KR20140096661A - 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이 - Google Patents

무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이 Download PDF

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Abstract

무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이가 개시된다. 개시된 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이는, 외부로부터 입사되는 광을 이용하여 반사형으로 칼라 영상을 디스플레이하며 좌안용 영상과 우안용 영상을 형성하는 반사형 칼라 디스플레이와, 반사형 칼라 디스플레이의 한쌍의 픽셀 당 하나의 렌즈가 대응하도록 마련되어 반사형 칼라 디스플레이에서 형성되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 분리하는 렌즈 어레이를 포함한다.

Description

무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이{Glasses-free reflective 3D color display}
무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이가 개시된다.
야외 외광을 이용한 옥외형 광고 디스플레이나 야외 사용이 예상되는 휴대전화, 휴대형 게임기 같은 모바일 디스플레이는 주변 밝기에 무관하게 디스플레이의 시인성을 확보하는 것이 필요하다. 또한 밝은 환경에서 주변광이 디스플레이의 표면에서 반사되어 눈에 들어오기 때문에 콘트라스트가 저하될 수 있다. 아울러 디스플레이 표면에서 반사된 빛과 패널에서 나온 빛이 섞일 수 있는데, 이것은 디스플레이의 색 순도를 떨어뜨리는 한 원인이 될 수 있다. 모바일 디스플레이를 장시간 활용하기 위한 패널의 소비전력 감소를 고려하면, 밝은 환경에서 주변광을 광원으로 이용하는 반사형 디스플레이가 해결책이 될 수 있다.
디스플레이의 큰 흐름은 저전력화와 고성능화일 것이다. 저전력화의 대표적인 예로 광원으로서 외광을 사용하는 반사형 디스플레이를 들 수 있으며, 고성능화의 한 예로는 입체영상을 구현하는 3차원(3D) 디스플레이를 들 수 있다. 따라서 반사형 3차원 디스플레이의 구현은 저전력화와 고성능화를 동시에 추구하는 차세대 디스플레이의 방향으로서 가치 있다고 할 수 있다.
야외 사용을 가정하는 반사형 디스플레이에 3차원 입체 영상을 표시하려면 매번 안경을 별도로 휴대해야 하는 안경식 디스플레이보다는 무안경식 3차원 표시 방식이 적합하다. 무안경식 3차원 디스플레이 구현 방식으로는 패럴랙스 배리어(parallex barrier)와 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 방식이 대표적이다.
광원으로서 외광의 활용에 지장을 주지 않도록 렌티큘러 렌즈 방식을 적용한 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이는, 외부로부터 입사되는 광을 이용하여 반사형으로 칼라 영상을 디스플레이하며, 좌안용 영상과 우안용 영상을 형성하는 반사형 칼라 디스플레이와; 상기 반사형 칼라 디스플레이의 한쌍의 픽셀 당 하나의 렌즈가 대응하도록 마련되어, 상기 반사형 칼라 디스플레이에서 형성되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 분리하는 렌즈 어레이;를 포함한다.
상기 반사형 칼라 디스플레이는, 단위 픽셀당 복수의 반사형 칼라 필터 요소를 포함하는 반사형 칼라 필터와; 한쌍의 픽셀에서 좌안 칼라 영상과 우안 칼라 영상을 형성하도록 상기 반사형 칼라 필터에 입사하는 광의 양을 가변적으로 조절하는 셔터;를 포함한다.
상기 반사형 칼라 필터는, 거울과 같은 반사를 하도록 마련될 수 있다.
상기 반사형 칼라 필터는 다층 박막 칼라 필터일 수 있다.
상기 반사형 칼라 필터는 금속층과 유전체층을 교대로 반복 적층하여 형성될 수 있다.
상기 복수의 반사형 칼라 필터 요소는 각각 다층 박막의 각 층의 두께를 조절하여 특정 칼라의 광만을 반사시키도록 형성될 수 있다.
상기 금속층은 은(Ag)이나 다른 금속을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 유전체층은, Al2O3, ZnS, TiO2, SiO2, MgF2, Ta2O5를 포함하는 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사형 칼라 필터는, 고굴절율 물질층과 저굴절율 물질층을 교대로 적층하여 형성될 수 있다.
상기 복수의 반사형 칼라 필터 요소는 각각 다층 박막의 각 층의 두께를 조절하여 특정 칼라의 광만을 반사시키도록 형성될 수 있다.
상기 렌즈 어레이는, 상기 반사형 칼라 디스플레이의 한쌍의 픽셀 당 하나의 렌티큘러 렌즈가 대응하도록 복수의 렌티큘러 렌즈로 이루어질 수 있다.
상기 렌티큘러 렌즈는, 결상되는 입체 영상의 첫 번째 각도가 수직에서 5 내지 15도 어긋나게 형성되도록 배치될 수 있다.
상기 렌즈 어레이는, 상기 반사형 칼라 디스플레이의 한쌍의 픽셀 당 하나의 집적 영상 렌즈가 대응하도록 복수의 집적 영상 렌즈 어레이로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 광원으로서 외광의 활용에 지장을 주지 않도록 렌티큘러 렌즈 방식을 적용하고, 반사형 칼라 필터를 적용하여 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이를 구현할 수 있다.
또한, 반사형 칼라 필터를 거울과 같은 반사를 하는 구조색 칼라 필터로 구성함으로써, 반사광의 밝기를 보다 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이를 개략적으로 보여준다.
도 2는 광원이 앞쪽에 있고 디스플레이를 약간 기울여서 보는 상황에 대응하는 렌티큘러 렌즈 배열을 보여준다.
도 3은 반사형에 대한 렌티큘러 렌즈에서의 기하학적인 광경로를 보여준다.
도 4는 확산성을 가지는 경우에 대한 렌티큘러 렌즈에서의 기하학적인 광경로를 보여준다.
도 5a, 도 5b, 도 5c는 각각, 칼라 필터가 거울과 같은(specular) 경우, 이상적인 확산성(ideal diffusive)을 가지는 경우, 렌티큘러 렌즈 구조에 의해 제한된 실제의 확산성(diffusive)을 가지는 경우에 대한 관찰자에 대한 입사광의 집광 상태를 보여준다.
도 6a는 픽셀(p)을 전체 볼 수 있는 각도(2A)를 보여준다.
도 6b는 렌티큘러 렌즈 구조에 의해 실제로 픽셀(p)을 볼 수 있는 각도(O)를 보여준다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이를 개략적으로 보여준다.
전술한 바와 같이, 야외 사용을 가정하는 반사형 디스플레이에 3차원 입체 영상을 표시하려면 매번 안경을 별도로 휴대해야 하는 안경식 디스플레이보다는 무안경식 3차원 표시 방식이 적합하다.
무안경식 3차원 입체 영상 디스플레이 구현 방식으로는 패럴랙스 배리어(parallex barrier)와 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 방식이 대표적인데, 이를 반사형 디스플레이에 적용하려면 무엇보다도 광원으로서 외광의 활용에 지장을 주지 않아야 하므로, 렌티큘러 렌즈 방식이 적합하다.
즉, 디스플레이 평면에 대해 관찰자와 같은 방향에서의 입사광을 가정하는 반사형 디스플레이는 입사광을 최대한 방해하지 않는 구조가 요구된다. 따라서 현재 무안경식 3차원 디스플레이를 구현하는 보편적인 방법인 패럴렉스 배리어와 렌티큘러 렌즈 구조 중에서 패럴렉스 배리어 구조는 입사광의 절반을 활용할 수 없다는 점에서 반사형에 적용하기에는 적합하지 않다.
광원이 디스플레이 평면을 사이에 두고 렌티큘러 렌즈 반대편에 있어서 눈으로 나가는 광경로만을 고려해야 하는 투과형 디스플레이와는 달리 반사형 디스플레이는 입사광과 반사광 모두 렌티큘러 렌즈를 통과하기 때문에 렌티큘러 렌즈가 입사광과 반사광에 동시에 대응하면서도 양안시차에 대응하도록 고려되어야 한다.
아울러, 일반적인 투과형 디스플레이에 적용하는 렌티큘러 렌즈는 디스플레이 평면 반대편에서 수직으로 들어오는 광에 대한 상황을 가정하지만, 반사형에 대해서는 디스플레이 평면에 대해서 정확히 수직한 축은 관찰자의 눈과 디스플레이 사이에 광원이 존재하는 상황에만 대응하기 때문에 자연스러운 상황이 아니다. 따라서 입사광과 디스플레이에 의해 반사된 광이 수직이 아닌 경로를 진행하는 상황에 대한 대응이 고려되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이에 따르면, 반사형 칼라 필터를 다층 박막으로 구현하여 거울과 같은(specular) 반사의 간섭색으로 나타내도록 함으로써, 보다 밝은 밝기를 구현하고 거울과 같은 반사로 렌티큘러 렌즈의 광경로에 보다 잘 대응하도록 함으로써 무안경식 3차원 디스플레이에 적합한 반사형 칼라 디스플레이를 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 도면상에서 각 구성요소의 크기나 두께 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이를 개략적으로 보여준다. 도 1 및 이하의 도면에서는 도시의 명확성을 위해 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이의 두쌍의 픽셀에 대응하는 영역의 반사형 칼라 필터 및 셔터 구조만을 보인 것으로, 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이는 2차원 픽셀 어레이를 가지며, 각 픽셀은 복수의 서브 픽셀 예컨대, R, G, B 서브 픽셀을 포함한다.
도 1을 참조하면, 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이는 반사형 칼라 디스플레이(100)와, 반사형 칼라 디스플레이(100)의 한쌍의 픽셀당 하나의 렌즈가 대응하도록 마련된 렌즈 어레이(200)를 포함한다. 상기 반사형 칼라 디스플레이(100)는 외부로부터 입사되는 광을 이용하여 반사형으로 칼라 영상을 디스플레이하며, 구동부에 의해 좌안용 칼라 영상과 우안용 칼라 영상을 형성하도록 구동된다. 상기 렌즈 어레이(200)는 상기 반사형 칼라 디스플레이(100)에서 형성되는 좌안용 칼라 영상과 우안용 칼라 영상을 분리한다.
상기 반사형 칼라 디스플레이(100)는, 반사형 칼라 필터(130)와, 상기 구동부에 의해 구동되어 반사형 칼라 필터(130)에 입사하는 광량을 가변적으로 조절하는 셔터(150)를 포함한다. 상기 반사형 칼라 디스플레이(100)는 기판(110) 상에 반사형 칼라 필터(130)를 형성하고, 이 반사형 칼라 필터(130) 상에 셔터(150)가 배치된 구조를 가질 수 있다. 상기 반사형 칼라 디스플레이(100)는, 장착된 반사형 칼라 필터(130)에 의해 풀 칼라를 구현할 수 있도록 제작될 수 있다.
상기 반사형 칼라 필터(130)는, 단위 픽셀당 복수의 반사형 칼라 필터 요소(130a)(130b)(130c) 예컨대, R, G, B 반사형 칼라 필터 요소를 포함한다. 상기 반사형 칼라 필터(130)의 단위 픽셀당 복수의 반사형 칼라 필터 요소(130a)(130b)(130c)는, 색공간에 색영역을 형성하는 어떠한 조합도 가능하다.
상기 반사형 칼라 필터(130)는 거울상으로서 임의의 방향으로 입사하는 광을 거울과 같이(specular) 반사를 하도록 마련될 수 있다. 이를 위하여, 상기 반사형 칼라 필터(130)는 다층 박막 칼라 필터 즉, 다층 박막의 광결정 칼라 필터로서 형성될 수 있다. 이때, 복수의 반사형 칼라 필터 요소(130a)(130b)(130c)는 각각 다층 박막의 각 층의 두께를 조절하여 특정 칼라의 광만을 반사시키도록 형성될 수 있다. 상기 반사형 칼라 필터(130)의 다층 박막은 금속층과 유전체층을 교대로 반복 적층하여 형성되거나, 고굴절율 물질층과 저굴절율 물질층을 교대로 적층하여 박막 사이의 반사의 상호 간섭으로 특정 파장을 증폭 또는 소멸시킴으로써 입사되는 광의 특정 파장만을 반사시키도록 형성될 수 있다. 복수의 반사형 칼라 필터 요소(130a)(130b)(130c)는 각각 다층 박막의 각 층의 두께를 특정 칼라를 반사시키도록 형성하면, 예컨대, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 칼라의 광을 선택적으로 반사시킬 수 있다. 즉, 복수의 반사형 칼라 필터 요소(130a)(130b)(130c)는 선택 반사시키고자 하는 칼라에 관계없이 동일 물질로 다층 박막 구조를 이루도록 형성되며, 박막 두께만을 달리하여, 반사형 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 칼라 필터 요소로서 작용하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사형 칼라 필터 요소(130a)는 적색(R) 칼라의 광만을 반사시키도록 다층 박막의 각층의 두께가 정해질 수 있으며, 반사형 칼라 필터 요소(130b)는 녹색(G) 칼라의 광만을 반사시키도록 다층 박막의 각층의 두께가 정해질 수 있으며, 반사형 칼라 필터 요소(130c)는 청색(G) 칼라의 광만을 반사시키도록 다층 박막의 각층의 두께가 정해질 수 있다. 이때, 복수의 반사형 칼라 필터 요소(130a)(130b)(130c)가 금속층과 유전체층이 교대로 반복 적층된 구조인 경우, 복수의 금속층의 두께는 서로 동일하며, 유전체층의 두께도 서로 동일하게 형성되어, 다층 박막이 규칙성 즉, 광결정 구조를 이루도록 형성될 수 있다. 마찬가지로, 복수의 반사형 칼라 필터 요소(130a)(130b)(130c)가 고굴절율 물질층과 저굴절율 물질층이 교대로 반복 적층된 구조인 경우, 복수의 고굴절율 물질층의 두께는 서로 동일하며, 복수의 저굴절율 물질층의 두께도 서로 동일하게 형성되어, 다층 박막이 규칙성 즉, 광결정 구조를 이루도록 형성될 수 있다.
복수의 반사형 칼라 필터 요소(130a)(130b)(130c)가 금속층과 유전체층이 교대로 반복 적층된 구조인 경우, 상기 금속층은 은(Ag)를 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, 유전체층은 Al2O3, ZnS, TiO2, SiO2, MgF2, Ta2O5을 포함하는 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함하도록 형성될 수 있다.
상기와 같이 반사형 칼라 필터(130)에 금속층을 사용하는 경우, 보는 각도를 달리해도 색변화가 거의 없어, 칼라에 대해 시야각을 보다 좋게 할 수 있다.
여기서, 반사형 칼라 필터(130)의 단위 픽셀내에 포함되는 복수의 반사형 칼라 필터 요소(130a)(130b)(130c) 예컨대, R, G, B 칼라 필터 요소의 크기는 상호간의 회절 간섭을 막기 위해, 예를 들어, 백색광의 가간섭거리 이상 예컨대, 최소 10μm 이상으로 형성될 수 있다.
상기 셔터(150)는 한쌍의 픽셀 단위로 일 픽셀에서는 좌안 칼라 영상을 형성하고, 다른 픽셀에서는 우안 칼라 영상을 형성하도록 상기 반사형 칼라 필터(130)에 입사하는 광의 양을 가변적으로 조절한다. 상기 셔터(150)는 상기 반사형 칼라 필터(130)의 반사형 칼라 필터 요소 배열에 대응하도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 셔터(150)는 2차원 픽셀 어레이 구조를 가지며, 각 픽셀(p)에 반사형 칼라 필터(130)의 단위 픽셀내의 복수의 반사형 칼리 필터 요소에 대응하는 복수의 서브 픽셀(150a)(150b)(150c)을 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 렌즈 어레이(200)는 반사형 칼라 디스플레이(100)의 한쌍의 픽셀 당 하나의 렌티큘러 렌즈(lenticular lens: 210)가 대응하도록 된 복수의 렌티큘러 렌즈(210) 어레이로 이루어질 수 있다. 즉, 영상을 분리시켜 좌안 및 우안 2시점(2-view)의 3차원 영상을 표시하기 위해, 일 렌티큘러 렌즈(210) 단위가 좌안 칼라 영상을 형성하는 픽셀과 우안 칼라 영상을 형성하는 픽셀에 대응하도록 배치될 수 있다. 이에 의해, 반사형 칼라 디스플레이(100)에서 영상은 좌안 칼라 영상과 우안 칼라 영상의 2시점으로 포커싱될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이에 따르면, 하나의 완전한 풀 칼라(full color)를 구현하는 픽셀 두개가 한쌍을 이루어, 하나는 좌측 눈에 대응하는 칼라 영상, 다른 하나는 우측 눈에 대응하는 칼라 영상을 재생한다. 이때, 한쌍의 픽셀로 구성된 입체 영상 표시 단위에는 한 칼럼(column)의 렌티큘러 렌즈(210)가 대응할 수 있다.
이때, 렌티큘러 렌즈(210)는, 좌,우측 눈이 렌즈의 완전 수직 축에 존재하는 경우에 대응하거나, 렌티큘러 렌즈(210)에 의해 결상되는 입체 영상의 첫 번째 각도(회절광에서의 0차광에 해당함)가 수직에서 대략 5도 내지 대략 15도 정도 어긋나 있는 상황에 맞도록 설계될 수 있다. 이 두 경우 모두, 렌티큘러 렌즈(210)는 관찰자의 눈이 반사형 칼라 디스플레이(100)의 수직과 이루는 각도와 같고, 수직에 대해서 반대편에 가상 관찰 시점에 대응하는 입사광에 대해 정확히 거울과 같은(specular) 반사에 의해 관찰자의 눈에 광의 진행 경로가 대응하도록 설계될 수 있다.
렌티큘러 렌즈(210)는 두 눈이 있는 평면인 수평 방향에 대해서 수직 방향으로 배열되어야 한다. 따라서 도 2에서와 같이 광원이 앞쪽에 존재하는 상황을 가정하면 두 눈에 대한 2차원적으로는 투과형과 같이 디스플레이 평면에 대해 수직으로 진행하는 투과형의 광경로와 비슷하게 취급할 수 있다. 반사형에 대해서는 디스플레이 평면을 거울면으로 취급해서 반대편에 대칭으로 가상 광원과 광경로가 존재하는 것으로 도 3에서와 같이 취급할 수 있다.
도 2는 광원이 앞쪽에 있고 디스플레이를 약간 기울여서 보는 상황에 대응하는 렌티큘러 렌즈(210) 배열을 보여준다.
도 2의 z축 방향은 빛의 진행에 대해서 평면과 다름없기 때문에 z축 방향에 대해서 원통형의 렌티큘러 렌즈(210)를 배열하는 것이 기본 구조이다. 또한, 후술하는 도 7에서와 같이, 픽셀에 대해서 z축 방향으로도 끊어지는 집적 영상 방식의 렌즈(310)를 배열함으로써 반사형 픽셀에 대해 집광 효과를 높여 더 밝게 보이게 할 수도 있다. 이는 특히 옥외형 광고판의 경우 디스플레이를 바라보는 수직 방향 각도가 한정되어 있기 때문에 눈의 관찰 각도에 직접 대응하지 않는 나머지 각도의 광을 집광하여 더 밝게 보이게 하는 데 유리하다.
도 3은 반사형에 대한 렌티큘러 렌즈(210)에서의 기하학적인 광경로를 보여준다. 도 3의 경우에, 광원은 디스플레이 평면에 대해 양눈의 방향에 대응하는 2점에서 존재한다고 간주할 수 있는데, 이는 외광 환경에서 사방에서 균일한 광이 들어오는 환경에 잘 대응된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이에 있어서, 반사형 칼라 필터(130)는 전술한 바와 같이, 거울과 같은 반사 특성을 가지도록 형성된다.
여기서 입사광을 반사하는 반사면이 거울상이 아니라 확산성(diffusive)을 가지는 경우에는 도 4에서와 같이, 여러 방향에서 디스플레이 평면에 들어오는 광이 일부분씩 확산되도록 반사되는 경우에 해당하는데, 같은 면적에서 같은 세기로 입사하는 광에 대해 같은 세기의 반사광이 나오려면 정의에 의해 다음 수학식 2에서와 같이 나머지 모든 각도에 대해 광이 입사해야 한다. 수학식 1은 반사면이 거울과 같은(specular) 반사 특성을 나타낼 때의 입사광의 세기(Iinput)과 반사광의 세기(Ioutput) 관계를 보여준다. 수학식 2는 반사면이 확산성(diffusive)을 가질 때, 입사광의 세기(Iinput,diffusive)와 반사광의 세기(Ioutput) 관계를 보여준다.
Figure pat00001
Figure pat00002
염료형 칼라 필터 즉, 흡수형 칼라 필터에서와 같이 이상적인 확산성(diffusive)을 가지는 경우에는 거울과 같은(specular) 반사 특성을 가지는 경우와 이상적인 확산성(diffusive)을 가지는 경우의 두 출력(output) 값은 같으며 이것은 확산성(diffusive)면에 대해 0도부터 180도까지 전방위로 같은 세기의 입사광이 들어올 때 해당한다. 여기서, 거울과 같은 반사 특성을 가지는 경우에는 도 5a에서와 같이 거울상 반사각에 해당하는 입사각의 광원 세기만큼이 눈에 입사하게 된다. 염료형 칼라 필터의 경우에는 도 5b에서와 같이 산란에 의해 모든 방면에서 입사광의 일부분씩이 산란되어 눈에 입사한다. 하지만 렌티큘러 렌즈(210) 구조에 의해 렌즈의 개구 각도 이상의 광은 도 5c에서와 같이 들어올 수 없다. 여기서, 도 5b는 염료형 칼라 필터 즉, 통상적인 흡수형 칼라 필터에 반사면을 구비한 경우에 해당한다.
도 5a 내지 도 5c는 칼라 필터가 거울과 같은(specular) 경우와 확산성(diffusive)을 가지는 경우에 대한 관찰자에 대한 입사광의 집광 상태를 보여준다. 도 5a, 도 5b, 도 5c는 각각, 칼라 필터가 거울과 같은(specular) 경우, 이상적인 확산성(ideal diffusive)을 가지는 경우, 렌티큘러 렌즈(210) 구조에 의해 제한된 실제의 확산성(diffusive)을 가지는 경우를 보여준다. 도 5c에서와 같이, 렌티큘러 렌즈(210) 모양에 의해 모든 방위각에서의 광이 다 입사할 수도 없으며, 전체 외광의 예컨대, 대략 90% 정도만 입사하게 된다.
따라서, 디스플레이 평면이 거울과 같은(specular) 것이 반사광의 밝기 면에서 더 유리하다.
도 6a는 픽셀(p)을 전체 볼 수 있는 각도(2A)를 보여주며, 도 6b는 렌티큘러 렌즈(210) 구조에 의해 실제로 픽셀(p)을 볼 수 있는 각도(O)를 보여준다. 도 6a 및 도 6b를 비교해보면, 전체 픽셀을 볼 수 있는 각도(2A)에 비해 실제 픽셀을 볼 수 있는 각도(O)는 2I만큼 줄어듬을 알 수 있다. 여기서, r은 렌티큘러 렌즈(210)의 곡률 반경, h는 픽셀과 렌티큘러 렌즈(210)사이의 최소 거리, p는 픽셀 크기를 나타낸다. R = A -arctan(p/h)에 해당한다.
O =64.6°, p = 336.65μm, r = 190.5μm, h=457μm, 굴절율(n) = 1.557인 경우, 반사광의 밝기를 계산해보면 대략 0.9 정도가 된다.
이와 같이, 렌티큘러 렌즈(210) 구조에 의해 전체 외광의 예컨대, 약 90%만이 반사형 칼라 필터(130)에 입사하므로, 확산성을 가지는 경우 반사광의 밝기가 그만큼 줄어들게 된다. 반면에, 본 발명의 실시예에서와 같이, 반사형 칼라 필터(130)를 거울과 같은 반사를 하도록 구성하는 경우, 입사광이 그대로 반사하므로, 일반적인 경우에 비해 최소한 약 1.1배 이상 반사광의 밝기를 크게 할 수 있다. 여기서, 약 1.1배는 확산성을 나타내는 반사형 칼라 필터(130)가 일반적인 반사형 디스플레이에 적용되는 흡수형 칼라 필터 + 반사면 구조일 때, 흡수형 칼라 필터의 흡수율이 제로인 경우를 가정하여 얻어진 값이다. 실제로는 흡수형 칼라 필터는 자기색 흡수율이 존재하므로, 이러한 확산성을 나타내는 반사형 칼라 필터(130)를 사용할 때에 비해, 본 발명의 실시예에서와 같이 거울과 같은 반사를 하는 반사형 칼라 필터(130)를 사용하는 경우에는, 반사광의 밝기를 최소한 약 1.5 내지 2배 정도 높일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이가 렌즈 어레이(200)로 렌티큘러 렌즈(210) 어레이를 구비하는 경우를 예를 들어 설명 및 도시하였는데, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 도 7에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이는 렌즈 어레이(300)로 픽셀에 대해 두 눈이 위치되는 평면에 대해 수직한 방향(도 2에서 z축 방향)으로 끊어지는 집적 영상(integral imaging) 방식 렌즈(310) 어레이를 구비할 수도 있다. 이때, 반사형 칼라 디스플레의 한쌍의 픽셀당 하나의 집적 영상 렌즈가 대응하도록 배치된다.
이와 같이, 픽셀에 대해서 z축 방향으로도 끊어지는 집적 영상 방식의 렌즈를 배열함으로써 반사형 픽셀에 대해 집광 효과를 높여 더 밝게 보이게 할 수도 있다. 이는 특히 옥외형 광고판의 경우 디스플레이를 바라보는 수직 방향 각도가 한정되어 있기 때문에 눈의 관찰 각도에 직접 대응하지 않는 나머지 각도의 광을 집광하여 더 밝게 보이게 하는 데 유리하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이에 따르면, 외광을 반사해서 구현하는 칼라 디스플레이가 무안경식으로 3차원 입체영상을 재생하도록 구현할 수 있다. 이는 추가 요인의 밝기 저하 없이 투과형 무안경식 3차원 디스플레이와 동등한 수준의 화질 구현이 가능하다는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에 의해 구현되는 반사형 3차원 칼라 디스플레이는 야외에 설치된 옥외 간판 또는 모바일 디스플레이에 해당하는 휴대전화 또는 휴대용 게임기 등에서 응용될 수 있으며, 야외에서 설치된 옥외 디스플레이의 경우에는 외광에 해당하는 태양의 위치가 항상 머리보다 위에 있기 때문에 디스플레이를 지나가는 관찰자가 특정 지점을 지날 때 영상이 입체영상으로 보이게 할 수 있다. 이것은 시각적 호기심을 끄는 측면에서 기존보다 더욱 효과적인 디스플레이가 될 수 있다.
또한 손에 들고 보는 모바일 디스플레이의 경우에 디스플레이 평면에 대해서 수직에 가까운 각도에서 관찰을 하므로 본 발명의 실시예에 의한 3차원 입체 영상 구현은 반사형 디스플레이의 장점인 저전력화와 결합하여 모바일 디스플레이의 고성능화에 기여할 것으로 기대된다.
100...반사형 칼라 디스플레이 110...기판
130...반사형 칼라 필터 150...셔터
200,300...렌즈 어레이 210...렌티큘러 렌즈
310...집적 영상 렌즈

Claims (14)

  1. 외부로부터 입사되는 광을 이용하여 반사형으로 칼라 영상을 디스플레이하며, 좌안용 영상과 우안용 영상을 형성하는 반사형 칼라 디스플레이와;
    상기 반사형 칼라 디스플레이의 한쌍의 픽셀 당 하나의 렌즈가 대응하도록 마련되어, 상기 반사형 칼라 디스플레이에서 형성되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 분리하는 렌즈 어레이;를 포함하는 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사형 칼라 디스플레이는,
    단위 픽셀당 복수의 반사형 칼라 필터 요소를 포함하는 반사형 칼라 필터와;
    한쌍의 픽셀에서 좌안 칼라 영상과 우안 칼라 영상을 형성하도록 상기 반사형 칼라 필터에 입사하는 광의 양을 가변적으로 조절하는 셔터;를 포함하는 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반사형 칼라 필터는, 거울과 같은 반사를 하도록 마련된 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  4. 제2항에 있어서, 상기 반사형 칼라 필터는 다층 박막 칼라 필터인 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반사형 칼라 필터는
    금속층과 유전체층을 교대로 반복 적층하여 형성되는 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 반사형 칼라 필터 요소는 각각 다층 박막의 각 층의 두께를 조절하여 특정 칼라의 광만을 반사시키도록 형성되는 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  7. 제5항에 있어서, 상기 금속층은 은(Ag)이나 다른 금속을 포함하는 물질로 형성되는 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유전체층은, Al2O3, ZnS, TiO2, SiO2, MgF2, Ta2O5을 포함하는 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  9. 제5항에 있어서, 상기 유전체층은, Al2O3, ZnS, TiO2, SiO2, MgF2, Ta2O5을 포함하는 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  10. 제2항에 있어서, 상기 반사형 칼라 필터는, 고굴절율 물질층과 저굴절율 물질층을 교대로 적층하여 형성되는 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 반사형 칼라 필터 요소는 각각 다층 박막의 각 층의 두께를 조절하여 특정 칼라의 광만을 반사시키도록 형성되는 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는, 상기 반사형 칼라 디스플레이의 한쌍의 픽셀 당 하나의 렌티큘러 렌즈가 대응하도록 복수의 렌티큘러 렌즈로 이루어진 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  13. 제12항에 있어서, 상기 렌티큘러 렌즈는, 결상되는 입체 영상의 첫 번째 각도가 수직에서 5 내지 15도 어긋나게 형성되도록 배치된 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는, 상기 반사형 칼라 디스플레이의 한쌍의 픽셀 당 하나의 집적 영상 렌즈가 대응하도록 복수의 집적 영상 렌즈 어레이로 이루어진 무안경식 반사형 3차원 칼라 디스플레이.
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