KR20160087185A - 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 갖는 표시 장치 - Google Patents

백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 갖는 표시 장치 Download PDF

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KR20160087185A
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Abstract

표시 장치가 개시된다. 이 표시 장치는 다수의 출사 각도로 백라이트를 연속적으로 출력하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트에 대응하는 상기 3차원 영상을 상기 다수의 출사 각도에 각각 대응하는 다수의 출사 방향으로 연속적으로 출력하는 디스플레이 모듈을 포함한다.

Description

백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 갖는 표시 장치{BACK LIGHT UNIT AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 갖는 표시 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 3차원 영상을 표시하기 위한 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 갖는 표시 장치에 관한 것이다.
3차원 영상 표시 장치는 사용자의 왼쪽과 오른쪽 눈에 서로 다른 2차원 영상을 보여줌으로써 사용자에게 입체감을 느낄 수 있게 하는 3차원 영상을 제공하는 장치이다.
이러한 3차원 영상 표시 장치는 안경 방식과 무안경 방식으로 분류된다. 이 중 무안경 방식 기반의 3차원 영상 디스플레이 기술과 관련된 선행 문헌들이 아래에 간략히 소개된다.
"DIRECTIONAL BACKLIGHT WITH REDUCED CROSSTALK"란 발명의 명칭으로 미국 출원된 선행 문헌(Publication Number: US 2011/0285927 A1)에서는, 도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같이, 백라이트를 특정 영역(LE, RE)으로 보내기 위해, 두 개의 광원(122, 124)이 입사되는 광도파로(120)와 Redirecting film(118)를 이용한 3차원 영상 디스플레이 기술이 개시된다.
이 선행 문헌에 따른 백라이트 유닛은 좌안 이미지와 우안 이미지 사이에서 소량의 크로스토크를 제공하고, 또한 다른 무안경 입체 백라이트보다 제조 및 조립이 대체로 더 용이한 설계로 높은 휘도를 제공함을 개시하고 있다.
그런데, 이 선행 문헌에서는, 사용자가 깊이감과 실제감을 느낄 수 있는 영역이 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 특정 영역으로 제한된다. 따라서, 사용자가 깊이감과 실제감을 갖는 3차원 영상을 보기 위해서는, 사용자의 두 눈이 상기 특정 영역(LE, RE)에 정확하게 위치해야 하는 한계가 있다.
다른 선행 문헌으로서, "CONTROLLING LIGHT SOURCES OF A DIRECTIONAL BACKLIGHT"라는 발명의 명칭으로 미국 출원된 선행 문헌(Publication Number: US 2014/0009508 A1)에서는, 두께가 일정하게 감소하는 유리 또는 아크릴판에 입사되는 광의 입사 각도에 따른 내부 전반사(total internal reflection)를 이용하여 3차원 영상을 제공하는 기술이 개시된다.
이러한 선행 문헌에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 광원 어레이(31)가 온 되면, 백 라이트가 시점 위치(26)로 조사되고, 광원 어레이(33)가 온 되면, 백 라이트가 시점 위치(44)로 조사된다.
이 선행 문헌 역시 백 라이트가 조사되는 영역이 고정되기 때문에, 사용자가 3차원 영상을 시청할 수 있는 영역이 제한된다.
이상 설명한 바와 같이, 영상 정보를 이미 설계된 특정 시점(view point)에 모이게 하는 방식을 다시점 기반의 3차원 영상 디스플레이 기술이라 하는 데, 이러한 다시점 기반의 3차원 영상 디스플레이 기술은 특정 시점(view point)에서는 높은 품질의 3차원 영상을 재생할 수 있지만, 특정 시점을 벗어나면, 재생되는 3차원 영상의 품질이 급격히 저하된다.
이에, 임의의 시점에서도 3차원 영상 정보를 재생할 수 있는 집적 영상(Integral Imaging: InIm) 디스플레이 기술이 개발된 바 있다.
이러한 InIm 디스플레이 기술에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 렌즈들로 이루어진 렌즈 어레이(Lens array)가 이용된다. 이러한 렌즈 어레이는 수직 및 수평 시차의 영상 정보를 제공하는데 매우 적합한 장치이다.
그런데, 렌즈 어레이를 이용한 InIm 디스플레이 기술은 렌즈 어레이를 통해 수직 및 수평 시차의 영상 정보를 모두 제공하는 과정에서 재생되는 3차원 영상의 해상도가 감소하는 단점이 있다.
이에, 3차원 영상의 해상도를 높이기 위해, 수직 시차의 제공을 포기하고, 오직 수평 시차만을 제공하는 집적 영상(Horizontal Parallax Only Integral Imaging: HPO InIm) 디스플레이 기술이 개발된 바 있다.
HPO InIm 디스플레이 기술은 라인(line) 형태의 렌즈로 구성된 렌티큘러 렌즈 시트(Lenticular lens sheet)를 이용하여 수평 시차만을 갖는 3차원 영상을 제공할 수 있다.
중요한 점은 InIm 및 HPO InIm 모두 입체감을 제공하기 위해 렌즈 어레이 또는 렌티큘러 렌즈와 같은 별도의 장치가 필요하기 때문에, 제조 비용의 상승을 피할 수 없다.
또한, 디스플레이 패널 앞에 위치하는 렌즈 어레이 또는 렌티큘러 렌즈 시트는 매우 정밀한 수준으로 디스플레이 패널의 서브픽셀 사이즈와 렌티큘러 렌즈 시트를 구성하는 렌즈 사이즈를 일치시켜야 하는 설계의 어려움이 있다.
또한 기존의 방식들은 3차원 영상의 해상도가 시점의 개수에 반비례하여 감소하는 공통적인 한계점이 있다.
본 발명의 목적은 별도의 장치 없이, 다양한 위치에서 3차원 영상을 제공하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛을 갖는 표시 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 백라이트 유닛은, 3차원 영상을 재생하기 위한 백라이트를 출력하는 백라이트 유닛으로서, 입사 각도가 조절되는 평행광을 출력하는 광원 모듈 및 상기 평행광을 입사받는 측면과 상기 평행광에 대응하는 백라이트를 출사하는 상면을 포함하고, 상기 입사 각도에 따라 출사 각도가 조절되는 상기 백라이트를 상기 상면 전체를 통해 출력하는 광도파로를 포함한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 표시 장치는, 다수의 출사 각도로 백라이트를 연속적으로 출력하는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트에 대응하는 상기 3차원 영상을 상기 다수의 출사 각도에 각각 대응하는 다수의 출사 방향으로 연속적으로 출력하는 디스플레이 모듈을 포함한다.
본 발명에 따르면, 수평시차만을 제공하는 집적영상 시스템을 시분할 방식으로 구현함으로써 부가적인 장치의 사용 없이 일정한 영역 내에서는 다수의 사람들에게 연속적인 3차원 영상을 동시에 제공할 수 있다.
또한, 3차원 영상의 출력 방향을 임의로 자유롭게 제어할 수 있으므로, 특정 위치에서만 3차원 영상을 시청할 수 있게 하는 프라이버시 모드가 가능하다.
또한, 디스플레이 패널의 모든 픽셀을 이용하여 3차원 영상을 재생하므로 재생되는 3차원 영상은 해상도의 저하 없이 매우 높은 품질을 갖는다.
또한, 3차원 영상뿐만 아니라 일반적인 2차원 영상도 재생 가능하다.
도 1a 내지 도 3은 종래의 지향성 백라이트 유닛을 이용한 3차원 영상 디스플레이 기술을 설명하는 도면들이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에 적용되는 격자 모듈의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이고, 도 4B는 도 4A에 도시된 I - I'에 따라 절단한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 광도파로에 입사되는 두 입사광의 입사각에 따라 출력광의 출사 방향을 조절한 예를 보여주는 도면들이다.
도 6a 내지 도 6c는 광도파로에 입사되는 두 입사광의 입사각을 고정시킨 상태에서 광도파로의 회전 각도를 조절하여 출력광의 출사 방향을 조절한 예를 나타낸 도면들이다.
도 7a 내지 도 7c는 광도파로의 양쪽 측면에 입사되는 두 입사광의 입사각에 따라 출력광의 출사 방향을 조절한 예를 보여주는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 영상을 표시하는 표시 장치의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 9a는 기존의 다시점(Multi-View: MV) 기반의 3차원 영상 디스플레이 방식에 따라 디스플레이 패널에서 출력되는 광선의 제어 방식을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 9b는 기존의 집적 영상(Horizontal Parallax Only Integral Imaging: HP0 InIm) 디스플레이 방식에 따라 디스플레이 패널에서 출력되는 광선의 제어 방식을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 9c는 본 발명이 적용된 집적 영상 디스플레이 방식에 따라 디스플레이 패널에서 출력되는 광선의 제어 방식을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 3차원 영상을 표시하는 표시 장치의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
본 발명은, 무안경 입체 디스플레이에서 사용하기에 적합한 지향성 백라이트 유닛을 제공한다. 무엇보다도 본 발명에 따른 지향성 백라이트 유닛은 고정된 위치가 아닌 다양한 위치에서 3차원 영상을 제공하기 위해, 평행광 형태의 입사광을 생성하는 광원과 격자 패턴에 의한 회절 현상에 따라 상기 입사광에 대한 출사광을 디스플레이 패널에 조사하는 평판 광도파로를 구비한다. 이와 같이, 본 발명은 별도의 장치 없이, 광원 모듈과 평판 광도파로로만 이루어진 지향성 백라이트 유닛을 이용하여 고정된 방향이 아닌 임의의 방향으로 3차원 영상을 제공한다.
또한 본 발명은, 상기 디스플레이 패널의 모든 픽셀을 시분할 방식으로 제어함으로써, 상기 디스플레이 패널은 상기 격자 모듈로부터 제공되는 출사광을 해상도의 저하 없이 다수의 사용자가 다양한 위치에서 시청할 수 있는 3차원 영상으로서 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세 기술한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에 적용되는 격자 모듈의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 I - I'에 따라 절단한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백 라이트 유닛에 적용되는 광도파로(100)는 평판 형태의 구조를 가지며, 상면에 다수의 격자 패턴(110)이 주기적으로 형성된다.
광도파로(100)의 측면을 통해 입사되는 입사광은 상기 격자 패턴(110)에 의해 회절되어 상기 상면 전체에 걸쳐 출사광(또는 백라이트)으로서 출사된다. 격자 패턴(110)은 일정 간격을 두고, 일 방향으로 연장되는 다수의 돌기 패턴으로 구성된다.
상기 출사된 광(이하, 출사광)은 고정된 방향이 아니라 사용자가 위치한 다수의 방향으로 출사되도록 그 출사 각도(θV)가 조절될 수 있다.
상기 출사 각도(θV)는 입사광의 파장, 격자 패턴의 격자 주기 또는 광도파로의 굴절률 등에 따라 조절될 수 있다. 또한 상기 출사 각도(θV)는 상기 돌기의 연장 방향과 입사광의 입사 방향이 이루는 각도에 의해 조절될 수 있다. 이는 격자 패턴에 의한 회절 현상으로 이해될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛에 적용되는 광도파로(100)는 사용자의 양안에 해당되는 좌안용 영상과 우안용 영상을 전달하기 위해, 광원으로부터 두 방향에서 입사되는 입사광을 입사 받는다.
광도파로(100)는 독립적인 두 개의 광원에 대응하는 두 개의 입사광을 입사받을 수 있다.
광도파로(100)는 polarization beam splitter 또는 optical switch 등 광의 경로를 바꾸어 주는 기기에 의해 단일 광원이 분리된 두 개의 입사광을 입사받을 수 있다.
광도파로(100)는 잘 알려진 eye tracking 기술을 이용하여 시청자의 눈 위치를 추적 후, 두 입사광의 입사각을 조절하여 시청자의 양안 위치에 광을 보낼 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 광도파로에 입사되는 두 입사광의 입사각에 따라 출력광의 출사 방향을 조절한 예를 보여주는 도면들이다.
두 입사광에 대한 두 출력광의 출사 방향의 명확한 설명을 위해, 광도파로(100)의 중심이 3차원 좌표계의 원점(0, 0, 0)이 되고, 광 도파로(100)를 X축과 Y축에 의해 형성되는 면상에서 배치된 것으로 가정한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 좌안용 입사광(LI)과 우안용 입사광(RI)의 입사 각도가 X축과 Y축에 의해 형성되는 제1 사분면에서 수평방향으로 조절되는 경우, 각각 대응하는 좌안용 출사광(LO)과 우안용 출사광(RO)이 X축과 Z축에 의해 형성되는 제2 사분면에서 수평 방향으로 조절된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 좌안용 입사광(LI)이 X축과 Y축에 의해 형성되는 제1 사분면에서 수평방향으로 조절되고, 우안용 입사광이(RI)이 X축과 Y축에 의해 형성되는 제2 사분면에서 수평방향으로 조절되는 경우, 좌안용 입사광(LI)에 대응하는 좌안용 출사광(LO)은 X축과 Z축에 의해 형성되는 제2 사분면에서 수평방향으로 조절되고, 우안용 입사광(RI)에 대응하는 우안용 출사광(RO)은 X축과 Z축에 의해 형성되는 제2 사분면에서 수평방향으로 조절된다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 좌안용 입사광(LI)과 우안용 입사광(RI)의 입사 각도가 X축과 Y축에 의해 형성되는 제2 사분면에서 수평방향으로 조절되는 경우, 각각 대응하는 좌안용 출사광(LO)과 우안용 출사광(RO)은 X축과 Z축에 의해 형성되는 제1 사분면에서 수평 방향으로 조절될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 광도파로에 입사되는 두 입사광의 입사각을 고정시킨 상태에서 광도파로의 회전 각도를 조절하여 출력광의 출사 방향을 조절한 예를 나타낸 도면들이다.
도 6a에서는, 광도파로(100)를 반시계 방향으로 일정 각도만큼 회전시킨 경우, 출력광의 출력방향을 나타낸 것이다. 도 6B에서는, 광도파로(100)의 회전 각도가 O°인 경우, 출력광의 출사 방향을 나타낸 것이다. 그리고, 도 6에서는, 광도파로(100)를 시계 방향으로 일정 각도만큼 회전시킨 경우, 출력광의 출력방향을 나타낸 것이다.
이와 같이, 입사광의 입사각을 고정시킨 상태에서 광도파로를 회전시켜서 시청자의 양안 위치로 광을 보낼 수도 있다.
도 7a 내지 도 7c는 광도파로의 양쪽 측면에 입사되는 두 입사광의 입사각에 따라 출력광의 출사 방향을 조절한 예를 보여주는 도면들이다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 광 도파로의 양쪽 측면으로 입사되는 두 입사광의 입사각을 조절하여, 출력광의 출사 방향이 조절될 수도 있다.
이하, 광도파로를 포함하는 백라이트 유닛을 갖는 3차원 영상을 표시하는 표시 장치에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 영상을 표시하는 표시 장치의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 표시 장치(500)는 백라이트 유닛(300)과 디스플레이 모듈(400)을 포함한다.
백라이트 유닛(300)은 디스플레이 모듈(400)에 포함된 디스플레이 패널의 후면에 배치되어, 백라이트를 다수의 출사 각도로 상기 후면에 연속적으로 출력한다. 즉, 상기 백라이트 유닛(300)으로부터 출력되는 백라이트는 상기 다수의 출사 각도에 따라 디스플레이 패널의 후면을 수평 방향으로 이동하면서 조사한다. 이때, 하나의 출사 각도에서 다른 출사 각도로 전환되는 시점은 디스플레이 모듈(400)에 의한 3차원 영상의 출력 타이밍에 동기된다.
이를 위해, 백라이트 유닛(300)은 광도파로(100) 및 상기 광도파로(100)에 평행광(collimated light, collimated beam 또는 planar lightbeam, 이하, 입사광)을 출사하는 광원 모듈(200)을 포함한다. 광도파로(100)에 대한 설명은 도 4a 내지 도 7c를 참조하여 설명하였으므로, 이에 대한 상세 설명은 생략한다.
광원 모듈(200)은 다수의 입사각으로 입사광을 광도파로(100)의 측면에 입사시킨다. 이때, 하나의 입사각에서 다른 입사각으로 전환되는 시점은 상기 디스플레이 모듈(400)에서 출력되는 3차원 영상의 출력 타이밍에 동기된다.
이러한 광원 모듈은 광원 유닛(210), 광학 스위치(230), 평행광 생성기(250) 및 구동부(270)를 포함한다.
광원 유닛(210)은 LED 광을 생성하는 LED 어레이 또는 레이저 광을 생성하는 레이저 생성기를 포함할 수 있다.
광학 스위치(230)는 광섬유와 같은 전송 수단을 통해 상기 광원 유닛(210)으로부터 단일 광원을 전달받고, 상기 단일 광원을 좌안용 단일 광원과 우안용 단일 광원으로 분리할 수 있다.
평행광 생성기(250)는 상기 광학 스위치에 의해 분리된 좌안용 단일 광원과 우안용 단일 광원을 각각 평행광(collimated light, collimated beam) 형태의 좌안용 입사광 및 평행광 형태의 우안용 입사광으로 변환한다.
평행광 형태의 좌안용 입사광 및 우안용 입사광을 생성하기 위해, 평행광 생성기(250)는 line generator lens, cylindrical lens, 1×N PLC(Planar Lightwave Circuit) splitter 등의 기기를 구비할 수 있다. 이 중 1×N PLC splitter는 하나의 단일 입력광을 N개로 분배하여 평행광 형태의 입사광을 생성할 수 있다.
평행광 생성기(250)가 1×N PLC splitter를 구비한 경우, 광학 스위치(230)에 의해 분리된 좌안용 단일 광원과 우안용 단일 광원을 각각 N개의 광원으로 분배하고, 분배된 N개의 광원을 평행광 형태의 좌안용 입력광 및 우안용 입력광으로서 생성하게 된다. 이때, 평행광 형태의 좌안용 입력광 및 우안용 입력광이 퍼지지 않고, 상기 광도파로(100)에 입사되도록 1×N PLC splitter의 출력단에 microlens array 또는 cylindrical lens 등이 부착될 수 있다.
구동부(270)는 평행광 생성기(250)를 물리적으로 회전시켜서, 좌안용 입력광 및 우안용 입력광의 입사각을 다수의 방향으로 전환한다. 이때, 구동부(270)는 디스플레이 모듈(400)에서 출력되는 3차원 영상의 출력 타이밍에 동기되도록 상기 평행광 생성기(250)의 회전 시점을 결정한다. 이를 위해, 구동부(270)는 디스플레이 모듈로부터 상기 출력 타이밍을 제어하는 동기 신호를 전달받을 수 있다. 즉, 구동부(270)는 상기 동기 신호에 동기된 회전 시점에서 상기 평행광 생성기(250)를 회전시키도록 구성될 수 있다.
이러한 구동부(270)는 평행광 생성기(250)를 반시계 또는 시계방향으로 회전시키기 위한 회전력을 발생하는 스텝 모터(도시되지 않음)와 상기 회전력을 상기 평행광 생성기(250) 전달하기 위한 회동 가능한 연결 부재(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
다르게, 구동부(270)를 통해 평행광 생성기(250)를 직접 수평 방향으로 회전시킬 수도 있지만, electro-wetting, liquid crystal 등을 활용한 beam steering 기기를 이용하여 입력광의 입사 방향을 수평 방향으로 조절할 수도 있다.
이러한 beam steering 기기를 이용하는 경우에도, 3차원 영상의 출력 타이밍에 동기되도록 상기 평행광 생성기(250)의 회전 시점을 결정하기 위해, 상기 디스플레이 모듈(400)에서 제공되는 상기 동기 신호가 이용될 수 있다.
어떠한 경우이든, 3차원 영상의 출력 타이밍에 동기된 입사광의 입사각 전환시점에 의해, 광도파로(100)를 통해 출력되는 백라이트(출사광)의 출사각이 전환되는 시점 또한 상기 출력 타이밍에 동기될 수 있게 된다.
본 발명자는 백라이트의 출사각이 전환되는 시점이 디스플레이 모듈에서 3차원 영상을 출력하는 출력 타이밍에 동기되는 방식을 시분할 방식으로 정의한다.
디스플레이 모듈(400)은 시분할 방식에 따라 인가되는 상기 백라이트에 대응하는 3차원 영상을 고정된 방향이 상기 다수의 방향으로 순차적으로 출력한다.
디스플레이 모듈(400)은 타이밍 제어부(410), 패널 구동부(420) 및 디스플레이 패널(430)을 포함한다.
타이밍 제어부(410)는 상기 3차원 영상의 출력 타이밍을 시분할 방식으로 제어하기 위한 동기 신호를 포함하는 각종 제어 신호를 생성한다. 타이밍 제어부(410)는 이러한 제어 신호를 이를 패널 구동부(420) 및 평행광 생성기를 회동시키는 구동부(270)로 제공한다.
패널 구동부(420)는 타이밍 제어부(410)로부터의 제어 신호에 따라 디스플레이 패널(430)의 전체 픽셀들을 시분할 방식으로 구동시키기 위한 구동 신호를 생성한다.
디스플레이 패널(430)은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 픽셀을 포함하고, 상기 구동 신호에 의해, 상기 다수의 픽셀 전체가 시분할 방식으로 구동된다.
디스플레이 패널(430)은 백라이트 유닛(300)으로부터 다수의 방향으로 출사되는 출사광을 인가받아서, 상기 시분할 방식에 따라 교대로 출력되는 좌안용 영상과 우안용 영상으로 이루어진 3차원 영상을 다수의 방향으로 연속적으로 제공하게 된다.
이와 같이, 디스플레이 패널에서 시분할 방식에 따라, 각 시점에 해당하는 3차원 영상을 재생하고, 광도파로에 입사되는 입사광의 입사각을 조절함으로써, 수평 시차만을 제공하는 집적 영상(Horizontal Parallax Only Integral Imaging) 디스플레이를 구현할 수 있게 된다.
도 9A는 기존의 다시점(Multi-View: MV) 기반의 3차원 영상 디스플레이 방식에 따라 디스플레이 패널에서 출력되는 광선의 제어 방식을 도식적으로 보여주는 도면이고, 도 9B는 기존의 집적 영상(Horizontal Parallax Only Integral Imaging: HP0 InIm) 디스플레이 방식에 따라 디스플레이 패널에서 출력되는 광선의 제어 방식을 도식적으로 보여주는 도면이다. 그리고, 도 9C는 본 발명이 적용된 집적 영상 디스플레이 방식에 따라 디스플레이 패널에서 출력되는 광선의 제어 방식을 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 9A 및 도 9B에 도시된 바와 같이, 기존의 무안경식 3차원 영상 디스플레이 방식(MV, HPO InIm)은 Parallax barrier나 Lenticular lens 등의 Ray guiding optics를 사용하여 디스플레이 패널에서 방출되는 광선의 방향을 제어한다.
이러한 기존 방식들은 디스플레이 패널의 전체 픽셀을 시점의 개수로 균등하게 분할하고, 각 시점 별로 분할된 픽셀 수로 각 시점에 해당하는 3차원 영상을 재생하기 때문에, 3차원 영상의 해상도가 시점의 개수에 반비례하는 공통된 단점을 갖는다.
이에 반해, 도 9C에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용된 무안경식 3차원 영상 디스플레이 방식은 디스플레이 패널의 모든 픽셀을 이용하여 각 시점에 해당하는 3차원 영상을 시분할 방식으로 재생하기 때문에, 해상도의 저하 없이 양질의 3차원 영상을 재생할 수 있다.
또한, 본 발명이 적용된 무안경식 3차원 영상 디스플레이 방식은 고정된 위치에서만 3차원의 입체감을 느낄 수 있는 도 9A에 도시된 기존의 다시점(Multi-View: MV) 기반의 3차원 영상 디스플레이 방식과는 달리, 광도파로에 입사되는 입사광의 입사각을 조절하여 출사광(또는 백라이트)을 다양한 방향으로 조절할 수 있기 때문에, 일정 영역 내에서는 다수의 사람이 3차원 영상을 동시에 시청할 수 있다.
이를 응용하면, 사용자가 일정 영역 이내에서만 3차원 영상의 시청이 가능하도록 제어하고, 그 이외의 특정 영역에 있는 다른 사용자는 2차원 영상만을 시청하도록 제어할 수도 있을 것이다. 이러한 제어 방식은 보안/프라이버시 기능으로 사용하는데 적합할 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 3차원 영상을 표시하는 표시 장치의 전체 구성을 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시 장치는 수평 방향으로 조절되는 백라이트에 따라 3차원 영상을 재생하는 도 8과는 다르게, 수평방향뿐만 아니라 수직방향으로도 조절 가능한 백라이트를 이용하여 3차원 영상을 재생한다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시 장치는 2차원의 격자 패턴을 갖는 광도파로(150)와, 상기 광도파로(150)의 한쪽 측면에 입사각이 조절되는 제1 광원을 입사시키는 제1 광원 모듈(200-1)과, 상기 한쪽 측면에 인접한 다른쪽 측면에 입사각이 조절되는 제2 광원을 입사시키는 제2 광원 유닛(200-2)을 포함할 수 있다.
광도파로(150)의 2차원의 격자 패턴은 도 4A에 도시된 바와 같이, 일정 간격을 두고, 일 방향으로 연장되는 다수의 돌기 패턴과는 다르게 매트릭스 형태로 배열된 다수의 돌기 패턴으로 구성될 수 있다.
제1 광원 모듈(200-1)은 도 8에 도시된 광원 모듈(200)과 동일한 구성 및 기능을 가지며, 이에 대한 설명은 광원 모듈(200)에 대한 설명으로 대신한다.
제2 광원 모듈(200-2) 또한 제1 광원 모듈(200-1)과 동일한 구성 및 기능을 수행하며, 다만, 수평 방향(D1)이 아니라 수직 방향(D2)으로 조절되는 출사광(백라이트)을 디스플레이 패널(430)로 방출하는 점에서 차이가 있을 뿐이다. 따라서, 제2 광원 모듈(200-2)에 대한 설명은 제1 광원 모듈(200-1)에 대한 설명으로 대신한다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시 장치는 2차원의 격자(Grating) 패턴을 갖는 광도파로(150)와 2개의 광원 모듈(200-1, 200-2)을 구비함으로써, 수평 방향(D1)뿐만 아니라 수직방향(D2)으로도 백라이트를 조절할 수 있다. 이는 수직 방향으로 위치한 다수의 시청자에게도 양질의 3차원 영상을 제공할 수 있음을 의미한다.
기존의 지향성 백라이트(Directional back light) 기술들은 고정된 특정한 위치에서 광선이 모이거나 또는 눈의 위치를 추적하여 광선이 모이는 위치를 이동시키는 시스템이었다.
하지만 이러한 기존 방식들은 3차원 입체감을 느낄 수 있는 위치가 고정되거나 시점추적 장치 같은 부가적인 장치를 추가해야 하는 단점이 있었다.
반면, 본 발명에서는 수평시차만을 제공하는 집적영상 시스템을 시분할 방식으로 구현함으로써 부가적인 장치의 사용 없이 일정한 영역 내에서는 다수의 사용자들에게 연속적인 3차원 영상을 동시에 제공할 수 있다.
또한, 3차원 영상을 일정 영역 이내로 제한하고, 이 영역 이외의 영역에서는 2차원 영상을 재생함으로써, 3차원 영상을 일정 영역 이내에서만 시청할 수 있게 하는 프라이버시 모드가 가능하다.
또한 무안경식 3차원 디스플레이 시스템을 구현하기 위한 기존의 방식들은 디스플레이 패널에 Parallax barrier나 이와 같은 기능을 하는 추가적인 LCD, 또는 Lenticular lens를 부착하는 형태였다. 이러한 구조적인 이유로 기존의 방식들은 재생되는 3차원 영상의 해상도가 시점의 개수에 반비례하여 감소한다는 점이 공통적인 한계점이 있다.
이에 반해, 본 발명에서 제안하는 3차원 영상 디스플레이 기술은 Grating 패턴을 갖는 얇은 평판 형태의 광도파로를 이용하여 지향성 백라이트 기능을 구현하기 때문에, 얇고 간단한 구조로 생산할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널의 모든 픽셀을 이용하여 영상을 재생하므로, 해상도의 저하없이 양질의 3차원 영상을 제공할 수 있다.

Claims (13)

  1. 3차원 영상을 재생하기 위한 백라이트를 출력하는 백라이트 유닛에 있어서,
    입사 각도가 조절되는 평행광을 출력하는 광원 모듈; 및
    상기 평행광을 입사받는 측면과 상기 평행광에 대응하는 백라이트를 출사하는 상면을 포함하고, 상기 입사 각도에 따라 출사 각도가 조절되는 상기 백라이트를 상기 상면 전체를 통해 출력하는 광도파로
    를 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원 모듈은,
    단일 광원(single light source)을 생성하는 광원 유닛;
    상기 단일 광원을 좌안용 단일 광원 및 우안용 단일 광원으로 분리하는 광학 스위치;
    상기 좌안용 단일 광원과 상기 우안용 단일 광원을 N(2 이상의 자연수)개의 광원으로 각각 분배하여, 상기 좌안용 단일 광원에 대응하는 좌안용 평행광과 상기 우안용 단일 광원에 대응하는 우안용 평행광을 포함하는 상기 평행광을 생성하는 평행광 생성기; 및
    상기 평행광 생성기를 회전시켜서 상기 평행광의 입사 각도를 조절하는 구동부를 포함함을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제2항에 있어서, 상기 평행광 생성기는,
    상기 좌안용 단일 광원과 상기 우안용 단일 광원을 N개의 다중 채널을 통해 N(2 이상의 자연수)개의 광원으로 각각 분리하고, 분리된 N개의 광원을 동시에 출력하는 1×N PLC(Planar Lightwave Circuit) splitter임을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제2항에 있어서, 상기 평행광 생성기는,
    시분할 방식에 따라 상기 좌안용 평행광과 상기 우안용 평행광을 상기 광도파로의 측면에 입사시키는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제4항에 있어서, 상기 평행광 생성기는,
    상기 시분할 방식에 따라 상기 좌안용 평행광과 상기 우안용 평행광을 상기 광도파로의 측면에 교대로 입사시키는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광도파로는,
    상기 상면에 일정 길이의 돌기 패턴이 일정 간격으로 연속적으로 형성되고, 상기 측면을 통해 입사된 입사광이 상기 돌기 패턴에 의해 회절되어, 상기 백라이트를 상기 상면 전체를 통해 출력함을 특징으로 백라이트 유닛.
  7. 3차원 영상을 재생하는 표시 장치에 있어서,
    다수의 출사 각도로 백라이트를 연속적으로 출력하는 백라이트 유닛; 및
    상기 백라이트에 대응하는 상기 3차원 영상을 상기 다수의 출사 각도에 각각 대응하는 다수의 출사 방향으로 연속적으로 출력하는 디스플레이 모듈;
    을 포함하는 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은,
    상기 디스플레이 모듈에서 출력되는 상기 3차원 영상의 출력 타이밍에 따라 상기 백라이트의 출사 각도를 전환함을 특징으로 하는 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은,
    상기 디스플레이 모듈로부터 상기 3차원 영상의 출력 타이밍을 제어하는 동기 신호를 전달받고, 상기 동기 신호에 응답하여 상기 백라이트의 출사 각도를 전환함을 특징으로 하는 표시 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 디스플레이 모듈은,
    상기 3차원 영상의 출력 타이밍을 제어하는 동기 신호를 생성하는 타이밍 제어부;
    상기 동기 신호에 따라 구동 신호를 생성하는 패널 구동부; 및
    상기 구동 신호에 따라 상기 백라이트에 대응하는 상기 3차원 영상을 상기 다수의 출사 각도에 각각 대응하는 다수의 출사 방향으로 연속적으로 출력하는 디스플레이 패널
    을 포함함을 특징으로 하는 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은,
    상기 동기 신호에 동기되는 전환 시점에 따라 다수의 입사 각도로 순차적으로 전환되는 평행광을 출력하는 광원 모듈; 및
    상기 평행광을 입사받는 측면과 상기 평행광에 대응하는 백라이트를 출력하는 상면을 포함하고, 상기 다수의 입사 각도 각각에 대응하는 다수의 출사 각도로 상기 백라이트를 상기 상면 전체를 통해 출력하는 광도파로
    를 포함함을 특징으로 하는 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광원 모듈은,
    단일 광원(single light source)을 생성하는 광원 유닛;
    상기 단일 광원을 좌안용 단일 광원 및 우안용 단일 광원으로 분리하는 광학 스위치;
    상기 좌안용 단일 광원과 상기 우안용 단일 광원을 N(2 이상의 자연수)개의 광원으로 각각 분배하여, 상기 좌안용 단일 광원에 대응하는 좌안용 평행광과 상기 우안용 단일 광원에 대응하는 우안용 평행광을 포함하는 상기 평행광을 생성하는 평행광 생성기; 및
    상기 동기 신호에 동기되는 회전 시점에서 상기 평행광 생성기를 회전시켜서 상기 평행광의 입사 각도를 조절하는 구동부를 포함함을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  13. 제11항에 있어서, 상기 광도파로는,
    상기 상면에 일정 길이의 돌기 패턴이 일정 간격으로 연속적으로 형성되고, 상기 측면을 통해 입사된 입사광이 상기 돌기 패턴에 의해 회절되어, 상기 백라이트를 상기 상면 전체를 통해 출력함을 특징으로 백라이트 유닛.
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