KR20050087252A - 입체 영상 표시가 가능한 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고휘도 화상을 표시하고, 2차원 영상과 3차원 영상의 변환이 용이한 디스플레이 장치에 관한 것으로서,

표시부와; 표시부 앞면에 부착되며, 일방향을 따라 배열된 다수의 렌즈들을 포함하는 굴절 광학소자와; 굴절 광학소자의 앞면과 접하는 내부 공간을 가지면서 굴절 광학소자 앞측에 부착되는 챔버와; 챔버 내부에 위치하여 렌즈 효과를 상쇄시키는 액체 광매질과; 챔버 내부로 액체 광매질을 주입하거나 챔버 외부로 배출시키는 액체 순환 시스템을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

입체 영상 표시가 가능한 디스플레이 장치 {DISPLAY DEVICE CAPABLE OF DISPLAYING THREE-DIMENSIONAL IMAGES}

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 렌티큘라 렌즈와 같은 굴절 광학소자를 이용하여 입체 영상을 구현하며, 2차원 영상과 3차원 영상의 변환이 가능한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

입체 영상을 표시하는 디스플레이 장치로서 시청자가 편광 안경과 같은 보조 기구를 착용하지 않고도 입체 영상을 시청할 수 있는 오토스테레오스코피 장치가 있다. 이 장치는 표시 패널 앞면에 패럴랙스 베리어를 설치하거나, 렌티큘라 렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이와 같은 굴절 광학소자를 설치하여 표시 패널에 구현된 좌, 우안 이미지를 각각 시청자의 좌안 방향과 우안 방향으로 공간 분할하는 방식을 통해 입체 영상을 구현한다.

최근의 오토스테레오스코피 장치 분야에서는 하나의 표시 패널을 이용하여 2차원 영상과 3차원 영상을 변환 표시하기 위한 연구가 진행되고 있다.

먼저 표시 패널 앞면에 패럴랙스 베리어를 설치하는 경우에는, 투과형 액정 표시기를 이용한 액정 셔터로 패럴랙스 베리어를 제작하고, 액정 셔터를 전기적으로 제어하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 구현하는 방식이 공지되어 있다. 이 방식은 2차원/3차원 전환이 용이한 반면, 액정 셔터에 의해 화면 휘도가 크게 저하되므로 실용화에 어려운 단점이 있다.

한편, 표시 패널 앞면에 굴절 광학소자를 설치하는 경우에는 고휘도 화면을 얻을 수 있지만 2차원/3차원 변환이 어려운 단점이 있다. 이 문제를 해결하기 위해 여러 연구들이 진행되고 있으며, 이와 관련한 선행 기술로 미국 등록특허 6.069,650호와 국내 공개특허 2003-22581호가 있다.

상기 미국 등록특허 6,069,650호는 렌티큘라 렌즈 위에 전기광학 물질(네마틱 액정)을 배치하여 굴절률을 전기적으로 변화시키는 렌티큘라 수단을 개시하고 있다. 예를 들어 전원을 끈 상태에서 액정의 굴절률을 렌티큘라 렌즈의 굴절률보다 작게 하면, 렌티큘라 수단은 렌즈 역할을 하게 되어 입체 영상을 제공하게 되고, 전원을 넣으면 표시 패널의 빛은 렌티큘라 렌즈와 액정의 경계면에서 굴절됨 없이 그대로 투과하여 2차원 영상을 표시하게 된다.

그리고 국내 공개특허 2003-22581호는 광학 렌즈를 사용하지 않고 액정을 렌즈 형상으로 만든 후 전기적으로 액정을 온/오프시켜 2차원과 3차원을 변환시키는 내용을 개시하고 있다.

그러나 전술한 선행 기술은 액정의 굴절률이 외부의 전압 인가에 의해 균일하게 변하지 않는다는 문제점이 있다. 또한 액정층의 두께를 렌즈의 곡률반경 이상(일반적으로 수십∼수백 마이크로미터)으로 만들어야 하는데, 이와 같이 액정층의 두께가 커지면 매우 높은 전압을 인가해야 액정의 구동시킬 수 있으므로 구동 전압이 높아져 실용화에 어려운 문제가 있다. (참고로 통상의 TFT-LCD의 경우 액정층의 두께는 수 마이크로미터 미만이다.)

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 패럴랙스 베리어 대신 굴절 광학소자를 이용하여 고휘도 영상을 구현하고, 2차원 영상과 3차원 영상의 변환이 용이한 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

표시부와, 표시부 앞면에 부착되며 일방향을 따라 배열된 다수의 렌즈들을 포함하는 굴절 광학소자와, 굴절 광학소자의 앞면과 접하는 내부 공간을 가지면서 굴절 광학소자 앞측에 부착되는 챔버와, 챔버 내부에 위치하여 렌즈 효과를 상쇄시키는 액체 광매질과, 챔버 내부로 액체 광매질을 주입하거나 챔버 외부로 배출시키는 액체 순환 시스템을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상기 렌즈는 렌티큘라 렌즈와 마이크로렌즈 어레이 가운데 하나로 구성되고, 각각의 렌즈는 표시부에 구비된 다수의 화소들 가운데 2개 이상의 화소에 대응 배치된다.

상기 챔버는 투명한 재질로 이루어진다.

상기 액체 광매질의 굴절률은 렌즈의 굴절률과 같거나 렌즈 굴절률에 대해 ±14% 이하의 오차 범위를 만족한다.

상기 액체 순환 시스템은 액체 광매질을 저장하는 액체 저장부와, 챔버와 액체 저장부 사이에 설치되어 액체 광매질을 챔버에 주입하거나 챔버에 주입된 액체 광매질을 액체 저장부로 배출시키는 펌프를 포함한다.

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

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략도로서, 도 1에 입체 영상 모드를 나타내었고, 도 2에 2차원 영상 모드를 나타내었다.

도면을 참고하면, 디스플레이 장치(2)는 표시부(4)와, 표시부(4) 앞면에 부착되는 다수의 렌즈들(6)로 이루어진 굴절 광학소자(8)와, 굴절 광학소자(8) 앞면과 접하는 임의의 내부 공간을 가지면서 굴절 광학소자(8) 앞측에 부착되는 챔버(10)와, 챔버(10) 내부에 위치하여 렌즈 효과를 상쇄시키는 액체 광매질(12)과, 액체 광매질(12)을 챔버(10) 내부로 주입 또는 챔버(10) 외부로 배출시키는 액체 순환 시스템(14)을 포함한다.

상기 표시부(4)는 다수의 화소들(4a, 4b)을 구비하여 이 화소들(4a, 4b)의 발광을 통해 임의의 영상을 구현하며, 음극선관, 액정 표시소자, 플라즈마 표시패널, 전계 발광 표시소자 및 유기 전계 발광소자와 같이 현재 개발된 모든 표시장치가 사용될 수 있다.

상기 굴절 광학소자(8)는 임의의 굴절률을 갖는 렌즈(6)를 복수개 배열한 것으로서, 각각의 렌즈(6)는 2개 이상의 화소(4a, 4b)에 대응 배치되고, 각 화소의 빛을 굴절시켜 이미지를 공간 분할한다. 렌즈(6)는 렌티큘라 렌즈 또는 마이크로렌즈 어레이로 이루어지며, 도면에서는 일례로 렌티큘라 렌즈를 도시하였다.

렌티큘라 렌즈나 마이크로렌즈 어레이와 같은 광학 렌즈는 통상 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)나 아크릴로 제작되며, 이 경우 각 렌즈(6)의 굴절률은 1.5 정도이다.

상기 챔버(10)는 투명한 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어지고, 굴절 광학소자(8) 앞면과 접하는 내부 공간을 구비하여 이 공간에 공기 또는 액체 광매질(12)이 선택적으로 위치하도록 한다.

상기 액체 광매질(12)은 렌즈(6)와 거의 동일한 굴절률을 갖는 투명한 액체로서, 챔버(10) 내부에 위치할 때 표시부(4)에서 나온 빛이 렌즈(6)와 액체 광매질(12)의 경계면을 그대로 통과하도록 하여 렌즈 효과를 없애는 역할을 한다. 이러한 액체 광매질(12)은 투명하고 점성이 낮아야 하며, 액체 광매질(12)의 굴절률이 렌즈(6) 굴절률에 대해 ±14%이하의 오차 범위, 더욱 바람직하게 ±5%의 오차 범위를 만족할 때에 전술한 효과를 용이하게 얻을 수 있다.

예를 들어 렌즈(6)의 굴절률이 1.5인 경우, 액체 광매질(12)은 물 또는 에틸렌 계열의 에틸렌 글리콜로 이루어질 수 있다. 물은 가시광선 중 589nm 파장의 황색 계열에 대해 약 1.33의 굴절률을 가지며, 에틸렌 글리콜은 1.43의 굴절률을 갖는다. 액체 광매질(12)의 종류는 상기 예에 한정되지 않고, 전술한 굴절률과 투명도 및 점성 조건을 만족하는 액체이면 모두 사용 가능하다.

상기 액체 순환 시스템(14)은 액체 광매질(12)을 저장하는 액체 저장부(16)와, 챔버(10)와 액체 저장부(16) 사이에 설치되어 액체 광매질(12)을 챔버(10)에 주입하거나, 챔버(10)에 주입된 액체 광매질(12)을 액체 저장부(16)로 배출시키는 펌프(18)를 포함한다.

전술한 구성에 의해, 액체 광매질(12)이 액체 저장부(16)에 위치하여 챔버(10) 내부에 공기가 위치하는 경우(도 1 참고)에는 표시부(4)의 각 화소(4a, 4b)에서 방출된 빛은 렌즈(6)에 의해 경로가 굴절된다. 이로서 영상신호 출력부(20)가 표시부(4)에 3차원 영상 신호를 공급하여 표시부(4)의 홀수 화소들(4a)에서 좌안 이미지를 표시하고, 짝수 화소들(4b)에서 우안 이미지를 표시하면, 좌안 이미지와 우안 이미지는 렌즈(6)를 통과하면서 각각 시청자의 좌안 방향과 우안 방향으로 분리되어 시청자에게 입체 영상을 제공한다.

반면, 펌프(18)가 액체 광매질(12)을 챔버(10) 내부로 주입하여 챔버(10) 내부에 액체 광매질(12)이 위치하는 경우(도 2 참고)에는 액체 광매질(12)의 굴절률이 렌즈(6)의 굴절률과 같아 렌즈 효과가 없어진다. 이로서 영상신호 출력부(20)가 표시부(4)에 2차원 영상 신호를 공급하면, 표시부(4)에 구현된 2차원 영상 이미지는 특정한 방향으로 굴절되지 않고 모든 방향으로 퍼지며 진행하게 되어 시청자에게 2차원 영상을 제공한다.

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 실시예에서는 입체 영상을 제공하는 이미지 분리기로서 패럴랙스 베리어 대신 굴절 광학소자를 이용함에 따라 고휘도 영상을 표시할 수 있다. 그리고 챔버에 액체 광매질을 주입하거나 배출하는 과정을 통해 2차원 영상과 3차원 영상을 용이하게 변환시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략도로서 입체 영상 모드를 나타내고 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략도로서 2차원 영상 모드를 나타내고 있다.

Claims (6)

1. 표시부와;

   상기 표시부 앞면에 부착되며, 일방향을 따라 배열된 다수의 렌즈들을 포함하는 굴절 광학소자와;

   상기 굴절 광학소자의 앞면과 접하는 내부 공간을 가지면서 굴절 광학소자 앞측에 부착되는 챔버와;

   상기 챔버 내부에 위치하여 렌즈 효과를 상쇄시키는 액체 광매질; 및

   상기 챔버 내부로 액체 광매질을 주입하거나 챔버 외부로 배출시키는 액체 순환 시스템

   을 포함하는 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 각각의 렌즈가 상기 표시부에 구비된 다수의 화소들 가운데 2개 이상의 화소에 대응 배치되는 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 렌즈가 렌티큘라 렌즈와 마이크로렌즈 어레이 가운데 어느 하나인 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 챔버가 투명한 재질로 구성되는 디스플레이 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 액체 광매질의 굴절률이 렌즈의 굴절률과 같거나 렌즈 굴절률에 대해 ±14% 이하의 오차 범위를 만족하는 디스플레이 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 액체 순환 시스템이,

   상기 액체 광매질을 저장하는 액체 저장부; 및

   상기 챔버와 액체 저장부 사이에 설치되어 액체 광매질을 챔버에 주입하거나 챔버에 주입된 액체 광매질을 액체 저장부로 배출시키는 펌프

   를 포함하는 디스플레이 장치.