KR100658671B1 - 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

하나의 디스플레이 장치로 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 구현하는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 디스플레이 장치는 한대의 카메라로 촬영한 2차원 이미지 또는 적어도 2대 이상의 카메라로 촬영한 다시점 이미지를 디스플레이하는 평판 디스플레이와; 평판 디스플레이 전면에 배치되어 평판 디스플레이에서 구현된 다시점 이미지를 시청자의 좌, 우안 방향으로 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판과; 렌티큘라 렌즈판에 연계되어 평판 디스플레이가 2차원 영상을 구현하는 2차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판을 화면의 수평축 방향으로 고속 진동시킴과 아울러, 평판 디스플레이가 다시점 이미지를 구현하는 3차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판을 정지 상태로 고정시키는 구동부를 포함한다.

디스플레이장치, 입체영상, 3차원이미지, 렌티큘라렌즈, 공간분할, 경사각, 다시점, 공간영역

Description

2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE CAPABLE OF DISPLAYING 2-DIMENSIONAL AND 3-DIMENSIONAL IMAGES}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 정면도.

도 2는 도 1에 도시한 평판 디스플레이와 렌티큘라 렌즈판의 분해 사시도.

도 3은 도 1에 도시한 진동 가이드부의 측면도.

도 4는 7개 시점(view)에 따른 이미지를 설명하기 위한 개략도.

도 5는 평판 디스플레이와 렌티큘라 렌즈판의 조합에 의한 공간 영역을 설명하기 위한 개략도.

도 6은 평판 디스플레이의 이미지 배열과 렌티큘라 렌즈판의 정렬 상태를 설명하기 위한 평판 디스플레이의 부분 확대도.

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2차원 영상과, 렌티큘라 렌즈를 이용한 3차원 영상의 구현이 모두 가능하여 하나의 디스플레이 장치로 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 구현하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

음극선관(CRT; Cathode Ray Tube), 액정 디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP; Plasma Display Panel) 등과 같은 일반적인 디스플레이 장치는 2차원 화면 위에 소정의 영상을 구현하여 시청자는 화면 위에 구현되는 2차원 영상을 시청하게 된다.

반면, 입체 영상 디스플레이 장치는 시청자의 좌, 우안으로 각기 다른 이미지를 제공하여 시청자가 보는 영상에 거리감과 입체감을 느끼도록 하는 장치로서, 입체 안경과 같은 특수 장비 없이 3차원 이미지를 시청할 수 있는 직시형(direct-view type)으로 오토-스테레오스코피 장치가 알려져 있다.

상기 오토-스테레오스코피(auto-stereoscopy) 장치는 디스플레이 장치 전면에 렌티큘라 렌즈판을 구비하여 디스플레이 장치에서 구현된 좌, 우안 이미지를 렌티큘라 렌즈를 통해 시청자의 좌, 우안 방향으로 공간 분할하는 방식으로 입체 영상을 제공한다. 이러한 오토-스테레오스코피 장치와 관련한 선행 특허로 미국특허 제6,064,424호와 미국특허 제6,069,650호가 있다.

그러나 지금까지의 오토-스테레오스코피 장치는 고정된 렌티큘라 렌즈판에 의해 2차원 영상을 구현하지 못하므로, 입체 영상 전용으로 사용 범위가 한정되는 단점을 안고 있다.

또한, 선행 특허에 개시된 화면의 수직 방향에 따른 렌티큘라 렌즈와 디스플레이 장치의 정렬 각도는 9.46°인데, 이는 본 발명자의 실험 결과, 렌티큘라 렌즈와 디스플레이 장치에서 구현되는 이미지와의 간섭에 의해 빗살무늬가 발생하여 시청자에게 거슬림을 주는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 디스플레이 장치로 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 구현할 수 있는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 디스플레이 장치에서 구현되는 이미지와 렌티큘라 렌즈의 간섭에 의한 빗살무늬 발생을 억제하여 입체 영상의 화질을 개선하는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

한대의 카메라로 촬영한 2차원 이미지 또는 적어도 2대 이상의 카메라로 촬영한 다시점 이미지를 디스플레이하는 평판 디스플레이와, 평판 디스플레이 전면에 배치되는 렌티큘라 렌즈판과, 렌티큘라 렌즈판에 연계되어 평판 디스플레이가 2차원 영상을 구현하는 2차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판을 화면의 수평축 방향으로 고속 진동시키는 구동부와, 렌티큘라 렌즈판의 두 장변부에 고정되어 렌티큘라 렌즈판의 진동을 가이드하는 진동 가이드부를 포함하는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치를 제공한다.

바람직하게, 렌티큘라 렌즈판을 구성하는 다수의 렌티큘라 렌즈는 평판 디스플레이의 수직축에 대해 경사각을 갖도록 정렬되며, 렌티큘라 렌즈의 길이 방향에 따른 렌티큘라 렌즈의 길이축과 평판 디스플레이의 수직축 사이의 경사각은 15° 전후로 이루어진다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 정면도로서, 디스플레이 장치(2)는 다수의 화소를 구비하여 영상을 구현하는 평판 디스플레이(4)와, 평판 디스플레이(4) 전면에 배치되어 평판 디스플레이(4)의 이미지를 시청자의 좌, 우안 방향으로 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판(6)과, 렌티큘라 렌즈판(6)을 화면의 수평축 방향(도면의 X축)으로 고속 진동시키는 구동부(8)와, 렌티큘라 렌즈판(8)의 좌우 진동을 가이드하는 진동 가이드부(10)를 포함한다.

상기 평판 디스플레이(4)에는 공지된 액정 디스플레이(LCD)와 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 사용될 수 있으며, 화면의 수평축 및 수직축 방향(도면의 X축 및 Y축)을 따라 다수의 R(적), G(녹), B(청) 화소를 구비하여 이들 화소를 통해 소정의 칼라 영상을 구현한다.

특히 평판 디스플레이(4)는 2차원 모드에서 한대의 카메라로 촬영한 영상 신호를 제공받아 2차원 영상을 구현하며, 3차원 모드에서는 적어도 2대 이상의 카메라로 촬영한 영상 신호를 제공받아 추후 설명하는 맵핑(mapping) 과정을 통해 렌티큘라 렌즈판(6)과의 조합으로 다시점(multi-view) 이미지를 제공한다.

그리고 상기 렌티큘라 렌즈판(6)은 도 2에 도시한 바와 같이, 화면의 수직축 방향(도면의 Y축)을 따라 정렬된 다수의 반원주형 렌티큘라 렌즈(12)로 이루어지며, 각자의 렌티큘라 렌즈(12)는 화면의 수평축 방향(도면의 X축)으로 정렬된 다수의 화소 중 2개 이상의 화소에 대응하도록 배치되고, 요구되는 다시점 수에 따라 렌티큘라 렌즈(12)의 피치가 화소의 가로 피치와 일정 관계를 갖도록 설정된다.

이러한 렌티큘라 렌즈판(6)은 평판 디스플레이(4)에 직접 고정되지 않고, 한쌍의 진동 가이드부(10)에 장착되어 화면의 수평축 방향(도면의 X축)으로 위치 변화가 가능하도록 설치되며, 전술한 구동부(8)가 2차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판(6)을 화면의 수평축 방향(도면의 X축)으로 진동시킨다.

도 3은 도 1에 도시한 진동 가이드부의 측면도로서, 진동 가이드부(10)는 렌티큘라 렌즈판(6)의 두 장변부, 즉 렌티큘라 렌즈판의 상, 하 장변부에 위치하는 일종의 선형 베어링으로 이루어진다. 즉, 각자의 진동 가이드부(10)는 롤링 부품 탑재한 제 1, 2가이드 레일(14, 16)로 이루어지며, 제 1가이드 레일(14)이 렌티큘라 렌즈판(6)에 고정되고, 제 2가이드 레일(16)이 평판 디스플레이(4)의 케이스(18)에 고정된다.

그리고 상기 구동부(8)는 평판 디스플레이(4)의 케이스(18)에 고정되는 진동 모터(20)와, 진동 모터(20)의 구동에 따라 렌티큘라 렌즈판(6)을 화면의 수평축 방향(도면의 X축)으로 고속 진동시키는 동력 전달 커넥터(22)로 이루어진다.

바람직하게, 진동 모터(20)는 전기 신호를 기계적인 진동 에너지로 변환시키는 피에조(piezo) 일렉트릭 모터로 이루어지며, 동력 전달 커넥터(22)는 그 일단이 진동 가이드부(10)의 제 1가이드 레일(14)에 고정되어 진동 모터(20)의 작동에 의해 제 1가이드 레일(14)을 화면의 수평축 방향(도면의 X축)으로 진동시킨다.

상기한 구성에 의해, 전술한 디스플레이 장치(2)는 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 구현할 수 있다.

먼저, 3차원 모드에서 상기 구동부(8)는 오프(off) 상태로서, 렌티큘라 렌즈판(6)이 평판 디스플레이(4) 외면에 정지 상태로 고정되며, 평판 디스플레이(4)는 2대 이상의 카메라로 촬영한 영상 신호를 제공받아 이를 각기 다른 화소를 통해 구현하고, 렌티큘라 렌즈(12)가 평판 디스플레이(4)의 이미지를 시청자의 좌, 우안 방향으로 분할하여 입체 영상을 구현하도록 한다.

반면, 2차원 모드에서 평판 디스플레이(4)는 한대의 카메라로 촬영한 영상 신호를 제공받아 2차원 영상을 디스플레이한다. 이 때, 렌티큘라 렌즈판(6)이 부착된 상태로 평판 디스플레이(4)가 2차원 영상을 구현하면, 렌티큘라 렌즈(12)에 의해 이미지가 흐려져 시청자는 평판 디스플레이(4)의 영상을 식별할 수 없게 된다.

따라서 2차원 모드에서는 상기 구동부(8)가 온(on) 상태가 되어, 진동 모터(20)의 구동으로 동력 전달 커넥터(22)가 제 1가이드 레일(14)을 고속으로 진동시키며, 제 1가이드 레일(14)의 이동이 제 2가이드 레일(16)에 의해 지지되면서 제 1가이드 레일(14)에 고정된 렌티큘라 렌즈판(6)을 화면의 수평축 방향(도면의 X축)으로 고속 진동시킨다.

이러한 렌티큘라 렌즈판(6)의 좌우 진동에 의해, 렌티큘라 렌즈(12)의 굴절 효과가 사라져 평판 디스플레이(4)가 구현하는 2차원 이미지를 시청자에게 그대로 전달하게 된다. 이것은 마치 차가 서있을 때에는 난간의 창살 때문에 뒤의 경치가 가려지지만, 차가 달리는 상태에서는 난간이 없어지는 효과가 생겨 뒤의 경치가 모두 보이는 것과 동일한 원리이다.

바람직하게, 2차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판(6)의 진동 주파수는 25∼30Hz 범위로 이루어지는데, 이것은 진동 주파수가 30Hz를 초과하면 디스플레이 장치의 진동과 소음이 심하게 되고, 25Hz보다 낮으면 렌티큘라 렌즈 효과가 남기 때문이다. 그리고 렌티큘라 렌즈판(6)의 변위는 렌티큘라 렌즈(12) 피치(p)의 대략 2배 정도로 이루어진다.

한편, 본 실시예에 의한 디스플레이 장치는 다음에 설명하는 렌티큘라 렌즈판의 정렬 상태를 통해 입체 영상의 화질을 향상시키며, 7개의 다시점을 갖는 움직임 시차(motion parallex) 방식을 예로 하여 본 실시예에 의한 3차원 모드 작동 과정을 설명한다. 이 때, 움직임 시차란 시청자의 좌우 움직임에 따라 물체의 측면이 보이는 정도가 달라지는 것을 의미한다.

도 4는 7개 시점(view)에 따른 이미지를 설명하기 위한 개략도로서, 특정 대상 주위에 7개의 카메라를 설치하여 이 대상을 촬영한 경우, 각 카메라는 해당 위치에서 보여지는 대상을 촬영하게 되며, 카메라의 위치에 따라 달라지는 7개의 이미지를 카메라 순서에 맞게 정렬하였다.

그리고 도 5는 평판 디스플레이와 렌티큘라 렌즈판의 조합에 의한 공간 영역을 설명하기 위한 개략도이고, 도 6은 평판 디스플레이의 이미지 배열과 렌티큘라 렌즈판의 정렬 상태를 설명하기 위한 평판 디스플레이의 부분 확대도이다.

도시한 바와 같이, 렌티큘라 렌즈판(6)은 평판 디스플레이(4)에서 화면의 수평축 방향(도면의 X축)을 따라 배열하는 다수의 R, G, B 화소 중 7개의 화소에 2개의 렌티큘라 렌즈(12)가 대응하도록 배치되며, 2개의 렌티큘라 렌즈(12)에 대응하 는 7개의 화소에는 화면의 수평축 방향을 따라 1, 3, 5, 7, 2, 4, 6번 시점(view)의 이미지 신호가 제공되어 이를 디스플레이한다.

따라서 수평축 방향(도면의 X축)을 따라 배열된 1, 3, 5, 7, 2, 4, 6번 시점의 이미지는 렌티큘라 렌즈(12)에 의해 굴절되어 시청자가 위치하는 공간 영역에서 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7번 이미지로 확대된다.

즉, 도 5에 도시한 (A)영역에서 시청자는 우안(R)과 좌안(L)에 각각 (1,3)번 이미지를 제공받아 입체감을 느끼며, (A)영역에서 (B)영역으로 이동하는 동안, 시청자는 우안(R)과 좌안(L)에 각각 (1,3), (2,4), (3,5), (4,6), (5,7)번 이미지를 제공받는다. 이로서 시청자는 5개의 공간 영역에서 각기 다른 영상을 보게 되며, 이러한 움직임 시차는 마치 실제 물체를 움직이며 보는 것과 같은 효과를 준다.

이와 같이 평판 디스플레이(4)의 영상을 시청자의 좌, 우안으로 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈(12)는 도 6에 도시한 바와 같이 평판 디스플레이(4)의 수직축(도면의 Y축)에 대해 일정한 경사각을 갖도록 정렬되며, 렌티큘라 렌즈(12)의 길이 방향에 따른 렌티큘라 렌즈(12)의 길이축을 L이라 정의할 때, 평판 디스플레이(4)의 수직축(도면의 Y축)과 렌티큘라 렌즈판(6)의 길이축(L) 사이의 경사각(α)은 10∼15°로 이루어짐이 바람직하다.

이와 같이 평판 디스플레이(4) 외면에 렌티큘라 렌즈판(6)을 10∼15°경사각으로 정렬하면, 각자의 렌티큘라 렌즈(12)가 평판 디스플레이(4)에서 구현되는 이미지를 확대하여 시청자에게 제공할 때, 렌티큘라 렌즈판(6)의 경사각(α) 확대에 따라 평판 디스플레이(4)의 이미지와 렌티큘라 렌즈(12) 사이의 간섭을 제거하여 R, G, B 화소 사이의 비발광 영역(일례로 블랙 매트릭스막이 여기에 해당)이 시청자의 눈에 보이지 않도록 한다.

따라서 본 실시예는 3차원 영상 구현시, R, G, B 화소 사이의 비발광 영역에 의한 빗살무늬 발생을 억제하여 깨끗한 3차원 영상을 구현하며, 그 결과 입체 영상의 화질을 향상시키는 장점을 갖는다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 하나의 디스플레이 장치로 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 구현하여 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치를 제공하며, 3차원 영상 구현시, 평판 디스플레이에서 구현되는 이미지와 렌티큘라 렌즈의 간섭에 의한 빗살무늬 발생을 억제하여 입체 영상의 화질을 향상시킨다.

Claims (9)

1. 한대의 카메라로 촬영한 2차원 이미지 또는 적어도 2대 이상의 카메라로 촬영한 다시점 이미지를 디스플레이하는 평판 디스플레이와;

   상기 평판 디스플레이 전면에 배치되어 평판 디스플레이에서 구현된 다시점 이미지를 시청자의 좌, 우안 방향으로 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판과;

   상기 렌티큘라 렌즈판에 연계되어 상기 평판 디스플레이가 2차원 영상을 구현하는 2차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판을 화면의 수평축 방향으로 고속 진동시킴과 아울러, 평판 디스플레이가 다시점 이미지를 구현하는 3차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판을 정지 상태로 고정시키는 구동부; 및

   상기 렌티큘라 렌즈판의 두 장변부에 고정되어 렌티큘라 렌즈판의 진동을 가이드하는 진동 가이드부

   를 포함하는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 평판 디스플레이가 액정 디스플레이(LCD) 또는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)로 이루어지는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 렌티큘라 렌즈판이 화면의 수직축 방향을 따라 정렬된 다수의 반원주형 렌티큘라 렌즈로 이루어지는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 진동 가이드부가 롤링 부품을 탑재한 제 1, 2가이드 레일로 이루어지며, 제 1가이드 레일이 렌티큘라 렌즈판에 고정되고, 제 2가이드 레일이 평판 디스플레이의 케이스에 고정되는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 구동부가 진동 모터와, 진동 모터와 제 1가이드 레일 사이에 설치되어 진동 모터의 작동에 의해 제 1가이드 레일과 렌티큘라 렌즈판을 고속 진동시키는 동력 전달 커넥터로 이루어지는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 2차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판의 진동 주파수가 25∼30Hz로 이루어지는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치.
7. 제 3항에 있어서,

   상기 렌티큘라 렌즈가 평판 디스플레이의 수직축에 대해 경사각을 갖도록 정정렬되며, 렌티큘라 렌즈의 길이 방향에 따른 렌티큘라 렌즈의 길이축과 평판 디스플레이의 수직축 사이의 경사각이 10∼15°로 이루어지는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치.
8. 한대의 카메라로 촬영한 2차원 이미지 또는 적어도 2대 이상의 카메라로 촬영한 다시점 이미지를 디스플레이하는 평판 디스플레이와;

   상기 평판 디스플레이 전면에 화면의 수직축 방향을 따라 정렬된 다수의 반원주형 렌티큘라 렌즈를 구비하여 평판 디스플레이에서 구현된 다시점 이미지를 시청자의 좌, 우안 방향으로 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판과;

   상기 렌티큘라 렌즈판에 연계되어 상기 평판 디스플레이가 2차원 영상을 구현하는 2차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판을 화면의 수평축 방향으로 고속 진동시킴과 아울러, 평판 디스플레이가 다시점 이미지를 구현하는 3차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판을 정지 상태로 고정시키는 구동부; 및

   상기 렌티큘라 렌즈판의 두 장변부에 고정되어 렌티큘라 렌즈판의 진동을 가이드하는 진동 가이드부를 포함하며,

   상기 렌티큘라 렌즈가 렌티큘라 렌즈의 길이 방향에 따른 렌티큘라 렌즈의 길이축이 평판 디스플레이의 수직축과 10∼15°의 경사각을 갖도록 정렬되는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 2차원 모드에서 렌티큘라 렌즈판의 진동 주파수가 25∼30Hz로 이루어지는 2차원 영상과 3차원 영상 겸용 디스플레이 장치.

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