KR20160028596A - 입체 영상 표시 장치 - Google Patents

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KR20160028596A
KR20160028596A KR1020140117100A KR20140117100A KR20160028596A KR 20160028596 A KR20160028596 A KR 20160028596A KR 1020140117100 A KR1020140117100 A KR 1020140117100A KR 20140117100 A KR20140117100 A KR 20140117100A KR 20160028596 A KR20160028596 A KR 20160028596A
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Abstract

본 발명의 입체 영상 표시 장치는 행렬 형태로 배열되어 있는 복수의 화소를 포함하는 표시판; 및 복수의 상기 화소를 대응되는 복수의 시점으로 분할하는 시점 분할부를 포함하고, 상기 시점 분할부는 경사각에 따라 기울어진 복수의 시점 분할 유닛을 포함하고, 상기 화소의 행 방향의 피치를 Hp라 하고, 상기 화소의 열 방향의 피치를 Vp라 하고, Hp>Vp일 때, 상기 경사각은
Figure pat00039
을 만족하고, c는 -1 또는 1 중 하나이다.

Description

입체 영상 표시 장치{THREE DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로 무안경 방식의 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
최근에 표시 장치 기술의 발전에 따라서 3차원(3 dimensional, 3D)의 입체 영상 표시 장치가 관심을 끌고 있으며, 다양한 3차원 영상 표시 방법이 연구되고 있다.
일반적으로, 3차원 영상 표시 기술에서는 근거리에서 입체감을 인식하는 가장 큰 요인인 양안 시차(binocular parallax)를 이용하여 물체의 입체감을 표현한다. 즉, 왼쪽 눈(좌안)과 오른쪽 눈(우안)에는 각각 서로 다른 2차원 영상이 비춰지고, 좌안에 비춰지는 영상(이하, "좌안 영상(left eye image) "이라 함)과 우안에 비춰지는 영상(이하, "우안 영상(right eye image) "이라 함)이 뇌로 전달되면, 좌안 영상과 우안 영상은 뇌에서 융합되어 깊이감(depth perception)을 갖는 3차원 영상으로 인식된다.
입체 영상 표시 장치는 양안시차를 이용하는 것으로, 셔터 글래스(shutter glasses), 편광 안경(polarized glasses) 등의 안경을 이용하는 안경식(stereoscopic) 입체 영상 표시 장치와 안경을 이용하지 않고 표시 장치에 렌티큘러 렌즈(lenticular lens), 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 등의 광학계를 배치하는 무안경식(autostereoscopic) 입체 영상 표시 장치가 있다.
무안경식 방식은 렌티큘러 렌즈 또는 복수의 개구부를 가지는 패럴랙스 배리어 등을 이용하여 입체 영상을 여러 시점(view point)으로 분리하여 표시함으로써 입체 영상을 구현한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 무안경식 입체 영상 표시 장치에서 하나의 시점 분할부로 포트레이트 모드와 랜드스케이프 모드를 제공하고, 모아레(moire)의 발생을 억제하고 종합적으로 화질을 개선할 수 있는 입체 영상 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 행렬 형태로 배열되어 있는 복수의 화소를 포함하는 표시판; 및 복수의 상기 화소를 대응되는 복수의 시점으로 분할하는 시점 분할부를 포함하고, 상기 시점 분할부는 경사각에 따라 기울어진 복수의 시점 분할 유닛을 포함하고, 상기 화소의 행 방향의 피치를 Hp라 하고, 상기 화소의 열 방향의 피치를 Vp라 하고, Hp>Vp일 때, 상기 경사각은
Figure pat00001
을 만족하고, c는 -1 또는 1 중 하나이다.
상기 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소의 행 방향의 폭은 Hp/(3b+c)이 되고, 상기 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소의 열 방향의 폭은 Vp/b이 되도록 구성될 수 있다.
상기 시점 분할 유닛은 렌티큘러 렌즈이고, 상기 렌티큘러 렌즈의 행 방향의 렌즈 피치를 Lh라 하고, 상기 렌티큘러 렌즈의 열 방향의 렌즈 피치를 Lv라 할 때, 상기 렌티큘러 렌즈의 각 렌즈 피치는
Figure pat00002
의 비율을 만족하도록 구성될 수 있다.
상기 시점 분할 유닛은 패럴랙스 배리어이고, 상기 패럴랙스 배리어의 행 방향의 개구부 피치를 Lh라 하고, 상기 패럴랙스 배리어의 열 방향의 개구부 피치를 Lv라 할 때, 상기 패럴랙스 배리어의 각 개구부 피치는
Figure pat00003
의 비율을 만족하도록 구성될 수 있다.
상기 입체 영상 표시 장치의 랜드스케이프 모드의 계산 상의 양안 거리를 El라 하고, 상기 입체 영상 표시 장치의 포트레이트 모드의 계산 상의 양안 거리를 Ep라 하고, 인간 평균 양안 거리를 E라 할 때, El은
Figure pat00004
을 만족하고, Ep는
Figure pat00005
을 만족할 수 있다.
E는 62mm 내지 65mm일 수 있다.
El 및 Ep의 평균치가 E가 되도록 구성될 수 있다.
관찰자의 눈과 상기 시점 분할부 사이의 거리를 d라 하고, 상기 시점 분할부와 상기 표시판과의 거리를 g라 하고, 랜드스케이프 모드에서 상기 시점 분할 유닛의 렌즈 피치 또는 개구부 피치에 대응되는 상기 표시판 상의 거리를 kl라 할 때,
Figure pat00006
및
Figure pat00007
을 만족하도록 구성될 수 있다.
관찰자의 눈과 상기 시점 분할부 사이의 거리를 d라 하고, 상기 시점 분할부와 상기 표시판과의 거리를 g라 하고, 포트레이트 모드에서 상기 시점 분할 유닛의 렌즈 피치 또는 개구부 피치에 대응되는 상기 표시판 상의 거리를 kp라 할 때,
Figure pat00008
및
Figure pat00009
을 만족하도록 구성될 수 있다.
b는 1보다 큰 자연수일 수 있다.
b는 4이고 c는 -1일 때의 상기 경사각을 가질 수 있다.
n은 근접 화소 세트의 화소의 개수이고, kl은
Figure pat00010
을 만족하고, kp는
Figure pat00011
을 만족할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 무안경식 입체 영상 표시 장치에서 하나의 시점 분할부로 포트레이트 모드와 랜드스케이프 모드를 제공할 수 있으며, 모아레의 발생을 억제하고 종합적으로 화질을 개선할 수 있는 입체 영상 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 개략적인 측면 사시도이다.
도 3은 시점 분할 유닛이 렌티큘러 렌즈일 때 시점 분할부에 의한 시점을 도시한 도면이다.
도 4는 시점 분할 유닛이 패럴랙스 배리어일 때 시점 분할부에 의한 시점을 도시한 도면이다.
도 5는 포트레이트 모드와 랜드스케이프 모드를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 경사각에 따라 기울어진 시점 분할 유닛을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7 및 8은 각각 본 발명의 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소의 행 방향의 폭 및 열 방향의 폭을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 시점 분할 유닛이 렌티큘러 렌즈일 때, 행 방향의 렌즈 피치와 열 방향의 렌즈 피치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 시점 분할 유닛이 패럴랙스 배리어일 때, 행 방향의 개구부 피치와 열 방향의 개구부 피치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 경사각에 따른 크로스토크, 제어 단위 크기, 및 디포커스량을 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 디포커스량을 계산하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 13은 랜드스케이프 모드에서 3D 모드 및 2D 모드의 해상도 설명을 위한 예시도이다.
도 14는 포트레이트 모드에서 3D 모드 및 2D 모드의 해상도 설명을 위한 예시도이다.
도 15는 렌즈 피치를 구성하기 위한 화소 설계의 한 실시예를 도시한 도면이다.
도 16은 계산상의 양안 거리를 이용한 최적 관찰 거리의 설계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 17은 랜드스케이프 모드의 계산상의 양안 거리를 이용하여 구성한 입체 영상 표시 장치의 예시도이다.
도 18은 포트레이트 모드의 계산상의 양안 거리를 이용하여 구성한 입체 영상 표시 장치의 예시도이다.
도 19는 도 15 내지 18의 설계에 따른 입체 영상 표시 장치의 각 수치를 나타낸 표를 도시한 도면이다.
도 20은 렌즈 피치를 구성하기 위한 화소 설계의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 21은 도 20의 설계에 따른 입체 영상 표시 장치의 각 수치를 나타낸 표를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치는 표시판(300), 표시판 구동부(350), 시점 분할부(800) 및 시점 분할부 구동부(850)를 포함한다.
표시판(300)은 영상을 표시하며, 플라즈마 표시 장치(plasma display panel, PDP), 액정 표시 장치(liquid crystal display), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display) 등의 다양한 표시 장치 중 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 개략적인 측면 사시도이다.
도 2를 참조하면, 표시판(300)은 등가 회로로 볼 때 복수의 신호선과 이에 연결되어 있는 복수의 화소(PX)를 포함한다. 복수의 화소(PX)는 대략 행렬의 형태로 배열될 수 있다. 도 2에서 행 방향은 x축 방향으로 표시하고, 열 방향은 y축 방향으로 표시한다. 각 화소(PX)는 신호선에 연결되어 있는 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자(도시하지 않음)와 이에 연결된 화소 전극(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 신호선은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선과 데이터 전압을 전달하는 복수의 데이터선을 포함할 수 있다.
화소(PX)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시(공간 분할)하거나 복수 개의 화소(PX)가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시(시간 분할)함으로써 이들 기본색의 공간적 또는 시간적 합으로 원하는 색상이 표시될 수 있다. 기본색들은 삼원색, 사원색 등 다양한 조합일 수 있으나, 본 실시예에서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 등 삼원색을 예로 들어 설명한다. 서로 다른 기본색을 표시하는 한 세트의 화소(PX)는 함께 하나의 도트를 이룰 수 있다. 하나의 도트는 입체 영상의 표시 단위일 수 있다. 한 화소 열의 화소(PX)들은 동일한 기본색을 나타낼 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, x축 또는 y축을 기준으로 소정의 각도를 가지는 대각 방향으로 나열된 화소(PX)들이 동일한 기본색을 나타낼 수도 있다.
표시판 구동부(350)는 표시판(300)에 게이트 신호, 데이터 신호 등의 각종 구동 신호를 전달하여 표시판(300)을 구동한다.
도 2를 참조하면, 시점 분할부(800)는 표시판(300)의 화소(PX)가 표시하는 영상의 빛을 분할하여 각 화소(PX)에 대응하는 시점(view point)(VW1, VW2,...)으로 보낸다.
입체 영상 표시 장치로부터 최적의 입체 영상을 관찰할 수 있는 지점까지의 거리를 최적 관찰 거리(optimal viewing distance, OVD)라 한다. 최적 관찰 거리(OVD)에 위치한 x축 상에서 각 화소(PX)가 표시하는 영상(이하, 화소 영상이라 함.)이 시점 분할부(800)를 통해 도달하는 지점을 시점(view point)이라 할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 표시판(300)의 각 화소(PX)는 어느 한 시점(VW1, VW2,...)에 대응하고, 각 화소(PX)의 화소 영상은 시점 분할부(800)를 통해 대응하는 시점(VW1, VW2,...)에 도달한다.
관찰자는 양 눈으로 다른 시점의 서로 다른 영상을 관찰하고, 이를 통해 깊이감, 즉 입체감을 느낄 수 있다.
도 2에는 최적 관찰 거리(OVD)에 위치하는 유한 개의 시점(VW1, VW2,...)들이 도시되어 있다. 예를 들어 제1 화소(PX1)가 표시하는 영상이 관찰되는 시점이 제1 시점(VW1)이면, 복수의 제1 화소(PX1) 각각이 표시하는 영상은 시점 분할부(800)를 통해 제1 시점(VW1)에 도달할 수 있다.
도 3은 시점 분할 유닛이 렌티큘러 렌즈일 때 시점 분할부에 의한 시점을 도시한 도면이고, 도 4는 시점 분할 유닛이 패럴랙스 배리어일 때 시점 분할부에 의한 시점을 도시한 도면이다.
도 3 또는 도 4를 참조하면, 표시판(300)이 표시하는 영상은 시점 분할부(800)를 통해 일정 시야각을 가지는 단위 시야 영역(unit view area)(RP)의 어느 한 시점(VW1-VWn)(n은 자연수)에 도달할 수 있다. 즉, 시점(VW1-VWn)은 어느 한 단위 시야 영역(RP) 안에 존재하며, 한 단위 시야 영역(RP) 안에서 빛이 도달하는 위치에 따라 복수의 화소(PX) 각각의 대응 시점이 할당될 수 있다.
단위 시야 영역(RP)은 최적 관찰 거리(OVD) 상에서 주기적으로 반복될 수 있고, 각 단위 시야 영역(RP) 안에서 시점(VW1-VWn)의 순서는 일정할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 시점 분할부(800)는 복수의 시점 분할 유닛을 포함하며, 복수의 시점 분할 유닛은 한 방향으로 배열된 복수의 렌티큘러 렌즈(810)를 포함할 수 있다. 각 렌티큘러 렌즈(810)는 한 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 렌티큘러 렌즈(810)에 대응하며 이웃하는 화소 행의 색배열은 서로 다를 수 있다. 즉, 각 렌티큘러 렌즈(810)에 대응하며 이웃하는 화소행의 첫 번째 화소(PX)가 나타내는 기본색은 서로 다를 수 있다. 이를 위해 각 렌티큘러 렌즈(810)의 연장 방향은 열 방향인 y축 방향과 예각을 이루며 기울어질 수도 있고, y축 방향에 대체로 나란할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 시점 분할부(800)는 복수의 시점 분할 유닛을 포함하며, 복수의 시점 분할 유닛은 패럴랙스 배리어의 복수의 개구부(820)일 수 있다. 패럴랙스 배리어는 개구부(820) 이외에 차광부(830)를 더 포함한다. 일렬로 배열된 개구부(820)들의 배열 방향은 렌즈의 연장 방향과 같이 열 방향인 y축 방향과 예각을 이루며 기울어질 수도 있고, y축 방향에 대체로 나란할 수도 있다. 시점 분할부(800)가 렌티큘러 렌즈(810) 대신 패럴랙스 배리어를 포함하는 경우 도면에서 렌티큘러 렌즈의 연장 방향은 한 시점에 대응하는 개구부(820)의 배열 방향을 나타내는 것으로 한다.
도 1 및 도 2는 시점 분할부(800)가 표시판(300)과 관찰자 사이에 위치하는 것으로 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
시점 분할부 구동부(850)는 시점 분할부(800)에 연결되어 시점 분할부(800)를 구동하기 위한 구동 신호를 생성한다.
도 5는 포트레이트 모드와 랜드스케이프 모드를 설명하기 위한 예시도이다.
랜드스케이프 모드(landscape mode)는 화소(PX)의 행 방향의 피치(Hp)가 열 방향의 피치(Vp)보다 크게 형성되는 경우를 의미한다.
포트레이트 모드(landscape mode)는 화소(PX)의 열 방향의 피치가 행 방향의 피치보다 크게 형성되는 경우를 의미한다.
관찰자는 관찰하고자 하는 영상 또는 화면의 종류에 따라 입체 영상 표시 장치를 회전시킴으로써 랜드스케이프 모드와 포트레이트 모드를 선택할 수 있다. 각 모드의 선택에 따라 화소에 인가되는 데이터 및 표시판(300)의 해상도는 달라질 수 있다.
랜드스케이프 모드는 가로 모드라고 하고, 포트레이트 모드를 세로 모드라고 하기도 한다.
본 발명에서는 기본적으로 랜드스케이프 모드를 기준으로 하여 화소(PX)의 행 방향의 피치(Hp) 및 열 방향의 피치(Vp)를 설명한다. 따라서 화소(PX)의 행 방향의 피치(Hp)는 열 방향의 피치(Vp)보다 크게 형성된다.
이때, 아래 수학식 1의 관계를 만족하도록 행 방향의 피치(Hp) 및 열 방향의 피치(Vp)가 형성될 수 있다.
[수학식 1]
Hp=3*Vp
다만, 경우에 따라 포트레이트 모드를 위해 화소(PX)의 열 방향의 피치가 행 방향의 피치보다 큰 경우가 있을 수 있다.
도 6은 본 발명의 경사각에 따라 기울어진 시점 분할 유닛을 설명하기 위한 예시도이다.
랜드스케이프 모드 또는 포트레이트 모드에서 하나의 시점 분할부(800)로 입체 영상을 표시하고자 한다면 시점 분할 유닛의 경사각은 45도 부근으로 이루어질 수 있다.
하지만 경사각이 45도인 경우에는 모아레(moire) 현상이 심각하게 발생하는 문제가 있다. 이는 모아레 현상 제거를 위해 필요한 디포커스(defocus)량이 커지기 때문이다. 디포커스량이 커지면 크로스토크(crosstalk)량도 함께 커지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 시점 분할 유닛이 아래 수학식 2를 만족시키는 경사각으로 기울어져 있다. 이러한 경사각은 표시판(300)의 화소(PX)의 행 방향의 피치(Hp) 및 열 방향의 피치(Vp)을 기준으로 정의된다.
[수학식 2]
Figure pat00012
이때 c는 -1 또는 1 중 어느 하나이고, 바람직하게는 b는 1보다 큰 자연수이다.
라인(600)은 경사각이 45도인 경우를 나타낸다.
본 발명의 경사각은 라인(600)으로부터 수직 방향으로 화소 1개 분량만큼 커지거나 작아지는 각도일 수 있다.
라인(610)은 경사각이 c=-1이고, b=2인 경우를 나타낸다.
라인(620)은 경사각이 c=-1이고, b=3인 경우를 나타낸다.
라인(630)은 경사각이 c=1이고, b=3인 경우를 나타낸다.
라인(640)은 경사각이 c=1이고, b=2인 경우를 나타낸다.
도 7 및 8은 각각 본 발명의 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소의 행 방향의 폭 및 열 방향의 폭을 설명하기 위한 예시도이다.
동일한 경사각을 갖는 시점 분할 유닛을 포함하는 시점 분할부(800) 및 표시판(300)으로 구성된 입체 영상 표시 장치라도, 시점 분할 유닛의 경사각에 맞추어 초점 거리를 조절함으로써 표시판(300)에 시점 분할 유닛을 통해 관찰되는 각 화소(PX)의 행 방향의 폭(PW_h) 및 열 방향의 폭(PW_v)이 조정될 수 있다.
본 발명의 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소(PX)의 행 방향의 폭(PW_h)은 Hp/(3b+c)이 될 수 있다.
이때, 본 발명의 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소(PX)의 열 방향의 폭(PW_v)은 Vp/b이 될 수 있다.
도 7에서는 상술한 실시예에 따라 경사각이 c=-1이고 b=2인 경우에, 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소(PX)의 행 방향의 폭(PW_h) 및 열 방향의 폭(PW_v)을 도시한다.
도 8에서는 상술한 실시예에 따라 경사각이 c=-1이고 b=3인 경우에, 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소(PX)의 행 방향의 폭(PW_h) 및 열 방향의 폭(PW_v)을 도시한다.
도 9는 시점 분할 유닛이 렌티큘러 렌즈(810)일 때, 행 방향의 렌즈 피치(Lh)와 열 방향의 렌즈 피치(Lv)를 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 렌티큘러 렌즈(810)의 행 방향의 렌즈 피치(Lh) 및 열 방향의 렌즈 피치(Lv)는 아래 수학식 3의 비율을 만족하도록 구성될 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00013
도 10은 시점 분할 유닛이 패럴랙스 배리어일 때, 행 방향의 개구부(820) 피치(Lh)와 열 방향의 개구부(820) 피치(Lv)를 설명하기 위한 예시도이다.
패럴랙스 배리어의 개구부(820)의 피치의 구성 원리는 도 9에서 시점 분할 유닛이 렌티큘러 렌즈일 때의 구성 원리와 유사할 수 있다.
본 발명의 패럴랙스 배리어의 행 방향의 개구부(820) 피치(Lh) 및 열 방향의 개구부(820) 피치(Lv)는 수학식 3의 비율을 만족하도록 구성될 수 있다.
도 11은 경사각에 따른 크로스토크, 제어 단위 크기, 및 디포커스량을 설명하기 위한 예시도이다.
크로스토크(crosstalk)는 좌안용 영상이 우측 눈에 보이거나 우안용 영상이 좌측 눈에 보이는 현상이다. 크로스토크가 크게 발생할 수록 정상적인 입체 영상을 시청할 수 없게 된다.
헤드 트래킹(Head Tracking)은 관찰자의 이동을 추적하여 좌안용 이미지 및 우안용 이미지가 표시되는 도트를 바꿈으로써 크로스토크를 줄이는 기능이다. 관찰자가 이동함에 따라 크로스 토크가 점차 증가하여 50%가 되는 시점에 좌안용 이미지 및 우안용 이미지가 표시되는 도트를 바꾸는 방식으로 헤드 트래킹 기능이 수행될 수 있다.
헤드 트래킹의 제어 단위(control unit)는 최적 관찰 거리(OVD)에서 관찰자의 이동에 대응하여 좌안용 영상 및 우안용 영상이 표시되는 화소를 바꾸기 위해 검출해야 할 단위를 의미한다. 이때, 제어 단위는 최적 관찰 거리(OVD)에서 하나의 도트에 대응하는 폭이 될 수 있다.
디포커스(defocus)량은 모아레 현상 제거를 위해 조절될 수 있다. 다만 디포커스량이 너무 크면 크로스토크가 발생할 여지가 있다.
도 11에서 크로스토크는 %단위로 기재되어 있으며, 괄호 기호 안에 헤드 트래킹(HT) 제어 단위의 크기가 mm단위로 기재되어 있다.
경사각이 45도인 라인(600)을 기준으로, 45도보다 큰 경사각을 가질수록 크로스토크가 작아지는 경향이 있다(제1 기준).
경사각의 기준이 되는 2개의 점이 서로 멀어질수록 크로스토크와 디포커스량은 작아지는 경향이 있다(제2 기준).
경사각의 기준이 되는 2개의 점이 서로 가까워질수록 제어 단위는 커지는 경향이 있다(제3 기준).
제1 기준을 먼저 고려하고 제2 기준 및 제3 기준도 반영하여 최적의 경사각을 정하는 것이 바람직하다. 제3 기준의 제어 단위의 크기는 5mm이상이 바람직하다. 제어 단위를 크게 하면 디포커스량도 커지고, 따라서 모아레 현상이 발생할 수 있다.
도 11의 실시예에서는 경사각이 c는 -1이고 b는 4일 때, 크로스토크 발생량은 14.2%이고 제어 단위의 크기는 6.3mm가 되어 최적의 경사각(OA)을 찾을 수 있었다.
도 12에서는 모아레 현상을 없애기 위한 디포커스량 계산 과정을 설명한다.
도 11에서 찾은 경사각(OA)에 있어서, 랜드스케이프 모드와 포트레이트 모드의 모아레 현상 제거를 위한 디포커스량은 독립적으로 계산할 수 있다.
이때 랜드스케이프 모드의 디포커스량은 Vp/4이고, 포트레이트 모드의 디포커스량은 Hp/11일 수 있다.
도 12a는 시점 분할 유닛의 경사각과 디포커스량을 나타내고 있다. 라인(OA_l1)과 라인(OA_l2) 사이의 영역이 디포커스됨으로서 관찰되는 영역이다.
이때 도 12b에서 도시하는 바와 같이, 수직 방향에서는 Vp/4 크기, 수평 방향에서는 Hp/11 크기의 디포커스량이되어 모순이 발생하지 않는다. 10.1인치의 표시판(300) 경우, 실제 디포커스의 폭(x)는 아래 수학식 4를 통해 구할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00014
,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
도 13은 랜드스케이프 모드에서 3D 모드 및 2D 모드의 해상도 설명을 위한 예시도이다.
도 13a 및 도 13b는 랜드스케이프 모드에서 세로 라인과 가로 라인을 표시할 경우에 실제로 관찰되는 이미지를 도시하고 있다.
도 13b는 2D 모드의 경우로서, 흰색과 검은색 하나의 라인을 표시할 때, 1Hp의 피치로 표시할 수 있다.
도 13a는 3D 모드의 경우로서, 24Hp/11의 피치로 흰색과 검은색 라인을 표시할 수 있다. 이때 해상도는 수평 방향에서 11/24으로 열화된다. 수직 방향에서의 해상도는 유지된다.
도 14는 포트레이트 모드에서 3D 모드 및 2D 모드의 해상도 설명을 위한 예시도이다.
도 14a 및 도14b는 포트레이트 모드에서 세로 라인과 가로 라인을 표시할 경우에 실제 관찰되는 이미지를 도시하고 있다.
도 14b는 2D 모드의 경우로서, 흰색과 검은색 하나의 라인을 표시할 때, 3Hp의 피치로 표시할 수 있다.
도 14a는 3D 모드의 경우로서, 6Hp의 피치로 흰색과 검은색 라인을 표시할 수 있다. 이때 해상도는 수평 방향에서 1/2으로 열화된다. 수직 방향에서는 RGB의 비율은 다르지만 라인마다 분리가 가능하다. 따라서 색 정보는 열화되지만 수직 방향의 해상도는 유지된다.
도 15는 목적하는 렌즈 피치를 구성하기 위한 화소 설계의 한 실시예를 도시한 도면이다.
근접 화소 세트(proximity dots, PD)란 어느 한 시점에 대한 영상을 나타내는 제1 화소에 대하여 동일한 렌티큘러 렌즈 또는 일렬로 배열된 패럴랙스 배리어의 개구부를 통해 관찰되는 동일한 시점의 다음 제2 화소가 있을 때, 동일한 렌티큘러 렌즈 또는 일렬로 배열된 패럴랙스 배리어의 개구부를 통해 관찰되는 제1 화소 및 제1 화소와 제2 화소 사이에 위치하는 화소의 집단을 의미한다. 근접 화소 세트(PD)의 화소들은 서로 다른 시점의 영상을 표시할 수도 있고 서로 동일한 시점의 영상을 표시할 수도 있다.
근접 화소 세트(PD)의 화소 개수 n은 경사각이 아래 수학식 5과 같이 정의될 때, 아래 수학식 6과 같이 구해질 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00017
[수학식 6]
Figure pat00018
상술한 수학식 및 이하 수학식에서 m 값은 수학식 2 와 대응시킴으로써 3b+c로 이해될 수 있다.
도 15에서는 2Hp 또는 6Vp 이하의 렌즈 피치를 구성하기 위하여 근접 화소 세트(PD)를 구성하는 화소들 중 4개를 삭감하는 설계를 하고 있다.
즉 도 15에서는 b=4, m=11인 경우로서 근접 화소 세트(PD)의 화소 개수 n=4+11-1=14로 계산되나, 4개 화소를 근접 화소 세트(PD)로부터 삭감하여 n=10이 된다. 이때 크로스토크는 증가하고 NA는 감소한다.
구체적으로는 라인(650_l1)과 라인(650_l2) 사이의 디포커스된 영역에 중첩되는 근접 화소 세트(PD)를 구성하는 화소 1, 17, 8, 4, 20, 16, 7, 3, 19, 15, 6, 2, 18, 5 중에서 격자 표시된 화소 8, 16, 7, 15가 제외된다.
시점 분할 유닛의 행 방향의 피치(Lv)에 대응되는 표시판(300) 상의 행 방향의 폭(kl)은 아래 수학식 7로 구할 수 있고, 열 방향의 폭(kp)은 아래 수학식 8으로 구할 수 있다. 이는 도 7 및 도 8의 실시예에서 상술한 PW_h 및 PW_v 값에 좌안용 근접 화소 세트와 우안용 근접 화소 세트를 구성하는 화소의 개수를 합한 값(2n)을 곱한 것이다.
[수학식 7]
kl=2n*Hp/m=20Hp/11
[수학식 8]
kp=2n*Vp/b=5Vp
이 경우 도 12에서 전술한 바와 같이 디포커스량은 Hp/11 및 Vp/4가 된다.
근접 화소 세트(PD) 상의 라인(650_l1)과 라인(650_l2) 사이의 디포커스된 영역의 전체 넓이는 8*2*11=176이다. 이때 단위는 하나의 화소를 8*22개로 구성하는 단위 격자(700)의 개수이다.
같은 방식으로 계산하면 크로스토크 영역의 넓이는 3*3+2*8=25이다. 따라서 크로스토크 발생률은 100*25/176=14.2%이다. 이러한 크로스토크 발생률은 최소값으로서 다른 디포커스된 영역에서는 더 크게 나타날 수도 있다. 따라서 실제로 적용시키기에는 큰 값이라고 볼 수 있다.
도 16은 계산상의 양안 거리를 이용한 최적 관찰 거리의 설계를 설명하기 위한 예시도이다.
시점 분할 유닛의 행 방향의 피치(Lh)와 열 방향의 피치(Lv)의 비율은 kl과 kp의 비율과 동일할 수 있다. 따라서 아래 수학식 9의 의 관계가 성립할 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00019
살펴본 바와 같이 시점 분할 유닛의 행 방향의 피치(Lh)와 열 방향의 피치(Lv)가 다르므로, 최적 관찰 거리(OVD)를 설계할 때에는 두 개의 피치의 평균치(La)를 양안 거리에 대응시키는 것이 바람직하다. 이때 La=(Lh+Lv)/2를 만족할 수 있다.
이때 양안 거리는 인간의 평균 양안 거리(E)인 것이 바람직하다.
이때 랜드스케이프 모드의 계산 상의 양안 거리(El)는 La:E=Lh:El을 만족시킬 수 있다. 따라서 El은 아래 수학식 10를 만족시킬 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00020
이때 포트레이트 모드의 계산 상의 양안 거리(Ep)는 La:E=Lv:Ep를 만족시킬 수 있다. 따라서 Ep는 아래 수학식 11을 만족시킬 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00021
전술한 수학식들을 이용하여 구한 본 실시예의 평균치(La)는 (20Hp/11+5Hp/3)/2=115Hp/66일 수 있다. 이때 E=63mm일 수 있다.
본 실시예에 따른 랜드스케이프 모드의 계산 상의 양안 거리(El)는 115/66:63=20/11:El의 수학식으로부터 El=66*63*20/(11*115)=65.7mm일 수 있다.
본 실시예에 따른 포트레이트 모드의 계산 상의 양안 거리(Ep)는 115/66:63=5/3:Ep의 수학식으로부터 Ep=66*63*5/(3*115)=60.3mm일 수 있다.
도 17은 랜드스케이프 모드의 계산상의 양안 거리를 이용하여 구성한 입체 영상 표시 장치의 예시도이다.
최적 관찰 거리(OVD)의 계산에는 El 또는 Ep가 사용될 수 있다. 도 17의 실시예에서는 El을 사용한 경우를 도시한다.
관찰자의 눈과 상기 시점 분할부 사이의 거리를 최적 관찰 거리(OVD)인 d라 하고, 시점 분할부(800)와 표시판(300)과의 거리를 g라 하고, 랜드스케이프 모드에서 시점 분할 유닛(800)의 렌즈(810) 피치(Lh)에 대응되는 표시판(300) 상의 거리를 kl이라 할 때, 다음 식들을 만족하도록 구성될 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00022
[수학식 13]
Figure pat00023
도 18은 포트레이트 모드의 계산상의 양안 거리를 이용하여 구성한 입체 영상 표시 장치의 예시도이다. 도 18의 실시예에서는 Ep를 사용하여 최적 관찰 거리(OVD)를 계산한 경우를 도시한다.
관찰자의 눈과 상기 시점 분할부 사이의 거리를 최적 관찰 거리(OVD)인 d라 하고, 시점 분할부(800)와 표시판(300)과의 거리를 g라 하고, 포트레이트 모드에서 시점 분할 유닛(800)의 렌즈(810) 피치(Lv)에 대응되는 표시판(300) 상의 거리를 kp라 할 때, 다음 식들을 만족하도록 구성될 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00024
[수학식 15]
Figure pat00025
도 19는 도 15 내지 18의 설계에 따른 입체 영상 표시 장치의 각 수치를 나타낸 표를 도시한 도면이다. 도 19a는 랜드스케이프 모드의 경우이고, 도 19b는 포트레이트 모드의 경우이다.
랜드스케이프 모드에 65.7mm, 포트레이트 모드에 60.3mm를 채용하고 10.1인치의 표시판(300)의 최적 관찰 거리(OVD)와 NA를 계산하면 도 19의 표와 같다. 각각의 모드에 있어서 양안 거리에 다른 값을 채용함으로써 최적 관찰 거리(OVD)는 매우 근접한다.
도 20은 목적하는 렌즈 피치를 구성하기 위한 화소 설계의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
10.1인치의 표시판(300)에 있어서, 도 15의 실시예와 같이 시점 분할 유닛의 피치를 2Hp 또는 6Vp보다 작은 피치로 구현하면 NA 값은 문제가 없이 제조가 가능하다. 하지만 최적 관찰 거리(OVD)에 문제가 있음을 도 19의 표에서 알 수 있다. 따라서 도 20의 실시예에서는 최적 관찰 거리(OVD)를 더 짧게 하는 설계를 검토한다.
도 20의 실시예에서는 근접 화소 세트(PD)의 화소의 개수(n)에서 2개를 삭감하도록 구성한다. 즉 n=14-2=12이다.
각 수치의 계산 방법은 도 15와 동일하다. 계산된 결과는 다음과 같다. kl=24Hp/11, kp=6Vp로서 시점 분할 유닛의 렌즈 피치 또는 개구부 피치는 늘어났지만, 크로스토크 발생률은 5.1%로 현저하게 감소하였음을 알 수 있다.
이때 경사각이 바뀌지 않았으므로, 디포커스량은 Hp/11 및 Vp/4이고, Lh:Lv=12:11이고, El은 65.7mm, Ep는 60.3mm로서 도 15와 동일하다. 따라서 최적 관찰 거리(OVD)의 설계는 도 15 내지 18의 경우와 기본적으로는 같다. 다른 점은 최적 관찰 거리(OVD)에 집광되는 우안의 이미지를 표시하는 화소 영역과 좌안의 이미지를 표시하는 화소 영역의 수가 각각 10개에서 12개로 증가되는 점이다.
이 경우 각 화소 영역의 크기(헤드 트래킹의 제어 단위)는 랜드스케이프 모드와 포트레이트 모드의 평균으로 5.25mm가 되므로, 5mm이상으로 정한 목표(제3 기준)가 달성된다.
도 21은 도 20의 설계에 따른 입체 영상 표시 장치의 각 수치를 나타낸 표를 도시한 도면이다.
도 19와 비교하였을 때, 최적 관찰 거리(OVD)는 상당히 개선되었음을 알 수 있고, NA 또한 좋은 점을 알 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
300: 표시판
350: 표시판 구동부
400: 제어부
800: 시점 분할부
810: 렌티큘러 렌즈
820: 개구부
830: 차광부
850: 시점 분할부 구동부

Claims (13)

  1. 행렬 형태로 배열되어 있는 복수의 화소를 포함하는 표시판; 및
    복수의 상기 화소를 대응되는 복수의 시점으로 분할하는 시점 분할부를 포함하고,
    상기 시점 분할부는 경사각에 따라 기울어진 복수의 시점 분할 유닛을 포함하고,
    상기 화소의 행 방향의 피치를 Hp라 하고, 상기 화소의 열 방향의 피치를 Vp라 하고, Hp>Vp일 때, 상기 경사각은 다음 식을 만족하고,
    Figure pat00026

    c는 -1 또는 1 중 하나인
    입체 영상 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소의 행 방향의 폭은 Hp/(3b+c)이 되고,
    상기 시점 분할 유닛에 의해 관찰되는 각 화소의 열 방향의 폭은 Vp/b이 되도록 구성되는 입체 영상 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 시점 분할 유닛은 렌티큘러 렌즈이고,
    상기 렌티큘러 렌즈의 행 방향의 렌즈 피치를 Lh라 하고, 상기 렌티큘러 렌즈의 열 방향의 렌즈 피치를 Lv라 할 때, 상기 렌티큘러 렌즈의 각 렌즈 피치는 다음 식의 비율을 만족하도록 구성되는
    Figure pat00027

    입체 영상 표시 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 시점 분할 유닛은 패럴랙스 배리어이고,
    상기 패럴랙스 배리어의 행 방향의 개구부 피치를 Lh라 하고, 상기 패럴랙스 배리어의 열 방향의 개구부 피치를 Lv라 할 때, 상기 패럴랙스 배리어의 각 개구부 피치는 다음 식의 비율을 만족하도록 구성되는
    Figure pat00028

    입체 영상 표시 장치.
  5. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 입체 영상 표시 장치의 랜드스케이프 모드의 계산 상의 양안 거리를 El라 하고, 상기 입체 영상 표시 장치의 포트레이트 모드의 계산 상의 양안 거리를 Ep라 하고, 인간 평균 양안 거리를 E라 할 때,
    El은 다음 식을 만족하고
    Figure pat00029

    Ep는 다음 식을 만족하는
    Figure pat00030

    입체 영상 표시 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    E는 62mm 내지 65mm인 입체 영상 표시 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    El 및 Ep의 평균치가 E가 되도록 구성되는 입체 영상 표시 장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    관찰자의 눈과 상기 시점 분할부 사이의 거리를 d라 하고, 상기 시점 분할부와 상기 표시판과의 거리를 g라 하고,
    랜드스케이프 모드에서 상기 시점 분할 유닛의 렌즈 피치 또는 개구부 피치에 대응되는 상기 표시판 상의 거리를 kl라 할 때,
    다음 식들을 만족하도록 구성되는
    Figure pat00031

    Figure pat00032

    입체 영상 표시 장치.
  9. 제5 항에 있어서,
    관찰자의 눈과 상기 시점 분할부 사이의 거리를 d라 하고, 상기 시점 분할부와 상기 표시판과의 거리를 g라 하고,
    포트레이트 모드에서 상기 시점 분할 유닛의 렌즈 피치 또는 개구부 피치에 대응되는 상기 표시판 상의 거리를 kp라 할 때,
    다음 식들을 만족하도록 구성되는
    Figure pat00033

    Figure pat00034

    입체 영상 표시 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    b는 1보다 큰 자연수인 입체 영상 표시 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    b는 4이고 c는 -1일 때의 상기 경사각을 갖는
    입체 영상 표시 장치.
  12. 제8 항에 있어서,
    n은 근접 화소 세트의 화소의 개수이고,
    kl은 다음 식을 만족하고,
    Figure pat00035

    kp는 다음 식을 만족하는
    Figure pat00036

    입체 영상 표시 장치.
  13. 제9 항에 있어서,
    n은 근접 화소 세트의 화소의 개수이고,
    kl은 다음 식을 만족하고,
    Figure pat00037

    kp는 다음 식을 만족하는
    Figure pat00038

    입체 영상 표시 장치.
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