KR101878508B1 - 근거리 3ｄ 프로젝션을 위한 시계 보상 편광 스위치 - Google Patents

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게리 디 샤프
지안민 첸
마이클 지 로빈슨
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리얼디 인크.
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Abstract

일반적으로, 본원 발명은 편광 스위치 요소들의 각도 민감도 및 광선 방향이 성능에 미치는 결과적인 영향에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 편광 스위치들의 성능을 개선하는, 액정(LC) 편광 스위치들의 각도 민감도를 보상하기 위한 장치 및 방법들이 본원에서 설명된다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 액정 셀을 포함하고 보상기가 LC 셀들 사이에 위치되는, 초기 편광 배향의 선형으로 편광화된 광을 변형시키는 편광 스위치가 개시된다. 보상기 층은 편광 스위치를 통해서 시계(field of view)를 개선하도록 동작할 수 있다. 그러한 보상 기술은 근거리 프로젝션 분위기들의 경우에 특히 유용한다.

Description

근거리 3Ｄ 프로젝션을 위한 시계 보상 편광 스위치{FIELD­OF­VIEW COMPENSATED POLARIZATION SWITCH FOR SHORT­THROW 3D PROJECTION}
전체적으로, 본원 발명은 입체적(stereoscopic) 디스플레이 시스템들에 관한 것이다. 특히, 본원 발명은, 큰 입사각에서 높은 콘트라스트를 나타내는 편광 스위치들을 가지는 근거리 프로젝션 시스템들 및 다이렉트 뷰(direct view; 직시) 디스플레이를 포함하는, 순차적인(sequential) 3D 입체 디스플레이에 관한 것이다.
전형적으로, 최신 입체적 3D 시네마는 2개의 뷰들을 전달하기 위한 수단으로서 편광 스위치로 동기화된 단일 디지털 프로젝터를 이용한다. 수동적인(passive) 편광화 안경이 순차적인 이미지들을 디코딩하여, 각각의 눈으로 적절한 원근감(perspective)을 전달한다. 시스템 레벨에서, 하나의 눈이 적절한 원근감 이미지를 수용하는 반면, 다른 눈은 (이상적으로) 실질적으로 정보를 수용하지 않거나 거의 정보를 수용하지 않는다. 셔터가 폐쇄-상태에 있을 때 부적절한 이미지의 백분율이 누설(leak)되는 발생 가능한 경우에, 3D 경험의 품질이 저하된다. 이러한 고스트(ghost) 이미지의 레벨은 많은 요인들에 의존하는데, 그러한 요인들에는 프로젝터, 편광 스위치, 스크린, 안경, 및 시스템을 통한 광선(ray)과 관련된 기하형태(geometry)가 포함된다.
다이렉트 뷰 순차적 3D에서, 편광 스위치가 디스플레이의 외부에 배치될 수 있다. 이는 LCD, 플라즈마 디스플레이, OLED, 또는 임의의 적합한 디스플레이 기술을 포함할 수 있다. 편광 스위치는 디스플레이와 동기식으로 동작되고, 그리고 스크롤 셔터를 포함할 수 있을 것이며, 이는 계류중인 출원들에 기술된 바와 같으며, 그러한 계류중인 출원에는 미국 특허출원 제 12/156,683 호; 제 12/853,274 호; 제 12/853,279 호; 및 제 12/853,265 호가 포함되며, 그 특허들 전부는 본원에서 참조에 의해서 포함된다. 다수의 시청자들이 유사한 높은 콘트라스트 경험을 할 수 있게 하기 위해서, 많은 다른 각도들로 디스플레이를 시청할 때 셔터링(shuttering) 동작이 효과적인 것이 바람직하다. 이는 40도 수평을 초과하는 절반-각도(half-angles)에서 수용가능한 3D 경험을 필요로 할 것이다. ZScreen과 같은 통상적인 편광 스위치들은 그러한 성능을 제공하지 못한다.
편광 스위치 요소들의 각도 민감도 및 성능에 대한 광선 방향의 결과적인 영향 그리고 그러한 효과들에 대한 보상에 의해서 성능을 강화하기 위한 방법들을 본원에서 설명한다. 보다 구체적으로, 액정(LC) 편광 스위치들의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법들이 설명된다. 일 실시예에서, 이중-셀(dual-cell) 편광 스위치의 대칭성(symmetry)을 이용하여, 각도 범위에 걸쳐 콘트라스트 및 효율을 강화할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 보상 층들을 도입할 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 보상 층들이 도입될 수 있을 것이다. 제 1 보상 층이 LC 셀들 사이에 위치될 수 있고, 그리고 제 2 보상 층이 분해(analyzing) 원형 편광기와 편광 스위치 사이에 위치될 수 있을 것이고, 그에 따라 FOV를 더 개선할 수 있을 것이다. 하나의 실시예에서, 양 보장기들은 네거티프(negative) C-플레이트들이고, 여기에서 셀들 사이의 보상기의 지연(retardation)은 LC 셀과 대략적으로 동일한 (스플레이(splay)-상태) 지연을 가지는 한편, 시청자와 ZScreen 사이의 보상기는 셀의 (스플레이-상태) 지연의 약 절반을 가진다.
본원 발명의 이러한 그리고 다른 장점들 및 특징들은 본원 개시내용의 전체로부터 소위 당업자가 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
첨부 도면들에서 실시예들이 예로서 도시되어 있고, 그러한 도면들에서 유사한 참조 번호들은 유사한 부분들을 나타낸다.
도 1은, 본원 발명에 따른, 예시적인 3-차원적인 영화 프로젝션 시스템의 동작을 도시한 개략적인 도면이다.
도 2a는, 본원 발명에 따른, 분해 안경과 함께 ZScreen의 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 2b는, 본원 발명에 따른, 분해 안경과 함께 ZScreen의 다른 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 3은, 본원 발명에 따른, 직각(normal)-입사 및 2개의 표준 이하-경우의(substandard-case) 방위각들(azimuth angles)에 대한 ON-상태 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 4는, 본원 발명에 따른, 30°의 최대 입사각 외측의(out to), 보상되지 않은 ZScreen의 OFF-상태 누설의 편광 도표(polar plot)를 도시한 도면이다.
도 5는, 본원 발명에 따른, 30°의 최대 입사각 외측의(out to), 보상되지 않은 ZScreen의 OFF-상태 누설의 편광 도표(polar plot)를 도시한 도면이다.
도 6a는, 본원 발명에 따른, 도 2a에 도시된 상태에 상응하는, -550 nm의 네거티브 C-플레이트 지연에서 OFF-상태 편광 누설 도표를 도시한 편광 도표이다.
도 6b는, 본원 발명에 따른, 도 2b에 도시된 상태에 상응하는, -500nm 및 -250 nm의 네거티브 C-플레이트 지연에서 OFF-상태 편광 누설 도표를 도시한 편광 도표이다.
도 7a는, 본원 발명에 따른, 도 4에 도시된 상태에 상응하는, -550 nm의 네거티브 C-플레이트 지연에서 OFF-상태 편광 누설 도표를 도시한 편광 도표이다.
도 7b는, 본원 발명에 따른, 도 4에 도시된 상태에 상응하는, -500nm 및 -250 nm의 네거티브 C-플레이트 지연에서 OFF-상태 편광 누설 도표를 도시한 편광 도표이다.
일반적으로, 본원 발명은 편광 스위치 요소들의 각도 민감도 및 광선 방향이 성능에 미치는 결과적인 영향에 관한 것이다. 그러한 효과들을 보상함으로써 성능을 강화하기 위한 기술들이 개시된다. 보다 구체적으로, 액정(LC) 편광 스위치들의 각도 민감도를 보상하기 위한 장치 및 방법들이 본원에서 설명된다. 하나의 실시예에서, 이중-셀 편광 스위치들의 대칭성을 이용하여 각도 범위에 걸친 콘트라스트 및 효율을 강화하는 하나 또는 둘 이상의 보상 층들을 도입할 수 있을 것이다. 또한, 보상 층이 편광 스위치와 분해 원형 편광기 안경 사이에 위치되어 각도 범위에 걸쳐 적어도 콘트라스트 및 효율을 추가적으로 개선할 수 있을 것이다. 후자가 출구(exit) LC 셀과 유리 단부-캡(end-cap) 사이에서 편광 스위치에 부착될 수 있을 것이다.
본원 발명의 실시예들이 다양한 광학 시스템들 및 프로젝션 시스템들에서 이용될 수 있다는 것을 주지하여야 한다. 실시예들은 여러 가지 프로젝터들, 프로젝션 시스템들, 광학적 성분들, 컴퓨터 시스템들, 프로세서, 내장형(self-contained) 프로젝터 시스템들, 시각적 및/또는 시청각적 시스템들 그리고 전기적 및/또는 광학적 디바이스들을 포함할 수 있을 것이고 또는 그들과 함께 작동할 수 있을 것이다. 광학적 및 전기적 디바이스들, 광학적 시스템들, 프레젠테이션 시스템들과 관련된 임의 장치 또는 편광 스위치를 이용하는 임의 타입의 광학적 시스템을 포함할 수 있는 임의 장치와 함께, 본원 발명의 양태들이 실제적으로 이용될 수 있을 것이다. 따라서, 본원 발명의 실시예들은 광학적 시스템들, 시각적 및/또는 광학적 프레젠테이션들에서 이용되는 디바이스들, 시각적 주변장치들 등에서 그리고 많은 수의 컴퓨팅 및/또는 원격통신 분위기들에서 이용될 수 있을 것이다.
기술된 실시예들에 대해서 구체적으로 설명하기에 앞서서, 본원 개시 내용은 제시된 특별한 구성들의 상세한 사항들로 그 적용성 및 창작성이 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 특유의 권리를 가지는 실시예들을 규정하기 위해서, 개시 내용의 양태들을 여러 가지 조합들 및 구성들로 설명할 것이다. 또한, 본원에서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이고 제한을 위한 것이 아니다.
도 1은 단일-프로젝터 (순차적) 플랫폼(120)을 이용하는 입체적인 3-차원적 영화 프로젝션 시스템(100)의 동작을 설명하는 개략도이다. 동작 중에, 좌측-눈 이미지들(102) 및 우측-눈 이미지들(104)이 프로젝터(120)로부터 편광 스위치(122)를 통해서 편광-보존(preserving) 스크린(110)을 향해서 순차적으로 투사될 수 있을 것이다. 편광-보존 스크린(110)은 프로젝터(120) 및 편광 스위치(122)로부터 편광화된 광이 영화 관람객(moviegoer)(140)으로 반사될 수 있게 허용한다. 각각의 직각으로 편광화된 광을 디코딩하여 객체(object)(106)에 대한 깊이 경험을 생성하는 안경(150)을 착용한 영화 관람객(140)들이 좌측-눈 이미지 및 우측-눈 이미지를 본다. 일반적으로, 입체적인 시청(viewing) 경험의 품질은 프로젝터 플랫폼(120)에 의해서 전달되는 높은 정도의 편광을 보존할 수 있는 시스템(100)의 능력에 따라 달라질 수 있을 것이다.
현재, LC 편광 스위치(122)는 프로젝션 렌즈의 출력부에서 동작될 수 있을 것이다. 투사 비율은 극장의 기하형태에 따라서 크게 달라질 수 있다. 투사 비율은 프로젝터로부터 스크린까지의 거리 대 스크린 폭의 비율로서 규정된다. 달리 설명하면, 투사 비율을 다음과 같이 표현될 수 있을 것이다:
투사 비율 = D/W
거리(D) 및 폭(W)이 도 1에 도시되어 있다.
프로젝터가 스크린 폭의 1 피트마다 스크린으로부터 약 1.2 피트 멀리 위치되는 1.2 미만의 투사-비율과 같은 작은 투사-비율은 LC 요소들의 각도 성능에 대해서 상당한 요건을 요구할 것이며, 그러한 요구는 콘트라스트 및 효율 손실을 초래할 수 있을 것이다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 공기 중에서, 직각(normal)에 대해서 약 25°를 초과하는 광선들은 일반적이지 않다.
ZScreen은 편광 스위치(122)의 예이고, 그러한 편광 스위치는 입력 선형 편광 수단을 포함하고, 이어서 편광기에 대해서 약 ±45°로 배향된, 교차된 러빙 방향들(crossed rubbing directions)을 가지는 LC 요소들(π-셀들)의 쌍을 포함한다. 예들에는 미국 특허 제 4,792,850 호, 도 3-11 및 관련 설명들이 포함될 수 있을 것이다. ZScreen 편광 스위치들의 예들이 본원 출원인에게 양도된 Lipton 등의 미국 특허 제 4,792,850 호 및 제 7,633,666 호에 기재되어 있으며, 그러한 양 특허들은 본원에서 참조에 의해서 포함된다. 편광 스위치의 다른 예가 본 출원인에게 양도된 Robinson의 미국 특허 제 7,528,906 호를 참조하여 설명되어 있다.
ZScreen을 참조하면, π-셀들이 실질적으로 동기식으로 동작하고, 그에 따라 하나의 셀이 고전압 상태(VH)일 때, 다른 셀은 저전압 상태(VL), 또는 홀딩 전압이 될 수 있을 것이다. 전압들이 서로 교환될 때, 셀들은 약 ±45°의 배향들 사이에서 스위칭될 수 있는 광학적 축을 가지는 1/4 파장 리타더(retarder)와 같이 집합적으로 거동할 수 있을 것이다. 매칭된 원형 편광 안경 렌즈들과 쌍을 이룰 때, 원칙적으로, 높은 콘트라스트 뉴트럴(neutral) 오프-상태의 결과를 초래할 수 있을 것이고, 이때 제로-오더(zero-order) 절반-파장 리타더와 연관된 크로마틱(chromatic) 온-상태가 된다. ZScreen을 통한 광선 방향이 직각 방향으로부터 벗어날 때, 이러한 비교적 이상적인 상황들의 세트가 파괴된다.
대략적으로 직각인 입사에서, π-셀은 선형 가변형 리타더로서 기능한다. 그러나, π-셀은 다른 입사 각도들에서는 선형 가변형 리타더로서 기능하지 않을 것인데, 이는 디렉터(director) 프로파일의 불균일성 때문이다. π-셀들과 관련된 디렉터 분배의 하나의 결과는, 필요한 스위칭을 달성하기 위해서 요구되는 것 보다 상당히 더 큰 지연을 셀이 포함한다는 것이다. 예를 들어, 약 140 nm의 스위칭을 전달하기 위해서 약 500 nm의 지연을 초과하는 셀을 이용하는 것이 바람직할 수 있을 것이다. 이러한 부가적인 지연은 시계(Field of View; FOW) 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있을 것이다. 일반적으로, 디렉터 프로파일로 인해서, 거동은 순수 지연 시프트 수직-이탈(pure retardation shift off-normal)이 되지 않는다. 따라서, 필름 보상을 이용하여 FOV를 증가시키기 위한 기술의 유효성이 제한된다.
편광 보상기들이 G. Sharp 등의 "Polarization Engineering for LCD Projection (2005)"라는 책에 전반적으로 설명되어 있고, 그 내용이 본원에서 참조로 포함된다. 편광 보상기들은 다이렉트 뷰 LC 디스플레이들의 FOV를 개선하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 보상 기법은 LC 모드 및 셀 레시피(recipe)에 따라서 달라질 수 있을 것이다. 몇 가지 모드들이, 각각에 대한 보상 기법을 가지는, In Plane Switching (IPS), Vertically Aligned (VA), 및 Twisted Nematic (TN) 제품들을 포함하는 현재의 LCD 제품들에서 이용될 수 있을 것이다. A-플레이트 및 C-플레이트 거동에 대한 비교적 많은 수의 옵션들과 함께 보상기 필름들이 이용될 수 있을 것이고, 이때 보상기들은 O-플레이트(경사; oblique) 거동을 비교적 가지지 않을 것이다(rare). A-플레이트 및 C-플레이트의 모두 또는 전자의 예들은 폴리머 필름들의 주조(casting)/압출 및 연신에 의해서 제조된다. 후자 또는 O-플레이트의 예를 들면, 트리아세틸셀룰로즈(Triacetylcellulose; TAC) 시트 상에 코팅된 디스코틱(discotic) LC 폴리머를 가지는, Fuji가 공급하는 WV 필름이 있다. 많은 공급자들이 많이 공급하는 효과적인 보상 기법들을 확인하는 것이 바람직할 것이다.
능동 매트릭스 디스플레이 장치들과 달리, 편광 스위치들은 비교적 높은 전압 레벨들에서 동작될 수 있을 것이다. 이러한 전압 레벨들에서의 동작의 하나의 이점에는, 지연 스윙(swing)을 최대화하면서도 이루어질 수 있는, 보다 빠른 스위칭이 포함될 수 있을 것이다. 이는, 완전히(fully) 에너지화된 상태에서 디렉터 프로파일을 실질적으로 균질화하는 추가적인 장점을 가지고, 그에 따라 보상의 유효성을 증가시킨다. 전압이 충분히 높다면, VH 상태에서 π-셀이 실질적으로 포지티브 C-플레이트와 같이 거동할 것이다. 즉, LC 재료는 기판에 대해서 대략적으로 수직인 광학적 축을 가지는 포지티브 단축(uniaxial) 리타더와 같이 거동한다. 본원 개시 내용에 따라서, 실질적으로 균질한 디렉터 프로파일을 달성하기 위해서, VH 전압 크기(amplitude)는, 예를 들어, 3.5 미크론 셀에 걸쳐서 약 20V를 초과할 수 있을 것이다. 셀의 장기간 신뢰성 및 성능을 보장하기 위해서 DC 밸런스드 파형(balanced waveform)이 이용될 수 있을 것이며, 그렇지 않으면 이온 이동에 의해서 품질이 저하될 수 있을 것이다. 스위칭되지 않은 재료가 경계에서 유지될 수 있는 한편, 전압이 적절하다면, 그것은 성능에 거의 영향을 미치지 않을 수 있을 것이다. 결과적으로, VL 스테이트 내의 π-셀이 매우 불균질한 디렉터 프로파일을 가질 수 있을 것이고, 이는 보상하기가 비교적 어려울 수 있을 것이다.
이러한 개시 내용의 하나의 실시예에 따라서, 네거티브 C-플레이트 보상, 또는 유사한 기능의 임의의 보상기가 도 2a에 도시된 바와 같이 2개의 셀들 사이에 삽입될 수 있을 것이다. 하나의 셀이 ZScreen의 동작 중에 항상 대략적으로 완전히 에너지화될 수 있을 것이기 때문에, 완전히 에너지화된 셀이 FOV의 손실에 실질적으로 기여하지 않도록, 네거티브 C-플레이트가 보장할 수 있다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, ZScreen과 안경 사이에 네거티브 C-플레이트를 도입하는 것은 부가적인 FOV 증강을 성취할 수 있을 것이다. 적절하게 디자인된 보상기들의 장점들이 예로서 기재되어 있다.
본원 발명의 개시 내용에 따라서, ON-상태 컬러 및 휘도 균일도뿐만 아니라, OFF-상태 편광 콘트라스트 비율을 평가함으로써 시계(FOV) 보상형 편광 스위치가 디자인될 수 있을 것이다. OFF-상태 편광 콘트라스트 비율은 3D 고스트 레벨, 또는 크로스-토크(cross-talk)를 나타낸다. 수직 입사에서의 최대 성능을 위해서 디자인된 시스템의 경우에, 입사 각도가 커짐에 따라서, 이러한 성능 계측값들(metrics)들 중 하나 또는 둘 이상이 저하될 수 있을 것이다. 성능의 손실은 또한 일반적으로 방위각에 의존한다. 본원에 기술된 분석은 공기 중에서 30°의 입사 각도에서의 성능에 대해서 주로 집중되며, 그러한 입사 각도는 시네마 분위기에 대한 시나리오인 작은 투사-비율, 예를 들어 약 1.0의 투사-비율을 나타낸다. 컬러 균일성은, 수직 입사 색채 좌표에 대한, ZScreen을 통한 특별한 광선의 ON-상태 xy 컬러 좌표 내에서의 rms(실효값) 편차로서 측정될 수 있을 것이다. 이러한 계산은 풀-화이트(full-white) 상태에서 전형적인 DLP 시네마 프로젝터의 스펙트럼에 의해서 가중된다. 그러나, 그것은, 청색에서 보다 더 영향을 미치는 경향이 있는 편광기 흡수 및 인듐 주석 산화물(ITO) 흡수/반사와 같은, 다른 2-차 크로마틱 효과들은 포함하지 않는다.
30°의 입사각을 가지는 표준 이하-경우의 방위각에서 네거티브 C-플레이트 보상을 이용한 상태 또는 이용하지 않는 상태의, ZScreen의 성능
상태 셀 1 셀 2 QW 보상 표준 이하-케이스 출력
1 ON VL VH 45 0 Δxy = 0.11
ΔL = -31.6%
2 ON VL VH 45 -550/-250nm Δxy = 0.01
ΔL = -1.1%
3 ON VH VL -45 0 Δxy = 0.13
ΔL = -31.2%
4 ON VH VL -45 -550/-250nm Δxy = 0.01
ΔL = -1.1%
5 OFF VL VH -45 0 콘트라스트 = 2.6
6 OFF VL VH -45 -550/-250nm 콘트라스트 = 102
7 OFF VH VL 45 0 콘트라스트 = 3.1
8 OFF VH VL 45 -550/-250nm 콘트라스트 = 97
ZScreen의 ON-상태 스펙트럼은 제로-오더 절반-파장 리타더와 연관되는데, 이는, 예를 들어, ZScreen QW 리타더와 폴리카보네이트 QW(안경) 리타더의 조합 작용 때문이다. 표 1에 기재된 결과들은 이러한 재료들 모두와 연관된 복굴절(birefringence) 분산을 포함한다. 이러한 특별한 경우에, 중심 파장이 516 nm로서 선택된다. 이러한 것이 반드시 휘도를 최대화하지 않지만, 이는 청색과 적색 사이에서 보다 밸런싱된(balanced) 응답을 제공한다.
도 3은 수직 입사에서 보상되지 않은 ZScreen의 ON-상태 스펙트럼(310) 뿐만 아니라, 약 30°수직-이탈(off-normal)에서 특정 방위각들(45 방위각 및 -45 방위각)을 가지는 2개의 스펙트럼들(320 및 330)에 대한 스펙트럼 응답을 도시한 그래프(300)이다. 극한의 각도들에서 안경들을 통해서 관찰할 때, 스펙트럼에서 청색 및 적색 시프트들(shifts) 모두가 나타났고, 밝기 및 컬러 모두에서 현저한 결과들이 나타났다.
도 2a 및 2b는 분해 안경과 함께 ZScreen의 여러 가지 레이아웃들을 도시한다. 도 2a의 예시적인 레이아웃(200)은 제 1 액정 셀(202), 보상기(204), 제 2 액정 셀(206) 및 안경(208)을 포함한다. 추가적으로, 도 2b의 예시적인 레이아웃(210)은 제 1 액정 셀(212), 보상기(214), 제 2 액정 셀(216), 제 2 보상기(218) 및 안경(219)을 포함한다. 도 2a 및 2b의 보상기들은 LC 디스플레이의 FOV를 변경(alter)하기 위해 사용될 수 있고, 보상 기법은 LC 모드 및 셀 레시피(recipe)에 의존할 수 있다.
여러 가지 전압 상태의 조합들 및 분해 1/4 파동 배향에 대한 도 2a 및 2b에 도시된 구조물들을 통한 편광의 상태를 추적하기 위해서 4 x 4 Berreman 매트릭스 형식을 이용할 수 있을 것이다. 모델은 각각의 전압 상태에서 π-셀의 디렉터 프로파일을 계산하고, 그리고 그 디렉터 프로파일을 충분히 많은 수의 매트릭스 전파를 위한 얇은 균질한 층들로 분할한다. LC 매개변수들은, 완전히 에너지화된 전압이 20V이고, 그리고 홀딩 전압이 3.5V인, 신속-스위칭 π-셀들에서 이용되는 전형적인 큰-복굴절 유체에 대해서 적합할 수 있을 것이다. 저-전압 셋팅은 LC 지연을 분해 1/4 파동에 대해서 매칭시키도록 선택될 수 있을 것이고, 이는 수직 입사에서 높은 콘트라스트, 예를 들어 3,000:1 초과의 콘트라스트를 제공할 수 있을 것이다.
편광기는 하나의 방향을 따라서 실질적으로 100% 투과율(transmission)까지의 높은 투과율을 가지며, 이때 직교 방향을 따라서는 실질적으로 영(zero) 퍼센트의 투과율을 가질 것이다. 추가적으로, 편광은 TAC 요인(contribution)을 나타내기 위해서 기능적인 층의 양 측부(side) 상에서 약 60 nm 네거티브 C-플레이트 보상기를 포함할 수 있을 것이다. ZScreen의 LC 셀은 약 500 nm 내지 700 nm의 지연의 지연 범위를 포함할 수 있을 것이고, 이때 LC 유체의 분산으로 인해서 약간의 변동이 있을 수 있을 것이다. 분해기는 약 589 nm에서의 약 125 nm의 지연 및 폴리카보네이트(PC)의 유사한 분산을 가지는 QW 리타더일 수 있을 것이다. 네거티브 C-플레이트 보상기는 FOV 성능 개선을 위해서 선택될 수 있을 것이고, 그리고 이러한 모델의 목적의 경우에, 실질적으로 분산이 없이 취하여질 수 있을 것이다.
도 4 및 5는, 30°의 최대 입사각을 벗어난, 보상되지 않은 ZScreen의 OFF-상태 누설의 2개의 편광 도표들(각각 400 및 500)을 도시한 도면이다. -45 및 +45 방위각들의 표준 이하의-경우의 방위각 성능이 표 1의 라인 5 및 5에서 각각 요약되어 있다. 도 4에서, 빗금 영역(410)은 누설 영역들을 나타내고, 그리고 그래프(400) 상의 검은색 영역(420)은 실질적으로 누설이 없는 영역들을 나타낸다. 유사하게 도 5에서, 빗금 영역(510)은 누설 영역들을 나타내고, 그리고 검은색 영역(520)은 실질적으로 누설이 없는 영역들을 나타낸다. 추가적으로, -45 및 +45의 방위각들이 부호(character)가 상이할 수 있지만, 표 1에 기재된 바와 같이, 표준 이하의-경우의 방위각들에서의 성능이 유사할 수 있을 것이다. 또한, 표 1은, 보상되지 않은 ZScreen이 약 30% 보다 큰 밝기 수직-이탈의 상당한 ON-상태 손실, 및 약 0.13의 컬러 시프트 모두를 가질 수 있다는 것을 보여준다. 표준 이하의-경우의 방위각에 대한 약 30°에서의 ON-상태 루멘(lumens) 대 OFF-상태 루멘의 비율로서 계산된 콘트라스트 비율이 약 3:1이다. 그러한 성능은 고품질의 입체 경험의 경우에 수용될 수 없을 것이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 네거티브 C-플레이트 보상기가 액정 셀들 사이에 삽입될 수 있을 것이고, 그리고 제 2 네거티브 C-플레이트 보상기가 ZScreen과 분해 원형 편광기(안경) 사이에 삽입될 수 있을 것이다. 시스템 성능 계측값들은 지연 값들의 함수로서 평가될 수 있을 것이다. 액정 셀들 사이의 제 1 보상기의 지연이 액정 셀들 어느 하나의 네트 지연(net retardation)과 대략적으로 매칭될 때, 제 2 보상기의 지연이 액정 셀들 중 어느 하나의 네트 지연의 대략적으로 절반을 가지고, 개선된 FOV가 달성될 수 있을 것이다. 또한, 제 1 네거티브 C-플레이트 보상기의 지연이 ZScreen의 제 1 또는 제 2 LC 셀들 중 하나의 스플레이 상태 지연의 약 60-80% 범위 내가 될 것이다.
도 6a는 도 4에 도시된 상태에 상응하는, -550 nm의 네거티브 C-플레이트 지연에서의 OFF-상태 편광 누설 도표를 도시한 편광 그래프(600)이다. 도 6b는 도 4에 도시된 상태에 상응하는, -500 nm 및 -250 nm의 네거티브 C-플레이트 지연에서의 OFF-상태 편광 누설 도표를 도시한 편광 그래프(610)이다. 그래프들(600 및 610) 모두는 도 4의 검은색 영역(420)에 대비하여 누설이 실질적으로 없는 또는 누설이 거의 없는 보다 큰 영역들을 나타낸다. 누설이 실질적으로 없는 또는 누설이 거의 없는 영역들은 그래프들(600 및 610) 상에서 검은색 영역들(605 및 615)로 표시되어 있다.
도 7a는 도 5에 도시된 상태에 상응하는, -550 nm의 네거티브 C-플레이트 지연에서의 OFF-상태 편광 누설 도표를 도시한 편광 그래프(700)이다. 도 7b는 또한 도 5에 도시된 상태에 상응하는, -500 nm 및 -250 nm의 네거티브 C-플레이트 지연에서의 OFF-상태 편광 누설 도표를 도시한 편광 그래프(710)이다. 표 1은 표준 이하의-경우의 방위각 성능을 요약하고 있으며, 이는 보상되지 않은 경우에 대비하여 3개의 성능 계측값들을 개선시킬 수 있을 것이다. 도 6a 및 6b와 유사하게, 도 7a 및 7b의 그래프들(700 및 710)은, 도 5의 그래프(500)에 대비할 때, 누설이 실질적으로 없는 보다 큰 영역들을 나타낸다.
다른 중요한 계측값들은 ON-상태 성능 개선에 대한 것이고 그리고 휘도 손실 및 컬러 시프트 감소를 나타낼 수 있을 것이다. 표준 이하의-경우의 휘도 손실은 보상되지 않은 경우의 약 31.6%에 대비하여 약 1.1%가 된다. 표준 이하의-경우의 컬러 시프트는 보상되지 않은 경우의 약 0.13에 대비하여 약 0.01이 된다.
본원에서 사용된 바와 같이, "실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 항목들 사이의 관련성 및/또는 상응하는 용어에 대한 산업적으로-용인되는 공차를 제시한다. 그러한 산업적으로-용인되는 공차는 1 퍼센트 미만으로부터 10 퍼센트까지의 범위를 가지고 그리고, 비제한적으로, 성분 값들, 각도들, 등등에 상응한다. 항목들 사이의 그러한 관련성은 1 퍼센트 미만으로부터 10퍼센트까지의 범위를 가진다.
본원에 개시된 원리들에 따른 여러 가지 실시예들을 전술하였지만, 그 실시예들은 단지 예를 나타낸 것이고 그리고 제한하지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다. 따라서, 실시예(들)의 범위나 폭은 전술한 예시적인 실시예들 중 어느 하나의 실시예에 의해서 제한되지 않아야 할 것이고, 임의의 청구항들 및 본원의 개시내용으로부터 유추되는 청구항들의 균등물들에 따라서만 규정되어야 할 것이다. 또한, 전술한 장점들 및 특징들이, 기술된 실시예들에서 제공되어 있으나, 그러한 청구항들을 전술한 장점들 중 임의의 장점 또는 그 모두를 달성하는 프로세스들 및 구조들에 적용하는 것으로 제한되지 않아야 한다.
추가적으로, 본원의 섹션 표제들(section headings)은 37 CFR 1.77 하의 규정에 따라 제공된 것이고 또는 오가니제이셔널 큐들(organizational cues)을 제공하기 위한 것이다. 이러한 표제들은 본원으로부터 유추될 수 있는 임의 청구항들에서 기술된 실시예(들)를 제한하거나 특징화하지 않을 것이다. 구체적으로 그리고 예로서, 표제가 "기술 분야"에 대해서 기재하고 있지만, 청구항들은 소위 분야를 설명하기 위해서 이러한 표제하에 선택된 언어에 의해서 제한되지 않아야 할 것이다. 또한, "배경"에서의 기술에 관한 설명은 특정 기술이 본원에서 개시된 임의 실시예(들)에 대한 종래 기술이라고 인정하는 것으로 간주되지 않아야 한다. "요약"이 청구항들에 기재된 실시예(들)를 특징화하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 또한, 이러한 개시 내용 중에서 단수(singular)의 "발명"에 대한 임의의 언급은 이러한 개시 내용에서 하나의 신규성만이 존재하는 것으로 이해되지 않아야 할 것이다. 복수의 실시예들이 이러한 개시 내용으로부터의 복수의 청구항들에 대한 제한들에 따라서 설정될 수 있을 것이고, 그에 따라, 그러한 청구항들은 청구항들에 의해서 보호되는 실시예(들) 및 그 균등물들을 규정한다. 모든 경우들에서, 그러한 청구항들의 범위는 이러한 개시 내용에 비추어 자체적인 장점들을 가지는 것으로 간주 되어야 할 것이나, 본원에 기재된 표제들에 의해서 구속되지 않아야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 초기 편광 배향을 갖는 선형으로 편광화된 광을 변형시키는 편광 스위치로서:
    상기 초기 편광 배향에 대해 45도 또는 -45도의 제 1 배향 축을 가지는 제 1 액정 셀;
    상기 초기 편광 배향에 대해 45도 또는 -45도의 제 2 배향 축을 가지는 제 2 액정 셀; 및
    상기 제 2 액정 셀의 제 1 측과 상기 제 1 액정 셀 사이에 위치된 적어도 제 1 보상 층을 포함하고,
    상기 제 1 배향 축 및 상기 제 2 배향 축은 서로 교차하고, 상기 제 1 보상 층은 편광 스위치를 통한 시계(field of view)를 개선하도록 동작될 수 있는 것인, 편광 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 층은 네거티브 C-플레이트 보상기인 것인, 편광 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 층은 상기 제 1 액정 셀과 제 2 액정 셀의 네트 지연(net retardation)과 매칭되는 지연을 가지는 것인, 편광 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 층은 폴리카보네이트(polycarbonate)를 포함하는 것인, 편광 스위치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 2 보상 층을 더 포함하는, 편광 스위치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 보상 층은 상기 제 2 액정 셀의 제 2 측에 인접하는 것인, 편광 스위치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 보상 층은 네거티브 C-플레이트 보상기인 것인, 편광 스위치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 층은 상기 제 1 액정 셀 또는 상기 제 2 액정 셀 중 하나의 스플레이-상태 지연(splay-state retardation)의 60-80%의 범위의 제 1 보상 지연을 가지는 것인, 편광 스위치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 보상 층은 상기 제 1 액정 셀 또는 상기 제 2 액정 셀 중 하나의 스플레이-상태 지연의 절반의 제 2 보상 지연을 가지는, 편광 스위치.
  10. 편광 스위치의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법으로서:
    초기 편광 배향에 대해 45도 또는 -45도의 제 1 배향 축을 가지는 제 1 액정 셀을 광학적 경로 상에 제공하는 단계;
    상기 광학적 경로 상에서 상기 제 1 액정 셀 다음에 위치하도록 적어도 제 1 보상 층을 제공하는 단계; 및
    상기 광학적 경로 상에, 상기 적어도 제 1 보상 층 다음에, 초기 편광 배향에 대해 45도 또는 -45도의 제 2 배향 축을 가지는 제 2 액정 셀을 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 배향 축과 상기 제 2 배향 축은 서로 교차하는 것인, 편광 스위치의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 층은 네거티브 C-플레이트 보상기인 것인, 편광 스위치의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 층은 상기 제 1 액정 셀과 상기 제 2 액정 셀의 네트 지연과 매칭되는 지연을 가지는 것인, 편광 스위치의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 층은 폴리카보네이트로 이루어진 분산체(dispersion)를 구비하는 것인, 편광 스위치의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 광학적 경로 상에서 상기 제 2 액정 셀 다음에 위치하도록 제 2 보상 층을 제공하는 단계를 더 포함하는, 편광 스위치의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 보상 층은 네거티브 C-플레이트 보상기인 것인, 편광 스위치의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 층은 상기 제 1 액정 셀 또는 제 2 액정 셀 중 하나와 동일한 스플레이-상태 지연의 60-80%의 제 1 보상 지연을 가지는, 편광 스위치의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 보상 층이 상기 제 1 액정 셀 또는 제 2 액정 셀 중 하나의 스플레이-상태 지연의 절반의 제 2 보상 지연을 가지는, 편광 스위치의 각도 민감도를 보상하기 위한 방법.
  18. 프로젝션 시스템으로서:
    광을 출력하도록 동작될 수 있는 프로젝션 하위시스템(subsystem); 및
    상기 프로젝션 하위시스템으로부터 광을 수용하도록 동작될 수 있는 편광 하위시스템을 포함하고,
    상기 편광 하위시스템은:
    광학적 경로 상의 제 1 액정 셀;
    상기 광학적 경로상에서 상기 제 1 액정 셀 다음에 위치된 적어도 제 1 보상 층;
    상기 광학적 경로 상에서 상기 적어도 제 1 보상 층 다음에 위치된 제 2 액정 셀; 및
    상기 광학적 경로 상에서 상기 제 2 액정 셀 다음에 위치된 적어도 제 2 보상 층을 포함하고,
    상기 제 1 액정 셀은 초기 편광 배향에 대해 45도 또는 -45도의 제 1 배향 축을 가지고, 상기 제 2 액정 셀은 초기 편광 배향에 대해 45도 또는 -45도의 제 2 배향 축을 가지고, 상기 제 1 배향 축과 상기 제 2 배향 축은 서로 교차하는 것인, 프로젝션 시스템.
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020137003600A 2010-07-13 2011-07-13 근거리 3ｄ 프로젝션을 위한 시계 보상 편광 스위치 KR101878508B1 (ko)

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US61/363,826 2010-07-13
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