 전기적 신호는 상기 기판과 기판사이에 배치된 일정한 패턴의 전극에 의해 인가되는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 입체영상 표시장치는,
    상기 액정렌즈와 영상표시패널 사이에 렌티큘러 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  14. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입체영상 표시장치는,
    관찰자의 위치를 추적하여 상기 추적된 위치를 전기 인가 수단에 피드백하는 위치추적수단을 더 포함하며,
    상기 전기 인가 수단은 상기 추적된 위치에 기반하여 상기 광학소자에 인가되는 전기적 신호를 조절하는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 위치추적수단은 상기 관찰자의 안면의 위치를 추적하는 안면추적부 또는 상기 관찰자의 동공의 위치를 추적하는 동공추적부인 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
  16. 제 1항, 제 5항, 및 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입체영상 표시장치는,
    상기 영상 표시패널과 상기 백라이트 패널 사이에 형성된 초점 조절용 액정셀을 더 포함하며,
    상기 선광원들과 상기 영상 표시패널 사이의 거리는 상기 초점 조절용 액정셀에 인가된 전기적 신호에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 선광원을 사용한 입체영상 표시장치.
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