KR100893818B1 - 디스플레이 장치 및 액정 디스플레이 패널 - Google Patents

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Abstract

공간적 광 변조에 의해 이미지를 디스플레이하기 위한 액정 디스플레이 패널 및, 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 넓은 범위의 시야각들로부터 식별될 수 있게 하는 제 1 모드의 제 1 구성을 갖는 것과 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 사실상 좁은 범위의 시야각들내에서만 식별될 수 있게 하는 제 2 모드의 제 2 구성을 갖는 것 사이에서 패널의 액정을 스위칭하기 위한 회로를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다. 공개와 비밀 시야 모드들 사이에서의 이런 패널내 스위칭을 실현하기 위한 디스플레이 패널의 몇가지 유형들이 개시되어 있다.
Figure R1020080011960
디스플레이 장치, 액정 패널, 공간적 광 변조, 넓은 시야 모드, 좁은 시야 모드, 스위칭, 공개 시야 모드, 비밀 시야 모드, 혼동 패턴, 온-축, 오프-축

Description

디스플레이 장치 및 액정 디스플레이 패널 {DISPLAY DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL}
본 발명은 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치에 사용하기 위한 액정 디스플레이 패널에 관한 것이다.
컴퓨터들과 함께 사용되는 모니터들 및 전화기들과 휴대용 정보 장치들에 내장된 스크린들과 같은, 전자 디스플레이 장치들은 일반적으로, 이들이 가능한 많은 시야 위치들에서 판독될 수 있도록 하기 위해, 가능한 넓은 시야각을 갖도록 설계된다.
그러나, 좁은 범위의 각도들에서만 가시적인 디스플레이를 갖는 것이 유용한 상황들도 일부 존재한다. 예를 들어, 누군가가 붐비는 장소에서 이동 장치의 디스플레이를 통해 기밀의 또는 사적인 문서를 읽고 있는 중이라면, 그는 자기 주위의 다른 사람들 또한 디스플레이상의 문서를 보게 될 리스크를 최소화하기를 원할 것이다.
따라서, 2개의 동작 모드들 사이에서 스위칭할 수 있는 디스플레이 장치를 갖는 것이 유용하다. '공개(public)' 모드에서, 디스플레이 장치는 일반적인 사용을 위해 넓은 시야각을 가질 것이다. '비밀(private)' 모드에서, 디스플레이 장치는, 사적인 정보가 공공 장소에서 판독될 수 있도록 하기 위해, 좁은 시야각을 가질 것이다.
예를 들어, 소정의 보안 웹 페이지들(예를 들어, 은행 사이트 웹 페이지들)이 액세스될 때 또는 소정의 PIN(personal identification number)(예를 들어, 은행 거래 계좌 PIN)이 키보드로 입력될 때, 디스플레이는 자동적으로 프라이버시 모드(privacy mode)로 넘어갈 수 있다. 비밀 모드에서는, 비밀 모드가 실행 중이라는 것을 지시하기 위해, 스크린에 지시자 또는 아이콘이 표시될 수 있다.
이 개념은, 사용자가 기밀의 정보를 보고 싶어하지만 지켜보고 있을 수도 있는 타인을 제어할 수 없는 장소에서의 다수의 다른 장치 유형들에도 적용될 수 있다. 예들로는 이동 전화기들, PDA들(Personal Digital Assistants), 랩탑 PC들, 데스크탑 모니터들, ATM들(Automatic Teller Machines) 및 EPoS(Electronic Point of Sale) 장비를 들 수 있다.
디스플레이가 시청될 수 있는 각도들 또는 위치들의 범위를 제한하는 다수 장치들이 공지되어 있다.
US 6,552,850은 현금 자동 지급기상의 개인 정보 디스플레이를 위한 방법을 설명한다. 지급기의 디스플레이에 의해 방출되는 광은 고정된 편광 상태를 가진다. 지급기와 지급기의 사용자는, 그 편광 상태의 광은 흡수하지만 직교 상태는 통과시키는 시트 편광기(sheet polarizer)의 대형 스크린으로 둘러싸여 있다. 지나가는 사람들이 사용자와 지급기는 볼 수 있지만, 스크린에 디스플레이되는 정보를 볼 수는 없다.
광의 방향을 제어하기 위한 일 방법은 "미늘형(louvred)" 필름을 사용하는 것이다. 이런 필름은 베니션 블라인드와 유사한 배열의 교대하는 투명 및 불투명 계층들로 이루어진다. 이들 계층들은 필름 표면에 수직이거나 소정의 다른 각도일 수 있다. 베니션 블라인드와 유사하게, 미늘형 필름은, 광이 계층들의 평면에 거의 평행한 방향으로 진행 중일 경우에는 광을 통과시키지만 계층들의 평면에 크게 기울어진 각도로 진행 중인 광은 흡수한다. 이런 필름들의 제조 방법들이 USRE 27,617, US 4,766,023 및 US 4,764,410에 설명되어 있다.
미늘형 필름과 유사한 특성들을 가진 필름들을 제작하기 위한 다른 방법들도 존재한다. 이들은, 예를 들어, US 5,147,716 및 US 5,528,319에 설명되어 있다.
상술된 기술들은, 디스플레이가 시청될 수 있는 각도들의 범위를 제한하는데 사용될 수 있는데, 다시 말해, 이들은 디스플레이를 "비밀화"하는데 사용될 수 있다. 그러나, 이들 중 어떤 것도, 각도들의 넓은 범위로부터의 시청을 허용하기 위해, 프라이버시 기능(privacy function)이 쉽게 스위칭 오프될 수 있는 방법을 제공하지 않는다.
(넓은 시야각의) 공개 모드와 (좁은 시야각의) 비밀 모드 사이에서 스위칭될 수 있는 디스플레이를 제공하기 위한 몇가지 방법들이 공지되어 있다.
US 2002/0158967은, 광 제어 필름이 비밀 모드를 제공하기 위해 디스플레이의 앞쪽으로 이동되거나 공개 모드를 제공하기 위해 디스플레이 뒤쪽이나 옆쪽의 홀더 속으로 기계적으로 후퇴될 수 있도록, 디스플레이상에 탑재되어 있는 광 제어 필름의 사용을 설명한다. 이 방법은, 고장나거나 손상될 수 있는 가동 부분들(moving parts)을 요하며 디스플레이의 부피가 상당히 증가한다는 단점들을 가진다.
가동 부분들없이 공개에서 비밀 모드로 스위칭하기 위한 일 방법은 디스플레이 패널 뒤쪽에 광 제어 필름을 탑재하고 전자적으로 스위칭 온 및 오프될 수 있는 확산기를 광 제어 필름과 패널 사이에 배치하는 것이다. 확산기가 동작하지 않을 경우, 광 제어 필름은 시야각들의 범위를 한정하고 디스플레이는 비밀 모드 상태가 된다. 확산기가 스위칭 온일 경우, 확산기는, 각도들의 넓은 범위에서 진행 중인 광이 패널을 통과하게 하고 디스플레이는 공개 모드 상태가 된다. 광 제어 필름을 패널 앞쪽에 탑재하고 스위칭 가능한 확산기를 광 제어 필름의 앞쪽에 배치하여 동일한 효과를 실현할 수도 있다.
이 유형의 스위칭 가능한 프라이버시 장치들이 US 5,831,698, US 6,211,930 및 US 5,877,829에 설명되어 있다. 이들은, 디스플레이가 공개 또는 비밀 모드인지에 상관없이, 광 제어 필름이 그 위로 입사하는 광의 상당 부분을 흡수한다는 단점을 공유한다. 따라서, 디스플레이는 그것의 광 사용에 있어 비효율적이다. 공개 모드에서는 확산기가 각도들의 넓은 범위를 통해 광을 퍼뜨리므로, 백라이트가 보상을 위해 더 밝아지지 않는다면, 이들 디스플레이들은 비밀 모드에서보다 공개 모드에서 좀더 어둡기도 하다.
또 다른 단점은 이런 장치들의 전력 소비에 관한 것이다. 공개 동작 모드에서, 확산기는 스위칭 오프된다. 이것은 통상적으로, 스위칭 가능한 고분자 분산형 액정 확산기에 전압이 인가된다는 것을 의미할 것이다. 따라서, 비밀 모드에서보다 공개 모드에서 좀더 많은 전력이 소비된다. 이것이, 대부분의 경우 공개 모드 상태로 사용되는 디스플레이들에 대해서는 단점이다.
스위칭 가능한 공개/비밀 디스플레이를 제공하기 위한 공지의 다른 방법이 US 5,825,436에 설명되어 있다. 개시된 광 제어 장치는 상술된 미늘형 필름과 구조가 유사하다. 그러나, 미늘형 필름의 불투명 소자 각각이, 불투명 상태에서 투명 상태로 전자적으로 스위칭될 수 있는 액정 셀로 대체된다. 광 제어 장치는 디스플레이 패널의 앞쪽 또는 뒤쪽에 배치된다. 셀들이 불투명일 경우, 디스플레이는 비밀 모드 상태이고; 셀들이 투명일 경우, 디스플레이는 공개 모드 상태이다.
이 방법의 한가지 단점은 적절한 형태를 가진 액정 셀들을 제조하는 어려움과 비용에 관한 것이다. 또 하나의 단점은, 비밀 모드에서, 광선은, 광선이 투명 재료를 먼저 통과한 다음 액정 셀 부분을 통과하는 각도로 입력될 수 있다는 점이다. 이런 광선은 액정 셀에 의해 완전히 흡수되지 않을 것이며, 이것이 장치의 프라이버시를 감소시킬 수 있다.
스위칭 가능한 공개/비밀 디스플레이 장치를 발생시키기 위한 다른 방법이 JP 3607272에 개시되어 있다. 개시된 장치는, 패터닝된 액정 배향을 가진 추가 액 정 패널을 사용한다. 패널의 상이하게 배향된 세그먼트들은 디스플레이의 상이한 영역들에 대한 시야 특징들을 상이한 방법들로 수정하므로, 전체 디스플레이 패널은 중앙 위치에서만 완전히 판독 가능한 결과가 초래된다.
GB-A-2405544 및 JP 2005-078093은 미늘들(louvres)에 기초해 스위칭 가능한 프라이버시 장치들을 설명하는데, 이들은 광의 일 편광에 대해서만 동작한다. 미늘들은 미늘 자체의 염색된 액정 분자들을 회전시키거나 별도의 소자를 사용해 입사광의 편광면을 회전시키는 것에 의해 스위칭 온 및 오프된다.
GB-A-2410116(WO 2005/071449)은 시야각을, 예를 들어, 공개 및 비밀 모드들 사이에서 스위칭하기 위한 능력을 갖춘 디스플레이 장치에서 사용하기 위한 다양한 백라이트 배열들을 개시한다. 거기에는 이 분야의 추가적 공지 시스템들 및 기술들도 설명되어 있다.
GB-A-2413394(US 2005/0243265)는, 디스플레이 패널에 하나 이상의 추가 액정층들 및 편광기들을 부가하는 것에 의해 구성되는 스위칭 가능한 프라이버시 장치를 개시한다. 이들 추가 소자들의 내재적인 시야각 의존도는 액정을 전기적으로 스위칭하는 것에 의해 수정될 수 있다.
미국 2003/0146893은, 액정 디스플레이 패널의 출구 편광기 뒤쪽에 배치되는 PML(polarisation modifying layer)을 개시한다. PML의 일부분들은 투명이다. 다른 부분들은, 이 부분들을 통해 보여지는 픽셀들의 색상이 반전되도록(밝은 픽셀들은 어두워지고 어두운 픽셀들은 밝아지도록), 이 부분들을 통과 중인 광의 편광을 변경한다. 이 부분들 바로 뒤쪽의 픽셀들로 송신된 데이터는, 디스플레이가 중앙 위치에서 시청될 경우, 이미지가 정상적으로 보이도록, 반전된다. 그러나, 디스플레이가 상이한 각도에서 시청될 경우에는, 상이한 픽셀들이 지연 소자들(retarder elements)을 통해 시청되고 이미지는 손상된다. 오프-축 시청자들은 혼동 이미지(confusing image), 예를 들어, 무작위 도트 패턴을 보게 된다. PML은 액정으로부터 형성될 수 있고 스위칭 오프되어 공개 모드를 제공할 수 있다.
GB-A-2418518은, 패터닝된 전극을 갖춘 게스트 호스트 (염색된) LC 계층이 표준 TFT LC 디스플레이에 부가된 장치를 개시한다. 염색된 LC 계층은 흡수(비밀)와 비흡수(공개) 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 염색 분자들의 흡수도는 광의 입사각 및 편광에 의존한다. 소정 편광 및 방향의 경우, 색소의 흡수도는, 높은 각도들에서 낮은 휘도(좁은 모드)를 초래하며, 시야각들이 커짐에 따라 증가한다.
계류 중인 영국 특허출원 제 0510422.9호는 프라이버시 기능과 단 하나의 추가 스위칭 셀에 의해 제공되는 3D 기능의 조합을 개시한다. 디스플레이는 3가지 동작 상태들: 넓은 모드(wide mode); 비밀 모드; 및 3D 모드를 가진다. 패터닝된 그리고 패터닝되지 않은 LC 배향의 일례들 모두가 설명된다.
프라이버시 기능을 제공하기 위해 홀로그램을 사용한다는 개념은 GB-A-2404991(US 2005/0063029)에서 먼저 설명되었다. 그러나, 디스플레이로부터의 광에 대한 홀로그램에 의한 원치않는 회절로 인해, 시청자들에게 보여지는 이미지의 색이 영향을 받을 수 있다. 또한, 디스플레이 앞쪽에 탑재된 터치 스크린을 사용하는 애플리케이션들의 경우, 사용자의 손이 홀로그램의 조명을 차단시켜 비밀 모드의 효과성을 감소시킬 수도 있다.
계류 중인 영국 특허출원 제 0511536.5호는 LCD 패널의 기존 편광기들 사이에 배치되는 추가 액정층의 사용을 개시한다. 이 위치에서, 추가 스위칭 셀은 오프-축 광(off-axis light)의 그레이 스케일 곡선들을 수정할 수 있다. 이것은, 예를 들어, GB-A-2413394(US 2005/0243265)에서 개시된 기술들보다 이미지들에 좀더 높은 레벨의 프라이버시를 제공한다.
US 5,109,219는, 디지털 시야각 파라미터를 LC에 인가되는 아날로그 바이어스 전압으로 변환하는 것에 의해 LC 디스플레이의 시야각을 제어하기 위한 방법을 설명한다. 그러나, 이 기술은 디스플레이의 시야각 특징들을 수정하는 기능만을 할 뿐이며, 넓은 각도들에서 이미지를 숨기지는 않을 것이다.
US 5,936,596 및 JP 2003-295160(미국 2006/0126156)은 시야각을 수정하기 위해 LC 디스플레이의 픽셀들에 적용되는 전압 범위를 변경하는 것을 설명한다. 룩업 테이블들이 사용되어 디스플레이를 좁은 시야각 모드와 넓은 시야각 모드 사이에서 변경한다. 그러나, 이 방법이 디스플레이된 정보를 숨기지는 않으므로, 좁은 모드일 경우에, 이 방법은 그레이 스케일 매핑을 수정하여 이미지를 왜곡할 뿐이다.
"A Method for Concealment of Displayed Data", M. Dogruel, Displays, vol. 24, no. 3, October 2003의 논문은, 사람의 눈이 인지할 수 있는 것보다 빠른 속도에서 이미지와 이미지의 반전을 순차적으로 렌더링하는 것에 의해 디스플레이상에 표시된 데이터를 숨기기 위한 방법을 설명한다. 그에 의해, 무관심한 관찰자의 눈은 이미지들을 평균하므로, 균일한 그레이 디스플레이 스크린을 보게 된다. 비밀 이미지를 보기 위해, 사용자는, 반전 이미지가 차단되도록, 디스플레이와 동기화된 셔터형 안경(shuttered glasses)을 써야 한다. 이 방법은 여러 단점들을 갖는데: 첫번째, 정확한 이미지를 관찰하기 위해 사용자는 셔터형 안경을 써야 하고; 두번째, 디스플레이의 시야를 가로질러 톱니형 오브젝트를 빠르게 이동시키고 그에 의해 상쇄되는 이미지의 일부분들을 흐리게 하는 것에 의해, 이미지 프라이버시 또한 타협될 수 있으며; 세번째, 2개의 이미지들이 완벽하게 상쇄되도록 설계하기는 아주 어려우므로, 고스트 이미지(ghost image)가 관찰될 수 있다. 이 논문은, 혼동 이미지로서 동작하는 제 3 이미지를 추가하는 것도 설명하지만, 이것은, 디스플레이가 정상 비디오 속도의 3배에서 실행될 것을 요한다.
Rocket Software, Inc.(http://www.rocketsoftware.com)는, LC 디스플레이의 고유한 속성들을 사용해 소정 레벨의 프라이버시를 제공하는 소프트웨어 패키지를 개발하였다. 이 소프트웨어는, 전체 이미지를 가로질러, 이미지의 그레이 레벨들 또는 콘트라스트를 감소시키는 추가 패터닝을 적용하는 것에 의해, 디스플레이로 송신되는 이미지를 수정한다. 디스플레이의 비-선형적 응답으로 인해, 온-축에서 시청될 경우에는 이미지가 약간만 교란되지만, 오프-축에서 시청될 경우에는 디스플레이의 비-선형적 응답으로 인해 향상된 콘트라스트 패터닝을 초래하는, 감소 레벨이 형성된다. 그러나, 이 솔루션은 불가피하게 디스플레이의 온-축 성능에도 어느 정도 영향을 미치며, 패턴 가시성은, 디스플레이를 비밀 모드에서 사용 중인 허가된 사용자에게도 방해가 될 것이다. 또한, 실제로도, 패터닝만으로는 오프-축에서의 적절한 프라이버시 레벨을 제공하기에 불충분하다.
WO 03/015424는, 수동 복굴절 렌즈 및 스위칭 가능한 편광기를 포함한 광 스위칭 장치를 개시한다. 편광을 스위칭하는 것에 의해, 출력광의 상이한 지향성 분포들이 제공된다. 그러나, 활성화될 경우, 렌즈들은, 광이 이미지화되는 각도에서 차이를 보이지 않는다.
US 6,369,949는 광학적으로 이방성인 마이크로-렌즈 윈도를 개시한다. 설명된 이미지화 소자(imaging element)는 스위칭 불가능하므로, 이 기술을 이용하는 장치는 동작의 공개 및 비밀 모드들 사이에서 스위칭할 수 없다.
GB-A-2410339는, 광학적 편광 변환 시스템(polarization optical conversion system)에서의 편광 감지 렌즈들의 다수 어레이들의 사용을 개시한다.
JP 09-230377 및 US 5,844,640은 단일 계층 LCD 패널의 시야각 특성들을 변경하는 방법을 설명한다. 이것은 VAN(Vertically Aligned Nematic) LC 모드를 위해 실현된다. 디스플레이 패널면의 전계들은, LC 재료가 픽셀 영역에서 기울어지는 정도를 제어하는데 사용된다. 픽셀내의 상이한 경사 도메인들의 수 및 방향은 인플레인 필드들(in-plane fields)에 의해 제어될 수 있다. 수 개의 경사 도메인들을 가진 픽셀은 넓은 시야각을 가질 것이고, 반면, 하나의 경사 도메인을 가진 픽셀은 좁은 시야각을 가질 것이다. 이런 방법을 사용해 디스플레이의 시야각을 수정하는 것이 설명된다. 그러나, 설명된 VAN 모드의 단일 경사 도메인의 시야각은 일반적으로, 양호한 프라이버시 모드를 제공할 정도로 충분히 좁지 않다.
JP 3405972는, 패터닝된 LC 배열을 사용해 좁은 시야각 모드 LCD를 제공하는 단일 LC 패널을 설명한다. 그러나, 이 좁은 모드는 고정이고, 넓은 시야 모드는 존재하지 않는다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 공간적 광 변조(spatial light modulation)에 의해 이미지를 디스플레이하기 위한 액정 디스플레이 패널, 및 상기 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 넓은 범위의 시야각들에서 구별될 수 있게 하는 제 1 모드의 제 1 구성을 갖는 것과 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 실질적으로 좁은 범위의 시야각들 내에서만 구별될 수 있게 하는 제 2 모드의 제 2 구성을 갖는 것 사이에서 스위칭하기 위한 회로를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다.
액정의 제 2 구성은, 이미지-혼동 패턴이 좁은 범위의 각도들을 벗어난 시청자에 의해 구별되는 이미지에서 가시화되게 할 수 있다.
제 1 구성의 액정은 디스플레이 장치의 전역에 걸쳐 액정의 단일 배열을 포함할 수 있다.
제 1 구성의 액정은, 액정의 2 이상의 상이한 구성들 중 하나를 각각 가진 복수개 횡방향 영역들을 포함할 수 있다.
제 1 구성 영역들은, 시청자에 의해 해상될 수 없도록 크기가 정해질 수 있다.
제 2 구성의 액정은, 액정의 2 이상의 상이한 구성들 중 하나를 각각 가진 복수개 횡방향 영역들을 포함할 수 있다.
제 2 구성 영역들은, 시청자에 의해 해상될 수 없도록 크기가 정해질 수 있다.
제 2 구성 영역들은 패널의 화소에 대한 횡방향 치수보다 2배 이상 큰 횡방향 치수를 가질 수 있다.
제 2 구성 영역들은 패널의 화소에 대한 횡방향 치수보다 5배 이상 큰 횡방향 치수를 가질 수 있다.
제 2 구성 영역들은 패널의 화소에 대한 횡방향 치수보다 10배 이상 큰 횡방향 치수를 가질 수 있다.
동일하거나 유사한 액정 배열을 가진 제 2 구성 영역들은 소정 방식으로 공간적으로 배열될 수 있다.
동일하거나 유사한 액정 배열의 제 2 구성 영역들은 체커판 패턴 또는 텍스트나 로고의 패턴으로 공간적으로 배열될 수 있다.
회로는, 액정을 제 2 구성으로 스위칭하기 위한 복수개의 인플레인 전극들을 포함할 수 있다.
회로는 적어도 제 2 구성 영역 각각의 각 측면(each side)에 또는 각 측면을 향해 배치된 인플레인 전극들을 포함할 수 있다.
회로는 각각의 제 2 구성 영역내에 배치된 3 이상의 인플레인 전극들을 포함할 수 있다.
인플레인 전극들은 2 이상의 상이한 방향들로 패터닝되어 2 이상의 상이한 배열들을 발생시킬 수 있다.
전극들은 패널의 화소들을 스위칭하는데 사용되는 전극들로서 액정 디스플레이 패널의 동일 측면상에 배치될 수 있다.
인접 영역들은 액정의 상이한 배열들을 갖도록 배열될 수 있다.
2 이상의 배열들은 액정의 사실상 균일한 개개 방향들이 상이한 액정을 포함할 수 있다.
2 이상의 배열들은 방향들의 하나 이상 쌍들을 포함할 수도 있는데, 각 쌍의 방향들은 소정 축에 대해 사실상 대칭적으로 배치된다.
소정 축은 좁은 범위의 시야각들에 해당될 수 있다.
액정의 2 이상의 상이한 배열들은 각각 상이한 각 투과율 함수들(angular transmission functions)을 가질 수 있다.
개개의 각 투과율 함수들은 좁은 범위의 시야각들내에 놓인 축에 대해 비대칭일 수 있다.
제 2 구성을 위한 개개의 각 투과율 함수들은 좁은 범위내의 시야각들에 대해 사실상 동일하고, 좁은 범위를 벗어난 시야각들에 대해서는 상이할 수 있다.
제 1 구성을 위한 개개의 각 투과율 함수들은 제 1 모드의 시청자에 의해 공간적으로 평균되어 넓은 범위의 시야각들 중 적어도 일부에 걸쳐 완만하게 변하는 평균 투과 기능(average transmission function)을 제공할 수 있다. 평균 투과 기능은 넓은 범위의 시야각들 전체에 걸쳐 완만하게 변할 수도 있다.
제 1 및 제 2 구성들은 수직 배향된 네마틱 구성들일 수 있다.
제 1 및 제 2 구성들은 쌍-안정 또는 다-안정 액정 상태들일 수도 있고, 회로는 액정을 이러한 상태들 사이에서 스위칭하도록 적응될 수 있다.
디스플레이 장치는 쌍-안정 또는 다-안정 상태들을 발생시키기 위한 배향층 을 포함할 수 있다.
제 1 구성은 CPA(continuous pinwheel aligned) 구성일 수 있다.
이미지는 복수개 이미지 요소(image element)들에 의해 표현되고, 디스플레이 장치는, 수정된 이미지가 시청자에 대해 제 1 데이터 값-대-휘도 응답(first data value-to-luminance response)을 가진 디스플레이 패널을 사용해 제 1 시나리오로 디스플레이될 경우에는, 공간적 평균화를 통해 시청자에 의해 인지되는 이미지가 사실상 원래 이미지와 동일하며, 수정된 이미지가 시청자에 대해, 제 1 데이터 값-대-휘도 응답과는 상이한, 제 2 데이터 값-대-휘도 응답을 가진 디스플레이 패널을 사용해 제 2 시나리오로 디스플레이될 경우에는, 공간적 평균화를 통해 시청자에 의해 인지되는 이미지가 원래 이미지와 상이하도록, 이미지 요소들의 적어도 일부에 대한 개개 데이터 값들을 수정하기 위한 수단을 포함할 수도 있는데, 이 경우, 액정의 제 1 및 제 2 구성들은 디스플레이 패널에, 좁은 범위를 벗어난 시야각들에 대해서는 사실상 제 1 및 제 2 데이터 값-대-휘도 응답들을 각각 제공하도록 배열되는 동시에, 좁은 범위내의 시야각들에 대해서는 사실상 제 1 데이터 값-대-휘도 응답을 제공하도록 배열된다.
제 2 데이터 값-대-휘도 응답은 비선형적인 데이터 값-대-휘도 응답일 수 있다.
제 1 데이터 값-대-휘도 응답은 사실상 선형적인 데이터 값-대-휘도 응답일 수 있다.
제 1 구성 영역들은, 좁은 범위의 각도들을 벗어난 각도에서 진행 중인 광 이, 제 1 데이터 값-대-휘도 응답을 갖도록 하기 위해, 액정의 상이한 배열들을 가진 2 이상의 영역들을 통과하도록, 적응될 수 있다.
제 2 구성 영역들은, 좁은 범위의 각도들을 벗어난 각도에서 진행 중인 광이 제 2 데이터 값-대-휘도 응답을 갖도록, 적응될 수 있다.
제 1 및 제 2 구성들은 TN(twisted nematic) 구성들일 수 있다.
디스플레이 장치는 제 1 및 제 2 구성들을 발생시키기 위해 하나 이상의 패터닝된 배향층을 포함할 수 있다.
회로는, 하나 이상 배향층의 배향 특성들을 변화시켜 액정을 제 1과 제 2 구성들 사이에서 스위칭하기 위해, 전계를 인가하도록 동작할 수 있다.
회로는 액정을 가로질러 그리고/또는 액정의 평면에서 전계를 인가하여 액정을 제 1과 제 2 구성들 사이에서 스위칭하도록 동작할 수 있다.
회로는 프린지 전계들(fringe electric fields)을 인가하도록 동작할 수 있다.
제 2 시나리오에서 인지되는 이미지에서 원래 이미지는 사실상 은닉될 수 있다.
데이터 값들의 적어도 일부는 마스킹 이미지에 의존하여 수정될 수 있다.
각각의 데이터 값은 마스킹 이미지의 대응되는 위치에서의 데이터 값에 의존하여 수정될 수 있다.
제 2 시나리오에서 인지되는 이미지가 적어도 어느 정도는 마스킹 이미지를 닮을 수 있다.
마스킹 이미지는, 제 2 시나리오에서 시각적으로 혼동 정도가 높은 정보를 제공하기 위한 것일 수 있다.
마스킹 이미지는 체커판 패턴 또는 텍스트나 로고의 패턴을 포함할 수 있다.
상이한 시간 프레임들에 상이한 마스킹 이미지들이 사용될 수 있다.
데이터 값들의 적어도 일부는 마스킹 파라미터에 의존하여 수정될 수 있다.
수정 정도는 마스킹 파라미터에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수 있다.
데이터 값들은, 디스플레이된 이미지 요소들의 국지화된 그룹들이 제 1 시나리오에서 공간적 평균화를 통해, 그 이미지 요소들이 이런 수정없이 인지되었을 때와 사실상 전반적으로 동일한 휘도를 갖는 것으로 인지되도록, 수정될 수 있다.
그룹의 각 이미지 요소에 대한 수정 정도는 그 이미지 요소에 대응되는 마스킹 이미지 위치에서의 데이터 값에 의존하여 결정될 수 있다.
그룹에 대해 어떤 수정이 수행되어야 한다면, 그룹의 하나 이상의 이미지 요소에 대한 데이터 값은 증가될 수 있는 한편, 그룹의 하나 이상의 다른 이미지 요소에 대한 데이터 값은 감소될 수 있다.
증가량은 사실상 감소량과 동일할 수 있다.
감소량에 대한 증가량은 제 1 데이터 값-대-휘도 응답에 의존하여 결정될 수 있다.
증가 및 감소를 위해 지정된 이미지 요소들은 상이한 시간 프레임들에서 맞교환될 수 있다.
하나 이상의 이미지 요소 각각에 대해서는, 대응되는 개개 마스킹 이미지 데 이터 값에 관련된 양이 이미지 요소 데이터 값에 가산될 수 있고, 하나 이상의 다른 이미지 요소 각각에 대해서는, 대응되는 개개 마스킹 이미지 데이터 값이 이미지 요소 데이터 값으로부터 감산될 수 있다.
양은 대응되는 마스킹 이미지 데이터 값과 동등할 수 있다.
양은 이미지 데이터 값과, 어느 쪽이든 좀더 근접한, 최대 또는 최소 데이터 값 사이의 차이에 의존하여 결정될 수 있다.
양은 대응되는 마스킹 이미지 데이터 값만큼 승산된 차이에 비례할 수 있다.
각 그룹은 2개 이미지 요소 들을 포함할 수 있다.
이미지 요소들 중 적어도 일부의 데이터 값들은 그룹으로 평균될 수 있다.
마스킹 이미지 요소들 중 적어도 일부의 데이터 값들은 그룹으로 평균될 수 있다.
대응되는 수정들이 수행된 이미지 요소들은 이미지의 라인들에 배열될 수 있다.
대응되는 수정들이 수행된 이미지 요소들은 이미지의 컬럼들에 배열될 수 있다.
대응되는 수정들이 수행된 이미지 요소들은 체커판 패턴 또는 텍스트나 로고의 패턴으로 배열될 수 있다.
수정된 데이터 값이 허용되는 데이터 값들의 정상 범위를 벗어나지 않는다는 것이 보장될 수 있다.
이미지의 데이터 값 범위는 수정에 앞서 압축될 수 있다.
마스킹 이미지의 데이터 값 범위는 수정에 앞서 압축될 수 있다.
이미지의 하위-부분의 이미지 요소들에 대한 데이터 값들만이 그렇게 수정될 수도 있다.
각각의 이미지 요소는 디스플레이 장치의 픽셀에 대응되는 복수개 색 성분들에 관련될 수 있다.
각각의 이미지 요소는 디스플레이 장치의 하위-픽셀에 대응되는 단일 색 성분에 관련될 수 있다.
시청자는 디스플레이 장치로부터 적어도 소정 거리만큼 떨어져 있을 수 있다.
회로는, 제 1 및 제 2 액정 구성들을 실현하기 위해, 디스플레이 패널을 조작하여 제 1 및 제 2 모드들에, 각각, 제 1 및 제 2의 상이한 방법들로 전계를 인가하도록 적응될 수 있다.
회로는 제 1 및 제 2 모드들에서 인가되는 전계 강도들의 각각 상이한 범위들을 사용해 디스플레이 패널을 조작하도록 적응될 수 있다.
회로는 제 1 및 제 2 모드들에서 인가되는 전계의 상이한 개개 방향들을 사용해 디스플레이 패널을 조작하도록 적응될 수 있다.
회로는 제 1 모드의 인플레인 스위칭 및 제 2 모드의 ECB(electrically controlled birefringence) 스위칭을 사용해 디스플레이 패널을 조작하도록 적응될 수 있다.
회로는 인플레인 스위칭을 수행하기 위한 전극들의 제 1 세트 및 ECB 스위칭 을 수행하기 위한 전극들의 제 2 세트를 포함할 수 있다.
제 1 세트 전극들은 디스플레이 패널의 동일 측면상에 배치되어 사실상 패널면에서 전계를 인가할 수 있다.
제 2 세트 전극들은 디스플레이 패널의 대향면들상에 배치되어 패널을 관통하는 전계를 인가할 수 있다.
디스플레이 패널은 영역들의 제 1 및 제 2 세트들을 포함할 수 있고, 회로는 영역들의 제 1 및 제 2 세트들에, 각각, 제 1 및 제 2 방법들로 전계를 인가하도록 적응될 수 있다.
디스플레이의 픽셀들은 제 1 세트로부터의 영역 및 제 2 세트로부터의 영역을 각각 포함할 수 있다.
회로는, 좁은 범위의 시야각들을 벗어난 시청자에 대해 이미지 혼동 패턴을 발생시키기 위해, 제 2 모드에서, 일부 픽셀들은 제 1 방법으로 조작하고 다른 픽셀들은 제 2 방법으로 조작하도록 동작할 수 있다.
디스플레이의 픽셀들은 각각 제 1 및 제 2 구성들을 가진 액정을 갖춘 제 1 및 제 2 영역들을 각각 포함할 수 있다.
회로는, 좁은 범위의 시야각들을 벗어난 시청자에 대해 이미지 혼동 패턴을 발생시키기 위해, 제 2 모드에서, 일부 픽셀들은 제 1 영역들을 사용해 조작하고 다른 픽셀들은 제 2 영역들을 사용해 조작하도록 동작할 수 있다.
회로는 2 이상의 상이한 액정 배열들을 발생시키기 위해 제 2 모드에서 각각 상이한 구동 전압 범위들을 사용해 동작하도록 적응될 수 있는데, 액정 배열들은 구동 전압 범위들 각각으로부터 선택되는 상이한 개개 전압에 대해 좁은 범위의 각도들내의 시청자들에 대해서는 사실상 동일한 투과율을 가지며 좁은 범위의 각도들을 벗어난 시청자들에 대해서는 선택 전압들에 대해 각각 상이한 투과율들을 갖는다.
구동 전압 범위들 중 제 1 범위는 좁은 범위의 각도들을 벗어난 시청자들에 대한 이미지 디스플레이에 적합한 투과율-대-전압 함수를 가질 수 있고, 구동 전압 범위들 중 제 2 범위는 좁은 범위의 각도들을 벗어난 시청자들에 대한 이미지 디스플레이에 부적합한 투과율-대-전압 함수를 가질 수 있다.
구동 전압 범위들 중 제 2 범위는, 적어도 범위의 대부분에 걸친 전압들에 대해서는, 좁은 범위의 각도들을 벗어난 시청자들을 위해 사실상 일정한 낮은 투과율을 가질 수 있다.
사실상 일정한 낮은 투과율은 사실상 0의 투과율일 수 있다.
구동 전압 범위들의 제 2 범위는, 적어도 범위의 대부분에 걸친 전압들에 대해서는, 좁은 범위의 각도들을 벗어난 시청자들을 위해 사실상 일정한 높은 투과율을 가질 수 있다.
회로는 제 1 모드에서, 패널을 가로질러 액정의 사실상 균일한 배열을 발생시키기 위해, 횡방향 영역들 각각에 대해 구동 전압 범위들 중 제 1 범위만을 사용해 동작하도록 적응될 수 있다.
회로는 제 2 모드에서, 액정의 2 이상의 상이한 배열들을 발생시키기 위해 상이한 개개 그라운드 전극 전압 배열들을 사용해 동작하도록 적응될 수 있는데, 액정 배열들은 상이한 개개 전압 배열들에 대해 좁은 범위의 각도들 내의 시청자들을 위해서는 사실상 동일한 투과율을 가지며 좁은 범위의 각도들을 벗어난 시청자들을 위해서는 각각 상이한 투과율들을 갖기 위한 것이다.
회로는 액정의 제 1 및 제 2 배열들이 서로에 대해 기울어지게 하도록 적응될 수 있다.
회로는 패터닝된 전극을 포함할 수 있다.
좁은 범위의 시야각들은 디스플레이 패널에 대해 거의 수직으로 배치될 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 공간적 광 변조에 의해 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치에 사용하기 위한 액정 디스플레이 패널이 제공되는데, 디스플레이 패널은, 패널의 액정이, 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 넓은 범위의 시야각들로부터 구별될 수 있게 하는 제 1 모드의 제 1 구성을 갖는 것과 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 사실상 좁은 범위의 시야각들내에서만 구별될 수 있게 하는 제 2 모드의 제 2 구성을 갖는 것 사이에서 스위칭하는 것을 가능하게 하도록 적응되어 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 장치로 로딩될 경우, 장치가 본 발명의 제 1 태양에 따른 장치가 되게 하는 오퍼레이팅 프로그램이 제공된다.
오퍼레이팅 프로그램은 캐리어 매체를 통해 전달될 수 있다. 캐리어 매체는 전송 매체일 수 있다. 캐리어 매체는 저장 매체일 수도 있다.
본 발명에 따르면, 공간적 광 변조에 의해 이미지를 디스플레이하기 위한 액정 디스플레이 패널 및 패널의 액정을, 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 넓은 범위의 시야각들로부터 식별될 수 있게 하는 제 1 모드의 제 1 구성을 갖는 것과 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 사실상 좁은 범위의 시야각들내에서만 식별될 수 있게 하는 제 2 모드의 제 2 구성을 갖는 것 사이에서 스위칭하기 위한 회로를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다.
이하에서는, 일례로써, 첨부 도면들을 참조한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 디스플레이 패널(100)을 포함하는 디스플레이 장치를 예시한다. 액정 디스플레이 패널(100)은, 액정 재료(105)의 계층을 가로질러 배치된 대향 전극들(101 및 103)을 사용해, 공간적 광 변조에 의한 이미지를 디스플레이한다. 전극(103)은, 액정의 단일 화소내에서의 2 이상의 상이한 방향들로의 스위칭을 가능하게 하기 위해 분할된다. 단일 화소내에서는, 동일한 전압이 분할된 전극(103)의 모든 영역들에 인가된다. 바람직하게도, 2 이상의 상이한 방향의 수 개 영역들이 단일 화소내에 형성된다. 상이한 방향들로의 스위칭은 분할된 전극(103)의 에지들에서 발생되는 프린지 전계들에 의해 제어된다. 다른 방법으로, 전극 표면상의 돌출부들과 같은, 프린지 전계들을 발생시키는 다른 방법들이 사용될 수 있다.
다음에서 부연되는 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(100)은, 액정(105)을 제 1 (공개 또는 넓은) 모드의 제 1 구성(C1)을 갖는 것과 제 2 (비밀 또는 좁은) 모드의 제 2 구성(C2)을 갖는 것 사이에서 스위칭하기 위해, 인플레인 전극들의 형태인 회로(107)도 포함한다. 제 1 액정 구성(C1)은, 패널(100)을 사용해 디스플레이되는 이미지가 넓은 범위의 시야각들로부터 시청자에 의해 구별될 수 있게 하는 한편, 제 2 액정 구성(C2)은 패널(100)을 사용해 디스플레이되는 이미지가 사실상 좁은 범위의 시야각들내로부터의 시청자에 의해서만 구별될 수 있게 한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 디스플레이 장치는 하나의 액정 디스플레이 패널(100)만을 포함한다. 제 1 실시예에서는, 2개 동작 모드들 사이에서의 스위칭을 실현하기 위해 추가적인 광학 컴포넌트들 또는 계층들이 요구되지 않는다.
도 1은, 왼쪽 부분에, 동작의 제 1 (넓은) 모드에서의 제 1 액정 구성(C1)의 적합한 일례를 나타낸다. 이 예의 제 1 액정 구성(C1)은 단일 픽셀내에 상이한 액정 방향의 2 이상의 영역들 또는 도메인들(이하에서는 앞으로 영역들이라고 함)을 가진다. 4개의 상이한 영역들(R1 내지 R4)이 예시되어 있는데, 영역들(R1 및 R3)은 제 1 액정 배열을 갖고, 영역들(R2 및 R4)은, 제 1 액정 배열과는 상이한, 제 2 액정 배열을 가진다. 도 1에서, 상이한 4개 영역들(R1 내지 R4)의 조합은 단일 화소를 형성한다.
제 1 배열은 사실상 균일한 제 1 방향의 액정을 포함하는 한편, 제 2 배열은, 제 1 방향과는 상이한, 사실상 균일한 제 2 방향의 액정을 포함하는데, 제 1 및 제 2 방향들은 영역 쌍들로 배열되어 있다. 제 1 및 제 2 방향들은 디스플레이 패널(100)의 법선에 관해 사실상 대칭적으로 배치되어 있다. 도 1에 예시된 예에서, 제 1 액정 구성은 2-도메인의 VAN(Vertically Aligned Nematic) 구성이다.
제 1 (넓은) 모드에서, 이들 영역들(R1 내지 R4)의 사이즈는 시청자에 의해 해상될 수 있는 것보다 작을 수 있는데, 예를 들어, 직경으로 10 내지 25 ㎛ 정도이다. 해상 불가능한 영역들의 특성들은 평균되어 액정 디스플레이 패널(100)의 넓은 시야각 특징을 발생시킨다. 이는, 도 2를 참조하여 다음에서 부연될 것이다. 픽셀내의 상이한 액정 방향의 다수 영역들은 패터닝된 전극(103) 또는 전극 표면상의 돌출부들로부터의 프린지 전계들에 의해 형성된다. 이미지는, 액정층(105)을 가로질러 스위칭 전압(V1)을 인가하는 것에 의해 공지의 방법으로 액정 디스플레이 패널(100)상에 디스플레이된다.
제 2 (좁은) 모드에서는, 인플레인 전극들(107)이 사용되어 사실상 액정층(105)의 인플레인에 전계들을 제공한다. 이를 실현하기 위해, V2의 전압이 인접한 인플레인 전극들(107)을 가로질러 인가되는데, 여기에서, V2는 통상적으로 V1 미만일 것이다. 이들 인플레인 필드들은 분할된 전극(103)으로부터의 프린지 전계들의 영향을 극복하고 액정층을, 도 1의 오른쪽 부분에 예시되어 있는 바와 같이, 더 큰 영역들(R5 및 R6)을 가진 제 2 액정 구성(C2)으로 스위칭한다. 영역들(R5 및 R6)은 상이한 개개 액정 배열들을 갖는데, 2개 액정 배열들은 액정의 사실상 균일한 상이한 개개 방향을 갖는다. 상이한 2개 방향들은 디스플레이 패널(100)의 법선에 대해 사실상 대칭적으로 위치한다.
제 2 (좁은) 모드의 영역들(R5 및 R6)은 시청자에 의해 해상되기에 충분할 정도로 크고, 통상적으로 픽셀보다 커서, 예를 들어, 직경으로 1 mm 정도일 것이다. 따라서, 다음에서 부연되는 바와 같이, 영역들(R5 및 R6)의 효과는 오프-축 시청자에 의해 명백히 가시적이다(그러나, 이 영역들의 효과가 온-축 시청자에 대해서는 은닉된다). 제 2 (좁은) 모드에서의 영역들(R5 및 R6)은, 제 2 (좁은) 모드의 오프-축 시청자에 대해 기초적인 이미지를 흐리게 하고 혼란스럽게 할 패턴을 제공하도록 배열된다. 이런 패턴의 일례가 체커판이지만, 임의의 적합한 패턴이 사용될 수 있다.
제 1 실시예의 기능은 도 2에서 부연된다. 도 2의 플롯 1은, 패널에 대해 수직으로 측정된 단일 VAN 영역에 대한, 즉, 단일 액정 방향에 대한 시야각 기능으로서의 투과율을 나타낸다. 각 투과율 함수(angular transmission function)는 액정 분자들의 오프-축 방향으로 인해 온-축 방향에 대해 비대칭이다.
플롯 1이 영역 R1에 표시된 액정 방향을 가진 영역들에 대한 각 투과율 함수를 표현한다면, 영역 R2에 표시된 액정 방향을 가진 영역들에 대한 각 투과율 함수는 플롯 1이 수직축에서 반전된 형태일 것이다.
상술된 바와 같이, 제 1 (넓은) 모드에서, 인접 영역들, 예를 들어, 도 1의 영역들(R1 및 R2)은 시청자에 의해 해상될 수 없다. 이들 2개 영역들(R1 및 R2)은 해상이 불가능하므로, 시청자는 모든 시야각들에 대해 2개 영역들(R1 및 R2)의 평균 투과율을 보게 된다. 결과적인 각 투과율 함수가 도 2의 플롯 2로 표시되어 있는데, 이는 허용 가능한 경계들내의 시야각에 걸쳐 변화한다.
상술된 바와 같이, 제 2 (좁은) 모드에서, VAN 영역들(R5 및 R6)의 사이즈는, 2개 도메인들의 평균 대신에, 시청자는, 특정 시야각에 대한 2개 영역들간의 투과율 차이로 인해, 이 도메인들을 하나의 별개 패턴으로 보는 것처럼 된다. 이 차이는 시야각에 따라 증가할 것이다.
디스플레이 패널(100)의 법선에 관한 액정 방향의 대칭성으로 인해, 온-축에서 시청될 때, 양자의 영역들(R5 및 R6)은 동일한 투과율을 나타내므로, 상이한 영역들의 효과가 온-축 시청자에게는 명백하지 않다. 이미지는, 액정층(105)을 가로질러 스위칭 전압(V1)을 인가하는 것에 의한 표준 방법으로 디스플레이된다.
수직 방향으로부터 멀어지면, 2개 영역들(R5 및 R6)은 인가된 동일 전압에 대해 상이한 투과율을 제공한다. 따라서, 오프-축 시청자는 VAN 도메인들의 패턴을 상이한 휘도의 패턴으로 보게 될 것이다. 이 패턴은 기초적인 이미지를 흐리게 할 것이다. 제 2 (비밀) 모드에서의 2개 영역들간의 콘트라스트(contrast)는 도 2의 플롯 3에 의해 예시되는데, 이는, 각각의 시야각에 대한 인접 영역들(R5 및 R6) 사이의 투과율 차이이다.
이런 식으로, 추가 계층들을 요하지 않으면서, 액정층(105) 자체를 스위칭하는 것에 의한 본 발명의 제 1 실시예로서 양호한 프라이버시 기능이 실현될 수 있다.
전계를 사용해 액정층(105)을 상술된 바와 같이 스위칭하는 대신에 또는 스위칭할 뿐만 아니라, 배향층이 스위칭되어 넓은 시야 모드 및 좁은 시야 모드를 발생시킬 수 있다. 배향층을 스위칭하는 일 방법은, 'Surface alignment bistability of nematic liquid crystals by orientationally frustrated surface patterns', Applied Physics Letters, Vol 78, Is 20 (2001) 3055에서 Kim 등에 의해 설명된 바와 같이, 배향층의 아주 미세한 패터닝을 사용하는 것이다. EP0856164 및 Kitson과 Geisow의 'Controllable alignment of nematic liquid crystals around microscopic posts: Stabilization of multiple states', Applied Physics Letters, Vol 80, Is 19 (2002) 3635에서 개시된 다른 방법은 주기적 미세 구조들로 이루어진 배향층을 사용한다. 이들 미세 구조들 또한, 액정의 쌍안정 또는 다안정 배향을 유도한다. US 6,549,255에서 개시된 또 다른 방법은, 배향 특성들이, 인가되는 필드에 의해 스위칭될 수 있는 고분자 배향층을 사용한다.
다음에서는, 공개와 비밀 모드 사이의 스위칭을 실현하기 위해 이 또한 패널내 액정 스위칭 기술을 사용하는 본 발명의 제 2 실시예가 도 3 내지 도 12를 참조하여 설명될 것이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 설명하는데 사용하기 위한 이미지 디스플레이 시스템(1)을 예시하는 블록도이다. 이미지 디스플레이 시스템(1)은 이미지 프로세서(10), 디스플레이 컨트롤러(20) 및 디스플레이 장치(30)를 포함한다. 디스플레이 장치(30)는 디스플레이 패널(32) 및 비-선형적 컴포넌트(34)를 포함한다. 제 2 실시예에 따른 액정 디스플레이 패널(200)은 도 4에 예시되어 있으며, 후술되는 바와 같이, 도 3의 디스플레이 패널(32) 및 비-선형적 컴포넌트(34)를 대체하기 위한 것이다. 도 3을 참조하면, 원래 이미지(I;original image)가 디스플레이 장치(30)의 디스플레이 패널(32)에 디스플레이될 것이다. 원래 이미지(I)는 디스플레이 패널(32)의 픽셀들 또는 디스플레이 패널(32)의 하위-픽셀들에 대응될 수 있는 복수개 이미지 요소들에 의해 표현된다. 원래 이미지(I)가 디스플레이 장치(30)에 직접적으로 디스플레이된다면, 이미지는 위치(P1)의 온-축에 위치하는 시 청자 및 위치(P2)의 오프-축에 위치하는 시청자 모두에 의해 시청 가능할 것이다. 제 1 및 제 2 위치들(P1 및 P2)은, 각각, 제 1 및 제 2 시야 영역들(R1 및 R2) 내부이다.
본 발명의 제 2 실시예는, 디스플레이 장치(30)와 관련하여 위치 P1에 위치한 제 1 시청자에 의해 관찰되는 이미지는 사실상 원래 이미지(I)와 동일한 반면, 디스플레이 장치(30)와 관련하여 위치 P2에 위치한 제 2 시청자에 의해 관찰되는 이미지는 원래 이미지(I)와 상이한 동작 모드를 가능하게 한다. 제 2 실시예의 제 1 일례와 관련하여 다음에서 설명되는 바와 같이, 이러한 목적을 위해 마스킹 이미지(M)가 사용된다.
제 2 실시예의 제 1 일례의 동작이 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명될 것이다. 도 5는 제 2 실시예의 제 1 일례에서 이미지 프로세서(10)에 의해 수행되는 동작들의 개요를 제공하는 흐름도이다. 이미지 프로세서(10)에 의해 수행되는 단계들을 상세하게 살펴보기 전에, 먼저 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대한 기초가 되는 개념에 대한 좀더 일반적인 설명이 이루어질 것이다.
시청자가 디스플레이 장치(30)의 디스플레이 패널(32)로부터 소정 거리 이상 떨어져 있을 경우, 시청자는 디스플레이되고 있는 각각의 개개 픽셀 또는 이미지 요소를 해상할 수 없다. 이런 경우에 적합한 시청자-디스플레이 거리를 예측하는데 사용하기 위한 가이드라인이, 눈의 해상도는 1 호 분(arc minute)으로 한정된다고 제시하는 "Color and Light in Nature", D. Lynch & W Livingston, Cambridge University Press, 1995에서 제공된다. 이를 본 실시예에 적용하면, 2개 픽셀들 또는 이미지 요소는 1 호 분 미만의 각도에서 마주 보는 것이 바람직할 것이다. 이것은 단지 가이드라인일 뿐이며 상이한 환경들에서는 다른 해상도들이 적용될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
각각의 개개 픽셀 또는 이미지 요소를 분할하는 것이 아니라, 사람의 눈은 디스플레이된 이미지 요소들의 국지화된 그룹을 공간적으로 평균하여 전반적인 단일 휘도를 인지할 것이다. 디스플레이된 이미지 요소들의 국지화된 그룹이 원래 이미지에서의 이들 이미지 요소들의 배열에 대응되지 않을 수도 있다는 것에 주의해야 하는데, 예를 들어, 이미지 요소들은 디스플레이 전에 인터레이싱되거나 재-배열될 수도 있기 때문이다. 본 발명의 제 2 실시예는, 다음에서 후술되는 바와 같이, 디스플레이 장치(30)의 데이터 값-대-휘도 응답과 함께, 이것의 이점을 취한다.
도 6a는 동일한 데이터 값을 가진 2개 이미지 요소들을 포함하는 국지화된 일 그룹을 나타낸다. 디스플레이 전에, 본 발명의 실시예의 이미지 프로세서(10)는, 이 이미지 요소들 중 하나의 데이터 값은 원래의 데이터 값 - 분리량과 같아지고 나머지 하나의 이미지 요소의 데이터 값은 원래의 데이터 값 + 분리량과 같아지도록, 원래의 데이터 값을 공평하게 2개의 새로운 데이터 값들로 분할한다.
선형적인 데이터 값-대-휘도 응답을 가진 디스플레이 장치에 디스플레이될 경우, 시청자는 국지화된 그룹의 수정된 2개 데이터 값들을, 그 이미지 요소들이 이렇게 수정되지 않았을 때와 동일한 전반적 휘도를 갖는 것으로 인지할 것이다. 이것은, 디스플레이 장치의 선형 응답으로 인해, 하나의 원래 데이터 값이 수정된 2개 이미지 요소들의 평균 휘도와 동일한 휘도로 매핑되기 때문이다. 이것이 도 6b 및 도 7a에 예시되어 있다.
한편, 국지화된 그룹의 수정된 이미지 요소들이, 디스플레이 장치와 관련한 소정 위치의 시청자에 대해 비-선형적인 데이터 값-대-휘도 응답을 가진 디스플레이 장치에 디스플레이될 경우, 이들 이미지 요소들의 휘도는 더 이상, 그 이미지 요소들이 이렇게 수정되지 않았을 때와 동일한 전반적 휘도를 갖도록 시청자의 눈에 의해 공간적으로 평균되지 않는다. 대신, 시청자는, 디스플레이의 비-선형성에 의존하는 양만큼 직접적인 평균치로부터 달라지는 휘도를 인지한다. 이것이 도 7b 및 도 6c에 예시되어 있다.
LCD(Liquid Crystal Display) 장치의 픽셀에 인가되는 스위칭 전압은 대부분, 온-축에서 시청될 경우, 픽셀로 송신되는 데이터에서의 변화가, 관찰되는 휘도에서 비례하는 변화를 발생시키도록 보상된다. 그러나, 패널(32)에 대해 수직이 아닌 각도에서 패널(32)을 통과 중인 광은 LC(Liquid Crystal)를 통해 상이한 광 경로 길이를 이동할 것이므로, 상이하게 영향을 받을 것이다. 광 경로 길이에서의 이 변화는 픽셀 데이터와 관찰되는 오프-축 휘도 사이에 비-선형적 관계를 도입할 수 있다.
이로 인해, 디스플레이 패널(32)에 사실상 수직인 제 1 위치(P1)의 시청자에 대한 데이터 값-대-휘도 응답은 사실상 선형일 것이고, 이런 시청자에 의해 공간적 평균화를 통해 인지되는 이미지는 원래 이미지와 사실상 동일할 것이다.
한편, 디스플레이 패널(32)과 관련한 오프-축 위치(P2)에서의 제 2 시청자에 대한 데이터 값-대-휘도 응답은 비-선형적일 수 있으므로, 이런 시청자에 의해 공간적 평균화를 통해 인지되는 이미지는 원래 이미지와 상이할 수 있다.
제 1 및 제 2 데이터 값-대-휘도 응답들의 요구되는 차이는 간혹, 디스플레이 장치 자체의 고유 특성들에 기인한다. 그러나, 일부 디스플레이들은, 온-축 및 오프-축 응답들 모두가 사실상 선형적이도록, LC의 비-선형성을 제거하기 위해 보상된다. 이런 장치들의 경우, 오프-축 비-선형성은 도 3에 표시된 비-선형적 컴포넌트(34)의 도입에 의해 재도입되어 디스플레이의 시야 특징들을 수정할 수 있다. 이러한 비-선형적 컴포넌트(34)는 패터닝되지 않은 단순한 LC 계층일 수 있다. 비-선형적 컴포넌트(34)는 또한 스위칭 가능할 수 있으므로, 필요할 경우에만 활성화되어야 한다. 그러나, 본질적으로 상이한 온- 및 오프-축 휘도 응답들을 가진 디스플레이 장치들의 경우, 비-선형적 컴포넌트(34)의 사용이 성능을 향상시킬 수도 있기는 하지만, 이런 컴포넌트는 불필요하다.
다른 방법으로, 그리고 이것은 본 발명의 제 2 실시예에서 취해진 접근 방법인데, LC 패널 자체가, 디스플레이가 일정한 휘도 응답을 갖는 일 동작 모드와 디스플레이가 시청자(P2)에 대해 비-선형적 휘도 응답을 갖는 또 하나의 동작 모드인 2개 동작 모드들 사이에서 스위칭하도록 동작할 수도 있다. 이것은, 추가의 비-선형적 컴포넌트(34)를 필요로 하지 않으면서, 동일한 효과를 실현할 것이다. 본 발명의 제 2 실시예에 대한 패널내 스위칭 기술(in-panel switching technique)은 앞서 언급된 계류 중인 출원에서 개시된 방법에 사용하기 위한 오프-축의 비-선형적 데이터 값-대-휘도 응답을 보장하기 위한 것이다. 다음에서는 도 4를 참조하여, 제 2 실시예에 사용되는 디스플레이 패널을 좀더 상세하게 설명할 것이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 단일-계층 액정 디스플레이 패널(200)을 예시한다. 디스플레이 패널(200)은 조합된 디스플레이 패널(32)과 비-선형적 컴포넌트(34)의 기능을 수행하기 위한 것이다. 디스플레이 패널(200)의 액정은 도 4의 상부에 도시된 바와 같은 동작의 제 1 (넓은) 모드의 제 1 구성(C1)을 갖는 것과 도 4의 하부에 도시된 바와 같은 동작의 제 2 (좁은) 모드의 제 2 구성(C2)을 갖는 것 사이에서 스위칭하도록 조작된다.
도 4의 예시에서, 제 1 액정 구성(C1)은, 4개 영역들(R11 내지 R14)이 표시되어 있는 4-도메인(4-영역)의 TN 구성이다. 4개 영역들(R11 내지 R14) 각각은 상이한 TN 배열들을 갖는데, 각 배열은 다른 배열에 대해 90도 방향을 향하고 있다.
제 2 액정 구성(C2)은, 2개 영역들(R15 및 R16)이 표시되어 있는 2-도메인(2-영역)의 TN 구성이다. 영역(R15)은 영역들(R11 및 R12)과 동일한 공간을 차지하는 한편, 영역(R16)은 영역들(R13 및 R14)과 동일한 공간을 차지한다. 영역(R15)은, 영역(R16)의 TN 배열에 대해 180도 방향을 향하고 있는 TN 배열을 가진다.
4-영역 액정 구성(C1)은, 예를 들어, 멀티-러빙(multi-rubbing) 또는 사진 배향에 의한, 액정 배향의 패터닝에 의해 조립될 수 있다. 제 1 (넓은) 모드에서, 4개 영역들의 평균 투과율은 사각들(oblique angles)에서 투과되는 광에 대해 선형적인 데이터 값-대 휘도 응답을 제공한다. 이 모드에서, 광은 액정의 상이한 배열들을 가진 4개 영역들 모두를 통과한다. 각각의 개개 영역에 대해, 사각들에서 진 행 중인 광의 투과율이 선형적인 데이터 값-대-휘도 응답을 갖게 될 소정 방향들 및 사각들에서 진행 중인 광의 투과율이 비-선형적인 데이터 값-대-휘도 응답을 갖게 될 다른 방향들이 존재할 것이다. 그러나, 4개 영역들에 걸친 투과 광의 평균으로 인해, 전반적인 데이터 값-대-휘도 응답은 사실상 모든 방향들에서 선형적이다.
제 2 (좁은) 모드에서, 배향은, 수평 시야면(페이지에 수직이며 페이지의 상단 및 하단 에지들과 평행인 평면)에서, 데이터 값-대-휘도 응답이 사각들에서 투과되는 광에 대해 비-선형적이도록 배향되어 있는 영역들의 2-영역 TN 구성(C2)으로 스위칭된다. 이 모드에서, 양자의 영역들(R15 및 R16)은, 사각들에서 진행 중인 광의 투과율이 비-선형적인 데이터 값-대-휘도 응답을 갖게 될 방향들이 수평 시야면에 존재하도록, 배향된다. 따라서, 2개 영역들의 응답에 대한 평균치인 전반적인 데이터 값-대-휘도 응답은 비-선형적이다. 이런 모드가 상술된 계류 중인 출원에서 개시된 이미지 프로세싱 방법과 함께 사용될 경우, 양호한 프라이버시 기능이 실현될 수 있다.
배향을 스위칭하는 일 방법은, Kim 등에 의해 'Surface alignment bistability of nematic liquid crystals by orientationally frustrated surface patterns', Applied Physics Letters, Vol 78, Is 20 (2001) 3055에서 설명된 바와 같이, 배향층의 아주 미세한 패터닝을 사용하는 것이다. EP0856164 및 Kitson과 Geisow의 'Controllable alignment of nematic liquid crystals around microscopic posts: Stabilization of multiple states', Applied Physics Letters, Vol 80, Is 19 (2002) 3635에서 개시된 다른 방법은 주기적 미세 구조들로 이루어진 배향층을 사용한다. 이들 미세 구조들 또한, 액정의 쌍안정 또는 다안정 배향을 유도한다. US 6,549,255에서 개시된 또 다른 방법은, 배향 특성들이, 인가되는 필드에 의해 스위칭될 수 있는 고분자 배향층을 사용한다.
상기 실시예에서 설명된 바와 같이 배향층을 스위칭하는 대신에 또는 배향층을 스위칭할 뿐만 아니라, 액정층 또한, 넓은 시야 모드 및 좁은 시야 모드를 발생시키기 위해, 전계를 사용해 스위칭될 수 있다. 일례들로는, 액정층을 가로질러 전계를 인가하는 것, 액정층의 평면에서 전계를 인가하는 것, 및 패터닝된 전극으로부터의 프린지 전계들을 인가하는 것을 들 수 있다.
이제는, 도 5, 도 8 및 도 9를 참조하여, 제 2 실시예의 제 1 일례의 동작에 대한 좀더 상세한 설명이 이루어질 것이다.
원래 이미지(I)의 이미지 요소들은 일반적으로 0 내지 255 범위의 임의 값을 취할 것이다. 이 때문에, 도 6을 참조하여 상술된 바와 같은 최소 또는 최대의 데이터 값에 근접한 데이터 값의 분할은 허용되는 데이터 값들의 정상적인 범위를 벗어나는 수정된 데이터 값을 초래할 것이다. 이를 방지하기 위해, 제 2 실시예의 제 1 일례의 단계 S1에서, 원래 이미지(I)는 새롭게 압축된 데이터 값 범위를 갖도록 크기와 중심이 조정되는데, 이것이 도 8의 상단 절반에 예시되어 있다. 단계 S2에서는, 마스킹 이미지(M)의 데이터 값 범위가, 최소 데이터 값은 0이고 최대 데이터 값은 크기 조정된 원래 이미지의 최소값이 되도록, 크기가 조정되는데, 이것이 도 8의 하단 절반에 예시되어 있다.
도 9는 크기 조정된 원래 이미지(I)와 크기 조정된 마스킹 이미지(M)의 예시적 단면들을 나타낸다. 마스킹 이미지의 임의 포인트에서의 데이터 값은 크기 조정된 원래 이미지(I)의 대응되는 위치에서의 이미지 요소를 위해 사용될 분할 레벨을 결정한다. 분할 레벨은 마스킹 이미지의 크기 조정된 데이터 값에 비례하는데, 크기 조정된 원래 이미지(I)의 인접한 이미지 요소들은 크기 조정된 마스킹 이미지(M)로부터 결정된 분할 레벨만큼 각각 증가되고 감소된다. 도 9의 오른쪽 부분은 크기 조정된 원래 이미지(I)와 크기 조정된 마스킹 이미지(M)의 조합 결과를 나타내는데, 최대 분할 정도는 마스킹 이미지(M)의 최대값들의 위치들에서 발생한다.
제 2 실시예의 제 1 일례에서, 분할량들은, 먼저 크기 조정된 마스킹 이미지(M)의 데이터 값들의 절반을 단계 S3에서 반전한 다음, 단계 S4에서, 데이터 값들의 결과적인 패턴을 크기 조정된 원래 이미지(I)에 가산하는 것에 의해, 크기 조정된 원래 이미지(I)로부터 각각 가산되고 감산된다. 그 다음, 결과적 이미지가, S5에서, 시청자에 의해 관찰된다. 온-축 시청자는 공간적 평균화를 통해 크기 조정된 원래 이미지와 사실상 동일한 이미지를 인지할 것이고, 한편, P2에 위치한 오프-축 시청자는, 적어도 일정 정도는 마스킹 이미지(M)를 닮은, 원래 이미지와는 상이한 이미지를 인지할 것이다. 양호한 프라이버시 모드를 위해, 마스킹 이미지는 오프-축 시청자에게 시각적 혼동 정도가 높은 정보를 제공해야 할 것이다.
이제는, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예의 제 2 일례가 설명될 것이다. 도 3의 장치를 사용하는, 제 2 실시예의 제 2 일례는 제 2 실시예의 제 1 일례와 유사하므로, 여기에서는 간략하게만 설명할 것이다. 제 2 실시예의 제 1 일례와 제 2 일례 사이의 차이점은, 원래 이미지(I)와 마스킹 이미지(M)가 크기 조정되고 조합되는 방식으로부터 발생한다. 제 2 실시예의 제 1 일례에서, 원래 이미지(I)의 데이터 값들에 대한 좀더 좁은 범위로의 크기 조정은 이미지의 콘트라스트 감소를 초래하는 반면, 제 2 실시예의 제 2 일례에서 수행되는 방법은, 원래 이미지의 콘트라스트가 손상시키지 않는다.
제 2 실시예의 제 2 일례에서, 분할 정도는 부분적으로, 특정 이미지 요소의 데이터 값이, 허용되는 데이터 값 범위의 가장 가까운 에지로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지에 의해 결정된다. 범위의 중간에 해당하는 데이터 값들을 가진 이미지 요소들이 가장 많이 분할되는 반면, 0 또는 255에 근접한 이미지 요소들은 거의 분할되지 않을 것이다. 어느 쪽이든 범위의 극단에 위치한 이미지 요소들은 전혀 분할되지 않을 것이다. 이는, 수정된 데이터 값들이 데이터 값들의 허용되는 범위를 벗어나지 않는다는 것을 보장한다.
따라서, 제 2 실시예의 제 2 일례에서는, 원래 데이터 값과, 데이터 값의 최대 또는 최소 중 어느 쪽이든 좀더 근접한 값과의 차이가 계산되며, 이것이 분할의 최대 레벨을 효과적으로 설정한다. 이것이 도 10의 상단 절반에 예시되어 있다.
다음으로는, 마스킹 이미지(M)가 각각의 이미지 요소를 위해 허용되는 최대 분할 레벨에 따라 크기 조정되어 원래 이미지(I)와 조합될 크기 조정된 마스킹 이미지(M)를 발생시킨다. 실제 조합은 제 2 실시예의 제 1 일례를 참조하여 상술된 것과 유사한 방법으로 수행될 수 있다.
따라서, 제 2 실시예의 제 2 일례의 전반적인 프로세스는 제 2 실시예의 제 1 일례의 프로세스와 유사하다. 도 5를 참조하면, 제 2 실시예의 제 2 일례에서는, 단계 S1이 생략되는 한편, 단계 S2에서의 마스킹 이미지(M)의 크기 조정이 도 10을 참조하여 상술된 바와 같이 수행된다. 제 2 실시예의 제 1 일례와 비교하면, 제 2 실시예의 제 2 일례는 픽토리얼 컨텐츠(pictorial content)를 가진 이미지들에 대해서는 강한 효과를 발생시키지만, 포화된 픽셀들은 거의 또는 전혀 분할을 겪지 않으므로, 제 2 실시예의 제 2 일례가 순수한 블랙 및 화이트 텍스트에 대해서는 효과가 없을 것이다.
이미지 요소들에 대해 수행된 대응되는 수정들, 예를 들어, 위쪽으로의 분할 및 아래쪽으로의 분할을 가진 이미지 요소들은 도 11a에 나타낸 바와 같이, 디스플레이 장치(30)의 라인들에 대응되도록 배열될 수 있다. 다른 방법으로, 대응되는 이미지 요소들은 컬럼들로, 또는 도 11b에 나타낸 바와 같은 체커판 패턴으로 배열될 수 있다. 도 11a 및 도 11b에 나타낸 배열들에 의해, 각각의 이미지 요소는, 각각의 색 성분이 데이터 값으로써 표현되는 3개의 개개 RGB 색 성분들을 포함한다. 이미지 요소의 데이터 값 각각은 동일한 방법으로 수정된다.
다른 방법으로, 각각의 이미지 요소가 3개의 개개 RGB 색 성분들을 포함할 경우, 각각의 색 성분은 독립적으로 취급될 수도 있으므로, 동일한 이미지 요소에 대한 상이한 컬럼 성분 데이터 값들은 상이하게 분할될 수도 있다. 가능한 일 배열이 도 11c에 도시되어 있다.
원래 이미지(I)와 마스킹 이미지(M)를 다른 방법들로 조합할 수도 있다. 예를 들어, 제 2 실시예의 제 1 일례에서와 같이, 원래 이미지(I)의 콘트라스트는 감 소될 수 있지만, 압축된 원래 이미지(I)의 센터링이 아니라 비대칭적 압축 및 분할이 사용될 수도 있다. 이것은, 밝은 또는 어두운 영역들의 콘트라스트가 우선적으로 보존된다는 것을 의미할 것인데, 마스킹 이미지(M)는 제 2 실시예의 제 1 일례에서와 같이 압축되지만 수정된 데이터 값들이 데이터 값들의 허용 범위를 벗어나지 않도록 원래 이미지에 따라 크기 조정된다. 다른 방법들은 당업자에게 이미 명백할 것이며, 상기 방법들의 임의 조합도 사용될 수 있다.
설명의 편의상, 디스플레이 장치(30)의 온-축 휘도 응답은 선형적인 것으로 앞서 가정되어, 데이터 값들의 등가 분할이 시청자로 하여금 공간적 평균화를 통해 사실상 원래 이미지를 볼 수 있게 하겠지만, 온-축 휘도 응답이 실제로 비-선형적이라면, 분할은 이것을 해결하도록 쉽게 보상될 수 있으므로, 온-축 시청자는 여전히, 공간적 평균화를 통해 사실상 원래 이미지를 보게 된다.
의도되는 애플리케이션에 따라, 임의 유형의 마스킹 이미지(M)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 마스킹 이미지는 공개/비밀 모드 애플리케이션을 위한 블랙과 화이트 색상의 체커판 패턴 또는 무작위 잡음을 포함할 수 있다. 마스킹 이미지는 로고 또는 다른 이미지, 텍스트 또는 디스플레이 장치의 특정 유형들에서의 디스플레이나 특정 위치들에 위치한 시청자들만을 위한 여타 임의 형태의 정보도 포함할 수 있다. 애니메이션형 마스킹 이미지들이 사용될 수도 있다.
그룹의 이미지 요소들, 예를 들어, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 2개 이미지 요소들은 마스킹 이미지를 가산하고 감산하기 전에 평균될 수 있거나, 동일한 값을 취하는 것으로 가정될 수 있다.
디스플레이되고 있는 이미지와 어떠한 방식으로도 배향되어 있지 않은 마스킹 이미지의 경우, 그것은, 국지화된 임의 그룹의 이미지 요소들이 마스킹 이미지(M)의 대응되는 데이터 값들에 따라 상이한 양들만큼 분할되는 경우일 수 있다. 동일한 분할 정도가 그룹의 2개 이미지 요소들 또는 모든 이미지 요소들에 적용되도록, 마스킹 이미지 데이터 값들을 평균할 수도 있을 것이다. 함께 평균되는 이미지 요소들의 수는 2 이상일 수 있다. 앞서 도 6을 참조하여 설명된 일례는 쌍들로 고려되는 이미지 요소들을 나타내었지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니며 임의 개수의 이미지 요소들이 이미지 요소들의 국지화된 그룹에서 고려될 수 있고, 단지 필요한 것은, 이미지 요소들의 국지화된 그룹이 공간적 평균화를 통해, 온-축 시청자에 의해, 수정없이 수행되었을 때와 사실상 전반적으로 동일한 휘도를 갖도록 인지된다는 것이다. 공간적으로 평균된 픽셀들은 순차적으로 반전될 수도 있으므로, 일 프레임에서, 픽셀은 가산된 마스킹 이미지를 가질 수도 있고, 후속적인 시간 프레임에서, 마스킹 이미지는 대신에 (자신의 이웃에 대한 등가 반전으로써) 감산될 것이다.
제 2 실시예의 상기 설명은 디스플레이된 이미지 요소들의 국지화된 그룹들을 참조하였지만, 이것이 적절한 공간 평균화가 제공된다는 것을 보장하기 위해 채택해야 할 유용한 개념이기는 하지만 반드시 별도의 개개 그룹들의 이미지 요소들에 대한 프로세싱을 함축할 필요는 없다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 이미지 요소들은 어떤 그룹화와도 관계없이 프로세싱될 수 있지만, 정확한 국지적 공간 평균화를 보장하기 위해 (예를 들어, 도 11a 내지 도 11c에 나타낸 바와 같은) 수정 의 적절한 전역적 패턴을 갖추어야 한다.
마스킹 이미지는 완만하게 변하는 데이터 값들을 갖는 것이 바람직한데, 이는 급작스러운 변화들은 소정 상황들에서 온-축 감지 이미지에 거의 영향을 미치지 않을 수도 있기 때문이다. 도 12는, 마스킹 이미지의 급작스러운 변화가 감지된 이미지에 아티팩트(artifact)를 남길 수 있는 이유를 예시한다. 이는 제 2 실시예에서 사용된 방법에 대한 적당한 수정, 예를 들어, 이런 효과를 방지하거나 감소시키기 위해 마스킹 이미지를 수정하는 선행-프로세싱 단계, 또는 이런 효과를 방지하거나 감소시키기 위해 마스킹 이미지를 조합하는데 사용되는 알고리즘에 대한 변화에 방해가 될 수도 있다.
요약하여, 제 2 실시예에 따른 디스플레이 장치는 공간적 광 변조에 의해 이미지를 디스플레이하기 위한 액정 디스플레이 패널 및 패널의 액정을, 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 넓은 범위의 시야각들로부터 구별될 수 있게 하는 제 1 (공개) 모드의 제 1 구성을 갖는 것과 패널을 사용해 디스플레이되는 이미지가 사실상 좁은 범위의 시야각들내에서만 구별될 수 있게 하는 제 2 (비밀) 모드의 제 2 구성을 갖는 것 사이에서 스위칭하기 위한 회로를 포함한다. 액정의 제 2 구성은, 이미지-혼동 패턴이, 좁은 범위의 각도들을 벗어나 있는 시청자에 의해 구별되는 이미지에서 가시화될 수 있게 하기 위한 것이다. 제 1 구성의 액정은, 각각이 액정의 2 이상의 상이한 배열들 중 하나를 가진 복수개 횡방향 영역들을 포함한다. 제 1 구성 영역들은, 시청자에 의해 해상될 수 없도록 크기가 정해진다. 제 2 구성의 액정은, 각각이 액정의 2 이상의 상이한 배열들 중 하나를 가진 복수개 횡방 향 영역들을 포함할 수 있거나 단일 영역을 포함할 수 있다. 제 2 구성의 액정은 좁은 범위내의 시야각들에 대해 사실상 선형적인 데이터 값-대-휘도 응답을 그리고 좁은 범위를 벗어난 시야각들에 대해 사실상 비선형적인 데이터 값-대-휘도 응답을 디스플레이 패널에 제공하도록 배열된다. 제 1 구성 영역들은, 좁은 범위의 각도들을 벗어난 각도에서 진행 중인 광이 액정의 상이한 배열들을 가진 2 이상의 영역들을 통과하여 사실상 선형적인 데이터 값-대-휘도 응답을 갖도록 적응된다. 제 2 구성 영역들은, 좁은 범위의 각도들을 벗어난 각도에서 진행 중인 광이 사실상 비-선형적인 데이터 값-대-휘도 응답을 갖도록 적응된다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예의 제 1 일례에서, 인접한 데이터 값들은, 선형 디스플레이 장치(온-축)를 통해 시청될 경우에는 사람의 눈에 의해 다시 원래 이미지로 공간적으로 평균되겠지만, 비-선형적 디스플레이 장치(오프-축)를 통해 시청될 경우에는 사용된 분할 정도의 성분을 도입할 것이다. 분할 정도가 이미지에 걸쳐 제 2 이미지에 비례하는 양만큼 수정된다면, 오프-축에서 시청될 때, 원래 이미지와 제 2 이미지 모두가 가시적일 것이다. 제 2 이미지는 상술된 마스킹 이미지(M)이다. 마스킹(M)이 체커판 또는 회사 로고와 같은 혼동 패터닝을 가진다면, 원래 이미지는 사실상 오프-축 시청자에 대해 은닉될 것이다. 이것은, 온-축 시청자만이 교란되지 않은 원래 이미지를 시청하는 동작의 비밀 모드를 제공한다.
본 발명의 제 2 실시예는, 시야각 한정을 발생시키기 위한 전자적으로 스위칭 가능한 방법을 제공한다. 권한이 없는 시청자들에게 향상된 혼동을 제공하기 위해, 움직이는 이미지일 수 있는 맞춤형 마스킹 이미지(custom masking image)가 사용될 수 있다. 제 2 실시예는, 일부의 공지 기술들이 요구하는 것처럼, 셔터형 안경을 요구하지 않으며, 디스플레이의 전체 또는 일부에 적용될 수 있다. 수평 및 수직 평면들 모두에 비-선형성이 존재한다면, 수평 및 수직 방향들 모두에서 프라이버시가 제공될 수 있다. 프라이버시 레벨 및 면적은 디스플레이되고 있는 내용에 의존할 수 있고, 사용되는 분할 정도를 수정하는 것에 의해, 가변 시야각 한정들이 제공될 수 있다. 본 발명의 실시예는 스위칭 시야각 한정을 발생시키기 위한 저비용의 스위칭 가능 시스템을 제공한다.
제 2 실시예의 이미지 프로세싱 부분들은 하드웨어로, 소프트웨어로, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다. 제 2 실시예를 구현하기 위한 오퍼레이팅 프로그램이 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장될 수도 있지만, 본 발명을 구현하는 오퍼레이팅 프로그램이 반드시 컴퓨터-판독 가능 매체에 저장되어야 하는 것은 아니며, 예를 들어, 인터넷 웹사이트로부터 제공되는 다운로드 가능한 데이터 신호와 같은 신호로 구현될 수도 있다. 첨부된 청구항들은 그것만으로, 캐리어상의 레코드로서, 신호로서, 또는 여타 임의 형태로 오퍼레이팅 프로그램을 커버하는 것으로 해석될 것이다.
제 2 실시예의 이미지 프로세싱 기술은, 비밀 모드의 효과성을 향상시키기 위해, 여기에서 설명되는 임의의 다른 실시예들과 조합하여 사용될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이런 관점에서, 여기에서 설명되는 실시예들 각각에서 사용되는 디스플레이 패널들이, 적어도 어느 정도까지는, 이미지 프로세싱 기술이 비밀 모드에서 적어도 약간의 추가 이점을 제공하기 위해 필요한 비-선형적 특징들을 나타낼 것이다.
도 13은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정 디스플레이 패널(300)을 포함하는 디스플레이 장치를 예시한다. 제 3 실시예에서는, 액정 디스플레이의 제 1 (넓은) 모드가 제 1 세트의 (인플레인) 전극들(307, 308)을 사용해 계층에 대해 사실상 평행한 전계를 가진 액정층(305)을 스위칭하는 것에 의해 제공된다. 이러한 IPS(in-plane switching)는 넓은 시야각을 제공하는 것으로 공지되어 있다. 동작의 제 1 (넓은) 모드의 액정 구성(C1)이, 하나의 액정 IPS 셀의 평면도인 도 13의 상단부에 예시되어 있다.
동작의 제 2 (좁은) 모드는, 제 2 세트의 전극들(301, 303)을 사용해 액정층을 가로질러 적용되는 전계를 가진 액정층(305)을 ECB(electrically controlled birefringent) 스위칭하는 것에 의해 제공된다. 계층의 평면을 벗어난 액정층(305)의 스위칭은 좁은 시야각을 제공한다. 동작의 제 2 (좁은) 모드에서의 액정 구성(C2)이, 하나의 액정 ECB 스위칭 셀의 측면도인 도 13의 하단부에 예시되어 있다.
다른 방법으로, 제 1 (넓은) 및 제 2 (좁은) 시야 모드들은 본 발명의 실시예에서, 액정 디스플레이 패널을 2가지 상이한 개개 전압 범위들에서 구동하는 것에 의해 제공될 수 있다. 이런 장치의 적당한 일례가 도 15에 도시되어 있는데, 연관된 시야각 특징들은 도 17에 도시되어 있다.
도 14a 내지 도 17을 참조하여, 제 4 실시예가 설명될 것이다. 이 실시예에 서, 스위칭 가능한 프라이버시는, 온-축에서는 유사한 그레이 스케일 변동을 갖춘, 도 14a 및 도 14b에서 범위들(A 및 B)로서 지시되어 있는, 2개 전압 범위들을 갖지만, 오프-축에서는 정규 그레이 스케일 변동을 갖춘, 도 14a 및 도 14b에서 A로서 지시되어 있는, 단일 전압 범위를 갖는 LC 모드를 사용해 실현된다. 공개 모드에서는, 온-축(도 14a) 및 오프-축(도 14b) 모두에서 정규 그레이 스케일 변동을 가진 전압 범위 A가 사용되고 모든 시야 각도들에서 양호한 이미지 품질이 관찰된다. 비밀 모드에서, 픽셀들의 일부는 제 1 전압 범위(A)를 사용해 온-축에서의 소정 그레이 스케일을 실현하고(도 14a), 다른 픽셀들은 제 2 전압 범위(B)를 사용해 온-축에서의 동일한 그레이 스케일을 실현한다(도 14a). 제 1 전압 범위(A)를 사용하는 픽셀들은 온 및 오프-축 모두에서 정상적으로 표시될 것이다(각각, 화살표에 의해 전압 범위(A)로 링크되어 있는 도 14a 및 도 14b의 오른쪽에서의 예시적 이미지의 픽셀들 참고). 그러나, 제 2 전압 범위(B)를 사용하는 픽셀들은 오프-축에서 정상적으로 표시되지 않을 것이다(화살표에 의해 전압 범위(B)로 링크되어 있는 도 14b의 오른쪽에서의 예시적 이미지의 픽셀들 참고). 제 1 및 제 2 전압 범위들(A 및 B)을 사용하는 픽셀들을 패터닝하는 것에 의해, 오프-축에 혼동 이미지가 표시될 것이다(도 14b의 오른쪽에서의 예시적 이미지 참고).
이런 그레이 스케일 응답의 일례가 도 14a 및 도 14b에 도시되어 있다. 온-축(도 14a)에서의 그레이 레벨 각각을 위해, 사용될 수 있는 2개 전압들이 존재한다. 그러나, 이들 2개 전압들이 오프-축(도 14b)에서 동일한 그레이 레벨들을 제공하지는 않는다. 제 1 및 제 2 전압 범위들(A 및 B)을 사용하는 픽셀들을 패터닝 하는 것에 의해, 혼동 이미지가 오프-축에서 보이게 될 것이다(도 14b). 패턴이 온-축에서는 보이지 않는데(도 14a), 2개 전압 범위들(A 및 B)이 이 시야각을 위해서는 동일한 그레이 레벨들로 매칭되기 때문이다.
이것을 실현할 수 있는 액정 모드의 일례가 도 15에 도시되어 있는데, 당업자라면, 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 도 16은, ~ 0.9V 내지 1.6V의 제 1 전압 범위의 경우, 온-축에서의 그레이 스케일 곡선이 오프-축에서의 그레이 스케일 곡선(+/- 45도)과 유사하다는 것을 나타낸다. 그러나, ~ 1.6V 내지 2.4V의 제 2 전압 범위의 경우, 그레이 스케일 곡선이 온-축 범위에서는 유사하지만 반전되고 오프-축에서는 사실상 변화가 없다. 따라서, 2개 전압들이 선택되어 온-축에서는 동일한 그레이 레벨들을 제공할 수 있지만, 이들 전압들이 오프-축에서는 아주 상이한 그레이 레벨들을 제공할 것이다. 도 17a 및 도 17b는 2개 전압 범위들에 대한 그레이 레벨들의 시야각 의존도를 나타낸다. 공개 모드를 위해서는 저-전압 범위만이 사용되지만, 비밀 모드를 위해서는 저전압 및 고전압 범위들의 패턴이 사용되는데, 온-축에서의 그레이 레벨들을 매칭하는 것에 의해, 패턴은 오프-축에서만 보이게 될 것이다.
따라서, 제 4 실시예에서는, 온-축에서의 유사한 그레이 레벨들을 실현하기 위해 2개 전압 범위들이 사용되는데, 이러한 전압 범위들 중 하나는 오프-축에서의 정상적인 그레이 스케일 변동을 제공하고 나머지는 오프-축에서 비정상적인 그레이 스케일을 제공한다. 패널을 제 1 전압 범위의 전압에서만 구동하는 것은 모든 범위들에서 양호한 시야를 제공한다. 패널을 제 2 전압 범위에서 구동하는 것은 오 프-축에서의 비정상적인 시야를 제공한다. 프라이버시는, 오프-축에서의 비정상적인 시야가 오프-축 시청자에 의해 관찰되는 이미지를 혼동시키는 패턴을 초래하도록, 제 1 및 제 2 전압 범위들을 사용하는 픽셀들을 패터닝하는 것에 의해, 향상될 수 있다.
이제는 도 18a 및 도 18b를 참조하여, 본 발명의 제 5 실시예를 설명할 것이다. 제 5 실시예에서, 제 2 구성(비밀 모드)에서의 액정 방향들의 수 또는 특징들은 제 1 구성(비밀 모드)과 관련하여 수정되므로, 제 2 구성(비밀 모드)에서 디스플레이되는 이미지는 제 1 구성(비밀 모드)에서보다 시야각들의 좀더 좁은 범위에 대해 가시적이다. 액정 영역들의 수 또는 방향의 스위칭은 인플레인 전계의 사용에 의해 실현된다.
이용되는 액정 모드는 CPA(Continuous Pinwheel Aligned) 모드이다. 이 모드에서, 액정 분자들은, 전압이 인가되지 않을 경우, 수직으로 배향된다. 사실상 균일한 전계가 인가될 경우, 전극 표면의 '리벳(rivet)' 돌출부의 존재는, 픽셀 에지에서의 프린지 전계들과 함께, 돌출부의 대향면들에서 대칭적으로 기울어진 액정 방향들의 쌍들을 초래한다. 방향들의 이들 쌍들은, 액정층에 대한 법선으로부터 시청될 경우, 연속적인 '핀휠'(pinwheel) 구조로 배향된다. 연속적인 핀휠 액정 방향들의 평균은 모든 방위각의 방향들에서 본질적으로 넓은 시야각을 제공한다. 이러한 제 1 구성이 도 18a에 도시되어 있다. 전극은, 후술되는 바와 같이, 구분되지만, 사실상 동일한 전압이 전극의 각 세그먼트에 인가되어 사실상 균일한 전계를 실현한다.
제 2 (좁은) 시야각 구성은, 도 18b에 도시된 바와 같이, 전극을 패터닝하고 상이한 전압들을 상이한 전극 세그먼트들에 인가하는 것에 의해 제공된다. 패터닝된 전극은 사실상 액정층의 인플레인에서 추가 전계들을 발생시킨다. 이들 인플레인 필드들은 액정 방향들에 대한 돌출부의 영향을 극복하고 방향들의 수를 감소시키는데, 도 18b에 도시된 예에서는, 방향들의 수가 2로 감소된다. 결과적인 2개 액정 방향들의 평균이 소정 방위각 방향들에 대해서는 넓은 시야각을 다른 방위각 방향들에 대해서는 좀더 좁은 시야각을 가질 것이다.
따라서, 제 1 (넓은) 시야각 구성에서, 패터닝된 전극들은 소정 픽셀내에서 사실상 동일 전압으로 설정되고, 돌출부는 연속적인 핀휠 액정 방향들을 발생시킨다. 제 2 (좁은) 시야각 구성에서, 전압은 인접한 인플레인 전극들 사이에 인가되어 액정 방향들의 수 또는 특징들을 수정한다.
인플레인 전극 세그먼트들의 방향은 시청자에게 가시화되기에 충분히 큰 스케일로 영역들에 배열될 수 있다. 특정한 방위각 방향들에 대해, 이들 영역들 중 일부는 넓은 시야각을 가질 것이고 일부는 좁은 시야각을 가질 것이다. 따라서, 오프-축 시청자는 상이한 영역들을 상이한 밝기의 패턴으로 보게 될 것이다. 이러한 이미지 혼동 패턴은 기초적인 이미지를 흐리게 할 것이다.
TFT(thin film transistor) 전극이 아니라, 패터닝된 인플레인 전극 세그먼트들이 픽셀을 위한 그라운드 전극을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 인플레인 전극들의 절반에는 음의 증분 전압(-△V)이 인가될 수 있고 나머지 절반에는 양의 증분 전압(△V)이 인가될 수 있다. 이러한 증분 전압은 인플레인 필드(in- plane field)를 발생시키지만, 액정층의 일 측면상의 전극에 대한 평균 전압은 0 전압(그라운드)으로 남겨진다. 제 1 (넓은) 시야각 구성에서 제 2 (좁은) 시야각 구성으로 스위칭하기 위해, 단일 증분 전압(△V)이 전체 패널을 가로질러 인플레인 전극들 모두에 인가될 수 있다. 구성들 사이에서 스위칭하기 위해, 픽셀들에서 추가 TFT들은 불필요하다.
액정 방향들의 수 또는 특징들을 수정하는데 필요한 인플레인 전극 세그먼트들의 피치(pitch)는 액정 모드에 따라 달라질 것이다. 피치는, 사실상 액정층의 두께와 동일한 상태에서 매 픽셀마다 단 2개의 인플레인 전극 세그먼트들만이 존재하는 피치로 변할 수 있다. 매 픽셀마다 2개의 인플레인 전극 세그먼트들의 경우에, 이들은 픽셀의 에지들에 위치할 수도 있고, 픽셀의 광-투과 간극(light-transmitting aperture)의 바깥쪽에 위치할 수도 있다. 일반적으로, 제 1 액정 구성을 형성하고자 하는 경향이 강할수록, 제 2 액정 구성으로 적절하게 스위칭하기 위해 필요한 매 픽셀당 전극 세그먼트들의 수는 더 많아진다.
이제는 도 19a, 도 19b 및 도 20을 참조하여, 본 발명의 제 6 실시예를 설명할 것이다. 이 실시예에서, 주기적 미세 구조들로 이루어진 배향층은 넓은 범위의 시야각들을 가진 제 1 구성을 갖는 것과 좁은 범위의 시야각들을 가진 제 2 구성을 갖는 것 사이에서의 스위칭을 가능하게 하는데 사용된다.
격자형으로 배향된(grating aligned) 네마틱 액정 셀들의 일 유형은, 주기적 미세-구조들(periodic micro-structures)로 인해, 대략 수직으로 배향되어 있는 연속적인 액정 디렉터 구조와 대략 평면으로 배향되어 있는 "결함" 구조 사이에서 스 위칭할 수 있다. 이들 상태들은 쌍안정적이고, 2 사이의 스위칭은, DC 필드 펄스를 디렉터 필드(director field)의 비스듬하고 굽은 영역들(splay and bend regions)에 플렉소일렉트릭하게(flexoelectrically) 커플링하는 것에 의해 실현된다. CPA 액정에 사용되는 이런 표면은 이 실시예에서, 인가된 고주파수 필드가 픽셀 중심 주위에 방사상의 디렉터 분포(radial director distribution)를 발생시키는 수직 배향형 VAN 구조와 이러한 방사상 분포가 격자 구조에 의해 초래되는 우선적인 배향 지시에 의해 붕괴되는 HAN(hybrid aligned nematic)형 구조 사이에서의 스위칭을 허용한다. 이들이 각각 도 19a 및 도 19b에 도시되어 있다.
연속적인 상태로부터 결함 상태로의 스위칭은 DC 펄스를 요하므로, ASV 픽셀에서 사용되는 보통의 AC 인가 필드가 그레이 레벨 제어를 제공하는데 여전히 사용될 수 있을 것이다. 연속적인 상태의 방사상 디렉터는 모든 방위각들에 본질적으로 넓은 시야각을 제공하는 한편, 2개의 "HAN형" 액정 방향들은 소정의 방위각 방향들에 대해서는 넓은 시야각을 그리고 다른 방위각 방향들에 대해서는 좀더 좁은 시야각을 가질 것이다. 주기적 미세-구조들의 방향은 시청자에게 가시적이기에 충분한 스케일로 영역들에 패터닝될 수 있다. 특정 방위각 방향에 대해, 이 영역들 중 일부는 넓은 시야각을 그리고 일부는 좁은 시야각을 가질 것이다. 따라서, 오프-축 시청자는 상이한 영역들을 상이한 밝기의 패턴으로 보게 될 것이다. 이러한 이미지 혼동 패턴은 기초적인 이미지를 흐리게 할 것이다.
중심에서의 "리벳" 돌출부와 함께, 방사상의 디렉터 분포를 조장하는 픽셀 에지에서의 프린지 전계들은 결함 상태에서도 여전히 유효할 것이다. 이것은, 결 함 상태에서의 좀더 선형적인 디렉터 배향으로의 스위칭에 방해가 될 수도 있다. 이 이유 때문에, 셀의 하부 기판상의 전극 면적은, 가시적 영역으로부터 이들 프린지 전계 효과들을 제거하기 위해, 픽셀의 광-투과 간극을 초과하여 확장될 수 있다. 이것은, 디스플레이가 결함 상태일 경우에만 스위칭 온될 보조 전극 영역들이 시야각 한정을 지원하게 하는 것에 의해 수행될 수 있는데, 이는 도 20에 도시되어 있다.
이제는 도 21을 참조하여 본 발명의 제 7 실시예가 설명될 것이다. 제 7 실시예에서, 디스플레이는, 좁은 시야각 LC 모드를 가진 부분 및 넓은 시야각 LC 모드를 가진 부분으로 각각 세분되는 픽셀들로 이루어진다. 2개의 상이한 LC 모드 부분들은 (도 21에 도시된 바와 같이) 별도의 컬럼들로 배열되거나 소정의 다른 방법으로 (예를 들어, 체커판 패턴으로) 패터닝될 수 있다. LC 모드들 중 하나는 고유한 넓은 시야각 특징을 갖고 또 하나의 다른 모드는 고유한 좁은 시야각 특징을 갖는다. 넓은 시야각 모드의 일례는 IPS 모드이고 좁은 시야각 모드의 일례는 ECB 모드이므로, 제 7 실시예는 상술된 제 3 실시예와 유사한 것으로 간주될 수 있다(따라서, 여기에서는 제 3 실시예와 제 7 실시예의 주된 차이점들만이 설명된다). 넓은 LC 모드와 좁은 LC 모드가 도 21에 도시된 바와 같이 교대하는 컬럼들로 배열되어 있는 경우, 각각의 픽셀에 대해, 넓은 시야각 하위-픽셀 및 좁은 시야각 하위-픽셀이 존재한다.
공개 모드에서, 디스플레이 패널은, 넓은 시야각 LC 모드를 가진 픽셀들만이 동작하도록 조작될 수 있다. 다른 방법으로, 넓은 시야 모드 픽셀과 좁은 시야 모 드 픽셀 모두가 동시에 동작할 수도 있으므로, 온-축 사용자는 2배의 밝기 또는 공간 해상도를 가진 이미지의 이점을 경험한다. 비밀 모드에서는, 디스플레이 패널이, 좁은 시야각 LC 모드를 가진 픽셀들만이 동작하도록 조작될 수 있다. 다른 방법으로, 일부 영역들에서는 좁은 시야각 LC 모드 픽셀들을 그리고 다른 영역들에서는 넓은 시야각 LC 모드 픽셀들을 동작시키는 것에 의해, 프라이버시 패턴이 실현될 수도 있다. 오프-축 시청자는 상이한 영역들을 상이한 밝기의 패턴으로서 보게 될 것이다. 이러한 이미지 혼동 패턴은 기초적인 이미지를 흐리게 할 것이다.
이제는 도 22 내지 도 25를 참조하여 본 발명의 제 8 실시예가 설명될 것이다. 상술된 제 4 실시예와 유사한 제 8 실시예는 2개의 상이한 전압 범위들을 이용해 온-축에서는 유사한 그레이 레벨들을 실현하지만 오프-축에서는 상이한 그레이 레벨들을 실현한다.
CPA 모드 LCD에 대해, 방사상으로 분포된 디렉터 구조는, 픽셀 중심의 상부 셀 표면상의 돌출 "리벳" 및 하부 기판상의 정사각형 전극 면적의 에지로부터의 프린지 전계들 모두에 의해 도입된다. 하부 기판은 TFT 어레이를 포함하고, 상부 기판은 공통 그라운드 전극을 가진다.
제 8 실시예에서, 이러한 공통 그라운드 전극은, 도 22에 평면도로 예시된 바와 같이, 모든 하위-픽셀 핀휠 도메인의 한쪽 면을 각각 커버하는 2개의 깍지형 전극들(interdigitated electrodes)로 분할된다. 하위-픽셀의 각 면에는 크기는 같지만 부호가 반대인 바이어스 전압이 인가되는데, 다시 말해, 이미지를 디스플레이하기 위해 모든 픽셀에 인가되는 구동 전압은 하위-픽셀의 1/2에 대해 +△V 및 나머지 1/2에 대해 -△V만큼 수정된다. 그라운드 전극을 이런 식으로 패터닝하는 이점은, 단일 바이어스 전압(△V)이 전체 패널을 가로질러 모든 전극들에 인가될 수 있다는 것이다. 또한, 픽셀들에서 추가 TFT들은 불필요하다.
도 23a에 도시된 바와 같은 온-축에서 CPA 픽셀로부터 관찰되는 대부분 선형인 그레이 레벨(전압-휘도) 곡선으로 인해, 구동 전압에서의 개개 증가들 및 감소들은, 0V의 공통 그라운드 전극에 의해 관찰될 사실상 원래 휘도로 평균되는 휘도를 발생시키므로, 극히 적은 변화가 발생하며 인지되는 이미지는 수정없이 유지된다.
그러나, 오프-축 시청자의 경우, 획득되는 휘도는, 시청자가 증가된 전계를 가진 하위 픽셀 쪽에 아니면 감소된 전계를 가진 하위 픽셀 쪽에 위치하는지의 여부에 크게 의존한다. 전압 응답에서의 이러한 대칭성은 도 23b 및 도 23c에 예시되어 있는데, 이는 시청자 쪽으로 또는 시청자로부터 멀어지도록 기울어지는 액정 디렉터로 인한 것이다.
따라서, 인가된 바이어스로 인해, 디스플레이는 한쪽이 다른쪽보다 좀더 밝게 표시될 것이다. 깍지형 전극들이 엇갈리게 배열되어, 디스플레이의 일부분들이 왼쪽에 대해서는 좀더 밝게 오른쪽에 대해서는 좀더 어둡게 표시되고 나머지 영역들은 반대 효과를 가진다면, 이미지 혼동 패턴이 어느 쪽의 시청자들에 대해서도 발생될 수 있고, 디스플레이상의 정보는 온-축 시청자를 제외한 누구에 대해서도 숨겨진다. 깍지형 카운터 전극(interdigitated counter electrode)을 위한 가능한 일 엇갈림 배열이 도 24에 도시되어 있다.
디스플레이의 한쪽 시청자에 대한, 왼쪽을 위해 바이어싱된 하위-픽셀 및 오른쪽을 위해 바이어싱된 하위-픽셀 사이의 휘도 차이는 이 혼동 패턴의 강도를 결정한다. 이것은, 이동 전화 LCD들에 사용되는 것과 같은, 무색의 원형 편광기들(achromatic circular polarisers) 사이의 CPA형 픽셀에 대해 +/- 바이어스 전압들의 범위에서 계산되었고, (바이어싱되지 않은) 초기 그레이 레벨 전압에 대해 도 25에 도시된 의존도를 갖는 것으로 밝혀졌다. 이것은, 중간-밝기 이미지의 픽셀 디스플레이에 대해 최선의 프라이버시가 획득될 것이라는 것을 나타낸다.
상술된 실시예들 각각이, 설명된 특정한 액정 구성들을 사용하는 동작으로 한정되는 것은 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 각 실시예는 액정 디스플레이의 다음 유형들: 2 또는 4 도메인 TN(Twisted Nematic) 또는 STN(Super Twisted Nematic); 2 또는 4 도메인 VAN(Vertically Aligned Nematic) 및 TVAN(Twisted VAN); 2 또는 4 도메인 HAN(Hybrid Aligned Nematic); MVA(Multidomain Vertical Aligned); 및 CPA(Continuous Pinwheel Aligned) 중 어떤 것에도 사용될 수 있다. 또한, BTN(Bistable Twisted Nematic), BHAN(Bistable Hybrid Aligned Nematic), ZBN(Zenthally Bistable Nematic) 및 격자 구조들과 다른 표면 구조들에 의해 발생되는 방위각적인 쌍안정 모드들과 같은, 고유한 쌍안정성을 가진 액정 모드들도 이용될 수 있다. 당업자들이라면, 적당한 여타 액정 모드들도 이용될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는 디스플레이 장치의 임의 유형, 예를 들어, 이동 전화들, PDA들(Personal Digital Assistants), EPoS(Electronic Point of Sale) 키오스크 들, 랩탑 컴퓨터들상의 디스플레이 장치들 또는 데스크탑 모니터들에도 적용될 수 있다.
도 1은 넓은 시야 모드 및 좁은 시야 모드에서의 동작을 나타내는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디스플레이 패널의 측면도.
도 2는 제 1 실시예의 동작을 설명하는데 사용하기 위한 챠트.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예를 설명하는데 사용하기 위한 디스플레이 장치를 예시하는 블록도.
도 4는 넓은 시야 모드 및 좁은 시야 모드에서의 동작을 나타내는, 제 2 실시예에 사용하기 위한 디스플레이 패널의 평면도.
도 5는 제 2 실시예의 제 1 일례에 따른 동작을 예시하는 흐름도.
도 6a 내지 도 6c는 제 2 실시예에서의 데이터 값들의 수정을 예시하는 개략도.
도 7a는 제 2 실시예에서의 선형적 데이터 값-대-휘도 응답을 예시하는 챠트.
도 7b는 제 2 실시예에서의 비선형적 데이터 값-대-휘도 응답을 예시하는 챠트.
도 8은 제 2 실시예의 제 1 일례에서의 원래 이미지와 마스킹 이미지의 크기 조정(scaling)을 예시하는 도면.
도 9는 제 2 실시예의 제 1 일례에서의 크기 조정된 원래 이미지와 마스킹 이미지의 조합을 예시하는 도면.
도 10은 제 2 실시예의 제 2 일례에서의 마스킹 이미지 크기 조정을 예시하 는 도면.
도 11a 내지 도 11c는 다양한 데이터 값 실시예를 예시하는 도면.
도 12는 제 2 실시예의 마스킹 이미지에서의 신속한 변화에 대한 가능한 효과를 예시하는 도면.
도 13은 넓은 시야 모드 및 좁은 시야 모드에서의 동작을 각각 나타내는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 디스플레이 패널의 평면도 및 측면도.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 디스플레이 패널에 대한, 각각, 온 및 오프 축에서의 그레이 스케일 응답들의 개략적 예시도.
도 15는 제 4 실시예에서의 사용에 적합한 디스플레이 패널을 예시하는 도면.
도 16은 도 15의 디스플레이 패널에 대한 온-축 및 오프-축에서의 그레이 스케일 응답들을 나타내는 그래프.
도 17a 및 도 17b는 제 4 실시예에서 사용되는 2개 전압 범위들에 대한 시야각 의존도를 각각 나타내는 도면.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 제 5 실시예를 예시하는 도면.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 제 6 실시예를 예시하는 도면.
도 20은 제 6 실시예에서의 추가 전극들의 사용을 예시하는 도면.
도 21은 본 발명의 제 7 실시예를 예시하는 도면.
도 22는 본 발명의 제 8 실시예를 예시하는 도면.
도 23a 내지 도 23c는 제 8 실시예의 동작을 예시하는 도면.
도 24는 제 8 실시예에서의 패터닝된 전극들의 파상 배열(staggered arrangement)을 예시하는 도면.
도 25는 제 8 실시예에서의 오프-축에서 바라 본 휘도 차이를 예시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 이미지 디스플레이 시스템
I : 원래 이미지
M : 마스킹 이미지
10 : 이미지 프로세서
20 : 디스플레이 컨트롤러
100 : 액정 디스플레이 패널
101, 103 : 대향 전극
105 : 액정 재료
107 : 인플레인 전극(in-plane electrode)

Claims (48)

  1. 공간적 광 변조에 의해 이미지를 디스플레이하기 위한 액정 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 장치로서,
    이미지는 복수개 이미지 요소(image element)들에 의해 표현되고,
    수정된 이미지가 제1 데이터 값-대-휘도 응답(data value-to-luminance response)을 가진 디스플레이 패널을 사용하는 제1 시나리오로 시청자에게 디스플레이될 경우 공간적 평균화를 통해 상기 시청자에 의해 인지되는 이미지가 원래 이미지와 동일하도록, 그리고 상기 수정된 이미지가 상기 제1 데이터 값-대-휘도 응답과는 상이한 제2 데이터 값-대-휘도 응답을 가진 디스플레이 패널을 사용하는 제2 시나리오로 시청자에게 디스플레이될 경우 공간적 평균화를 통해 상기 시청자에 의해 인지되는 이미지가 상기 원래 이미지와 상이하도록, 상기 이미지 요소들 중 적어도 일부에 대한 개개 데이터 값들을 수정하기 위한 수단과,
    제1 동작 모드에서 개개 데이터 값들을 수정하기 위한 수단
    을 포함하며,
    상기 제1 데이터 값-대-휘도 응답은 좁은 범위내의 시야각들을 위해 제공되고, 상기 제2 데이터 값-대-휘도 응답은 상기 좁은 범위를 벗어나는 시야각들을 위해 제공되며,
    상기 좁은 범위내의 시야각은, 상기 디스플레이 상의 이미지가 애플리케이션(application)에 따라 의도된 시청자(intended viewer)에 의해서만 보일 수 있는 것인 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 데이터 값-대-휘도 응답은 상기 제1 데이터 값-대-휘도 응답과 상이한 함수인 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 데이터 값-대-휘도 응답과 상기 제2 데이터 값-대-휘도 응답 사이의 차이는 디스플레이 장치의 고유(inherent) 특성인 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 데이터 값-대-휘도 응답과 상기 제2 데이터 값-대-휘도 응답 사이의 차이는 디스플레이의 시야 특징을 수정하는 비선형 컴포넌트에 의해 제공되는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비선형 컴포넌트는 스위칭가능한 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원래 이미지는 상기 제2 시나리오에서 인지되는 이미지에서 은닉되는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 값들 중 적어도 일부는 마스킹 이미지에 의존하여 수정되는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    각각의 데이터 값은 상기 마스킹 이미지의 대응되는 위치에서의 데이터 값에 의존하여 수정되는 디스플레이 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 시나리오에서 인지되는 이미지는 적어도 어느 정도 상기 마스킹 이미지를 닮은 디스플레이 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 원래 이미지는 상기 제2 시나리오에서 인지되는 이미지에서 은닉되고, 상기 마스킹 이미지는 상기 제2 시나리오에서 시각적 혼동 정도가 높은 정보를 제공하기 위한 것인 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마스킹 이미지는 체커판 패턴 또는 텍스트나 로고의 패턴을 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상이한 시간 프레임들에서 상이한 마스킹 이미지들이 사용되는 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 값들 중 적어도 일부는 마스킹 파라미터에 의존하여 수정되는 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수정의 정도는 적어도 부분적으로 상기 마스킹 파라미터에 의해 결정되는 디스플레이 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    수정된 데이터 값이, 디스플레이를 위해 가능한 최소 휘도 내지 최대 휘도에 대응하는, 허용되는 데이터 값들의 정규 범위를 벗어나지 않는다는 것이 보장되는 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 데이터 값들 중 적어도 일부는 마스킹 이미지에 의존하여 수정되고, 한 그룹의 각 이미지 요소에 대한 상기 수정의 정도는 그 이미지 요소에 대응되는 상기 마스킹 이미지 내의 위치에서의 데이터 값에 의존하여 결정되며, 상기 이미지의 데이터 값 범위는 수정에 앞서 압축되는 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 압축된 이미지의 데이터 값의 범위는 50% 휘도에 대응하는 데이터 값에 대하여 대칭을 이루도록 중심을 갖는 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 압축된 이미지의 데이터 값의 범위는 50% 휘도에 대응하는 데이터 값에 대하여 비대칭인 디스플레이 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 데이터 값들 중 적어도 일부는 마스킹 이미지에 의존하여 수정되고, 한 그룹의 각 이미지 요소에 대한 상기 수정의 정도는 그 이미지 요소에 대응되는 상기 마스킹 이미지 내의 위치에서의 데이터 값에 의존하여 결정되며, 상기 마스킹 이미지의 데이터 값 범위는 수정에 앞서 압축되는 디스플레이 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 값들은, 디스플레이된 이미지 요소들의 국지화된 그룹들이 제1 시나리오에서 공간적 평균화를 통해 그 이미지 요소들이 수정없이 인지되었을 때와 동일한 전반적인 휘도를 갖고 인지되도록 수정되는 디스플레이 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    디스플레이된 이미지 요소들의 한 국지화된 그룹에 대해 어떤 수정이 수행되어야 한다면, 상기 그룹의 하나 이상의 이미지 요소에 대한 데이터 값은 증가되는 한편, 상기 그룹의 하나 이상의 다른 이미지 요소에 대한 데이터 값은 감소되는 디스플레이 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 데이터 값들 중 적어도 일부는 마스킹 이미지에 의존하여 수정되고, 한 그룹의 각 이미지 요소에 대한 상기 수정의 정도는 그 이미지 요소에 대응되는 상기 마스킹 이미지 내의 위치에서의 데이터 값에 의존하여 결정되는 디스플레이 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 그룹의 하나 이상의 이미지 요소에 대한 데이터 값의 증가의 양은 상기 그룹의 하나 이상의 다른 이미지 요소에 대한 데이터 값의 감소의 양과 동일한 디스플레이 장치.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 그룹의 하나 이상의 다른 이미지 요소에 대한 데이터 값의 감소의 양에 대한 상기 그룹의 하나 이상의 이미지 요소에 대한 데이터 값의 증가의 양은 상기 제1 데이터 값-대-휘도 응답에 의존하여 결정되는 디스플레이 장치.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 증가 및 감소를 위해 지정된 이미지 요소들은 상이한 시간 프레임들에서 서로 맞교환(swap)되는 디스플레이 장치.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 데이터 값들 중 적어도 일부는 마스킹 이미지에 의존하여 수정되고, 한 그룹의 각 이미지 요소에 대한 상기 수정의 정도는 그 이미지 요소에 대응되는 상기 마스킹 이미지 내의 위치에서의 데이터 값에 의존하여 결정되며, 상기 하나 이상의 이미지 요소 각각에 대해서는, 대응되는 개개의 마스킹 이미지 데이터 값에 관련된 양이 그 이미지 요소 데이터 값에 가산되고, 상기 하나 이상의 다른 이미지 요소 각각에 대해서는, 대응되는 개개의 마스킹 이미지 데이터 값에 관련된 양이 상기 이미지 요소 데이터 값으로부터 감산되는 디스플레이 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 양은 상기 대응되는 마스킹 이미지 데이터 값과 동등한 디스플레이 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 양은, 상기 이미지 데이터 값과, 최대 또는 최소 데이터 값 중 어느 쪽이든 좀더 근접한 값과의 차이에 의존하여 결정되는 디스플레이 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 양은 상기 차이에 상기 대응되는 마스킹 이미지 데이터 값을 승산한 것에 비례하는 디스플레이 장치.
  30. 제21항에 있어서,
    각 그룹은 2개의 이미지 요소들을 포함하는 디스플레이 장치.
  31. 제21항에 있어서,
    상기 이미지 요소들 중 적어도 일부의 데이터 값들은 그룹으로 평균되는 디스플레이 장치.
  32. 제22항에 있어서,
    상기 마스킹 이미지의 적어도 일부 요소들의 데이터 값들은 그룹으로 평균되는 디스플레이 장치.
  33. 제21항에 있어서,
    대응되는 수정들이 수행된 이미지 요소들은 상기 이미지의 라인들에 배열되는 디스플레이 장치.
  34. 제21항에 있어서,
    대응되는 수정들이 수행된 이미지 요소들은 상기 이미지의 컬럼들에 배열되는 디스플레이 장치.
  35. 제21항에 있어서,
    대응되는 수정들이 수행된 이미지 요소들은 체커판 패턴 또는 텍스트나 로고의 패턴으로 배열되는 디스플레이 장치.
  36. 제1항에 있어서,
    상기 이미지의 하위-부분(sub-portion)에서의 상기 이미지 요소들의 데이터 값들만이 그렇게 수정되는 디스플레이 장치.
  37. 제1항에 있어서,
    각각의 이미지 요소는 상기 디스플레이 장치의 픽셀에 대응되는 복수개 색 성분들에 관련되는 디스플레이 장치.
  38. 제1항에 있어서,
    각각의 이미지 요소는 상기 디스플레이 장치의 하위-픽셀(sub-pixel)에 대응되는 단일 색 성분에 관련되는 디스플레이 장치.
  39. 제38항에 있어서,
    각 색 성분에 대하여 데이터 값 수정을 계산하는 데 다른 데이터 값-대-휘도 응답이 이용되는 디스플레이 장치.
  40. 제1항에 있어서,
    상기 시청자는, 디스플레이되고 있는 각 개별 픽셀 또는 이미지 요소를 뚜렷하게 해상할 수 없도록 하는 소정 거리 이상으로 상기 디스플레이 장치로부터 떨어져 있는 디스플레이 장치.
  41. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 요소들 중 적어도 일부에 대한 개개 데이터 값들을 수정하기 위한 수단은 이미지 프로세서를 포함하는 디스플레이 장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 이미지 요소들 중 적어도 일부에 대한 개개 데이터 값들을 수정하기 위한 이미지 프로세서는 룩업 테이블을 포함하는 디스플레이 장치.
  43. 제41항에 있어서,
    상기 이미지 요소들 중 적어도 일부에 대한 개개 데이터 값들을 수정하기 위한 이미지 프로세서는 알고리즘을 포함하고,
    상기 알고리즘은, 상기 이미지 요소들 중 적어도 일부에 대한 개개 데이터 값들의 수정을 실행하며 상기 이미지 프로세서의 회로부에 의해 구현되는 명령어들의 시퀀스인 디스플레이 장치.
  44. 제41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 요소들 중 적어도 일부에 대한 개개 데이터 값들을 수정하기 위 한 이미지 프로세서는 디스플레이 컨트롤러로부터 분리되어 있는 디스플레이 장치.
  45. 제41항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 요소들 중 적어도 일부에 대한 개개 데이터 값들을 수정하기 위한 이미지 프로세서는 디스플레이 컨트롤러와 결합되어 있는 디스플레이 장치.
  46. 장치로 로딩될 경우, 상기 장치가 제1항에 따른 장치가 되게 하는 오퍼레이팅 프로그램이 기록된 기록 매체.
  47. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 값들 중 적어도 일부는 마스킹 이미지에 의존하여 수정되고, 디스플레이된 이미지 요소들의 한 국지화된 그룹의 각 이미지 요소에 대한 상기 수정의 정도는 그 이미지 요소에 대응되는 상기 마스킹 이미지 내의 위치에서의 데이터 값에 의존하여 결정되며, 하나 이상의 이미지 요소 각각에 대해서는, 대응되는 개개의 마스킹 이미지 데이터 값에 관련된 양이 그 이미지 요소 데이터 값에 가산되고, 하나 이상의 다른 이미지 요소 각각에 대해서는, 대응되는 개개의 마스킹 이미지 데이터 값에 관련된 양이 상기 이미지 요소 데이터 값으로부터 감산되는 디스플레이 장치.
  48. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치의 제2 동작 모드에서는 상기 데이터 값들이 수정되지 않는 디스플레이 장치.
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