KR20180040036A - 라이트 필드 디스플레이장치 - Google Patents

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KR20180040036A
KR20180040036A KR1020160131617A KR20160131617A KR20180040036A KR 20180040036 A KR20180040036 A KR 20180040036A KR 1020160131617 A KR1020160131617 A KR 1020160131617A KR 20160131617 A KR20160131617 A KR 20160131617A KR 20180040036 A KR20180040036 A KR 20180040036A
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박준용
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배지현
심동식
이성훈
신봉수
송석호
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Abstract

라이트 필드 디스플레이장치가 개시된다. 개시된 라이트 필드 디스플레이장치는, 스크린과 영상 생성부를 포함한다. 스크린은, 입사광을 다중 방향으로 회절시키는 그레이팅 픽셀 어레이를 구비하여, 입사광을 회절시킴에 의해 3차원 영상을 형성한다. 영상 생성부는, 스크린의 그레이팅 픽셀 어레이에 의해 회절된 광이 3차원 영상을 형성하도록 스크린에 3차원 영상 정보를 가지는 광을 각도를 가지고 조사하도록 마련된다.

Description

라이트 필드 디스플레이장치{Light-field display}
라이트 필드 디스플레이장치에 관한 것이다.
3차원 영상 표시 장치는 양안시차를 기반으로 3차원 영상을 표시한다. 현재 상용화되고 있는 3차원 영상 표시 장치는 두 눈의 양안시차(binocular parallax)를 이용하는 것으로, 시점이 서로 다른 좌안용 영상과 우안용 영상을 시청자의 좌안과 우안에 각각 제공함으로써 시청자가 입체감을 느낄 수 있도록 한다. 이러한 3차원 영상 표시 장치에는 특수 안경을 필요로 하는 안경형 방식과 안경을 필요로 하지 않는 무안경형 방식이 있다.
안경형 방식은 사용자가 편광 안경이나 셔터식 안경과 같은 특수 안경을 쓴 상태에서 두 눈에 다른 영상을 보여주는 방식이다. 하지만 이런 안경형 방식은 소비자의 불편을 야기하고 사용을 꺼려해 이를 해결하고자 최근에는 무안경형 3차원 영상 표시 장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
무안경형 방식으로는 대표적으로 렌티큘러 렌즈(Lenticular Lens)나 배리어(Barrier)와 같은 광학 시트(Sheet)를 이용하는 방식이나, 멀티 프로젝션(Multiple Projection), 혹은 다중층(Multiple Layer) 관련 방식, 그리고 퍼짐 모양의 광원을 사용하는 라이트 필드(Light-field) 방식 등이 보고되고 있다.
라이트 필드 방식으로 3차원 영상을 구현할 수 있는 무안경형 라이트 필드 디스플레이 장치를 제공한다.
일 유형에 따른 라이트 필드 디스플레이장치는, 입사광을 다중 방향으로 회절시키는 그레이팅 픽셀 어레이를 구비하여, 입사광을 회절시킴에 의해 3차원 영상을 형성하는 스크린과; 상기 스크린의 그레이팅 픽셀 어레이에 의해 회절된 광이 3차원 영상을 형성하도록 상기 스크린에 3차원 영상 정보를 가지는 광을 각도를 가지고 조사하는 영상 생성부;를 포함한다.
상기 그레이팅 픽셀 어레이는 상기 스크린의 표면이나 내부에 형성될 수 있다.
상기 영상 생성부는 상기 스크린과 이격되게 위치할 수 있다.
상기 영상 생성부는 3차원 영상 정보를 가지는 광을 상기 스크린으로 투사시키는 빔 프로젝터를 포함할 수 있다.
상기 영상 생성부는, 조명부와; 픽셀 단위로 광 제어가 가능한 광변조기와; 상기 광변조기에서 3차원 영상 정보를 가지는 패턴을 생성하도록 상기 광변조기를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 영상 생성부는, 3차원 영상 정보를 가지는 광의 확대를 조절하는 빔 조절부;를 더 포함할 수 있다.
상기 스크린은 코너에 얼라인 마크를 포함하며, 상기 영상 생성부는, 상기 스크린의 얼라인 마크를 감지하는 검출 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 영상 생성부는, 원샷 방식, 단일 스폿 빔 스캐닝, 라인 빔 스캐닝, 시간 시퀀셜 방식 중 어느 한 방식으로 디스플레이하고자 하는 영상 패턴을 생성할 수 있다.
상기 스크린은 시스루 디스플레이하도록 마련될 수 있다.
상기 스크린은 투명할 수 있다.
상기 스크린은 코너에 얼라인 마크를 포함하며, 상기 영상 생성부는, 상기 스크린의 얼라인 마크를 감지하여 송출 영상을 조절하도록 마련될 수 있다.
상기 스크린은 안경 렌즈에 대응하며, 안경형으로 구현될 수 있다.
상기 스크린은 자동차의 앞유리에 대응하며, 자동차용으로 구현될 수 있다.
상기 스크린은 자동차에 설치되며, 상기 스크린의 그레이팅 픽셀 어레이에 의해 회절된 3차원 영상이 자동차의 앞유리에 형성되어, 자동차용으로 구현될 수 있다.
상기 스크린은 손목형 모바일 기기의 펼칠 수 있는 커버에 대응하며, 손목형 모바일 기기용으로 구현될 수 있다.
상기 스크린은 스마트폰에 대해 펼칠 수 있는 형태로 적용되어, 스마트폰용으로 구현될 수 있다.
상기 그레이팅 픽셀 어레이는 그레이팅 픽셀이 2차원 어레이로 배치되고, 각 그레이팅 픽셀은 특정 파장의 광 사이에 상호 작용이 일어나는 그레이팅 패턴을 포함할 수 있다.
상기 각 그레이팅 픽셀은 복수의 서브 그레이팅 픽셀을 포함하며, 복수의 서브 그레이팅 픽셀은 각각 서로 다른 파장의 광에 반응하는 서브 그레이팅 패턴을 구비할 수 있다.
상기 그레이팅 픽셀 어레이는 투명할 수 있다.
실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치에 따르면, 스크린에 3차원 영상 정보를 가지는 광을 각도를 가지고 조사하도록 마련된 영상 생성부를 구비하고, 스크린에 입사광을 다중 방향으로 회절시키는 그레이팅 픽셀 어레이를 구비함으로써, 영상 생성부로부터의 입사광을 회절시킴에 의해 3차원 영상을 형성한다.
따라서, 무안경형 라이트 필드 방식으로 3차원 영상을 구현할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 전체적인 구성을 개략적으로 보여준다.
도 2는 도 1의 영상 생성부의 실시예를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 3는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 스크린에 적용되는 그레이팅 픽셀 어레이의 일예를 개략적으로 보여준다.
도 4는 도 3에 도시된 그레이팅 픽셀 어레이의 일 그레이팅 픽셀을 확대하여 도시한 것이다.
도 5는 그레이팅 픽셀 어레이에 의해 회절되어 형성되는 3차원 영상이 스크린의 전면 방향으로 형성되는 예를 보여준다.
도 6은 그레이팅 픽셀 어레이에 의해 회절되어 형성되는 3차원 영상이 스크린의 전면 방향과 후면 방향으로 모두 형성되는 예를 보여준다.
도 7a는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 스크린을 그레이팅 픽셀 어레이를 구비하는 스크린 대신에 일반적인 스크린으로 교체하여, 2차원 영상을 형성하는 경우를 보여준다.
도 7b는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 스크린이 그레이팅 픽셀 어레이를 구비하는 스크린일 때, 3차원 영상을 형성하는 경우를 보여준다.
도 8은 다른 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치를 개략적으로 보여준다.
도 9는 다른 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치를 개략적으로 보여준다.
도 10은 도 9에 적용되는 영상 생성부의 실시예를 개략적으로 보인 블록도이다.
도 11 및 도 12는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 자동차용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다.
도 13은 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 3D 안경용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다.
도 14는 도 13의 라이트 필드 디스플레이장치에 의해 형성되는 3차원 영상을 예시적으로 보여준다.
도 15는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 손목형 모바일 기기용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다.
도 16은 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 스마트폰용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다.
도 17은 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 태블릿용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 라이트 필드 디스플레이장치의 다양한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한, 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 이러한 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, "...부"등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 전체적인 구성을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치는, 무안경형으로 3차원 영상을 형성하도록 된 것으로, 영상 생성부(10)와, 그레이팅 픽셀 어레이(100)를 구비하는 스크린(50)을 포함한다.
영상 생성부(10)는, 스크린(50)에 3차원 영상 정보를 가지는 광을 각도를 가지고 조사하도록 마련될 수 있다. 영상 생성부(10)는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가 3차원 영상을 디스플레이하는 동작 상태일 때, 스크린(50)과 이격되게 위치할 수 있다.
영상 생성부(10)는, 예를 들어, 도 2에서와 같이, 조명부(11)와, 픽셀 단위로 광 제어가 가능한 광변조기(15)와, 광변조기(15)에서 3차원 영상 정보를 가지는 패턴을 생성하도록 광변조기(15)를 제어하는 제어부(19)를 포함할 수 있다. 또한, 영상 생성부(10)는 생성되는 3차원 영상 정보를 가지는 광의 확대를 조절하는 빔조절부(17)를 더 포함할 수 있다. 이러한 빔조절부(17)는 초점거리 조정 가능한 렌즈 시스템일 수 있다.
영상 생성부(10)는 예를 들어, 3차원 영상 정보를 가지는 광 패턴을 스크린(50)으로 투사시키는 빔 프로젝터를 포함할 수 있다. 영상 생성부(10)로 적용되는 빔 프로젝터는, 기존의 상용화된 제품일 수 있으며, 또한, 입사 각도의 분포 조절이 쉽고 회절에 적합한 각도 선정이 가능한 단거리 프로젝터(Short Distance Projector)일 수 있다.
예를 들어, 빔 프로젝터로부터 나오는 광은 이미 내부에서 변조 과정을 거쳐 각 픽셀 별로 칼라 및 밝기가 조절되며, 그레이팅 픽셀 어레이(100)의 해당 그레이팅 픽셀 또는 그 서브 그레이팅 픽셀로 입사되는 특정 각도가 정의될 수 있으므로, 그레이팅 픽셀 또는 그 서브 그레이팅 픽셀의 설계가 가능하다. 즉, 이미 생성된 영상을 빔 프로젝터를 활용하여 그레이팅 픽셀 어레이(100)가 배치된 스크린(50)으로 보내고 이를 라이트 필드로 만드는 과정만 그레이팅 픽셀 어레이(100) 구조가 수행하여 무안경 3차원 라이트 필드 디스플레이(3D Light-Field Display)를 구현할 수 있다. 빔 프로젝터에서 출사되는 영상은 그레이팅 픽셀 어레이(100) 구조와 연계되어 렌더링(Rendering)된 영상이며 구현할 뷰(View)의 개수와 시야각 등에 의해 그레이팅 픽셀 어레이(100)의 각 그레이팅 픽셀 또는 서브 그레이팅 픽셀의 회절 각도와 크기가 결정된다. 스크린(50)의 면적에 따라 달라지지만, 빔 프로젝터로부터 스크린(50)으로 가는 경로와 입사 각도는 구조적으로 분포되므로, 이에 맞는 위치에 그레이팅 픽셀을 배치하는 것이 필요하다. 여기서는, 영상 생성부(10)의 구체적인 예로서, 빔 프로젝터를 적용하는 경우를 예를 들어 설명하였는데 영상 생성부(10)의 구체적인 구성이 빔 프로젝터에 한정되는 것은 아니며, 이는 예시적인 것일 뿐이다. 영상 생성부(10)에서 제공되는 3차원 영상 정보를 포함하는 광을 그레이팅 픽셀 어레이(100)가 배치된 스크린(50)으로 보내고 이를 라이트 필드로 만드는 과정만 그레이팅 픽셀 어레이(100) 구조가 수행하여 무안경 3차원 라이트 필드 디스플레이를 구현할 수 있다면, 영상 생성부(10)의 구체적인 구성을 다양하게 변형될 수 있다.
이러한 영상 생성부(10)를 적용한 라이트 필드 디스플레이장치는, 영상 생성부(10)의 출사 영상을 조절하는 방식이므로, 사용되는 영상 생성부(10)의 출사 방식도 다양하게 적용이 가능하다. 예를 들어, 영상 생성부(10)는 원샷(One Shot) 방식, 단일 스폿 빔 스캐닝(single-spot beam scanning), 라인 빔 스캐닝(line-beam scanning), 시간 시퀀셜(Time Sequential) 출사 방식의 빔 프로젝터를 적용할 수 있으며, 이러한 방식들로 디스플레이하고자 하는 3차원(3D) 패턴을 생성시킬 수 있다. 이를 위해, 영상 생성부(10)의 광변조기(15)는 제어부(19)에 의해 제어될 수 있다.
스크린(50)은, 다중 방향 스크린(Multi-Directional Scree)으로서, 입사광을 다중 방향으로 회절시키도록 그레이팅 픽셀 어레이(100)를 구비할 수 있다. 그레이팅 픽셀 어레이(100)는 스크린(50)의 표면이나 내부면에 형성될 수 있다. 그레이팅 픽셀 어레이(100)는 그레이팅이 각각 형성된 픽셀 즉, 그레이팅 픽셀이 2차원 어레이로 배치될 수 있다.
도 3는 실시예에 따른 디스플레이장치의 스크린(50)에 적용되는 그레이팅 픽셀 어레이(100)의 일예를 개략적으로 보여준다.
도 3를 참조하면, 그레이팅 픽셀 어레이(100)는 입사하는 3차원 영상 정보를 포함하는 광의 방향과 파장 중 적어도 하나에 대응되는 복수의 그레이팅 패턴을 포함할 수 있다. 즉, 그레이팅 픽셀 어레이(100)의 각 그레이팅 픽셀(GP)은 그레이팅 패턴을 포함할 수 있다.
그레이팅 패턴과 특정 파장의 광 사이에 상호 작용이 일어나고, 그레이팅패턴의 피치(pitch), 그레이팅 패턴의 배열 방향, 그레이팅 패턴의 굴절률, 그레이팅 패턴의 듀티 사이클(duty cycle) 및, 광의 진행 방향과 그레이팅 패턴과의 상대적인 각도 등의 조합에 따라 광이 특정한 방향을 가지고 회절에 의해 출광되도록 할 수 있다.
복수의 그레이팅 패턴의 각 그레이팅 패턴은 광의 파장에 의존하는 복수의 서브 그레이팅 패턴을 포함할 수 있다. 각 그레이팅 패턴은 영상 생성부(10)의 광변조기(15)의 각 픽셀에 대응될 수 있다. 각 서브 그레이팅 패턴은 영상 생성부(10)의 광변조기(15)의 각 서브 픽셀에 대응될 수 있다. 서브 픽셀은 광의 투과율과 함께 광의 파장 선택을 제어할 수 있는 단위일 수 있다.
예를 들어, 그레이팅 픽셀 어레이(100)의 각 그레이팅 픽셀(GP)은, 제1서브 그레이팅 픽셀(GP1), 제2서브 그레이팅 픽셀(GP2), 제3서브 그레이팅 픽셀(GP3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1서브 그레이팅 픽셀(GP1)은 제1 파장 광에 반응하는 제1서브 그레이팅 패턴을 포함하고, 제2서브 그레이팅 픽셀(G2P)은 제2 파장 광에 반응하는 제2서브 그레이팅 패턴을 포함하고, 제3서브 그레이팅 픽셀(GP3)은 제3 파장 광에 반응하는 제3서브 그레이팅 패턴을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 파장 광은 서로 다른 파장의 광일 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3파장 광 중 하나는 적색광, 다른 하나는 녹색광, 나머지 하나는 청색광일 수 있다.
그레이팅 픽셀 어레이(100)는 그레이팅 패턴 세트에 따라 서로 다른 방향으로 광이 출사되도록 할 수 있다. 서로 다른 방향으로 출사된 광은 각각 서로 다른 뷰를 제공하여 3차원 영상을 표시할 수 있다. 여기서, 뷰는 예를 들어, 시청자의 한 쪽 눈에 표시되는 영상을 나타낼 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고 시청자의 한 쪽 눈에 두 개 이상의 뷰에 대응되는 영상이 제공되는 것도 가능하다. 그레이팅 픽셀 어레이(100)는 광의 출사 방향을 제어할 수 있고, 광의 출사 방향에 따라 서로 다른 뷰가 시청자에게 제공되는 경우에 3차원 영상이 표시될 수 있다. 그레이팅 패턴 세트의 개수에 따라 복수 개의 뷰, 예를 들어 36개의 뷰, 48개의 뷰, 96개의 뷰 등을 제공할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 그레이팅 픽셀 어레이(100)의 일 그레이팅 픽셀(GP)을 확대하여 도시한 것이다. 그레이팅 픽셀 어레이(100)는 도 4에서와 같은 그레이팅 픽셀(GP)이 2차원 메트릭스 형태로 배열된 것일 수 있다. 각 그레이팅 픽셀(GP)은 예를 들어, 제1서브 그레이팅 픽셀(GP1), 제2서브 그레이팅 픽셀(GP2), 제3서브 그레이팅 픽셀(GP3)을 포함할 수 있다. 제1서브 그레이팅 픽셀(GP1), 제2서브 그레이팅 픽셀(GP2), 제3서브 그레이팅 픽셀(GP3)은 각각 다른 그레이팅 패턴(G1)(G2)(G3)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1서브 그레이팅 픽셀(GP1), 제2서브 그레이팅 픽셀(GP2), 제3서브 그레이팅 픽셀(GP3)은 동일한 면적을 가질 수 있다.
실시예에 따른 디스플레이 장치에 따르면, 영상 생성부(10)에서 각도를 가지고 제공되는 3차원 영상 정보를 가지는 광은 스크린(50)의 그레이팅 픽셀 어레이(100)에 의해 회절되고, 이에 의해 3차원 영상이 형성될 수 있다.
이때, 스크린(50)의 그레이팅 픽셀 어레이(100)에 의해 회절되어 형성되는 3차원 영상은 도 5에서와 같이 스크린(50)의 전면 방향으로 형성될 수 있으며, 도 6에서와 같이 스크린(50)의 전면 방향과 후면 방향으로 모두 형성될 수 있다.
그레이팅 픽셀 어레이(100)의 각 그레이팅 픽셀(GP)에 형성되는 그레이팅 패턴(G1,G2,G3)은, 그레이팅 피치가 예를 들어, 대략 수백 nm 주기로 형성되기 때문에, 그레이팅 픽셀 어레이(100)는 실질적으로 투명하다. 또한, 그레이팅 픽셀 어레이(100)가 형성되는 스크린(50)도 투명할 수 있다.
이와 같이, 스크린(50)이 투명하므로, 3차원 영상 정보를 가지는 광의 그레이팅 픽셀 어레이(100)에 의한 회절에 따라 3차원 영상이 스크린(50) 안쪽에 형성될 수 있어, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치는 시-스루(See-through) 3차원 디스플레이를 구현할 수 있다.
여기서, 스크린(50)은 불투명할 수도 있으며, 이 경우 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치는 그레이팅 픽셀 어레이(100)에서 전면 방향으로 회절된 3차원 영상만을 형성하게 되므로 반사형 3차원 디스플레이를 구현할 수 있다.
실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치는 예를 들어, 영상 생성부(10)로 빔 프로젝터를 그대로 활용하면서, 멀티 뷰에 대한 무안경 3차원 디스플레이를 구현할 수 있다. 특히, 기존의 지향성 백라이트 유닛을 적용한 3차원 디스플레이와는 다르게 도광판을 활용하지 않기 때문에, 도광동안 생기는 손실을 줄일 수 있고, 스크린(50) 전체에 영상 생성부(10)가 광을 예를 들어 한번에 입사시키기 때문에 균일성(Uniformity) 문제도 발생하지 않는다. 또한, 구조적으로 광원 및 변조 부분이 모두 영상 생성부(10) 즉, 빔 프로젝터로 빠짐으로써 스크린(50) 자체의 구조를 단순화시킬 수 있어, 후술하는 다양한 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 다양한 분야에서 적용이 가능하다.
한편, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치는 영상 정보를 가지는 광을 스크린(50)에 제공하는 영상 생성부(10)를 구비하므로, 스크린(50)을 그레이팅 픽셀 어레이(100)를 가지지 않는 일반적인 스크린(50)으로 교체하고, 영상 생성부(10)에서 2차원 영상 정보를 가지는 광을 제공하도록 제어하는 경우, 2차원 영상을 생성할 수 있다. 이와 같이, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치는, 영상 생성부(10)에서 영상 정보를 가지는 광을 스크린(50)에 제공하는 구조이므로, 스크린(50)의 교체만으로 2D/3D 변환이 가능하다.
도 7a는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 스크린(50)을 그레이팅 픽셀 어레이(100)를 구비하는 스크린(50) 대신에 일반적인 스크린(50')으로 교체하여, 2차원 영상(110)을 형성하는 경우를 보여준다. 도 7b는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 스크린(50)이 그레이팅 픽셀 어레이(100)를 구비하는 스크린(50)일 때, 3차원 영상(130)을 형성하는 경우를 보여준다.
도 7a 및 도 7b에 의해 알 수 있는 바와 같이, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치는, 스크린의 교체 및 이에 따른 영상 생성부(10)의 작동에 따라 2차원 영상(110)용과 3차원 영상(130)용으로 변환할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치를 개략적으로 보인 것으로, 스크린(50) 및 영상 생성부(10) 세트를 2차원 어레이로 배열하여, 대형 스크린을 구현한 예를 보여준다. 각 스크린(50) 및 영상 생성부(10) 세트는 대형 스크린의 각 해당 영역의 3차원 영상을 형성하도록 구현되고, 다수의 스크린(50) 및 영상 생성부(10) 세트에 의해 형성되는 3차원 영상의 조합에 의해, 도 8에서와 같이, 대형 스크린의 3차원 영상(150)을 형성할 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치에 따르면, 대면적도 영상 생성부(10) 및 스크린(50) 세트의 개수 조절로 대응 가능하다.
도 9는 다른 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치를 개략적으로 보인 것으로, 도 1과 비교할 때, 스크린(50) 코너에 얼라인 마크(70)(align mark:70)를 구비하는 점에 차이가 있다.
이와 같이, 스크린(50) 코너 예컨대, 네 코너에 얼라인 마크(70)를 구비하는 경우, 영상 생성부(10)는 스크린(50)의 얼라인 마크(70) 감지에 따라 송출 영상을 조절하도록 마련될 수 있다. 여기서, 스크린(50)의 얼라인 마크(70)를 감지하는 검출센서를 별도로 구비하거나, 영상 생성부(10)에 구비할 수 있다.
도 10은 도 9에 적용되는 영상 생성부(10)의 실시예를 개략적으로 보인 블록도로, 영상 생성부(10)가 스크린(50)의 얼라인 마크(70)를 구비하는 경우를 예를 들어 보여준다.
영상 생성부(10)는, 예를 들어, 도 10에서와 같이, 조명부(11)와, 픽셀 단위로 광 제어가 가능한 광변조기(15)와, 광변조기(15)에서 3차원 영상 정보를 가지는 패턴을 생성하도록 광변조기(15)를 제어하는 제어부(19)를 포함할 수 있다. 또한, 영상 생성부(10)는 생성되는 3차원 영상 정보를 가지는 광의 확대를 조절하는 빔조절부(17)를 더 포함할 수 있다. 또한, 스크린(50)의 얼라인 마크(70)를 감지하는 검출 센서(18)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 스크린(50) 상의 네 코너에 얼라인 마크(70)를 구비하는 경우, 얼라인 마크(70)를 검출하여 송출 영상을 조절할 수 있으므로 스크린(50)의 이동이나 출렁거림에도 대응할 수 있다.
이하에서는, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 다양한 적용예를 설명한다.
도 11 및 도 12는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 자동차용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다.
도 11을 참조하면, 스크린(50)은 자동차의 앞유리(200)에 대응할 수 있다. 즉, 자동차의 앞유리(200)에 그레이팅 픽셀 어레이(100)가 마련되고, 영상 생성부(10)가 그레이팅 픽셀 어레이(100)에 각도를 가지고 3차원 영상 정보를 가지는 광을 조사하도록 자동차에 설치될 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치를 이용하여 길 안내 영상, 인식 카메라의 영상 등을 자동차의 앞유리(200)에 3차원 영상으로 디스플레이할 수 있다.
도 12을 참조하면, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치는, 스크린(50)의 그레이팅 픽셀 어레이(100)의 의해 회절된 3차원 영상이 자동차의 앞유리(200)에 형성되도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 영상 생성부(10) 및 그레이팅 픽셀 어레이(100)를 구비하는 스크린(50)은 운전석 상단부에 배치될 수 있다. 도 12에서와 같은 라이트 필드 디스플레이장치를 이용하여 길 안내 영상, 인식 카메라의 영상 등을 자동차의 앞유리(200)에 3차원 영상으로 디스플레이할 수 있다.
여기서, 도 11 및 도 12에서와 같은 라이트 필드 디스플레이 장치는 운전석 앞쪽에 3차원 영상을 디스플레이하도록 설치되는 대신에, 조수석 등 다른 좌석 이용자에게 3차원 영상을 디스플레이하도록 설치되어, 길 안내 영상, 인식 카메라의 영상 뿐만 아니라, 사용자가 원하는 다양한 종류의 영상을 3차원으로 디스플레이하도록 마련될 수도 있다.
도 13은 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 3D 안경용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다. 도 14는 도 13의 라이트 필드 디스플레이장치에 의해 형성되는 3차원 영상(170)을 예시적으로 보여준다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 라이트 필드 디스플레이장치는 안경형 3차원 라이트 필드 디스플레이장치일 수 있으며, 이 경우, 스크린(50)은 안경 렌즈(301)에 대응할 수 있다. 즉, 안경 렌즈(301)에 그레이팅 픽셀 어레이(100)가 형성될 수 있다. 영상 생성부(10)는 그레이팅 픽셀 어레이(100)에 3차원 영상 정보를 가지는 광을 각도를 가지고 조사할 수 있도록 안경 프레임(300)에 설치될 수 있다.
이러한 3차원 라이트 필드 디스플레이장치를 적용한 안경을 착용한 사용자는 3차원 영상을 볼 수 있다.
도 15는 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 손목형 모바일 기기용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다.
도 15을 참조하면, 스크린(50)은 손목형 모바일 기기(500)의 펼칠 수 있도록 마련된 커버(550)에 대응할 수 있으며, 손목형 모바일 기기의 몸체(510)에 영상 생성부(10)가 배치될 수 있다. 즉, 그레이팅 픽셀 어레이(100)는 커버(550)에 마련될 수 있다. 이때, 영상 생성부(10)는 커버(550) 즉, 스크린(50)을 펼쳤을 때, 영상 생성부(10)에서 생성된 3차원 영상 정보를 포함하는 광이 커버(550)에 마련된 그레이팅 픽셀 어레이(100)에 각도를 가지고 조사될 수 있도록 설치될 수 있다. 이 경우, 3차원 영상 정보를 포함하는 광은 그레이팅 픽셀 어레이(100)에서 회절되어 3차원 영상을 형성하게 된다.
도 15에서 영상 생성부(10)는 손목형 모바일 기기(500)의 몸체(510)에 돌출되게 설치된 것으로 도시되어 있으나, 커버(550) 즉, 스크린(50)을 접어 점선으로 표시한 바와 같이 손목형 모바일 기기(500)의 몸체에 밀착시켰을 때, 영상 생성부(10)가 손목형 모바일 기기(500)의 몸체(510)에 대해 돌출되지 않는 구조로 접히거나 몸체(5010)슬라이딩 삽입되는 구조 등으로 마련될 수 있다.
도 16은 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 스마트폰용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다. 도 16의 왼편은 2차원 영상 형성, 오른편은 3차원 영상 형성시 스마트폰(600) 및 이를 적용한 라이트 필드 디스플레이장치의 동작 상태를 보여준다. 도 16에서 영상 생성부(10)의 도시는 생략되어 있다.
도 16을 참조하면, 스크린(50)은 스마트폰(600)의 몸체로부터 펼칠 수 있도록 마련되고, 아울러 영상 생성부(10)도 스마트폰(600)의 몸체로부터 펼칠 수 있도록 마련될 수 있다. 2차원 영상 형성시에는 스마트폰(600)의 디스플레이(610)를 그대로 사용하고, 3차원 영상 형성시에만 스마트폰(600)의 몸체로부터 스크린(50)을 펼치고, 영상 생성부(10)로부터 각도를 가지고 조사되는 3차원 영상 정보를 포함하는 광을 스크린(50)의 그레이팅 픽셀 어레이(100)에 의해 회절시켜, 3차원 영상을 형성할 수 있다. 이때, 스크린(50)을 터치 스크린 형태로 형성하고, 이 스크린(50)을 터치한 정보에 따라 영상 생성부(10)에서 생성되는 3차원 영상 정보를 변경하여, 3차원 영상을 확대하거나 축소하는 등의 동작을 수행할 수 있다.
여기서, 스크린(50)은 스마트폰(600)의 몸체에 슬라이딩 결합 및 펼칠 수 있도록 마련될 수 있다. 또한, 영상 생성부(10)는 스마트폰(600)의 몸체에 슬라이드 결합 및 펼칠 수 있도록 마련될 수 있다.
도 17은 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 태블릿용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다. 도 17의 왼편은 태블릿용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치의 평면도를 보여주며, 오른편은 태블릿용 3차원 라이트 필드 디스플레이장치의 측면도를 보여준다.
도 17를 참조하면, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 스크린(50)은 태블릿(700)의 디스플레이(710)에 해당할 수 있으며, 영상 생성부(10)는 태블릿(700)의 일측에 마련되어, 영상 생성부(10)로부터 3차원 영상 정보를 포함하는 광을 각도를 가지고 태블릿(700)의 디스플레이(710)로 조사하도록 마련될 수 있다. 태블릿(700)의 디스플레이(710)에는 3차원 영상 정보를 포함하는 광을 회절시켜 3차원 영상을 형성하도록 그레이팅 픽셀 어레이(100)가 마련될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 태블릿(700)은 투명 액정디스플레이나 투명 유기발광디스플레이 형태로 마련되거나, 반사형 액정디스플레이나 반사형 유기발광디스플레이 형태로 마련될 수 있다. 도 17에서는 태블릿(700)의 하단부에 영상 생성부(10)가 배치되는 것을 예시적으로 보여주나, 영상 생성부(10)의 배치 위치는 다양하게 변화될 수 있다.
도 18은 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치가, 대화면 3차원 텔레비전 등의 대화면 3차원 라이트 필드 디스플레이장치로 적용된 예를 보여준다.
도 18을 참조하면, 실시예에 따른 라이트 필드 디스플레이장치의 스크린(50)은 예를 들어 텔레비전의 화면(800)에 해당하는 것으로, 입사되는 광을 회절시켜 3차원 영상을 형성하도록 화면(800)에 그레이팅 픽셀 어레이(100)가 마련될 수 있다. 또한, 영상 생성부(10)는 화면(800)을 향해 각도를 가지고 3차원 영상 정보를 조사할 수 있도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 영상 생성부(10)는 화면(800)의 하단부에 배치될 수 있으며, 영상 생성부(10)의 배치 위치는 다양하게 변화될 수 있다. 도 18에서 영상 생성부(10)의 도시는 생략되어 있다.
이때, 화면(800) 안쪽으로도 3차원 영상을 형성할 수 있도록 투명 디스플레이로 구성될 수 있다. 이러한 투명 디스플레이에는 투명 액정 디스플레이나 투명 유기발광디스플레이가 적용될 수 있다. 다른 예로서, 투명 디스플레이 대신에 반사형 디스플레이 예컨대, 반사형 액정 디스플레이나 반사형 유기발광디스플레이가 적용될 수도 있다. 도 18에서는 화면(800)이 투명 디스플레이로 마련되어 투명한 경우를 예시적으로 보여준다.
10...영상 생성부 50...스크린
100...그레이팅 픽셀 어레이 GU...그레이팅 픽셀

Claims (20)

  1. 입사광을 다중 방향으로 회절시키는 그레이팅 픽셀 어레이를 구비하여, 입사광을 회절시킴에 의해 3차원 영상을 형성하는 스크린과;
    상기 스크린의 그레이팅 픽셀 어레이에 의해 회절된 광이 3차원 영상을 형성하도록 상기 스크린에 3차원 영상 정보를 가지는 광을 각도를 가지고 조사하는 영상 생성부;를 포함하는 라이트 필드 디스플레이장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 그레이팅 픽셀 어레이는 상기 스크린의 표면이나 내부에 형성되는 라이트 필드 디스플레이장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 영상 생성부는 상기 스크린과 이격되게 위치하는 라이트 필드 디스플레이장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 영상 생성부는 3차원 영상 정보를 가지는 광을 상기 스크린으로 투사시키는 빔 프로젝터를 포함하는 라이트 필드 디스플레이장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 영상 생성부는,
    조명부와;
    픽셀 단위로 광 제어가 가능한 광변조기와;
    상기 광변조기에서 3차원 영상 정보를 가지는 패턴을 생성하도록 상기 광변조기를 제어하는 제어부;를 포함하는 라이트 필드 디스플레이장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 영상 생성부는, 3차원 영상 정보를 가지는 광의 확대를 조절하는 빔 조절부;를 더 포함하는 라이트 필드 디스플레이장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 스크린은 코너에 얼라인 마크를 포함하며,
    상기 영상 생성부는, 상기 스크린의 얼라인 마크를 감지하는 검출 센서를 더 포함하는 라이트 필드 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 영상 생성부는, 원샷 방식, 단일 스폿 빔 스캐닝, 라인 빔 스캐닝, 시간 시퀀셜 방식 중 어느 한 방식으로 디스플레이하고자 하는 영상 패턴을 생성하는 라이트 필드 디스플레이장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 시스루 디스플레이하도록 마련된 라이트 필드 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 투명한 라이트 필드 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 코너에 얼라인 마크를 포함하며,
    상기 영상 생성부는, 상기 스크린의 얼라인 마크를 감지하여 송출 영상을 조절하도록 마련된 라이트 필드 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 안경 렌즈에 대응하며, 안경형으로 구현되는 라이트 필드 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 자동차의 앞유리에 대응하며, 자동차용으로 구현되는 라이트 필드 디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 자동차에 설치되며, 상기 스크린의 그레이팅 픽셀 어레이에 의해 회절된 3차원 영상이 자동차의 앞유리에 형성되어, 자동차용으로 구현되는 라이트 필드 디스플레이 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 손목형 모바일 기기의 펼칠 수 있는 커버에 대응하며, 손목형 모바일 기기용으로 구현되는 라이트 필드 디스플레이 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 스마트폰에 대해 펼칠 수 있는 형태로 적용되어, 스마트폰용으로 구현되는 라이트 필드 디스플레이 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 투명한 라이트 필드 디스플레이 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그레이팅 픽셀 어레이는 그레이팅 픽셀이 2차원 어레이로 배치되고,
    각 그레이팅 픽셀은 특정 파장의 광 사이에 상호 작용이 일어나는 그레이팅 패턴을 포함하는 라이트 필드 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 각 그레이팅 픽셀은 복수의 서브 그레이팅 픽셀을 포함하며,
    복수의 서브 그레이팅 픽셀은 각각 서로 다른 파장의 광에 반응하는 서브 그레이팅 패턴을 구비하는 라이트 필드 디스플레이 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 그레이팅 픽셀 어레이는 투명한 라이트 필드 디스플레이 장치.
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