KR101998495B1 - 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈 및 나안 3d 디스플레이 장치 - Google Patents

멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈 및 나안 3d 디스플레이 장치 Download PDF

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KR101998495B1
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린센 첸
이민 류
동린 푸
밍 주
펭페이 주
수 쉔
얀 예
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쑤저우 유니버시티
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Abstract

멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈 및 나안 3D 디스플레이 장치에 있어서, 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈은 근접 적층된 적어도 두 개의 직사각형 도광판을 포함하고; 각 직사각형 도광판의 발광 표면에는 그것 상의 나노미터 회절 격자에 의해 형성된 상이한 지향성을 갖는 복수의 픽셀들이 구비되고; 각 직사각형 도광판은 적어도 일측 에지에 광원 세트가 구비되고; 이후 광원 세트로부터의 광은 대응하는 도광판의 내부로 들어가고, 출사 광(emergent light)은 도광판의 발광 표면 상의 멀티 픽셀 어레이의 픽셀들의 각각에서 보인다. 도광판의 멀티 레이어를 적층하여, 하나의 도광판에서 세 개의 광원 간의 간섭 문제가 해결되고, 픽셀 지향성 직사각형 도광판은, 나안 3D 디스플레이를 위한 멀티-뷰 기능 및 지향성을 갖는 이러한 도광판의 산업 응용이 가능하고, 종래 기술에서 해결되지 않은 문제를 해결하도록 수행된다.

Description

멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈 및 나안 3D 디스플레이 장치{MULTI-VIEW PIXEL DIRECTIONAL BACKLIGHT MODULE AND NAKED-EYE 3D DISPLAY DEVICE}
본 개시는 평면 패널 나안 3D 디스플레이의 기술분야에 관한 것으로, 특히 백라이트 모듈에 기초하여 제작된 멀티-뷰 지향성 백라이트 모듈 및 나안 3D 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 출원은, 그것의 전체에서 참조로서 여기에 포함되는, 2014 년 12 월 31 일자로 중국 국가 지적 재산권 국에 제출된 중국 특허 출원 제201410852242.3호 발명의 명칭 "멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈 및 나안 3D 디스플레이 장치"에 대한 우선권을 주장한다.
생활 수준의 상승으로, 평면 2D 디스플레이는 사람들의 증가하는 요구를 만족시키지 못한다. 사람들은 객체의 사실적인 프리젠테이션을 제공하는 깊이 감각을 갖는 3D 디스플레이를 추구하기 시작한다. 스테레오스코프(stereoscope)를 사용하여 구현되는 3D 디스플레이가, 1838년에 Wheatstone 에 의해 처음 제안된 이래로, 3D 디스플레이는 활발한 주제가 되어왔고, 한 세기 이상 동안 지속적인 연구 및 3D 디스플레이를 구현하기 위한 다양한 방식들이 지속적으로 제안되어 왔다.
사람의 두 눈은, 동일한 객체에 대하여 특정 거리만큼 떨어져있기 때문에, 두 눈은 서로 약간 다른 두 개의 이미지를 각각 본다. 두 이미지는 뇌에서 융합되고, 그러므로 깊이 감각을 생성한다. 3D 디스플레이의 원리는 시차 이미지가 오른쪽 눈 및 왼쪽 눈에 각각 투영되는 양안 시차에 기초하고, 뷰어(viewer)가 입체 영상을 볼 수 있도록, 왼쪽 시차 이미지(parallax image)는 왼쪽 눈에 의해서만 볼 수 있고, 오른쪽 시차 이미지는 오른쪽 눈에 의해서만 볼 수 있는 것을 보장한다.
나안 3D 이미지를 보기 위해 시각적 도움(예를 들어, 안경, 헤드-마운트 장치 등)이 필요하지 않기 때문에, 나안 3D 디스플레이 기술은 연구원으로부터 증가하는 관심을 얻고 있다. 현재, 발달된 나안 3D 디스플레이 기술은 시차 장벽 기술, 렌티큘러 어레이 기술(lenticular array technology) 등을 포함한다. 하지만, 이러한 기술들은 시차 이미지를 보는 것의 긴 시간으로 인한 낮은 해상도 및 눈의 피로와 같이 극복할 수 없는 몇몇 결함이 있다. 지향성 백라이트 기술로, 그것에서 이미지가 대안적으로 왼쪽 눈 및 오른쪽 눈에 디스플레이되고, 높은 해상도를 갖는 3D 이미지가 구현될 수 있다. 다음은 예시이다. 2005년에 대만의 Yu-Mioun Chu에 의해 제안된 것과 같이, 3D 디스플레이는 고속-스위칭 LCD 플레이트와 결합하여, 두 개의 웨지-구조 도광판, 두 개의 광원 세트 및 하나의 흡수층을 사용하여 형성된 지향성 백라이트에 의해 구현된다. 2009년에 일본의 John c.Schultz 등에 의해 제안된 것과 같이, 전해상도 3D 디스플레이는 120Hz LCD 플레이트 하나의 도광판, 두 개의 LED 광원 및 3D 필름을 사용하여 구현된다. 중국 특허 CN201320143064.8에서, 나안 3D 디스플레이를 구현하기 위해 지향성 3D 광학 구조를 결합하여 두 개의 투영 렌즈를 사용하는, 지향성 백라이트 3D 이미징 시스템이 제안되었다. 위의 지향성 백라이트 기술들은 비록 높은 이미지 해상도가 획득될 수 있지만, 단일 시야각으로 제한된다. 이러한 관점에서, 2001년에 대만의 Chin-Hung Ting 등이 제안한 멀티-시야각 3D 디스플레이를 구현할 수 있는, 멀티-사용자 3D 필름 구조가 단일 쌍의 시야각을 갖는 지향성 백라이트 시스템에 적용되었다. 이러한 3D 필름은 역사다리 구조를 갖고, 세 명의(또는 복수) 사용자에게 동시에 보여지도록 출사 광(emergent light)을 세 개(또는 그 이상)의 방향으로 투영할 수 있다. 또한, 볼록 렌즈, 다각형 프리즘 및 시차 장벽과 결합하여 LED연속 광원의 하나 이상의 세트를 사용하여 3D 디스플레이를 구현하는, 나안 3D 백라이트 모듈이 중국 특허 CN201410187534.X에서 제안되었다. 하지만, 백라이트 소스의 설계 및 고정밀 가공은 기술적으로 어렵고, 광선의 크로스토크(crosstalk)가 종종 발생할 수 있다.
국제 특허 WO2014051624 A1에서, HEWLETT는 도파관 어레이가 레드, 그린 및 블루 광을 유도하기 위해 사용된, 하이브리드 레이저와 통합된 도파관 어레이 지향성 백라이트를 사용하여 구현되는 멀티-시야각 디스플레이를 제안했고, 광 빔의 지향성 유도는 픽셀 격자를 사용하여 구현된다. 이러한 방법으로, 컬러 멀티-뷰 3D 디스플레이가 구현될 수 있다. 하지만, 컬러 멀티-뷰 3D 디스플레이는 하이브리드 레이저를 제조 공정에 대하여 높은 요구사항을 갖고, 높은 비용을 갖는 도파관 어레이 베이스에 통합함으로써 구현되고, 그러므로 산업적 대량 생산에 도움이 되지 않는다.
2013년에, 네이쳐지(journal Nature)의 논문에서 HEWLETT에 의해, LCD 기술, 멀티-뷰 나안 3D 디스플레이와 결합하여 구현할 수 있는, 멀티-뷰 픽셀 격자 지향성 백라이트 소스가 제안되었다. 지향성 백라이트 소스는 주로 도광판, 시준 광원 및 나노-회절 격자를 포함한다. 시준 편광(Collimated polarized light)은 전반사의 방법으로 도광판 내에 전달되고, 픽셀 나노-회절 격자의 표면 상에 입사된다. 상이한 시야각에서 광의 회절은 상이한 주기 및 상이한 배향각으로 나노-회절 격자 픽셀을 설계함으로써 달성될 수 있다. 컬러 디스플레이를 획득하기 위해, 육각형 도광판이 레드 광, 그린 광 및 블루 광의 지향성 유도를 위해 이 논문에 적용된다. 하지만, 이러한 육각형 도광판은 디스플레이 방법으로 존재하는 평면 패널 디스플레이와 매치되지 않고, 예를 들어, 스마트폰의 직사각형 디스플레이에 적용되기가 특히 어렵다. 또한, 나노-회절 격자는 비효율적이고 비용이 많이 드는 전자 빔 노광을 사용하여 제조되고, 대형 장지의 제조에 적합하지 않다.
그러므로, 위의 육각형 도광판을 직사각형 도광판으로 변경함으로써, 나안 3D 기술에 대한 혁신적인 진전을 가져올 수 있다.
이러한 관점에서, 본 개시의 목적은 더욱 응용 가능하고, 높은 산업적 응용 가능성을 갖는, 직사각형 도광판을 사용하는 픽셀 지향성 백라이트 모듈을 제공하는 것이다.
본 개시의 목적에 기초하여, 이것은 근접 적층된 적어도 두 개의 직사각형 도광판을 포함하는 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈이 구비되고, 여기에서 상기 직사각형 도광판의 발광 표면에는 다중 픽셀 어레이가 구비되고, 각 픽셀 어레이의 픽셀들은 서로 순서화된 또는 비순서화된 방식으로 인터리빙되고(interleaved) 상기 도광판의 발광 표면 상에 균일하게 분포되며, 동일한 픽셀 어레이 내의 픽셀들에 의해 방출되는 광은 동일한 시야각을 향하고, 서로 다른 픽셀 어레이는 상이한 시야각을 갖고; 각 직사각형 도광판의 적어도 일측에는 광원 그룹이 구비되고, 상기 광원 그룹에 의해 방출되는 광은 대응하는 도광판에 들어가고, 이후 상기 도광판의 발광 표면 상의 각 픽셀 어레이의 픽셀들로부터 나오고, 상기 도광판 내의 픽셀들의 위치 이외의 위치에서 전 반사되고, 픽셀들의 각각은 나노-회절 격자이다.
바람직하게는, 상기 직사각형 도광판의 수는 두 개일 수 있고, 여기에서 제1 직사각형 도광판은 두 쌍의 평행하는 대향측(parallel opposite sides)의 일측 또는 양측 상에 제1 광원 그룹 및 제2 광원 그룹이 각각 구비되고, 제2 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 일측 또는 양측에 제3 광원 그룹이 구비되고, 상기 제1 광원 그룹, 상기 제2 광원 그룹 및 상기 제3 광원 그룹의 각각은 상이한 컬러의 단색 광을 방출한다.
바람직하게는, 상기 제1 직사각형 도광판 및 상기 제2 직사각형 도광판은 상기 제1 직사각형 도광판의 비발광 표면(non-light-emerging surface)을 마주보는 상기 제2 직사각형 도광판의 발광 표면, 또는 상기 제2 직사각형 도광판의 비발광 표면을 마주보는 상기 제1 직사각형 도광판의 발광 표면이 적층될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 직사각형 도광판 상의 상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀들의 투영은 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀들과 중첩되지 않을 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각은 상이한 컬러의 두 개의 서브-픽셀들을 포함할 수 있고, 상기 제1 광원 그룹으로부터의 광은 제1 서브-픽셀로부터 나오고, 상기 제2 광원 그룹으로부터의 광은 제2 서브-픽셀로부터 나오고, 상기 제1 서브-픽셀로부터 나오는 광은 상기 제1 서브-픽셀과 동일한 픽셀의 제2 서브-픽셀로부터 나오는 광과 동일한 방향이다.
바람직하게는, 상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각에 의해 방출되는 광은 상기 제1 직사각형 도광판을 통과한 후에 나올 수 있고, 상기 광의 나오는 방향은 상기 제1 직사각형 도광판 상의 제2 직사각형 도광판의 픽셀의 투영에 인접한 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀로부터 나오는 광의 나오는 방향(that)과 동일하거나; 또는
상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각에 의해 방출되는 광은 상기 제2 직사각형 도광판을 통과한 후에 나올 수 있고, 상기 광의 나오는 방향은 제2 직사각형 도광판 상의 제1 직사각형 도광판의 픽셀의 투영에 인접한 상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀로부터 나오는 광의 나오는 방향(that)과 동일하다.
바람직하게는, 상기 직사각형 도광판의 수는 세 개일 수 있고, 제1 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 일측 또는 양측에 제1 광원 그룹이 구비되고, 제2 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 일측 또는 양측에 제2 광원 그룹이 구비되고, 제3 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 일측 또는 양측에 배치된 제3 광원 그룹이 구비되고; 상기 제1 광원 그룹, 상기 제2 광원 그룹 및 상기 제3 광원 그룹의 각각은 상이한 컬러의 단색 광을 방출한다.
바람직하게는, 상기 제1 직사각형 도광판, 상기 제2 직사각형 도광판 및 상기 제3 직사각형 도광판은 상기 제2 직사각형 도광판의 비발광 표면을 마주보는 상기 제3 직사각형 도광판의 발광 표면, 및 상기 제1 직사각형 도광판의 비발광 표면을 마주보는 상기 제2 직사각형 도광판의 발광 표면이 적층될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 직사각형 도광판 상의 상기 제3 직사각형 도광판의 픽셀들의 투영, 제1 직사각형 도광판 상의 상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀들의 투영 및 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀들 상기 제3 직사각형 도광판의 픽셀들은 서로 중첩되지 않을 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각에 의해 방출되는 광은 상기 제2 직사각형 도광판 및 상기 제1 직사각형 도광판을 통과한 후에 나올 수 있고,
상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각에 의해 방출되는 광은 상기 제1 직사각형 도광판을 통과한 후에 나올 수 있고,
상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀에 의해 방출되는 광, 상기 제3 직사각형 도광판의 픽셀에 의해 방출되는 광 ­상기 제1 직사각형 도광판 상의 그것의 투영은 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀에 인접함-, 및 상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀에 의해 방출되는 광 ­상기 제1 직사각형 도광판 상의 그것의 투영은 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀에 인접하고, 상기 제1 직사각형 도광판 상의 제3 직사각형 도광판의 픽셀들의 투영에 인접함- 은 동일한 방향이다.
바람직하게는, 상기 광원 그룹은 단색 광원, 광원 시준 시스템 및 프리즘을 포함할 수 있고, 상기 단색 광원에 의해 방출되는 광은 상기 광원 시준 시스템에 의해 시준되고, 이후 상기 프리즘을 통해 상기 직사각형 도광판에 들어가고, 전 반사된다.
바람직하게는, 상기 광원 시준 시스템은 평면 프레넬 렌즈 어레이(planar Fresnel lens array)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 광원 그룹은 레드 광, 그린 광 및 블루 광을 각각 방출하는 제1 광원 그룹, 제2 광원 그룹 및 제3 광원 그룹을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 다중 픽셀 어레이의 시야각은 연속 분포를 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 다중 픽셀 어레이의 시야각은 0도에서 50도까지의 범위이다.
또한, 위의 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈, 상기 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈의 앞에 위치된 액정 패널 및 상기 액정 패널을 구동하기 위한 구동 장치를 포함하는 본 개시에 따른 나안 3D 디스플레이 장치가 제공된다.
바람직하게는, 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 일측에 광원이 구비될 수 있고, 상기 액정 패널 상의 픽셀들은 상기 직사각형 도광판의 픽셀들과 각각 정렬되고, 시야각에서 상기 직사각형 도광판에 의해 유도되는 광은 상기 시야각에서 상기 액정 패널 상의 이미지와 매치하고, 상기 다중 직사각형 도광판은 이미지를 형성하기 위해 액정에 필요한 컬러를 매치하고, 나안 3D 디스플레이를 획득하도록 컬러를 전환한다.
바람직하게는, 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 양측에 광원이 구비될 수 있고, 상기 액정 패널 상의 픽셀들은 상기 직사각형 도광판의 픽셀들과 반드시 정렬될 필요가 없고, 상기 액정 패널은 이미지 제어를 수행하도록 구성되고, 상기 도광판은 동일한 컬러의 광원으로부터의 광의 두 개의 상대적 방향 간에 능동적으로 전환하고, 상이한 시야각에서 이미지 간에 전환하도록 구성되고, 나안 3D 디스플레이는 시야각에서 상기 액정 패널 상의 이미지로 상이한 지향성 광 빔을 매칭하고, 양측에서 광원 간의 전환으로 상기 액정 패널의 이미지 리프레싱을 매칭함으로써 획득된다. 본 개시는 종래 기술과 비교할 때, 도광판의 다중 레이어가 활용되고, 그러므로 다중 광원이 하나의 직사각형 도광판에 통합될 수 없는 문제를 극복하여, 직사각형 도광판이 지향성 백라이트 모듈에 적용될 수 있다는 점에서 유리하다. 또한, 광원은 쉽게 통합될 수 있는 프레넬 렌즈 어레이를 사용하여 시준되고, 그러므로 나안 3D 기술의 대규모 응용에 대한 가능성을 제공한다.
본 개시 또는 종래 기술에서의 실시예에 따른 기술적 솔루션을 더욱 명확히 나타내기 위해, 실시예 또는 종래 기술의 설명에서 사용된 도면이 이후에 간략하게 설명된다. 명백하게, 이후에 설명된 도면은 본 개시의 몇몇 실시예를 위한 것일 뿐이고, 다른 도면이 창조적 노력없이 이러한 도면에 기초하여 당업자에 의해 획득될 수 있다.
도 1은 XY 평면에서 나노-회절 격자의 계략적인 구조도이다.
도 2는 XZ 평면에서 도 1의 나노-회절 격자의 계략적인 구조도이다.
도 3은 본 개시 제1 실시예에 따른 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈의 계략적인 구조도이다.
도 4는 단일 광원 그룹의 계략적인 구조도이다.
도 5는 본 개시의 제1 실시예에 따른 도광판의 픽셀들의 비중첩 배열을 나타내는 계략도이다.
도 6은 본 개시의 제2 실시예에 따른 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈의 계략적인 구조도이다.
도 7은 본 개시의 제2 실시예에 따른 도광판의 픽셀들의 비중첩 배열을 나타내는 계략도이다.
도 8은 본 개시에 따른 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈에 의해 형성된 3D 디스플레이 장치의 계략적인 구조도이다.
도 9는 본 개시에 따른 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈에 의해 형성된 또 다른 3D 디스플레이 장치의 계략도이다.
배경기술에서 설명된 바와 같이, 나안 3D 디스플레이를 구현하기 위한 다양한 방법들 중, 픽셀 지향성 백라이트 모듈은 그 기술분야의 연구원으로부터 관심을 얻고 있고, 넓은 시야각을 획득할 수 있는 능력 때문에 나안 3D 디스플레이에서 대규모 응용의 전망을 갖는 기술들 중 하나가 되었다.
각각, XY 평면 및 XZ 평면에서 나노-스케일의 회절 격자의 계략적인 구조도인 도 1 및 도 2가 참조된다. 격자 방정식에 따르면, 나노-회절 격자 픽셀(101)의 주기 및 배향각은 다음 관계를 만족한다.
(1)
Figure 112017069665891-pct00001
(2)
Figure 112017069665891-pct00002
여기에서 광빔은 X-축의 양의 방향을 따라 전달하고,
Figure 112017069665891-pct00003
및
Figure 112017069665891-pct00004
은 각각 회절 광빔(201)의 회절각(회절 광빔과 Z-축의 양의 방향 간의 각도) 및 방위각(회절 광빔과 X-축의 양의 방향 간의 각도)이고,
Figure 112017069665891-pct00005
및
Figure 112017069665891-pct00006
은 각각 광원(202)의 입사각(입사 광빔과 Z-축의 양의 방향 간의 각도) 및 파장이고,
Figure 112017069665891-pct00007
은 각각 나노=회절 격자(101)의 주기 및 배향각(그루브 방향과 Y-축의 양의 방향 간의 각도)이고, n은 광 파장의 도광판에서 광 파의 굴절률을 나타낸다. 다시 말해, 입사 광빔의 파장과 입사각 및 회절 광빔의 회절각과 회절 방위각이 만족되는 경우, 나노-회절 격자의 요구되는 주기 및 요구되는 배향각이 위의 두 방정식에 따라 계산될 수 있다. 예를 들어, 650nm의 파장을 갖는 레드 광이 60°각도(굴절률이 1.5인)에서 입사되는 경우, 회절 광의 회절각은 10° 분주 광(fraction light)의 회절 방위각은 45° 나노-회절 격자의 대응하는 주기는 550nm로 계산되고, 나노-회절 격자의 대응하는 배향각은 -5.96° 계산된다.
이론적으로, 위의 원리에 기초하여, 도광판의 표면 상의 요구에 따라 결정되는 상이한 배향각 및 상이한 주기를 갖는 다중 나노-회절 격자를 제조함으로써 상이한 시야각을 향하는 충분한 광빔이 획득될 수 있다. 하나의 픽셀로서 각 나노-회절 격자를 취하고, 컬러와 그레이 스케일 제어를 조합하여, 다중 시야각을 갖는 나안 3D 디스플레이가 구현될 수 있다.
하지만, 나노-회절 격자가 구비되는 위의 도광판이 백라이트 모듈에 적용되는 경우 다음 문제가 발생한다. 나노-회절 격자에 대하여, X-축의 양의 방향 또는 음의 방향으로부터 입사되는 광은 회절된 후에 나온다. 픽셀로서의 역할을 하는 이러한 나노-회절 격자가 직사각형 도광판에 적용되는 경우가 아래에서 논의된다. 직사각형 도광판은 두 쌍의 비평행 측만을 갖지만, 컬러 표현은 레드, 그린 및 블루 세 컬러(또는 다른 세 컬러)의 조합에 의존한다. 이것은 세 컬러의 광원이 하나의 직사각형 도광판에 사용되는 경우, 동일한 쌍의 평행하는 대향측 상에 상이한 컬러의 두 개의 광원을 제공하는 것이 필요하다는 것을 나타낸다. 이러한 경우에, 두 개의 광원으로부터의 광은 양의 방향 및 음의 방향으로부터 동일한 나노-회절 격자로 입사되고, 그 결과 두 컬러의 광은 하나의 픽셀로부터 동시에 나오고, 그러므로 단색 광 대신 "혼합 광(mixed light)"을 생성한다. 그러므로, 종래 기술에서, 각 픽셀에서 단색 광을 획득하기 위해, 육각형 도광판이 세 개의 서로 다른 방향으로부터 도광판으로 입사되는 광빔을 생성하도록 설계되고, 이로 인해 "혼합 광"을 피할 수 있다. 하지만, 이러한 육각형 도광판은 임의의 존재하는 디스플레이와 매치될 수 없고, 그러므로 응용가능성이 제한되고, 이것은 멀티-뷰 지향성 백라이트 모듈의 대중화를 제한한다.
위의 기술적 문제를 해결하기 위한 요점은 직사각형 도광판의 동일한 방향에서 또는 상대적 방향에서 "다른-컬러 광"의 두 개의 빔을 피하는 방법이다.
위의 문제를 해결하기 위해, 최대 두 컬러의 광원이 하나의 직사각형 도광판 상에 구비되는 멀티-레이어 도광판의 개척 개념이 제안되고, 이를 통해 두 컬러의 광원으로부터의 광빔이 상이한 각도에서 입사되는 것을 보장하고, 그러므로 직사각형 도광판 내의 동일한 픽셀에서 "혼합 광"의 문제가 해결될 수 있다. 레드, 그린 및 블루 3가지의 컬러의 조합은 서로 다른 도광판을 사용하여 구현될 수 있다.
다음에서, 본 개시의 기술적 해결책이 상세하게 설명된다.
본 개시의 제1 실시예에 따른 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈의 계략적인 구조도인 도 3이 참조된다. 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈은 실제로 근접 적층된, 제1 직사각형 도광판(301) 및 제2 직사각형 도광판(311)을 포함한다. 광을 방출하는 표면은 직사각형 도광판의 발광 표면으로서 정의된다. 픽셀들은 각 직사각형 도광판의 발광 표면을 통해 분포되고, 각 픽셀은 하나의 나노-회절 격자를 나타낸다. 제1 직사각형 도광판(301)을 예로 들면, 회절 방향(302a 내지 302i)을 갖는 다중 나노-회절 격자(303a 내지 303i)가 명시된 방법으로 도 3에 도시된다. 이러한 나노-회절 격자는 실제로 마이크로/나노-스케일의 작은 포인트이다. 각 픽셀 어레이의 픽셀들이 순서화된 또는 비순서화된 방식으로 서로 인터리빙되는(interleaved), 다중 픽셀 어레이로부터의 다중 픽셀들 및 각 픽셀 어레이의 픽셀들은 직사각형 도광판의 발광 표면 상에 균일하게 분포된다. 동일한 픽셀 어레이의 픽셀들에 의해 방출되는 광은 동일한 시야각을 향하고, 서로 다른 픽셀 어레이는 상이한 시야각을 갖는다. 예를 들어, 직사각형 도광판에 총 열 개의 픽셀 어레이가 있다고 가정하면, 각 픽셀 어레이에 의해 형성된 개별적인 이미지는 열 개의 시야각 중 하나로부터 보여질 수 있고, 사람의 두 눈에 해당하는 임의의 두 개의 연속적인 시야각으로, 3D 이미지가 보여질 수 있다. 열 개의 픽셀 어레이의 픽셀들은 1에서 10까지의 순서로 또는 비순서화된 방식으로, 동일한 픽셀 어레이의 임의의 두 인접한 픽셀들 사이에서, 나머지 9개의 픽셀 어레이의 9개의 픽셀들이 각각 배열되는 것이 보장되는 한 간격을 두고 배열될 수 있다. 동일한 시야각으로 향하는 동일한 픽셀 어레이의 픽셀들에 의해 방출되는 광은 동일한 픽셀 어레이의 픽셀 격자가 동일한 회절각을 갖는 것을 나타내지 않지만, 이러한 격자에 의해 회절된 광은 동일한 위치를 가리키고, 여기에서 인간의 눈은 동일한 픽셀 어레이의 모든 픽셀들에 의해 방출되는 광빔을 볼 수 있다는 사실에 주의해야 한다. 픽셀 어레이의 수는 직사각형 도광판의 사이즈 및 현재 공정의 단일 픽셀의 사이즈에 따라 제한된다. 해상도를 어느 정도 희생함으로써, 다중 픽셀 어레이가 하나의 직사각형 도광판에서 제조될 수 있다. 볼 수 있는 각도(viewable angles)의 수는 픽셀 어레이의 수에 따라 증가한다. 이상적으로, 충분한 수의 픽셀 어레이의 경우에, 픽셀 어레이의 시야각은 연속 분포를 가질 수 있고, 이를 통해 3D 이미지가, 예를 들어 0-50도 사이의 임의의 시야각에서 관찰될 수 있는 효과를 달성한다.
또한, 제1 직사각형 도광판(301)은, 제1 직사각형 도광판(301)의 두 쌍의 평행하는 대향측(304a-304b 및 305a-305b)에 각각 배치되는 두 개의 광원 그룹이 구비된다. 제2 직사각형 도광판(311)은 하나의 광원 그룹이 구비된다. 대향측(304a-304b)의 광원 그룹은 제1 광원 그룹이고, 대향측(305a-305b)의 광원 그룹은 제2 광원 그룹이고, 제2 직사각형 도광판(311)의 대향측(314a-314b)의 광원 그룹은 제3 광원 그룹이다. 세 개의 광원 그룹은 레드 광, 그린 광 및 블루 광을 각각 방출한다. 각 광원 그룹은 하나 또는 두 개의 광원을 포함한다(두 개의 광원인 경우가 도면에 도시됨). 다음에서, 제1 광원 그룹은 레드 광원 그룹이고, 제2 광원 그룹은 그린 광원 그룹이고, 제3 광원 그룹은 블루 광원인 경우가 예로서 설명된다. 명백하게, 이러한 광원의 컬러는 서로 교환될 수 있고, 위의 예시로 제한되지 않는다. 몇몇 특정 시나리오에서, 위의 세 컬러는 각 광원 그룹이 서로 다른 컬러의 광을 방출하는 것을 보장하는 한, 옐로우(yellow), 시안(cyan) 및 마젠타(magenta)와 같은 임의의 다른 순색(solid colors)에 의해 교체될 수도 있다. 제1 광원 그룹은 레드 광원, 제1 광원 시준(collimation) 시스템 및 제1 프리즘(도면에 도시되지 않음)을 포함한다. 제2 광원 그룹은 그린 광원, 제2 광원 시준 시스템 및 제2 프리즘(도면에 도시되지 않음)을 포함한다. 제3 광원 그룹은 블루 광원, 제2 광원 시준 시스템 및 제3 프리즘(도면에 도시되지 않음)을 포함한다. 다음에서, 제1 광원 그룹이 예시로서 설명된다. 도 4를 참조하면, 제1 광원 그룹은 레드 광원(401), 평면 프레넬 렌즈 어레이(402) 및 프리즘(403)을 포함한다. 레드 광원(401)에 의해 방출되는 광빔(404)은 제1 광원 시준 시스템(402)를 통과한 후 평면파로 시준되고, 이후 프리즘(403)을 통해 제1 직사각형 도광판(301)으로 향하고, 제1 직사각형 도광판(301)에 전반사 광(406)을 형성한다. 제1 직사각형 도광판(301) 내의 전반사 광이 픽셀들의 위치에서 나노-회절 격자를 만나는 경우, 전반사 광은 나노-회절 격자에 의해 회절되어 나오고, 이를 통해 상이한 방향에서 출사 광(407)을 형성한다. 이러한 설계된 나노-회절 격자의 규제 하에서, 출사 광(407)은 지향적으로 유도되고, 이를 통해 다중 지향성 이미지를 형성하기 위한 광원을 제공한다.
도면에 도시된 방법에서, 제2 직사각형 도광판(311)은 제1 직사각형 도광판(301)의 비발광 표면을 마주보는 제2 직사각형 도광판(311)의 발광 표면을 갖는 제1 직사각형 도광판(301)이 적층된다. 또 다른 실시예에서, 제2 직사각형 도광판(311)은 제2 직사각형 도광판(311)의 비발광 표면을 마주보는 제1 직사각형 도광판(301)의 발광 표면을 갖는 제1 직사각형 도광판(301)이 적층될 수 있다. 두 방법은 서로 교환 가능하다. 도면에 도시된 방법은 예시로서 설명된다. 각 직사각형 도광판은 실제로 어느 정도 투명성을 갖는 박막이기 때문에, 두 개의 적층된 직사각형 도광판이 서로 적층되는 사이에, 상대적으로 낮은 위치에서 제2 직사각형 도광판(311)에 의해 방출되는 광은 제1 직사각형 도광판(301)을 통해 전달된 후에 나온다. 도광판 내의 광빔은 일반적으로 전반사 방식으로 전달되지만, 나노-회절 격자에 의해 회절된 이후에, 정상적인 방출 각도는 0 도 내지 +/-30 도의 범위라는 것에 주의한다. 그러므로, 제2 직사각형 도광판(103b)를 커버하는 제1 직사각형 도광판(103a)를 통과할 때, 제2 직사각형 도광판(103b)에 의해 방출되는 광빔은 전반사되지 않지만, 광의 작은 부분만이 반사되고 흡수되는 제1 직사각형 도광판을 통해 거의 전달된다. 총 투과율은 도광판의 물질에 의존한다. 도광판이 높은 투과율을 갖는 물질로 만들어지는 경우, 제2 직사각형 도광판(311)에 의해 방출되고, 제1 직사각형 도광판(first rectangular light plate)(301)에 의해 전달되는 광빔에 대한 투과율은 85% 이상일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 반사되고 흡수된 광빔의 일부를 고려하면, 전면 및 후면 도광판의 광원은 제2 직사각형 도광판(311)의 광원의 강도가 제2 직사각형 도광판(311) 위의 제1 직사각형 도광판(301)의 광원의 강도보다 더 크도록 설계될 수 있고, 이를 통해 제2 직사각형 도광판(311)에 의해 방출되고, 제1 직사각형 도광판(301)을 통해 전달된 광빔이 제1 직사각형 도광판(301)의 광원에 의해 방출되고, 제1 직사각형 도광판(301)으로부터 나오는 광원과 거의 동일한 강도를 가질 수 있는 전반적인 효과를 달성할 수 있다. 이러한 방식으로, 몇몇 픽셀들에 의해 방출되는 광빔은 밝은 반면에, 몇몇 다른 픽셀들에 의해 방출되는 광빔은 상대적으로 희미하게 되는(dim) 문제점이 이러한 모듈로 제조된 디스플레이 장치에서 회피될 수 있다.
또한, 두 개의 적층된 직사각형 도광판에서, 제1 직사각형 도광판(301) 상의 제2 직사각형 도광판(311)의 픽셀들의 투영은 제1 직사각형 도광판의 픽셀들과 중첩되지 않는다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 직사각형 도광판(311)의 픽셀들(501c, 502c 및 503c)은 제1 직사각형 도광판(301)의 픽셀들(501a에서 501b, 502a에서 502b 및 503a에서 504b)과 중첩되지 않는다. 그러므로, 제2 직사각형 도광판(311)의 각 픽셀에 의해 방출되는 광빔은 제1 직사각형 도광판(103a)의 픽셀들 중 어떠한 것으로 들어가지 않고, 이를 통해 픽셀들 간에 간섭을 피한다.
또한, 존재하는 디스플레이 장치의 유사한 원리에 기초하여, 인간의 눈에 의해 보여지는 픽셀은 실제로 레드, 그린 및 블루 세 개의 서브-픽셀들로 구성된다. 이러한 실시예에서, 레드, 그린 및 블루 세 개의 서브-픽셀들은 제1 직사각형 도광판(301)의 두 개의 서브-픽셀들 및 제2 직사각형 도광판(311)의 서브-픽셀로 구성된다. 제1 직사각형 도광판(301)에서, 각 픽셀은 상이한 컬러의 두 개의 서브-픽셀들을 포함하고, 여기에서 제1 광원 그룹으로부터의 광은 제1 서브-픽셀로부터 나오고, 제2 광원 그룹으로부터의 광은 제2 서브-픽셀로부터 나오고, 동일한 픽셀의 두 개의 서브-픽셀들로부터 나오는 광은 동일한 방향이다. 명백하게, 제2 직사각형 도광판과 함께 고려할 때, 하나의 픽셀은 세 개의 서브-픽셀들을 포함하는 것으로서 이해되어야 하고, 동일한 픽셀 내의 세 개의 서브-픽셀들은 동일한 출사 방향을 갖는다. 제2 직사각형 도광판(311)의 픽셀에 의해 방출되는 광은 제1 직사각형 도광판(301)을 통과하고, 제1 직사각형 도광판(301) 상의 제2 직사각형 도광판(311)의 픽셀의 투영에 인접한 제1 직사각형 도광판(301)의 픽셀에 의해 방출되는 광과 동일한 방향으로 나온다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 직사각형 도광판(301)의 픽셀들(501a 및 501b)은 제1 광원 및 제2 광원에 의해 방출되는 광에 각각 대응하고, 제2 직사각형 도광판(311)의 픽셀(501c)은 제3 광원에 의해 방출되는 광에 대응한다. 픽셀들(501a, 501b 및 501c)에 의해 방출되는 광은 동일한 방향이 된다. 이러한 경우는 픽셀들(502a 내지 502c) 및 픽셀들(503a 내지 503c)에 대하여 동일하다.
본 개시의 제2 실시예에 따른 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈의 계략적인 구조도인 도 6이 참조된다. 이러한 실시예에서, 각 직사각형 도광판의 발광 표면이 상이한 배향을 갖는 다중 픽셀이 구비되는 총 세 개의 직사각형 도광판이 있다. 도면에 도시된 제1 직사각형 도광판(601)을 예로 들면, 광이 시야각(603a-603i)으로 향하게 하기 위해, 다중 나노-격자 픽셀들(602a 내지 602i)은 제2 직사각형 도광판(601)의 발광 표면 상에 배열된다. 픽셀들은 제1 실시예와 동일한 방법으로 배열되고, 이것은 여기에서 반복하지 않는다. 각 직사각형 도광판은 하나의 광원 그룹만이 구비된다. 제1 직사각형 도광판(601)은 한 쌍의 평행하는 대향측(604a 및 604b) 상에서만 제1 광원 그룹이 구비되고, 제2 직사각형 도광판(611)은 한 쌍의 평행하는 대향측(614a 및 614b) 상에서만 제2 광원 그룹이 구비되고, 제3 직사각형 도광판(621)은 한 쌍의 평행하는 대향측(624a 및 624b) 상에서만 제3 광원 그룹이 구비된다. 제1 광원 그룹, 제2 광원 그룹, 제3 광원 그룹의 각각은 상이한 컬러를 갖는 단색 광을 방출한다. 제1 실시예와 유사하게, 세 개의 직사각형 도광판은 일체형 백라이트 모듈을 형성하도록 서로 적층된다. 도면에 계략적으로 도시된 바와 같이, 세 개의 직사각형 도광판은 제2 직사각형 도광판(611)의 비발광 표면을 마주보는 제3 직사각형 도광판(621)의 발광 표면 및 제1 직사각형 도광판(601)의 비발광 표면을 마주보는 제2 직사각형 도광판(611)의 발광 표면이 함께 적층된다. 분명히, 세 개의 직사각형 도광판은 서로 정렬하여 적층될 수 있고, 이것은 여기에서 설명되지 않는다. 적층된 세 개의 직사각형 도광판에서, 제1 직사각형 도광판(601) 상의 제3 직사각형 도광판(621)의 픽셀들의 투영, 제1 직사각형 도광판(601) 상의 제2 직사각형 도광판(611)의 픽셀들의 투영 및 제1 직사각형 도광판(601)의 픽셀들은 서로 중첩되지 않는다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 직사각형 도광판(601)의 픽셀들(701a, 702a 및 703a), 제2 직사각형 도광판(611)의 픽셀들(701b, 702b 및 703b) 및 제3 직사각형 도광판(621)의 픽셀들(701c, 702c 및 703c)은 정렬되지 않는다.
세 개의 광원 그룹의 각각은 광원, 광원 시준 시스템 및 프리즘을 포함하고, 그것의 기능은 제1 실시예에서의 기능과 동일하다. 예를 들어, 제1 광원 그룹에 포함된 광원은 레드 광원이고, 제2 광원 그룹에 포함된 광원은 그린 광원이고, 제3 광원에 포함된 광원은 블루 광원이다. 세 개의 직사각형 도광판의 발광 표면은 대응하는 컬러의 광을 각각 방출한다.
세 개의 직사각형 도광판 간의 위치적 관계에 따르면, 제3 직사각형 도광판(621)의 각 픽셀에 의해 방출되는 광은 제2 직사각형 도광판(611) 및 제1 직사각형 도광판(601)을 통과한 후에 나오고, 제2 직사각형 도광판(611)의 각 픽셀에 의해 방출되는 광은 제1 직사각형 도광판(601)을 통과한 후에 나온다. 또한, 제1 직사각형 도광판(601)의 픽셀에 의해 방출되는 광, 투영 위치가 제1 직사각형 도광판의 상기 픽셀에 인접하는 제3 직사각형 도광판(621)의 대응하는 픽셀에 의해 방출되는 광 및 투영 위치가 제1 직사각형 도광판의 상기 픽셀에 인접하는 제2 직사각형 도광판(611)의 대응하는 픽셀에 의해 방출하는 광은 동일한 방향으로 나온다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 도광판(601)의 픽셀(701a)에 의해 방출되는 광, 제2 도광판(611)의 픽셀(701b)에 의해 방출되는 광 및 제3 도광판(621)의 픽셀(701c)에 의해 방출되는 광은 동일한 방향으로 나온다. 이러한 경우는 픽셀들(702a 내지 702c) 및 픽셀들(703a 내지 703c)에 대하여 동일하다. 인간의 눈의 시야 효과의 관점에서, 위의 세 개의 도광판에 의해 방출되는 광은 동일한 방향으로 세 컬러의 광의 비중첩 위치를 갖는 제1 직사각형 도광판(601)으로부터 최종적으로 나오고, 이를 통해 하나의 픽셀이 세 개의 서브-픽셀들을 포함하는 공동 디스플레이와 동일한 효과를 갖는다.
위의 두 실시예에서, 광원은 스트립형 LED 광원과 같은 단색 광원이다. 광원 시준 시스템은 광원에 의해 방출되는 산란된 광을 평행 광으로 시준하는 프레넬 렌즈 어레이이고, 이를 통해 지향성 광원으로부터 상이한 입사각에서 입사되는 광의 크로스토크를 감소시킨다.
또한, 위의 두 실시예의 확장으로서, 도광판의 조도를 증가시키기 위해, 동일한 컬러의 광원이 직사각형 도광판의 두 개의 대향측 상에 구비될 수 있고, 이를 통해 디스플레이 효과를 향상시킨다.
나안 3D 디스플레이는 위의 멀티-뷰 지향성 백라이트 모듈을 이미지 리프레싱을 수행하는 액정 패널과 결합함으로써 구현될 수 있다. 멀티-뷰 지향성 백라이트 모듈은 액정 패널과 다음의 두 방법으로 결합될 수 있다. 첫 번째 방법에서, 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 일측에 광원이 구비되고, 액정 패널 상의 서브-픽셀들은 직사각형 도광판의 서브-픽셀과 정렬되고, 직사각형 도광판에 의해 시야각에서 유도되는 광은 액정 패널 상의 이미지와 시야각에서 매치하고, 다중 직사각형 도광판은 이미지를 형성하기 위해 액정에 의해 요구되는 컬러와 매치하도록 컬러를 전환하고, 액정 패널의 연속적인 리프레싱으로, 나안 3D 디스플레이가 획득될 수 있다. 두 번째 방법에서, 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 양측에 광원이 구비되고, 액정 패널 상의 서브-픽셀들은 직사각형 도광판의 서브-픽셀들과 정렬될 필요가 없고, 이미지 제어가 액정 패널에 의해 수행되고, 도광판은 상이한 시야각에서 이미지들 간의 전환을 구현하기 위해, 두 개의 반대 방향 사이에 동일한 컬러의 광원에서 능동 전환을 수행한다. 레드 광원은 예시로서 설명된다. 직사각형 도광판(light guide)의 일측의 광원이 먼저 점등되고, 레드 픽셀은 액정 패널의 제어 하에 제1 이미지를 시야각(또는 다중 시야각)에서 방출한다. 이후, 대향측의 광원이 점등되도록 전환되고, 액정 패널의 정상적인 제어 하에 레드 픽셀들은 제1 이미지의 시야각과 대칭적으로 제2 이미지를 시야각에서 형성하여, 제1 이미지가 왼쪽 눈에 의해 수신되고, 제2 이미지가 오른쪽 눈에 의해 수신된다. 나안 3D 디스플레이는 상이한 지향성 광빔을 액정 패널 상의 이미지와 매칭하고, 액정 패널의 이미지 리프레싱을 양측에서의 광원 간의 전환과 매칭함으로써 획득될 수 있다.
본 개시에 따른 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈에 의해 형성되는 3D 디스플레이 장치의 계략적인 구조도인 도 8이 참조된다. 3D 디스플레이 장치는 상술된 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈 및 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈의 전면에 구비되는 액정 패널(811), 뿐만 아니라 액정 패널(811)을 구동하기 위한 구동 장치를 포함한다(도면에 도시되지 않음). 도면의 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈에서, 801은 모든 광원 그룹을 나타내고, 802는 직사각형 도광판의 다중 레이어를 적층함으로써 형성된 구조를 나타낸다. 시야각 분리 및 초점 효과를 고려하여, 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈 및 액정 패널(811)은 첫 번째 방법으로 결합된다. 직사각형 도광판(802)는 한 쌍의 평행하는 대향측의 일측에 광원이 구비되고, 액정 패널(11)의 시야각을 갖는 이미지 픽셀들이 직사각형 도광판(802)의 대응하는 시야각을 갖는 나노-회절 격자 픽셀들과 정렬되고, 이를 통해 다중 시야각의 이미지 분리를 획득한다. 멀티-레이어 직사각형 도광판(802)의 상이한 컬러의 픽셀들은 액정 패널의 컬러이미지와 매치되고, 액정 패널의 대응하는 픽셀들의 액정 분자에 의한 조정하에 톤 스케일 조합을 형성한다. 한편, 액정 패널의 이미지가 연속적으로 리프레시되고, 이를 통해 멀티-뷰 나안 3D 디스플레이를 획득한다. 도면의 3D 디스플레이 장치를 예로 들면, 직사각형 도광판(802)은 시야각 1, 시야각 2, 시야각 3 및 시야각 4에 각각 대응하는 나노-회절 격자 픽셀들(803a 내지 803c, 804a 내지 804c, 805a 내지 805c, 및 806a 내지 806c)을 갖도록 에칭된다(etched). 인간 눈의 동공 거리가 60mm이고, 시야각 피치(viewing angle pitch)는 동공 거리와 동일하고, 최적 시야 거리는 300mm이고, 액정 패널의 너비는 250mm이고, 나노-회절 격자 픽셀들은 직사각형 도광판의 표면 상에 균일하게 분포되고, 시야각은 시야 평면 내에 균일하게 분포되는 것이 가정된다. 계산하면, 나노-회절 격자 픽셀들(803a 내지 803c)의 시야각(회절된 광빔과 z축의 양의 방향 간의 각도, 여기에서 x-축의 양의 방향을 향하는 각도는 양의 각도로서 표현됨)은 각각 6.7°, -10.6° 및 -26.1° 나노-회절 격자들(804a 내지 804c)의 시야각은 각각 13.5°, -3.6° 및 -20.1° 나노-회절 격자들(805a 내지 805c)의 시야각은 각각 20.1°, 3.6° 및 -13.5°이고, 나노-회절 격자들(806a-806c)의 시야각은 각각 26.1°, 10.6° 및 -6.7° 한편, 액정 패널(811)의 대응하는 시야각의 픽셀들(813a 내지 813c, 814a 내지 814c, 815a 내지 815c, 및 816a 내지 816c)은 직사각형 도광판(802)의 픽셀들(803a 내지 803c, 804a 내지 804c, 805a 내지 805c, 및 806a 내지 806c)과 각각 정렬되고, 이를 통해 네 개의 시야각의 이미지 분리를 획득한다. 또한, 액정 패널의 이미지는 연속적으로 리프레시된다. 한편, 제2 실시예 및 제3 실시예에서와 같이, 멀티-레이어 직사각형 도광판의 상이한 컬러의 픽셀들은 액정 분자들의 제어 하에 생성된 이미지의 컬러와 매치한다. 그러므로, 3D 이미지, 예를 들어, 3D 이미지(820)는 임의의 두 개의 성공적인 시야각에서 보여질 수 있다. 시차가 없는 평면 이미지가 액정 패널(811)에 디스플레이되는 경우, 2-차원 평면 디스플레이가 획득될 수 있다. 그러므로, 이러한 조합은 스테레오 이미지 및 평면 이미지 모두를 지원할 수 있다.
본 개시에 따른 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈을 사용하는 또 다른 3D 디스플레이 장치의 계략도인 도 9가 참조된다. 위의 실시예와 비교하면, 이러한 실시예의 주요 관심은 고해상도 이미지를 획득하는 것이고, 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈은 두 번째 방법으로 액정 패널(911)과 결합되고, 여기에서 직사각형 도광판(902)은 한 쌍의 평행하는 대향측의 양측에 광원이 구비된다. 이러한 실시예는 주로 다중 시야각에서 3D 이미지를 생성하는 것에 관한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 901a 및 901b는 세 개의 광원 그룹을 중첩함으로써 획득된 광원 그룹을 각각 나타내고, 902는 적층된 멀티-레이어 직사각형 도광판을 나타낸다. 멀티-레이어 직사각형 도광판(902)의 나노-회절 격자 픽셀들은 액정 패널(911)의 픽셀들과의 정렬될 필요가 없다. 두 개의 광원은 교대로 동작한다. 나노-회절 격자의 회절각의 대칭성 때문에, 두 개의 시야각 간의 전환이 획득될 수 있다. 액정 패널의 이미지들의 전환과 함께, 다중 시야각의 이미지 분리가 획득될 수 있다. 예를 들어, 광원(901a)가 턴 온되고, 광원(901b)가 턴 오프될 때, 직사각형 도광판(902)의 나노-회절 격자(903)는 시야각1의 +5°(회절된 광빔과 z축의 양의 방향 간의 각도, 여기에서 x-축의 양의 방향을 향하는 각도는 양의 각도로서 나타냄)에 대응하고, 이때 시야각의 +5°를 갖는 이미지가 액정 패널(911)에 디스플레이된다. 광원(901b)이 턴 온되고, 광원(901a)이 턴 오프될 때, 직사각형 도광판(902)의 나노-회절 격자(903)는 시야각2의 -5°에 대응하고, 이때 시야각의 -5°를 갖는 이미지가 액정(911)에 디스플레이된다. 이러한 방법에서, 시야각 ±5°를 갖는 이미지 분리가 획득된다. 분리된 이미지는 사람의 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각각 대응한다. 또한, 액정 패널(911)의 이미지의 리프레싱을 광원(901a-901b)의 전환과 연속적으로 매칭하고, 멀티-레이어 도광판의 컬러 전환을 이미지 컬러와 매칭함으로써, 고해상도 3D 이미지가 획득될 수 있고, 이를 통해 나안 3D 디스플레이를 달성한다. 시차가 없는 평면 이미지가 액정 패널(911)에 디스플레이되는 경우, 2-차원 평면 디스플레이가 획득될 수 있다. 그러므로, 이러한 조합은 스테레오 이미지 및 평면 이미지 모두를 지원할 수 있다.
위의 직사각형 도광판은 자외선 연속 가변 공간 주파수 리소그래피 기술 및 나노임프린팅 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 자외선 연속 가변 공간 리소그래피 기술에 있어서, 중국 특허 출원 번호 CN201310166341.1에 개시된 리소그래피 장치 및 리소그래피 방법을 언급할 수 있다. 본 개시에서, 다양한 배향을 갖는 나노 격자가 리소그래피 방법을 사용하여 직사각형 도광판의 표면에 에칭될 수 있거나, 또는 리소그래피 방법을 사용하여 임프린팅 마스크를 먼저 제조함으로써 형성될 수 있고, 이후 나노기술을 사용하여 수많은 나노 격자의 패턴을 직사각형 도광판에 임프린팅한다는 것에 주의해야 한다.
요약하면, 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈 및 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈을 사용하여 제조되는 나안 3D 디스플레이 장치가 본 개시에 따라 설명된다. 본 개시에서, 하나의 도광판에서 세 개의 광원 간의 불가피한 간섭 문제가 도광판의 다중 레이어를 적층함으로써 해결되고, 이를 통해 픽셀 지향성 직사각형 도광판을 획득한다. 나안 3D 디스플레이 기술을 위한 이러한 멀티-뷰 지향성 도광판의 산업적 응용에 대한 실현 가능한 해결책이 제공되고, 종래 기술에서 해결되지 않은 문제가 해결된다.
개시된 실시예의 상기 설명에 의해, 당업자는 본 개시를 실시하거나 사용할 수 있다. 실시예에 대한 다양한 변경들이 당업자에게 자명하다. 여기에 제안된 일반적인 원리는 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예에서 구현될 수 있다. 그러므로, 본 개시는 여기에 개시된 실시예에 한정되지 않아야 하고, 여기에 개시된 원리 및 새로운 특징들에 부합하는 가장 넓은 범위를 갖는다.

Claims (18)

  1. 근접 적층된 두 개의 직사각형 도광판을 포함하는 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈에 있어서,
    상기 직사각형 도광판의 발광 표면에는 복수의 픽셀 어레이가 구비되고, 각 픽셀 어레이의 픽셀들은 서로 순서화된 또는 비순서화된 방식으로 인터리빙되고(interleaved) 상기 도광판의 발광 표면 상에 분포되며, 동일한 픽셀 어레이 내의 픽셀들에 의해 방출되는 광은 동일한 시야각을 향하고, 서로 다른 픽셀 어레이는 상이한 시야각을 갖고;
    제1 직사각형 도광판은 두 쌍의 평행하는 측의 대향측의 일측 또는 양측에 제1 광원 그룹 및 제2 광원 그룹이 각각 구비되고, 제2 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 측의 대향측의 일측 또는 양측에 제3 광원 그룹이 구비되고;
    상기 제1 광원 그룹, 상기 제2 광원 그룹 및 상기 제3 광원 그룹의 각각은 서로 상이한 컬러의 단색 광을 방출하고;
    각 광원 그룹에 의해 방출되는 광은 대응하는 도광판에 들어가고, 상기 도광판의 발광 표면 상의 각 픽셀 어레이의 픽셀들로부터 나오고, 상기 도광판 내의 픽셀들의 위치 이외의 위치에서 전 반사되고, 픽셀들의 각각은 나노-회절 격자인
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 직사각형 도광판 및 상기 제2 직사각형 도광판은 상기 제1 직사각형 도광판의 비발광 표면(non-light-emerging surface)을 마주보는 상기 제2 직사각형 도광판의 발광 표면, 또는 상기 제2 직사각형 도광판의 비발광 표면을 마주보는 상기 제1 직사각형 도광판의 발광 표면이 적층되는
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 직사각형 도광판 상의 상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀들의 투영은 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀들과 중첩되지 않는
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각은 상이한 컬러의 두 개의 서브-픽셀들을 포함하고, 상기 제1 광원 그룹으로부터의 광은 제1 서브-픽셀로부터 나오고, 상기 제2 광원 그룹으로부터의 광은 제2 서브-픽셀로부터 나오고,
    각 픽셀에 대해, 상기 제1 서브-픽셀로부터 나오는 광은 상기 제2 서브-픽셀로부터 나오는 광과 동일한 방향인
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각에 의해 방출되는 광은 상기 제1 직사각형 도광판을 통과한 후에 나오고, 상기 광의 나오는 방향은 상기 제1 직사각형 도광판 상의 제2 직사각형 도광판의 픽셀의 투영에 인접한 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀로부터 나오는 광의 나오는 방향(that)과 동일하거나; 또는
    상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각에 의해 방출되는 광은 상기 제2 직사각형 도광판을 통과한 후에 나오고, 상기 광의 나오는 방향은 제2 직사각형 도광판 상의 제1 직사각형 도광판의 픽셀의 투영에 인접한 상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀로부터 나오는 광의 나오는 방향(that)과 동일한
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  7. 근접 적층된 세 개의 직사각형 도광판을 포함하는 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈에 있어서,
    상기 직사각형 도광판의 발광 표면에는 복수의 픽셀 어레이가 구비되고, 각 픽셀 어레이의 픽셀들은 서로 순서화된 또는 비순서화된 방식으로 인터리빙되고(interleaved) 상기 도광판의 발광 표면 상에 분포되며, 동일한 픽셀 어레이 내의 픽셀들에 의해 방출되는 광은 동일한 시야각을 향하고, 서로 다른 픽셀 어레이는 상이한 시야각을 갖고;
    제1 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 측의 대향측의 일측 또는 양측에 제1 광원 그룹이 구비되고, 제2 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 측의 대향측의 일측 또는 양측에 제2 광원 그룹이 구비되고, 제3 직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 측의 대향측의 일측 또는 양측에 배치된 제3 광원 그룹이 구비되고;
    상기 제1 광원 그룹, 상기 제2 광원 그룹 및 상기 제3 광원 그룹의 각각은 서로 상이한 컬러의 단색 광을 방출하고;
    각 광원 그룹에 의해 방출되는 광은 대응하는 도광판에 들어가고, 상기 도광판의 발광 표면 상의 각 픽셀 어레이의 픽셀들로부터 나오고, 상기 도광판 내의 픽셀들의 위치 이외의 위치에서 전 반사되고, 픽셀들의 각각은 나노-회절 격자인
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 직사각형 도광판, 상기 제2 직사각형 도광판 및 상기 제3 직사각형 도광판은 상기 제2 직사각형 도광판의 비발광 표면을 마주보는 상기 제3 직사각형 도광판의 발광 표면, 및 상기 제1 직사각형 도광판의 비발광 표면을 마주보는 상기 제2 직사각형 도광판의 발광 표면이 적층되는
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 직사각형 도광판 상의 상기 제3 직사각형 도광판의 픽셀들의 투영, 상기 제1 직사각형 도광판 상의 상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀들의 투영, 및 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀들은 서로 중첩되지 않는
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각에 의해 방출되는 광은 상기 제2 직사각형 도광판 및 상기 제1 직사각형 도광판을 통과한 후에 나오고,
    상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀들의 각각에 의해 방출되는 광은 상기 제1 직사각형 도광판을 통과한 후에 나오고,
    상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀에 의해 방출되는 광, 상기 제3 직사각형 도광판의 픽셀에 의해 방출되는 광 ­상기 제1 직사각형 도광판 상의 그것의 투영은 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀에 인접함-, 및 상기 제2 직사각형 도광판의 픽셀에 의해 방출되는 광 ­상기 제1 직사각형 도광판 상의 그것의 투영은 상기 제1 직사각형 도광판의 픽셀에 인접함- 은 동일한 방향인
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  11. 제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 그룹은 단색 광원, 광원 시준 시스템 및 프리즘을 포함하고,
    상기 단색 광원에 의해 방출되는 광은 상기 광원 시준 시스템에 의해 시준되고(collimated), 이후 상기 프리즘을 통해 상기 직사각형 도광판에 들어가고, 전 반사되는
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광원 시준 시스템은 평면 프레넬 렌즈 어레이(planar Fresnel lens array)인
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  13. 제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 그룹은 레드 광, 그린 광 및 블루 광을 각각 방출하는 제1 광원 그룹, 제2 광원 그룹 및 제3 광원 그룹을 포함하는
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  14. 제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀 어레이의 시야각은 연속 분포를 갖는
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀 어레이의 시야각은 0도에서 50도까지의 범위인
    멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈.
  16. 제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈;
    상기 멀티-뷰 픽셀 지향성 백라이트 모듈의 앞에 위치된 액정 패널; 및
    상기 액정 패널을 구동하기 위한 구동 장치
    를 포함하는 나안 3D 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 일측에 광원이 구비되고,
    상기 액정 패널 상의 픽셀들은 상기 직사각형 도광판의 픽셀들과 각각 정렬되고,
    시야각에서 상기 직사각형 도광판에 의해 유도되는 광은 상기 시야각에서 상기 액정 패널 상의 이미지와 매치하고,
    상기 복수의 직사각형 도광판은 이미지를 형성하기 위해 액정에 필요한 컬러를 매치하고, 나안 3D 디스플레이를 획득하도록 컬러를 전환하는
    나안 3D 디스플레이 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    직사각형 도광판은 한 쌍의 평행하는 대향측의 양측에 광원이 구비되고,
    상기 액정 패널 상의 픽셀들은 상기 직사각형 도광판의 픽셀들과 비순서화된 방식으로 정렬되고,
    상기 액정 패널은 이미지 제어를 수행하도록 구성되고,
    상기 도광판은 동일한 컬러의 광원으로부터의 광의 두 개의 상대적 방향 간에 능동적으로 전환하고, 상이한 시야각에서 이미지 간에 전환하도록 구성되고,
    나안 3D 디스플레이는 시야각에서 상기 액정 패널 상의 이미지로 상이한 지향성 광 빔을 매칭하고, 양측에서 광원 간의 전환으로 상기 액정 패널의 이미지 리프레싱을 매칭함으로써 획득되는
    나안 3D 디스플레이 장치.
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