KR102527310B1 - 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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Abstract

오토스테레오스코픽 디스플레이는 단일 컬러 픽셀들의 어레이 또는 상이한 컬러들의 서브-픽셀들의 어레이를 포함하는 픽셀화된 디스플레이 패널(pixelated display panel) 및 렌즈 요소들의 어레이를 포함하는 뷰 형성 장치를 포함한다. 픽셀들은 육각형 그리드를 형성하고, 렌즈들은 또한 육각형 그리드에서 반복된다. 벡터( p )는 픽셀 그리드와 렌즈 그리드 사이의 매핑과 관련되어 정의된다. 양호한 또는 불량 밴딩 성능을 제공하는 이러한 벡터( p )에 대한 2차원 공간에서의 영역들이 식별되고, 더 우수한 밴딩 성능 영역들이 선택된다.

Description

오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스
본 발명은 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스 및 이러한 디스플레이 디바이스를 위한 구동 방법에 관한 것이다.
알려진 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스는, 디스플레이를 생성하기 위한 이미지 형성 수단으로서 작용하는 디스플레이 픽셀들("픽셀"은 전형적으로 한 세트의 "서브-픽셀들"을 포함하고, "서브-픽셀"은 가장 작은, 개별적으로 주소지정 가능한 단일 컬러의 화상 요소이다)의 행 및 열 어레이를 갖는 2차원 액정 디스플레이 패널을 포함한다. 서로 평행하게 확장하는 길다란 렌즈들의 어레이는 디스플레이 픽셀 어레이 위에 놓이고, 뷰 형성 수단으로서 작용한다. 이들은 "렌티큘러 렌즈들"로서 알려져 있다. 디스플레이 픽셀들로부터의 출력들은 이들 렌티큘러 렌즈들을 통해 투사되고, 이들 렌티큘러 렌즈들은 출력들의 방향들을 수정하도록 기능한다.
픽셀은 모든 가능한 색상들을 생성하기 위해 어드레싱될 수 있는 서브-픽셀들의 가장 작은 세트를 포함한다. 이 설명의 목적을 위해, "단위 셀"이 또한 정의된다. 단위 셀은 완전한 서브-픽셀 패턴을 형성하기 위해 반복되는 서브-픽셀들의 가장 작은 세트로 정의된다. 단위 셀은 픽셀과 동일한 서브-픽셀들의 배열일 수 있다. 그러나, 단위 셀은 픽셀보다 많은 서브-픽셀들을 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어, 서브-픽셀들의 상이한 방향들을 갖는 픽셀들이 존재하는 경우이다. 이후, 전체 서브-픽셀 패턴은 픽셀보다 더 큰 기본 단위(단위 셀)로 반복된다.
렌티큘러 렌즈들은 렌즈 요소들의 시트로서 제공되고, 렌즈 요소들 각각은 길다랗고 부분적으로 원통형인(예, 반원통형) 렌즈 요소를 포함한다. 렌티큘러 렌즈들은 디스플레이 패널의 열 방향으로 확장하고, 각 렌티큘러 렌즈는 디스플레이 서브-픽셀들의 2개 이상의 인접 열들의 각 그룹 위에 놓인다.
각 렌티큘러 렌즈는, 사용자가 단일 입체영상 이미지를 관찰하는 것을 가능케 하기 위하여, 디스플레이 서브-픽셀들의 2개의 열들과 관련될 수 있다. 대신에, 각 렌티큘러 렌즈는 행 방향에서 3개 이상의 인접 디스플레이 서브-픽셀들의 한 그룹과 관련될 수 있다. 각 그룹 내에서 디스플레이 서브-픽셀들의 대응하는 열들은 각 2차원 하위 이미지로부터 수직 슬라이스를 제공하도록 적절하게 배열된다. 사용자 머리가 좌측으로부터 우측으로 이동할 때, 일련의 연속적이고 상이한 입체영상 뷰들이 관찰되어, 예컨대 둘러보기 느낌을 생성한다.
도 1은 알려진 직시형 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(1)의 개략적인 사시도이다. 알려진 디바이스(1)는 디스플레이를 생성하기 위한 공간 광 변조기로서 작용하는 액티브 매트릭스형의 액정 디스플레이 패널(3)을 포함한다.
디스플레이 패널(3)은 디스플레이 서브-픽셀들(5)의 행들 및 열들의 직교 어레이를 갖는다. 명확성을 위해, 오로지 적은 수의 디스플레이 서브-픽셀들(5)이 도면에 도시된다. 실제, 디스플레이 패널(3)은 디스플레이 서브-픽셀들(5)의 대략 천 개의 행들 및 수 천개의 열들을 포함할 수 있다. 흑백 디스플레이 패널에서, 서브-픽셀은 실제 완전한 픽셀을 구성한다. 컬러 디스플레이에서, 서브-픽셀은 전체 컬러 픽셀 중 하나의 컬러 성분이다. 일반 용어에 따른 전체 컬러 픽셀은 디스플레이되는 가장 작은 이미지 부분의 모든 컬러들을 생성하기 위해 필요한 모든 서브-픽셀들을 포함한다. 따라서, 예컨대 전체 컬러 픽셀은, 가능하게는 백색 서브-픽셀 또는 하나 이상의 다른 원색 서브-픽셀들로 보강되는, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 서브-픽셀들을 가질 수 있다. 액정 디스플레이 패널(3)의 구조는 전적으로 종래의 구조이다. 특히, 패널(3)은 한 쌍의 이격된 투명한 유리 기판들을 포함하고, 이들 사이에 정렬된 트위스트 네마틱 또는 다른 액정 재료가 제공된다. 기판들은 그들의 대향 표면들 상에 투명한 인듐 주석 산화물(ITO) 전극들의 패턴들을 가진다. 편광 층들이 또한 기판들의 외측 표면들 상에 제공된다.
각 디스플레이 서브-픽셀(5)은 그들 사이에 액정 재료를 개재하여 기판들 상에 반대편 전극들을 포함한다. 디스플레이 서브-픽셀들(5)의 형태 및 배치는 전극들의 형태 및 배치에 의해 결정된다. 디스플레이 서브-픽셀들(5)은 갭들만큼 서로로부터 규칙적으로 이격된다.
각 디스플레이 서브-픽셀(5)은 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은 스위칭 요소와 관련된다. 디스플레이 픽셀들은 어드레싱 신호들을 스위칭 요소들에 제공함으로써 디스플레이를 생성하도록 동작하고, 적합한 어드레싱 방식들은 당업자들에게 공지될 것이다.
디스플레이 패널(3)은 광원(7)에 의해 조명되고, 광원(7)은 본 경우에 디스플레이 픽셀 어레이의 영역에 걸쳐 확장하는 평판형 백라이트를 포함한다. 광원(7)으로부터의 광은 디스플레이 패널(3)을 통과하도록 지향되고, 개별적인 디스플레이 서브-픽셀들(5)은 광을 변조시켜 디스플레이를 생성하도록 구동된다.
디스플레이 디바이스(1)는 또한 디스플레이 패널(3)의 디스플레이 측 위에 배열된 렌티큘러 시트(9)를 포함하고, 렌티큘러 시트(9)는 광 지향 기능 및 따라서 뷰 형성 기능을 수행한다. 렌티큘러 시트(9)는 서로 평행하게 확장하는 렌티큘러 요소들(11)의 한 행을 포함하고, 이들 중 오직 하나만이 명확성을 위해 과장된 크기들로 도시된다.
렌티큘러 요소들(11)은 볼록한 원통형 렌즈들의 형태이고, 이들 각각은 요소의 원통형 굴곡에 수직으로 확장하는 장축(12)을 갖고, 각 요소는 디스플레이 패널(3)로부터 디스플레이 디바이스(1)의 전면에 위치한 사용자의 눈들로 상이한 이미지들, 또는 뷰들을 제공하기 위한 광출력 지향 수단으로서 작용한다.
이러한 디스플레이 디바이스는 백라이트 및 디스플레이 패널을 제어하는 제어기(13)를 갖는다.
도 1에 도시된 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스(1)는 상이한 방향들로 수 개의 상이한 시각 뷰들을 제공할 수 있고, 즉 픽셀 출력을 디스플레이 디바이스의 시야 내의 상이한 공간 위치들로 지향시키는 것이 가능하다. 특히, 각 렌티큘러 요소(11)는 각 행 내의 디스플레이 서브-픽셀들(5)의 작은 그룹 위에 놓이고, 현재의 예에서, 행은 렌티큘러 요소(11)의 장축에 수직으로 확장한다. 렌티큘러 요소(11)는, 수 개의 상이한 뷰들을 형성하기 위해, 한 그룹의 각 디스플레이 서브-픽셀(5)의 출력을 상이한 방향으로 투사한다. 사용자의 머리가 좌측으로부터 우측으로 이동할 때, 사용자의 눈들은 수 개의 뷰들 중 상이한 뷰들을 차례로 수용할 것이다.
당업자는 액정 재료가 복굴절이고, 굴절율의 전환이 오로지 특정 편광 광에 적용되기 때문에, 광 편광 수단이 상술된 어레이와 관련하여 사용되어야만 함을 인식할 것이다. 광 편광 수단은 디스플레이 패널 또는 디바이스의 뷰 형성 장치의 부분으로서 제공될 수 있다.
도 2는 상술된 렌티큘러형 뷰 형성 장치의 동작의 원리를 도시하고, 광원(7), 디스플레이 패널(3) 및 렌티큘러 시트(9)를 도시한다. 이러한 장치는 각각 상이한 방향들로 투사되는 3개의 뷰들을 제공한다. 디스플레이 패널(3)의 각 서브-픽셀은 하나의 특정 뷰에 대한 정보를 통해 구동된다.
위의 설계들에서, 백라이트는 정적 출력을 생성하고, 모든 뷰 방향은 공간 다중화 접근법을 제공하는 렌티큘러 장치에 의해 성취된다. 유사한 접근법은 시차 장벽(parallax barrier)을 사용하여 달성된다.
렌티큘러 장치는 디스플레이의 특정 방향으로 오토스테레오스코픽 효과만을 제공한다. 그러나, 많은 핸드헬드 장치들은 세로 및 가로 뷰잉 모드들 사이에서 회전이 가능하다. 따라서, 고정된 렌티큘러 장치는 상이한 뷰잉 모드들에서 오토스테레오스코픽 뷰잉 효과를 허용하지 않는다. 미래의 3D 디스플레이들, 특히 태블릿들, 모바일폰들, 및 기타 휴대용 장치들은 따라서 다양한 방향들 및 상이한 화면 방향들로부터 3D 이미지들을 관찰할 가능성을 가질 것이다. 기존의 픽셀 설계들을 사용하는 최신 LCD 및 OLED 디스플레이 패널들은 이러한 애플리케이션에 적합하지 않다. 이러한 문제가 인식되어 왔으며, 다양한 해결책들이 존재한다.
동적 솔루션은 상이한 방향들로 뷰 형성 효과를 활성화하기 위해 상이한 모드들 사이에서 스위칭될 수 있는 스위칭 가능한 렌즈 장치를 제공하는 것을 포함한다. 본질적으로 2개의 렌티큘러 장치들이 존재할 수 있고, 하나는 통과 모드(pass through mode)로 작동하고 다른 하나는 렌징 모드(lensing mode)로 작동한다. 각 렌티큘러 장치에 대한 모드는 렌티큘러 장치 그 자체를 스위칭 함으로써(예를 들어 LC 스위칭 가능한 렌즈 어레이를 사용하여) 또는 렌티큘러 장치에 입사하는 광의 편광을 제어함으로써 제어될 수 있다.
정적 솔루션은 상이한 방향들로 작용하는 렌즈 장치를 설계하는 것을 포함한다. 간단한 예는 디스플레이의 사각형 서브-픽셀들의 직사각형 그리드와 마이크로렌즈들의 사각형 그리드(렌즈 그리드 방향들이 픽셀 그리드 방향들에 대해 기울어지거나 기울어지지 않음)를 결합하여 두 디스플레이 방향들에서 다중 뷰들을 생성할 수 있다. 서브-픽셀 형태들은 바람직하게는 1:1 종횡비에 가까워야하는데, 이는 세로/가로 방향들의 개별 뷰들에 대해 상이한 각도 폭의 문제를 피하는 것을 허용할 것이다.
대안의 그리드 설계는 바둑판 무늬의 육각형들에 기초할 수 있고, 본 발명은 그러한 설계들에 특히 관련된다. 디스플레이 패널 픽셀들 및 뷰 형성 장치(렌즈들)에 대한 육각형 그리드는 추가 대칭 및 압축 패킹을 제공할 수 있다.
이러한 접근법의 한 가지 가능한 단점은 서브-픽셀들 사이의 블랙 매트릭스 영역들이 정규 패턴으로서 뷰어에 투사되는 밴딩 효과(banding effect)이다. 부분적으로는 이것은 렌즈 어레이를 기울어서 해결될 수 있다. 구체적으로, 주기적인 블랙 픽셀 매트릭스의 투사로 인한 밴딩 효과를 줄이기 위해서, 픽셀 어드레싱 방향(행들/열들)에 대해 뷰 형성 장치가 선택될 필요가 있다.
본 발명은 청구항들에 의해 한정된다.
본 발명에 따라, 오토스테레오스코픽 디스플레이가 제공되고, 이러한 오토스테레오스코픽 디스플레이는:
전체 컬러 픽셀들을 함께 정의하는 서브-픽셀들의 각각의 그룹들과 함께 상이한 컬러들의 서브-픽셀들의 어레이 또는 단일 컬러 픽셀들의 어레이를 포함하는 픽셀화된 디스플레이 패널 및
상이한 픽셀들 또는 서브 픽셀들로부터 상이한 공간 위치들로 광을 향하게 하여, 3차원 장면의 상이한 뷰들이 상이한 공간 위치들에 디스플레이되도록 하는, 렌즈 요소들의 어레이를 포함하고 디스플레이 패널 위에 위치된 뷰 형성 장치를 포함하고,
디스플레이 패널의 픽셀들은 120도로부터 20도 이하의 최대 내각 편차를 갖는 육각형 그리드를 형성하고, 육각형 그리드는 기본 변환 벡터들(basic translation vector)( a 및 b )로 반복되고, 기본 변환 벡터들( a 및 b )의 길이들은 0.66과 1 사이의 긴 것에 대한 짧은 것의 종횡비를 갖고,
뷰 형성 장치는 기본 변환 벡터들( p' 및 q' )로 육각형 그리드에서 반복하는 렌즈들의 2차원 어레이를 포함하고;
무 차원 벡터 p 를 (p a , p b )로서 정의하는 것은:
p' = p a a + p b b 를 만족하고,
정수 n에 대한 성분들 p a 및 p b 의 공간에서 원형 영역들을 다음과 같이 정의하고:
Figure 112017070390494-pct00001
여기서
Figure 112017070390494-pct00002
여기서,
Figure 112017070390494-pct00003
은 각 원의 반지름을 정의하고, Γn은 원 중심들을 정의하고, 두 좌표 벡터들에 대한 벡터 함수를 포함하는 N은 다음과 같이 정의되고:
Figure 112017070390494-pct00004
기본 변환 벡터들( a, b, p' , q' )은 r 0 = 0.1 및
Figure 112017070390494-pct00005
을 갖는 세트들(E1, E3, 또는 E4)을 배제하는 벡터 공간에서 p 가 속하는 값들로 되도록 선택된다.
쉽게 말하면, 위의 주요 방정식은 다음과 같다:
(라인 1) E n 은 p 의 값들의 세트와 같아서, 벡터 v 에서 벡터 p 까지의 차이 벡터에 적용된 함수 N이 세트 гn에서 벡터 v 의 모든 값들에 대해 гn 2보다 작다. 함수 N이 그후 정의된다. 이는 гn값들의 세트에 중심을 둔 원들을 정의한다.
(라인 2) гn은 벡터값들 i+j/n의 세트고, i 와 j 는 정수 값들(즉, 양 및 음의 정수들 및 0)의 2차원 벡터 공간에서의 벡터들이고, j 벡터가 적용된 함수 N은 응답 n을 제공한다.
벡터 p 는 픽셀들(또는 서브-픽셀들) 그리드와 렌즈들의 그리드 사이의 공간적 관계를 정의한다. 따라서, 이것은 픽셀들(또는 서브-픽셀들)과 렌즈들 사이의 매핑을 정의한다. 특히, 벡터 p 의 성분들은 픽셀 그리드 벡터 공간( a 및 b 로 정의됨) 및 렌즈 그리드 벡터 공간(적어도 p' 로 정의됨)으로부터의 매트릭스 행렬 변환의 항들이다. 벡터 p 의 성분들은 상이한 픽셀들(또는 서브-픽셀들)이 상이한 렌즈 위상들에 어떻게 기여하는지와 블랙 마스크 영역이 렌즈들의 그리드에 의해 어떻게 이미징되는지를 차례로 정의한다. 따라서, 벡터 p 는 렌즈들과 픽셀들 사이의 관계를 정의하는 가장 기본적인 방법으로 간주될 수 있다.
"기본 변환 벡터"는 픽셀 또는 렌즈 영역 내의 한 지점에서 인접한 픽셀 또는 렌즈 영역의 해당 지점까지의 벡터 병진을 의미한다. 렌즈와 픽셀 영역들은 2차원이므로, 각 그리드 방향에 대해 하나씩 두 개의 변환 벡터들이 존재한다. 정육각형 그리드의 경우, 기본 변환 벡터들은 행과 열 방향들로 서로 120도에 있다. 기울어진 그리드의 경우, 기본 변환 벡터들이 이러한 120도 각도에서 벗어나지만 그리드의 행 및 열 방향들을 따를 수 있다. 따라서, 렌즈들 및/또는 픽셀들의 육각형 그리드는 정육각형일 수 있거나 또는 예를 들어 정육각형 그리드의 기울어진 버전인 비-정육각형 형태 일 수 있다.
원형 영역은 벡터 p 의 구성 요소들에 대해 가능한 값들의 세트들을 정의하므로 관련된 특성들의 영역들을 정의한다.
E 1 , E 3 , 및 E 4 의 중심들 부근의 영역들을 배제함으로써, 밴딩 문제들이 방지된다. 특히, 예를 들어, 분수 설계들뿐만 아니라 각 렌즈 아래의 서브-픽셀들의 정수 어레이를 갖는 루틴 패널 설계들은 E 1 , E 3 , 또는 E 4 영역들의 중심에 속하는 p 의 값에 대응한다.
이러한 방식으로, 본 발명은 상기 언급된 밴딩 문제들을 해결하고 양호한 성능을 갖는 회전가능한 멀티-뷰 오토스테레오스코픽 3D 디스플레이들을 가능하게 하는 디스플레이 패널 레이아웃들에 대한 설계 파라미터들을 제공한다.
기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 p 가 r 0 =0.25 및
Figure 112017070390494-pct00006
를 갖는 세트 E 1 에 있지 않은 값들을 가질 수 있다.
기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 p 가 r 0 =0.25 및
Figure 112017070390494-pct00007
를 갖는 세트 E 3 에 있지 않은 값들을 가질 수 있다.
기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 p 가 r 0 =0.25 및
Figure 112017070390494-pct00008
를 갖는 세트 E 4 에 있지 않은 값들을 가질 수 있다.
이러한 상이한 영역들은 점진적으로 더 나은 밴딩 성능을 나타내므로, 벡터 p 의 설계 공간에서 점진적으로 더 많은 영역들을 배제함으로써 남은 설계 옵션들이 점차적으로 더 나은 밴딩 성능을 제공한다.
기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 p 가 r 0 =0.35인 상기 정의된 바와 같은 세트 또는 세트들에 있지 않은 값들을 가질 수 있다.
벡터 p 에 대한 벡터 공간에서 바람직한 영역들이 또한 존재한다. 일 예시에서, 기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 p 가 r 0 =0.35 및
Figure 112017070390494-pct00009
인, 세트 E 7 에 있는 값들을 갖는다.
다른 예시에서, 기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 p 가 r 0 =0.35 및
Figure 112017070390494-pct00010
인, 세트 E 9 에 있는 값들을 갖는다.
디스플레이 디바이스는 휴대용 디바이스에서 사용될 수 있으며, 휴대용 디바이스는 세로 방향 디스플레이 모드 및 가로 방향 디스플레이 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이것은 휴대 전화 또는 태블릿이 될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 이제 첨부된 도면들을 참조하여 순수하게 예시를 통해 기술될 것이다.
도 1은 알려진 오토스테레오스코픽 디스플레이 디바이스의 개략적인 사시도;
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 디바이스의 개략적인 단면도;
도 3a 내지 도 3e는 정사각형 또는 근사 정사각형 픽셀 및 렌즈 그리드들에 기초한 다양한 가능한 픽셀 그리드들을 도시한 도면;
도 4는 사용된 분석을 설명하는 목적들을 위해, 그들 사이의 관계를 정의하는 피치 벡터 p 를 갖는 정사각형 픽셀 어레이 위에 중첩된 렌즈 그리드를 도시한 도면;
도 5는 픽셀 어레이 및 렌즈 그리드를 특성화하는 데 사용된 파라미터들에 대한 그래픽 설명도;
도 6은 주어진 피치 벡터 p 에 대한 가시적인 밴딩의 양을 추정하기 위해 모아레 방정식 및 가시성 함수를 사용하는 플롯을 도시한 도면;
도 7은 도 6의 플롯으로부터의 영역들의 제 1 가능한 특징을 도시한 도면;
도 8은 도 6의 플롯으로부터의 영역들의 제 2 가능한 특징을 도시한 도면;
도 9a 내지 도 9d는 상이한 렌즈 설계들을 위한 도 3(c)의 2D 픽셀 레이아웃에 대한 3D 픽셀 구조의 광선 추적 렌더링 시뮬레이션들을 도시한 도면;
도 10a 내지 도 10d는 도 9a 내지 도 9d와 동일한 예시들을 위해 2차원의 렌즈 위상들의 함수로서 명도(L*)의 플롯을 도시한 도면;
도 11a 내지 도 11d는 도 9a 내지 도 9d와 동일한 예시들을 위해 색 변차의 플롯을 도시한 도면;
도 12a 내지 도 12d는 육각형 픽셀 및 렌즈 그리드들에 기초한 다양한 가능한 픽셀 그리드들을 도시한 도면;
도 13은 실제로 직사각형 그리드를 형성하는 육각형 서브-픽셀들에 기초하여 픽셀 그리드를 도시한 도면;
도 14는 그들 사이의 관계를 정의하는 피치 벡터 p 를 갖는 육각형 픽셀 어레이 위에 중첩된 육각형 렌즈 그리드를 도시한 도면;
도 15는 픽셀 어레이 및 렌즈 그리드를 특성화하는 데 사용된 파라미터들에 대한 제 1 그래픽 설명도;
도 16은 도 5의 묘사에 대응하는 픽셀 어레이 및 렌즈 그리드를 특성화하는 데 사용된 파라미터들에 대한 제 2 그래픽 설명도;
도 17은 주어진 피치 벡터 p 에 대한 가시적인 밴딩의 양을 추정하기 위해 모아레 방정식 및 가시성 함수를 사용하는 플롯을 도시한 도면;
도 18은 도 17의 플롯으로부터의 영역들의 제 1 가능한 특징을 도시한 도면;
도 19는 도 17의 플롯으로부터의 영역들의 제 2 가능한 특징을 도시한 도면;
도 3a-도3e 및 도 4는 정사각형 픽셀 및 렌즈 그리드들을 도시하도록 의도된 것이며, 도 12a-도12d 내지 도 14는 정육각형 픽셀 및 렌즈 그리드들을 도시하도록 의도된 것이고, 도 5 내지 도 8 및 도 15 내지 도 19는 원형 영역들을 도시하도록 의도된 것이다. 정사각형, 정육각형 및 원형 표현들의 임의의 왜곡들은 부정확한 이미지 재현의 결과이다.
본 발명은 단일 컬러 픽셀들의 어레이 또는 상이한 컬러들의 서브-픽셀들의 어레이를 포함하는 픽셀화된 디스플레이 패널 및 렌즈 요소들의 어레이를 포함하는 뷰 형성 장치를 포함하는 오토스테레오스코픽 디스플레이를 제공한다. 픽셀들은 육각형 그리드를 형성하고, 렌즈들은 또한 육각형 그리드를 반복한다. 픽셀 그리드와 렌즈 그리드 사이의 매핑에 관한 벡터 p 가 정의된다. 양호한 또는 불량 밴딩 성능을 제공하는 이러한 벡터 p 에 대한 2차원 공간에서의 영역들이 식별되고 양호한 밴딩 성능 영역들이 선택된다.
본 발명은 밴딩 성능에 대한 픽셀 그리드 및 렌즈 그리드 사이의 관계의 효과의 분석에 기초한다. 밴딩 분석은 상이한 픽셀 및 렌즈 설계들에 적용될 수 있다. "픽셀 그리드"라는 용어는 픽셀들의 그리드(각 픽셀이 오직 하나의 주소지정 가능한 요소만 갖는 경우) 또는 서브-픽셀들의 그리드(각 픽셀이 다수의 독립적으로 주소지정 가능한 서브-픽셀들을 갖는 경우)를 나타내는 데 사용된다.
분석적 접근법을 설명하기 위해, 정사각형(또는 거의 정사각형) 픽셀 그리드들 및 렌즈 그리드들에 기초한 제 1 예시가 제공될 것이다. 본 발명은 특히 분석이 제 2 예시로서 제공되는 육각형 픽셀 및 렌즈 그리드들에 관한 것이다.
정사각형 픽셀 그리드 및 렌즈 그리드의 제 1 예시의 경우, 디스플레이 패널 설계들은 레귤러 4-폴드 대칭 본질 정사각형 그리드 상의 픽셀들로 논의되고, 그 위에 레귤러 4-폴드 대칭 그리드에 요소들을 또한 갖는 조명 모듈레이터가 존재한다. 설명의 목적을 위해, 몇 가지 정의들이 필요하다. 특히, 패널(즉, 픽셀 그리드)의 좌표계가 패널의 좌표계에 대한 기하학적 (물리적) 좌표들 및 논리적 좌표들의 관점에서 정의될 필요가 있다.
도 3은 다양한 가능한 픽셀 그리드들을 도시한다. 각 예는 본 명세서에서 사용된 정의를 사용하여 가장 작은 단위 셀(30)(즉, 위에서 정의된 바와 같이 서브-픽셀 패턴을 형성하기 위해 반복되는 서브-픽셀들의 가장 작은 세트(31) 및 픽셀(32)을 도시한다. 픽셀(32)은 픽셀 크기 및 형상이 2개의 직교하는 방향들에서 동일하도록 모든 기본 컬러들의 가장 작은 정사각형 배열이다.
서브 픽셀들은 정사각형들로 도시된다. 그러나, 실제 서브-픽셀 모양은 다를 수 있다. 예를 들어, 실제 픽셀 애퍼처(aperture)는 전형적으로 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 경우에 스위칭 트랜지스터와 같은 픽셀 회로 소자들의 크기 및 위치에 의존할 수 있기 때문에 불규칙한 형상일 것이다. 개별 픽셀들 또는 서브-픽셀들의 정확한 모양보다는 픽셀 그리드 형상이 중요하다. 동일한 추론이 아래에서 더 자세히 논의되는 육각형 픽셀 그리드에도 적용된다.
픽셀 피치 벡터들(x, y)이 또한 도시된다. 이들은 각각 행 방향 및 열 방향으로 인접한 픽셀 중심들 사이의 변환 벡터들이다. 가장 작은 단위 셀(30)의 글자들은 R = 적색, G = 녹색, B = 청색, W = 흰색의 기본 색상들을 나타낸다.
도 3(a)는 RGGB 단위 셀 및 RGGB 픽셀을 도시하고, 도 3(b)는 RGBGBGRG 단위 셀 및 RGBG 픽셀을 도시하고, 도 3(c)는 RGBW 단위 셀 및 RGBW 픽셀을 도시하고, 도 3(d)는 RGBWBWRG 단위 셀과 RGBW 픽셀을 도시하고, 도 3(d)는 W 단위 셀과 W 픽셀을 도시한다.
픽셀 그리드는 두 개의 벡터들(x, y)을 기반으로 정의되고, 이하 픽셀 피치 벡터들로 칭해진다. 벡터들은 길이 단위들(예를 들어 미터)을 갖는 격자 행렬 X = [x y]를 형성한다. 가장 작은 단위 셀을 포함하는 픽셀의 다수의 가능한 정의들이 존재하지만, 본 명세서에 대해 픽셀은 대략 정사각형이다. 그러므로, X는 서브-픽셀들의 대략 정사각형 영역을 형성하도록 선택되어야 한다. 도 3(a) 내지 도 3(d)에 도시된 바와 같이, 컬러 디스플레이들의 경우, 픽셀 정의는 가장 간단하게 2×2 서브-픽셀들을 갖는 영역을 초래한다. 도 3(b) 및 도 3(d)에서와 같이 단위 셀이 더 크면, 픽셀 그룹이 회전되거나 대칭으로 표시되어 더 큰 단위 셀을 형성하지만, 이러한 경우들에도 X는 2×2 영역들을 유지한다. 단색 디스플레이들의 경우 픽셀은 단일 서브-픽셀의 영역이다.
픽셀들은 완벽하게 정사각형일 필요가 없다. 픽셀들은 대략 정사각형일 수 있으며, 이것은 임의의 각도 이상의 회전, 제한된 시어(sheer) 또는 제한된 연장들(elongation)이 범위 내에 있음을 의미하는 것으로 여겨진다. 종횡비는 다음과 같이 정의된다:
Figure 112017070390494-pct00011
그리드의 각도는 다음과 같다:
Figure 112017070390494-pct00012
시어는
Figure 112017070390494-pct00013
로 표현된다. 그러므로, 대략 정사각형 그리드의 경우,
Figure 112017070390494-pct00014
및
Figure 112017070390494-pct00015
를 유지한다.
예를 들어, a는 바람직하게 0.9와 1.1 사이이며, θ는 80과 100도 사이에 있다(물론, 한 쌍의 코너 각도들이 80도인 경우, 다른 한 쌍은 100도가 될 것이다).
렌즈 그리드를 정의하기 위해, 렌즈 피치 벡터들이 정의될 수 있다.
도 4는 (도 3(a) 및 도 3(c)에서와 같이) 픽셀(32) 당 2×2 서브-픽셀들(31)을 갖는 정사각형 픽셀 어레이(40) 위에 오버레이된 렌즈 그리드(42)를 도시한다. 4개의 서브-픽셀들(31)의 각 픽셀 그룹 중 하나가 하이라이트(즉, 백색으로 도시됨)된다. 벡터들(x, y)은 상술된 바와 같은 상기 그리드의 픽셀 피치 벡터들이다. 렌즈 그리드(42)는 정사각형 그리드 상에 조직화된 구면 렌즈들(44)을 갖는 마이크로렌즈 어레이를 포함한다. 벡터들(p', q')은 상기 그리드의 피치 벡터들이다. 벡터들(p', q')은 픽셀 피치 벡터들의 선형 조합에 의해 형성된다.
미터 단위의 물리적 렌즈 피치 벡터들 대신에, 논리적 및 무차원 렌즈 피치 벡터들이 선택된 p x 및 p y 에 대해 다음과 같이 정의될 수 있다:
p = (p x , p y ) 및
q = (-p y , p x ).
기하학적 (물리적) 피치 벡터들( p' , q' )은 논리적 렌즈 피치 벡터들의 관점에서 다음과 같이 정의된다:
p' = X p = p x x + p y y ,
q' = X q = - p y x + p x y .
픽셀 그리드의 변형들은 렌즈 그리드의 균등한 변형들에 반영되어야 한다. 우리가 < x,y > = 0을 요구하지 않기 때문에 < p,q > = 0이 반드시 < p' , q' > = 0일 필요는 없다는 것을 주목해야 한다.
본 명세서의 목적들을 위해, 영역들은 정수 값들(n, m)에 대해 P n ,m 으로 정의된다. 이 영역들은 여러 원들로 구성되며, 그 자체가 원들의 그리드로 조직된다.
이러한 영역은 다음과 같이 정의된다:
Figure 112017070390494-pct00016
, 여기서
Figure 112017070390494-pct00017
.
p-v 항은 벡터의 길이를 v 에서 p 로 지정하므로, 부등식은 v 로 정의된 중심을 갖는 중심화된 원들의 세트를 정의한다. v 자체는 L 항들의 세트에 의해 정의된 벡터들의 세트다. 이것은 2차원 벡터들( i, j )을 구성하는 정수 값들에 대한 조건들의 결과로 멤버들의 이산 수를 갖는다.
여기서,
Figure 112017070390494-pct00018
은 각 원의 반지름이다. 따라서 이러한 반지름은 n이 증가할수록 감소한다.
Figure 112017070390494-pct00019
은 중심들의 세트이고, < i , j >는 내적을 나타내고, i = [i j]T 일때 < i , j > = i 2 + j 2. 약기 P n = P n ,m 가 본 명세서에서 사용된다. < j , j > = k 가 유지되는 정수들(i, j)의 가능한 조합들이 존재하지 않는 정수들 k가 존재함을 유의해야 한다. 결과적으로, P 3 , P 6 , 및 P 7 세트들은 비어있는 상태이다.
예로서, 세트 P 5 는
Figure 112017070390494-pct00020
로 시작하여 탐색될 수 있다.
Figure 112017070390494-pct00021
일 때, 우리는 모든 i = [i j]T를 나타내고. 여기서 i와 j는 정수들(음수, 0 또는 양수)이다.
Figure 112017070390494-pct00022
에 대한 솔루션들의 세트는 다음과 같다:
Figure 112017070390494-pct00023
.
j 및 j/n 에 대한 그래픽 설명이 가우시안 정수들 및 도 5에 각각 도시된 그것에 대한 역격자로서 존재한다.
도 5(a)의 각 점은
Figure 112017070390494-pct00024
이고 N( g ) = a 2 + b 2 인 가우시안 정수
Figure 112017070390494-pct00025
의 좌표로 표시된다. 도 5(b)는 동일한 점들로 구성되어 있지만, 점들의 좌표들은 그들의 표준(norm)으로 나뉘어, j 대신 j/n 에 대응한다.
상기 도시된 j 에 대한 솔루션들의 세트로부터의 임의의 조합
Figure 112017070390494-pct00026
은
Figure 112017070390494-pct00027
에 있다. 두 개의 예시들은
Figure 112017070390494-pct00028
및
Figure 112017070390494-pct00029
이다. 영역 P 5 은 그 중심들과 반지름
Figure 112017070390494-pct00030
을 갖는 원형 영역들로 구성된다.
Figure 112017070390494-pct00031
에 대한 여덟 개의 해들이 존재하기 때문에 각 P 1 원 주위에 여덟 개의 P 5 원들이 존재함을 유의해야 한다.
대략 정사각형 그리드 상의 픽셀들을 갖는 회전가능한 디스플레이들에 대한 밴딩의 문제점들을 최소화하기 위해, 뷰 형성 배열들(전형적으로 마이크로-렌즈 어레이)의 어레이가, p는 밴딩을 야기하는 영역들(P n )의 외부에서 선택되는 픽셀 좌표들의 관점에서 방향에 p에 의해 기술될 수 있는 정사각형 그리드를 형성하는 디스플레이 설계가 제시된다.
밴딩 문제를 분석하기 위해, 두 가지 모델들이 사용되었다. 제 1 모델은 픽셀 구조와 렌즈 구조 양자 모두에서 공간 주파수들의 분석에 기반하고 제 2 모델은 광선 추적에 기반한다.
제 1 모델은 모아레 방정식과 가시성 함수를 사용하여 주어진 피치 벡터 p 에 대한 가시성 밴딩의 양을 추정한다.
이러한 모델은 더 밝은 영역들이 더 많은 밴딩을 나타내는(로그 스케일에서) 도 6과 같은 맵을 야기한다. 도 6은 py 대 px를 표시한다. 실제 맵은 마이크로렌즈들의 시야각 및 픽셀 구조와 같은 파라미터들에 의존할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 6의 맵은 전체 픽셀 표면의 1/8의 애퍼처(aperture)를 갖는 단일 방출 영역, 렌즈 애퍼처에 의해 스케일링하는 가우시안 렌즈 점 확산 함수(PSF), 및 20 arcsec의 일정한 렌즈 시야 각을 갖는 픽셀의 경우 생성된다.
PSF 스케일링의 결과로, 더 많은 밴딩 구성 요소들이 더 많이 정확한 초점으로 인해 더 작은
Figure 112017070390494-pct00032
(도 6의 왼쪽 상단 부분)에 대해 가시적이다. 다양한 밴딩 "얼룩들(blobs)"의 강도는 실제 픽셀 구조(도 3 참조)에 따라 다르지만 얼룩들의 위치는 항상 동일하다는 것이 관찰된다.
이 분석은 이러한 밴딩 맵에서의 구조의 대부분이 더 큰 n을 갖는 P n 이 더 작은 영역들에 대응하는 P n 영역들을 사용하여 설명될 수 있다는 인식의 부분을 기반으로 한다. 중요한 밴딩을 갖는 영역들의 대부분은 P 1 ... P 8 에 의해 설명된다.
이러한 맵에 대해 반지름 r 0 = 0.35 및
Figure 112017070390494-pct00033
를 피팅(fitting)으로써, 도 7에 도시된 이미지가 나타난다. 다른 상황들에서, 더 적은 밴딩이 존재할 수 있고, 결과적으로 r 0 = 0.25는 충분히 엄격하다. 도 8은 반지름 r 0 = 0.25를 도 5의 맵에 피팅하는 결과를 도시한다.
도 7 및 도 8에서, 바람직한 영역들은 또한 정사각형 그리드 예시들, 즉 P 9,18 및 P 14 ,26 에 대해 도시된다. 이러한 영역들은 r 0 = 0.35에 의해 가장 잘 설명된다.
본 발명의 접근법은 밴딩을 야기하는 구역들을 회피하는 것에 즉, 벡터 p = (p x , p y )의 값들의 특정 범위들을 회피하는 것에 기초한다.
회피할 수 있는 제 1 구역들은 가장 큰 밴딩을 야기하는 영역들 P 1(즉, P 1 ,1)이다. 도 8에서, 더 작은 반지름값들로, 배제된 구역은 더 작다. 따라서, 배제될 제 1 구역은 r 0 = 0.25에 기반한다.
이러한 정사각형 예의 픽셀 그리드와 렌즈 그리드 사이의 관계를 설계할 때 배제될 구역들은 다음과 같다:
1. 반지름r 0 = 0.25이고
Figure 112017070390494-pct00034
이며,
Figure 112017070390494-pct00035
2. 바로 위와 마찬가지로, 및 또한
Figure 112017070390494-pct00036
,
3. 바로 위와 마찬가지로, 및 또한
Figure 112017070390494-pct00037
,
4. 바로 위와 마찬가지로, 및 또한
Figure 112017070390494-pct00038
,
5. 바로 위와 마찬가지로, 및 또한
Figure 112017070390494-pct00039
,
6. 상기 중 어느 하나이지만, 반지름r 0 = 0.35.
영역들을 배제함으로써 남아있는 공간 내에, 밴딩이 넓은 범위의 파라미터들에 대해 특히 낮기 때문에 특히 관심이 있는 몇몇 영역들이 존재한다. 이러한 영역들은 다음과 같다:
1. 반지름 r 0 = 0.35를 갖는 p ∈ P 9 ,18 ,
2. 반지름 r 0 = 0.35를 갖는 p ∈ P 14 ,26 .
바람직하게는, 정사각형 그리드 예에 대해, 서브-픽셀들은 완전한 정사각형 그리드 상에 있지만 작은 변형들이 가능하다. 종횡비는 바람직하게는
Figure 112017070390494-pct00040
Figure 112017070390494-pct00041
, 또는 더 바람직하게는
Figure 112017070390494-pct00042
로 제한된다. 정사각형/직사각형에서 마름모/평행 사변형에 이르는 그리드의 시어는 바람직하게
Figure 112017070390494-pct00043
, 또는
Figure 112017070390494-pct00044
이다.
이 접근법을 설명하기 위한 모아레 방정식의 대안은 완전히 백색 이미지를 디스플레이하는 렌즈로 디스플레이의 모델을 광선 추적하는 것이다.
도 9는 도 3(c)의 2D 픽셀 레이아웃에 대한 그러한 렌더링을 도시한다. 밴딩이 없는 설계의 임의의 렌더링은 평균 백색으로 나타날 것이고, 밴딩을 갖는 설계의 경우, 명도 및/또는 컬러는 뷰어 위치(즉, 렌즈 위상)에 의존한다.
도 9(a)는 렌즈 위상에 대한 P 1 영역에서의 렌즈 설계에 대한 렌더링들을 도시한다. 도 9(a)의 표현에 도시되지는 않았지만, 백색 및 청색 원색의 대부분이 이 없어진다. 도 9(b)는 블랙 매트릭스의 평균 양보다 많은 양을 볼 수 있는 렌즈 위상에 대한 P 2 영역에서의 렌즈 설계에 대한 렌더링들을 도시한다. 도 9(c)는 블랙 매트릭스가 거의 보이지 않는 렌즈 위상에 대한 P 4 영역의 렌즈 설계에 대한 렌더링들을 도시한다. 도 9(d)는 이러한 패치와 다른 모든 위상들에 대해 이러한 패치 내의 원색들의 (사실상) 동등한 분포를 갖는 P 14 ,26 중심에서의 렌즈 설계에 대한 렌더링들을 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같은 패치는 상이한 렌즈 위상들(특정 뷰잉 위치에 대한 뷰를 생성하는 것을 담당하는 렌즈 위치를 의미)이 서브-픽셀들의 상이한 분포들을 야기하기 때문에 다양한 렌즈 위상들에 대해 렌더링될 수 있다. 보다 효과적인 방법은 각각의 그러한 패치에 대해 평균 CIE 1931 XYZ 컬러 값을 계산하는 것이다. 그 평균값으로부터, CIE L*a*b* 컬러 값이 계산될 수 있으며 이는 지각 밴딩 효과들을 비교하는 정량적 수단을 제공한다.
이러한 지각 컬러 공간에서 두 컬러 값들 사이의 L2 거리(아래 ΔE로 표시됨)는 그들 컬러들 사이의 감지된 차이를 나타낸다.
타깃은 (L*, a*, b*) = (100, 0, 0)에 해당하는 백색이다.
도 10에서, 밝기(L*)는 도 9에서와 동일한 예시들에 대해, 상이한 뷰어 위치들로 렌즈들에 의해 투영된 상이한 뷰들에 대응하는, 2차원들에서 렌즈 위상들의 함수로서 표시된다. 무차원 렌즈 위상 변수는 (0, 1)범위의 값들을 가진다. 픽셀 그리드와 렌즈 그리드의 주기 때문에, 렌즈 위상들 0과 1은 동일한 생성된 뷰들에 해당한다. 디스플레이가 2D 마이크로렌즈 어레이를 사용하기 때문에, 렌즈 위상 자체도 2D이다.
도 11에서 동일한 예시들에 대해 컬러 에러(ΔE)가 다시 표시된다.
상황에 따라
Figure 112017070390494-pct00045
이 표시된다. 도 10(d) 및 도 11(d)의 밴딩이 없는 예시는 각각 균일한 L*=100 및 ΔE=0으로 나타나지만, 다른 예시들은 뷰어 위치(즉, 렌즈 위상)에 따라 색이 변함에 따라 분명히 밴딩을 갖는다.
디스플레이가 2D 마이크로렌즈 어레이를 사용하기 때문에, 렌즈 위상 자체도 2D이다.
플롯들은 전체 위상 공간에 걸쳐 ΔE의 RMS(root-mean-square) 값을 취하여 요약될 수 있다.
아래 표에서, 이것은 위에 설명된 밴딩 모델에 따라 제외되거나 포함되어야하는 영역들에 해당하는 점들의 목록에 대해 수행되었다.
Figure 112017070390494-pct00046
이 표에서 두 모델들은 밴딩 예측면에서 대체로 일관적임이 분명하다. 긍정적인 영역은 낮은 Δ E RMS 값들을 가지며, 가장 큰 부정적인 영역들(가장 낮은 서수들을 갖는)은 가장 높은 Δ E RMS 값들을 갖는다.
위의 제 1 모델은 밴딩 효과에 대한 개요를 제공하는 반면, 제 2 모델은 더 많은 세부사항들과 시각화를 제공한다.
유사 분석은 이제 육각형 픽셀 그리드의 예에 대해 제시될 것이다.
본 발명은 구체적으로 육각형 그리드(규칙적인 그리드로부터 벗어날 수 있지만, 바람직하게는 정육각형 그리드인)상의 픽셀들(또는 서브-픽셀들)을 갖는 패널들에 관한 것이고, 그 위에 육각형 그리드 상에 요소들을 또한 갖는 뷰 형성 장치가 존재한다.
위의 예에서와 같이, 패널의 좌표계가 정의된 경우, 뷰 형성 장치의 좌표계는 패널의 좌표계와 관련된 기하학적 (물리적) 좌표들 및 논리 좌표들로 정의된다. 예를 들어 밴딩과 관련하여 원하는 성능을 달성하도록 선택될 수 있는 매개 변수 공간의 매개변수 영역들이 다시 정의된다.
픽셀 피치 벡터들이 다시 정의되고, 이러한 예에 대하여 상기 예에서 벡터들( x 및 y )과 유사하게 벡터들( a 및 b )이 정의된다.
벡터들( a 및 b )은, 길이 단위들(예로서, 미터)을 갖고 격자 행렬 X = [ a b ]를 형성하는 픽셀 피치 벡터들이다. 가장 작은 단위 셀을 포함하여 픽셀의 다수의 가능한 정의들이 존재하지만, 본 발명에서 픽셀 그리드는 육각형, 예를 들면 적어도 대략 정육각형이다. 그러므로, X는 서브-픽셀들의 육각형 영역을 형성하도록 선택되어야 한다.
예시들은 도 12에 도시된다.
컬러 디스플레이들의 경우, 픽셀 영역(32)은 3개 또는 4개일 수 있는 서브-픽셀들(31)을 갖는 삼각형 영역일 가능성이 가장 높다. 때로는 그러한 그룹은 회전되거나 대칭되어 더 크고 길어질 수 있는 단위 셀을 형성하는 것이 나타나지만, 이 경우에도 X는 3 또는 4개의 서브-픽셀들(31)을 갖는 영역이다. 단색 디스플레이들의 경우, 단위 셀(30)은 단일 픽셀(32)의 영역이다. 중요한 것은 서브-픽셀들(31)의 형상 또는 그리드보다는 픽셀들(32)의 그리드이다.
도 12(a)는 각 픽셀(32)이 3개의 RGB 서브 픽셀들(31)의 삼각형으로 형성되는 육각형 그리드를 도시한다. 단위 셀(30)은 동일하다.
도 12(b)는 각각의 픽셀(32)이 4 개의 RGBW 서브 픽셀들(31)의 그룹으로서 형성되어 본질적으로 마름모인(그러나 직선이 없는) 형상을 형성하는 육각형 그리드를 도시한다. 단위 셀(30)은 동일하다.
도 12(c)는 각 픽셀(32)이 7개의 서브 픽셀들(31)(중앙에 1개, 외부에 6개)로 형성되는 육각형 그리드를 도시한다. 그러나, 외부 서브-픽셀들은 인접한 픽셀들과 공유되므로 평균적으로 픽셀 당 4 (RGBW) 개의 서브-픽셀들이 존재한다. 단위 셀(30)(완전한 전체 서브-픽셀 패턴을 형성하도록 변환될 수 있는 가장 작은 요소)은 두 종류의 픽셀이 존재하기 때문에 더 크다.
도 12(d)는 단일 컬러 픽셀들의 육각형 그리드를 도시한다. 단위 셀(30)은 단일 픽셀(32)이다.
서브-픽셀들이 육각형들이고 육각형 그리드 상에 배열되지만, 픽셀 그리드는 실제로 직사각형이기 때문에, 도 13의 레이아웃은 반대의 예시이다. 픽셀 그리드는 한 픽셀에서 인접 픽셀들 내의 동일한 위치로 변환하는 벡터들로 정의된다.
상기 예시에서와 같이, 본 발명은 완벽한 육각형 그리드들을 필요로 하지 않고, 각도 배향 관련성 또한 없다. 임의의 각도에서도 회전이 가능하고, 제한적인 시어 또는 제한적인 연신이 또한 가능하다.
육각형 픽셀 그리드에 대한 종횡비는 다음과 같이 정의된다:
Figure 112017070390494-pct00047
그리고 그리드의 각도는 다음과 같다:
Figure 112017070390494-pct00048
내각 120도는 정육각형 그리드에 해당한다. 따라서 시어의 양은
Figure 112017070390494-pct00049
로 표현될 수 있다. 그러므로, 대략 직각 육각형 그리드의 경우,
Figure 112017070390494-pct00050
및
Figure 112017070390494-pct00051
이다.
위의 예시에서와 같이, 렌즈 피치 벡터들이 또한 정의된다. 논리적 및 무차원 렌즈 피치 벡터들의 정의는 선택된 p a 및 p b 에 대해 p = (p a , p b )이다.
육각형 경우와 관련된 벡터들이 도 14에 도시되어 있으며, 도 4는 픽셀 어레이(40) 상의 렌즈 그리드(42)를 도시한다. 이것은 도 12(a)의 세 개의 서브-픽셀 픽셀을 기반으로 한다. 렌즈 그리드는 실제 벡터들( p' 및 q' )에 의해 형성된다.
벡터들( p' 및 q' )은 동일한 길이를 갖고 p' 와 q' 사이의 각은 120°이다. 기하학적 (물리적) 피치 벡터들( p' 및 q' )(예를 들어 미터들)은 픽셀 그리드의 변형들(예로서, 회전, 시어, 크기 조정)이 렌즈 그리드의 동일한 변형들에 반영되어야 하는 논리적 렌즈 피치 벡터들의 관점으로 정의된다. 이것은 유연한 오토스테레오스코픽 디스플레이가 늘어나는 것을 고려함으로써 이해될 수 있다.
무차원 피치 벡터 p 는 픽셀 그리드와 렌즈 그리드 사이의 매핑을 다시 정의하고 이 경우엔 다음과 같이 정의된다:
p' = p a a + p b b ,
이러한 예시적인 영역들에 대하여 E n 은 복수의 원들로 구성된 정수 n에 대해 정의되며, 그 원 자체는 원들의 그리드 상에 구성된다. 이러한 영역들은 다음과 같이 정의된다:
Figure 112017070390494-pct00052
여기서
Figure 112017070390494-pct00053
다시,
Figure 112017070390494-pct00054
은 각 원의 반지름이고, Γn은 중심들의 세트이고, N( j )는 다음과 같이 정의된 아이젠슈타인 정수 놈과 같은 놈이다:
Figure 112017070390494-pct00055
이것은 중심들의 육각형 격자를 정의한다. 상기 예에서와 같이, p-ν 항은 본질적으로 공간의 놈(거리 제곱)을 기초하는 v 에서 p 까지의 벡터를 지정하므로, 이것은 v 에 의해 정의된 중심을 갖는 원들의 세트를 정의한다. v 자체는 Γn항들의 세트에 의해 정의된 벡터들의 세트이다. 이것은 2차원 벡터들 i 와 j 를 구성하는 정수 값들에 대한 조건들의 결과로 멤버들의 이산 수를 갖는다.
예로서, Γ4로 시작하는 탐색 E 4 이 고려된다.
Figure 112017070390494-pct00056
에 대한 해들의 세트는 다음과 같다:
Figure 112017070390494-pct00057
임의의 조합
Figure 112017070390494-pct00058
은 Γ4에 있다. 두 개의 예시들은
Figure 112017070390494-pct00059
및
Figure 112017070390494-pct00060
이다. 영역 E 4 은 이후 그 중심들과 반지름
Figure 112017070390494-pct00061
을 갖는 원형 영역들로 구성된다. 도 15에서 각각 도시된 바와 같이 j 와 j /n에 대한 아이젠슈타인 정수들(복소 평면에 육각형 격자를 형성하는)과 그 역격자의 그래픽 설명이 존재한다.
좌측 서브도에서 각 점은 아이젠슈타인 정수 c = a + ωb의 좌표와 놈 N([a b]T)으로 마크된다. 우측 서브도는 동일한 점들로 구성되지만 그들의 놈으로 나뉘어 j 대신 j /n에 대응한다.
다시, N( j ) = k 를 유지하는 j 가 없는 정수들 k가 존재한다. 결과적으로, E 2 , E 5 , 및 E 6 세트들은 비어있는 상태이다.
사각형 그리드들을 기반으로 한 상기 예시에서, 데카르트 놈(Cartesian norm), 즉 < j, j > = j T j이 사용되고 그래픽 설명에서 아이젠슈타인 정수들 대신에 복소수 평면의 정사각형 격자에서 가우시안 정수들이 사용된다. 도 16은 도 5와의 비교를 위한 이러한 접근법을 도시한다.
상기 설명된 접근법은 상이한 설계들의 밴딩 효과를 분석하는 데 사용된다. 모아레 방정식들 및 주어진 피치 벡터 p 에 대해 가시적인 밴딩을 추정하는 가시성 함수에 다시 기초한 결과 맵이 도 17에 도시된다. 이것은 pb 대 pa의 플롯이며, 다시 밝은 영역들은 더 많은 밴딩을 나타낸다.
실제 맵은 마이크로렌즈들의 시야각 및 픽셀 구조와 같은 파라미터들에 의존한다는 것이 이해되어야 한다. 도 17의 맵은 전체 픽셀 표면의 1/6의 애퍼처를 갖는 단일 방사 영역을 갖는 픽셀, 렌즈 애퍼처와 함께 스케일링하는 가우시안 렌즈 점 확산 함수(PSF), 및 20 arcsec의 일정한 렌즈 시 각도의 경우에 대해 생성된다. PSF 스케일링의 결과로, 더 많은 밴딩 성분들은 더 정확한 초점으로 인해 더 작은 |p|에 대해 가시적이다.
이러한 밴딩 맵에서의 대부분의 구조는 더 큰 n을 갖는 E n 이 더 작은 영역들에 대응하는 E n 영역들을 사용하여 설명될 수 있다. 중요한 밴딩을 갖는 영역들의 대부분은 E 1 ... E 4 에 의해 설명된다.
상기 예시들에서와 같이, r 0 = 0.35 및
Figure 112017070390494-pct00062
는 도 18의 이미지를 생성하기 위해 사용된다. 다른 상황들에서, 더 적은 밴딩이 존재할 수 있고, 결과적으로 r 0 = 0.25는 충분히 엄격하다. 도 19는 반지름 r 0 = 0.25를 도 17의 맵에 맞추는 결과를 도시한다.
도 18 및 도 19에서, 영역들은 도 7 및 도 8과의 간단한 비교를 위해 Px로 라벨링된다. 그러나, 이러한 영역들은 상기 방정식들에 의해 정의된 바와 같이 영역들 E x 이다.
도 18 및 도 19에서, 바람직한 영역들, 즉 E 7 및 E 9 (P7 및 P9로 도시된)가 표시된다. 이러한 영역들은 r 0 = 0.35로 가장 잘 설명된다.
본 발명은 밴딩을 야기하는 구역들을 회피하는 것에 즉, 벡터 p = (p a , p b )의 값을 회피하는 것에 기초한다.
회피할 수 있는 제 1 구역들은 가장 큰 밴딩을 야기하는 영역들 E 1이다. 도 19에서, 더 작은 반지름 값들로, 배제된 구역은 더 작다. 따라서, 배제될 제 1 구역은 r 0 = 0.25에 기초한다.
픽셀 그리드와 렌즈 그리드 사이의 관계를 설계할 때 배제될 구역들은 다음과 같다:
1. 반지름r 0 = 0.25이고
Figure 112017070390494-pct00063
이며,
Figure 112017070390494-pct00064
,
2. 바로 위와 마찬가지로, 및 또한
Figure 112017070390494-pct00065
,
3. 바로 위와 마찬가지로, 및 또한
Figure 112017070390494-pct00066
,
4. 상기 중 어느 하나이지만, 반지름r 0 = 0.35.
영역들을 배제함으로써 남아있는 공간 내에, 밴딩이 넓은 범위의 파라미터들에 대해 특히 낮기 때문에 특히 관심이 있는 몇몇 영역들이 존재한다. 이러한 영역들은 다음과 같다:
1. 반지름 r 0 = 0.35를 갖는 p ∈ E 7 ,
2. 반지름 r 0 = 0.35를 갖는 p ∈ E 9 .
바람직하게는, 서브-픽셀들은 정육각형 그리드 상에 있지만 작은 변형들이 본 발명의 범위 내에 있다: 종횡비는 바람직하게는
Figure 112017070390494-pct00067
Figure 112017070390494-pct00068
, 또는 더 바람직하게는
Figure 112017070390494-pct00069
로 제한된다. 그리드의 시어는 바람직하게
Figure 112017070390494-pct00070
또는
Figure 112017070390494-pct00071
이다.
본 발명은 오토스테레오스코픽 3D 디스플레이들의 분야, 보다 구체적으로 완전-시차 회전가능한 다중-뷰 오토스테레오스코픽 디스플레이들에 적용 가능하다.
본 발명은 픽셀 그리드와 렌즈 그리드 사이의 관계에 관한 것이다. 이것은 임의의 디스플레이 기술에 적용될 수 있다.
개시된 실시예들에 대한 다른 변형들은 도면들, 개시 및 첨부된 청구항들의 연구로부터 청구된 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해되고 영향을 받을 수 있다. 청구항들에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소들 및 단계들을 배제하지 않고, 단수로 기재된 요소는 복수를 배제하지 않는다. 서로 상이한 독립 청구항들에 특정 수단들이 열거되었다는 단순한 사실은 이들 수단들의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 암시하지 않는다. 청구항들에서 임의의 기준 부호들은 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (11)

  1. 오토스테레오스코픽 디스플레이로서:
    단일 컬러 픽셀들의 어레이 또는 상이한 컬러들의 서브-픽셀들의 어레이를 포함하는 픽셀화된 디스플레이 패널(pixelated display panel)(3)로서, 서브-픽셀들의 각각의 그룹들은 전체 컬러 픽셀들을 함께 정의하는, 상기 픽셀화된 디스플레이 패널(3); 및
    상이한 픽셀들 또는 서브-픽셀들로부터 상이한 공간 위치들로 광을 향하게 하여, 3차원 장면의 상이한 뷰들이 상이한 공간 위치들에 디스플레이되도록 하는, 렌즈들의 2차원 어레이(44)를 포함하고 상기 디스플레이 패널 위에 위치된 뷰 형성 장치(42)를 포함하고,
    상기 디스플레이 패널의 상기 픽셀들은 120도로부터 20도 이하의 최대 내각 편차를 갖는 육각형 그리드를 형성하고, 상기 육각형 그리드는 기본 변환 벡터들( a 및 b )로 반복되고, 상기 기본 변환 벡터들( a 및 b )의 길이들은 0.66과 1 사이에 긴 것에 대한 짧은 것의 종횡비를 갖고;
    상기 뷰 형성 장치는 기본 변환 벡터들( p' 및 q' )로 육각형 그리드에서 반복하는 렌즈들의 2차원 어레이(44)를 포함하고;
    무차원 벡터 p 를 (pa , pb )로서 정의하는 것은:
    p' = pa a + pb b 를 만족하고,

    정수 n에 대한 성분들 pa 및 pb 의 공간에서 원형 영역들을 다음과 같이 정의하고:

    Figure 112022108424984-pct00072
    여기서
    Figure 112022108424984-pct00073


    여기서, n은 정수이고,
    Figure 112022108424984-pct00074
    은 각 원의 반지름을 정의하고,Γn은 원 중심들을 정의하고, 두 좌표 벡터들에 대한 벡터 함수를 포함하는 N은 다음과 같이 정의되고:

    Figure 112022108424984-pct00075


    상기 기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 r0 = 0.1 및
    Figure 112022108424984-pct00076
    을 갖는 세트들(E1, E3, 또는 E4 )을 배제하는 벡터 공간에서 p 가 속하는 값들로 선택되는, 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 r 0 = 0.25 및
    Figure 112017070390494-pct00077
    를 갖는 상기 세트(E 1 )를 배제하는 상기 벡터 공간에서 p 가 속하는 값들을 갖는, 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 r 0 = 0.25 및
    Figure 112017070390494-pct00078
    를 갖는 상기 세트(E 3 )를 배제하는 상기 벡터 공간에서 p 가 속하는 값들을 갖는, 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 r0 = 0.25 및
    Figure 112022108424984-pct00079
    를 갖는 상기 세트(E4 )를 배제하는 상기 벡터 공간에서 p 가 속하는 값들을 갖는, 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 p 가 r0 = 0.35를 갖는 정의된 세트 또는 세트들 내에 있지 않는 값들을 갖는, 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 p 가 r0 = 0.35 및
    Figure 112022108424984-pct00080
    를 갖는 세트(E7 ) 내에 있는 값들을 갖는, 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 변환 벡터들( a, b, p' 및 q' )은 p 가 r0 = 0.35 및
    Figure 112022108424984-pct00081
    를 갖는 세트(E9 ) 내에 있는 값들을 갖는, 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 변환 벡터들( a 및 b )은 0.83과 1 사이의 긴 벡터에 대한 짧은 벡터의 길이들의 종횡비를 갖는, 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 육각형 그리드는 120도로부터 5도 이하의 최대 내각 편차를 갖는, 오토스테레오스코픽 디스플레이.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 디스플레이를 포함하는 휴대용 장치로서, 세로 방향 디스플레이 모드(portrait display mode) 및 가로 방향 디스플레이 모드(landscape display mode)로 동작하도록 구성가능한, 휴대용 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    휴대전화 또는 태블릿을 포함하는, 휴대용 장치.
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