KR20170011048A - 투명 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법 - Google Patents

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Abstract

투명 디스플레이 장치가 개시된다. 본 투명 디스플레이 장치는, 복수의 픽셀을 포함하며, 서로 다른 시점의 영상이 기설정된 배치 패턴으로 배치된 영상 프레임을 디스플레이하는 투명 디스플레이 패널부 및 이미지 패널부의 후면에 배치되어, 외부로부터 제공되는 광의 적어도 일부는 투과시키고 적어도 일부는 반사시키는 투명 광 가이드부를 포함하며, 투명 광 가이드부는, 반사되는 광이 기설정된 방향으로 굴절되어 서로 다른 시점의 영상이 서로 다른 시청 영역에서 제공되도록 동작한다.

Description

투명 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법{TRANSPARENT DISPLAY APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 투명 디스플레이 장치 및 디스플레이 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 영상을 제공하는 투명 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법에 관한 것이다.
전자 기술의 발달에 힘입어 다양한 분야에서, 다양한 유형의 디스플레이 장치가 사용되고 있다. 특히, 최근에는 투명 디스플레이 장치와 같은 차세대 디스플레이 장치에 대한 연구 논의가 가속화되고 있다.
투명 디스플레이 장치란 투명한 성질을 가져서 장치 뒤쪽 배경이 그대로 미치는 디스플레이 장치를 의미한다. 종래에는 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 등과 같은 불투명 반도체 화합물을 이용하여 디스플레이 패널을 제작하였으나, 기존의 디스플레이 패널을 이용하여서는 구현할 수 없는 다양한 디스플레이 서비스에 대한 요구가 생기면서, 이러한 요구에 부합하는 새로운 형태의 전자 소자에 대한 개발 노력이 이루어졌다. 이러한 노력 하에 개발된 것 중 하나가 투명 디스플레이 장치이다.
투명 디스플레이 장치는 투명한 산화물 반도체 막을 포함하는 형태로 구현되어, 투명한 성질을 가지게 된다. 투명 디스플레이 장치를 사용할 경우 사용자는 장치 뒤쪽에 위치하는 후면 배경을 보면서, 필요한 정보를 투명 디스플레이 장치 화면을 통해 볼 수 있게 된다. 따라서, 기존 디스플레이 장치들이 가지고 있는 공간적, 시간적 제약을 해소할 수 있게 된다.
투명 디스플레이 장치는 투명한 성질의 디스플레이 유닛을 통해서 각종 정보를 디스플레이하기 때문에, 후면에 비치는 실제 사물의 모습과 디스플레이된 정보가 조화를 이루게 된다.
한편, 이러한 투명 디스플레이 장치에서 3D 영상을 제공하기 위하여 종래에는 투사 광학계를 이용하였으나, 시스템의 부피가 크고 물체 및 영상의 투과도가 낮아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 발명의 목적은 반사 선택적 집적 영상 소자를 이용하여 3D 영상을 제공할 수 있는 투명 디스플레이 장치 및 그 디스플레이 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 디스플레이 장치는, 복수의 픽셀을 포함하며, 서로 다른 시점의 영상이 기설정된 배치 패턴으로 배치된 영상 프레임을 디스플레이하는 투명 디스플레이 패널부 및 상기 이미지 패널부의 후면에 배치되어, 외부로부터 제공되는 광의 적어도 일부는 투과시키고 적어도 일부는 반사시키는 투명 광 가이드부를 포함하며, 상기 투명 광 가이드부는, 상기 반사되는 광이 기설정된 방향으로 굴절되어 상기 서로 다른 시점의 영상이 서로 다른 시청 영역에서 제공되도록 동작한다.
이 경우, 상기 투명 광 가이드부는, 복수의 오목 반거울 또는 복수의 볼록 반거울이 2차원 형태로 배열되어 있는 반거울 어레이를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 투명 광 가이드부는, 상기 반거울 어레이가 빛을 투과시키는 투명 재질로 이루어진 판에 삽입되어 있는 형태로 이루어지는 반사선택적 집적 영상 소자일 수 있다.
또한, 상기 반거울 어레이에 포함되는 복수의 오목 반거울 또는 복수의 볼록 반거울은, 각각 서로 다른 구경 및 초점 거리를 가질 수 있다.
또한, 상기 투명 디스플레이 패널부 및 상기 광 가이드부 사이에 위치하여 특정 편광 방향의 광을 투과시키는 편광부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반거울 어레이는, 일 측면에 금속 박막이 형성되어 있으며, 상기 금속 박막의 두께에 따라 빛의 투과율 및 반사율이 달라질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템은, 광을 제공하는 광원 장치 및 복수의 픽셀을 포함하며, 서로 다른 시점의 영상이 기설정된 배치 패턴으로 배치된 영상 프레임을 디스플레이하는 투명 디스플레이 패널부 및 상기 이미지 패널부의 후면에 배치되어, 상기 광원 장치로 제공되는 광의 적어도 일부는 투과시키고 적어도 일부는 반사시키는 투명 광 가이드부를 포함하는 투명 디스플레이 장치를 포함하며, 상기 투명 광 가이드부는, 상기 반사되는 광이 기설정된 방향으로 굴절되어 상기 서로 다른 시점의 영상이 서로 다른 시청 영역에서 제공되도록 동작한다.
이 경우, 상기 투명 광 가이드부는, 복수의 오목 반거울 또는 복수의 볼록 반거울이 2차원 형태로 배열되어 있는 반거울 어레이를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 투명 광 가이드부는, 상기 반거울 어레이가 빛을 투과시키는 투명 재질로 이루어진 판에 삽입되어 있는 형태로 이루어지는 반사선택적 집적 영상 소자일 수 있다.
또한, 상기 반거울 어레이에 포함되는 복수의 오목 반거울 또는 복수의 볼록 반거울은, 각각 서로 다른 구경 및 초점 거리를 가질 수 있다.
또한, 상기 반거울 어레이는, 일 측면에 금속 박막이 형성되어 있으며, 상기 금속 박막의 두께에 따라 빛의 투과율 및 반사율이 달라질 수 있다.
또한, 상기 광원 장치는, 상기 광을 제공하는 광원부 및 상기 광원부의 전면에 위치하여 제1 편광 방향의 광을 투과시키는 제1 편광부를 포함하고, 상기 투명 디스플레이 장치는, 상기 투명 디스플레이 패널부 및 상기 광 가이드부 사이에 위치하여 제1 편광 방향과 다른 제2 편광 방향의 광을 투과시키는 제2 편광부를 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 투명 디스플레이 장치는, 반사 선택적 집적 영상 소자를 이용하여 사용자가 원하는 물체 투과도 및 영상 투과도를 갖는 3D 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 3b은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시역 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 가이드부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광판의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 디스플레이 장치의 물체 투과도 및 영상 재생 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 선택적 집적 영상 소자의 반사도에 따른 물체 투과도 및 영상 재생 효율의 관계를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 1의 투명 디스플레이 장치(100)는 TV, 모니터, 휴대폰, PDA, PC, 셋탑 PC, 태블릿 PC, 전자 액자, 키오스크 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 장치로 구현될 수 있다.
도 1에 따르면, 투명 디스플레이 장치(100)는 투명 디스플레이 패널부(110) 및 투명 광 가이드 부(120)를 포함한다.
투명 디스플레이 패널부(110)는 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 구성으로, 투명 박막(TFT) 트랜지스터와 화소 전극이 배열된 하판과 색상을 나타내기 위한 컬러 필터 및 투명 공통 전극으로 구성된 상판, 그리고 이 두 유리기판 사이에 채워져 있는 액정으로 구성될 수 있다. 그리고 두 유리기판의 양쪽 면에는 가시광선(자연광)을 선편광하여 주는 편광판이 각각 부착되어 있다. 상하판 전극 사이에 있는 액정으로 인해 축전기(capacitor) 및 보조 축전기가 형성되어 영상 정보를 표현한다.
투명 박막 트랜지스터(미도시)는 기존 박막 트랜지스터의 불투명한 실리콘을 투명한 아연산화물, 산화 티타늄 등과 같은 투명 물질로 대체하여 제작한 트랜지스터를 말하며, 투명 디스플레이 패널부(110)의 레이어를 형성한다. 투명 박막 트랜지스터층(미도시) 내에는 소스, 게이트, 드레인이 마련될 수 있고, 디스플레이 표면의 전체 영역에 고르게 분포된 복수 개의 투명 트랜지스터가 마련된다.
투명 전극(미도시)은 각각 복수 개의 라인 전극을 포함하며, 라인 전극의 정렬 방향은 서로 수직하게 형성된다. 가령, 제1 투명 전극의 라인 전극들이 가로 방향으로 배열되었다면, 제2 투명 전극의 라인 전극들은 세로 방향으로 배열된다. 이에 따라, 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극 간에는 복수의 교차 영역이 형성된다. 각 교차 영역에는 투명 박막 트랜지스터가 연결된다.
투명 전극으로는 ITO(indium tin oxide)가 사용될 수 있다. 또는, 그래핀과 같은 신소재가 사용될 수도 있다. 그래핀이란 탄소원자가 서로 연결돼 벌집 모양의 평면 구조를 이루며 투명한 성질을 가지는 물질을 의미한다.
화소를 이루고 있는 투명 TFT의 게이트에 전압을 인가하여 트랜지스터를 turn-on 상태로 만들면 액정에 영상전압이 입력될 수 있는 상태가 된다. 그리고 영상전압을 인가하여 액정에 영상정보를 저장한 뒤 트랜지스터를 turn-off 하면 액정 충전기 및 보조 충전기에 저장된 전하가 일정한 시간 동안 영상 이미지를 표시하도록 한다. 액정에 전압을 인가하면 액정의 배열이 변화하는데 이 상태의 액정에 빛이 지나가면 회절이 일어나고, 이 빛을 편광판에 투과시켜 원하는 영상을 얻는다.
투명 디스플레이 패널부(110)는 복수의 서브 픽셀로 구성된 복수의 픽셀을 포함한다. 여기서, 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 투명 디스플레이 패널부(110)를 구성할 수 있다.
그리고, 투명 디스플레이 패널부(110)는 영상 프레임을 디스플레이한다. 구체적으로, 이미지 패널부(111)는 다시점 영상이 기설정된 배치 패턴으로 배치된 영상 프레임을 디스플레이한다.
투명 디스플레이 패널부(110)는 외부로부터 제공되는 광이 투명 디스플레이 패널부(110)의 각 픽셀로 입사되면, 영상 신호에 따라 각 픽셀로 입사된 광에 대한 투과율을 조절하여 영상 프레임을 디스플레이한다. 구체적으로는, 투명 디스플레이 패널부(110)는 액정층 및 그 액정층의 양 표면에 형성된 두 개의 전극을 포함한다. 두 전극에 전압이 인가되면, 전기장이 생성되어 두 전극 사이의 액정 층의 분자를 움직여서 광의 투과율이 조정된다.
또는, 투명 디스플레이 패널부(110)는 자발광 소자를 포함하는 OLED 패널로 구현될 수도 있다. 구체적으로, 이미지 패널부(110)에는 복수의 화소가 배열되고, 각 화소는 전류의 흐름에 대응하여 빛을 발광하는 자발광 소자, 자발광 소자에 전류를 공급하는 ELVDD 및 자발광 소자에 공급되는 전류를 제어하는 구동 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 여기서, 자발광 소자는 유기발광다이오드가 될 수 있다. 한편, 복수의 화소 각각은 RGB 화소를 포함할 수 있으며, RGB 화소 각각은 동시 발광하거나, 순차적으로 발광할 수 있다.
투명 광 가이드부(120)는 투명 디스플레이 패널부(110)의 후면에 배치된다. 이 경우, 투명 광 가이드부(120)는 반사선택적 집적 영상 소자로 구현될 수 있다. 반사 선택적 집적 영상 소자는 전체적으로 투명한 매질로 이루어진 판의 형태를 가지며, 복수의 반거울이 2차원 어레이의 형태로 삽입되어 있다. 반거울들은 X축 및 Y축으로 복수개 배열되는 2차원 어레이 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우, 반거울들은 오목 거울로 이루어지거나 볼록 거울로 이루어질 수 있으며, 각각의 오목 거울 또는 볼록 거울은 일반적으로 동일한 구경 및 초점 거리를 갖는다. 다만, 좀 더 좋은 성능을 확보하기 위하여 측면으로 입사된 광을 보정하기 위하여 각각의 오목 거울 또는 볼록 거울은 서로 다른 구경 및 초점 거리를 가질 수 있다.
투명 광 가이드부(120)는 외부로부터 제공되는 광의 적어도 일부는 투과시키고 적어도 일부는 반사시킬 수 있다. 투명 광 가이드부(120)의 투과율 및 반사율은 금속 박막의 두께에 의하여 결정될 수 있으며, 구체적인 투명 광 가이드부(120)의 투과율 및 반사율에 대한 내용은 이하 도 4를 참조하여 후술한다.
또한, 투명 광 가이드부(120)는 반사되는 광이 기설정된 방향으로 굴절되어 서로 다른 시점의 영상이 서로 다른 시청영역에서 제공되도록 동작할 수 있다. 구체적으로, 투명 광 가이드부(120)는 투명 디스플레이 패널부(110)에서 디스플레이되는 서로 다른 시점의 영상을 서로 다른 각도로 굴절시키고, 소위 시청 거리라 하는 일정한 거리만큼 떨어진 위치(가령, 약 3m)에 포커스된 영상을 제공한다. 이러한 영상이 형성되는 위치를 시청 영역(또는 광학 뷰)이라 한다. 이에 따라, 사용자의 한쪽 눈이 하나의 제1 시청 영역에 위치하고, 다른 쪽 눈이 제2 시청 영역에 위치하면 입체감을 느낄 수 있게 된다.
한편, 도 1에서는 투명 디스플레이 패널부(110) 및 투명 광 가이드부(120)만을 도시하였으나, 투명 디스플레이 장치(100)에서 디스플레이 기능을 수행하기 위한 타 구성 요소들이 더 포함될 수 있음은 물론이다. 가령, 외부의 저장 매체, 방송국, 웹 서버 등과 같은 각종 외부 장치로부터 영상과 영상의 뎁스(Depth) 정보를 수신하는 영상 수신부, 수신된 영상과 영상의 깊이 정보에 기초하여 다시점 영상을 렌더링하는 렌더링부 등을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 영상 수신부(미도시)는 외부의 저장 매체, 방송국, 웹 서버 등과 같은 각종 외부 장치로부터 영상을 입력받을 수 있다. 여기서, 입력되는 영상은 단일 시점 영상, 스테레오(Stero) 영상, 다시점 영상 중 어느 하나의 영상이다. 단일 시점 영상은 일반적인 촬영 장치에 의해 촬영된 영상이며, 스테레오 영상(Stereoscopic image)은 좌안 영상과 우안 영상만으로 표현된 3차원 비디오 영상으로, 스테레오 촬영 장치에 의해 촬영된 입체 영상이다. 일반적으로 스테레오 촬영 장치는 2개의 렌즈를 구비한 촬영 장치로 입체 영상을 촬영하는데 사용된다. 그리고, 다시점 영상(Multiview image)은 한대 이상의 촬영 장치를 통해 촬영된 영상들을 기하학적으로 교정하고 공간적인 합성 등을 통하여 여러 방향의 다양한 시점을 사용자에게 제공하는 3차원 비디오 영상을 의미한다.
또한, 영상 수신부(미도시)는 영상의 뎁스 정보를 수신할 수 있다. 일반적으로 영상의 뎁스(Depth)는 영상의 각각 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 시청자로부터 먼 곳을 나타내며, 흰색(높은 값)이 시청자로부터 가까운 곳을 나타낼 수 있다.
렌더링부(미도시)는 2D 영상이 입력된 경우, 2D/3D 변환에 의해 추출된 뎁스 정보를 기초로 다시점 영상을 렌더링할 수 있다. 또는 렌더링부(미도시)는 멀티 뷰 즉, N 개의 뷰 및 대응되는 N 개의 뎁스 정보가 입력되는 경우 입력된 N 개의 뷰 및 뎁스 정보 중 적어도 하나의 뷰 및 뎁스 정보에 기초하여 다시점 영상을 렌더링할 수 있다. 또는 렌더링부(미도시)는 N 개의 뷰 만 입력되는 경우, N 개의 뷰로부터 뎁스 정보 추출 후, 추출된 뎁스 정보에 기초하여 다시점 영상을 렌더링할 수 있다.
일 예로, 렌더링부(미도시)는 3D 영상, 즉 좌안 영상 및 우안 영상 중 하나를 기준 뷰(또는 센터 뷰)로 선택하여 다시점 영상의 기초가 되는 최좌측 뷰 및 최우측 뷰를 생성할 수 있다. 이 경우, 렌더링부(미도시)는 기준 뷰로 선택된 좌안 영상 및 우안 영상 중 하나에 대응되는 보정된 뎁스 정보를 기초로 최좌측 뷰 및 최우측 뷰를 생성할 수 있다. 렌더링부(미도시)는 최좌측 뷰 및 최우측 뷰가 생성되면, 센터 뷰와 최좌측 뷰 사이에서 복수 개의 보간 뷰를 생성하고, 센터 뷰와 최우측 뷰 사이에서 복수 개의 보간 뷰를 생성함으로써 다시점 영상을 렌더링할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 보외 기법에 의해 생성되는 보외 뷰(Extrapolation View)를 생성하는 것도 가능하다. 한편, 2D 영상 및 뎁스 정보를 기초로 다시점 영상을 렌더링하는 경우 2D 영상을 센터 뷰로 선택할 수 있음을 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
외부(또는 광원부(130))로부터 투명 광 가이드부(120)에 광이 제공되면, 투명 광 가이드부(120)는 광의 적어도 일부는 투과시키고 적어도 일부는 반사시키며, 반사된 광은 투명 디스플레이 패널부(110)를 투과하여 사용자에게 영상을 제공한다. 여기서, 투명 디스플레이 패널부(110)는 복수의 픽셀을 포함하며, 서로 다른 시점의 영상이 기설정된 배치 패턴으로 배치된 영상 프레임을 디스플레이할 수 있다.
투명 광 가이드부(120)는 반사되는 광을 기설정된 방향으로 굴절시켜, 투명 디스플레이 패널부(110)의 영상 프레임에 디스플레이되는 서로 다른 시점의 영상을 서로 다른 시청 영역에서 제공되도록 하여 사용자에게 무안경 3D 영상을 제공할 수 있다. 다시점 영상이 서로 다른 시청 영역에 제공되어 무안경 3D 영상이 제공되는 구체적인 동작은 이하 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시역 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 광원부(130)로부터 제공된 광은 투명 광 가이드부(120)에서 반사되고 기설정된 방향으로 굴절되어 특정 영역에 투사되게 된다. 이 경우, 광의 굴절 방향을 조절하여 투명 디스플레이 패널부(110)의 영상 프레임에 디스플레이되는 서로 다른 시점의 영상을 서로 다른 시청 영역에서 제공되도록 하여 무안경 3D 영상을 제공할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구체적인 시역 형성 방법을 설명하기 위하여 투명 디스플레이 패널부(110)의 특정 픽셀 열(column)을 투과하는 일부의 광만을 도시한 도면이다. 도 3b를 참조하면, 투명 디스플레이 패널부(110)는 복수의 열(column)로 구분되는 복수의 픽셀을 포함한다. 열별로 상이한 시점의 이미지가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서와 같이, 서로 다른 시점의 복수의 이미지 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7이 순차적으로 반복 배치되는 형태를 나타낼 수 있다. 즉, 각 픽셀 열은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7로 넘버링된 그룹으로 배열될 수 있다. 패널로 인가되는 그래픽 신호는 픽셀열 1이 첫 번째 이미지를 디스플레이하고, 픽셀열 2가 두 번째 이미지를 디스플레이하도록 배열될 수 있다.
투명 광 가이드부(120)는 투명 디스플레이 패널부(110)로 광을 제공한다. 이 경우, 투명 광 가이드부(120)는 기설정된 방향으로 광을 굴절시켜 투명 디스플레이 패널부(110)에 형성되는 각 이미지 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7을 시청 거리에서 평균 양안 중심 거리인 65mm의 거리를 갖도록 제1 광학뷰 내지 제7 광학뷰를 제공할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 광학뷰 내지 제7 광학뷰가 형성되고 사용자의 좌안 및 우안이 각각 인접한 광학뷰에 위치하게 되는 경우, 3D 영상을 시청할 수 있게 된다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 가이드부의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 투명 광 가이드부(120)는 광을 투과시킬 수 있다. 즉, 물체로부터 반사된 광은 투명 광 가이드부(120)를 그대로 투과하여, 물체의 맞은편에 도달할 수 있다. 따라서, 투명 광 가이드부(120)의 전면에 위치한 사용자는 투명 광 가이드부(120)의 후면에 위치한 물체를 볼 수 있게 된다.
또한, 투명 광 가이드부(120)는 광을 반사시킬 수 있다. 즉, 외부로부터의 광이 투명 광 가이드부(120)에 반사되어 사용자에게 도달할 수 있다. 이 경우, 프로젝터 또는 투명 디스플레이 패널을 이용하여 사용자에게 무안경 3D 영상을 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 외부로부터의 광이 투명 광 가이드부(120)에서 반사되고 기설정된 방향으로 굴절되어, 투명 디스플레이 패널부(110)에 디스플레이되는 서로 다른 시점의 영상이 서로 다른 시청 영역에서 제공되도록 하여 사용자에게 무안경 3D 영상을 제공할 수 있다. 즉, 투명 광 가이드부(120)는 광을 투과시키는 성질 및 광을 반사시키는 성질을 동시에 가지고 있으므로, 사용자는 반대편의 물체와 영상을 동시에 시청할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 투명 광 가이드부(120)는 반사 선택적 집적 영상 소자일 수 있다. 반사 선택적 집적 영상 소자는 전체적으로 투명한 매질로 이루어진 판의 형태를 가지며, 복수의 반거울이 2차원 어레이의 형태로 삽입되어 있다. 즉, 복수의 반거울들이 X축 및 Y축으로 복수개 배열되는 2차원 어레이 형태로 이루어진다. 여기서, 반거울은 볼록 거울 또는 오목 거울로 이루어질 수 있으며, 각각의 볼록 거울 또는 오목 거울은 일반적으로 동일한 구경 및 초점 거리를 갖는다. 다만, 좀 더 좋은 성능을 확보하기 위하여 측면으로 입사된 광을 보정하기 위하여 각각의 볼록 거울 또는 오목 거울은 서로 다른 구경 및 초점 거리를 가질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 오목 거울을 예로 들어 설명하나, 볼록 거울로 구현될 수도 있다. 또한, 반거울 어레이가 반거울들이 2차원 어레이 형태로 이루어진 것을 예로 들었으나, 어레이 형태는 이에 한정되지 않는다.
투명 광 가이드부(120)는 입사되는 광의 적어도 일부는 투과시키고 적어도 일부는 반사시킨다. 즉, 투명 광 가이드부(120)의 내부에 삽입되어 있는 반거울 어레이의 반거울 특성으로 인하여 입사되는 광의 적어도 일부는 투과되고 적어도 일부는 반사되게 된다. 반거울 어레이를 구성하는 반거울들의 두께가 기설정된 값 이하로 매우 얇을 때 터널링 효과에 의하여 빛이 투과될 수 있으며, 빛의 굴절률 특성에 영향을 미치지 않으므로 투과되는 빛에 대해서는 밝기 감소 외에는 영향을 미치지 않게 된다.
한편, 반사선택적 집적 영상 소자는 복수의 볼록 반거울 또는 복수의 오목 반거울이 2차원 형태로 배열되어 있는 반거울 어레이 위에 금속 박막을 형성하여 제조할 수 있다. 일반적으로 광은 금속을 투과하지 못하지만 금속이 매우 얇은 경우(수 nm 이하)에는 양자역학에서의 터널링 효과에 의해 광이 투과할 수 있다. 즉, 반거울 어레이 위에 형성되는 금속 박막의 두께를 조절하여, 광의 적어도 일부는 투과시키고 광의 적어도 일부는 반사시키는 반사선택적 집적 영상 소자를 제조할 수 있다.
이때 금속 박막의 두께는 반사 선택적 집적 영상 소자의 투과율 및 반사율을 결정하게 되며, 금속 박막의 두께가 두꺼울수록 반사 선택적 집적 영상 소자의 반사율이 증가하고 투과율은 감소하게 된다. 반대로, 금속 박막의 두께가 얇을수록 반사 선택적 집적 영상 소자의 반사율이 감소하고 투과율이 증가하게 된다. 예를 들어, 반거울 어레이로 입사된 광이 금속 박막에 의하여 반사되는데, 금속 박막의 두께에 따라 투과율이 달라지게 된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광판의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 투명 디스플레이 패널부(110) 및 투명 광 가이드부(120) 사이에 특정 편광 방향의 광을 투과시키는 편광부(150)가 위치할 수 있다. 편광부(150)는 투명 디스플레이 패널부(110)에 의하여 굴절된 광 중 특정한 방향의 광을 선택적으로 통과시켜 사용자에게 영상을 디스플레이할 수 있게 한다.
도 5b를 참조하면, 광원 장치(200)에서 광원부(130)의 전면에 제1 편광 방향의 광을 투과시키는 제1 편광부(140)가 위치하고, 투명 디스플레이 장치(100)에서 투명 디스플레이 패널부(110) 및 광 가이드부(120) 사이에 제1 편광 방향과 다른 제2 편광 방향의 광을 투과시키는 제2 편광부(150)가 위치할 수 있다.
구체적으로, 제1 편광부(140)에 의해 제1 편광 방향을 갖는 광을 투명 디스플레이 장치(100)에 제공하고, 제2 편광부(150)는 투명 디스플레이 패널부(110)를 통과하면서 굴절된 광 중 제2 편광 방향을 갖는 광만을 선택적으로 통과시켜 사용자에게 영상을 제공할 수 있다. 여기서, 제1 편광 방향 및 제2 편광 방향은 상이할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 디스플레이 시스템(1000)은 투명 디스플레이 장치(100) 및 광원 장치(200)를 포함한다.
광원 장치(200)의 광원부(130)에서 제공된 광은 투명 디스플레이 장치(100)의 투명 광 가이드부(120)에서 반사되고 기설정된 방향으로 굴절되어 투명 디스플레이 패널부(110)의 서로 다른 시점의 영상을 서로 다른 시청 영역에 제공한다. 따라서, 사용자는 디스플레이 시스템(1000)의 시청 거리에 위치하여 무안경 3D 영상을 시청할 수 있다.
또한, 투명 디스플레이 장치(100)는 투명 디스플레이 장치(100)의 후면에 있는 물체를 투과시켜 사용자가 3D 영상과 함께 투명 디스플레이 장치(100)의 후면에 있는 물체를 동시에 볼 수 있도록 한다. 이 경우, 투명 광 가이드부(120)의 투과율 및 반사율을 조절하여, 물체의 투과도 및 영상 재생 효율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 투명 광 가이드부(120)의 투과율을 높이고 반사율을 낮추면 사용자는 물체가 좀 더 선명하게 보이고 영상은 흐리게 보일 수 있으며, 투명 광 가이드부(120)의 투과율을 낮추고 반사율을 높이면 사용자는 영상이 좀 더 선명하게 보이고 물체는 흐리게 보일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 투명 디스플레이 장치가 이용되는 상황에 맞게 물체의 투과도 및 영상 재생 효율을 조절할 수 있게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 디스플레이 장치의 물체 투과도 및 영상 재생효율을 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, 투명 광 가이드부(120)가 70%의 투과도(또는 30%의 반사도)를 갖도록 구현하는 경우, 도 7과 같은 구조의 투명 디스플레이 장치(100)에서 물체에서 반사된 광은 투명 광 가이드부(120)를 70%의 투과도로 통과하게 된다.
일반적으로 편광부(150)는 50%의 투과도를 가지므로, 투명 광 가이드부(120) 및 편광부(150)를 연속적으로 통과하게 되면 물체에서 반사된 전체 광 중 35%의 광이 편광부(150)를 통과하게 된다.
또한, 일반적으로 투명 디스플레이 패널부(110)는 20%의 투과도를 가지므로, 투명 광 가이드부(120), 편광부(150) 및 투명 디스플레이 패널부(110)를 연속적으로 통과하게 되면, 결국 물체에서 반사된 전체 광 중 7%의 광이 사용자에게 도달하게 된다.
또한, 투명 광 가이드부(120)가 70%의 투과도(또는 30%의 반사도)를 갖도록 구현하는 경우, 도 8과 같이, 광원 장치(200)의 광원부(130)에서 제공되는 광은 광원부(140)의 전면에 위치한 제1 편광부(130)를 50%의 투과도로 통과하게 된다.
일반적으로 투명 디스플레이 패널부(110)는 20%의 투과도를 가지므로, 제1 편광부(140) 및 투명 디스플레이 패널부(110)를 연속적으로 통과하게 되면 광원부(130)에서 제공되는 전체 광 중 10%의 광이 투명 디스플레이 패널부(110)를 통과하게 된다.
투명 디스플레이 장치(100)의 제2 편광부(150)는 광원 장치(200)의 제1 편광부(140)와 상이한 편광 방향을 가지므로, 제1 편광부(140) 및 투명 디스플레이 패널부(110)를 통과한 광 중 50%의 광이 제2 편광부(150)를 통과하게 된다. 즉, 광원부(130)에서 제공된 전체 광 중 5%의 광이 제2 편광부(150)를 통과한다.
투명 광 가이드부(120)는 70%의 투과도를 가지므로, 투명 광 가이드부(120)에 제공된 광의 30%를 반사하게 된다. 따라서, 광원부(130)에서 제공된 광이 제1 편광부(140), 투명 디스플레이 패널부(110) 및 제2 편광부(150)를 연속적으로 통과하고 투명 광 가이드부(120)에서 반사되는 광은, 광원부(130)에서 제공된 전체 광의 1.5%가 된다.
투명 광 가이드부(120)에서 반사되는 광은 제2 편광 방향의 광이므로, 다시 제2 편광부(150)를 통과할 때는 100%의 광이 통과하게 된다.
제2 편광부(150)를 통과한 광은 다시 투명 디스플레이 패널부(110)를 20%의 투과도로 통과하게 되므로, 광원부에서 제공된 전체 광의 0.3%만이 사용자에게 도달하게 된다.
즉, 투명 광 가이드부(120)가 70%의 투과도(또는 30%의 반사도)를 갖도록 구현하는 경우 물체의 투과도는 7%가 되고, 영상 재생 효율은 0.3%가 될 수 있다.
일반적으로, 투명 3D 영상을 시청하는 사용자는 물체의 투과도가 7%, 영상 재생 효율이 0.3%일 때, 가장 물체와 영상을 자연스럽게 감상할 수 있는바, 투명 광 가이드부(120)의 투과도를 조절하여 자연스러운 3D 영상을 시청할 수 있는 투명 디스플레이 장치(100)를 구현할 수 있다.
또 다른 실시 예로, 투명 광 가이드부(120)가 30%의 투과도를 갖도록 구현하는 경우 물체의 투과도는 3%가 되고, 영상 재생 효율은 0.7%가 될 수 있다. 이 경우, 물체의 투과도가 7%, 영상 재생 효율이 0.3%일 때보다 영상을 더 선명하게 시청할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 투명 디스플레이 장치는, 투명 광 가이드부(120)의 투과도(또는 반사도)를 조절하여, 물체 투과도 및 영상 재생 효율을 조절할 수 있으며, 사용자에게 심미적인 안정감을 주는 투명 3D 영상을 생성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 선택적 집적 영상 소자의 반사도에 따른 물체 투과도 및 영상 재생 효율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 패러랙스 배리어의 경우, 물체의 투과도 및 영상의 재생효율이 일정한 반면, 반사 선택적 집적 영상 소자의 경우, 물체 투과도가 낮아질수록 영상 재생효율이 높아짐을 알 수 있다. 반대로, 물체 투과도가 높아지면 영상 재생효율이 낮아진다.
즉, 패러랙스 배리어와 달리, 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 디스플레이 장치(100)는 투명 광 가이드부(120)의 투과율 및 반사율을 조절하여 투명 디스플레이 장치(100)의 물체 투과도 및 영상 재생 효율을 결정할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 투명 디스플레이 장치(100)가 이용되는 상황에 맞게 투명 디스플레이 장치(100)의 물체의 투과도 및 영상 재생 효율을 조절할 수 있게 된다.
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 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 투명 디스플레이 장치 110: 투명 디스플레이 패널부
120: 투명 광 가이드부 130: 광원부
140: 제1 편광부 150: 제2 편광부
1000: 디스플레이 시스템

Claims (12)

  1. 복수의 픽셀을 포함하며, 서로 다른 시점의 영상이 기설정된 배치 패턴으로 배치된 영상 프레임을 디스플레이하는 투명 디스플레이 패널부; 및
    상기 투명 이미지 패널부의 후면에 배치되어, 외부로부터 제공되는 광의 적어도 일부는 투과시키고 적어도 일부는 반사시키는 투명 광 가이드부;를 포함하며,
    상기 투명 광 가이드부는,
    상기 반사되는 광이 기설정된 방향으로 굴절되어 상기 서로 다른 시점의 영상이 서로 다른 시청 영역에서 제공되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 광 가이드부는,
    복수의 오목 반거울 또는 복수의 볼록 반거울이 2차원 형태로 배열되어 있는 반거울 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투명 광 가이드부는,
    상기 반거울 어레이가 빛을 투과시키는 투명 재질로 이루어진 판에 삽입되어 있는 형태로 이루어지는 반사선택적 집적 영상 소자인 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 반거울 어레이에 포함되는 복수의 오목 반거울 또는 복수의 볼록 반거울은, 각각 서로 다른 구경 및 초점 거리를 가지는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명 디스플레이 패널부 및 상기 투명 광 가이드부 사이에 위치하여 특정 편광 방향의 광을 투과시키는 편광부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 반거울 어레이는, 일 측면에 금속 박막이 형성되어 있으며, 상기 금속 박막의 두께에 따라 빛의 투과율 및 반사율이 달라지는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 장치.
  7. 광을 제공하는 광원 장치; 및
    복수의 픽셀을 포함하며, 서로 다른 시점의 영상이 기설정된 배치 패턴으로 배치된 영상 프레임을 디스플레이하는 투명 디스플레이 패널부 및 상기 투명 이미지 패널부의 후면에 배치되어, 상기 광원 장치로 제공되는 광의 적어도 일부는 투과시키고 적어도 일부는 반사시키는 투명 광 가이드부를 포함하는 투명 디스플레이 장치;를 포함하며,
    상기 투명 광 가이드부는,
    상기 반사되는 광이 기설정된 방향으로 굴절되어 상기 서로 다른 시점의 영상이 서로 다른 시청 영역에서 제공되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 투명 광 가이드부는,
    복수의 오목 반거울 또는 복수의 볼록 반거울이 2차원 형태로 배열되어 있는 반거울 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 투명 광 가이드부는,
    상기 반거울 어레이가 빛을 투과시키는 투명 재질로 이루어진 판에 삽입되어 있는 형태로 이루어지는 반사선택적 집적 영상 소자인 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반거울 어레이에 포함되는 복수의 오목 반거울 또는 복수의 볼록 반거울은, 각각 서로 다른 구경 및 초점 거리를 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 반거울 어레이는, 일 측면에 금속 박막이 형성되어 있으며, 상기 금속 박막의 두께에 따라 빛의 투과율 및 반사율이 달라지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 광원 장치는,
    상기 광을 제공하는 광원부 및 상기 광원부의 전면에 위치하여 제1 편광 방향의 광을 투과시키는 제1 편광부;를 포함하고,
    상기 투명 디스플레이 장치는, 상기 투명 디스플레이 패널부 및 상기 투명 광 가이드부 사이에 위치하여 제1 편광 방향과 다른 제2 편광 방향의 광을 투과시키는 제2 편광부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 시스템.
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