KR100477462B1

KR100477462B1 - 평판 디스플레이

Info

Publication number: KR100477462B1
Application number: KR10-1999-7002891A
Authority: KR
Inventors: 아드리안로버트레히트레비스
Original assignee: 캠브리지 플랫 프로젝션 디스플레이스 리미티드
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 2005-03-23
Also published as: JP2001502131A; DE69712902T2; DE69712902D1; KR20000048878A; AU4564497A; JP4249264B2; US6300986B1; GB9620486D0; EP0929978A1; WO1998015128A1; EP0929978B1

Abstract

본 발명에 따른 2차 또는 3차원의 비디오 평판 디스플레이장치는 선택가능한 라인에서 평면으로부터 빛을 방출하는 평면 액정스크린을 갖는다. 1차 또는, 3차원의 디스플레이의 경우에는, 여러개의 비디오 프로젝터가 가장자리로부터 평면으로 선형의 영상을 투사한다. 적절한 영상을 가진 라인을 주소화하므로써 스크린상에 스캐닝된 것 처럼 완전한 영상이 스크린상에 나타난다. 3차원 영상을 스크린화하기 위해 비디오 프로젝터는 약간씩 다른 각에서 보여지는 바대로 영상을 각각 투사하며, 조합되어 한줄 높은(one line high) 3차원 영상을 만드는 3차원 디스플레이를 구성한다.

Description

평판 디스플레이{Flat-panel display}

본 발명은 디스플레이, 특히 3차원 영상의 비디오 평판 디스플레이 장치 (flat-panel display)에 관한 것이다.

비디오 디스플레이는 보통 텔레비젼 또는 컴퓨터 모니터에서 사용되기 위한 2차원의 동영상을 제공한다. 그러한 디스플레이에 3차원 영상을 나타내는 것이 가능해지고 있으며 또한 여러 가지 다양한 디자인이 제안되어 왔다.

홀로그램이 3차원 영상을 나타낼 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 홀로그램은 고분해능의 액정 디스플레이를 통하여 나타낼 수 있으며, 그러한 디스플레이는 비디오 3차원 영상을 나타낼 수 있다. 그러나 5 마이크로미터보다 작은 넓이의 픽셀 (pixel)을 갖는 액정 디스플레이를 만드는 것은 어렵고, 그러한 디스플레이로 생산된 홀로그램은 시야가 좁다.

2차원 스크린을 래스터-스캔 (raster-scan)하여 비디오 2차원 영상을 디스플레이할 수 있는 것과 마찬가지로, 3차원 볼륨 (volume)을 래스터-스캔하여 3차원 영상을 디스플레이할 수 있다. 이것을 수행하는 한 가지 길은, 한 쌍의 레이저 빔으로 대량의 적당한 물질을 스캔 (scan)하는 것이다. 그 물질이 레이저 빔 둘 다를 투과시킨다면, 그리고 레이저 빔이 서로 만나는 어느 한 지점에서 그 물질이 빛을 방출한다면, 그 때는 레이저 빔이 서로 만나는 지점이 전체 볼륨을 훑을 (sweep out) 수 있도록 해서 결국 3차원 영상을 나타내게 할 수 있다. 이러한 디스플레이가 지니는 문제점은, 그들이 만드는 영상이 부득이하게 투명하다는 것이다. 즉, 뒷부분의 영상으로부터 나오는 빛을 막을 수 있는 볼륨 앞부분의 영상에 대하여 준비된 것이 없다.

더 일반적인 기술로서 보통의 비디오 디스클레이가 3차원 물체의 왼쪽과 오른쪽 모습을 번갈아 가며 스크린상에 나타내는 것이 있는데, 시청자는 안경을 쓰며, 그 안경은 한 쌍의 영상 중 하나를 각각의 눈에 보이도록 한다. 만약 깜박거림을 인지할 수 없을 정도로 이것이 빠르게 시행되기만 한다면, 시청자는 깊이를 느낄 수 있는 스테레오 영상을 보게 된다.

그러나 안경은 잃어버릴 수 있다. 또 다른 시스템으로서 2차원 디스플레이 위로 한 줄의 렌즈렛 (lenslets)을 놓고 각각의 렌즈렛 아래로 두 개의 픽셀을 제공하는 것이 있다. 시청자가 제대로 된 위치에 있기만 한다면, 각각의 렌즈렛 아래에 있는 픽셀 중 하나는 시청자의 오른쪽 눈으로 영상화되고 다른 하나는 시청자의 왼쪽 눈으로 영상화되도록 조정될 수 있다. 그렇게 되면 시청자는 안경을 쓰지 않고도 스트레오 영상을 보게 된다.

이러한 식으로 두 시야 (view) 만을 스크린상에 나타내는데 있어 단점은, 시청자가 그 머리를 올바른 방향으로만 고정시키고 있어야 한다는 것이다. 만약 각각의 렌즈렛 아래에 두 개 이상의 픽셀이 제공되면, 3차원 영상의 몇 가지 시야 (view)를 스크린상에 나태낼 수 있게 된다. 이것에는 두 가지 장점이 있는데, 시청자가 스트레오 영상을 볼 수 있는 위치가 더 넓어지며, 시청자가 여러 다양한 각도에서 3차원 영상을 볼 수 있다.

렌즈렛 시스템이 작동하는 경우에 2차원 디스플레이는 고분해능을 가져야 하며, 이것 때문에 디스플레이를 제조하는 것이 어려워진다. 또 다른 접근 방식으로는, 후위투영 (rear-projection) 2차원 디스플레이를 장착하는 것으로, 이 후위투영 2차원 디스플레이는 보통 비디오 프로젝터 (projector)와 반투명 스크린으로 구성되어 있다. 그러한 디스플레이에서 반투명 스크린이 렌즈로 교체되면, 비디오 프로젝터에서 나오는 빛이 종전과 마찬가지로 렌즈의 평면에 놓이게 되는 비디오 이미지를 형성하고, 그 렌즈를 통과한 후에는 그 빛이 공간 상 어느 한 지점의 영역으로 수렴하게 되는데, 이 영역이 사실상 비디오 프로젝터의 이미지이다. 만약 시청자가 한쪽 눈을 이 영역에 두게 되면, 그는 2차원 영상을 볼 수 있는데, 오직 그 한쪽 눈만 볼 수 있다. 또 다른 비디오 프로젝터를 처음 것 부근에 두고, 시청자의 또 다른 눈에 장면 (view)이 나타나게 할 수 있으며, 사실상 더 많은 프로젝터를 더하여서 시청자의 머리가 빗겨나는 근처의 위치에 장면이 나타나도록 할 수 있다. 그러한 시스템은 도 1에 나와 있다. 이 시스템은 보통의 분해능을 갖는 프로젝터로부터 조립될 수 있으나, 그 프로젝터들은 매우 정확하게 위치시켜야 하며, 각각의 렌즈의 구경 조리개가 이웃하는 렌즈의 조리개와 맞닿도록 프로젝터의 렌즈를 디자인하여야 한다.

또 다른 접근으로는 하나의 비디오 프로젝터와 렌즈를 사용하는 것이 있는데, 단 도 2에 나와 있듯이 비디오 프로젝터 렌즈의 앞에 다요소 (multi-element) 셔터를 놓아야 한다. 종전과 마찬가지로 비디오 프로젝터에서 나오는 빛은 렌즈 상에 비디오 영상을 형성하고 그리고 나서 그 렌즈에 의해 어느 영역으로 초점이 맞추어지는데, 그 영역은 이제 앞부분에 셔터를 갖는 비디오 프로젝터의 영상으로 이루어져 있다. 초점거리가 다른 렌즈를 선택하여, 셔터 각각의 요소가 한쪽 눈에 적합한 크기로 영상화될 때까지 그 영역을 확대할 수 있으며, 그렇게 해서 셔터 하나만 열려 있고 나머지는 닫혀 있을 때 렌즈 상의 이미지는 한쪽 눈에만 보이게 된다. 3차원 영상의 장면은 비디오 프로젝터 상에 그리고 각각의 장면에 대해서 열리고 닫히는 셔터의 서로 다른 요소들 상에 하나씩 하나씩 차례로, 그 연속장면이 빠르게 반복되도록 스크린상에 나태날 수 있으며, 시청자는 3차원 영상을 보게 된다. 이 시스템의 문제점은 빛을 낭비하고 부피가 크다는 것이다.

그러나 또 다른 접근 (도 3)은 어느 한 순간에 한 장소에서만 보이도록 비춰지는 액정 디스플레이를 사용하는 것이다. 3차원 영상의 장면은 액정 디스플레이 상에 하나씩 하나씩 나타낼 수 있으며, 각각의 장면에 대하여 전환되는 조명 (illumination)의 방향은, 각각의 장면이 다른 장소에서 보일 수 있도록 스크린상에 나나낸다. 각각의 장면이 깜박거리는 것을 감지할 수 없을 정도로 빠르게 이것이 반복된다면, 시청자는 렌즈렛 시스템으로 볼 때 만큼의 3차원 영상을 보게 된다. 이러한 유형의 디스플레이는 본 발명자의 선행 특허 GBB-2206763 에 나와 있다. 이러한 식으로 액정 디스플레이의 조명 방향을 전환시키는 것은, 곧 광학기구를 정확히 일치시킬 필요가 없으며 액정 디스플레이가 고분해능을 가질 필요도 없다는 것을 의미한다. 조명이 전환되도록 하는 설계는, 프레임 속도가 빠른 액정 디스플레이를 필요로 하며, 그러한 디스플레이는 설명되어 왔다. 그러나 가장 최신의 액정 디스플레이처럼 트랜지스터의 매트릭스는 프레임 속도가 빠른 디스플레이를 해야 하며, 그러한 디스플레이의 작은 것을 만드는 데조차 비싼 돈이 든다.

액정 디스플레이만이, 만드는데 돈이 많이 드는 평판 디스플레이인 것은 아니다. 대부분의 평판 디스플레이는 각각 개별적으로 조정되는 픽셀의 매트릭스로 되어 있으며, 이러한 것이 거의 백만개나 존재하기 때문에 실패하지 않도록 하려면 상당한 주의를 기울여야 한다. 반대로 음극선관 (cathode ray tube)의 스크린은 균일한 물질 층이며, 그것은 세부적인 것이나 구조를 가지지 않기 때문에 거의 실패하는 일이 없으며 따라서 음극선관은 만들기가 더 쉽다. 음극선관의 스크린이 복잡한 구조를 가지지 않는 것은, 바로 영상이 래스터-스캔에 의해 이루어지기 때문이며, 평판 디스플레이는 빔을 스캔하기 위하여 어는 정도의 깊이를 가져야 하기 때문에 평판 디스플레이는 래스터-스캔할 수 없다고 여겨져 온 것 같다.

그러나 음극선관을 한 줄의 픽셀로 이루어진 비디오 영상을 나타내기 위하여 디자인한다면, 그것은 반드시 플랫해야 한다. 사실 한 줄의 픽셀을 나타내기 위해 디자인된 비디오 시스템의 어느 것도 플랫하게 만들 수 있다. 그러한 플랫한 시스템을 가지고 모든 광학 성분들은 대개 슬래브 도파관 (slab waveguide)의 핵 (core) 안으로 제한될 수 있으며, 비록 그 시스템이 길거나 넓다 할지라도 간단히 거울을 사용해서 광학 기구 배치를 포개어서 플랫 스크린 뒤로 꾸려 넣을 수 있다. 필요한 것은 다만 잃어버린 크기 (dimension)을 되찾기 위해서 디스플레이의 높이를 확장시키기 위한 장치는 광학 시스템의 끝에 두는 것이다.

여기서 특히 흥미로운 것은 비디오 프로젝터와 3차원 디스플레이이다. 비디오 프로젝터는 공간 상의 한 지점에 비디오 영상을 형성하도록 초점이 맞추어지는 빛을 투영시키는 장치이며, 원 라인 (one-line) 비디오 프로젝터는 본 발명에 정의된 목적을 위한, 한 줄의 픽셀로 이루어진 비디오 영상을 나타내는 비디오 프로젝터이다. 상술한 바와 유사하게 3차원 디스플레이는 비디오 3차원 영상을 나태낼 수 있는 장치이며, 원 라인 (one-line) 3차원 디스플레이는 본 발명에 정의된 목적을 위한, 한 줄 높은 (single line high) 영상을 나타내는 3차원 디스플레이이다.

본 발명의 실시예에 대한 더 나은 이해는 다음의 도면과 관련된 실험예의 방법에 의해 설명될 것이다.

도 1 은 렌즈와 몇가지 비디오 프로젝터로부터 3차원 디스플레이를 만드는 선행 방법을 나타낸 것이고,

도 2 는 렌즈, 고속 프레임 비디오 프로젝터 및 액정 셔터로부터 3차원 디스플레이를 만드는 선행 방법을 나타낸 것이고,

도 3 은 렌즈, 고속 프레임 액정 디스플레이 및 빛의 근원인 주사점(走査点)으로부터 3차원 디스플레이를 만드는 선행 방법을 나타낸 것이고,

도 4 는 본 발명의 실시예 1에서 설명한 2차원 영상의 평판 디스플레이를 나타낸 것이며,

도 5 는 도 4의 평면 디스플레이에서 사용되는 액정 패널을 클로즈-업하여 나타낸 것이고,

도 6 은 실시예 2에서 설명한 3차원 영상의 평면 디스플레이를 나타낸 것이고,

도 7 은 도 6의 평면 디스플레이에서 사용된 몇가지의 원-라인 비디오 프로젝터의 구성을 나타낸 것이고,

도 8 은 다양한 시각적 경로 범위를 생성하는 방법을 나타낸 것이고,

도 9 는 다양한 시각적 경로범위를 가진 3차원 영상의 평면 디스플레이로 실시예 3을 나타낸 것이고,

도 10 은 다양한 시각적 경로범위를 생성하는 또다른 방법을 나타낸 것이고,

도 11 은 두 광선의 교차점을 스캔함으로써 2차원 영상가 생성되는 평면 디스플레이 형태의 실시예 4를 나타낸 것이고,

도 12 및 도 13 은 2차원 영상가 순회파 (travelling wave)를 원-라인 비디오 프로젝터로 스캐닝하는 평면 디스플레이로 실시예 5, 6을 나타낸 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 원-라인 비디오 프로젝터 2 : 패널

3 : 라인 선택수단 4 : 액정층

5 : 슬래브 6 : 조정층

7 : 도체층 8 : 반사수단

9 : 렌즈 10 : 반투명 스크린

11 : 3차원 디스플레이 12 : 레이저

13 : 칼라 결합기 14 : 원통형 확대렌즈

15 : 원통형 렌즐렛 16 : 칼라 분산기

17 : 원통형 집광렌즈 18 : 액정 디스플레이

19 : 칼라 결합기 20 : 원통형 프로젝션 렌즈

20a : 인접렌즈 21 : 광통로 매체

22 : 재귀반사장치 23 : 편광 빛 분산기

24 : 파장 플레이트 25 : 액정 패널

26 : 라인 선택수단 27 : 재귀반사장치

28 : 도파관 30 : 프리즘

31 : 아크램프 33 : 빛 조정기

35 : 원통형 렌즈 37 : 광학렌즈

43 : 변환기 45 : 댐퍼

본 발명에 따라 제공되는 평판 디스플레이 장치는, 광선의 세기와 방향 및 광선에 불투명하지 않은 플랫 레이어 (plat layer) 또는 패널 (panel)을 조절하기 위한 수단과, 이 조절 수단은 광선이 패널의 측면방향으로 되도록 배치되도록 하고는, 광선이 패널의 선택된 영역에서 만나는 지점으로 빛이 방출되도록 하며, 그 영역을 선택하기 위한 수단으로 이루어진다.

본 발명은, CRT 스크린과 같은 방식으로, 단순히 한 줄 한 줄씩 스캔되는 2-D 디스플레이를 만드는 데 사용될 수 있으며, 각 라인은 각 영역으로 구성되고 바람직하게 하나의 라인을 조절하는 수단의 조절에 의해 생산된다. 여기서 선택된 영역은 단지 빛을 산란시키기만 하면 된다.

본 발명은 빛이 방출되는 평면상의 위치 뿐만아니라 그 방향도 중요한 3-D 디스플레이에 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 조절수단은 몇가지의 조절 장치들로 구성될 수 있는데, 각각의 조절장치는 단일라인 성분을 순간적으로 다중화하여 2차원 영상을 생성할 수 있으며, 각각의 조절장치는 패널에 이 영상를 약간 다른 각도로 각각 주입시킨다. 만일 패널로부터의 방사각이 입사각과 어느정도 일치한다면, 그 각도로부터의 뷰와 상응하여 투사되는 서로 다른 뷰 (views)가 만들어 질 수 있으며, 결국 3-D 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 4 에서와 같이, 디스플레이 장치는 디스플레이 패널(18) 및 프로젝션 렌즈(20)를 포함하는 원-라인 비디오 프로젝터(1)와 비디오 프로젝터(1)로 동시에 들어오는 다중화된 라인들을 디스플레이 할 수 있는 다중화된 패널(2) 위의 다중화된 평행한 라인들 중 하나를 선택하기 위한 수단(3)으로 구성된다. 패널(2)은 접근하는 빔에 대하여 수직으로 라인상에 주소가 지정될 수 있는 액정 패널로 만들 수 있다.

영상은 패널상에 한라인씩 그려지는데, 액정 패널(2)의 한 라인을 한번에 선택하고 1차원 비디오 프로젝터(1)로부터 적당한 빛의 패턴으로 선택된 라인을 비춤으로써 그려진다.

도 5에서 보는 바와 같이, 액정 패널(2)은 상부와 하부의 유리 플레이트 (5) 사이의 액정층(4)으로 이루어 진다. 그것은 디스플레이로서가 아니라 하부 유리 슬래브(5b)의 한쪽 면의 액정(4) 및 다른쪽 면의 공기와 더불어 슬래브 도파관 (slab waveguide)으로서 작용한다. 1차원 비디오 프로젝터(1)로부터의 빛은 액정 패널(2)의 한쪽 모서리, 즉 하부 슬래브(5)로 비추어 지며, 패널 위의 라인 중 하나가 선택 수단(3)에 의해 빛과 교차될 때, 상부 면으로부터 방출된다.

여기서 액정은 강유전성 (ferro-electric)이다. 예를들면, 유리(5)의 두 슬래브들 사이에 관습적인 방법으로 감싸진다. 빛(L)이 슬래브(5)로 주사되는 각도와 하부 슬래브(5) 및 액정층(4)의 굴절 지수는 액체층(4)이 전체의 내부 반사에 의해 빛을 반사하는 상태와 시청자를 향하는 슬래브(5)을 통하여 새어나가는 빛의 비율에 의해서 선택된다.

액정층(4)과 슬래브(5) 사이의 각 접촉면에는 조정 (aligment)층(6)과 투명한 도체층(7)이 있다. 본 발명에서 투명한 도체층(7)은 패턴화되고 액정층(4)의 측면선이 들어오는 광선에 수직이 되도록 전기적으로 조절되며, 교환될 수도 있다.

이러한 라인들은 통상 수평으로 시청자에게 나타난다. 또한, 반사수단(8)이 하부의 투명한 전도체(7)의 인접선 사이의 공간으로부터 빛이 영구히 반사하기 위하여 더 제공되어야 한다. 비록 상부 도체가 하부 전극 라인의 그룹을 각각 주소화할 수 있는 지역으로 나누어 지도록 하는 다중화 설계에 의해 주소화가 필요한 라인의 수를 줄일 수 있다고 할지라도, 상부 도체(7)는 지속적이다.

액정 패널(2)의 사용에 있어서, 각 라인이 요구되는 영상에 상응하는 일련의 1차원 점들이 프로젝터(1)에 의해 생산되는 동안 라인별로 주소화된다. 따라서, 변조된 프로젝터로부터의 빛은 도 4에 폴이 넓은 화살표로 표시한 바와 같이, 현재 주소화된 열에 도달될때까지 슬래브을 통과하며, 그 뒤에 새어나간다. 이는 조절 라인으로서 시청자에게 나타난다. 액정 패널의 평면 표면을 스캐닝함으로써, 그 다음 프래임의 시작을 끝으로 2차원 영상이 생성된다.

이러한 디스플레이의 바람직하지 않은 면은 만일 영상의 심각한 키-스톤 (key-stone) 일그러짐이 없다면, 원-라인 비디오 프로젝터(1)가 스크린으로부터 멀리 있어야하는 것이다. 이것은 액체-클리스탈 패널에 인접한 렌즈(9)를 배치하고 비디오 프로젝터(1)에 렌즈(9)의 초점면을 놓음으로써 해결될 수 있다 (도 6과 비교). 도 4의 디스플레이의 또다른 특징은 빛이 단지 한 각도로 새어나가기 영상이 좁은 시야를 차지한다는 것이다. 그러나, 시야는 단지 반투명 스크린(10)을 시청자와 패널(2) 사이에 그리고 패널(2)에 인접하게 위치시킴으로써 증가될 수 있다.

좁은 시야는 3차원 디스플레이를 생산하기 위한 장점으로 전환될 수 있다. 다음으로, 본 발명의 또다른 실시예인 3차원 영상을 스크리닝 할 수 있는 평면 디스플레이 장치를 설명한다. 도 6 및 도 7 에서, 디스플레이 장치는 원-라인 3차원 디스플레이(11), 액정 패널(2) 및 액정 패널 상의 라인을 선택하기 위한 선택수단(3)으로 구성된다. 일반적으로, 유사한 부분들은 동일한 참고 숫자로 표시된다.

원-라인 3차원 디스플레이(11)는, 특히 그림 6에서 보여지는데, 렌즈(9)와 그 렌즈(9)에 표적면이 놓인 몇몇의 원-라인 비디오 프로젝터(1)로 구성되어 있다. 프로젝터들의 수는 응용에 의존적이다; 이상적으로는 1°의 분해능과 충분히 넓은 시야를 위해 80 개의 프로젝터가 필요하다. 도 7에서 보는 바와 같이, 원-라인 비디오 프로젝터(1)의 배열은 빨강, 녹색, 파랑 레이저(12), 칼라 결합기(13), 원통형 렌즈렛의 배열(15), 칼라 분산기(16), 원통형 집광렌즈(17), 각각의 프로젝터(1)에 대한 하나의 액정 디스플레이(18), 칼라 결합기(19) 및 각각의 프로젝터(1)에 대한 직사각형의 원통형 프로젝션 렌즈(20)로 구성되는 조합에 의해 형성된다. 원-라인 비디오 프로젝터(1)는 각각의 원통형 투사형 렌즈(20)의 구경의 모서리가 인접한 렌즈(20a)의 구경의 모서리와 일치되도록 배열된다. 또한, 도 6 은 정확한 각도 (near-TIR-maximum)로 빛이 슬래브로 향하게 하기 위해 사용되는 1차원의 프리즘(31)을 보여준다.

사용시, 레이저(12)로부터의 빛은 칼라 결합기(13)에 의해 단일 빔으로 결합되고, 원통형 확대 렌즈(14)에 의해 디스플레이의 면에 확대된다. 원통형 렌즐렛(15)의 배열은 디스플레이의 면에 반투명한, 그러나 면에 대해서는 투명한 직각의 스크린과 동일하게 작동하며, 빛은 면내로 분산된다. 그 다음, 빛은 칼라 분산기(16)에 의해 3가지 색으로 나누어져 분산되며, 각각의 액정 디스플레이(18) 위의 원통형의 집광레즈를 통과한다. 디스플레이(18)는 칼라 결합기(19)에 3가지 칼라를 집광하는 원통형 집광렌즈(17)를 통과한 빛을 반사하는 거울면을 포함하며, 이는 원통형 프로젝션 렌즈(20) 내에 결합되어 있다.

각각의 액정 디스플레이 요소(18)는 컬럼을 형성하고 있는 많은 픽셀과 디스플레이의 면을 가로지르는 픽셀들의 수에 따른 컬럼으로 이루어진다. 각각의 디스플레이 요소(18)에 대한 디스플레이는 특수각으로부터의 시청자 또는 시청자의 원-라인 샘플에 따른다. 상응하는 렌즈(20)는 조정 렌즈(9)를 향하여 디스플레이 요소(18)로부터 반사되는 빛을 확산시키며, 이는 시스템의 축에 대한 각도에 따라 패널안으로 빔을 향한다. 주어진 시간내에 활성화되는 2-D 도파관(28)과 관련된 라인은 입사각에 따른 각도로 각각의 액정 요소(18)로부터 입력된다. 따라서, 패널(2)이 다른 뷰로 관찰되고, 패널을 가로지르는 각도, 즉 시스템의 축에 수직인 각도로 패널면에 보여진다.

일반적으로 3차원(3-D) 디스플레이는 상하가 아닌 뷰(view)를 가로지르는 3차원 효과가 요구된다. 빛을 상하로 뿌려주는 도 4의 스크린에 뷰어의 높이에 상관없이 상을 맺힐 수 있도록 하는 디퓨저 스크린(diffuser screen,10)을 도입하면 스크린이 패널을 가로지르는 애지머스(azimuth)의 각(angel)을 보존하지 않아 이러한 3차원 효과를 달성할 수 있다. 이러한 효과를 위하여 스크린(10)은 원통형 렌즈렛을 보여주며, 실제의 렌즈렛면은 패널(2)에 인접하는 아래면이다..

이 시스템에서, 원-라인 비디오 프로젝터(1)의 모든 픽셀을 와이어 접합시키려면 와이어 컨넥터의 수가 매우 많이 필요하다. 비디오 프로젝터(1)는 각각의 단선에 액정 디스플레이(18) 대신, 뒷면에 디지털 실리콘 변환기(digital silicon transistors)가 있는 액정 디스플레이 배열로 구성되며 따라서 적은 수의 와이어로 많은 액정 픽셀을 접합시켜 디지털 시그널을 다중 송신 할 수 있다. 액정 디스플레이(18)의 각 칼럼은 이론상으로 3곳으로 분리되며 - 각 색에 하나의 칼럼- 회색 비율의 경우는 각 칼럼의 투명한 지역(transparent area)의 크기를 변경함에 따라 만들어질 수 있다.

렌즈와 비디오 프로젝터를 포함하는 전통적인 3차원 디스플레이에서는, 각 프로젝션 렌즈의 구경 끝점을 인접 렌즈의 구경과 일치시키는 것은 어려운 일이다. 이는 3차원 영상의 질이 좋으려면 렌즈가 낮은 F 숫자(F-number)와 넓은 시야를 가져야 하기 때문이다. 이를 만족시키는 렌즈(20)는 포토레지스트 층을 저-굴절-지수(low-refractive-index) 유리판의 슬래브 상에 놓아 전개 시킨후 식각(etch)하여 드러난 지역은 굴절 지수가 다른 물질로 채워서 만든다. 굴절 지수가 낮은 유리를 가지는 두 번째 슬래브는 위에 놓여지며 그 결과 광학 요소를 핵심(core)으로 포함하는 슬래브 도파관(slab waveguide)이 만들어진다. 상기한 광학 요소는 싼 가격으로도 영상 상이 좋은 일련의 비구면(aspheric) 프로파일, 또는 2차원 홀로그램 일 수 있다.

상기한 3차원 디스플레이가 갖는 문제는 각각의 비디오 프로젝터(1)의 영상가 액정 패널(2)의 오직 한 라인에 정확하게 일치되는 단일 초점 라인을 가지고 있어야 한다는 것이다. 이는 영상에 편차(anomalies)를 야기시키고 따라서 패널(2)의 각 라인에 비디오 프로젝터(1)의 초점을 다시 맞추어 영상가 명확히 되도록 해야 하는 문제점이 있다.

도 8과 도 9에 상세하게 나타낸 본 발명에 따른 또다른 실시예는 상기한 편차가 없는 3차원 영상를 스크린 하기 위해서 평판(flat-panel)을 사용하고 있다. 이 디스플레이는 원-라인 3차원 디스플레이(11), 다양한 길이의 광통로(optical path)를 위한 매체(21), 첫번째 1차원 재귀반사 장치(retroreflector,22),액정 패널(2) 및 액정 패널(2)로부터 라인을 선택하는 선택 수단(3)으로 구성된다.

다양한 길이의 광통로를 위한 매체(21)는 편광 빔 분리기(23),1/4 파장 플레이트(24), 첫번째 것의 아래에 위치한 두번째 액정 패널(25),두번째 액정 패널(25)에서 라인을 선택하는 선택 수단(26) 및 두번째 1차원 재귀반사 장치(27)로 구성된다.

사용시, 레이저(12)로부터 나온 빛은 요소 13,14,15,16 및 17을 통과하며 19요소를 통해서 LCD(18)에 의해 반사된다. 이 빛은 이 후 요소 20과 9를 통과하며 편광빔 분리기(23)로 들어간다. 빛은 편광 빔 분리기(23)에 의해 변환되며 1/4파장 플레이트(24)를 통해 액정 패널(25)의 한쪽 끝지점으로 들어간다. 액정 패널(25)의 유리판의 하나는 슬래브 도파관으로 작동하도록 구성되며 빛은 라인의 선택에 관계없이 슬래브 도파관으로부터 방출된다. 일차원 재귀반사 장치(27)는 빛의 전방 또는 축 방향의 경우는 액정 패널(25)의 슬래브 도파관으로 반대 경로를 따라 들어가도록 위치되며 재귀반사 장치면에 직각 방향인 빛의 성분은 간단히 반사되도록 위치지어 있다. 이후 빛은 쿼터 단일파 플레이트(24)를 반대로 통과하고 이에의해 빛의 편광이 반전된다. 이 빛은 편광 빔 분리기(23)에 의해 반사되어 1차원 재귀반사 장치(22)에 들어가며 이후 프리즘을 경유하여 슬래브으로 들어간다.

1차원 재귀반사 장치(22)는 또한 빛을 반사시켜 액정 패널(2)로 들어가도록 구성되지만 빛의 직각 방향 성분은 반사 방향으로 재귀반사 시킨다. 재귀반사 장치는 광통로의 길이(optical path length)에 상관없이 단위 배율(magnification)로 영상를 맺히게 하는 렌즈처럼 작동한다. 두번째 패널(25)의 적당한 위치 지정(addressing)에 의해 길이가 다양한 광통로(21)가 선택된 라인에서 첫번째 재귀반사 장치와의 길이와 같게되면, 이후 선택된 라인에서 비디오 프로젝터(1)의 초점이 항상 맞도록 정렬 될 수 있다.

다양한 광통로(21)의 길이를 변경시키는 다양한 도파관과 이를 통해 빛의 방향을 다시 설정하는 수단은 선택적으로 구성된다. 도 10은 둘 중의 짧은 관을 통해옵티컬 트럼펫(optical trumpet)방식으로 빛이 지나가는 두개의 도파관을 보여준다. 이후 빛은 1차원 재귀반사 장치(22)를 떠나 반사되며 선택된 라인에서 방출됨에 의해 액정 패널(2)의 몸체로 들어간다. 이러한 선택성의 장점은 동일한 액정 패널(2)을 영상을 디스플레이 하는되 이용될 수 있으며, 다양한 광통로 길이(21)를 제공하는데 이용될 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예는 레이저와 1차원 스캐너(1), 두번째 레이저와 1차원 스캐너(3), 레이저 빔들의 광강도 (intensivity)에 비례하게 두 레이저 빔이 교차하는 지점에서 빛을 방출하는 Er³⁺ 가 도핑된 CaF₂와 같은 물질의 플렛 층으로 구성된다. 2차원 영상은 픽셀별로 레이저 빔이 교차하는 지점의 래스터 스캐닝(raster scanning)과 레이저를 변조함 (modulating)에 의해 플랫 층에 그려진다.

도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는 음극선 관(cathod ray tube)과 프로젝션 렌즈(1), 한장의 반사 포일(foil,2), 포일(2)의 위치(3)에서 고립 표면파(solitary horizontal surface waves)를 만드는 변환기(transducer)로 구성된다. 변환기는 단일파를 만들며 프로젝션 렌즈는 단일파 위의 음극선관에 영상를 비추어준다. 단일파의 전방은 음극선관으로 부터 빛을 반사하여 관람자가 눈으로 볼 수 있도록 하며 따라서 관람자는 단일파 위치에서 음극선관 라인의 영상을 본다. 단일파가 스크린의 아래로 이동함에 따라 음극선관은 전체 그림이 완성될 때 까지 그림의 다음 라인을 쓴다. 이 후 새로운 단일파가 다음 프레임을 쓸 준비가 되어있는 변환기에 의해 만들어진다.

도 13은 슬래브 도파관(2)이 큰 변환 U-섹션(U-section)을 만들기 위해 도파관 자체에서 접혀진 투명면을 형성한 또다른 실시예를 보여준다. 슬래브의 면을 떠나 빛이 반사되는 대신에 TIR에 의해 슬래브에 남아있는 U-섹션의 한쪽 끝에서 빛이 공급되며 국부 표면파의 존재에 의해 슬래브으로부터 도출된다. 따라서 아크 램프(arc lamp)(또는 다른 포인트 원(point source), 31) 로 부터의 빛은 원통형 렌즈(35)에 의해 슬래브 도파관(2)로 초점이 맺히게 된다. 반면에 공간 빛 조정기(spatial light modulator,33)에 의해 빛이 전개됨에 따라 애지머스(azimuth)에서 빛은 조정(modulated)된다. 이는 도파관의 면에 일련의 이탈(diverging) 광선 - 현재 라인의 픽셀의 강도에서의 각 광선- 을 만들며 이 광선은 광학 렌즈(37)에 의해 조준되어 2a 곡선을 돌아 표면파에 의해 스캐터되어 관람자에게 보여진다.

표면파(41)은 표면파 변환기(43)에 의해 만들어지고 표면파 댐퍼(damper,45)에 의해 흡수될 때까지 슬래브 도파관으로 전파된다. 영상이 라인별로 만들어지도록 광학 시스템은 픽셀을 표면파에 위치짓는다. 단면도에서 표면파는 S 형태로 표시된다.

하기와 같이 또다른 실시예와 변형이 가능하다.

예를 들어 1차원 프로젝터 (1)은 하기와 같이 대략적인 초점면을 갖는 렌즈이다; 원-라인 음극선관, 변형이 가능한 거울(mirrors)의 라인과 같은 1차원 공간 빛 조정기(spatial light modulator) 및 레이저에 의해 스캔하는 스크린. 선(ray)은 광선, 음파 또는 표면파일 수 있다.

선의 강도와 방향을 조정하는 수단의 예는 하기와 같다: 조정기(modulator) 와 근접지역(near-field) 스캐너, 조정기와 원거리 지역(far-field) 공간 빛 조정기, 빔 확장기(beam expander), 및 공간 빛 조정기와 프로젝션 렌즈.

광선에 대해 불투명하지 않으며, 물질의 선택지역과 광선이 교차하는 지점에서 광선의 방출를 가능하게 하는 물질의 평면층의 예는 빛을 반사하는 표면파를 가진 구부릴 수 있는 거울, 곡률반경이 빛을 방출하게 하는 표면파를 가진 구부릴 수 있는 슬래브 도파관, 퍼스팩스(perspex) 또는 우레탄 고무와 같이 음향파가 빛을 방출시키는 광탄성 코어를 가진 슬래브 도파관, 2개의 레이저빔의 교차지점에서 빛을 흡수하므로써 빛을 방출하는 2개의 광자 흡수물질, 한 상태에서 가이드를 따라 빛을 반사하여 다른 상태로 빛을 보내는 액정 클래딩 층을 가진 슬랩 도파관, 렌즈렛의 축과 평행하게 시트의 평면에서 축을 회전하는 실린더형의 렌즈렛 시트이다.

원-라인 3차원 디스플레이(11)의 예는 원-라인 액정 홀로그램, 원-라인 음향광학 홀로그램, 원-라인 하이 볼륨 디스플레이, 원-라인 디스플레이와 렌즈렛 배열(array), 렌즈가 달린 원라인 액정 디스플레이 및 렌즈의 촛점평면에서 빛을 스캐닝하는 스폿 소스(spot source)이다. 홀로그램이 사용된다면, 실시예에서 도시된 렌즈는 불필요하게 된다.

다양한 길이의 광통로 예는 움직이는 거울(즉, 트롬본과 광학적으로 동일한)과 도파관의 다른 길이사이에서 빛을 전환시키는 장치(즉, 트럼펫과 광학적으로 동일한)를 포함한다.

Claims

하나 또는 그 이상의 광선의 광원(1)과 광선의 강도를 조절하기 위한 수단, 광선에 대해 불투명하지 않으며 광선이 패널의 측면으로 투입될 때 각각의 광선을 따라 일정한 위치에서 빛의 방출을 가능하게 하는 패널(2) 및 일정한 위치를 선택하기 위한 선택수단(3)으로 이루어지며;

상기 광원(1)은 디스플레이는 광선의 강도를 조절하고 패널(2)내로 투입광선을 라인별로 패널(2)내로 투입하기 위한 수단을 갖는 프로젝터를 포함하며, 상기 선택수단(3)은 프로젝터로부터의 라인을 디스플레이하기 위하여 패널상에서 동시에 한 라인을 선택하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 광선은 가시광선이며, 상기 패널의 선택된 위치에서 광선의 굴절에 의해 빛이 방출되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
제2항에 있어서, 상기 패널(2)은 반사시트와 반사시트의 일정한 위치에 선형음향파 또는 표면파를 만들기 위한 변환기(43)를 포함하며, 주어진 위치에서의 파장은 광선을 반사하게 하므로써, 그 위치에서 상기 굴절이 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
제3항에 있어서, 굴절위치를 선택하는 상기 선택수단(3)은 변환기(43)가 음향파 또는 표면파를 여자하게 하고, 광선이 방출되기 전에 필요한 위치에 도달할 때 까지 기다리게 하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
제2항에 있어서, 상기 패널(2)의 한쪽 측면상에 반사 또는 투명하게 전환이 가능한 층(layer, 4)이 있으며, 굴절된 광선이 패널로부터 방출되는 위치를 선택하기 위한 상기 선택수단(3)은 전환가능한 층(4)의 상태를 한번에 바꾸도록 조정된 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
제1항에 있어서, 상기 프로젝터는 원-라인 3차원 디스플레이를 만들기 위해 세트로 이루어지며, 각각의 프로젝터는 다른(애지머스) 각에서 보여지는 영상의 라인을 디스플레이하도록 조정되며, 상기 각각의 원라인 프로젝터의 광선들은 해당되는 애지머스각에서 패널로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
제1항 내지 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 또는 각각의 프로젝터는 패널의 가장자리에 평행한 어드레스로 불러낼 수 있는 일련의 화소(pixel)로 형성되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
하나 또는 그 이상의 광선을 갖는 광원(1)과 광선의 강도를 조절하기 위한 수단, 광선에 대해 불투명하지 않으며 광선이 패널의 측면으로 투입될 때 각각의 광선을 따라 일정한 위치에서 빛의 방출을 가능하게 하는 패널(2) 및 그러한 위치를 선택하기 위한 선택수단(3)으로 이루어지며;

상기 광원(1)은 3차원 영상을 만들기 위해 다양한 애지머스각에서 조절된 광선을 패널(2)내로 투사하기 위한 광선투사 장치로 이루어지며, 패널(2)내로 투입되는 각각의 입사각에 해당되는 애지머스각에서 선택수단(3)에 의해 선택되어 상기 광선이 패널로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
제6항 또는 제8항에 있어서, 다양한 길이의 광통로(optical path length)를 이용하는 수단을 더 포함하며, 광통로는 재귀반사귀(retro-reflector)를 포함하므로써 재귀반사기와 패널상에 있는 각각의 라인사이의 전체 광통로길이에서 재귀반사기와 광원사이의 광통로길이를 뺀 것이 대략 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
제9항에 있어서, 상기 다양한 길이의 광통로는 전체 내부 반사를 위해 투명한 층(25)을 포함하며, 광통로의 한 측면에는 반사 또는 투명으로 전환가능한 층이 있는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
하나 또는 그 이상의 광선을 갖는 광원(1); 광선의 강도를 조절하기 위한 수단; 광선에 대해 불투명하지 않으며, 광선이 패널의 측면내로 투사될 때 각각의 광선을 따라 일정한 위치에서 빛의 방출를 가능하게 하는 패널(2); 그러한 위치를 선택하기 위한 선택수단(3)으로 이루어지며,

상기 패널(2)은 반사시트와 반사시트의 일정한 위치에 선형 음향파 또는 표면파를 만들기 위한 변환기(43)를 포함하며, 주어진 위치에서 발생되는 파는 광선을 반사시킴으로써 상기 위치를 선택하게 하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
영상의 연속적인 라인을 구성하는 빛이 조절 가능한 물질로 만들어진 평면 층(2)을 포함하는 패널의 측면으로 투사하는 단계와, 영상을 만들기 위해 상기 조절 가능한 물질은 동시에 라인으로 어드레스되어 라인을 조절하고, 평면층(2)의 평면위로 빛을 방출하게 하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 영상을 디스플레이하는 방법.