KR20030022582A - ２ｄ／３ｄ 겸용 디스플레이 - Google Patents

２ｄ／３ｄ 겸용 디스플레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핀홀을 이용한 2D/3D 겸용 디스플레이로서, 보다 상세하게는 전원의 인가에 따른 on/off 조절에 의해 굴절률이 변하는 전기 광학 물질을 이용하여 2D/3D의 조절이 용이한 2D/3D 겸용 디스플레이에 관한 것으로, 영상 정보의 중요성이 요구되는 많은 분야들, 예를 들어 의학, 공학 및 시뮬레이션이 사용되는 분야 및 앞으로 등장하게 될 입체 영상 TV등의 분야에서 용이하게 2D/3D의 선택할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.

Description

２Ｄ／３Ｄ겸용 디스플레이{2D/3D convertible display}
본 발명은 핀홀을 이용한 2D(two-dimentional)/3D(three-dimentional) 겸용 디스플레이로서, 보다 상세하게는 전원의 인가에 따른 on/off 조절에 의해 굴절률이 변하는 전기 광학 물질을 이용하여 2D/3D의 조절이 용이한 2D/3D 겸용 디스플레이에 관한 것이다.
넓은 의미로 입체 화상과 3차원 화상을 포함하는 개념인 3차원 영상을 표시하는 입체 영상 디스플레이는 각각 입체 표시방식, 시점(view point), 관찰 조건, 관찰자가 별도의 안경을 착용하는지 여부에 따라 분류를 할 수 있다. 디스플레이에서 제공되는 영상을 관찰자로 하여금 입체적으로 인식시키기 위해서 주로 양안 시차를 이용하는데, 양쪽 눈에 각각 다른 각도에서 관찰된 영상이 입력되면 두뇌의 작용으로 인하여 공간감을 인식할 수 있다. 입체 영상 디스플레이의 의한 입체 시각의 인식 정도를 기준으로 크게 2안 방식(steroscopic display)과 3차원 방식(Volumetric display)으로 구분 할 수 있다. 2안 방식은 양안 시차를 갖는 2장의 2차원 화상을 좌우 쌍안 각각으로 분리하여 제시하여 입체적으로 인식케하는 것이다. 다만, 2안으로 촬영한 좌우화상을 표시하게 되므로 한방향의 시점에서만 입체시각을 인식할 수 있는 단점이 있다. 3차원 방식은 물체를 다방향에서 촬영한 입체 화상을 표시한다. 따라서, 관찰하는 위치를 변경시킨 경우, 즉 다방향에서 관찰하는 경우에도 3차원 화상을 얻을 수 있는 장점이 있다.
3차원 화상의 표시 기술중 하나인 다안상 표시 방식은 다 방향에서 촬영한양안 시차 화상을 표시하는 것인데, 패럴랙스 파노라마그램(paralax panoramagram) 방식, 렌티큘라(lenticular) 방식, IP(integral photography or volumetric-graph) 방식, 슬릿스캔(slit scan) 방식등이 있다.
상기 방식 중, IP 방식은 별도의 관찰용 안경을 필요로 하지 않으며, IP 방식은 원하는 위치에서 입체 영상을 자동적으로 얻을 수 있어서 3차원 영상을 만들어 내는데 아주 유용하다. IP 방식의 디스플레이는 마이크로 렌즈 어레이 또는 핀홀 어레이등을 포함하며, 이는 널리 의학, 공학, 시뮬레이션 등에서 응용된다.
도 1에서는 종래 기술에 의한 3차원 영상을 시스템 및 그 구현 방법을 설명하기 위한 도면이다. 찍고자 하는 대상(11)을 렌즈 어레이(12)를 통해 TV 카메라(13)로 촬영하고 이러한 영상 신호를 송수신 장치를 이용하여 디스플레이(15)로 보내며, 이러한 영상 신호를 디스플레이(15)에서 재생하고 핀홀 어레이(16)를 통해 재생하여 3차원 영상을 구현한다. 이러한 구조에서 구현하고자 하는 대상의 오목 및 볼록한 부분의 화면이 바뀌게 되는 문제점이 발생할 수 있기 때문에 송수신 과정에서 이를 컨버팅하는 컨버터(14)를 더 포함한다. 이때, 상기 디스플레이에서는 통상적인 디스플레이(15)의 전면에 핀홀 어레이(16)를 형성시켜, 수신된 영상을 다시 입체적으로 제생하는 바, 여기서는 핀홀 어레이(16)가 렌즈 어레이와 같은 기능을 하게 된다.
그러나, 이러한 3차원 영상 시스템이 요구되며 응용되는 시뮬레이션 또는 의학적인 분석 시스템에 있어서는 이러한 3D 영상에 더하여 2D 영상이 필요하게 된다. 그러나, 상기 종래 기술에 의한 3D 디스플레이에 의해서는 CRT, LCD 등에서는 3D 영상을 구현하기 위해 마이크로 렌즈 시스템이 필요한 경우에 종래의 입체 영상 디스플레이에서는 선택적으로 2D 영상 및 3D 영상을 구현할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 2차원 및 3차원을 별도의 장치를 부가하지 않고 단일 디스플레이 내에서 용이하게 구현이 가능한 핀홀을 이용한 2D/3D 겸용 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 3차원 영상 디스플레이의 구조도이다.
도 2는 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이의 분해 사시도이다.
도 3a는 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이의 액정층에 대해 전원을 인가하여 3D 영상을 구현하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 3b는 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이의 액정층에 전원을 인가하지 않은 상태에서 2D 영상을 나타낸 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11... 대상 12... 렌즈 어레이
13... TV 카메라 14... 컨버터
15... 디스플레이 16... 핀홀 어레이
17... 관찰자
21, 31... 이미지 형성 디스플레이
22, 32... 제 1투명 기판 23, 32... 하부 전극
24, 34... 액정층 25, 35... 상부 전극
26, 36... 제 2투명 기판 27, 37... 핀홀 어레이부
본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여,
이미지 형성 디스플레이; 및
상기 이미지 형성 디스플레이 전면에 형성되며, 상기 이미지 형성 디스플레이로부터 방출되는 광을 통과시키는 액정층을 포함하는 핀홀 어레이부;로 이루어진 입체 영상 디스플레이에 있어서,
상기 액정층은 외부 전원의 인가 여부에 따라 핀홀 영역을 선택적으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 핀홀 어레이부는 제 1투명 기판; 상기 제 1투명 기판 상에 형성된 하부 전극 라인들; 상기 하부 전극 상에 형성된 액정층; 상기 액정층 상에 형성되며 상기 하부 전극 라인에 대해 수직 방향으로 형성된 상부 전극 라인들; 및 상기 상부 전극 상에 형성된 제 2투명 기판;을 포함한 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 대해 전원을 인가할수 있는 전원 공급부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 이미지 형성 디스플레이는 CRT, LCD, 플라즈마 디스플레이 또는 EL 디스플에이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제 1투명 기판 및 상기 제 2투명 기판은 배향 처리에 의해 횡방향으로 결정화되어 상기 액정층은 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 의해 전원이 인가되지 않은 상태에서 투광성을 지니며, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 의해 전원이 인가된 경우 불투광성을 지니는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 의한 2D/3D 디스플레이에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도 2 본 발명에 의한 핀홀을 이용한 2D/3D 겸용 디스플레이의 분리 사시도이다.
도면에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이는 이미지 형성 디스플레이(21)와 상기 이미지 형성 디스플레이(21)의 전면에 위치한 핀홀 어레이부(27) 및 상기 핀홀 어레이부에 전원을 인가하기 위한 전원 공급부(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 이미지 형성 디스플레이(21)는 일반적으로 영상을 재생하는 장치를 사용하며, 특히 높은 해상도와 작은 피치 사이즈를 가지는 것이 바람직하다. 여기에는 예를 들어 텔레비젼, 모니터, 액정 디스플레이(liquid crystal display), 플라즈마 디스플레이, EL(electric luminescence display)등이 있다. 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이에서의 이미지 형성 디스플레이(21)는 상기 종래 기술에서 설명한 것과 다르지 않으며, 여기서는 렌즈 어레이를 통하여 촬영된 영상 신호를입력 받아 영상을 출력하는 역활을 한다.
상기 핀홀 어레이부(27)는 하부 기판(22), 상부 기판(26) 및 상기 하부 기판(22)과 상기 상부 기판(26) 사이에 형성된 액정층(24)을 포함한다. 또한 상기 하부 기판(22)과 상기 액정층(24) 사이에는 상기 이미지 형성 디스플레이(21)의 픽셀에 대응하는 크기의 폭을 지닌 하부 전극(23)들이 형성되며, 상기 상부 기판(26)과 상기 액정층(24) 사이에는 상기 이미지 형성 디스플레이(21)의 픽셀에 대응하는 크기의 폭을 지닌 상부 전극(25)들이 형성된다. 여기서, 상기 하부 전극(22)과 상기 상부 전극(25)은 서로 교차되도록 형성하여 상기 상부 전극(25)과 상기 하부 전극(22)이 교차하는 영역은 상기 이미지 형성 디스플레이(21)의 픽셀과 대응되도록 형성시키는 것이 바람직하다.
여기서 상기 상하부 기판(22, 26)들과 상기 상하부 전극(22, 25)들은 모두 상기 이미지 형성 디스플레이(21)에서 방출되는 영상을 통과시키기 위한 투광성으로 형성시키는 것이 바람직하며, 예를 들어 ITO(In, Sn, Oxide)와 같은 물질을 사용하여 형성시키는 것이 바람직하다. 또한 상기 상하부 전극들(23, 25)과 상하부 기판들(22, 26) 사이에는 절연층(미도시)이 더 포함될 수 있다. 그리고, 상기 상하부 전극들은 각 전극 라인에 대해 개별적으로 전원을 인가할 수 있도록 외부 전원 공급부와 연결시킨다.
본 발명에 있어서, 상기 핀홀 어레이부(27)의 액정층은 미국 특허공보 제 4,037,929호에 기재된 것과 같은 전기 광학 물질을 사용하여, 외부 전원 인가를 인가함에 따라서 방위 방향이 변화될 수 있는 것이 바람직하다. 여기서 상기 상하부기판(22, 26)에 대해 횡 방향의 배향 처리를 실시하여 액정 분자가 횡방향과 가지도록 한다. 이러한 상태에서는 상기 액정층(24) 전면을 통하여 광이 통과할 수 있으며, 상하부 전극들(22, 25)에 대해 전원을 인가한 경우 상기 상하부 전극(22, 25)이 교차하는 부분에서 그 분극 방향이 변하게 되면 광이 통과할 수 있게 된다.
본 발명에 의한 핀홀을 이용한 2D/3D 겸용 디스플레이에 대해 도 3a 및 도 3b를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 3a를 참고로 하여 3D 영상을 구현한 경우에 대해 설명한다. 도 3a는 3D 영상을 구현하는 본 발명에 의한 2D/3D 디스플레이 나타낸 단면도이다. 상기 액정층(34)에 대해 배향 처리를 실시하여 상기 액정층(34)의 상하부 전극들(33, 35)에 대해 전원을 인가하지 않은 상태에서는 상기 액정층(34)은 광을 통과시키게 되며, 이때는 상기 핀홀 어레이부(37)는 단지 하나의 유리판과 같은 기능을 한다. 여기서, 상기 이미지 형성 디스플레이(31)에 대향되어 형성된 핀홀 어레이부(37)의 상하부 전극들(33, 35)에 대해 전원 공급부에서 전원을 공급한다. 이러한, 상하부 전극들(33, 35)의 폭을 이미지 형성 디스플레이(31)의 픽셀에 크기와 같도록 형성시킨 일 실시례를 나타내었다. 그리고, 5 ×5픽셀을 하나의 IP단위로 설정하였다. 이는 도 3a의 하부 전극(33)에서 나타낸 바와 같이 3차원 영상을 구현하는 경우, 5개 픽셀을 하나의 단위로 그중 하나의 픽셀에만 광을 통과시키도록 구성한 것이다.
상기에 기술한 바와 같이 상하부 전극들(33, 35) 각각은 서로 교차하도록 형성시키며, 이때, 만일 선택적으로 일부 전극(33, 35)들에 전원을 인가하게 되면, 전원이 인가된 상하부 전극들(33, 35)이 겹치는 부분의 액정층(34)에서의 분자 배열 방향이 변화한다. 여기서, 도 3a에 나타낸 바와 같이 광이 통과하게 될 부분을 제외한 전극들(33, 35)에 전원을 인가하면 상기 전원이 인가되지 않은 전극 라인들(33, 35)이 교차하는 영역을 제외한 영역은 분극 방향이 변화하게 된다. 따라서, 5 ×5 픽셀의 중앙 부위에서만 광이 통과될 수 있게 된다. 이러한 경우에는 중앙 픽셀이 핀홀 영역이 되며, 따라서 이미지 형성 디스플레이(31)의 픽셀들에서 방출되는 광이 상기 중앙 영역의 핀홀을 통해서만 통과하게 된다. 따라서, 상기 핀홀은 마치 렌즈와 같은 역할을 하게 되며, 카메라로 촬영된 영상을 다시 입체 영상으로 구현할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 도 3b를 참고로 하여 2D 영상을 구현하는 경우는 상기 전극들(33, 35)에 대해 전원을 인가하지 않은 상태이다. 즉, 상기 액정층(34)의 배향처리에 의해 상기 액정층(34)은 광을 그대로 통과시키게 되며, 상기 핀홀 어레이부(37) 전체가 투광성을 가지며, 마치 유리판과 같은 역할을 한다. 따라서, 카메라로 부터 수신된 신호를 3D 구현 시스템을 거치지 않고 종래 기술에 의한 일반적인 영상 디스플레이에서 그대로 이를 나타내는 것과 같은 것이다.
따라서, 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이는 하나의 디스플레이에서 이미지 형성 디스플레이(31) 전면에 위치한 핀홀 어레이부(37)가 핀홀로서의 역할과 단지 유리판과 같은 역할을 하게되며, 이는 상기 전원 공급부를 통해서 상기 핀홀 어레이부(37)의 상하부 전극(33, 35)의 개개의 픽셀에 대해 전원을 인가하여 상기 액정층(34)의 핀홀 영역에서 광을 통과시키거나 차단시킴으로서 구현되는 것이다. 즉, 하나의 IP 단위의 픽셀에서 광을 통과시키는 경우에 모든 픽셀을 통해 통과 시키게 되면 2D 영상의 구현할 수 있고, 중앙 부분의 픽셀 부분에서만 광을 통과시키는 경우 3D 영상 디스플레이로서 구성될 수 있다.
본 발명의 도면 및 일 실시예에서는 IP단위를 5 ×5 픽셀로 설정하였으나, 만일 예를들어 100 ×100 픽셀로 설정한 경우에는 상대적으로 더 작은 핀홀 어레이를 형성시킨 것과 유사하게 되며, 더욱 해상도를 높일 수 있다. 이와 같이 3D 영상을 구현하는 경우에는 3D 영상의 해상도는 핀홀의 직경에 의존한다. 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이의 경우에는 상기 상부 전극 및 하부 전극의 선택적인 전원 인가에 의해 핀홀 영역을 더 확장 시킬 수 있고, 따라서 해상도의 조절이 가능하다.
여기서는 상기 핀홀 어레이부를 LCD를 예를 들어 설명하였으나, 이는 외부 전원등의 인가에 의해 이미지 형성 디스플레이 전면에 소정 부분에서만 광을 통과시키는 핀홀 역할 및 전 영역에서 광을 통과시킬 수 있는 구조체를 설치할 수 있는 것이면 다 적용되는 것이다.
본 발명에 의하면, 보다 진보된 영상 정보의 중요성이 요구되는 많은 분야들, 예를 들어 의학, 공학 및 시뮬레이션이 사용되는 분야 및 앞으로 등장하게 될 입체 영상 TV등의 분야에서 용이하게 2D/3D의 선택할 수 있는 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 이미지 형성 디스플레이; 및
    상기 이미지 형성 디스플레이 전면에 형성되며, 상기 이미지 형성 디스플레이로부터 방출되는 광을 통과시키는 액정층을 포함하는 핀홀 어레이부;로 이루어진 입체 영상 디스플레이에 있어서,
    상기 액정층은 외부 전원의 인가 여부에 따라 핀홀 영역을 선택적으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 핀홀 어레이부는 제 1투명 기판;
    상기 제 1투명 기판 상에 형성된 하부 전극 라인들;
    상기 하부 전극 상에 형성된 액정층;
    상기 액정층 상에 형성되며 상기 하부 전극 라인에 대해 수직 방향으로 형성된 상부 전극 라인들; 및
    상기 상부 전극 상에 형성된 제 2투명 기판;을 포함한 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상부 전극과 상기 하부 전극에 대해 전원을 인가할 수 있는 전원 공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2D/3D 겸용 디스플레이.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 이미지 형성 디스플레이는 CRT, LCD, 플라즈마 디스플레이 또는 EL 디스플에이를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 디스플레이
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1투명 기판 및 상기 제 2투명 기판은 배향 처리에 의해 횡방향으로 결정화되어 상기 액정층은 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 의해 전원이 인가되지 않은 상태에서 투광성을 지니며, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극에 의해 전원이 인가된 경우 불투광성을 지니는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 핀홀 영역은 상기 상부 전극 및 상기 상부 전극에 선택적으로 인가된 전원에 의해 상기 액정층을 이루는 물질의 굴절률이 변함으로 형성되는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 액정층은 네마틱 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이.
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