KR20160021650A - 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 방식의 입체영상표시장치는 렌티큘러 렌즈의 경계에 해당하는 갭 글라스(gap glass) 내에 역방향의 렌즈패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 뷰(view)간 간섭을 최소화함으로써 멀티 뷰(multi view)에서의 3D 크로스토크(cross talk)를 회피할 수 있게 된다.

Description

렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치{LENTICULAR LENS TYPE STEREOSCOPIC 3D DISPLAY DEVICE}

본 발명은 입체영상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치에 관한 것이다.

3D 디스플레이(display)란 간단히 정의를 내리자면 "인위적으로 3D 화면을 재생시켜 주는 시스템의 총체"라고 할 수 있다.

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.

또한, 가상 3D 디스플레이(이하, 입체영상표시장치라 함)는 사람이 입체감을 느끼는 여러 요인 중 우리 눈이 가로방향으로 약 65mm 떨어져 있어서 나타나게 되는 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 입체영상표시장치인 것이다.

이러한 입체영상표시장치에서 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.

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 3차원 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3차원표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.

부피표현방식은 심리적인 요인과 흡입효과에 의해 깊이방향에 대한 원근감이 느껴지도록 하는 방법으로서, 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터그래픽, 또는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제공하여 그 공간 내로 빨려 들어가는 것 같은 착시현상을 불러일으키는 이른바 아이맥스 영화 등에 응용되고 있다.

가장 완전한 입체영상 구현기술이라 알려져 있는 3차원표현방식은 레이저광 재생 홀로그래피(holography) 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.

그리고, 입체감표현방식은 양안의 생리적 요인을 이용하여 입체감을 느끼는 방식으로, 전술한 바와 같이 약 65㎜ 떨어져 존재하는 인간의 좌, 우안에 시차정보가 포함된 평면의 연관 영상이 보일 경우에 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 입체 사진술(stereography)을 이용한 것이다. 이러한 입체감표현방식은 크게 안경을 착용하는 방식과 안경을 착용하지 않는 무안경 방식이 있다.

안경을 착용하지 않는 방식으로서 알려진 대표적인 것으로는 원통형의 렌즈를 수직으로 배열한 렌티큘러(lenticular) 렌즈판을 표시패널 전방에 설치하는 렌티큘러 렌즈 방식과 패러렉스 배리어(parallax barrier) 방식이 있다.

도 1은 일반적인 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개념을 설명하기 위한 도면으로써, 특히 렌즈의 배면거리(b)와 시청거리(d) 사이의 관계를 보여주고 있다.

도면을 참조하면, 일반적인 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 상, 하부 기판과 그 사이에 액정이 충진된 액정패널(10), 액정패널(10)의 후면(後面)에 위치하여 광을 조사하는 백라이트 유닛(미도시) 및 입체영상의 구현을 위해 액정패널(10) 전면(前面)에 위치하는 렌티큘러 렌즈판(20)을 포함하여 이루어진다.

렌티큘러 렌즈판(20)은 평평한 기판 상에, 그 상부 표면이 볼록렌즈 형상의 물질층이 형성되어 이루어진다.

이러한 렌티큘러 렌즈판(20)은 좌, 우안 영상을 나누어주는 역할을 수행하고 있으며, 렌티큘러 렌즈판(20)으로부터 적정 3D 시청거리(d)에는 좌, 우안 각각으로 좌, 우안에 해당되는 영상들이 정상적으로 도달하는 뷰-다이아몬드(view diamond)(정시영역)가 형성되어 있다.

따라서, 액정패널(10)을 투과한 영상 이미지는 렌티큘러 렌즈판(20)을 통과하여 최종 시청자의 좌, 우안으로 다른 이미지 그룹이 들어오게 하여, 3차원의 입체영상을 느낄 수 있게 된다.

이러한 일반적인 입체영상표시장치는 액정패널(10)과 렌티큘러 렌즈판(20)이 기구물(미도시) 등에 의해 지지되어, 액정패널(10)과 렌티큘러 렌즈판(20) 사이가 소정 간격(배면 거리; b) 이격되어 있다.

이때, 렌즈 설계 공식인 [1/d + 1/b = 1/f]에 의해서 적정 3D 시청 거리(d)는 실제 적용 모델에 따라 30 ~ 300cm 정도로 설계되나, 이에 비해 렌즈 초점거리(f)는 0.2 ~ 3mm로 매우 작다. 따라서, 실제 렌즈 배면 거리(b)는 입사면 쪽의 렌즈 초점거리(f)와 거의 유사하게 나타나고 있다. 따라서, 일반적인 렌티큘라 렌즈 방식의 입체영상 디스플레이장치에서는 배면 거리(b)를 일정하게 유지하기 위해 갭 글라스(26)가 삽입되어야 한다.

한편, 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치에서는 초기에 설계된 뷰-맵(view map)에 따라 형성되는 멀티 뷰(multi view) 방식으로 구현되기 때문에 시청자는 정해진 뷰의 영역으로 들어갈 때 3D 영상을 시청할 수 있다.

이상적인 경우에는 뷰-다이아몬드에 그 뷰의 정보만 눈에 보이게 되나(일 예로, 좌안에서 L-뷰만 볼 수 있고, R-뷰는 볼 수 없음), 렌즈 에러(lens error)나 픽셀 모양 등의 문제로 실제의 경우에는 한눈에 2개의 뷰를 볼 수 있다. 일 예로, 실제의 경우에는 좌안에서 L-뷰 이외에 희미하게 R-뷰도 볼 수 있어, 3D 크로스토크(cross talk)가 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 멀티 뷰(multi view)에서의 3D 크로스토크(cross talk)를 회피할 수 있는 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치를 제공하는데 목적이 있다.

기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 표시패널과 렌티큘러 렌즈를 포함하는 렌티큘러 렌즈판 및 렌티큘러 렌즈에 대해 역방향의 볼록렌즈 형상을 가진 렌즈패턴을 포함하여 구성될 수 있다.

렌티큘러 렌즈판은 표시패널의 전면에 위치하며, 다수의 렌티큘러 렌즈를 포함할 수 있다.

렌즈패턴은 표시패널과 렌티큘러 렌즈판 사이의 갭 내에 형성될 수 있다. 즉, 렌즈패턴은 3D 크로스토크가 발생하는 영역인 렌티큘러 렌즈들 사이의 갭 내에 형성될 수 있으며, 렌티큘러 렌즈에 대해 역방향의 볼록렌즈 형상을 가져 빛을 확산시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 표시패널과 렌티큘러 렌즈판 사이에 삽입되는 갭 글라스를 추가로 포함할 수 있으며, 이 경우 렌즈패턴은 렌티큘러 렌즈들 사이의 갭 글라스 전면이나 후면에 패터닝 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 렌티큘러 렌즈의 경계에 해당하는 갭 글라스 내에 역방향의 렌즈패턴을 형성하여 뷰간 간섭을 최소화함으로써 멀티 뷰에서의 3D 크로스토크를 회피하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해 화질 품위가 향상되는 한편, 기존의 갭 글라스를 이용함에 따라 단가 상승이 억제되는 효과를 제공한다.

도 1은 일반적인 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치의 단면 구조를 예시적으로 보여주는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 렌티큘러 렌즈판을 개략적으로 보여주는 사시도.
도 6a 및 도 6b는 렌티큘러 렌즈판의 위치에 따른 휘도를 예를 들어 보여주는 시뮬레이션(simulation) 결과.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치에 있어, 멀티 뷰에서의 3D 크로스토크를 회피하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치의 단면 구조를 예시적으로 보여주는 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다.

그리고, 도 3은 본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치를 개략적으로 보여주는 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 표시패널(110), 렌티큘러 렌즈판(120), 게이트 구동부(111), 데이터 구동부(112), 타이밍 컨트롤러(113), 멀티 뷰 영상변환부(114), 호스트 시스템(115) 및 시청자 감지장치(116) 등을 구비한다.

본 발명의 입체영상표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD), 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Diode Display; OLED), 전계발광표시장치(Field Emission Display; FED), 플라즈마영상표시장치(Plasma Display Panel; PDP), 전기발광표시장치(Electroluminescent Display; EL) 등의 평판표시소자로 구현될 수 있다. 본 발명은 아래의 실시예에서 표시패널(110)로 액정표시장치를 사용한 경우를 예시하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이때, 표시패널(110)로 액정표시장치를 사용하는 경우, 본 발명은 액정 모드, 즉 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 모드, 인-플레인 스위칭(In Plane Switching; IPS) 모드, 프린지 필드 스위칭(Fringe Field Switching; FFS) 모드 및 수직배향(Vertical Alignment; VA) 모드에 상관없이 적용 가능하다.

표시패널(110)은 타이밍 컨트롤러(113)의 제어 하에 영상을 표시한다.

자세히 도시하지 않았지만, 표시패널(110)은 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.

컬러필터 기판은 적, 녹 및 청의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터로 구성된 컬러필터와 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(Black Matrix; BM), 그리고 액정층에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어질 수 있다.

어레이 기판은 종횡으로 배열되어 다수의 화소영역을 정의하는 다수의 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL), 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 화소영역에 형성된 화소전극으로 이루어져 있다.

박막 트랜지스터는 게이트라인(GL)에 연결된 게이트전극, 데이터라인(DL)에 연결된 소오스전극 및 화소전극에 전기적으로 접속된 드레인전극으로 구성되어 있다. 또한, 박막 트랜지스터는 게이트전극과 소오스/드레인전극 사이의 절연을 위한 게이트절연막 및 게이트전극에 공급되는 게이트 전압에 의해 소오스전극과 드레인전극 간에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층을 포함한다.

이렇게 구성되는 컬러필터 기판의 외면에는 상부 편광판이 부착되고, 어레이 기판의 외면에는 하부 편광판이 부착된다. 상부 편광판의 광투과축과 하부 편광판의 광투과축은 서로 직교되도록 형성될 수 있다.

그리고, 컬러필터 기판과 어레이 기판의 내면에는 액정층의 프리틸트 각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성되는 한편, 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에는 액정 셀의 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다.

표시패널(110)은 타이밍 컨트롤러(113)의 제어 하에 3D 모드에서 멀티 뷰 영상을 표시할 수 있다. 이때, 멀티 뷰 영상은 제 1 내지 제 n(n은 2 이상의 자연수)뷰 영상을 의미한다.

입체영상의 뷰는 일반인의 양안 간격만큼 카메라들을 이격하고 객체에 대한 이미지를 촬영하여 생성할 수 있다. 일 예로, 4대의 카메라를 이용하여 객체를 촬영하는 경우, 표시패널(110)은 4뷰의 입체영상을 표시할 수 있다.

표시패널(110)은 대표적으로 백라이트 유닛(미도시)으로부터의 빛을 변조하는 투과형 액정표시장치가 선택될 수 있다.

백라이트 유닛은 백라이트 유닛 구동부로부터 공급되는 구동전류에 따라 점등하는 광원, 도광판(또는 확산판), 다수의 광학시트 등을 포함할 수 있다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 또는 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛의 광원들은 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode) 중 어느 하나의 광원 또는 두 종류 이상의 광원들을 포함할 수 있다.

백라이트 유닛 구동부는 백라이트 유닛의 광원들을 점등시키기 위한 구동전류를 발생한다. 백라이트 유닛 구동부는 백라이트 제어부의 제어 하에 광원들에 공급되는 구동전류를 온/오프(ON/OFF)한다. 백라이트 제어부는 호스트 시스템(115)으로부터 입력되는 글로벌/로컬 디밍신호(DIM)에 따라 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티 비 조정 값을 포함한 백라이트 제어 데이터를 SPI(Serial Peripheral Interface) 데이터 포맷으로 백라이트 구동부에 전송한다.

데이터 구동부(112)는 다수의 소스 드라이브 IC를 포함한다. 소스 드라이브 IC들은 타이밍 컨트롤러(113)로부터 입력되는 영상 데이터(RGB')를 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 정극성/부극성 아날로그 데이터전압들을 발생한다. 소스 드라이브 IC들로부터 출력되는 정극성/부극성 아날로그 데이터전압들은 표시패널(110)의 데이터라인(DL)들에 공급된다.

게이트 구동부(111)는 쉬프트 레지스터, 쉬프트 레지스터의 출력신호를 액정 셀의 TFT 구동에 적합한 스윙 폭으로 변환하기 위한 레벨 쉬프터 및 출력 버퍼 등을 포함한다. 게이트 구동부(111)는 타이밍 컨트롤러(113)의 제어 하에 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스를 표시패널(110)의 게이트라인(GL)들에 순차적으로 공급한다.

타이밍 컨트롤러(113)는 멀티 뷰 영상 변환부(114)로부터 입력받은 영상 데이터(RGB')와 타이밍 신호들에 기초하여 소정의 프레임 주파수로 표시패널(110)을 구동시키고, 소정의 프레임 주파수를 기준으로 게이트 구동부 제어신호(GCS), 데이터 구동부 제어신호(DCS)를 발생할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(113)는 게이트 구동부 제어신호(GCS)를 게이트 구동부(111)로 공급하고, 영상 데이터(RGB')와 데이터 구동부 제어신호(DCS)를 데이터 구동부(112)로 공급한다.

게이트 구동부 제어신호(GCS)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock) 및 게이트 출력 인에이블 신호(Gate Output Enable) 등을 포함한다. 게이트 스타트 펄스는 첫 번째 게이트 펄스의 타이밍을 제어한다. 게이트 쉬프트 클럭은 게이트 스타트 펄스를 쉬프트 시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 인에이블 신호는 게이트 구동부(111)의 출력 타이밍을 제어한다. 데이터 구동부 제어신호(DCS)는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock), 소스 출력 인에이블 신호(Source Output Enable), 극성제어신호 등을 포함한다. 소스 스타트 펄스는 데이터 구동부(112)의 데이터 샘플링 시작 시점을 제어한다. 소스 샘플링 클럭은 라이징 또는 폴링 에지에 기준 하여 데이터 구동부(112)의 샘플링 동작을 제어하는 클럭신호이다. 데이터 구동부(112)에 입력될 디지털 비디오 데이터가 mini LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스 규격으로 전송된다면, 소스 스타트 펄스와 소스 샘플링 클럭은 생략될 수 있다. 극성제어신호는 데이터 구동부(112)로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 L(L은 자연수) 수평기간 주기로 반전시킨다. 소스 출력 인에이블 신호는 데이터 구동부(112)의 출력 타이밍을 제어한다.

다수의 서브-픽셀(R, G, B)이 배치되는 표시패널(110) 전면에는 소정의 폭을 갖는 다수의 렌티큘라 렌즈(125)를 포함하는 렌티큘러 렌즈판(120)이 배치된다.

특히, 도 3을 참조하여 렌티큘러 렌즈판(120)의 구조를 살펴보면, 다수의 렌티큘라 렌즈(125)의 배열이 서브-픽셀(R, G, B)의 종 방향(y축 방향)에 대해 제 1 각도(θ)를 갖고 기울어진 형태로 배치되고 있으며, 렌티큘라 렌즈(125)의 서브-픽셀(R, G, B)의 횡 방향(x축 방향)을 따르는 수평 폭(w)은 서브-픽셀(R, G, B)의 정수 배로 설정할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 렌티큘러 렌즈판(120)에 구비되는 렌티큘라 렌즈(125)가 서브-픽셀(R, G, B)의 종 방향을 기준으로 제 1 각도(θ) 기울어져 배치될 수 있다.

따라서, 2D 영상을 표시하는 표시패널(110)에 대해 이러한 렌티큘러 렌즈판(120)의 기울어진 배치에 의해 3D 영상시청을 위한 뷰 수를 조절할 수 있다.

이러한 렌티큘러 렌즈판(120)에 있어서 렌티큘라 렌즈(125)의 서브-픽셀(R, G, B)의 종 방향을 기준으로 기울어진 제 1 각도 θ는 tan^-1((M*Pa)/(N*Pb))라는 식으로 표현된다.

이때, Pa는 서브-픽셀(R, G, B)의 단축피치, Pb는 서브-픽셀(R, G, B)의 장축피치이며, M과 N은 각각 임의의 자연수로서 렌티큘라 렌즈(125)가 다수의 서브-픽셀(R, G, B)을 하나의 그룹으로 하고, 하나의 그룹을 정확히 대각방향으로 꼭지점을 관통했을 때의 그룹 내의 서브-픽셀(R, G, B)의 횡 방향으로의 서브-픽셀(R, G, B)의 개수 및 서브-픽셀(R, G, B)의 종 방향으로의 서브-픽셀(R, G, B)의 개수로 정의된다. 이때, 통상적으로 M과 N은 M/N ≤ 2의 값을 만족하는 것이 일반적이다.

이때, 하나의 그룹 내부에 위치하는 다수의 서브-픽셀(R, G, B)에 부여된 숫자는 렌티큘러 렌즈판(120)의 렌티큘라 렌즈(125)를 제 1 각도(θ)로 기울여 배치한 입체영상표시장치의 3D 영상시청이 가능한 영역으로 정의되는 뷰의 개수가 되며, 각 뷰에 부여된 숫자는 각 뷰 영역에서 3D 영상시청 시 보여지는 서브-픽셀(R, G, B)이 된다.

이렇게 렌티큘러 렌즈판(120)을 구비한 본 발명에 따른 입체영상표시장치는 휘도 향상 측면에서 효과가 있으며, 나아가 뷰 수의 증가를 통해 3D 영상시청을 위한 시야각을 향상시키는 효과를 갖는다.

뷰 수의 증가는 렌티큘러 렌즈판(120)에 구비되는 렌티큘라 렌즈(125)를 서브-픽셀(R, G, B)의 종 방향을 기준으로 소정의 각도를 갖도록 배치한 구조 즉, 슬랜티드(slanted) 구조를 적용하여 이루어지게 된다. 이러한 슬랜티드 구조 적용에 의해 한쪽 방향으로의 해상도 저하를 방지할 수 있다.

이러한 구성에 있어서 멀티 뷰 영상변환부(114)는 호스트 시스템(115)으로부터 영상 데이터(RGB) 및 뷰 제어신호(Cview)를 입력받는다. 멀티 뷰 영상변환부(114)는 뷰 제어신호(Cview)에 따라 입체영상의 뷰의 개수를 판단할 수 있다.

멀티 뷰 영상변환부(114)는 뷰 제어신호(Cview)에 따라 영상 데이터(RGB)를 설정된 뷰의 수에 맞게 변환한다.

호스트 시스템(115)은 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호들 등을 멀티 뷰 영상변환부(114)에 공급한다. 호스트 시스템(115)은 좌안 영상 데이터와 우안 영상 데이터를 포함하는 3D 영상 데이터를 멀티 뷰 영상변환부(114)에 공급한다. 타이밍 신호들은 수직동기신호, 수평동기신호, 데이터 인에이블 신호(Data Enable), 도트 클럭 등을 포함한다.

호스트 시스템(115)은 시청자 감지장치(116)로부터 시청자 감지정보를 입력받고, 시청자 감지정보에 따라 최적 뷰의 수를 산출한다. 호스트 시스템(115)은 최적 뷰의 수에 따른 뷰 제어신호(Cview)를 생성하여 멀티 뷰 영상변환부(114)에 공급한다. 호스트 시스템(115)은 시청자 감지정보의 시청자 수를 입력 어드레스로 받고, 해당 입력 어드레스에 저장된 뷰의 수를 출력하는 룩-업 테이블을 이용하여 뷰 제어신호(Cview)를 생성할 수 있다.

시청자 감지장치(116)는 시청자의 수를 감지한다. 시청자 감지장치(116)는 카메라를 이용하여 입체영상표시장치를 시청하는 시청자들의 이미지를 저장할 수 있다. 일 예로, 시청자 감지장치(116)는 얼굴 마스크 기법 등을 이용하여 감지된 시청자의 수를 포함하는 시청자 감지정보를 호스트 시스템(115)으로 출력한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 렌티큘러 렌즈의 경계에 해당하는 갭 글라스 내에 역방향의 렌즈패턴을 형성하여 뷰간 간섭을 최소화함으로써 멀티 뷰에서의 3D 크로스토크를 회피하는 것을 특징으로 하는데, 이를 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치의 단면 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.

그리고, 도 5는 도 4에 도시된 렌티큘러 렌즈판을 개략적으로 보여주는 사시도이다.

도 6a 및 도 6b는 렌티큘러 렌즈판의 위치에 따른 휘도를 예를 들어 보여주는 시뮬레이션(simulation) 결과이다.

이때, 도 6a는 기존의 렌티큘러 렌즈판의 위치에 따른 휘도를 예를 들어 보여주고 있으며, 도 6b는 본 발명에 따른 렌티큘러 렌즈판의 위치에 따른 휘도를 예를 들어 보여주고 있다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치에 있어, 멀티 뷰에서의 3D 크로스토크를 회피하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 표시패널(110), 표시패널(110) 후면에 위치하여 표시패널(110)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(미도시) 및 입체영상의 구현을 위해 표시패널(110) 전면에 위치하는 렌티큘러 렌즈판(120)으로 구성될 수 있다.

이와 같이 다수의 서브-픽셀(R, G, B)이 배치되는 표시패널(110) 전면에 소정의 폭을 갖는 다수의 렌티큘라 렌즈(125)를 포함하는 렌티큘러 렌즈판(120)이 배치되어 있다.

이때, 전술한 바와 같이, 렌티큘러 렌즈판(120)은 다수의 렌티큘라 렌즈(125)의 배열이 서브-픽셀(R, G, B)의 종 방향에 대해 제 1 각도를 갖고 기울어진 형태로 배치될 수 있으며, 렌티큘라 렌즈(125)의 서브-픽셀(R, G, B)의 횡 방향을 따르는 수평 폭은 서브-픽셀(R, G, B)의 정수 배로 설정할 수 있다.

이러한 렌티큘러 렌즈판(120)은 좌, 우안 영상(L, R-view)을 나누어주는 역할을 수행하고 있으며, 렌티큘러 렌즈판(120)으로부터 적정 3D 시청거리에는 좌, 우안 각각으로 좌, 우안에 해당되는 영상(L, R-view)들이 정상적으로 도달하는 뷰-다이아몬드(140)(정시영역)가 형성되어 있다.

표시패널(110)은 타이밍 컨트롤러의 제어 하에 3D 모드에서 멀티 뷰 영상을 표시할 수 있다.

따라서, 표시패널(110)을 투과한 영상 이미지는 렌티큘러 렌즈판(120)을 통과하여 최종 시청자의 좌, 우안으로 다른 이미지 그룹이 들어오게 하여, 3차원의 입체영상을 느낄 수 있게 된다.

이때, 본 발명의 렌티큘러 렌즈판(120)을 이용한 무안경 방식도 단 한 명의 시청자가 고정된 위치에 있다면 안경 방식과 같은 형태로 볼 수 있는데, 이 경우 안경을 낀 것과 마찬가지로 표시패널(110) 자체에서 좌안 영상(L-view)과 우안 영상(R-view)을 각각 사용자의 좌안과 우안으로 보내주면 된다. 그러나, 이는 일반적으로 모니터나 휴대폰 등 개인 디스플레이에 사용되는 방식으로 위치에 따라 3D로 보이지 않을 수 있다.

이때, 여러 명이, 또는 움직이면서 보는 3D는 인위적으로 좌안 영상(L-view)과 우안 영상(R-view)을 분리할 수 없다. 그래서 다시점 무안경 방식에서 뷰라는 것을 만들게 된다. 즉, 좌안 영상(L-view)과 우안 영상(R-view)의 2개의 영상을 조합하여 n개의 뷰를 만들게 된다.

이와 같이 구성되는 렌티큘라 렌즈 방식의 입체영상표시장치에서는 3D 시청거리를 일정하게 유지하기 위해 표시패널(110)과 렌티큘러 렌즈판(120) 사이에 갭 글라스(126)가 삽입될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 물리적인 갭 글라스가 아닌 에어 갭(air gap)을 형성할 수도 있다.

표시패널(110)과 렌티큘러 렌즈판(120) 사이에 물리적인 갭 글라스(126)를 형성하는 경우 배면 거리를 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다.

이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌티큘라 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 갭 글라스(126) 전면의 소정영역을 패터닝하여 갭 글라스(126) 내에 역방향의 렌즈패턴(130)을 형성함으로써 뷰간의 간섭을 최소화하여 불필요한 3D 크로스토크를 제거하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 제 1 실시예는 3D 크로스토크가 발생하는 영역인 렌티큘러 렌즈(125)들 사이의 갭 글라스(126) 전면에 렌티큘러 렌즈(125)와 역방향(즉, 표시패널(110)을 향해 표면이 볼록렌즈 형상을 갖는)의 렌즈패턴(130)을 형성하여 빛을 확산시키는 것을 특징으로 한다. 그 결과 뷰간의 간섭이 최소화됨에 따라 불필요한 3D 크로스토크를 제거 할 수 있어 화질 품위가 향상되는 효과를 제공한다.

또한, 전술한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌즈패턴(130)은 기존의 갭 글라스(126) 내, 즉 갭 글라스(126) 전면에 패터닝하여 형성하기만 하면 되기 때문에 단가 상승이 억제되는 효과를 제공한다.

이러한 렌즈패턴(130)은 렌티큘러 렌즈(125)와 실질적으로 동일하게 서브-픽셀(R, G, B)의 종 방향에 대해 제 1 각도를 갖고 기울어진 형태로 배치될 수 있으며, 렌티큘러 렌즈(125)들 사이의 경계에서 렌티큘러 렌즈(125)를 따라 길게 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 렌티큘러 렌즈(125)들 사이의 경계에서 렌티큘러 렌즈(125)를 따라 몇 개의 그룹으로 분리될 수도 있다.

이에 따라 렌즈패턴(130)은 이웃하는 2개의 렌티큘러 렌즈(125)들과 일부 중첩하게 되는데, 중첩되는 정도는 3D 크로스토크가 발생하는 정도에 따라 적절하게 제어할 수 있다.

도 6b를 참조하면, 도 6a에 도시된 기존에 비해 3D 크로스토크가 발생하는 영역, 즉 렌티큘러 렌즈들 사이의 경계에서의 휘도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이에 따라 뷰간 간섭에 의한 3D 크로스토크를 제거할 수 있게된다.

따라서, 여러 시청방향에서도 3D 크로스토크가 발생하지 않는 자기 영역의 뷰만 볼 수 있게된다(도 7 참조).

이는 기존의 뷰 겹침(view overlap) 설계에서의 해상도 저하 문제없이 3D 크로스토크를 제거할 수 있는 이점이 있다.

이에 의해 화질 품위가 향상되는 한편, 기존의 갭 글라스를 이용함에 따라 단가 상승이 억제되는 효과를 제공한다.

한편, 본 발명은 전술한 렌즈패턴을 표시패널의 전면, 즉 서브-픽셀 전면에 형성한 경우에도 적용 가능하며, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치의 단면 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.

이때, 도 8에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 렌즈패턴의 형성 위치만을 제외하고는 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치와 실질적으로 동일한 구성으로 이루어진다.

즉, 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 표시패널(210), 표시패널(210) 후면에 위치하여 표시패널(210)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(미도시) 및 입체영상의 구현을 위해 표시패널(210) 전면에 위치하는 렌티큘러 렌즈판(220)으로 구성될 수 있다.

이와 같이 다수의 서브-픽셀(R, G, B)이 배치되는 표시패널(210) 전면에 소정의 폭을 갖는 다수의 렌티큘라 렌즈(225)를 포함하는 렌티큘러 렌즈판(220)이 배치되어 있다.

이때, 전술한 바와 같이, 렌티큘러 렌즈판(220)은 다수의 렌티큘라 렌즈(225)의 배열이 서브-픽셀(R, G, B)의 종 방향에 대해 제 1 각도를 갖고 기울어진 형태로 배치될 수 있으며, 렌티큘라 렌즈(225)의 서브-픽셀(R, G, B)의 횡 방향을 따르는 수평 폭은 서브-픽셀(R, G, B)의 정수 배로 설정할 수 있다.

이러한 렌티큘러 렌즈판(220)은 좌, 우안 영상을 나누어주는 역할을 수행하고 있으며, 렌티큘러 렌즈판(220)으로부터 적정 3D 시청거리에는 좌, 우안 각각으로 좌, 우안에 해당되는 영상들이 정상적으로 도달하는 뷰-다이아몬드(정시영역)가 형성되어 있다.

표시패널(210)은 타이밍 컨트롤러의 제어 하에 3D 모드에서 멀티 뷰 영상을 표시할 수 있다.

따라서, 표시패널(210)을 투과한 영상 이미지는 렌티큘러 렌즈판(220)을 통과하여 최종 시청자의 좌, 우안으로 다른 이미지 그룹이 들어오게 하여, 3차원의 입체영상을 느낄 수 있게 된다.

이와 같이 구성되는 렌티큘라 렌즈 방식의 입체영상표시장치에서는 3D 시청거리를 일정하게 유지하기 위해 표시패널(210)과 렌티큘러 렌즈판(220) 사이에 갭 글라스(226)가 삽입될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 물리적인 갭 글라스가 아닌 에어 갭을 형성할 수도 있다.

전술한 본 발명의 제 1 실시예와 동일하게 표시패널(210)과 렌티큘러 렌즈판(220) 사이에 물리적인 갭 글라스(226)를 형성하는 경우 배면 거리를 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있다.

이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌티큘라 렌즈 방식의 입체영상표시장치는 갭 글라스(226) 후면(즉, 서브-픽셀(R, G, B)의 전면에 위치하는 갭 글라스(226)의 후면)의 소정영역을 패터닝하여 갭 글라스(226) 내에 역방향의 렌즈패턴(230)을 형성함으로써 뷰간의 간섭을 최소화하여 불필요한 3D 크로스토크를 제거하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 제 2 실시예는 3D 크로스토크가 발생하는 영역인 렌티큘러 렌즈(225)들 사이의 갭 글라스(226) 후면에 렌티큘러 렌즈(225)와 역방향(즉, 표시패널(210)을 향해 표면이 볼록렌즈 형상을 갖는)의 렌즈패턴(230)을 형성하여 빛을 확산시키는 것을 특징으로 한다. 그 결과 뷰간의 간섭이 최소화됨에 따라 불필요한 3D 크로스토크를 제거 할 수 있어 화질 품위가 향상되는 효과를 제공한다.

또한, 전술한 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 렌즈패턴(230)은 기존의 갭 글라스(226) 내, 즉 갭 글라스(226) 후면에 패터닝하여 형성하기만 하면 되기 때문에 단가 상승이 억제되는 효과를 제공한다.

이러한 렌즈패턴(230)은 렌티큘러 렌즈(225)와 실질적으로 동일하게 서브-픽셀(R, G, B)의 종 방향에 대해 제 1 각도를 갖고 기울어진 형태로 배치될 수 있으며, 렌티큘러 렌즈(225)들 사이의 경계에서 렌티큘러 렌즈(225)를 따라 길게 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 렌티큘러 렌즈(225)들 사이의 경계에서 렌티큘러 렌즈(225)를 따라 몇 개의 그룹으로 분리될 수도 있다.

이에 따라 렌즈패턴(230)은 이웃하는 2개의 렌티큘러 렌즈(225)들과 일부 중첩하게 되는데, 중첩되는 정도는 3D 크로스토크가 발생하는 정도에 따라 적절하게 제어할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 여러 시청방향에서도 3D 크로스토크가 발생하지 않는 자기 영역의 뷰만 볼 수 있게된다.

그 결과 화질 품위가 향상되는 한편, 기존의 갭 글라스를 이용함에 따라 단가 상승이 억제되는 효과를 제공한다.

한편, 전술한 바와 같이 물리적인 갭 글라스가 아닌 에어 갭을 통해 표시패널과 렌티큘러 렌즈판 사이의 간격을 유지하는 경우에도 동일한 렌즈패턴을 형성하여 빛을 분산시킬 수 있다.

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.

1110,210 : 표시패널 120,220 : 렌티큘러 렌즈판
125,225 : 렌티큘러 렌즈 126,226 : 갭 글라스
130,230 : 렌즈패턴

Claims (5)

1. 표시패널;
   상기 표시패널의 전면에 위치하며, 다수의 렌티큘라 렌즈를 포함하는 렌티큘러 렌즈판; 및
   상기 표시패널과 렌티큘러 렌즈판 사이의 갭 내에 형성되며, 상기 렌티큘러 렌즈에 대해 역방향의 볼록렌즈 형상을 가진 렌즈패턴을 포함하는 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 표시패널과 렌티큘러 렌즈판 사이에 삽입되는 갭 글라스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 렌즈패턴은 상기 렌티큘러 렌즈들 사이의 상기 갭 글라스 전면이나 후면에 패터닝되는 것을 특징으로 하는 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈패턴은 상기 렌티큘러 렌즈와 동일한 방향으로 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈패턴은 이웃하는 2개의 렌티큘러 렌즈들과 일부 중첩하는 것을 특징으로 하는 렌티큘러 렌즈 방식의 입체영상표시장치.

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