KR101925341B1 - 무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법 - Google Patents

무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2D 영상과 3D 영상을 구현할 수 있는 무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동방법에 관한 것으로, 이 표시장치는 표시패널 쪽으로 빛을 조사하는 제1 및 제2 광원 그룹과, 상기 표시패널과 상기 광원 그룹들 사이에 배치된 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함한 백라이트 유닛; 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 좌안 영상 데이터를 기입한 후에, 상기 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 우안 영상 데이터를 기입하는 표시패널 구동부; 및 상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 소등한 후에, 상기 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 소등하는 백라이트 구동부를 포함한다. 상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 1 렌즈 피치 내에 상기 제1 광원 그룹에 속한 하나 이상의 광원들과, 상기 제2 광원 그룹에 속한 하나 이상의 광원들이 배치된다.

Description

무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법{AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 2D 영상과 3D 영상을 구현할 수 있는 무안경 입체 영상표시장치와 그 구동방법에 관한 것이다.
무안경 입체 영상 표시장치는 특수한 안경 없이 시청자(viewer)가 양안 시차를 느끼게 하여 입체 영상을 구현할 수 있다. 무안경 입체 영상 표시장치는 시청자가 표시장치 앞의 일정 거리에서 입체감을 느낄 수 있는 위치에 있을 경우에, 좌안 영상 데이터가 기입된 픽셀의 빛이 시청자의 좌안 쪽으로 투사되게 하는 반면, 우안 영상 데이터가 기입된 픽셀의 빛이 시청자의 우안 쪽으로 투사되게 한다. 이를 위하여, 무안경 입체 영상 표시장치는 시청자의 좌안과 우안으로 보이는 픽셀들을 분리하기 위하여 표시패널 앞에 시차 장벽(parallax barrier)이나 렌티큘러 렌즈(lenticular lens)를 설치할 수 있다.
렌티큘러 렌즈 방식의 무안경 입체 영상 표시장치는 도 1과 같이 표시패널(2) 상에 접착된 다수의 반원통형(semi-cylindrical) 렌티큘러 렌즈(1)를 포함한다. 시청자는 렌티큘러 렌즈(1)의 굴절각으로 인하여 좌안과 우안을 통해 서로 다른 픽셀을 보게 되어 입체감을 느낄 수 있다. 렌티큘러 렌즈(1)는 특정 위치에서 시청자가 표시패널(2)의 일부 서브 픽셀만 볼 수 있도록 설계된다. 렌티큘러 렌즈 방식의 무안경 입체 영상 표시장치는 시청자가 인식하는 입체 영상의 해상도가 표시패널(2)의 실제 해상도에 비하여 1/3 수준으로 낮다. 예를 들어, 렌티큘러 렌즈 방식의 무안경 입체 영상 표시장치는 FHD(1920×1080) 해상도의 표시패널을 이용하여 멀티뷰(multi view) 기술 예컨대, 9 뷰(view) 기술을 구현하면 시청자는 VGA(640×480) 수준의 입체 영상을 인식한다. 구체적으로는, 9 뷰의 경우 렌즈 하나당 서브 픽셀들이 4, 5개 포함되어 있고, 수직으로 2 라인에 걸쳐 9개의 서브 픽셀들이 한 개의 유닛(unit)을 구성하기 때문에 단안(single eye) 기준 해상도는 427×540이다. 여기서, 1920/4.5=427, 1080/2=540. 도 2에서 "P"는 렌티 큘라렌즈(1)의 1 피치(Pitch)이며, "θr"은 렌티큘러 렌즈(1)의 굴절각이다.
본 발명은 해상도 저하 없이 입체 영상을 구현할 수 있는 무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법을 제공한다.
본 발명의 무안경 입체 영상표시장치는 표시패널; 상기 표시패널 쪽으로 빛을 조사하는 제1 및 제2 광원 그룹과, 상기 표시패널과 상기 광원 그룹들 사이에 배치된 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함한 백라이트 유닛; 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 좌안 영상 데이터를 기입한 후에, 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 우안 영상 데이터를 기입하는 표시패널 구동부; 상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 소등한 후에, 상기 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 소등하는 백라이트 구동부; 및 1 프레임 기간을 상기 제1 및 제2 서브 프레임 기간으로 시분할하여 상기 표시패널 구동부와 상기 백라이트 구동부의 동작 타이밍을 동기시키고 상기 백라이트 구동부를 제어하여 상기 광원 그룹들의 광원들 각각의 점소등 스위치 타이밍을 제어하는 콘트롤러를 포함한다.
상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 1 렌즈 피치 내에 상기 제1 광원 그룹에 속한 하나 이상의 광원들과, 상기 제2 광원 그룹에 속한 하나 이상의 광원들이 배치된다.
상기 무안경 입체 영상표시장치의 구동 방법은 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 좌안 영상 데이터를 기입하고, 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 소등하는 단계; 및 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 우안 영상 데이터를 기입하고, 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 소등하는 단계를 포함한다.
본 발명은 백라이트 유닛의 광원들 위에 렌티큘러 렌즈 어레이를 배치하여 시청자의 좌안을 지나는 제1 광축과 시청자의 우안을 지나는 제2 광축을 분리한다. 본 발명은 고속 구동이 가능한 표시장치의 1 프레임 기간을 좌안 영상이 표시되는 제1 서브 프레임 기간과, 우안 영상이 표시되는 제2 서브 프레임 기간으로 시분할한다. 본 발명은 제1 서브 프레임 기간에 제1 광축을 따라 빛을 조사하는 제1 광원 그룹의 광원들을 점등하는 반면, 제2 광원 그룹의 광원들을 소등한다. 그리고 본 발명은 제2 서브 프레임 기간에 제2 광축을 따라 빛을 조사하는 제2 광원 그룹의 광원들을 점등하는 반면, 제1 광원 그룹의 광원들을 소등한다. 그 결과, 본 발명은 좌안 영상과 우안 영상 각각을 해상도 저하 없이 구현할 수 있다.
도 1 및 도 2는 렌티큘러 렌즈 방식의 입체 영상표시장치를 개략적으로 나타내는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법을 보여 주는 타이밍도이다.
도 6a는 제1 서브 프레임 기간 동안 시청자의 좌안으로 입사되는 빛의 경로를 보여 주는 도면이다.
도 6b는 제2 서브 프레임 기간 동안 시청자의 우안으로 입사되는 빛의 경로를 보여 주는 도면이다.
도 7은 제1 광원 그룹의 광원으로부터 발산되는 빛의 진행 경로와, 제2 광원 그룹의 광원으로부터 발산되는 빛의 진행 경로를 함께 보여 주는 도면이다.
도 8은 렌티큘러 렌즈 어레이의 1 렌즈 피치 내에 배치되는 광원들의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 9는 점광원들을 포함한 직하형 백라이트의 일 예를 보여 주는 단면도이다.
도 1O은 도 9와 같은 직하형 백라이트 유닛에 다수의 인쇄회로보드(PCB)가 설치된 예를 보여 주는 평면도이다.
도 11은 선광원들을 포함한 직하형 백라이트의 일 예를 보여 주는 단면도이다.
도 12는 LED와 도광판의 조합으로 선광원을 구현한 예를 보여 주는 단면도이다.
도 13은 도 11 및 도 12와 같은 직하형 백라이트 유닛에 다수의 인쇄회로보드(PCB)가 설치된 예를 보여 주는 평면도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 입체 영상표시장치를 나타내는 블록도이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 영상 표시장치의 구동 방법을 보여 주는 타이밍도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 영상 표시장치의 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.
도 18a 및 도 18b는 아이 트랙킹 동작 예를 간략히 보여 주는 도면들이다.
도 19는 시청자가 이동할 때 그 시청자를 추종하는 아이 트랙킹 결과를 바탕으로 제어되는 광원들의 스위칭 동작 예를 보여 주는 도면이다.
도 20은 복수의 시청자들을 추종하는 아이 트랙킹 결과를 바탕으로 제어되는 광원들의 스위칭 동작 예를 보여 주는 도면이다.
도 21은 본 발명의 스캐닝 백라이트 기술을 보여 주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치와 그 구동 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무안경 입체 영상표시장치는 표시패널(PNL), 및 표시패널(PNL)의 아래에 배치된 백라이트 유닛(BLU)를 포함한다.
표시패널(PNL)은 투과형 디스플레이소자로 구현되며 그 일예로, 액정표시패널로 구현될 수 있다. 표시패널(PNL)에는 데이터라인들과 게이트라인들(또는 스캔라인들)이 직교되고, 픽셀들이 매트릭스 형태로 배치된 픽셀 어레이를 포함한다. 표시패널(PNL)의 모든 픽셀들은 2D 모드에서 2D 영상을 표시한다. 표시패널(PNL)의 모든 픽셀들은 3D 모드에서 좌안 영상과 우안 영상을 교대로 표시한다.
액정표시패널은 두 장의 투명 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 하부 기판에는 TFT 어레이(Thin Film Transistor Array, TFTA1)가 형성된다. TFT 어레이는 입력 영상의 데이터 전압이 공급되는 다수의 데이터라인들, 데이터라인들과 교차되어 게이트펄스(또는 스캔펄스)가 공급되는 다수의 게이트라인들(또는 스캔라인들), 데이터라인들과 게이트라인들의 교차부들 마다 형성되는 TFT들(Thin Film Transistor), TFT들을 통해 데이터전압을 충전하는 화소전극들, 및 화소전극들에 접속되어 액정셀의 전압을 유지하는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다. 상부 기판에는 컬러필터 어레이(Color Filter Array)가 형성될 수 있다. 컬러필터 어레이는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함한다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 액정표시패널의 기판들 각각에는 편광판이 접착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 기판들 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성될 수 있다. 이러한 액정표시패널의 액정 모드는 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드, 또는 그 이외의 공지된 액정 모드로 구현될 수 있다.
백라이트 유닛(BLU)은 표시패널(PNL)과 광원 장치(20) 사이에 배치된 렌티큘러 렌즈 어레이(10)를 포함한다. 이러한 백라이트 유닛(BLU)은 도 9 내지 도 13과 같은 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다.
렌티큘러 렌즈 어레이(10)는 광원 장치(20)의 광원들로부터 입사되는 빛을 렌즈면의 굴절각에 따라 굴절시켜 시청자의 좌안을 지나는 제1 광축(도 18 및 도 19의 A1, A1')과 시청자의 우안을 지나는 제2 광축(도 18 및 도 19의 A2, A2')으로 분리한다. 이 렌티큘러 렌즈 어레이(10)는 광원 장치(20)의 광원들에 접합될 수 있다. 광원 장치(20)의 광원들로부터 발산된 빛은 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 렌즈면을 통과할 때 시청자의 좌안을 향하는 광축과 시청자의 우안을 향하는 광축으로 분리되고, 그 광축들을 따라 표시패널(PNL)의 픽셀 어레이를 통과하여 시청자 쪽으로 전파된다.
광원 장치(20)는 렌티큘러 렌즈 어레이(10) 아래에 배치된다. 광원 장치(20)는 제1 광원 그룹(LSL)과 제2 광원 그룹(LSR)을 포함한다. 제1 및 제2 광원 그룹(LSL, LSR) 각각은 다수의 광원들을 포함한다. 제1 및 제2 광원 그룹들(LSL, LSR)의 광원들 각각은 점광원이나 선광원으로 구현된다. 점광원은 LED(Light Emitting Diode)로 구현될 수 있다. 선광원은 선광원 형태의 발광면을 갖는 LED 패키지, 또는 점광원으로 이용될 수 있는 LED와 도광판이 조합된 선광원(도 11 내지 도 13)으로 구현될 수 있다. 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들이 점등되면, 그 빛은 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 렌즈면에서 굴절되어 시청자의 좌안을 지나는 제1 광축을 따라 전파되어 시청자의 좌안에 입사된다. 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들이 점등되면, 그 빛은 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 렌즈면에서 굴절되어 시청자의 우안을 지나는 제2 광축을 따라 전파되어 시청자의 우안에 입사된다.
제1 및 제2 광원 그룹들(LSL, LSR)의 광원들은 2D 모드에서 3D 모드와 같은 방법으로 교대로 점등되거나, 동시에 점등될 수 있다. 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들은 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 렌즈면을 통과한 빛이 시청자의 좌안 쪽으로 전파될 수 있는 위치에 배치된다. 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들은 표시패널(PNL)의 픽셀들에 좌안 영상이 표시될 때 점등된다. 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들은 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 렌즈면을 통과한 빛이 시청자의 우안 쪽으로 전파될 수 있는 위치에 배치된다. 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들은 표시패널(PNL)의 픽셀 어레들에 우안 영상이 표시될 때 점등된다.
무안경 입체 영상표시장치는 1 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간(SF1, SF2)으로 시분할한다. 무안경 입체 영상표시장치는 3D 모드에서 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 표시패널(PNL)에 좌안 영상을 표시하고 백라이트 유닛(BLU)의 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등한다.(도 4의 S11~S13) 이어서, 무안경 입체 영상표시장치는 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 표시패널(PNL)에 우안 영상을 표시하고 백라이트 유닛(BLU)의 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등한다.(도 4의 S14~S15) 무안경 입체 영상표시장치는 2D 모드에서 표시패널(PNL)에 2D 영상 데이터를 표시하고, 제1 및 제2 광원 그룹(LSL, LSR)의 광원들을 교대로 점등하거나 동시에 점등한다.(S16)
본 발명의 무안경 입체 영상표시장치는 표시패널 구동부(50), 백라이트 구동부(60), 및 콘트롤러(70)를 더 포함한다.
표시패널 구동부(50)는 표시패널(PNL)의 데이터라인들에 2D/3D 입력 영상의 데이터전압들을 공급하기 위한 데이터 구동회로와, 표시패널(PNL)의 게이트라인들에 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 공급하기 위한 게이트 구동회로를 포함한다. 데이터 구동회로는 콘트롤러(70)로부터 입력되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 아날로그 감마전압으로 변환하여 데이터전압들을 발생하고 그 데이터전압을 표시패널(PNL)의 데이터라인들에 공급한다. 데이터 구동회로는 콘트롤러(70)의 제어 하에 데이터라인들에 공급되는 데이터전압의 극성을 반전시킨다. 표시패널 구동부(50)는 콘트롤러(70)의 제어 하에 백라이트 구동부(60)와 동기된다. 게이트 구동회로는 데이터라인들에 공급되는 데이터전압과 동기되는 게이트펄스를 게이트라인들에 공급하고, 그 게이트라인들을 표시패널(PNL)의 스캔방향을 따라 시프트(shift)한다.
백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(70)의 제어 하에 광원들에 구동 전압을 공급하여 그 광원들을 점등시킨다. 백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(70)의 제어 하에 2D 모드에서 제1 및 제2 광원 그룹들(LSL, LSR)의 광원들을 3D 모드와 같은 방법으로 교대로 점등시키거나, 동시에 점등시킨다. 백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(70)의 제어 하에 3D 모드에서 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 표시패널(PNL)에 표시되는 좌안 영상에 동기되어 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등시킨 후에, 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 표시패널(PNL)에 표시되는 우안 영상에 동기되어 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등시킨다.
백라이트 구동부(60)는 도 21과 같은 스캐닝 백라이트 기술을 이용하여 3D 모드에서 3D 크로스토크(Crosstalk)를 시청자가 느끼지 않도록 표시패널(PNL)의 액정 응답 지연 시간 이후에 표시패널(PNL)의 스캔 방향을 따라 순차적으로 광원들을 점등시킬 수 있다. 3D 크로스토크는 이전 우안 영상의 잔상이 남아 있는 픽셀에 우안 영상이 기입될 때 시청자의 좌안(또는 우안)에 좌안 영상과 우안 영상이 겹쳐서 보이는 현상이다. 액정표시패널을 이용한 입체 영상 표시장치에서 3D 크로스토크의 가장 주요한 원인은 액정의 응답 지연이다.
콘트롤러(70)는 유저 인터페이스(User interface)를 통해 입력되는 2D/3D 모드선택신호 또는, 입력 영상신호로부터 추출된 2D/3D 식별코드에 응답하여 2D 모드 또는 3D 모드로 표시패널 구동부(50)와 백라이트 구동부(60)를 제어한다. 콘트롤러(70)는 표시패널 구동부(50)의 데이터 구동회로에 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 공급한다. 콘트롤러(70)는 2D 모드에서 2D 데이터 포맷의 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동회로에 공급한다. 3D 모드에서 콘트롤러(70)는 2D 입력 영상을 3D 영상 데이터로 변환하여 좌안 영상과 우안 영상으로 분리하거나, 3D 입력 영상으로부터 분리된 좌안 영상과 우안 영상을 시분할하여 데이터 구동회로에 공급한다. 콘트롤러(70)는 3D 모드에서 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 좌안 영상을 데이터 구동회로에 공급하고, 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 우안 영상을 데이터 구동회로에 공급한다.
콘트롤러(70)는 광원 장치(20)에서 점등되는 광원들을 선택하는 광원 선택 신호들을 발생한다. 콘트롤러(70)는 백라이트 구동부(60)를 제어하여 광원 그룹들(LSL, LSR)의 광원들 각각의 점소등 스위치 타이밍을 제어한다. 백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(70)로부터의 제1 광원 선택 신호에 응답하여 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등시키고, 콘트롤러(70)로부터의 제2 광원 선택 신호에 응답하여 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등시킨다.
콘트롤러(70)는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와 함께 수신되는 수직동기신호(Vsync), 수평동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 메인 클럭(CLK) 등의 타이밍 신호들을 이용하여 표시패널 구동부(50)와 백라이트 구동부(60)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 콘트롤러(70)는 입력 영상의 프레임 주파수×N(N은 2 이상의 양의 정수) Hz의 프레임 주파수로 높여 표시패널 구동부(50)와 백라이트 구동부(60)의 동작 주파수를 N 배 체배된 프레임 주파수 바탕으로 제어한다. 입력 영상의 프레임 주파수는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다. 따라서, 표시패널 구동부(50)와 백라이트 구동부(60)는 100Hz 이상의 프레임 주파수를 바탕으로 동작한다. 콘트롤러(70)는 프레임 주파수를 N 배 체배하여 프레임 기간을 입력 프레임 주파수 대비 1/N로 줄이고, 1 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간(SF1, SF2)으로 시분할한다.
도 5에서 "Data(L)"은 제1 서브 프레임 기간(SF1)에 표시패널(PNL)에 어드레싱되는 좌안 영상 데이터이고, "Data(R)"은 제2 서브 프레임 기간(SF2)에 표시패널(PNL)에 어드레싱되는 우안 영상 데이터이다.
제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 표시패널(PNL)에 좌안 영상이 표시되고 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들이 점등하면, 그 광원들로부터 발산된 빛은 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 렌즈면에서 굴절된 후 좌안 영상이 표시되는 픽셀들을 통과하여 시청자의 좌안으로 입사된다. 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들은 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 소등 상태를 유지한다. 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 표시패널(PNL)에 우안 영상이 표시되고 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들이 점등하면, 그 광원들로부터 발산된 빛은 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 렌즈면에서 굴절된 후 우안 영상이 표시되는 픽셀들을 통과하여 시청자의 우안으로 입사된다. 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들은 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 소등 상태를 유지한다. 표시패널(PNL)의 모든 픽셀들은 제1 서브 프레임 기간(SF1)에 좌안 영상 데이터(Data(L))가 기입되고, 제2 서브 프레임 기간(SF2)에 우안 영상 데이터(Data(R))가 기입된다. 따라서, 시청자는 도 6a와 같이 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 좌안 영상을 표시하는 픽셀들을 본 후에, 도 6b와 같이 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 우안 영상을 표시하는 픽셀들을 본다. 그 결과, 본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 1 프레임 기간에 해상도 저하 없이 좌안 영상과 우안 영상을 시분할 표시할 수 있다.
도 7은 제1 광원 그룹(LSL)의 광원으로부터 발산되는 빛의 진행 경로와, 제2 광원 그룹(LSR)의 광원으로부터 발산되는 빛의 진행 경로를 함께 보여 주는 도면이다. 도 8은 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 1 렌즈 피치(P) 내에 배치되는 광원들(E1~E4)의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 1 렌즈 피치(P1) 내에는 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개 이상의 광원들(E1~E4)이 포함된다. 제1 광원 그룹(LSL)은 광원들(E1~E4) 중에서 하나 이상의 광원들을 포함하고, 그 이외의 나머지 광원들이 제2 광원 그룹(LSR)의 광원으로 이용될 수 있다. 제1 및 제2 광원 그룹(LSL, LSR) 각각의 광원들은 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 피치(P), 렌즈의 굴절각, 시청거리, 멀티뷰 를 고려하여 위치, 개수, 크기 등이 선택된다. 예를 들어, 멀티뷰를 구현하기 위하여 렌티큘러 렌즈 어레이(10)의 1 렌즈 피치(P) 내에는 2 개 이상의 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들과 2 개 이상의 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 포함한 4 개 이상의 광원들이 배치될 수 있다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(BLU)의 다양한 구현 방법으로 보여 주는 도면들이다.
도 9는 점광원들을 포함한 직하형 백라이트의 일 예를 보여 주는 단면도이다. 도 1O은 도 9와 같은 직하형 백라이트 유닛에 다수의 인쇄회로보드(Printed Circuit Board, PCB)가 설치된 예를 보여 주는 평면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 백라이트 유닛(BLU)은 표시패널(PNL)의 아래에 광원들(E1~E4)이 배치된 직하형 백라이트 유닛으로 구현된다. 렌티큘러 렌즈 어레이(10)는 표시패널(PNL)과 광원들(E1~E4) 사이에 배치된다.
제1 및 제2 광원 그룹(LSL, LSR)의 광원들 각각은 LED를 이용한 점광원들로 구현될 수 있다. 광원들(E1~E4)은 PCB(22) 상에 실장되고, 일정한 간격으로 이격된다. 광원들(E1~E4)은 도 10과 같이 다수의 PCB들(221~224)에 나뉘어 실장될 수 있다.
도 11은 선광원들을 포함한 직하형 백라이트의 일 예를 보여 주는 단면도이다. 도 12는 LED와 도광판의 조합으로 선광원을 구현한 예를 보여 주는 단면도이다. 도 13은 도 11 및 도 12와 같은 직하형 백라이트 유닛에 다수의 PCB들이 설치된 예를 보여 주는 평면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 백라이트 유닛(BLU)은 표시패널 아래에 선광원들(24)이 배치된 직하형 백라이트 유닛으로 구현된다. 선광원들(24)은 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들과, 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들로 나뉘어진다.
선광원들(24)은 LED(26)와 라인형 도광판(28)을 포함한다. LED(26)는 라인형 도광판(28)의 측면에 빛을 조사하는 점광원이다. 라인형 도광판(28)은 선광원을 구현하기 위하여 렌티큘러 렌즈의 장축 방향(도 11의 y축 방향)을 따라 긴 막대 형태로 제작된다. 이러한 라인형 도광판(28)은 LED(26)로부터 입사되는 빛을 선광원으로 변환하여 렌티큘러 렌즈 어레이(10) 쪽으로 전파시킨다. 라인형 도광판(28)은 저면이 경사지도록 웨지(Wedge) 형태로 제작될 수 있다. 도광판(28)의 저면에는 도광판(28)을 통해 출사되는 빛의 균일도를 높이기 위한 미세 패턴들이 형성될 수 있다. 미세 패턴들의 밀도는 LED(26)와의 거리에 반비례하여 LED(26)로부터 멀어질수록 높아진다. 도 12와 같이 라인형 도광판(28)의 양측에 LED들(26)이 배치되는 경우에, 도광판(28)의 저면에 형성된 미세 패턴들의 밀도는 라인형 도광판(28)의 중앙에서 가장 높고 양측 가장자리로 갈수록 낮아진다. 미세 패턴들은 기존의 판 형태의 도광판에 적용되어 왔던 도트 형태의 잉크 패턴이나 음/양각 패턴이 적용될 수 있다.
선광원들(24)은 도 13과 같이 다수의 선광원 모듈들(30)로 조립될 수 있다. 선광원 모듈들(30) 각각은 PCB(22) 상에 실장된 다수의 선광원들(24)을 포함한다.
도 14a 내지 도 20은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치(100)와 그 구동 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 입체 영상표시장치(100)를 나타내는 블록도이다. 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 입체 영상 표시장치(100)의 구동 방법을 보여 주는 흐름도이다. 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 영상 표시장치(100)의 구동 방법을 보여 주는 타이밍도이다. 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 영상 표시장치(100)의 구동 방법을 보여 주는 파형도이다.
도 14a 내지 도 14b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 입체 영상표시장치(100)는 표시패널(PNL), 카메라(80) 및 표시패널(PNL)의 아래에 배치된 백라이트 유닛(BLU)를 포함한다.
표시패널(PNL)과 백라이트 유닛(BLU)은 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하다. 카메라(80)는 표시패널(PNL) 앞에 위치하는 시청자 이미지를 촬상한다.
본 발명의 무안경 입체 영상표시장치는 트랙킹 처리부(90), 표시패널 구동부(50), 백라이트 구동부(60), 및 콘트롤러(170)를 더 포함한다.
트랙킹 처리부(90)는 공지된 아이 트랙킹 알고리즘(eye tracking algorithm)을 실행하여 카메라(80)로부터 입력된 시청자의 이미지를 분석하여 시청자의 좌안과 우안의 위치를 추정한다. 아이 트랙킹 알고리즘은 공지된 어느 것도 사용 가능하다. 일 예로, 트랙킹 처리부(90)는 본원 출원인에 의해 기출원된 대한민국 특허 출원 제10-2009-0001207(2009. 01. 07.), 미국 특허 출원 12/580,668(2009. 10. 16.) 등에 개시된 알고리즘을 이용할 수 있다. 트랙킹 처리부(90)는 실시간으로 측정되는 시청자의 좌안 및 우안의 위치 정보를 콘트롤러(170)에 공급한다.
표시패널 구동부(50)는 표시패널(PNL)의 데이터라인들에 2D/3D 입력 영상의 데이터전압들을 공급하기 위한 데이터 구동회로와, 표시패널(PNL)의 게이트라인들에 게이트펄스를 순차적으로 공급하기 위한 게이트 구동회로를 포함한다. 데이터 구동회로는 콘트롤러(170)로부터 입력되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 아날로그 감마전압으로 변환하여 데이터전압들을 발생하고 그 데이터전압을 표시패널(PNL)의 데이터라인들에 공급한다. 데이터 구동회로는 콘트롤러(170)의 제어 하에 데이터라인들에 공급되는 데이터전압의 극성을 반전시킨다. 표시패널 구동부(50)는 콘트롤러(170)의 제어 하에 백라이트 구동부(60)와 동기된다. 게이트 구동회로는 데이터라인들에 공급되는 데이터전압과 동기되는 게이트펄스를 게이트라인들에 공급하고, 그 게이트라인들을 표시패널(PNL)의 스캔방향을 따라 시프트한다.
백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(170)의 제어 하에 2D 모드에서 제1 및 제2 광원 그룹들(LSL, LSR)의 광원들을 3D 모드와 같은 방법으로 교대로 점등시키거나, 동시에 점등시킨다. 백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(170)의 제어 하에 3D 모드에서 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 표시패널(PNL)에 표시되는 좌안 영상에 동기되어 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등시킨 후에, 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 표시패널(PNL)에 표시되는 우안 영상에 동기되어 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등시킨다.
백라이트 구동부(60)는 도 19의 예와 같이 시청자(P1, P1')의 위치가 변경되면 콘트롤러(170)의 제어 하에 좌안을 지나는 광축(A1)과 우안을 지나는 광축(A2)이 변경된 사용자의 좌안과 우안 위치를 추종하도록 광원들을 스위칭할 수 있다. 또한, 백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(170)의 제어 하에 멀티 뷰의 동작 예를 보여 주는 도 20의 예와 같이 복수의 시청자 각각의 좌안과 우안 위치를 추종하도록 광원들을 제어할 수 있다. 백라이트 구동부(60)는 도 21과 같은 스캐닝 백라이트 기술을 이용하여 3D 모드에서 3D 크로스토크를 시청자가 느끼지 않도록 표시패널(PNL)의 액정 응답 지연 시간 이후에 표시패널(PNL)의 스캔 방향을 따라 순차적으로 광원들을 점등시킬 수 있다.
콘트롤러(170)는 유저 인터페이스(User interface)를 통해 입력되는 2D/3D 모드선택신호 또는, 입력 영상신호로부터 추출된 2D/3D 식별코드에 응답하여 2D 모드 또는 3D 모드로 표시패널 구동부(50)와 백라이트 구동부(60)를 제어한다. 콘트롤러(170)는 표시패널 구동부(50)의 데이터 구동회로에 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 공급한다. 콘트롤러(170)는 2D 모드에서 2D 데이터 포맷의 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동회로에 공급한다. 3D 모드에서 콘트롤러(170)는 2D 입력 영상을 3D 영상 데이터로 변환하여 좌안 영상과 우안 영상으로 분리하거나, 3D 입력 영상으로부터 분리된 좌안 영상과 우안 영상을 시분할하여 데이터 구동회로에 공급한다. 콘트롤러(170)는 3D 모드에서 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 좌안 영상을 데이터 구동회로에 공급하고, 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 우안 영상을 데이터 구동회로에 공급한다. 콘트롤러(170)는 광원 장치(20)에서 점등되는 광원들을 선택하는 광원 선택 신호들을 발생한다. 콘트롤러(170)는 광원 선택 신호들을 이용하여 트랙킹 처리부(90)로부터 소정 시간 간격으로 입력되는 시청자들 각각의 좌안 및 우안의 위치 정보에 응답하여 광원들로부터의 좌안 광축과 우안 광축이 시청자 각각의 좌안과 우안을 추종하도록 광원들의 스위칭 동작을 제어한다.
콘트롤러(170)는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와 함께 수신되는 수직동기신호(Vsync), 수평동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 메인 클럭(CLK) 등의 타이밍 신호들을 이용하여 표시패널 구동부(50)와 백라이트 구동부(60)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 콘트롤러(170)는 입력 프레임 주파수×N Hz의 프레임 주파수로 높여 표시패널 구동부(50)와 백라이트 구동부(60)를 N 배 체배된 프레임 주파수 바탕으로 제어한다. 따라서, 표시패널 구동부(50)와 백라이트 구동부(60)는 100Hz 이상의 프레임 주파수를 바탕으로 동작한다. 콘트롤러(170)는 프레임 주파수를 N 배 체배하여 프레임 기간을 입력 프레임 주파수 대비 1/N로 줄이고, 1 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간(SF1, SF2)으로 시분할한다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 입체 영상표시장치(100)는 1 프레임 기간을 제1 및 제2 서브 프레임 기간(SF1, SF2)으로 시분할한다. 무안경 입체 영상표시장치(100)는 3D 모드에서 소정 시간 간격으로 시청자의 위치를 추적하여 그 결과를 바탕으로 표시패널(PNL)과 백라이트 유닛(BLU)의 광원들을 제어할 수 있다.(S21~S22) 여기서, 소정 시간은 도 16과 같이 1 서브 프레임 기간으로 설정되거나, 도 17과 같이 1 프레임 기간으로 설정될 수 있다. 또한, 소정 시간은 N 프레임 기간으로 설정될 수도 있다. 제1 서브 프레임기간(SF1) 동안 표시패널(PNL)에 좌안 영상을 표시하고, S22 단계에서 검출한 사용자의 좌안 및 우안을 추종하도록 선택된 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등한다.(S23~S24) 이어서, 무안경 입체 영상표시장치(100)는 제2 서브 프레임기간(SF2) 동안 표시패널(PNL)에 우안 영상을 표시하고 S22 단계에서 검출한 사용자의 좌안 및 우안을 추종하도록 선택된 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등한다.(S25~S26) 무안경 입체 영상표시장치(100)는 2D 모드에서 표시패널(PNL)에 2D 영상 데이터를 표시하고, 제1 및 제2 광원 그룹(LSL, LSR)의 광원들을 교대로 점등하거나 동시에 점등한다.(S27)
도 16 및 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 무안경 영상 표시장치(100)의 구동 방법을 보여 주는 도면들이다. 도 16 및 도 17에서 "Data(L)"은 제1 서브 프레임 기간(SF1)에 표시패널(PNL)에 어드레싱되는 좌안 영상 데이터이고, "Data(R)"은 제2 서브 프레임 기간(SF2)에 표시패널(PNL)에 어드레싱되는 우안 영상 데이터이다. "Tp"는 아이 트랙킹 추정 시간이다.
시청자의 좌안과 우안 위치를 추정하는 아이 트랙킹 알고리즘은 도 16과 같이 서브 프레임 기간마다 실행될 수 있다. 도 16의 예에서, 제1 서브 프레임 기간(SF1)은 아이 트랙킹 추정 시간(Tp)과, 그 이후 나머지 기간으로 할당된 좌안 영상 표시기간으로 나뉘어진다. 좌안 영상 표시기간 동안, 무안경 입체 영상 표시장치(100)는 표시패널(PNL)의 픽셀들에 좌안 영상 데이터(Data(L))를 기입하고, 아이 크랙킹 추정 결과에 따라 선택된 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등한다. 제2 서브 프레임 기간(SF2)은 아이 트랙킹 추정 시간(Tp)과, 그 이후 나머지 기간으로 할당된 우안 영상 표시기간으로 나뉘어진다. 우안 영상 표시기간 동안, 무안경 입체 영상 표시장치(100)는 표시패널(PNL)의 픽셀들에 우안 영상 데이터(Data(R))를 기입하고, 아이 크랙킹 추정 결과에 따라 선택된 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등한다.
시청자의 좌안과 우안 위치를 추정하는 아이 트랙킹 알고리즘은 도 17과 같이 1 프레임 기간마다 실행될 수 있다. 도 17의 예에서, 제1 서브 프레임 기간(SF1)은 아이 트랙킹 추정 시간(Tp)과, 그 이후 나머지 기간으로 할당된 좌안 영상 표시기간으로 나뉘어진다. 아이 트랙킹 추정 시간(Tp)은 표시패널(PNL)의 액정 응답 지연 시간(td) 내에 할당될 수 있다. 좌안 영상 표시기간 동안, 무안경 입체 영상 표시장치(100)는 표시패널(PNL)의 픽셀들에 좌안 영상 데이터(Data(L))를 기입하고, 아이 크랙킹 추정 결과에 따라 선택된 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등한다. 제2 서브 프레임 기간(SF2)에는 아이 트랙킹 추적 시간(Tp)이 할당되지 않는다. 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안, 무안경 입체 영상 표시장치(100)는 표시패널(PNL)의 픽셀들에 우안 영상 데이터(Data(R))를 기입하고, 아이 크랙킹 추정 결과에 따라 선택된 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등한다.
도 17에서 "LC"는 액정의 응답특성 커브이다. "td"는 액정의 응답 지연 시간이고, "ts"는 액정의 응답 지연 시간 이후의 액정의 포화시간이다. 아이 트랙킹 시간(Tp)은 도 17과 같이 액정의 응답 지연 시간(Td) 내에 할당될 수 있다. 제1 및 제2 광원 그룹들(LSL, LSR)의 광원들은 도 17과 같이 시청자가 잔상이나 3D 크로스토크를 느끼지 않도록 액정의 포화시간(ts) 동안 점등되는 것이 바람직하다.
도 18a 및 도 18b는 아이 트랙킹 동작 예를 간략히 보여 주는 도면들이다.
도 18a를 참조하면, 트랙킹 처리부(90)는 카메라(80)로부터 입력된 이미지를 아이 트랙킹 알고리즘으로 분석하여 표시패널(PNL)의 중심 위치(O(0,0)를 기준으로 시청자의 좌안(PL(x,y)) 위치가 얼마나 벗어 낫는지를 추정한다. 그리고, 트랙킹 처리부(90)는 카메라(80)로부터 입력된 이미지를 아이 트랙킹 알고리즘으로 분석하여 표시패널(PNL)의 중심 위치(O(0,0)를 기준으로 시청자의 우안(PR(x,y)) 위치가 얼마나 벗어 낫는지를 추정한다. 이러한 트랙킹 처리부(90)의 아이 트랙킹은 소정 시간 단위로 반복 실행되어 시청자 위치가 변경할 때에 시청자의 위치 정보를 소정 시간 간격으로 업데이트하여 콘트롤러(170)에 전송할 수 있다. 콘트롤러(170)는 트랙킹 처리부(90)로부터 입력되는 시청자의 좌안 및 우안의 위치 정보(PL(x,y), PR(x,y))를 바탕으로 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들과 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 선택한다.
도 18b를 참조하면, 트랙킹 처리부(90)는 카메라(80)로부터 입력된 이미지를 아이 트랙킹 알고리즘으로 분석하여 표시패널(PNL)의 중심 위치(O(0,0)를 기준으로 시청자들 각각의 좌안(P1L(x,y), P2L(x,y)) 위치가 얼마나 벗어 낫는지를 추정한다. 그리고, 트랙킹 처리부(90)는 카메라(80)로부터 입력된 이미지를 아이 트랙킹 알고리즘으로 분석하여 표시패널(PNL)의 중심 위치(O(0,0)를 기준으로 시청자들 각각의 우안(P1R(x,y), P2R(x,y)) 위치가 얼마나 벗어 낫는지를 추정한다. 이러한 트랙킹 처리부(90)의 아이 트랙킹은 소정 시간 단위로 반복 실행되어 시청자들 각각의 위치가 변경할 때에 시청자들 각각의 위치 정보를 소정 시간 간격으로 업데이트하여 콘트롤러(170)에 전송할 수 있다. 콘트롤러(170)는 트랙킹 처리부(90)로부터 입력되는 시청자들 각각의 좌안 및 우안의 위치 정보(P1L(x,y), P1R(x,y), P2L(x,y), P2R(x,y))를 바탕으로 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들과 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 선택한다.
도 19는 시청자가 이동할 때 그 시청자를 추종하는 아이 트랙킹 결과를 바탕으로 제어되는 광원들의 스위칭 동작 예를 보여 주는 도면이다.
도 19와 같이 시청자가 P1에서 P1'으로 이동하면, 트랙킹 처리부(90)는 그 시청자의 변경된 좌안 및 우안 위치 정보를 콘트롤러(170)에 전송한다. 백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(170)의 제어 하에 시청자가 P1 위치에 있을 때 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들(LSL1)과 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들(LSR1)을 점등시킨다. 이어서, 백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(170)의 제어 하에 시청자가 P1' 위치로 이동할 때 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들(LSL2)과 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들(LSR2)을 점등시킨다. 따라서, 본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 시청자의 위치가 이동할 때 그 시청자의 좌안과 우안 위치를 추종하도록 점등되는 광원들을 스위칭함으로써 시청자의 위치 변경시에 해상도 저하가 없고 3D 크로스토크가 없는 최적의 3D 영상 품질을 구현할 수 있다.
도 20은 복수의 시청자들을 추종하는 아이 트랙킹 결과를 바탕으로 제어되는 광원들의 스위칭 동작 예를 보여 주는 도면이다.
도 20과 같이 2 명의 시청자들이 각각 P1과 P2 위치에서 표시패널(PNL)을 바라 볼 때, 트랙킹 처리부(90)는 그 시청자들 각각의 좌안 및 우안 위치 정보를 콘트롤러(170)에 전송한다. 백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(170)의 제어 하에 제1 시청자의 좌안과 우안을 향하는 광축을 형성하기 위하여 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들(LSL1)과 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들(LSR1)을 점등시킨다. 이와 동시에, 백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(170)의 제어 하에 제2 시청자의 좌안과 우안을 향하는 광축을 형성하기 위하여 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들(LSL2)과 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들(LSR2)을 점등시킨다. 따라서, 본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 하나의 표시패널(PNL)을 서로 다른 위치에서 바라보는 복수의 시청자들 각각에게 해상도 저하가 없고 3D 크로스토크가 없는 최적의 3D 영상 품질을 제공하여 멀티뷰 입체 영상을 구현할 수 있다.
트랙킹 처리부(90)는 소정 시간 간격으로 카메라(80)로부터 수신된 이미지를 분석하여 시청자들 각각의 위치 정보를 업데이트하여 콘트롤러(170)에 전송한다. 콘트롤러(170)는 도 20에 도시된 시청자들의 위치가 변경되면 그 위치 변화에 시청자들 각각의 좌안 광축과 우안 광축이 추종하도록 사용자들 각각의 위치 정보에 적응적으로 광원들을 스위칭한다.
백라이트 구동부(60)는 전술한 바와 같이, 도 21에 도시된 스캐닝 백라이트 기술을 적용할 수 있다.
도 21을 참조하면, 표시패널(PNL)의 픽셀들에 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안 스캔 방향을 따라 좌안 영상 데이터(L)가 순차적으로 기입된다. 좌안 영상 데이터(L)는 표시패널(PNL)의 스캔방향을 따라 표시패널(PNL)의 상단으로부터 하단으로 순차적으로 어드레싱되면서 픽셀들에 기입된다.
백라이트 구동부(60)는 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안, 콘트롤러(70, 170)의 제어 하에 표시패널(PNL)에 동기하여 스캔 방향을 따라 표시패널(PNL)의 상단으로부터 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등시키기 시작하여 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들의 점등 위치를 시프트시킨다. 백라이트 구동부(60)는 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안, 콘트롤러(70, 170)의 제어 하에 표시패널(PNL)에서 액정 응답 지연 시간이 경과되지 않은 픽셀들에 대향하는 광원들을 소등한다. 그리고 백라이트 구동부(60)는 제1 서브 프레임 기간(SF1) 동안, 표시패널(PNL)에서 이전 우안 영상이 유지되는 픽셀들과 대향하는 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들의 점등 상태를 유지하고, 스캔 방향을 따라 제2 광원 그룹(LSR)의 광원 점등 위치를 시프트시킨다.
이를 상세히 하면, 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안 표시패널(PNL)의 상단부에 위치하는 픽셀들에 좌안 영상 데이터(L)가 기입된 후에 그 표시패널(PNL)의 중앙부에 위치하는 픽셀들에 좌안 영상 데이터(L)가 기입된다. 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안, 표시패널(PNL)의 하단부에 위치하는 픽셀들은 액정 응답 지연 시간 이후의 포화시간으로 동작하여 이전 우안 영상 데이터(L)를 유지한다.
상단부의 픽셀들은 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안, 새로운 좌안 데이터 전압을 충전하였고 액정 응답 지연 시간 이후에 포화 시간으로 동작하기 때문에 잔상이 없는 좌안 영상을 표시한다. 반면에, 중앙부의 픽셀들은 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안,새로운 좌안 영상 데이터(L)가 어드레싱되고 있지만 액정 응답 지연 시간이 경과하지 않았기 때문에 이전 우안 영상의 잔상이 남아 있는 상태에서 새로운 좌안 영상 데이터 전압을 충전한다. 따라서, 중앙부의 픽셀들에서는 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안, 표시패널(PNL)의 중앙부에 대향하는 광원들이 점등된다면 이전 우안 영상과 새로운 좌안 영상이 겹쳐 보이는 3D 크로스토크(L/R)가 보일 수 있다. 하단부의 픽셀들은 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안, 아직 좌안 데이터가 입력되지 않았고 포화 시간으로 동작하기 때문에 잔상이 없는 이전 우안 영상(R)을 표시하고 있다.
백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(70, 170)의 제어 하에 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안, 표시패널(PNL)의 상단부와 대향하는 광원들 중에서 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등하고 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 소등한다. 이와 동시에, 백라이트 구동부(60)는 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안, 표시패널(PNL)의 중앙부와 대향하는 모든 광원들을 소등한다. 또한, 백라이트 구동부(60)는 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안, 표시패널(PNL)의 하단부와 대향하는 광원들 중에서 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등하고 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 소등한다. 따라서, 본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 스캐닝 과정 (a)~(b) 동안, 표시패널(PNL)의 중앙부에 대향하는 모든 광원들을 소등하여 3D 크로스토크를 방지할 수 있다.
스캐닝 과정 (c)에 도달하면, 표시패널(PNL)의 모든 픽셀들은 좌안 영상 데이터(L)가 기입되었고 포화시간으로 동작한다. 백라이트 구동부(60)는 스캐닝 과정 (c)에 도달하면 콘트롤러(70, 170)의 제어 하에 표시패널(PNL)의 전체 화면에서 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등하고 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 소등한다.
표시패널(PNL)의 픽셀들에 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안 스캔 방향을 따라 우안 영상 데이터(R)가 순차적으로 기입된다. 우안 영상 데이터(R)는 표시패널(PNL)의 스캔방향을 따라 표시패널(PNL)의 상단으로부터 하단으로 순차적으로 어드레싱되면서 픽셀들에 기입된다.
백라이트 구동부(60)는 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안, 콘트롤러(70, 170)의 제어 하에 표시패널(PNL)에 동기하여 스캔 방향을 따라 표시패널(PNL)의 상단으로부터 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등하기 시작하여 점등되는 제2 광원 그룹(LSL)의 광원들의 위치를 시프트시킨다. 백라이트 구동부(60)는 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안, 콘트롤러(70, 170)의 제어 하에 표시패널(PNL)에서 액정 응답 지연 시간이 경과되지 않은 픽셀들에 대향하는 광원들을 소등한다. 그리고 백라이트 구동부(60)는 제2 서브 프레임 기간(SF2) 동안, 표시패널(PNL)에서 이전 우안 영상이 유지되는 픽셀들과 대향하는 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들의 점등 상태를 유지하고, 스캔 방향을 따라 점등되는 제2 광원 그룹(LSR)의 광원 위치를 시프트시킨다.
이를 상세히 하면, 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안 표시패널(PNL)의 상단부에 위치하는 픽셀들에 우안 영상 데이터(R)가 기입된 후에 그 표시패널(PNL)의 중앙부에 위치하는 픽셀들에 우안 영상 데이터(R)가 기입된다. 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안, 표시패널(PNL)의 하단부에 위치하는 픽셀들은 이전 좌안 영상 데이터(L)를 유지한다.
상단부의 픽셀들은 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안, 새로운 우안 데이터 전압을 충전하였고 액정 응답 지연 시간 이후에 포화 시간으로 동작하기 때문에 잔상이 없는 우안 영상을 표시한다. 반면에, 중앙부의 픽셀들은 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안,새로운 우안 영상 데이터(R)가 어드레싱되고 있지만 액정 응답 지연 시간이 경과하지 않았기 때문에 이전 좌안 영상의 잔상이 남아 있는 상태에서 새로운 우안 영상 데이터 전압을 충전한다. 따라서, 중앙부의 픽셀들에서는 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안, 표시패널(PNL)의 중앙부에 대향하는 광원들이 점등된다면 이전 좌안 영상과 새로운 우안 영상이 겹쳐 보이는 3D 크로스토크(L/R)가 보일 수 있다. 하단부의 픽셀들은 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안, 아직 우안 데이터가 입력되지 않았고 포화 시간으로 동작하기 때문에 잔상이 없는 이전 좌안 영상을 표시하고 있다.
백라이트 구동부(60)는 콘트롤러(70, 170)의 제어 하에 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안, 표시패널(PNL)의 상단부와 대향하는 광원들 중에서 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등하고 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 소등한다. 이와 동시에, 백라이트 구동부(60)는 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안, 표시패널(PNL)의 중앙부와 대향하는 모든 광원들을 소등한다. 또한, 백라이트 구동부(60)는 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안, 표시패널(PNL)의 하단부와 대향하는 광원들 중에서 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등하고 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 소등한다. 따라서, 본 발명의 무안경 입체 영상 표시장치는 스캐닝 과정 (d)~(e) 동안, 표시패널(PNL)의 중앙부에 대향하는 모든 광원들을 소등하여 3D 크로스토크를 방지할 수 있다.
스캐닝 과정 (f)에 도달하면, 표시패널(PNL)의 모든 픽셀들은 우안 영상 데이터(R)가 기입되었고 포화시간으로 동작한다. 백라이트 구동부(60)는 스캐닝 과정 (f)에 도달하면 콘트롤러(70, 170)의 제어 하에 표시패널(PNL)의 전체 화면에서 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등하고 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 소등한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 백라이트 유닛의 광원들 위에 렌티큘러 렌즈 어레이(10)를 배치하여 시청자의 좌안을 지나는 제1 광축과 시청자의 우안을 지나는 제2 광축을 분리한다. 본 발명은 고속 구동이 가능한 표시장치의 1 프레임 기간을 좌안 영상이 표시되는 제1 서브 프레임 기간(SF1)과, 우안 영상이 표시되는 제2 서브 프레임 기간(SF2)으로 시분할한다. 본 발명은 제1 서브 프레임 기간(SF1)에 제1 광축을 따라 빛을 조사하는 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 점등하는 반면, 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 소등한다. 그리고 본 발명은 제2 서브 프레임 기간(SF2)에 제2 광축을 따라 빛을 조사하는 제2 광원 그룹(LSR)의 광원들을 점등하는 반면, 제1 광원 그룹(LSL)의 광원들을 소등한다. 그 결과, 본 발명은 좌안 영상과 우안 영상 각각을 해상도 저하 없이 구현할 수 있다. 나아가, 본 발명은 아이 트랙킹을 이용하여 시청자의 위치 변경이나 멀티뷰 환경에 적응적으로 광원들을 스위칭하여 시청자들 각각에 최적의 3D 영상 표시품질을 제공하고 최적의 멀티뷰를 구현할 수 있다. 더 나아가, 본 발명은 액정 응답 지연 시간을 고려하여 제1 및 제2 광원 그룹(LSL, LSR)의 광원들을 적응적으로 스위칭하여 3D 크로스토크를 방지할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 렌티큘러 렌즈 어레이 20 : 광원 장치
50 : 표시패널 구동부 60 : 백라이트 구동부
70, 170 : 콘트롤러 80 : 카메라
90 : 트랙킹 처리부 PNL : 표시패널
BLU : 백라이트 유닛 LSL : 제1 광원 그룹
LSR : 제2 광원 그룹

Claims (7)

  1. 표시패널;
    상기 표시패널 쪽으로 빛을 조사하는 제1 및 제2 광원 그룹과, 상기 표시패널과 상기 광원 그룹들 사이에 배치된 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함한 백라이트 유닛;
    제1 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 좌안 영상 데이터를 기입한 후에, 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 우안 영상 데이터를 기입하는 표시패널 구동부;
    상기 제1 서브 프레임 기간 동안 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 소등한 후에, 상기 제2 서브 프레임 기간 동안 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 소등하는 백라이트 구동부; 및
    1 프레임 기간을 상기 제1 및 제2 서브 프레임 기간으로 시분할하여 상기 표시패널 구동부와 상기 백라이트 구동부의 동작 타이밍을 동기시키고 상기 백라이트 구동부를 제어하여 상기 광원 그룹들의 광원들 각각의 점소등 스위치 타이밍을 제어하는 콘트롤러를 포함하고,
    상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 1 렌즈 피치 내에 상기 제1 광원 그룹에 속한 하나 이상의 광원들과, 상기 제2 광원 그룹에 속한 하나 이상의 광원들이 배치되는 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 1 렌즈 피치 내에 배치된 광원들 각각은 점광원과 선광원 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘트롤러는 입력 영상의 프레임 주파수×N(N은 2 이상의 양의 정수) Hz의 프레임 주파수로 높여 상기 표시패널 구동부와 상기 백라이트 구동부의 동작 주파수를 N 배 체배된 프레임 주파수 바탕으로 제어하는 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트 구동부는,
    상기 콘트롤러의 제어 하에 상기 표시패널에서 액정 응답 지연 시간 이후에 포화시간으로 동작하는 픽셀들과 대향하는 광원들의 점등 위치를 시프트시키고,
    상기 표시패널에서 상기 액정 응답 지연 시간 내에서 동작하는 픽셀들과 대향하는 모든 광원들을 소등하는 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치.
  6. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시패널을 바라 보는 시청자들 각각의 이미지를 촬상하는 카메라; 및
    상기 카메라로부터 입력된 이미지를 분석하여 상기 시청자들 각각의 좌안과 우안 위치를 추정하는 트랙킹 처리부를 더 포함하고,
    상기 콘트롤러는 상기 트랙킹 처리부로부터 입력되는 위치 정보를 바탕으로 상기 시청자의 좌안을 지나는 광축과 상기 시청자의 우안을 지나는 광축이 상기 시청자를 추종하도록 상기 백라이트 구동부를 제어하여 상기 광원들을 스위칭하는 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치.
  7. 표시패널과, 상기 표시패널 쪽으로 빛을 조사하는 제1 및 제2 광원 그룹으로 나뉘어진 백라이트 광원을 포함하는 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법에 있어서,
    렌티큘러 렌즈 어레이가 상기 표시패널과 상기 백라이트 광원 사이에 렌티큘러 렌즈 어레이가 배치되고, 상기 렌티큘러 렌즈 어레이의 1 렌즈 피치 내에 상기 제1 광원 그룹에 속한 하나 이상의 광원들과, 상기 제2 광원 그룹에 속한 하나 이상의 광원들이 배치되는 단계;
    제1 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 좌안 영상 데이터를 기입하고, 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 소등하는 단계;
    제2 서브 프레임 기간 동안 상기 표시패널의 픽셀들에 우안 영상 데이터를 기입하고, 상기 제2 광원 그룹의 광원들을 점등하고 상기 제1 광원 그룹의 광원들을 소등하는 단계를 포함하고,
    상기 표시패널과 상기 광원 그룹들 사이에는 상기 렌티큘러 렌즈 어레이가 배치되는 것을 특징으로 하는 무안경 입체 영상 표시장치의 구동 방법.
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