KR20160120199A - 디스플레이 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 장치가 개시된다. 디스플레이 장치는 각각 복수의 서브 픽셀로 구성된 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 패널, 디스플레이 패널의 일 측에 배치되며, 프리즘 어레이 및 액정을 포함하는 프리즘 패널, 프리즘 패널에 전압을 인가하는 프리즘 패널 구동부 및 복수의 이미지 프레임을 디스플레이 패널에 디스플레이하고, 이미지 프레임이 디스플레이되는 동안 프리즘 패널의 구동 상태를 상이하게 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

디스플레이 장치 및 그 제어방법{DISPLAY DEVICE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 디스플레이 장치와 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상도를 증가시킬 수 있는 디스플레이 장치와 그 제어방법에 관한 것이다.
오늘날 유무선 인터넷과 정보 통신기기의 발달로 사용자가 접하는 정보의 양과 질이 비약적으로 발전하고 있다. 이러한 전자 기술의 발달에 힘입어 문자, 음성, 영상 등을 고속 처리하는 텔레비전, 스마트폰 등과 같은 단말기를 중심으로 2D 영상뿐만 아니라, 실감나고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는 초공간형 3D 영상은 하나의 거대한 시대적 흐름을 형성하고 있다.
인간은 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의해 3차원 세계를 인식하고 있다. 즉, 인간은 수평방향으로 약 65mm 떨어져 위치한 두 눈을 통해 두 개의 시점이 다른 영상을 획득하고, 이러한 두 영상의 차이를 뇌에서 분석하여 깊이감이 있는 단일한 3차원 영상으로 재구성하여 인식하게 된다.
입체 영상 디스플레이 장치는 인간의 양안 시차를 이용한 스테레오 시각의 원리를 이용한 것으로 관찰자의 별도의 안경착용 여부에 따라 안경식(Stereoscopic)과, 무안경식으로 대별된다. 무안경식은 다시 3차원 상을 구현하는 방법에 따라 다시점 양안 시차 방식, 체적형 방식 및 홀로그래피 방식으로 구분된다.
다시점 양안 시차 방식으로 구현되는 무안경 입체 영상 디스플레이 장치는 특수한 안경 없이 시청자(Viewer)가 양안 시차를 느끼게 하여 입체 영상을 구현할 수 있다. 무안경 입체 영상 표시장치는 시청자의 좌안과 우안으로 보이는 픽셀들을 분리하게 위하여 표시패널 앞이나 뒤에 패렐럭스 배리어(Parallax Barrier)나 렌티큘러 렌즈(Lenticular Lens)를 설치할 수 있다.
패렐럭스 배리어 방식은 배리어가 디스플레이 패널과 뷰어 사이에 위치하는 프론트 배리어 방식과 배리어가 광원부와 디스플레이 패널 사이에 위치하는 리어 배리어 방식으로 구분한다.
리어 배리어 방식은 2 시역 이상의 정보가 표시된 디스플레이 패널, 디스플레이 패널과 일정거리 이격하여 배치된 패렐럭스 배리어, 패렐럭스 배리어에 빛을 공급하는 백라이트 유닛을 포함한다. 패렐럭스 배리어는 광통과부로 구성되는 스트라이프들이 경사진 구조로 형성된다. 이러한 구조에서는 스트라이프들 간의 폭이 증가할수록 뷰의 수는 증가하나, 각 뷰의 해상도는 (원 영상의 해상도)/(시점(뷰)의 수)만큼 감소하게 되는 문제점이 있다.
또한, 배리어 방식의 2D/3D 전환 시스템은 빛을 차단하는 구조로 휘도 저하가 발생하며, 특히 다시점 구조에서는 휘도 저하가 시점 수에 비례하여 커지는 문제가 있었다. 이러한 2D/3D 전환 배리어 방식에서의 휘도 저하문제를 개선하는 구조로 면광원의 2D 백라이트에 선광원의 3D 백라이트를 적층하는 구조의 백라이트 방식의 무안경 3D 시스템이 제안되었다. 그러나, 3D 모드를 위해 3D 백라이트 유닛에서 광이 공급되는 동안 누설광이 있게 되고, 이러한 누설광은 2D 백라이트 유닛으로 침투하여 뷰어에게 반사되었다. 이러한 누설광은 3D 이미지의 화질을 저하시키고, 크로스 톡(Cross-talk)을 증가시키는 문제점이 있었다. 또한, 2D/3D가 적층되어 배치됨으로 인해 디스플레이 장치는 콤팩트한 구성을 구현할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 해상도를 증가시키는 디스플레이 장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 해상도를 증가시키고, 뷰잉 존을 증가시켜며, 광 경로를 조절하여 2D/3D로 전환 가능하며 디스플레이 패널과 백라이트 유닛 사이의 간격을 줄일 수 있는 디스플레이 장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 각각 복수의 서브 픽셀로 구성된 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널의 일 측에 배치되며, 프리즘 어레이 및 액정을 포함하는 프리즘 패널, 상기 프리즘 패널에 전압을 인가하는 프리즘 패널 구동부 및 복수의 이미지 프레임을 상기 디스플레이 패널에 디스플레이하고, 상기 이미지 프레임이 디스플레이되는 동안 상기 프리즘 패널의 구동 상태를 상이하게 제어하는 제어부를 포함한다.
여기에서, 상기 제어부는 이미지 프레임을 상기 서브 픽셀의 개수에 기초하여 상기 복수의 이미지 프레임으로 구분하고, 상기 복수의 이미지 프레임 각각에 대한 서브 픽셀 값들을 쉬프트하면서 디스플레이하도록 상기 디스플레이 패널을 제어하고, 상기 서브 픽셀 값들이 쉬프트되어 디스플레이되는 동안 상기 프리즘 패널에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되도록 상기 프리즘 패널 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 복수의 픽셀들 각각은 R,G,B 서브 픽셀을 포함하고, 상기 이미지 프레임은, 제1 내지 제3 이미지 프레임으로 구분될 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제1 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제1 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제1 굴절각에 대응되는 제1 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제1 굴절각에 대응되는 제2 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제1 굴절각에 대응되는 제3 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제2 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제2 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제2 굴절각에 대응되는 제4 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제2 굴절각에 대응되는 제5 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제2 굴절각에 대응되는 제6 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하도록 제어할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제3 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제3 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제3 굴절각에 대응되는 제7 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제3 굴절각에 대응되는 제8 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제3 굴절각에 대응되는 제9 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 서브 픽셀은 각각 R, G, B 서브 픽셀이고, 상기 제4 내지 제6 서브 픽셀은 각각 G, B, R 서브 픽셀이고, 상기 제7 내지 제9 서브 픽셀은 각각 B, R, G 서브 픽셀일 수 있다.
한편, 상기 프리즘 패널은 상기 디스플레이 패널의 후면에 배치되며, 상기 디스플레이 장치는 상기 프리즘 어레이와 기설정된 간격으로 이격되어 배치되며, 광원부의 상면에 배치되며, 패턴부와 비패턴부가 기설정된 간격으로 교번하는 선광원 패턴 도광판를 더 포함하고, 상기 제어부는 하나의 이미지 프레임 구간 동안 복수의 다시점 이미지를 상기 디스플레이 패널에 순차적으로 디스플레이하고, 상기 복수의 다시점 이미지가 순차적으로 제공되는 동안 상기 프리즘 패널의 구동 상태를 상이하게 제어하여 상기 광원부로부터 제공되는 광이 상기 디스플레이 패널의 서로 다른 영역으로 조사되도록 할 수 있다.
여기에서, 상기 디스플레이 패널은 상기 프리즘 패널에 인가되는 전압에 동기되어 서로 다른 m 개의 순차적인 다시점 이미지를 디스플레이하며, 상기 패턴부와 상기 비패턴부는, 1:n-1(n은 3 이상의 정수)의 폭으로 배치되고, m≤n(n은 광학뷰들의 수)을 만족할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 하나의 이미지 프레임 구간 중 제m 구간에서, 상기 프리즘 패널에 제m 상태 전압을 인가하여 상기 패턴부 중 적어도 일부로부터 통과한 광이 상기 프리즘 패널에서 굴절되어 제m-1 서브 픽셀에 인접한 제m 서브 픽셀 영역에 조사되어 상기 기설정된 시청 영역에 광학뷰를 형성하도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 각각 복수의 서브 픽셀로 구성된 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널의 일 측에 배치되며, 프리즘 어레이 및 액정을 포함하는 프리즘 패널을 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법은 복수의 이미지 프레임을 상기 디스플레이 패널에 디스플레이하는 단계 및 상기 이미지 프레임이 디스플레이되는 동안 상기 프리즘 패널의 구동 상태를 상이하게 제어하는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 디스플레이하는 단계는 이미지 프레임을 상기 서브 픽셀의 개수에 기초하여 상기 복수의 이미지 프레임으로 구분하고, 상기 복수의 이미지 프레임 각각에 대한 서브 픽셀 값들을 쉬프트하면서 디스플레이하고, 상기 제어하는 단계는 상기 서브 픽셀 값들이 쉬프트되어 디스플레이되는 동안 상기 프리즘 패널에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 복수의 픽셀들 각각은 R,G,B 서브 픽셀을 포함하고, 상기 이미지 프레임은 제1 내지 제3 이미지 프레임으로 구분될 수 있다.
그리고, 상기 디스플레이하는 단계는 상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제1 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제1 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제1 굴절각에 대응되는 제1 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제1 굴절각에 대응되는 제2 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제1 굴절각에 대응되는 제3 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이하는 단계는 상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제2 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제2 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제2 굴절각에 대응되는 제4 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제2 굴절각에 대응되는 제5 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제2 굴절각에 대응되는 제6 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
그리고, 상기 디스플레이하는 단계는 상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제3 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제3 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제3 굴절각에 대응되는 제7 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제3 굴절각에 대응되는 제8 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제3 굴절각에 대응되는 제9 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 서브 픽셀은 각각 R, G, B 서브 픽셀이고, 상기 제4 내지 제6 서브 픽셀은 각각 G, B, R 서브 픽셀이고, 상기 제7 내지 제9 서브 픽셀은 각각 B, R, G 서브 픽셀일 수 있다.
한편, 상기 프리즘 패널은 상기 디스플레이 패널의 후면에 배치되며, 상기 디스플레이 장치는 상기 프리즘 어레이와 기설정된 간격으로 이격되어 배치되며, 광원부의 상면에 배치되며, 패턴부와 비패턴부가 기설정된 간격으로 교번하는 선광원 패턴 도광판를 더 포함하고, 상기 디스플레이하는 단계는 하나의 이미지 프레임 구간 동안 복수의 다시점 이미지를 상기 디스플레이 패널에 순차적으로 디스플레이하고, 상기 제어하는 단계는 상기 복수의 다시점 이미지가 순차적으로 제공되는 동안 상기 프리즘 패널의 구동 상태를 상이하게 제어하여 상기 광원부로부터 제공되는 광이 상기 디스플레이 패널의 서로 다른 영역으로 조사되도록 할 수 있다.
여기에서, 상기 디스플레이 패널은 상기 프리즘 패널에 인가되는 전압에 동기되어 서로 다른 m 개의 순차적인 다시점 이미지를 디스플레이하며, 상기 패턴부와 상기 비패턴부는, 1:n-1(n은 3 이상의 정수)의 폭으로 배치되고, m≤n(n은 광학뷰들의 수)을 만족할 수 있다.
또한, 상기 제어하는 단계는 상기 하나의 이미지 프레임 구간 중 제m 구간에서, 상기 프리즘 패널에 제m 상태 전압을 인가하여 상기 패턴부 중 적어도 일부로부터 통과한 광이 상기 프리즘 패널에서 굴절되어 제m-1 서브 픽셀에 인접한 제m 서브 픽셀 영역에 조사되어 상기 기설정된 시청 영역에 광학뷰를 형성하도록 제어할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 해상도가 증가된 영상을 사용자에게 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위한 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성 및 제어방법을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 광이 굴절되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 해상도[가] 증가를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이 장치가 2D/3D 모드로 전환 가능한 것을 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리즘 패널의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 본 발명의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위한 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 다시점 영상(이미지)을 디스플레이하여 무안경 방식으로 입체 영상을 제공하는 장치의 동작 방식을 나타낸 것으로서, 여기에서, 다시점 영상(이미지)은 동일한 오브젝트를 서로 다른 각도에서 촬영한 복수의 영상에 기초하여 생성될 수 있다. 즉, 서로 다른 뷰에서 촬영한 복수의 영상을 서로 다른 각도로 굴절시키고, 소위 시청거리라 하는 일정한 거리만큼 떨어진 위치에 포커싱된 영상을 제공한다. 이러한 영상이 형성되는 위치를 시청 영역(또는 광학 뷰)이라 한다. 이에 따라, 사용자의 한 쪽 눈이 하나의 시청 영역에 위치하고, 다른 쪽 눈이 제2 시청 영역에 위치하면 입체감을 느낄 수 있게 된다.
일 예로, 도 1은 총 4 시점(광학뷰)의 다시점 영상(이미지)의 디스플레이 동작을 설명하는 도면이다. 도 1에 따르면, 무안경 3D 디스플레이 장치는 광원부(40), 광원부(40)의 상면에 배치되며 광통과부(51)와 광차단부(52)를 포함하는 패렐럭스 배리어(50), 패렐렉스 배리어(50)의 상면에 소정의 간격(Z1)으로 배치되는 디스플레이 패널(10)을 가진다. 디스플레이 패널(10)에는 4 시점(광학뷰)의 영상(D1,D2,D3,D4)이 연속으로 배치되고, 이러한 영상들이 패렐럭스 배리어(50)를 통과한 광에 의해 투사되어 가운데 시역에서 4 개의 시점(광학뷰)을 갖도록 하고 있다. 이에 따라, 디스플레이 패널(10)로부터 소정 간격(Z2) 떨어진 뷰어(Viewer)는 좌안 및 우안을 4 뷰 중 두 시점(광학뷰)에 배치함으로써 입체감을 느낄 수 있게 된다. 도 1과 같이, 패렐럭스 배리어(50)를 광원부(40)와 디스플레이 패널(10) 사이에 배치하는 배리어 방식을 리어 배리어 방식이라 한다. 도 1에 따른 리어 배리어 방식은 패턴부와 비패턴부가 기설정된 간격으로 교번하는 선광원 패턴 도광판을 포함하는 본 발명의 하나의 실시예를 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다시점 영상 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이고, 도 4a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스플레이 장치의 "zero" 상태를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 영상 입력부(101), 렌더링부(103), 디스플레이 패널(110), 프리즘 패널(120), 광경로 조절부(130), 광원부(140), 선광원 패턴 도광판(150), 제어부(160) 및 광학뷰(170)를 포함한다. 다만, 도 1에 도시된 구성 요소 중 일부는 생략 또는 변경될 수 있고, 다른 구성요소가 더 추가될 수도 있다.
디스플레이 장치(100)는 텔레비전, 모니터, 전자 액자, 모바일 장치와 같은 다양한 유형의 디스플레이 장치로 구현될 수 있다.
영상 입력부(101)는 영상을 입력받는다. 구체적으로, 영상 입력부(110)는 외부의 저장 매체, 방송국 등과 같은 각종 외부 장치로부터 영상을 제공받아 입력될 수 있다. 여기서 입력되는 영상은 단일 시점(뷰) 영상, 스테레오 영상, 다시점 영상 중 어느 하나이다. 단일 시점 영상은 일반적인 촬영 장치에 의해 촬영된 영상이다. 스테레오 영상은 좌안 영상과 우안 영상만으로 표현된 3차원 영상으로, 2 개의 렌즈를 구비한 촬영 장치에 의해 촬영된 영상이다. 다시점 영상(이미지)은 멀티 뷰 이미지(Multi-view image)로서 한 대 이상의 촬영 장치를 통해 촬영된 영상들을 기하학적으로 교정하고 공간적인 합성 등의 과정을 통하여 오브젝트에 대한 여러 방향의 다양한 광학뷰(시점)를 뷰어에게 제공하는 영상을 의미한다.
또한, 영상 입력부(101)는 영상의 뎁스 정보를 수신할 수 있다. 일반적으로 뎁스(Depth)는 영상의 각 픽셀별로 부여된 깊이 값으로, 일 예로, 8bit의 뎁스는 0~255까지의 그레이 스케일(Grayscale) 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 흑/백을 기준으로 나타낼 때, 검은색(낮은 값)이 뷰어로부터 먼 곳을 나타내고, 흰색(높은 값)이 뷰어로부터 가까운 곳을 나타낸다.
뎁스 정보란 3D 영상의 뎁스를 나타내는 정보로, 3D 영상을 구성하는 좌안 영상과 우안 영상 사이의 양안 시차 정도에 대응되는 정보이다. 뎁스 정보에 따라 사람이 느끼는 입체감의 정도가 달라진다. 즉, 뎁스가 큰 경우 좌우 양안 시차가 크게 되므로 입체감이 상대적으로 크게 느껴지고, 뎁스가 작은 경우 좌우 양안 시차가 작게 되므로 입체감이 상대적으로 크게 느껴지게 된다.
렌더링부(103)는 서로 다른 복수의 뷰를 렌더링 할 수 있다. 구체적으로, 렌더링부(103)는 2D 영상의 경우, 2D/3D 변환에 추출된 뎁스 정보를 기초로 서로 다른 시점의 복수의 광학뷰를 렌더링할 수 있다. 또는 렌더링부(103)는 서로 다른 시점의 N 개의 뷰 및 대응되는 N 개의 뎁스 정보가 입력되는 경우, 입력된 N 개의 뷰 및 뎁스 정보 중 적어도 하나의 영상 및 뎁스 정보에 기초하여 다시점 영상(이미지)을 렌더링할 수 있다. 또는 렌더링부(103)는 서로 다른 시점의 N 개의 뷰만 입력되는 경우, N 개의 뷰로부터 뎁스 정보를 추출한 후, 추출된 뎁스 정보에 기초하여 다시점 영상(이미지)을 렌더링할 수 있다.
디스플레이 패널(110)은 복수의 서브 픽셀로 구성된 복수의 픽셀을 포함한다. 여기에서, 서브 픽셀은 R(Red), G(Green), B(Blue)로 구성될 수 있다. 즉, R, G ,B의 서브 픽셀로 구성된 픽셀이 복수의 행 및 열 방향으로 배열되어 디스플레이 패널(110)을 구성할 수 있다. 이 경우, 디스플레이 패널(110)은 액정 디스플레이 패널, 플라즈마 디스플레이 패널, OLED 디스플레이 패널 등과 같은 다양한 디스플레이 유닛으로 구현될 수 있다.
디스플레이 패널(110)은 영상 프레임을 디스플레이한다. 구체적으로, 디스플레이 패널(110)은 서로 다른 시점의 복수의 뷰가 순차적으로 반복 배치된 다시점 영상(이미지) 프레임을 디스플레이할 수 있다.
한편, 본 발명에서 도시한 바와 같이, 디스플레이 패널(110)이 액정 디스플레이 패널로 구현되는 경우, 디스플레이 패널(110)은 디스플레이 패널(110)의 하면에 배치된 제1 편광자(111) 및 디스플레이 패널(110)의 상면에 배치된 제2 편광자(113)를 더 포함할 수 있다.
제1 편광자(111)는 조사되는 광 중에서 기 설정된 제1 편광방향의 성분만을 투과시키고 제1 편광방향이 아닌 성분은 흡수시킨다. 제2 편광자(113)는 디스플레이 패널(110)을 통과한 조사광 중에서 기 설정된 제2 편광방향의 성분만을 투과시키고 제2 편광방향이 아닌 성분은 흡수시킨다.
여기서 제2 편광방향은 제1 편광방향과 상이하며, 보다 구체적으로, 제2 편광방향은 제1 편광방향에 수직하다. 이는 조사광이 액정층(미도시)을 통과함에 따라서, 조사광의 편광방향이 액정층(미도시)에 의해 90도 회전하기 때문이다. 만일, 제2 편광자(113)가 제1 편광자(111)와 동일하게 제1 편광방향의 광 성분을 투과시킨다면, 제1 편광자(111)를 통과한 제1 편광방향의 조사광은 액정층(미도시)을 통과함에 따라서 제2 편광방향으로 조정되므로 제2 편광자(113)를 통과하지 못할 것이다. 따라서, 제2 편광자(113)가 투과시키는 광의 편광방향은 제1 편광자(111)가 투과시키는 광의 편광방향에 대해 수직하도록 구현될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 액정 디스플레이 패널로 설명하였으나, 복수의 다시점 영상(이미지)을 디스플레이 패널(110)에 순차적으로 디스플레이하고, 복수의 다시점 영상(이미지)을 순차적으로 제공되는 동안 광의 경로가 상이하게 변경되도록 하는 광경로 조절부(130)에 의해 해상도가 2배 이상 증가할 수 있는 OLED 디스플레이 패널과 같은 구성도 물론 적용 가능하다.
프리즘 패널(120)은 광이 굴절되게 한다. 프리즘 패널(120)은 디스플레이 패널(110)의 후면에 배치되며, 프리즘으로 구성되는 제1 프리즘 어레이(121)와 제1 프리즘 어레이(121)에 적층되는 제2 프리즘 어레이(123)를 포함한다.
제1 프리즘 어레이(121)는 광학적으로 투명한 물질로 만들어지며, 제1 프리즘 어레이(121)의 굴절율은 np(=ne)로 설계될 수 있다. 제1 실시예의 경우, 제1 프리즘 어레이(121)는 단면이 톱니 모양, 즉 직각 삼각형의 형상을 가질 수 있으며, 제1 프리즘 어레이(121)를 구성하는 각 프리즘의 높이는 대략 3~5 ㎛이거나 그 보다 작을 수 있다. 제1 실시예의 경우, 다시점 영상(이미지)에서 m 배의 해상도를 높이기 위한 것이다. 이등변 삼각형 형상의 프리즘을 통해 뷰어가 하나의 실제 스트라이프(미도시)와 순차적으로 디스플레이되는 2 개의 가상의 스트라이프(미도시)를 볼 수 있도록 구성되므로, 2배 이상의 해상도를 증가시키기 위해 제1 프리즘 어레이(121)는 직각 삼각형 형상의 프리즘으로 구성되는 것이 바람직하다.
제2 프리즘 어레이(123)는 액정층으로서, 제1 프리즘 어레이(121)의 상부에 적층된다. 액정은 광학적으로 상광선(Ordinary) 굴절율(no)과 이상광선(Extra-ordinary) 굴절율(ne)의 두 종류의 굴절율을 갖는 이방성 물질이며, 통상 이상광선 굴절율(ne)이 상광선 굴절율(no) 보다 큰 값을 가진다. 즉, 액정은 Δn(=ne-no)의 굴절율을 가질 수 있다.
광경로 조절부(130)는 프리즘 패널을 통과하는 광의 경로를 조절하는 것이다. 제1 실시예의 경우, 광경로 조절부(130)는 인가 전압을 아날로그식으로 구성하고, 전압차를 주어 액정의 굴절율을 변화시켜 광의 경로를 조절한다.
광경로 조절부(130)는 투명전극(131) 및 전압 인가부(133)를 포함한다.
투명전극(131)은 제1 프리즘 어레이(121)의 하면에 배치되는 제1 투명전극(131a) 및 제2 프리즘 어레이(123)의 상면에 배치되는 제2 투명전극(131b)을 포함한다.
전압 인가부(133)는 0에서 소정의 값까지의 전압차를 투명전극(131)에 준다. 즉, 아날로그식으로 구동한다.
한편, 투명전극(131)에 인가된 전압에 따라 프리즘 패널(120)을 통과하는 광의 진행 방향(propagation direction)이 결정될 수 있다.
예를 들어, 도 3과 같이, 투명전극(131)에 인가되는 전압에 의해, 투명전극(131)에 V0=0[V]의 전압 차가 발생하는 경우, 직선 편광에 대한 액정의 유효 굴절율(effective refractive index)은 n0이 된다. 이 경우, 액정의 굴절율은 제1 프리즘 어레이(121)의 굴절율 np와 동일해진다. 이에 따라, 프리즘 패널(120)을 통과하는 광의 진행 방향은 변경되지 않는다.
또한, 투명전극(131)에 인가되는 전압에 의해, 투명전극(131)에 V1(V1＞V0)의 전압 차가 발생하는 경우, 직선 편광에 대한 액정의 유효 굴절율은 n1(no＜n1＜ne)이 된다. 이 경우, n1＜np라는 점에서, 프리즘 패널(120)에 입사된 광은 프리즘의 경사면에서 굴절될 수 있다. 굴절각은 액정의 유효 굴절율 및 프리즘의 굴절율 사이의 차이에 기초하여 결정될 수 있다.
또한, 투명전극(131)에 인가되는 전압에 의해, 투명전극(131)에 V2(V2＞V1)의 전압 차가 발생하는 경우, 직선 편광에 대한 액정의 유효 굴절율은 n2(n2=no)이 된다. 이 경우, n2는 액정의 굴절율의 최소값인 no이다. 이에 따라, 프리즘 패널(120)에 입사된 광은 프리즘의 경사면에서 최대 굴절각만큼 굴절될 수 있다.
한편, 상술한 예에서는 광경로 조절부(130)가 투명전극(131)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 설명의 편의를 위한 일 예에 불과하다. 투명전극(131)은 전압 인가부(133)에서 인가되는 전압을 프리즘 어레이(121, 123)에 인가하기 위한 수단이라는 점에서, 프리즘 패널(120)이 제1 프리즘 어레이(121), 제2 프리즘 어레이(123) 및 투명전극(131)을 포함하고, 광경로 조절부(130)는 전압 인가부(133)를 포함하는 것으로 볼 수도 있다. 이 경우, 광경로 조절부(130)는 프리즘 패널(120)에 전압을 인가하는 기능을 수행한다.
광원부(140)는 백라이트 유닛으로서 디스플레이 패널(110)에 광을 제공한다. 광원부(140)로부터 제공되는 광에 의해, 선광원 패턴 도광판(150)에 의해 투사되는 광은 디스플레이 패널(110)에 형성되는 각 이미지를 분산시켜 뷰어에게 전달한다. 광원부(140)는 선광원 패턴 도광판(150)의 후면에 배치된다.
광원부(140)는 제어부(160)의 제어하에 광원들에 구동 전압을 공급하여 그 광원들을 점등시킨다. 광원부(140)는 2D 모드에서, 광원들을 3D 모드와 같은 방법으로 교대로 점등시키거나, 동시에 점등시킨다. 광원부(140)는 3D 모드에서 디스플레이 패널(110)과 광경로 조절부(130)에 동기되어 광원들을 교대로 점등시킨다.
선광원 패턴 도광판(150)은 시역 분리부이다. 선광원 패턴 도광판(150)은 복수의 선광원 역할을 하는 패턴으로 구현된다. 선광원 패턴 도광판(150)은 빛을 통과시키는 패턴부(151)와 빛을 통과시키지 못하는 비패턴부(153)가 교번하도록 배치되어, 상이한 뷰의 영상이 출사되도록 할 수 있다.
한편, 선광원 패턴 도광판(150)은 화질 개선을 위해 일정한 각도로 기울어져서 동작할 수 있다. 이 경우, 제어부(160)는 렌더링부(103)에서 렌더링된 복수의 뷰 각각을 선광원 패턴 도광판(150)이 기울어진 각도에 기초하여 분할하고, 이들을 조합하여 출력을 위한 다시점 영상 프레임을 생성할 수 있다. 이에 따라, 뷰어는 디스플레이 패널(110)의 서브 픽셀에 수직 방향 또는 수평 방향으로 디스플레이된 영상을 시청하는 것이 아니라, 특정 방향으로 기울어진 영역을 시청할 수 있다. 이러한 방식에 의해 뷰어는 하나의 완전한 서브 픽셀이 아닌 각 서브 픽셀의 일부를 시청할 수 있다. 본 발명에서도 선광원 패턴 도광판(150)이 일정한 각도로 기울어지도록 구성했으나, 기울어지지 않은 구성도 물론 가능하다.
선광원 패턴 도광판(150)의 패턴부 간의 간격이 클수록 시점(광학뷰)의 수가 증가한다. 그러나, 여러 시점(광학뷰)의 영상들을 하나의 디스플레이 패널(110)에 공간적으로 적절히 분할 배치시켜야 하므로 제공하는 시점(광학뷰)의 수만큼 해상도 저하가 발생한다. 예를 들어, 시점(광학뷰)의 수가 n인 경우, 패턴부(151)와 비패턴부(153)를 1:n-1로 배치할 수 있다. n이 7인 경우, 패턴부(151)와 비패턴부(153)는 1:6의 폭으로 교번하여 배치되고, 각 시점(광학뷰)의 해상도는 원 영상(이미지)의 해상도의 1/7이다.
제어부(160)는 디스플레이 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 이를 위해, 제어부(160)는 CPU(central processing unit), 디스플레이 장치(100)의 동작을 위한 RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory)을 포함할 수 있다.
특히, 제어부(160)는 복수의 이미지 프레임을 디스플레이 패널(110)에 디스플레이하고, 이미지 프레임이 디스플레이되는 동안 프리즘 패널(120)의 구동 상태를 상이하게 제어한다.
이를 위해, 제어부(160)는 렌더링부(103)에서 렌더링된 서로 다른 시점의 복수의 광학뷰를 구성하는 서브 픽셀 값에 기초하여 디스플레이 패널(110)에 디스플레이할 다시점 영상(이미지)을 생성한다.
또한, 제어부(160)는 하나의 영상 프레임 구간 동안, 복수의 다시점 영상(이미지)을 디스플레이 패널(110)에 순차적으로 디스플레이한다. 즉, 제어부(160)는 복수의 다시점 이미지가 각각 상이한 픽셀 영역에서 제공하도록 제어한다. 이에 따라, 제어부(160)는 디스플레이 패널(110)이 복수의 다시점 영상(이미지)을 시분할 방식으로 순차적으로 디스플레이하도록 한다. 예를 들어, 6 상태의 영상(즉, m이 6 혹은 6 시점의 영상)이 동시에 각 광학뷰의 망막에 맺히는 것처럼 구동하는 경우, 제어부(160)는 한 프레임의 영상을 6 상태의 영상을 순차적으로 디스플레이하는 프레임 레이트(Frame rate)를 약 30Hz로 할 수 있다. 이 경우, 각 상태에 해당하는 타임 인터벌은 0.0055 초(=(1/30)*(1/6))로 조절할 수 있고, 이에 따라 뷰어는 6 상태의 영상이 디스플레이되는 시차를 거의 느끼지 못하고 6 배의 해상도의 증가를 경험할 수 있다.
또한, 제어부(160)는 다시점 영상(이미지)이 순차적으로 제공되는 동안, 광원부(140)로부터 프리즘 패널(120)로 제공되는 광의 경로가 상이하게 변경되도록 광경로 조절부(130)의 구동 상태를 상이하게 제어한다. 이에 따라, 광원부(140)로부터 제공되는 광이 디스플레이 패널(110)의 서로 다른 픽셀 영역으로 조사되도록 한다.
구체적으로, 제어부(160)는 디스플레이 패널(110)과 광경로 조절부(130)를 동기시켜, 디스플레이되는 필드 상태에 대응되게 광의 경로를 조절한다. 이에 따라, 광의 경로가 상이하게 변경되는 동안 광경로 조절부(130)는 패턴부(151)와 패턴부(151)에 인접한 다른 패턴부(151) 사이에 적어도 하나의 가상의 패턴부를 형성하게 된다. 즉, 각 필드가 순차적으로 디스플레이되는 동안, 각 필드의 상태에 대응되도록 광경로 조절부(130)가 광 경로를 조절하여, 가상의 패턴부에서 광이 나와 각 필드의 해당 서브 픽셀을 통과하는 것처럼 구동할 수 있다. 그러나, 가상의 패턴부는 설명의 편의를 위한 것으로, 광은 실제로 가상의 패턴부에서 제공되는 것이 아니라, 패턴부(151)에서 제공되어 광경로 조절부(130)에 의해 굴절율이 조절된다. 광경로 조절부(130)에 의해 굴절율이 조절된 광은 프리즘 패널(120)을 통과한 후, 디스플레이 패널(110)의 서로 다른 픽셀 영역으로 순차적으로 조사된다.
광학뷰(170)는 디스플레이 장치(100)에서 시청 영역에 있는 복수의 시점을 의미한다. 2 개의 광학뷰(170)에 좌안과 우안이 위치하면 입체시를 느낄 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스플레이 장치의 동작을 상세하게 설명한다.
광경로 조절부(130)는 제어부(160)에 의해 아날로그 전압이 인가되어 제1 및 제2 투명전극(131a,131b)에 전압차를 준다. 한편, 도 4a 내지 도 4b 는 설명의 편의를 위해 다시점 중 어느 하나의 시점과 어느 하나의 패턴부(151a)와 인접한 패턴부(151b) 사이에서 직진 또는 굴절하는 광을 예시한다. 제1 구간 내지 제m 구간은 하나의 이미지 프레임 구간을 분할한 것이다.
도 4a는 광경로 조절부(130)의 제1 상태를 나타낸다. 제어부(160)는 하나의 이미지 프레임 구간 중 제1 구간(time interval, T1) 동안 전극(131) 간의 전압차가 0이 되도록 인가한다. 이에 따라, 광이 어느 하나의 패턴부(151a)로부터 직진하며, 디스플레이 패널(110)의 제1 서브 픽셀(115) 영역에 조사되어 기 설정된 시청영역에 광학뷰를 형성하도록 제어한다.
이 경우, 제2 프리즘 어레이(113)의 액정의 굴절율은 ne가 될 수 있다. 이에 따라, 제2 프리즘 어레이(113)의 굴절율(ne)과 제1 프리즘 어레이(111)의 굴절율(ne)이 동일하여 빛의 굴절이 일어나지 않아서 광은 직진한다. 즉, 실제 패턴부(151a)를 통과한 광은 굴절하지 않고 직진하며, 디스플레이 패널(110)은 제1 서브 픽셀에 해당하는 이미지를 디스플레이한다. 이에 따라, 뷰어는 제1 서브 픽셀(115)에 해당하는 이미지를 볼 수 있다.
도 4b는 광경로 조절부(130)의 제2 상태를 나타낸다. 제어부(160)는 하나의 이미지 프레임 구간 중 제2 구간(time interval, T2) 동안 전극(131)에 제2 상태 전압을 인가하여 어느 하나의 패턴부(151a)로부터 통과한 광이 프리즘 패널(120)에서 굴절되어 제1 서브 픽셀(115)에 인접한 제2 서브 픽셀(117)에 조사되어 기설정된 시청영역에 광학뷰를 형성하도록 제어한다.
즉, 제2 타임 인터벌(T2) 동안 광경로 조절부(130)에 의해 전극(131) 간의 전압차가 ΔV1으로 되면, 제1 프리즘 어레이(111)와 제2 프리즘 어레이(113) 간의 굴절율의 차이가 Δn1이 되어 광은 굴절율 차이 Δn1에 대응되는 굴절각만큼 굴절하게 된다. 이에 따라, 실제 패턴부(151a)에서 발생한 광이 굴절율 차이 Δn1만큼 굴절하여 디스플레이 패널(110)로 조사되며, 뷰어는 제2 서브 픽셀(117)에 해당하는 이미지를 보게 된다. 즉, 뷰어는 실제 패턴부(151a)에 인접한 제1 가상 패턴부(155)에서 광이 직진한 것으로 인식할 수 있다. 이 경우, 디스플레이 패널(110)은 제2 서브 픽셀(117)에 해당하는 이미지를 디스플레이하고, 뷰어는 제2 서브 픽셀(117)에 해당하는 이미지를 볼 수 있다.
도 4c는 광경로 조절부(130)의 제m 상태를 나타낸다. 여기서 m은, 2보다 큰 자연수로 광경로 조절부(130)의 상태에 대한 개수이다. 제어부(160)는 하나의 이미지 프레임 구간 중 제m 구간(Tm) 동안 전극(131)에 제m 상태 전압을 인가하여 어느 하나의 패턴부(151a)로부터 통과한 광이 프리즘 패널(120)에서 굴절되어 제m-1 서브 픽셀(미도시)에 인접한 제m 서브 픽셀(119)에 조사되어 기설정된 시청영역에서 광학뷰룰 형성하도록 제어한다.
이 경우, 광경로 조절부(130)에 의해 전극(131) 간의 전압차가 ΔVm 이면, 제1 프리즘 어레이(111)와 제2 프리즘 어레이(113) 간의 굴절율의 차이가 Δnm이 되어 광은 굴절율 차이 Δnm에 대응되는 굴절각만큼 굴절하게 된다. 이에 따라, 실제 패턴부(151a)를 통과한 광이 굴절율 차이 Δnm 만큼 굴절하여 디스플레이 패널(110)로 조사되며, 뷰어는 제m 서브 픽셀(119)에 해당하는 이미지를 보게 된다. 즉, 뷰어는 실제 패턴부(151b)에 인접한 제m-1 가상 패턴부(155)에서 광이 직진한 것으로 인식할 수 있다. 이 경우, 디스플레이 패널(110)은 제m 서브 픽셀에 해당하는 이미지를 디스플레이하고, 뷰어는 제m 서브 픽셀(119)에 해당하는 이미지를 볼 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위해 가상의 패턴부(155,157)를 2개로 예시하였지만, 3개 이상으로 설정되는 것도 물론 가능하다. 만일 광경로 조절부(130)가 제1 내지 제4 상태까지 구현될 수 있다면, 즉 m이 4라면, 실제 패턴부(151a,151b) 사이에는 3 개의 가상의 패턴부가 생성된다. 이 경우, 가상의 패턴부의 중심 간 거리는 실제 패턴부(151a,151b) 사이 즉, 비패턴부(153)의 간격의 1/4로 설정된다.
한편, 광경로 조절부(130)가 구현할 수 있는 상태인 m의 최대값은 n이다. n은 패턴부(151a,151b) 사이의 피치에 의해 형성될 수 있는 시점(광학뷰)의 수이다. 따라서, 각 광학뷰의 해상도는 복수의 시점으로 m/n 배까지 증가될 수 있다. 예를 들어, 시점(광학뷰)의 수가 7이고 m 이 7이면 각 광학뷰의 해상도는 원 영상의 해상도와 동일하다.
또한, 7 개의 시점(광학뷰)을 가진 디스플레이 장치(100)에서 m이 2라면 각 광학뷰의 해상도는 2배로 증가한다. 이에 따라, 시점(광학뷰)을 2 배로 증가시킨 14개의 시점(광학뷰)을 가지더라도 해상도의 감소는 크지않게 된다. 물론 m이 7이라면 시점(광학뷰)을 14개로 증가키더라도 해상도의 감소는 원영상의 1/2에 불과하다. 이에 따라, 본 발명은 해상도의 감소를 최소화하면서 시역을 증가시킬 수 있다. 시역이 증가함에 따라, 각 시점에 해당하는 영상이 겹치는 영역(inverse stereoscopic zone)을 최소화시킬 수 있다. 또한, 뷰어는 보다 뎁스가 큰 영상을 넓은 영역에서 시청할 수 있게 되어 시선 이동의 제약 없이 입체감이 있고 화질이 개선된 영상을 즐길 수 있게 된다.
또한, 제어부(160)는 디스플레이 패널(110)이 서로 인접하는 적어도 두 개의 단위픽셀들이 서로 다른 시점의 영상을 시간 순서에 따라 순차적으로 디스플레이하도록 구동할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 단안으로도 입체시를 느낄 수 있도록 구동할 수 있다.
한편, 종래의 시분할을 이용한 3차원 영상 디스플레이 장치는 능동 광학 소자를 이용하여 해상도를 증가시켰다. 그러나, 이러한 구성은 능동 광학 소자와 다수의 포커싱 렌즈들로 구성되기 때문에, 영상 디스플레이 장치의 두께가 증가하여 경박단소화 되는 디스플레이 장치에 적용할 수 없는 한계점이 있다. 또한, 이 장치는 영상 투사 장치가 복수로 구성되어 그 구성과 동작이 복잡하여 실제 구현하는데 한계가 있었다.
그러나, 본 발명은 선광원 패턴 도광판(150)을 디스플레이 패널(110)의 후면에 배치하여, 그 두께를 줄임과 동시에 부피도 줄일 수 있다.
만일 m이 2 즉, 광경로 조절부(130)가 2 가지 상이한 굴절율로 전압을 순차적으로 제공한다면, 시점(광학뷰)의 증가에 의해 감소한 영상의 해상도는 2 배로 증가된다. 이 경우, 제1 프리즘 어레이(121)는 이등변 삼각형으로 형성될 수 있다.
이 경우, 제어부(160)는 하나의 이미지 프레임 구간 동안 제1 및 제2 투명전극(131a,131b)에 "off" 전압 및 "on" 전압을 교번적으로 인가하고, "off" 전압이 인가되는 상태에서는 디스플레이 패널(110)의 짝수 번째 서브 픽셀에 광이 조사되고, "on" 전압이 인가되는 상태에서는 디스플레이 패널(110)의 홀수 번째 서브 픽셀에 광이 조사되도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 광경로 조절부(130)가 제1 상태 즉, 인가되는 전압이 0인 "off" 상태라면, 제2 프리즘 어레이(113)의 굴절율(ne)과 제1 프리즘 어레이(111)의 굴절율(ne)이 동일하여 빛의 굴절이 일어나지 않아서 광은 직진한다. 즉, 실제 패턴부(151a)를 통과한 광은 굴절하지 않고 직진하며, 뷰어는 제1 서브 픽셀(115)에 해당하는 이미지를 볼 수 있다. 이 경우, 디스플레이 패널(110)은 "짝수 번째(even)" 프레임 이미지를 디스플레이한다.
광경로 조절부(130)가 제2 상태 즉, 제2 타임 인터벌 동안 전압이 인가되는 "on" 상태라면, 전극(131) 간의 전압차가 생겨 광은 소정의 굴절율 차이만큼 굴절하게 된다. 이에 따라, 뷰어는 실제 패턴부(151)의 양측에 인접한 2 개의 가상 패턴부(미도시)에서 광이 직진한 것으로 인식할 수 있다. 이 경우, 디스플레이 패널(110)은 "홀수 번째(odd)" 프레임 이미지를 디스플레이한다.
이러한 "even" 이미지와 "odd" 이미지는 각 광학뷰에 예를 들어 30Hz 이상의 프레임 레이트로 순차적으로 디스플레이되며, 이에 따라 뷰어는 시점의 수가 증가됨에 따라 해상도가 감소된 영상보다 해상도가 2배가 증가된 영상을 즐길 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)의 해상도가 m 배 증가되는 것을 나타내는 도면이다.
광경로 조절부(130)에 의해 하나의 이미지 프레임 구간 중 전압이 인가되지 않는 제1 구간 동안, 뷰어는 실제 패턴부(151a,151b)의 스트라이프에 해당하는 이미지만을 보게 된다. 하나의 이미지 프레임 구간 중 제2 구간 동안에는 실제 패턴부(151a,151b)에서 서브 픽셀의 간격만큼 쉬프트된 가상의 패턴부(155a,155b)의 스트라이프에 해당하는 이미지를 보게 된다. 하나의 이미지 프레임 구간 중 제m 구간 동안에는 실제 패턴부(151a,151b)에서 소정 거리 쉬프트된 가상의 패턴부(157)의 스트라이프에 해당하는 이미지를 보게 된다. 하나의 이미지 프레임 구간 동안, 제1 내지 제m 상태의 인터벌의 타임 시퀀스가 완료되며, 고속의 기 설정된 프레임 레이트로 디스플레이 패널(110)에서 광경로 조절부(130)와 동기되어 순차적으로 각 상태에 해당하는 이미지를 디스플레이하게 된다. 이에 따라, 뷰어는 다시점 영상에서 시점의 수가 증가됨에 따라 해상도가 감소된 영상보다 해상도가 m 배 증가된 해상도의 이미지를 시청할 수 있게 된다. 만일, 광학뷰의 수와 m이 동일하다면 뷰어는 원 영상의 이미지와 동일한 해상도의 이미지를 시청할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)가 2D/3D 모드로 전환 가능한 것을 나타내는 도면이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예와 대부분의 구성이 동일하며, 프리즘 패널(120)의 구성과 광경로 조절부(130)의 구동방법이 상이하다. 제2 실시예는 제1 실시예와 동일한 구성에 대하여 제1 실시예와 동일한 부재번호를 부여하였다. 제2 실시예는 제1 실시예와 상이한 구성을 중심으로 설명한다.
제2 실시예의 경우, 프리즘 패널(120)은 제1 프리즘 어레이(125)는 단면이 이등변 삼각형의 형상이다. 액정층으로 구성되는 제2 프리즘 어레이(123)도 제1 프리즘 어레이(125)에 대응되게 그 단면이 이등변 삼각형의 형상으로 구현될 수 있다. 제1 프리즘 어레이(125)가 이등변 삼각형의 형상을 가지는 경우, 각 실제 패턴부(151a,151b,151c)의 양측에 한 쌍의 가상의 패턴부(152,154,156)가 실제 패턴부(151a,151b,151c)와 순차적으로 형성될 수 있다. 한편, 제2 실시예에서 제1 프리즘 어레이(125)를 톱니 모양으로 구현할 수 있으며, 2D 모드를 위한 일정하게 광을 조사할 수 있다면 제1 프리즘 어레이(125)의 형태가 변형되어도 무방하다.
이 경우, 제어부(160)는 하나의 이미지 프레임 구간 동안 광 경로 조절부(130)의 구동 속도를 기설정된 속도 이상으로 증가시켜, 복수의 패턴부를 통과하는 광이 디스플레이 패널(110)을 구성하는 모든 서브 픽셀들에 조사되어 2D 영상을 제공하는 2D 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(160)는 광경로 조절부(130)를 제어하여, 투명전극(131)으로 인가되는 전압을 변화시켜 프리즘 패널(120)의 제2 프리즘 어레이(123)의 굴절율의 차이를 0에서 기설정된 값까지 변화시킨다. 이에 따라, 가상의 패턴부(152,154,156)가 복수로 형성되고, 뷰어(180)는 선광원 패턴 도광판(150)의 끊임없이 스캔된 이미지를 보게 된다. 만일 스캐닝 속도가 충분히 높다면, 뷰어(180)는 광원부(140)에서 일정하게 조사되는 광을 볼 수 있다. 이에 따라, 영상 디스플레이 장치(100)는 2D 모드로 구동할 수 있으며, 2D/3D 모드의 전환이 자유롭게 구현될 수 있다.
제어부(160)는 유저 인터페이스(User interface)를 통해 입력되는 2D/3D 모드선택 신호 또는 입력 영상신호로부터 추출된 2D/3D 식별코드에 응답하여 2D 모드 또는 3D 모드로 디스플레이 패널(110), 광경로 조절부(130) 및 광원부(140)를 제어한다. 제어부(160)는 2D 모드에서 2D 데이터 포맷의 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동회로에 공급한다. 3D 모드에서 제어부(160)는 3D 영상 데이터를 데이터 구동회로에 공급한다.
제2 실시예에 의해, 본 발명의 영상 디스플레이 장치(100)는 2D 광원부(미도시)를 3D 광원부(140)에 따로 적층하여 배치할 필요가 없다. 이에 따라, 영상 디스플레이 장치(100)의 경박화를 구현할 수 있고, 누설광에 의한 크로스 톡을 방지할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예는 제1 실시예와 대부분의 구성이 대응하며, 프리즘 패널(220)과 광경로 조절부(230)의 구성이 상이하다. 제3 실시예는 제1 실시 예와 대응하는 구성에 대하여 제1 실시 예와 대응하는 부재번호를 부여하였다. 제3 실시 예는 제1 실시 예와 상이한 구성을 중심으로 설명한다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 디스플레이 장치(200)는 영상 입력부(201), 렌더링부(203), 디스플레이 패널(210), 프리즘 패널(220), 광경로 조절부(230), 광원부(240), 선광원 패턴 도광판(250), 제어부(260), 제1 및 제2광(270,280) 및 광학뷰(290)를 포함한다.
프리즘 패널(220)은 제2 실시 예와 마찬가지로 제1 프리즘 어레이(221)는 단면이 이등변 삼각형의 형상이다. 제2 프리즘 어레이(223)도 제1 프리즘 어레이(221)에 대응되게 그 단면이 이등변 삼각형의 형상으로 구현될 수 있다. 제3 실시 예의 경우는 시점의 수가 증가됨에 따라 해상도가 감소된 영상에 비해 2 배로 해상도를 높이기 위한 것이다. 따라서, 제1 프리즘 어레이(221)는 3 배 이상의 해상도를 높이기 위한 구성인 톱니 모양의 프리즘을 구현할 필요가 없다.
제1 어레이(221)는 광학적으로 투명한 물질로 만들어지며, 제1 프리즘 어레이(221)의 굴절율은 no로 설계될 수 있다. 제2 프리즘 어레이(223)는 액정 폴리머층으로서, 제1 프리즘 어레이(221)의 상부에 적층된다. 제2 프리즘 어레이(223)는 굴절율이 no 및 ne를 가진 복굴절 물질로 제조된다. 즉, 제2 프리즘 어레이(223)는 광의 편광 여하에 따라 다른 굴절율을 갖는 광학적 이방성 물질로 이루어진다. 예를 들어, 제2 프리즘 어레이(223)는 액정 디스플레이에 사용되는 액정과 폴리머를 혼합한 액정 폴리머(Liquid Crystal Polymer)로 형성될 수 있다. 제2 프리즘 어레이(223)의 굴절율은 제1 방향(↕)으로 편광된 광에 대하여 제1 프리즘 어레이(221)와 상이한 굴절율을 가지며, 제2 방향(↔)으로 편광된 광에 대하여 제1 프리즘 어레이(221)와 같은 굴절율을 가진다. 한편, 본 실시예에서 원하는 방향으로 광의 굴절방향을 조절할 수 있다면, 제1 프리즘 어레이(221)와 제2 프리즘 어레이(223)의 위치를 바꾸어 배치하는 것도 물론 가능하다.
제3 실시 예에서는 광경로 조절부(230)는 디스플레이 패널(210)과 프리즘 패널(220) 사이에 배치되는 편광 전환장치로 구현된다. 또한, 제어부(260)는 하나의 이미지 프레임 구간 동안 편광 전환장치(230)의 편광 상태를 교번적으로 상이하게 조절하며, 제1 편광 상태에서는 제1 편광 방향의 광이 편광 전환장치(230)를 투과하여 제1 및 제2 서브 픽셀 영역(215,219)에 조사되고, 제2 편광 상태에서는 제2 편광 방향의 광이 편광 전환장치(230)를 투과하여 제1 및 제2 서브 픽셀 영역(215,219) 사이의 제3 서브 픽셀 영역(217)에 조사되도록 제어한다.
구체적으로, 편광 전환장치(230)는 전압의 "on" 상태와 "off" 상태가 교번하도록하여 통과하는 광의 편광 방향을 조절한다. 본 실시 예에서는 편광 전환장치(230)가 "on" 상태인 제1 편광상태일 경우 광의 편광방향은 변하지 않고, 편광 전환장치(230)가 "off" 상태인 제2 편광상태일 경우 광의 편광 방향은 원편광 방향과 직교하도록 광의 편광방향을 변경한다. 그러나, 편광 전환장치(230)가 "on" 상태일 때, 광의 편광 방향이 변하도록 설계하는 것도 물론 가능하다.
도 7a는 편광 전환장치(230)가 "on" 상태인 제1 편광상태를 나타낸다. 패턴부(251)에서 발광한 광은 제1 방향(↕)으로 편광된 제1 광(280)과, 제1 광(280)의 편광방향과 직교하는 제2 방향(↔)으로 편광된 제2 광(270)으로 구분된다. 제1 광은(280)은 제1 방향(↕)으로 편광되었으므로 프리즘 패널(220)을 소정의 굴절각으로 통과한다. 제2 광(270)은 제2 방향(↔)으로 편광되었으므로 프리즘 패널(220)을 굴절 없이 직진으로 통과한다.
프리즘 패널(220)을 통과한 제1 및 제2 광(270,280)들은 편광 전환장치(230)를 통과하는데, 편광 전환장치(230)가 "on" 상태이므로 편광의 방향은 변하지 않는다. 따라서, 제1 방향(↕)으로 편광된 제1 광(280)은 디스플레이 패널(210)을 통과하여 이미지를 디스플레이한다. 제2 방향(↔)으로 편광된 제2 광(270)은 편광자(211)을 통과하지 못하고 흡수된다. 이에 따라, 제1 광(280)은 제1 및 제3 픽셀(215,219)의 이미지를 디스플레이하며, 뷰어는 제1 광(280)이 가상의 패턴부(미도시)들로부터 조사된 것으로 인식하게 된다.
도 7b는 편광 전환장치(230)가 "off" 상태인 제2 편광상태인 경우를 나타낸다. 도 6b는 대부분의 구성이 도 7a와 동일하며, 편광 전환장치(230)의 상태가 상이하다. 도 7b는 도 7a와 동일한 구성에 대하여 동일한 부재번호를 부여하였다. 도 7b는 도 7a와 상이한 구성을 중심으로 설명한다.
프리즘 패널(220)을 통과한 제1 및 제2 광(270,280)들은 편광 전환장치(230)를 통과하는데, 편광 전환장치(230)가 "off" 상태이므로 편광의 방향은 입사광의 편광 방향에 대하여 직교하도록 변한다. 따라서, 제1 방향(↕)으로 편광된 제1 광(280)은 제2 방향(↔)으로 편광된다. 제2 방향(↔)으로 편광된 제2 광(270)은 제1 방향(↕)으로 편광된다. 이에 따라, 제1 광(280)은 디스플레이 패널(210)을 통과하지 못하고, 제2 광(270)이 디스플레이 패널(210)을 통과하여 이미지를 디스플레이한다. 이에 따라, 뷰어는 제2 광(270)이 실제의 패턴부(251)로부터 조사된 것으로 인식하게 된다.
본 발명의 제3 실시예는 편광 전환장치(230)가 하나의 프레임 구간 동안 "on", "off" 상태를 한 번씩 구동하게 된다. 구체적으로, 편광 전환장치(230)가 "on"상태일 경우, 디스플레이 패널(210)은 패턴부(251)의 양측에 형성되는 2 개의 가상의 패턴부(미도시)로부터 2 개의 "홀수 번째(odd)" 서브 픽셀(215,219)을 동시에 디스플레이한다. 편광 전환장치(230)가 "off" 상태일 경우, 디스플레이 패널(210)은 패턴부(251)로부터 1개의 "짝수 번째(even)" 서브 픽셀(217)을 디스플레이한다. 이 경우, 제어부(260)는 편광 전환장치(230)와 디스플레이 패널(210)이 동기되도록 제어하며, 각 뷰의 해상도는 시점의 수가 증가함에 따라 감소한 영상의 해상도보다 2배로 증가하게 된다.
이하, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
우선, 입력된 영상의 뎁스에 기초하여 서로 다른 시점을 갖는 복수의 뷰를 렌더링한다.
이어서, 렌더링된 복수의 뷰를 구성하는 픽셀 값에 기초하여 복수의 다시점 영상을 생성한다(S810).
이후, 하나의 이미지 프레임 구간 동안, 생성된 복수의 다시점 이미지를 디스플레이 패널에 순차적으로 디스플레이한다(S820).
여기서, 디스플레이 장치는 디스플레이 패널, 디스플레이 패널의 후면에 배치되는 프리즘 패널, 프리즘 패널의 적어도 일면에 배치되어 프리즘 패널에 아날로그 전압을 인가하는 광경로 조절부, 프리즘 패널의 후면에 배치되는 선광원 패턴 도광판, 선광원 패턴 도광판의 후면에 배치되는 광원부를 포함한다.
또한, 다시점 이미지를 순차적으로 디스플레이하는 단계(S820)는 복수의 다시점 이미지가 순차적으로 제공되는 동안, 광원부로부터 선광원 패턴 도광판을 통해 프리즘 패널로 제공되는 광의 경로가 상이하게 변경되도록 광경로 조절부의 구동상태를 상이하게 제어한다. 이에 따라, 광원부로부터 제공되는 광이 디스플레이 패널의 서로 다른 픽셀 영역으로 조사되도록 할 수 있다.
여기서, 디스플레이 패널은 광경로 조절부의 아날로그 전압에 동기되어 서로 다른 m 개의 순차적인 다시점 이미지를 디스플레이하며, m≤n(n은 시점들의 수)을 만족할 수 있다. 또한, 각 광학뷰들의 해상도는 m/n일 수 있다.
또한, 복수의 다시점 이미지를 순차적으로 디스플레이하는 단계(S820)는, 하나의 이미지 프레임 구간 중 제1 구간에서, 제1 및 제2 투명전극에 제1 상태 전압을 인가하여 광이 패턴부 중 적어도 일부로부터 직진함에 따라 디스플레이 패널의 제1 서브 픽셀에 조사되어 기설정된 시청 영역에 광학뷰를 형성하고,
제2 구간에서, 제1 및 제2 투명전극에 제2 상태 전압을 인가하여 패턴부 중 적어도 일부로 통과한 광이 프리즘 패널에서 굴절되어 제1 서브 픽셀에 인접한 제2 서브 픽셀에 조사되어 기설정된 시청 영역과 동일한 시청 영역에 광학뷰를 형성하고,
제m 구간에서, 제1 및 제2 투명전극에 제m 상태 전압을 인가하여 패턴부 중 적어도 일부로 통과한 광이 프리즘 패널에서 굴절되어 제m-1 서브 픽셀에 인접한 제m 서브 픽셀에 조사되어 기설정된 시청 영역과 동일한 시청 영역에 광학뷰를 형성할 수 있다.
또한, 복수의 다시점 이미지를 순차적으로 디스플레이하는 단계는, 하나의 이미지 프레임 구간 동안 제1 및 제2 투명전극에 “OFF” 전압 및 "ON" 전압을 교번적으로 인가하고, "OFF" 전압이 인가되는 상태에서는 디스플레이 패널의 짝수 번째 서브 픽셀에 광이 조사되고, "ON" 전압이 인가되는 상태에서는 디스플레이 패널의 홀수 번째 서브 픽셀에 광이 조사되도록 할 수 있다.
또한, 디스플레이 장치의 제어 방법은 하나의 이미지 프레임 구간 동안, 광 경로 조절부의 구동속도를 기설정된 속도 이상으로 증가시켜, 복수의 패턴부를 통과하는 광이 디스플레이 패널을 구성하는 모든 서브 픽셀들에 조사되어 2D 영상을 제공하는 2D 모드로 동작하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치(900)는 디스플레이 패널(910), 프리즘 패널(920), 프리즘 패널 구동부(930) 및 제어부(940)를 포함한다.
디스플레이 패널(910)은 각각 복수의 서브 픽셀로 구성된 복수의 픽셀을 포함한다.
구체적으로, 디스플레이 패널(910)은 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀들 각각은 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 서브 픽셀들을 포함한다. 예를 들어, 각 픽셀은 R(red), G(green), B(blue) 서브 픽셀로 구성되거나, R, G, B, W(white) 서브 픽셀로 구성될 수 있다.
한편, 디스플레이 패널(910)은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(910)은 액정 디스플레이 패널, OLED 디스플레이 패널 등으로 구현될 수 있다.
이 경우, 디스플레이 장치(900)는 디스플레이 패널(910)의 구현 방식에 따라 부가적인 구성을 추가적으로 포함할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 패널(910)이 액정 방식인 경우, 디스플레이 장치(900)는 액정 디스플레이 패널(즉, LCD 패널)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(미도시) 및 액정 디스플레이 패널에 영상 데이터를 디스플레이하기 위한 구동 회로(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 구성 요소는 제어부(940)에 의해 제어될 수 있다.
여기에서, 구동 회로(미도시)는 영상 데이터에 대한 픽셀 데이터를 아날로그 감마 전압으로 변환하여 데이터 전압을 생성하고, 데이터 전압을 데이터 라인들에 공급한다. 그리고, 구동 회로(미도시)는 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스를 생성하고, 게이트 펄스를 쉬트프시키면서 게이트 라인에 순차적으로 공급한다.
한편, 데이터 라인들과 게이트 라인들이 교차하는 지점들 각각에는 픽셀들이 위치하며, 픽셀들 각각을 구성하는 서브 픽셀들에는 TFT(Thin Film Transistor)와 TFT에 연결된 화소 전극이 마련될 수 있다. TFT는 게이트 펄스에 응답하여 턴-온되고 데이터 라인을 통해 공급되는 데이터 전압을 화소 전극에 전달한다.
이와 같은 방식에 따라, 각 서브 픽셀에는 영상 데이터에 대한 서브 픽셀 데이터가 기입되어, 그에 대응되는 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 데이터가 8 비트이고, 하나의 픽셀을 통해 화이트를 표현하는 경우, 해당 픽셀을 구성하는 R,G,B 서브 픽셀 각각에는 255 계조 값에 대응되는 서브 픽셀 데이터가 기입되어, 255 계조 값에 대응되는 서브 픽셀 값이 디스플레이될 수 있다.
한편, 상술한 예는 디스플레이 패널(910)이 액정 방식으로 구현되는 경우를 설명한 것으로 이는 일 예일 뿐이며, 디스플레이 패널(910)은 그 구현 방식에 따라 다양한 방법으로 영상 데이터를 디스플레이할 수 있다.
프리즘 패널(920)은 디스플레이 패널(910)의 일 측에 배치되며, 프리즘 어레이 및 액정을 포함한다.
구체적으로, 프리즘 패널(920)은 디스플레이 패널(910)의 전면(즉, 영상이 표시되는 면)에서 기설정된 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 프리즘 패널(920)은 디스플레이 패널(910)과 뷰어 사이에 배치될 수 있다.
그리고, 프리즘 패널(910)은 프리즘 어레이 및 액정을 포함하는데, 이하에서는 도 10을 참조하여 프리즘 패널(910)의 구조에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 10을 참조하면, 프리즘 패널(920)은 2 개의 전도성 레이어들(921, 923)(conductive layers) 및 2 개의 전도성 레이어들(921, 923) 사이에 배치된 프리즘 어레이(925)(prism array)를 포함한다.
전도성 레이어들(921, 923)은 광학적으로(optically) 투명한 물질로 구현되며, 제1 전도성 레이어(921)는 프리즘 어레이(925)의 상측에 배치되고, 제2 전도성 레이어(923)는 프리즘 어레이(925)의 하측에 배치된다.
프리즘 어레이(925)는 특정한 굴절율(예를 들어, np(=ne))을 가지며 광학적으로 투명한 물질로 구현된다. 또한, 프리즘 어레이(925)의 각 프리즘은 기설정된 경사각을 갖는 톱니 모양(saw tooth)이고, 각 프리즘의 높이는 충분히 높은 스위칭 스피드를 유지하기 위해 대략 10 ㎛이거나 그 보다 작을 수 있다(가령, 3~5 ㎛). 다만, 경우에 따라, 프리즘은 이등변 삼각형(isosceles triangle) 형상을 가질 수도 있다.
한편, 프리즘 어레이(925)와 전도성 레이어 사이의 공간, 구체적으로는, 프리즘 어레이(925)와 제1 전도성 레이어(921) 사이의 공간은 복굴절 특성을 갖는 액정(birefringent Liquid crystal)으로 채워진다. 설명의 편의를 위해, 복수의 프리즘으로 구성된 프리즘 어레이(925)를 제1 프리즘 어레이(925)라 하고, 액정으로 채워진 액정층(927)을 제2 프리즘 어레이(927)라 칭하도록 한다.
제1 프리즘 어레이(925)는 특정한 굴절율을 갖지만, 제2 프리즘 어레이(927)에 채워진 액정은 인가되는 전계(electrical field)의 변화에 따라 굴절율이 변경된다. 이에 따라, 프리즘 패널(920)에 인가되는 전압에 따라 제1 프리즘 어레이(925)와 제2 프리즘 어레이(927) 사이의 굴절율 차이가 발생하고, 굴절율 차이에 따라 프리즘 패널(920)을 통과하는 광의 굴절각은 변경될 수 있다. 이와 같이, 프리즘 패널(920)은 인가되는 전압에 따라 굴절각을 변경시킨다는 점에서, 프리즘 패널(920)은 스위쳐블 프리즘 어레이(switchable prism array)라 할 수 있다.
도 9로 돌아와서, 프리즘 패널 구동부(930)는 프리즘 패널(920)에 전압을 인가한다. 이러한 동작은 제어부(940)에 의해 제어될 수 있다.
이 경우, 프리즘 패널 구동부(930)는 제1 프리즘 어레이(925)와 제2 프리즘 어레이(927)에 채워진 액정 사이의 굴절율 차이가 기설정된 값이 되도록 하는 레벨의 전압을 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다.
구체적으로, 프리즘 패널(920)에 전압이 인가되면, 제1 전도성 레이어(921)와 제2 전도성 레이어(923) 사이의 전압 차가 발생하고, 그에 따라 제2 프리즘 어레이(927)에 채워진 액정의 굴절율은 변경된다. 즉, 인가되는 전계의 변화에 따라 직선 편광(linearly polarized light)에 대한 액정의 굴절율은 ne~no의 범위 내에서 변경되므로, 인가되는 전계의 변화에 따라 액정의 방향(director orientation)은 전도성 레이어들(921, 923)과 평행한 방향에서 수직한 방향으로 변경될 수 있다.
이에 따라, 프리즘 패널 구동부(930)는 프리즘 패널(920)에 기설정된 레벨의 전압을 인가하여, 액정과 제1 프리즘 어레이(925)를 구성하는 물질의 편광에 대한 굴절율 차이가 기설정된 값이 되도록 할 수 있다.
예를 들어, 프리즘 패널 구동부(830)는 액정의 굴절율이 n0이 되도록 하는 제1 레벨의 전압(V0)을 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다. 제1 프리즘 어레이(925)를 구성하는 광학적 물질의 굴절율은 np이므로, 제1 레벨의 전압이 프리즘 패널(920)에 인가되는 경우, 제1 프리즘 어레이(925)의 굴절율과 액정의 굴절율은 동일해지며, 이들의 굴절율 차이는 0(=Δn0(=np-n0))이 된다.
이와 같이, 프리즘 패널 구동부(930)는 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 0이 되도록 하는 제1 레벨의 전압을 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다. 그리고, 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 0인 경우, 프리즘 패널(920)의 상태를 zero state라 할 수 있다.
또한, 프리즘 패널 구동부(930)는 액정의 굴절율이 n1이 되도록 하는 제2 레벨의 전압(V1)을 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다. 여기에서, n1＜n0이다. 제1 프리즘 어레이(925)를 구성하는 광학적 물질의 굴절율은 np이므로, 제2 레벨의 전압이 프리즘 패널(920)에 인가되는 경우, 제1 프리즘 어레이(925)과 액정 사이의 굴절율 차이는 Δn1(=np-n1)이 된다.
이와 같이, 프리즘 패널 구동부(930)는 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 Δn1이 되도록 하는 제2 레벨의 전압을 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다. 그리고, 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 Δn1인 경우, 프리즘 패널(920)의 상태를 first state라 할 수 있다.
또한, 프리즘 패널 구동부(930)는 액정의 굴절율이 n2이 되도록 하는 제3 레벨의 전압(V2)을 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다. 여기에서, n2＜n1이다. 제1 프리즘 어레이(925)를 구성하는 광학적 물질의 굴절율은 np이므로, 제3 레벨의 전압이 프리즘 패널(920)에 인가되는 경우, 제1 프리즘 어레이(925)과 액정 사이의 굴절율 차이는 Δn2(=np-n2)이 된다.
이와 같이, 프리즘 패널 구동부(930)는 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 Δn2이 되도록 하는 제3 레벨의 전압을 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다. 그리고, 제1 프리즘 어레이(825)와 액정 사이의 굴절율 차이가 Δn2인 경우, 프리즘 패널(920)의 상태를 second state라 할 수 있다.
이와 마찬가지로, 프리즘 패널 구동부(930)는 액정의 굴절율이 nN -1이 되도록 하는 제N 레벨의 전압(VN - 1)을 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다. 여기에서, nN -1＜nN-2이다. 제1 프리즘 어레이(925)를 구성하는 광학적 물질의 굴절율은 np이므로, 제N 레벨의 전압이 프리즘 패널(920)에 인가되는 경우, 제1 프리즘 어레이(925)과 액정 사이의 굴절율 차이는 ΔnN -1(=np-nN - 1)이 된다.
이와 같이, 프리즘 패널 구동부(930)는 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 ΔnN -1이 되도록 하는 제N 레벨의 전압을 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다. 그리고, 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 ΔnN -1인 경우, 프리즘 패널(920)의 상태를 N-1th state라 할 수 있다.
이들 경우에서, 제1 전압 레벨 ＜ 제2 전압 레벨 ＜ ... ＜ 제N 전압 레벨이다.
결국, 프리즘 패널 구동부(930)는 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 (0,Δn1,Δn2,..., ΔnN - 1)이 되도록 하는 제1 내지 제N 레벨의 전압을 각각 프리즘 패널(920)에 인가할 수 있다.
여기에서, N은 하나의 픽셀을 구성하는 서브 픽셀들의 개수와 동일한 값이다. 예를 들어, 하나의 픽셀이 3 개의 서브 픽셀(즉, R,G,B 서브 픽셀)로 구성되는 경우, N=3이고, 하나의 픽셀이 4 개의 서브 픽셀(즉, R,G,B,W 서브 픽셀)로 구성되는 경우, N=4이다.
한편, 제어부(940)는 디스플레이 장치(900)의 전반적인 동작을 제어한다. 이를 위해, 제어부(940)는 CPU(central processing unit), 디스플레이 장치(900)의 동작을 위한 RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory)을 포함할 수 있다.
특히, 제어부(940)는 복수의 이미지 프레임을 디스플레이 패널(910)에 디스플레이하고, 이미지 프레임이 디스플레이되는 동안 프리즘 패널(920)의 구동 상태를 상이하게 제어한다.
구체적으로, 제어부(940)는 이미지 프레임을 서브 픽셀의 개수에 기초하여 복수의 이미지 프레임(또는, 복수의 서브 이미지 프레임)으로 구분할 수 있다. 즉, 제어부(940)는 영상 데이터를 구성하는 복수의 이미지 프레임 각각을 서브 픽셀의 개수만큼의 이미지 프레임으로 구분할 수 있다.
구체적으로, 제어부(940)는 이미지 프레임을 픽셀 라인 단위로 구분하고, 픽셀 라인 단위로 구분된 이미지 프레임의 부분들을 이용하여 이미지 프레임을 서브 픽셀의 개수만큼의 이미지 프레임으로 구분할 수 있다.
이하에서는 도 11을 참조하여 하나의 픽셀이 3 개의 서브 픽셀(즉, R,G,B 서브 픽셀)로 구성되는 경우를 일 예로 하여, 이미지 프레임을 복수의 이미지 프레임으로 구분하는 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 11을 참조하면, 제어부(940)는 이미지 프레임(1110)을 열 방향의 픽셀 라인 단위로 구분할 수 있다. 이에 따라, 이미지 프레임은 각 픽셀 라인에 대응되는 이미지 프레임 부분들로 구분될 수 있다.
그리고, 제어부(940)는 각 픽셀 라인에 대응되는 이미지 프레임 부분들을 이용하여, 이미지 프레임을 3 개의 이미지 프레임으로 구분할 수 있다.
구체적으로, 도 11과 같이, 제어부(940)는 1 번째, 4 번째, 7 번째,... 픽셀 라인에 대응되는 이미지 프레임 부분을 결합하여 하나의 이미지 프레임(1120)을 생성하고, 2 번째, 5 번째, 8 번째,... 픽셀 라인에 대응되는 이미지 프레임 부분을 결합하여 하나의 이미지 프레임(1130)을 생성하고, 3 번째, 6 번째, 9 번째,... 픽셀 라인에 대응되는 이미지 프레임 부분을 결합하여 하나의 이미지 프레임(1140)을 생성할 수 있다.
이와 같은 방법에 따라, 제어부(940)는 이미지 프레임(1110)을 3 개의 이미지 프레임(1120, 1130, 1140)으로 구분할 수 있다. 여기에서, 영상 데이터를 구성하는 이미지 프레임이 고해상도 이미지인 경우, 구분된 이미지 프레임 각각은 저해상도 이미지가 될 수 있다.
한편, 제어부(940)는 복수의 이미지 프레임 각각에 대한 서브 픽셀 값들을 쉬프트하면서 디스플레이하도록 디스플레이 패널(910)을 제어하고, 서브 픽셀 값들이 쉬프트되어 디스플레이되는 동안 프리즘 패널(920)에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되도록 프리즘 패널 구동부(930)를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 프리즘 패널(920)에 제1 내지 제N 레벨의 전압이 각각 인가되면, 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이는 (0,Δn1,Δn2,..., ΔnN -1)이 된다.
여기에서, 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 0인 경우, 디스플레이 패널(910)에서 출력된(즉, emitted) 광은 프리즘 패널(920)에 의해 굴절되지 않고 직진하게 된다.
하지만, 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 존재하는 경우, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 프리즘 패널(920)에 의해 굴절율 차이에 대응되는 굴절각만큼 굴절되어 진행 방향(propagation direction)이 변경된다.
구체적으로, 굴절율 차이가 n1인 경우 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 n1에 대응되는 굴절각만큼 굴절되고, 굴절율 차이가 n2인 경우 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 n2에 대응되는 굴절각만큼 굴절되고, 굴절율 차이가 n3인 경우 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 n3에 대응되는 굴절각만큼 굴절되고,..., 굴절율 차이가 nN -1인 경우 디스플레이 패널(810)에서 출력된 광은 nN -1에 대응되는 굴절각만큼 굴절된다.
여기에서, 제1 프리즘 어레이(925)와 액정 사이의 굴절율 차이가 클수록 굴절각은 커지게 된다. 즉, 굴절율 차이의 상대적인 크기는 Δn1＜Δn2＜...＜ΔnN -1이므로, 굴절각의 상대적인 크기는 굴절율 차이가 Δn1인 경우의 기설정된 제1 굴절각 ＜ 굴절율 차이가 Δn2인 경우의 기설정된 제2 굴절각 ＜... ＜ 굴절율 차이가 ΔnN-1인 경우의 기설정된 제N-1 굴절각이 된다.
한편, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 굴절되는 경우, 시청 거리(즉, 디스플레이 패널(910)로부터 특정한 거리만큼 떨어진 위치)에 존재하는 뷰어는 굴절각에 따라 서로 다른 색상의 서브 픽셀을 볼 수 있다.
예를 들어, 도 12와 같이, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 프리즘 패널(920)에 의해 굴절되지 않는 경우, 뷰어는 B 서브 픽셀(Blue SP(sub pixel), 1210)을 볼 수 있다. 하지만, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 특정한 굴절각으로 굴절되는 경우, 뷰어는 다른 색상의 서브 픽셀을 볼 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(810)에서 출력된 광이 프리즘 패널(920)에 의해 굴절각 θ1만큼 굴절되는 경우, 뷰어는 G 서브 픽셀(Green SP, 1220)을 보게 된다. 또한, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 프리즘 패널(920)에 의해 굴절각 θ2만큼 굴절되는 경우, 뷰어는 R 서브 픽셀(Red SP, 1230)을 보게 된다.
이러한 점에 기초하여, 본 발명에서는 고해상도 영상을 뷰어에게 제공하기 위해, 프리즘 패널(920)에 인가되는 전압 레벨을 조정하여 뷰어에게 특정한 서브 픽셀을 순차적으로 제공하는 동시에 프리즘 패널(920)에 인가되는 전압 레벨에 따라 뷰어에게 제공되는 서브 픽셀에 이미지 프레임에 대한 픽셀의 서로 다른 서브 픽셀 값을 디스플레이하게 된다.
이하에서는, 도 13 내지 도 16을 참조하여, 각 픽셀이 R,G,B 서브 픽셀로 구성되고 이미지 프레임이 3 개의 이미지 프레임(즉, 제1 내지 제3 이미지 프레임)으로 구분되는 경우를 가정하여 고해상도 영상을 제공하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 도 13과 같이, 제어부(940)는 프리즘 패널(920)에 특정한 시간(t1) 동안 제1 레벨의 전압이 인가되도록 프리즘 패널 구동부(930)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 프리즘 패널(920)에 의해 제1 굴절각으로 굴절될 수 있다.
여기에서, 제1 전압 레벨은 액정의 굴절율을 제1 프리즘 어레이(925)의 굴절율과 동일하게 하는 전압 레벨로, 예를 들어, 0[V]일 수 있다. 따라서, 제1 굴절각은 0이고, 제1 굴절각으로 굴절된다는 것은 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 굴절되지 않고 직진하는 것으로 해석될 수 있다.
이와 같이, 프리즘 패널(920)에 제1 레벨의 전압이 인가되어 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 프리즘 패널(920)에 의해 제1 굴절각으로 굴절되는 경우, 제어부(940)는 제1 굴절각에 대응되는 제1 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제1 굴절각에 대응되는 제2 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제1 굴절각에 대응되는 제3 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
여기에서, 제1 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들은 디스플레이 패널(910)을 구성하는 복수의 서브 픽셀들 중에서 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 프리즘 패널(920)에 의해 제1 굴절각만큼 굴절될 때 시청 거리에 포커싱되는 서브 픽셀들을 의미하며, 이들은 시청 거리 및 제1 굴절각에 기초하여 기정의되어 있을 수 있다.
예를 들어, 도 13과 같이, 제어부(940)는 제1 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들 중 R 서브 픽셀(1310)에 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값들 중 R 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제1 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들 중 G 서브 픽셀(1320)에 제2 이미지 프레임을 표현하기 위한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값들 중 G 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제1 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들 중 B 서브 픽셀(1330)에 제3 이미지 프레임을 표현하기 위한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값들 중 B 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
또한, 도 14와 같이, 제어부(940)는 프리즘 패널(920)에 특정한 시간(t2) 동안 제2 레벨의 전압이 인가되도록 프리즘 패널 구동부(930)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 프리즘 패널(920)에 의해 제2 굴절각으로 굴절될 수 있다.
이 경우, 제2 전압 레벨은 액정과 제1 프리즘 어레이(925) 사이의 굴절율 차이가 Δn1이 되도록 하는 전압 레벨이다. 따라서, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 프리즘 패널(920)에 의해 Δn1에 대응되는 굴절각만큼 굴절될 수 있다.
이와 같이, 프리즘 패널(920)에 제2 레벨의 전압이 인가되어 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 프리즘 패널(920)에 의해 제2 굴절각으로 굴절되는 경우, 제어부(940)는 제2 굴절각에 대응되는 제4 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제2 굴절각에 대응되는 제5 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제2 굴절각에 대응되는 제6 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
여기에서, 제2 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들은 디스플레이 패널(910)을 구성하는 복수의 서브 픽셀들 중에서 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 프리즘 패널(920)에 의해 제2 굴절각만큼 굴절될 때 시청 거리에 포커싱되는 서브 픽셀들을 의미하며, 이들은 시청 거리 및 제2 굴절각에 기초하여 기정의되어 있을 수 있다.
예를 들어, 도 14와 같이, 제어부(840)는 제2 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들 중 G 서브 픽셀(1410)에 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값들 중 G 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제2 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들 중 B 서브 픽셀(1420)에 제2 이미지 프레임을 표현하기 위한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값들 중 B 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제2 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들 중 R 서브 픽셀(1430)에 제3 이미지 프레임을 표현하기 위한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값들 중 R 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
또한, 도 15와 같이, 제어부(940)는 프리즘 패널(920)에 특정한 시간(t3) 동안 제3 레벨의 전압이 인가되도록 프리즘 패널 구동부(930)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 프리즘 패널(920)에 의해 제3 굴절각으로 굴절될 수 있다.
이 경우, 제3 전압 레벨은 액정과 제1 프리즘 어레이(925) 사이의 굴절율 차이가 Δn2이 되도록 하는 전압 레벨이다. 따라서, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 프리즘 패널(920)에 의해 Δn2에 대응되는 굴절각만큼 굴절될 수 있다.
이와 같이, 프리즘 패널(920)에 제3 레벨의 전압이 인가되어 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 프리즘 패널(920)에 의해 제3 굴절각으로 굴절되는 경우, 제어부(940)는 제3 굴절각에 대응되는 제7 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제3 굴절각에 대응되는 제8 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제3 굴절각에 대응되는 제9 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
여기에서, 제3 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들은 디스플레이 패널(910)을 구성하는 복수의 서브 픽셀들 중에서 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광이 프리즘 패널(920)에 의해 제3 굴절각으로 굴절될 때 시청 거리에 포커싱되는 서브 픽셀들을 의미하며, 이들은 시청 거리 및 제3 굴절각에 기초하여 기정의되어 있을 수 있다.
예를 들어, 도 15와 같이, 제어부(940)는 제3 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들 중 B 서브 픽셀(1510)에 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값들 중 B 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제3 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들 중 R 서브 픽셀(1520)에 제2 이미지 프레임을 표현하기 위한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값들 중 R 서브 픽셀 값을 디스플레이하고, 제3 굴절각에 대응되는 서브 픽셀들 중 G 서브 픽셀(1530)에 제3 이미지 프레임을 표현하기 위한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값들 중 G 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
한편, 제어부(940)는 프레임 레이트(frame rate)를 N 배 높여, 서브 픽셀의 개수에 기초하여 구분된 복수의 이미지 프레임을 디스플레이하도록 디스플레이 패널(910)를 제어할 수 있다. 여기에서, N은 서브 픽셀의 개수와 동일한 값이다.
예를 들어, 서브 픽셀의 개수가 3이고, 영상 데이터에 대해 기정의된 프레임 레이트가 60 Hz인 경우를 가정한다.
이 경우, 제어부(940)는 영상 데이터를 구성하는 복수의 이미지 프레임 각각을 서브 픽셀의 개수에 기초하여 복수의 이미지 프레임으로 구분하고, 구분된 복수의 이미지 프레임들을 180 Hz의 프레임 레이트로 디스플레이할 수 있다.
이와 같이, 제어부(940)는 영상 데이터에 대한 1 프레임 구간을 시분할하여 서브 픽셀의 개수에 기초하여 구분된 복수의 이미지 프레임들을 디스플레이할 수 있다.
한편, 시분할된 각 구간에서 디스플레이되는 이미지 프레임에 대한 서로 다른 픽셀 값은 이미지 프레임의 동일한 픽셀을 구성하는 R,G,B 서브 픽셀에 대한 서브 픽셀 값이며, 이들은 시분할된 각 구간에서 굴절각에 대응되는 거리만큼 쉬프트된 위치에서 디스플레이될 수 있다.
예를 들어, 도 16과 같이, 프리즘 패널(920)이 zero state인 경우(즉, 도 13과 같은 경우), 제어부(940)는 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 특정한 픽셀의 R 서브 픽셀 값을 R 서브 픽셀에 디스플레이한다. 이에 따라, 뷰어는 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 특정한 픽셀의 R 서브 픽셀 값을 볼 수 있다.
그리고, 프리즘 패널(920)이 first state인 경우(즉, 도 14와 같은 경우), 제어부(940)는 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 특정한 픽셀의 G 서브 픽셀 값을 G 서브 픽셀에 디스플레이한다. 여기에서, G 서브 픽셀은 zero state에서 뷰어에게 보이는 R 서브 픽셀을 기준으로, zero state와 first state 각각의 굴절각에 따라 정의된 거리만큼 이격된 G 서브 픽셀일 수 있다. 이에 따라, 뷰어는 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 특정한 픽셀의 G 서브 픽셀 값을 볼 수 있다.
그리고, 프리즘 패널(920)이 second state인 경우(즉, 도 15와 같은 경우), 제어부(940)는 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 특정한 픽셀의 B 서브 픽셀 값을 B 서브 픽셀에 디스플레이한다. 여기에서, B 서브 픽셀은 first state에서 뷰어에게 보이는 G 서브 픽셀을 기준으로, first state와 second state 각각의 굴절각에 따라 정의된 거리만큼 이격된 B 서브 픽셀일 수 있다. 이에 따라, 뷰어는 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 특정한 픽셀의 B 서브 픽셀 값을 볼 수 있다.
이에 따라, 뷰어는 제1 이미지 프레임을 표현하기 위한 특정한 픽셀의 R,G,B 서브 픽셀 값을 모두 볼 수 있게 되며, 결국, R,G,B 서브 픽셀 값의 조합으로 제1 이미지 프레임을 구성하는 픽셀들 각각을 볼 수 있게 된다. 이와 마찬가지로, 뷰어는 제2 이미지 프레임 및 제3 이미지 프레임을 구성하는 픽셀들 각각을 볼 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 1 프레임 구간을 N 개로 시분할하고, 시분할된 N 개의 프레임 구간 동안 서브 픽셀의 개수에 기초하여 N 개로 구분된 이미지 프레임 각각에 대한 서브 픽셀 값들을 쉬프트하여 디스플레이하여, 뷰어에게 구분된 이미지 프레임 전체를 제공할 수 있게 된다.
이와 같은 방식으로 이미지 프레임들을 제공하는 경우, 해상도가 N 배 증가된 영상이 뷰어에게 제공될 수 있다. 여기에서, N은 서브 픽셀의 개수와 동일한 값이다.
예를 들어, 도 17과 같이, 이미지 프레임(1710)이 3 개의 이미지 프레임(1720, 1730, 1740)으로 구분된 경우를 가정한다.
이 경우, 뷰어는 1 프레임 구간 동안 제1 이미지 프레임(1720)의 픽셀(1721), 제2 이미지 프레임(1730)의 픽셀(1731) 및 제3 이미지 프레임(1740)의 픽셀(1741)를 볼 수 있게 되므로, 결국, 뷰어는 3 배 증가된 해상도를 갖는 영상을 제공받을 수 있게 된다.
한편, 도 13 내지 도 17에서는 각 이미지 프레임의 하나의 픽셀을 구성하는 서브 픽셀을 기준으로 설명하였으나 이는 설명의 편의를 위한 일 예에 불과하고, 이미지 프레임을 구성하는 복수의 픽셀들에 대해 상술한 방식이 적용될 수 있다.
또한, 디스플레이 장치(900)는 디스플레이 패널(910)의 상 측에 배치된 편광판(polarizer)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 프리즘 패널(920)은 직선 편광(linear polarized light)의 일 방향에 대해 굴절각을 제어할 수 있는 반면, 수직한(orthogonally) 편광에 대해서는 굴절각을 제어할 수 없다.
여기에서, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광은 편광되어 있지 않은 상태(즉, unpolarized)라는 점에서, 디스플레이 장치(900)는 디스플레이 패널(910)의 상측에 배치되며, 축 방향이 직선 편광과 평행한 편광판을 이용하여, 디스플레이 패널(910)에서 출력된 광의 편광 방향(polarization direction)을 프리즘 패널(920)에서 제어 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상술한 예에서는 2D 영상에 대한 해상도를 증가시키는 방법을 설명하였으나, 상술한 방법이 3D 영상에도 동일하게 제공될 수 있다.
이를 위해, 디스플레이 장치(900)는 디스플레이 패널(910)과 프리즘 패널(920) 사이에 위치하는 시역 분리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이 경우, 디스플레이 장치는 각각 복수의 서브 픽셀로 구성된 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 패널, 디스플레이 패널의 일 측에 배치되며, 프리즘 어레이 및 액정을 포함하는 프리즘 패널을 포함할 수 있다.
먼저, 이미지 프레임을 상기 서브 픽셀의 개수에 기초하여 상기 복수의 이미지 프레임으로 구분한다(S1810).
그리고, 복수의 이미지 프레임 각각에 대한 서브 픽셀 값들을 쉬프트하면서 디스플레이하도록 디스플레이 패널을 제어하고, 서브 픽셀 값들이 쉬프트되어 디스플레이되는 동안 프리즘 패널에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되도록 제어한다(S1820).
여기에서, 복수의 픽셀들 각각은 R,G,B 서브 픽셀을 포함하고, 이미지 프레임은 제1 내지 제3 이미지 프레임으로 구분될 수 있다.
또한, S1810 단계는 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 프리즘 패널에 제1 레벨의 전압이 인가되어 디스플레이 패널에서 출력된 광이 프리즘 패널에 의해 제1 굴절각으로 굴절되는 경우, 제1 굴절각에 대응되는 제1 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 제1 굴절각에 대응되는 제2 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 제1 굴절각에 대응되는 제3 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
그리고, S1810 단계는 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 프리즘 패널에 제2 레벨의 전압이 인가되어 디스플레이 패널에서 출력된 광이 프리즘 패널에 의해 제2 굴절각으로 굴절되는 경우, 제2 굴절각에 대응되는 제4 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 제2 굴절각에 대응되는 제5 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 제2 굴절각에 대응되는 제6 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
또한, S1810 단계는 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 프리즘 패널에 제3 레벨의 전압이 인가되어 디스플레이 패널에서 출력된 광이 프리즘 패널에 의해 제3 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제3 굴절각에 대응되는 제7 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 제3 굴절각에 대응되는 제8 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 제3 굴절각에 대응되는 제9 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이할 수 있다.
이들 경우에서, 제1 내지 제3 서브 픽셀은 각각 R, G, B 서브 픽셀이고, 제4 내지 제6 서브 픽셀은 각각 G, B, R 서브 픽셀이고, 제7 내지 제9 서브 픽셀은 각각 B, R, G 서브 픽셀일 수 있다.
한편, 디스플레이 장치에 대해 도시한 상술한 블록도에서는 버스(bus)를 미도시하였으나, 디스플레이 장치에서 각 구성요소 간의 통신은 버스를 통해 이루어질 수도 있다. 또한, 디스플레이 장치에는 상술한 다양한 동작을 수행하는 CPU, 마이크로 프로세서 등과 같은 프로세서가 더 포함될 수도 있으며, 각 장치에는 상술한 다양한 동작을 수행하기 위한 메모리가 더 포함될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100,200: 디스플레이 장치 110,210: 디스플레이 패널
120,220: 프리즘 패널 130,230: 광경로 조절부
140,240: 광원부 150,250: 선광원 패턴 도광판
160,260: 제어부 170,270: 광학뷰

Claims (20)

  1. 각각 복수의 서브 픽셀로 구성된 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 일 측에 배치되며, 프리즘 어레이 및 액정을 포함하는 프리즘 패널;
    상기 프리즘 패널에 전압을 인가하는 프리즘 패널 구동부; 및
    복수의 이미지 프레임을 상기 디스플레이 패널에 디스플레이하고, 상기 이미지 프레임이 디스플레이되는 동안 상기 프리즘 패널의 구동 상태를 상이하게 제어하는 제어부;를 포함하는, 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    이미지 프레임을 상기 서브 픽셀의 개수에 기초하여 상기 복수의 이미지 프레임으로 구분하고, 상기 복수의 이미지 프레임 각각에 대한 서브 픽셀 값들을 쉬프트하면서 디스플레이하도록 상기 디스플레이 패널을 제어하고, 상기 서브 픽셀 값들이 쉬프트되어 디스플레이되는 동안 상기 프리즘 패널에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되도록 상기 프리즘 패널 구동부를 제어하는, 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은, R,G,B 서브 픽셀을 포함하고,
    상기 이미지 프레임은, 제1 내지 제3 이미지 프레임으로 구분되는, 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제1 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제1 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제1 굴절각에 대응되는 제1 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제1 굴절각에 대응되는 제2 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제1 굴절각에 대응되는 제3 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하도록 제어하는, 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제2 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제2 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제2 굴절각에 대응되는 제4 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제2 굴절각에 대응되는 제5 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제2 굴절각에 대응되는 제6 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하도록 제어하는, 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제3 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제3 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제3 굴절각에 대응되는 제7 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제3 굴절각에 대응되는 제8 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제3 굴절각에 대응되는 제9 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하도록 제어하는, 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 서브 픽셀은 각각 R, G, B 서브 픽셀이고, 상기 제4 내지 제6 서브 픽셀은 각각 G, B, R 서브 픽셀이고, 상기 제7 내지 제9 서브 픽셀은 각각 B, R, G 서브 픽셀인, 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 패널은, 상기 디스플레이 패널의 후면에 배치되며,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 프리즘 어레이와 기설정된 간격으로 이격되어 배치되며, 광원부의 상면에 배치되며, 패턴부와 비패턴부가 기설정된 간격으로 교번하는 선광원 패턴 도광판;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    하나의 이미지 프레임 구간 동안 복수의 다시점 이미지를 상기 디스플레이 패널에 순차적으로 디스플레이하고, 상기 복수의 다시점 이미지가 순차적으로 제공되는 동안 상기 프리즘 패널의 구동 상태를 상이하게 제어하여 상기 광원부로부터 제공되는 광이 상기 디스플레이 패널의 서로 다른 영역으로 조사되도록 하는, 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은,
    상기 프리즘 패널에 인강되는 전압에 동기되어 서로 다른 m 개의 순차적인 다시점 이미지를 디스플레이하며,
    상기 패턴부와 상기 비패턴부는, 1:n-1(n은 3 이상의 정수)의 폭으로 배치되고, m≤n(n은 광학뷰들의 수)을 만족하는, 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 하나의 이미지 프레임 구간 중 제m 구간에서, 상기 프리즘 패널에 제m 상태 전압을 인가하여 상기 패턴부 중 적어도 일부로부터 통과한 광이 상기 프리즘 패널에서 굴절되어 제m-1 서브 픽셀에 인접한 제m 서브 픽셀 영역에 조사되어 상기 기설정된 시청 영역에 광학뷰를 형성하도록 제어하는, 디스플레이 장치.
  11. 각각 복수의 서브 픽셀로 구성된 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이 패널, 상기 디스플레이 패널의 일 측에 배치되며, 프리즘 어레이 및 액정을 포함하는 프리즘 패널을 포함하는 디스플레이 장치의 제어 방법에 있어서,
    복수의 이미지 프레임을 상기 디스플레이 패널에 디스플레이하는 단계; 및
    상기 복수의 이미지 프레임이 디스플레이되는 동안 상기 프리즘 패널의 구동 상태를 상이하게 제어하는 단계;를 포함하는, 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는,
    이미지 프레임을 상기 서브 픽셀의 개수에 기초하여 상기 복수의 이미지 프레임으로 구분하고, 상기 복수의 이미지 프레임 각각에 대한 서브 픽셀 값들을 쉬프트하면서 디스플레이하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 서브 픽셀 값들이 쉬프트되어 디스플레이되는 동안 상기 프리즘 패널에 서로 다른 레벨의 전압이 인가되도록 제어하는, 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀들 각각은, R,G,B 서브 픽셀을 포함하고,
    상기 이미지 프레임은, 제1 내지 제3 이미지 프레임으로 구분되는, 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는,
    상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제1 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제1 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제1 굴절각에 대응되는 제1 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제1 굴절각에 대응되는 제2 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제1 굴절각에 대응되는 제3 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하는, 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는,
    상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제2 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제2 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제2 굴절각에 대응되는 제4 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제2 굴절각에 대응되는 제5 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제2 굴절각에 대응되는 제6 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하는, 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 디스플레이하는 단계는,
    상기 디스플레이 패널의 전면 방향에 위치한 상기 프리즘 패널에 제3 레벨의 전압이 인가되어 상기 디스플레이 패널에서 출력된 광이 상기 프리즘 패널에 의해 제3 굴절각으로 굴절되는 경우, 상기 제3 굴절각에 대응되는 제7 서브 픽셀에 제1 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제3 굴절각에 대응되는 제8 서브 픽셀에 제2 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하고 상기 제3 굴절각에 대응되는 제9 서브 픽셀에 제3 이미지 프레임에 대한 서브 픽셀 값을 디스플레이하는, 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 서브 픽셀은 각각 R, G, B 서브 픽셀이고, 상기 제4 내지 제6 서브 픽셀은 각각 G, B, R 서브 픽셀이고, 상기 제7 내지 제9 서브 픽셀은 각각 B, R, G 서브 픽셀인, 제어 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 프리즘 패널은, 상기 디스플레이 패널의 후면에 배치되며,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 프리즘 어레이와 기설정된 간격으로 이격되어 배치되며, 광원부의 상면에 배치되며, 패턴부와 비패턴부가 기설정된 간격으로 교번하는 선광원 패턴 도광판;를 더 포함하고,
    상기 디스플레이하는 단계는,
    하나의 이미지 프레임 구간 동안 복수의 다시점 이미지를 상기 디스플레이 패널에 순차적으로 디스플레이하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 복수의 다시점 이미지가 순차적으로 제공되는 동안 상기 프리즘 패널의 구동 상태를 상이하게 제어하여 상기 광원부로부터 제공되는 광이 상기 디스플레이 패널의 서로 다른 영역으로 조사되도록 하는, 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은,
    상기 프리즘 패널에 인강되는 전압에 동기되어 서로 다른 m 개의 순차적인 다시점 이미지를 디스플레이하며,
    상기 패턴부와 상기 비패턴부는, 1:n-1(n은 3 이상의 정수)의 폭으로 배치되고, m≤n(n은 광학뷰들의 수)을 만족하는, 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 하나의 이미지 프레임 구간 중 제m 구간에서, 상기 프리즘 패널에 제m 상태 전압을 인가하여 상기 패턴부 중 적어도 일부로부터 통과한 광이 상기 프리즘 패널에서 굴절되어 제m-1 서브 픽셀에 인접한 제m 서브 픽셀 영역에 조사되어 상기 기설정된 시청 영역에 광학뷰를 형성하도록 제어하는, 제어 방법.
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