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KR20030030365A - 3차원 영상 표시장치 - Google Patents

3차원 영상 표시장치 Download PDF

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KR20030030365A
KR20030030365A KR1020010062356A KR20010062356A KR20030030365A KR 20030030365 A KR20030030365 A KR 20030030365A KR 1020010062356 A KR1020010062356 A KR 1020010062356A KR 20010062356 A KR20010062356 A KR 20010062356A KR 20030030365 A KR20030030365 A KR 20030030365A
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KR
South Korea
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optical element
flat panel
image forming
diffraction grating
display
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KR1020010062356A
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도모노다카오
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삼성전자주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 3차원 영상 표시장치에 관하여 개시한다. 개시된 3차원 영상 표시장치는 이미지 형성 디스플레이 평판 패널과, 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널의 전면에 배치되어 그로부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시키는 렌즈부를 구비하는 3차원 영상 표시장치에 있어서, 상기 렌즈부는, 다수의 회절격자가 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널 상방에서 상호 평행하게 배열되어 구성하는 단위 회절광학소자의 집합체를 구비한다. 이에 따르면, 3차원 영상 표시장치는 폭이 매우 좁은 회절격자로 이루어진 회절광학소자의 채용으로 양호한 3차원 영상을 관찰하는 것이 가능할 뿐만 아니라 2차원 영상도 양질의 영상을 관찰하는 것이 가능해진다.

Description

3차원 영상 표시장치{Three dimensional image displaying apparatus}
본 발명은 3차원 영상 표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 렌티큘러(lenticular) 렌즈 기능을 가지는 회절격자 광학소자를 구비한 다시점식 3차원 영상 표시장치에 관한 것이다.
3차원 영상 디스플레이는 크게 양안시(兩眼視)방식, 다시점(multi-viewpoint) 방식 및 체적표시방식으로 분류된다.
양안시 방식(stereoscopic display)은 양안 시차를 이용하는 방식으로서, 좌우 양안에 2매의 화상을 보게하여 그 시차로부터 두뇌의 작용으로 입체상을 인식하게 하는 방법이다. 영화관, 각종 이벤트에서 이용되고 있는 안경착용방식도 그 일종이다. 2매의 화상에 있어서, 폭주(輻輳)와 초점위치에 모순이 생기지 않는다면 눈의 피로는 생기지 않으나, 실제로는 인간이 보는 위치에 의해 폭주의 위치와 초점위치가 다르기 때문에 인간이 이러한 2매의 화상을 장시간 계속해서 보면 눈의 피로가 생긴다.
다시점 방식(multi-vientpoint)은 다른 각도로부터 복수매의 화상을 보여주어 입체상을 표시하는 방법이다. 관찰자가 이동할 때 관찰하는 상이 이동하기 때문에 다수의 사람이 관찰하는 것이 가능하다. 또한, 다른 각도로부터 다른 화상이 보여지는 것에 의해 양안시 보다 폭주와 초점 위치 사이의 모순을 적게 하거나 또는 거의 생기지 않게 할 수도 있다. 따라서, 장시간 관찰하여도 양안시 방식 보다 눈의 피로가 적게 할 수 있다.
체적표시방식은 입체적으로 남아있는 잔상으로부터 입체상을 인식하는 방법이다. 디스플레이 또는 스크린을 회전시키는 체적표시방식과, 홀로그램, 인테그럴 포토그래피(integral photography) 등에 의한 광선 재생방법이 있다. 이러한 방법은 폭주와 초점위치의 모순은 생기지 않기 때문에 눈의 피로는 생기지 않는다. 그러나 체적표시방법은 디스플레이 또는 스크린을 회전시키기 때문에 복잡한 광학기계기구가 필요하며, 광선 재생방법은 현재의 수백 또는 천배 이상의 해상도를 가지는 판넬이 필요하다.
다시점 방식에는 렌티큘러(lenticular) 방식, 필터(filter 또는 slit) 방식 등이 있다.
도 1은 국제특허 WO 99/5559호에 개시된 렌티큘러 방식의 일례로서 7시점의 다시점 방식이다. 도면을 참조하면, 참조번호 10은 판넬 상의 서브픽셀(sub-pixel)의 어레이이며, 참조번호 12는 서브픽셀을 가리킨다. 서브 픽셀(12) 내의 숫자는 각 시점의 순서를 가리키는 숫자이다. 컬러 픽셀인 경우에는 연속되는 동일한 시점 숫자를 가지는 3개의 서브픽셀이 R,G,B 의 서브 픽셀로 되어 하나의 컬러 픽셀을 구성한다. 서브픽셀 어레이(10) 위에는 경사진 렌티큘러 렌즈(14)가 부착되어 있다. 제1열에서는 서브 픽셀이 2,4,6,1,3,5,7 순으로 반복되며, 제2열에서는 서브 픽셀이 1,3,5,7,2,4,6 순으로 반복된다. 연속되는 7개의 서브픽셀 위에는 렌티큘러 2개가 놓여 있다. 렌티큘러의 경사에 평행하게 선을 그어서 우측으로 진행하면, 서브픽셀 1부터 순차적으로 서브픽셀 7 까지 7시점을 보는 것이 가능해진다. 즉, 도1에서 A 점선을 따라서 서브픽셀 2가 연결되며, 우측의 점선 B에서는 서브픽셀 2 및 3이 연결되며, 점선 C에서는 서브픽셀 3이 연결된다.
그러나, 이러한 렌티큘러(14)를 도 1과 같이 배치하면, 서브 픽셀(12) 위를 가로지르는 렌티큘러 접합부(15)가 존재한다. 이 접합부(15) 상에 존재하는 서브픽셀은 두 개의 렌티큘러 렌즈(14)의 영향을 받는다. 따라서, 광선은 두 개의 방향으로 분할되므로, 3차원 영상을 표시하는 경우 이중상이 보이기 때문에 해상도가 저하되는 문제점이 생긴다. 또한, 2차원상을 표시할 때 이 서브픽셀은 화상의 일부로서 작용하지 않기 때문에 해상도가 저하하는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3차원 영상의 해상도가 개선되고, 2차원 영상도 선명하게 보여주는 다시점 방식의 3차원 영상 표시장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 렌티큘러 렌즈를 채용한 3차원 영상장치의 설명도,
도 2는 본 발명에 따른 3차원 영상표시장치의 사시도,
도 3은 회절광학소자를 사용한 8시점 3차원 영상표시장치의 설명도,
도 4는 회절광학소자의 배치가 도 3과 다른 예를 보여주는 설명도,
도 5는 본 발명에 따른 최대 회절격자의 폭을 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 회절격자의 평면도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 형성 서브픽셀의 어레이 상에 도 6의 회절광학소자를 배치한 상태를 나타내는 평면도,
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 회절광학소자의 평면도,
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 이미지 형성 서브픽셀의 어레이 상에 도 9의 회절광학소자를 배치한 상태를 나타내는 평면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
100: 이미지 형성 디스플레이 평판 패널 102: 서브 픽셀
200: 렌즈부 210: 회절광학소자
212: 회절격자 220, 230: 코팅 시트
222: 기판
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 3차원 영상 표시장치는, 이미지 형성 디스플레이 평판 패널과, 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널의 전면에 배치되어 그로부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시키는 렌즈부를 구비하는 3차원 영상 표시장치에 있어서, 상기 렌즈부는, 다수의 회절격자가 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널 상방에서 상호 평행하게 배열되어 구성하는 단위 회절광학소자의 집합체를 구비한다.
상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널은, 음극선관(CRT),액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시장치(PDP) 및 전자발광(EL) 디스플레이로 구성되는 그룹으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 회절격자의 최대 폭은 다음 식에 의해서 계산되는 값(w) 이하인 것이 바람직하다.
(L: 디스플레이 패널과 관찰자 사이의 거리(mm), w: 폭(mm))
상기 렌즈부는 렌티큘러 렌즈 기능을 가진다.
상기 단위 회절광학소자는, n 개의 서브픽셀로 구성되는 하나의 픽셀에 대응되게 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널의 픽셀 위에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 단위 회절광학소자는, 상기 서브픽셀의 어레이의 종방향에 대해 소정의 각도로 경사지게 배치되고, 상기 단위 회절광학소자들 사이에는 소정의 간격이 형성되며, 상기 서브 픽셀 어레이는 상기 회절광학소자의 경사방향을 따라 횡방향으로 상기 서브픽셀의 하나 이상의 피치만큼 일정하게 이동하여 배치될 수도 있다.
상기 단위 회절광학소자 및 그 하부의 단일 픽셀은 횡방향으로 하나 이상의 상기 서브 픽셀의 피치만큼 일정하게 이동되어 계단형상으로 배치될 수도 있다.
상기 단위 회절광학소자는, 일련의 동일중심의 동일 높이의 스텝을 가지며, 각 스텝의 폭은 상기 단위 회절광학소자의 중심으로부터 주변까지 일정 비율로 감소한다.
상기 회절격자가 형성된 면이 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널과 대향되게 배치되며, 상기 회절격자 형성면과 상기 기판 사이를 채우는 코팅 시트가 마련되거나, 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널로부터 바깥쪽을 향하게 배치되며, 상기 회절격자들 상에서 상기 회절격자 형성면 사이의 오목부를 채워서 형성된 코팅 시트가 마련되는 것이 바람직하다.
상기 회절격자와 코팅 시트의 굴절률은 서로 다르며, 상기 회절격자와 코팅 시트 중 적어도 하나의 재질이 메타 아크릴레이트계 폴리머이거나 메타 아크릴레이트계 폴리머인 것이 바람직하다.
또한, 상기 회절광학소자는 금형을 사용하여 제조되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 3차원 영상 표시장치에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 본 발명의 이해를 돕기 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 영상표시장치의 사시도이다. 도면을 참조하면, 이미지 형성 디스플레이 평판 패널(100)과, 그 전면에 배치되어서 상기 패널(100)로부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시켜주는 렌즈부(200)가 도시되어 있다.
상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널(100)은 음극선관(CRT), 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시장치(PDP) 및 전자발광(EL) 디스플레이 중 어느 하나를 사용한다.
도 3은 회절광학소자를 사용한 8시점 3차원 영상표시장치의 설명도이며, 도4는 회절광학소자의 배치가 도 3과 다른 예를 보여주는 설명도이다.
도 3을 참조하면, 이미지 형성 디스플레이 평판 패널(100) 상에 렌즈부(200)가 배치되어 있다. 상기 렌즈부(200)는 점선으로 표시된 하나의 렌티큘러(214)에 해당되는 영역에 다수의 회절격자(212)로 구성된 단위 회절광학소자(210)를 구비하며, 단위 회절광학소자(210)에 대응하는 이미지 형성 디스플레이 평판 패널(100) 상에는 8개의 서브 픽셀(102)이 형성되어 있어 8시점을 제공한다.
상기 회절광학소자(210)는 그 회절격자면이 이미지 형성 디스플레이 평판 패널(100)에 대향되게 배치되어 있으며, 일련의 동일 중심의 동일한 높이(h)의 스텝을 가지며, 각 스텝의 폭(w)은 단위 회절광학소자(210)의 중심으로부터 가장자리로 가면서 소정의 비율로 감소되는 특징을 가진다.
회절광학소자(210)와 이미지 형성 디스플레이 평판 패널(100) 사이에는 회절광학소자의 기판 역할과 회절격자면을 보호하는 역할을 하는 코팅 시트(220)가 배치되어 있다.
상기 서브픽셀의 영상 중 제1서브픽셀은 회절하여 가장 오른쪽 방향(도면 기준)을 향하고 제8서브픽셀은 가장 왼쪽 방향으로 회절되어 회절광선이 만나는 지점에 3차원 영상(260)을 나타낸다. 따라서 상기 회절광학소자(210)는 렌티큘러 렌즈 기능을 하며, 관찰자의 양안이 회절영역에 위치하면 두 눈이 인근하는 두 개의 시점을 보게되므로 입체영상을 지각하게 된다. 또한, 회절영역내에서 움직이더라도 이웃하는 두 개의 시점을 보게 되므로 입체영상을 보게 된다.
도 4를 참조하면, 이미지 형성 디스플레이 평판 패널(100) 상에 렌즈부(200)가 배치되어 있다. 렌즈부(200)는 이미지 형성 디스플레이 평판 패널(100) 상의 기판(222)과, 기판(222) 상에 형성된 회절광학소자(210)와, 회절광학소자(210) 상의 코팅 시트(230)를 구비한다. 상기 회절광학소자의 격자면은 이미지 형성 디스플레이 평판 패널(100)로부터 바깥쪽을 향해 배치되어 있다.
상기 코팅 시트(230)는 회절광학소자의 격자면을 먼지 및 기름 등으로부터 보호하며, 회절격자(212)의 높이(h) 이상으로 코팅되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 회절광학소자(210)와 코팅 시트(220, 230)의 굴절률은 서로 다르며 이에 따라서 회절광학소자(210)는 회절을 시키는 역할을 하게 된다. 또한, 상기 회절광학소자(210)의 굴절률이 코팅 시트(220, 230)의 굴절률 보다 커야 한다. 이러한 렌즈부(200)는 회절광학소자의 굴절률의 미세조정이 가능한 장점이 있다.
상기 코팅 시트(220, 230)는 회절격자면을 보호하는 것으로서 기계적 가공 또는 플라스틱 사출형성으로 제작될 수 있다.
상기 회절광학소자(210)는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 각 회절격자(212)의 폭 등의 변수를 계산한 후, 금형을 제작한다. 그리고 두꺼운 플라스틱 시트에 압축시켜서 스크린을 제작한다.
상기 기판(222), 코팅 시트(220, 230) 및 회절광학소자(210)는 폴리카보네이트계 또는 폴리메타 아크릴레이트계의 플라스틱 등으로 제작되는 것이 바람직하다.
도 5는 단위 회절광학소자에서 각각의 회절격자(212)의 크기를 설명하는 도면이다. 단위 회절광학소자는 다수개의 회절격자(212)로 이루어져 있다. 인간의 눈의 해상가능 공간주파수는 약 40 cycle/degree 이다. 따라서 눈의 피로를 느끼지 않도록 하기 위해서는 단위 회절광학소자 중 최대 크기를 가지는 중앙부의 회절격자(212)의 폭(w)을 표준식 1 이하의 크기를 가지는 것이 바람직하다.
[표준식 1]
(L: 디스플레이 패널과 관찰자 사이의 거리(mm), w: 폭(mm))
상기 식 1을 만족한다면, 인간은 회절격자를 눈으로 인식하지 못하므로 패널 상으로부터 영상을 관찰시 눈의 피로를 느끼지 않게 된다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 회절격자의 평면도이며, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 형성 서브픽셀의 어레이 상에 도 6의 회절광학소자를 배치한 상태를 나타내는 평면도이다.
도면을 참조하면, 다수의 회절격자(212)가 상호 종방향으로 평행하게 배열되어 단위 회절광학소자(210)를 구성하고 있다. 상기 단일 회절광학소자(210) 내의 회절격자(212)의 폭은 중앙에서 가장자리로 갈수록 좁아지게 배치되어 있다. 서브픽셀 어레이는 8개의 서브 픽셀(102)로 이루어지는 단일 픽셀이 종방향 및 횡방향으로 반복되게 배치되어 있다. 상기 어레이 중 종방향의 단일 픽셀들 상에는 단일 회절광학소자(212)가 배열된다.
이러한 구조를 가지는 영상장치는 8개의 서브픽셀을 횡방향으로 배열하여 8 시점을 보여준다.
이렇게 제작한 3차원영상표시장치는 도 3에 도시된 바와 같이 각 시점의 초점위치에 3차원상을 관찰하는 것이 가능하다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 회절광학소자의 평면도이며, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 형성 서브픽셀의 어레이 상에 도 8의 회절광학소자를 배치한 상태를 나타내는 평면도이다.
도면을 참조하면, 서브 픽셀 어레이는 하나의 서브픽셀(102)이 왼쪽방향(도면 기준)으로 어레이의 하나의 피치만큼 이동되게 배치되어 있으나, 하나의 단위 픽셀에 해당되는 단일 회절광학소자(210)가 종방향 및 횡방향으로 분리된 단위 회절광학소자(210)를 이루어서 상기 서브 픽셀 어레이의 배치와 동일하게 좌측으로 하나의 서브픽셀의 피치만큼 이동되어 배치되어 있다.
이러한 구조를 가지는 영상장치는 횡방향으로 8 시점을 보여주며 또한, 하나의 서브 픽셀을 가로지르는 이웃하는 두 개의 회절격자에 의해 발생될 수도 있는 모아레(moire) 현상을 방지할 수 있어서 3차원 영상 및 2차원 영상도 상이 선명해진다.
한편, 제2실시예의 회절광학소자는 제1실시예의 광학소자에 비교하여 복잡하다. 따라서 금형제작시 제1실시예 보다 많은 시간을 요구하지만, 플라스틱 시트에 압착시키는 제조공정에서 요구되는 시간에서는 차이가 없다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 영상 표시장치는 폭이 매우 좁은 회절격자로 이루어진 회절광학소자의 채용으로 양호한 3차원 영상을 관찰하는 것이 가능할 뿐만 아니라 2차원 영상도 양질의 영상을 관찰하는 것이 가능해진다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 이미지 형성 디스플레이 평판 패널과, 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널의 전면에 배치되어 그로부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시키는 렌즈부를 구비하는 3차원 영상 표시장치에 있어서,
    상기 렌즈부는, 다수의 회절격자가 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널 상방에서 상호 평행하게 배열되어 구성하는 단위 회절광학소자의 집합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널은,
    음극선관(CRT), 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시장치(PDP) 및 전자발광(EL) 디스플레이로 구성되는 그룹으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절격자의 최대 폭은 다음 식에 의해서 계산되는 값(w) 이하인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
    (L: 디스플레이 패널과 관찰자 사이의 거리(mm), w: 폭(mm))
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 렌티큘러 렌즈 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 회절광학소자는, n 개의 서브픽셀로 구성되는 하나의 픽셀에 대응되게 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널의 픽셀 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단위 회절광학소자 및 그 하부의 단일 픽셀은 횡방향으로 하나 이상의 상기 서브 픽셀의 피치만큼 일정하게 이동되어 계단형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 회절광학소자는, 일련의 동일중심의 동일 높이의 스텝을 가지며, 각 스텝의 폭은 상기 단위 회절광학소자의 중심으로부터 주변까지 일정 비율로 감소하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절격자가 형성된 면이 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널과 대향되게 배치되며, 상기 회절격자 형성면과 상기 기판 사이를 채우는 코팅 시트가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절격자가 형성된 면이 상기 이미지 형성 디스플레이 평판 패널로부터 바깥쪽을 향하게 배치되며, 상기 회절격자들 상에서 상기 회절격자 형성면 사이의 오목부를 채워서 형성된 코팅 시트;가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 회절격자와 코팅 시트의 굴절률은 서로 다른 것을 특징으로 하는 3차원영상 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 회절격자와 코팅 시트 중 적어도 하나의 재질이 메타 아크릴레이트계 폴리머인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 회절격자와 코팅 시트 중 적어도 하나의 재질이 메타 아크릴레이트계 폴리머인 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 회절광학소자는 금형을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 표시장치.
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