KR20050078288A - 입체영상 표시장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시청자는 편광 안경을 착용하여 입체 영상을 감상하고 2D 영상을 표시할 때는 안경을 착용하지 않고 해상도의 저하 없이 사용할 수 있는 2D/3D 겸용의 입체영상 표시장치를 제공하기 위한 것으로서, 좌우안에 대응되는 방향별 시차 영상을 샘플링 및 멀티플렉싱하여 체크 무늬 형태로 좌우영상을 표시하는 평판 표시소자와, 상기 평판 표시소자 전면에 배치되어 상기 평판 표시소자의 화소에 대응되도록 체크 무늬 모양으로 1파장 또는

Description

입체영상 표시장치 및 방법{display apparatus and method of three dimensional image}

본 발명은 입체영상 표시장치에 관한 것으로, 특히 체크 무늬 형태의 위상판 조각 배열판을 이용하여 2D/3D 겸용으로 사용 가능한 입체영상 영상표시 장치에 관한 것이다.

최근 들어 표시 장치로 현장감 있고 실감나는 영상을 보기 위해 입체화상을 표시하는 입체영상 표시 장치가 많이 요구되고 있다.

일반적으로 입체 화상은 시청자의 좌우 눈에 서로 다른 영상이 들어와서 시청자의 머리 속에서 좌우 영상이 합성되어 입체감을 느끼게 된다. 따라서 입체 화상을 만들기 위해서는 좌우 눈에 서로 다른 영상을 표시하는 장치가 필요하다.

그 중에서 가장 손쉽게 이용되고 있는 방법으로 좌안 화상과 우안 화상을 분리하여 좌우 눈이 각각 분리 인식하도록 하는 안경 방식의 입체 표시 장치가 있다.

이러한 안경 방식의 입체 방식에는 LCD 셔터(shutter) 안경을 사용하는 시분할 방식과 편광 안경을 사용하는 편광 안경 방식이 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 LCD 셔터 안경을 사용하는 시분할 방식의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1과 같이, LCD 셔터(shutter) 안경을 사용하는 시분할 방식은 1 개의 CRT 표시소자(display device)(10)와, 편광판(30)/액정(40)/편광판(30)으로 형성되고, 좌측과 우측에 각각 형성되는 편광판은 편광이 서로 직교되도록 형성되는 LCD 셔터 안경과, 상기 LCD 셔터 안경의 좌측과 우측의 형성된 액정에 각각 시분할 주파수를 인가하여 광의 투과를 제어하는 시분할 드라이버 회로(20)로 구성되어 있다.

이 방식은 1개의 표시 소자(10)를 사용함으로써 시스템이 간단하다는 장점이 있다. 그러나, LCD 셔터 안경이 무거우며, 충분히 높은 주파수로 시분할 하지 않으면 시청시에 껌뻑거림(flicker)현상이 생긴다는 단점이 있다.

즉, LCD 셔터 안경과 입체 영상과의 동기를 맞추기 위하여 동기 신호가 LCD 셔터 안경에 전달되어야 한다. 이때 신호 전달 방식에 따라서 무선과 유선 방식이 있을 수 있으나 이들 방식 모두 장단점이 있다. 특히 무선 방식은 전원 공급원으로써 배터리(battery)와 무선 동기 신호를 제어하기 위한 시분할 드라이버 회로가 안경에 포함되어야 함으로써 안경이 무겁게 된다.

또한, 유선 방식은 무선 방식에 비하여 간단하지만 신호선이 본체와 연결되어 있으므로 사용상에 불편하다.

이러한 단점을 해결하는 방법으로써 편광 안경을 사용하는 편광 안경 방식이 있으며, 상기 편광 안경 방식은 두개의 표시소자(LCD 패널, CRT 등)와 하프 미러(half mirror)를 사용하는 방식과 1개의 표시소자만을 사용하는 방식이 있다.

도 2 는 종래 기술에 따른 편광 안경을 사용하는 편광 안경 방식에서 두 개의 표시소자를 사용하는 방식을 나타낸 구성도이다.

도 2와 같이, 우안 영상인 LCD 패널 및 좌안 영상인 LCD 패널로 이루어진 두 개의 표시소자(70)(80)를 직각으로 배치하고 하프 미러(half mirror)(90)를 45도 각도로 배치하여 시스템을 구성한다. 그리고, 각각의 표시소자에는 좌우안 영상이 각각 표시되고, 편광 방향은 상호 90도가 되게 하여 좌우 영상을 편광 분리한다. 이때, 시청자는 선편광 안경(50)을 착용하여 입체 영상을 관찰하는 구조를 가지고 된다.

하지만, 이러한 두 개의 표시소자를 사용하는 방식은 시스템 구성이 복잡하여 부피가 커지고 비용이 많이 든다는 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하는 방식으로써 후자의 1 개의 표시소자를 사용하는 방식이 있다.

도 3a, 3b는 종래 기술에 따른 편광 안경을 사용하는 편광 안경 방식에서 1 개의 표시소자를 사용하는 방식을 나타낸 구성도로서, 도 3a는 측면도를 나타내고 있으며, 도 3b는 시청 면의 정면도를 나타내고 있다.

도 3a과 같이, 1 개의 표시소자인 LCD 패널(10)과, 두 개의 수평 줄무늬 위상판(130)(140)이 서로 교대로 배치되어 상기 LCD 패널(100) 전면에 형성되는 위상판으로 구성된다.

이때, 상기 위상판에서 두 개의 수평 줄무늬 중 하나는 LCD 패널의 편광 방향을 90도 회전시키는 기능을 가지고 있는 파장 위상판(140)과, 다른 하나는 편광 방향을 변화시키지 않고 그대로 통과시키는 기능을 가지고 있는 1파장 위상판(130)으로 구성된다. 그리고 상기 파장 위상판(140) 및 1파장 위상판(130)들 각각의 줄무늬 위상판의 수직 크기는 LCD 패널(100)의 1 화소에 비하여 조금 작게 설계된다.

그러면 LCD 패널(100)에서 한 방향으로 편광된 LCD 패널의 영상은 수평으로 1줄(line)씩 편광 방향이 상호 직각인 2개의 편광 방향을 가진 영상이 된다. 따라서 좌우 영상을 각각 수평 줄(line)단위로 1 줄씩 샘플링(sampling)하고 멀티플렉싱(multiplexing)하여 도 3b와 같이 표시함으로써, 좌우 영상이 편광 방향에 따라 분리되고 사용자는 편광 안경을 착용하여 입체 영상을 감상할 수가 있다.

이와 같은 방법으로 1 개의 표시소자(LCD 패널 등)로써도 입체시스템 구성이 가능하다.

하지만 1 개의 표시소자를 사용하는 방식에 있어서 도 3a에서와 같이 줄무늬 위상판(130)(140)이 LCD 패널(100) 전면에 배치될 경우에 필연적으로 상기 LCD 패널(100)을 구성하고 있는 글라스(glass)의 두께(d)에 의하여 LCD 패널(100)의 영상면과 줄무늬 위상판(130)(140)과의 간격이 발생하게 된다. 따라서, 이 간격에 의해 시청시 정확한 입체 영상을 시청할 수 있는 임계각인 시야각이 매우 협소하게 제한되게 된다.

즉, LCD 패널 각각의 수평 라인(line)에는 좌우안 영상이 서로 번갈아 배치되어 있으며 이들에서 발산되는 편광된 빛은 바로 앞에 대응되어 있는 줄무늬 조각 위상판을 지나면서 각각 편광이 서로 직각으로 변환되어야만 한다. 하지만 일정각도 이상의 각도로 발산되는 빛(crosstalk light)의 경우 바로 위아래 줄무늬 조각 위상판을 지나게 되어 결국은 좌우 화상의 편광방향이 좌우화상에 따라 분리되지 못하고 섞여서 결국은 크로스토크(crosstalk)를 유발시킨다.

따라서, 종래의 줄무늬 조각 위상판을 사용하여 1개의 표시소자를 가지고 입체 시스템을 구성하는 경우는 사용자가 입체 영상을 감상할 때 상하 시야각이 매우 협소하여 시청시에 불편함이 발생된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 시청자는 편광 안경을 착용하여 입체 영상을 감상하고 2D 영상을 표시할 때는 안경을 착용하지 않고 해상도의 저하 없이 사용할 수 있는 2D/3D 겸용의 입체영상 표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 편광 안경 방식에서 1 개의 표시소자를 사용하는 방식에서 상하 시야각을 증가시키는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 입체영상 표시장치의 특징은 좌우안에 대응되는 방향별 시차 영상을 샘플링 및 멀티플렉싱하여 체크 무늬 형태로 좌우영상을 표시하는 평판 표시소자와, 상기 평판 표시소자 전면에 배치되어 상기 평판 표시소자의 화소에 대응되도록 체크 무늬 모양으로 1파장 또는 파장 위상을 갖는 위상파 조각 배열판을 포함하여 구성되는데 있다.

이때, 상기 위상파 조각 배열판은 가로 및 세로 방향으로 위상판 조각 2가지가 교대로 배열되어 체크 무늬를 이루고 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 2가지의 위상판 조각은 LCD 패널의 편광 방향을 90도 회전시켜 주는 파장 위상의 기능을 가진 파장 위상판과, 편광 방향이 변화지 않고 통과되도록 하는 1파장 위상의 기능을 가진 1 파장 위상판을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 위상판 조각의 크기는 가로(Ph,r) 세로 (Pv,r) 모두 평판 표시소자 화소의 크기보다 크게 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 평판 표시소자에 따른 2x2개의 화소 단위로 상기 위상판 조각 배열판의 1개의 조각이 대응되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 평판 표시소자는 각 화소의 수직 라인을 한 줄씩 건너뛰면서 블랙 영상을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 위상파 조각 배열판의 수직 이음쇠 부분이 상기 평판 표시소자에 표시되는 블랙 영상으로 처리된 화소의 중앙에 대응되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 입체영상 표시장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4a, 4b는 본 발명에 따른 편광 안경을 사용하는 편광 안경 방식에서 1 개의 표시소자를 사용하는 방식을 나타낸 구성도로서, 도 4a는 측면도를 나타내고 있으며, 도 4b는 시청 면의 정면도를 나타내고 있다.

도 4a와 같이, 좌우안에 대응되는 방향별 시차 영상을 샘플링 및 멀티플렉싱하여 체크 무늬 형태로 좌우영상을 표시하는 1 개의 LCD 패널(100)과, 상기 LCD 패널(100) 전면에 배치되어 체크 무늬 모양으로 1파장 또는 파장 위상을 갖는 위상파 조각 배열판(Micro Retarder Segment Array Sheet : MRSAS)(130)(140)으로 구성된다.

이때, 상기 위상파 조각 배열판(130)(140)은 도 4b와 같이, 가로 및 세로 방향으로 위상판 조각 2가지가 교대로 배열되어 체크 무늬를 이루고 구성된다. 그리고 상기 2가지의 위상판 조각 중 한가지는 LCD 패널의 편광 방향을 90도 회전시켜 주는 파장 위상판의 기능을 가진 파장 위상판(140)이고, 다른 한가지는 편광 방향이 변화지 않고 통과되도록 하는 1파장 위상판의 기능을 가진 1 파장 위상판(130)으로 구성되어 있다.

또한, 상기 위상판 조각의 크기는 가로(Ph,r) 세로 (Pv,r) 모두 LCD 패널의 화소(PLCD)의 2배 크기로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 체크 무늬 형태의 위상판 조각 배열판(130)(140)을 이용한 2D/3D 겸용 입체영상 표시장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 평판 표시 소자(LCD 패널)(100)에 좌우안에 대응되는 방향별 시차 영상을 2x2 화소 단위로 샘플링 및 멀티플렉싱하여 체크 무늬 형태로 좌우영상을 표시한다.

이때, 상기 LCD 패널에 체크 무늬 형태로 좌우영상을 표시하는 방법은 다음과 같다.

LCD 패널(100)에 표시되는 입체 영상은 오른쪽 눈이 보아야 하는 영상(우안영상, Right image)(140)과 왼쪽 눈이 보아야 하는 영상(좌안 영상, Left image)(130)으로부터 도 4b와 같이 2 화소씩 건너뛰며 체크 형태로 각각 샘플링하여 멀티플렉싱한다.

이때, 상기 LCD 패널(100)에 표시되는 화소들의 경우에 각 화소와 그 이웃하는 화소간 사이에는 사방으로 블랙 스트립(black stripe)이 형성되게 된다. 그런데 이 형성되는 블랙 스트립의 넓이가 가로 라인의 화소별 블랙 스트립에 비해 세로 라인의 화소별 블랙 스트립이 2배 이상 넓게 형성되게 된다. 그래서, 각 화소별로 표시되는 좌우영상은 각 화소에 표시되는 영상과 세로 방향으로 이웃하는 화소에 표시되는 영상간에 크로스토크(crosstalk)가 발생되게 된다.

따라서, 상기 LCD 패널의 수직방향으로 영상의 크로스토크가 발생되는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해, 도 5에서 도시한 것과 같이 상기 LCD 패널에서 멀티플렉싱 수행시에 화소의 수직 라인을 한 줄씩 건너뛰어 블랙 영상(B)으로 처리한다.

이어 상기 LCD 패널(100) 전면에 설치된 위상파 조각 배열판(MRSAS)(130)(140)에 의하여 상기 LCD 패널(100)에 표시되는 체크 무늬 형태로 표시되는 방향별 시차 영상에 상응되도록 체크 무늬 모양으로 1파장 또는 파장 위상을 갖도록 상호 수직인 편광 방향을 갖는 영상을 표시한다.

이때, 도 6에서와 같이 위상파 조각 배열판(MRSAS)의 수직 이음쇠 부분이 상기 LCD 패널(100)에 수직라인으로 표시되는 블랙 영상으로 처리된 화소의 가운데와 일치하도록 형성하고, 수평라인으로는 LCD 패널(100)에서 두 개의 화소가 위상파 조각 배열판(MRSAS)의 하나의 조각에 포함되도록 형성한다.

이에 따라, 상기 위상파 조각 배열판을 통해 출사되는 영상은 도 7과 같이, 수평 방향으로는 기존 LCD 패널의 블랙 스트립(black stripe)이 그대로 표시되고, 수직 방향으로는 상기 위상파 조각 배열판의 수직 이음쇠 부분이 상기 LCD 패널의 수직 블랙 스트립의 가운데와 일치하도록 배치하여 폭이 넓은 구조를 가진 블랙 스트립이 표시되게 된다.

따라서, 일반적으로 LCD 패널을 이루고 있는 글라스와 전면에 배치되는 위상파 조각 배열판의 두께로 인하여 LCD 패널과 위상파 조각 배열판 사이에서 필연적으로 간격이 발생하게 되지만, 본 발명은 도 4a에서 도시한 바와 같이, LCD 패널(100)에 따른 2개의 화소 단위로 위상판 조각이 대응되어 있으므로 1개의 화소 단위로 위상판이 배열되어 있는 종래 기술에 비하여 수직 시야각이 2배로 증가함을 알 수 있다.

따라서, 시청자는 좌우 영상을 편광 분리하여 3D 입체영상을 감상하고자 할 때, 편광 안경을 착용하여 시야각이 2배 향상된 입체영상을 효과적으로 감상할 수 있게 된다.

또한, 이와 같은 방법을 이용하여 2D 영상을 LCD 패널에 표시하게 되면, 편광 안경을 착용하지 않고도 해상도가 전혀 저하되지 않게 된다. 그러므로 시청자는 2D 입체영상을 감상하고자 할 때에는 편광 안경을 착용하지 않고 해상도의 저하 없는 영상을 감상할 수 있게 된다.

이와 같이, 2D/3D 겸용의 입체영상 표시장치로 사용될 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 체크 무늬 형태의 위상판 조각 배열판을 이용한 2D/3D 겸용 입체영상 표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 2개의 화소 단위로 위상판 조각이 대응되어 있으므로 1개의 화소 단위로 위상판이 배열되어 있는 종래 기술에 비해 수직 시야각이 2배로 증가시켜 시청자가 편리하게 입체영상을 감상할 수 있다.

둘째, 2D 영상을 LCD 패널에 표시할 때에는 편광안경을 착용하지 않고 화면을 보면 해상도가 전혀 저하되지 않고 영상을 감상할 수 있다.

셋째, 2D/3D 겸용의 모니터로 사용할 수 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 LCD 셔터 안경을 사용하는 시분할 방식의 구성을 나타낸 도면

도 2 는 종래 기술에 따른 편광 안경을 사용하는 편광 안경 방식에서 두 개의 표시소자를 사용하는 방식을 나타낸 구성도

도 3a, 3b는 종래 기술에 따른 편광 안경을 사용하는 편광 안경 방식에서 1 개의 표시소자를 사용하는 방식을 나타낸 구성도

도 4a, 4b는 본 발명에 따른 편광 안경을 사용하는 편광 안경 방식에서 1 개의 표시소자를 사용하는 방식을 나타낸 구성도

도 5 는 본 발명에 따른 영상의 멀티플렉싱된 입체영상 표시장치를 나타낸 도면

도 6 은 본 발명에 따른 입체영상 표시장치에서 LCD 패널과 위상파 조각 배열판의 배치 관계를 나타낸 도면

도 7 은 본 발명에 따른 입체영상 표시장치에서 LCD 픽셀의 수평 및 수직 블랙 스트립 구조를 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : CRT 20 : 시분할 드라이버 회로

30 : 편광판 40 : 액정

50 : 선편광 안경 60 : 좌안 영상 LCD 패널

70 : 우안 영상 LCD 패널 80 : 하프 미러

100 : LCD 패널 110 : 좌안 영상

120 : 우안 영상 130 : 1파장 위상 지연판

140 : 파장 위상 지연판

Claims (7)

1. 좌우안에 대응되는 방향별 시차 영상을 샘플링 및 멀티플렉싱하여 체크 무늬 형태로 좌우영상을 표시하는 평판 표시소자와,

   상기 평판 표시소자 전면에 배치되어 상기 평판 표시소자의 화소에 대응되도록 체크 무늬 모양으로 1파장 또는 파장 위상을 갖는 위상파 조각 배열판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상파 조각 배열판은 가로 및 세로 방향으로 위상판 조각 2가지가 교대로 배열되어 체크 무늬를 이루고 구성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 2가지의 위상판 조각은 LCD 패널의 편광 방향을 90도 회전시켜 주는 파장 위상의 기능을 가진 파장 위상판과,

   편광 방향이 변화지 않고 통과되도록 하는 1파장 위상의 기능을 가진 1 파장 위상판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 위상판 조각의 크기는 가로(Ph,r) 세로 (Pv,r) 모두 평판 표시소자 화소의 크기보다 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 평판 표시소자에 따른 2x2개의 화소 단위로 상기 위상판 조각 배열판의 1개의 조각이 대응되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 평판 표시소자는 각 화소의 수직 라인을 한 줄씩 건너뛰면서 블랙 영상을 형성하는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 위상파 조각 배열판의 수직 이음쇠 부분이 상기 평판 표시소자에 표시되는 블랙 영상으로 처리된 화소의 중앙에 대응되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 입체영상 표시장치.