KR101086412B1 - 편광격자 스크린을 이용한 2차원/3차원 영상 호환용 입체영상 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

2장의 편광격자 스크린을 사용하여 2D 모드와 3D 모드 사이의 스위칭이 가능한 입체 영상 디스플레이 장치를 개시한다.

본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는, 영상을 제공하는 디스플레이 소자; 및 서로 마주하여 배치된 2 장의 편광격자 스크린을 상대적으로 이동시킴으로써 2D 모드에서는 입사광을 전부 투과시키고 3D 모드에서는 좌안 영상과 우안 영상을 구분하기 위한 배리어를 형성하는 패럴렉스 배리어 유닛;을 구비하며, 상기 편광격자 스크린은 입사광의 편광방향을 서로 반대 방향으로 바꾸는 2 종류의 복굴절소자가 가로 및 세로 방향으로 서로 교번하며 2차원 배열된 격자패턴을 갖고, 상기 편광격자 스크린의 격자패턴은 격자패턴의 각 라인별로 소정의 거리만큼 시프트 되어 있는 계단형 격자패턴인 것을 특징으로 한다.

Description

편광격자 스크린을 이용한 2차원/3차원 영상 호환용 입체 영상 디스플레이 장치{Stereo-scopic display apparatus capable of switching 2D/3D image}

도 1a은 종래의 안경식 입체 영상 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.

도 1b는 패럴렉스 배리어 방식의 입체 영상 디스플레이 장치의 원리를 개략적으로 도시한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 편광격자 스크린을 도시한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에서 2차원 영상을 구현하는 원리를 도시한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에서 3차원 영상을 구현하는 원리를 도시한다.

도 4c는 두 장의 편광격자 스크린을 서로에 대해 좌우로 이동한 경우에 발생하는 계단형 패럴렉스 배리어 패턴을 도시한다.

도 4d는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이지 장치에서 3차원 영상의 구현시 화소의 구성을 도시한다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10......디스플레이 패널 11,12..편광격자 스크린

13,14...편광판 15....백라이트

20....배리어 21....개구

본 발명은 2차원(2D) 영상 모드와 3차원(3D) 영상 모드 사이의 스위칭이 가능한 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 2장의 편광격자 스크린을 사용하여 2D 모드와 3D 모드 사이의 스위칭이 가능한 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 영상은 사람의 두 눈을 통한 스테레오 시각의 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65mm 정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)가 입체감의 가장 중요한 요인이라고 할 수 있다. 최근에는 의료영상, 게임, 광고, 교육, 군사 등 여러 분야에서 이러한 양안시차의 원리를 이용하여 입체 영상을 제공하는 입체 영상 디스플레이의 필요성이 크게 요구되고 있다. 또한, 고해상도 TV가 점차 대중화됨에 따라, 장래에는 입체로 TV를 시청할 수 있는 입체형 TV의 대중화가 가능해질 것으로 예상된다.

현재까지 개발된 입체 영상 디스플레이에는 안경을 이용한 디스플레이와 무안경 방식의 디스플레이가 있다. 일반적으로, 안경 방식의 입체 영상 디스플레이는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 특정 편광 성분의 영상을 디스플레이 하는 LCD 장치(100)와, 상기 LCD 장치(100)의 좌안용 영상과 우안용 영상별로 편광방향을 바꾸 는 마이크로폴 스크린(110)과, 좌안과 우안에 대해 서로 다른 편광을 투과시키는 편광안경(120)으로 구성된다. 예컨대, 마이크로폴 스크린(110)은 0°지연자(retarder)와 90 °지연자(100a, 100b)를 서로 교호하도록 접합한 것일 수 있다. 또한, 편광안경(120)은 서로 다른 편광을 투과시키는 두 개의 편광판(120a, 120b)로 구성된다. 따라서, 마이크로폴 스크린(110)에 의해 좌안 영상과 우안 영상의 편광방향이 서로 다르게 되며, 편광안경(120)이 좌안 영상과 우안 영상을 분리하여 투과시키므로 시청자는 3차원 영상을 시청할 수 있다.

그러나, 위의 방식은 3차원 영상을 시청하기 위하여 반드시 편광안경을 착용해야하는 불편함이 있다. 이에 따라 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이가 개발되었다. 무안경 방식의 입체 영상 디스플레이는 안경을 사용하지 않고 좌우 영상을 분리하여 3차원 영상을 얻는 것이다. 일반적으로, 무안경 방식에는 패럴렉스 배리어 방식(parallax barrier)과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있다.

예컨대, 패럴렉스 배리어 방식은 좌우 양안이 각각 보아야 할 화상을 교대로 세로 무늬 모양으로 디스플레이 하고, 이를 극히 가느다란 세로 격자열 즉, 배리어를 이용하여 보는 것이다. 이렇게 함으로써, 좌안에 들어올 세로 무늬 화상과 우안에 들어올 세로 무늬 화상이 배리어에 의해 배분되어 좌안과 우안으로 각각 다른 시점(view point)의 화상이 보임으로써 입체 영상으로 보이는 것이다. 패럴렉스 배리어 방식에 의하면, 도 1b에 도시된 바와 같이 관찰자의 좌안(LE)과 우안(RE)에 대응하는 좌안 화상 정보(L) 및 우안 화상 정보(R)를 가진 액정 패널(53) 앞에 세로 격자 모양의 개구(aperture)(55)와 마스크(57)를 갖는 패럴렉스 배리어(50)를 배치하고, 상기 패럴렉스 배리어(50)의 개구(55)를 통해 영상을 분리한다. 상기 액정 패널(53)에는 좌안에 입력될 화상정보(L)와 우안에 입력될 화상정보(R)가 수평 방향을 따라 교대로 배열되어 있다.

한편, 디스플레이 장치에 디스플레이 되는 영상신호에 따라 2차원 영상 또는 3차원 영상을 제공할 수 있도록, 2차원 영상 모드와 3차원 영상 모드 사이의 스위칭 동작이 입체 영상 디스플레이에 요구된다. 이를 위하여, 다양한 방식의 스위칭 가능한 입체 디스플레이가 알려진 바 있다. 예컨대, 미국특허출원 제2004-0109115호에 의하면, 복수의 줄무늬가 수직으로 형성된 2개의 마이크로 지연자의 상대적인 위치에 따라, 디스플레이의 영상이 전부 투과되어 2차원 영상을 제공하거나 또는 빛이 투과되는 않는 세로 방향의 패럴렉스 배리어를 형성하여 3차원 영상을 제공하고 있다.

그런데, 이와 같은 패럴렉스 배리어 방식에서는, 영상을 제공하는 개구 부분이 세로 방향의 일직선으로 좁게 밀집되어 있기 때문에, 제공되는 3차원 영상의 해상도가 저하되고, 시청자의 위치에 따라 색감 및 밝기가 달라지는 등의 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 2차원 모드와 3차원 영상 모드 사이의 스위칭이 가능한 동시에, 해상도가 높고 시청자의 위치에 관계 없이 비교적 일정한 색감 및 밝기를 갖는 3차원 영상을 제공할 수 있는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는, 영상을 제공하는 디스플레이 소자; 및 서로 마주하여 배치된 2 장의 편광격자 스크린을 상대적으로 이동시킴으로써 2D 모드에서는 입사광을 전부 투과시키고 3D 모드에서는 좌안 영상과 우안 영상을 구분하기 위한 배리어를 형성하는 패럴렉스 배리어 유닛;을 구비하며, 상기 편광격자 스크린은 입사광의 편광방향을 서로 반대 방향으로 바꾸는 2 종류의 복굴절소자가 가로 및 세로 방향으로 서로 교번하며 2차원 배열된 격자패턴을 갖고, 상기 편광격자 스크린의 격자패턴은 격자패턴의 각 라인별로 소정의 거리만큼 시프트 되어 있는 계단형 격자패턴인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 패럴렉스 배리어 유닛은, 상기 디스플레이 소자로부터 출사된 중에서 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 제 1 편광판; 상기 제 1 편광판을 투과한 광의 편광방향을 일 방향으로 바꾸는 제 1 복굴절소자와 다른 방향으로 바꾸는 제 2 복굴절소자가 서로 교번하며 상기 계단형 격자패턴을 형성도록 배열되어 있는 제 1 편광격자 스크린; 상기 제 1 편광격자 스크린과 마주하여 배치되는 것으로, 상기 제 1 편광격자 스크린을 투과한 광의 편광방향을 일 방향으로 재차 바꾸는 제 3 복굴절소자와 다른 방향으로 재차 바꾸는 제 4 복굴절소자가 서로 교번하며 상기 계단형 격자패턴을 형성도록 배열되어 있는 제 2 편광격자 스크린; 및 상기 제 2 편광격자 스크린과 마주하게 배치되어 상기 제 2 편광격자 스크린을 투과한 광 중에서 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 제 2 편광판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제 1 편광격자 스크린과 제 2 편광격자 스크린 중 적어도 하나는 이동가능하게 설치되어, 서로에 대한 상대적인 위치에 따라 2D 영상과 3D 영상을 선택적으로 디스플레이 하는 것이 가능하다.

또한, 상기 제 1 편광격자 스크린과 제 2 편광격자 스크린 중 적어도 하나가 좌우 방향으로 이동함으로써, 광의 투과를 막아 좌우시차를 발생시키는 배리어와 광이 투과되어 좌안용 영상 및 우안용 영상을 제공하는 다수의 개구를 형성할 수 있다. 이때, 상기 배리어와 개구는 계단식으로 경사진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 편광격자 스크린의 격자패턴의 각 라인별 시프트 거리는 상기 디스플레이 소자의 하나의 서브화소의 폭과 같은 것이 바람직하다. 이 경우, 하나의 개구는 상기 디스플레이 소자의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 서브화소들 중 하나와 대응하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 대각선 방향으로 인접한 세 개의 개구가 하나의 3D 영상용 화소를 형성하게 된다.

한편, 상기 제 1 편광격자 스크린과 제 2 편광격자 스크린 중 적어도 하나가 상하 방향으로 이동함으로써 상하시차를 발생시키는 가로 방향의 3D 영상용 배리어를 형성하는 것도 가능하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자 중 하나는 입사광을 45°회전시키는 회전자이며 다른 하나는 입사광을 -45°회전시키는 회전자일 수 있다. 또한, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자 중 하나는 입사광을 45°회전시키는 회전자이며 다른 하나는 입사광을 -45°회전시키는 회전자일 수 있다.,

반면, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자 중 하나는 입사광을 λ/4 만큼 위상 지연시키는 지연자이며 다른 하나는 입사광을 -λ/4 만큼 위상 지연시키는 지연자일 수도 있다. 또한, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자 중 하나는 입사광을 λ/4 만큼 위상 지연시키는 지연자이며 다른 하나는 입사광을 -λ/4 만큼 위상 지연시키는 지연자일 수도 있다.

본 발명에 따르면, 상기 제 1 편광판과 제 2 편광판은 편광방향이 상호 평행하거나 수직을 이루도록 배열된다.

한편, 상기 디스플레이 소자는 각각 독립적으로 발광하는 2차원 배열의 복수의 화소를 포함하며, 상기 패럴렉스 배리어 유닛은 상기 디스플레이 소자와 시청자 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 디스플레이 소자는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)일 수 있다.

또한, 상기 디스플레이 소자는, 광을 조명하는 백라이트 유닛; 조명광 중 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 배면 편광판; 입사된 광을 화소단위로 편광 변환시켜 영상을 제공하는 액정 디스플레이 패널; 및 상기 액정 디스플레이 패널을 투과한 광 중 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 전면 편광판;을 포함할 수도 있다. 패럴렉스 배리어 유닛은 상기 액정 디스플레이 패널과 시청자 사이에 배치될 수 있는데, 이 경우 상기 디스플레이 소자의 전면 편광판은 상기 패럴렉스 배리어 유닛의 제 1 편광판이 된다. 반대로, 상기 패럴렉스 배리어 유닛은 상기 백라이트 유닛과 상기 액정 디스플레이 패널 사이에 배치될 수도 있는데, 이 경우 상기 디스플레이 소자의 배면 편광판은 상기 패럴렉스 배리어 유닛의 제 2 편광판이 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 제 1 및 제 2 편광격자 스크린의 구조를 각각 도시한다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 제 1 및 제 2 편광격자 스크린(11, 12)은 각각 회전자(rotator) 또는 지연자(retarder)로 구성되는 복굴절소자의 조합으로 이루어진 것이 바람직하다. 즉, 상기 제 1 편광격자 스크린(11)은 소정의 폭을 갖는 사각형 형태의 복수개의 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)가 가로 및 세로 방향으로 서로 교번하며 2차원 배열된 격자패턴의 구조를 이룬다. 마찬가지로, 상기 제 2 편광격자 스크린(12)은 소정의 폭을 갖는 사각형 형태의 복수개의 제 3 및 제 4 복굴절소자(12a, 12b)가 가로 및 세로 방향으로 서로 교번하며 2차원 배열된 격자패턴의 구조를 이룬다.

이때, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 편광격자 스크린(11, 12)의 격자패턴은 격자패턴의 각각의 라인별로 소정의 거리만큼 시프트(shift) 되어 있는 계단형 격자패턴을 이룬다. 예컨대, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제 1 편광격자 스크린(11)의 가장 위의 라인은 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)가 서로 교번하여 형성되어 있다. 그리고, 바로 아래의 두 번째 라인은 제 2 및 제 1 복굴절소자(11b, 11a)가 서로 교번하여 형성되어 있으며, 상기 두 번째 라인은 바로 위의 라인 보다 왼쪽으로 소정의 거리만큼 시프트 되어 있다. 마찬가지 방식으로, 세 번째 라인은 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)가 서로 교번하여 형성되어 있으며, 두 번째 라인 보다 왼쪽으로 소정의 거리만큼 시프트 되어 있다. 이렇 게 해서, 전체적으로 편광격자 스크린의 격자패턴은 계단의 형태를 갖는다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 예컨대, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)가 환형 복굴절 소자인 회전자로 이루어지는 경우, 그 각각은 입사광을 +45°와 -45°회전시킨다. 또한, 제 3 및 제 4 복굴절소자(12a, 12b)가 회전자로 이루어지는 경우, 그 각각은 입사광을 -45°와 +45°회전시킨다. 한편, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)는 선형 복굴절 소자인 지연자로 이루어질 수도 있는데, 이 경우, 그 각각은 입사광을 +λ/4와 -λ/4 만큼 위상 지연시킨다. 여기서, λ는 입사광의 파장을 의미한다. 또한, 제 3 및 제 4 복굴절소자(12a, 12b)가 지연자인 경우에, 그 각각은 입사광을 -λ/4와 +λ/4 만큼 위상 지연시킨다. 특정 방향으로 편광된 입사광이 +λ/4 또는 -λ/4 만큼 위상 지연되는 경우, 입사광의 편광방향은 +45°또는 -45°만큼 바뀌게 된다. 따라서, 상기 제 1 내지 제 4 복구절소자(11a, 11b, 12a, 12b)가 회전자이든 지연자인든, 결과적으로는, 입사광의 편광방향을 각각 고유한 방향으로 바꾸는 기능을 한다는 점에서 동일하다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 이와 같이 구성된 제 1 및 제 2 편광격자 스크린(12)의 상대적인 위치를 조절함으로써 2차원 또는 3차원 영상을 구현하는 것이 가능하다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이에서 2차원 영상을 구현하기 위한 제 1 및 제 2 편광격자 스크린(11, 12)의 배치를 도시한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 2차원 영상을 구현하고자 하는 경우, 상기 제 1 및 제 2 편광격자 스크린(11, 12)은 서로 완전하게 겹쳐진 상태가 되며, 따라서 상 기 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)는 그와 각각 대응하는 제 3 및 제 4 복굴절소자(12a, 12b)와 서로 일치하게 된다. 그 결과, 상기 제 1 복굴절소자(11a)를 투과한 광은 제 3 복굴절소자(12a)에 입사하며, 제 2 복굴절소자(11b)를 투과한 광은 제 4 복굴절소자(12b)에 입사하게 된다. 만약 제 1 편광격자 스크린(11)에 입사하는 광의 편광방향이 90°라고 가정하면, 제 1 복굴절소자(11a)를 투과한 광의 편광방향은 +45°더 회전되어 135°가 되며, 제 2 복굴절소자(11b)를 투과한 광의 편광방향은 -45°회전되어 45°가 된다. 그런 후, 상기 제 1 복굴절소자(11a)를 투과한 광은 제 3 복굴절소자(12a)에 입사하면서 편광방향이 -45°만큼 회전되므로, 결과적으로 상기 제 3 복굴절소자(12a)를 투과한 광의 편광방향은 90°가 된다. 또한, 상기 제 2 복굴절소자(11b)를 투과한 광은 제 4 복굴절소자(12b)에 입사하면서 편광방향이 +45°만큼 회전되므로, 결과적으로 상기 제 4 복굴절소자(12b)를 투과한 광의 편광방향 역시 90°가 된다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 편광격자 스크린(11, 12)이 완전히 겹쳐지는 경우, 제 2 편광격자 스크린(12)으로부터 출사되는 광들의 편광방향은 모두 동일하게 된다.

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에서 2차원 영상을 구현하기 위한 보다 완전한 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는, 소정의 영상을 제공하는 디스플레이 소자(10), 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 제 1 편광판(13), 앞서 설명한 구조의 제 1 및 제 2 편광격자 스크린(11, 12) 및 상기 제 2 편광격자 스크린(12)과 마주하게 배치되어 상기 제 2 편광격자 스크린(12)을 투과 한 광 중에서 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 제 2 편광판(14)을 포함한다. 여기서, 제 1 편광판(13), 제 1 및 제 2 편광격자 스크린(11, 12), 및 제 2 편광판(14)은, 2차원(2D) 모드에서는 입사광을 전부 투과시키고 3차원(3D) 모드에서는 좌안 영상과 우안 영상을 구분하기 위한 배리어를 형성하는 패럴렉스 배리어 유닛을 구성한다. 2차원 모드의 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 편광격자 스크린(11, 12)은 서로 완전하게 겹쳐져 있으며, 따라서 제 1 편광격자 스크린(11)의 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)는 그와 각각 대응하는 제 2 편광격자 스크린(12)의 제 3 및 제 4 복굴절소자(12a, 12b)와 서로 일치하게 된다.

이와 같은 구조에서, 디스플레이 소자(10)로부터 제공되는 영상을 형성하는 광은 제 1 편광판(13)에 먼저 입사한다. 예컨대, 상기 제 1 편광판(13)은 상기 디스플레이 소자(10)로부터 입사하는 광 중에서 편광방향이 90°인 광만을 투과시킬 수 있다. 제 1 편광판(13)을 통과한 후, 광의 일부는 제 1 복굴절소자(11a)와 제 3 복굴절소자(12a)를 연속으로 통과하고, 나머지 일부는 제 2 복굴절소자(11b)와 제 4 복굴절소자(12b)를 연속으로 통과한다. 앞서 설명한 바와 같이, 이 경우 제 2 편광격자 스크린(12)으로부터 출사되는 광은 모두 90°의 편광방향을 갖는다. 따라서, 제 1 편광판(13)과 같이 편광방향이 90°인 광만을 투과시키는 편광판을 제 2 편광판(14)으로서 사용하는 경우, 디스플레이 소자(10)의 영상 전체가 그대로 시청자에게 전달된다. 이때, 상기 디스플레이 소자(10)는 일반적인 2차원 영상을 디스플레이하며, 시청자는 2차원 영상을 감상할 수 있다.

지금까지, 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)가 입사광의 편광방향을 각각 +45°와 -45°만큼 회전시키고, 제 3 및 제 4 복굴절소자(12a, 12b)가 입사광의 편광방향을 각각 -45°와 +45°만큼 회전시키는 경우를 예로 들어서 설명하였으나, 다른 방식으로 구성하는 것도 충분히 가능하다. 예컨대, 상기 제 3 및 제 4 복굴절소자(12a, 12b)가 입사광의 편광방향을 각각 +45°와 -45°만큼 회전시킬 수도 있다. 이 경우, 90°의 편광방향을 갖는 입사광이 제 1 및 제 3 복굴절소자(11a, 12a)를 연속으로 통과하면 180°의 편광방향을 갖게 되며, 제 2 및 제 4 복굴절소자(11b, 12b)를 연속으로 통과하면 0°의 편광방향을 갖게 된다. 따라서, 제 1 편광판(13)이 90°의 편광방향을 갖는 광만을 투과시킨다면, 제 2 편광판(14)은 상기 제 1 편광판(13)에 수직한 편광방향(즉, 0° 및 180°)을 갖는 광을 투과시키는 편광판을 사용하여야 한다.

한편, 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 이러한 디스플레이 소자(10)로서 어떠한 종류의 디스플레이 장치도 사용할 수 있다. 예컨대, 디스플레이 소자(10)로서 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)을 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이, 패럴렉스 배리어 유닛(11, 12, 13, 14)은 디스플레이 소자(10)와 시청자 사이에 배치된다.

또한, 플라즈마 디스플레이 패널 대신에 액정 디스플레이 소자를 본 발명의 디스플레이 소자(10)로서 사용할 수도 있다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 액정 디스플레이 소자는, 광을 조명하는 백라이트 유닛(15)(도 3c 참조), 조명광 중 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 배면 편광판(16), 입사된 광을 화소단위로 편광 변환시켜 영상을 제공하는 액정 디스플레이 패널(17), 및 상기 액정 디스플레이 패 널(17)을 투과한 광 중 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 전면 편광판(18)으로 구성된다. 이와 같이, 액정 디스플레이 소자는 그 자체에 편광판을 포함하고 있으므로, 시청자와 액정 디스플레이 소자 사이에 패럴렉스 배리어 유닛을 배치하는 경우, 액정 디스플레이 소자의 전면 편광판(18)을 패럴렉스 배리어 유닛의 제 1 편광판으로서 사용하는 것이 가능하다. 한편, 도 3c에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이 소자의 백라이트 유닛(15)과 액정 디스플레이 패널(17) 사이에 상기 패럴렉스 배리어 유닛을 배치하는 것도 가능하다. 이 경우, 액정 디스플레이 소자의 배면 편광판(16)을 패럴렉스 배리어 유닛의 제 2 편광판으로서 사용할 수 있다.

다음으로, 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에서 3차원(3D) 영상을 구현하는 방법을 설명한다.

3차원 영상을 구현하고자 하는 경우, 패럴렉스 배리어 유닛의 제 1 편광격자 스크린(11)과 제 2 편광격자 스크린(12)을 서로에 대해 상대적으로 좌우 방향으로 소정의 거리만큼 이동시킨다. 제 1 편광격자 스크린(11)과 제 2 편광격자 스크린(12) 중 어느 것을 이동시켜도 무방하다. 그러면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 편광격자 스크린(11)의 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)와 제 2 편광격자 스크린(12)의 제 3 및 제 4 복굴절소자(12a, 12b)가 서로 일치하지 않게 된다. 따라서, 제 1 복굴절소자(11a)를 투과한 광의 일부는 제 3 복굴절소자(12a)를, 나머지 일부는 제 4 복굴절소자(12b)를 투과하게 된다. 또한, 제 2 복굴절소자(11b)를 투과한 광의 일부는 제 3 복굴절소자(12a)를, 나머지 일부는 제 4 복굴절소자(12b)를 투과하게 된다.

예컨대, 상기 제 1 및 제 2 복굴절소자(11a, 11b)가 입사광의 편광방향을 각각 +45°와 -45°만큼 회전시키고, 제 3 및 제 4 복굴절소자(12a, 12b)가 입사광의 편광방향을 각각 -45°와 +45°만큼 회전시키며, 제 1 편광판(13)과 제 2 편광판(14)이 90°의 편광방향을 갖는 광만을 투과시키는 경우, 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 다음과 같이 동작하게 된다.

먼저, 디스플레이 소자(10)로부터 출사된 광은 제 1 편광판(13)을 투과하면서 90°의 편광방향을 갖게 된다. 그런 후, 제 1 편광판(13)을 투과한 광의 일부는 제 1 복굴절소자(11a)를 투과하여 135°의 편광방향을 갖게 되고, 다른 일부는 제 2 복굴절소자(11b)를 투과하여 45°의 편광방향을 갖게 된다. 상기 제 1 복굴절소자(11a)를 투과한 광의 일부는 다시 제 3 복굴절소자(12a)를 투과하면서 편광방향이 90°로 바뀌며, 다른 일부는 제 4 복굴절소자(12b)를 투과하면서 편광방향이 180°로 바뀐다. 또한, 제 2 복굴절소자(11b)를 투과한 광의 일부는 제 3 복굴절소자(12a)를 투과하면서 편광방향이 0°로 바뀌며, 다른 일부는 제 4 복굴절소자(12b)를 투과하면서 편광방향이 90°로 바뀌게 된다. 이때, 제 2 편광판(14)은 90°의 편광방향을 갖는 광만을 투과시키기 때문에, 제 1 복굴절소자(11a)와 제 3 복굴절소자(12a)를 연속으로 투과한 광과 제 2 복굴절소자(11b)와 제 4 복굴절소자(12b)를 연속으로 투과한 광만이 상기 제 2 편광판(14)을 투과하며, 그 외의 다른 경로로 진행한 광은 차단된다.

그 결과, 도 4a에 도시된 바와 같이, 광이 투과하는 투과영역과 광이 투과하지 못하는 블랙영역이 교대로 나타나게 된다. 패럴렉스 배리어 방식에서, 상기 투 과영역은 개구(aperture)에 대응하며, 상기 블랙영역은 패럴렉스 배리어에 대응하게 된다. 따라서, 상기 투과영역을 통해, 시청자의 좌안과 우안에 각각 대응하는 좌안용 영상과 우안용 영상이 교대로 투과되어 시청자에게 전달된다. 이를 위해, 시청자에게 영상을 제공하는 상기 디스플레이 소자(10)는 각각 독립적으로 발광하는 복수의 화소들이 2차원으로 배열된 구성을 하고 있으며, 좌안에 입력될 영상과 우안에 입력될 영상을 상기 투과영역과 대응하는 위치의 화소영역에 각각 디스플레이 한다. 이렇게 함으로써, 양안시차(binocular parallax)가 발생하기 때문에, 입체감 있는 3차원 영상을 구현할 수 있게 된다.

도 4c는 본 발명에서 비투과영역과 투과영역에 의해 형성된 다수의 배리어 및 개구를 도시하는 정면도이다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 편광격자 스크린(11, 12)은 계단형의 격자패턴을 갖는다. 따라서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 두 장의 편광격자 스크린을 좌우로 이동시켜 형성된 배리어(20)와 개구(21)는 계단식으로 경사져 있다. 바람직하게는, 좌안용 또는 우안용 영상을 형성하는 개구(21)들은 대각선 방향의 꼭지점들끼리 서로 접하도록 형성된다. 이를 위하여, 두 장의 편광격자 스크린의 상대적인 좌우 이동거리는 상기 편광격자 스크린의 격자패턴의 각 라인별 시프트 거리와 같은 것이 좋다. 이렇게 해서 대각선 방향으로 경사지게 연결된 한 줄의 개구(21)들은 좌안용 영상 또는 우안용 영상 중 어느 한 쪽의 영상을 형성하며, 인접한 줄의 개구들은 다른 쪽의 영상을 형성한다.

종래의 2D/3D 호환용 입체 영상 디스플레이 장치에서, 3D 영상을 제공할 경우, 다수의 개구들이 세로 방향으로 일직선 형태로 연결되어 있었으며, 하나의 개 구가 디스플레이 소자의 하나의 화소와 대응되었다. 이로 인해, 영상을 제공하는 개구 부분이 세로 방향의 일직선으로 좁게 밀집되어 있기 때문에, 3차원 영상의 해상도가 저하되고, 특히, 시청자의 위치에 따라 색감 및 밝기가 달라지는 등의 문제가 있었다.

그러나, 본 발명에 따른 2D/3D 호환용 입체 영상 디스플레이 장치의 경우, 계단형 격자패턴을 갖는 편광격자 스크린(11, 12)을 사용하기 때문에, 개구들이 대각선 방향으로 경사지게 연결된다. 또한, 종래와 달리, 하나의 개구는 디스플레이 소자의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 서브화소들 중 하나와 대응하며, 대각선 방향으로 인접한 세 개의 개구가 하나의 화소를 형성하게 된다. 즉, 도 4c에 도시된 바와 같이, 개구(21R)는 적색의 서브화소와 대응하고, 개구(21G)는 녹색의 서브화소와 대응하며, 개구(21B)는 청색의 서브화소와 대응한다. 도 4d는 이렇게 해서 형성되는 화소의 구성을 도시하는 것으로, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각 서브화소들이 대각선 방향으로 경사지게 배치되며, 하나의 화소(P)는 대각선 방향으로 서로 접하는 세 개의 서브화소로 이루어진다. 이를 위해서, 상기 편광격자 스크린(11, 12)의 격자패턴의 각 라인별 시프트 거리는 디스플레이 소자의 하나의 서브화소의 폭과 같은 것이 바람직하다. 이와 같이 화소를 배치할 경우, RGB 서브화소가 특정 지점에 밀집되지 않아 시청자의 위치에 따른 색감 및 밝기의 차이가 거의 발생하지 않는다.

한편, 본 발명의 디스플레이 소자(10)로는 플라즈마 디스플레이 패널 또는 액정 디스플레이 소자 등을 사용할 수 있다. 도 4b는 도 3c와 마찬가지로, 디스플 레이 소자(10)로서 액정 디스플레이 소자를 사용하고, 패럴렉스 배리어를 발생시키는 패럴렉스 배리어 유닛을 상기 액정 디스플레이 소자의 백라이트 유닛(15)과 액정 디스플레이 패널(17) 사이에 배치한 구성을 도시한 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 이 경우, 액정 디스플레이 소자의 배면 편광판(16)을 패럴렉스 배리어 유닛의 제 2 편광판으로서 사용할 수 있다.

지금까지, 2 장의 편광격자 스크린(11, 12)을 좌우로 이동시키는 경우에 대해 주로 설명하였으나, 상하로 이동시키는 것도 가능하다. 이 경우, 가로 방향으로 일직선 형태인 배리어 및 개구가 세로 방향을 따라 교대로 형성된다. 따라서, 시청자에게 상하 방향의 입체감을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 상기 2 장의 편광격자 스크린(11, 12)을 서로에 대해 좌우 및 상하 방향으로 동시에 소정의 거리 만큼 이동시키는 경우에는, 좌우 방향의 시차 뿐만 아니라 상하 방향의 시차까지 발생시킬 수 있어서, 보다 완전한 입체 영상을 제공하는 것이 가능하다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 2D/3D 영상 호환용 입체 영상 디스플레이 장치에 따르면, 2장의 편광격자 스크린을 이용함으로써 2차원(2D) 영상 모드와 3차원(3D) 영상 모드 사이의 스위칭이 간단하게 이루어질 수 있다.

특히, 본 발명의 스크린은 계단형의 편광격자를 갖기 때문에, 3차원 영상 구현시, 개구들이 대각선 방향으로 경사지게 형성되며, 대각선 방향으로 인접한 세 개의 개구가 하나의 화소를 형성하게 된다. 이러한 본 발명에 따르면, 종래와는 달리 시청자의 위치에 따른 색감 및 밝기의 차이가 거의 발생하지 않는다. 따라서, 멀티뷰(multi-view)가 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 3차원 영상 모드에서, 좌우시차 뿐만 아니라 상하시차까지도 동시에 발생시킬 수 있기 때문에, 종래의 2D/3D 영상 호환용 입체 영상 디스플레이에 비해, 보다 완전한 입체 영상을 제공하는 것이 가능하다.

Claims (17)

1. 영상을 제공하는 디스플레이 소자; 및

   서로 마주하여 배치된 2 장의 편광격자 스크린을 상대적으로 이동시킴으로써 2D 모드에서는 입사광을 전부 투과시키고 3D 모드에서는 좌안 영상과 우안 영상을 구분하기 위한 배리어를 형성하는 패럴렉스 배리어 유닛;을 구비하며,

   상기 편광격자 스크린은 입사광의 편광방향을 서로 반대 방향으로 바꾸는 2 종류의 복굴절소자가 가로 및 세로 방향으로 서로 교번하며 2차원 배열된 격자패턴을 갖고, 상기 편광격자 스크린의 격자패턴은 격자패턴의 각 라인별로 소정의 거리만큼 시프트 되어 있는 계단형 격자패턴인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 패럴렉스 배리어 유닛은:

   상기 디스플레이 소자로부터 출사된 중에서 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 제 1 편광판;

   상기 제 1 편광판을 투과한 광의 편광방향을 일 방향으로 바꾸는 제 1 복굴절소자와 다른 방향으로 바꾸는 제 2 복굴절소자가 서로 교번하며 상기 계단형 격자패턴을 형성도록 배열되어 있는 제 1 편광격자 스크린;

   상기 제 1 편광격자 스크린과 마주하여 배치되는 것으로, 상기 제 1 편광격 자 스크린을 투과한 광의 편광방향을 일 방향으로 재차 바꾸는 제 3 복굴절소자와 다른 방향으로 재차 바꾸는 제 4 복굴절소자가 서로 교번하며 상기 계단형 격자패턴을 형성도록 배열되어 있는 제 2 편광격자 스크린; 및

   상기 제 2 편광격자 스크린과 마주하게 배치되어 상기 제 2 편광격자 스크린을 투과한 광 중에서 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 제 2 편광판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 편광격자 스크린과 제 2 편광격자 스크린 중 적어도 하나는 이동가능하게 설치되어, 서로에 대한 상대적인 위치에 따라 2D 영상과 3D 영상을 선택적으로 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 편광격자 스크린과 제 2 편광격자 스크린 중 적어도 하나가 좌우 방향으로 이동함으로써, 광의 투과를 막아 좌우시차를 발생시키는 배리어(barrier)와 광이 투과되어 좌안용 영상 및 우안용 영상을 제공하는 다수의 개구(aperture)를 형성하며, 상기 배리어와 개구는 계단식으로 경사진 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 편광격자 스크린의 격자패턴의 각 라인별 시프트 거리는 상기 디스플레이 소자의 하나의 서브화소의 폭과 같은 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   하나의 개구는 상기 디스플레이 소자의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 서브화소들 중 하나와 대응하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   대각선 방향으로 인접한 세 개의 개구가 하나의 3D 영상용 화소를 형성하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
8. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 편광격자 스크린과 제 2 편광격자 스크린 중 적어도 하나가 상하 방향으로 이동함으로써 상하시차를 발생시키는 가로 방향의 3D 영상용 배리어를 형성하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 복굴절소자 중 하나는 입사광을 45°회전시키는 회전자이며 다른 하나는 입사광을 -45°회전시키는 회전자인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제 3 및 제 4 복굴절소자 중 하나는 입사광을 45°회전시키는 회전자이며 다른 하나는 입사광을 -45°회전시키는 회전자인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
11. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 복굴절소자 중 하나는 입사광을 λ/4 만큼 위상 지연시키는 지연자이며 다른 하나는 입사광을 -λ/4 만큼 위상 지연시키는 지연자인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 3 및 제 4 복굴절소자 중 하나는 입사광을 λ/4 만큼 위상 지연시키는 지연자이며 다른 하나는 입사광을 -λ/4 만큼 위상 지연시키는 지연자인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
13. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1 편광판과 제 2 편광판은 편광방향이 상호 평행하거나 수직을 이루도록 배열된 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
14. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 디스플레이 소자는 각각 독립적으로 발광하는 2차원 배열의 복수의 화소를 포함하며, 상기 패럴렉스 배리어 유닛은 상기 디스플레이 소자와 시청자 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 디스플레이 소자는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
16. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 디스플레이 소자는, 광을 조명하는 백라이트 유닛; 조명광 중 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 배면 편광판; 입사된 광을 화소단위로 편광 변환시켜 영상을 제공하는 액정 디스플레이 패널; 및 상기 액정 디스플레이 패널을 투과한 광 중 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 전면 편광판;을 포함하며,

    상기 패럴렉스 배리어 유닛은 상기 액정 디스플레이 패널과 시청자 사이에 배치되고,

    상기 디스플레이 소자의 전면 편광판은 상기 패럴렉스 배리어 유닛의 제 1 편광판인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.
17. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 디스플레이 소자는, 광을 조명하는 백라이트 유닛; 조명광 중 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 배면 편광판; 입사된 광을 화소단위로 편광 변환시켜 영상을 제공하는 액정 디스플레이 패널; 및 상기 액정 디스플레이 패널을 투과한 광 중 특정 편광 방향의 광만을 투과시키는 전면 편광판;을 포함하며,

    상기 패럴렉스 배리어 유닛은 상기 백라이트 유닛과 상기 액정 디스플레이 패널 사이에 배치되고,

    상기 디스플레이 소자의 배면 편광판은 상기 패럴렉스 배리어 유닛의 제 2 편광판인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 장치.

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