KR101016250B1 - 반사형 디스플레이 및 이를 포함하는 휴대형 장치 - Google Patents

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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명에 따른 장치는 제 1 셀(10b)을 포함하고, 제 1 셀은 복수의 제 1 요소(34b)를 포함하며, 제 1 요소는 제 1 편광(polarization)을 갖는 전자기 방사가 제 1 정도로 반사되는 비반사 상태와 제 1 편광을 갖는 상기 전자기 방사가 제 2 정도로 반사되는 반사 상태 사이에서 제어가능하며, 제 2 정도는 제 1 정도보다 크다. 상기 장치는 또한 제 1 셀과 중첩된 제 2 셀(10a)을 포함하고, 제 2 셀은 복수의 제 2 요소(34a)를 포함하고, 제 2 요소는 제 2 편광(polarization)을 갖는 전자기 방사가 제 3 정도로 반사되는 비반사 상태와 제 2 편광을 갖는 전자기 방사가 제 4 정도로 반사되는 반사 상태 사이에서 제어가능하며, 제 4 정도는 제 3 정도보다 크다. 제 1 및 제 2 요소는 제 1 편광이 제 2 편광과 상이하도록 배열된다. 이 장치는 반사형 입체시(stereoscopic display)에서 사용될 수 있다.

Description

반사형 디스플레이 및 이를 포함하는 휴대형 장치{REFLECTIVE STEREOSCOPIC DISPLAY}
본 발명은 제 1 셀 -상기 제 1 셀은 복수의 제 1 요소를 포함하고, 상기 제 1 요소는 제 1 편광(polarization)을 갖는 전자기 방사가 제 1 정도로 반사되는 비반사 상태와 제 1 편광을 갖는 전자기 방사가 제 2 정도로 반사되는 반사 상태 사이에서 제어가능하며, 상기 제 2 정도는 제 1 정도보다 큼- 과, 제 1 셀과 중첩된 제 2 셀 -상기 제 2 셀은 복수의 제 2 요소를 포함하고, 상기 제 2 요소는 제 2 편광(polarization)을 갖는 전자기 방사가 제 3 정도로 반사되는 비반사 상태와 제 2 편광을 갖는 전자기 방사가 제 4 정도로 반사되는 반사 상태 사이에서 제어가능하며, 상기 제 4 정도는 상기 제 3 정도보다 큼-을 포함하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전술한 유형의 장치를 포함하는 반사형 디스플레이 및 이러한 반사형 디스플레이를 포함하는 휴대용 디바이스에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전술한 유형의 장치 내에서 가변 밝기를 제공하는 방법에 관한 것이다.
마지막으로 본 발명은 전술한 유형의 장치를 포함하는 반사형 디스플레이 내 에 두 개의 이미지를 제공하는 방법에 관한 것이다.
지구 상의 많은 생명체는 진화하여, 머리에 서로 떨어져 있는 두 개의 눈을 갖고 있으며, 따라서 두 개의 분리되어 있지만 본질적으로는 다르지 않은 시계(fields of vision)를 갖고 있다. 자연의 선택은, 만약 이들 두 개의 별도의 시계가 대체로 서로 겹쳐서 관측된 주변의 두 개의 약간 상이한 투시 영상(perspective view)을, 제공된 정보를 결합할 수 있으며 이것을 이용하여 관측된 객체까지의 거리를 추정할 수 있는 뇌에 전달하면 매우 유익하다는 것을 명확하게 증명하였다. 두 눈을 사용하여 거리 및 거리의 차를 판단할 수 있는 능력은 흔히 입체시(stereoscopic vision)라고도 한다.
종래기술은 여러 개의 이른바 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이 디바이스를 포함하는데, 이것은 사용자에게 3D 영화(보다 형식적으로는 입체 영화로 알려진)와 같은 다른 종류의 제공된 이미지의 사실적인 지각의 느낌을 제공하고자 하는 것이다. 입체시는 표준 비입체 디스플레이 디바이스에 비해 사용자가 경험하는 사실감의 정도를 향상시키며, 영화, 게임 등과 같은 엔터테인먼트 및 비행 시뮬레이터와 같은 교육의 다양한 애플리케이션에서 이점이 있을 것이다. 입체시는 또한, 예를 들어 장기(human organ)와 같은 관찰 대상에 대한 원격 내과 전문의의 스테레오스코픽 지각이 다양한 진단 애플리케이션 및 치료 애플리케이션 모두에서 큰 도움이 되는, 이른바 원격 의료와 같은 다른 애플리케이션에서도 이점이 있을 것이 다.
사용자에게 입체시의 느낌, 즉 이미지의 "깊이"의 느낌을 제공하는 기본적인 방법은, 관측자의 각 눈에 대해 하나씩 두 개의 다른 이미지를 제공하는 것으로 이루어지며, 이 두 개의 다른 이미지는 두 개의 투시 영상에 대응하며, 바람직하게는 관측자가 두 눈을 사용하여 어떠한 거리로부터의 묘사된 객체를 보려고 하는 경우 관측자가 정상적으로 획득할 수 있는 투시 영상에 대응한다.
디스플레이 장치는 흔히 관측자의 두 눈이 두 이미지를 모두 볼 수 있는 방식으로 설계되고 구성되는데, 이 때문에 입체시의 경험을 제공하기 위한 현재의 방법은 관측자에게 안경류를 요구하며, 여기서 안경류는 각 눈을 위한 이미지를 선택하는 수단을 포함하며, 따라서 적절한 투시 영상이 각각의 눈에 제공된다. 바꾸어 말하면, 단일 디스플레이 장치가 인코딩된 두 개의 별도의 투시 영상을 제공하고, 사용자가 그 투시 영상을 디코딩하는 안경류를 구비하여 각각의 눈이 원하는 투시 영상만 수신하는 것이다.
종래기술은 두 개의 색, 예를 들어 적색 및 녹색 각각의 투시 영상의 인코딩에 기초하는 장치 및 적색 및 녹색 필터를 포함하는 안경의 제공을 포함하는데, 이 해법은 컬러로 스테레오스코픽 경험을 제공할 수 없다고 하는 단점을 갖는다.
종래기술은 또한 두 개의 투시 영상을 교호적으로 제공하고, 안경류가 교호적인 셔터를 포함하는 것을 포함하며, 이 방법은 관측자가 부피가 크고 고가이며, 결국 깨어지거나 또는 장기간 사용하는 것을 불가능하게 하는 엄청난 무게를 갖는 약한 기계를 구비하는 장비를 사용할 것을 요구하고, 또한 특히 두 관측자의 두 개의 셔터가 동일한 두 개의 연속적으로 투사된 이미지를 동시에 관측하는 경우에 컴퓨터 전력 및 미세 조정 클록을 요구한다.
마지막으로, 종래기술은 또한 편광을 이용하여 인코딩되는 두 개의 투시 영상을 교호적으로 제공하며, 즉, 두 개의 투시 영상의 광이 상이한 편광을 가지며, 편광 수단을 포함하는 디코딩 안경류를 제공한다.
모든 종래기술의 스테레오스코픽(stereoscopic) 장치의 문제점은 이들이, 때론 편광 프로세스의 고유의 결과인 투과형뿐이라는 것이며, 여기서 총 투과의 세기가 일반적으로 감소한다.
스테레오스코픽 디스플레이 디바이스는 유럽 특허 출원 EP 0349692, "Stereoscopic display"에 개시되어 있으며, 참고로서 본 명세서에 포함된다. 이 특허 출원은, 움직이는 3차원 화면의 단색 또는 컬러 뷰를 디스플레이할 수 있으며, 이미지 내의 흔들림(flicker)을 회피하기에 충분한 디스플레이 속도로 화면(scene)의 우측 및 좌측 눈의 투시(perspective)에 대응하는 실질적으로 단색 이미지의 연속하는 쌍들 중 교번하는 쌍을 순차적으로 투영하는 수단을 포함하는 스테레오스코픽 디스플레이를 개시하고 있다. 투영 레이트(projection rate)로 동시에 각각의 반대 감지(opposite sense)로 교번 이미지를 회전 편광시키기 위해 가변 편광기가 사용된다. 이미지는, 이미지의 특정 컬러 파장에 맞추어져 있으며 편광된 이미지를 대응하는 눈에만 전달하도록 각 눈에 대해 하나씩 배치된 적어도 한 쌍의 거꾸로 감지된 콜레스테릭 액정 편광 수단을 포함하는 고도의 투과형 안경류에 의해 분석된다.
상기 장치는, 여러 중요한 애플리케이션에서 이 장치를 부적절하게 만드는 여러 문제점들과 관련되는데, 여기서 입체시가 문제가 된다. 종래기술의 스테레오스코픽(stereoscopic) 장치에 의해서와 같이, 이 장치는 투과형 디스플레이이며 따라서 백라이트 유닛을 요구한다.
또한, 이 장치는 이미지의 순차 투영을 제공하는 수단을 제공하고, 그러한 수단은 흔히 잡음이 많고 동작 동안 기계적인 응력을 받는다. 결국 이들 특징들은 전력 소비, 질량 및 부피를 증가시키는데, 이것은 휴대형 장치 내에 그러한 스테레오스코픽 디스플레이를 실현하는 것이 많은 문제점을 수반한다는 것을 의미한다.
이 장치로부터의 화상은 또한 순차적으로 투영되는데, 정상 비전(normal vision)이 이미지의 연속적인 제공을 의미하기 때문에, 즉 두 눈이 관측된 환경의 동시 이미지를 수신하기 때문에, 유감스럽게도 품질이 떨어진다.
전형적인 2차원 이미지와 같은 동일한 이미지가 투영되는 경우에서와 같이, 필요치 않은 경우에도, 이미지들이 순차적으로 투영된다는 것은 다른 문제점으로, 이것은 불필요한 전력 소비 및 부피가 큰 기술이 사용되기 때문에 불리하다.
따라서, 종래기술의 장치가 2D 및 3D 이미지의 교번 제공 또는 심지어 동시 제공에 각각 적합하지 않다는 것은 큰 단점이 된다.
또한, 기본적인 기술이 사용자가 밝기를 조정할 수 없도록 하며, 사용자가 이미 의무적으로 안경류를 착용하고 있기 때문에, 종래의 방법에 의해서는 예를 들어 선글라스를 사용하는 것에 의해 밝기의 감소를 획득할 수 없다.
또한, 이 장치는 세 개의 개별 이미지를 갖는 세 개의 수신기가 있는 경우에 적절하지 않고, 아무리 많은 관측자가 거기에 있다 하더라도 단순히 동일한 스테레오스코픽 경험을 제공하는 것에 한정된다.
종래기술에서는, 액정 디스플레이가 소형 및 저 전력 소비를 요구하는 다양한 애플리케이션에 적합한 것으로 판명되었다. 액정 디스플레이(LCD)는 작은 부피, 얇은 두께 및 저 전력 소비의 이점을 갖는 평판 디스플레이 디바이스이다.
LCD는 이동 전화기, 휴대형 컴퓨터, 전자 캘린더, 전자 북, 텔레비전 또는 비디오 게임 컨트롤과 같은 휴대형 장치 및 기타 다양한 오피스 자동 장치 및 오디오/비디오 기계류 등과 함께 사용되어 왔다.
LCD는 광을 투과하거나 차단하기 위한 유전체 이방성을 갖는 액정 재료에 인가되는 전기장을 제어하며, 이에 따라 이하에 간략하게 설명되는 당업자에게 공지되어 있는 방식으로 픽처 또는 이미지를 디스플레이한다. EL(electroluminiscence) 디바이스, CRT(cathode ray tube) 및 LED(light-emitting diode)와 같은 내부적으로 광을 발생하는 디스플레이 디바이스와 달리, LCD는 외부 광원을 이용한다.
LCD 디바이스는 광을 이용하는 방법에 따라, 크게 투과형 디바이스와 반사형 디바이스로 분류된다. 두 개의 투명한 기판 사이에 주입된 액정 혼합물을 갖는 액정 패널과 떨어져서, 투과형 LCD는 액정 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함한다. 그러나, 얇은 두께 및 작은 무게를 갖는 투과형 LCD를 제조하는 것은 매우 어렵다. 또한, 투과형 LCD의 백라이트 유닛은 과도한 전력 소모를 갖는다.
반면에, 반사형 LCD는 백라이트 유닛 없이, 자연광 및 주변광을 디스플레이 화면으로 투과시키고 이 디스플레이 화면으로부터 반사시키는 반사 액정 디스플레이 패널을 포함한다.
반사형 LCD는 종래기술의 스테레오스코픽 장치들 중 어느 것에도 적합하지 않은데, 그 이유는 이들 모두가 투과형 디스플레이를 필요로 하기 때문으로, 특히 편광 프로세스에서 본래 광의 세기의 감소하기 때문이다.
기본적인 액정 디스플레이는 유리 또는 플라스틱과 같은 두 개의 분리된 얇은 투명 재료 시트를 투명 금속 산화물로 코팅함으로써 쉽게 구성될 수 있다. 바람직하게는, 금속 산화물이 분리된 각 시트 상에 평행선 형태로 도포되고, LCD의 행 및 열 도체를 구성한다. 두 시트가 열 도체와 직교하는 행 도체와 중첩되는 경우에, 행 및 열은 픽셀 요소의 매트릭스를 형성한다. 행 도체는 또한 셀 양단에 전압을 설정하는 역할을 하는데, 이것은 배향 변경에 필요하다.
때론 배향층이라고도 하는 정렬층이 각 시트에 도포된다. 정렬층은 마찰 처리되어 작은 홈이 형성될 수도 있는데, 이들 홈은 함유된 액정 분자와 평행하며 이들 분자들의 길이 방향 축이 홈과 평행하도록 바람직한 방향으로 정렬시키는 것을 돕고, 정렬층들을 따라서 분자들을 고정시키며(anchor) 정렬층들 사이의 분자들이 트위스트되는 것을 돕는다.
얇은 시트들 중 하나는 폴리머 스페이서 비즈(beads)의 층으로 코팅된다. 이들 비즈는 액정이 위치하는 유리 시트 사이의 균일한 갭을 유지한다. 그 다음에 두 개의 유리 시트가 함께 배치되고, 그 에지는 에폭시로 밀봉된다. 코너는 액정 재료가 진공하에서 주입될 수 있도록 밀봉되지 않은 채로 남겨진다. 일단 디스플 레이가 액정으로 채워지면, 코너는 밀봉되고, 편광기(라인을 갖는 투명층)가 노출된 유리 표면에 도포된다.
디스플레이는 행 및 열 도체를, 디스플레이의 다양한 영역에 인가된 전압을 제어하는 구동 회로에 접속시킴으로써 완성된다.
본 발명의 목적은 2D 및 3D 이미지의 교번적인 디스플레이에 적합한 디스플레이를 제공하는 것이다.
일반적으로, 본 발명의 핵심은, 디스플레이가 새로운 특정 방법으로 두 개의 액정 셀을 이용하여 구축되는 경우, 이 디스플레이는 보다 나은 성능 및 여러 새로운 특징들을 갖는다는 것이다. 디스플레이가 스테레오스코픽 디스플레이 및 표준 2D 디스플레이로서 기능할 수도 있다는 사실이 가장 중요하다. 또한, 새로운 디스플레이 설계는 개선된 밝기 제어 및 여러 이미지를 수신기에 제공할 수 있는 것과 같은 많은 다른 특징들을 제공하며, 구조물이 반드시 두 개의 셀을 포함하기 때문에, 이들 중 하나는 다른 셀이 손상되거나 고장나는 경우, 부분적으로 백업 유닛 역할을 할 수 있다. 스테레오스코픽 경험이 사용자에게 안경류를 사용할 것을 요구하지 않는 것을 포함하는 여러 실시예가 설명되어 있다. 설명을 위해, 한 파장의 광에 대해서만 논의하지만, 휴대형 장치 내의 풀 컬러(full-color) 스테레오스코픽 디스플레이가 본 발명을 포함하는 상업적 제품이 될 수도 있다.
제 1 측면에 따르면, 본 발명은 제 1 셀 -상기 제 1 셀은 복수의 제 1 요소를 포함하고, 상기 제 1 요소는 제 1 편광(polarization)을 갖는 전자기 방사가 제 1 정도로 반사되는 비반사 상태와 제 1 편광을 갖는 상기 전자기 방사가 제 2 정도로 반사되는 반사 상태 사이에서 제어가능하며, 상기 제 2 정도는 제 1 정도보다 큼- 과, 상기 제 1 셀과 중첩된 제 2 셀 -상기 제 2 셀은 복수의 제 2 요소를 포함하고, 상기 제 2 요소는 제 2 편광(polarization)을 갖는 전자기 방사가 제 3 정도로 반사되는 비반사 상태와 제 2 편광을 갖는 상기 전자기 방사가 제 4 정도로 반사되는 반사 상태 사이에서 제어가능하며, 상기 제 4 정도는 상기 제 3 정도보다 큼-을 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 요소는 상기 제 1 편광이 상기 제 2 편광과 상이하도록 배열되는 장치와 관련된다.
바람직하게는, 상기 전자기 방사는 300nm와 800nm 사이의 파장(즉, 가시광)을 가지며, 상기 제 1 편광 및 상기 제 2 편광은 반대 선성(opposite handedness)의 회전 편광이다.
상기 장치는 편광 변경 요소(polarization-altering element), 바람직하게는 는 반파 플레이트를 상기 제 1 및 제 2 셀 사이에 배치함으로써 선택적으로 실현될 수 있다. 편광 변경 요소는 렌즈를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 셀은 선택적으로 광학 요소 또는 서로로부터 소정 거리 떨어져 위치할 수도 있다.
상기 제 1 및 제 2 셀은 바람직하게는 제 1 및 제 2 이미지를 관측자의 상기 제 1 및 제 2 눈으로 전송하도록 배치된다. 각각의 두 셀에 의해 반사된 광의 파자은 반드시 동일할 필요는 없다. 상기 제 1 및 제 2 셀 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 CTLC(cholesteric texture liquid crystal)로 이루어진다.
제 2 측면에 따르면, 본 발명은 전술한 유형의 장치를 포함하는 반사형 디스 플레이와 관련된다.
제 3 측면에 따르면, 본 발명은 그러한 반사형 디스플레이를 포함하는 휴대형 장치와 관련된다. 그러한 휴대형 장치는 바람직하게는 이동 전화기, 휴대형 컴퓨터, 전자 캘린더, 전자 북, 텔레비전 세트 또는 비디오 게임 컨트롤 중 하나이다.
제 4 측면에 따르면, 본 발명은 전술한 유형의 장치 내에서 가변 밝기를 제공하는 방법과 관련된다. 상이한 레벨의 밝기를 제공하는 이 방법은 또한 둘 이상의 셀을 포함한다.
제 5 측면에 따르면, 본 발명은 전술한 유형의 장치를 포함하는 반사형 디스플레이 내에 둘 이상의 이미지를 제공하는 방법과 관련된다. 바람직하게는 상기 방법은 상이한 이미지를 좌우측 눈에 각각 제공하는데 사용될 수 있으며, 상기 이미지는 바람직하게는 관측된 객체 또는 환경의 좌측 눈과 우측 눈의 투시에 대응하는 투시 영상이다. 상기 방법은 동일 장치를 사용하여 2D 및 3D 비전 사이에서 스위칭 가능성을 제공하는데 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은 이하의 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제 1 바람직한 실시예의 일부의 개략적인 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제 2 실시예의 개략적인 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제 3 실시예의 개략적인 측면도.
도 4는 전자 광학 디스플레이 디바이스를 제어하고 구동하는 전형적인 종래기술의 장치의 개략적인 블록도.
도 5는 사전 정의된 파장에 대한 액정 혼합물의 반사대 인가된 전기장의 세기를 도시한 그래프.
도 6은 세 개의 상이한 액정 혼합물에 대한 반사 특성의 파장 의존도를 나타내기 위해 반사를 파장의 함수로서 백분율로 나타낸 그래프.
도 7은 관측자가 시뮬레이팅된 입체시를 경험하는 시나리오를 도시한 도면.
도 8은 관측자가 시뮬레이트된 입체시를 경험하는 다른 시나리오를 도시한 도면.
도 9는 세 관측자가 동일한 화면으로부터 세 개의 상이한 이미지를 수신하는 또 다른 시나리오를 도시한 도면.
이하에서는 도 1 내지 9를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 도면에서 동일한 요소는 동일한 참조번호로 표시된다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 바람직한 실시예의 일부를 도시한 개략적인 측면도이다. 설명을 위해, 분자의 크기 및 유리 시트 사이의 거리와 같은 여러 치수는 과장되었으며, 액정 혼합물의 분자 구조는 단순화되었다.
요소들 또는 픽셀들의 매트릭스를 각각 포함하는 두 개의 셀(10a, 10b)이 서로의 표면상에 배치되어 있다. 도시된 바와 같이 얇은 유리 시트(30a, 31a, 30b, 31b)는 평행 면을 구성하는 두 대향 면으로부터 각각의 두 셀을 부분적으로 감싼다. 층 사이의 패럴랙스를 줄이기 위해 유리 대신에 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.
각 셀(10a, 10b)은 열 도체(12a, 12b) 및 행 도체(14a, 14b) 세트를 포함하는데, 이들은 종래기술의 LCD에 따라서 유리 시트(30a, 31a, 30b, 31b) 상에 배치된, 인듐 주석 산화물(ITO)로서 구현된다.
바람직한 방법으로, 포장된 액정(34a, 34b)을 배향하기 위해 도면에 도시된 바와 같이, Nissan Chemical Industries의 SE7511L 정렬층과 같은 정렬층(배향층이라고도 함)(32a, 33a, 32b, 33b)이 각 셀의 내부에 정렬된다.
상위 셀(10a)(CTLC 셀(1))을 감싸는 얇은 유리 시트(30a, 31a)와 하위 셀(10b)(CTLC 셀(2))을 감싸는 얇은 유리(30b, 31b) 시트 사이에 균일한 공간을 확립하기 위해, 예를 들어 Sekisui Chemical의 SP-2050과 같은 스페이서 볼(도시되어 있지 않음) 및 Mitsui Chemical의 XN21-S와 같은 밀봉 재료가 종래기술의 액정 디스플레이에 따라서 바람직하게 사용된다.
상위 및 하위 셀 내에 적절한 액정 혼합물(CTLC 재료)(34a, 34b)이 각각 배치된다. 이 경우에, 34a는 상위 셀(10a)에 대한 BL87/BL88 10:90 w:w(Merck)의 액정 혼합물이고, 34b는 하위 셀(10b)에 대한 BL87/BL95(Merck) 3:97 w:w(Merck)의 액정 혼합물이며, 따라서, 두 셀은 반대의 트위스트를 갖는 액정 혼합물을 포함한 다. 즉, 이들 셀은 반대 선성(opposite handedness)으로 회전하여 편광된 광을 반사할 것이다.
당업자라면 알 수 있듯이, CTLC 재료는 혼합물 종류이다. 기본적으로, 네마틱 호스트(nematic host) 및 키랄 도프(chiral dope)의 두 종류가 필요하다. 도프의 선성은 CTLC의 선성을 결정하고, 키랄 도프의 농도는 반사된 광의 파장(색)을 결정한다. 컬러 디스플레이를 형성하기 위해, 기본적으로 상이한 색을 반사하는 픽셀을 형성하거나 또는 서로의 표면 상에 상이한 색을 반사하는 셀을 적층하는 두 방법이 있다.
전극 수단을 사용하여, 나선형 축에 직각으로 높은 전기장을 인가함으로써 CTLC 혼합물의 색을 변경하는 것이 또한 가능한데, 이것은 단지 두 개의 층만 사용하여 풀 컬러의 3D 디스플레이를 실현하는 감지할 수 있는 방법이다.
몇몇 애플리케이션에서는, 두 개의 셀 사이에서 격리층이 요구되어 두 셀의 행 및/또는 열 도체 사이의 크로스토크, 특히 행 도체(14a)와 열 도체(12b) 사이의 크로스토크를 방지한다는 것을 감지할 수 있다. 또한 상위 셀(10a)의 하위 기판(31a) 및 하위 셀(10b)의 상위 기판(30b)이 가능하게는 공유된 열 및/또는 행 도체를 포함하는 하나의 기판으로서 구현될 수도 있다고 상정할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 다른 실시예의 개략적인 측면도로서, CTLC 혼합물(34a, 34b)을 포함하는 두 개의 셀(10a, 10b)이 서로의 면 상에 쌓이며, 광학 소자(35)가 두 셀 사이에 도입되었다. 간략화를 위해, 광학 소자는 상위 및 하위 셀(10a, 10b)로부터 떨어져 있도록 도시되어 있다.
광학 소자(35)는 반파 플레이트 또는 회전 편광된 광의 방향을 좌선성 배향(left-handed orientation)으로부터 우선성 배향으로 또는 그 반대로 변경할 수 있는 기타 적절한 광학 소자와 같은 편광 변경 요소일 수도 있다.
이러한 구성은 셀(10a, 10b)이 모두 동일한 액정 혼합물로 채워질 수 있도록 하는데, 이들 액정 혼합물은 전술한 BL87/BL88 10:90 w:w(Merck)의 액정 혼합물 또는 기타 적절한 액정 혼합물일 수도 있다.
도 1을 참조하여 전술한 바람직한 실시예에서, 두 셀이 모두 동일한 액정 혼합물을 포함하면, 각 셀에 의해 반사된 광은 동일한 편광을 가질 것이다. 그러나, 도 2의 실시예에서, 셀들 중 하나로부터 반사된 광은 광학 소자를 통과하며 따라서 그 편광을 변경하며, 그 결과 두 개의 상이한 편광의 광을 이용하여 각 셀(10a, 10b)로부터 하나씩 두 개의 이미지를 전송하게 된다.
한편, 광학 소자는 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 미국 특허 제 6,064,424 호 또는 제 6,118,584 호에 개시된 렌티큘러 시트일 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 전술한 실시예는, 셀(10a, 10b)로부터 반사되는 광이 약간 다른 방향으로 반사된다고 하는 이점을 갖는다. 바람직하게는, 이 장치가 PDA(personal digital assistant) 또는 휴대 전화기 등과 같은 소형의 휴대용 장치 내에서 구현되는 경우, 이들 방향은, 예를 들어 디스플레이로부터 0 내지 50cm의 거리만큼 떨어져 있는 관측자의 각각의 좌우측 눈과 일치하도록 배열된다. 이 실시예에 의해 사용자는 안경류 없이 입체시를 경험할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 도 2에 도시된 실시예는 2인용 TV 세트와 같 은 대형 디스플레이로서 구현될 수 있다. 두 셀이 광을 반사하는 각은 서로 떨어져 있는 제 1 및 제 2 관측자의 위치와 일치하도록 이루어질 수 있다.
또한 디스플레이의 단지 한 부분만이 도 2를 참고하여 설명한 실시예를 갖는 디스플레이를 상정할 수 있다. 예를 들면, 화면의 최하위 부분이, 두 관측자가 TV 프로그램을 볼 수 있도록 하고 상이한 두 언어로 두 개의 상이한 부제, 즉 주식 거래 데이터 또는 많은 TV 채널 상에서 그들이 제공받는 뉴스 플래시를 감지할 수 있도록 하는, 본 발명에 따라 구성될 수 있으며, 여기서 TV 화면의 최하위 공간은 주식 거래 데이터, 뉴스 업데이터 등을 위해 할당된다.
렌티큘러 시트(lenticular sheet) 외에, 광학 소자는 예를 들어 도 2를 참고하여 앞에서 논의한 바와 같은 반파 플레이트와 같은 다른 광학 소자를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 다른 실시예의 개략적인 측면도로서, 여기서는 도 1의 사양 외에 셀들이 서로 떨어져 있는데, 이것은 광이 제 1 및 제 2 셀(10a, 10b)로부터 각각 약간 다른 각으로 편향될 수 있다는 것을 의미한다. 셀 내에 한정되는(또는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 광학 소자(35)에 의해 반대 선성의 편광된 광을 반사하도록 구성되는) CTLC 혼합물(34a, 34b)이 반대 선성의 편광된 광을 반사한다는 사실과, 셀들이 다른 셀이 반사하는 광에 대해 본래 투명하다는 사실은 제 1 및 제 2 셀(10a, 10b)로부터 나오는 광이 서로 간섭하지 않는다는 것을 의미한다.
도 4는 전자 광학 디스플레이 디바이스를 제어하고 구동하기 위한 전형적인 종래기술의 구성의 개략도를 도시한다. 이 구성에서, 액정 디스플레이(10)는 수직 열 및 수평 행으로 배치된 픽셀의 매트릭스를 갖는다. 이들 픽셀은 열 도체(12)와 행 도체(14)의 교점에 위치한다. 열 도체(12)는 각 열 내의 픽셀에 아날로그 전압을 제공하는 반면에, 행 도체(14)는 각 관련 행에 스위칭 전압을 제공하여, 열 전압이 행의 픽셀에 공급되도록 한다.
행은 복수의 행 구동기(18) 중 연속적인 구동기들을 활성화하는 행 디코더(16)에 의해 규정된 순서로 연속적으로 어드레스된다.
열 전압은 트랙 홀드 회로(track-and-hold circuit)로서 실현되는 열 구동기 회로에 의해 공급된다. 이들 트랙 홀드 회로는 디지털-아날로그 변환기(DAC)(22)의 출력 버퍼 증폭기로부터 램프 전압(ramp voltage)을 수신한다. DAC(22)는 클록(25)에 의해 생성된 펄스를 카운트하는 카운터(24)로부터 연속적인 디지털 번호를 수신한다. 카운트는 일부 최소 번호 또는 최대 번호로부터 시작하여 최대 또는 최소 번호에 각각 도달할 때까지 꾸준히 증가하거나 감소한다. 따라서 DAC는 반복 주기로, 디지털 입력에 가까운 증가 또는 감소 램프 신호를 생성한다.
카운터(24)의 카운트는 또한 각 열마다 하나씩 있는 다수의 비교기(26)에 공급된다. 이 번호는 그 다음에 각 비교기에서 관련 열 내의 픽셀의 소망의 밝기 레벨을 나타내는 디지털 번호와 비교된다. 이 밝기 레벨을 나타내는 번호는 시스템의 각각의 사이클 동안에 관련 픽셀 레지스터(28)에 저장된다.
카운터(24)에 의해 공급된 카운트가 픽셀 레지스터에 저장된 디지털 번호와 같을 때, 각각의 비교기(26)는 그 열의 트랙 홀드 회로에 전달되는 펄스를 생성한 다. 그러한 인에이블 펄스를 수신하면, 관련 열 구동기는 램프 발생기의 순간 출력과 동일한 전압을 저장한다.
각 램프 사이클의 완료 시에, 열 구동기 회로 내에 저장된 전압은 행 구동기(18)에 선택된 특정 행 내의 픽셀에 공급된다.
따라서 본 발명에 다른 장치 내의 각각의 셀은 전자 광학 디스플레이 디바이스를 제어하고 구동하는 그러한 종래기술의 장치에 의해 제어될 수 있다.
도 5는 사전 정의된 파장에 대한 액정 혼합물로부터의 반사대 인가된 필드의 세기를 도시한 그래프이다. 인가된 필드의 세기에 따라서, LCD 픽셀 내의 분자들은 밝은 상태와 어두운 상태 사이에서 절환될 수 있거나 또는 그 사이(그레이 스케일)의 어딘가로 절환될 수 있다. 분자들이 어떻게 전압에 대응하는 지가 이 유형의 디스플레이의 중요한 특성이다. 전자 왜곡 응답은 셀을 통한 광의 반사를 결정한다.
도 6은 세 개의 상이한 액정 혼합물, 즉, 90%/10% BL088/BL087, 80%/20% BL088/BL087 및 97%/3% BL095/BL087에 대한 반사 특성의 파장 의존성을 나타내기 위해 반사를 파장의 함수로서 백분율로 도시한 그래프이다.
당업자라면 알수 있듯이, 상이한 혼합물에 대한 반사된 광의 예시된 파장 의존성은 디스플레이를 생성하거나 본래 적색, 녹색, 청색 광을 각각 반사하는 세 개의 상이한 혼합물로 교대로 픽셀을 채우는 것에 의해 RGB 디스플레이와 같은 풀 컬러 디스플레이를 구성하도록 활용될 수 있다.
도 7은 관측자가 시뮬레이트된 입체시를 경험하는 시나리오를 도시하고 있 다. 본 발명에 따른 디스플레이(40)는 관측자(도시되어 있지 않음)로부터의 거리(41)에 배치된다. 디스플레이(40)는 도 1 내지 3을 참조하여 앞에서 설명된 두 개의 중첩된 액정 셀(10a, 10b)을 포함한다. 각각의 이들 셀은 필요한 전자기기에 접속된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상위 셀(10a)은 이미지(42a)를 나타내고, 하위 셀은 이미지(42b)를 나타낸다. 안경을 벗은 눈에는, 두 이미지가 디스플레이 상에 나타날 것이다. 그러나, 이미지(42a, 42b)는 편광을 사용하여 코딩되는데, 그 이유는 두 개의 셀(10a, 10b)이 반대 선성의 회전 편광된 광을 반사하도록 배치되기 때문이다.
설명을 위해, 안경으로 도시되는 안경류(43)는 관측자가 착용한다. 관측자의 좌우측 눈은, 필터 요소 역할을 하며 한 선성의 회전 편광된 광에 고도로 투과적이지만 반대 선성의 회전 편광된 광에 대해서는 투과적이지 않는 각각의 편광 수단(44a, 44b)을 통해 화면을 관측한다. 결국, 상위 셀(10a)에 의해 생성된 이미지(42a)만을 필터 요소(44a)를 통해 관측자의 좌측 눈으로 볼 수 있고, 하위 셀(10b)에 의해 생성된 이미지(42b)만을 필터 요소(44b)를 통해 관측자의 우측 눈으로 볼 수 있다.
상위 셀(10a)에 의해 전송된 이미지(42a)가 좌측 눈의 투시에 대응하는 투시 영상이고, 하위 셀(10b)에 의해 전송되는 이미지(42b)가 우측 눈의 투시에 대응하는 투시 영상인 경우에, 그 결과는 좌우측 눈 각각에 대한 두 개의 별개의 투시 영상이며, 따라서 사용자는 입체시를 경험한다.
두 개의 각각의 투시 영상은, 사용자가 스테레오스코픽 특징에서 필수적인 안경류를 착용하고 있다 할지라도, 사용자가 경험할 수 있는 동일한 이미지일 수 있음은 명백하다.
본 발명의 전술한 스테레오스코픽 특징은, 예를 들어 적절한 편광 수단을 포함하는 유리를 구비한 안경으로서 구현될 수도 있는 필터 요소를 포함하는 안경류를 필요로 한다. 이들은, 예를 들어 LCD 용의 람다/2 지연 필름(retardation film)과 조합하여, LCD 용의 흡수 편광 필름에 의해 여러 방식으로 제조될 수 있다. 편광 필름의 흡수축에 대한 정규 및 비정규 축(ordinary and extraordinary axis)의 배향은 어떤 선성이 흡수되고 어떤 선성이 투과될 지를 결정한다. 이들 구성요소들은 Nitto-Denko 또는 Sumitomo Chemical에서 구매할 수 있다. 하나의 회전 편광의 광을 반사하고 다른 회전 편광의 광을 투과하는 CTLC의 필름이 제조될 수 있다. 그러나, 이들 필름은 비교적 고가이다.
바람직한 실시예에서, 안경류는 안경으로서 구현되지만, 컨택트렌즈와 같은 안경류로서 구현되는 것도 가능하다.
도 8은, 도 2 및 3에 도시되었으며 전술한 도면과 관련하여 앞에서 설명한 실시예가, 사용자가 입체시를 경험하기 위해 디코딩 안경류를 사용할 것을 요구하지 않는다는 것을 나타낸다. 이것은, 이 장치의 셀(10a, 10b)이, 두 셀에 의해 형성되는 이미지가 도면에 나타낸 것과 약간 다른 방향으로 전달되어 어떤 거리에서 사용자의 좌우측 눈과 일치하게 되도록 구성되기 때문이다.
도면은 상위 셀(10a)로부터의 광이 반사되는 방향과 약간 상이한 방향으로 하위 셀(10b)로부터 반사되는 광을 편향시키기 위해 셀(10a, 10b) 사이에 배치된 렌티큘러 시트(35)와 같은 편향 광학 소자(deviating optical element)를 도시하고 있다. 그러나, 이것은 두 개의 셀이 약간 상이한 거리로부터 관측되어 상이한 각도로 관측된다는 것을 의미하기 때문에, 도 3과 관련하여 설명한 실시예를 사용하여 유사한 효과를 유추할 수도 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 얇은 유리(30a, 31a, 30b, 31b) 시트가 반드시 서로 평행하며 셀들이 서로 중첩되는 이전에 설명한 실시예들과 반대로 셀들 중 하나를 단순히 약간 경사지게 함으로써 셀들 중 하나의 전파 방향으로의 편향이 설정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
바람직한 실시예는 휴대형 디바이스에 사용될 수도 있지만, 또한 본 발명에 따른 장치가 유용한 것으로 판명되는 다른 시나리오를 상정하는 것도 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 장치가 여러 사용자에게 상이한 이미지를 제공하는데 사용되는 사용자 시나리오를 나타낸다.
대형 액정 디스플레이(50)가, 예를 들어 항공기의 다른 부분에 위치하며 액정 디스플레이를 향하는 세 명의 승객(52a, 52b, 52c)의 시야 내의 항공기의 객실 내의 벽에 배치된다. 디스플레이는 임의의 파장 및 편광 특성을 갖는 광을 각각 반사하는 세 개의 상이한 층(도시되지 않음)을 포함한다. 설명을 위해, 각각의 세 개의 셀은 이미지들(51a, 51b, 51c) 중 하나를 투영한다.
세 개의 디코딩 요소(53a, 53b, 53c)가 각각의 관측자의 정면에 배치되며, 이 디코딩 요소는 셀들 중 하나로부터의 광만 각 관측자에게 전달하도록 구성된다. 그 결과, 도면에 나타낸 바와 같이, 관측자(52a)는 단지 이미지(54a)만 지각하며, 관측자(52b)는 이미지(54b)만 지각하며, 관측자(52c)는 이미지(54c)만 지각한다.
단순화를 위해, 디코딩 요소는 스크린으로서 나타냈지만, 전술한 안경과 같은 안경류로서 디코딩 요소를 구현하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 디스플레이는 부가적으로 백라이트 유닛을 포함할 수도 있으며, 휴대형 또는 대형의 투과형 디스플레이로서 구현될 수도 있다.
본 발명에 따른 장치가 일반 디스플레이로서 사용되는 경우, 즉 2D 디스플레이로서 사용되는 경우, 안경이 없으면, 각 눈은 장치의 두 층으로부터 반사된 광을 수신할 것이다. 이것은 디스플레이 디바이스로서, 본 발명에 따른 장치가 종래기술에 비해 여러 이점을 갖는다는 것을 의미한다. 단지 하나의 셀이 한번에 사용될 수 있기 때문에, 제 2 셀은 제 1 셀이 고장나는 경우에 백업으로서 사용될 수 있다.
밝기는 액정 디스플레이 디바이스에서 중요한 특징이므로, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스를 밝기의 정도를 선택하는 옵션을 사용자에게 제공하는 디스플레이 디바이스로서 사용하면 유익할 것이다. 이것은 낮은 밝기가 희망되는 경우에 단지 한 층 내의 픽셀만 광을 반사하도록 하고, 보다 밝은 밝기가 희망되는 경우에는 두 층 모두의 픽셀이 광을 반사하도록 함으로써 실제로 실현될 수 있다. 층들은 반대 선성으로 회전 편광되는 광을 반사하기 때문에, 반사된 광 사이에 아무런 간섭이 없으며, 따라서 선명한 이미지가 형성된다.
상이한 레벨의 밝기를 제공하는 이 방법은 두 개보다 많은 중첩된 셀을 포함하는 장치로 확장될 수 있다. 보다 낮은 밝기를 희망하는 경우, N 개의 셀(N)(N은 적어도 하나로서 중첩된 셀의 총 수와 동일하지는 않음)이 광을 반사하도록 조정될 수 있고, 보다 높은 밝기를 희망하는 경우, N+1 개의 중첩된 셀이 광을 반사하도록 조정될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 예를 들어, 별개의 독립 유닛으로 실현될 수도 있거나 또는 GSM, UMTS, GPS, GPRS 또는 DAMPS와 같은 원거리 통신망을 위한 이동 단말기 또는 PDA(Personal Digital Assistant), 팜탑 컴퓨터, 휴대형 컴퓨터, 전자 캘린더, 전자 북, 텔레비전 세트 또는 비디오게임 컨트롤과 같은 기존 유형의 다른 휴대형 장치 및 기타 다양한 오피스 자동 장치 및 오디오/비디오 기계류 등 내에 포함되거나 또는 결합될 수도 있다.
본 발명은 주로 여러 실시예를 참고하여 설명되었다. 그러나, 전술한 실시예 외의 다른 실시예가 첨부된 본원 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범주 내에서 동등하게 가능하다. 청구범위에서 사용된 모든 용어는 명시적으로 다르게 정의되지 않으면, 기술 분야에서 통상의 의미에 따라서 해석된다. "요소, 수단, 구성요소, 부재, 단위, 스텝 등의 용어는 이들 요소, 수단, 구성요소, 부재, 단위, 스텝의 적어도 한 예를 지칭하는 것으로 일반적으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 개시된 방법의 단계들은 특별히 지적하지 않으면, 정확히 개시된 순서로 수행되어야만 하는 것은 아니다.

Claims (24)

  1. 제 1 셀 -상기 제 1 셀은 복수의 제 1 요소를 포함하고, 상기 제 1 요소는 제 1 편광(polarization)을 갖는 전자기 방사가 반사되지 않는 비반사 상태와 제 1 편광을 갖는 상기 전자기 방사가 반사되는 반사 상태 사이에서 제어가능함- 과,
    상기 제 1 셀과 중첩된 제 2 셀 -상기 제 2 셀은 복수의 제 2 요소를 포함하고, 상기 제 2 요소는 제 2 편광(polarization)을 갖는 전자기 방사가 반사되지 않는 비반사 상태와 제 2 편광을 갖는 상기 전자기 방사가 반사되는 반사 상태 사이에서 제어가능함-을 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 요소는 상기 제 1 편광이 상기 제 2 편광과 상이하도록 구성되고,
    상기 제 1 및 제 2 셀 사이에 적어도 하나의 렌티큘러 시트(lenticular sheet)가 배치되고, 상기 적어도 하나의 렌티큘러 시트와 함께 상기 제 1 및 제 2 셀은 상이한 이미지를 관측자의 제 1 및 제 2 눈에 동시에 전송하도록 배치되며, 상기 상이한 이미지는 관측될 때 3D 느낌을 생성하는 투시 영상(perspective view)인
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 편광을 갖는 전자기 방사 및 상기 제 2 편광을 갖는 전자기 방사는 300nm와 800nm 사이의 파장을 갖는
    장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 및 상기 제 2 편광은 반대 선성(opposite handedness)의 회전 편광인
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 셀 사이에 편광 변경 요소(polarization-altering element)가 배치되어 있는
    장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 편광 변경 요소는 반파 플레이트인
    장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 셀은 서로로부터 소정 거리 떨어져 있는
    장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 셀에 의해 반사된 광은 상이한 파장을 갖는
    장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 셀 중 적어도 하나는 CTLC(cholesteric texture liquid crystal)로 이루어지는
    장치.
  11. 제 1 항에 따른 장치를 포함하는 반사형 디스플레이.
  12. 제 11 항에 따른 반사형 디스플레이를 포함하는 휴대형 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 휴대형 장치는 이동 전화기, 휴대형 컴퓨터, 전자 캘린더, 전자 북, 텔레비전 세트 또는 비디오 게임 컨트롤 중 하나인
    휴대형 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 11 항에 따른 반사형 디스플레이 내에 두 개의 상이한 이미지를 제공하는 방법에 있어서,
    상기 제 1 편광을 갖는 전자기 방사로 이루어지는 제 1 이미지의 형상으로 전자기 방사를 반사하도록 상기 제 1 셀의 상기 복수의 제 1 요소를 조정하는 단계와,
    동시에 상기 제 2 편광을 갖는 전자기 방사로 이루어지는 제 2의 다른 이미지의 형상으로 전자기 방사를 반사하도록 상기 제 2 셀의 상기 복수의 제 2 요소를 조정하는 단계와,
    상기 제 1 이미지 및 상기 제 2의 다른 이미지를 상이한 방향으로 관측자의 제 1 및 제 2 눈으로 전송하도록 상기 제 1 및 제 2 셀을 배치하는 단계를 포함하되,
    상기 상이한 이미지는 관측될 때 3D 느낌을 생성하는 투시 영상(perspective view)인
    방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 반사형 디스플레이 내의 상기 장치는 적어도 제 3 셀을 부가적으로 포함하고, 상기 제 3 셀은 제 3 요소를 포함하며, 상기 제 3 요소는 제 3 편광을 갖는 전자기 방사가 반사되지 않는 비반사 상태와 상기 제 3 편광을 갖는 전자기 방사가 반사되는 반사 상태 사이에서 제어가능하며,
    상기 방법은
    제 3 편광을 갖는 전자기 방사로 이루어지는 제 3 이미지의 형상으로 전자기 방사를 반사하도록 상기 제 3 요소를 조정하는 단계를 포함하는
    방법.
  18. 제 16 항 또는 17 항에 있어서,
    상기 방법은,
    적어도 두 개의 별개의 필터 요소를 제공하는 단계 -상기 두 개의 필터 요소 중 제 1 필터 요소는 상기 제 1 편광을 갖는 전자기 방사를 투과시킬 수 있지만 상기 제 2 편광을 갖는 전자기 방사는 투과시킬 수 없고, 상기 두 개의 필터 요소 중 제 2 필터 요소는 상기 제 2 편광을 갖는 전자기 방사를 투과시킬 수 있지만 상기 제 1 편광을 갖는 전자기 방사는 투과시킬 수 없음- 와,
    상기 반사형 디스플레이와 상기 제 1 요소에 의해 생성된 제 1 이미지의 관측자의 위치 사이에 상기 제 1 필터 요소를 배치하는 단계와,
    상기 반사형 디스플레이와 상기 제 2 요소에 의해 생성된 제 2 이미지의 관측자의 위치 사이에 상기 제 2 필터 요소를 배치하는 단계를 포함하는
    방법.
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