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KR101800704B1 - 입체 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

입체 영상 디스플레이 장치 Download PDF

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KR101800704B1
KR101800704B1 KR1020110053366A KR20110053366A KR101800704B1 KR 101800704 B1 KR101800704 B1 KR 101800704B1 KR 1020110053366 A KR1020110053366 A KR 1020110053366A KR 20110053366 A KR20110053366 A KR 20110053366A KR 101800704 B1 KR101800704 B1 KR 101800704B1
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light
array
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unit
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최윤선
이홍석
배정목
최규환
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삼성전자 주식회사
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Abstract

입체 영상 디스플레이 장치가 개시되어 있다.
개시된 입체 영상 디스플레이 장치는 광의 출광 방향을 1차적으로 조절하는 출광 유닛과, 출광 유닛으로부터 출사된 광의 진행 방향을 2차적으로 변경하는 능동 프리즘 어레이를 포함하여, 디스플레이 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.

Description

입체 영상 디스플레이 장치{3D image display apparatus}
광의 출광 방향을 제어하여 시야각을 넓힌 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 평판 패널 디스플레이 시장이 포화되면서 평판 패널 디스플레이 산업은 새로운 활로를 모색하고 있다. 그 중 하나로 입체 영상 디스플레이 장치가 차세대 평판 패널 디스플레이의 주요 응용 분야로 관심을 받고 있다.
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. 3차원 영상 디스플레이에는 안경을 이용한 디스플레이와 무안경 방식의 디스플레이가 있으며, 무안경 방식의 디스플레이는 안경을 사용하지 않고 좌우 영상을 분리하여 3차원 영상을 얻는 것이다. 무안경 방식에는 예를 들어 패럴렉스 배리어 방식(parallax barrier)과 렌티큘러(lenticular) 방식이 있다.
패럴렉스 배리어 방식은 좌우 양안이 각각 보아야 할 화상을 교대로 세로 무늬 모양으로 인쇄 또는 사진으로 인화하여 이것을 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.
렌티큘러 방식은 렌티큘러 렌즈의 초점면에 좌우안에 대응하는 화상을 배치하고, 상기 렌티큘러 렌즈를 통하여 관찰하면 렌즈의 지향 특성에 따라 좌안과 우안에 화상이 분리되어 입체 형상이 형성된다.
그런데, 패럴렉스 배리어 방식이나 렌티큘러 방식은 베리어나 렌즈의 주기, 초점 거리, 방향 등이 고정되어 있어 입체 영상을 감상할 수 있는 영역이 제한되어 있다. 예를 들어, 렌티큘러 렌즈 또는 베리어의 배열 방향에 따라 영상을 볼 수 있는 방향이 정해져 있으므로 가로 보기 또는 세로 보기 중 한 가지 모드에서만 영상을 시청할 수 있다. 또한, 패럴렉스 배리어 방식이나 렌티큘러 방식은 뷰 수에 따라 해상도가 저하된다.
광의 출광 방향을 제어하여 시야각을 넓힌 입체 영상 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는,
복수 개의 셀을 포함하고, 상기 복수 개의 셀 별로 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛;
상기 출광 유닛 위에 구비되고, 상기 복수 개의 셀에 대응되게 배열된 프리즘 유닛을 포함하고, 전기적 신호에 따라 상기 프리즘 유닛의 굴절면의 기울기를 조절하여 광의 경로를 변환하는 능동 프리즘 어레이;
상기 능동 프리즘 어레이를 통과한 광을 영상 신호에 따라 변조하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함할 수 있다.
상기 출광 유닛은, 광원; 상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판; 상기 도광판 위에 셀 별로 구비된 것으로 각각 독립적으로 개폐되는 복수 개의 셔터를 가지는 셔터 어레이; 및 상기 셔터 어레이 위에 구비된 렌즈 어레이;를 포함할 수 있다.
상기 셔터 어레이는 액정 셔터, 전기 습윤 셔터, 또는 FTIR(Frustrated Total Internal Reflection) 셔터를 포함할 수 있다.
상기 셔터 어레이는 2차원 구조로 배열될 수 있다.
상기 셔터 어레이는 렌즈 어레이의 초점 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 프리즘 유닛은 서로 마주보게 배치된 제1전극과 제2전극, 상기 제1전극과 제2전극의 내측에 구비된 소수성막, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 구비된 것으로 서로 굴절률이 다른 제1매질과 제2매질을 포함할 수 있다.
상기 제1매질은 분극성 액체이고, 제2매질은 무극성 액체일 수 있다.
상기 입체 영상 디스플레이 장치는, 출광 유닛의 셔터 어레이의 셔터 개폐 동작과 능동 프리즘 어레이의 굴절면의 기울기 제어의 대응 관계에 대한 데이터를 포함하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 출광 유닛은, 상기 셀 단위로 구비되고, 각각 독립적으로 on-off 조절되는 복수 개의 광원을 가지는 광원 어레이; 및 상기 각 셀에 대응되게 구비되어 상기 복수 개의 광원에서 출사된 광의 진행 방향을 한정하는 핀홀 어레이;를 포함할 수 있다.
상기 출광 유닛은, 곡면 형태로 배열되고, 곡면 형상을 가지는 복수 개의 반사부; 및 상기 반사부에 대응되게 마련되는 광원;을 포함할 수 있다.
상기 반사부는 상기 광원으로부터의 광을 콜리메이팅 광으로 반사시킬 수 있다.
상기 광원은 각각 독립적으로 on-off 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는, 광의 출사 각도를 2단계로 변화시킴으로써 최종적으로 광의 출광 각도 범위를 넓힐 수 있다. 광의 출광 각도 범위를 넓힘으로써 입체 영상 디스플레이 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에 구비된 출광 유닛의 일 예를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에 구비된 능동 프리즘 어레를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에 구비된 능동 프리즘 어레이의 프리즘 유닛의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에 구비된 능동 프리즘 어레이의 프리즘 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 입체 영상 디스플레이 장치에서 디스플레이 패널의 위치를 변경한 예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 입체 영상 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다. 이하에서 "상" 또는 "위"라는 용어는 어떤 층 위에 직접 접촉되어 배치된 경우 뿐만 아니라 접촉되지 않고 떨어져 위에 배치되는 경우, 다른 층을 사이에 두고 위에 배치되는 경우 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 광의 출광 방향을 제어하여 좌안용 영상과 우안용 영상의 시역을 분리함으로써 입체 영상을 표시할 수 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치(10)를 개략적으로 도시한 것이다. 입체 영상 디스플레이 장치(10)는 출광 유닛(20)과, 상기 출광 유닛(20)으로부터 나온 광의 출사 각도를 변화시키는 능동 프리즘 어레이(50)를 포함할 수 있다. 상기 능동 프리즘 어레이(50) 위에는 입력된 영상 신호에 따라 영상을 표시하는 디스플레이 패널(70)이 구비될 수 있다.
출광 유닛(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개의 셀(22)을 포함하고, 상기 복수 개의 셀(22) 별로 각각 광의 출력 방향을 제어할 수 있도록 되어 있다. 상기 복수 개의 셀(22)은 2차원 구조로 배열될 수 있으며, 그 개수나 사이즈는 디스플레이의 사이즈, 화소수, 해상도 등에 따라 변경될 수 있다. 출광 유닛(20)에서 광의 출광 방향을 조절하여, 상기 능동 프리즘 어레이(50)로 입사되는 광의 입사 각도를 변화시킬 수 있다. 다음, 상기 능동 프리즘 어레이(50)를 통해 2차적으로 광의 출광 방향을 조절하여 디스플레이 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.
상기 출광 유닛(20)은 각 셀(22)별로 광의 출광 방향을 독립적이고 선택적으로 조절할 수 있다. 복수 개의 셀(22)은 예를 들어, 디스플레이 패널(60)의 화소 수와 대응되게 구성되거나, 복수 개의 화소에 하나의 셀이 대응되게 구성될 수 있다.
상기 출광 유닛(20)은 광을 선택적으로 on-off 스위칭하는 광 어레이와, 상기 광 어레이로부터 나온 광의 진행 방향을 한정하는 방향 조절부를 포함할 수 있다. 광 어레이는 광원(24), 상기 광원(24)으로부터 출사된 광을 가이드하는 도광판(26), 및 상기 도광판(26)의 상부에 구비된 셔터 어레이(28)를 포함할 수 있다. 상기 셔터 어레이(28) 상부에는 렌즈어레이(30)가 구비될 수 있다. 상기 렌즈 어레이(30)가 상기 셔터 어레이(28)를 통과한 광의 방향을 한정하는 방향 조절부로 작용할 수 있다.
상기 광원(24)은 CCFL(Cold Cathod Fluorescent Lamp), LED, 또는 OLED 등을 포함할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 상기 도광판(26)은 산란형 출광 패턴을 가질 수 있다. 도 1에서는 광이 디스플레이 장치의 측방향에서 조명하는 측광형을 예시하였지만, 광이 디스플레이 장치의 하부에서 조명되는 직하형으로 구성되는 것도 가능하다.
상기 셔터 어레이(28)는 셀(22) 별로 복수 개의 셔터를 포함하며, 복수 개의 셔터가 1차원 어레이 형태 또는 2차원 어레이 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 셔터 어레이(28)는 제1 내지 제4 셔터(28a)(28b)(28c)(28d)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4셔터(28a)(28b)(28c)(28d)는 예를 들어, 일렬로 배치될 수 있다. 또는, 복수 개의 셔터가 n×n 배열(n은 자연수) 또는 n×m 배열(n,m은 자연수)로 배열되는 것도 가능하다. 상기 제1 내지 제4 셔터(28a)(28b)(28c)(28d)는 예를 들어 액정 셔터, 전기 습윤 셔터(electric wetting shutter), 또는 FTIR(Frustrated Total Internal Reflection Shutter; 이하, FTIR 셔터라고 함)를 포함할 수 있다. FTIR 셔터는 광을 리사이클하여 사용함으로써 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
상기 렌즈 어레는(30)는 각 셀별로 렌즈가 구비되고, 상기 렌즈 어레이(30)의 초점 면에 셔터 어레이(28)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀(22)이 2차원 구조를 가지는 경우, 상기 렌즈 어레이(30)도 2차원 배열 구조를 가질 수 있다. 상기 렌즈 어레이(30)와 셔터 어레이(28) 사이에 초점 거리로 간격을 두기 위해 스페이스층(29)이 더 구비될 수 있다. 상기 스페이스층(29)은 렌즈 어레이(30)와 같은 굴절률을 가지는 재질로 형성되거나, 렌즈 어레이와 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 셔터 어레이(28)와 도광판(26) 사이에 도광판(26)에서 나온 광을 균일하게 퍼지게 하기 위한 확산판(미도시), 광 진행 경로를 보정하기 위한 프리즘 시트(미도시), 밝기 향상 필름(미도시) 등이 더 구비될 수 있다. 또는, 도면에 도시되지는 않았지만, 도광판의 상부면 또는 하부면에 프리즘 출광 패턴을 구비하여 광을 콜리메이팅시킬 수 있다. 이러한 프리즘 출광 패턴은 이미 널리 알려져 있다.
광원(24)에서 출사된 광이 도광판(26)을 통해 전면으로 퍼지게 되어 광원(24)과 도광판(26)이 면광원으로 전환될 수 있다. 상기 도광판(26)에서 위쪽으로 나온 광은 상기 셔터 어레이(28)의 개폐 동작에 따라 광의 on-off가 제어되며, 개방된 셔터의 위치와 렌즈 어레이(30)의 협동에 의해 광의 진행 방향이 제어될 수 있다. 예를 들어, 어느 셀에서 제1 셔터(28a)가 개방되고, 나머지 셔터들이 폐쇄될 때, 광이 도면상 우측 상부로 향할 수 있다. 또는, 어느 셀에서 제2셔터(28b) 또는 제3셔터(28c)가 개방되고 나머지 셔터들이 폐쇄될 때, 광이 도면상 정면으로 향할 수 있다. 또는, 어느 셀에서 제4셔터(28d)가 개방되고, 나머지 셔터들이 폐쇄될 때 광이 도면상 좌측 상부로 향할 수 있다. 이와 같이 개방되는 셔터의 위치와, 이에 대응되는 렌즈의 위치의 조합을 이용하여 광의 출광 방향을 다양하게 조절할 수 있다. 그럼으로써 각 셀마다 광의 출광 방향을 조절하여 능동 프리즘 어레이(50)에 광을 입사시킬 수 있다.
능동 프리즘 어레이(50)에 입사되는 광의 입사 각도 범위는 셔터 어레이의 셔터 개수와 배열 구조 등에 따라 달라질 수 있다.
도 3을 참조하면, 능동 프리즘 어레이(50)는 복수 개의 프리즘 유닛(52)으로 구획되고, 전기적 신호에 따라 굴절면(54)의 기울기를 조절함으로써 광의 출사 각도를 조절할 수 있다. 상기 능동 프리즘 어레이(50)는 예를 들어 전기 습윤 소자(electric wetting device)를 포함할 수 있다. 복수 개의 프리즘 유닛(52)은 격벽(56)에 의해 구획되고, 각 프리즘 유닛(52)에 프리즘(55)이 구비될 수 있다.
능동 프리즘 어레이(50)는 복수 개의 프리즘 유닛(52)이 2차원 구조로 배열될 수 있으며, 출광 유닛(20)의 셀(22)과 같은 구조로 배열될 수 있다.
도 4는 능동 프리즘 어레이(50)의 하나의 프리즘 유닛(52)의 개략적인 구조를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 프리즘 유닛(52)은 서로 마주 보게 배치된 제1전극(62a)과 제2전극(62b)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극(62a)과 제2전극(62b) 사이에는 굴절률이 다른 제1매질(65)과 제2 매질(66)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1매질(65)은 물과 같은 분극성 액체이고, 제2매질(66)은 기름과 같은 무극성 액체일 수 있다. 제1매질(65)과 제2매질(66) 사이의 경계면이 굴절면(54)이 된다. 상기 제1전극(62a)과 제2전극(62b)의 내측에는 각각 소수성막(64)이 구비될 수 있다. 제1전극(62a)과 소수성막(64) 사이, 제2전극(62b)과 소수성막(64) 사이에는 절연층(63)이 구비될 수 있다. 또는, 절연층(63) 자체가 소수성 재질로 형성될 수도 있다. 이 경우에는 별도의 소수성막이 구비될 필요가 없다.
본 실시예는 2개의 전극에 의해 구동되는 방식을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 프리즘 유닛의 4개의 측벽에 각각 전극이 마련되어, 4개의 전극에 의한 구동방식을 취할 수도 있다.
제1전극(62a)과 제2전극(62b)에 전압이 인가되지 않은 경우 제1매질(65)은 상기 소수성막(64)과 높은 접촉각(θ)을 가지고 기울어지게 된다. 상기 제1전극(62a)과 제2전극(62b)에 전압이 인가되면 상기 소수성막(64)과 제1매질(65)의 접촉각이 낮아지고, 그럼으로써 상기 굴절면(54)의 기울기가 변한다. 상기 굴절면(54)의 기울기가 변하면 광의 출광 방향이 변한다. 이와 같이, 상기 제1전극(62a)과 제2전극(62b)에 가해주는 전압을 on-off 조절하거나, 전압의 크기를 조절하여 광의 출광 방향을 제어할 수 있다. 도 4에서는 광(L)이 굴절면(54)에서 굴절되어 도면상 왼쪽으로 진행되는 것을 보여준다. 도 5는 제1전극(62a)과 제2전극(62b)에 전압을 인가하여 굴절면(54)이 입사면과 평행하게 변화된 상태를 보인 것이다. 이 경우에는 광(L)이 굴절면(54)을 직각으로 투과하여 진행될 수 있다. 굴절면(54)의 기울기는 제1 전극(62a) 및 제2 전극(62b)에 인가되는 전압의 크기와 방향에 따라 달라질 수 있으며, 굴절면(54)의 기울기가 변하면 광의 출광 방향이 변한다.
한편, 광의 진행 방향을 충분히 큰 각으로 바꾸기 위해서는 제1매질과 제2매질의 굴절률차가 크거나 매질과 소수성막이 이루는 접촉각이 큰 것이 필요하다. 하지만, 높은 굴절률을 가지는 매질은 일반적으로 점도가 높고, 파장에 따른 굴절률 차이가 크기 때문에 높은 굴절률을 가지는 매질을 사용한다 하더라도 광의 진행 방향을 바꾸기 위한 각도 범위를 크게 하는 데는 한계가 있다. 또한, 매질과 소수성막이 이루는 접촉각을 크게 하는 것은 전기 습윤의 특성상 제한이 따르기 때문에 능동 프리즘 어레이를 통해 변화시킬 수 있는 광의 출광 각도 범위는 예를 들어, ±10도 범위 내일 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 출광 유닛(20)에서 1차적으로 광의 출광 각도를 조절하여 능동 프리즘 어레이(50)로의 입사 각도 범위를 넓혀 준 다음 능동 프리즘 어레이(50)를 통해 2차적으로 광의 굴절 각도를 변화시킴으로써 최종적으로 광의 출광 각도 범위를 넓힐 수 있다. 광의 출광 각도 범위를 넓힘으로써 입체 영상 디스플레이 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.
도 4 및 도 5에서는 능동 프리즘 어레이(50)가 전기 습윤의 원리를 이용하여 출광 방향을 조절하는 예를 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 편광된 광을 이용하여 영상을 형성하는 경우, 액정을 이용하여 출광 방향을 조절하는 것도 가능하다. 이 경우, 전극에 인가되는 전압에 의해 형성된 전기장의 크기에 따라 액정 분자 배열이 변함으로써 액정의 굴절률이 변하는 성질을 이용할 수 있다.
출광 유닛(20)과 프리즘 어레이(50)를 통해 출사된 광은 디스플레이 패널(70)에서 변조되어 영상을 표시할 수 있다. 상기 디스플레이 패널(70)은 복수 개의 화소를 포함하고, 각 화소별로 광의 투과율을 제어하여 영상을 형성할 수 있다. 상기 디스플레이 패널(70)은 예를 들어 LCD 패널일 수 있다. 디스플레이 패널(70)은 예를 들어, 제1기판(71), 액정층(72),제2기판(73)을 포함할 수 있다.
광원(24)에서 출사된 광은 출광 유닛(20)과 능동 프리즘 어레이(50)에 의해 광의 출광 방향이 제어되고, 디스플레이 패널(70)에 의해 계조가 표현되어 영상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1프레임에서는 출광 유닛(20)과 능동 프리즘 어레이(50)에 의해 광이 좌안으로 향하고, 제2프레임에서는 광이 우안으로 향하도록 함으로써 입체 영상을 표시할 수 있다. 또는, 출광 유닛(20)과 능동 프리즘 어레이(50)의 시역을 분리하지 않고 광을 보냄으로써 2차원 영상을 표시하는 것도 가능하다. 예를 들어, 출광 유닛의 셔터 어레이(28)의 전체 셔터가 개방되고, 능동 프리즘 어레이의 굴절면이 평평하게 될 때 2차원 영상이 표시될 수 있다. 또는, 셔터 어레이의 각 셀마다 동일한 위치에 있는 셔터를 개방함으로써 2차원 영상을 표시할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치는 3차원 영상/2차원 영상의 전환이 가능하다.
입체 영상 디스플레이 장치의 제어부(80)가 출광 유닛의 셔터 어레이(28)의 셔터 개폐 동작과 능동 프리즘 어레이(50)의 굴절면의 기울기 제어의 대응 관계에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 광의 출광 방향은 셔터 어레이(28)와 능동 프리즘 어레이(50)의 협동에 의해 디스플레이 장치의 좌우 방향, 상하 방향, 대각선 방향 등과 같이 다양한 방향으로 제어될 수 있다.
다음, 도 6은 도 1과 비교할 때 디스플레이 패널(70)과 능동 프리즘 어레이(50)의 위치를 바꾼 예를 도시한 것이다. 이와 같이 디스플레이 패널(70)이 출광 유닛(20)과 능동 프리즘 어레이(50) 사이에 배치되는 것도 가능하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치(100)를 도시한 것이다. 입체 영상 디스플레이 장치(100)는 출광 유닛(120)과, 상기 출광 유닛(120)으로부터 나온 광의 출사 각도를 변화시키는 능동 프리즘 어레이(150)를 포함할 수 있다. 상기 능동 프리즘 어레이(150) 위에는 입력된 영상 신호에 따라 영상을 표시하는 디스플레이 패널(170)이 구비될 수 있다.
출광 유닛(120)은 도 7에 도시된 바와 같이 복수 개의 셀(122)을 포함하고, 상기 복수 개의 셀(122) 별로 각각 광의 출력 방향을 제어할 수 있도록 되어 있다. 상기 복수 개의 셀(122)은 2차원 구조로 배열될 수 있으며, 그 개수나 사이즈는 디스플레이의 사이즈, 화소수, 해상도 등에 따라 변경될 수 있다. 출광 유닛(120)에서 광의 출광 방향을 조절하여, 상기 능동 프리즘 어레이(150)로 입사되는 광의 입사 각도를 변화시킬 수 있다. 다음, 상기 능동 프리즘 어레이(150)를 통해 2차적으로 광의 출광 방향을 조절하여 디스플레이 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.
상기 출광 유닛(120)은 각 셀(122)별로 광의 출광 방향을 독립적이고 선택적으로 조절할 수 있다. 복수 개의 셀(122)은 예를 들어, 디스플레이 패널(170)의 화소 수와 대응되게 구성되거나, 복수 개의 화소에 하나의 셀이 대응되게 구성될 수 있다.
출광 유닛(120)은 복수 개의 광원(110)이 배열된 광원 어레이(115)와, 상기 광원 어레이(115) 상부에 구비된 핀홀(117)을 포함한다. 상기 광원 어레이(115)는 LED 또는 OLED를 포함할 수 있다. 상기 핀홀(117)은 각 셀(122)에 하나씩 구비될 수 있다. 상기 광원 어레이(115)는 광원(110)이 1차원 구조로 배열되거나 2차원 구조로 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 광원 어레이(115)는 제1 내지 제5 광원(110a)(110b)(110c)(110d)(110e)을 포함할 수 있다. 상기 광원 어레이(115)의 광원 중 on 되는 광원과, 그에 대응되는 핀홀(117)의 협동에 의해 광의 진행 방향이 한정될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수 개의 셀(122)은 제1셀(122a), 제2셀(122b), 제3셀(122c), 제4셀(122d)을 포함할 수 있다. 제1셀(122a)에서 제1광원(110a)이 on되고, 나머지 광원이 off일 때, 제1광원(110a)으로부터의 광이 핀홀(117)을 통해 도면의 우측으로 진행할 수 있다. 제2셀(122b)에서 제2광원(110b)이 on되고, 나머지 광원이 off일 때, 제2광원(110b)으로부터의 광이 핀홀(117)을 통해 우측으로 진행할 수 있다. 제3셀(122c)에서 제3광원(110c)이 on이고 나머지 광원이 off일 때, 광이 핀홀(117)을 통해 중앙으로 진행할 수 있다. 제4셀(122d)에서 제4광원(110d)이 on되고 나머지 광원이 off일 때, 광이 핀홀(117)을 통해 도면상 좌측으로 진행할 수 있다. 이와 같이 각 셀에서의 on되는 광원의 위치와 핀홀(117)의 조합에 따라 출광 방향을 조절할 수 있다. 즉, 핀홀과 불이 켜진 광원의 상대적인 위치를 이용하여 광을 원하는 방향으로 보낼 수 있다. 또한, 광량을 조절하기 위해 각 셀의 광원 어레이에서 두 개의 이상의 광원을 동시에 on하는 것도 가능하다.
상기 출광 유닛(120)에 의해 능동 프리즘 어레이(150)로 입사되는 광의 입사각 범위를 조절할 수 있다. 능동 프리즘 어레이(150)는 복수 개의 프리즘 유닛(152)으로 구획되고, 전기적 신호에 따라 굴절면(154)의 기울기를 조절함으로써 광의 출사 각도를 조절할 수 있다. 상기 능동 프리즘 어레이(150)는 예를 들어 전기 습윤 소자(electric wetting device)를 포함할 수 있다. 능동 프리즘 어레이(150)는 복수 개의 프리즘 유닛(152)이 2차원 구조로 배열될 수 있으며, 출광 유닛(120)의 셀(122)과 같은 구조로 배열될 수 있다. 상기 능동 프리즘 어레이(150)는 도 3,4,5를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
출광 유닛(120)과 프리즘 어레이(150)를 통해 출사된 광은 디스플레이 패널(170)에서 변조되어 영상을 표시할 수 있다. 상기 디스플레이 패널(170)은 복수 개의 화소를 포함하고, 각 화소별로 광의 투과율을 제어하여 영상을 형성할 수 있다. 상기 디스플레이 패널(170)은 예를 들어 LCD 패널일 수 있다. 디스플레이 패널(170)은 예를 들어, 제1기판(171), 액정층(172),제2기판(173)을 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 패널(170)은 능동 프리즘 어레이(150) 위에 배치되는 대신 출광 유닛(120)과 능동 프리즘 어레이(150) 사이에 배치되는 것도 가능하다.
출광 유닛(120)에서 1차적으로 광의 출사 각도를 조절하여 능동 프리즘 어레이(150)로의 입사 각도 범위를 넓힌 다음, 능동 프리즘 어레이(150)를 통해 2차적으로 광의 굴절 각도를 변화시킴으로써 최종적으로 광의 출광 각도 범위를 넓힐 수 있다. 광의 출광 각도 범위를 넓힘으로써 입체 영상 디스플레이 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.
출광 유닛(120)과 능동 프리즘 어레이(150)의 협동에 의해 제1프레임에서는 광이 좌안으로 향하고, 제2프레임에서는 광이 우안으로 향하도록 함으로써 입체 영상을 표시할 수 있다. 또는, 다시점(multi-veiw)으로 광을 분리하여 입체 영상을 표시하는 것도 가능하다. 또한, 광원 어레이(115)에서 각 셀마다 동일한 위치에 있는 광원을 턴온하고, 능동 프리즘 어레이(150)의 굴절면(154)을 평형하게 함으로써 2차원 영상을 표시할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 간단하게 2차원 영상과 3차원 영상이 전환이 가능하다. 또한, 3차원 영상의 구현시, 좌안 영상과 우안 영상 각각에 대해 디스플레이 패널의 전체 영역을 사용하므로 해상도의 저하없이 3차원 영상의 구현이 가능하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치(200)를 도시한 것이다. 입체 영상 디스플레이 장치(200)는 출광 유닛(220)과, 상기 출광 유닛(220)으로부터 나온 광의 출사 각도를 변화시키는 능동 프리즘 어레이(250)를 포함할 수 있다. 상기 능동 프리즘 어레이(250) 위에는 입력된 영상 신호에 따라 영상을 표시하는 디스플레이 패널(270)이 구비될 수 있다.
상기 출광 유닛(220)은 복수 개의 셀(222)을 포함하고, 각 셀(222)은 반사부(224)와 상기 반사부(224)에 대응되게 배치된 광원(225)을 포함할 수 있다. 상기 반사부(224)는 곡면 형상을 가지며, 상기 광원(225)에서 나온 광을 반사시키는 재질로 형성될 수 있다. 상기 광원(225)은 예를 들어 LED(Light Emitting Diode) 또는 OLED(Organic Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다. 상기 반사부(225)는 각 셀(222) 내에서 3차원 구조로 배열될 수 있으며, 예를 들어 곡면에 배열된 형태를 가질 수 있다. 이렇게 배열됨으로써 각 반사부(224)의 정면 방향이 서로 다르게 되어 각 반사부에서 반사되는 광의 방향이 다르게 될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사부(224)가 각 셀(222) 내에서 점대칭 구조로 배열될 수 있으며, 각 광원(225)의 on-off를 조절하여 광의 출광 방향을 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 복수 개의 셀(222)은 제1셀(222a), 제2셀(222b), 제3셀(222c), 제4셀(222d)을 포함하고, 광원은 각 셀이 제1 내지 제5 광원(225a)(225b)(225c)(225d)(225e)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1셀(222a)에서는 제1광원(225a)을 on하고 나머지 광원을 off하고, 제2셀(222b)에서는 제2광원(225b)을 on하고 나머지 광원을 off하고, 제3셀(222c)에서는 제3광원(225c)을 on하고, 나머지 광원을 off하고, 제4셀(222d)에서는 제4광원(225d)을 on하고 나머지 광원을 off함으로써, 각 셀에서의 출광 방향을 조절할 수 있다. 각 셀에서의 광의 출광 방향은 on되는 광원의 위치에 따라 결정되며, 디스플레이 장치의 제어부(280)가 각 셀에서의 광원의 on-off 동작과 출광 방향의 대응 관계에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 광의 출광 방향은 상기 반사부(224)의 배열 구조에 따라 디스플레이 장치의 좌우 방향, 상하 방향, 대각선 방향 등과 같이 다양한 방향으로 제어할 수 있다.
상기 반사부(224)는 예를 들어 광원(225)의 위치를 일 초점으로 하고, 이 광원(225)에서 출사되고 상기 반사부(224)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 된 포물경으로 구성될 수 있다. 상기 반사부(224)는 상기 광원으로부터의 광을 콜리메이팅 광으로 반사시킬 수 있다. 상기 광원(225)은 각각에 대응되는 반사부(224)에 설치될 수 있으며, 단면에서 봤을 때 상기 광원(225)을 이은 가상의 선(230)이 곡선이 될 수 있다. 이와 같이 각 광원(225)의 위치와 반사부(224)의 위치에 의한 조합을 이용하여 광의 출광 방향을 조절할 수 있다.
상기 출광 유닛(220)에 의해 능동 프리즘 어레이(250)로 입사되는 광의 입사각 범위를 조절할 수 있다. 능동 프리즘 어레이(250)는 복수 개의 프리즘 유닛(252)으로 구획되고, 전기적 신호에 따라 굴절면(254)의 기울기를 조절함으로써 광의 출사 각도를 조절할 수 있다. 상기 능동 프리즘 어레이(250)는 예를 들어 전기 습윤 소자(electric wetting device)를 포함할 수 있다. 능동 프리즘 어레이(250)는 복수 개의 프리즘 유닛(252)이 2차원 구조로 배열될 수 있으며, 출광 유닛(220)의 셀(222)과 같은 구조로 배열될 수 있다. 상기 능동 프리즘 어레이(250)는 도 3,4,5를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
출광 유닛(220)과 프리즘 어레이(250)를 통해 출사된 광은 디스플레이 패널(270)에서 변조되어 영상을 표시할 수 있다. 상기 디스플레이 패널(270)은 복수 개의 화소를 포함하고, 각 화소별로 광의 투과율을 제어하여 영상을 형성할 수 있다. 상기 디스플레이 패널(270)은 예를 들어 LCD 패널일 수 있다. 디스플레이 패널(270)은 예를 들어, 제1기판(271), 액정층(272),제2기판(273)을 포함할 수 있다. 액정 패널은 이미 널리 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다. 상기 디스플레이 패널(270)은 능동 프리즘 어레이(250) 위에 배치되는 대신 출광 유닛(220)과 능동 프리즘 어레이(250) 사이에 배치되는 것도 가능하다.
출광 유닛(220)에서 1차적으로 광의 출사 각도를 조절하여 능동 프리즘 어레이(250)로의 입사 각도 범위를 넓히고, 능동 프리즘 어레이(250)를 통해 2차적으로 광의 굴절 각도를 변화시킴으로써 최종적으로 광의 출광 각도 범위를 넓힐 수 있다. 광의 출광 각도 범위를 넓힘으로써 입체 영상 디스플레이 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.
상술한 바와 같이, 출광 유닛(220)과 능동 프리즘 어레이(250)를 통해 광을 진행 방향을 조절하여, 광을 좌안 방향과 우안 방향으로 분리하여 보냄으로써 3차원 영상을 표시할 수 있다. 그리고, 시간 순차적으로 좌안 영상과 우안 영상을 표시함으로써 해상도의 저하 없이 3차원 영상을 표시할 수 있다. 제1프레임에서는 출광 유닛의 각 셀별로 on되는 광원의 위치를 조절하고, 능동 프리즘 어레이(250)의 굴절면(254)의 기울기를 조절하여 광이 좌안을 비추도록 하고, 디스플레이 패널에서는 좌안용 영상을 형성하여 좌안용 영상을 표시할 수 있다. 그리고, 제2프레임에서는 출광 유닛의 각 셀별로 on되는 광원의 위치를 조절하고, 능동 프리즘 어레이(250)의 굴절면(254)의 기울기를 조절하여 광이 우안을 비추도록 하고 이때, 디스플레이 패널에서는 우안용 영상을 형성한다. 그리고, 출광 유닛(220)과 능동 프리즘 어레이(250)에 의해 광의 출광 각도 범위를 넓힘으로써 시야각을 넓힐 수 있다. 예를 들어, 광의 시야각 범위를 ±20도 이상으로 넓힐 수 있다.
한편, 각 셀에서 동일한 위치, 예를 들어 각 셀의 중심에 있는 광원을 on하고, 능동 프리즘 어레이의 굴절면을 평평하게 함으로써 광이 디스플레이 장치의 정면으로 향하도록 함으로써 2차원 영상을 표시할 수 있다. 이와 같이 각 셀마다 광의 출광 방향을 조절함으로써 용이하게 2차원 영상과 3차원 영상의 전환을 할 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
10,100,200...입체 영상 디스플레이 장치, 20,120,220...출광 유닛
22,122,222...셀, 28...셔터 어레이
30...렌즈 어레이, 50,150,250...능동 프리즘 어레이
52...프리즘 유닛, 62a,62b...전극
63...절연층, 64...소수성막
70,170,270...디스플레이 패널, 110...광원 어레이
117...핀홀, 224...반사부

Claims (13)

  1. 복수 개의 셀을 포함하고, 상기 복수 개의 셀 별로 독립적으로 광의 출광 방향을 조절하는 출광 유닛;
    상기 출광 유닛 위에 구비되고, 상기 복수 개의 셀에 대응되게 배열된 프리즘 유닛을 포함하고, 전기적 신호에 따라 상기 프리즘 유닛의 굴절면의 기울기를 조절하여 광의 경로를 변환하는 능동 프리즘 어레이; 및
    상기 능동 프리즘 어레이를 통과한 광을 영상 신호에 따라 변조하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함하고,
    상기 출광 유닛은 2차원 구조로 배열되고, 상기 출광 유닛은 각 셀별로 광의 출광 방향을 독립적이고 선택적으로 1차적으로 조절하고, 상기 능동 프리즘 어레이가 상기 출광 유닛으로부터의 광의 방향을 2차적으로 조절하여 출광 각도 범위를 넓히도록 된 입체 영상 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    광원;
    상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;
    상기 도광판 위에 셀 별로 구비된 것으로 각각 독립적으로 개폐되는 복수 개의 셔터를 가지는 셔터 어레이; 및
    상기 셔터 어레이 위에 구비된 렌즈 어레이;를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셔터 어레이는 액정 셔터, 전기 습윤 셔터, 또는 FTIR(Frustrated Total Internal Reflection) 셔터를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 셔터 어레이는 2차원 구조로 배열되는 입체 영상 디스플레이 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셔터 어레이는 렌즈 어레이의 초점 평면 상에 배치되는 입체 영상 디스플레이 장치.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘 유닛은 서로 마주보게 배치된 제1전극과 제2전극, 상기 제1전극과 제2전극의 내측에 구비된 소수성막, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 구비된 것으로 서로 굴절률이 다른 제1매질과 제2매질을 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1매질은 분극성 액체이고, 제2매질은 무극성 액체인 입체 영상 디스플레이 장치.
  8. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    출광 유닛의 셔터 어레이의 셔터 개폐 동작과 능동 프리즘 어레이의 굴절면의 기울기 제어의 대응 관계에 대한 데이터를 포함하는 제어부를 더 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    상기 셀 단위로 구비되고, 각각 독립적으로 on-off 조절되는 복수 개의 광원을 가지는 광원 어레이; 및
    상기 각 셀에 대응되게 구비되어 상기 복수 개의 광원에서 출사된 광의 진행 방향을 한정하는 핀홀 어레이;를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 출광 유닛은,
    곡면 형태로 배열되고, 곡면 형상을 가지는 복수 개의 반사부; 및
    상기 반사부에 대응되게 마련되는 광원;을 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 광원으로부터의 광을 콜리메이팅 광으로 반사시키는 입체 영상 디스플레이 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광원은 각각 독립적으로 on-off 제어되는 입체 영상 디스플레이 장치.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘 유닛은 서로 마주보게 배치된 제1전극과 제2전극, 상기 제1전극과 제2전극의 내측에 구비된 소수성막, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 구비된 것으로 서로 굴절률이 다른 제1매질과 제2매질을 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
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