KR102039947B1 - 지향성 광원을 위한 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

낮은 깜박거림을 갖고서 넓은 측방향 및 종방향 관찰 범위에 걸쳐 관찰자에게 지향성 디스플레이를 제공할 수 있는 조명기의 어레이의 제어를 달성하도록 배열되는 이미지 형성 지향성 백라이트, 조명기 어레이 및 관찰자 추적 시스템을 포함하는 광 안내 밸브 장치를 포함하는 무안경 입체 디스플레이 장치가 개시된다.

Description

지향성 광원을 위한 제어 시스템{CONTROL SYSTEM FOR A DIRECTIONAL LIGHT SOURCE}
본 개시 내용은 일반적으로 광 변조 디바이스(light modulation device)의 조명에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 2D, 3D 및/또는 무안경 입체(autostereoscopic) 디스플레이 디바이스에 사용하기 위해 국소화된 광원으로부터 대면적 조명을 제공하기 위한 도광체(light guide)에 관한 것이다.
공간 다중화(spatially multiplexed) 무안경 입체 디스플레이는 전형적으로 렌티큘러 스크린(lenticular screen) 또는 패럴랙스 배리어(parallax barrier)와 같은 패럴랙스 구성요소를 공간 광 변조기(spatial light modulator), 예를 들어 LCD 상에 적어도 픽셀의 제1 및 제2 세트로서 배열된 이미지의 어레이와 정렬시킨다. 패럴랙스 구성요소는 픽셀의 세트 각각으로부터 광을 상이한 각각의 방향으로 지향시켜 디스플레이의 전방에 제1 및 제2 관찰 윈도우(viewing window)를 제공한다. 제1 관찰 윈도우 내에 놓인 관찰자의 눈은 픽셀의 제1 세트로부터의 광으로 제1 이미지를 볼 수 있고; 제2 관찰 윈도우 내에 놓인 관찰자의 눈은 픽셀의 제2 세트로부터의 광으로 제2 이미지를 볼 수 있다.
그러한 디스플레이는 공간 광 변조기의 기본 해상도에 비해 감소된 공간 해상도를 갖고, 또한 관찰 윈도우의 구조는 픽셀 개구(pixel aperture) 형상과 패럴랙스 구성요소 이미지 형성 기능에 의해 결정된다. 예를 들어 전극에 대한 픽셀들 사이의 갭(gap)은 전형적으로 불균일한 관찰 윈도우를 생성한다. 바람직하지 않게도, 그러한 디스플레이는 관찰자가 디스플레이에 대해 측방향으로 움직일 때 이미지 깜박거림을 보이며, 따라서 디스플레이의 관찰 자유도를 제한한다. 그러한 깜박거림은 광학 요소를 탈초점화(defocusing)시킴으로써 감소될 수 있지만; 그러한 탈초점화는 이미지 크로스토크(cross talk)의 증가된 수준을 초래하고, 관찰자에 대한 시각적 부담을 증가시킨다. 그러한 깜박거림은 픽셀 개구의 형상을 조절함으로써 감소될 수 있지만, 그러한 변화는 디스플레이 휘도를 감소시킬 수 있고, 공간 광 변조기 내에 어드레싱(addressing) 전자 장치를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 일 태양에 따르면, 투과성 공간 광 변조기를 포함하는 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있는 무안경 입체 디스플레이 장치가 제공될 수 있다. 투과성 공간 광 변조기는 그를 통과하는 광을 변조시키도록 배열되는 픽셀들의 어레이를 포함할 수 있다. 디스플레이 디바이스는 또한 도파관(waveguide)을 포함할 수 있으며, 이 도파관은 입력 단부, 및 광을 도파관을 따라 안내하기 위한 제1 및 제2 대향 안내 표면들을 갖는다. 제1 및 제2 대향 안내 표면들은 공간 광 변조기를 가로질러 입력 단부로부터 연장될 수 있다. 디스플레이 디바이스는 또한 도파관의 입력 단부를 가로질러 측방향으로 상이한 입력 위치들에 있는 광원들의 어레이를 포함할 수 있다. 도파관은 입력 단부를 가로질러 상이한 입력 위치들에 있는 광원들로부터의 입력 광을, 입력 위치들에 따라 측방향으로 분포되는 출력 방향들로 공간 광 변조기를 통해 각각의 광학 윈도우들 내로 공급하기 위해 제1 안내 표면을 통해 출력 광으로서 지향시키도록 배열될 수 있다. 무안경 입체 디스플레이 장치는 또한 디스플레이 디바이스에 대한 관찰자의 위치를 검출하도록 배열될 수 있는 센서 시스템 및 공간 광 변조기와 광원들을 제어하도록 배열될 수 이는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 서로 교번하는 좌측 및 우측 이미지 위상들에서 시간 다중화된(temporally multiplexed) 좌측 및 우측 이미지들로 광을 변조시키기 위해 공간 광 변조기를 제어하도록 배열될 수 있다. 또한, 제어 시스템은 관찰자의 검출된 위치에 따라, 광원들을 좌측 및 우측 이미지 위상들에서 작동시키도록, 선택적으로 좌측 및 우측 이미지들을 관찰자의 좌안 및 우안에 대응하는 위치들에 있는 적어도 하나의 광학 윈도우를 포함할 수 있는 관찰 윈도우들 내로 지향시키도록 배열될 수 있다. 제어 시스템은, 관찰 윈도우들의 위치가 실질적으로 고정적일 때, 광속(luminous flux)의 시간-평균이 사전결정된 값을 갖도록 개별 광원들을 단일 위상에 대해 작동시키도록 배열될 수 있다. 제어 시스템은, 관찰자의 검출된 위치의 변화에 응답하여 관찰 윈도우들의 위치를 이동시킬 때, 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 하나의 위상에서 주어진 광원의 작동을 중단시키고 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 다른 하나의 위상에서 동일한 또는 상이한 광원의 작동을 개시시킴으로써, 서로 가장 가까운 좌측 및 우측 관찰 윈도우들의 광학 윈도우들에 대응하는 광원들을 제어하도록 배열될 수 있다. 이는 좌측 이미지 위상 및 우측 이미지 위상의 각각의 인접한 쌍에 대해, 주어진 광원의 광속 및 동일한 또는 상이한 광원의 광속의 시간-평균이 0 초과이고 사전결정된 값의 2배 미만으로 될 수 있는 방식으로 이루어질 수 있다.
좌측 위상과 우측 위상 사이의 전이 영역들에서 광 방출 요소 조명기 어레이의 LED들에 대한 파형(waveform)들을 처리함으로써, 휘도 아티팩트(brightness artifact)를 야기할 수 있는 조건들이 관찰자 추적 동안 보상될 수 있다.
본 명세서에 설명되는 바와 같이 LED 구동 파형들을 변형시키는 것은 관찰자에 대한 휘도 깜박거림 효과의 출현을 감소시켜, 추적되는 관찰자에 대한 디스플레이의 품질을 개선할 수 있다. 또한, 삽입되는 펄스가 선행 펄스와 후속 펄스 사이에서 시간적으로 대략 등거리로 배열될 수 있도록 파형이 변형될 수 있다. 그러한 실시예는 움직이는 관찰자에 대한 깜박거림 아티팩트의 출현의 추가의 감소를 달성할 수 있다.
디스플레이 백라이트들은 일반적으로 도파관들과 에지 방출 광원들을 채용한다. 소정 이미지 형성 지향성 백라이트들은 조명을 디스플레이 패널을 통해 관찰 윈도우들 내로 지향시키는 추가의 능력을 갖는다. 이미지 형성 시스템이 다수의 광원들과 각각의 윈도우 이미지들 사이에 형성될 수 있다. 이미지 형성 지향성 백라이트의 일례는, 폴딩된(folded) 광학 시스템을 채용할 수 있어 또한 폴딩된 이미지 형성 지향성 백라이트의 일례일 수 있는 광학 밸브(optical valve)이다. 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 특허 출원 제13/300,293호에 기재된 바와 같이, 광이 광학 밸브를 통해 한 방향으로 실질적으로 손실 없이 전파될 수 있는 한편, 반대 방향으로 전파되는 광이 틸팅된 소면(tilted facet)들로부터의 반사에 의해 추출될 수 있다.
전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,377,295호는 일반적으로 추적 제어에서의 레이턴시(latency)로 인해 좌표들을 수정하기 위해 예측이 사용될 수 있는 것을 논의한다. 이는 기계적으로 이동되는 패럴랙스 광학 요소에 적용되는데, 그의 위치는 항상 또는 연속적으로 제어되어야 한다. 비교로서, 본 실시예는 디스플레이 조명 펄스들에 의해 설정되는 한정된 미래 시간에, 추적기 레이턴시보다는, 관찰자 위치의 예측 생성을 제공한다. 유리하게는, 위치들을 연속적으로 결정하는 것이 적절하지 않을 수 있지만, 대신에 조명의 불연속적인 미래 시간들에 결정하는 것이 적절할 수 있다. 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,959,664호는 일반적으로 관찰자의 종방향 추적 및 디스플레이 SLM의 내용의 조절에 의한 조종을 논의한다. 비교로서, 후술되는 실시예들은 디스플레이 SLM 상의 이미지의 조절 또는 슬라이싱(slicing) 없이 광학 밸브의 조명을 조절함으로써 종방향 추적을 달성할 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 대면적 및 얇은 구조를 갖는 무안경 입체 디스플레이를 제공할 수 있다. 또한, 기술될 바와 같이, 본 개시 내용의 광학 밸브들은 큰 후방 작동 거리들을 갖는 얇은 광학 구성요소들을 달성할 수 있다. 그러한 구성요소들은 무안경 입체 디스플레이들을 비롯한 지향성 디스플레이들을 제공하기 위해 지향성 백라이트들에 사용될 수 있다. 또한, 실시예들은 효율적인 무안경 입체 디스플레이를 위해 제어식 조명기를 제공할 수 있다.
본 개시 내용의 실시예는 다양한 광학 시스템들에 사용될 수 있다. 실시예는 다양한 프로젝터들, 프로젝션 시스템들, 광학 구성요소들, 디스플레이들, 마이크로디스플레이들, 컴퓨터 시스템들, 프로세서들, 자급식(self-contained) 프로젝터 시스템들, 시각 및/또는 시청각 시스템들 및 전기 및/또는 광학 디바이스들을 포함하거나 그것과 함께 작동할 수 있다. 본 개시 내용의 태양들은 광학 및 전기 디바이스들, 광학 시스템들, 프리젠테이션 시스템들 또는 임의의 유형의 광학 시스템을 포함할 수 있는 임의의 장치와 관련된 사실상 임의의 장치와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시 내용의 실시예들은 광학 시스템들, 시각 및/또는 광학 프리젠테이션들에 사용되는 디바이스들, 시각 주변 장치 등에 그리고 다수의 컴퓨팅 환경들에 채용될 수 있다.
개시되는 실시예들로 상세히 진행하기 전에, 본 개시 내용은 다른 실시예들이 가능하게 하기 때문에, 본 개시 내용은 그의 응용 또는 생성이 도시된 특정 배열들의 상세 사항으로 제한되지 않는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 개시 내용의 태양들은 그 자체로서 특유한 실시예들을 한정하기 위해 상이한 조합들 및 배열들로 기재될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어는 제한이 아닌 설명의 목적을 위한 것이다.
지향성 백라이트들은 전형적으로 광학 도파관의 입력 개구측에 배열되는 독립적인 LED 광원들의 변조를 통해 제어되는 실질적으로 전체 출력 표면으로부터 나오는 조명에 대한 제어를 제공한다. 방출된 광 방향 분포를 제어하는 것은 디스플레이를 단지 제한된 범위의 각도들로부터 1인 관찰자가 볼 수 있는 보안 기능을 위한 1인 관찰; 조명이 단지 작은 각도의 방향 분포에 걸쳐 제공되는 높은 전기 효율; 시계열적(time sequential) 입체 및 무안경 입체 디스플레이를 위한 교번하는 좌안 및 우안 관찰; 및 낮은 비용을 달성할 수 있다.
본 개시 내용의 이들 및 다른 이점들과 특징들이 본 개시 내용을 전체적으로 읽을 때 당업자에게 명백하게 될 것이다.
유사한 도면 부호가 유사한 부분을 가리키는 첨부 도면에 실시예들이 예로서 예시된다.
<도 1a>
도 1a는 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예에서 광 전파의 정면도를 예시한 개략도.
<도 1b>
도 1b는 도 1a의 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예에서 광 전파의 측면도를 예시한 개략도.
<도 2a>
도 2a는 지향성 디스플레이 디바이스의 다른 실시예에서 광 전파의 평면도를 예시한 개략도.
<도 2b>
도 2b는 도 2a의 지향성 디스플레이 디바이스의 정면도로 광 전파를 예시한 개략도.
<도 2c>
도 2c는 도 2a의 지향성 디스플레이 디바이스의 측면도로 광 전파를 예시한 개략도.
<도 3>
도 3은 지향성 디스플레이 디바이스를 측면도로 예시한 개략도.
<도 4a>
도 4a는 만곡된 광 추출 특징부를 포함한 지향성 디스플레이 디바이스에서 관찰 윈도우의 생성을 정면도로 예시한 개략도.
<도 4b>
도 4b는 만곡된 광 추출 특징부를 포함한 지향성 디스플레이 디바이스에서 제1 및 제2 관찰 윈도우의 생성을 정면도로 예시한 개략도.
<도 5>
도 5는 선형 광 추출 특징부를 포함한 지향성 디스플레이 디바이스에서 제1 관찰 윈도우의 생성을 예시한 개략도.
<도 6a>
도 6a는 제1 시간 슬롯에서 시간 다중화(time multiplexed) 이미지 형성 지향성 디스플레이 디바이스에서 제1 관찰 윈도우의 생성의 일 실시예를 예시한 개략도.
<도 6b>
도 6b는 제2 시간 슬롯에서 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스에서 제2 관찰 윈도우의 생성의 다른 실시예를 예시한 개략도.
<도 6c>
도 6c는 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스에서 제1 및 제2 관찰 윈도우의 생성의 다른 실시예를 예시한 개략도.
<도 7>
도 7은 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스를 포함하는 관찰자 추적 무안경 입체 디스플레이 장치를 예시한 개략도.
<도 8>
도 8은 다중-관찰자 지향성 디스플레이 디바이스를 예시한 개략도.
<도 9>
도 9는 프라이버시(privacy) 지향성 디스플레이 디바이스를 예시한 개략도.
<도 10>
도 10은 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 측면도로 예시한 개략도.
<도 11a>
도 11a는 웨지(wedge) 유형 지향성 백라이트의 정면도를 예시한 개략도.
<도 11b>
도 11b는 웨지 유형 지향성 백라이트의 측면도를 예시한 개략도.
<도 12>
도 12는 디스플레이 디바이스와 제어 시스템을 포함한 지향성 디스플레이 장치를 예시한 개략도.
<도 13>
도 13은 관찰 윈도우의 형성을 평면도로 예시한 개략도.
<도 14a>
도 14a는 제1 관찰 윈도우 배열을 정면도로 예시한 개략도.
<도 14b>
도 14b는 움직이는 관찰자에 대한 제2 관찰 윈도우 배열을 정면도로 예시한 개략도.
<도 15>
도 15는 관찰자 움직임 동안 윈도우 평면에서 도 14a의 윈도우의 외양을 예시한 개략도.
<도 16>
도 16은 관찰자 움직임 동안 윈도우 평면에서 추가의 관찰 윈도우의 외양을 예시한 개략도.
<도 17>
도 17은 조명 위상과 관찰자 위치 업데이트의 타이밍을 예시한 개략도.
<도 18>
도 18은 조명 위상과 비동기 관찰자 위치 업데이트의 타이밍을 예시한 개략도.
<도 19>
도 19는 조명 위상과 동기 관찰자 위치 업데이트의 타이밍을 예시한 개략도.
<도 20a>
도 20a는 그레이 스케일에 대한 펄스 진폭 변조를 예시한 개략도.
<도 20b>
도 20b는 그레이 스케일에 대한 펄스 폭 변조를 예시한 개략도.
<도 21a>
도 21a는 약한 방출기에 적합한 최대 조명 펄스를 예시한 개략도.
<도 21b>
도 21b는 보다 높은 파워의 광 방출 요소에 적합한 쵸핑된(chopped) 조명 펄스를 예시한 개략도.
<도 21c>
도 21c는 보다 높은 파워의 광 방출 요소에 적합한 보다 짧은 펄스를 예시한 개략도.
<도 21d>
도 21d는 보다 높은 파워의 광 방출 요소에 적합한 보다 짧은 펄스를 예시한 개략도.
<도 22>
도 22는 위상 펄스 위치 변조를 예시한 개략도.
<도 23>
도 23은 관찰자를 조명하기 위해 부채꼴의 빔을 제공하도록 그리고 관찰자 추적 기능을 제공하도록 배열되는 통합된 적외선 방출 요소 어레이를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 추가의 실시예를 예시한 개략도.
<도 24>
도 24는 추적되는 관찰자에 대해 한 경우에 발생하는 이중 펄스를 포함하는 조명 펄스의 개략적인 타이밍도.
<도 25>
도 25는 추적되는 관찰자에 대해 한 경우에 발생하는 미싱 펄스(missing pulse)를 포함하는 조명 펄스의 개략적인 타이밍도.
<도 26 내지 도 31>
도 26 내지 도 31은 이중 펄스의 시각적 효과를 감소시키는 추가의 실시예를 예시한 조명 펄스의 개략적인 타이밍도.
<도 32>
도 32는 이미지 깜박거림을 감소시키도록 변형된 출력으로 스위치 LED를 구동시키는 제어 방법을 예시한 개략도.
<도 33>
도 33은 제1 조명 위치와 제2 조명 위치 사이에서 제1 패턴으로 LED 어레이를 스위칭시키기 위한 개략적인 타이밍도.
<도 34>
도 34는 제1 조명 위치와 제2 조명 위치 사이에서 제2 패턴으로 LED 어레이를 스위칭시키기 위한 개략적인 타이밍도.
<도 35>
도 35는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 LED 어레이의 균일한 스위칭을 달성하는 제어 시스템을 예시한 개략도.
<도 36>
도 36은 중앙 LED 제어가 없는 상태에서 제1 조명 위치와 제2 조명 위치 사이에서 제2 패턴으로 LED 어레이를 스위칭시키는 것을 예시한 개략도.
<도 37>
도 37은 중앙 LED 제어가 없는 상태에서 제1 조명 위치와 제2 조명 위치 사이에서 제2 패턴으로 LED 어레이를 스위칭시키는 것을 예시한 개략도.
<도 38 내지 도 42>
도 38 내지 도 42는 이중 펄스의 시각적 효과를 감소시키는 조명 펄스의 개략적인 타이밍도.
<도 43>
도 43은 스위칭 LED 그룹을 식별하는 제어 방법을 예시한 개략도.
<도 44>
도 44는 제1 조명 배열에서 스위칭 LED 그룹을 식별하는 추가의 제어 방법을 예시한 개략도.
<도 45>
도 45는 제2 조명 배열에서 스위칭 LED 그룹을 식별하는 추가의 제어 방법을 예시한 개략도.
시간 다중화 무안경 입체 디스플레이는 유리하게는 광을 공간 광 변조기의 모든 픽셀로부터 제1 시간 슬롯에서 제1 관찰 윈도우로 그리고 모든 픽셀로부터 제2 시간 슬롯에서 제2 관찰 윈도우로 지향시킴으로써 무안경 입체 디스플레이의 공간 해상도를 개선할 수 있다. 따라서, 눈이 제1 및 제2 관찰 윈도우에서 광을 수광하도록 배열된 관찰자는 다수의 시간 슬롯에 걸쳐 디스플레이의 전체를 가로질러 최대 해상도 이미지를 볼 것이다. 시간 다중화 디스플레이는 유리하게는 조명기 어레이를 지향성 광학 요소를 사용하여 실질적으로 투과성인 시간 다중화 공간 광 변조기를 통해 지향시킴으로써 지향성 조명을 달성할 수 있으며, 여기에서 지향성 광학 요소는 실질적으로 윈도우 평면 내에 조명기 어레이의 이미지를 형성한다.
관찰 윈도우의 균일성은 유리하게는 공간 광 변조기 내에서의 픽셀의 배열과 관계없을 수 있다. 유리하게는, 그러한 디스플레이는 움직이는 관찰자에 대해 낮은 크로스토크 수준과 함께 낮은 깜박거림을 갖는 관찰자 추적 디스플레이를 제공할 수 있다.
윈도우 평면 내에서 높은 균일성을 달성하기 위해, 높은 공간 균일성을 갖는 조명 요소의 어레이를 제공하는 것이 바람직하다. 시계열적 조명 시스템의 조명기 요소가 예를 들어 렌즈 어레이와 조합되는 대략 100 마이크로미터의 크기를 갖는 공간 광 변조기의 픽셀에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 그러한 픽셀은 공간 다중화 디스플레이에 대해서와 유사한 어려움을 겪는다. 또한, 그러한 디바이스는 낮은 효율과 보다 높은 비용을 가져 추가의 디스플레이 구성요소를 필요로 할 수 있다.
높은 윈도우 평면 균일성은 편리하게는 거시적 조명기, 예를 들어 전형적으로 1 mm 이상의 크기를 갖는 균질화 및 확산 광학 요소와 조합되는 LED의 어레이로 달성될 수 있다. 그러나, 조명기 요소의 증가된 크기는 지향성 광학 요소의 크기가 비례하여 증가함을 의미한다. 예를 들어, 65 mm 폭의 관찰 윈도우에 이미지 형성되는 16 mm 폭의 조명기는 200 mm의 후방 작동 거리를 필요로 할 수 있다. 따라서, 광학 요소의 증가된 두께는 예를 들어 모바일 디스플레이 또는 대면적 디스플레이에 대한 유용한 응용을 방해할 수 있다.
전술된 단점을 해소하는, 공동-소유된 미국 특허 출원 제13/300,293호에 기재된 바와 같은 광학 밸브가 유리하게는 깜박거림이 없는 관찰자 추적과 낮은 크로스토크 수준을 갖는 고 해상도 이미지를 제공하면서 얇은 패키지에서 시간 다중화 무안경 입체 조명을 달성하기 위해 고속 스위칭 투과성 공간 광 변조기와 조합되어 배열될 수 있다. 전형적으로 수평인 제1 방향으로 상이한 이미지를 표시할 수 있지만 전형적으로 수직인 제2 방향으로 움직일 때 동일한 이미지를 포함할 수 있는, 관찰 위치 또는 윈도우의 1차원 어레이가 기재된다.
종래의 비-이미지 형성 디스플레이 백라이트는 흔히 광학 도파관을 채용하고, LED와 같은 광원으로부터의 에지 조명을 갖는다. 그러나, 그러한 종래의 비-이미지 형성 디스플레이 백라이트와 본 개시 내용에서 논의되는 이미지 형성 지향성 백라이트 사이에는 기능, 설계, 구조 및 작동에 있어 많은 근본적인 차이가 있다는 것을 이해하여야 한다.
일반적으로, 예를 들어, 본 개시 내용에 따르면, 이미지 형성 지향성 백라이트는 다수의 광원으로부터의 조명을 디스플레이 패널을 통해 각각의 다수의 관찰 윈도우로 적어도 하나의 축으로 지향시키도록 배열된다. 각각의 관찰 윈도우는 이미지 형성 지향성 백라이트의 이미지 형성 시스템에 의해 광원의 적어도 하나의 축 내에서 이미지로서 실질적으로 형성된다. 이미지 형성 시스템이 다수의 광원과 각각의 윈도우 이미지 사이에 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 광원 각각으로부터의 광이 각각의 관찰 윈도우 밖에 있는 관찰자의 눈에 실질적으로 보이지 않는다.
이와 대조적으로, 종래의 비-이미지 형성 백라이트 또는 도광판(light guiding plate, LGP)은 2D 디스플레이의 조명을 위해 사용된다. 예를 들어 문헌 [
Figure 112014122043742-pct00001
., Backlight Unit With Double Surface Light Emission, J. Soc. Inf. Display, Vol. 12, Issue 4, pp. 379-387 (Dec. 2004)]을 참조한다. 비-이미지 형성 백라이트는 전형적으로 넓은 관찰 각도와 높은 디스플레이 균일성을 달성하기 위해 다수의 광원 각각에 대해 다수의 광원으로부터 조명을 디스플레이 패널을 통해 실질적으로 공통 관찰 구역 내로 지향시키도록 배열된다. 따라서, 비-이미지 형성 백라이트는 관찰 윈도우를 형성하지 않는다. 이러한 방식으로, 다수의 광원 각각으로부터의 광이 관찰 구역을 가로질러 실질적으로 모든 위치에서 관찰자의 눈에 보일 수 있다. 그러한 종래의 비-이미지 형성 백라이트는 예를 들어 쓰리엠(3M)으로부터의 BEF™와 같은 휘도 향상 필름에 의해 제공될 수 있는 램버시안 조명에 비해 스크린 이득(screen gain)을 증가시키기 위해 어느 정도의 지향성을 가질 수 있다. 그러나, 그러한 지향성은 각각의 광원 각각에 대해 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 당업자에게 명백할 이들 이유 및 다른 이유로, 종래의 비-이미지 형성 백라이트는 이미지 형성 지향성 백라이트와 상이하다. 에지형(edge lit) 비-이미지 형성 백라이트 조명 구조체가 2D 랩톱, 모니터 및 TV에서 볼 수 있는 것과 같은 액정 디스플레이 시스템에 사용될 수 있다. 광은 산재하는 특징부, 전형적으로는 광이 광의 전파 방향에 상관없이 손실되게 하는 안내체의 표면 내의 국소적인 함입부를 포함할 수 있는 손실성 도파관(lossy waveguide)의 에지로부터 전파된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 광학 밸브는 예를 들어 광 밸브, 광학 밸브 지향성 백라이트 및 밸브 지향성 백라이트(valve directional backlight, "v-DBL")로 지칭되는 일종의 광 안내 구조체 또는 디바이스일 수 있는 광학 구조체이다. 본 개시 내용에서, 광학 밸브는 공간 광 변조기(때때로 "광 밸브"로 지칭됨)와 상이하다. 이미지 형성 지향성 백라이트의 일례는 폴딩된 광학 시스템을 채용할 수 있는 광학 밸브이다. 광은 광학 밸브를 통해 일방향으로 실질적으로 손실 없이 전파될 수 있고, 이미지 형성 반사기에 입사할 수 있으며, 광이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 제13/300,293호에 기재된 바와 같이 틸팅된 광 추출 특징부로부터 반사에 의해 추출되고 관찰 윈도우로 지향될 수 있도록 반대 방향으로 전파될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이미지 형성 지향성 백라이트의 예는 단차형 도파관 이미지 형성 지향성 백라이트, 폴딩된 이미지 형성 지향성 백라이트, 웨지 유형 지향성 백라이트, 또는 광학 밸브를 포함한다.
또한, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단차형 도파관 이미지 형성 지향성 백라이트는 광학 밸브일 수 있다. 단차형 도파관은, 제1 광 안내 표면과; 단차부로서 배열되는 복수의 추출 특징부가 사이사이에 배치되는 복수의 광 안내 특징부를 추가로 포함하는, 제1 광 안내 표면에 대향하는 제2 광 안내 표면을 포함할 수 있는, 광을 안내하기 위한 도파관을 포함하는 이미지 형성 지향성 백라이트를 위한 도파관이다.
또한, 사용되는 바와 같이, 폴딩된 이미지 형성 지향성 백라이트는 웨지 유형 지향성 백라이트 또는 광학 밸브 중 적어도 하나일 수 있다.
작동 중, 광은 예시적인 광학 밸브 내에서 입력 단부로부터 반사 단부까지 제1 방향으로 전파될 수 있고, 실질적으로 손실 없이 투과될 수 있다. 광은 반사 단부에서 반사될 수 있고, 제1 방향과 실질적으로 반대되는 제2 방향으로 전파된다. 광이 제2 방향으로 전파될 때, 광은 광을 광학 밸브 밖으로 방향 전환시키도록 작동가능한 광 추출 특징부에 입사할 수 있다. 달리 말하면, 광학 밸브는 일반적으로 광이 제1 방향으로 전파되도록 허용하고, 광이 제2 방향으로 전파되는 동안 추출되도록 허용할 수 있다.
광학 밸브는 큰 디스플레이 면적의 시계열적 지향성 조명을 달성할 수 있다. 또한, 거시적 조명기로부터 광을 공칭 윈도우 평면으로 지향시키기 위해 광학 요소의 후방 작동 거리보다 얇은 광학 요소가 채용될 수 있다. 그러한 디스플레이는 실질적으로 평행한 도파관 내에서 반대 방향으로 전파되는 광을 추출하도록 배열되는 광 추출 특징부의 어레이를 사용할 수 있다.
LCD와 함께 사용하기 위한 얇은 이미지 형성 지향성 백라이트 구현예가 제시되었고, 모두 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 쓰리엠의 예를 들어 미국 특허 제7,528,893호에 의해; 본 명세서에서 "웨지 유형 지향성 백라이트"로 지칭될 수 있는 마이크로소프트(Microsoft)의 예를 들어 미국 특허 제7,970,246호에 의해; 본 명세서에서 "광학 밸브" 또는 "광학 밸브 지향성 백라이트"로 지칭될 수 있는 리얼디(RealD)의 예를 들어 미국 특허 출원 제13/300,293호에 의해 실증되었다.
본 개시 내용은 광이 예를 들어 제1 면과 제1 세트의 특징부를 포함할 수 있는 단차형 도파관의 내부 면들 사이에서 앞뒤로 반사될 수 있는 단차형 도파관 이미지 형성 지향성 백라이트를 제공한다. 광이 단차형 도파관의 길이를 따라 이동할 때, 광은 제1 면 및 제1 세트의 표면에 대한 입사각을 실질적으로 변화시키지 않을 수 있으며, 따라서 이들 내부 면에서 매질의 임계각에 도달하지 않을 수 있다. 광 추출은 유리하게는 제1 세트의 표면(단차부 "트레드(tread)")에 대해 경사진 제2 세트의 표면(단차부 "라이저(riser)")에 의해 달성될 수 있다. 제2 세트의 표면이 단차형 도파관의 광 안내 작동의 일부가 아닐 수 있지만, 구조체로부터 광 추출을 제공하도록 배열될 수 있는 것에 유의하여야 한다. 반면에, 웨지 유형 이미지 형성 지향성 백라이트는 광이 연속적인 내부 표면을 갖춘 웨지 프로파일화된 도파관 내에서 안내되도록 허용할 수 있다. 따라서, 광학 밸브는 웨지 유형 이미지 형성 지향성 백라이트가 아니다.
도 1a는 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예에서 광 전파의 정면도를 예시한 개략도이고, 도 1b는 도 1a의 광학 밸브 구조체에서 광 전파의 측면도를 예시한 개략도이다.
도 1a는 지향성 디스플레이 디바이스의 지향성 백라이트의 xy 평면 내에서의 정면도를 예시하고, 단차형 도파관(1)을 조명하기 위해 사용될 수 있는 조명기 어레이(15)를 포함한다. 조명기 어레이(15)는 조명기 요소(15a) 내지 조명기 요소(15n)를 포함한다(여기에서 n은 1보다 큰 정수임). 일례에서, 도 1a의 단차형 도파관(1)은 단차형의, 디스플레이 크기의 도파관(1)일 수 있다. 조명기 요소(15a 내지 15n)는 발광 다이오드(LED)일 수 있는 광원이다. LED가 본 명세서에서 조명기 요소(15a-15n)로서 논의되지만, 다이오드 광원, 반도체 광원, 레이저 광원, 국소 전계 방출 광원, 유기 방출기 어레이 등과 같은 그러나 그에 제한되지 않는 다른 광원이 사용될 수 있다. 또한, 도 1b는 xy 평면 내에서의 측면도를 예시하고, 도시된 바와 같이 배열되는, 조명기 어레이(15), SLM(공간 광 변조기)(48), 추출 특징부(12), 안내 특징부(10) 및 단차형 도파관(1)을 포함한다. 도 1b에 제공된 측면도는 도 1a에 도시된 정면도의 대체 도면이다. 따라서, 도 1a와 도 1b의 조명기 어레이(15)는 서로 상응하고, 도 1a와 도 1b의 단차형 도파관(1)은 서로 상응할 수 있다.
또한, 도 1b에서, 단차형 도파관(1)은 얇은 입력 단부(2)와 두꺼운 반사 단부(4)를 구비할 수 있다. 따라서, 도파관(1)은 입력 광을 수광하는 입력 단부(2)와 입력 광을 다시 도파관(1)을 통해 반사하는 반사 단부(4) 사이에서 연장된다. 도파관을 가로질러 측방향으로 입력 단부(2)의 길이는 입력 단부(2)의 높이보다 크다. 조명기 요소(15a-15n)는 입력 단부(2)를 가로질러 측방향으로 상이한 입력 위치에 배치된다.
도파관(1)은 광을 내부 전반사에 의해 도파관(1)을 따라 앞뒤로 안내하기 위해 입력 단부(2)와 반사 단부(4) 사이에 연장되는 제1 및 제2 대향 안내 표면을 구비한다. 제1 안내 표면은 평탄하다. 제2 안내 표면은 반사 단부(4)를 향하는 그리고 반사 단부로부터 다시 도파관(1)을 통해 안내되는 광의 적어도 일부를 제1 안내 표면에서의 내부 전반사를 파괴하는 그리고 SLM(48)에 공급되는, 제1 안내 표면을 통한, 예를 들어 도 1b에서 상향으로의 출력을 허용하는 방향으로 반사하도록 경사지는 복수의 광 추출 특징부(12)를 구비한다.
이 예에서, 광 추출 특징부(12)는 반사 소면이지만, 다른 반사 특징부가 사용될 수 있다. 광 추출 특징부(12)는 광을 도파관을 통해 안내하지 않는 반면, 광 추출 특징부들(12) 중간에 있는 제2 안내 표면의 중간 영역은 광을 그 광을 추출함이 없이 안내한다. 제2 안내 표면의 그들 영역은 평탄하고, 제1 안내 표면에 평행하게, 또는 비교적 낮은 경사로 연장될 수 있다. 광 추출 특징부(12)는 그들 영역으로 측방향으로 연장되어, 제2 안내 표면은 광 추출 특징부(12)와 중간 영역을 포함하는 단차형 형상을 갖는다. 광 추출 특징부(12)는 광원으로부터의 광을 반사 단부(4)로부터의 반사 후 제1 안내 표면을 통해 반사하도록 배향된다.
광 추출 특징부(12)는 입력 단부를 가로질러 측방향으로 상이한 입력 위치로부터의 입력 광을 제1 안내 표면에 대해 입력 위치에 의존하는 상이한 방향으로 지향시키도록 배열된다. 조명 요소(15a-15n)가 상이한 입력 위치에 배열됨에 따라, 각각의 조명 요소(15a-15n)로부터의 광이 그들 상이한 방향으로 반사된다. 이러한 방식으로, 조명 요소(15a-15n) 각각이 광을 입력 위치에 따라 측방향으로 분포되는 출력 방향으로 각각의 광학 윈도우 내로 지향시킨다. 입력 위치가 분포되는 입력 단부(2)를 가로지르는 측방향은 출력 광에 대해 제1 안내 표면의 법선에 대한 측방향에 해당한다. 입력 단부(2)에서 그리고 출력 광에 대해 한정되는 바와 같은 측방향은 이 실시예에서 평행하게 유지되며, 여기에서 반사 단부(4)와 제1 안내 표면에서의 편향은 측방향에 대체로 직교한다. 제어 시스템의 제어 하에, 조명기 요소(15a-15n)는 광을 선택가능한 광학 윈도우 내로 지향시키도록 선택적으로 작동될 수 있다.
본 개시 내용에서, 광학 윈도우는 광학 윈도우가 디스플레이 디바이스의 전체를 가로질러 형성되는 공칭 평면인 윈도우 평면 내의 단일 광원의 이미지에 해당할 수 있다. 대안적으로, 광학 윈도우는 함께 구동되는 광원의 그룹의 이미지에 해당할 수 있다. 유리하게는, 그러한 광원의 그룹은 어레이(121)의 광학 윈도우의 균일성을 증가시킬 수 있다.
비교로서, 관찰 윈도우는 디스플레이 영역을 가로질러 실질적으로 동일한 이미지의 이미지 데이터를 포함하는 광이 제공되는 윈도우 평면 내의 영역이다. 따라서, 관찰 윈도우는 단일 광학 윈도우로부터 또는 복수의 광학 윈도우로부터 형성될 수 있다.
SLM(48)은 도파관을 가로질러 연장되고, 투과성이며, 그것을 통과하는 광을 변조시킨다. SLM(48)이 액정 디스플레이(LCD)일 수 있지만, 이는 단지 예로서일 뿐이며, LCOS, DLP 디바이스 등을 비롯한 다른 공간 광 변조기 또는 디스플레이가 사용될 수 있는데, 왜냐하면 이러한 조명기가 반사 작동을 할 수 있기 때문이다. 이 예에서, SLM(48)은 도파관의 제1 안내 표면을 가로질러 배치되고, 광 추출 특징부(12)로부터의 반사 후 제1 안내 표면을 통한 광 출력을 변조시킨다.
관찰 윈도우의 1차원 어레이를 제공할 수 있는 지향성 디스플레이 디바이스의 작동이 도 1a에 정면도로 예시되며, 이때 그것의 측면 프로파일이 도 1b에 도시된다. 작동 중, 도 1a와 도 1b에서, 광이 단차형 도파관(1)의 x=0인 얇은 단부 면(2)의 표면을 따라 상이한 위치 y에 위치된 조명기 요소(15a 내지 15n)의 어레이와 같은 조명기 어레이(15)로부터 방출될 수 있다. 광은 단차형 도파관(1) 내에서 제1 방향으로 +x를 따라 전파될 수 있음과 동시에, 광은 xy 평면 내에서 확산될 수 있고, 원위의 만곡된 단부 면(4)에 도달시, 만곡된 단부 면(4)을 실질적으로 또는 완전히 채울 수 있다. 전파되는 동안, 광은 안내 재료의 임계각에 이르기까지 그러나 그것을 초과하지 않고서 xz 평면 내에서 일단의 각도로 확산될 수 있다. 단차형 도파관(1)의 저부 면의 안내 특징부(10)를 연결하는 추출 특징부(12)는 임계각보다 큰 틸트각을 가질 수 있으며, 따라서 제1 방향으로 +x를 따라 전파되는 실질적으로 모든 광에 의해 회피될 수 있어, 실질적으로 무손실 전방 전파를 보장할 수 있다.
도 1a와 도 1b의 논의를 계속하면, 단차형 도파관(1)의 만곡된 단부 면(4)은 전형적으로 예를 들어 은과 같은 반사 재료로 코팅됨으로써 반사성으로 만들어질 수 있지만, 다른 반사 기술이 채용될 수 있다. 따라서, 광은 -x의 방향으로 안내체를 따라 후방으로 제2 방향으로 방향 전환될 수 있고, xy 또는 디스플레이 평면 내에서 실질적으로 시준될 수 있다. 각도 확산은 주 전파 방향을 중심으로 xz 평면 내에서 실질적으로 보존될 수 있으며, 이는 광이 라이저 에지와 충돌하고 안내체 밖으로 반사되도록 허용할 수 있다. 대략 45도 틸팅된 추출 특징부(12)를 갖는 실시예에서, 광은 xz 각도 확산이 전파 방향에 대해 실질적으로 유지되는 상태로 xy 디스플레이 평면에 대략 수직하게 효과적으로 지향될 수 있다. 이러한 각도 확산은 광이 단차형 도파관(1)으로부터 굴절을 통해 출사할 때 증가될 수 있지만, 어느 정도 추출 특징부(12)의 반사 특성에 따라 감소될 수 있다.
코팅되지 않은 추출 특징부(12)를 갖춘 몇몇 실시예에서, 반사는 내부 전반사(TIR)가 실패될 때 감소될 수 있어, xz 각도 프로파일이 축소되고 수직에서 벗어나 이동된다. 그러나, 은 코팅된 또는 금속화된 추출 특징부를 갖춘 다른 실시예에서, 증가된 각도 확산과 중심 수직 방향이 보존될 수 있다. 은 코팅된 추출 특징부를 가진 실시예의 설명을 계속하면, xz 평면 내에서, 광은 단차형 도파관(1)으로부터 대략 시준되어 출사할 수 있고, 입력 에지 중심으로부터 조명기 어레이(15) 내의 각각의 조명기 요소(15a-15n)의 y-위치에 비례하여 수직에서 벗어난 상태로 지향될 수 있다. 독립적인 조명기 요소(15a-15n)를 입력 에지(2)를 따라 구비하는 것은 광이 전체 제1 광 지향 면(6)으로부터 출사할 수 있게 하고 도 1a에 예시된 바와 같이 상이한 외각으로 전파될 수 있게 한다.
일 실시예에서, 디스플레이 디바이스는 단차형 도파관 또는 광 밸브를 포함할 수 있으며, 이는 다음에는 광을 내부 전반사에 의해 안내하도록 배열될 수 있는 제1 안내 표면을 포함할 수 있다. 광 밸브는 도파관을 통해 안내된 광을 출력 광으로서 제1 안내 표면을 통해 출사하도록 허용하는 방향으로 반사하도록 경사지는 복수의 광 추출 특징부를 구비할 수 있는 제2 안내 표면을 포함할 수 있다. 제2 안내 표면은 또한 광을 도파관을 통해 그 광을 추출함이 없이 지향시키도록 배열될 수 있는, 광 추출 특징부들 사이의 영역을 구비할 수 있다.
다른 실시예에서, 디스플레이 디바이스는 적어도 광을 내부 전반사에 의해 안내하도록 배열될 수 있는 제1 안내 표면과, 실질적으로 평탄할 수 있고 제1 안내 표면을 통해 광을 출력하기 위해 내부 전반사를 파괴하는 방향으로 광을 반사하도록 비스듬히 경사질 수 있는 제2 안내 표면을 갖춘 도파관을 포함할 수 있다. 디스플레이 디바이스는 광을 SLM(48)에 대한 법선을 향해 편향시키기 위해 도파관의 제1 안내 표면을 가로질러 연장되는 편향 요소를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 디스플레이 디바이스는 입력 광으로부터의 광을 다시 도파관을 통해 반사하기 위한, 입력 단부를 향하는 반사 단부를 구비할 수 있는 도파관을 포함할 수 있다. 도파관은 광을 반사 단부로부터의 반사 후 제1 안내 표면을 통해 출력하도록 추가로 배열될 수 있다.
그러한 디바이스를 갖춘 고속 액정 디스플레이(LCD) 패널과 같은 SLM(48)을 조명하는 것은 도 2a에 조명기 어레이(15) 단부로부터 본 yz-평면 또는 평면도로, 도 2b에 정면도로, 그리고 도 2c에 측면도로 도시된 바와 같이 무안경 입체 3D를 달성할 수 있다. 도 2a는 지향성 디스플레이 디바이스 내에서의 광의 전파를 평면도로 예시한 개략도이고, 도 2b는 지향성 디스플레이 디바이스 내에서의 광의 전파를 정면도로 예시한 개략도이며, 도 2c는 지향성 디스플레이 디바이스 내에서의 광의 전파를 측면도로 예시한 개략도이다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 예시된 바와 같이, 단차형 도파관(1)은 순차적인 좌안 및 우안 이미지를 표시하는 고속(예컨대, 100㎐ 초과) LCD 패널 SLM(48) 뒤에 위치될 수 있다. 동기화 중, 조명기 어레이(15)의 특정 조명기 요소(15a 내지 15n)(여기에서 n은 1보다 큰 정수임)가 선택적으로 켜지고 꺼져, 시스템의 지향성에 의해 실질적으로 독립적으로 우안 및 좌안에 입사하는 조명 광을 제공할 수 있다. 가장 간단한 경우에, 조명기 어레이(15)의 조명기 요소의 세트가 함께 켜져, 수평 방향으로 제한된 폭을 갖지만 수직 방향으로 긴, 수평으로 분리된 양안이 좌안 이미지를 볼 수 있는 1차원 관찰 윈도우(26) 또는 광학 동공과, 양안이 주로 우안 이미지를 볼 수 있는 다른 관찰 윈도우(44)와, 양안이 상이한 이미지를 볼 수 있는 중심 위치를 제공한다. 이러한 방식으로, 관찰자의 머리가 대략 중심에 정렬될 때 3D를 볼 수 있다. 중심 위치로부터 멀어지게 옆으로 움직이는 것은 2D 이미지 상으로의 신 붕괴(scene collapsing)를 유발할 수 있다.
반사 단부(4)는 도파관을 가로질러 측방향으로 양의 광파워(positive optical power)를 가질 수 있다. 전형적으로 반사 단부(4)가 양의 광파워를 갖는 실시예에서, 광학 축은 반사 단부(4)의 형상과 관련하여 한정될 수 있으며, 예를 들어 반사 단부(4)의 곡률 중심을 통과하는 그리고 x-축을 중심으로 단부(4)의 반사 대칭축과 일치하는 선이다. 반사 표면(4)이 평평한 경우에, 광학 축은 광파워를 갖는 다른 구성요소, 예를 들어 그들이 만곡된 경우의 광 추출 특징부(12), 또는 아래에 기술되는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(62)에 대해 유사하게 한정될 수 있다. 광학 축(238)은 전형적으로 도파관(1)의 기계적 축과 일치한다. 전형적으로 단부(4)에서 실질적으로 실린더형 반사 표면을 포함하는 본 실시예에서, 광학 축(238)은, 단부(4)에서 표면의 곡률 중심을 통과하는 x-축을 중심으로 면(4)의 반사 대칭축과 일치하는 선이다. 광학 축(238)은 전형적으로 도파관(1)의 기계적 축과 일치한다. 단부(4)에 있는 실린더형 반사 표면은 전형적으로 축상 및 축외 관찰 위치에 대한 성능을 최적화시키기 위해 구면 프로파일을 포함할 수 있다. 다른 프로파일이 사용될 수 있다.
도 3은 지향성 디스플레이 디바이스를 측면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 3은 투명 재료일 수 있는 단차형 도파관(1)의 작동의 측면도의 추가의 상세 사항을 예시한다. 단차형 도파관(1)은 조명기 입력 단부(2), 반사 단부(4), 실질적으로 평탄할 수 있는 제1 광 지향 면(6), 및 안내 특징부(10)와 광 추출 특징부(12)를 포함하는 제2 광 지향 면(8)을 포함할 수 있다. 작동시, 예를 들어 LED의 어드레스가능한(addressable) 어레이일 수 있는 조명기 어레이(15)(도 3에 도시되지 않음)의 조명기 요소(15c)로부터의 광선(16)이 제1 광 지향 면(6)에 의한 내부 전반사와 안내 특징부(10)에 의한 내부 전반사에 의해 경면화된 표면(mirrored surface)일 수 있는 반사 단부(4)로 단차형 도파관(1) 내에서 안내될 수 있다. 반사 단부(4)가 경면화된 표면일 수 있고 광을 반사할 수 있지만, 몇몇 실시예에서 광이 반사 단부(4)를 통과하는 것도 또한 가능할 수 있다.
도 3의 논의를 계속하면, 반사 단부(4)에 의해 반사된 광선(18)이 반사 단부(4)에서의 내부 전반사에 의해 단차형 도파관(1) 내에서 추가로 안내될 수 있고, 추출 특징부(12)에 의해 반사될 수 있다. 추출 특징부(12)에 입사하는 광선(18)은 실질적으로 단차형 도파관(1)의 안내 모드로부터 벗어나게 편향될 수 있고, 광선(20)에 의해 도시된 바와 같이, 면(6)을 통해 무안경 입체 디스플레이의 관찰 윈도우(26)를 형성할 수 있는 광학 동공으로 지향될 수 있다. 관찰 윈도우(26)의 폭은 적어도 조명기의 크기, 출력 설계 거리 및 면(4) 및 추출 특징부(12)에서의 광파워에 의해 결정될 수 있다. 관찰 윈도우의 높이는 주로 추출 특징부(12)의 반사 원추각과 입력 단부(2)에서의 조명 원추각 입력에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 각각의 관찰 윈도우(26)는 SLM(48)의 표면 수직 방향에 대해 공칭 관찰 거리에서 평면과 교차하는 다양한 별개의 출력 방향을 나타낸다.
도 4a는 제1 조명기 요소에 의해 조명될 수 있는 그리고 만곡된 광 추출 특징부를 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스를 정면도로 예시한 개략도이다. 도 4a에서, 지향성 백라이트는 단차형 도파관(1)과 광원 조명기 어레이(15)를 포함할 수 있다. 또한, 도 4a는 조명기 어레이(15)의 조명기 요소(15c)로부터의 광선의 단차형 도파관(1) 내에서의 추가의 안내를 정면도로 도시한다. 출력 광선 각각은 각각의 조명기(14)로부터 동일한 관찰 윈도우(26)를 향해 지향된다. 따라서, 광선(30)은 윈도우(26) 내에서 광선(20)과 교차할 수 있거나, 광선(32)에 의해 도시된 바와 같이 윈도우 내에서 상이한 높이를 가질 수 있다. 또한, 다양한 실시예에서, 도파관의 측면(22, 24)이 투명한, 경면화된, 또는 흑화된 표면일 수 있다. 도 4a의 논의를 계속하면, 광 추출 특징부(12)가 길 수 있고, 광 지향 면(8)(광 지향 면(8)은 도 3에는 도시되지만 도 4a에는 도시되지 않음)의 제1 영역(34)에서의 광 추출 특징부(12)의 배향은 광 지향 면(8)의 제2 영역(36)에서의 광 추출 특징부(12)의 배향과 상이할 수 있다.
도 4b는 제2 조명기 요소에 의해 조명될 수 있는 지향성 디스플레이 디바이스를 정면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 4b는 조명기 어레이(15)의 제2 조명기 요소(15h)로부터의 광선(40, 42)을 도시한다. 면(4) 상의 반사 표면 및 광 추출 특징부(12)의 곡률이 협동하여 조명기 요소(15h)로부터의 광선으로 관찰 윈도우(26)로부터 측방향으로 이격되는 제2 관찰 윈도우(44)를 생성한다.
유리하게는, 도 4b에 예시된 배열은 조명기 요소(15c)의 실제 이미지를 관찰 윈도우(26)에 제공할 수 있으며, 여기에서 이러한 실제 이미지는 반사 단부(4)에서의 광파워와 도 4a에 도시된 바와 같이 영역들(34, 36) 사이의 긴 광 추출 특징부(12)의 상이한 배향에 기인할 수 있는 광파워의 협동에 의해 형성될 수 있다. 도 4b의 배열은 관찰 윈도우(26) 내의 측방향 위치로의 조명기 요소(15c)의 이미지 형성의 개선된 수차를 달성할 수 있다. 개선된 수차는 낮은 크로스토크 수준을 달성하면서 무안경 입체 디스플레이에 대한 확장된 관찰 자유도를 달성할 수 있다.
도 5는 실질적으로 선형의 광 추출 특징부를 갖춘 도파관(1)을 포함하는 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예를 정면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 5는 도 1과 유사한 구성요소 배열을 도시하며(대응하는 요소가 유사함), 이때 차이점 중 하나는 광 추출 특징부(12)가 실질적으로 선형이고 서로 평행하다는 것이다. 유리하게는, 그러한 배열은 디스플레이 표면을 가로질러 실질적으로 균일한 조명을 제공할 수 있고, 도 4a와 도 4b의 만곡된 추출 특징부보다 제조하기에 더욱 편리할 수 있다.
도 6a는 제1 시간 슬롯에서 시간 다중화 이미지 형성 지향성 디스플레이 디바이스, 즉 광학 밸브 장치에서 제1 관찰 윈도우의 생성의 일 실시예를 예시한 개략도이다. 도 6b는 제2 시간 슬롯에서 시간 다중화 이미지 형성 지향성 백라이트 장치에서 제2 관찰 윈도우의 생성의 다른 실시예를 예시한 개략도이다. 도 6c는 시간 다중화 이미지 형성 지향성 디스플레이 디바이스에서 제1 및 제2 관찰 윈도우의 생성의 다른 실시예를 예시한 개략도이다. 또한, 도 6a는 단차형 도파관(1)으로부터 조명 윈도우(26)의 생성을 개략적으로 도시한다. 조명기 어레이(15) 내의 조명기 요소 그룹(31)이 관찰 윈도우(26)를 향해 지향되는 광 원추(17)를 제공할 수 있다. 도 6b는 조명 윈도우(44)의 생성을 개략적으로 도시한다. 조명기 어레이(15) 내의 조명기 요소 그룹(33)이 관찰 윈도우(44)를 향해 지향되는 광 원추(19)를 제공할 수 있다. 시간 다중화 디스플레이와 협동하여, 윈도우(26, 44)가 도 6c에 도시된 바와 같이 순서대로 제공될 수 있다. SLM(48)(도 6a, 도 6b, 도 6c에 도시되지 않음) 상의 이미지가 광 방향 출력에 상응하게 조절되면, 적합하게 위치된 관찰자에 대해 무안경 입체 이미지가 달성될 수 있다. 유사한 작동이 본 명세서에 기술된 모든 지향성 백라이트와 지향성 디스플레이 디바이스로 달성될 수 있다. 조명기 요소 그룹(31, 33)이 각각 조명 요소(15a 내지 15n)(여기에서 n은 1보다 큰 정수임)로부터 하나 이상의 조명 요소를 포함하는 것에 유의하여야 한다.
도 7은 시간 다중화 지향성 백라이트를 포함하는 관찰자 추적 무안경 입체 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예를 예시한 개략도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 축(29)을 따라 조명기 요소(15a 내지 15n)를 선택적으로 켜고 끄는 것은 관찰 윈도우의 방향 제어를 제공한다. 머리(45) 위치가 카메라, 동작 센서, 동작 검출기, 또는 임의의 다른 적합한 광학적, 기계적 또는 전기적 수단으로 모니터링될 수 있고, 조명기 어레이(15)의 적절한 조명기 요소가 머리(45) 위치와 관계없이 각각의 눈에 실질적으로 독립적인 이미지를 제공하도록 켜지고 꺼질 수 있다. 머리 추적 시스템(또는 제2 머리 추적 시스템)은 하나 초과의 머리(45, 47)(머리(47)는 도 7에 도시되지 않음)의 모니터링을 제공할 수 있고, 각각의 관찰자의 좌안 및 우안에 동일한 좌안 및 우안 이미지를 제공하여 모든 관찰자에게 3D를 제공할 수 있다. 이번에도, 유사한 작동이 본 명세서에 기술된 모든 지향성 백라이트와 지향성 디스플레이 디바이스로 달성될 수 있다.
도 8은 이미지 형성 지향성 백라이트를 포함하는 일례로서 다중-관찰자 지향성 디스플레이 디바이스의 일 실시예를 예시한 개략도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 관찰자가 SLM(48) 상의 상이한 이미지를 볼 수 있도록 적어도 2개의 2D 이미지가 한 쌍의 관찰자(45, 47)를 향해 지향될 수 있다. 도 8의 2개의 2D 이미지는 2개의 이미지가 순서대로 그리고 그것의 광이 2명의 관찰자를 향해 지향되는 광원과 동기화되어 표시될 것이라는 점에서 도 7에 관하여 기술된 바와 유사한 방식으로 생성될 수 있다. 하나의 이미지가 제1 위상으로 SLM(48) 상에 표시되고, 제2 이미지가 제1 위상과는 상이한 제2 위상으로 SLM(48) 상에 표시된다. 제1 및 제2 위상에 상응하게, 출력 조명이 각각 제1 및 제2 관찰 윈도우(26, 44)를 제공하도록 조절된다. 양안이 윈도우(26) 내에 있는 관찰자가 제1 이미지를 인식할 것인 한편, 양안이 윈도우(44) 내에 있는 관찰자가 제2 이미지를 인식할 것이다.
도 9는 이미지 형성 지향성 백라이트를 포함하는 프라이버시 지향성 디스플레이 디바이스를 예시한 개략도이다. 2D 이미지 디스플레이 시스템이 또한 도 9에 도시된 바와 같이 광이 주로 제1 관찰자(45)의 눈으로 지향될 수 있는 지향성 백라이팅을 보안 및 효율 목적으로 사용할 수 있다. 또한, 도 9에 예시된 바와 같이, 제1 관찰자(45)가 디바이스(50) 상의 이미지를 볼 수 있지만, 광이 제2 관찰자(47)를 향해 지향되지 않는다. 따라서, 제2 관찰자(47)는 디바이스(50) 상의 이미지를 보는 것이 방지된다. 본 개시 내용의 실시예 각각은 유리하게도 무안경 입체 이중 이미지 또는 프라이버시 디스플레이 기능을 제공할 수 있다.
도 10은 이미지 형성 지향성 백라이트를 포함하는 일례로서 시간 다중화 지향성 디스플레이 디바이스의 구조를 측면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 10은 단차형 도파관(1)과 단차형 도파관(1) 출력 표면을 가로질러 실질적으로 시준된 출력을 위해 관찰 윈도우(26)를 제공하도록 배열되는 프레넬 렌즈(62)를 포함할 수 있는 무안경 입체 지향성 디스플레이 디바이스를 측면도로 도시한다. 수직 확산기(68)가 윈도우(26)의 높이를 더욱 연장시키도록 배열될 수 있다. 광은 이어서 SLM(48)을 통해 이미지 형성될 수 있다. 조명기 어레이(15)는 예를 들어 인광체 변환 청색 LED일 수 있거나 별개의 RGB LED일 수 있는 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 조명기 어레이(15) 내의 조명기 요소는 별개의 조명 영역을 제공하도록 배열되는 균일한 광원과 SLM(48)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 조명기 요소는 레이저 광원(들)을 포함할 수 있다. 레이저 출력은 예를 들어 갈보(galvo) 또는 MEMS 스캐너를 사용한 스캐닝에 의해 확산기 상으로 지향될 수 있다. 일례에서, 레이저 광은 따라서 적절한 출력각을 갖는 실질적으로 균일한 광원을 제공하기 위해 그리고 또한 스페클(speckle)의 감소를 제공하기 위해 조명기 어레이(15) 내의 적절한 조명기 요소를 제공하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 조명기 어레이(15)는 레이저 광 방출 요소의 어레이일 수 있다. 또한, 일례에서, 확산기는 파장 변환 인광체일 수 있어, 조명이 가시 출력 광과는 상이한 파장에 있을 수 있다.
도 11a는 다른 이미지 형성 지향성 디스플레이 디바이스, 즉 예시된 바와 같은 웨지 유형 지향성 백라이트의 정면도를 예시한 개략도이고, 도 11b는 동일한 웨지 유형 지향성 디스플레이 디바이스의 측면도를 예시한 개략도이다. 웨지 유형 지향성 백라이트는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "평면 패널 렌즈(Flat Panel Lens)"인 미국 특허 제7,660,047호에 의해 개괄적으로 논의된다. 이러한 구조체는 우선적으로 반사 층(1106)으로 코팅될 수 있는 저부 표면을 갖춘 그리고 역시 우선적으로 반사 층(1106)으로 코팅될 수 있는 단부 파형 표면(1102)을 갖춘 웨지 유형 도파관(1104)을 포함할 수 있다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 광이 국소 광원(1101)으로부터 웨지 유형 도파관(1104)에 입사할 수 있고, 이러한 광은 단부 표면으로부터 반사되기 전에 제1 방향으로 전파될 수 있다. 광은 그것의 복귀 경로 상에 있는 동안 웨지 유형 도파관(1104)으로부터 출사할 수 있고, 디스플레이 패널(1110)을 조명할 수 있다. 광학 밸브와의 비교로서, 웨지 유형 도파관은 광이 출력 표면에 임계각으로 입사할 때 그것이 출사할 수 있도록 전파되는 광의 입사각을 감소시키는 테이퍼에 의한 추출을 제공한다. 웨지 유형 도파관에서 임계각으로 출사하는 광은 프리즘 어레이와 같은 방향 전환 층(1108)에 의해 편향될 때까지 표면에 실질적으로 평행하게 전파된다. 웨지 유형 도파관 출력 표면 상의 오차 또는 먼지가 임계각을 변화시켜 미광과 균일성 오차를 생성할 수 있다. 또한, 웨지 유형 지향성 백라이트에서 빔 경로를 폴딩하기 위해 미러를 사용하는 이미지 형성 지향성 백라이트가 웨지 유형 도파관에서 광 원추 방향을 편향시키는 다면 미러(faceted mirror)를 채용할 수 있다. 그러한 다면 미러는 대체로 제조하기에 복잡하고, 조명 균일성 오차와 미광을 유발할 수 있다.
웨지 유형 지향성 백라이트와 광학 밸브는 또한 광 빔을 상이한 방식으로 처리한다. 웨지 유형 도파관에서는, 적절한 각도로 입력된 광이 주 표면 상의 한정된 위치에서 출력될 것이지만, 광선이 실질적으로 동일한 각도로 그리고 주 표면에 실질적으로 평행하게 출사할 것이다. 그에 비해, 소정 각도로 광학 밸브의 단차형 도파관에 입력된 광은 제1 면에 걸친 지점으로부터 출력될 수 있으며, 이때 출력각은 입력각에 의해 결정된다. 유사하게, 광학 밸브의 단차형 도파관은 광을 관찰자를 향해 추출하기 위해 추가의 광 방향 전환 필름을 필요로 하지 않을 수 있고, 입력의 각도 불균일성이 디스플레이 표면을 가로질러 불균일성을 제공하지 않을 수 있다.
지향성 디스플레이 디바이스와 제어 시스템을 포함하는 몇몇 지향성 디스플레이 장치의 설명이 이어지며, 여기에서 지향성 디스플레이 디바이스는 도파관과 SLM을 포함하는 지향성 백라이트를 포함한다. 다음의 설명에서, 도파관, 지향성 백라이트 및 지향성 디스플레이 디바이스는 위의 도 1 내지 도 11b의 구조에 기초하고 그것을 포함한다. 이제 설명될 변경부 및/또는 추가의 특징부를 제외하고는, 위의 설명이 다음의 도파관, 지향성 백라이트 및 디스플레이 디바이스에 동일하게 적용되지만, 간결함을 위해 반복되지 않을 것이다.
도 12는 디스플레이 디바이스(100)와 제어 시스템을 포함하는 지향성 디스플레이 장치를 예시한 개략도이다. 이제 제어 시스템의 배열과 작동이 설명될 것이고, 본 명세서에 개시된 디스플레이 디바이스 각각에 준용될 수 있다. 도 12에 예시된 바와 같이, 지향성 디스플레이 디바이스(100)는 그것 자체가 단차형 도파관(1)과 광원 조명기 어레이(15)를 포함할 수 있는 지향성 백라이트 디바이스를 포함할 수 있다. 도 12에 예시된 바와 같이, 단차형 도파관(1)은 광 지향 면(8), 반사 단부(4), 안내 특징부(10) 및 광 추출 특징부(12)를 포함한다. 지향성 디스플레이 디바이스(100)는 SLM(48)을 추가로 포함할 수 있다.
도파관(1)은 전술된 바와 같이 배열된다. 반사 단부(4)는 반사된 광을 수렴시킨다. 프레넬 렌즈(62)가 관찰자(99)에 의해 관찰되는 관찰 평면(106)에서 관찰 윈도우(26)를 달성하기 위해 반사 단부(4)와 협동하도록 배열될 수 있다. 투과성 SLM(48)이 지향성 백라이트로부터 광을 수광하도록 배열될 수 있다. 또한, 확산기(68)가 도파관(1)과 SLM(48)의 픽셀 및 프레넬 렌즈 구조체(62) 사이의 모아레 맥놀이(Moire beating)를 실질적으로 제거하기 위해 제공될 수 있다.
제어 시스템은 디스플레이 디바이스(100)에 대한 관찰자(99)의 위치를 검출하도록 배열되는 센서 시스템을 포함할 수 있다. 센서 시스템은 카메라와 같은 위치 센서(70)와, 예를 들어 컴퓨터 비전 이미지 처리 시스템을 포함할 수 있는 머리 위치 측정 시스템(72)을 포함한다. 제어 시스템은 둘 모두 머리 위치 측정 시스템(72)으로부터 제공되는 관찰자의 검출된 위치를 제공받는 조명 컨트롤러(74)와 이미지 컨트롤러(76)를 추가로 포함할 수 있다.
조명 컨트롤러(74)는 조명기 요소(15)를 도파관(1)과 협동하여 광을 관찰 윈도우(26) 내로 지향시키도록 선택적으로 작동시킨다. 조명 컨트롤러(74)는 광이 지향되는 관찰 윈도우(26)가 관찰자(99)의 좌안 및 우안에 대응하는 위치에 있도록 머리 위치 측정 시스템(72)에 의해 검출된 관찰자의 위치에 따라 작동될 조명기 요소(15)를 선택한다. 이러한 방식으로, 도파관(1)의 측방향 출력 지향성이 관찰자 위치에 상응한다.
이미지 컨트롤러(76)는 SLM(48)을 이미지를 표시하도록 제어한다. 무안경 입체 디스플레이를 제공하기 위해, 이미지 컨트롤러(76)와 조명 컨트롤러(74)는 다음과 같이 작동할 수 있다. 이미지 컨트롤러(76)는 SLM(48)을 시간 다중화된 좌안 및 우안 이미지를 표시하도록 제어한다. 조명 컨트롤러(74)는 광원(15)을 좌안 및 우안 이미지의 디스플레이와 동기식으로 광을 관찰자의 좌안 및 우안에 대응하는 위치에 있는 각각의 관찰 윈도우 내로 지향시키도록 작동시킨다. 이러한 방식으로, 무안경 입체 효과가 시분할 다중화 기술을 사용하여 달성된다.
도 13은 관찰 윈도우의 형성을 정면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 13은 도 12의 실시예를 평면도로 도시한다. 디스플레이(100)는 부채꼴의 광 원추(102)와, 공칭 평면인 윈도우 평면(106) 내의 관찰 윈도우(104)의 어레이를 생성할 수 있다. 코 위치(112)를 갖는 관찰자(99)가 디스플레이(100)로부터 조명을 볼 수 있다. 좌안(110)이 윈도우(116)와 대략 정렬되고 우안(108)이 윈도우(114)와 대략 정렬되며, 윈도우(114, 116) 내에 제공된 이미지 데이터가 쌍안 사진(stereo pair)일 때, 무안경 입체 3D 이미지가 관찰자에 의해 인지될 수 있다. 윈도우(114, 116)는 대안적으로 실질적으로 동일한 데이터를 보일 수 있어, 디스플레이 디바이스(100)는 2D 이미지 디스플레이 디바이스로서 기능할 수 있다. 윈도우(114, 116)는 좌안 및 우안 이미지 데이터의 패널 상의 디스플레이와 동기하여 별개의 시간 슬롯에서 조명될 수 있다.
이제 관찰 윈도우의 다양한 배열이 설명될 것이다. 이들 각각은 전술된 바와 같은 제어 시스템의 적절한 작동에 의해, 예를 들어 광을 SLM(48) 상의 이미지의 디스플레이와 동기하여 관찰 윈도우(26) 내로 지향시키도록 조명기 요소(15)를 선택적으로 작동시킴으로써 제공될 수 있다. 지향성 디스플레이 장치는 이들 관찰 윈도우 배열 중 임의의 하나, 또는 이들 관찰 윈도우 배열의 임의의 조합을 동일하거나 상이한 시간에, 예를 들어 지향성 디스플레이 장치의 상이한 작동 모드로 제공하도록 작동가능할 수 있다.
관찰 윈도우의 배열을 예시한 다양한 도면에서, 광학 윈도우의 구조는 다양한 형태를 취할 수 있는 그리고 중첩될 수 있는 실제 광 분포보다는 광학 윈도우의 공칭 위치를 예시한다.
도 14a는 제1 관찰 윈도우 배열을 정면도로 예시한 개략도이다. 또한, 도 14a는 도 12의 실시예를 정면도로 도시한다. 관찰자(99)는 디스플레이(100)의 대략 중심에 수직한 평면(118)의 약간 우측에 있는 것으로 예시된다. 따라서, 좌안 및 우안 관찰 윈도우(114, 116)가 디스플레이의 약간 우측에 생성될 수 있다. 도 14b에서, 관찰자(99)는 방향(120)으로 우측으로 재위치된 것으로 예시되며, 따라서 윈도우(114, 116)가 그에 응답하여 우측으로 조종될 수 있다. 도 14b는 움직이는 관찰자에 대한 제2 관찰 윈도우 배열을 정면도로 예시한 개략도이다. 유리하게는, 관찰자의 좌안 및 우안은 관찰자 움직임 동안 좌안 및 우안 이미지 데이터로 조명될 수 있다.
윈도우 이동은 윈도우 평면(106) 내에서의 관찰자(99) 움직임에 상응하는 조명기 어레이(15)의 기계적 이동에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 그러한 이동은 복잡하고 고가이다. 따라서, 제어 시스템의 제어 하에, 분리된 조명기 요소들의 스위칭을 통해 조명기 어레이(15)의 조명기 요소들의 이동의 비용 및 복잡성의 감소를 달성하는 것이 바람직하다.
도 15는 제1 및 제2 추적되는 관찰자 위치에 대해 윈도우 평면(106)에서 도 14a의 윈도우의 외양을 예시한 개략도이다. 또한, 도 15는 관찰 윈도우의 스위칭가능 어레이를 달성하도록 배열될 수 있는 광학 윈도우(서브-윈도우로도 지칭될 수 있음)의 어레이(121)를 개략적으로 도시한다. 어레이(121)의 각각의 광학 윈도우는 전술된 바와 같이 조명기 어레이(15)의 조명기 요소의 도 12와 도 13에 도시된 것과 같은 윈도우 평면(106) 내의 이미지에 대응할 수 있다.
윈도우 평면(106)에서 광학 윈도우 어레이(121)의 조명된 구조는 도 14a에 도시된 바와 같은 관찰자(99)의 측방향 위치에 대략 대응할 수 있다. 본 실시예에서, 좌안을 위한 관찰 윈도우(116)는 광학 윈도우(122) 및 광학 윈도우 어레이(134)를 포함할 수 있다. 우안 관찰 윈도우(114)는 광학 윈도우(124) 및 광학 윈도우 어레이(136)를 포함할 수 있다. 광학 윈도우(125, 126, 128)가 조명되지 않을 수 있어, 각각의 조명기 요소가 조명되지 않을 수 있다.
또한, 도 15는 방향(120)으로의 움직임 후 도 14b에 도시된 바와 같은 관찰자(99)의 위치에 대략 대응하는 광학 윈도우 어레이(121)의 상세 사항을 도시한다. 윈도우 경계(131)가 조명된 광학 윈도우의 상대 위치를 보여주기 위해 마킹될 수 있다. 좌안 관찰 윈도우(116)는 광학 윈도우(126)와 광학 윈도우 어레이(134)를 포함하도록 배열될 수 있다. 따라서, 광학 윈도우(122)가 꺼질 수 있다. 우안 관찰 윈도우에 대해 유사하게, 광학 윈도우(128)가 켜질 수 있고, 광학 윈도우(124)가 꺼질 수 있어, 우안 관찰 윈도우(114)가 광학 윈도우(128)와 광학 윈도우 어레이(136)를 포함하도록 배열된다. 윈도우(125)는 도시된 관찰자 움직임에 대해 비-조명된 상태로 유지되어, 크로스토크를 감소시킨다.
유리하게는, 그러한 실시예는, 관찰자(99)가 움직일 때 크게 향상된 관찰 자유도를 갖는 디스플레이 디바이스(100)의 외양이 달성될 수 있도록, 관찰자의 눈으로부터 떨어진 광학 윈도우를 끌 수 있다. 예를 들어 눈들 사이의 위치에 대략 대응할 수 있는 광학 윈도우(125)와 같은 광학 윈도우가 디스플레이 이미지의 크로스토크를 개선하기 위해 꺼질 수 있다. 낮은 크로스토크는 유리하게는 3D 입체 이미지의 인지된 품질을 증가시킬 수 있다.
또한, 2차원 또는 3차원에서의 관찰자 위치와, 속도, 가속도, 방향 및 머리 배향과 같은 동작 특성이 센서(70)와 제어 유닛(72)으로부터 결정될 수 있다. 이는 이어서 미래 조명 시간 슬롯에서 가능성 있는 관찰자 눈 위치를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 광학 윈도우의 어레이(121)의 적절한 조명된 구조가 주어진 조명 시간 슬롯에서 디스플레이(100)로부터의 광의 출력 지향성을 최적화시키도록 결정될 수 있고, 그 시간 슬롯에 대해 조명기 어레이(15)의 각각의 조명기 요소의 조명 구조를 설정함으로써 결정될 수 있다.
또한, SLM(48) 상의 이미지 데이터가 유리하게는 본 명세서에 기술된 바와 같은 룩-어라운드(look-around) 기능, 2차원 이미지 또는 다른 이미지 특성을 달성하기 위해 조절될 수 있다.
도 16은 관찰자의 움직임 동안의 윈도우 평면 내의 추가의 관찰 윈도우의 외양을 예시한 개략도이다. 도 15와 비교할 때, 관찰자(99)의 눈들 사이의 광학 윈도우는 모든 관찰자 위치에 대해 조명될 수 있다. 움직이는 관찰자의 추적 동안, 광학 윈도우(127)는 좌안 광학 윈도우로부터 우안 광학 윈도우로 변할 수 있다. 유리하게는, 관찰자의 눈들 사이의 조명된 광학 윈도우의 개수를 증가시키는 것은, 특히 조명된 SLM(48)의 에지에 있는 영역에 대해 그리고 윈도우 평면(106)으로부터 떨어진 관찰자 위치에 대해, 움직이는 관찰자(99)가 보는 이미지의 깜박거림을 감소시킬 수 있다. 이미지 깜박거림의 외양은 비-조명된 축간 광학 윈도우(125)에 의해 달성될 수 있는 크로스토크의 개선보다 더 현저한 이미지 열화 아티팩트일 수 있다.
본 개시 내용의 시간 다중화된 실시예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 광학 윈도우(127)는 좌안 위상으로부터 우안 위상으로 변한다. 그러한 변화는 설명될 바와 같이 바람직하지 않은 깜박거림을 생성할 수 있다.
이제, 본 명세서에 설명된 디스플레이 장치에서 구현될 수 있는, 전술된 제어 시스템에 의해 실행되는 제어의 양태가 설명될 것이다.
도 17은 특정 조건 하의 제어 시스템에서의 조명 위상의 타이밍 및 관찰자 위치 업데이트를 예시한 개략도이다. 특히, 도 17은 다음의 형태를 취해, 제어 시스템에 의해 조명기 요소로 공급되는 제어 신호의 형태를 도시한다. 조명 펄스(3001)가 광을 좌안 관찰 윈도우 내로 지향시키도록 선택된 조명기 요소로 좌측 이미지 위상 동안 공급된다. 유사하게, 조명 펄스(3002)가 광을 우안 관찰 윈도우 내로 지향시키도록 선택된 조명기 요소로 우측 이미지 위상 동안 공급된다. 좌측 이미지 위상 및 우측 이미지 위상은 동일한 주기를 가질 수 있다.
또한, 도 17은 디스플레이 디바이스에, 예를 들어 교번하는 좌안 및 우안 이미지 뷰를 갖고서 120㎐에서 작동하는 LCD인 SLM이 제공될 수 있는 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 어레이(15)의 주어진 조명기 요소에 대해, 시간 축(3000) 상의 조명 펄스(3001, 3002)는 LCD 패널이 실질적으로 완전히 응답될 때 실질적으로 디스플레이 전체를 조명하기 위해 디스플레이의 풀 필드 타임(full field time)(3003)보다 짧을 수 있다. 이러한 실시예에서, 관찰자의 좌안 또는 우안의 위치가 대응 조명 펄스시에 채용될 수 있음이 이해될 수 있다. 따라서, 도 12의 조종 시스템(74)이 깜박거림 및 크로스토크를 최소화하면서 관찰자의 눈을 조명할 수 있다. 도 12의 추적 시스템 센서(70)가 시간 축(3012)에서의 시간(3004)에서 분리된 이미지 프레임 업데이트(3008, 3010)를, 디스플레이 필드 레이트(display field rate)(3003)보다 작은 레이트로 생성할 수 있는 비디오 카메라로서 구현될 수 있음이 또한 이해될 수 있다. 이러한 경우, 도 12의 컨트롤러(72)는 속도 및 가속도와 같은 관찰자의 움직임 파라미터를 결정하기 위해 이전의 위치 및 그 위치의 시간을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 데이터는 미래의 시간에서 관찰자의 위치를 예측하는 데 사용될 수 있다.
본 명세서에 논의된 바와 같이, 풀 필드 타임은 순차적 어드레싱 계획에서 시간 다중화 공간 광 변조기의 픽셀의 어드레싱 사이의 시간 간격으로 지칭될 수 있다. 조명기 요소는, (조명 위상의 변화와 관련된 조명기 요소에 대한 것 이외의) 정상 작동에서 풀 필드 타임이 예를 들어 인접한 조명 간격들에서 각각의 조명기 요소에 대한 점들 상의 각각의 스위치 사이의 시간이 되도록, 공간 광 변조기의 어드레싱과 동기하여 조명되도록 배열될 수 있다. 디스플레이 디바이스에서 통상적인 바와 같이, 필드 타임은 잔상으로 인한 정상 작동시의 깜박거림을 최소화하기에 충분히 짧도록 선택된다.
유리하게는, 이러한 실시예는 추적 센서(70) 자체에 의해 생성되는 것보다 더 많은 횟수로 관찰자 위치를 제공할 수 있다.
유리하게는, 예측된 위치는 이미지 프레임 탐색 구역을 국소화하고 이에 의해 센서(70)로부터의 이미지 프레임에서 관찰자의 위치를 결정하기 위해 처리되거나 탐색될 데이터의 양을 감소시키기 위해, 도 12의 추적 센서 및 컨트롤러(70, 72)와 협동하여 사용될 수 있다.
도 18은 상이한 조건 하의 제어 시스템에서의 조명 위상의 타이밍 및 비동기 관찰자 위치 업데이트를 예시한 개략도이다. 또한, 도 18은 관찰자의 위치가 시간(3005)에서, 그리고 임의의 디스플레이 필드 타임(3003) 내에서 1회 또는 바람직하게는 그보다 많은 횟수로 생성되거나 계산될 수 있는 실시예를 도시한다.
유리하게는, 이것은 조명 펄스(3001, 3002)가 발생할 때 시간(3004)에서 분리된 업데이트만을 사용하는 것에 비해 오차의 감소가 있을 수 있을 정도로 빈번하게 추적 시스템이 관찰자 위치를 조종 시스템으로 업데이트할 수 있는 실시예를 달성할 수 있다. 업데이트(3005)가 더 빈번할수록, 조명 시간(3001, 3002)에서의 관찰자의 위치 오차가 더 낮다는 것이 용이하게 이해될 수 있다. 추적 및 위치 생성 시스템이 이미지 디스플레이 시스템(76) 또는 조명(74)에 동기화될 필요가 없을 수 있음이 또한 이해될 수 있다. 생성은 공간에서보다는 시간에서의 위치 생성 또는 계산을 말할 수 있음에 유의한다.
도 19는 다른 상이한 조건 하의 제어 시스템의 조명 위상의 타이밍; 및 동기 관찰자 위치 업데이트를 예시한 개략도이다. 또한, 도 19는, 추적 시스템(70, 72)으로부터의 시간 축(3012) 상의 위치 업데이트가 디스플레이 어드레싱(76), 및 조종 및 조명 시스템(74)에 실질적으로 동기화될 수 있다는 점에서, 도 18의 실시예와는 상이하다. 유리하게는, 이는 도 18의 실시예에서보다 시간 축(3000) 상의 덜 외삽된 많은 위치(3006)가 필요할 수 있고 관찰자 위치 정확도 오차가 감소될 수 있음을 의미한다. 유리하게는, 시간 주기(3007) 전체가 시간(3006)에서 생성된 위치를 제공하기 위해 추적 시스템(70, 72)이 이용가능하다.
도 18 및 도 19의 실시예에서, 제어 시스템(72)이 오차 값을 생성하기 위해 미래의 시간에 대한 생성된 관찰자 위치를 그 시간에서 또는 그 시간 부근에서 후속적으로 결정된 실제 위치와 비교할 수 있음이 또한 이해될 수 있다. 이러한 오차 값의 크기는 "트랙킹 록(tracking lock)의 정도"의 척도로서 시스템에 의해 사용될 수 있고, 시스템은 이러한 값에 기초하여 도 15의 광학 윈도우 어레이(121) 내의 조명의 크기 또는 특성을 변화시키는 것을 포함하지만 이로 한정되지 않는 조치를 취할 수 있다. 광학 윈도우 어레이(121) 내의 조명은 예를 들어 2D 모드로 스위칭될 수 있다. 이러한 조치는 극단에서만이 아니라 관찰가능 필드 내의 임의의 지점에서 발생할 수 있음에 유의한다.
센서, 예를 들어 비디오 카메라가 조명 윈도우 내의 광을, 카메라에 의해 인식되는 광 검출기 또는 사람의 눈과 같은 다수의 고정 위치의 검출기에 맞춰 조종하는 것과 같은 방법에 의해 보정될 수 있다. 대안적으로, 검출기는 상이한 조명기 요소 어레이 패턴에 의해 규정되는 다수의 고정 위치로 이동되어 그와 정렬될 수 있다. 추가의 예에서, 카메라 비전 시스템은 그 자체가, 예를 들어 관찰자의 안면 상의 조명기 요소 어레이의 라이트 바 이미지를 보고 이를 정확한 눈 위에 오도록 조절할 수 있다.
추적 시스템으로부터의 출력 좌표 값이 상당한 처리 시간을 사용할 수 있고 생성된 좌표 값이 소정의 지연 또는 레이턴시를 가질 수 있음이 당업자에 의해 이해될 수 있다. 달리 말하면, 좌표가 생성되는 시간은 관찰자가 이전에 단시간 내에 있었던 위치를 반영할 수 있다. 이러한 지연 또는 레이턴시는 깜박거림으로 인지될 수 있는 조명기 요소 위치의 오차를 도입함이 없이 관찰자가 움직일 수 있는 최대 속도에 영향을 미칠 수 있다.
유리하게는, 이전에 샘플링된 위치가 관찰자의 속도 및/또는 가속도를 결정하는 데 사용될 수 있고, 이들 수치가 도 18에 도시된 바와 같이 현재 시간(3005)에서, 또는 도 19에 도시된 바와 같이 디스플레이 조명 위상에 대응하는 미래의 요구되는 시간(3006)에서 관찰자의 위치를 보다 정확히 보고하기 위해 레이턴시에 대한 지식으로 처리될 수 있다. 유리하게는, 시스템은 단일 눈 위치를 생성하거나, 생성된 코 위치 및 눈 간격에 대한 지식으로부터 두 눈 위치를 결정할 수 있다. 눈 간격은 카메라 이미지로부터 각각의 특정 관찰자에 대해 결정될 수 있다.
상기의 예에서, 조명 펄스(3001, 3002)는 조명 펄스(3001, 3002)의 주기 및 진폭에 각각 의존하는 광속의 주기 및 진폭을 갖는 광의 펄스를 조명기 요소가 출력하게 하도록 조명기 요소에 공급되는 제어 신호이다. 전술된 모든 예에서, 조명 펄스(3001, 3002)는 동일한 주기 및 진폭을 가지며, 이에 따라 광원이 동일한 주기 및 광속을 갖는 광을 출력하게 한다. 필드 타임이 잔상으로 인한 깜박거림을 최소화하기에 충분히 짧기 때문에, 관찰자에 의해 인지되는 광의 세기는 필드 타임에 걸친 또는 단일 위상에 걸친 광속의 시간-평균에 의존하는 것으로 간주될 수 있다. 이것은 필드 타임이 깜박거림을 최소화하기에 충분히 짧은 경우에 적절하다.
일반적으로, 제어 시스템은, 관찰 윈도우의 위치가 고정적일 때 개별 조명기 요소가 단일 위상(우측 이미지 위상 또는 좌측 이미지 위상)에 걸쳐 작동되어 그 위상에 걸친 광속의 시간-평균이 사전결정된 값을 가자도록 배열될 수 있다. 그 결과, 관찰자에 의해 인지되는 광의 세기는 시간 경과에 따라 실질적으로 일정하게 유지됨으로써, 필드 타임이 깜박거림을 최소화하기에 충분히 짧은 경우에 깜박거림을 최소화한다.
전술된 조명 펄스(3001, 3002)는 동일한 주기 및 진폭을 갖는 조명 펄스(3001, 3002)의 결과로서 그러한 제어가 실행되는 실시예의 예이다. 사전결정된 값은 실질적으로, 관찰자 움직임이 검출되지 않은 때의 시간 주기 동안 개별 조명기 요소에 의해 달성되는 광속의 시간-평균일 수 있다. 그러한 사전결정된 값은 지향성 백라이트 및 SLM(48)을 통해 관찰 윈도우로 광이 전파된 후에 원하는 디스플레이 휘도를 달성하도록 설정될 수 있으며, 이때 조명기 요소는 시간 다중화 SLM(48) 상에 제공될 수 있는 이미지 데이터의 디스플레이와 동기하여 작동한다.
이제, 제어 시스템에 적용될 수 있는, 조명 펄스의 형태, 및 이에 따라 조명기 요소에 의해 출력되는 광의 광속을 변경하기 위한 기술의 예가 설명될 것이다.
도 20a는 그레이 스케일에 대한 펄스 진폭 변조를 예시한 개략도이다. 또한, 도 20a는 약간 상이한 성능 특성을 가질 수 있는 조명기 어레이(15) 내의 상이한 조명기 요소에 대한 동일한 주기(1000)의 조명 펄스가 상응하여 상이한 진폭의 광속을 갖는 광의 펄스를 제공하는 상이한 진폭(1002, 1004)을 갖도록 진폭이 조절되도록 배열될 수 있는 방법을 도시한다. 따라서, 광속의 시간-평균이 상응하여 변경된다. 이것은 예를 들어 진폭 변조에 의해 광속 매칭을 달성하는 데 사용될 수 있다.
도 20b는 그레이 스케일에 대한 펄스 폭 변조를 예시한 개략도이다. 또한, 도 20b는 조명기 어레이(15) 내의 상이한 조명기 요소에 대한 동일한 진폭(1002)의 조명 펄스가 상응하여 상이한 길이의 주기를 갖는 광의 펄스를 제공하는 상이한 주기(1000, 1006)를 갖도록 펄스 폭에 의해 조절될 수 있는 방법을 도시한다. 따라서, 광속의 시간-평균이 상응하여 변경된다.
펄스 진폭 및 펄스 폭 변조 효과는 조합될 수 있다(도 20b에 도시되지 않음).
유리하게는, 이들 펄스 진폭 및/또는 펄스 폭 변조 기술은 실질적으로 균일한 광속 광학 윈도우 어레이(121)를 달성할 수 있다. 유리하게는, 개별 LED의 변경된 성능 특성들이 실질적으로 매칭될 수 있다. 또한, 유리하게는, 그러한 매칭은 윈도우 평면(106)에서 보정되고 디스플레이 디바이스의 수명 동안 주기적으로 수행될 수 있다. 또한, 유리하게는 그 매칭은 관찰자 위치결정 시스템(70), 예를 들어 카메라에 의해 달성될 수 있다.
도 21a는 약한 방출기에 적합한 최대 조명 펄스를 예시한 개략도이다. 또한, 도 21a는 조명기 어레이(15)의 요소에 대한 주기(1008)의 LED 펄스를 도시한다. 그러한 펄스는 조명기 어레이(15)의 가장 약한 요소에 적합할 수 있다.
도 21b는 보다 높은 파워의 조명기 요소에 적합한 쵸핑된 조명 펄스를 예시한 개략도이다. 또한, 도 21b는 예를 들어 그레이 스케일 조명을 달성하기 위해 또는 광속을 매칭하기 위해 펄스 폭 변조가 끝에서보다는 펄스 내에서 발생할 수 있는 방식을 도시한다. h(1010)은 조명기 어레이(15)의 보다 강한 조명기 요소들 중 하나의 조명기 요소의 펄스에서 이루어질 수 있는데, 이는 도 21a의 보다 약한 조명기 요소에 대해서와 실질적으로 동일한 출력 광속을 달성할 수 있다. 상이한 h이 보다 강한 조명기 요소들 전부를 가장 약한 조명기 요소에 매칭하는 데 사용될 수 있다. 유리하게는, 이는 조명기 어레이(15)의 조명기 요소들 대부분 내지 전부에 대해 실질적으로 동일한 시작 및 종료 시간을 달성할 수 있다. 유리하게는, 디스플레이 디바이스는 임의의 SLM(48) 응답 시간 동안 보다 균일하게 조명될 수 있다.
도 21c는 보다 높은 파워의 조명기 요소에 적합한 보다 짧은 펄스를 예시한 개략도이다. 또한, 도 21c는 펄스의 시작에서의 펄스 h(1010)을 도시한다.
도 21d는 보다 높은 파워의 조명기 요소에 적합한 보다 짧은 펄스를 예시한 개략도이다. 또한, 도 21d는 펄스의 끝에서의 펄스 h(1010)을 도시한다.
도 22는 위상 펄스 위치 변조를 예시한 개략도이다. 또한, 도 22는 광속 매칭이 펄스 위치 변조 계획을 사용하여 발생할 수 있는 방식을 도시한다. 각각의 조명 펄스는 개별 조명 서브-펄스(1012)의 콤(comb)을 포함할 수 있다. 또한, 서브 조명 펄스의 위상은 서브-펄스(1012, 1014)의 두 세트에 의해 도시된 바와 같은 상이한 시간에 적어도 일부의 광 방출 요소에 대해 실질적으로 "직교"하도록, 즉 발생하도록 배열될 수 있다. 유리하게는, 이는 조명기 전원 장치(도 22에 도시되지 않음)에 대한 피크 전류 부하를 감소시키고 이에 따라 비용을 감소시킬 수 있다.
상기의 실시예에서, 이미지 제어 유닛(76)은 관찰자(99) 위치에 응답하여 변하는 이미지 디스플레이를 달성하기 위해 제어 유닛(72) 및 센서(70)로부터의 관찰자 위치 데이터를 사용할 수 있다. 유리하게는, 이는 예를 들어 SLM(48) 상에 표시되는 이미지 관점이 관찰자(99)의 움직임에 응답하여 변화될 수 있는 "룩 어라운드(look around)" 기능을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 움직임은 의도적으로 허위의 관점을 생성하도록 증폭될 수 있다.
SLM(48)가 액정 재료를 사용하고 한 라인씩 어드레스되는 예시적인 실시예에서, LC 재료의 전기 광학 응답 특성이 중요할 수 있다. 또한, SLM(48) 상의 상이한 공간 위치에 위치되는 픽셀이 동일한 원시 데이터로 어드레스된 경우에도 그것들의 상이한 외양을 생성할 수 있도록 펄스 조명이 스캐닝 및 LC 응답과 상호작용할 수 있다. 이러한 효과는 원시 이미지 데이터를 보정하도록 사전-처리함으로써 제거될 수 있다. 이미지 데이터의 수정은 또한 좌측 및 우측 뷰들 사이의 서술된(predicated) 크로스토크를 보상하기 위해 이루어질 수 있다.
또한, 유리하게는, 관찰자(99) 위치에 대한 지식은 전술된 효과를 보상하기 위해 이미지 데이터의 더욱 효과적인 조절을 SLM(48)에 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 23에 도시된 바와 같은 추가 실시예에서, 광 방출 요소의 조명기 어레이(15)는 방출 요소(515), 예를 들어 시각적 조명을 위한 것으로 의도되지 않지만 관찰자(99) 위치의 검출을 돕기 위해 센서(70)와 협동하도록 배열될 수 있는 적외선 LED의 조명기 어레이와 정렬될 수 있다. 도 23은 관찰자를 조명하기 위해 부채꼴의 빔을 제공하도록 그리고 관찰자 추적 기능을 제공하도록 배열되는 통합된 적외선 방출 요소 어레이를 포함하는 추가의 실시예를 예시한 개략도이다. 적외선 LED는 망막으로부터의 반사를 통해 관찰자의 동공(599)의 용이하게 식별가능한 위치를 제공할 수 있다. 따라서, 요소(514)는 디스플레이 조명에 대한 것과 동일한 광학 시스템에 의해 윈도(26)와 대략적으로 정렬된 윈도우(526)로 지향될 수 있고, 이에 따라 관찰 공간 내에 실질적으로 공동-위치될 수 있다. 유리하게는, LED는 각각의 조명기 어레이(515) 및 광 방출 요소 조명기 어레이(15)의 정렬 및 패키징의 비용을 감소시키기 위해 동일한 패키지 내에 정렬될 수 있다. 유리하게는, 방출 요소(515)의 조명기 어레이는 조명기 어레이(15)로부터 개별적으로 어드레스 가능할 수 있다. 유리하게는, 그러한 배열은 관찰자 평면의 조명을 제공할 수 있는 자가-정렬 부채꼴의 적외선 빔을 달성할 수 있다. 부채꼴의 빔은 재귀 반사된 빔의 타이밍이 측정될 수 있도록 광속에서 시간 스캐닝될 수 있어, 카메라 센서 및 카메라 실시예의 처리 비용에 비해 낮은 비용의 측정 시스템을 달성할 수 있다. 대안적으로, 별개의 적외선 검출기가 동공 위치를 검출하는 데 사용될 수 있다.
이제, 디스플레이 디바이스(100)를 가로질러 측방향으로 변하는 관찰자의 검출된 위치에 응답하여 관찰 윈도우의 위치를 이동시킬 때 제어 시스템의 작동이 고려될 것이다. 이러한 경우에, 제어 시스템은 좌측 및 우측 이미지 위상 중 하나에서 주어진 조명기 요소의 작동을 중단시키고 좌측 및 우측 이미지 위상의 다른 하나에서 동일한 또는 상이한 조명기 요소의 작동을 개시함으로써 서로 가장 가까운 좌측 및 우측 관찰 윈도우의 광학 윈도우에 대응하는 조명기 요소를 제어한다.
도 24는 무안경 입체 디스플레이 장치에서 작동 동안 제공될 수 있는 적어도 하나의 광 방출 요소 조명기 어레이(15)에 공급될 수 있는 펄스 파형(5002, 5004)의 예를 예시한 개략도이다. 좌측 광학 윈도우의 조명에 대응하는 좌측 이미지 위상에서, 이러한 예시적인 실시예에서 LED인, 조명기 요소를 구동하기에 적합한 예시적은 파형은 5002이고, 우측 광학 윈도우에 대응하는 우측 이미지 위상에 대한 예시적인 파형은 5004이다. 따라서, 점선은 조합된 좌측 이미지 위상과 우측 이미지 위상에 대응하는, 후속 좌측 이미지 위상들의 시작 간의 시간 간격(5021)을 나타낸다.
이러한 예 및 본 명세서에 기술되는 후속 예에서, 작동은 좌측 이미지 위상에서 중단되고 우측 이미지 위상에서 개시된다. 이는 디스플레이 디바이스(100)를 가로질러 우측으로부터 좌측으로 움직이는 관찰자(99)의 검출에 응답하여 수행된다. 역 제어, 즉 우측 이미지 위상에서의 작동 중단 및 우측 이미지 위상에서의 작동 개시가, 디스플레이 디바이스(100)를 가로질러 좌측으로부터 우측으로 움직이는 관찰자(99)의 검출에 응답하여 수행된다. 관찰자(99)의 상이한 측방향 움직임에 응답한 제어는 완전히 대칭적이며, 따라서 이러한 예 및 후속 예는 우측 및 좌측 이미지 위상을 역전시킴으로써 반대 방향으로의 관찰자의 움직임에 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 역 제어가 별도로 설명되거나 예시되지 않는다. 그러나, (a) 좌측 및 (b) 우측의 언급은 (a) 좌측 또는 우측 중 어느 하나, 및 (b) 좌측 또는 우측 중 다른 하나로 일반화될 수 있다.
일반적으로, 좌측 관찰 윈도우와 우측 관찰 윈도우가 분리되는지 여부에 따라, 파형(5002, 5004)은 동일한 조명기 요소에 또는 상이한 조명기 요소에 적용될 수 있다. 즉, 좌측 관찰 윈도우와 우측 관찰 윈도우 사이에 분리가 없다면, 파형(5002, 5004)은 동일한 조명기 요소에 적용될 수 있어, 관찰자(99)의 코 영역 내의 조명기 요소는 좌측 이미지 위상에서의 작동을 중단하고 우측 이미지 위상에서의 작동을 개시한다. 반대로, 좌측 관찰 윈도우와 우측 관찰 윈도우 사이에 분리가 있다면, 파형(5002, 5004)은 상이한 조명기 요소에 적용될 수 있어, 관찰자(99)의 코 영역의 후방측에 대한 조명기 요소는 좌측 이미지 위상에서의 작동을 중단하고 관찰자(99)의 코 영역의 전방측에 대한 다른 조명기 요소는 우측 이미지 위상에서의 작동을 개시한다. 그러나, 이해의 용이함을 위해, 좌측 및 우측 이미지 위상에서의 펄스는 파형이 동일한 조명기 요소에 적용되는지 여부와 상관 없이 도 24에서 2개의 파형(5002, 5004)으로서 분리된다.
시간 간격(5021)은 SLM(48)로의 좌측 이미지의 업데이트 레이트에 의해 결정된다. 파형(5002, 5004)에서의 펄스(5006, 5012)의 타이밍은 위상 변이되고, SLM(48) 상의 좌측 이미지 및 우측 이미지 데이터의 디스플레이의 타이밍에 대응하여 배열된다. ON 또는 조명 펄스(5006)의 길이는 표시된 이미지의 개선된 크로스토크 및 콘트라스트를 달성하기 위해 SLM(48)의 각각의 필드 길이보다 더 작을 수 있다. 작동시, 조명기 요소의 적어도 하나의 그룹이 예를 들어 파형(5002)에 의해 구동되어 좌안으로 지향되고, 조명기 요소의 적어도 하나의 그룹이 예를 들어 파형(5004)에 의해 구동되어 우안으로 지향된다. 예를 들어 하기에 설명될 바와 같이, 좌안 그룹과 우안 그룹 사이의 경계에 특수한 처리를 제공하는 것이 유리하다.
따라서, 정지해 있는 관찰자는 좌측 이미지 위상에서 펄스(5006)에 의해 조명되는 조명기 어레이(15)의 각각의 조명기 요소로부터의 광을 수광할 수 있다. 관찰자가 윈도우(26)를 가로질러 위치를 움직여 우안이 좌안의 원래 위치를 향해 움직이며, (전술된) 제어 시스템은 각각의 조명기 요소에 의해 조명되는 윈도우(26)가 좌안 이미지보다는 우안 이미지와 실질적으로 동기화되어야 하는지를 결정한다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 도 24의 각각 펄스 파형(5002, 5004)의 5006, 5012와 같은 펄스는 각각 좌측 및 우측 이미지 위상의 펄스로 지칭될 수 있다. 따라서, SLM(48)의 좌측 이미지 위상은 좌측 펄스(5006)와 동기화되고, SLM(48)의 우측 이미지 위상은 우측 펄스(5012)와 동기화된다. 전이 영역의 시간 간격은 시간 간격(5021)과 동일할 수 있고, SLM(48)의 업데이트 타이밍에 의해 결정될 수 있다.
따라서, 각각의 조명기 요소는 좌측 이미지와의 동기화로부터 우측 이미지와의 동기화로 조명 위상을 변화시킬 수 있다. 따라서, 광은 관찰자의 코의 영역 내에서의 좌측에서 우측으로의 전이에 의해 (전술된 바와 같은) 움직이는 관찰자에 대해 정확한 위치로 조종될 수 있다. 조명 파형은 도 24에서 조명의 좌측 및 우측 위상에 대해 실선으로서 예시되며, 이때 점선은 위상 스위칭이 없었다면 조명 위상이 그랬을 것을 예시한다. 따라서, 마지막 좌측 펄스는 시간(5014)에서 시작하는 반면, 첫 번째 우측 펄스는 시간(5016)에서 시작한다.
도 24는 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스 및 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스가 좌측 및 우측 이미지 위상의 인접 쌍에서 발생하는 예를 예시한다. 관찰자(99)가 한 쪽을 움직일 때 파형(5002, 5004)(파형(5002, 5004)이 동일한 조명기 요소에 적용될 때, 이는 그에 적용된 파형에 대응함에 유의한다)의 적용으로부터 유래하는 관찰자(99)에 의해 인지되는 광의 세기를 나타내는 파형(5018)이 또한 도 24에 예시된다. 이러한 파형은 좌측 위상에서의 조명으로부터 우측 위상에서의 조명으로의 전이를 보여주고, 전이 영역(5020)에서 근접 이격된 또는 이중 펄스(5022)가 발생할 수 있음에 유의한다. 도 24의 파형(5018)은 관찰자(99)에 의해 밝은 플래시(flash)로서 보일 수 있는 전이 영역(5020) 내의 인지된 휘도 아티팩트를 생성할 수 있다.
반대로, 도 25는 도 24의 것과 유사하지만, 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스가 도 24에 비해 다음의 이용가능한 우측 이미지 위상으로 지연되어, 그 결과 펄스가 전혀 없는 시간 주기(5023)에서 좌측 및 우측 이미지 위상의 인접 쌍이 존재하는 예를 예시한다. 따라서, 전이 영역(5020)에서, 넓게 이격된 또는 누락된 펄스가 발생할 수 있다. 이러한 경우, 시간 간격(5021)과 동일할 수 있는 시간 간격(5025)을 갖는 전이 영역(5020)에서, 시간(5024)에서 발생했을 펄스는 발생하지 않으며, 대신에 다음의 펄스가 시간(5026)에서 나타난다. 따라서, 도 25의 파형(5018)은 관찰자(99)에 의해 어두운 플래시로서 보일 수 있는 전이 영역(5020) 내의 인지된 휘도 아티팩트를 생성할 수 있다.
따라서, 도 24 및 도 25의 대안적인 파형들 중 어느 것이 적용되더라도, 관찰자는 밝은 플래시 또는 어두운 플래시 중 어느 하나로서 보일 수 있는 전이 영역(5020) 내의 휘도 아티팩트를 인지할 수 있다.
이제 제어 시스템에 의해 수행되는 제어가 그러한 휘도 아티팩트를 감소시키도록 변형되는 몇몇 실시예가 설명되고 예시될 것이다.
도 26 내지 도 31에서, 좌측 이미지 위상에서 작동되는 조명기 요소가 우측 이미지 위상에서 작동되는 조명기 요소와 조명기 요소의 어레이 내에서 연속되어, 동일한 조명기 요소가 좌측 이미지 위상에서의 작동을 중단하고 우측 이미지 위상에서의 작동을 개시한다. 따라서, 도 26 내지 도 31은 전술된 바와 같이 좌측 및 우측 이미지 위상에서의 조명 펄스를 구성하는, 주어진 조명기 요소에 그것이 광을 출력하게 하도록 공급되는 제어 신호의 파형을 예시한다.
도 26은 이중 펄스 (밝은) 아티팩트에 대한 보상의 일례를 개략적으로 예시한다. 조명기 요소에 공급되는 제어 신호는 영역(5020)에서 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되게 하고 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되게 하는 파형(5030)을 갖는다. 이러한 예에서, 도 24에 도시된 파형(5018)과 유사하게, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는 펄스(5032)에 의한 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스 전이고, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는 그 위상에 대해 광속의 시간-평균이 사전결정된 값이 되도록 정상 펄스 주기를 갖는 펄스에 의한다. 그러나, 도 24에 도시된 파형(5018)과 대조적으로, 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스는 그 위상에 대해 광속의 시간-평균이 사전결정된 값 미만이 되도록 짧아진 주기를 갖는 펄스(5032)에 의한다.
유리하게는, 본 실시예에서, 좌측 위상과 우측 위상 사이의 전이 영역에서 조명기 어레이(15)의 조명기 요소에 대한 파형을 처리함으로써, 휘도 아티팩트를 야기할 수 있는 조건이 보상될 수 있다.
도 27은 이중 펄스 (밝은) 아티팩트에 대한 보상의 추가의 예를 개략적으로 예시한다. 조명기 요소에 공급되는 제어 신호는 영역(5020)에서 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되게 하고 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되게 하는 파형(5035)을 갖는다. 이러한 예에서, 도 24에 도시된 파형(5018)과 유사하게, 펄스(5033)에 의한 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는, 그 위상에 대해 광속의 시간-평균이 사전결정된 값이 되도록 그 자체가 정상 펄스 주기를 갖는 펄스에 의한 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스 전이다. 그러나, 도 24에 도시된 파형(5018)과 대조적으로, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는 그 위상에 대해 광속의 시간-평균이 사전결정된 값 미만이 되도록 그 자체가 짧아진 주기를 갖는 펄스(5033)에 의한다. 따라서, 펄스(5033)는 도 26의 펄스(5032)에 반대인 이미지 위상으로 되도록 배열될 수 있어서, 예를 들어 전이의 시간에 좌측 이미지보다는 우측 이미지가 보인다. 유리하게는, 그러한 실시예는 감소된 이미지 깜박거림을 달성할 수 있다.
도 28은 도 25에 예시된 바와 같이, 영역(5020)에서 원래 파형(5018)의 미싱 (어두운) 펄스에 대한 보상의 일례를 개략적으로 예시한다. 조명기 요소에 공급되는 제어 신호는 영역(5028)에서 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되게 하고 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되게 하는 파형(5031)을 갖는다. 이러한 예에서, 파형(5031)은 도 27의 파형(5035)과 유사하다.
도 29는 중간 펄스(5040)의 중심 설정을 포함하는 추가의 실시예를 예시하는 개략도이다. 조명기 요소에 공급되는 제어 신호는 영역(5038)에서 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되게 하고 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되게 하는 파형(5036)을 갖는다. 이러한 예에서, 파형(5036)은, 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스가 도 29에 예시된 바와 같이 선행 펄스와 후속 펄스 사이의 동일한 시간 간격(5042)을 갖고서 시간적으로 대략 등거리로 배열되도록 이동되는 펄스(5040)에 의한 것을 제외하고는, 도 26의 파형(5030)과 유사하다. 유리하게는, 그러한 실시예는 움직이는 관찰자에 대한 깜박거림 아티팩트의 출현의 추가의 감소를 달성한다.
도 30은 조명 위상의 개시 주위에 중간 펄스(5040)를 배열하는 것을 포함하는 추가의 실시예를 예시한 개략도이다. 조명기 요소에 공급되는 제어 신호는 영역(5038)에서 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되게 하고 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되게 하는 파형(5037)을 갖는다. 이러한 예에서, 중간 펄스(5040)는 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스와 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스에 의해 효과적으로 형성된다. 따라서, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스 후이다. 또한, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스 및 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스는 각각의 개별 위상에 대해 광속의 시간-평균이 사전결정된 값의 절반이 되도록 정상 주기의 절반인 짧아진 주기를 갖는 펄스에 의해 각각 수행된다. 유리하게는, 도 30에 설명된 바와 같이 구동 파형을 변형시키는 것은 전이에서 SLM(48)의 좌안 및 우안 조명의 혼합을 달성하여, 전이 조명기 요소로부터의 광이 가시적인 디스플레이의 그러한 부분에서 깜박거림 아티팩트를 감소시킬 수 있다.
상기 예 모두에서, 도 24의 유형의 밝은 플래시 또는 도 25의 유형의 어두운 플래시의 휘도 아티팩트는 도 24와 비교하여 영역(5020)에서 광속의 전체 시간-평균을 감소시키고 도 25와 비교하여 영역(5020)에서 광속의 전체 시간-평균을 증가시키는 방식으로 제어 신호의 파형을 변경함으로써 감소된다. 다른 파형이 유사한 효과를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
도 24에 도시된 상황은, 전이가 좌측 이미지 위상과 우측 이미지 위상의 인접한 쌍이 상기 사전결정된 값의 2배인 조명기 요소의 광속의 시간-평균을 갖게 하기 때문에 발생한다. 깜박거림을 감소시키는 일반적인 경우에, 제어 신호는 좌측 이미지 위상과 우측 이미지 위상의 각각의 인접한 쌍에 대해, 좌측 이미지 위상과 우측 이미지 위상 사이의 작동으로부터 변화되는 조명기 요소의 광속의 시간-평균이 상기 사전결정된 값의 2배 미만이 되도록 변형된다. 이는 도 26 내지 도 30에 도시된 각각의 파형에 의해 달성된다.
유사하게, 도 25에 도시된 상황은, 전이가 좌측 이미지 위상과 우측 이미지 위상의 인접한 쌍이 0인 조명기 요소의 광속의 시간-평균을 갖게 하기 때문에 발생한다. 깜박거림을 감소시키는 일반적인 경우에, 제어 신호는 좌측 이미지 위상과 우측 이미지 위상의 각각의 인접한 쌍에 대해, 좌측 이미지 위상과 우측 이미지 위상 사이의 작동으로부터 변화되는 조명기 요소의 광속의 시간-평균이 0 초과가 되도록 변형된다. 이는 도 26 내지 도 30에 도시된 각각의 파형에 의해 달성된다.
상기 예 모두에서, 펄스의 광속의 시간-평균은 펄스의 주기를 즉 시간 변조에 의해 감소시킴으로써 사전결정된 값 미만이 되도록 제어된다. 일반적으로, 펄스의 광속의 시간-평균의 그러한 제어는 도 20a 내지 도 21d에 도시된 기술 중 임의의 하나 또는 임의의 조합을 사용하여, 예를 들어 펄스(5032)의 진폭, 위치 및/또는 지속기간을 변화시킴으로써 수행될 수 있다.
도 31은 전이 영역(5020)에서 펄스의 증가된 광속을 제공하는 것을 포함하는 추가의 실시예를 예시한 개략도이다. 조명기 요소에 공급되는 제어 신호는 영역(5020)에서 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되게 하고 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되게 하는 파형(5018)을 갖는다. 이러한 예에서, 파형(5018)은, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스와 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스가 각각의 그러한 위상에 대해 광속의 시간-평균이 사전결정된 값을 초과하도록 증가된 진폭을 갖는 펄스(5043, 5045)에 의해 각각 수행되는 것을 제외하고는, 도 25에 도시된 것과 동일하다. 따라서, 전이 영역(5020)에 걸친 시간 적분된 광속은 다른 시간에서의 시간 적분된 광속에 매칭되어, 도 25에서 발생하는 어두운 플래시의 휘도 아티팩트를 감소시킨다. 유리하게는, 도 31에 설명된 바와 같이 구동 파형을 변형시키는 것은 전이 조명기 요소로부터의 광이 가시적인 디스플레이의 그러한 부분에서 감소된 깜박거림 아티팩트를 달성할 수 있다.
유리하게는, 도 26 내지 도 31에 설명된 바와 같이 구동 파형을 변형시키는 것은 관찰자에 대한 휘도 깜박거림 효과의 출현을 감소시켜, 추적되는 관찰자에 대한 디스플레이의 품질을 개선할 수 있다.
제어의 그러한 변형은 이로써 생성된 제어 신호의 형태를 변형시킴으로써 간단히 복잡하지 않은 방식으로 제어 시스템에서 구현될 수 있다. 몇몇 가능한 기술은 다음과 같다.
도 32는 이미지 깜박거림을 감소시키도록 변형된 출력으로 스위치 조명기 요소를 구동시키는 추가의 제어 방법을 포함하는 추가의 실시예를 예시한 개략도이다.
제1 단계(500)는 잠재적으로 밝은 또는 어두운 펄스 아티팩트에 의해 영향을 받을 수 있는 후보 조명기 요소를 식별하는 것이다. 이러한 조명기 요소는 관찰자의 코 위치에 대응하는 눈들 사이의 영역에 물리적으로 이미지 형성된 영역 내의 요소들에 대응한다. 이는 예를 들어 도 43에 설명될 바와 같이 행해질 수 있다.
다음 단계(502)는 밝은 펄스(펄스들 사이의 짧은 갭) 또는 어두운 펄스(펄스들 사이의 긴 갭)에 대해 보정이 요구되는지를 결정하는 것이다. 이는 예를 들어 도 44 및 도 60c에 예시된 방법에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어 카운터/타이머 회로에 의한 펄스 갭의 측정 또는 타이밍과 같은 다른 검출 방법이 사용될 수 있다. 밝은 펄스의 경우에, 이벤트 블록(506)이 영향받은 조명기 요소에 적용되는 펄스를 감소시키도록 사용된다. 펄스는 예를 들어 이전에 적용되었던 펄스의 폭의 50%로 길이가 감소될 수 있거나, 진폭이 감소될 수 있거나 이 둘의 조합으로 되어, 밝은 펄스 아티팩트의 효과가 감소된다.
어두운 펄스 아티팩트의 경우에, 블록(504)이 짧은 펄스, 예를 들어 표준 조명 펄스 폭의 길이의 50%인 펄스를 삽입하도록 사용된다. 펄스는 대안적으로 어두운 펄스 아티팩트를 보상하기 위해 진폭 또는 폭과 진폭의 조합이 감소될 수 있다. 변형된 조명기 요소 펄스 정보가 이어서 블록(508)으로 통과되고, 이는 조명기 요소 어레이에 대한 구동을 제어한다.
도 33은 제1 조명 위치와 제2 조명 위치 사이에서 제1 패턴으로 조명기 요소 어레이를 스위칭시키는 것을 포함하는 추가의 실시예를 예시한 개략도이다. 조명기 요소의 개별적으로 어드레스가능한 어레이를 포함하는 조명기 어레이(400)가 비-조명된 조명기 요소(406), 좌측 위상 조명된 조명기 요소(402) 및 우측 위상 조명된 조명기 요소(404)를 갖고서 배열된다. 관찰자 움직임 후, 조명기 요소(410, 412)가 각각 402, 404 대신에 사용된다. 도 24 및 도 25에 설명된 바와 같이, 그러한 스위칭 및 위치(414)는 깜박거림 아티팩트를 생성할 수 있다. 유사하지만 전형적으로는 덜 해로운 아티팩트가 조명기 요소 위치(416, 418)에 대해 관찰될 수 있다. 그러나, 그러한 위치는 전형적으로 위치(414)와 비교하여 눈 위치로부터 제거되고, 덜 중요한 것이다. 그러나, 본 명세서에 설명된 보정 방법이 유리하게는 필요할 경우 조명기 요소(416, 418)에 대응하는 윈도우 위치에서 광속 변화를 보정하도록 적용될 수 있다.
도 34는 제1 조명 위치와 제2 조명 위치 사이에서 제2 패턴으로 조명기 어레이를 스위칭시키는 것을 포함하는 추가의 실시예를 예시한 개략도이다. 이러한 실시예에서, 중앙 조명기 요소(420)는 조명되지 않는다. 유리하게는, 그러한 배열은 이미지 크로스토크를 개선할 수 있다. 그러나, 위치(424, 426)로부터의 광은 좌안 및 우안 둘 모두에 대해 블리딩될(bleed) 수 있다. 그러한 블리딩은, 비록 2개의 조명기 요소가 스위칭되더라도, 도 24 및 도 25에 설명된 것과 유사한 깜박거림 아티팩트를 야기할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 보정 메커니즘이 유리하게는 비-연속되는 좌측 및 우측 LED(402, 404)를 가진 배열에 적용될 수 있다.
도 35는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 조명기 어레이의 균일한 스위칭을 달성하는 제어 시스템을 포함하는 추가의 실시예를 예시한 개략도이다. 조명 컨트롤러(74)는 관찰자에 대한 위치 정보를 포함하는 데이터 입력(440), 디스플레이가 작동하는 조명 모드에 기초하여 조명기 요소 좌측 및 우측 위상 제어 라인(442, 444)을 결정하기 위한 정보 컨트롤러(428), 잠재적인 깜박거림 아티팩트를 식별하고 이를 보상하는 전이 조명기 요소 컨트롤러(430)를 포함할 수 있고, 어레이(15)의 조명기 요소에 접속되는 라인(446)을 구동시키도록 배열되는 조명기 요소 구동기(432)를 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로, 전이 조명기 요소 제어는 별도의 사전-조절 제어 요소로서보다는 제어 라인(446)으로 수행될 수 있다. 유리하게는, 그러한 제어 시스템은 전이 조명기 요소 스위칭의 실시간 보정을 달성하여, 낮은 비용과 빠른 속도로 이미지 깜박거림을 감소시킬 수 있다.
조명기 요소의 어느 그룹이 좌안 위상으로부터 우안 위상으로 스위칭할 수 있는지를 식별하여, 도 24 및 도 25에서 식별된 깜박거림 아티팩트를 생성하는 것이 바람직하다. 그러한 조명기 요소 그룹은 코 영역에, 또는 하나의 조명기 요소 또는 근접하게 이격된 조명기 요소들의 위상이 좌안 위상으로부터 우안 위상으로 변화하는 다른 영역에 있는 것들일 수 있다. 그러한 조명기 요소는 본 명세서에서 전이 조명기 요소로 지칭될 수 있다. 이들이 조명기 어레이(15)의 중심에 있을 필요는 없으며, 전이 조명기 요소가 관찰자의 위치에 따라 이동한다는 것에 유의한다.
도 36은 중앙 조명기 요소 제어가 없는 상태에서 제1 조명 위치와 제2 조명 위치 사이에서 제2 패턴으로 조명기 어레이를 스위칭시키는 단계를 예시한 개략도이다. 도 24 및 도 25에 도시된 것과 유사한 방식으로, 제1 스위칭 시퀀스에서, 좌안 그룹(402)은 우안 그룹(404) 앞으로 이동하여, 그룹(403)이 그룹(404)과 연속되어 배열되는 것을 볼 수 있다. 이는 그룹(404)이 그룹(412)으로 이동하기 전에 짧은 주기 동안 윈도우들 사이의 갭을 제거한다. 이러한 방식으로, 대응하는 윈도우가 보다 높은 휘도의 펄스를 보게 될 것이다.
도 37은 중앙 조명기 요소 제어가 없는 상태에서 제1 조명 위치와 제2 조명 위치 사이에서 제2 패턴으로 조명기 어레이를 스위칭시키는 단계를 예시한 개략도이다. 따라서, 제2 스위칭 시퀀스에서, 좌안 그룹(402)은 우안 그룹(404) 뒤로 이동하여, 그룹(405)이 조명이 없는 그룹(421)과 함께 배열된다. 이는 그룹(402)이 그룹(410)으로 이동하기 전에 짧은 주기 동안 윈도우들 사이의 갭을 2배로 한다. 이러한 방식으로, 대응하는 윈도우가 보다 낮은 휘도의 펄스를 보게 될 것이다.
따라서, 중앙 조명기 요소의 스위칭의 제어가 조명기 요소의 연속 및 비-연속 그룹(402, 404) 둘 모두에 대해 요구되는 것이 보여질 수 있다.
도 26 내지 도 31이 동일한 조명기 요소가 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단됨에 따라 우측 이미지 위상에서의 작동을 개시하는 실시예를 예시하지만, 대안으로서, 상이한 조명기 요소가 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단됨에 따라 우측 이미지 위상에서 작동을 개시할 수 있다. 이는 좌측 및 우측 이미지 위상에서 작동되는 조명기 요소가 조명기의 어레이에서 상이하게 분리되는 경우에 발생한다. 그러한 제어에 의해, 휘도 아티팩트의 감소가, 좌측 이미지 위상에서의 작동이 중단되는 조명기 요소 및 우측 이미지 위상에서의 작동이 개시되는 조명기가 공통 제어 신호보다는 별개의 제어 신호에 의해 제어되는 것을 제외하고는, 전술된 것과 유사한 방식으로 달성될 수 있다. 도 38 내지 도 43의 실시예와 동등한 실시예가 그 내에 도시된 제어 신호를 그러한 별개의 제어 신호로 분할함으로써 구현될 수 있다. 2개의 상이한 조명기 요소가 우측 이미지 위상에서의 작동을 개시하고 좌측 이미지 위상에서의 작동을 중단하는 실시예의 몇몇 다른 예는 다음과 같다.
도 38 및 도 39는 도 24 및 도 25에 도시된 제어 신호와 동등한 상이한 조명기 요소에 적용되는 제어 신호의 펄스 파형(420, 422)을 예시한 개략도이고, 이는 좌측 이미지 위상과 우측 이미지 위상 사이에서 조명기 요소의 스위칭 동안 밝은 및 어두운 깜박거림 아티팩트를 각각 생성할 것이다.
대조적으로, 도 40 및 도 41은 휘도 아티팩트의 가시성을 감소시키지만 패널 조명을 유지하도록 감소된 주기를 갖는 펄스(5047, 5049)를 각각 도입함으로써 그러한 휘도 아티팩트를 감소시키는 상이한 조명기 요소에 적용되는 제어 신호의 펄스 파형(420, 422)을 예시한 개략도이다.
도 40의 경우에, 추가의 펄스(5047)가 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스를 수행하도록 파형(420)을 갖는 제어 신호에 제공된다. 결과는 다음과 같이 도 27의 것과 유사하다. 파형(420)의 제어 신호에 의해 제공된 펄스(5047)에 의한 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는 상이한 조명기 요소에 공급된 파형(422)의 제어 신호에 의해 제공된 우측 이미지 위상에서의 작동의 초기 인스턴스 전이다. 우측 이미지 위상에서의 작동의 그 초기 인스턴스는 그 위상에 대해 광속의 시간-평균이 사전결정된 값이 되도록 그 자체가 정상 펄스 주기를 갖는 파형(422) 내의 펄스에 의해 수행된다. 그러나, 좌측 이미지 위상에서의 작동의 최종 인스턴스는 그 위상에 대해 광속의 시간-평균이 사전결정된 값 미만이 되도록 짧아진 주기를 갖는 파형(420) 내의 펄스(5047)에 의한다.
도 42는 펄스(5051)가 하나 초과의 조명 시간을 포함하여 도 42의 펄스(5049)와 동일한 전체 폭으로 삽입되는 추가의 펄스 파형(420, 422)을 예시한 개략도이다. 유리하게는, 삽입된 조명 펄스는 순차적으로 어드레스되는 공간 광 변조기의 상부 영역보다 큰 조명과 일치하여 SLM(48)의 영역에 걸쳐 균일성이 증가되도록 배열될 수 있다. 도 43은 선택적으로 전이 LED를 식별하도록 제어 시스템 내에 구현될 수 있는 제어 방법을 예시한 개략도이다. LED를 포함하는 조명기 어레이를 참조하지만, 유사한 기술이 다른 유형의 광원에 적용될 수 있다.
시스템 컨트롤러 내에서와는 대조적으로 LED 구동 시스템에 대해 국소적으로 전이 LED의 제어를 구현하는 것이 바람직할 것이며, 따라서 비용과 복잡성이 감소된다. 도 43은 전이 LED, 즉 주어진 시간에 전이 영역(5020)에 있는 LED의 국소 제어를 달성하는 방법을 설명한다. 전이 LED는 예를 들어 다음의 방법에 의해 조명 어레이 제어 회로에서 식별될 수 있다. 어레이(6050, 6052)는 예를 들어 제1 위치에서 조명된 LED에 대응하는 그리고 각각 좌안 및 우안의 조명에 대응하는 그룹(6060, 6062)을 포함한다. 제1 단계에서, 어레이(6054) 내의 그룹(6060)은 그룹(6064)을 가진 어레이(6054)를 달성하도록 우측으로 이동되고, 한편 그룹(6062)은 그룹(6066)을 가진 어레이(6056)를 달성하도록 어레이(6052) 내에서 좌측으로 이동된다. 제2 단계에서, 논리 AND 연산이 어레이들(6054, 6056) 사이에서 수행되어, 전이 LED를 식별하고 깜박거림 아티팩트에 대한 보정이 유리할 수 있는 그룹(6072)을 가진 어레이(6070)를 생성할 수 있다.
예를 들어 도 8에 도시된 바와 같은 배열에서, LED 어레이는 조명되는 LED의 다수의 그룹을 제공할 수 있다. 전이 LED와 유사한 방식으로 스위칭되는 LED의 다수의 그룹들 사이에서 각각의 스위칭 LED 패턴을 식별하는 것이 바람직할 수 있다. 유리하게는, 움직이는 관찰자에 대해 좌안 위상과 우안 위상 사이에서 스위칭되는 LED 어레이의 영역에 대한 깜박거림이 감소될 수 있다.
도 44는 밝은 펄스 아티팩트에 대응하는 제1 조명 배열에서 스위칭 LED 그룹을 식별하는 추가의 제어 방법을 예시한 개략도이다. 도 45는 어두운 펄스 아티팩트에 대응하는 스위칭 LED 그룹을 식별하는 추가의 제어 방법을 예시한 개략도이다. 어느 전이 LED가 보정으로부터 이득을 얻는지가 예를 들어 도 44 및 도 45에 예시된 다음의 방법에 의해 조명 어레이 제어 회로 내에서 식별될 수 있다. 광 방출 요소 어레이(15)(예컨대 LED 어레이)에 적용되는 우안 조명 그룹(6100)을 가진 최종 조명 어레이(6080) 및 좌안 그룹(6102)을 가진 제안된 다음 어레이(6082)가 좌측 조명 위상과 우측 조명 위상 사이에서 상태가 변화하지 않은 LED 그룹(6085)을 식별하는 어레이(6084)를 생성하도록 함께 논리 XNOR (배타적 NOR)된다. 상태가 변화하지 않은 많은 LED가 어느 위상으로도 조명되지 않았고, 이들은 도 43에 관하여 설명된 방법에 의해 전이 LED 그룹(6072)을 식별한 어레이(6070)와 어레이(6084)를 논리 AND함으로써 식별될 수 있다는 것이 명백할 것이다.
어레이(6088)는 깜박거림 아티팩트를 감소시키도록 보정이 적용될 수 있는 LED(6108)를 포함한다. 어레이(6080)를 보면, LED(6108)의 원래 상태는 ON이었고, 그러면 낮은 휘도 보정 펄스(예컨대, 감소된 폭의 펄스)가 밝은 플래시 아티팩트를 보정하는 데 적절할 수 있다. 이는 도 30의 제어 흐름 및 도 35의 회로 블록을 참조하여 적용된다. 유사하게, 우안 조명 그룹(6200)을 가진 어레이(6090)가 좌안 조명 그룹(6202)을 가진 제안된 다음 어레이(6092)와 XNOR되어 상태가 변화되지 않은 LED를 나타내는 어레이(6094)를 제공하고, 이러한 그룹은 어레이(6070)의 전이 LED 그룹(6072)과 논리 AND되어, 결과적인 어레이(6098)는 적용된 보정으로부터 이득은 얻는 LED(이 경우 6110)를 포함한다. 어레이(6090) 내의 이러한 LED의 원래 상태가 OFF였기 때문에, 추가의 펄스가 어두운 플래시 아티팩트에 대해 보정하는 것이 필요하다.
도 36 및 도 37에 예시된 아티팩트의 보정에 대한 구현예는 스위칭된 LED를 특성화하기 전에 그룹(402, 404)의 데이터 이동을 삽입함으로써 달성될 수 있다. 이러한 방식으로, 동일한 프로세스가 보정 후 재삽입된 갭으로 달성될 수 있다.
유리하게는, 본 실시예는 ASIC 및 FPGA를 포함하지만 이로 제한되지 않는 회로에 의한 구현예, 예를 들어 도 30의 흐름도의 구현예와 용이하게 호환될 수 있다.
도 24 내지 도 45의 배열은 조명기 요소가 좌측 윈도우 이미지로부터 우측 윈도우 이미지로 스위칭하기 위해 위상을 변화시키도록 배열되는 시간 다중화 디스플레에 적용될 수 있다. 그러한 디스플레이는 광학 밸브 지향성 백라이트, 프레넬 렌즈, 마이크로렌즈 어레이, 웨지 유형 조명 시스템 등을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다.
본 명세서에 사용될 수 있는 바와 같이, 용어 "실질적으로"와 "대략"은 그것의 대응하는 용어 및/또는 항목들 사이의 상대성에 대해 업계-용인 허용오차를 제공한다. 그러한 업계-용인 허용오차는 0 퍼센트로부터 10 퍼센트까지의 범위이고, 구성요소 값, 각도 등에 이로 제한됨이 없이 해당한다. 항목들 사이의 그러한 상대성은 대략 0 퍼센트 내지 10 퍼센트의 범위이다.
본 명세서에 개시된 원리에 따른 다양한 실시예가 전술되었지만, 그것들이 제한이 아닌 단지 예로서 제시되었음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 개시 내용의 범위와 범주는 전술된 예시적인 실시예 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 하고, 단지 본 개시 내용으로부터 유래되는 임의의 특허청구범위와 그것들의 등가물에 따라서만 한정되어야 한다. 또한, 위의 이점과 특징이 기술된 실시예에 제공되지만, 위의 이점 중 임의의 것 또는 모두를 달성하는 공정 및 구조에 대한 그러한 유래된 특허청구범위의 적용을 제한하지 않아야 한다.
또한, 본 명세서의 섹션 표제는 37 CFR 1.77 하의 제안과의 일관성을 위해 또는 달리 조직적 단서를 제공하기 위해 제공된다. 이들 표제는 본 개시 내용으로부터 유래될 수 있는 임의의 특허청구범위에 기재된 실시예(들)를 제한하거나 특성화하지 않아야 한다. 구체적으로 그리고 예로서, 표제가 "기술분야"를 지칭하지만, 특허청구범위는 그렇게 불리는 분야를 설명하기 위해 이러한 표제 하에 선택된 언어에 의해 제한되지 않아야 한다. 또한, "배경기술"에서의 기술의 설명은 소정 기술이 본 개시 내용의 임의의 실시예(들)에 대한 종래 기술임을 인정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. "발명의 내용"도 또한 유래된 특허청구범위에 기재된 실시예(들)의 특성화로 간주되지 않아야 한다. 또한, 본 개시 내용에서 단수형으로 "발명"에 대한 임의의 언급은 본 개시 내용에 단지 하나의 신규성의 사항만이 존재한다고 주장하기 위해 사용되지 않아야 한다. 다수의 실시예가 본 개시 내용으로부터 유래되는 다수의 특허청구범위의 제한에 따라 기재될 수 있으며, 따라서 그러한 특허청구범위는 그에 의해 보호되는 실시예(들)와 그 등가물을 정의한다. 모든 경우에, 그러한 특허청구범위의 범주는 본 개시 내용을 고려하여 그 자체의 장점에 따라 고려되어야 하지만, 본 명세서에 기재된 표제에 의해 구속되지 않아야 한다.

Claims (14)

  1. 무안경 입체 디스플레이 장치(autostereoscopic display apparatus)로서,
    디스플레이 디바이스(display device)로서,
    통과하는 광을 변조시키도록 배열되는 픽셀들의 어레이를 포함하는 투과성 공간 광 변조기(transmissive spatial light modulator);
    도파관(waveguide)으로서, 입력 단부와, 상기 공간 광 변조기를 가로질러 상기 입력 단부로부터 연장되는, 상기 도파관을 따라 광을 안내하기 위한 서로 대향하는 제1 및 제2 안내 표면들을 구비한, 상기 도파관; 및
    상기 도파관의 상기 입력 단부를 가로질러 측방향으로 상이한 입력 위치들에 있는 광원들의 어레이로서, 상기 도파관은 상기 입력 단부를 가로지르는 상기 상이한 입력 위치들에서의 광원들로부터의 입력 광을 상기 입력 위치들에 따라 상기 측방향으로 분포되는 출력 방향들로 상기 공간 광 변조기를 통해 각각의 광학 윈도우(optical window)들 내로 공급하기 위해 상기 제1 안내 표면을 통해 출력 광으로서 지향시키도록 배열되는, 상기 광원들의 어레이를 포함하는, 상기 디스플레이 디바이스를 포함하고,
    상기 무안경 입체 디스플레이 장치는,
    상기 디스플레이 디바이스에 대한 관찰자의 위치를 검출하도록 배열되는 센서 시스템; 및
    상기 공간 광 변조기와 상기 광원들을 제어하도록 배열되는 제어 시스템을 추가로 포함하며,
    상기 제어 시스템은 서로 교번하는 좌측 및 우측 이미지 위상들에서 시간 다중화된(temporally multiplexed) 좌측 및 우측 이미지들로 광을 변조시키기 위해 상기 공간 광 변조기를 제어하도록 배열되고,
    상기 제어 시스템은 상기 관찰자의 검출된 위치에 따라, 상기 광원들을 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들에서 작동시키도록, 선택적으로 상기 좌측 및 우측 이미지들을 관찰자의 좌안 및 우안에 대응하는 위치들에 있는 적어도 하나의 광학 윈도우를 포함하는 각각의 관찰 윈도우(viewing window)들 내로 지향시키도록 배열되며,
    상기 제어 시스템은, 상기 관찰 윈도우들의 위치가 고정적일 때, 광속(luminous flux)의 시간-평균이 사전결정된 값을 갖도록 개별 광원들을 단일 위상에 대해 작동시키도록 배열되고,
    상기 제어 시스템은, 상기 관찰자의 검출된 위치의 변화에 응답하여 상기 관찰 윈도우들의 위치를 이동시킬 때, 좌측 이미지 위상 및 우측 이미지 위상의 각각의 인접한 쌍에 대해, 주어진 광원의 상기 광속 및 동일한 또는 상이한 광원의 상기 광속의 상기 시간-평균이 0 초과이고 상기 사전결정된 값의 2배 미만으로 되는 방식으로, 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 하나의 위상에서 상기 주어진 광원의 작동을 중단시키고 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 다른 하나의 위상에서 상기 동일한 또는 상이한 광원의 작동을 개시시킴으로써, 서로 가장 가까운 좌측 및 우측 관찰 윈도우들의 광학 윈도우들에 대응하는 광원들을 제어하도록 배열되는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 상기 관찰자의 검출된 위치의 변화에 응답하여 상기 관찰 윈도우들의 위치를 이동시킬 때, 상기 주어진 광원의 작동을 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 하나의 위상에서의 상기 주어진 광원의 작동의 최종 인스턴스(final instance)로 제어하여 그 위상에 대해 상기 광속의 시간-평균이 상기 사전결정된 값 미만이 되도록, 그리고 상기 동일한 또는 상이한 광원의 작동을 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 다른 하나의 위상에서의 상기 동일한 또는 상이한 광원의 작동의 초기 인스턴스(initial instance)로 제어하여 그 위상에 대해 상기 광속의 시간-평균이 상기 사전결정된 값이 되도록 배열되는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 상기 관찰자의 검출된 위치의 변화에 응답하여 상기 관찰 윈도우들의 위치를 이동시킬 때, 상기 주어진 광원의 작동을 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 하나의 위상에서의 상기 주어진 광원의 작동의 최종 인스턴스로 제어하여 그 위상에 대해 상기 광속의 시간-평균이 상기 사전결정된 값이 되도록, 그리고 상기 동일한 또는 상이한 광원의 작동을 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 다른 하나의 위상에서의 상기 동일한 또는 상이한 광원의 작동의 초기 인스턴스로 제어하여 그 위상에 대해 상기 광속의 시간-평균이 상기 사전결정된 값 미만이 되도록 배열되는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은, 상기 관찰자의 검출된 위치의 변화에 응답하여 상기 관찰 윈도우들의 위치를 이동시킬 때, 상기 주어진 광원의 작동을 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 하나의 위상에서의 상기 주어진 광원의 작동의 최종 인스턴스로 제어하여 그 위상에 대해 상기 광속의 시간-평균이 상기 사전결정된 값 미만이 되도록, 그리고 상기 동일한 또는 상이한 광원의 상기 작동을 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 다른 하나의 위상에서의 상기 동일한 또는 상이한 광원의 작동의 초기 인스턴스로 제어하여 그 위상에 대해 상기 광속의 시간-평균이 상기 사전결정된 값 미만이 되도록 배열되는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주어진 광원의 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 하나의 위상에서의 작동의 상기 최종 인스턴스는 상기 동일한 또는 상이한 광원의 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 다른 하나의 위상에서의 작동의 상기 초기 인스턴스 전인, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 주어진 광원의 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 하나의 위상에서의 작동의 상기 최종 인스턴스는 상기 동일한 또는 상이한 광원의 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 다른 하나의 위상에서의 작동의 상기 초기 인스턴스 후이고, 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 하나의 위상에서의 작동의 상기 최종 인스턴스에 대한 상기 광속의 시간 적분 및 상기 좌측 및 우측 이미지 위상들 중 다른 하나의 위상에서의 작동의 상기 초기 인스턴스에 대한 상기 광속의 시간-평균 각각은 상기 사전결정된 값의 절반 미만인, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 좌측 이미지 위상들에서 작동되는 상기 광원들은 상기 동일한 또는 상이한 광원이 상기 주어진 광원과 동일한 광원이 되도록 상기 광원들의 어레이 내에서 상기 우측 이미지 위상들에서 작동되는 상기 광원들과 연속되는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 좌측 이미지 위상들에서 작동되는 상기 광원들은 상기 동일한 또는 상이한 광원이 상기 주어진 광원과 상이한 광원이도록 상기 광원들의 어레이 내에서 상기 우측 이미지 위상들에서 작동되는 상기 광원들과 분리되는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안내 표면은 광을 내부 전반사에 의해 안내하도록 배열되고, 상기 제2 안내 표면은 상기 도파관을 통해 안내된 광을 상기 출력 광으로서 상기 제1 안내 표면을 통한 출사를 허용하는 방향들로 반사하도록 배향되는 복수의 광 추출 특징부들을 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 안내 표면은 광을 상기 도파관을 통해 상기 광을 추출함이 없이 지향시키도록 배열되는, 상기 광 추출 특징부들 사이의 중간 영역들을 구비한, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 안내 표면은 상기 광 추출 특징부들을 구성하는 소면(facet)들과 상기 중간 영역들을 포함하는 단차형 형상을 갖는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 안내 표면은 광을 내부 전반사에 의해 안내하도록 배열되고, 상기 제2 안내 표면은 실질적으로 평탄하고 상기 제1 안내 표면을 통해 광을 출력하기 위해 상기 내부 전반사를 파괴하는 방향들로 광을 반사하도록 비스듬히 경사지며,
    디스플레이 디바이스는 광을 상기 공간 광 변조기의 법선을 향해 편향시키기 위해 상기 도파관의 상기 제1 안내 표면을 가로질러 연장되는 편향 요소(deflection element)를 추가로 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도파관은 상기 입력 광으로부터의 광을 다시 상기 도파관을 통해 반사하기 위한, 상기 입력 단부를 향하는 반사 단부를 구비하고, 상기 도파관은 광을 상기 반사 단부로부터의 반사 후 상기 제1 안내 표면을 통해 출력하도록 배열되는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 반사 단부는 상기 측방향으로 양의 광파워(positive optical power)를 갖는, 무안경 입체 디스플레이 장치.
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