KR101611599B1 - 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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오스카르 하. 빌렘센
마르틴 헤. 하. 히딩크
로베르트-파울 엠. 베레티
마르셀리뉘스 피. 세. 엠. 크레인
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

이미지 형성 수단과 일치화하여 배열된 뷰 형성 모듈을 포함하는 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스가 개시된다. 이미지 형성 수단은 불투명한 매트릭스에 의해 공간적으로 규정된 디스플레이 픽셀들의 직교 어레이를 가진다. 뷰 형성 모듈은 적어도 2 개의 광학 기능들 즉, 뷰 형성 기능 및 밝기 비-균일성 감소 기능을 제공한다. 뷰 형성 기능은 디스플레이 픽셀들의 그룹들의 출력들이 복수의 뷰들로서 각각의 상이한 방향들로 투영되도록 디스플레이 픽셀들의 출력들의 방향을 수정한다. 뷰 형성 기능은 뷰 형성 모듈에 걸쳐 배열되고 제 1 피치를 가지는 병렬 렌티큘라 렌즈들의 어레이에 의해 제공된다. 밝기 비-균일성 감소 기능은 불투명한 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들이 감소되도록 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시킨다. 밝기 비-균일성 감소 기능은 제 1 피치보다 작은 제 2 피치를 뷰 형성 모듈에 걸쳐 규정하고, 또한, 뷰 형성 기능에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도와 실질적으로 동일하거나 작은 뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 평면에서 유효 확산 각도를 규정한다. 밝기 비-균일성 감소 기능은 렌즈들의 어레이 또는 광 확산기에 의해 제공된다. 렌즈들의 어레이의 경우에서, 이러한 렌즈들은 다각형 단면을 가지는 렌즈들의 형태로 뷰 형성 기능을 제공하는 렌티큘라 렌즈들과 통합될 수 있다.

Description

오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스{AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 픽셀들의 어레이를 가지는 디스플레이 패널과 같은 이미지 형성 수단, 및 뷰 형성 수단을 포함하는 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(autostereoscopic display device)에 관한 것이다. 뷰 형성 수단은 디스플레이 픽셀들이 보이는 이미지 형성 수단 위에 배열된 뷰 형성 요소들의 어레이이거나, 상기 어레이로서 기능하도록 구성가능하다. 본 발명은 또한 오토스테레오스코픽 이미징 방법에 관한 것이다.
알려진 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스는 GB 2196166 A에 기재되어 있다. 이러한 알려진 디바이스는 디스플레이를 생성하기 위한 이미지 형성 수단으로서 동작하는 디스플레이 픽셀들의 행(row) 및 열(column) 어레이를 가지는 2 차원 발광 액정 디스플레이 패널을 포함한다. 서로 병렬로 연장되는 길다란 렌티큘라 렌즈들(elongate lenticular lenses)의 어레이는 디스플레이 픽셀 어레이 위에 놓이고, 뷰 형성 수단으로서 동작한다. 디스플레이 픽셀들로부터의 출력들은 이러한 렌티큘라 렌즈들을 통해 투영되고, 이러한 렌즈들은 출력들의 방향들을 수정하도록 기능한다.
렌티큘라 렌즈들은 요소들의 시트로서 제공되고, 이들 각각은 길다란 반-원통 렌즈 요소를 포함한다. 렌티큘라 렌즈들은 디스플레이 패널의 열 방향으로 연장되고, 각각의 렌티큘라 렌즈는 디스플레이 픽셀들의 2 개 이상의 인접한 열들의 각각의 그룹 위에 놓인다. 각각의 렌즈의 초점은 디스플레이 픽셀들의 어레이에 의해 규정된 평면과 일치한다.
예를 들면, 각각의 렌티큘라 렌즈가 디스플레이 픽셀들의 2 개의 열들과 연관되는 배열에서, 각각의 열의 디스플레이 픽셀들은 각각의 2 차원 서브-이미지의 수직 슬라이스를 제공한다. 렌티큘라 시트는 이러한 2 개의 슬라이스들 및 다른 렌티큘라 렌즈들과 연관된 디스플레이 픽셀 열들로부터의 대응하는 슬라이스들을 상기 시트 전면에 배치된 이용자의 좌측 및 우측 눈들로 투영하여, 이용자가 단일의 입체 이미지를 관찰한다.
다른 배열들에서, 각각의 렌티큘라 렌즈는 열 방향의 3 개 이상의 인접한 디스플레이 픽셀들의 그룹과 연관된다. 각각의 그룹의 디스플레이 픽셀들의 대응하는 열들은 각각의 2 차원 서브-이미지로부터 수직 슬라이스를 적절히 제공하기 위해 배열된다. 이용자의 머리가 좌로부터 우로 이동함에 따라, 예를 들면, 룩-어라운드 표현(look-around impression)을 생성하여 일련의 연속적인, 상이한, 입체 영상 뷰들이 관찰된다.
상술된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스는 양호한 레벨들의 밝기를 가지는 디스플레이를 생성한다. 그러나, 상기 디바이스와 연관된 문제점은 렌티큘라 시트에 의해 투영된 뷰들은 전형적으로 디스플레이 픽셀 어레이를 규정하는 비-발광 블랙 매트릭스의 "이미징"에 의해 야기된 다크 존들(dark zones)에 의해 분리된다는 것이다. 이러한 다크 존들은 디스플레이에 걸쳐 이격된 다크 수직 밴드들의 형태의 밝기 비-균일성들로서 이용자에 의해 쉽게 관찰된다. 밴드들은 이용자가 좌로부터 우로 이동함에 따라 디스플레이에 걸쳐 이동하고, 밴드들의 피치(pitch)는 이용자가 디스플레이를 향하거나 디스플레이에서 벗어나도록 이동함에 따라 변경된다.
비-균일성들의 크기를 감소시키는 다수의 방식들이 제안되어 왔다. 예를 들면, 비-균일성들의 크기는 디스플레이 픽셀 어레이의 열 방향에 대해 렌티큘라 렌즈들을 예각(acute angle)으로 기울게 하는 잘 알려진 기술에 의해 감소될 수 있다. 그러나, 블랙 매트릭스를 1 % 이하로 이미징함으로써 도입된 강도 변조 깊이(intensity modulation depth)를 감소시키는 것은 여전히 어렵고, 이러한 레벨에서, 비-균일성들은 이용자에게 여전히 지각가능하게 남아 있고 이용자를 산만하게 한다.
JP 03 194 588 A(일본 전신 및 전화)는 렌티큘라 렌즈들의 어레이가 뷰 형성 기능을 제공하고 별난 디스플레이 위에 배열되는 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 개시한다. 렌즈들은 별난 디스플레이의 전면에 있는 그들의 초점 평면을 위치시킴으로써 디포커싱되고, 이로써 픽셀들을 규정하는 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들을 감소시킨다. 확산 층은 픽셀 출력들의 임의의 방향성을 제거하기 위해 렌즈들의 초점 평면에서 제공되고, 이로써 밝기 비-균일성들을 또한 감소시킨다.
상술된 디바이스들에서 블랙 매트릭스를 이미징함으로써 도입된 강도 변조 깊이는 렌티큘라 렌즈들의 포커싱 전력의 함수로서 변동된다는 것이 또한 알려져 왔다. 일반적으로, 렌즈들의 초점 길이(focal length)를 증가시킴으로써 디바이스에서 렌즈들을 디포커싱(defocusing)하는 것은 블랙 매트릭스를 이미징함으로써 도입된 강도 변조 깊이에서의 감소를 유발한다. 그러나, 렌즈들을 디포커싱하는 것은 또한 렌티큘라 렌즈들에 의해 투영된 뷰들 사이에 약간의 크로스-토크(cross-talk)를 발생시키고, 이는 이용자에 의해 지각된 3 차원 효과에 대해 해로울 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스가 제공되고, 상기 디바이스는: 디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들의 직교 어레이를 가지는 이미지 형성 수단으로서, 디스플레이 픽셀들은 불투명한 매트릭스에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 수단, 및 상기 이미지 형성 수단 위에 위치 맞춰 배치되는 뷰 형성 모듈을 포함하고, 상기 뷰 형성 모듈은 적어도 2 개의 광학 기능들, 뷰 형성 기능 및 밝기 비-균일성 감소 기능을 제공하고,
뷰 형성 기능은 디스플레이 픽셀들의 그룹들의 출력들이 복수의 뷰들로서 각각의 상이한 방향들로 투영되도록 디스플레이 픽셀들의 출력들의 방향을 수정하고, 뷰 형성 기능은 뷰 형성 모듈에 걸쳐 배열되고 제 1 피치(pitch)를 가지는 병렬 뷰 형성 요소들의 어레이에 의해 제공되고,
밝기 비-균일성 감소 기능은 불투명한 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들이 감소되도록 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시키고, 밝기 비-균일성 감소 기능은 제 1 피치보다 작거나 제로인 제 2 피치를 뷰 형성 모듈 위에 규정하고, 밝기 비-균일성 감소 기능은 밝기 비-균일성 감소 기능이 없을 때 뷰 형성 기능에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이에 존재할 각도의 1.5 배보다 크지 않는 뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 평면에서 유효 확산 각도(effective spreading angle)를 또한 규정한다.
표현 "유효 확산 각도"는 출력들이 뷰 형성 모듈에 의해 방출되면(즉, 공기 중으로) 측정된 바와 같이, 디스플레이 픽셀들의 출력들이 확산(즉, 발산)되는 각도를 지칭한다. 밝기 비-균일성 감소 기능에 의해 규정된 실제 확산 각도는 상기 기능이 제공되는 재료의 굴절률에 의존할 것이다. 실제 확산 각도는 또는, 뷰 형성 기능 전 또는 후에 밝기 비-균일성 감소 기능이 제공되는지의 여부에 의존할 것이다. 예를 들면, 뷰 형성 기능 전에 밝기 비-균일성 감소 기능이 제공되면 실제 확산 각도는 유효 확산 각도보다 더 크다. 뷰 형성 기능 후에 밝기 비-균일성 감소 기능이 제공되거나 상기 기능들이 동일한 광학 인터페이스에 제공되면 실제 확산 각도는 유효 확산 각도와 동일하다.
유효 확산 각도는 밝기 비-균일성 감소 기능이 없을 때 바람직하게 뷰 형성 기능에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이에 존재할 각도의 1.3 배보다 크지 않고, 가장 바람직하게 1.1 배보다 크지 않다.
오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 불투명한 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들이 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산(즉, 발산)시킴으로써 감소될 수 있고, 이로써 인접한 뷰들 사이의 다크 밴드들을 "차단"하는 것이 알려져 있다. 또한, 확산 기능이 제공되는 수단이 뷰 형성 요소들의 피치보다 작은 피치를 가질 때, 이러한 확산 기술이 비-균일성들을 감소시키는데에 더욱 효과적이라는 것이 알려져 있다.
본 발명은 뷰 형성 요소들이 렌티큘라 렌즈들인 뷰 형성 모듈들에 특히 적합하다. 뷰잉 각도들의 범위에 걸쳐, 렌티큘라 렌즈들의 초점들은 실제로 만곡된 표면을 규정하는 것으로 알려져 왔다. 렌티큘라 렌즈들이 밝기 비-균일성들을 감소시키도록 간단히 디포커싱되는 알려진 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스들에서, 법선(normal)(수직) 광에 대한 초점들은 일반적으로 디스플레이 픽셀들에 의해 규정된 평면 뒤에 배치되지만, 비-법선 광(더 큰 뷰잉 각도들에 대응하는)에 대한 초점들은 이러한 평면과 일치할 것이다. 결과적으로, 밝기 비-균일성들이 더 큰 뷰잉 각도들이 아닌 법선 뷰잉 각도에서 및 주변에서 효과적으로 억제된다.
예를 들면, 단순히 렌티큘라 렌즈들을 디포커싱하는 것과 반대로(확산 기능의 피치가 렌티큘라 렌즈들의 피치와 동일함), 렌티큘라 렌즈들의 피치보다 더 작은 피치를 가지는 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산(즉, 발산)시킴으로써, 밝기 비-균일성 감소 기능이 뷰 형성 기능으로부터 효과적으로 분리되고, 따라서, 밝기 비-균일성들이 넓은 범위의 뷰잉 각도들에 걸쳐 억제될 수 있다. 일부 뷰잉 각도 의존 효과들이 남아있을 수 있지만, 이들이 상당히 감소된다.
또한, 밝기 비-균일성 감소 기능의 유효 확산 각도에서의 작은 에러들이 디스플레이 디바이스의 오토스테레오스코픽 성능에 상당한 영향을 주지 않기 때문에, 그러한 장치는 광학 구성요소들의 치수 공차들(dimensional tolerances)에 관하여 더욱 로버스트(robust)일 수 있고, 이러한 오토스테레오스코픽 성능은 뷰 형성 기능에 의존한다.
뷰 형성 요소들의 어레이가 렌티큘라 렌즈들의 제 1 어레이인 실시예들에서, 렌즈들은 디스플레이 픽셀들의 열 방향에 관하여 기울어지게 배열될 수 있고, 이로써 밝기 비-균일성들을 또한 감소시킨다.
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이미지 형성 수단은 발광 디스플레이를 생성하기 위한 백라이트를 포함하는 액정 디스플레이 패널일 수 있다. 다른 유형들의 발광 디스플레이 패널이 대안적으로 이용될 수 있다.
뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 평면에서 밝기 비-균일성 감소 기능의 유효 확산 각도는 밝기 비-균일성 감소 기능이 없을 때 뷰 형성 기능에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이에 존재할 각도와 실질적으로 동일할 수 있다. 유효 확산 각도가 인접한 뷰들 사이에 존재할 각도와 "실질적으로 동일하다"는 표현에 의해, 유효 확산 각도가 밝기 비-균일성 감소 기능이 없을 때 뷰 형성 기능에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이에 존재할 각도보다 0.5 내지 1.5 배, 바람직하게 0.7 내지 1.3 배, 가장 바람직하게 0.9 내지 1.1 배인 것이 특히 요구될 수 있다. 이러한 방식에서, 뷰 형성 기능에 의해 투영된 뷰들 사이의 크로스-토크가 수용가능한 레벨들로 감소될 수 있고, 이러한 크로스-토크는 이용자에 의해 지각된 3 차원 효과에 대해 유해할 수 있다.
실시예들에서, 뷰 형성 기능을 제공하는 렌티큘라 렌즈들의 제 1 어레이에 의해 규정된 만곡된 초점 표면들 각각은 비-법선 광에 대한 초점에 대응하는 위치들에서 디스플레이 픽셀들의 어레이에 의해 규정된 평면을 교차할 수 있다. 이 방식으로, 만곡된 초점 표면들에 의해 야기된 포커스에서의 불가피한 변동, 및 결과적인 크로스-토크는 넓은 범위의 뷰잉 각도들에 걸쳐 확산될 수 있다. 다른 실시예들에서, 만곡된 초점 표면들 각각은 법선 광에 대해 초점에 대응하는 위치들에서 디스플레이 픽셀들의 어레이에 의해 규정된 평면과 교차할 수 있다. 이 방식으로, 더 큰 뷰잉 각도들에서 더 큰 크로스-토크를 희생하여, 법선 뷰잉 각도에서 및 주변에서의 크로스-토크는 최소화될 수 있다.
제 1 그룹의 실시예들에서, 밝기 비-균일성 감소 기능은 뷰 형성 모듈에 걸쳐 배열되고 제 2 피치를 가지는 마이크로-렌티큘라 렌즈들과 같은, 병렬 렌즈들의 제 2 어레이에 의해 제공될 수 있다.
제 2 어레이의 렌즈들은 제 1 어레이의 렌즈들의 제 1 피치의 단지 1/2 및 바람직하게 단지 1/3의 제 2 피치를 가질 수 있다. 일반적으로 더 작은 피치를 가지는 렌즈들이 제조하기에 더 쉽지만, 더 큰 피치를 가지는 렌즈들이 개선된 기능 성능을 제공한다.
예를 들면, 상이한 기판 표면들 내의 제 1 어레이의 광학 인터페이스와 상이한 광학 인터페이스에서 렌즈들의 제 2 어레이가 제공될 수 있다.
대안적으로, 뷰 형성 및 밝기 비-균일성 감소 기능 양쪽 모두를 제공하는 렌즈들의 제 1 및 제 2 어레이들은 동일한 광학 인터페이스에 통합되어, 동일한 광학 인터페이스에서의 굴절에 의해 뷰 형성 및 밝기 비-균일성 감소 기능들이 제공된다.
이러한 경우에, 제 1 어레이의 각각의 렌즈에 대응하는 광학 인터페이스는 다각형 렌즈 표면을 규정하는 복수의 평평한 표면들을 포함할 수 있고, 평평한 표면들 각각은 제 2 어레이의 렌즈에 대응한다. 평평한 표면들의 수는 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에 의해 제공된 다수의 뷰들과 동일할 수 있다. 평평한 표면들의 수, Nmicro - lens는 Nviews보다 다소 적게 선택될 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 최소의 밝기 비-균일성들을 제공하는 평평한 표면들의 수는 다음에 의해 주어질 수 있다.
Figure 112011005849495-pct00001
Δn은 렌즈 표면 중 어느 한 측면 상의 재료들의 굴절률들의 차이이고, pL은 다각형 렌즈들의 피치이고, RL은 제 1 렌즈 어레이의 곡률 반경이고, λ는 이용된 광의 파장이다.
파장들의 전체 범위가 디스플레이에 의해 방출되는 실제 상황들에서, λ에 대한 양호한 평균 값은 550 nm이다. 실제 설계들에서, 상기 수학식의 결과, Nmicro - lens은 상기 수학식의 결과에 가장 가까운 정수들 중 어느 하나로 라운딩(rounded)될 수 있다;(한편 결과보다 더 크고, 다른 한편 결과보다 더 낮음). 바람직하게 결과는 가장 가까운 정수로 라운딩된다. 이것은 가능하게는 상기 장치의 기능을 방해하는 회절면 효과들 및 디스플레이가 설명되는 이점을 갖는다.
실시예들에서, 제 2 마이크로렌즈 어레이의 렌즈들의 곡률 반경은 제 2 렌즈 어레이가 제 1 어레이와 중첩하여 통합될 때, 제 1 어레이의 각각의 렌즈에 대응하는 광학 인터페이스가 평평하고/평평하거나 평평하지 않고/평평하지 않거나 동일하거나 동일하지 않은 피치 또는 폭을 갖는 복수의 표면들을 포함할 수 있도록 된다.
실시예들에서, 마이크로렌즈 어레이의 병렬 렌즈들의 하나 이상의 광학 축들은 제 1 렌즈 어레이의 렌즈들의 하나 이상의 광학 축에 대해 기울어진다. 따라서, 패시트들(facets)은 렌티큘라 렌즈들의 광학 축에 대해 기울어질 수 있다.
일 실시예에서, 렌티큘라 어레이 및 마이크로렌즈 어레이는 긴 방향으로 광학 축을 갖는 반-원통 렌즈들을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상이한 피치를 갖는 렌즈들을 가지는 다중의 마이크로-렌즈 어레이들이 존재할 수 있다. 대안적으로, 다중 마이크로렌즈 어레이들의 통합인 단지 하나의 제 2 렌즈 어레이가 존재할 수 있다.
제 2 그룹의 실시예들에서, 밝기 비-균일성 감소 기능은 광 확산기에 의해 제공될 수 있다. 광 확산기들은 일반적으로 제로 피치를 가지는 것으로 고려될 수 있다.
광 확산기는 그의 표면 또는 인터페이스에서의 굴절에 의해 확산을 제공하도록 구성된 표면 광 확산기일 수 있거나, 대안적으로 광의 산란에 의해 확산을 제공하도록 구성된 산란 광 확산기일 수 있다. 적합한 표면 광 확산기들은 홀로그래픽 광 확산기들(holographic diffusers), 마이크로-광 확산기들 및 공학 광 확산기들을 포함하고, 이들의 설계 및 제조는 당업자들에게 알려져 있다.
광 확산기는 뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 실질적으로 평면의 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시키도록 구성될 수 있다. 이 방식으로, 뷰 형성 요소들의 축들에 병렬인 방향에서 불필요한 블러링(blurring)이 회피될 수 있다.
대안적으로, 광 확산기는 제 1 및 제 2 수직 평면들에서 상이한 확산 각도들을 갖는 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시키도록 구성될 수 있다. 광 확산기는 뷰 형성 요소들의 어레이에 대해 회전될 수 있어, 제 1 및 제 2 수직 평면들이 뷰 형성 요소들의 축들과 예각들을 규정한다. 이 방식으로, 뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 평면에서의 확산 양이 튜닝(tuning)될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 오토스테레오스코픽 이미징 방법이 제공되고, 상기 방법은:
디스플레이 픽셀들의 직교 어레이를 이용하여 이미지를 형성하는 단계로서, 디스플레이 픽셀들은 불투명한 매트릭스에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 단계; 및
디스플레이 픽셀들의 어레이 위에 및 상기 디스플레이 픽셀들의 어레이를 가로질러 배열된 병렬 뷰 형성 요소들의 어레이를 이용하여 이미지를 각각의 상이한 방향들로 투영된 복수의 뷰들로 형성하는 단계로서, 뷰 형성 요소들은 디스플레이 픽셀들로부터의 출력들의 방향을 수정하고, 뷰 형성 요소들은 제 1 피치를 가지는, 상기 복수의 뷰 형성 단계를 포함하고,
디스플레이 픽셀들의 출력들은 뷰 형성 요소들에 의한 불투명한 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들이 감소되도록 부가적으로 확산되고, 확산 기능은 제 1 피치보다 작은 제 2 피치를 규정하고, 확산 기능은 부가적인 확산이 없을 때 뷰 형성 요소들에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이에 존재할 각도의 1.5 배보다 크지 않는 뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 평면에서 유효 확산 각도를 또한 규정한다.
뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 평면에서 밝기 비-균일성 감소 기능의 유효 확산 각도는 부가적인 확산이 없을 때 뷰 형성 기능에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이에 존재할 각도와 실질적으로 동일할 수 있다.
병렬 뷰 형성 요소들의 어레이는 병렬 렌티큘라 렌즈들의 제 1 어레이일 수 있다.
밝기 비-균일성 감소 기능은 렌티큘라 마이크로-렌즈들과 같은 제 2 렌즈들의 어레이에 의해 제공될 수 있고, 제 1 및 제 2 어레이들은 동일한 광학 인터페이스로 통합될 수 있거나 각각의 상이한 광학 인터페이스들에 제공될 수 있다.
대안적으로, 밝기 비-균일성 감소 기능은 광 확산기에 의해 제공될 수 있다. 광 확산기들은 일반적으로 제로 피치를 가지는 것으로 고려될 수 있다.
광 확산기는 뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 실질적으로 단지 평면의 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시키도록 구성될 수 있다. 이 방식으로, 뷰 형성 요소들의 축들에 병렬인 방향에서 불필요한 블러링이 회피될 수 있다.
대안적으로, 광 확산기는 제 1 및 제 2 수직 평면들에서 상이한 확산 각도들을 갖는 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시키도록 구성될 수 있다. 이 방식으로, 뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 평면에서의 확산 양이 튜닝될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이제 첨부한 도면들을 참조하여 단지 예의 방법으로 설명될 것이다.
도 1은 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 간략한 사시도.
도 2는 동작 모드를 설명하기 위한 도 1에 도시된 디스플레이 디바이스의 간략한 단면도.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 도 1에 도시된 디스플레이 디바이스의 출력에서 밝기 비-균일성들을 감소시키기 위한 기술들을 설명하기 위한 도면들.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 디스플레이 디바이스의 출력에서 밝기 비-균일성들이 감소될 수 있는 방법을 설명하기 위한 부가적인 도면들.
도 5a는 뷰잉 각도들의 범위에 대해, 또 다른 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 렌티큘라 렌즈의 초점들을 도시하는 간략한 단면도.
도 5b, 도 5c 및 도 5d는 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 동작에 대한 초점들의 효과를 설명하기 위한 도면들.
도 6은 도 5a 내지 도 5d가 관련된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에 대한 뷰잉 각도의 함수로서 밝기 비-균일성을 도시하는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 제 1 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 도시하는 간략한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 제 2 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 도시하는 간략한 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 제 3 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 도시하는 간략한 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 제 4 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 도시하는 간략한 단면도.
도 11은 도 7 내지 도 10에 도시된 본 발명에 따른 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스들에 대한 뷰잉 각도의 함수로서 밝기 비-균일성들을 도시하는 그래프.
도 12는 본 발명에 따른 제 5 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 도시하는 간략한 단면도.
도 13은 도 12에 도시된 본 발명에 따른 제 5 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에 대한 뷰잉 각도의 함수로서 밝기 비-균일성들을 도시하는 그래프.
도 14a 및 도 14b는 도 12에 도시된 본 발명에 따른 제 5 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에 대한 수정들을 설명하기 위한 도면들.
도 15a, 도 15b 및 도 15c는 무아레(moire)를 카운터하는 2 개의 마이크로-렌즈어레이들의 단면도들이고, 도 15a는 2 개의 개별적인 마이크로-렌즈 어레이들을 도시하고, 도 15b는 도 15a에서와 동일하지만 하나의 마이크로-렌즈 어레이로 통합된 한 2 개의 마이크로-렌즈 어레이들을 도시하고, 도 15c는 렌티큘라 렌즈에 통합된 도 15a 또는 도 15b의 마이크로-렌즈어레이들을 갖는 렌티큘라를 도시한다.
도 16은 서브-픽셀로 나눠진 디스플레이 패널의 전면에서 기울어진 렌티큘라에 기초한 15-view 3D 디스플레이의 전면도.
도 17은 마이크로렌즈들을 갖거나 갖지 않고 마이크로렌즈들 또는 패시트들의 수를 결정할 때 회절을 고려하거나 고려하지 않는 도 16에 기초한 다양한 디스플레이들에 대해 뷰잉 각도의 함수로서 디스플레이 광의 강도를 도시한 도면.
도 18은 다수의 마이크로렌즈들 또는 평평한-패시트들이 회절을 고려하여 결정되고 마이크로렌즈들 또는 평평한 패시트들의 동일하지 않은 폭을 갖거나 갖지 않는 도 16에 기초한 다양한 디스플레이들에 대한 뷰잉 각도의 함수로서 디스플레이 광의 강도를 도시한 도면.
도 19a 및 도 19b는 마이크로렌즈 어레이들을 갖고 갖지 않는 2 개의 마이크로-렌즈 어레이들의 조합된 단면들의 경우에 평평하지 않은 패시트들을 야기하는 마이크로-렌즈 어레이를 갖는 렌티큘라의 조합에 대해 단일의 뷰에서 강도의 각도 분포를 각각 도시하는 도면들.
도 20은 마이크로렌즈 어레이들에 대한 다수의 대안적인 레이아웃들을 도시한 도면.
도 21a, 도 21b 및 도 21c는 본 발명에 따른 제 6 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 설명하기 위한 도면들.
본 발명은 이미지 형성 수단 및 뷰 형성 모듈을 가지는 유형의 다중-뷰 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 제공한다. 디바이스는 또한 복수의 뷰들에 대한 비디오 데이터로 이미지 형성 수단을 구동시키도록 구성된 구동 수단을 가질 수 있다.
이미지 형성 수단은 디스플레이를 생성하기 위한 디스플레이 픽셀들의 어레이를 갖고, 디스플레이 픽셀들은 불투명한 매트릭스에 의해 공간적으로 규정된다.
뷰 형성 모듈은 이미지 형성 수단과 일치하도록 구성되고, 적어도 2 개의 광학 기능들, 즉, 뷰 형성 기능 및 밝기 비-균일성 감소 기능을 제공한다.
뷰 형성 기능은 디스플레이 픽셀들의 그룹들의 출력들이 복수의 뷰들로서 각각의 상이한 방향들로 투영되도록 디스플레이 픽셀들의 출력들의 방향을 수정한다. 뷰 형성 기능은 뷰 형성 모듈에 걸쳐 배열되고 제 1 피치를 가지는 병렬 뷰 형성 요소들의 어레이에 의해 제공된다.
밝기 비-균일성 감소 기능은 불투명한 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들이 감소되도록 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시킨다. 밝기 비-균일성 감소 기능은 제 1 피치보다 작은 뷰 형성 모듈에 걸친 제 2 피치를 규정하고, 또한 뷰 형성 기능에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도와 실질적으로 동일하거나 더 작은 뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 평면에서의 유효 확산 각도를 규정한다.
도 1은 알려진 다중-뷰 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(1)의 간략한 사시도이다. 알려진 디바이스(1)는 디스플레이를 생성하기 위해 이미지 형성 수단으로서 동작하는 액티브 매트릭스 형태의 액정 디스플레이 패널(3)을 포함한다.
디스플레이 패널(3)은 행 및 열들로 배열된 디스플레이 픽셀들(5)의 직교 어레이를 가진다. 명확히 하기 위해, 도면에서 단지 작은 수의 디스플레이 픽셀들(5)이 도시된다. 실제로, 디스플레이 패널(3)은 약 일천개의 행들 및 수천개의 열들의 디스플레이 픽셀들(5)을 포함할 수 있다.
액정 디스플레이 패널(3)의 구조는 전적으로 전형적이다. 특히, 패널(3)은 정렬된 TN(twisted nematic) 또는 다른 액정 재료가 제공되는 한 쌍의 이격된 투명 유리 기판들을 포함한다. 기판들은 그들의 대향하는 표면들 상에 투명한 ITO(indium tin oxide) 전극들의 패턴들을 갖는다. 편광 층들은 또한 기판들의 외부 표면들 상에 제공된다.
각각의 디스플레이 픽셀(5)은 그 사이에 개재된 액정 재료를 가지는 기판들 상에 반대 전극들을 포함한다. 디스플레이 픽셀들(5)의 형태 및 레이아웃은 패널(3)의 전면 상에 제공된 블랙 매트릭스 배열 및 전극들의 형태 및 레이아웃에 의해 결정된다. 디스플레이 픽셀들(5)은 갭들에 의해 서로 일정하게 이격된다.
각각의 디스플레이 픽셀(5)은 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은 스위칭 요소와 연관된다. 디스플레이 픽셀들은 어드레싱 신호들을 스위칭 요소들에 제공함으로써 디스플레이를 생성하도록 동작되고, 적합한 어드레싱 방식은 당업자들에게 알려져 있다.
디스플레이 패널(3)은 이러한 경우에, 디스플레이 픽셀 어레이의 영역에 걸쳐 확장하는 평면의 백라이트를 포함하는 광원(7)에 의해 조명된다. 광원(7)으로부터의 광은 디스플레이 패널(3)을 통해 지시되고, 개별적인 디스플레이 픽셀들(5)은 광을 변조하고 디스플레이를 생성하도록 구동된다.
디스플레이 디바이스(1)는 또한, 디스플레이 패널(3)의 디스플레이 측면에 걸쳐 배열된 렌티큘라 시트(9)를 포함하고, 디스플레이 패널(3)은 뷰 형성 기능을 실행한다. 렌티큘라 시트(9)는 디스플레이 패널(3)의 열 방향에서 서로에 병렬로 확장하는 렌티큘라 렌즈들(11)의 행을 포함하고, 명확히 하기 위해 확대된 크기로 단지 하나가 도시된다. 렌티큘라 렌즈들(11)은 디스플레이 패널(3)의 평면과 대략 일치하는 초점들을 갖고, 뷰 형성 기능을 실행하도록 뷰 형성 요소들로서 동작한다.
렌티큘라 렌즈들(11)은 볼록한 원통형 요소들의 형태이고, 이들은 디스플레이 패널(3)로부터 디스플레이 디바이스(1)의 전면에 배치된 이용자의 눈들로 상이한 이미지들, 또는 뷰들을 제공하도록 광 출력 지시 수단으로서 동작한다.
도 1에 도시된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스는 상이한 방향들로 몇몇의 상이한 사시도들을 제공할 수 있다. 특히, 각각의 렌티큘라 렌즈(11)는 각각의 행에서 작은 그룹의 디스플레이 패널들(5) 위에 놓인다. 렌티큘라 렌즈(11)는 몇몇의 상이한 뷰들을 형성하기 위해 상이한 방향으로 그룹의 각각의 디스플레이 픽셀(5)을 투영한다. 이용자의 머리가 좌로부터 우로 움직임에 따라, 그/그녀의 눈들은 몇몇의 뷰들 중 상이한 뷰들을 수신할 것이다.
도 2는 상술된 렌티큘라형 이미징 장치의 동작 원리를 도시하고, 광원(7), 디스플레이 패널(3) 및 렌티큘라 시트(9)를 도시한다. 장치는 각각 상이한 방향들로 투영되는 3 개의 뷰들(201, 202, 203)을 제공한다. 디스플레이 패널(3)의 각각의 픽셀은 하나의 특정 뷰에 대한 정보로 구동된다.
상술된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스는 양호한 레벨들의 밝기를 가지는 디스플레이를 생성한다. 그러나, 디바이스와 연관된 문제점은 렌티큘라 시트(9)에 의해 투영된 뷰들이 디스플레이 픽셀 어레이를 규정하는 비-발광 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 다크 존들에 의해 분리된다는 것이다. 이러한 다크 존들은 디스플레이 위에 이격된 다크 수직 밴드들의 형태의 밝기 비-균일성들로서 이용자에 의해 쉽게 관찰된다. 상기 밴드들은 이용자가 좌로부터 우로 이동함에 따라 디스플레이에 걸쳐 이동하고, 밴드들의 피치는 이용자가 디스플레이를 향하거나 디스플레이에서 벗어나도록 이동함에 따라 변경된다. 밴드들은 모바일 애플리케이션들을 위해 설계된 고 해상도 디스플레이들과 같은, 블랙 매트릭스로서 그들의 디스플레이 영역의 높은 비율을 가지는 디바이스들에서 특히 문제이다.
블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들은 도 3a에 예시되고, 이는 도 1 및 도 2에 도시된 디스플레이 디바이스들에 대한 뷰잉 각도에 대해 밝기 강도의 일반적인 플롯들을 도시한다. 상부 플롯(301)은 개별적인 뷰들의 기여들(contributions)을 도시하고, 이러한 기여들 각각은 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 다크 밴드들 사이에 개재된 일정한 밝기 강도를 갖고, 이러한 밴드들 각각은 제로 밝기 강도를 가진다. 뷰들과 다크 밴드들 사이의 전이는 스텝 전이(step transition)이다. 하부 플롯(302)은 개별적인 뷰들의 기여들의 누적 효과, 즉, 디스플레이의 전면으로 이동하는 이용자에 의해 관찰된 밝기 레벨을 도시한다. 하부 플롯으로부터 밝기 강도의 상당한 변조가 존재하는 것을 볼 수 있다.
비-균일성들의 크기를 감소시키는 다수의 방식들이 제안되어 왔다. 예를 들면, 비-균일성들의 크기는 디스플레이 픽셀 어레이의 열 방향에 대해 예각으로 렌티큘라 렌즈들(11)을 기울이는 잘 알려진 기술에 의해 감소될 수 있다. 결과적인 밝기 비-균일성들이 도 3b에 예시된다. 이러한 도면에서, 상부 플롯(303)은 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 다크 밴드들 사이에 개재된 개별적인 뷰들의 기여들을 도시한다. 뷰들과 다크 밴드들 사이의 전이가 점진적인 것을 볼 수 있고, 밝기 강도는 일정한 비율로 변한다. 하부 플롯(304)은 개별적인 뷰들의 기여들의 누적 효과를 도시하고, 블랙 매트릭스를 이미징함으로써 도입된 강도 변조 깊이가 상당히 감소되는 것을 볼 수 있다. 그러나, 강도 변조 깊이를 1 % 이하로 감소시키는 것은 여전히 어렵고, 이러한 레벨에서, 비-균일성들은 이용자에게 지각가능하고 산만하게 한다.
렌티큘라 렌즈들(11)을 기울이는 기술은 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 지각된 밝기 비-균일성들을 감소시키는 역할을 할 수 있지만, 렌티큘라 렌즈들(11)을 디포커싱함으로써 부가적인 상당한 감소들이 이롭게 성취될 수 있다. 이러한 기술에 따라, 렌티큘라 렌즈들(11)의 초점 길이들이 확장되어, 그들의 초점들이 디스플레이 패널(3)의 평면 뒤에 놓인다. 결과적인 밝기 비-균일성들이 도 3c에 예시된다. 상부 플롯(305)에서, 뷰들과 다크 밴드들 사이의 전이가 점진적인 것을 볼 수 있고, 강도가 가변 비율로 변한다. 하부 플롯(306)은 개별적인 뷰들의 기여들의 누적 효과를 도시하고, 블랙 매트릭스를 이미징함으로써 도입된 강도 변조 깊이가 거의 완전히 제거되는 것을 볼 수 있다.
렌티큘라 렌즈들(11)을 디포커싱함으로써 획득된 밝기 비-균일성들에서의 부가적인 감소는 뷰들 사이의 일부 크로스-토크를 도입하는 대가를 치르고, 이는 상기 디바이스의 지각된 3 차원 성능에 대해 해롭다. 이러한 크로스-토크는 일반적으로 렌티큘라 렌즈들(11)이 디포커싱됨에 따라 증가한다.
도 4a는 렌티큘라 렌즈들(11)이 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 지각된 밝기 비-균일성들을 최소화하도록 기울여지고 디포커싱되는 상술된 유형의 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스를 도시한다. 이상적인 렌티큘라 렌즈들(11)에서, 밝기 비-균일성들은 (원거리 필드) 각도 분포의 폴딩(folding)에 차단 기능을 제공하기 위해 렌티큘라 렌즈들의 초점 길이를 확장함으로써 최소화될 수 있고, 차단 기능은 렌즈들에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도의 배수와 도일한 폭을 갖는다. 수용가능한 낮은 레벨들로 크로스-토크를 유지하기 위해, 도 4b에 도시된 바와 같이, 렌즈들에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도 φ와 동일한 폭을 가지는 차단 기능이 선택된다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 렌티큘라 렌즈들(11)의 디포커싱은 각각의 뷰에 대응하는 디스플레이 픽셀들(5)의 출력들을 확산 또는 확장하는 역할을 하고, 이로써, 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들을 안정되게 한다.
실제로, 상기 도 4a 및 도 4b를 참조하여 기재된 배열이 법선(수직) 뷰잉 각도에서 및 그 주위의 뷰잉 각도들에 대해 밝기 비-균일성들을 감소시키는 데에만 효율적이라는 것을 알 수 있다. 더 큰 뷰잉 각도들에서, 밝기 비-균일성들은 이용자를 산만하게 하는 레벨들로 다시 증가하는 경향이 있다. 이러한 뷰잉 각도-의존 효과의 원인은 이제 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명될 것이다.
도 5a는 뷰잉 각도들의 범위에 대해, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 상술된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 렌티큘라 렌즈(11)의 초점들을 도시하는 간략한 단면도이다. 시준된 광에 대해, 실제 렌즈 설계의 초점 길이는 광의 입사각에 따라 변경된다. 따라서, 실제로, 렌즈(11)의 초점들은 상기 도면에 도시된 바와 같이 만곡된 "초점 표면"(13)을 규정한다.
법선 뷰잉 각도에서, 렌즈(11)는 초점(15)이 디스플레이 패널(3)의 평면 뒤에 놓이도록 디포커싱된다. 특히, 초점(15)은 렌즈(11)에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도, φ와 동일한 폭을 가지는 차단 기능을 각도 분포의 폴딩에 제공하기 위해 배열된다. 이러한 기능은 도 5b에 예시되고, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 상술된 것과 동일하다. 따라서, 법선 뷰잉 각도에서 및 주위에서, 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들은 거의 완전히 제거되고, 변조 깊이는 도 3c에 도시된 것과 같다.
일부 더 큰 뷰잉 각도에서, 렌즈(11)의 초점(17)은 디스플레이 패널(3)의 평면과 실질적으로 일치한다. 이러한 뷰잉 각도에서, 초점(17)은 도 5c에 도시된 좁은 차단 기능에 의해 예시된 바와 같이, 각도 분포의 어떠한 폴딩도 실질적으로 제공하지 않는다. 따라서, 이러한 뷰잉 각도에서 및 주위에서, 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들은 거의 감소되지 않고, 변조 깊이는 도 3b에 도시된 것과 유사하다.
일부 훨씬 더 큰 뷰잉 각도에서, 렌즈(11)의 초점(19)은 디스플레이 패널(3)의 평면의 전면에 놓인다. 이러한 뷰잉 각도에서, 초점(19)은 도 5d에 도시된 차단 기능에 의해 예시된 바와 같이, 각도 분포의 상당한 폴딩을 제공한다. 따라서, 이러한 뷰잉 각도에서 및 주위에서, 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들은 거의 완전히 제거되고, 도 3c에 도시된 바와 같이, 변조 깊이가 실질적으로 제로이다.
도 6은 도 5a 내지 도 5d가 관련된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에 대한 뷰잉 각도의 기능으로서 밝기 비-균일성들을 도시하는 그래프이다. 하부 플롯(601)은 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 다크 밴드들 사이에 개재된 개별적인 뷰들의 개별적인 밝기 강도 기여들을 도시한다. 상부 플롯(602)은 개별적인 뷰들의 기여들의 누적 효과, 즉, 디스플레이의 전면을 이동하는 이용자에 의해 관찰된 밝기 레벨들을 도시한다. 상부 플롯으로부터, 강도 변조 깊이가 법선 뷰잉 각도들에서 및 주위에서 낮지만, 10°및 35°사이의 범위의 뷰잉 각도들에서 상당하고 산만한 레벨들로 증가한다는 것을 볼 수 있다. 35°이상의 뷰잉 각도들에서, 강도 변조 깊이는 하부 레벨들로 다시 복구한다.
따라서, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 렌티큘라 렌즈들(11)이 필수적으로 렌즈들(11)의 초점 길이를 확장함으로써 밝기 비-균일성들을 최소화하도록 디포커싱될 수 있지만, 실제 애플리케이션들(applications)에서, 렌티큘라 렌즈들(11)이 포커스에서 실질적으로 존재할 것이고, 결과적으로, 밝기 비-균일성들은 이용자에게 상당하고 산만하게 하는 뷰잉 각도들의 범위에 있을 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 인식하고, 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 다크 밴드들을 "차단"하기 위해 디스플레이 픽셀들의 출력들이 확산(즉, 발산)하는 밝기 비-균일성 감소 기능을 제공함으로써 이러한 문제점을 해소한다. 밝기 비-균일성 감소 기능은 뷰 형성 수단을 제공하는 렌티큘라 렌즈들의 피치보다 작은 피치를 규정한다. 이 방식으로, 뷰 형성 및 밝기 비-균일성 감소 기능들이 분리될 수 있고, 상이한 뷰들에 대응하는 디스플레이 픽셀들의 출력들이 넓은 범위의 뷰잉 각도들에서 상당히 확산될 수 있고, 이로써, 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들을 최소화한다.
도 7은 본 발명에 따른 제 1 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(101)를 도시하는 간략한 단면도이다. 이러한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 제 1 디바이스(101)는 일반적으로 도 1 및 도 2를 참조하여 상술된 디바이스(1)와 유사한 구조이다. 따라서, 디바이스(101)는 이미지 형성 기능을 실행하는 디스플레이 패널(103), 디스플레이 패널(103)에 대한 광원(도시되지 않음), 및 뷰 형성 기능을 실행하는 렌티큘라 시트를 포함한다. 디스플레이 패널(103) 및 광원은 특히 상술된 것과 동일하다.
도 7에 도시된 디바이스(101)는 또한 도 4a 내지 도 5d를 참조하여 상술된 디바이스와 유사하다. 따라서, 디바이스(101)의 렌티큘라 렌즈들(111)은 디스플레이 패널(103)의 열 방향에 대해 예각으로 기울어진다. 렌티큘라 렌즈들(111)은 그들의 초점들(수직으로 입사하는 시준된 광에 대해)이 디스플레이 패널(103)의 평면과 일치하고, 즉, 렌즈들(111)이 초점이 맞도록 설계되는 점에서 도 4a 내지 도 5d를 참조하여 설명된 디바이스(1)와 상이하다. 따라서, 렌즈의 초점 길이(수직으로 입사하는 시준된 광에 대해), flens는 디스플레이 패널(103)의 평면들과 렌티큘라 시트(109) 사이의 격리 거리(separation), dlens와 동일하다.
도 7에 도시된 장치(101)는 또한, 밝기 비-균일성 감소 기능을 제공하기 위한 유리 기판(123) 상에 형성된 홀로그래픽 광 확산기(121)를 부가적으로 포함하는 점에서 도 4a 내지 도 5d를 참조하여 설명된 디바이스(1)와 상이하다. 홀로그래픽 광 확산기(121)는 렌티큘라 시트(109)에 걸쳐 배열되고 렌티큘라 시트(109)와 일치화하여, 유리 기판(123)의 방향이 렌티큘라 시트(109)에서 빗나간다.
홀로그래픽 광 확산기(121) 및 유리 기판(123)은 그들이 이상적인 차단 기능으로 렌티큘라 시트(109)에 의해 투영된 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산(발산)시키도록 함께 구성된다. 특히, 렌티큘라 렌즈들의 축들과 수직인 평면의 홀로그래픽 광 확산기(121) 및 유리 기판(123)의 유효 확산 각도, φd는 렌티큘라 시트(109)에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도 φ와 동일하도록 구성된다. 홀로그래픽 광 확산기(121)의 실제 확산 각도, φ'd는 유리 기판(123)의 굴절률 n로 나눈 φ이다.
이러한 디스플레이 픽셀들의 출력들의 확산은 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들을 최소화하면서, 동시에 크로스-토크를 수용할만한 레벨들로 제한한다. 홀로그래픽 광 확산기(121)에 의해 제공된 밝기 비-균일성 감소 기능은 뷰잉 각도에 의존하지 않거나, 단지 약간 뷰잉 각도에 의존하기 때문에, 더 넓은 범위의 뷰잉 각도들에 대해 밝기 비-균일성들이 최소화된다.
홀로그래픽 광 확산기(121) 및 유리 기판(123)은 또한, 렌티큘라 렌즈들의 축들과 병렬인 평면에서 실질적으로 확산하지 않고 그들이 렌티큘라 시트(109)에 의해 투영된 디스플레이 픽셀들의 출력들을 송신하도록 구성된다. 이 방식으로, 불필요한 뷰들의 블러링이 회피될 수 있다.
적합한 홀로그래픽 광 확산기들의 설계 및 제조는 당업자들에게 잘 알려져 있다.
도 8은 본 발명에 따른 제 2 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(201)를 도시하는 간략한 단면도이다. 이러한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 제 2 디바이스(201)는 밝기 비-균일성 감소 기능이 한 쌍의 유리 기판들(223a, 223b) 사이에 샌드위치(sandwich)된 홀로그래픽 광 확산기(221)에 의해 제공되고, 홀로그래픽 광 확산기(221) 및 유리 기판들(223a, 223b)이 디스플레이 패널(203)과 렌티큘라 시트(209) 사이에 제공되는 점을 제외하고, 도 7을 참조하여 설명된 제 1 디바이스(101)와 동일한 구조를 가진다.
도 8에 도시된 제 2 디바이스(201)는 또한 도 7을 참조하여 기재된 디바이스(101)와 동일한 방식으로 동작한다. 그러나, 밝기 비-균일성들을 최소화하기 위한, 홀로그래픽 광 확산기(221)에 의한 디스플레이 픽셀들의 출력들의 확산은 렌티큘라 시트(209)에 의한 상이한 방향들로의 출력들의 투영 전에 발생한다.
따라서, 렌티큘라 렌즈들의 축들에 수직인 평면의 홀로그래픽 광 확산기(221) 및 유리 기판들(223a, 223b)의 유효 확산 각도, φd는 렌티큘라 시트(109)에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도 φ와 동일하도록 다시 구성된다. 디스플레이 픽셀들과 홀로그래픽 광 확산기(221) 사이 및 홀로그래픽 광 확산기(221)와 렌티큘라 시트(209) 사이에 균질 매체라 가정하면, 홀로그래픽 광 확산기(121)의 실제 확산 각도, φ'd가 다음의 수학식에 의해 주어진다.
Figure 112011005849495-pct00002
여기서, n은 균질 유리 매체의 굴절률이고, dlens는 디스플레이 패널(203)과 렌티큘라 시트(209)의 평면들 사이의 격리 거리이고, ddiff는 디스플레이 패널(203)과 홀로그래픽 광 확산기(221)의 평면들 사이의 격리 거리이다.
도 9는 본 발명에 따른 제 3 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(301)를 도시하는 간략한 단면도이다. 이 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 제 3 디바이스(301)는 밝기 비-균일성 감소 기능이 유리 기판(323) 상에 형성된 가깝게 이격된 렌티큘라 마이크로-렌즈들(321)의 어레이에 의해 제공되는 것을 제외하고, 도 7을 참조하여 설명된 제 1 디바이스(101)와 동일한 구조를 가진다. 마이크로-렌즈들(321)의 어레이는 렌티큘라 시트(309)에 걸쳐 배열되고, 렌티큘라 시트(309)와 일치화하여, 유리 기판(323)의 방향이 렌티큘라 시트(309)에서 빗나간다.
마이크로-렌즈들(321)의 어레이는 렌티큘라 시트(309)의 렌티큘라 요소들의 피치의 매우 작은 부분인 피치 pmicro - lens를 가지는 렌티큘라 마이크로-요소들의 시트로서 형성된다. 특히, 36개의 마이크로-렌즈들은 렌티큘라 시트(309)의 각각의 렌즈 위에 놓인다.
마이크로-렌즈들(321)의 어레이 및 유리 기판(323)은 이상적인 차단 기능으로 렌티큘라 시트(309)에 의해 투영된 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시키도록 구성된다. 특히, 렌티큘라 렌즈들의 축들의 수직인 평면의 마이크로-렌즈들(321)의 어레이 및 유리 기판(323)의 유효 확산 각도, φd는 렌티큘라 시트(309)에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도 φ와 동일하도록 구성된다. 마이크로-렌즈들(321)의 어레이의 실제 확산 각도, φ'd는 유리 기판(323)의 굴절률 n로 나눈 φd이다.
마이크로-렌즈들은 포지티브 또는 네가티브 초점 길이들, fmicro - lens을 가질 수 있고, 다음의 요건을 만족시킨다:
Figure 112011005849495-pct00003
디스플레이 픽셀들의 출력들의 확산은 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들을 최소화하면서, 동시에, 크로스-토크를 수용가능한 레벨들로 제한한다. 마이크로-렌즈들(321)의 어레이에 의해 제공된 밝기 비-균일성 감소 기능이 뷰잉 각도에 의존하지 않거나, 단지 약간 뷰잉 각도에 의존하기 때문에, 넓은 범위의 뷰잉 각도들에 대해 밝기 비-균일성들이 최소화된다.
마이크로-렌즈들(321)의 어레이 및 유리 기판(323)은 또한, 렌티큘라 렌즈들의 축들과 병렬인 평면에서 실질적으로 확산하지 않고 그들이 렌티큘라 시트(309)에 의해 투영된 디스플레이 픽셀들의 출력들을 송신하도록 구성된다. 이 방식으로, 불필요한 뷰들의 블러링이 회피될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 제 4 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(401)를 도시하는 간략한 단면도이다. 이러한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 제 4 디바이스(401)는 밝기 비-균일성 감소 기능을 제공하는 마이크로-렌즈들(421)의 어레이가 디스플레이 패널(403)과 렌티큘라 시트(409) 사이에 배열되는 것을 제외하고, 도 9를 참조하여 설명된 제 3 디바이스(301)와 동일한 구조를 가진다.
도 10에 도시된 제 4 디바이스(401)는 또한, 도 9를 참조하여 설명된 디바이스(301)와 유사한 방법으로 동작한다. 그러나, 밝기 비-균일성들을 최소화하기 위해, 마이크로-렌즈들(421)의 어레이에 의한 디스플레이 픽셀들의 출력들의 확산은 렌티큘라 시트(409)에 의한 상이한 방향들로의 출력들의 투영 전에 발생한다.
따라서, 렌티큘라 렌즈들의 축들에 수직인 평면의 마이크로-렌즈들(421)의 어레이의 유효 확산 각도, φd는 렌티큘라 시트(109)에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도 φ와 동일하도록 다시 구성된다. 마이크로-렌즈들(421)의 어레이의 실제 확산 각도, φd'는 유리 기판(423)의 굴절률 n, 밝기 비-균일성 감소 기능이 뷰 형성 기능 전에 제공된다는 사실 양쪽 모두에 대해 보상된다.
도 11은 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에 대한 뷰잉 각도의 기능으로서, 밝기 비-균일성들을 도시하는 그래프이다. 하부 플롯(1101)은 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 다크 밴드들 사이에 개재된 개별적인 뷰들의 개별적인 밝기 강도 기여들을 도시한다. 상부 플롯(1102)은 개별적인 뷰들의 기여들의 누적 효과, 즉, 디스플레이의 전면에 걸쳐 이동하는 이용자에 의해 관찰된 밝기 레벨들을 도시한다. 상부 플롯으로부터, 강도 변조 깊이가 10°내지 35°사이의 범위를 포함하는 넓은 범위의 뷰잉 각도들에 걸쳐 이롭게 최소화되는 것을 볼 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 제 5 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(501)를 도시하는 간략한 단면도이다. 이 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 제 3 장치(501)는 밝기 비-균일성 감소 및 뷰 형성 기능들이 동일한 광학 인터페이스에서 제공되는 것을 제외하고, 도 7을 참조하여 설명된 제 1 디바이스(101)와 동일한 구조를 가진다.
특히, 밝기 비-균일성 감소 기능을 제공하고 제 2 피치를 가지는 렌즈들의 제 2 어레이는 뷰 형성 기능을 제공하고 제 2 피치보다 더 큰 제 1 피치를 가지는 렌즈들의 제 1 어레이에 병합된다. 그러한 배열에서, 간단한 기하학적 광학을 이용하여, 다음의 근사치가 얻어질 수 있다:
Figure 112011005849495-pct00004
여기서, Rmicro - lens은 제 2 어레이의 렌즈들의 반경이고, Nmicro - lens은 제 1 어레이의 렌즈 당 제 2 어레이의 렌즈들의 수이고, R은 제 1 어레이의 렌즈들의 반경이고, Nviews은 디바이스에 의해 제공된 뷰들의 수이다.
Nmicro - lens이 Nviews과 동일하도록 선택되면, 제 1 및 제 2 어레이들의 렌즈들의 반경들, R, Rmicro - lens은 동일하다. 결과적인 기하학적 구조가 도 12에 예시되고, 도 12는 뷰 형성 및 밝기 비-균일성 감소 기능들 양쪽 모두를 제공하는 실질적으로 다각형의 렌즈들(521)의 단일의 어레이를 도시한다. 각각의 다각형의 렌즈(521) 각각의 평평한 표면(522)은 제 2 어레이의 렌즈에 대응하고, 이러한 어레이는 밝기 비-균일성 감소 기능을 제공한다. 디바이스(501)는 5 개의 뷰들을 제공한다.
평평한 표면들에 의한 디스플레이 픽셀들의 출력들의 확산은 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들을 최소화하면서, 동시에 크로스-토크를 수용가능한 레벨들로 제한한다. 다각형의 렌즈들(521)의 어레이에 의해 제공된 밝기 비-균일성 감소 기능이 뷰잉 각도에 의존하지 않거나, 단지 약간 뷰잉 각도에 의존하기 때문에, 넓은 범위의 뷰잉 각도들에 대해 밝기 비-균일성들이 최소화된다.
일부 경우들에서, 간단한 기하학적 광학은 평평한 표면들의 요구된 수, Nmicro-lens를 정확히 결정하는데 미치지 못하고, 회절 효과들이 고려되어야 한다. 이를 위해, 평평한 표면들의 수, Nmicro - lens가 Nviews보다 약간 적게 선택될 수 있다. 이론에 얽매이지 않고, 최소의 밝기 비-균일성들을 제공하는 평평한 표면들의 수가 다음과 같이 주어질 수 있다:
Figure 112011005849495-pct00005
Δn=n1-n2은 렌즈 표면 중 어느 한 측면 상의 재료들의 굴절률들 n1 및 n2의 차이이고, pL은 다각형 렌즈들의 피치이고, λ는 이용된 광의 파장이고, RL은 제 1 렌즈들의 곡률 반경이다.
파장들의 전체 범위가 디스플레이에 의해 방출되는 실제 상황들에서, 상기 계산 목적에 대해, λ의 양호한 평균 값은 550 nm이다. 대안적으로, 계산에서 이용된 파장은 디스플레이를 위해 이용된 광의 스펙트럼의 경계들 중 하나이다. 실제 설계들에서, 상기 수학식의 결과, Nmicro - lens은 결과 값보다 높거나 낮은 가장 가까운 정수들 중 어느 하나로 라운딩될 수 있다. 바람직하게, 결과는 가장 가까운 정수로 라운딩된다. 실제 가이드라인은 분모에서의 계수의 값이 약 0.1보다 클 때, 상기 계산을 이용하여 디스플레이를 설계하는 것이다.
다각형의 렌즈들(521)의 어레이는 또한, 렌즈들의 제 1 어레이의 축들과 병렬인 평면에서 실질적으로 확산하지 않고 그가 렌티큘라 시트(509)에 의해 투영된 디스플레이 픽셀들의 출력들을 송신하도록 구성된다. 이 방식으로, 불필요한 뷰들의 블러링이 회피될 수 있다.
도 13은 도 12에 도시된 본 발명에 따른 제 5 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(501)에 대한 뷰잉 각도의 기능으로서 밝기 비-균일성들을 도시한 그래프이다.
하부 플롯(1301)은 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 다크 밴드들 사이에 개재된 개별적인 뷰들의 개별적인 밝기 강도 기여들을 도시한다. 상부 플롯(1302)은 개별적인 뷰들의 기여들의 누적 효과, 즉, 디스플레이의 전면에서 이동하는 이용자에 의해 관찰된 밝기 레벨들을 도시한다. 상부 플롯으로부터, 강도 변조 깊이가 10°및 35°사이의 범위를 포함하는 뷰 각도들의 넓은 범위에 걸쳐 이롭게 최소화되는 것을 볼 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 도 12에 도시된 본 발명에 따른 제 5 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스에 대한 수정들을 설명하기 위한 도면들이다. 이러한 도면들은 다각형의 렌즈들의 기하학적 구조가 규정되는 포락 곡선들(envelope curves)을 도시한다. 비-원형의 포락 곡선들이 또한 제공될 수 있지만, 포락 곡선들은 원들의 세그먼트들이다. 다각형의 렌즈들의 기하학적 구조는 고정된 간격들에서 포락 곡선을 샘플링 psample함으로써 규정된다. 바람직한 일 실시예에서, 다음의 관계식이 적용된다.
Figure 112011005849495-pct00006
여기서, plens는 다각형 렌즈들의 피치이고, n은 양의 정수이고, Nviews은 상기 디바이스에 의해 제공된 뷰들의 수이다.
일부 실시예들에서, 인접한 포락 곡선들 사이의 교차점은 도 14a에 도시된 바와 같이 다각형 렌즈들에 대한 샘플링 포인트(sampling point)를 규정한다. 다른 실시예들에서, 샘플링 포인트들은 도 14b에 도시된 바와 같이 인접한 포락 곡선들 사이의 교차점과 일치하지 않는다.
본 발명에 따라 제 6 일 실시예에서, 디바이스는 밝기 비-균일성 기능을 제공하는 하나 이상의 부가적인 마이크로-렌즈 어레이들의 조합을 갖는다. 예를 들면, 2 개의 마이크로-렌즈 어레이들이 존재할 수 있다.
도 15a의 특정 예에서, 본 발명에 따른 디바이스는 마이크로 렌즈들이 렌티큘라 렌즈들의 곡률 반경의 두 배인 곡률 반경을 갖고(제 1 렌즈 어레이는 또한 뷰 형성 렌즈 어레이로 표시됨), 그들의 굴절 표면 곡률이 렌티큘라 렌즈들의 것의 반대(Rmicrolens = -2RL)인 2 개의 마이크로-렌즈 어레이들(1501 및 1502)을 갖는다. 어레이(1501)의 마이크로-렌즈들(ML1)이 렌티큘라 렌즈들의 피치 PL보다 5 배 더 작은 피치 PML1를 가지는 반면에, 렌즈 어레이(1502)의 렌즈들(ML2)은 PL보다 3.5 배 더 작은 피치 PML2를 가진다. 이러한 렌즈 어레이들의 단면들의 컨투어들(contours)이 도 15a에 표시되고, 여기서, 수직 축은 렌즈의 단면의 z 크기를 나타내고(렌즈의 두께가 측정되는 방향), 수평 축은 렌즈의 폭 크기 x를 나타낸다. 따라서, 이러한 예에서, PL = 0.8mm, PML1 = 0.8/5 mm 및 PML2 = 0.8/3.5 mm이다.
이러한 실시예의 부가적인 변경에서, 이러한 렌즈들(1501 및 1052)의 2 개의 어레이들은 2 개의 마이크로 렌즈 어레이들의 중첩에 의해 하나의 마이크로 렌즈로 통합될 수 있다. 이러한 경우에, 결과적인 단일의 렌즈 어레이의 컨투어는 도 15b의 1503에 의해 표시된다. 또 다른 부가적인 변동에서, 2 개의 렌즈 어레이들이 함께 및 또한 렌티큘라 렌즈 어레이(뷰 형성 제 1 렌즈 어레이)와 통합될 수 있다. 그러한 경우에, 결과적인 렌티큘라 렌즈 어레이의 컨투어는 도 15c의 렌즈 단면으로부터 관찰되는 바와 같이, 동일하지 않은 폭(x 방향에서 측정됨)을 갖는 평평한 패시트들을 도시한다.
이전 단락들에서 설명된 바와 같은 다중의 마이크로 렌즈 어레이들의 이용의 효과는 도 16 및 도 17을 참조하여 표시된다. 도 16은 서브-픽셀들의 열 방향에 대해 atan(1/6)의 각도로 기울어진 렌티큘라(제 1 렌즈 어레이)를 가지는 "15-view 3D 42" 디스플레이(full-HD: 1920 x 1080 픽셀들)의 전면 뷰 레이아웃을 도시한다. 라인들(1601)은 렌티큘라 어레이(제 1 렌즈 어레이)의 에지들을 표시한다. 도 12를 참조하여, 렌티큘라 어레이의 자세한 사항들은 다음과 같다: n1=1.52, n2=1(즉, 공기), 렌티큘라 피치 PL=0.798 mm, 렌티큘라 렌즈들의 곡률의 반경 RL=3.0373 mm이다. 도 16을 참조하여, 디스플레이는 15 개의 뷰들 즉, Nviews=15를 갖는 것으로 설계되고, 도면의 서브 픽셀들의 수(1 내지 15)에 대해, 그들의 뷰 기여는 번호들(1 내지 15)로 표시된다. 블랙 매트릭스(1602)는 수직 및 수평 방향 양쪽 모두에서 측정된 서브-픽셀 피치의 25 %의 양을 갖는다. 상술되지 않았지만, 후속 계산들에서, 설계 파장으로서 λ=550 nm이다.
도 17은 디스플레이 상의 특정 위치를 볼 때 시청자에 의해 볼 수 있는 강도의 계산된 그래프들을 이러한 위치가 보여지는 각도의 함수로서 도시한다. 도 17의 그래프들은 소위 프레넬-키르히호프 근사치(Fresnel-Kirchhoff approximation)에서 회절을 고려한 광선 트레이싱(ray tracing)의 결과들이다. 그래프(1701)의 강도(점선)는 본 발명을 이용하지 않는 디스플레이에서 무아레 간섭(moire interference)(밴딩)에 대해 전형적인 상수가 아니다. 시그마 값에 의해 표시된 표준 편차에 의해 표시된 바와 같이 무아레 디스터번스(moire disturbance)는 이러한 경우에 1.2%이다. 간단한 기하학적 광학을 이용하는 본 발명을 적용할 때, 제 2 어레이의 렌즈들의 수 또는 렌티큘라의 평평한 표면들의 수는 뷰들의 수, 즉, 15과 동일하도록 요구될 것이다. 도 17에서 볼 수 있듯이, 이러한 해결책을 나타내는 그래프(1602)(실선)는 거의 점선(1701) 위에 놓이고, 즉, 시그마가 1.16 %로 감소되는 바와 같이 약간 개선된다. 이것은 이러한 경우에, 간단한 기하학적 광학이 충분하지 않고, 마이크로렌즈들 또는 평평한 표면들의 수를 결정하는 동안 회절이 고려되어야 한다는 사실로 인한 것이다. 이것은 마이크로렌즈들의 수를 감소시키거나 그들의 피치를 증가시킴으로써 상기에 주어진 공식에 따라 행해질 수 있다. 그래프들(1603 내지 1605)은 N= 6 내지 8인 다양한 상황들을 나타낸다. 회절을 고려하는 상기 주어진 공식은 즉, 디바이스가 렌티큘라 당 다수의 마이크로렌즈들 또는 N=7인 렌티큘라 당 다수의 평평한 패시트들을 갖도록 하고, 이는 N=6으로 획득된 최적화에 매우 근접하다. 볼 수 있듯이, N=8에서 시그마 값이 이제 0.8 %로 떨어지고, N=7에서 0.41 %이고, 최상의 경우에 N=6에서 0.34 %로 떨어지기 때문에, 회절을 고려하지 않는 것보다 더 양호하게 개선되었다.
N=6의 그래프는 도 18에서 재생성되고, 1801로 표시된다. 또한, 도 15를 참조하여 설명된 바와 같이 2 개의 마이크로어레이들을 가지는 디바이스를 나타내는 그래프(1802)가 도시된다. 따라서, 2 개의 마이크로 어레이들 중 하나는 N1=5를 갖고, 다른 것은 N2=3.5를 가진다. 이러한 경우에, 무아레의 양은 심지어 0.05 %보다 낮은 시그마 값에서 볼 수 있듯이 더 감소된다.
도 15의 최적화된 레이아웃은 λ=550nm(=녹색)의 설계 파장에서 잘 작동할 뿐만 아니라, λ=630 nm(=적색) 및 λ=470 nm(=청색)와 같은 가시적인 스펙트럼의 다른 파장들에서 잘 작동한다. 이러한 3 개의 파장들을 갖는 시그마 값은 대략 동일하다.
본 발명의 또 다른 실시예들에서, 만곡된 굴절 표면을 갖고 패시트들을 갖지 않는 표준 렌티큘라 어레이는 마이크로-렌즈들의 곡률의 반경이 렌티큘라 렌즈들의 그것과 (크기에서) 상이한 방식으로 하나 이상의 렌즈 어레이들과 조합된다. 그러한 마이크로-렌즈들이 렌티큘라 어레이와 물리적으로 조합될 때, 렌티큘라 어레이는 평평한 패시트들이 아닌 만곡된 패시트들을 가질 것이다.
이론에 얽매이지 않고, 기하학적 광학은 2 개의 이웃하는 뷰들 사이의 이격된 각도 Δθ가 마이크로렌즈 어레이들의 초점 길이 f에 의해 나누어진 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈의 피치와 동일할 것을 요구하고, 즉,
Figure 112011005849495-pct00007
이다. 근사치에서, 초점 길이는 마이크로렌즈의 굴절 표면을 형성하는 재료들의 굴절률 n1 및 n2의 차이에 의해 나누어진 마이크로렌즈의 곡률의 반경 RML과 동일하고, 즉,
Figure 112011005849495-pct00008
이다. 마이크로렌즈가 통합되어 패시트된 렌티큘라가 발생할 때, 굴절률들은 또한 패시트된 렌즈의 재료들을 지칭한다는 것을 유의하라. 렌티큘라 렌즈 당 N 개의 마이크로렌즈들(또는 패시트들)이 존재한다고 가정하고, 렌티큘라 렌즈의 피치가 패시트들의 수와 마이크로렌즈의 피치의 곱과 동일하고, 즉, PL=N PML이다라는 것을 언급하면, 다음이 유도될 수 있다.
Figure 112011005849495-pct00009
따라서, 기하학적 광학에 따라, 2 개의 이웃하는 뷰들 사이에 이격된 특정 각도를 성취하기 위해, 각각의 마이크로 렌즈의 작은 곡률 반경 RML과 조합하여 많은 마이크로-렌즈들 N이 존재하거나, 더 큰 곡률 반경 RML과 조합하여 적은 마이크로-렌즈들이 존재하는지의 여부와 상관이 없다. 실제로, 상술된 바와 같이, 마이크로-렌즈들이 작을 때, 즉, 작은 폭을 가질 때(이용된 광의 파장과 관련하여), 회절 현상이 중요해진다. 따라서, 하나의 바람직한 방식은 뷰의 지각 지점으로부터 수용가능한 가장 작은 수의 마이크로-렌즈들(또는 패시트들)을 선택하는 것일 수 있고, 지각은 무엇보다도 뷰들 사이에서 이격된 원하는 각도에 관련된다. 후속적으로, 패시트들의 수 N가 값으로 설정되고, 회절이 중요하다면, 이는 회절을 고려하기 위한 상기에 주어진 수학식을 이용하여 행해지는 것이 바람직하다. 그 다음, N을 설정한 후에, 마이크로-렌즈들, 또는 마이크로렌즈들이 렌티큘라에 통합되는 경우의 패시트들의 곡률 반경 RML이 결정 및 설정된다. 이러한 절차는 지각에 의해 원하는 바와 같은 최상의 뷰잉 경험을 성취하도록 이루어진 선택들에 의존하여, 디바이스가 렌티큘라에 통합된 마이크로-렌즈 어레이를 갖도록 하여, 렌티큘라의 패시트들이 평평하지 않고 만곡되게 한다.
도 19a 및 도 19b는 비교를 위해 통합된 마이크로렌즈들의 유무에 따른 렌티큘라들의 형태 및 단일의 뷰의 강도 프로파일을 도시한다. 도 19a에서, 그래프(1901)는 N=0인 것에 관한 것이고, 즉, 도 19b에서 그래프(1904)에 따른 단면도 형태를 갖는 정규적인 렌티큘라에 관한 것이다. 그래프(1902)는 RML = -RL = -3.0373 mm인 마이크로-렌즈 어레이 N=6에 관한 것이고, 모든 마이크로렌즈들은 동일한 폭을 갖는다. 그러한 마이크로렌즈들이 렌티큘라 어레이에 통합될 때, 렌티큘라 어레이의 렌즈들은 평평한 패시트들을 갖는다. 그래프는 그러한 마이크로렌즈들 또는 패시트들로 성취된 0.34%의 무아레의 최저 양을 나타낸다. 그래프(1903)는 RML = -10 mm인 N=3에 관한 것이고, 마이크로렌즈들의 폭이 동일하다. 렌티큘라 렌즈들에 통합될 때, 이것은 평평하지 않은 패시트들을 유발하여, 통합된 마이크로렌즈들을 갖는 렌티큘라의 단면도 형태가 도 19b의 그래프(1905)에 따른다. 0.17%의 무아레의 양은 평평한 패시트들을 가지는 예의 양보다 훨씬 작다. 또한, 도 19a에 도시된 결과들에 의해 입증된 바와 같이, 이롭게도, 평평하지 않은 패시트들을 갖는 렌티큘라에 대응하는 디바이스로 획득된 개별적인 뷰의 확대(그래프 1903)는 평평한 패시트들을 갖는 렌티큘라들에 대응하는 디바이스로 획득된 뷰들의 확대(그래프 1902)보다 상당히 적다.
일반적으로, 따라서, 의무적이지 않지만, 일부 경우들에서, 마이크로-렌즈들의 수 또는 다수의 패시트들은 가능한 작게 유지되면서, 무아레를 최소화하기 위해 그러한 마이크로렌즈들에 대한 곡률 반경을 조정하는 것이 바람직하다. 이 방식으로, 회절이 거의 제한된다. 바람직하게, N >1 및 N < 10이다. 디바이스가 N >2 및 N <5인 것이 더욱 바람직하다.
상술된 실시예들의 조합들이 이용될 수 있다는 것이 명백해질 것이다. 따라서, 도 20을 참조하여, 디바이스의 이웃하는 마이크로렌즈들은 마이크로렌즈 어레이(2001)에 도시된 바와 같이 동일한 강도를 갖지만 반대 부호(오목 및 볼록 렌즈들)를 가질 수 있다. 이것은 마이크로렌즈들의 기간이 확대됨에 따라 회절을 감소시키고, 마이크로렌즈들이 동일한 피치를 가진다면, 기간이 두 배가 된다. 대안적으로, 마이크로렌즈들은 동일한 피치를 갖지만, 상이한 강도를 가질 수 있거나, 동일한 강도와 상이한 피치를 갖거나, 상이한 강도 및 피치를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 패턴 마이크로렌즈들은 렌티큘라들에 대해 기울어지거나, 패시트들이 렌티큘라에 통합될 때, 통합된 패시트들은 렌티큘라의 방향에 대해 상기 방향으로 기울어진다. 각각의 렌즈에 대해 단지 적은 패시트들이 존재하는 경우에, 뷰어에 의해 관찰된 바와 같은 각각의 뷰 내의 픽셀들의 공간 패턴은 좋지 않은 분포를 가질 수 있고; 좋지 않다는 것은 예를 들면, 패턴이 컬러의 비트 패턴들의 발생으로 인해 보기에 즐겁지 않다는 것을 의미한다. 이 효과는 렌티큘라 렌즈들에 대해 마이크로렌즈들 또는 패시트들의 패턴을 기울임으로써 평균화될 수 있다.
렌즈들은 구체일 필요가 없고, 즉, 당업계에 공지된 바와 같이, 비구면 렌즈들은 수차들(aberrations)을 감소시키기 위해 이용될 수 있다.
하나 이상의 마이크로렌즈 어레이들은 렌티큘라 렌즈 어레이로부터 분리될 수 있거나 렌티큘라 렌즈 어레이와 통합되어 패시트된 렌티큘라가 될 수 있다. 후자는 단지 하나의 렌즈 어레이가 제조되어야 하고 결과적인 디바이스가 더 얇고/얇거나 무게에서 더 가벼울 것이라는 점에서 이점들을 가질 것이다.
기울어진 렌티큘라로부터 시작하여 많은 예들이 설명되었지만, 유사한 효과를 갖는 본 발명은 기울어지지 않은 렌티큘라들, 또는 본 발명의 분야의 범위 내의 임의의 다른 유형의 렌티큘라를 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 렌즈들은 당업계에 공지된 바와 같은 삭마 기술들(ablation techniques) 및/또는 몰딩 기술들을 이용하여 제조될 수 있다.
도 21a 내지 도 21c는 본 발명에 따른 또 다른 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(601)를 설명하는 도면들이다. 이 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 제 6 디바이스(601)는 홀로그래픽 광 확산기(621)가 제 1 및 제 2 수직 평면들 x'-z, y'-z에서 상이한 유효 확산 각도들(625, 627)을 제공한다는 것을 제외하고, 도 7을 참조하여 설명된 제 1 디바이스(101)와 동일한 구조를 가진다. 특히, 도 21b에 예시된 바와 같이, 제 1 평면 x'-z에서 유효 확산 각도(625)는 0.5°이고, 제 2 평면 y'-z에서 유효 확산 각도(627)는 5°이다. 홀로그래픽 광 확산기(621)는 다른 유효 확산 각도들을 제공하도록 구성될 수 있고, 요건은 단지, 하나의 평면에서의 유효 확산 각도가 렌티큘라 시트(609)에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이의 각도 φ보다 더 작고, 다른 평면에서의 유효 확산 각도가 상기 각도 φ보다 더 큰 것이다.
또한, 홀로그래픽 광 확산기(621)는 z 축(페이지로 확장하는)에 관하여 회전되어, 렌티큘라 렌즈들의 축들 y 및 홀로그래픽 광 확산기(621)의 축 y'과 함께 각도 x를 규정한다. 이 방식으로, 광 확산기 특성이 튜닝될 수 있다. 예를 들면, 홀로그래픽 광 확산기(621)가 회전함에 따라, 폴딩 함수는 도 21c에 예시된 바와 같이 부등변 사각형이 된다. 최대의 절반에서 폭(629)이 뷰들 사이의 각도 φ와 동일할 때, 블랙 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들이 최소화된다.
확산 특성의 튜닝을 제공할 뿐만 아니라, 도 21a 내지 도 21c를 참조하여 설명된 장치는 단일의 홀로그래픽 광 확산기 층이 복수의 상이한 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스들을 위해 제조되도록 허용하고, 상기 층은 각각의 디스플레이의 특정 파라미터들에 맞도록 상이한 각도들로 회전된다. 예를 들면, 0.5°내지 5°범위의 확산 각도들은 도 21a 및 도 21b를 참조하여 설명된 홀로그래픽 광 확산기(621)를 이용하여 성취될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 상술되었다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경들 및 수정들이 행해질 수 있다는 것을 당업자들은 이해할 것이다.
렌티큘라 시트가 예를 들면, GRIN(graded index) 렌즈들 또는 액정과 같은 전기광학 재료들을 포함하는 셀들을 이용함으로써 다른 수단에 의해 부가적으로 구현될 수 있다는 것이 예상된다. 렌티큘라 시트의 렌즈들이 기울어질 필요는 없다.
홀로그래픽 광 확산기를 포함하는 본 발명의 실시예들이 상술되었다. 다른 실시예들에서, 홀로그래픽 광 확산기는 공학 광 확산기들 또는 산란 광 확산기들과 같은, 다른 유형들의 표면 광 확산기로 대체될 수 있다.
오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 일광 콘트라스트의 감소를 야기할 수 있는 표면 광 확산기들의 공기 인터페이스에서의 프레넬 반사들(손실들)은 적절히 매칭된 굴절률을 가지는 매체와 표면 광 확산기를 인터페이싱함으로써 감소될 수 있다.
디스플레이 패널이 액정 디스플레이 패널인 실시예들에서, 선형으로 편광된 출력은 디바이스의 일광 콘트라스트를 개선하도록 이용될 수 있다. 이것은 산란 층을 편광 방향에 민감하도록 함으로써 성취될 수 있다.
예를 들면, ndif의 굴절률을 가지는 표면 광 확산기는 액정 재료와 같은, 복굴절 매체와 인터페이싱할 수 있고, 이는 평범하고 비범한 굴절률들 no, ne. no이 광 확산기의 굴절률에 매칭될 수 있다는 것을 특징으로 하고, ne은 광 확산기의 굴절률보다 더 높다. 복굴절 매체는 비범한 굴절률이 디스플레이로부터의 광에 적용되도록 배향되어, 이 광이 2 개의 방향들로 확산된다. 디스플레이 상으로 떨어지는 주변 광이 편광되지 않아, 평범하고 비범한 굴절률들이 동일하게 적용된다. 따라서, 주변 광의 절반만이 인터페이스에 접하고, 부분적으로 반사될 것이고, 따라서, 일광 콘트라스트를 감소시킨다. 주변 광의 다른 절반은 인터페이스에 접하지 않고, 따라서 반사되지 않을 것이다. 그러한 실시예는 2 배만큼 일광 콘트라스트를 개선한다.
복굴절 매체들을 포함하는 다른 실시예들이 또한 예상된다.
일부 실시예들에서, 뷰 형성 및 밝기 비-균일성 감소 기능들을 제공하는 렌즈들의 제 1 및 제 2 어레이들은 다각형 렌즈들의 어레이를 포함하는 상술된 실시예에서와 같이 단일의 광학 인터페이스에 병합된다. 다른 실시예들에서, 동일하지 않은 반경들을 가지는 렌즈들의 제 1 및 제 2 어레이들은 예를 들면, "톱니 바퀴" 형 기하학적 구조를 가지는 비-다각형의 렌즈들의 어레이를 제공하도록 병합될 수 있다. 렌즈들의 제 1 및 제 2 어레이들은 또한 서로에 대해 회전될 수 있다.
1, 101, 201, 301, 401, 501, 601: 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스
3, 103, 203, 303, 403: 디스플레이 패널
5: 디스플레이 픽셀 7: 광원
9, 209, 309, 409,609: 렌티큘라 시트 11, 111: 렌티큘라 렌즈
13: 초점 표면 15, 17, 19: 초점
121, 221, 621: 홀로그래픽 광 확산기
123, 223, 323, 423: 유리 기판 321, 421: 마이크로-렌즈
1101: 하부 플롯 1102: 상부 플롯

Claims (16)

  1. 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(autostereoscopic display device)에 있어서:
    디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들의 직교 어레이를 가지는 이미지 형성 수단으로서, 상기 디스플레이 픽셀들은 불투명한 매트릭스에 의해 공간적으로 규정되는, 상기 이미지 형성 수단; 및
    상기 이미지 형성 수단 위에 위치 맞춰 배치되는 뷰 형성 모듈을 포함하고, 상기 뷰 형성 모듈은 적어도 2 개의 광학 기능들, 뷰 형성 기능 및 밝기 비-균일성 감소 기능을 제공하고,
    상기 뷰 형성 기능은 상기 디스플레이 픽셀들(103)의 그룹들의 출력들이 복수의 뷰들로서 각각의 상이한 방향들로 투영되도록 상기 디스플레이 픽셀들(103)의 출력들의 방향을 수정하고, 상기 뷰 형성 기능은 상기 뷰 형성 모듈에 걸쳐 배열되고 제 1 피치(pitch)를 가지는 병렬 뷰 형성 요소들(111)의 어레이에 의해 제공되고,
    상기 밝기 비-균일성 감소 기능은 불투명한 매트릭스의 이미징에 의해 야기된 밝기 비-균일성들이 감소되도록 디스플레이 픽셀들(103)의 출력들을 확산시키고, 밝기 비-균일성 감소 기능은 제 1 피치보다 작은 제 2 피치를 뷰 형성 모듈에 걸쳐 규정하고,
    상기 밝기 비-균일성 감소 기능은 밝기 비-균일성 감소 기능이 없을 때 뷰 형성 기능에 의해 투영된 인접한 뷰들 사이에 존재할 각도의 1.5 배보다 크지 않는 뷰 형성 요소들(111)의 축들에 수직인 평면에서 유효 확산 각도(effective spreading angle)를 또한 규정하며, 상기 밝기 비-균일성 감소기능은 상기 뷰 형성 모듈에 걸쳐 배열되고 상기 제 2 피치를 가지는 적어도 렌즈들의 제 2 어레이에 의해 제공되고, 상기 렌즈들의 제 1 및 제 2 어레이들은 동일한 광학 인터페이스에 통합되어, 상기 뷰 형성 및 밝기 비-균일성 감소 기능들이 동일한 광학 인터페이스에서의 굴절에 의해 제공되는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 요소들(111)의 어레이는 상기 제 1 피치를 갖고 각각 만곡된 초점 표면(curved focal surface)을 규정하는 병렬 렌티큘라 렌즈들(parallel lenticular lenses)의 제 1 어레이인, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈들의 제 2 어레이는 상기 제 1 어레이의 광학 인터페이스와 상이한 광학 인터페이스에서 제공된 병렬 렌티큘라 렌즈들의 어레이인, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 어레이의 각각의 렌즈에 대응하는 상기 광학 인터페이스는 다각형의 렌즈 표면을 규정하는 복수의 평평하거나 평평하지 않은 표면들을 포함하고, 상기 평평하거나 평평하지 않은 표면들 각각은 상기 제 2 어레이의 렌즈에 대응하는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 어레이의 각각의 렌즈에 포함된 평평한 표면들의 수, Nmicro-lens은
    Figure 112014063867650-pct00044

    에 의해 주어진 값에 가장 가까운 정수들 중 임의의 하나와 동일하고,
    RL은 상기 제 1 렌즈 어레이의 곡률의 반경이고, Nviews은 상기 뷰 형성 모듈에 의해 제공된 뷰들의 수이고, Δn은 상기 광학 인터페이스의 어느 한 측면에서 재료들의 굴절률들의 차이이고, pL은 상기 제 1 렌즈 어레이의 제 1 피치이고, λ는 이용된 광의 전형적인 파장인, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 밝기 비-균일성 감소 기능은 상기 뷰 형성 모듈에 걸쳐 배치된 광 확산기에 의해 제공되는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 확산기는 실질적으로 상기 뷰 형성 요소들의 축들에 수직인 평면에서만 상기 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시키기 위해 배치되는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 확산기는 제 1 및 제 2 수직 평면들에서 상이한 확산 각도들로 상기 디스플레이 픽셀들의 출력들을 확산시키기 위해 배치되는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광 확산기는 상기 뷰 형성 요소들의 어레이에 대해 회전되어, 상기 제 1 및 제 2 수직 평면들이 상기 뷰 형성 요소들의 축들로 예각들(acute angles)을 규정하는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 확산기는 홀로그래픽 광 확산기(holographic light diffuser)인, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈들(111)의 제 1 어레이에 의해 규정된 상기 초점 표면들 각각은 상기 디스플레이 픽셀들(103)의 어레이에 의해 규정된 평면에 수직이 아닌 방향으로 렌즈를 통과하는 빛에 대한 초점들에 대응하는 위치들에서 상기 디스플레이 픽셀들(103)의 어레이에 의해 규정된 평면과 교차하는, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 피치는 상기 디바이스에 의해 제공된 뷰들의 수로 나누어진 상기 제 1 피치와 동일한, 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스.
  15. 삭제
  16. 삭제
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