KR102666265B1

KR102666265B1 - 라이트 필드 디스플레이에서 조리개 확장을 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR102666265B1
Application number: KR1020207011945A
Authority: KR
Inventors: 주카-타파니 마키넨; 카이 오잘라
Original assignee: 피씨엠에스 홀딩스, 인크.
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2024-05-14
Also published as: WO2019089283A1; JP7278277B2; CN111295612A; JP2021503615A; EP3704531A1; EP3704531B1; CN111295612B; KR20200095461A; US11624934B2; US20210173222A1

Abstract

디스플레이 방법들 및 장치가 설명된다. 일부 실시예들에서, 이미지를 생성하기 위해, 발광 층에서의 하나 이상의 발광 요소(예컨대, μLED들)로부터 광이 선택적으로 방출된다. 각각의 요소로부터의 방출된 광은, 예를 들어, 작은 어퍼처들을 갖는 마이크로렌즈들의 어레이를 사용하여 시준된다. 시준된 광의 각각의 빔은 제1 회절 격자에 의해 1세대의 차일드 빔들로 분할되고, 1세대의 차일드 빔들은 제2 회절 격자에 의해 2세대의 차일드 빔들로 분할된다. 시준된 광의 원래 빔과 평행하지 않은 2세대의 차일드 빔들에서의 빔들은 공간 광 변조기(예를 들어, LCD 패널)에 의해 차단될 수도 있다. 차단되지 않은 빔들은, 일부 관점들에서, 마치 마이크로렌즈들의 어퍼처들보다 더 큰 어퍼처를 갖는 옵틱들을 사용하여 이들이 생성된 것처럼 동작한다.

Description

라이트 필드 디스플레이에서의 어퍼처 확장을 위한 방법 및 시스템

본 출원은, 2017년 11월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "METHOD AND SYSTEM FOR APERTURE EXPANSION IN LIGHT FIELD DISPLAYS"인 미국 가특허 출원 제62/580,797호의 정규 출원이고, 이 미국 가특허 출원으로부터의 35 U.S.C. §119(e) 하의 이익을 주장하며, 이 미국 가특허 출원은 이로써 그 전체가 참조로 포함된다.

인간의 마음은 각각의 눈을 향하게 하는 데 사용되는 근육들로부터의 신호들을 수신함으로써 관찰된 대상들의 심도(depth)들을 부분적으로 인식하고 결정한다. 뇌는 눈들의 상대적인 각도 배향들을 결정된 초점 심도들과 연관시킨다. 올바른 초점 단서(focus cue)들은 관찰된 초점 평면 외측의 대상들에 대한 자연스러운 블러(blur) 및 자연스러운 동적 시차 효과(dynamic parallax effect)를 일으킨다.

올바른 초점 단서들을 제공하는 것이 가능한 하나의 타입의 3D 디스플레이는 진정한 3D 공간에서 3D 이미지들을 생성할 수 있는 체적형 디스플레이(volumetric display) 기법들을 사용한다. 3D 이미지의 각각의 "복셀(voxel)"은 그것이 있을 것으로 여겨지는 공간적 포지션에 물리적으로 위치되고, 그 포지션으로부터 관찰자들을 향해 광을 반사 또는 방출하여 뷰어(viewer)들의 눈들에 실제 이미지를 형성한다. 3D 체적형 디스플레이들에 의한 주요 문제점들은 이들의 해상도가 낮고 물리적 사이즈가 크며 제조 비용들이 비싸다는 것이다. 이들 이슈들로 인해, 예를 들어, 제품 디스플레이들, 박물관들, 쇼들 등과 같은 특수한 경우들 외에 이들을 사용하기가 너무 번거로워진다.

올바른 망막 초점 단서들을 제공하는 것이 가능한 다른 타입의 3D 디스플레이 디바이스는 홀로그래픽 디스플레이이다. 홀로그래픽 디스플레이들은 자연 환경들에서 대상들로부터 산란된 전체 광 파면(light wavefront)들을 재구성하는 것을 목표로 한다. 이 기술에 의한 주요 문제점은 극히 상세한 파면들의 생성에 사용될 수 있는 적합한 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; SLM) 컴포넌트가 결여되어 있다는 것이다.

자연스러운 망막 초점 단서들을 제공하는 것이 가능한 추가의 타입의 3D 디스플레이 기술은 라이트 필드(Light Field; LF) 디스플레이라고 불린다. LF 디스플레이 시스템들은 모든 방향들로 공간에서 이동하는 광선들을 나타내는 소위 라이트 필드들을 생성하도록 디자인되어 있다. LF 시스템들은, 기본적으로 픽셀 밀도들이 더 높은 공간 도메인만을 단지 제어할 수 있는 기존의 스테레오스코픽 3D 디스플레이들과는 달리, 공간 및 각도 도메인들 양측 모두에서 발광들을 제어하는 것을 목표로 한다. 라이트 필드들을 생성하기 위한 적어도 2개의 상이한 방법들이 있다.

제1 접근법에서, 시차가 뷰어의 각각의 개별 눈을 가로질러 생성되어, 뷰잉되는 대상의 3D 위치에 대응하는 올바른 망막 블러를 생성한다. 이것은 하나의 눈마다 다수의 뷰들을 제시함으로써 행해질 수 있다.

제2 접근법은 대상의 이미지가 3D 위치에 대응하는 적절한 초점 평면으로 투사되는 다중 초점 평면(multi-focal-plane) 접근법이다. 많은 라이트 필드 디스플레이들이 이들 두 가지 접근법들 중 하나를 사용한다. 제1 접근법은 통상적으로 헤드 마운티드 단일 사용자 디바이스(head mounted single-user device)에 더 적합한데, 이는 눈동자들의 위치들을 결정하기가 훨씬 더 용이하고 눈들이 디스플레이에 더 가까워서 광선들의 원하는 조밀한 필드를 생성하는 것을 가능하게 하기 때문이다. 제2 접근법은 뷰어(들)와 먼 거리에 위치되고 헤드 기어 없이 사용될 수 있는 디스플레이들에 더 적합하다.

현재의 비교적 낮은 밀도의 멀티뷰 이미징 디스플레이들에서, 뷰어가 디바이스의 전방으로 이동함에 따라 뷰들은 대략적인 단계적 방식으로 변화한다. 이것은 3D 경험의 품질을 낮추고 심지어 3D 인식을 완전히 중단시킬 수 있다. (VAC와 함께) 이 문제점을 완화하기 위해, 일부 수퍼 멀티 뷰(Super Multi View; SMV) 기법들이 무려 512개의 뷰들로 테스트되었다. 이 아이디어는 2개의 시점(viewpoint)들 사이의 임의의 전이를 매우 매끄럽게 하도록 극히 많은 수의 뷰들을 생성하는 것이다. 약간 상이한 시점들로부터의 적어도 2개의 이미지들로부터의 광이 동시에 눈동자에 들어가는 경우, 훨씬 더 현실적인 시각적 경험이 이어진다. 이 경우에, 뇌가 운동으로 인한 이미지 변화를 무의식적으로 예측하므로 운동 시차(motion parallax) 효과들은 자연 조건들과 더 유사하다.

SMV 조건은 올바른 뷰잉 거리에서의 2개의 뷰들 사이의 간격을 눈동자의 사이즈보다 더 작은 값으로 감소시킴으로써 충족될 수 있다. 정상적인 조명 조건들에서, 사람의 동공은 일반적으로 직경이 약 4mm인 것으로 추정된다. 주변 광 레벨들이 높은 경우(예를 들어, 태양광(Sunlight)에서의 경우), 직경은 1.5mm만큼 작고 어두운 조건들에서 8mm만큼 클 수 있다. SMV 디스플레이들로 달성될 수 있는 최대 각도 밀도는 회절에 의해 제한되며 공간 해상도(픽셀 사이즈)와 각도 해상도 사이에는 역의 관계(inverse relationship)가 있다. 회절은 어퍼처(aperture)를 통과하는 광 빔의 각도 확산을 증가시키며, 이 효과는 매우 높은 밀도의 SMV 디스플레이들의 디자인에서 고려될 필요가 있다.

상이한 기존의 3D 디스플레이들은 이들의 폼 팩터(form-factor)들에 기초하여 4개의 상이한 카테고리들로 분류될 수 있다.

헤드 마운티드 디바이스들(head-mounted devices; HMD)은 고글 없는 솔루션들보다 더 적은 공간을 차지하는데, 이는 또한 이들이 더 작은 컴포넌트들 및 더 적은 재료들로 제조될 수 있어서 이들을 비교적 낮은 비용으로 만들 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 헤드 마운티드 VR 고글들과 스마트 안경들은 단일 사용자 디바이스들이므로, 이들은 고글 없는 솔루션들만큼 자연스럽게 공유된 환경들을 허용하지 않는다.

체적형 3D 디스플레이들은 3개의 공간 방향들 모두로부터의 공간을 차지하고 많은 물리적 재료를 요구하여 이들 시스템들을 용이하게 무겁게 만들고 제조 비용이 많이 들며 이송하기 어려워진다. 재료들을 많이 사용하기 때문에, 체적형 디스플레이들은 또한 작은 "윈도우(window)들"과 제한된 시야(field-of view; FOV)를 갖는 경향이 있다.

스크린 기반 3D 디스플레이들은, 하나의 크지만 평평한 컴포넌트, 즉 스크린, 및 멀리서 자유 공간(free space)에 걸쳐 이미지(들)를 투사하는 시스템을 전형적으로 갖는다. 이들 시스템들은 이송을 위해 더 콤팩트하게 만들어질 수 있으며 이들은 또한, 예를 들어, 체적형 디스플레이들보다 훨씬 더 큰 FOV들을 커버한다. 이들 시스템들은 복잡하고 비용이 많이 드는데, 이는 이들이 프로젝터 서브어셈블리들 및 예를 들어, 상이한 부분들 사이의 정확한 정렬을 요구하여, 이들을 전문적인 사용 사례들에 대해 최상으로 만들도록 하기 때문이다.

플랫 폼 팩터 3D 디스플레이들은 2개의 공간 방향들로 많은 공간을 사용할 수도 있지만, 제3 방향은 단지 가상이므로, 이들은 상이한 환경들로 이송하고 그 상이한 환경들에서 조립하기가 비교적 용이하다. 디바이스들이 평평하므로, 이들에 사용된 적어도 일부의 광학 컴포넌트들은 시트 또는 롤 형식으로 제조될 가능성이 높아서, 이들을 대량으로 비교적 낮은 비용으로 만든다.

일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스는, 복수의 개별적으로 제어가능한 발광 요소들을 갖는 발광 층을 포함한다. 발광 요소들은 2차원 어레이로 배열될 수도 있다. 복수의 시준 렌즈(collimating lens)들(예를 들어, 렌티큘러 시트(lenticular sheet)에서의 원통형 렌즈들, 또는 볼록 렌즈들의 어레이)을 포함하는 광학 층이 발광 층에 오버레이(overlay)된다. 제1 회절 격자(first diffractive grating)가 광학 층에 오버레이되고, 제2 회절 격자가 제1 회절 격자에 오버레이된다. 일부 실시예들에서, LCD 패널과 같은 공간 광 변조기가 제2 회절 층에 오버레이된다.

일부 실시예들에서, 제1 및 제2 회절 격자들의 격자 라인들은 실질적으로 평행하고, 이들은 실질적으로 동일한 밀도의 라인 쌍들을 가질 수도 있다.

일부 실시예들에서, 이동가능 굴절 층이 발광 층과 광학 층 사이에 제공된다.

제1 및 제2 회절 격자 표면들은 평행할 수도 있고, 이들 사이의 분리는 원하는 사용 사례에 기초하여 결정될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 회절 격자들은 0.5mm 내지 5mm만큼 분리된다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 회절 격자들은 5mm 내지 10mm만큼 분리된다.

디스플레이를 제공하는 예시적인 방법에서, 이미지를 생성하기 위해, 복수의 발광 요소들을 갖는 발광 층에서 적어도 하나의 발광 요소로부터 광이 선택적으로 방출된다. 방출된 광이, 예를 들어, 마이크로렌즈 어레이를 사용하여 시준된다. 시준된 광은 제1 회절 격자를 사용하여 1세대의 차일드 빔(child beam)들로 분할되고, 1세대의 차일드 빔들은 제2 회절 격자를 사용하여 2세대의 차일드 빔들로 분할된다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 공간 광 변조기의 일 부분을 선택적으로 불투명하게 렌더링함으로써, 시준된 광의 방향과는 상이한 방향을 갖는 2세대의 차일드 빔들 중 적어도 하나가 차단된다.

도 1a는 하나 이상의 개시된 실시예가 구현될 수도 있는 예시적인 통신 시스템을 예시하는 시스템 다이어그램이다.
도 1b는 일 실시예에 따른 도 1a에 예시된 통신 시스템 내에서 사용될 수도 있는 예시적인 무선 송/수신 유닛(wireless transmit/receive unit; WTRU)을 예시하는 시스템 다이어그램이다.
도 2a는 자연 장면을 뷰잉할 때의 망막 초점을 도시한다.
도 2b는 오토스테레오스코픽 3D 디스플레이(autostereoscopic 3D display)를 뷰잉할 때의 망막 초점을 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 플랫 라이트 필드(LF) 디스플레이 상의 픽셀 클러스터들과 함께 다양한 눈 초점 각도들(focus angles; FA) 및 수렴 각도들(convergence angles; CA)을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 동공을 향해 지향되는 라이트 필드들의 다양한 레벨들의 폐색들을 도시한다.
도 5는 각각의 뷰어들을 향해 지향되는 다양한 발광 각도들을 도시한다.
도 6a는 기하학적 팩터들에 의해 야기되는 증가된 빔 발산을 도시한다.
도 6b는 회절에 의해 야기되는 증가된 빔 발산을 도시한다.
도 7은 적어도 하나의 실시예에 따른, 어퍼처 확장기를 이용하는 예시적인 LF 디스플레이 구조체의 개략도이다.
도 8은 적어도 하나의 실시예에 따른, 어퍼처 확장기를 이용하는 예시적인 LF 디스플레이 구조체의 개략도이다.
도 9는 적어도 하나의 실시예에 따른, 어퍼처 확장기를 이용하는 예시적인 LF 디스플레이 구조체의 개략도이다.
도 10은 상이한 파장들의 광에 대한 상이한 레벨들의 어퍼처 확장의 개략적 예시이다.
도 11a 및 도 11b는 일부 실시예들에 따른, 어퍼처 확장기를 사용하는 디스플레이 디바이스의 개략적 사시도들이다.
도 12는 일부 실시예들에 따른, 어퍼처 확장기를 사용하는 디스플레이 디바이스의 개략적 사시도이다.
도 13은 어퍼처 확장기 없이 구현되는 라이트 필드 디스플레이의 개략도이다.
도 14는 일부 실시예들에 따른, 어퍼처 확장기로 구현되는 라이트 필드 디스플레이의 개략도이다.

실시예들의 구현을 위한 예시적인 네트워크들

도 1a는 하나 이상의 개시된 실시예가 구현될 수도 있는 예시적인 통신 시스템(100)을 예시하는 다이어그램이다. 통신 시스템(100)은 다수의 무선 사용자들에게 음성, 데이터, 비디오, 메시징, 브로드캐스트 등과 같은 콘텐츠를 제공하는 다중 액세스 시스템일 수도 있다. 통신 시스템(100)은, 다수의 무선 사용자들이, 무선 대역폭을 포함하는 시스템 리소스들의 공유를 통해 그러한 콘텐츠에 액세스할 수 있게 할 수도 있다. 예를 들어, 통신 시스템들(100)은 코드 분할 다중 액세스(code division multiple access; CDMA), 시분할 다중 액세스(time division multiple access; TDMA), 주파수 분할 다중 액세스(frequency division multiple access; FDMA), 직교 FDMA(orthogonal FDMA; OFDMA), 단일-캐리어 FDMA(single-carrier FDMA; SC-FDMA), 제로-테일 유니크-워드 DFT-스프레드 OFDM(zero-tail unique-word DFT-Spread OFDM; ZT UW DTS-s OFDM), 유니크 워드 OFDM(unique word OFDM; UW-OFDM), 리소스 블록-필터링 OFDM, 필터 뱅크 멀티캐리어(filter bank multicarrier; FBMC), 및 이와 유사한 것과 같은 하나 이상의 채널 액세스 방법을 채용할 수도 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 통신 시스템(100)은 무선 송/수신 유닛(WTRU)들(102a, 102b, 102c, 102d), RAN(104/113), CN(106/115), 공중 교환 전화 네트워크(PSTN)(108), 인터넷(110), 및 다른 네트워크들(112)을 포함할 수도 있지만, 개시된 실시예들은 임의의 수의 WTRU들, 기지국들, 네트워크들, 및/또는 네트워크 요소들을 고려한다는 것이 이해될 것이다. WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) 각각은 무선 환경에서 동작 및/또는 통신하도록 구성된 임의의 타입의 디바이스일 수도 있다. 예로서, WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) - 이들 중 임의의 것은 "스테이션" 및/또는 "STA"라고 지칭될 수도 있음 - 은 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수도 있고, 사용자 장비(user equipment; UE), 이동국, 고정 또는 모바일 가입자 유닛, 가입 기반 유닛, 페이저, 셀룰러 전화기, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 스마트폰, 랩톱, 넷북, 퍼스널 컴퓨터, 무선 센서, 핫스팟 또는 Mi-Fi 디바이스, 사물 인터넷(Internet of Things; IoT) 디바이스, 시계 또는 다른 웨어러블, 헤드 마운티드 디스플레이(head-mounted display; HMD), 차량, 드론, 의료용 디바이스 및 애플리케이션들(예를 들어, 원격 수술), 산업용 디바이스 및 애플리케이션들(예를 들어, 산업용 및/또는 자동화 프로세싱 체인 콘텍스트들에서 동작하는 로봇 및/또는 다른 무선 디바이스들), 소비자 전자 디바이스, 상업용 및/또는 산업용 무선 네트워크들 상에서 동작하는 디바이스, 및 이와 유사한 것을 포함할 수도 있다. WTRU들(102a, 102b, 102c 및 102d) 중 임의의 것은 UE라고 상호교환가능하게 지칭될 수도 있다.

통신 시스템들(100)은 또한 기지국(114a) 및/또는 기지국(114b)을 포함할 수도 있다. 기지국들(114a, 114b) 각각은 CN(106/115), 인터넷(110), 및/또는 다른 네트워크들(112)과 같은 하나 이상의 통신 네트워크에의 액세스를 용이하게 하기 위해 WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) 중 적어도 하나와 무선으로 인터페이싱하도록 구성된 임의의 타입의 디바이스일 수도 있다. 예로서, 기지국들(114a, 114b)은 기지국 트랜시버(base transceiver station; BTS), 노드-B, eNode B, 홈 노드 B, 홈 eNode B, gNB, NR NodeB, 사이트 제어기, 액세스 포인트(access point; AP), 무선 라우터, 및 이와 유사한 것일 수도 있다. 기지국들(114a, 114b)은 각각 단일 요소로서 도시되어 있지만, 기지국들(114a, 114b)은 임의의 수의 상호연결된 기지국들 및/또는 네트워크 요소들을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

기지국(114a)은 RAN(104/113)의 일부일 수도 있는데, 이 RAN은 기지국 제어기(base station controller; BSC), 라디오 네트워크 제어기(radio network controller; RNC), 중계 노드들 등과 같은 다른 기지국들 및/또는 네트워크 요소들(도시되지 않음)을 또한 포함할 수도 있다. 기지국(114a) 및/또는 기지국(114b)은 셀(도시되지 않음)이라고 지칭될 수도 있는 하나 이상의 캐리어 주파수 상에서 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수도 있다. 이들 주파수들은 허가된 스펙트럼, 비허가된 스펙트럼, 또는 허가된 및 비허가된 스펙트럼의 조합으로 될 수도 있다. 셀은, 비교적 고정될 수도 있거나 또는 시간 경과에 따라 변화할 수도 있는 특정 지리적 영역에 무선 서비스를 위한 커버리지를 제공할 수도 있다. 셀은 셀 섹터들로 추가로 분할될 수도 있다. 예를 들어, 기지국(114a)과 연관된 셀은 3개의 섹터들로 분할될 수도 있다. 따라서, 하나의 실시예에서, 기지국(114a)은 3개의 트랜시버들, 즉, 셀의 각각의 섹터에 대해 하나씩을 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 기지국(114a)은 다중 입력 다중 출력(multiple-input multiple output; MIMO) 기술을 채용할 수도 있고, 셀의 각각의 섹터에 대해 다수의 트랜시버들을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 빔포밍은 원하는 공간 방향들로 신호들을 송신 및/또는 수신하는 데 사용될 수도 있다.

기지국들(114a, 114b)은 에어 인터페이스(air interface)(116)를 통해 WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) 중 하나 이상과 통신할 수도 있는데, 이 에어 인터페이스는 임의의 적합한 무선 통신 링크(예를 들어, 라디오 주파수(radio frequency; RF), 마이크로파, 센티미터파, 마이크로미터파, 적외선(IR), 자외선(UV), 가시 광 등)일 수도 있다. 에어 인터페이스(116)는 임의의 적합한 라디오 액세스 기술(radio access technology; RAT)을 사용하여 확립될 수도 있다.

더 구체적으로는, 상기에 언급된 바와 같이, 통신 시스템(100)은 다중 액세스 시스템일 수도 있고 CDMA, TDMA, FDMA, OFDMA, SC-FDMA, 및 이와 유사한 것과 같은 하나 이상의 채널 액세스 스킴(channel access scheme)을 채용할 수도 있다. 예를 들어, WTRU들(102a, 102b, 102c) 및 RAN(104/113) 내의 기지국(114a)은, 광대역 CDMA(WCDMA)를 사용하여 에어 인터페이스(115/116/117)를 확립할 수도 있는 범용 모바일 전기통신 시스템(UMTS) 지상 라디오 액세스(UTRA)와 같은 라디오 기술을 구현할 수도 있다. WCDMA는 고속 패킷 액세스(High-Speed Packet Access; HSPA) 및/또는 진화된 HSPA(Evolved HSPA; HSPA+)와 같은 통신 프로토콜들을 포함할 수도 있다. HSPA는 고속 다운링크(DL) 패킷 액세스(HSDPA) 및/또는 고속 UL 패킷 액세스(HSUPA)를 포함할 수도 있다.

일 실시예에서, 기지국(114a) 및 WTRU들(102a, 102b, 102c)은, 롱 텀 에볼루션(Long Term Evolution; LTE) 및/또는 LTE-어드밴스드(LTE-Advanced; LTE-A) 및/또는 LTE-어드밴스드 프로(LTE-A Pro)를 사용하여 에어 인터페이스(116)를 확립할 수도 있는 진화된 UMTS 지상 라디오 액세스(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access; E-UTRA)와 같은 라디오 기술을 구현할 수도 있다.

일 실시예에서, 기지국(114a) 및 WTRU들(102a, 102b, 102c)은 뉴 라디오(New Radio; NR)를 사용하여 에어 인터페이스(116)를 확립할 수도 있는 NR 라디오 액세스와 같은 라디오 기술을 구현할 수도 있다.

일 실시예에서, 기지국(114a) 및 WTRU들(102a, 102b, 102c)은 다수의 라디오 액세스 기술들을 구현할 수도 있다. 예를 들어, 기지국(114a) 및 WTRU들(102a, 102b, 102c)은, 예를 들어, 이중 연결성(dual connectivity; DC) 원리들을 사용하여 LTE 라디오 액세스 및 NR 라디오 액세스를 함께 구현할 수도 있다. 따라서, WTRU들(102a, 102b, 102c)에 의해 이용되는 에어 인터페이스는 다수의 타입들의 기지국들(예를 들어, eNB 및 gNB)로/로부터 전송되는 다수의 타입들의 라디오 액세스 기술들 및/또는 송신들로 특성화될 수도 있다.

다른 실시예들에서, 기지국(114a) 및 WTRU들(102a, 102b, 102c)은 IEEE 802.11(즉, 무선 충실도(Wireless Fidelity; WiFi)), IEEE 802.16(즉, 마이크로파 액세스를 위한 세계적 상호운용성(Worldwide Interoperability for Microwave Access; WiMAX)), CDMA2000, CDMA2000 1X, CDMA2000 EV-DO, 잠정 표준 2000(Interim Standard 2000; IS-2000), 잠정 표준 95(IS-95), 잠정 표준 856(IS-856), 모바일 통신용 글로벌 시스템(Global System for Mobile communications; GSM), GSM 진화를 위한 향상된 데이터 레이트들(Enhanced Data rates for GSM Evolution; EDGE), GSM EDGE(GERAN), 및 이와 유사한 것과 같은 라디오 기술들을 구현할 수도 있다.

도 1a의 기지국(114b)은, 예를 들어, 무선 라우터, 홈 노드 B, 홈 eNode B, 또는 액세스 포인트일 수도 있고, 비즈니스 장소, 홈, 차량, 캠퍼스, 산업용 설비, 공중 회랑(air corridor)(예를 들어, 드론들에 의한 사용을 위함), 도로, 및 이와 유사한 것과 같은 로컬화된 영역에서의 무선 연결성을 용이하게 하기 위한 임의의 적합한 RAT를 이용할 수도 있다. 하나의 실시예에서, 기지국(114b) 및 WTRU들(102c, 102d)은 무선 근거리 네트워크(WLAN)를 확립하기 위해 IEEE 802.11과 같은 라디오 기술을 구현할 수도 있다. 일 실시예에서, 기지국(114b) 및 WTRU들(102c, 102d)은 무선 개인 영역 네트워크(WPAN)를 확립하기 위해 IEEE 802.15와 같은 라디오 기술을 구현할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 기지국(114b) 및 WTRU들(102c, 102d)은 피코셀 또는 펨토셀을 확립하기 위해 셀룰러 기반 RAT(예를 들어, WCDMA, CDMA2000, GSM, LTE, LTE-A, LTE-A Pro, NR 등)를 이용할 수도 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 기지국(114b)은 인터넷(110)으로의 직접 커넥션을 가질 수도 있다. 따라서, 기지국(114b)은 CN(106/115)을 통해 인터넷(110)에 액세스하도록 요구되지 않을 수도 있다.

RAN(104/113)은 WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d) 중 하나 이상에 음성, 데이터, 애플리케이션들, 및/또는 음성 인터넷 프로토콜(voice over internet protocol; VoIP) 서비스들을 제공하도록 구성된 임의의 타입의 네트워크일 수도 있는 CN(106/115)과 통신할 수도 있다. 데이터는 상이한 스루풋 요건들, 레이턴시 요건들, 에러 허용오차 요건들, 신뢰성 요건들, 데이터 스루풋 요건들, 이동성 요건들, 및 이와 유사한 것과 같은 다양한 서비스 품질(quality of service; QoS) 요건들을 가질 수도 있다. CN(106/115)은 호 제어, 빌링 서비스들, 모바일 위치 기반 서비스들, 선불 통화, 인터넷 연결성, 비디오 분배 등을 제공할 수도 있거나, 그리고/또는 사용자 인증과 같은 높은 레벨의 보안 기능들을 수행할 수도 있다. 도 1a에 도시되지 않았지만, RAN(104/113) 및/또는 CN(106/115)은 RAN(104/113)과 동일한 RAT 또는 상이한 RAT를 채용하는 다른 RAN들과 직접적으로 또는 간접적으로 통신할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, NR 라디오 기술을 이용하고 있을 수도 있는 RAN(104/113)에 연결되는 것에 부가적으로, CN(106/115)은 또한 GSM, UMTS, CDMA 2000, WiMAX, E-UTRA, 또는 WiFi 라디오 기술을 채용하는 다른 RAN(도시되지 않음)과 통신할 수도 있다.

CN(106/115)은 또한, WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d)이 PSTN(108), 인터넷(110), 및/또는 다른 네트워크들(112)에 액세스하기 위한 게이트웨이로서 기능할 수도 있다. PSTN(108)은, 기존 전화 서비스(plain old telephone service; POTS)를 제공하는 회선 교환 전화 네트워크들을 포함할 수도 있다. 인터넷(110)은, 송신 제어 프로토콜(TCP), 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP) 및/또는 인터넷 프로토콜(IP)과 같은 통상적인 통신 프로토콜들을 TCP/IP 인터넷 프로토콜 슈트(internet protocol suite)에서 사용하는 상호연결된 컴퓨터 네트워크들 및 디바이스들의 글로벌 시스템을 포함할 수도 있다. 네트워크들(112)은, 다른 서비스 제공자들에 의해 소유 및/또는 동작되는 유선 및/또는 무선 통신 네트워크들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 네트워크들(112)은, 하나 이상의 RAN에 연결된 다른 CN을 포함할 수도 있는데, 이 RAN들은 RAN(104/113)과 동일한 RAT 또는 상이한 RAT를 채용할 수도 있다.

통신 시스템(100) 내의 WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d)의 일부 또는 전부는 멀티-모드 능력들을 포함할 수도 있다(예를 들어, WTRU들(102a, 102b, 102c, 102d)은 상이한 무선 링크들을 통해 상이한 무선 네트워크들과 통신하기 위한 다수의 트랜시버들을 포함할 수도 있다). 예를 들어, 도 1a에 도시된 WTRU(102c)는, 셀룰러 기반 라디오 기술을 채용할 수도 있는 기지국(114a), 및 IEEE 802 라디오 기술을 채용할 수도 있는 기지국(114b)과 통신하도록 구성될 수도 있다.

도 1b는 예시적인 WTRU(102)를 예시하는 시스템 다이어그램이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, WTRU(102)는, 다른 것들 중에서도, 프로세서(118), 트랜시버(120), 송/수신 요소(122), 스피커/마이크로폰(124), 키패드(126), 디스플레이/터치패드(128), 비착탈식 메모리(130), 착탈식 메모리(132), 전원(134), 글로벌 포지셔닝 시스템(global positioning system; GPS) 칩셋(136), 및/또는 다른 주변기기들(138)을 포함할 수도 있다. WTRU(102)는 실시예와의 일관성을 유지하면서 전술한 요소들의 임의의 하위 조합을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

프로세서(118)는 범용 프로세서, 특수 목적 프로세서, 기존의 프로세서, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 연관된 하나 이상의 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit; ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array; FPGA) 회로, 임의의 다른 타입의 집적 회로(integrated circuit; IC), 상태 머신, 및 이와 유사한 것일 수도 있다. 프로세서(118)는 신호 코딩, 데이터 프로세싱, 전력 제어, 입/출력 프로세싱, 및/또는 WTRU(102)가 무선 환경에서 동작할 수 있게 하는 임의의 다른 기능성을 수행할 수도 있다. 프로세서(118)는 송/수신 요소(122)에 커플링될 수도 있는 트랜시버(120)에 커플링될 수도 있다. 도 1b는 프로세서(118) 및 트랜시버(120)를 별개의 컴포넌트들로서 도시하고 있지만, 프로세서(118) 및 트랜시버(120)는 전자 패키지 또는 칩 내에 함께 집적될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

송/수신 요소(122)는 에어 인터페이스(116)를 통해 기지국(예를 들어, 기지국(114a))에 신호들을 송신하거나, 또는 그로부터 신호들을 수신하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 송/수신 요소(122)는 RF 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성된 안테나일 수도 있다. 일 실시예에서, 송/수신 요소(122)는, 예를 들어, IR, UV, 또는 가시 광 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성된 방출기/검출기일 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 송/수신 요소(122)는 RF 및 광 신호들 양측 모두를 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수도 있다. 송/수신 요소(122)는 무선 신호들의 임의의 조합을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

송/수신 요소(122)는 도 1b에서 단일 요소로서 도시되어 있지만, WTRU(102)는 임의의 수의 송/수신 요소들(122)을 포함할 수도 있다. 더 구체적으로는, WTRU(102)는 MIMO 기술을 채용할 수도 있다. 따라서, 하나의 실시예에서, WTRU(102)는 에어 인터페이스(116)를 통해 무선 신호들을 송신 및 수신하기 위한 2개 이상의 송/수신 요소들(122)(예를 들어, 다수의 안테나들)을 포함할 수도 있다.

트랜시버(120)는 송/수신 요소(122)에 의해 송신되어야 하는 신호들을 변조하도록 그리고 송/수신 요소(122)에 의해 수신되는 신호들을 복조하도록 구성될 수도 있다. 상기에 언급된 바와 같이, WTRU(102)는 멀티-모드 능력들을 가질 수도 있다. 따라서, 트랜시버(120)는, 예를 들어, NR 및 IEEE 802.11과 같은 다수의 RAT들을 통해 WTRU(102)가 통신할 수 있게 하기 위한 다수의 트랜시버들을 포함할 수도 있다.

WTRU(102)의 프로세서(118)는 스피커/마이크로폰(124), 키패드(126), 및/또는 디스플레이/터치패드(128)(예를 들어, 액정 디스플레이(LCD) 디스플레이 유닛 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 유닛)에 커플링될 수도 있고, 이들로부터 사용자 입력 데이터를 수신할 수도 있다. 프로세서(118)는 또한 사용자 데이터를 스피커/마이크로폰(124), 키패드(126), 및/또는 디스플레이/터치패드(128)에 출력할 수도 있다. 부가적으로, 프로세서(118)는 비착탈식 메모리(130) 및/또는 착탈식 메모리(132)와 같은 임의의 타입의 적합한 메모리로부터의 정보에 액세스하고, 그 임의의 타입의 적합한 메모리에 정보를 저장할 수도 있다. 비착탈식 메모리(130)는 랜덤 액세스 메모리(random-access memory; RAM), 판독 전용 메모리(read-only memory; ROM), 하드 디스크, 또는 임의의 다른 타입의 메모리 저장 디바이스를 포함할 수도 있다. 착탈식 메모리(132)는 가입자 아이덴티티 모듈(subscriber identity module; SIM) 카드, 메모리 스틱, 보안 디지털(secure digital; SD) 메모리 카드, 및 이와 유사한 것을 포함할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 프로세서(118)는, WTRU(102) 상에, 예컨대 서버 또는 홈 컴퓨터(도시되지 않음) 상에 물리적으로 위치되지 않은 메모리로부터의 정보에 액세스하고 그 메모리에 데이터를 저장할 수도 있다.

프로세서(118)는 전원(134)으로부터 전력을 수신할 수도 있고, WTRU(102) 내의 다른 컴포넌트들로 전력을 분배 및/또는 제어하도록 구성될 수도 있다. 전원(134)은 WTRU(102)에 전력공급하기 위한 임의의 적합한 디바이스일 수도 있다. 예를 들어, 전원(134)은 하나 이상의 건전지 배터리(예를 들어, 니켈-카드뮴(NiCd), 니켈-아연(NiZn), 니켈 금속 수소화물(NiMH), 리튬-이온(Li-ion) 등), 솔라 셀, 연료 셀, 및 이와 유사한 것을 포함할 수도 있다.

프로세서(118)는 WTRU(102)의 현재 위치에 관한 위치 정보(예를 들어, 경도 및 위도)를 제공하도록 구성될 수도 있는 GPS 칩셋(136)에 또한 커플링될 수도 있다. GPS 칩셋(136)으로부터의 정보에 부가적으로, 또는 그 대신에, WTRU(102)는 기지국(예를 들어, 기지국들(114a, 114b))으로부터 에어 인터페이스(116)를 통해 위치 정보를 수신하거나 그리고/또는 2개 이상의 인접한 기지국들로부터 수신되는 신호들의 타이밍에 기초하여 그의 위치를 결정할 수도 있다. WTRU(102)는 실시예와의 일관성을 유지하면서 임의의 적합한 위치 결정 방법에 의해 위치 정보를 취득할 수도 있다는 것이 이해될 것이다.

프로세서(118)는 부가적인 피처(feature)들, 기능성 및/또는 유선 또는 무선 연결성을 제공하는 하나 이상의 소프트웨어 및/또는 하드웨어 모듈을 포함할 수도 있는 다른 주변기기들(138)에 추가로 커플링될 수도 있다. 예를 들어, 주변기기들(138)은 가속도계, 전자 나침반(e-compass), 위성 트랜시버, (사진들 및/또는 비디오를 위한) 디지털 카메라, 범용 직렬 버스(universal serial bus; USB) 포트, 진동 디바이스, 텔레비전 트랜시버, 핸즈프리 헤드셋, 블루투스® 모듈, 주파수 변조(frequency modulated; FM) 라디오 유닛, 디지털 음악 플레이어, 미디어 플레이어, 비디오 게임 플레이어 모듈, 인터넷 브라우저, 가상 현실(Virtual Reality) 및/또는 증강 현실(Augmented Reality; VR/AR) 디바이스, 활동 추적기, 및 이와 유사한 것을 포함할 수도 있다. 주변기기들(138)은 하나 이상의 센서를 포함할 수도 있고, 센서들은 자이로스코프, 가속도계, 홀 효과 센서(hall effect sensor), 자력계, 배향 센서, 근접 센서, 온도 센서, 시간 센서; 지오로케이션 센서(geolocation sensor); 고도계, 광 센서, 터치 센서, 자력계, 기압계, 제스처 센서, 생체인식 센서, 및/또는 습도 센서 중 하나 이상일 수도 있다.

WTRU(102)는, (예를 들어, (예를 들어, 송신을 위한) UL과 (예를 들어, 수신을 위한) 다운링크 양측 모두에 대한 특정 서브프레임들과 연관된) 신호들의 일부 또는 전부의 신호의 송신 및 수신이 공존하거나 그리고/또는 동시에 이루어질 수도 있는 풀 듀플렉스 라디오(full duplex radio)를 포함할 수도 있다. 풀 듀플렉스 라디오는, 프로세서를 통한(예를 들어, 별개의 프로세서(도시되지 않음) 또는 프로세서(118)를 통한) 신호 프로세싱 또는 하드웨어(예를 들어, 초크)를 통한 자기 간섭(self-interference)을 감소시키거나 그리고 또는 실질적으로 제거하는 간섭 관리 유닛을 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, WRTU(102)는, (예를 들어, (예를 들어, 송신을 위한) UL과 (예를 들어, 수신을 위한) 다운링크 중 어느 하나에 대한 특정 서브프레임들과 연관된) 신호들의 일부 또는 전부의 신호의 송신 및 수신을 위한 하프-듀플렉스 라디오(half-duplex radio)를 포함할 수도 있다.

WTRU가 무선 단말기로서 설명되어 있지만, 특정 대표적인 실시예들에서, 그러한 단말기는 통신 네트워크와의 유선 통신 인터페이스들을 (예를 들어, 일시적으로 또는 영구적으로) 사용할 수도 있다는 것이 고려된다.

상세한 설명

약어들.

LF 라이트 필드

3D 3차원

SLM 공간 광 변조기

SMV 수퍼 멀티 뷰

VAC 수렴 조절 불일치(Vergence-Accommodation Conflict)

SVA 단일 사용자 시야각(Single-User Viewing Angle)

MVA 다중 사용자 시야각(Multi-User Viewing Angle)

EBA 아이박스 각도(Eye-Box Angle)

EBE 아이박스 확대(Eye-Box Enlargement)

EPE 사출 동공 확장기(Exit Pupil Expander)

도입부.

본 명세서에 개시된 실시예들은 성능을 개선시키고 투사된 빔들에 기초하여 3D LF 디스플레이들의 피처 세트를 확장시키도록 동작한다. 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 격자 간섭계 및 공간 광 변조기를 조합한 구조체를 사용하여 효과적인 LF 픽셀 어퍼처 사이즈를 증가시킨다. 제시된 시스템들 및 방법들은 디스플레이 표면 상의 공간 해상도에 반드시 영향을 미치지는 않는 방식으로 어퍼처들을 확장시킨다.

일부 실시예들에서, 빔 어퍼처 사이즈를 확대하기 위한 시스템들 및 방법들은 감소된 회절 효과들을 제공한다. 확대된 어퍼처들에 의해 제공되는 감소된 회절 효과들을 이용함으로써, 더 높은 해상도의 LF 디스플레이가 구성될 수 있다. 격자 간섭계 및 SLM에 의해 제공되는 광 변조들에 의해, 디스플레이 표면과 가상 초점 평면들 양측 모두에서 개선된 공간 해상도가 획득된다.

게다가, 제시된 프로세스들 및 구조체들은 3D 디스플레이 아이박스의 사이즈를 증가시키기 위해 채용될 수도 있다. 아이박스가 클수록 전반적인 사용자 친화성을 개선시킬 수도 있고 눈 추적 시스템(eye tracking system)에서 덜 엄격한 요건들을 가능하게 한다. 제시된 구조체는 투사된 빔들과 기능하는 기존의 LF 디스플레이 구조체에 부가되거나 또는 새로운 타입의 LF 디스플레이의 일부분으로서 사용될 수 있다.

격자 간섭계 및 공간 광 변조기(SLM)를 이용함으로써 빔 투사 LF 픽셀의 어퍼처 사이즈를 증가시키기 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에 개시된다. 다양한 실시예들이 광학 방법의 형태를 취한다. 본 명세서에서 설명되는 일부 실시예들에서, 확대된 어퍼처 사이즈는 감소된 회절 효과들을 통해 더 높은 해상도의 LF 디스플레이들을 가능하게 한다. 본 명세서에서 설명되는 시스템들 및 방법들은 디스플레이 표면 상의 공간 해상도가 영향을 받지 않도록 하는 방식으로 픽셀 어퍼처들을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 더 높은 해상도의 이미지들이 디스플레이 표면과 가상 초점 평면들 양측 모두에서 획득될 수 있다. 대안적으로, 동일한 기본 구조체가 3D 디스플레이 가상 아이박스의 사이즈를 증가시키는 데 사용되어, 디스플레이 시스템의 전반적인 유용성을 개선시킬 수 있다. 제시된 구조체들은 투사된 교차 빔들과 기능하는 기존의 LF 디스플레이 구조체의 상부에 부가되거나 또는 새로운 타입의 LF 디스플레이의 일부분으로서 사용될 수 있다.

본 명세서에 개시된 풀 LF 디스플레이 시스템(full LF display system)의 제1 부분은 LF 이미지 생성 모듈이다. LF 이미지 생성 모듈은, 빔 교차 포인트들에서 가상 초점 평면들을 생성하는 데 사용되는 잘 시준된 빔들을 만드는 것이 가능한 임의의 LF 디스플레이일 수 있다. 제안된 구조체의 제2 부분은, 2개의 연속 선형 격자들 및 SLM을 갖는 격자 간섭계를 포함한다. 적어도 하나의 실시예에서, 2개의 격자들은 광학 특성들이 동일하다. SLM은 예를 들어 LCD 패널로서 구체화될 수도 있고, 격자 간섭계는 엠보싱된 격자 구조체들을 양측 면들 상에 갖는 단일 폴리카보네이트 시트로서 구체화될 수도 있다.

간섭계 구조체에서의 제1 격자는, LF 픽셀들에서 생성되는 시준된 빔들을, 상이한 방향들로 전파되는 상이한 차일드 빔들로 분할하는 데 사용된다. 차일드 빔들이 제2 격자(제1 격자와 광학 특성들이 동일할 수도 있음)에 충돌할 때, 2세대 차일드 빔들 중 일부가 LF 픽셀로부터 방출된 원래 빔과 동일한 방향으로 다시 회절된다. 조합된 2세대 차일드 빔들은 상호작용하고, 뷰어의 눈들의 전방의 디스플레이 아이박스를 향해 전파되는 최종 일방향 단일화 빔을 형성한다. 결과적인 빔은 LF 디스플레이 픽셀로부터 방출된 원래 빔보다 더 큰 어퍼처를 갖는다. SLM은 제2 격자 앞에 또는 뒤에 포지셔닝되고, 그것은 이중 격자 구조체에 의해 생성되는 모든 불필요한 회절 차수들을 차단하는 데 사용된다. SLM은 이미지에서 대비를 저하시키는 누화(contrast-deteriorating crosstalk)를 감소시킨다.

본 명세서에서 교시된 예시적인 LF 디스플레이의 기본 구성은 이 상세한 설명의 균형으로 설명된다. 디스플레이 디바이스에서의 컴포넌트들이 작고 대량 생산가능하므로, 그러한 모듈들의 비용은 대량으로 용이하게 감소될 수 있다. 단순한 구성은 또한 전체 시스템의 신뢰성, 설정 및 캘리브레이션에 이로운데, 이는 단지 매우 적은 컴포넌트들만이 함께 피팅되기 때문이다.

이 상세한 설명에 개시된 일부 프로세스들 및 구조체들은 광학 어퍼처 확장기 구조체를 이용하는데, 이 광학 어퍼처 확장기 구조체는 다음의 이익들 (i) 광학 시스템 레벨에 대한 제조 및 컴포넌트 허용오차들을 낮춤, (ii) 아이박스 사이즈를 확대시킴으로써 시스템 사용 용이성을 개선시킴, 그리고/또는 (iii) 3D LF 이미지 공간 해상도를 증가시킴 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 이들 피처들 각각은 광의 교차하는 투사된 빔들을 사용하여 3D 이미지를 형성하는 LF 디스플레이들의 성능을 향상시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2017년 9월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Systems and Methods for Generating 3D Light Fields Using Tilting Refractive Plates"인 가특허 출원 제62/564,913호에 개시된 구조체들 중 하나 이상과 같은 기존의 LF 디스플레이 구조체의 상부에 예시적인 광학 확장기 구조체 자체가 부가될 수도 있고, 이 가특허 출원은 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다. 다른 실시예들에서, 예시적인 광학 확장기가 새로운 LF 디스플레이 타입에서 사용될 수도 있다.

확장된 LF 픽셀 어퍼처들로 인해 더 큰 3D 디스플레이 아이박스들을 발생시키고, 이는 차례로 컴포넌트 및 시스템 레벨 허용오차들에 대한 요건들을 낮춘다. 시스템 레벨 허용오차들을 낮춤으로써, 제조 비용을 낮추고 상이한 사용자들에 대해 캘리브레이션하기가 더 용이한 전체 디스플레이 디바이스를 구축하는 것이 가능하다. 비용 감소가 가능한데, 이는 연장된 어퍼처들로부터 발생되는 확대된 아이박스가 더 느린 눈 추적 컴포넌트들 및 시스템 모듈들 사이의 덜 엄밀한 정렬을 가능하게 하기 때문이다. 게다가, 상이한 사람들은 이들 자신의 물리적 특성들의 자연적인 차이들을 가지며, 동공간 거리 변화와 같은 통상적인 차이들은 제시된 방법으로 핸들링될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 상이한 사용자들에 대해 시스템을 조정하는 캘리브레이션 루틴에 대한 필요성이 없어질 것이다.

본 명세서에서 설명되는 예시적인 어퍼처 확장기 방법들은 사용자의 자연스러운 눈 및 머리 움직임들에 대한 더 많은 허용오차가 있으므로 개선된 사용 용이성을 제공한다. 이것은 모바일 디스플레이들의 경우에 특히 유용한데, 이 모바일 디스플레이들은 전형적으로, HMD들과 같은, 머리에 고정되지 않은 핸드헬드 디바이스들에 있다. 많은 현재 모바일 폰들 및 태블릿들에는 눈 추적을 수행할 수 있는 전방 대향 카메라들이 이미 구비되어 있고, 모바일 디바이스들은 낮은 전력 소비를 위한 엄격한 요구들을 가지므로, 직접적인 눈 투사에 의해 에너지를 절약하기 위해 눈 추적이 구현될 수도 있다. 디스플레이 뷰들은 3D 이미지를 생성하기 위해 한 번에 하나의 눈으로 제한될 수도 있다. 눈 추적을 사용하는 실시예들은 또한 이미지 정보가 단지 추적된 사용자의 눈들에만 투사되므로 프라이버시를 증가시킬 수도 있다.

시스템 어퍼처의 사이즈를 증가시킴으로써 회절 제한 이미징 시스템의 해상도가 증가될 수 있다. 일부 어퍼처 확장기 방법들은 회절 블러의 감소를 통해 LF 디스플레이 시스템에서의 개선된 공간 해상도를 가능하게 할 수도 있다. 임의의 주어진 초점 평면의 개선된 픽셀 밀도에서 그리고/또는 개선된 빔 발산 없이는 이용가능하지 않을 증가된 복셀 심도들에서 해상도 향상이 보일 수도 있다. 디스플레이 표면 자체에 대한 공간 해상도가 또한 유지될 수도 있는데, 이는 양호한 품질의 화상들을 제공하기 위해 높은 해상도가 요구되기 때문에 사용자 눈들에 비교적 가깝게 홀딩되는 모바일 디스플레이들에 특히 유용하다. 게다가, 일부 실시예들은 단지 0차 회절 빔들만이 SLM을 통과하게 함으로써, 정상 2D 디스플레이를 에뮬레이션할 수 있다.

이 상세한 설명을 진행하기 전에, 다양한 도면들에 도시되는 - 그리고 이들과 관련하여 설명되는 - 엔티티들, 커넥션들, 배열들, 및 이와 유사한 것이 제한이 아니라 예로서 제시된다는 것에 주목한다. 이와 같이, 특정 도면이 무엇을 "도시하는지(depict)", 특정 도면에는 어떤 특정 요소 또는 엔티티가 "있는지(is)" 또는 어떤 특정 요소 또는 엔티티를 "갖는지(has)"에 관한 임의의 그리고 모든 서술들 또는 다른 표시들, 및 임의의 그리고 모든 유사한 서술들 - 별개로 문맥에서 벗어나서 절대적인 것으로 그리고 그에 따라 제한적인 것으로 판독될 수도 있음 - 은 "적어도 하나의 실시예에서(in at least one embodiment)"와 같은 구절이 구성적으로 선행되는 것으로서 단지 적절히 판독될 수 있다.

더욱이, 뒤이은 단락들에서 그리고 본 개시내용의 다른 임의의 곳에서 설명되는 변형들 및 치환들 중 임의의 것은 임의의 방법 실시예들과 관련한 것 및 임의의 시스템 실시예들과 관련한 것을 포함하여 임의의 실시예들와 관련하여 구현될 수 있다.

일반적인 3D 이미지 인식.

도 2a 및 도 2b는 상이한 초점 거리들 및 눈 수렴 각도들을 도시한다. 도 2a는 자연 장면에서 실세계 대상(202)을 뷰잉할 때의 망막 초점을 도시한다. 도 1b는 오토스테레오스코픽 3D 디스플레이(204)를 뷰잉할 때의 망막 초점을 도시한다. 도 2a에 도시된 실세계 경우에서는 이미지의 일부 부분들이 블러링되는(blurred) 반면, 도 2b에 도시된 디스플레이의 경우에서는, 모든 부분들이 초점이 맞춰져 있다. 홈 시어터들 및 영화관들에서 통상적으로 사용되는 현재의 스테레오스코픽 디스플레이들은 3D 이미지들을 만들기 위한 차선의 기술(suboptimal technology)을 채용한다. 인간의 뇌에는 눈 망막들 상의 감광성 세포들과 눈 근육 움직임을 감지하는 세포들 사이에 신경 연결이 있다. 심도의 인식이 발생될 때 연관된 영역들이 함께 작동한다. 이미지 정보가 디스플레이의 평면으로 제한된다는 사실로 인해, 오토스테레오스코픽 3D 디스플레이들에는 올바른 망막 초점 단서들이 결여되어 있다. 눈들이 이들이 수렴하는 곳과는 상이한 포인트에 초점을 맞출 때, 뇌의 생리학적 신호들이 혼합되게 된다. 수렴과 조절(accommodation)의 심도 단서 미스매치는 예를 들어 눈 긴장(eye strain), 피로, 메스꺼움 및 대상 거리에 대한 더 느린 눈 조절을 초래한다. 이 현상은 수렴 조절 불일치(VAC)라고 불리며 인공적인 3D 이미지들에서의 비-비례적인 심도 압착(depth squeezing)의 결과이다.

도 3a 내지 도 3d는 플랫 라이트 필드(LF) 디스플레이 상의 픽셀 클러스터들과 함께 다양한 눈 초점 각도들(FA) 및 수렴 각도들(CA)을 도시한다. 4개의 경우들에 있어서의 플랫 LF 디스플레이 상의 픽셀 클러스터들과 함께 눈 초점 각도들 및 수렴 각도들이 도시되어 있다: 디스플레이 표면 상의 이미지 포인트(도 3a), 디스플레이 표면 후방의 가상 이미지 포인트(도 3b), 디스플레이 표면 후방의 무한 거리에서의 가상 이미지(도 3c), 및 디스플레이 표면 전방의 이미지 포인트(도 3d).

수렴 조절 불일치는 현재의 스테레오스코픽 3D 디스플레이들로부터 더 진보된 라이트 필드 시스템들로 이동하기 위한 하나의 추진 요인이다. 플랫 폼 팩터 LF 3D 디스플레이가 눈 수렴 및 초점 각도들 양측 모두를 동시에 생성할 수도 있다. 도 3a 내지 도 3d는 4개의 상이한 3D 이미지 콘텐츠 경우들에서의 이들 각도들을 도시한다. 도 3a에서, 이미지 포인트(320)가 디스플레이(305)의 표면 상에 놓이고, 양측 모두의 눈들(310)에 가시적인 단지 하나의 조명된 픽셀만이 필요하다. 양측 모두의 눈들이 동일한 포인트에 초점을 맞추고(각도(322)) 수렴(각도(324))한다. 도 3b에서, 가상 이미지 포인트(예를 들어, 복셀)(330)가 디스플레이(305)의 후방에 있고, 디스플레이 상의 픽셀들의 2개의 클러스터들(332)이 조명된다. 부가적으로, 이들 2개의 조명된 픽셀 클러스터들(332)로부터의 광선들의 방향은 방출된 광이 단지 올바른 눈에만 가시적이도록 제어되어, 따라서 눈들이 동일한 단일 가상 포인트(330)로 수렴될 수 있게 한다. 도 3c에서, 가상 이미지(340)가 디스플레이 스크린(305) 후방의 무한 거리에 있고, 단지 평행한 광선들만이 2개의 조명된 픽셀 클러스터들(342)로부터의 디스플레이 표면으로부터 방출된다. 이 경우에, 픽셀 클러스터들(342)에 대한 최소 사이즈는 눈동자의 사이즈이고, 클러스터의 사이즈는 또한, 디스플레이 표면에 필요한 픽셀 클러스터들의 최대 사이즈를 나타낸다. 도 3d에서, 가상 이미지 포인트(예를 들어, 복셀)(350)가 디스플레이(305)의 전방에 있고, 2개의 픽셀 클러스터들(352)은, 초점이 맞춰진 동일한 포인트에서 교차하는 방출된 빔들로 조명된다. 도 3b 내지 도 3d의 일반화된 경우들에서, 3D 이미지 콘텐츠에 대한 자연스러운 눈 반응들을 위한 수렴 및 초점 각도들 양측 모두를 생성하기 위해 방출된 광의 공간 및 각도 제어 양측 모두가 LF 디스플레이 디바이스로부터 사용된다.

적어도 3개의 타입들의 3D 디스플레이들은 자연스러운 3D 이미지 인식을 위한 올바른 초점 단서들을 제공하는 것이 가능하다. 제1 카테고리는 진정한 3D 공간에서 3D 이미지들을 생성할 수 있는 체적형 디스플레이 기법들이다. 3D 이미지의 각각의 "복셀"은 그것이 있을 것으로 여겨지는 공간적 포지션에 물리적으로 위치되고, 그 포지션으로부터 관찰자들을 향해 광을 반사 또는 방출하여 뷰어들의 눈들에 실제 이미지를 형성한다. 3D 체적형 디스플레이들에 의한 주요 문제점들은 해상도가 낮고, 물리적 사이즈가 크며 시스템들의 복잡성이 높다는 것이다. 이들은 제조 비용이 많이 들고 제품 디스플레이들, 박물관들 등과 같은 특수한 사용 사례들 외에 사용하기가 너무 번거롭다. 올바른 망막 초점 단서들을 제공하는 것이 가능한 제2의 3D 디스플레이 디바이스 카테고리는 홀로그램 디스플레이이다. 이들 디스플레이들은 자연 환경들에서 대상들로부터 산란된 전체 광 파면들을 재구성함으로써 동작한다. 이 기술 분야에서의 하나의 문제점은 극히 상세한 파면들의 생성에 사용될 수 있는 적합한 공간 광 변조기(SLM) 컴포넌트들이 결여되어 있다는 것이다. 자연스러운 망막 초점 단서들을 제공하는 것이 가능한 제3의 3D 디스플레이 기술 카테고리는 라이트 필드(LF) 디스플레이라고 불리며, 그것은 본 개시내용의 주된 기술 영역이다.

도 4a 내지 도 4c는 동공을 향해 지향되는 라이트 필드들의 다양한 레벨들의 폐색들을 도시한다. LF 시스템들은, 공간 도메인만을 단지 제어할 수 있는 기존의 스테레오스코픽 3D 디스플레이들과는 달리, 공간 및 각도 도메인들 양측 모두에서 발광들을 제어하는 것을 목표로 한다. 라이트 필드들을 생성하기 위한 2개의 상이한 방법들이 있다. 제1 접근법에서, 시차가 뷰어의 각각의 눈을 가로질러 생성되어, 뷰잉되는 대상의 3D 위치에 대응하는 올바른 망막 블러를 생성한다. 제2 접근법은 대상의 이미지가 3D 위치에 대응하는 초점 평면으로 투사되는 다중 초점 평면 접근법이다. 제1 접근법은 통상적으로 헤드 마운티드 단일 사용자 디바이스에 더 적합한데, 이는 눈동자들의 위치를 결정하기가 훨씬 더 용이하고 눈들이 디스플레이에 더 가까워서 광선들의 요구된 조밀한 필드를 제공하기가 더 용이해지기 때문이다. 제2 접근법은 뷰어와 먼 거리에 위치되고 헤드 기어 없이 사용될 수도 있는 디스플레이들에 더 적합하다. 본 시스템의 하나의 실시예에서, 단일 눈마다 다수의 뷰들을 제시함으로써 올바른 망막 블러가 달성된다. 도 4a 내지 도 4c는 동공을 가로지르는 시차에 의해 야기되는 폐색들을 도시한다. 도 4a에서, 사람의 신체의 단지 일부분(이들의 발)만이 가시적이고 사람의 나머지 부분이 차단된다. 이것은 동공의 좌측으로부터의 뷰와 대응한다. 도 4b에서, 사람의 신체의 많은 부분이 가시적이지만 사람의 작은 부분은 여전히 차단된다. 이것은 동공의 중심으로부터의 뷰와 대응한다. 도 4c에서, 사람의 신체 전체가 가시적이다. 이것은 동공의 우측으로부터의 뷰와 대응한다. 결과적인 다양한 이미지들은 올바른 망막 블러를 생성하기 위해 제시될 수 있는 뷰들을 나타낸다. 약간 상이한 시점들로부터의 적어도 2개의 이미지들로부터의 광이 동시에 눈동자에 들어가는 경우, 더 현실적인 시각적 경험이 이어진다. 이 경우에, 뇌가 운동으로 인한 이미지 변화를 무의식적으로 예측하므로 운동 시차 효과들은 자연 조건들과 더 유사하다. SMV 효과는 올바른 뷰잉 거리에서의 2개의 뷰들 사이의 간격이 눈동자의 사이즈보다 더 작은 값이라는 것을 보장함으로써 달성될 수 있다.

정상적인 조명 조건들에서, 사람의 동공은 일반적으로 직경이 약 4mm인 것으로 추정된다. 주변 광 레벨들이 높은 경우(예를 들어, 태양광에서의 경우), 직경은 1.5mm만큼 작고 어두운 조건들에서 8mm만큼 클 수 있다. SMV 디스플레이들로 달성될 수 있는 최대 각도 밀도는 회절에 의해 제한되며 공간 해상도(픽셀 사이즈)와 각도 해상도 사이에는 역의 관계가 있다. 회절은 어퍼처를 통과하는 광 빔의 각도 확산을 증가시키며, 이 효과는 매우 높은 밀도의 SMV 디스플레이들의 디자인에서 고려되어야 한다.

도 5는 단일 플랫 폼 팩터 패널로 3D 콘텐츠의 다수의 뷰들 및 망막 초점 단서들을 생성하는 것이 가능한 LF 디스플레이(1405)와 연관된 발광 각도들의 생성에 관여된 지오메트리의 개략도이다. 단일 3D 디스플레이 표면(1405)은 바람직하게는 현재 3D 스테레오스코픽 디스플레이들에 이미 이용된 대략적인 3D 인식 효과를 생성하기 위해 단일 사용자의 두 눈들에 대해 적어도 2개의 상이한 뷰들을 생성하는 것이 가능하다. 뇌는 삼각측량법 및 동공간 거리에 기초하여 3D 거리를 계산하기 위해 이들 2개의 상이한 눈 이미지들을 사용한다. 이것은 적어도 2개의 뷰들이 바람직하게는 도 5에 도시된 단일 사용자 시야각(SVA)으로 투사된다는 것을 의미한다. 부가적으로, 진정한 LF 디스플레이는 바람직하게는 올바른 망막 초점 단서들을 제공하기 위해 단일 눈동자 내측에 적어도 2개의 상이한 뷰들을 투사하는 것이 가능하다. 광학 설계 목적들을 위해, 뷰잉가능한 이미지가 내부에 형성되는 공간의 체적(예를 들어, "아이박스" 폭(1425))을 결정할 때 "아이박스"가 일반적으로 뷰어 눈동자 주위에서 규정된다. LF 디스플레이(1405)의 경우에, 적어도 2개의 부분적으로 중첩되는 뷰들이 바람직하게는 특정 뷰잉 거리(1420)에서 아이박스에 의해 커버되는 아이박스 각도(EBA) 내측에 투사된다. 디스플레이(1405)가 상이한 시야각들로부터 디스플레이(1405)를 보는 다수의 뷰어들(예를 들어, 1401, 1402, 1403)에 의해 사용되도록 의도된 경우, 동일한 3D 콘텐츠(예를 들어, 가상 대상 포인트(1410))의 몇몇 뷰들이 바람직하게는 전체의 의도된 다중 사용자 시야각(MVA)을 커버하는 모든 뷰어들에게 투사된다.

다음의 단락은 상기 지오메트리에 관한 예시적인 계산들을 제공한다. 뒤이은 시나리오에서의 값들은 명확성을 위해 제공되고 어떠한 식으로든 제한하는 것으로 의도되지 않는다. LF 디스플레이가 단일 뷰어로부터 1m 거리에 포지셔닝되고 아이박스 폭이 10mm로 설정되는 경우, 그러면 EBA에 대한 값은 약 0.6도일 것이고 3D 이미지 콘텐츠의 적어도 하나의 뷰가 각각의 ~0.3도의 각도에 대해 생성된다. 표준 인간 동공간 거리가 약 65mm이므로, SVA는 약 4.3도일 것이고, (뷰어의 전체 얼굴 영역이 커버되는 경우) 디스플레이 법선의 방향으로 포지셔닝되는 단일 뷰어에 대해서만 약 14개의 상이한 뷰들이 요구될 것이다. 디스플레이가, 90도의 중간 MVA 내측에 모두가 배치된 다수의 사용자들에게 사용되도록 의도된 경우, 그러면 총 300개의 상이한 뷰들이 요구된다. 30cm 거리에 포지셔닝되는 디스플레이(예를 들어, 모바일 폰 디스플레이)에 대한 유사한 계산들은 90도의 수평 멀티뷰 각도에 대해 필요한 단지 90개의 상이한 뷰들만을 발생시킬 것이다. 그리고 디스플레이가 뷰어들로부터 3m 멀리 포지셔닝되는 경우(예를 들어, 텔레비전 스크린), 동일한 90도 멀티뷰 각도를 커버하기 위해 총 900개의 상이한 뷰들이 사용될 것이다.

계산들은, LF 멀티뷰 시스템이 사용자들이 더 멀리 있는 것들에 대한 것보다 디스플레이가 뷰어들에 더 가까운 사용 사례들에 대해 생성하기가 더 용이함을 표시한다. 게다가, 도 5는 LF 디스플레이에 의해 동시에 커버되는 3개의 상이한 각도 범위들을 예시한다: 하나는 단일 눈의 동공을 커버하기 위한 것이고, 하나는 단일 사용자의 두 눈들을 커버하기 위한 것이며, 하나는 다중 사용자 경우를 위한 것이다. 이들 3개의 각도 범위들 중에서, 후자의 2개는 렌티큘러 또는 시차 장벽 구조체 하에서 몇몇 발광 픽셀들을 사용함으로써 또는 공통 스크린을 갖는 몇몇 프로젝터들을 사용함으로써 분석될 수도 있다. 이들 기법들은 다수의 뷰들의 생성에 이용되는 비교적 큰 발광 각도들의 생성에 적합하다. 그러나, 이들 시스템들에는 눈동자를 어드레싱하기 위한 각도 해상도가 결여되어 있는데, 이는 이들이 일반적으로 올바른 망막 초점 단서들을 생성하는 것이 가능하지 않고 VAC에 취약하다는 것을 의미한다.

플랫 패널 타입 멀티뷰 LF 디스플레이가 공간 멀티플렉싱에만 단독으로 기초할 수도 있다. 발광 픽셀들(LF 서브픽셀들)의 로우(row) 또는 매트릭스가 렌티큘러 렌즈 시트(예를 들어, 평행한 원통형 렌즈들의 시트) 또는 마이크로렌즈 어레이(예를 들어, 볼록 렌즈들의 2차원 어레이)의 후방에 위치될 수도 있고 각각의 픽셀이 디스플레이 구조체의 전방에 고유 뷰 방향으로 투사된다. 각각의 렌티큘러 피처 후방의 발광 층 상에 더 많은 픽셀들이 있을수록, 더 많은 뷰들이 생성될 수 있다. 이것은 생성된 고유 뷰들의 수와 공간 해상도 사이의 직접적인 트레이드오프 상황을 유발한다. 3D 디스플레이로부터 더 작은 LF 픽셀 사이즈가 요망되는 경우, 개별 서브픽셀들의 사이즈가 감소될 수도 있거나; 또는 대안적으로, 더 적은 수의 뷰잉 방향들이 생성될 수도 있다. 고품질 LF 디스플레이는 높은 공간 및 각도 해상도들 양측 모두를 갖는다. 이 상세한 설명의 균형은 LF 디스플레이 디바이스에서의 어퍼처 확장을 위한 시스템들 및 방법들에 초점을 맞춘다.

플랫 폼 팩터 LF 디스플레이들의 해상도를 제한하는 광학 피처들.

일부 실시예들에서 고해상도 LF 이미지를 생성하는 것은, 교차 빔들을 사용하여 복수의 고해상도, 심도 의존적, 2D 이미지들을 상이한 초점 평면들 상에 투사하는 것을 포함한다. 각각의 초점 평면 사이의 거리는 바람직하게는 인간 시각 시스템 심도 해상도 내측에 유지된다. 하나 이상의 빔들이 교차하는 각각의 포지션이 복셀이라고 불린다. 복셀의 각각의 빔은 타이트하게 시준되고 좁은 직경을 갖는다. 바람직하게는, 각각의 빔 웨이스트(beam waist)는 빔들이 교차하는 포지션(즉, 복셀)과 공동 위치된다. 이것은 모순된 초점 단서들이 관찰자에 의해 수신되는 것을 회피하도록 돕는다. 빔 직경이 큰 경우, 빔 교차에서 형성된 복셀은 큰 스팟(spot)으로서 눈의 망막에 이미징된다. 큰 발산 값이 적어도 2개의 관계들을 표시한다: (i) 주어진 복셀과 관찰자의 눈 사이의 거리가 더 작아짐에 따라 빔 직경이 증가하고, (ii) 주어진 복셀과 관찰자의 눈 사이의 거리가 더 작아짐에 따라 가상 초점 평면 공간 해상도가 감소한다. 주어진 복셀과 관찰자의 눈 사이의 거리가 더 작아짐에 따라 눈에서의 기본 해상도가 증가한다.

도 6a는 기하학적 팩터들에 의해 야기되는 증가된 빔 발산을 도시하는 반면, 도 6b는 회절에 의해 야기되는 증가된 빔 발산을 도시한다. 이상적인 렌즈의 경우에, 달성가능한 광 빔 시준은 2개의 기하학적 팩터들: (i) 광원의 사이즈 및 (ii) 렌즈의 초점 길이에 의존한다. 어떠한 빔 발산도 없는 시준인 완벽한 시준은, 단일 컬러 포인트 소스(point source; PS)가 이상적인 포지티브 렌즈로부터 초점 길이 거리에 정확하게 포지셔닝되는 이론적 시나리오에서만 단지 달성될 수 있다. 이 경우는 도 6a의 최상부 예에 그려져 있다. 불행하게도, 모든 실세계 광원들은 광이 방출되게 하는 논-제로(non-zero) 표면적을 가져서, 이들을 연장된 소스들(extended sources; ES)로 되게 한다. 소스의 각각의 포인트가 렌즈에 의해 별개로 이미징되므로, 총 빔은 렌즈 뒤에서 약간 상이한 방향들로 전파되는 복수의 시준된 서브빔들을 포함하는 것으로 생각될 수도 있다. 도 6a에 제시된 하위 2개의 경우들은 ES가 더 커짐에 따라 총 빔 발산이 증가한다는 것을 보여준다. 어떠한 광학적 수단으로도 이 기하학적 팩터가 회피될 수 없다. 비교적 큰 광원들의 경우, 시스템 광학 지오메트리로부터 나오는 발산은 엄청나게 지배적인 피처이다.

빔 발산을 야기시키는 다른 피처는 회절이다. 이 용어는 (예를 들어, 광의) 파(wave)가 (예를 들어, 격자에서의) 슬릿 또는 장애물에 직면할 때 발생하는 다양한 현상을 지칭한다. 그것은 어퍼처의 코너들 주위의 광을 기하학적 섀도우(geometric shadow)의 구역으로 구부리는 것으로 생각될 수 있다. 회절 효과들은 모든 이미징 시스템들에서 발견될 수 있고 이들은 심지어 모든 광학 수차들의 균형을 맞추는 것이 가능한 완벽한 렌즈 디자인으로도 제거될 수 없다. 실제로, 가장 높은 광학 품질에 도달하는 것이 가능한 렌즈는 종종 "회절 제한(diffraction limited)"이라고 불리는데, 이는 이미지에 남아 있는 대부분의 블러링이 회절로부터 나오기 때문이다. 회절 제한 렌즈로 달성가능한 각도 해상도는 다음의 공식으로부터 계산될 수 있다:

여기서 λ는 광의 파장이고 D는 렌즈의 입사 동공의 직경이다. 상기의 식에서, 광의 컬러와 렌즈 어퍼처 사이즈는 회절의 양에 영향을 미치는 주요한 팩터들이다. 도 6b는 렌즈 어퍼처 사이즈가 감소됨에 따라 빔 발산이 증가된다는 것을 도시한다. 디자인이 회절 제한되는 경우, 어퍼처를 더 크게 함으로써 해상도를 개선시키는 것이 여전히 가능할 수도 있다. 회절은 비교적 작은 광원들에 의한 빔 발산의 주요한 원인이다.

도 6a에 제시된 바와 같이, 연장된 소스의 사이즈는 달성가능한 빔 발산에 실질적인 영향을 미친다. 소스 지오메트리 또는 공간 분포는 프로젝터 렌즈에 의해 빔의 각도 분포에 매핑되며 이것은 소스-렌즈 시스템의 결과적인 "원시야 패턴(far field pattern)"에서 관찰될 수 있다. 실제로 이것은, 시준 렌즈가 소스로부터 초점 거리에 포지셔닝되는 경우, 소스가 렌즈로부터 비교적 먼 거리로 이미징된다는 것을 의미한다. 이미지의 사이즈는 시스템 "배율 비율(magnification ratio)"로부터 확인될 수 있다. 단순한 이미징 렌즈의 경우에, 이 비율은 렌즈와 이미지 사이의 거리를 소스와 렌즈 사이의 거리로 나눔으로써 계산된다. 소스와 렌즈 사이의 거리가 고정된 경우, 렌즈 곡률의 조정을 통해 렌즈의 광파워(optical power)를 변화시킴으로써 상이한 이미지 거리들이 달성될 수 있다. 그러나, 이미지 거리가 (렌즈 초점 길이에 비해) 더 커짐에 따라, 렌즈 광파워의 요구된 변화들은 더 작아진다. 극단적인 경우들은 렌즈가, 방출된 광을, 각도 분포에 매핑된 소스의 공간 분포를 갖는 빔으로 효과적으로 시준하고 있는 상황과 근접하다. 이들 경우들에서 소스 이미지는 초점을 맞추는 일 없이 형성된다.

플랫 폼 팩터의 고글 없는 LF 디스플레이들에서, LF 픽셀 투사 렌즈들은 플랫 구조체를 달성하기 위해 매우 작은 초점 길이들을 갖는다. 전형적으로, 단일 LF 픽셀로부터의 빔들은 비교적 넓은 뷰잉 거리로 투사된다. 이것은 광의 빔들이 뷰어에게 전파됨에 따라 소스들이 높은 배율로 효과적으로 이미징된다는 것을 의미한다. 예를 들어: 소스 사이즈가 50㎛ × 50㎛인 경우, 투사 렌즈 초점 길이는 1mm이고, 뷰잉 거리는 1m이며, 결과적인 배율 비율은 1000:1이다. 이들 조건들을 고려하여, 소스의 이미지는 사이즈가 50mm × 50mm일 것이다. 이것은 50mm 직경의 아이박스 내측의 단지 하나의 눈으로만 단일 광 방출기가 보일 수 있음을 표시한다. 소스가 100㎛의 직경을 가질 경우, 결과적인 이미지는 100mm의 폭일 것이고 동일한 픽셀이 양측 모두의 눈들에 동시에 가시적일 수 있다 - 눈동자들 사이의 평균 거리는 단지 64mm에 불과하다. 후자의 경우에, 양측 모두의 눈들이 동일한 이미지를 볼 것이므로 스테레오스코픽 3D 이미지가 형성되지 않을 것이다. 상기의 예시적인 계산은 광원 사이즈, 렌즈 초점 길이 및 뷰잉 거리를 포함하는 기하학적 파라미터들이 어떻게 서로 연결되어 전반적인 성능에 영향을 미치는지를 보여준다.

LF 디스플레이 픽셀들로부터 광의 빔들이 투사되므로, 발산으로 인해 빔들이 확장되게 된다. 이것은 디스플레이로부터 뷰어를 향해 방출되는 실제 빔뿐만 아니라 디스플레이의 후방에서 방출되는 것으로 보이는 임의의 가상 빔에도 적용되어, 디스플레이 표면에 가까운 단일 가상 초점 포인트로 수렴된다. 멀티뷰 디스플레이의 경우에, 이것은 발산이 아이박스의 사이즈를 확장시키므로 이로울 수 있다. 그러한 실시예들에서, LF 시스템은 뷰잉 거리에서의 빔 사이즈가 두 눈들 사이의 거리를 초과하지 않도록 디자인되는데, 이는 그것이 스테레오스코픽 효과를 깨뜨릴 것이기 때문이다. 그러나, 디스플레이 표면 외측의 임의의 곳의 가상 초점 평면 상에서 2개 이상의 교차 빔들을 사용하여 복셀을 생성할 때, 빔들로 달성가능한 공간 해상도는 발산이 증가함에 따라 감소한다. 또한, 뷰잉 거리에서의 빔 사이즈가 눈동자의 사이즈보다 더 큰 경우, 동공은 전체 광학 시스템의 제한 어퍼처가 된다는 것에 주목해야 한다.

기하학적 및 회절 효과들 양측 모두는 모든 광학 시스템들에서 협력하여 작동한다. 본 구조체는 복셀 해상도에 대한 다양한 솔루션들을 가능하게 하도록 LF 디스플레이 디자인 동안 기하학적 및 회절 효과들 양측 모두를 제어하는 수단을 제공한다. 매우 작은 광원들을 이용하여, 광학 시스템 측정치들이 광의 파장에 더 가까워짐에 따라, 회절 효과들이 전반적인 LF 디스플레이의 성능을 지배하기 시작한다. 고정된 배율을 이용하여 고정된 거리로 이미징되는 하나 또는 2개의 연장된 소스들의 경우들에서 기하학적 및 회절 효과들을 고려한다. 하나의 시나리오에서, 렌즈 어퍼처 사이즈가 비교적 작을 수도 있고 기하학적 이미지(Geometric Image; GI)가 훨씬 더 큰 회절된 이미지(Diffracted Image; DI)로부터의 블러에 의해 둘러싸일 수도 있다. 다른 시나리오에서, 2개의 연장된 소스들이 나란히 배치되고 이전의 경우와 동일한 작은 어퍼처 렌즈로 이미징된다. 양측 모두의 소스들의 GI들이 분리될 수도 있지만, 회절된 이미지들이 중첩되므로 2개의 소스 이미지들을 분해하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 실제로, 이것은 광원 사이즈를 감소시키면 달성가능한 복셀 해상도를 개선시키지 못할 것이라는 것을 의미한다. 결과적인 소스 이미지 사이즈는 양측 모두의 별개의 방출기들의 영역을 커버하는 하나의 더 큰 소스와 마찬가지로 2개의 별개의 광원들과 동일할 것이다. 2개의 소스 이미지들을 별개의 픽셀들/복셀들로서 분해하기 위해서는, 이미징 렌즈의 어퍼처 사이즈가 증가되어야 한다. 다른 시나리오에서, 초점 길이가 동일하지만 어퍼처가 더 큰 렌즈가 연장된 소스를 이미징하는 데 사용된다. 그러한 시나리오에서, 회절은 감소되고, DI는 GI보다 단지 약간 더 큰데 - 이는 배율이 고정된 것과 동일하게 유지되었다. 이것은 DI들이 더 이상 중첩되고 있지 않으므로, 2개의 이미지들이 분해되게 한다. 일반적으로, 어퍼처 사이즈를 증가시키면 2개의 상이한 소스들을 사용할 수 있게 하고 그에 따라 복셀 그리드의 공간 해상도를 개선시킬 수 있게 한다.

예시적인 디자인 사례 연구: 실제 LF 디스플레이 해상도.

뒤이은 섹션은 LF 디스플레이 디자인 사례 연구와 관련된다. 이 사례 연구는 교차 빔들에 기초하여 실제 LF 디스플레이와 연관된 광학 요건들을 명확히 하도록 돕는다. 이 연구는 디스플레이와 뷰어 사이의 중간 3D 이미지 초점 평면들 상의 이미지 공간 해상도에 대한 예시적인 계산들을 포함한다. 상이한 사용 사례들에서 이미지 해상도의 균형을 맞추는 방법의 예들을 제공하기 위해 그리고 작용하고 있는 상이한 트레이드오프들을 논의하기 위해 이 연구 동안 일부 디자인 파라미터들이 변화된다.

예시적인 시스템 타깃 파라미터들은 다음과 같다:

정상 PC 데스크톱 디스플레이를 시뮬레이션하는, 24"로 설정된 디스플레이 사이즈.

1m로 설정된 뷰잉 거리.

디바이스 표면 상의 풀 HD 해상도(1920 × 1080개의 픽셀들)를 의미하는, 250㎛로 설정된 LF 픽셀 사이즈.

LF 픽셀 사이즈와 동일하게 250㎛로 설정된 투사 렌즈 어퍼처.

1mm로 설정된 LF 픽셀 렌즈의 초기 초점 길이.

스테레오스코픽 이미지에 대한 뷰잉 거리에서 최대 스팟 사이즈에 도달하기 위해 50㎛ × 50㎛로 설정된 광 방출기 사이즈.

초기 해상도 계산들은 다음과 같다:

50㎛ 사이즈의 광원들은 배율 비율이 1000:1이므로 50mm 폭의 스팟들로서 1m 뷰잉 거리로 이미징된다.

눈동자가 총 시스템 어퍼처 사이즈를 제한하므로 눈은 ~5mm 폭의 빔을 본다.

가상 이미지 평면이 디스플레이로부터 50mm 거리에 생성되는 경우, 교차 빔들로부터 나오는 초점 평면 복셀 폭은 ~490㎛이고 초점 평면 사이즈는 ~23"일 것이다. 이것은 대략 1000 × 560개의 픽셀들을 의미하는데, 이는 적절한 것으로 간주될 수 있다.

동일한 빔들이 사용되어 디스플레이로부터 500mm 거리에 3D 이미지 복셀들을 형성하는 경우, 2개의 교차 빔들의 가시적 단면은 ~2.6mm의 폭을 가질 것이다. 이 경우에 중간 이미지 평면 사이즈는 12"일 것이고 그 위에 단지 ~100 × 75개의 별개의 픽셀들만이 있을 것이다.

그러한 시스템으로 달성가능한 해상도는 특히 이미지 복셀들이 뷰어와 가까운 경우들에서는 고품질 디스플레이 이미지에 적절하지 않을 수도 있다.

예시적인 시스템에서 공간 해상도를 증가시키기 위한 하나의 전략은 빔들을 가상 초점 평면과 동일한 거리에 초점을 맞추게 하는 것일 것이다. 그러한 경우에, 예시적인 시스템은, (i) 조정가능한 광파워 렌즈들(예를 들어, 액체 렌즈들) 및/또는 (ii) 광원과 렌즈 사이의 제어가능한 가변 거리와 같은 피처들을 포함할 수도 있다. 어느 시나리오든, 배율은 여전히 제한 팩터이다. 예를 들어, LF 픽셀 투사 렌즈의 초점 길이가 1mm로부터 2mm로 2배가 되는 경우, 배율 비율은 500:1이 되고 뷰잉 거리에서의 50㎛ 소스 이미지는 25mm 폭이 된다. 이것이 여전히 눈동자 사이즈보다 더 크다는 것을 고려하면, 동공은 시스템에서의 제한 어퍼처로 남아 있고 500mm 거리의 가상 이미지 평면에서의 가시적인 스팟 사이즈는 약 2.6mm로 동일하게 유지된다. 예를 들어 이 가상 이미지 평면 상에 1000 × 560 복셀 그리드를 갖기 위해서는, 빔 스팟 사이즈는 약 250㎛보다 10배 더 작아야 한다. 이것은 LF 픽셀로부터 5:1의 배율 비율을 요구할 것인데, 이는 LF 픽셀 시준기에 대해 약 100mm의 초점 길이를 제안할 것이다. 250㎛ 렌즈 어퍼처와 함께 그러한 초점 길이는 원치 않는 큰 회절 효과들을 야기시켜서, 스팟을 단독의 기하학적 이미지보다 훨씬 더 크게 만들 것이다. 이 전략은 또한, 100mm 거리로부터의 투사 렌즈 250㎛ 어퍼처의 각도 범위가 작으므로 광파워의 손실들을 초래할 것이다. 발광 컴포넌트로부터의 전형적인 램버트(Lambertian) 조명 분포의 단지 작은 부분만이 이미지 형성을 위해 사용되어, 100mm 초점 길이가 비실용적이게 될 수 있다.

복셀 해상도를 개선시키기 위한 다른 잠재적인 전략은 광 방출기의 사이즈를 감소시키는 것이다. 상기 예에서의 방출기의 폭이 50㎛로부터 5㎛로 감소되는 경우, 뷰잉 거리에서의 결과적인 기하학적 스팟 사이즈는 약 5mm일 것인데, 이는 눈동자와 대략 동일한 사이즈이다. 그러나, 가시 빔 발산이 동일하게 유지될 것이므로, 이 변화는 여전히 중간 초점 평면 공간 해상도를 개선시키기에 적절하지 않을 것이다. 소스 사이즈가 2㎛의 실제 최소치에 가깝게 추가로 감소되는 경우, 1m 뷰잉 거리에서의 기하학적 스팟 사이즈가 2mm로 감소되고 눈동자는 더 이상 시스템의 제한 어퍼처가 아니다. 그러한 소스들에 의하면, 500mm 초점 평면 기하학적 복셀 폭은 약 1.1mm가 될 것인데, 이는 더 양호하지만 여전히 이상적이지는 않다. 이 중간 초점 평면에서 대략 1000 × 560개의 픽셀들을 얻기 위해, LF 픽셀 렌즈 초점 길이는 약 4mm의 값으로 증가될 수도 있다. 이 초점 길이에 의하면, 배율 비율이 250:1로 감소될 것이고 중간 이미지 평면에서의 기하학적 스팟 사이즈는 약 250㎛가 될 것이다. 불행하게도, 회절 효과들은 그러한 작은 소스들에서 지배적으로 되고, 스팟을 약 1mm 사이즈로 블러링할 것인데, 이는 해상도에 대한 실제 개선이 달성되지 않을 것이라는 것을 의미한다.

예시적인 LF 디스플레이 경우에서 회절 효과들의 일부를 제거하기 위해, 투사 렌즈 직경이 예를 들어 0.75mm로 증가될 수 있다. 이 변화는 500mm 중간 이미지 평면에서의 회절된 스팟들의 사이즈를 약 330㎛로 낮출 것이고 분해가능한 픽셀들의 수는 대략 750 × 420개일 것이다. 불행하게도, 더 큰 LF 픽셀 어퍼처 사이즈는 또한 디스플레이 표면 상의 픽셀들의 수를 약 670 × 380개로 낮출 것이다. 이 균형잡힌 디자인은 24" 대각선 직사각형 디스플레이 디바이스에 의한 하나의 단부로부터 그리고 가상 12" 대각선 직사각형 초점 평면에 의한 하나의 단부로부터 경계를 이루는 체적 내측의 교차 빔들로 3D 화상을 생성하는 것이 가능할 것이다. 이 체적 내측의 각각의 이미지 평면은 대략 VGA 품질의 공간 해상도를 가질 것이다. 평균 인간 시각 시스템 심도 해상도를 고려하면, 그러한 체적에 필요한 초점 평면들의 적절한 수는 3개여서, 복셀들의 총 수는 ~1백만개가 되게 한다는 것이 명백하다. 이것은 합리적인 수이지만, 달성된 디스플레이 해상도가 지금은, 현재 이용가능한 2D 디스플레이들에 비해 낮다.

예시적인 LF 픽셀 회절 시뮬레이션들.

LF 디스플레이의 가시 해상도에 대한 회절 효과들을 추가로 명확하게 하기 위해, 다음의 섹션이 제공된다. 다음의 섹션은 한 쌍의 작은 광원들로 수행되는 광학 시뮬레이션들의 세트를 설명한다. 시뮬레이션에서, 2개의 동일한 직사각형 발광 표면들이 하나의 소스의 폭의 절반인 갭(피치)과 나란히 배치된다. 이 기본 소스 지오메트리는 소스들의 사이즈들이 3개의 값들: 1㎛, 2㎛ 및 5㎛ 사이에서 변화되었을 때 고정된 채로 유지되었다. 이들은 실생활의 광원들에 대해서는 작은 값들이지만, 이들은 현재 가시광 방출 광전자 컴포넌트들의 실현가능한 사이즈들을 정확히 나타낸다는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, 레이저 다이오드들은 약 1㎛ × 3㎛의 방출기 어퍼처 사이즈들을 가질 수 있고 μLED 컴포넌트들은 2㎛ × 2㎛의 방출기 어퍼처 사이즈들을 가질 수 있다. 복수의 μLED 컴포넌트들은 3㎛ 피치를 갖는 매트릭스에 본딩되어, 이들을 이 특정 시뮬레이션 세트에 대한 양호한 실생활의 예시적인 광원들로 되게 할 수도 있다. 광학 시뮬레이션들에서 단지 하나의 파장, 즉, 적색 650nm가 사용되었는데, 이는 가장 긴 가시 파장이 최악의 경우의 시나리오를 나타내기 때문이다.

LF 픽셀 시뮬레이션 연구에서의 상이한 광학 디자인들은 2개의 픽셀들이 디스플레이로부터 500mm 거리로 이미징되어 기하학적 배율 비율로부터 계산된 바와 같은 5mm 폭의 조명 패턴을 형성하도록 생성되었다. 기본 목표는 2개의 나란한 픽셀들이 하나의 눈의 동공 내에 별개의 빔들로서 이미징되는 상황을 생성하는 것이다. 시뮬레이션은 픽셀들이 어떻게 육안으로 가시적으로 되는지를 보여주도록 디자인되기 때문에, 17mm 초점 길이를 갖는 이상적인 렌즈가 500mm "뷰잉 거리"에 배치되었다. 이 렌즈는 기능하는 눈을 시뮬레이션하고, 결과적인 조명 패턴이 눈 망막 상에 떨어지는 광 분포와 유사해지게 한다. 기하학적 템플릿이 최종 이미지 사이즈 및 거리에 영향을 끼치므로, 상이한 사이즈의 소스들에 대해 고정되는 단지 2개의 광학 파라미터들은 LF 픽셀 렌즈 초점 길이 및 어퍼처 사이즈이다. 원하는 기하학적 배율 비율을 획득하기 위해, 렌즈의 초점 길이는 1㎛ 소스들의 경우 250㎛로, 2㎛ 소스들의 경우 500㎛로 그리고 5㎛ 소스들의 경우 1250㎛로 설정되었다. 상이한 경우들에서 회절이 어떻게 영향을 받는지를 보기 위해 4개의 상이한 렌즈 어퍼처 사이즈들이 각각의 소스 사이즈로 시뮬레이션되었다. F#은 시뮬레이션 경우들이 서로 비교가능해지게 하기 위해 올바른 어퍼처 사이즈들을 결정하기 위한 파라미터로서 사용된다. F#은 통상적으로 입사 동공의 직경에 대한 렌즈 초점 길이의 비율로서 규정된다. 예를 들어, 500㎛의 초점 길이 및 200㎛의 어퍼처 사이즈를 갖는 렌즈는 2.5의 F#을 갖는다.

3개의 상이한 소스 사이즈들 및 각각의 소스 사이즈에 대한 4개의 어퍼처 사이즈들을 사용하는 12개의 조합들이 시뮬레이션되었다. 결과적인 조명 분포들은 어퍼처 사이즈가 증가될 때(F# 감소), 2개의 소스 이미지들이 분리 스팟들로서 나타나기 시작한 후에 별개의 직사각형 대상들로서 나타나기 시작한다는 것을 보여주었다. 소스 사이즈들 1㎛ 및 2㎛를 고려할 때, F# 10 경우들은 단지 단일의 블러링된 스팟을 보여주며 이미징 시스템의 해상도는 2개의 픽셀들을 분리하기에 적절하지 않다. 이들 경우들에서, 해상도는 회절에 의해 제한되고 어퍼처 사이즈들이 너무 작다.

결과들로부터 또한 명백한 것은 모든 소스들에 대한 최소의 바람직한 어퍼처 사이즈가 200㎛ 내지 250㎛의 범위에 있다는 것이다. 이것은, 소스 사이즈의 감소로부터 해상도 이익을 얻기 위해, LF 디스플레이 시스템이 바람직하게는 200㎛ 이상인 LF 픽셀 어퍼처 사이즈들을 사용한다는 것을 암시한다. 이것은 모바일 디바이스들에서 문제가 되는 제한인데, 이는 이들의 현재 2D 디스플레이들이, 50㎛ 내지 100㎛의 픽셀 사이즈들로 변환되는, 250ppi 내지 500ppi의 범위의 픽셀 밀도들을 갖기 때문이다. 예를 들어, 200㎛ 픽셀들을 갖는 5" 모바일 폰 디스플레이는 단지 125ppi 밀도를 갖는 약 550 × 300 해상도 디스플레이를 가질 것인데, 이는, 예를 들어, 첫 번째 아이폰(iPhone)이 10년 전에 2007년에 도입되었을 때 가졌던 것보다 더 낮다. 전반적으로, 논의된 시뮬레이션들은 플랫폼 팩터 LF 디스플레이가 μLED들 또는 레이저 다이오드들과 같은 최소 스케일의 가시 광원들로부터 이익을 얻기 위해 최소 200㎛ 어퍼처 투사 렌즈로부터 이익을 얻는다는 것을 제안한다.

디스플레이 응용예들에서의 μLED 소스들의 기술 상태.

μLED들은, 오늘날 통상적으로 사용되는 표준 LED 칩들과 동일한 기본 기법들로 그리고 이들과 동일한 재료들로부터 제조되는 LED 칩들이다. 그러나, μLED들은 통상적으로 이용가능한 LED 컴포넌트들의 소형화된 버전들이고, 이들은 1㎛ 내지 10㎛만큼 작은 사이즈로 만들어질 수 있다. 현재, μLED들의 조밀한 매트릭스가 3㎛ 피치로 조립된 2㎛ × 2㎛ 칩들을 가질 수 있다. OLED들과 비교하면, μLED들은 훨씬 더 안정적인 컴포넌트들이고 이들은 더 큰 광 세기들을 제공할 수 있는데, 이는 이들을 헤드 마운티드 디스플레이 시스템들에서부터 적응형 자동차 헤드램프들(LED 매트릭스) 및 TV 백라이트들까지의 많은 응용예들에 유용해지게 한다. μLED들은 3D 디스플레이들에 사용되어, 매우 빠르게 스위칭 온 및 오프될 수 있는 개별적으로 어드레싱가능한 광 방출기들의 매우 조밀한 매트릭스들을 제공할 수도 있다.

하나의 베어(bare) μLED 칩은 약 20 내지 30nm의 스펙트럼 폭으로 특정 컬러를 방출할 수 있다. 칩을 형광체 층으로 코팅함으로써 백색 소스가 생성될 수 있는데, 이 형광체 층은 청색 또는 UV μLED에 의해 방출된 광을 더 넓은 백색 발광 스펙트럼들로 컨버팅한다. 별개의 적색, 녹색 및 청색 μLED 칩들을 나란히 배치함으로써 풀 컬러 소스가 또한 생성될 수 있는데, 이는 인간 시각 시스템에 의해 별개의 컬러 방출들이 조합될 때 이들 3원색들의 조합이 풀 컬러 픽셀을 생성하기 때문이다. 이 스타일로 디자인된 이전에 언급된 매우 조밀한 매트릭스는, 10㎛ 미만의 총 폭(3 × 3㎛ 피치)을 갖는 자체 방출 풀 컬러 픽셀들을 포함할 수도 있다.

반도체 칩에서의 광 추출 효율은, μLED 구조체들의 전기-광 효율을 결정하는 하나의 파라미터이다. 추출 효율을 향상시키는 것을 목표로 하는 몇몇 방법들이 있는데, 이는 제한된 전력 공급을 갖는 모바일 디바이스들에서 특히 중요하다. 하나의 그러한 방법은 μLED 칩의 상부에 직접 집적되는 성형된 플라스틱 광학 요소를 사용한다. 더 낮은 굴절률 차이로 인해, 플라스틱 성형물의 집적은 칩이 공기에 의해 둘러싸인 경우에서보다 칩 재료로부터 더 많은 광을 추출한다. 플라스틱 성형물은 또한, 플라스틱 피스(piece)로부터의 광 추출을 향상시키고 방출 패턴을 더 지향성있게 하는 방식으로 광을 지향시킨다. 다른 방법은, 반도체 칩의 전방 패싯을 향해 더 수직인 발광 각도들을 선호하는 형태로 칩 자체를 성형하는 것을 포함한다. 이것은 광이 칩의 고 굴절률 재료를 빠져나가기가 더 용이해지게 한다. 이들 구조체들은 또한 칩으로부터 방출된 광을 지향시킨다. 후자의 경우에, 추출 효율은 정상 μLED들과 비교하면 2배 양호할 수 있다. 표준 칩 램버트 분포와 비교하여 30°의 방출 원뿔로 상당히 더 많은 광이 방출되고, 여기서 광은 주변 반구체에 더 균일하게 분포된다.

어퍼처 확장기들의 예들.

많은 현재 HMD 시스템들은 사출 동공 확장기(EPE)라고 불리는 광학 모듈 또는 피처를 포함한다. 이 컴포넌트의 목적은 소형 마이크로디스플레이들 또는 직접 망막 스캐닝과 조합하여 사용되는 이미징 시스템의 사출 동공 사이즈를 확장시키는 것이다. EPE들은 눈이 FOV를 통해 스캐닝될 때 발생하는 자연적인 빠른 눈 움직임들(도약 안구 운동(saccade)들)로부터 생기는 이슈들에 대한 솔루션을 제공하고, 사용자 눈들에 대한 광학 시스템의 포지셔닝에 더 큰 유연성을 제공한다. HMD 디바이스의 확장된 사출 동공에 일반적으로 사용되는 용어는 아이박스이다. 대형 FOV 시스템들에 대한 전형적인 아이박스 사이즈들은 10mm 내지 15mm의 범위에 있다. 타이트하게 머리에 고정되는(예를 들어, 헬멧 상에 장착되는) 시스템들은 눈동자들과 관련하여 디바이스들이 많이 움직이지 않으므로 더 작은 사출 동공들을 가질 수 있다. 머리에 고정되지 않은 시스템들(예를 들어, 모바일 디바이스 디스플레이들)은 작은 머리 움직임들을 허용하기 위해 훨씬 더 큰 아이박스들을 요구한다. 이 팩터는 예를 들어 눈 추적 시스템의 도움으로 단지 사용자의 눈동자들에만 뷰들을 투사하는 것을 목표로 하는 고글 없는 디스플레이를 디자인할 때 고려되어야 한다. 투사된 뷰들의 아이박스 사이즈는 추적 시스템과 디스플레이 시스템 사이의 시간 지연 기간 내에 발생하는 임의의 사용자 운동을 고려할 정도로 충분히 커야 한다. 아이박스가 너무 작은 경우, 사용자가 움직일 때 3D 이미지가 손실될 위험이 있다. 투사된 빔들이 눈동자들을 놓칠 수 있고, 이미지들이 망막에 형성되지 않을 것이다(또는 적어도 이미지들의 부분들이 누락될 것이다). 전반적으로, 광학 모듈 EPE들 및 사출 동공 확장 방법은 나머지 디스플레이 시스템에서 더 큰 허용오차들을 허용하여, 예를 들어 비용 및 사용 용이성을 위해 풀 LF 디스플레이 구조체를 최적화시키기가 더 용이해지게 한다.

광학 현미경으로 양호한 이미징 해상도에 도달하는 데 사용되는 주요 방법들 중 하나는 가능한 한 큰 NA(Numerical Aperture)를 가진 대물 렌즈를 디자인하는 것이다. NA는 현미경 대물 초점 길이를 어퍼처 사이즈와 관련시키고, 이미징 옵틱(imaging optic)들의 다른 분야들에서 통상적으로 사용되는 F#과 유사하다. 그러나, 이 경우에, NA 값이 클수록, 상대 어퍼처 사이즈가 더 크고 그에 뒤이어 회절 제한 렌즈에서 덜 회절된다는 것을 의미한다. 현미경 대물 렌즈의 경우, 초점 길이는 통상적으로 고정되는데, 이는 그것이 옵틱들의 특정 피스로 획득될 수 있는 배율을 결정하기 때문이다; 그러나, 어퍼처 사이즈를 증가시킴으로써 해상도가 개선될 수 있다.

상세한 프로세스 및 구조체.

도 7은 어퍼처 확장기를 이용하는 예시적인 LF 디스플레이 구조체의 개략적 표현을 도시한다. 도 7은 광원들을 갖는 발광 층(702) 및 시준 옵틱들(704)을 예시한다. 발광 층은 μLED들과 같은 개별적으로 제어가능한 작은 방출기들을 갖는다. 셀(706)과 같은 프로젝터 셀이 발광 층과 시준 렌즈의 조합으로서 구체화된다. 도 7의 디스플레이는, 공간 광 변조기(712)뿐만 아니라 제1 회절 격자(708) 및 제2 회절 격자(710)를 더 포함한다. 도 7에서, 동일한 셀들의 로우로부터의 하나의 프로젝터 셀(706)이 시각적으로 강조된다. 발광 층(702)의 발광 요소(714)로부터 광이 방출된다. 발광 층(702)에서의 발광 요소들은 2차원 어레이로 배열될 수도 있다. 렌즈 구조체(예를 들어, 폴리카보네이트 렌티큘러 시트)는 발광 층 상에 오버레이된다. 각각의 렌즈, 예를 들어, 렌즈(716)는 단일 LF 프로젝터 셀을 빠져나가는 빔(718)으로 광을 시준하여, 하나의 LF 픽셀을 형성한다. 일부 실시예들에서, LF 픽셀의 내측에(또는 그의 전방에), 셀 구조체에 시간 멀티플렉싱을 부가하는 별개의 광학 피처(예를 들어, 틸팅 플레이트)가 있어서, 픽셀 광축에 대해 광원의 가상 포지션을 시프트시킴으로써 더 높은 빔 밀도들을 가능하게 할 수도 있다. 예시적인 디스플레이 구조체의 LEL 및 시준기 옵틱들은 LF 이미지 생성 모듈로서 작용한다. 이 모듈은, LF 디스플레이에 사용되는 잘 시준된 빔들을 만드는 것이 가능한 임의의 LF 디스플레이 엔진일 수 있다.

도 7의 어퍼처 확장기 구조체는 2개의 회절 격자들(708, 710) 및 SLM(712)을 포함한다. 특히, 도 7에 도시된 어퍼처 확장기는, 예를 들어, LCD 패널일 수도 있는 SLM 및 2개의 연속 선형 격자들을 갖는 격자 간섭계를 포함한다. 격자들(708, 710)은, 예를 들어, 나노임프린팅된 폴리머 포일들 또는 엠보싱된 격자 구조체들을 양측 면들 상에 갖는 단일 폴리카보네이트 시트일 수도 있다. 격자들(708, 710)은 바람직하게는 동일한 라인 밀도를 갖는다. 제1 격자(708)는, LF 픽셀들에서 생성되는 시준된 빔들(예컨대, 빔(718))을, 회절 차수들에 따라 상이한 방향들로 전파되는 상이한 1세대 차일드 빔들(예를 들어, 빔들(702a, 702b, 702c))로 분할한다. 1세대 차일드 빔들이 제2 격자(710)에 충돌할 때, LF 픽셀로부터 방출된 원래 빔(718)과 동일한 방향으로 일부 2세대 차일드 빔들이 다시 회절되어, 빔들(722a, 722b, 722c)을 생성한다.

단일 방출기로부터의 광이 먼저 분할된 후에 다시 조합된다는 사실로 인해, 2세대 차일드 빔들은 단일 빔이 예를 들어 통상적인 굴절 빔 확대기 렌즈의 도움으로 확장되는 경우에 보이는 것과 유사한 방식으로 상호작용한다. 1세대 차일드 빔들이 2개의 격자들 사이에서 공간적으로 분리되기 때문에, 제2 격자 뒤에서 뷰어를 향해 전파되는 결과적인 일방향 단일화 빔은, LF 디스플레이 픽셀로부터 방출된 원래 빔보다 더 큰 어퍼처를 갖는다. SLM(712)은 제2 격자(710) 앞에 또는 뒤에 포지셔닝되고, 그것은 이중 격자 구조체에 의해 생성되는 불필요한 회절 차수들을 차단하는 데 사용된다. 공간 광 변조기의 상이한 구역들의 불투명도는 차단될 빔들에 따라 변조될 수도 있다. 도 7의 예에서, 예를 들어, (다른 것들 중에서도) 구역(724)은 불투명한 한편, (다른 것들 중에서도) 구역(726)은 투명하다. 공간 광 변조기는 이미지에서의 대비를 저하시키는 누화를 감소시키도록 돕는다. 모든 상위 차수들이 차단될 필요는 없는데, 이는 이들 대부분이 의도된 디스플레이 FOV 외측의 방향들로 전파되기 때문이다. 일부 실시예들 및/또는 동작 모드들에서, 디스플레이는 단지 0차 빔들만을 송신할 수도 있고 따라서 구조체는 통상의 2D 디스플레이로서 작용할 수도 있다.

도 8은 어퍼처 확장기를 이용하는 다른 예시적인 LF 디스플레이 구조체의 개략적 표현을 도시한다. 도 8은 프로젝터 셀(806)을 함께 형성하는, 발광 층(802), 틸팅 투명 플레이트들의 층(803), 및 시준 옵틱들(804)을 예시한다. 도 8의 디스플레이는, 공간 광 변조기(812)뿐만 아니라 제1 회절 격자(808) 및 제2 회절 격자(810)를 더 포함한다. 틸팅 투명 플레이트들의 이동가능 굴절 층(803)은 셀 구조체에 시간 멀티플렉싱을 부가하는 데 사용되어, 픽셀 광축에 대해 광원의 가상 포지션을 시프트시킴으로써 더 높은 빔 밀도들을 가능하게 할 수도 있다. 플레이트들은, 예를 들어 플레이트들에서 정재파(standing wave) 또는 진행파(traveling wave)를 생성함으로써, 진동 또는 다른 제어 방식으로 구동될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 진동 투명 필름과 같은, 틸팅 플레이트들의 층(803) 이외의 광학 요소들이 시간 멀티플렉싱을 제공하는 데 사용될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(818)와 같은 컴포넌트가, 광 빔들을 원하는 뷰잉 구역을 향해 지향시키는 데 사용될 수도 있다.

도 9에 예시된 바와 같이, 방출된 빔들의 방향은 어떤 발광 요소가 프로젝터 셀 내에서 조명되는지에 의해 제어될 수도 있다. 도 9의 구조체에서, 발광 층(902)의 발광 요소(914)는 프로젝터 셀(906) 내에서 조명된다. 발광 요소(914)의 가상 포지션은 틸팅 플레이트들(903)에 의해 변조될 수도 있다. 발광 요소(914)로부터의 광은 시준 옵틱들(904)에 의해 시준되고, 결과적인 시준된 빔이 제1 회절 격자(908), 제2 회절 격자(910), 및 공간 광 변조기(912)를 통과한다. 공간 광 변조기(912)의 적절한 구역들은 원하는 빔들의 통과를 허용하도록 투명하게 렌더링되는 한편, 다른 구역들은 원하지 않은 빔들을 차단하기 위해 불투명하게 렌더링된다.

하나 초과의 광 방출기가 하나의 LF 디스플레이 픽셀(예컨대, 프로젝터 셀(706, 806, 또는 906)) 내측에서 동시에 활성화될 수도 있다는 것에 주목해야 한다. 하나 초과의 광원으로부터 광을 방출할 때, 공간적으로 분리된 방출기들은 상이한 각도들에서 제1 격자에 충돌하는 일련의 시준된 빔들을 생성한다. 특정 실시예들에서, 이 공간 멀티플렉싱에 부가적으로, 뷰 방향들의 수는 예를 들어 틸팅 플레이트 구조체(예컨대, 구조체(803 또는 903)) 및 시간 멀티플렉싱을 이용함으로써 증가된다. 1세대 및 2세대 차일드 빔들의 세트들이 회절 격자들에 의해 생성되고, 각각의 지향성 빔이 구조체에서 동일한 방식으로 확장된다. SLM(예컨대, 구조체(712, 812, 또는 912))은 이미지 콘텐츠에 따라 불필요한 방향들 및 차수들을 선택적으로 차단하는 데 사용된다. 그러한 구조체로, 각각의 LF 픽셀은 가상 초점 평면들에서 빔 교차들의 형태로 복셀들을 생성하는 데 사용가능한 복수의 빔 방향들을 생성하는 것이 가능하다. 일부 실시예들에서, 각각의 지향성 빔은 차단되거나 또는 그의 어퍼처 사이즈가 확대 또는 감소될 수도 있다. 어퍼처 감소는 일부 실시예들에서 예를 들어 픽셀 경계들을 확산시키기 위해 또는 블러링된 이미지 효과를 생성하기 위해 회절 블러를 증가시키는 데 사용된다.

격자들의 각도 제어가 연속적이기 때문에, LF 픽셀들(예컨대, 프로젝터 셀들(706, 806, 906))은 확장된 빔들의 폭들보다 더 작은 피치로 격자 간섭계 구조체의 후방에 나란히 포지셔닝될 수도 있다. 이것은 빔 어퍼처들의 확장을 발생시키지만, (LF 픽셀 투사 렌즈 어퍼처 사이즈에 의해 결정된 바와 같은) 원래 디스플레이 공간 해상도가 일정하게 유지된다. 상이한 프로젝터 셀들이 상이한 빔 방향들을 동시에 생성하는 데 사용될 수도 있고, 상이한 시간 간격들로 상이한 픽셀들을 나타내기 위해 발광 타이밍들이 SLM과 동기화될 수도 있다. 그러한 실시예들에서, 발광 층 상에서 사용되는 컴포넌트들(예를 들어, μLED들)은 SLM(예를 들어, LCD)보다 더 빠르게 변조되고, 방출기들은 SLM의 1회 리프레시 사이클 내측에서 수 회 턴 온 및 오프될 수 있다. 이 구조체 및 프로세스는 LF 픽셀들 사이의 누화를 완화시키도록 돕는다.

도 7, 도 8, 및 도 9는 로우에 배열되는 프로젝터 셀들을 포함하는 라이트 필드 디스플레이 구조체들의 단면을 예시하지만, 대부분의 실시예들에서, 프로젝터 셀들은 각각의 프로젝터 셀 내의 발광 요소들의 2차원 어레이로, 2차원 어레이로 배열된다는 것을 이해해야 한다.

다양한 실시예들에서, 원하는 SLM 기능성은 LCD 패널을 사용하여 획득된다. 발광 픽셀들(예를 들어, μLED들)이 SLM과 별개로 변조되는 경우, 그러면 SLM은 바이너리 온-오프 기능성을 갖는 픽셀들을 사용하여 구현될 수도 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, LCD 패널은 발광 층과 함께 또는 발광 층 대신에 픽셀 세기 변조를 위해 사용된다. 일부 실시예들에서, SLM은 삼색 발광 픽셀들을 변조하는 흑색-투명 패널(black-and-transparent panel)이다. 다른 실시예들에서, 발광 픽셀들은 단지 백색 광만을 생성하고 SLM은 컬러 필터링에 사용된다. 약 60Hz의 플리커(flicker) 없는 이미지들에 도달하기 위한 SLM의 동작 스위칭 속도가 실현가능하다. 일부 실시예들에서, 대부분의 3D 이미지 생성은 어퍼처 확장기 구조체 앞에 위치되는 훨씬 더 빠른 LF 디스플레이 모듈로 행해진다. 일부 실시예들에서, SLM은 뷰어의 눈들에 도달하기 위해 LF 디스플레이 제어 모듈에 의해 선택되는 빔들을 통과 또는 차단시키기 위해서만 단지 사용된다. 일부 실시예들에서, SLM 및 발광 층 제어부들이 연결 및 동기화되지만, 이전에 서술된 바와 같이, 현재 이용가능한 LCD 패널 리프레시 레이트들이 이 목적에 적절하다.

부가된 빔 확장기 구조체, 특히 SLM은 (i) 렌더링 방법론 및 (ii) 3D 이미지의 생성에 사용되는 픽셀 변조 제어들의 복잡성을 증가시킬 수도 있다. 일부 실시예들에서, SLM은 발광 픽셀들 및 이미지 콘텐츠에 동기화된다. 다양한 실시예들에서, SLM은 차단 및 통과된 빔 방향들의 최종 선택을 제공한다.

일부 실시예들에서, SLM 변조는, 예를 들어, 능동 눈 추적 모듈로 결정된 현재 사용자 뷰 방향(들)에 기초한다. 이미지가 연속적인 단일 픽셀들 대신에 인터레이스된 것으로 디스플레이되도록 발광 층 및 SLM 픽셀들을 그룹화함으로써 렌더링의 프로세싱 요구들이 감소될 수도 있다. 하나의 그룹에 포함된 픽셀들의 수는 발광 픽셀 사이즈 및 피치, SLM 픽셀 사이즈, 및 SLM으로 제어되는 확장된 빔 어퍼처의 사이즈에 의해 결정된다.

본 명세서에 개시된 바와 같은 어퍼처 확장기가 회절 효과들을 감소시키도록 동작하여, 그것이 빔 발산 및 복셀 공간 해상도를 개선시킬 수 있게 할 수도 있다. 복셀 공간 해상도를 개선시키는 것은 어퍼처 확장기의 첫 번째 사용 사례이다. 그러나, 일부 경우들에서, 이 상세한 설명에서 설명되는 빔 확장기는 LF 디스플레이를 위한 더 큰 아이박스를 만드는 데 사용된다. 이들 2개의 상이한 사용 사례들은 확장기 구조체의 다양한 파라미터들이 하나의 목표 또는 다른 목표에 더 적합하게 선택될 수도 있다는 것을 암시한다. 제2 격자 및 SLM을 빠져나가는 빔의 어퍼처 사이즈는 (i) 2개의 격자들 사이의 거리 및 (ii) 차일드 빔 각도들을 결정하는 격자 주기를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 격자들은: -1, 0 및 +1인 단지 3개의 차수들로만 광파워를 균일하게 분배하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 예를 들어, 더 큰 빔 확장 비율을 용이하게 하기 위해 더 높은 차수들이 또한 이용된다. 더 높은 복셀 공간 해상도가 타깃으로 되는 사용 사례들에서, 더 작은 확장 비율이 허용되고 2개의 격자들 사이의 거리는 비교적 작게 유지된다(예를 들어, 1mm 미만). 아이박스 사이즈를 증가시키는 것이 목표인 사용 사례들에서, 눈동자는 원하는 빔 확장을 결정하고 격자들 사이의 거리는 수 밀리미터로 증가된다. 다양한 구조적 구현들 사이에 성능 트레이드오프 관계가 존재한다. 그에 따라, 실세계 시스템을 디자인할 때 원하는 LF 디스플레이 특성들이 고려되어야 한다. 적어도 하나의 실시예에서, 2개의 격자 사이의 거리는 특정 범위(예를 들어, a.1mm 스텝 사이즈를 갖는 .1mm 내지 5mm)에 걸쳐 조정가능하고 제어가능하다.

제시된 구조체는 제2 격자에서 생성된 회절 차수들 중 일부가 SLM에 의해 차단되거나 또는 디스플레이 FOV 외측에서 손실될 것이라는 사실로 인해 일부 광 손실들을 야기시킨다는 것에 주목해야 한다. 양측 모두의 격자들에서 단지 3개의 차수들이 생성되는 실시예들에서, 송신 전력은 방출된 광의 1/3의 범위에 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 실시예들은 어퍼처 확장기가 없는 구조체를 사용하여 보여질 수 있는 것보다 더 넓은 범위의 심도들을 갖는 고품질 3D 이미지들을 보여줄 수도 있다. 어퍼처 확장기가 없으면, 회절은 달성가능한 빔 발산을 제한할 것이다. 이것은 특히 먼 초점 층들이 타이트한 빔 시준을 요구하므로 그 먼 초점 층들에 그리고 또한 디스플레이 표면 상의 적절한 공간 해상도를 유지하는 것을 돕기 위해 작은 투사 렌즈 어퍼처들을 사용하는 작은 스케일의 LF 디스플레이들에 적용된다. 아이박스 사이즈를 증가시키도록 디자인된 실시예들은 종종 핸드헬드 디바이스들에서 발견되는 소형 디스플레이들에 매우 적합한데, 이는 이들 디스플레이들은 뷰어의 눈들에 대해 꾸준히 고정되지 않기 때문이다. 이들 경우들에서, 멀티뷰 이미지 픽셀들이 확장된 아이박스 내측에 가시적이어서, 정렬 시스템, 예를 들어, 눈 추적 시스템에 대한 요구들을 낮춘다.

격자들과 같은 회절 컴포넌트들은 상이한 파장들이 다소 상이한 각도들로 회절됨에 따라 컬러들을 분리한다. 많은 실시예들에서, 2개의 격자들은 매칭된 이중 격자 구조체를 형성하는 동일한 광학 특성들(예를 들어, 동일한 홈 이격)을 갖는다. 매칭된 이중 격자 구조체의 하나의 이익은 제2의 동일한 격자가 제1의 동일한 격자에 의해 생성된 빔 전파 각도들을 정확하게 보상한다는 사실이다. 그에 따라, 동일한 LF 픽셀 포지션에서 생성된 모든 빔들, 심지어 상이한 컬러들을 갖는 빔들이 제2 격자 뒤에서 동일한 방향으로 그리고 동일한 발산으로 전파될 것이다. 그러나, 회절 각도들이 상이하므로, 적색 빔들은, 청색 빔들보다 더 넓은 녹색 빔들보다 더 넓을 것이다. 이 분리는 많은 이익들을 갖는다. 제시된 이중 격자의 하나의 유용한 특성은 파장들이 길수록 회절 효과들이 더 심각하다는 사실에 관련된다. 이중 격자 구조체에 의해 적색 빔들이 더 넓어진다는 사실은 광학적으로 유용한데, 이는 적색 빔들이 또한, 증가된 회절 블러를 보상하기 위해 더 넓은 어퍼처들을 필요로 하기 때문이다.

도 10은 색 분리와 관련된 다양한 파라미터들로 동작하는 예시적인 구조체를 도시한다. 도 12에 도시된 시나리오에서, 렌즈 아래의 동일한 포인트(1014)에 작은 적색(650nm), 녹색(550nm) 및 청색(450nm) 소스들이 포지셔닝되는 LF 픽셀(1006)에 250㎛ 폭의 시준기 렌즈가 사용된다. LF 픽셀 위에 포지셔닝되는 2개의 얇은 격자 구조체들(1008, 1010)은 서로 1mm 거리에 있고 이들의 격자 라인 밀도는 1000lp/mm(mm당 라인 쌍들)이다. 격자 구조체들의 격자 라인들은 실질적으로 서로 평행하다. 도 10에 도시된 바와 같이, 빔의 0차 차수들은, 3개의 컬러들 모두를 포함하는 약 250㎛ 폭의 하나의 빔으로서 광축의 방향을 따라 양측 모두의 격자들을 통해 전파된다. (예시의 명확성을 위해, 단지 빔 중심선들만이 도 10에 도시되어 있다.) -1 및 +1 차수들은 제1 격자(1008)에서 중심 빔으로부터 분리되고, 상이한 컬러들이 상이한 각도들로 구부러진다. 제2 격자(1010)에서, -1차 1세대 차일드 빔들이 다시 회절되고, +1차 2세대 차일드 빔들이 LF 픽셀 빔의 원래 방향으로 되돌아간다. +1차 차일드 빔들과 유사한 프로세스가 발생하지만, 제2 격자에서의 사용된 회절 차수는 이제 -1이다. (다른 회절 빔들은 도 10에 예시되어 있지 않다.) 제2 격자(1010) 뒤에서, 적색 빔의 총 어퍼처 폭(1050)은 1.7mm이고, 녹색 빔의 총 어퍼처 폭(1052)은 1.3mm이며, 청색 빔의 총 어퍼처 폭(1054)은 1.0mm이다.

예시적인 사용 사례들.

뒤이은 단락들에서, 빔 확장기 방법들 및 구조체들에 대한 사용 사례들이 제시된다. 첫 번째 경우는 모바일 멀티뷰 디스플레이를 제시하고, 여기서 방법은 사출 동공 확장(EPE)에 사용된다. 두 번째 경우는 데스크톱 디스플레이 구조체를 제시하고, 여기서 방법은 교차 빔들로 라이트 필드 디스플레이의 복셀 공간 해상도를 증가시킨다.

EPE를 갖는 모바일 10" 멀티뷰 디스플레이.

도 11a 및 도 11b는 제시된 LF 디스플레이 구조체에 의해 제공되는 EPE 개선들을 강조하는 제1 실세계 예시적 시나리오를 도시한다. 특히, 도 11a는 예시적인 뷰잉 시나리오의 제1 뷰를 도시하고 도 11b는 동일한 예시적인 뷰잉 시나리오의 제2 뷰를 도시한다. 예시적인 뷰잉 시나리오에서, 평평한 또는 만곡된 10" 멀티뷰 3D 스크린(1110)을 갖는 태블릿 디바이스(1102)가 단일 뷰어(1104)로부터 500mm 거리에 배치된다. 태블릿 디바이스는, 뷰어의 얼굴 영역을 조명하는 IR LED들(1108) 및 스테레오스코픽 카메라 쌍(1106)을 포함한다. 카메라들 및 IR LED들은 뷰어의 동공들의 3D 위치들뿐만 아니라 일부 실시예들에서는 시선의 방향을 결정하는 것이 가능한 정확한 눈 추적을 제공한다. 적어도 하나의 실시예에서, 태블릿 디바이스를 사용하여 스테레오스코픽 3D 이미지를 투사하는 것은, 스테레오스코픽 3D 이미지를 눈 방향들로만 단지 투사하기 위해 뷰어의 동공들의 3D 위치들(그리고 일부 실시예들에서는 시선의 방향)을 사용하는 것을 포함한다. 이들 실시예들은 광이 전체 주변 공간 대신에 눈동자들로만 단지 지향되므로 에너지를 절약한다. 게다가, 그러한 실시예에서, 이미지 데이터 렌더링을 위해 프로세싱될 필요가 있는 정보량의 감소 형태로 적어도 하나 이상의 이익이 있다.

EPE를 위해 디자인된 빔 확장기를 갖는 LF 디스플레이 구조체의 구성의 일 예가 도 7과 관련하여 설명된다. 디스플레이는 공간 및 시간 멀티플렉싱의 조합에 기초하는 10" LF 디스플레이일 수도 있다. 공간 멀티플렉싱은 2차원 μLED 매트릭스 또는 어레이를 사용하여 달성된다. 일부 변형들에서, 시간 멀티플렉싱은, 예를 들어, 상기에 참조된 출원 제62/564,913호에 개시된 바와 같은, (어레이(803)와 유사한) 틸팅 플레이트 어레이를 사용하여 행해진다. 발광 층(702)은, 7㎛ 피치로 로우에 포지셔닝되는 5㎛ × 5㎛ 사이즈의 μLED들을 포함한다. 각각의 투사 셀(706)은 100m 폭의 LF 픽셀을 형성한다. 각각의 LF 픽셀들 내측의 각각의 수평 로우 상의 μLED들의 총 수는 14개이며 각각의 픽셀의 최외측 컴포넌트들은 LF 픽셀 중심으로부터 45.5㎛ 거리에 있다. 투사 렌즈(716)의 어퍼처 사이즈는 100㎛이고 초점 길이는 F# 4.0 광학 시스템에 대응하여 400㎛이다. 모바일 디스플레이로부터의 뷰잉 거리는 500mm이다. 기하학적 배율 비율은 1250:1인데, 이는 눈동자들에서의 소스 기하학적 이미지 폭이 6.25mm가 되는 결과로 된다. 로우에서의 최외측 μLED들은 중심선으로부터 약 60mm 거리에서 이미징되어, 각각의 LF 픽셀에 대해 약 120mm 폭인 뷰잉 윈도우를 생성한다. 전체 표면 전반에 걸쳐 모든 픽셀들을 가시적으로 유지하기 위해, 디스플레이는 수평 방향으로 만곡되어, 모든 별개의 LF 픽셀 뷰잉 윈도우들이 중첩되게 하고 공통 뷰잉 영역을 형성하게 할 수도 있다. 픽셀 μLED 컬럼(column)들은 이 영역 내측의 14개의 상이한 뷰들을 투사하는 것이 가능하다. 본 예에서, LF 픽셀 투사 렌즈들은 원통형인데, 이는 수직 방향으로 광파워가 없다는 것을 의미한다. (그러한 원통형 렌즈들은 시준 렌즈들의 예들인데, 이는 이들이 적어도 하나의 차원을 따라 광을 시준하기 때문이다.) 따라서, μLED 자연 발산은 광학 스택을 통해 유지되고 픽셀들은 μLED 어퍼처 수에 의해 결정되는 수직 FOV 내측에서 가시적이라는 결론에 이르게 된다. 이 예에서, 층(703)은, μLED 가상 포지션들의 수평 방향들을 스캐닝하는 데 사용되는 50㎛ 두께의 폴리스티렌 틸팅 플레이트 포일이다. 이것은 ±7°의 최대 플레이트 틸트를 사용할 때 투사된 빔들이 이 뷰잉 거리에서 4mm 동공 폭에 걸쳐 스캐닝되게 하는 결과로 된다. 이 범위는 매트릭스 상의 2개의 인접한 μLED들 사이의 모든 투사 각도들을 채우는 것이 가능하여, 본 예를 매우 조밀한 LF 멀티뷰 디스플레이로 만든다.

LF 픽셀 매트릭스 위에 포지셔닝되는 빔 확장기 층은, 각각이 1000lp/mm을 갖는, 2개의 76.5㎛ 두께의 폴리스티렌 격자 포일들(708, 710)을 갖는다. 포일들은 서로 6.2mm 거리에 포지셔닝된다. 격자 간섭계는 원래 빔을 3개의 부분들로 분할한다. 3개의 부분들의 광 세기들은 격자 포일들의 광학 특성들에 따라 실질적으로 동일한 광 세기들을 가질 수도 있다. 격자 포일들을 통과한 후에, 우측 및 좌측 차일드 빔들(722a, 722c) 사이의 거리는 대략 9mm가 된다. 디스플레이 표면에서, 별개의 차일드 빔들은 약 300㎛의 직경을 갖는다. 불필요한 회절 차수들을 차단하기 위해 컬러 필터들이 없는 대략 300㎛ 픽셀들(빔 사이즈에 피팅됨)을 갖는 LCD 패널(712)이 빔 확장기의 상부에 포지셔닝된다. 기하학적 및 회절 효과들의 조합으로부터 발생되는 발산은 제공된 EPE 구조체를 빠져나가는 빔들이 500mm 뷰잉 거리에서 부분적으로 중첩되게 하여, 대략 15mm의 폭을 갖는 단일 μLED에 대한 아이박스를 형성한다. 이것은 빔 확장기를 사용함으로써 단일 μLED 아이박스가 약 6.25mm로부터 약 15mm로 넓어져서, 단일 LF 서브픽셀 이미지들을 눈동자들로 투사하기가 더 용이해진다는 것을 보여준다.

사출 동공 확장의 하나의 이익이 도 13 및 도 14와 관련하여 개략적으로 예시되어 있다. 도 13은 빔(1304)을 사용자의 눈(1306)을 향해 지향시키는 라이트 필드 디스플레이(1302)를 예시한다. 라이트 필드 디스플레이(1302)에는 어떠한 어퍼처 확장 피처도 구비되어 있지 않다. 그 결과, 뷰어가 페이지의 좌측으로 약간 움직이는 경우, 빔(1304)은 더 이상 사용자의 눈(1306)에 가시적이지 않을 것이다. 다른 한편으로, 도 14는 어퍼처 확장기가 구비되어 있는 라이트 필드 디스플레이(1402)를 예시한다. 그 결과, 사용자의 눈(1406)을 향해 지향되는 단일의 좁은 빔(1404) 대신에, 3개의 빔들(1408a 내지 1408c)이 사용자의 눈을 향해 지향된다. 이것은 사용자를 좌측 또는 우측으로 더 자유롭게 움직이게 하는 한편, 디스플레이로부터의 광은 가시적으로 유지된다. 이 실시예에서, 별개의 빔들(1408a, 1408b)은 평행하고 사용자의 눈에서의 동일한 포인트에 초점을 맞추는 한편 눈은 무한대로 초점이 맞춰지고; 그 결과, 빔들 사이에 갭들이 있더라도, 사용자는 눈 움직임들 동안 디스플레이의 양상(appearance)의 변화를 거의 내지 전혀 경험하지 않을 수도 있다는 것에 주목한다.

개선된 복셀 해상도를 갖는 데스크톱 24" 실제 LF 디스플레이.

도 12는 제시된 LF 디스플레이 구조체에 의해 제공되는 복셀 해상도 개선들을 강조하는 제2 예시적 사용 사례를 도시한다. 특히, 제2 사용 사례는 개시된 어퍼처 확장기 구조체가 복셀 공간 해상도를 개선시키는 데 사용되는 24" 실제 LF 데스크톱 디스플레이 디자인을 제시한다. 도 12는 또한 일부 관련 뷰잉 지오메트리를 도시한다. 단일 뷰어(1204)가 디스플레이(1202)의 전방의 1000mm 거리에 앉아 있다. 디스플레이가 수평 방향으로 다수의 뷰들을 뷰어의 눈들로 투사하고 있다. 수직 방향에서, 넓은 수직 뷰잉 윈도우를 제공하기 위해 빔들이 확산된다.

복셀 해상도를 증가시키도록 디자인된 빔 확장기를 갖는 라이트 필드 디스플레이 구조체에 대한 예시적인 구성이 도 8을 참조하여 설명된다. 이 예에서, 광은 μLED 로우들(802)로부터 방출되고, 여기서 각각의 μLED 컴포넌트가 2㎛ × 2m이고 3㎛ 피치만큼 분리된다. LF 픽셀 어퍼처 사이즈(806)는 250㎛이고 원통형 투사 렌즈(816)의 초점 길이는 1mm이다. 홈들을 갖는 50㎛ 두께의 폴리스티렌 포일이 틸팅 플레이트 어레이(803)에 사용된다. μLED 매트릭스에서 적색, 녹색 및 청색 컴포넌트들은 동일한 사이즈를 가지며 이들은 수직 방향으로 교번하는 로우들로서 본딩된다. 이들의 컬러들이 투사된 빔들에서 조합되는데, 이는 제시된 예시적인 구조체가 단지 수평 방향으로만 광파워를 갖기 때문이다. 각각의 LF 픽셀은 83개의 μLED들의 3개의 상이한 컬러의 로우들을 가지며, 이는 83개의 고유 뷰들을 1m의 뷰잉 거리로 투사하는 데 사용된다. 이 거리에서, 이들은, 약 250mm 폭인 뷰잉 윈도우를 커버한다. 디스플레이의 모든 부분들로부터 픽셀들을 가시적이게 하기 위해, 전체 플랫 디스플레이 표면은, 투사된 빔들을 1m 거리로 디스플레이 법선 상에 포지셔닝되는 중심 포인트를 향해 초점을 맞추는 폴리카보네이트 2mm 두께 프레넬 렌즈(818)로 커버된다. 이 배열은 단일 LF 픽셀 뷰잉 윈도우들이 중첩되게 하고 250mm 폭의 뷰잉 영역이 단일 사용자에 대해 형성된다.

하나의 2㎛ μLED로부터 1m 뷰잉 거리에서의 기하학적 이미지 사이즈는, 시스템의 1000:1의 기하학적 배율 비율을 사용하여 계산된 바와 같이 2mm이다. 이 서브픽셀 투사가 회절 블러 없이 실현될 수 있는 경우, 2개의 나란한 μLED들이 동공을 통해 동시에 눈으로 이미징될 수 있고 SMV 조건이 충족될 수 있다. 불행하게도, 250㎛ 폭의 투사 렌즈 어퍼처로부터의 회절 효과들은 빔 발산을 증가시키고, 녹색 μLED들을 이용하여 눈 상에 떨어지는 회절 스팟 사이즈는 ~5.4mm이다. 청색 컴포넌트들의 경우, 스팟 사이즈가 다소 더 작을 것이고 적색 컴포넌트들의 경우에는 더 클 것이다. 이것은, 빔 확장기 배열이 없다면, 2개의 이웃 μLED들로부터의 단지 하나의 블러링된 스팟만이 분해될 수 있다는 것을 의미한다.

LF 이미지에서 공간 해상도를 증가시키기 위해, 어퍼처 확장기 구조체는 LF 디스플레이(1202)의 상부에 포지셔닝된다. 이 예에서, 회절 격자들(808, 810) 양측 모두는, 서로 1.0mm 거리에 포지셔닝된 1000lp/mm를 갖는 76.5㎛ 두께 폴리스티렌 격자 포일들이다. 격자 간섭계는 원래 빔을 실질적으로 동일한 광 세기들을 갖는 3개의 부분들로 분할하고, 우측과 좌측 차일드 빔들 사이의 거리는 청색 소스들의 경우 대략 1.0mm, 녹색 소스들의 경우 1.3mm, 그리고 적색 소스들의 경우 1.7mm가 된다. 이 컬러 분리는 이전의 도 10과 관련하여 제시 및 설명된다. 이 구성에서의 공간 광 변조기(812)는, 불필요한 회절 차수들을 차단하기 위해 빔 확장기의 상부에 포지셔닝되는, 컬러 필터들이 없는 대략 300㎛ 픽셀들(차일드 빔 사이즈에 피팅됨)을 갖는 LCD 패널이다. 어퍼처 확장기를 포함함으로써, 확장기 구조체 뒤의 조합된 빔들이 회절 블러를 감소시켜, 눈동자 상의 스팟 사이즈들을 기하학적 사이즈에 훨씬 더 가깝게 만든다.

부가적인 실시예들.

일부 실시예들에서, 제1 및 제2 회절 구조체들은 단일 시트의 재료의 대향 면들 상에서 에칭, 인쇄, 또는 그렇지 않으면 생성된다. 일부 실시예들은 가변 격자 주기들을 갖는 격자 간섭계 구조체를 사용한다. 상술된 실시예들에서, 제1 및 제2 격자 구조체는 실질적으로 동일한 밀도의 격자 라인들을 갖는다. 그러나, 일부 실시예들에서, 격자 간섭계 구조체의 제2 격자는 제1 격자와는 약간 상이한 격자 파라미터들(예를 들어, 라인 밀도)을 갖는다. 그러한 실시예에서, 확장된 빔은 발산하거나 또는 초점을 맞출 것이다. 초점 거리는 SLM으로 빔의 어퍼처 사이즈를 확장 또는 감소시킴으로써 제어될 수도 있다. 이것은 제어된 빔이 상이한 초점 평면들에 초점을 맞추게 하여, 이미지 품질을 더 양호하게 만든다. 다시 말해, 교차 빔들은 이들이 교차하는 동일한 포인트에 초점을 맞추도록 이루어질 수도 있다. 제2 격자는 또한 전자적으로 튜닝가능한 격자 주기를 가질 수도 있는데, 이 경우에 LF 디스플레이는 빔들의 초점 범위에 걸친 부가적인 제어를 제공할 수도 있다. 이러한 종류의 구조체는 예를 들어 압전 액추에이터들에 의해 또는 탄성 격자 포일을 주기적으로 신장 및 이완시킴으로써 유도된 탄성 재료 상의 음향파로 실현될 수도 있다.

일부 실시예들에서, 라이트 필드 디스플레이는, 다양한 초점 평면들에서 교차하는 광의 시준된 빔들을 방출하도록 구성되는 LF 디스플레이 픽셀 소스, 및 SLM 및 회절 격자 간섭계를 포함하는 어퍼처 확장기를 포함한다.

일부 그러한 실시예들에서, LF 디스플레이 픽셀 소스는, 적어도 하나의 광원을 갖는 발광 층, 발광 층의 전방에 포지셔닝되는 틸팅 플레이트, 및 틸팅 플레이트의 전방에 포지셔닝되는 시준 렌즈를 포함한다. 광원은 백색 광원일 수도 있고, SLM은 투사된 빔들을 변조하기 위한 컬러 필터 픽셀들을 가질 수도 있다. 광원은 적어도 하나의 적색, 하나의 녹색, 및 하나의 청색 광원을 포함할 수도 있고, SLM은, 투사된 빔들을 통과 또는 정지시키기 위한 픽셀들을 포함할 수도 있다. 광원들은 μLED들일 수도 있다. 대안적으로, 광원들은 레이저 다이오드들일 수도 있다.

일부 실시예들에서, 회절 격자 간섭계는, 컬러들을 분리하고 빔 어퍼처들을 확대하기 위한 제1 회절 격자, 및 제1 회절 격자에 의해 야기되는 전파 방향들에 대한 각도 편차를 보상하기 위한 제2 회절 격자를 포함한다. 제1 및 제2 회절 격자는 광학적으로 동일할 수도 있거나 또는 동일한 격자 라인 밀도를 적어도 가질 수도 있다.

SLM은 (i) 이미지 형성에 사용되지 않는 회절 차수들로부터의 빔들 및/또는 (ii) 의도된 뷰 방향들을 따라 전파되지 않는 빔들을 차단하도록 동작할 수도 있다.

일부 실시예들에서, LF 디스플레이 어퍼처 확장기가 제공된다. 어퍼처 확장기는: LF 픽셀 프로젝터 셀로부터 수신되는 광 빔들의 컬러들을 분리하고 그 광 빔들의 어퍼처들을 확대하기 위한 제1 회절 격자; 제1 회절 격자에 의해 야기되는 광 빔들의 전파 방향들에 대한 각도 편차를 보상하기 위한 제2 회절 격자; 및 제2 회절 격자로부터 수신되는 다양한 차수들의 광 빔들을 통과 및 차단하기 위한 SLM을 포함하고, 여기서 SLM은 LF 프로젝터 셀의 활성화와 동기화된다.

일부 실시예들에서, LF 디스플레이 시스템에서 프로젝터 빔 어퍼처 사이즈들을 확장하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법에서, 적어도 하나의 시준된 LF 프로젝터 빔은, (i) 발광 층, (ii) 광축에 대해 광원 포지션들을 시프트시키기 위한 굴절 틸팅 플레이트, 및 (iii) 시준 렌즈를 포함하는 LF 픽셀 프로젝터 셀을 사용하여 생성된다. 적어도 하나의 시준된 LF 프로젝터 빔은, 상이한 전파 방향들을 향해 상이한 컬러들의 빔을 전송하고 빔 어퍼처 사이즈를 확대시키는 제1 회절 격자를 통과한다. 회절된 LF 프로젝터 빔은, 빔의 상이한 컬러들을 광축을 향해 다시 틸팅하는 제2 회절 격자를 통과한다. 컬러 분리되고 어퍼처 확대된 프로젝터 빔이 SLM으로 변조된다.

격자들은 나노임프린팅된 폴리머 포일들일 수도 있다. 격자들은, 엠보싱된 격자 구조체들을 양측 면들 상에 갖는 단일 폴리카보네이트 시트일 수도 있다. SLM은 LCD 패널일 수도 있다.

다른 논의.

일반적으로, 작은 어퍼처들로부터의 원치 않는 회절은, 어퍼처를 확장시키는 것 이외에 어떠한 수단으로도 해결하기 매우 어려운 문제가 되는 물리적 제한이다. 제시된 어퍼처 확장 방법들은 디스플레이 표면 상의 공간 해상도에 영향을 미치지 않으며, 단순한 굴절 또는 반사 어퍼처 확장 방법들보다 더 큰 심도 범위를 통해 더 높은 해상도들이 획득될 수 있다. 라이트 필드들의 직접 변조에 기초하는 진정한 홀로그램 시스템은 이 문제점을 갖지 않을 것이지만, 이들 홀로그램 시스템들은 적절히 기능하기 위해서는 훨씬 더 작은 SLM들을 요구한다.

하나 이상의 설명된 실시예의 다양한 하드웨어 요소들은 각각의 모듈들과 관련하여 본 명세서에서 설명되는 다양한 기능들을 수행(carry out)(즉, 수행(perform), 실행(execute), 그리고 이와 유사한 것)하는 "모듈들"이라고 지칭된다는 것에 주목한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 모듈은, 주어진 구현에 대해 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 적합한 것으로 간주되는 하드웨어(예를 들어, 하나 이상의 프로세서, 하나 이상의 광학 프로세서, 하나 이상의 SLM, 하나 이상의 마이크로프로세서, 하나 이상의 마이크로제어기, 하나 이상의 마이크로칩, 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC), 하나 이상의 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA), 하나 이상의 메모리 디바이스)를 포함한다. 각각의 설명된 모듈은 또한, 각각의 모듈에 의해 수행되는 것으로 설명되는 하나 이상의 기능을 수행하도록 실행가능한 명령어들을 포함할 수도 있고, 이들 명령어들은 하드웨어(즉, 하드와이어드) 명령어들, 펌웨어 명령어들, 소프트웨어 명령어들, 및/또는 이와 유사한 것의 형태를 취하거나 또는 이들을 포함할 수 있고, RAM, ROM 등으로 통상적으로 지칭되는 것과 같은 임의의 적합한 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체 또는 매체들에 저장될 수도 있다는 것에 주목한다.

피처들 및 요소들이 특정 조합들로 상술되지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 각각의 피처 또는 요소가 단독으로 또는 다른 피처들 및 요소들과의 임의의 조합으로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 부가적으로, 본 명세서에서 설명되는 방법들은 컴퓨터 또는 프로세서에 의한 실행을 위해 컴퓨터 판독가능 매체에 포함되는 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어, 또는 펌웨어를 사용함으로써 부분적으로 구현될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체들의 예들로는 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 레지스터, 캐시 메모리, 반도체 메모리 디바이스들, 자기 매체들 예컨대 내부 하드 디스크들 및 착탈식 디스크들, 광자기 매체들, 및 광학 매체들 예컨대 CD-ROM 디스크들, 및 디지털 다기능 디스크(DVD)들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 소프트웨어와 연관된 프로세서는 LF 디스플레이 디바이스에서의 사용을 위해 이미지 엔진, 제어기, 타이밍 모듈, 운영 체제 등을 구현하는 데 사용될 수도 있다.

Claims

라이트 필드 디스플레이 디바이스로서,
복수의 개별적으로 제어가능한 발광 요소들을 포함하는 발광 층;
상기 발광 층을 오버레이하고, 복수의 시준(collimating) 렌즈들 - 각각의 렌즈는 상기 복수의 발광 요소들 중의 발광 요소들의 그룹에 대응하고, 상기 대응하는 발광 요소들에 의해 방출된 광을 다양한 각자의 방향들로 방출되는 각자의 원래의(original) 시준된 광 빔들로 시준하도록 구성됨 - 을 포함하는 광학 층;
상기 광학 층을 오버레이하고, 상기 원래의 시준된 광 빔들 각각을 1세대의 시준된 차일드 빔들로 분할하도록 구성되는 제1 회절 격자(diffractive grating);
상기 제1 회절 격자를 오버레이하고, 상기 1세대의 시준된 차일드 빔들 각각을 2세대의 시준된 차일드 빔들로 분할하도록 구성되는 제2 회절 격자; 및
제2 회절 격자를 오버레이하는 공간 광 변조기
를 포함하고,
상기 공간 광 변조기는 상기 2세대의 시준된 차일드 빔들 중 제2 빔 - 상기 제2 빔은 상기 공간 광 변조기에 도달함 - 이 상기 원래의 시준된 광 빔들 중 원래 빔 - 상기 제1 회절 격자 및 상기 제2 회절 격자에 의해 상기 원래 빔으로부터 상기 제2 빔이 분할됨 - 의 방향과 상이한 방향을 갖는 경우 상기 제2 빔이 차단되도록, 상기 공간 광 변조기의 부분을 선택적으로 불투명하게 렌더링하게 구성되는 것인, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제1항에 있어서, 상기 원래 빔 - 상기 원래 빔은 상기 발광 요소들 중 각자의 발광 요소로부터 시준됨 - 의 발광 타이밍을 상기 공간 광 변조기의 선택적 렌더링과 동기화하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제2항에 있어서, 상기 공간 광 변조기는 LCD 패널인 것인, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 회절 격자 및 상기 제2 회절 격자의 격자 라인들은 평행한 것인, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 회절 격자 및 상기 제2 회절 격자의 격자 라인들은 동일한 밀도의 라인 쌍들을 갖는 것인, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시준 렌즈들은 원통형(cylindrical) 렌즈들인 것인, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시준 렌즈들은 볼록 렌즈들인 것인, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 층과 상기 광학 층 사이의 이동가능 굴절 층을 더 포함하는, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 회절 격자 및 상기 제2 회절 격자는 0.5mm 내지 5mm만큼 분리되는 것인, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 회절 격자 및 상기 제2 회절 격자는 5mm 내지 10mm만큼 분리되는 것인, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 층 내의 상기 복수의 개별적으로 제어가능한 발광 요소들은 2차원 어레이로 배열되는 것인, 라이트 필드 디스플레이 디바이스.
라이트 필드 디스플레이를 제공하는 방법으로서,
복수의 발광 요소들을 포함하는 발광 층 내의 적어도 하나의 발광 요소로부터 광을 선택적으로 방출하는 단계;
복수의 시준 렌즈들을 포함하는 광학 층을 사용하여, 상기 방출된 광을 다양한 각자의 방향들로 방출되는 원래의 시준된 광 빔들로 시준하는 단계;
제1 회절 격자를 사용하여 상기 원래의 시준된 광 빔들 각각을 1세대의 시준된 차일드 빔들로 분할하는 단계;
제2 회절 격자를 사용하여 상기 1세대의 시준된 차일드 빔들 각각을 2세대의 시준된 차일드 빔들로 분할하는 단계; 및
상기 2세대의 시준된 차일드 빔들 중 제2 빔이 상기 원래의 시준된 광 빔들 중 원래 빔 - 상기 제1 회절 격자 및 상기 제2 회절 격자에 의해 상기 원래 빔으로부터 상기 제2 빔이 분할됨 - 의 방향과 상이한 방향을 갖는 경우, 공간 광 변조기를 사용하여 상기 제2 빔을 차단하는 단계 - 상기 차단하는 것은 상기 공간 광 변조기의 부분을 선택적으로 불투명하게 렌더링하는 것에 의함 -
를 포함하는 라이트 필드 디스플레이를 제공하는 방법.
제12항에 있어서, 광은 이미지를 생성하도록 상기 복수의 발광 요소들로부터 선택적으로 방출되는 것인, 라이트 필드 디스플레이를 제공하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 방출된 광을 시준하는 단계는 마이크로렌즈 어레이를 사용하여 수행되는 것인, 라이트 필드 디스플레이를 제공하는 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원래 빔 - 상기 원래 빔은 상기 발광 요소들 중 각자의 발광 요소로부터 시준됨 - 의 발광 타이밍은 상기 공간 광 변조기의 선택적 렌더링과 동기화되는 것인, 라이트 필드 디스플레이를 제공하는 방법.
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