KR101765359B1 - 무안경 입체 방식을 가능하게 하는 광학 필름 - Google Patents

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Abstract

3D 무안경 입체 디스플레이용으로 사용되는 광학 필름은 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 프리즘들에 정렬되는 렌즈들을 포함한다. 렌즈들은 비원통형 렌즈들 또는 원통형 렌즈들일 수 있고, 렌즈들의 회전은 광학 필름의 표면 상의 위치에 따라 변할 수 있다. 프리즘들은 연속적 또는 비연속적일 수 있다. 광학 필름의 프리즘들이 렌즈들의 프리즘과는 다른 피치를 가질 수 있거나, 또는 프리즘 피치가 렌즈들의 피치와 실질적으로 동일할 수 있다.

Description

무안경 입체 방식을 가능하게 하는 광학 필름{OPTICAL FILMS ENABLING AUTOSTEREOSCOPY}
3D 이미지를 제공하는 디스플레이는 기술적으로 발전하고 있으며 소비자들에게 인기가 있다. 입체 디스플레이 기술은 셔터 안경(shutter glasses), 편광 안경(polarized glasses), 및 사용자에게 부가의 장비를 착용할 것을 요구하는 다른 기법들을 포함한다. 부가의 장비를 요구하지 않는 무안경 입체(autostereoscopic) 디스플레이에 대한 관심이 증가하고 있다. 무안경 입체 디스플레이를 달성하기 위한 일 기법은 디스플레이 내의 픽셀들의 수를 좌안 이미지 픽셀들과 우안 이미지 픽셀들로 세분화하는 공간적으로 다중화된 접근법을 포함한다. 이 접근법은 디스플레이의 해상도를 반으로 줄여, 시청 경험 수준을 저하시킨다.
몇몇 무안경 입체 디스플레이들은 광학 필름의 양면 상에 특징부(feature)들을 갖는 광학 필름을 사용한다. 이러한 접근법들은 이미지의 시간 다중화를 포함하며, 따라서 공간 다중화에 의해 요구되는 해상도 저하를 방지한다. 그러나, 몇몇 필름들은 이미지 크로스 토크(image cross talk)를 야기하고 시청자에 의해 관측되는 이미지의 수준을 저하시키는 넓은 입체 에지(wide stereo edge)를 가진다. 디스플레이 사이즈가 증가하고/증가하거나 디스플레이로부터 시청자의 거리가 증가함에 따라 입체 에지의 폭 및 이미지 크로스 토크의 양은 점점 더 중요해진다.
몇몇 실시예들은 광학 필름의 제1 표면 상에 배치된 비원통형 렌즈들 및 광학 필름의 제2 표면 상에 배치된 프리즘들을 포함하는 광학 필름을 포함한다. 제1 표면 상의 각각의 렌즈는 제2 표면 상의 프리즘에 정렬(register)된다. 프리즘들은 연속적 또는 비연속적일 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 광학 필름의 프리즘들은 렌즈들의 피치와 상이한 피치를 가진다. 다른 구현예들에서, 프리즘 피치는 렌즈들의 피치와 실질적으로 동일하다.
몇몇 필름들에서 비원통형 렌즈들은 실질적으로 회전되지 않으나, 반면에 다른 필름들에서는 비원통형 렌즈들이 제1 표면 상의 위치(position)에 따라 변하는 회전을 가진다. 예를 들어, 렌즈들은 비원통형 렌즈의 정점 아래에 있으며 회전된 비원통형 렌즈의 중심 선 상에 있는 회전 점을 중심으로 회전될 수 있다. 회전 점은 렌즈의 초점일 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 광학 필름은 양의 방향으로 회전된(positively rotated) 비원통형 렌즈들 및 음의 방향으로 회전된(negatively rotated) 비원통형 렌즈들을 모두 포함한다. 양의 방향으로 회전된 각각의 비원통형 렌즈는 양의 방향으로 회전된 비원통형 렌즈의 중심 선에 대해 양의 각도로 회전되어있고 음의 방향으로 회전된 각각의 비원통형 렌즈는 음의 방향으로 회전된 비원통형 렌즈의 중심 선에 대해 음의 각도로 회전되어있다.
몇몇 실시예들은 양면형 광학 필름들을 포함하는 무안경 입체 디스플레이 모듈을 포함한다. 무안경 입체 디스플레이 모듈은, 제1 측면, 제1 측면에 대향하는 제2 측면, 제1 측면과 제2 측면 사이에서 연장되는 제1 도광체(light guide) 표면, 및 제1 표면에 대향하는 제2 도광체 표면을 갖는 도광체를 포함한다. 제1 도광체 표면은 광을 실질적으로 방향전환시키고 제2 도광체 표면은 광을 실질적으로 방출한다. 제1 광원이 도광체의 제1 측면을 따라 배치되고 제2 광원이 도광체의 제2 측면을 따라 배치된다. 동기 구동 요소(synchronization driving element)가 제1 광원 및 제2 광원에 전기적으로 결합되고 교번하는 순서로 제1 광원 또는 제2 광원 각각을 켜거나 끄는 것을 동기화시킨다. 양면형 광학 필름은 도광체의 제2 표면을 통해 방출되는 광을 수신하도록 배열된다. 광학 필름은 광학 필름의 제1 표면 상에 배치된 비원통형 렌즈들 및 광학 필름의 제2 표면 상에 배치된 프리즘들을 포함한다. 광학 필름의 제1 표면 상의 각각의 렌즈는 광학 필름의 제2 표면 상의 프리즘에 정렬된다. 비원통형 렌즈들은 추정된 시청자 위치를 향해 회전될 수 있다. 예를 들어, 렌즈들의 제1 그룹은 추정된 시청자 위치를 향해 그것들의 중심 선에 대해 양의 각도로 회전될 수 있다. 렌즈들의 제2 그룹은 추정된 시청자 위치를 향해 그것들의 중심 선에 대해 음의 각도로 회전될 수 있다.
또 다른 실시예는 광학 필름의 제1 표면 상에 광학 필름의 제2 표면 상에 배치된 프리즘들에 정렬되어 배치된 렌즈들을 갖는 양면형 광학 필름을 포함한다. 제1 표면 상의 렌즈들의 회전은 제1 표면 상의 위치에 따라 변한다. 렌즈들은 렌즈들 각각의 초점들을 중심으로 회전할 수 있다. 렌즈들은 원통형 또는 비원통형일 수 있다. 광학 필름은 렌즈들의 중심 선에 대해 양의 각도로 회전된 렌즈들의 제1 그룹 및 렌즈들의 중심 선에 대해 음의 각도로 회전된 렌즈들의 제2 그룹을 포함한다. 광학 필름의 프리즘들은 연속적 또는 비연속적일 수 있다. 프리즘들의 피치(pitch)가 렌즈 피치와 상이하거나, 또는 프리즘 피치와 렌즈 피치가 실질적으로 동일할 수 있다.
또 다른 실시예는 가변적인 회전을 갖는 렌즈들을 구비한 광학 필름들을 갖는 무안경 입체 디스플레이 모듈을 포함한다. 무안경 입체 디스플레이는, 제1 측면, 제1 측면에 대향하는 제2 측면, 제1 측면과 제2 측면 사이에서 연장되는 제1 도광체 표면, 및 제1 표면에 대향하는 제2 도광체 표면을 갖는 도광체를 포함한다. 제1 도광체 표면은 광을 실질적으로 방향전환시키고 제2 도광체 표면은 광을 실질적으로 방출한다. 제1 광원이 도광체의 제1 측면을 따라 배치되고 제2 광원이 도광체의 제2 측면을 따라 배치된다. 동기 구동 요소가 제1 광원 및 제2 광원에 전기적으로 결합된다. 동기 구동 요소는 교번하는 순서로 제1 광원 또는 제2 광원 각각을 켜거나 끄는 것을 동기화시키도록 구성된다. 양면형 광학 필름은 도광체의 제2 표면을 통해 방출되는 광을 수신하도록 배열된다. 광학 필름은 광학 필름의 제2 표면 상에 배치된 프리즘들에 정렬되는, 광학 필름의 제1 표면 상에 배치된 렌즈들을 포함한다. 렌즈들은 광학 필름의 제1 표면 상의 위치에 따라 변하는 회전을 가진다. 렌즈들은 원통형 또는 비원통형일 수 있다. 프리즘들은 연속적 또는 비연속적일 수 있다. 몇몇 경우들에서, 프리즘들은 렌즈들의 피치와 상이한 피치를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면들과 관련하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 하기의 설명을 고려하여 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도 1a는 예시적인 디스플레이 장치의 개략적인 측면도이다.
도 1b는 도 1a의 백라이트의 도면이다.
도 2a는 좌안 이미지 광원이 활성화되고 우안 이미지 광원이 비활성화될 때 백라이트의 동작을 도시한다.
도 2b는 좌안 이미지 광원이 활성화되고 우안 이미지 광원이 비활성화될 때 백라이트로부터의 각도 광 출력(angular light output)의 그래프이다.
도 2c는 우안 이미지 광원이 활성화되고 좌안 이미지 광원이 비활성화될 때 백라이트의 동작을 도시한다.
도 2d는 우안 이미지 광원이 활성화되고 좌안 이미지 광원이 비활성화될 때 백라이트로부터의 각도 광 출력의 그래프이다.
도 3 및 도 4는 도광체로부터 방사되는 광의 방향에 대한 두가지 타입의 광학 필름들의 영향을 비교한 것이다.
도 5a는 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 연속적인 프리즘들에 정렬된 비원통형 렌즈들을 포함하는 광학 필름의 단면이고 렌즈 피치는 프리즘 피치와 실질적으로 동일하다.
도 5b는 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 연속적인 프리즘들에 정렬된 비원통형 렌즈들을 포함하는 광학 필름의 단면이고 프리즘 피치는 렌즈 피치보다 크다.
도 5c는 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 비연속적인 프리즘들에 정렬된 비원통형 렌즈들을 포함하는 광학 필름의 단면이고 렌즈 피치는 프리즘 피치와 실질적으로 동일하다.
도 5d는 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 비연속적인 프리즘들에 정렬된 비원통형 렌즈들을 포함하는 광학 필름의 단면이고 프리즘 피치는 렌즈 피치보다 크다.
도 6a는 렌즈의 회전을 도시한다.
도 6b는 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 연속적인 프리즘들에 정렬된 회전된 원통형 또는 비원통형 렌즈들을 포함하는 광학 필름의 단면이고 렌즈 피치는 프리즘 피치와 실질적으로 동일하다.
도 6c는 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 연속적인 프리즘들에 정렬된 회전된 원통형 또는 비원통형 렌즈들을 포함하는 광학 필름의 단면이고 프리즘 피치는 렌즈 피치보다 크다.
도 6d는 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 비연속적인 프리즘들에 정렬된 회전된 원통형 또는 비원통형 렌즈들을 포함하는 광학 필름의 단면이고 렌즈 피치는 프리즘 피치와 실질적으로 동일하다.
도 6e는 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 비연속적인 프리즘들에 정렬된 회전된 원통형 또는 비원통형 렌즈들을 포함하는 광학 필름의 단면이고 프리즘 피치는 렌즈 피치보다 크다.
도 7a는 실시예 1 내지 3에서 사용되는 디스플레이의 구성을 도시한다.
도 7b는 실시예 1 내지 3에서 사용되는 광학 필름들의 다양한 단면들의 두께(캘리퍼 버짓)를 도시하는 단면도이다.
도 8a는 실시예 1에서 시뮬레이션된 디스플레이에 대해 0도에서 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원으로부터의 광의 각도 출력 분포들의 그래프를 보여준다.
도 8b는 실시예 1에서 시뮬레이션된 디스플레이에 대해 7.5도에서 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원으로부터의 광의 각도 출력 분포들의 그래프를 보여준다.
도 9a는 원통형 렌즈 및 비원통형 렌즈의 프로파일을 도시한다.
도 9b는 실시예 2에서 시뮬레이션된 디스플레이에 대해 0도에서 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원으로부터의 광의 각도 출력 분포들의 그래프를 보여준다.
도 9c는 실시예 2에서 시뮬레이션된 디스플레이에 대해 7.5도에서 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원으로부터의 광의 각도 출력 분포들의 그래프를 보여준다.
도 10a는 실시예 3에서 시뮬레이션된 디스플레이에 대해 0도에서 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원으로부터의 광의 각도 출력 분포들의 그래프를 보여준다.
도 10b는 실시예 3에서 시뮬레이션된 디스플레이에 대해 7.5도에서 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원으로부터의 광의 각도 출력 분포들의 그래프를 보여준다.
도면은 반드시 축적대로 도시된 것은 아니다. 도면에 사용된 유사한 도면 부호는 유사한 구성요소를 지칭한다. 그러나, 주어진 도면에서 구성요소를 지칭하기 위한 도면 부호의 사용은 동일한 도면 부호로 표시된 다른 도면의 구성요소를 제한하고자 하는 것이 아님이 이해될 것이다.
하기 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하며, 몇몇 실시예들이 예로서 도시되어 있는 첨부의 도면이 참조된다. 다른 실시예들이 고려되며 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 하기 상세한 설명은 제한하는 의미로 취해져서는 안된다.
"무안경 입체"라는 용어는 사용자 또는 시청자 쪽에서 특수한 헤드기어(headgear) 또는 안경을 사용하지 않고서 보여질 수 있는 3차원 이미지를 디스플레이하는 것을 지칭한다. 이 방법들은 이미지가 평판형 장치에 의해 생성되더라도 시청자를 위한 깊이 지각(depth perception)을 생성한다. "입체 3D"라는 용어는 무안경 입체 장치의 분야를 포함하지만, 평판형 장치로부터 입체 3D를 보기 위하여 특수한 헤드기어, 전형적으로는 셔터 안경을 필요로 하는 입체 3D 디스플레이의 경우를 또한 포함한다.
본 명세서에 기술된 무안경 입체 장치는 시청자에게 좌측과 우측의 시차 시점들(parallactic viewpoints)에 대응하는 두개의 이미지들을 제공하여 2차원 디스플레이로부터 3차원 이미지를 시뮬레이션한다. 좌안 뷰(view) 및 우안 뷰에 대응하는 좌측 이미지 및 우측 이미지는 각각 제1 기간 및 제2 기간 동안, 인간의 눈이 해상할 수 있는 것보다 빠른 레이트에서 시간 다중화된다. 3D 디스플레이는 제1 기간 동안 시청자의 좌안의 위치를 향해 이미지들을 지향하고 제2 기간 동안 시청자의 우안의 위치를 향해 이미지들을 지향한다. 이미지의 지향성을 우안 위치와 좌안 위치로 교번하는 것은 디스플레이를 조명하는 두개의 광원들 사이에서 스위칭함으로써 달성될 수 있다.
본 명세서에 기술된 무안경 입체 디스플레이는 필름의 일 표면 상에 원통형 또는 비원통형 렌즈들을 구비한 양면형 광학 필름을 포함한다. 렌즈들 각각은 필름의 대향 표면 상의 대응하는 프리즘에 정렬된다. 렌즈 및 그것의 대응하는 프리즘은 본 명세서에서 렌즈/프리즘 쌍으로 지칭된다.
몇몇 실시예들에서, 렌즈/프리즘 쌍들의 구성은 필름의 표면에 걸쳐 변한다. 예를 들어, 렌즈/프리즘 쌍들의 구성은 필름의 표면에 걸쳐 렌즈들의 회전에 있어서의 변화로 인해 변할 수 있다. 몇몇 구현예들에서, 렌즈/필름 쌍의 구성에있어서의 변화는 렌즈 피치와 프리즘 피치 사이의 차에 기인할 수 있다. 프리즘 피치가 렌즈 피치와 다를 때, 예를 들어, 프리즘 피치가 렌즈 피치보다 크거나 작을 때, 렌즈들과 그것들의 대응 프리즘들 사이의 오프셋이 광학 필름의 표면에 걸쳐 변한다.
본 명세서에 기술된 몇몇 양면형 광학 필름들은, 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 프리즘들에 정렬된 비원통형 렌즈들을 포함한다. 이 렌즈/프리즘 쌍들은 필름에 걸쳐 그것들의 구성에 있어서 실질적인 변화를 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 렌즈들의 피치가 프리즘들의 피치와 실질적으로 동일하거나, 렌즈들이 회전되지 않거나, 또는 렌즈들이 실질적으로 균일한 회전을 가짐으로써, 렌즈/프리즘 쌍들이 위치에 따라 실질적으로 변하지 않는 단면을 갖게될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 무안경 입체 디스플레이(100)가 도 1a에 도시된다. 디스플레이(100)는 디스플레이 패널(120), 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD) 패널, 및 광을 액정 디스플레이 패널(20)에 제공하도록 위치된 백라이트(130)를 포함한다. 백라이트(130)는 하나 이상의 도광체(150), 하나 이상의 우안 이미지 광원(132), 예를 들어, 고상(solid state) 광원, 및 하나 이상의 좌안 이미지 광원(134), 예를 들어, 고상 광원을 포함한다. 제1 광원(132)과 제2 광원(134) 각각은, 사람의 눈이 인지하지 못하는 레이트에서, 예를 들어, 눈 당 최소 30 Hz 또는 바람직하게는 눈당 적어도 60Hz에서, 광원(132, 134)이 광 출력을 전혀 생성하지 않거나 매우 작은 광 출력을 생성하는 OFF 상태와 광원들(132, 134)이 현저한 광 출력을 생성하는 ON 상태 사이를 반복적으로 전환할 수 있다.
광원들(132, 134)은 예를 들어, 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드와 같은 무기 고상 광원, 및/또는 유기 발광 다이오드(OLED)일 수 있다. 광 추출 특징부들(199), 예를 들어, 프리즘들, 렌즈형 특징부들, 화이트 도트들, 헤이즈 코팅들 및/또는 다른 특징부들이 도광체(150)의 일 표면 또는 양 표면(151, 152) 상에 배치될 수 있다. 양면형 광학 필름(140)은, 본 명세서에서 더욱 자세히 기술되는 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(120)과 백라이트(130) 사이에 배치된다. 양면형 광학 필름(140)은 도광체(150)로부터 멀어지는 방향으로 배향되는(oriented away) 광학 필름(140) 표면 상에 렌즈들(142)을 포함한다. 렌즈들(142) 각각은 도광체(150)를 향해 배향되는 광학 필름(140) 표면 상의 대응하는 프리즘(141)에 정렬된다. 일반적으로, 렌즈들 및 프리즘들의 피치에 대한 치수들은, 예를 들어 디스플레이(100)에서 무아레(
Figure 112012056894302-pct00001
) 패턴들을 제거하거나 감소시킬 피치를 선택함으로써 결정될 수 있다. 렌즈 및 프리즘의 피치는 또한 제조성(manufacturability)에 기초하여 결정될 수 있다. LCD 패널들은 상이한 픽셀 피치들로 제조되므로, LCD 패널의 상이한 픽셀 피치들을 수용하도록 광학 필름의 피치를 변경하는 것이 바람직할 수 있다. 무안경 입체 광학 필름(140)을 위해 유용한 피치 범위는, 예를 들어 약 10 미크론 내지 약 140 미크론이다.
디스플레이(100)는 임의의 유용한 형상 또는 구성을 가질 수 있다. 많은 실시예들에서, 액정 디스플레이 패널(120) 및/또는 도광체(150)는 정사각형 또는 직사각형 형상을 가진다. 그러나, 몇몇 실시예들에서, 액정 디스플레이 패널(120) 및/또는 도광체(150)는 4개보다 많은 변들을 가지고/가지거나 곡선 형상(curved shape)을 가진다. 도광체(150)의 표면들(151, 152)이 실질적으로 평행하거나, 도광체(150)가 웨지 형상(wedge-shaped)일 수 있다. 몇몇 실시예들에서는, 대응하는 광원들을 가진 두개의 웨지-형상 도광체들이 사용된다.
동기 구동 요소(160)가 우안 이미지 광원(132), 좌안 이미지 광원(134) 그리고 액정 디스플레이 패널(120)에 전기적으로 접속된다. 이미지를 생성하기 위하여 이미지 프레임들이 액정 디스플레이 패널(120)에 제공됨에 따라, 동기 구동 요소(160)가 우안 이미지 광원(132)과 좌안 이미지 광원(134)의 활성화 및 비활성화를 동기화한다. 이미지는, 예를 들어, 스틸 이미지 시퀀스, 비디오 스트림, 및/또는 렌더링된 컴퓨터 그래픽일 수 있다. 이미지 소스(170)가 동기 구동 요소(160)에 접속되어 이미지 프레임들(예를 들어, 우안 이미지들 및 좌안 이미지들)을 액정 디스플레이 패널(120)에 제공한다.
액정 디스플레이 패널(120)은 임의의 유용한 투과형(transmissive) 액정 디스플레이 패널일 수 있다. 많은 실시예들에서, 액정 디스플레이 패널(120)은 16 밀리초 미만, 또는 10 밀리초 미만, 또는 5 밀리초 미만, 또는 3 밀리초 미만의 프레임 응답 시간을 갖는다. 적절한 프레임 응답 시간을 갖는 상용화된 투과형 액정 디스플레이 패널은, 예를 들어 도시바 마쯔시타 디스플레이(Toshiba Matsushita Display, TMD)의 광학 보상 휨(optically compensated bend, OCB) 모드 패널 LTA090A220F(일본 소재의 도시바 마쯔시타 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드(Toshiba Matsushita Display Technology Co., Ltd.))를 포함한다.
도광체(150)는 우안 이미지 광원(132)에 인접한 제1 광 입력 측면(131), 및 좌안 이미지 광원(134)에 인접한 대향하는 제2 광 입력 측면(133)을 포함한다. 제1 도광체 표면(151)이 제1 측면(131)과 제2 측면(133) 사이에서 연장된다. 제1 표면(152)에 대향하는 제2 도광체 표면(152)이 제1 측면(131)과 제2 측면(133) 사이에서 연장된다. 광은 도광체(150)의 어느 표면(151, 152)으로부터도 반사 또는 방출될 수 있으나, 일반적으로 광은 표면(152)로부터 방출되고 표면(151)으로부터 반사된다. 많은 실시예들에서, 고 반사성 표면이 제1 표면(151) 상에 또는 제1 표면(151)에 인접하게 있어, 제2 표면(152)을 통해 나오는 광을 방향전환시키는 것을 보조한다.
몇몇 실시예들에서, 제1 도광체 표면(151)은, 예컨대 프리즘들, 렌즈형(lenticular) 특징부들, 화이트 도트들, 헤이즈 코팅들, 및/또는 다른 특징부들과 같은 복수의 추출 요소들(199)을 포함한다. 추출 특징부들의 세로 축이 제1 측면(131) 및 제2 측면(133)에 실질적으로 평행한 방향 또는 양면형 광학 필름(140)의 프리즘들 및 렌즈들에 실질적으로 평행인 방향으로 연장될 수 있거나, 또는 추출 특징부들이 다른 각도로 배열될 수 있다.
광원들(132, 134)은 임의의 유용한 광원일 수 있으며, 각각의 광원(132, 134)의 광 출력은, 예를 들어, 눈 당 적어도 30 Hz 또는 바람직하게는 눈 당 60 Hz의 레이트에서, ON(상대적으로 높은 광 출력)에서 OFF(광 출력이 없거나 무시가능한 광 출력)로 변조될 수 있다. 많은 실시예들에서, 광원들(132, 134)은, 예를 들어 니치아(Nichia) NSSW020B(일본 소재의 니치아 케미칼 인더스트리즈, 리미티드(Nichia Chemical Industries, Ltd.))와 같은 복수의 LED들이다. 몇몇 실시예들에서, 광원들(132, 134)은 복수의 레이저 다이오드 또는 유기 발광 다이오드(즉, OLED)를 포함한다. 광원들(132, 134)은 적색, 청색 및/또는 녹색과 같은 임의의 수의 가시광 파장들, 또는 파장들의 범위 또는 조합을 방출하여, 예를 들어, 백색 광을 생성할 수 있다.
도광체(150)는 광원들이 도광체(150)의 양 측면들에 인접해 있는 광학적으로 투명한 재료로된 단일 층이거나, 각각의 층을 위한 광원을 가진, 원하는 방향으로 우선적으로 광을 추출하는 광학적으로 투명한 재료로 된 2개(또는 그 이상)의 층들일 수 있다.
이미지 소스(170)는, 예를 들어 비디오 소스 또는 컴퓨터 렌더링된 그래픽 소스와 같은 이미지 프레임들(예를 들어, 우안 이미지들 및 좌안 이미지들)을 제공할 수 있는 임의의 유용한 이미지 소스일 수 있다. 많은 실시예들에서, 비디오 소스는 50 내지 60 헤르츠 또는 100 내지 120 헤르츠 또는 그 이상의 헤르츠로 이미지 프레임들을 제공할 수 있다.
컴퓨터 렌더링된 그래픽 소스는 게임 컨텐츠, 의료 영상 컨텐츠, CAD(computer aided design) 컨텐츠 등을 제공할 수 있다. 컴퓨터 렌더링된 그래픽 소스는, 예를 들어 엔비디아(Nvidia) FX5200 그래픽 카드, 엔비디아 지포스(GeForce) 9750 GTX 그래픽 카드, 또는 랩톱 컴퓨터(laptop computer)와 같은 모바일 솔루션(mobile olution)의 경우에는 엔비디아 지포스 GO 7900 GS 그래픽 카드와 같은 그래픽 처리 유닛을 포함할 수 있다. 컴퓨터 렌더링된 그래픽 소스는 또한, 예를 들어 오픈지엘(OpenGL), 다이렉트엑스(DirectX), 또는 엔비디아 독점(proprietary) 3D 스테레오 드라이버(stereo driver)와 같은 적절한 스테레오 드라이버 소프트웨어를 포함할 수 있다.
이미지 소스(170)는 비디오 컨텐츠를 제공할 수 있다. 이미지 소스는, 예를 들어 엔비디아 쿼드로(Quadro) FX1400 그래픽 카드와 같은 그래픽 처리 유닛을 포함할 수 있다. 비디오 소스는 또한, 예를 들어 오픈지엘, 다이렉트엑스, 또는 엔비디아 독점 3D 스테레오 드라이버와 같은 적절한 스테레오 드라이버 소프트웨어를 포함할 수 있다.
동기 구동 요소(160)는 비디오 또는 렌더링된 컴퓨터 그래픽을 생성하기 위해 액정 디스플레이 패널(120)에, 예를 들어, 30 헤르츠 또는 바람직하게는 60 헤르츠 또는 그 이상의 레이트로 제공되는 이미지 프레임들과 우안 이미지 광원(132) 및 좌안 이미지 광원(134)의 활성화 및 비활성화(즉, 광 출력 변조)를 동기화시키는 것을 제공하는 임의의 유용한 구동 요소를 포함할 수 있다. 동기 구동 요소(160)는 주문제작된 광원 구동 전자장치에 결합되는, 예를 들어 웨스타(Westar) VP-7 비디오 어댑터(미국 미주리주 세인트 찰스 소재의 웨스타 디스플레이 테크놀로지즈, 인크.(Westar Display Technologies, Inc.))와 같은 비디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
도 1b는 도광체(150), 광학 필름(140) 및 우안 이미지 광원(132)을 보여주는 백 라이트(130)의 3차원 도면이다. 광학 필름(140)은 도광체(150)로부터 멀어지는 방향으로 배향된 렌즈들(140) 및 프리즘 피크들이 도광체(150)를 향해 지향된 프리즘들(141)을 포함한다. 렌즈 또는 프리즘의 세로 축(155)은 실질적으로 렌즈 또는 프리즘의 정점과 실질적으로 평행으로 이어진다.
도 2a-d는 무안경 입체 디스플레이의 일반적인 동작을 도시한다. 도 2a 및 2c는 축적대로 도시된 것이 아니며 도 2b 및 도 2c에 제시된 데이터는 실제 데이터가 아님에 주의하도록 한다. 도 2a 및 2c의 구조들의 몇몇 특징부들 및 도 2b 및 2d의 데이터의 몇몇 양상들은 무안경 입체 디스플레이의 일반적인 동작을 보다 효과적으로 설명하기 위하여 과장되게 도시었다.
도 2a 및 도 2c는 동작 중인 디스플레이 장치의 부분의 개략적인 측면도이다. 도 2a에서, 좌안 이미지 광원(234)이 활성화되고 우안 이미지 광원(232)은 활성화되지 않는다. 이러한 상태에서, 좌안 이미지 광원(234)으로부터 방출된 광이 백라이트(230)(도광체(250) 및 양면형 광학 필름(240)을 포함함) 및 액정 패널(도 1a에 도시된 120)을 통해 투과하여, 시청자의 좌안(264)을 향해 지향되는 좌안 이미지를 제공한다. 도 2c에서, 우안 이미지 광원(232)이 활성화되고 좌안 이미지 광원(234)은 활성화되지 않는다. 이러한 상태에서, 우안 광원(232)으로부터 방출된 광이 백라이트(230)(도광체(250) 및 양면형 광학 필름(240)을 포함함) 및 액정 패널(도 1a에 도시된 120)을 통해 투과하여, 시청자의 우안(262)을 향해 지향되는 우안 이미지를 제공한다. 우안 이미지 광원(232)이 도광체(250)의 우측에 배치되고 좌안 이미지 광원(234)이 도광체(250)의 좌측에 배치되어 있지만, 몇몇 실시예들에서는, 우안 이미지 광원(232)이 도광체(250)의 좌측에 배치되고 좌안 이미지 광원(234)이 도광체(250)의 우측에 배치될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
광원들(232, 234)은 도광체(250)에 공기 결합(air-coupled) 또는 굴절률 정합(index matched)될 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 패키징된 광원 디바이스(예컨대, LED)는 도광체(250) 내에 굴절률 정합 재료 없이 에지-결합(edge-coupled)될 수 있다. 대안적으로, 패키징된 또는 베어 다이(bare die) LED들이 효율 향상을 위해 도광체(250)의 측면들(231, 233)에서 굴절률 정합되고/되거나 봉지될 수 있다. 이러한 특징부는 입력 광을 효율적으로 전달하기 위해 도광체(250)의 측면들(231, 233) 상에 추가의 광학 특징부들, 예를 들어 주입 웨지 형상부(injection wedge shape)를 포함할 수 있다. LED들은 대안적으로 LED 광을 도광체(250)의 내부 전반사(total internal reflection, TIR) 모드로 효율적으로 집광 및 시준하기 위해 적절한 특징부들을 갖고서 도광체(250)의 측면들(231, 233)에 매립될 수 있다.
액정 디스플레이 패널들(120)(도 1a 참조)은, 변경될 수 있지만 본 예의 목적을 위해서는 120 ㎐ 리프레시 레이트로 추정되는 리프레시 또는 이미지 업데이트 레이트를 가진다. 이는 새로운 이미지가 매 1/120 초 또는 8.333 밀리초(msec)마다 시청자에게 제공된다는 것을 의미한다. 3D 시스템에서, 이는 시각 t=0에 프레임 1의 우측 이미지가 제공되는 것을 의미한다. 시각 t=8.333 msec에, 프레임 1의 좌측 이미지가 제공된다. 시각 t=2*8.333 msec에, 프레임 2의 우측 이미지가 제공된다. 시각 t=3*16.67 msec에, 프레임 2의 좌측 이미지가 제공되며, 이 과정이 이와 같이 반복된다. 유효 프레임 레이트는 보통의 영상 시스템의 프레임 레이트의 절반인데, 그 이유는 각각의 이미지에 대해 그 이미지의 좌안 및 우안 뷰(view)가 제공되기 때문이다.
이러한 예에서, 시각 t=0에서 우측(또는 좌측) 이미지를 조명하도록 제1 복수의 광원들을 켜는 것은 우측(또는 좌측) 이미지에 각각 광을 제공한다. 시각 t=8.333 msec에서, 좌측 또는 우측의 제2 이미지가 제자리에 놓이기 시작한다. 이 이미지는 LCD 패널의 맨 위로부터 LCD의 맨 아래로 가면서 "시각 t=0 이미지"를 대체하며, 이는 본 예에서 완료하는 데 8.333 msec가 걸린다.
시청자에게 초당 적어도 45개의 좌안 이미지 및 적어도 45개의 우안 이미지를 제공(우안 이미지와 좌안 이미지 사이에 교번시키며, 이미지들은 가능하게는 이전 이미지 쌍의 반복임)하는 것은 시청자에게 실질적으로 플리커-프리인 3D 이미지를 제공해 준다. 그에 따라, 컴퓨터 렌더링된 이미지들 또는 스틸 이미지 카메라 또는 비디오 이미지 카메라로부터 획득된 이미지들로부터 상이한 좌측 및 우측 시점 이미지 쌍들을 디스플레이하는 것은, 광원들(232, 234)의 스위칭과 동기화하여 디스플레이될 때, 시청자로 하여금 2개의 상이한 이미지들을 시각적으로 융합할 수 있게 하여, 평판 디스플레이로부터 깊이에 대한 지각을 생성한다. 이러한 시각적 플리커-프리 동작의 한계는 전술한 바와 같이 액정 디스플레이 패널 상에 디스플레이되고 있는 신규 이미지가 안정될 때까지 백라이트가 켜져서는 안된다는 것이며, 그렇지 않을 경우 크로스토크 및 열등한 입체 이미지가 지각될 것이다.
본 명세서에 기술된 백라이트(230)(도광체(250), 광원들(232, 234), 및 광학 필름(240)을 포함함)는, 예를 들어 5 밀리미터 미만, 또는 0.25 내지 5 밀리미터, 또는 0.5 내지 4 밀리미터, 또는 0.5 내지 2 밀리미터와 같이 매우 얇을 수 있다.
도 2a는 좌안 이미지 광원(234)이 켜져있고 우안 이미지 광원(232)이 꺼져있는 제1 시간 프레임 동안의 백라이트(230)의 동작을 도시한다. 광원(234)으로부터의 광선들(280)은 표면(233)을 통해 도광체(250)로 들어간다. 초기에, 광선(280)이 내부 전반사에 필요한 임계 각도보다 큰 각도 γ1에서 도광체(250)의 표면(252)에 충돌한다. 따라서, 광선(280)은 내부 전반사되고, 도광체(250)를 따라 계속 전파된다. 종국적으로 광선(280)은 도광체(250)의 표면(251) 상에 배치된 추출 특징부(299)에 의해 방향전환된다. 추출 특징부(299)에 의한 광선(280)의 방향전환은 도광체 표면(252) 상의 광선(280)의 입사각을 TIR을 위한 임계 각도보다 작은 각도로 변경되게 하여, 광선(280)이 도광체(250)의 표면(252)으로부터 방출될 수 있게 한다.
그후, 광선(280)은 광학 필름(240)의 프리즘 특징부들(241)을 만난다. 광학 필름(240)의 프리즘들은 터닝 필름(turning film)으로서 동작하여, 광선(280)의 각도를 광학 필름(240)의 면에 수직인 축(243) 방향으로 변경한다. 광선(280)은 렌즈(242)와 만날때 추가적인 굴절을 겪게된다.광선(280)은 종국적으로는 광학 필름(240)으로부터 출구 각도(exit angle) θ1 에서 방사된다.
도 2b는 제1 기간 동안에 광학 필름(240)으로부터 방사되는 광선들의 각도 출력 분포의 예를 xy 평면에 도시하는 그래프이다. 예를 들어, θ=0의 출구 각도에서, 광선들은 축(243)을 따라 광학 필름(240)으로부터 방사된다. 도 2b의 수평 축 상에 보여진 음의 각도에서 광학 필름(240)으로부터 방사되는 광선들은 도 2a에서 좌측을 향해 지향된다. 도 2b의 수평 축 상에 보여진 양의 각도에서 광학 필름(240)으로부터 방사되는 광선들은 도 2a에서 우측을 향해 지향된다. 이 예에서, 좌안 이미지 광원(234)이 활성이고 우안 이미지 광원(232)이 비활성(inactive)일 때 백 라이트(230)로부터의 각도 출력 분포는 약 -8도에서 피크이다.
도 2c를 참조로, 제2 기간 동안, 좌안 이미지 광원(234)이 꺼지고 우안 이미지 광원(232)이 켜진다. 광원(232)으로부터의 광선들(290)은 표면(231)을 통해 도광체(250)로 들어간다. 광선(290)은 그것이 도광체(250)의 표면(251) 상에 배치된 추출 특징부(299)에 의해 굴절될 때까지 TIR에 의해 도광체(250)를 따라 전파된다. 추출 특징부(299)에 의한 광선(290)의 굴절은 광선(290)이 도광체(250)의 표면(252)으로부터 방출될 수 있게 한다. 그후, 광선(290)은 광학 필름(240)을 만나고 추가적인 굴절을 겪는다. 광선(290)은 종국적으로 광학 필름(240)으로부터 출구 각도 θ2로 방사된다.
도 2d는 제2 기간 동안 광학 필름(240)으로부터 방사되는 광선들의 각도 출력 분포의 예를 xy 평면에 도시하는 그래프이다. 도 2d의 수평 축 상에 보여진 음의 각도로 광학 필름(240)으로부터 방사되는 광선들은 도 2c에서 좌측을 향해 지향된다. 도 2d의 수평 축 상에 보여진 양의 각도로 광학 필름(240)으로부터 방사되는 광선들은 도 2c에서 우측을 향해 지향된다. 이 예에서, 우안 이미지 광원(232)이 활성이고 좌안 이미지 광원(234)이 비활성일 때 백 라이트(230)로부터의 각도 출력 분포는 약 8도에서 피크이다.
본 명세서에 기술된 양면형 광학 필름들은 일 표면 상에 대향 표면 상의 대응하는 프리즘들에 정렬된 렌즈들을 갖는다. 앞에서 논의된 바와 같이, 광학 필름 상의 각각의 렌즈 및 그것의 대응하는 프리즘은 본 명세서에서 렌즈/프리즘 쌍이라 지칭된다. 광학 필름들의 렌즈들은 원통형 또는 비원통형일 수 있다. 프리즘들은 연속적 또는 비연속적일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 렌즈/프리즘 쌍들의 구성은 광학 필름의 표면에 걸친 위치의 함수로서 변한다. 예를 들어, 렌즈는 위치의 함수로서 회전될 수 있고/있거나 렌즈/프리즘 쌍의 렌즈와 프리즘 사이의 오프셋이 위치의 함수로서 변할 수 있다. 렌즈들 및 그것들의 대응하는 프리즘들 사이의 오프셋의 변화는, 렌즈들의 피치와는 다른, 예를 들어, 렌즈의 피치보다 큰 프리즘 피치를 사용함으로서 달성될 수 있다. 비원통형 렌즈들의 사용 및/또는 위치의 함수로서 렌즈/프리즘 구성의 변화는 광학 필름으로부터의 광 출력을 시청자를 향해 지향시키며, 이는 광 출력 분포들의 "입체 에지"(하기에서 논의됨)를 예리하게 하고 크로스토크를 감소시켜, 이러한 광학 필름들을 포함하는 무안경 입체 디스플레이의 성능을 향상시킨다.
무안경 입체 디스플레이는 이미지가 평판형 장치에 의해 생성되더라도 시청자 측에 깊이 지각을 생성한다. 기본 수준에서, 무안경 입체 디스플레이는 각각의 눈에 그 각각의 시차 뷰를 제공해야만 한다. 최고의 동작을 위해, 좌안용으로 의도된 광이 좌안에 의해서만 수신되는 것이 요구될 수 있다. 좌안에 의해 수신되는 우안용으로 의도된 임의의 광은 3D 시청 경험 수준을 저하시킬 것이다. 좌안에 의해 수신되는 우안용으로 의도된 광 또는 우안용으로 의도되는 좌안용으로 의도된 광은 일종의 크로스토크이다. 따라서, 디스플레이를 떠나서 눈으로 수신되는 광 분포들은 잘 분리되어야만 한다. 그러나, 고급 시청 경험을 위해서, 시청 아티팩트(viewing artifact)들을 감소시키고 또한 양호한 2D 시청 경험을 허용하기 위해서는, 두개의 광 분포들이 가능한한 가까이에 함께 있어야만 한다.
디스플레이에 대한 시청자의 위치는 달성될 수 있는 크로스토크의 최소 수준을 제한한다. 시청자의 두 눈은 고정된 거리(명목상으로 63.5㎜)로 이격되어 있으므로, 두 눈에 의한 중심각(angle subtended by the eyes)은 시야 거리가 증가할 수록 더 작아지고, 결과적으로, 좌측 광 분포와 우측 광 분포 사이의 분리가 더 예리해져야 한다. 다른 말로하면, 시야 거리를 증가시키는 것이 크로스토크의 증가를 야기한다. 좌측 또는 우측 광 분포의 에지의 각도 폭은 "입체 에지"라 지칭될 수 있다. 실제로, 입체 에지의 폭은 광 분포의 피크 값의 10%와 광 분포의 피크 값의 90% 사이의 각도에서의 폭으로서 측정될 수 있다. 시야 거리가 증가함에 따라, 입체 에지의 폭이 감소하는 것이 바람직하다. 입체 에지가 더 예리할 수록 더 큰 시야 거리가 허용될 수 있다.
입체 에지와 관련된 또 다른 효과는 시야 자유도(viewing freedom)이다. 편안한 3D 경험을 위하여, 시청자가 자신의 머리를 어느 정도 거리로 옆으로 움직일 수 있는 것이 요구될 수 있다. 시청자가 머리를 더 많이 움직일 수 있으면서 여전히 3D를 지각하면, 시야 자유도가 더 큰 것이다. 입체 에지가 완전히 넓다면, 머리를 옆으로 움직이는 것이 크로스토크를 증가시킬 것이고 따라서 3D 효과를 저하시킬 것이다. 따라서, 입체 에지가 더 예리할수록 시야 자유도가 더 커진다.
디스플레이의 사이즈 또한 3D 시청 경험의 품질을 결정하는 인자이다. 디스플레이의 에지로부터의 광 분포는 시청자의 두 눈에 수신되기 위해서 디스플레이의 중심 근처의 광보다 더 경사진 각도를 조준해야한다. 디스플레이가 넓을수록, 이 조준 각도가 더 경사지게 된다. 따라서, 무안경 입체 디스플레이가, 입체 에지에 대해 양보함이 없이 디스플레이 폭의 함수로서 뷰어에게 광을 조준하는 것이 중요하다.
본 명세서에 기술된 것과 같은 비원통형 렌즈 및/또는 가변적인 렌즈/프리즘 쌍 구성을 가진 양면형 광학 필름은 크로스-토크를 감소시키고, 입체 에지의 폭을 감소시키고, 그리고 광 분포들의 조준을 개선시킨다. 이러한 광학 필름은 더 많은 시청 자유도, 더 큰 디스플레이 사이즈, 및/또는 더 긴 시청 거리를 포함하는 향상된 3D 시청 경험을 제공한다.
도 3 및 4는 광학 필름(340)을 포함하는 백라이트(330)의 광 출력을 광학 필름(440)을 포함하는 백라이트(430)의 광 출력과 비교한다. 광학 필름(340)은 광학 필름(340)의 일 표면 상에 배치된 균일하게 이격된 원통형 렌즈들(342) 및 광학 필름(340)의 대향 표면 상에 배치된 대응하는 균일하게 이격된 프리즘들(341)을 가진다. 렌즈들(342) 및 그것들의 대응하는 프리즘들(341)의 구성(렌즈/프리즘 쌍들)은 x 축을 따라 실질적으로 균일하다. xy 평면에서, 렌즈들(342)의 단면은 균일하며 그리고 프리즘들(341)의 단면도 균일하다. 렌즈들(342)은 회전되지 않고 렌즈들(342)의 피치는 일정하고 프리즘들(341)의 피치와 동일하다. 백라이트(330)는 도 2a-2d와 관련하여 기술된 비교가능한 구성요소들과 유사하게 동작하는 도광체(350) 및 우안 및 좌안 이미지 광원들(332, 334)을 포함한다.
광학 필름(440)은 x 축을 따라 변하는 구성을 갖는 렌즈/프리즘 쌍들을 포함한다. 예를 들어, 렌즈 회전이 x의 함수로서 변할 수 있고/있거나 프리즘 피치가 렌즈 피치와 상이할 수 있다. 렌즈 피치와 다른 프리즘 피치, 예를 들어, 렌즈 피치보다 큰 프리즘 피치는 x 축을 따라 변하는 렌즈들과 그것들의 대응 프리즘들 사이의 오프셋에 변화를 야기한다. 백라이트(430)는 도 2a-2d와 관련하여 기술된 비교가능한 구성요소들과 유사하게 동작하는 도광체(450) 및 우안 및 좌안 이미지 광원들(432, 434)을 포함한다.
좌안 이미지 광원(334)이 켜져있고 우안 이미지 광원(332)이 꺼져있을 때 광학 필름(340)의 다양한 지점들에 대한 광 출력 각도 분포들(피크 광 출력 각도로 나타냄)이 도 3에 파선(374)으로 표시된다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 각도 출력 분포를 가진 백라이트의 경우, 피크 광 출력 각도는 z축에 대하여 약 -8도이다. 우안 이미지 광원(332)이 켜져있고 좌안 이미지 광원(334)이 꺼져있을 때 광학 필름(340)의 다양한 지점들에 대한 광 출력 각도 분포는 도 3에 실선(372)으로 표시된다. 예를 들어, 도 2d에 도시된 각도 출력 분포를 가진 백라이트의 경우, 피크 광 출력 각도는 z 축에 대하여 약 8도이다. 백라이트(330)로부터의 광 출력은 우안 이미지 광원(332)이 활성화되어 있는지 또는 좌안 이미지 광원(342)이 활성화되어 있는지에 따라 우안(382) 또는 좌안(384)을 향해 방향을 변경한다. 광학 필름(340)에 걸쳐 균일한 구성을 가진 원통형 렌즈/프리즘 쌍들은 광원들이 교번될 때 광의 방향을 변경한다. 즉, 광원들이 교번될 때 광의 방향은 z 축에 대해 음의 각도에서 양의 각도로 변경되나, 광학 필름은 실질적으로, 광학 필름(340) 상의 위치의 함수로서 우안(382) 또는 좌안(384)을 향해 광을 조준하지는 않는다.
도 4는 시간 다중화 기간 동안 위치의 함수로서 광의 방향을 변경하여 좌안 또는 우안을 향해 광을 조준하는 광학 필름(440)을 포함하는 백라이트(430)를 도시한다. 광학 필름(440)은 x 축을 따라 변하는 구성을 가진 렌즈/프리즘 쌍들을 포함한다. 광학 필름(440)은 도광체(450)로부터 멀어지는 방향으로 배향된 광학 필름(440)의 표면 상에 렌즈들(442)을 포함한다. 각각의 렌즈(442)는 광학 필름(440)의 대향 표면 상에 대응하는 프리즘(441)을 가진다. 광학 필름(440)은 렌즈들(442) 및 프리즘들(441)의 세로 축이 도광체(450) 내의 광 전파(459) 축에 실질적으로 수직으로 배향되도록 배열된다. 도 4에 도시된 예에서, 렌즈들(442) 및 프리즘들(441)의 세로 축(도 1b에도 요소(155)로 도시됨)은 y축을 따라 있다. 광학 필름은 렌즈들의 세로축이 광 전파의 방향에 수직이되도록 배열될 필요가 없다. 몇몇 구현예들에서, 렌즈들과 프리즘들의 세로축과 광 전파 방향 사이의 바이어스 각도가 광학 필름, 도광체, 그리고 LDC 패널 간의 무이레를 줄이기 위하여 사용될 수 있다. 바이어스 각도는 예를 들어, 15도 미만 또는 10도 미만 또는 5도 미만일 수 있다.
광학 필름(440)의 렌즈/프리즘 쌍들의 구성은 x축을 따른 위치에 따라 변한다. 렌즈/프리즘 쌍들의 구성에서의 변화는 x축을 따른 위치의 함수로서 광학 필름(440)의 각도 광 출력 분포를 변조한다. 간결성을 위하여, 좌안 이미지 광원(434)이 활성화될 때 x 축을 따른 위치들에 대한 광 출력 각도 분포가 피크 출력에서의 광 출력의 방향을 나타내는 파선들(474)로 표시된다.
우안 이미지 광원(432)이 활성화 될 때 x 방향을 따른 위치들에 대한 광 출력 각도 분포는 피크 출력에서의 광 출력의 방향을 나타내는 실선들(472)로 표시된다. 우안 위치(482)를 향해 광을 조준하기 위하여 피크 광 출력(472)의 각도는 x의 함수로서 변한다.
우안 이미지 광원(432)이 활성화될 때 백라이트(430)로부터의 광 출력은 우안 위치(482)를 향해 지향된다. 우안 위치(482)를 향해 광을 조준하기 위하여 피크 광 출력(472)의 각도가 x의 함수로서 변한다. 좌안 이미지 광원(434)이 활성화될 때 백라이트(430)로부터의 광 출력은 좌안 위치(484)를 향해 지향된다. 좌안 위치(484)를 향해 광을 조준하기 위하여 피크 광 출력(474)의 각도가 x의 함수로서 변한다.
따라서, 위치의 함수로서 렌즈/프리즘 쌍 구성의 변화는 좌안 이미지 광원이 켜져있을 때 필름으로부터의 광 출력을 시청자의 좌안을 향해 조준하고 그리고 우안 이미지 광원이 켜져있을 때 광학 필름으로부터의 광 출력을 시청자의 우안을 향해 조준한다. 좌안 또는 우안을 향해 광을 조준하는 것은 좌측 이미지와 우측 이미지 사이의 크로스토크를 줄여주며 이는 3D 시청 경험을 향상시킨다. 즉, 좌안 또는 우안을 향해 광을 조준하는 것은 우안에 의해 수신되는 좌안용으로 의도된 광의 양을 줄여주고 좌안에 의해 수신되는 우안용으로 의도된 광의 양을 줄여준다.
몇몇 광학 필름 실시예들은 광학 필름의 일 표면 상에 광학 필름의 대향 표면 상의 프리즘들에 정렬되는 비원통형 렌즈들을 포함하는 렌즈/프리즘 쌍들을 사용한다. 일반적으로, 비원통형 렌즈들은 원통형이 아닌 임의의 형상을 가질 수 있다. 무안경 입체 필름들을 위해 유용한 예시적인 비원통형 렌즈 형상이 도 9a에 도시된다. 비원통형 렌즈들은 좌측 광 분포와 우측 광 분포가 작은 양의 오버랩을 가지게 하고 이 오버랩의 경사가 상대적으로 가파르게 되도록 광학 필름의 입체 에지를 감소시키는 역할을 하는 스티그매틱 초점(stigmatic focus)을 가진다. 비원통형 렌즈들은 광학 필름에 걸쳐 실질적으로 균일한 구성을 갖는 렌즈/프리즘 쌍들에서 사용되거나 또는 광학 필름 상의 위치의 함수로서 구성들을 가진 렌즈/프리즘 쌍들에 사용될 수 있다.
도 5a-5d 및 6b-6e는 무안경 입체 디스플레이 시스템들에서 사용될 수 있는 예시적인 광학 필름들의 단면도이다. 실제 광학 필름은 이 도면들에 도시된 것보다 훨씬 많은 렌즈/프리즘 쌍들을 가질 것임이 이해되어야 한다. 편이성을 위하여, 단면도들에는 단지 몇개의 렌즈/프리즘 쌍들만이 도시된다. 도 5a-5d는 비원통형 렌즈들을 포함하는 광학 필름들을 도시한다. 비원통형 렌즈들은 원통형이 아닌(non-cylindrical) 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 무안경 입체 디스플레이에서 사용되는 광학 필름을 위한 유용한 비원통형 렌즈 형상의 예는 도 9a에 도시된다. 도 6b-6e는 비원통형 렌즈들 또는 원통형 렌즈들을 사용하는 광학 필름들의 변형들을 도시한다. 원통형 렌즈들은 원의 일부인 단면을 가진다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따라 렌즈/프리즘 쌍들(511a/512a, 511b/512b, 511c/512c, 511d/512d, 511e/512e, 511f/512f, 511g/512g, 511h/512h, 511i/512i)을 가진 광학 필름(515)을 도시한다. 렌즈들(511a-511i)은 비원통형이고, 예를 들어, 도 9에 도시된 것과 같은 단면을 갖거나, 또는 또 다른 비원통형 단면을 가질 수 있다. 광학 필름(515)의 표면 상의 각각의 비원통형 렌즈(511a-511i)는 광학 필름(515)의 대향 표면 상의 대응하는 프리즘(512a-512i)에 정렬된다. 비원통형 렌즈들의 피치 PL은 상수이고 프리즘들의 피치 PP와 실질적으로 동일하다. 비원통형 렌즈들(511a-511i)과 프리즘들(512a-512i) 둘 모두는 연속적이다. 렌즈/프리즘 쌍들(511a/512a, 511b/512b, 511c/512c, 511d/512d, 511e/512e, 511f/512f, 511g/512g, 511h/512h, 511i/512i) 의 단면은 실질적으로 균일한데, 즉, x 축을 따라 쌍에 걸쳐 실질적으로 변하지 않는다.
도 5b는 광학 필름(525)의 일 표면 상에 대향 표면 상의 프리즘들(522a-522i)과 정렬되는 비원통형 렌즈들(521a- 521i)을 포함하는 광학 필름(525)을 도시한다. 비원통형 렌즈들(521a-521i)의 단면은 x 축을 따라 균일하다. 프리즘들(522a-522i)의 단면은 x 축을 따라 균일하다. 비원통형 렌즈들(521a-521i)과 프리즘들(522a-522i) 둘 모두는 연속적이다. 프리즘들의 피치 PP는 비원통 렌즈들의 피치 PL보다 크다. 프리즘 피치와 렌즈 피치의 차는 프리즘들(522a-522i)이 그것들의 대응하는 비원통형 렌즈들(521a-521i)로부터 오프셋되게 한다. 예를 들어, 도 5b에서, 비원통형 렌즈(521e)의 정점은 대응하는 프리즘(522e)의 정점과 정렬된다. PL과 PP의 간의 차로 인하여,렌즈 프리즘 쌍(521e/522e)에 바로 이웃한 렌즈/프리즘 쌍들(521d/522d, 521f/522f)은 PP와 PL간의 차의 ½만큼 오프셋되는 렌즈들 및 프리즘들을 가진다. 렌즈/프리즘 쌍들(521c/522c, 521g/522g, 521b/522b, 521h/522h, 521a/522a, 521i,/522i)에서 렌즈들과 프리즘들 간의 오프셋은, 이 예에서는 정렬된 렌즈/프리즘 쌍(521e/522e)인 시작점으로부터의 거리의 함수로서 x축을 따라 양 방향 모두에서 증가한다.
도 5b(및 본 명세서의 다른 도면들)는 단지 한개의 정렬된 렌즈/프리즘 쌍을 보여주나, 임의의 개수의 정렬된 렌즈/프리즘 쌍들을 포함하거나 또는 정렬된 렌즈/프리즘 쌍들을 전혀 포함하지 않는 광학 필름들이 구성될 수 있음이 이해되어야 한다. 복수의 정렬된 렌즈/프리즘 쌍들의 경우, 필름들은 렌즈 피치와 상이한 프리즘 피치를 가질 수 있으며, 이러한 프리즘 피치는, 각각의 정렬된 렌즈/프리즘 쌍으로부터의 거리에 따라 렌즈들과 프리즘들 사이의 오프셋이 증가되게 한다.
몇몇 디스플레이 구현예들에서, 정렬된 렌즈/프리즘 쌍이 디스플레이의 대략 중심에 배치되어, 정렬된 렌즈/프리즘 쌍의 양 측에서 발생하는 렌즈들와 프리즘들 사이의 증가하는 오프셋이 광학 필름으로부터의 광 출력을 디스플레이의 중심을 향해 조준하도록 한다.
본 명세서에 서술된 몇몇 무안경 입체 양면형 필름들은 광학 필름의 양 측면들 상에 연속적인 특징부들을 포함한다. 그러나, 필름의 양 측면들 상의 연속적인 특징부들은 몇가지 단점들을 가질 수 있다. 렌즈와 기판 사이, 그리고/또는 프리즘과 기판 사이의 얇은 랜드(land) 두께는 필름의 광학계(optics)에 의해 결정되나, 랜드의 예리한 코너(corner) 및 얇음은 탈층(delamination)을 야기할 수 있다. 게다가, 양면형 필름 상의 특징부들의 체적 및 구조의 차이는 필름 뒤틀림(warping)을 악화시킬 수 있다. 광학적 견지에서 볼 때, 연속적인 특징부들을 갖는 양면형 필름은 또한 바람직할 수 있는 것보다 더 넓은 수평 시청 범위를 갖는다. 무안경 입체 광학 효과는 부분적으로 프리즘들의 피크들에 의존하므로, 본 명세서에 서술된 몇몇 광학 필름들은 프리즘들의 베이스들 사이에 중단부(interruptions)를 포함하여 프리즘들을 비연속적이게 만든다. 중단부 근처의 프리즘들의 형상은 프리즘들과 기판 사이의 중단부들에서의 전이의 예리함을 감소시키도록 만들어 질 수 있다. 예를 들어, 깨짐 및 탈층을 방지하고, 그리고/또는 필름 뒤틀림을 감소시키기 위하여, 예리한 전이 보다는 오히려 곡선형 전이가 사용되어 필름의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 5c 및 5d에 각각 도시된 광학 필름들(535, 545)은 비원통형 렌즈들 및 비연속적 프리즘들을 포함한다. 도 5c는 광학 필름(535)의 일 측면 상에 광학 필름(535)의 대향 측면 상의 비연속적 프리즘들(532a-532i)에 정렬된 비원통형 렌즈들(531a-531i)을 갖는 광학 필름(535)의 단면이다. 비원통형 렌즈들(531a-531i)의 단면들 및 프리즘들(532a-532i)의 단면들은 x 축을 따라 실질적으로 균일하다. 프리즘들의 피치는 비원통형 렌즈들의 피치와 실질적으로 동일하다.
각각의 프리즘(532a-532h)과 그것의 이웃 프리즘(532b-532i) 사이에는 중단부(575)가 발생한다. 중단부들(575)은 프리즘들(532a-532i)을 비연속적이게 만든다. 도 5c 및 다른 도면들에서 중단부들(575)에서의 광학 필름의 형상이 평평한 것으로 도시되었으나, 중단부들(575)에서의 광학 필름의 형상은 예를 들어 곡선 형상과 같은 임의의 형상을 취할 수 있다.
도 5d에 도시된 광학 필름(545)은 광학 필름(545)의 일 측면 상에, 광학 필름(545)의 대향 측면 상의 비연속적 프리즘들(542a-542i)에 정렬된 비원통형 렌즈들(541a-541i)을 포함한다. 프리즘들(542a-542i) 사이에서 중단부들(545)이 발생하여 프리즘들을 비연속적이게 만든다. 이 예에서, 비원통형 렌즈들(541a-541i)의 단면이 x 축을 따라 실질적으로 균일하고 프리즘들(542a-542i)의 단면이 x 축을 따라 실질적으로 균일하다. 프리즘들의 피치 PP는 렌즈들의 피치 PL보다 크므로, 광학 필름(545) 상의 위치의 함수로서 비원통형 렌즈들(541a-541i)과 그것들의 대응 프리즘들(542a-542i) 사이에 오프셋을 야기한다. 오프셋은 정렬된 렌즈/프리즘 쌍으로부터의 거리의 함수로서 증가한다.
몇몇 광학 필름 실시예들은 광학 필름 상의 위치에 따라 변하는 회전을 갖는 원통형 또는 비원통형 렌즈들을 포함한다. 원통형 또는 비원통형 렌즈들의 회전은 도 4와 관련하여 논의된 것과 같이 좌안 또는 우안을 향해 광을 적절하게 조준하게 한다. 도 6a는 회전 전(651) 및 회전 후(652)의 렌즈의 위치를 도시한다. 회전은 렌즈의 세로 정점에 실질적으로 수직인 평면(도 6a의 xz 평면)에서 이루어지고 렌즈 정점(654) 아래 및 렌즈 중심선(655) 상의 회전점(653)을 중심으로 한다. 예를 들어, 회전점(633)은 렌즈의 초점이거나, 렌즈의 정점(654) 보다 약 114 미크론 아래이거나, 또는 렌즈/프리즘 쌍의 프리즘(도 6a에는 도시되지 않음)의 정점과 일치할 수 있다.
도 6b는 x 축 위치의 함수로서 회전되는 렌즈들(611a-611i)을 포함하는 양면형 광학 필름(615)의 단면이다. 렌즈들(611a-611i)은 비원통형 또는 원통형 렌즈들일 수 있다. 렌즈들(611a-611i) 각각은 광학 필름(615)의 대향 표면 상의 프리즘(612a-612i)에 정렬된다. 이 예에서, 프리즘 피치 PP는 상수이고 렌즈 피치 PL과 동일하다. 렌즈들(611a-611i)은 x 축 위치의 함수로서 회전된다. 예를 들어, 렌즈들(611a-611i)의 회전 각도가 광학 필름(615)의 시작점의 양 측면 상에서 증가할 수 있다. 도 6b에서, 렌즈(611e)가 렌즈 회전을 위한 시작점이다. 시작점이 렌즈일 필요는 없으며 렌즈들 사이에서 발생할 수도 있다. 렌즈(611e)는 0 회전을 갖지만, 반드시 이러한 경우일 필요는 없다. 렌즈가 시작점으로서 사용된다면, 시작점 렌즈는 0 회전을 포함하는 임의의 회전을 가질 수 있다. 복수의 회전 시작점들이 광학 필름 상에서 발생할 수 있다.
몇몇 디스플레이 응용들에서, 렌즈 회전을 위한 시작점이 디스플레이의 중심 근처이거나, 또는 시야 각을 조절하기 위하여 오프셋될 수 있다. 시작점의 일 측의 렌즈들은 그것들의 중심 선에 대해 음의 각도로 회전될 수 있고 시작점의 다른 측의 렌즈들은 그것들의 중심 선에 대해 양의 각도로 회전될 수 있다. 디스플레이에 설치될 때, 광학 필름은 의도된 시청자 위치와 정렬되는 한개의 시작점을 가질 수 있다. 시작점의 일 측의 렌즈들은 그것들의 중심 선에 대해 음의 각도로 회전될 수 있고 시작점의 다른 측의 렌즈들은 그것들의 중심 선에 대해 양의 각도로 회전될 수 있다. 디스플레이 에지 더 가까이에서 더 예리한 각도로 광을 조준하기 위하여 렌즈들의 회전 각도가 시작점으로부터의 거리에 따라 증가할 수 있다.
광학 필름(615)은 이 예에서는 0도의 회전을 가지는 시작점, 즉, 렌즈(611e)로부터의 거리에 따라 증가하는 회전 각도 α를 보여준다. 앞에서 논의된 바와 같이, 몇몇 광학 필름들에서, 시작점의 양 측의 렌즈들이 대향 방향들로 회전될 수 있다. 예를 들어, 도 6b에서, 시작점 렌즈(611e) 우측의 렌즈들은 그것들의 중심 선에 대해 음의 각도로 회전된다. 시작점 렌즈(611e) 좌측의 렌즈들은 그것들의 중심 선에 대해 양의 각도로 회전된다. 렌즈(611e)의 양 측에 배치된 렌즈들(611d, 611f)은 각각, +α1 또는 - α1각도로 회전된다. 도 6a와 관련하여 설명된 바와 같이, 렌즈들은 렌즈 중심선 상에 있으며 렌즈 정점 아래에 있는 회전 점에 대하여 xz 평면 에서 회전된다. 렌즈들(611d 및 611f)은 각각 각도 + α2 또는 - α2( |α1| < |α2|임)로 회전된 이웃하는 렌즈들(611c 및 611g)을 가진다. 렌즈들(611c 및 611g)은 각각 각도 + α3 또는 - α3( |α2| < |α3|임)로 회전된 이웃하는 렌즈들(611b 및 611h)을 가진다. 렌즈들(611b 및 611h)은 각각 각도 + α4 또는 - α4( |α3| < |α4|임)로 회전된 이웃하는 렌즈들(611a 및 611i)을 가진다.
응용에 따라, 렌즈들은 광학 필름 상의 위치와 선형적으로 또는 비선형적으로 회전될 수 있다. 시작점의 양 측에서의 회전이 대칭적일 필요는 없다.
도 6c는 도 6b와 관련하여 앞에서 기술된 것과 같이 회전된 렌즈들(621a-621i)을 갖는 광학 필름(625)을 도시한다. 렌즈들은 비원통형 또는 원통형 렌즈들일 수 있다. 시작점 렌즈(621e)의 우측의 렌즈들은 그것들의 중심 선에 대해 음의 각도로 회전된다. 시작점 렌즈(621e)의 좌측의 렌즈들은 그것들의 중심 선에 대해 양의 각도로 회전된다. 렌즈(621e)의 양 측에 배치된 렌즈들(621d 및 621f)은 각각 각도 +α1 또는 - α1으로 회전되어있다. 렌즈들(621d 및 621f)은 각각, 각도 + α2 또는 - α2( |α1| < |α2|임)로 회전된 이웃하는 렌즈들(621c 및 621g)을 가진다. 렌즈들(621c 및 621g)은 각각, 각도 + α3 또는 - α3(|α2| < |α3|임)으로 회전된 이웃하는 렌즈들(621b 및 621h)을 가진다. 렌즈들(621b 및 621h)은 각각, 각도 + α4 또는 - α4( |α3| < |α4|임)로 회전된 이웃하는 렌즈들(611a 및 611i)을 가진다.
렌즈들(621a-621i)의 회전에 부가하여, 도 6c의 광학 필름(625)은 또한 렌즈 피치 PL와 상이한 프리즘 피치 PP를 가진다. 도 6c에 도시된 것과 같이, 프리즘 피치가 렌즈 피치보다 클 수 있다. 대안적으로, 렌즈 피치가 프리즘 피치보다 클 수 있다. 프리즘 피치가 렌즈 피치와 상이할 때, 렌즈/프리즘 쌍들의 렌즈들(621a-621i)과 프리즘들(622a-622i) 사이의 가변적인 오프셋이 정렬된 렌즈/프리즘 쌍으로부터의 거리에 따라 증가한다. 도 6c의 예에서, 정렬된 렌즈/프리즘 쌍은 회전을 위한 시작점이기도한 렌즈/프리즘 쌍(621e/622e)이다. 프리즘 회전 및 프리즘과 렌즈의 상이한 피치들 둘 모두가 사용될 때, 정렬된 렌즈/프리즘 쌍(렌즈들과 프리즘들 사이의 증가하는 오프셋에 대한 시작점)과 렌즈 회전의 시작점은 광학 필름 상의 동일한 지점이거나 또는 광학 필름 상의 상이한 지점들일 수 있다. 회전된 렌즈들 및 렌즈 피치보다 큰 프리즘 피치 둘 모두를 사용하는 것은 또한 광을 요구되는 위치를 향해 적절하게 조준하여, 개선된 3D 시청 결과가 되도록 크로스 토크 및 입체 에지를 감소시킨다.
도 6d는 도 6b 및 6c와 관련하여 앞에서 기술된 것과 같이 회전된 렌즈들(632a-631i)을 갖는 광학 필름(635)을 도시한다. 렌즈들(631a-631i)은 비원통형 또는 원통형일 수 있다. 프리즘들(632a-631i)은 비연속적이며, 각각의 프리즘(632a-632i) 사이에 중단부들(675)을 가진다. 프리즘들의 피치는 렌즈들의 피치와 실질적으로 동일하다.
도 6e에 도시된 광학 필름(645)은 도 6b 및 6c와 관련하여 앞에서 기술된 것과 같이 회전된 렌즈들(641a-641i)을 포함한다. 렌즈들(631a-631i)은 비원통형 또는 원통형 렌즈들일 수 있다. 프리즘들(642a-642i)은 비연속적이며, 각각의 프리즘(642a-642i) 사이에 중단부들(675)을 가진다. 이 버전에서는, 프리즘들의 피치가 렌즈들의 피치보다 크다. 대안적으로, 렌즈 피치가 프리즘 피치보다 클 수 있다.
비원통형 렌즈들을 사용하는 것 및/또는 위치의 함수로서 원통형 렌즈/프리즘 쌍들 또는 비원통형 렌즈/프리즘 쌍들의 렌즈/프리즘 구성을 변화시키는 것은 광학 필름으로부터 나오는 광의 각도 분포를 변경한다. 예를 들어, 디스플레이 응용들에서, 광의 각도 출력 분포는 광을 더욱 좌안 위치를 향해 또는 더욱 우안 위치를 향해 조준하도록 기능할 수 있다. 광학 필름들을 사용하여, 더욱 예리한 입체 에지를 제공하며 좌안 이미지와 우안 이미지 사이의 크로스토크의 양을 감소시키는 광 출력 분포들이 달성될 수 있다. 하기의 실시예 1을 참조로, 디스플레이 중심의 위에 위치된 시청자에 의해 지각될 시뮬레이션된 광 출력 분포들을 고려함으로써 우안 이미지와 좌안 이미지 사이의 입체 에지 및 크로스 토크의 개념들이 더 이해될 수 있을 것이다.
실시예 1
원통형 렌즈들 및 변하는 프리즘 피치를 갖는 광학 필름을 구비한 디스플레이가 광선 추적(ray tracing)을 사용하여 시뮬레이션되었다. 사용된 광선 추적 소프트웨어는 TracePro, 비순차적 광선 추적 패키지(Lambda Research Corporation, Littleton, MA)였다.
디스플레이 특성들: WVGA (800 × 480 픽셀); 196.8 ㎜ (폭) × 118.08 ㎜ (높이); 시야 거리 750 ㎜, 시청자의 공칭 안 분리(nominal eye separation)가 +/- 2.4 도임을 암시한다.
도 7a에 도시된 바와 같이, (710)에 위치된 시청자에 대해, 196.4 ㎜의 디스플레이 폭 및 디스플레이(720) 위로 750 ㎜의 시청 위치를 가정한다면, 디스플레이(720)의 좌측 에지(722)는 법선(normal)으로부터 7.5도의 각도에 있다.
광학 필름 특성들: 일 표면 상에 원통형 렌즈들을 그리고 대향 표면 상에 프리즘들을 갖는 양면형 광학 필름. 36.3 미크론의 원통형 렌즈 반지름; 52.0000 미크론의 원통형 렌즈 피치; 52.0051 미크론의 프리즘 피치. 도 7b는 양면형 광학 필름의 다양한 두께(캘러퍼 버짓(caliper budget)이라 지칭됨)(전체 광학 필름 두께(730), t, = 114 미크론; 기판 두께(731) = 50.8 미크론; 프리즘 두께(732) = 45.0333 미크론; 렌즈 두께(733) = 10.9787 미크론; 총 랜드 두께 (렌즈 랜드 두께(734)와 프리즘 랜드 두께(735)의 합) = 7.18798 미크론)를 보여주는 단면이다.
광학 필름에 대한 광 출력 분포들은 시청자의 위치(710)(도 7a 참조)에서 지각되는 것처럼 시뮬레이션 되었으며, 다음을 포함한다.: 1) 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원에 대해 디스플레이의 중심(721)(법선으로부터 0도)으로부터 나오는 광의 각도 출력 분포들, 그리고 2) 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원에 대해 디스플레이의 에지(722)(법선으로부터 7.5도)로부터 나오는 광의 각도 출력 분포.
도 8a는 0 도(디스플레이의 중심)에서의 시뮬레이션된 각도 출력 분포들을 도시한다. 분포(851)는 좌안 이미지 광원이 켜져있고 우안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포(852)는 우안 이미지 광원이 켜져있고 좌안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포들(851, 852)에 대한 입체 에지는 분포들(851, 852) 사이의 0도에서의 교차부(853)이다. 도 8a는 0 도에서 각도 분포들(851, 852)의 경사가 0이 아니고 분포들(851, 852) 사이에 오버랩 영역이 존재하며, 결과적으로 좌안 이미지로부터 우안 이미지로의 그리고 우안 이미지로부터 좌안 이미지로의 크로스토크 기여(crosstalk contribution)가 발생됨을 보여준다.
크로스토크는 시청자의 좌안 또는 우안 위치(일반적인 시청자 및 위에서 열거된 디스플레이 파라미터들에 대해 디스플레이의 중심으로부터 -/+2.4 도)에서 측정될 수 있다. 도 7a에 표시된 바와 같이, 시청자의 우안(2.4 도에 있음)에 대해, 크로스토크의 양은 요구되지 않은 광(좌안 이미지 출력(851)) 대 요구되는 광(우안 이미지 출력(852))의 비율이다. 분포들(851, 852)에서, 2.4도에서의 크로스토크는 약 9%이다.
도 8b는 (디스플레이의 좌측 에지로부터) 7.5 도에서 시뮬레이션된 각도 출력 분포들을 도시한다. 분포(854)는 좌안 이미지 광원이 켜져있고 우안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포(855)는 우안 이미지 광원이 켜져있고 좌안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포들(854, 855)에 대한 입체 에지는 분포들(854, 855) 사이의 7.5도에서의 교차부(intersection)(856)이다. 도 8b는 입체 에지(856)에서, 각도 분포들(854, 855)의 경사가 0이 아니고 분포들(854, 855) 사이에 오버랩 영역이 존재하며, 결과적으로 좌안 이미지로부터 우안 이미지로의 그리고 우안 이미지로부터 좌안 이미지로의 약 27%의 크로스토크 기여가 발생됨을 보여준다.
분포들(854, 855) 사이의 크로스토크는 시청자의 우안 위치(일반적인 시청자 및 위에서 열거된 디스플레이 파라미터들에 대해 디스플레이의 중심으로부터 9.9 도)에서 측정될 수 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 시청자의 우안에 대해, 크로스토크의 양은 좌안 이미지 출력 대 우안 이미지 출력의 비율이다. 분포들(854, 855)에서, 9.9도에서의 크로스토크는 약 27%이다.
실시예 2
비원통형 렌즈들 및 변하는 프리즘 피치를 갖는 광학 필름을 구비한 디스플레이가 TracePro를 사용한 광선 추적에 의해 시뮬레이션되었다. 디스플레이 특성들은 실시예 1에 열거된 것과 동일했으며 가독상의 편이를 위해 하기에서 반복된다.
디스플레이 특성들: WVGA (800 × 480 pixels); 196.8 ㎜ (폭) × 118.08 ㎜ (높이); 시야 거리 750 ㎜, 시청자의 공칭 안 분리가 +/- 2.4 임을 암시한다. 도 7a에서 도시된 바와 같이, 시청자(710)에 대해, 196.4 ㎜ 의 디스플레이 폭 및 디스플레이(720) 위로 750㎜의 시청 위치를 가정한다면, 디스플레이(720)의 에지(722)는 법선으로부터 7.5도의 각도에 있다.
광학 필름 특성들: 일 표면 상에 비원통형 프리즘들을 그리고 대향 표면 상에 프리즘들을 갖는 양면형 광학 필름. 비원통형 렌즈들은 이 시스템에서 스티그매틱 초점 용으로 설계되었다. 렌즈는 변화하는 곡률 반지름을 가지나, 렌즈의 정점에서, 곡률 반지름은 36.3 미크론(실시예 1에서 테스트된 원통형 렌즈와 동일)이다. 렌즈 피치는 52.0000 미크론이다. 디스플레이의 에지에서 법선으로부터 7.5도의 교차 각을 얻기 위하여 52.0050 미크론의 프리즘 피치가 사용되었다; 캘리퍼 버짓: (도 7b 참조) 전체 광학 필름 두께(730), t=114 미크론; 기판 두께(731)=50.8 미크론; 프리즘 두께(732) = 45.0333 미크론; 렌즈 두께(733) = 10.9787 미크론; 총 랜드 두께 (렌즈 랜드 두께(734)와 프리즘 랜드 두께(735)의 합) = 8.05194 미크론.
도 9a는 실시예 2에서 사용된 비원통형 렌즈의 프로파일(980)과 정점에서 동일한 곡률 반지름(36.3 미크론)을 가지는 원통형 렌즈의 프로파일(990)을 비교한다.
광 출력 분포들은 시청자의 위치(710)(도 7a 참조)에서 지각되는 것처럼 시뮬레이션 되었으며, 다음을 포함한다.: 1) 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원에 대해 디스플레이의 중심(721)(법선으로부터 0도)으로부터 나오는 광의 각도 출력 분포, 그리고 2) 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원에 대해 디스플레이의 에지(722)(도 7a에 도시된 바와 같이 법선으로 부터 7.5도)로부터 나오는 광의 각도 출력 분포.
도 9b는 0 도(디스플레이의 중심)에서 시뮬레이션된 각도 출력 분포를 도시한다. 분포(951)는 좌안 이미지 광원이 켜져있고 우안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포(952)는 우안 이미지 광원이 켜져있고 좌안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포들(951, 952)에 대한 입체 에지는 분포들(951, 952) 사이의 0도에서의 교차부(953)이다. 도 9b는 0 도에서 각도 분포들(951, 952)의 경사가 입체 에지(853)에서의 분포들(851, 852)(도 8a) 보다 훨씬 예리한 것(무한대에 가까운 경사임)을 보여준다. 분포들(951, 952)은 0 도에서 매우 작은 오버랩 영역을 가지며, 결과적으로 좌안 이미지로부터 우안 이미지로 그리고 우안 이미지로부터 좌안 이미지로 최소의 크로스토크 기여가 발생된다. 분포들(951, 952)에 대해, 2.4 도(시청자의 우안의 위치)에서의 크로스토크는 0%에 가깝다.
도 9c는 (도 7a에 도시된 것과 같은 디스플레이의 좌측 에지(722)로부터) 7.5 도에서 시뮬레이션된 각도 출력 분포들을 도시한다. 분포(954)는 좌안 이미지 광원이 켜져있고 우안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포(955)는 우안 이미지 광원이 켜져있고 좌안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포들(954, 955)에 대한 입체 에지는 분포들(954, 955) 사이의 7.5도에서의 교차부(956)이다. 도 7c는 입체 에지(956)에서, 각도 분포들(954, 955)의 경사가 0이 아니고 분포들(954, 955) 사이에 오버랩 영역이 존재하며, 결과적으로 좌안 이미지로부터 우안 이미지로 그리고 우안 이미지로부터 좌안 이미지로 크로스토크 기여가 발생됨을 보여준다. 분포들(954, 955)에 대해, 9.9 도(시청자의 우안의 위치)에서의 크로스토크는 3%에 가깝다.
실시예 3
회전된 비원통형 렌즈들 및 일정한 프리즘 피치를 갖는 광학 필름을 구비한 디스플레이가 TracePro를 사용한 광선 추적에 의해 시뮬레이션되었다. 디스플레이 특성들은 실시예 1에 열거된 것과 동일했으며 가독상의 편이를 위하여 하기에서 반복된다.
디스플레이 특성들: WVGA (800 × 480 pixels); 196.8 ㎜ (폭) × 118.08 ㎜ (높이); 시야 거리 750 ㎜, 시청자의 공칭 안 분리가 +/- 2.4 임을 암시한다. 도 7a에서 도시된 바와 같이, 시청자(710)에 대해, 196.4 ㎜ 의 디스플레이 폭 및 디스플레이(720) 위로 750㎜의 시청 위치를 가정한다면, 디스플레이(720)의 에지(722)는 법선으로부터 7.5도의 각도에 있다.
광학 필름 특성들: 일 표면 상에 비원통형 프리즘들을 갖고 대향 표면 상에 프리즘들을 갖는 양면형 광학 필름. 비원통형 렌즈들은 이 시스템에서 스티그매틱 초점 용으로 설계되었다. 렌즈는 변화하는 곡률 반지름을 가지나, 렌즈의 정점에서, 곡률 반지름은 36.3 미크론(실시예 2에서 테스트된 비원통형 렌즈와 동일)이다. 렌즈 피치는 52.0000 미크론이었고 프리즘 피치는 렌즈 피치와 동일한 값인 52.0000 미크론이었다. 각각의 렌즈는 디스플레이의 에지에서 법선으로부터 7.5 도의 교차 각을 얻기 위하여 디스플레이 중심에서 회전 없이 시작하여 디스플레이 에지에서 7.5 도의 회전이 되게 진행하는 점진적으로 증가하는 방식으로 디스플레이의 중심을 향해 회전되었다. 회전은 비원통형 렌즈 중심 선 상에 있으며 비원통형 렌즈 정점 아래로 약 114 미크론에 있는 점에서 이루어졌다. 회전은 0 도로부터 디스플레이 에지에서의 7.5도로 패턴 중심으로부터 바깥으로 선형적으로 변한다. 각각의 비원통형 렌즈의 정점은 디스플레이의 중심을 향해있다. 캘리퍼 버짓: (도 7b 참조) 전체 광학 필름 두께(730), t, = 114 미크론; 기판 두께(731) = 50.8 미크론; 프리즘 두께(732) = 45.0333 미크론; 렌즈 두께(733) = 10.1147 미크론; 총 랜드 두께 (렌즈 랜드 두께(734)와 프리즘 랜드 두께(735)의 합) = 8.05194 미크론.
광 출력 분포들은 시청자의 위치(710)(도 7a 참조)에서 지각되는 것 처럼 시뮬레이션되었고, 1) 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원에 대해 디스플레이의 중심(721)(법선으로부터 0도)으로부터 나오는 광의 각도 출력 분포, 그리고 2) 좌안 이미지 광원 및 우안 이미지 광원에 대해 디스플레이의 좌측 에지(722)(법선으로 부터 7.5도)로부터 나오는 광의 각도 출력 분포를 포함한다.
도 10a는 0 도(디스플레이의 중심)에서 시뮬레이션된 각도 출력 분포들을 도시한다. 분포(1051)은 좌안 이미지 광원이 켜져있고 우안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포(1052)는 우안 이미지 광원이 켜져있고 좌안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포들(1051, 1052)에 대한 입체 에지는 분포들(1051, 1052) 사이의 0 도에서 교차부(1053)이다. 도 10a는 0 도에서 각도 분포들(1051, 1052)의 경사가 분포들(951, 952)(도 9b)의 경사와 동일한 것을 보여준다. 분포들(1051, 1052)은 0도에서 사실상 오버랩 영역이 없으며, 결과적으로 좌안 이미지로부터 우안 이미지로 그리고 우안 이미지로부터 좌안 이미지로 사실상 0인 크로스 토크 기여가 발생된다. 분포들(1051, 1052)에서, 2.4 도(시청자의 우안의 위치)에서의 크로스토크는 0%이다.
도 10b는 (디스플레이의 좌측 에지(722)로부터) 7.5 도에서 시뮬레이션된 각도 출력 분포들을 도시한다. 분포(1054)는 좌안 이미지 광원이 켜져있고 우안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포(1055)는 우안 이미지 광원이 켜져있고 좌안 이미지 광원이 꺼져있을 때의 광 출력 분포이다. 분포들(1054, 1055)에 대한 입체 에지(1056)은 분포들(1054, 1055) 사이의 7.5 도에서의 교차부이다. 도 10b는 입체 에지(1056)에서, 각도 분포들(1054, 1055)의 경사가 또한 거의 수직에 매우 근접하며, 결과적으로 좌안 이미지로부터 우안 이미지로 그리고 우안 이미지로부터 좌안 이미지로 0%에 가까운 매우 낮은 크로스토크 기여가 발생됨을 보여준다.
본 명세서에 서술된 몇몇 무안경 입체 디스플레이들은 필름의 일 표면 상에 원통형 또는 비원통형 렌즈들을 가진 양면형 광학 필름들을 포함한다. 렌즈들 각각은 필름의 대향 표면 상의 대응 프리즘에 정렬된다. 몇몇 예들에서, 프리즘들의 피치는 렌즈들의 피치와 동일하다. 다른 예들에서, 프리즘들의 피치는 렌즈들의 피치와 상이하다. 프리즘들은 연속적 또는 비연속적일 수 있다.
렌즈들은 광학 필름의 위치에 따라 변하는 회전으로 회전될 수 있다. 필름 설계가 렌즈의 초점 거리가 대응하는 프리즘의 정점이 되게끔 하는 것이면, 입체 에지의 각도 위치는 렌즈와 프리즘이 중심이 맞추어진(centered) 때인 0 도로부터 프리즘 정점이 렌즈에 대해 중심에서 벗어남(de-centered)에 따라 양의 각도 및 음의 각도로 변화할 것이다. 이는 종래의 렌즈 시스템에서 광학 축으로부터 오브젝트를 움직여 치우는 것과 유사하다. 그러나, 프리즘이 그것의 대응 렌즈에 대해 점점 중심에서 벗어나므로, 결과적으로 렌즈에서 포커스가 완벽하지 않게 된다. 회전된 렌즈들을 갖는 광학 필름들에서, 각각의 렌즈는 그것의 초점, 예를 들어, 대응하는 프리즘의 꼭지점(apex)을 중심으로 회전될 수 있다. 프리즘의 꼭지점으로부터의 광은 스티그매틱 초점을 유지하면서 넓은 범위의 요구되는 각도들로 지향될 수 있다.
3D 무안경 입체 필름을 위한 렌즈 및 프리즘은, 예를 들어 연속 캐스트 및 경화(continuous cast and cure, 3C)와 같은 미세복제 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 3C 공정의 예들은 미국 특허 제4,374,077호, 제4,576,850호, 제5,175,030호, 제5,271,968호, 제5,558,740호, 및 제5,995,690호에 서술되어 있다. 회전된 렌즈를 위한 마스터 기구를 생성하는 것은 또한 마스터 툴 상의 수평 위치와 다이아몬드 커팅 팁 회전과의 정교한 동기화를 요구한다. 필름 상의 특징부들은 또한 위에서 논의된 3C 기법과는 다른, 예를 들어, 미국 특허 제7530721호의 예시와 같이 압축 성형, 주입 성형, 압출 및 2 패스 코팅과 같은 기법들에 의해 제조될 수 있다.
미국 특허 제7,165,959호 및 제7,224,529호에 서술된 바와 같이, 렌즈는 대향 표면들 상에서 미세복제된 정렬된 패턴들을 갖는 광학 필름을 제조하는 방법을 사용하여 광학 필름에서 프리즘과 정렬될 수 있다. 미세복제된 구조물이 생성되게 하는 액체는 전형적으로 경화성 광중합성 재료, 예를 들어 UV 광에 의해 경화가능한 아크릴레이트이다. 다른 코팅 재료, 예를 들어 중합성 재료가 사용될 수 있고, 재료의 선택은 미세복제된 구조물에 대해 요구되는 특정 특성에 의존할 수 있다. 이 공정에서 사용하기 위한 경화 방법의 예에는 반응성 경화, 열 경화, 또는 방사선 경화가 포함된다.

Claims (35)

  1. 양면형 광학 필름으로서,
    상기 광학 필름의 제1 표면 상에 배치된 비원통형(a-cylindrical) 렌즈들; 및
    상기 광학 필름의 제2 표면 상에 배치된 프리즘들을 포함하고,
    상기 제1 표면 상의 각각의 렌즈는 상기 제2 표면 상의 프리즘에 정렬되며,
    상기 프리즘들 및 상기 비원통형 렌즈들 각각은 세로 축에 평행하게 연장되고,
    상기 비원통형 렌즈들의 각각은 회전 각도에 의해 특징지어지며,
    상기 회전 각도들은 상기 제1 표면 상에서의 서로 다른 위치들에서 서로 다른, 양면형 광학 필름.
  2. 무안경 입체 디스플레이 모듈로서,
    제1 측면, 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면, 상기 제1 측면과 상기 제2 측면 사이에서 연장되며 광을 방향전환하는 제1 도광체 표면, 및 제1 표면에 대향하며 광을 방출하는 제2 도광체 표면을 갖는 도광체;
    상기 도광체의 제1 측면을 따라 배치된 제1 광원;
    상기 도광체의 제2 측면을 따라 배치된 제2 광원;
    상기 제1 광원 및 상기 제2 광원에 전기적으로 결합된 동기 구동 요소(synchronization driving element);
    상기 제2 도광체 표면을 통해 방출되는 광을 수신하도록 배열된 양면형 광학 필름
    을 포함하고,
    상기 동기 구동 요소는 교번하는 순서로 상기 제1 광원 또는 상기 제2 광원 각각을 켜거나 끄는 것을 동기화하도록 구성되고,
    상기 광학 필름은,
    상기 광학 필름의 제1 표면 상에 배치된 비원통형 렌즈들; 및
    상기 광학 필름의 제2 표면 상에 배치된 프리즘들을 포함하며,
    상기 광학 필름의 제2 표면은 상기 도광체를 향해 배향되고,
    상기 광학 필름의 제1 표면 상의 각각의 렌즈는 상기 광학 필름의 제2 표면 상의 프리즘에 정렬되며,
    상기 프리즘들 및 상기 비원통형 렌즈들 각각은 세로 축에 평행하게 연장되고,
    상기 비원통형 렌즈들의 각각은 회전 각도에 의해 특징지어지며,
    상기 회전 각도들은 상기 제1 표면 상에서의 서로 다른 위치들에서 서로 다른, 무안경 입체 디스플레이 모듈.
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