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Reali ation of the 3D displayReali ation of the 3D displayRealization of the 3D display Realization of the 3D display and key technologies..and key technologies..

2010. 09. 09

동아대학교 전자공학과

디스플레이소자 실험실

DDisplay isplay DDevice evice LLabab 1 / 31

디스플레이소자 실험실

Contents

M k FM k FI.I. Market ForecastMarket Forecast

II.II. 3D Display Technology3D Display Technology

•• Introduction Introduction

•• 3D Fatigue3D Fatigue3D Fatigue3D Fatigue

•• 3D Technology3D Technology

•• SummarySummary


I.I. Market ForecastMarket Forecast


- 3D 시장은 수량기준 2018년 까지 CAGR 75%, 매출기준 CAGR 38%로 성장 예상

Market trend

3D Display Market Forecast 3D Display Market Revenue

3D 시장은 수량기준 2018년 까지 CAGR 75%, 매출기준 CAGR 38%로 성장 예상

- 3D 산업은 ’09~’11년까지 급격 성장 후 ’12년 이후 안정화 될 것으로 예상

CAGR 75%CAGR 75% CAGR 38%CAGR 38%


*source : Display Search ‘10

Market trend

- 2014년에 수량 측면에서 TV 다음으로 Mobile Phone이 가장 큰 비중을 차지할 것으로 예상함.

3D Market Demand Implications

[Unit : M pcs]60

57.0Others

3D Display 시장성장화- Year 2014, 57Mpcs으로성장예상

TV > M bil Ph > N t b k비중순

40

- Others- PD- DPF- DSC/DVC- Monitor- Notebook- TV

- TV > Mobile Phone > Notebook 비중순- Mobile Phone : 400k(’10) 15.2M(’14)- DSC/ DVC (camera) : 48k(’10) 2.6M(’14)- DPF(Digital Photo Frame) : 42k(’10) 1.4M(’14)

34.6

25.4

무안경 type Switchable 비중확대예상- Mobile Phone 중심의채용- TV/ Notebook : Active Glass type main 예상

20

7.1

18.4

- Mobile Phone15 29 1

16.0

yp

OLED 3D 성장예상- Mobile Phone에서의 OLED 채용확대영향

Mobile Phone전체의 8 2% @ ‘14CAGR

0

2.2

0.4 1.3 4.3 8.9

2010 2011 2012 2013

126 %

15.2

2014

1.2 4.19.1 Mobile Phone 전체의 8.2% @ 14

Source : Display search ‘10


Source : Display search ‘10

Market trend

- Hollywood Studios각 적극적으로 3D Contents 보급을 추진 중에 있으며, Packaged Media 및Satellite / BBTV / IPTV 중심으로 3D 활성화 예상


Market trend

- 방송 업체는 Bandwidth 문제 등으로 기존 STB (set top box)를 그대로 활용할 수 있는 Format 선호

BskyB (영국)’08년 시험 방송 (스포츠 공연 등 C t t )

SatelliteSatellite

- ’08년 시험 방송 (스포츠, 공연 등 Contents)- ’10년 상반기로부터 3D Service 시작

BS11 (일본)‘07년 12월부터 매일 30분 방송- ‘07년 12월부터 매일 30분 방송

- Side by Side Format

Comcast (미국)

CableCable

- ’10년 상반기 시험방송

CableVision (미국)- ’10년 시험방송

한국

- 방통위 3D 방송 계획에 따라 ’10년 시험방송, ’12년 상용화 예정

YouTube

BroadbandBroadband- Anaglyph, Side by Side Format 지원

CINEMANOW


CINEMANOW- Nvidia 3D Vision System 이용

IIII 3D Display Technology3D Display TechnologyII.II. 3D Display Technology3D Display Technology•• Introduction Introduction

•• 3D Fatigue3D Fatigue

3D T h l3D T h l•• 3D Technology3D Technology

•• SummarySummary•• SummarySummary


3D의 역사는 1838년 최초 소개 이후 1922년 최초의 3D 영화 공개를 거쳐 2010년 다양한 application에

3D History3D의 역사는 1838년 최 개 이후 1922년 최 의 3D 영화 공개를 거쳐 2010년 다양한 application에적용되기 시작함.


*source : Display Search ‘10

1838년 이후 3D 기술은 60년을 주기로 개발이 활발히 이루어 졌고(1890s 1960s 2010s) 2010년을

3D History1838년 이후 3D 기술은 60년을 주기로 개발이 활발히 이루어 졌고(1890s, 1960s, 2010s) 2010년을기점으로 또 다른 3D의 부흥기가 예상됨.

극장영사기의 발명

TV의 확대


*source : 3D FIC

Introduction

Why 3D was not popular yet?-. Some experiential issues created barriers to 3D adoption

Dizzyness3D ≠ C d3D ≠ Consumer needs

Lack of contents

Uneasy usage


Introduction

AccommodationBinocular

ConvergenceBinocularDisparity

Motion Parallax 심리적 요인

원근 조절 양안 수렴 양안 시차 운동 시차

물체의 원근에 따라물체의 원근에 따라

양쪽 눈이 물체를양쪽 눈의 위치 차이로 같은

가까운 물체는 시야내

에서 빨리 움직이고그림자, 명암,

눈의 수정체 두께가

달라짐

양쪽 눈이 물체를

바라보는 각도가

달라짐

물체를 보더라도 다른 영상을

보게 됨

에서 빨리 움직이고

멀리 있는 물체는

느리게 움직임

원근감, 물체간의

순차적 가려짐…

far

fθ near

far

Vf

•

fθ

near eyelens

nθ

fθ near

Vn •

nθ

left eye right eye left eye right eye


Introduction

Two eyes + Brain process = Three dimensions(3D) !Two eyes + Brain process = Three dimensions(3D) !

3D Display실제 사물

Left eye Right eye

( )


양안시차 (Binocular disparity)

Introduction

3D 영상 구현을 위해서는 3D Source, Display 와 3D Tool의 유기적 통합이 필요함.

Human eyes

Add-on plate (cell)

GlassesImage panelContents


When viewing the real world the vergence distance is always the same as focal distance

3D Display FatigueWhen viewing the real world, the vergence distance is always the same as focal distance.

When viewing stereoscopic or auto-stereoscopic 3D display, the vergence distancechanges with the images, but the focal distance is always the same : the distance fromviewer to the display.p yIncorrect focus cues or vergence accommodation dissociation.


3D Display - Crosstalk

Crosstalk 현상

- 3D 영상은 입체감을 내기 위해 좌·우 영상을 번갈아 가며 전달하는데 LCD의 응답

속도가 좌 우 영상변환 속도를 따라가지 못해 영상이 서로 겹쳐 보이는 현상속도가 좌·우 영상변환 속도를 따라가지 못해 영상이 서로 겹쳐 보이는 현상

→ 3D→ 3D의의 약점인약점인 어지럼증어지럼증 현상현상 유발유발

LB 100 [%]LLBCT

LB LW= ×

+

100 [%]RBCT = ×


100 [%]RCTRB RW

= ×+

3D Technology - Broadcasting

3D 방송을 위해 기존 방송 인프라를 최대한 활용하는 방식과

새로운 부호기/복화기를 이용하고 추가 Bandwidth를 확보해야 하는 방식이 있음


3D Technology - Format

Si l F

Input Format Input Pros Cons

Signal Format

Side by Side• 좌 : 좌측 영상• 우 : 우측 영상• 기존 전송 Infra 사용 가능

• 수평 해상도 1/2 저하

Top & Bottom• 위 : 좌측 영상• 아래 : 우측 영상• 기존 전송 Infra 사용 가능

• 수직 해상도 1/2 저하

Checker Board• 매 픽셀마다 좌/우측 영상• 기존 전송 Infra 사용 가능

• 해상도 1/2 저하

/Frame

Sequential

• 매 프레임 마다 좌/우측 영상 전송• 해상도 저하 없음• Shutter Glasses 사용• 양안 각 FHD 대응 가능

• FHD / 120Hz시 기존 전송 Infra수정 (Bandwidth 2배 필요)

Line by Line

• 영상에서 가로 방향의 한 줄 마다 좌/우측 영상

• Polarizer Glasses 사용• Flicker 없음

• 수직해상도 1/2 저하• 3D Filter 추가 필요• 상하 시야각 저하


3D Technology – 3D Display Type

안경 방식 공간 분할

3D Display는 3D tool에 따라 안경 유무와 분할 방식에 의해 구분됨

Patterned Retarder안경 방식 공간 분할

시간 분할• 좌우 영상을 안경을이용하여 분리

Shutter Glasses

Patterned Retarder

3D Display

시간 분할

Active Retarder

3D Display

무 안경 방식 공간 분할

Lenticular Sheet

Switchable Lens

Switchable Barrier• 좌우 영상이 해당되는눈에 도착하도록 빛의각도를 조절

시간 분할 LED Blinking

Multi Layer


y

3D display를 구현하는 다양한 방법이 있으며 용도에 따라 적절한 선택이 필요

3D Technology 특징

구분 3D 기술해상도 저하(2D 3D)

휘도1)

(2D 3D)3D C/T2)

(3D 화질) 3D 시점

3D display를 구현하는 다양한 방법이 있으며 용도에 따라 적절한 선택이 필요

안경

방식

Patterned Retarder 1/2 70 30% ◎

단일 시점

(2view)Shutter Glasses 해상도 저하 無 100 20% ○

Binocular

방식 (2view)

Active Retarder 해상도 저하 無 85 40% ○

3)Disparity

무안경

Switchable Lens 1/2 ~ 1/N 85 100% △ 단일 시점

(2view)or

다 시점

Lenticular Sheet 1/2 ~ 1/N 95 95% △

3)

4)

방식다 시점

(Multi-view)Switchable Barrier 1/2 ~ 1/N 75 20% ○

LED blinking 해상도 저하 無 20 20% ○단일 시점

5)

단일 시점

(2view)Volumetric Multi-Layer 해상도 저하 無 10% 10% ◎

1) 기존 base LCM 대비 3D tool 추가에 따른 휘도 수준을 명시함.) / 에서의 / 정의 및 측정법 화 작업 진행 中


2) C/T: Cross-talk. 3D에서의 C/T 정의 및 측정법 표준화 작업 진행 中.3) 2view~Nview에 따른 해상도4) Lenticular (Lens) 방식은 2D, 3D 해상도 모두 감소함5) LED blinking의 경우 LED 구동 시간의 제약이 있으므로 일반 모델과 동일한 LED수와 효율을 감안하면 휘도 저하가 상당히 큼.

3D Technology – 3D Display Type

3D types

Stereoscopic Display (Goggle type)Stereoscopic Display (Goggle type)Stereoscopic Display (Goggle type)Stereoscopic Display (Goggle type)

Glasses provides different left/right images into each eye

(Polarized Glasses type, Shutter Glasses type)

Over120°

Pros : Wider Viewing Angle, simultaneous Multi-viewers

2D/3D Switchable Display

Cons : Wearing Glasses

Application : Large-size TV, Projector (Home/ Cinema use) Multi-viewers

AutoAuto--stereoscopic Display (Nonstereoscopic Display (Non--goggle type)goggle type)

Application Large size TV, Projector (Home/ Cinema use) Multi-viewers

about 15°

Spatial separation of left/right images using optical device

(Lenticular type, Time sharing type, LC* Barrier type)

Pros : no need of Glasses

STEREOCons : Limit to the viewing angle, distance and the number of

audiences, Hard to make 2D & 3D Switchable Display

Application. : Mobile devices, Monitors in ad use


3D Technology – Glasses Type

Patterned Retarder (Passive 방식)

- Interlace Retarder Stripe와 편광안경으로 Left / Right Image 분리Interlace Retarder Stripe와 편광안경으로 Left / Right Image 분리

• 눈의 피로감이 적고,

안경 값이 비교적 저렴

• 3D 해상도 상하 1/2


3D Technology – Glasses Type

Shutter Glasses (Active 방식)

- TV와 안경간에 Sync 를 맞춰 안경 좌우의 LCD에 Left / Right Image를 표시TV와 안경간에 Sync.를 맞춰 안경 좌우의 LCD에 Left / Right Image를 표시

• Full HD Resolution 가능

• 2D 휘도 저하 없음

• Flicker 현상 발생


3D Technology – Glasses free Type

렌티큘러 렌즈 방식

- 디스플레이의 렌티큘러 렌즈를 통한 빛의 굴절 이용

• 2D/3D 전환 불가능

• 3D 해상도 수평 1/2

• 렌즈부착 기술이 필요함

• 대형화에 어렵고 콘텐츠

제작비용이 비쌈

렌즈부착 기술이 필요함

제작비용이 비쌈


3D Technology – Glasses free Type

시차 장벽 방식

- 수직 장벽에 의한 좌우 영상 분리


• 2D/3D 전환 가능


• 소형 디스플레이에 적용 가능

• 시야각이 불리하고 콘텐츠

제작비용이 비쌈제작비용이 비쌈


고속응답을고속응답을 위한위한 120Hz 240Hz120Hz 240Hz 배속구동배속구동 기술기술

3D Technology – 고속 LDI 기술

고속응답을고속응답을 위한위한 120Hz, 240Hz 120Hz, 240Hz 배속구동배속구동 기술기술

필름영상의 60Hz 재생방법과 120Hz 재생방법

* 60Hz, 120Hz, 240Hz의 스캔방식

60Hz 스캔 1초간의 화면구성을 위해 60장의 영상이 필요



DDisplay isplay DDevice evice LLabab 26 / 31끌림현상 등이 감소된 120Hz 스캔

3D Technology – 고속 LDI 기술

LCD TVLCD TV의의 240Hz 240Hz 영상영상 구현구현 방법방법

방송 소스 TV 시스템 영상 표현방송 소스 TV 시스템 영상 표현

+MEMC 백라이트 스캐닝+60Hz -> 120Hz 120Hz -> 240Hz

가상화면으로 영상을 부드럽게, 백라이트 스캐닝으로 잔상을 말끔하게 함

MEMC60Hz -> 240Hz

단순 가상화면 복사로 잔상이 남는 아직은 부족한 기술

• 백라이트 스캐닝(backlight Scanning) : LG방식- 120Hz로 생성된 가상 화면에 백라이트를 조절하여 잔상의 원인을 완벽히 제거

• MEMC (Motion Estimation Motion Compensation) : 삼성방식- 기존 영상과 다음 영상 사이에 가상의 화면을 예측하여 삽입하는 기술


3D Technology – 영상 알고리즘

Color Temperature Control for 3D DISPLAYColor Temperature Control for 3D DISPLAY

3D DISPLAY에서 사용자가 좀 더 좋은 색감과 좋은 화질(감성색상)을 얻기 위한 색상 개선 알• 3D DISPLAY에서 사용자가 좀 더 좋은 색감과 좋은 화질(감성색상)을 얻기 위한 색상 개선 알

고리즘 사용

• 3D DISPLAY에 사용자가 원하는 색조를 반영함으로써 영상에서의 색조 변환 => 색 온도라는

매개변수를 사용

• 영상의 색 온도 조절(3000K~ 11000K 이상)을 통해 다양한 색조를 가진 3D영상 연출이 가능

Original Image (5802 K) Converted Image (3000 K) Converted Image (9500 K)



Color Adjustment on CIE1976 Color Adjustment on CIE1976 u’v’u’v’ for 3D DISPLAYfor 3D DISPLAY

• 3D DISPLAY의 밝기 조건 / 사용자의 시청 환경에 따라 적응적인 밝기 및 색상 개선을 통해 화질 개

선을 수행 (확장 / 축소 / 적응적 모드)

• 3D DISPLAY 영상의 감성화질 개선을 위해 UCS (Uniform Chromaticity Scale) 좌표인 CIE 1976 u’v’색도 좌표를 통한 화질 개선 알고리즘 사용색도 좌표를 통한 화질 개선 알고리즘 사용

(c) 축소 모드(b) 확장 모드(a) 입력 영상 (d) 적응적 모드


CIE 1976 u’v’ color space

( )(b) 확장(a) 입력 영상 ( )

환경 조건에 따른 적응적 개선 결과


얼굴 인식에 대한 알고리즘 종류

분류 저자 알고리즘 장점 단점

특징

기반

얼

Graf 흑백영상의 명암 향상 후 임계값으로 특징을 분류얼굴의 특징을 명암값으로 간단하게 분류

조명의 영향을 많이 받음

CIE Lab 칼라 공간상의 피부색을 기반으로 얼굴 영 칼라 정보를 이용하여 분 조명 빛의 스펙트럼에 영얼굴

검출

방식

CaiCIE Lab 칼라 공간상의 피부색을 기반으로 얼굴 영역 검출

칼라 정보를 이용하여 분별력을 높임

조명 빛의 스펙트럼에 영향을 많이 받음

Craw얼굴의 특징들을 사전에 템플릿으로 정의하고 유사도 계산

구현이 용이 하며 빠른검출 가능

크기, 회전, 포즈의 변화를다루지 못함

영상

Sung and Poggio

고차원 공간상의 점들로 표현되는 학습 영상의 분포를 기반으로 얼굴과 배경 구분

각 클래스의 대표적 데이터 확보시 고성능 보장가능

배경을 대표하는 샘플 획득이 어려움

영상

기반

얼굴

검출

방식

Rowley다중 네트워크와 멀티스케일 기반의 방식으로 검출결과 중첩의 문제를 중재자의 도입으로 해결

복잡한 얼굴 패턴 모델링을 위한 시스템 학습에적합

연산이 많이 속도가 느림

방식

Viola and Jones

Adaboost 기반의 학습과 Cascade 구조의 적용으로효율적인 분류기 구성실시간 얼굴검출 가능전체 데이터의 재학습 요구

실시간 얼굴검출 가능전체 데이터의 재학습 요구


Summary

Cinema systems are well developed.y p

TVs are coming, but eyewear basedg, y

Passive eyewear solutions preferredy p

; puts cost onto the display

The future will be glasses free .

; Auto-stereo


realiationofthe3ddisplayrealization of the 3d...

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