디스플레이의 발전 : 3D 디스플레이

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디스플레이의 발전 : 3D 디스플레이

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오늘은 3D 디스플레이의 발전, 전망, 특징 등에 대해서 알아보겠습니다.

먼저, 디스플레이는 어떻게 발전해 왔는지 세대별 디스플레이를 보면

1세대는 CRT

2세대는 평판 디스플레이

3세대는 플레서블 디스플레이

4세대는 입체(3D) 디스플레이

입니다.

입체 디스플레이를 이해하기 위해서는 3D와 관련된 단어들을 알아야 합니다.

3D하면 떠오르는 특징!

입체감이죠?

이러한 입체감(입체시)의 요인은 양안에 의한 입체감, 단안에 의한 입체감으로 나뉩니다.

양안에 의한 입체감 (생리적 요인)은

폭주, 양안시차

단안에 의한 입체감 (경험적 요인)은

상대적 크기, 중첩, 선원근법, 공기원근법, 그림자, 운동시차, 초점 조절, 시야의 크기

위와 같이 구분됩니다.

양안에 의한 입체감

양안에 의한 입체감에 대해서 설명하자면,

양안시차

폭주는 어떤 대상을 바라볼 때, 양쪽 눈의 시선이 대상을 향해 모이는 것을 말합니다. 

폭주각의 차이로 인해 입체감을 형성합니다.

양안시차는 양쪽 눈의 망막에 생기는 상의 차이로 인해 입체감이 형성됩니다.

단안에 의한 입체감

상대적 크기

상대적 크기라는 것은 위 사진과 같이 크게 보이면 가까운 곳에 있는 것처럼 느끼고, 작게 보이면 먼 곳에 있는 것처럼 느끼는 것입니다.

중첩

중첩이라는 것은 중첩 시 덮여진 물체가 멀리 있는 것처럼 보이는 것입니다.

선원근법이라는 것은 멀수록 선이 조밀하게 보이는 것,

공기원근법이라는 것은 가까운 곳은 선명하게, 먼 것은 흐리게 보이는 것,

그림자는 물체에 생기는 명암을 통해 입체감을 형성하는 것,

운동시차는 움직일 때, 먼 곳은 느리게, 가까운 곳은 빠르게 변화하는 것입니다.

위와 같은 단어들은 미술시간에 많이들 들어보셨죠?

3D 인식의 원리

양안시차

3D 인식의 원리는 양안시차를 이용한 것입니다.

사람의 양쪽 눈이 각각 조금씩 다른 각도에서 사물의 형태를 인식하는 것입니다.

두 눈에 들어온 영상신호가 합쳐져 하나의 영상으로 인식되는 과정에서 각 사물의 원근과 깊이를 인지합니다.

3D 디스플레이

3D(3차원) 디스플레이는 3차원 영상(2차원의 평면 정보에 깊이를 포함한 입체화 형상의 정보)을 제시하는 디스플레이로 “입체 디스플레이”라고도 합니다. 

3D 방송, 영화 아바타를 시작으로 3D 영화 및 멀티미디어 기반의 3D 콘텐츠의 보급이 확대되고 있으며

3D 모니터와 3D TV 디스플레이 기술이 요구되고 있습니다.

3D 디스플레이 구현 원리는

하나의 사물을 두 대의 카메라로 사람의 눈 간격을 감안하여 동시에 촬영하고 이를 TV에 표현합니다.

특수안경을 통하여 좌우에 맞는 영상으로 3D 인식합니다.

3D 디스플레이의 분류

3D 디스플레이를 분류하자면 안경식과 무안경식으로 나뉩니다.

안경식

안경식은 적청 필터, 편광필터, 또는셔터 방식의 안경착용 필요하며 1개의 시점만 제공합니다.

시각 피로 현상이 있고 FPD기반, 프로젝터 기반 형태로 나옵니다.

무안경식은 양안식, 다시점, 초다시점, Integral Photography 방식, Volumetric 디스플레이, Holographic 디스플레이로 다시 분류됩니다.

양안식

양안식은 1개의 시점만 제공하며 시각피로현상이 있으며 FPD기반, 프로젝터 기반 형태로 나옵니다.

다시점

다시점은 2개 이상의 시점을 제공하며 시각피로현상이 있으며 FPD기반, 프로젝터 기반 형태로 나옵니다.

초다시점

초다시점은 45시점이상 (동공에 동시에 2개 이상의 시점에대한 영상이 입력되는 조건)이며 아직 충분한 객관적 검증이 필요하지만 시각 피로 현상이 없고

FPD 기반으로 고해상도가 필요합니다.

Integral Photography 방식

Integral Photography 방식은 동공에 다양한 시점에서의 영상을 동시에 제공하며 자유시점을 제공함으로써 자연스러운 영상 시청이 가능하므로 시각 피로 현상이 없고,

FPD 기반(소중대형), 프로젝터 기반 (대형)입니다.

Volumetric 디스플레이

Volumetric 디스플레이는 아직 대형화의 한계가있으며 상이 투시되어 보이는 문제가 있습니다.

자유시점을 제공함으로써 자연스러운 영상 시청이 가능하므로 시각 피로 현상이 없고 FPD, 회전 스크린 형태입니다.

Holographic 디스플레이

Holographic 디스플레이는 현실에서 보는 것과 동일한 영상 제공 가능하며 궁극적인 디스플레이로 여겨집니다.

자유시점을 제공함으로써 자연스러운 영상 시청이 가능하므로 시각 피로 현상이 없고 FPD 기반입니다.

개인적으로 영화에서만 보던 Holographic 디스플레이가 빠르게 연구, 개발되어 상용화되면 좋을 것 같습니다.

안경형 3D

색안경 방식은 투과 파장영역을 공통으로 갖지 않는 보색에 가까운 색 필터를 조합하여 사용하며 

가장 간단한 입체 구현 방식이나 두 색만이 제시되므로 컬러화가 곤란합니다.

편광안경 방식은 편광방향이 다른 좌우의 안경에 적용하여 좌우 상을 분리하는 방법입니다.

셔터안경(시분할 안경) 방식은 안경을 통하여 좌우 상을 분리하여 서로 교대로 제시하는 방식입니다.

HMD은 분리된 좌우 영상을 좌우 디스플레이에 각각 직접 공급하여 입체감을 얻는 방식입니다.

편광안경 방식

TV 화면을 구성하는 주사선을 각각 홀수선과 짝수선으로 나누고(공간분할 방식) 다른 방향의 편광필터를 각각 부착한 뒤, 

각각의 주사선에서 왼쪽과 오른쪽 눈에 해당되는 영상신호를 편광필터 안경을 통하여 인식하여 입체감을 느낍니다.

장점은 어지러움이 거의 없고,

고휘도, 저비용, 우수한 3D, 저가의 가벼운 안경입니다.

단점은 협소한 3D 상하 시야각, 수직해상도 저해가 있습니다.

셔터안경 방식

왼쪽과 오른쪽 눈에 해당되는 영상을 매우 빠른 속도로 번갈아 출력하며 (시간분할 방식), 

안경의 셔터가 번갈아 열고 닫히기를 반복하여 각각의 눈의 좌우에 맞는 영상을 제공하여 입체감을 느낍니다.

장점은 해상도 저해 없이 고해상도 화면 구현이 가능합니다.

단점은 고가의 안경, 눈의 피로 (깜박거림)가 있습니다.

무안경식 3D

안경을 사용하지 않고, 왼쪽과 오른쪽 눈에 해당되는 영상을 각각의 눈에 제공하여 입체감을 느낍니다.

렌티귤라 렌즈 (Lenticular Lens) 방식, 패럴랙스 배리어 (Parallax Barrier) 방식이 있습니다.

패럴랙스 배리어 (Parallax Barrier) 방식은

왼쪽과 오른쪽 눈에 해당되는 영상을 시차 벽(parallax barrier)의 slit 사이로 보내 각각의 눈에 맞는 영상을 제공하여 입체감으로 느낍니다.

Switchable Barrier는 Parallax Barrier를 사용하되, Barrier를 스위치로 On-Off 가능합니다.

장점은 무안경으로 2D/3D 전환 가능하며

단점은 낮은 3D 휘도, 3D 해상도가 떨어집니다.

렌티귤라 렌즈 (Lenticular Lens) 방식은

왼쪽과 오른쪽 눈에 해당되는 영상을 Lenticular Lens를 통하여 굴절시켜 각각의 눈에 맞는 영상을 제공하여 입체감을 제공

무안경식 3D의 문제점은

 제한된 시청영역(거리 및 각도)에서만 입체영상 시청이 가능하다는 것입니다.

 즉, 우안에 Right image, 좌안에 Left image 만 노출되는 것입니다.

해결방안

눈의 위치를 파악하여 해당 위치에서 입체가 시청할 수 있도록 배리어를 이동시킵니다.

배리어(Barrier) 이동기술과 시선 추적기술을 접목하여 시청 영역에 자유로운 무안경식 양안식 3D 디스플레이를 구현할 수 있습니다.