KR100440956B1

KR100440956B1 - ２ｄ／３ｄ 겸용 디스플레이

Info

Publication number: KR100440956B1
Application number: KR10-2001-0055917A
Authority: KR
Inventors: 도모노다카오
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: JP2003177356A; DE10242026A1; US20030063186A1; KR20030022583A

Abstract

본 발명은 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 2D/3D 겸용 디스플레이로서, 보다 상세하게는 전원의 인가에 따른 on/off에 의해 굴절률이 변하는 전기 광학 물질을 이용하여 2D/3D의 조절이 용이한 2D/3D 겸용 디스플레이에 관한 것이다. 이미지 형성 디스플레이; 및 상기 이미지 형성 디스플레이 전면에 형성되며, 상기 이미지 형성 디스플레이로 부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시키는 렌즈부;로 이루어진 입체 영상 디스플레이에 있어서, 상기 렌즈부는 인가되는 전원에 의해 그 위치에 따라 굴절률을 선택적으로 조절할 수 있는 전기 광학 물질을 포함하여, 굴절률의 순차적인 변화에 따라 렌즈 역할을 할 수 있는 액정층;을 포함한 것을 특징으로 한다. 따라서, 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.

Description

２Ｄ／３Ｄ겸용 디스플레이{2D/3D Convertible Display}

본 발명은 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 2D(two-dimentional)/3D(three-dimentional) 겸용 디스플레이로서, 보다 상세하게는 전원의 인가에 따른 on/off에 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 촬영한 양안 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 1은 종래 기술에 의한 3차원 영상을 구현하는 시스템 및 구현 방법을 설명하기 위한 도면이다. 먼저 시스템에 대해 설명하면, 광확산층(112)이 마이크로 렌즈 어레이들(111, 113) 예를 들어, 플라이 아이렌즈(fly eye lense)들 사이에 형성되어 있으며, 제 2 마이크로 렌즈 어레이(113)와 대향하여, 동일한 구성의 마이크로 렌즈 어레이(114)가 TV 픽업 튜브(116)의 광감지층(115)을 전면에 형성된다.

그리고, 디스플레이(50)는 형광 스크린(52)을 포함하게 되며, 관객이 영상을 인지하는 전면부에 대해 제 4마이크로 렌즈 어레이(121)가 형성되어 있다. 여기서, 마이크로 렌즈 시스템에 의해 카메라로 촬영한 영상을 포함하는 나타낸 3D 신호는 송신부(117)를 통해서 수신부(118) 로 전송된다. 이러한 전송 시스템은 신호 송수신 방식으로 종래의 일반적인 형태와 같다. 수신부(118)를 통해 수신된 신호는 디스플레이(119)의 형광 스크린(120)에 상을 형성시키며, 제 4렌즈 어레이(121)를 통해 인식하게 되는데, 이러한 형광 스크린(12)에 형성된 영상은 초기의 마이크로 렌즈 어레이들(111, 112, 114)을 통해 TV 픽쳐 튜브(116)의 감광층(115)에 형성된 상과 동일하다. 디스플레이(119)에 형성된 제 4마이크로 렌즈 어레이(121)는 TV 픽업 튜브(116) 상에 형성된 렌즈 시스템들과 동일한 구성을 가지고 있으며, 상기 디스플레이(119)에 대한 마이크로 렌즈 시스템의 관계는 상기 TV 픽업 튜브(116)에 대한 마이크로 렌즈 시스템과 같다. 따라서, 시청자가 디스플레이(119)의 제 4 렌즈 어레이(121) 전면에서 마이크로 렌즈 시스템을 통해서 영상을 바람봄으로써, 실재 물체의 가상적인 입체 영상을 인지할 수 있다.

그러나, 실재 디스플레이가 사용되는 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 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 3차원 영상 디스플레이의 구조도이다.

도 2는 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이의 단면도이다.

도 3는 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이에 있어서 3D 영상을 구현하는 원리를 나타낸 단면도이다.

도 4a는 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이에 있어서, 상기 렌즈부가 렌티큘라 렌즈로서 기능을 하는 경우를 나타낸 분리 사시도이다.

도 4b는 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이에 있어서, 상기 렌즈부가 플라이 아이 렌즈로서의 기능을 하는 경우를 나타낸 분리 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

111... 제 1렌즈 어레이 112... 광확산층

113... 제 2렌즈 어레이 114... 제 3렌즈 어레이

115... 광감지층 116... TV 픽쳐 튜브

117... 송신부 118... 수신부

119... 디스플레이 120... 형광 스크린

121... 제 4렌즈 어레이

21, 31, 41... 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, 42... 렌즈부

본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여,

이미지 형성 디스플레이; 및

상기 이미지 형성 디스플레이 전면에 형성되며, 상기 이미지 형성 디스플레이로 부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시키는 렌즈부;로 이루어진 입체 영상 디스플레이에 있어서,

상기 렌즈부는 인가되는 전원에 의해 그 위치에 따라 굴절률을 선택적으로 조절할 수 있는 전기 광학 물질을 포함하여, 굴절률을 그 위치에 따라 순차적으로 변화시킴에 따라 렌즈 역할을 할 수 있는 액정층;을 포함한 것을 특징으로 하는 2D/3D 겸용 디스플레이를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 렌즈부는 제 1 투명 기판; 상기 제 1투명 기판 상에 형성된 하부 전극 라인들; 상기 하부 전극 라인들 상에 형성되며 전기 광학 물질을 포함하는 액정층; 상기 액정층 상에 형성된 상부 전극 라인들; 상기 상부 전극 라인들 상에 형성된 제 2 투명 기판; 및 상기 하부 전극 라인들 및 상기 상부 전극 라인들에 전원을 인가하는 전원 인가부;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 하부 전극 라인들 및 상기 상부 전극 라인들에 대해 전원을 인가할 수 있는 전원 인가부;를 더 포함하며, 상기 이미지 형성 디스플레이는 CRT, LCD, 플라즈마 디스플레이 또는 EL 디스플레이를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 제 1 투명 기판 및 상기 제 2투명 기판은 동일한 방향의 배향 처리가 되있으며, 상기 액정층은 3D 모드시 상기 하부 전극 라인 및 상기 상부 전극 라인 각각에 의해 선택적으로 전원이 인가되어 위치에 따라 투광량이 순차적으로 차이를 나타내어 상기 액정층이 셀포크 렌즈의 형태를 나타내는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 액정층의 전기 광학 물질은 네마틱 물질인 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도 2a 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이의 단면도이다. 본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이는 이미지 형성 패널 디스플레이(21), 렌즈부(27)와 상기 렌즈부(27)에 대해 선택적으로 전원을 공급시킬 수 있는 전원 공급부(미도시)를 포함한다.

상기 이미지 형성 패널 디스플레이(21)는 일반적으로 사용되는 영상 디스플레이를 사용하며, 영상을 형성시키는 높은 해상도 및 작은 피치 사이즈를 가지는 텔레비젼, 모니터, 예를 들어 액정 디스플레이(liquid crystal display), 플라즈마 디스플레이, EL(electric luminescence display)등이 사용된다. 따라서, 상기 이미지 형성 패널 디스플레이 영역은 통상적으로 영상 신호를 입력받아 이를 그대로 출력하는 것이며, 일반적인 영상 구현 매체라면 사용 가능하다.

렌즈부는 상기 이미지 형성 디스플레이(21)의 전면에 위치하며, 상기 이미지 형성 디스플레이(21)에서 방출되는 영상을 3차원적으로 나타내는 역할을 한다. 여기서, 상기 렌즈부(27)는 제 1투명 기판(22), 상기 투명 기판 상에 형성된 하부 전극(23), 상기 하부 전극상에 형성된 액정층(24), 상기 액정층(24)상에 형성된 상부 전극(25) 및 상기 상부 전극 상에 형성된 제 2투명 기판을 포함한다. 또한 상기 기판들(22, 26) 및 상하부 전극(23, 25)들 사이에는 절연층이 더 포함될 수 있다.

상기 하부 전극(23) 및 상부 전극(25)은 상기 제 1투명 기판(22) 및 상기 제 2투명 기판(26)과 마찬가지로 투광성 재료를 이용하여 형성시키며, 예를 들어 ITO(In, Sn, Oxide)를 사용하여 형성시킬 수 있다.

상기 하부 전극(23)과 상부 전극(25)은 서로 교차되는 방향으로 라인 형태로 형성시키며, 상기 하부 전극(23)과 상부 전극(25)의 폭은 상기 이미지 형성 디스플레이(21)의 픽셀에 대응되는 크기로 형성시킬 수 있으며, 이는 상기 액정층(24)의 전원 인가되는 부위를 상기 이미지 형성 디스플레이(21)의 픽셀 단위에 맞추어 조절이 가능하게 한다.

본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이에 있어서 특징부인 액정층(24)은 외부 전원에 의해 굴절률이 변화되는 전기 광학 물질을 사용한다. 예를 들어 미국 등록 제 4,037,929호에 기재된 바와 같은 네마틱 물질을 사용한다. 상기 액정층(24)에 대해 초기에 공지 기술에 의한 배향 처리를 실시하여 외부 전원이 인가되지 않은 상태에서 상기 액정층(24)의 전기 광학 물질이 평면 방향의 방위를 가지도록 형성시킨다. 이러한 상태에서는 도 2에 나타낸 바와 같이 배향 처리에 의해 액정층(24)의 전기 광학 물질 전체에 대해 동일한 방위를 나타내도록 형성시킨다. 그리고, 이러한 액정층(24)에 대해 전원이 가해지면 그 예를 들어 네마틱 물질들의 경우, 굴절률이 외부 전원의 인가 여부에 따라 변화하게 되며, 이때 1.52에서 1.75로 굴절률의 변화를 나타내게 된다. 이러한 굴절률의 변화에 따라 통과하는 광량의 변화가 생기게 된다.

본 발명에 의한 2D/3D 겸용 디스플레이의 2D 및 3D 영상의 구현 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저 3D 영상이 구현되는 일 실시예에 대해 도 3를 참고로 하여 설명한다. 먼저, 외부 전원 공급부에 의해 전원을 인가시키면 상기 하부 전극(33)과 상부 전극(35)를 통하여 상기 액정층에 전원이 인가된다. 이때, 상기 하부 전극(33) 라인들 마다 인가되는 전원의 크기를 달리한다. 이는 상기 상부 전극(35)도 마찬가지이다. 상기 상하부 전극들(33, 35)에 의해 인가되는 전원을 차별적으로 가하게 되면 상기 액정층(34)의 각 부위마다 가해지는 전원이 달라지게 된다. 따라서, 상기 액정층(34)의 전기 광학 물질이 각 부위마다 방위 방향을 달리하게 된다.

이렇게 인가되는 전원을 상하부 전극들(33, 35) 마다 달리하여 가한 경우에 상기 액정층(34)의 방위가 변하는 예를 도 3에 도시하였다. 이와 같이 도 3의 3h 부분에는 전원을 인가하지 않은 부위로서 이때에는 이미지 형성 디스플레이(31)에 의한 광이 통과량이 매우 작다. 그리고, 3a 와 3o 부위에서는 상대적으로 상기 전기 광학 물질의 방위의 변화를 가장 많이 가할 수 있도록 전원을 인가한 것으로 수직 방향으로 변화하였다. 이 경우에는 이미지 형성 디스플레이(31)에서 방출되는 광의 통과량이 가장 많다. 즉, 상기 전원의 인가에 의해 상기 액정층의 각 부위 마다의 광의 통과량이 각각 달라지게 되는 것을 알 수 있다. 이러한 원리로 상기 액정층의 3a 영역으로 부터 3o영역까지를 하나의 렌즈로서 가정할 수 있으며, 이렇게 구현된 렌즈를 셀포크 렌즈(self focusing lens) 또는 grated index 렌즈라 한다. 따라서, 수신된 영상을 상기 이미지 형성 디스플레이(31)를 거쳐 상기 렌즈 역할을하는 액정층(34)에 의해 3차원 영상을 구현할 수 있게 된다.

상기와 같은 원리로 다양한 렌즈 형태를 구현할 수 있다. 즉, 도 4a와 같이 플라이 아이 렌즈(fly eye lens) 또는 렌티큘라(lenticular lenc)렌즈를 나타낼 수 있으며, 이는 상기에서 기술한 것과 같이 상기 렌즈부(37)의 하부 전극(33)라인 및 상부 전극(35)라인에서 상기 액정층(34)에 가해지는 전원에 조금씩 차이가 나도록 설정하여, 상기 액정층(34)의 각 부위에서 투광량의 차이를 나타내어 셀포크 렌즈와 같은 형태로 상기 액정층(34)이 렌즈로서의 기능을 하도록 한다. 따라서, 이러한 렌즈 형태를 일정한 형태로 고정된 것이 아니며, 그 크기 및 형태가 조절이 가능하다.

그리고, 2차원 영상의 구현은 상기 이미지 형성 디스플레이(21, 31)에서 방출되는 영상 차체를 상기 렌즈부에서 여과 없이 통과시키는 것으로 구현이 된다. 즉, 상기 렌즈부(27, 37)의 상기 하부 전극(23, 33) 및 상부 전극(25, 35)에 인가되는 전원이 모두 동일하게 유지시키면, 상기 액정층(24, 34)은 유리판과 같은 역할을 할 뿐이면, 별도의 위치에 따른 광의 통과량에 차이를 나타나지 않도록 하는 것으로 2D 영상은 용이하게 구현이 되는 것이다.

따라서, 이러한 외부 전원의 인가의 여부에 따라서 상기 양쪽 투명 기판(32, 34)과의 굴절률이 일치하도록 조절하여 상기 액정층(34)을 형성시킨다. 그리고, 상기 액정층(34)에 대해 인가되는 전원의 크기를 각 전극 라인들에 따라 별개로 조절하여 인가하게 되면, 상기 액정층(34)에 가해지는 전원의 크기가 서로 다르게 되며, 그에 따라서 통과시키는 광량도 차이를 나타낸다. 여기서, 이러한 각 부위마다가하는 전원의 차이를 조절하여 반복적으로 나타내게 되면, 셀포크 렌즈와 같은 일종의 렌즈 기능을 하도록 형성시킬 수 있으며, 이에 따라서 동일한 디스플레이 내에서 상기 렌즈부(37)에 인가되는 전원의 크기를 조절하여 2D/3D 겸용 디스플레이를 구현할 수 있게 되는 것이다.

상기한 바와 같은 원리로서 다양한 형태의 렌즈를 구현할 수 있으며, 이를 도 4a 및 도 4b에 나타내었다. 도 4a는 본 발명에 의한 렌즈부(42)의 액정층이 렌티큘러 렌즈의 기능을 할 수 있는 일실시예를 나타낸 것으로 도 4a에는 4개의 렌티큘러 렌즈가 형성된 것을 음영을 변화시켜서 나타내었다. 그리고, 도 4b는 본 발명에 의한 렌즈부(42)가 플라이 아이(fly eye lens)렌즈의 기능을 하는 것을 나타낸 것으로 모두 16개의 단위 플라이 아이 렌즈가 형성되어 있는 것을 음영을 변화시키면서 렌즈 단위로 나타낸 것이다. 상기 도 4a 및 상기 도 4b에 나타낸 실시예들은 모두 각각의 상하부 전극 라인에 인가하는 전원을 선택적으로 조절하면 용이하게 얻을 수 있음을 알 수 있다.

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

이미지 형성 디스플레이; 및

상기 이미지 형성 디스플레이 전면에 형성되며, 상기 이미지 형성 디스플레이로 부터 방출되는 영상을 3차원 영상으로 변환시키는 렌즈부;로 이루어진 입체 영상 디스플레이에 있어서,

상기 렌즈부는 인가되는 전원에 의해 그 위치에 따라 굴절률을 선택적으로 조절할 수 있는 전기 광학 물질을 포함하여, 굴절률의 순차적인 변화에 따라 렌즈 역할을 할 수 있는 액정층;을 포함한 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이.
제 1항에 있어서,

상기 렌즈부는 제 1 투명 기판;

상기 제 1투명 기판 상에 형성된 하부 전극 라인들;

상기 하부 전극 라인들 상에 형성되며 전기 광학 물질을 포함하는 액정층;

상기 액정층 상에 형성된 상부 전극 라인들;

상기 상부 전극 라인들 상에 형성된 제 2 투명 기판; 및

상기 하부 전극 라인들 및 상기 상부 전극 라인들에 전원을 인가하는 전원 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2D/3D 겸용 디스플레이.
제 2항에 있어서,

상기 하부 전극 라인들 및 상기 상부 전극 라인들에 대해 전원을 인가할 수 있는 전원 인가부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2D/3D 겸용 디스플레이.
제 2항에 있어서,

상기 이미지 형성 디스플레이는 CRT, LCD, 플라즈마 디스플레이 또는 EL 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이.
제 2항에 있어서,

제 1 투명 기판 및 상기 제 2투명 기판은 동일한 방향의 배향처리가 된 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이.
제 2항에 있어서,

상기 액정층은 3D 모드시 상기 하부 전극 라인 및 상기 상부 전극 라인 각각에 의해 선택적으로 전원이 인가되어 위치에 따라 그 굴절률이 순차적으로 차이를 나타내어 상기 액정층이 셀포크 렌즈의 형태를 나타내는 것을 특징으로 하는 2차원 및 3차원 겸용 디스플레이.
제 2항에 있어서,

상기 액정층의 전기 광학 물질은 네마틱 물질인 것을 특징으로 하는 2D/3D 겸용 디스플레이.