KR100611992B1 - 3차원 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

3차원 영상 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

단위 컬러 셀당 복수의 서브 컬러 셀을 가지는 컬러 필터가 구비되어 있으며, 화상을 디스플레이하는 디스플레이 패널과; 컬러 필터의 단위 컬러 셀에 대응하는 마이크로 렌즈가 2차원 어레이로 배열된 마이크로렌즈 판과; 마이크로렌즈 판의 마이크로렌즈 배열에 대응되게 미러홀이 2차원 어레이로 배열되어, 단위 컬러 셀의 복수의 서브 컬러 셀을 통과하여 그 미러홀로 입사되는 빔들의 색을 섞어주는 미러홀 판과; 미러홀 판 쪽에서 입사되어, 그를 통과한 빔이 시점별로 모아져 3차원 영상을 구현할 수 있도록 하는 광학판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치가 개시되어 있다.
개시된 디스플레이장치에 따르면, 컬러 필터의 복수의 서브 컬러 셀을 통과한 광이 마이크로렌즈 판에 의해 집속되고, 미러홀 판의 미러홀에 의해 섞어지므로, 3차원 입체 영상 구현시 모아레가 발생하지 않으며, 보다 자연스러운 색상을 구현할 수 있다.

Description

3차원 영상 디스플레이 장치{3D image display apparatus}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스플레이장치의 구성을 개략적으로 보인 분리 사시도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이장치의 측면도로서, 그 디스플레이장치에서의 광의 경로를 보여준다.
도 3은 도 1의 디스플레이 패널로 적용될 수 있는 투과형 액정 패널의 일 예를 개략적으로 보여준다.
도 4a 내지 도 4d는 도 1의 미러홀 판의 미러홀 형상의 실시예들을 보여준다.
도 5는 본 발명에 따른 디스플레이 장치가 2시점에 의해 3차원 영상을 표현할 때의, 광학판에 의해 형성되는 좌안 및 우안 영상의 배열을 보여준다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...디스플레이 패널 15...스위치
20...컬러 필터 21...단위 컬러 셀
21R,21G,21B...서브 컬러 셀 30...마이크로렌즈 판
31...마이크로렌즈 50...미러홀 판
51...미러홀 70...확산판
90...광학판
본 발명은 디스플레이장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 영상을 실현할 수 있는 디스플레이장치에 관한 것이다.
고해상도 텔레비전의 개발에 따라 점점 실감형 텔레비전이 요구되고 있으며, 입체 영상을 시청할 수 있는 텔레비전이 요구되고 있다. 또한, 의료영상, 게임, 광고, 교육, 군사 등 여러 분야에서 입체 효과를 이용하여 더욱 큰 효과를 기대하고 있다.
이와 같이, 인터넷, 실감통신, 가상 현실 및 내시경에 의한 작업 수요의 증가, 컴퓨터, 방송 및 통신 등을 다매체 기술의 가시화를 위주로 한 한 개의 매체로 통합하는 것에 대한 요구, 진단 및 측정 결과의 3차원 영상화 등 인간 생활 환경의 급격한 변화에 따라, 3차원 입체 영상을 디스플레이할 수 있는 디스플레이장치에 대한 요구가 날로 증가하고 있다.
구체적인 예로서, 3차원 디스플레이 기술의 적용이 요망되는 분야로는, 광고분야의 신매체로서 3차원 디스플레이, 가정용 3차원 멀티미디어 영상 디스플레이 단말기, 시뮬레이터 및 교육 훈련용 영상 디스플레이 단말기, 각종 정밀 측정 및 진단용 가시화 영상 디스플레이 단말기, 의료용 3차원 영상 디스플레이 단말기, 각종 감시 및 관제 등을 위한 영상 디스플레이 단말기, 화상 회의 및 광고용 3차원 영상 모니터, 방송용 3차원 텔레비전, 교육/오락을 위한 영상 디스플레이 단말기 및 각종특수환경제작용 부품, 3차원 게임용 영상장치, 군사용 디스플레이 단말기, 각종 항공기와 자동차용 헤드-업 디스플레이(Head Up Display) 등이 있다.
기존의 액정 디스플레이장치(LCD)나 플라즈마 패널 디스플레이장치(PDP) 등의 전면쪽에 렌티큘러나 마이크로 렌즈 등을 배치하는 경우, 3차원 입체 영상을 디스플레이하는 것이 가능하다.
예를 들어, 일반적인 액정 디스플레이장치는, 백라이트로부터 조사된 광 중 일 선형 편광의 광을 액정 패널의 액정층에 입사시키고, 전계 구동에 의해 액정 디렉터(director)의 방향을 바꿔줌으로써, 액정층을 통과하는 광의 편광 변화에 의해 화상 정보 등을 표시하게 된다. 이때, 액정 패널은, 두 투명 글래스 기판 사이에 위치된 액정층과, 칼라 구현을 위해 R, G, B, 서브 컬러 셀을 가지는 단위 컬러 셀이 어레이로 형성된 컬러 필터와, 전,후면에 형성된 편광 필름을 포함한다.
이러한 액정 디스플레이장치의 전면쪽에 렌티큘러 렌즈나 마이크로 렌즈를 배치하면, 3차원 입체 영상을 구현할 수 있다.
그런데, 이러한 디스플레이장치에서는 R, G, B 서브 컬러 셀들이 세로 배열로 구성되어 있어, 수평 방향으로 3차원 영상을 분리하였을 때 모아레(Moire)가 발생하는 현상을 피하기가 어렵다.
또한, 이러한 디스플레이장치는, 화면이 대형화되어 질수록 R, G, B 서브 컬러 셀의 크기가 커지게 되므로, R, G, B 서브 컬러 셀을 가까이서 눈으로 인식할 수 있게 된다. 따라서, 이상적인 자연색을 구현하기 위해서는 이 R, G, B 서브 컬 러 셀을 투과한 빔들을 실제적으로 원하는 색으로 합칠 필요가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 3차원 입체 영상 구현시 모아레가 발생하지 않으며, 보다 자연스러운 색상을 구현할 수 있도록 된 3차원 영상 디스플레이장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디스플레이장치는, 단위 컬러 셀당 복수의 서브 컬러 셀을 가지는 컬러 필터가 구비되어 있으며, 화상을 디스플레이하는 디스플레이 패널과; 상기 컬러 필터의 단위 컬러 셀에 대응하는 마이크로 렌즈가 2차원 어레이로 배열된 마이크로렌즈 판과; 상기 마이크로렌즈 판의 마이크로렌즈 배열에 대응되게 미러홀이 2차원 어레이로 배열되어, 상기 단위 컬러 셀의 복수의 서브 컬러 셀을 통과하여 그 미러홀로 입사되는 빔들의 색을 섞어주는 미러홀 판과; 상기 미러홀 판 쪽에서 입사되어, 그를 통과한 빔이 시점별로 모아져 3차원 영상을 구현할 수 있도록 하는 광학판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 미러홀 판과 광학판 사이에 확산판;을 더 구비할 수 있다.
상기 디스플레이 패널은, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Device) 및 유기 EL(Electro-Luminescence) 패널 중 어느 하나의 평판 디스플레이 패널을 구비할 수 있다.
상기 미러홀은 삼각형, 사각형, 육각형 및 원형 중 어느 한 모양으로 형성될 수 있다.
상기 디스플레이 패널이 선택적으로 2차원 영상 또는 3차원 영상을 디스플레이하도록 전환하는 스위치;를 더 구비하여, 2차원 영상 및 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있도록 마련될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 디스플레이장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스플레이장치의 구성을 개략적으로 보인 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 디스플레이장치의 측면도로서, 그 디스플레이장치에서의 광의 경로를 보여준다.
도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이장치는, 화상을 디스플레이하는 디스플레이 패널(10)과, 마이크로렌즈 판(30)과, 미러홀 판(50)과, 3차원 영상을 표시하기 위한 시차를 주는 광학판(90)을 포함하여 구성된다. 상기 마이크로렌즈 판(30), 미러홀 판(50) 및 광학판(90)은 스크린을 구성한다. 이 스크린에는 후술하는 확산판(70)이 더 포함될 수 있다.
상기 디스플레이 패널(10)로는 RGB 칼라 화상을 구현할 수 있도록 된 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Device) 및 유기 EL(Electro-Luminescence) 패널 중 어느 하나의 평판 디스플레이 패널을 구비할 수 있다.
상기 디스플레이 패널(10)에는, 도 3에 보여진 바와 같이, 칼라 화상을 디스플레이하기 위해, 단위 컬러 셀(21)당 복수의 서브 컬러 셀 예컨대, R, G, B 서브 컬러 셀(21R)(21G)(21B)을 가지는 컬러 필터(20)가 구비되어 있다. 상기 단위 컬러 셀(21)은, 그 디스플레이 패널(10)의 단위 픽셀에 대응하며, 예컨대, R 서브 컬러 셀(21R), G 서브 컬러 셀(21G) 및 B 서브 컬러 셀(21B)로 구성된다.
도 3은 상기 디스플레이 패널(10)로 적용될 수 있는 투과형 액정 패널(100)의 구조의 일 예를 개략적으로 보여준다.
도 3을 참조하면, 액정 패널(100)은, 편광 필름(편광판:110), TFT 기판(120), TFT 전극(130), TN 액정층(140), 컬러 필터(20), 공통 전극(150), 유리 기판(160) 및 편광 필름(검광판:170)으로 구성되며, 상기 TFT 기판(120)의 배면에 백라이트 시스템(200)이 배치된다.
이러한 액정 패널(100)에 따르면, 백라이트 시스템(200)에서 조사된 광 중 상기 편광판(110)을 통과한 일 선형 편광의 광이 액정층(140)에 입사되고, 전계 구동에 의해 액정 디렉터(director)의 방향을 바꿔주면, 액정층(140)을 통과하는 광의 편광이 변화되어 화상 정보 등을 표시하게 된다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 마이크로렌즈 판(30)은, 컬러 필터(20)의 단위 컬러 셀(21)에 대응하는 크기의 마이크로렌즈(31)가 2차원 어레이로 배열된 구조를 가진다. 각 마이크로렌즈(31)는, 각 단위 컬러 셀(21)을 통과한 광을 집속한다.
상기 마이크로렌즈 판(30)은 그에 형성된 마이크로렌즈(31)에 의해 집속된 R, G, B 컬러 빔이 일정한 거리에서 단위 픽셀 크기의 약 1/3 면적에 모일 수 있도록 마련된 것이 바람직하다. 이 모인 빔은 상기 미러홀 판(50)에 형성된 미러홀(51) 안으로 투사된다.
상기 미러홀 판(50)은, 상기 마이크로렌즈(31) 배열에 대응되게 미러홀(51)이 2차원 어레이로 배열된 구조를 가진다. 상기 미러홀 판(50)에 형성된 복수의 미러홀(51) 각각은, 상기 마이크로렌즈 판(30)의 각 마이크로렌즈(31)에 의해 집속되어 입사되는 광을 그 내부 반사를 통하여 진행시켜, 그 미러홀(51)을 통과해 나오게 된다. 이 과정을 통해, 각 단위 컬러 셀(21)의 R, G, B 서브 컬러 셀(21R)(21G)(21B)을 통과한 R, G, B 광영역이 서로 섞여서 미러홀(51) 밖으로 나오게 된다.
이때, 상기 미러홀(51) 각각은, 단위 픽셀 크기의 약 1/3 면적에 모인 빔을 진행시킬 수 있도록, 모인 빔의 크기에 대응되게 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 미러홀(51)은 단위 픽셀 크기의 약 1/3에 해당하는 크기로 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 상기 미러홀(51) 형상의 실시예들을 보여준다. 도 4a 내지 도 4d에 보여진 바와 같이, 상기 미러홀(51)은, 삼각형, 4각형, 6각형, 원형 등의 다양한 모양으로 형성될 수 있다.
상기와 같은 마이크로렌즈 판(30) 및 미러홀 판(50)을 구비함에 의해, 3차원 영상을 위한 시차장벽, 렌티큘러 렌즈 또는 마이크로렌즈 등이 형성된 광학판(90)을 적용하여, 수평 방향으로 3차원 영상을 분리할 때에도, 모아레가 없는 깨끗한 영상을 얻을 수 있다. 또한, 이러한 단위 컬러 셀(21)에 대응하는 영역내에서의 R, G, B 색 섞임에 의해 색상을 자연스럽게 표현할 수 있으며, 컨트라스트 개선 효과도 기대할 수 있으며, 화면 대형화시에도 R, G, B 서브 컬러 셀(21R)(21G)(21B)이 눈으로 인식되는 문제가 생기지 않게 된다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이장치는, 상기 미러홀 판(50)과 광학판(90) 사이에 확산판(70)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 확산판(70)은 미러홀 판(50)의 각 미러홀(51)을 통과하여 입사되는 광을 산란시켜 광학판(90)으로 입사되도록 한다.
이와 같이 확산판(70)을 더 구비하면, 광을 보다 넓은 영역으로 확산시킬 수 있는 이점이 있어, 2차원 영상 디스플레이시에는 컨트라스트를 조절할 수 있으며, 3차원 영상 디스플레이시에는 시점별 영상의 여백을 제거하는데 기여할 수 있다. 이 확산판(70)으로는 예를 들어, 프리즘이 어레이로 형성된 프리즘 시트를 구비할 수도 있다.
상기 광학판(90)은 그를 통과한 빔이 시점별로 모아져 3차원 영상이 구현될 수 있도록 하기 위한 것으로, 이 광학판(90)은, 예를 들어, 시차 장벽(Parallax barrier) 방식, 렌티큘러 방식 또는 IP 방식 등에 의해 3차원 영상을 표시할 수 있도록 마련될 수 있다.
시차 장벽 방식은 상기 광학판(90)으로 시차 장벽이 형성된 시차 장벽 판을 사용하는 경우이다. 렌티큘러 방식은 상기 광학판(90)으로 렌티큘러 렌즈가 어레이로 형성된 렌티큘러 렌즈 판을 사용하는 경우이다. IP 방식은 상기 광학판(90)으로 마이크로렌즈가 어레이로 형성된 마이크로렌즈 판을 사용하는 경우이다.
도 1에서는 상기 광학판(90)으로 마이크로렌즈 판을 사용하는 경우를 예시한다. 렌티큘러렌즈 판을 사용하는 경우나, 시차장벽판을 사용하는 경우는 충분히 유 추할 수 있으므로, 그 도시를 생략한다.
한편, 도 2에서는, 디스플레이 패널(10) 및 광학판(90)이, 디스플레이 패널(10)의 단위 컬러 셀(21)(단위 픽셀) 2개가 광학판(90)의 하나의 렌즈(또는 시차장벽)에 대응하도록 형성되어, 2시점에 의해 3차원 영상을 표현하도록 된 예를 보여준다. 도 5는 본 발명에 따른 디스플레이 장치가 2시점에 의해 3차원 영상을 표현할 때의, 광학판(90)에 의해 형성되는 좌안 및 우안 영상의 배열을 보여준다. 이러한 2시점 방식은 양안 시차를 갖는 2장의 2차원 영상을 좌안과 우안에 각각 제시하여 전체 영상을 입체적으로 인식하도록 된 것이다.
상기 디스플레이 패널(10) 및 광학판(90)은 다시점에 의해 3차원 영상을 표현하도록 마련될 수도 있다. 이 경우에는, 디스플레이 패널(10)의 다시점 수에 해당하는 단위 컬러 셀(21)(단위 픽셀)이 광학판(90)의 하나의 렌즈(또는 시차장벽)에 대응한다. 이러한 다시점 방식은, 피사체를 여러 방향에서 촬영한 영상을 표시하여, 여러 방향에서 3차원 영상을 인식할 수 있도록 된 것이다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이장치는, 2차원 영상 및 3차원 영상을 모두 디스플레이할 수 있는데, 이러한 2차원 영상 및 3차원 영상의 선택적인 디스플레이를 위해, 본 발명에 따른 디스플레이장치는 디스플레이 패널(10)이 선택적으로 2차원 영상 또는 3차원 영상을 디스플레이하도록 전환하는 스위치(15)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명에 따른 디스플레이장치는 3차원 영상만을 디스플레이하도록 마련될 수도 있는데, 이 경우에는 2차원 영상 및 3차원 영상 디스플레이 모드의 선 택을 위한 상기 스위치(15)가 배제될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 디스플레이장치는, 직시형 디스플레이 방식에, 마이크로렌즈 판(30)과 미러홀 판(50)을 적용한 구조를 가진다. 이러한, 본 발명에 따른 디스플레이장치는 다음과 같이 작동된다.
즉, 디스플레이 패널(10)의 컬러 필터(20)를 투과한 광은 마이크로렌즈 판(30)을 통과하여, 일정한 거리에서 R, G, B 컬러 빔이 단위 픽셀(단위 컬러 셀(21)) 크기의 약 1/3 면적에 모이게 된다. 이 모인 빔은 미러홀 판(50)의 각각의 미러홀(51)로 투사된다. 투사된 R, G, B 컬러 빔은 미러홀(51) 내에서 내부 반사를 통하여 섞여서 미러홀(51) 밖으로 나오게 된다. 이 섞인 빔은 확산판(70)을 통과하면서 보다 넓게 퍼지고, 광학판(90)에 의해 모아진다.
본 발명에 따른 디스플레이장치가 3차원 영상을 디스플레이하는 경우에는, 상기 디스플레이 디바이스의 2시점 또는 다시점 수에 해당하는 수의 단위 픽셀에서 시점별 영상을 표시하고, 이 시점별 영상이 상기 광학판(90)에 의해 시점별로 모아져 소정의 시청거리에서 2시점 또는 다시점으로 구현되며, 이에 의해 시청자가 3차원 영상을 인식할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이장치는 2차원 영상을 디스플레이할 수도 있는데, 이 경우에는, 상기한 2시점 또는 다시점 수에 해당하는 수의 단위 픽셀별로 동일 영상을 표시하고, 이에 의해 2차원 영상이 디스플레이된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 디스플레이장치에 따르면, 컬러 필터의 복 수의 서브 컬러 셀을 통과한 광을 마이크로렌즈 판에 의해 집속시키고, 미러홀 판의 미러홀에 의해 섞어주므로, 3차원 입체 영상 구현시 모아레가 발생하지 않으며, 보다 자연스러운 색상을 구현할 수 있다.

Claims (5)

  1. 단위 컬러 셀당 복수의 서브 컬러 셀을 가지는 컬러 필터가 구비되어 있으며, 화상을 디스플레이하는 디스플레이 패널과;
    상기 컬러 필터의 단위 컬러 셀에 대응하는 마이크로 렌즈가 2차원 어레이로 배열된 마이크로렌즈 판과;
    상기 마이크로렌즈 판의 마이크로렌즈 배열에 대응되게 미러홀이 2차원 어레이로 배열되어, 상기 단위 컬러 셀의 복수의 서브 컬러 셀을 통과하여 그 미러홀로 입사되는 빔들의 색을 섞어주는 미러홀 판과;
    상기 미러홀 판 쪽에서 입사되어, 그를 통과한 빔이 시점별로 모아져 3차원 영상을 구현할 수 있도록 하는 광학판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미러홀 판과 광학판 사이에 확산판;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 패널은, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Device) 및 유기 EL(Electro-Luminescence) 패널 중 어느 하나의 평판 디스플레이 패널을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미러홀은 삼각형, 사각형, 육각형 및 원형 중 어느 한 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 패널이 선택적으로 2차원 영상 또는 3차원 영상을 디스플레이하도록 전환하는 스위치;를 더 구비하여, 2차원 영상 및 3차원 영상을 선택적으로 표시할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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