KR20100022944A - 미디어 데이터 디스플레이 방법 및 장치 - Google Patents

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삼성전자주식회사
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Abstract

미디어 데이터를 디스플레이하는 장치로서, 디지털 디스플레이와, 상기 디스플레이로부터 입사된 다수의 단색 광선들을 회절시켜 미디어 데이터의 다수의 단색 이미지들을 형성하는 광학 소자를 포함하는 미디어 데이터 디스플레이 장치를 개시한다. 색채 이미지와 단색 이미지들은 실질적으로 동일한 해상도를 갖는다.
Figure P1020090077304
디지털 디스플레이, 광학 소자, 회절

Description

미디어 데이터 디스플레이 방법 및 장치{MEDIA DATA DISPLAY METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 광학 시스템에 관한 것으로, 특히 미디어 데이터를 처리하여 이미지를 디스플레이하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
미디어 데이터를 디스플레이하는 전형적인 디지털 디스플레이는 하나 이상의 시점(points of view)으로 빛을 투사하는 다수의 광원들과 같은 다수의 디스플레이 소자들을 포함하는 패널을 그 기반으로 한다. 일반적으로 픽셀로서 지칭될 수도 있는 각각의 디스플레이 소자는 복수의 색채 서브 소자들(chromatic sub-elements), 전형적으로 적색, 녹색, 및 청색 서브 소자들을 포함한다. 각각의 픽셀은 빛을 방출하는 능동 소자들 또는 입사광을 반사하거나 전사하는 수동 소자들로 이뤄질 수 있다.
평판 패널 기술은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display:LCD), 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT), 액정 온 실리콘(Liquid Crystal On Silicon: LCOS), 플라즈마, 발광 다이오드(Light-Emitting Diode: LED), 유기 LED(Organic LED: OLED), 표면 전도 전자 방출 디스플레이(Surface-conduction Electron- emitter Display; SED), 전계 발광(Electro Luminescence: EL), 및 진공 형광(Vacuum Fluorescence: VF)을 포함하며, 더 많은 기술들이 출현하고 있다.
디스플레이로부터 투사되는 빛을 처리하기 위한 광학 서브 시스템들이 있으며, 균일한 백라이트를 생성하고/생성하거나 디스플레이 시스템 및/또는 관찰자 측의 양쪽에서 광학 수차들을 보정하기 위한 광학 처리 기술도 제안되고 있다.
이러한 광학 처리 기술은 디스플레이의 시야각을 제한하거나, 확대시키는 것은 물론 확대된 2D 및 3D 디스플레이들을 생성할 수도 있다.
통상적으로, 디스플레이되는 이미지는 총체적으로 처리된다. 이러한 총체적 처리는 상대적으로 제한된 기능성 및 성능을 갖는다. 또한, 다양한 광학 조건들에 적응되는 시스템에는 쉽게 구현될 수 없다. 아울러, 그러한 처리의 구현은 전형적으로 다루기 힘들고, 휴대폰과 같이 제한된 크기를 갖는 기기에는 알맞지 않다.
따라서 본 발명은 다양한 광학 조건들에 적응되는 시스템에는 쉽게 구현될 수 있는 미디어 데이터 디스플레이 방법 및 장치를 제공한다.
그리고 본 발명은 휴대폰과 같이 제한된 크기의 장치에서도 높은 해상도를 유지하면서 빠르게 미디어 데이터를 디스플레이할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
한편, 본 발명은 미디어 데이터 디스플레이 장치에 있어서, 다수의 단색 광선들을 방출하여 미디어 데이터의 색채 이미지를 생성하는 디지털 디스플레이와, 상기 다수의 단색 광선들을 회절시켜 상기 미디어 데이터의 다수의 단색 이미지들을 형성하는 광학 소자를 포함하고, 상기 색채 이미지와 상기 각각의 단색 이미지는 동일한 해상도임을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에서, 상기 광학 소자는 상기 다수의 단색 이미지들 중의 하나를 관찰자의 좌안 쪽으로 회절시키고, 상기 다수의 단색 이미지들 중의 다른 하나를 관찰자의 우안 쪽으로 회절시킨다.
그리고 본 발명에서, 상기 디지털 디스플레이는 상기 다수의 단색 광선을 방출하는 다수의 서브 픽셀을 포함하며, 상기 다수의 서브 픽셀 각각은 단색 광선을 하나씩 방출한다.
그리고 본 발명에서, 상기 다수의 서브 픽셀들 중의 제1 그룹은 제1 파장의 광선을 방출하고, 상기 다수의 서브 픽셀들 중의 제2 그룹은 제2 파장의 광선을 방출하고, 상기 광학 소자는 상기 각각의 제1 또는 제2 파장별로 상기 각각의 단색 광선을 회절시킨다.
그리고 본 발명에서, 상기 다수의 단색 이미지들은 회절되고, 병합되어 부가의 색채 이미지를 형성한다.
그리고 본 발명에서, 상기 광학 소자는 상기 디스플레이에 오버레이되는 다수의 광학 서브 소자들을 포함한다.
그리고 본 발명에서, 상기 각각의 광학 서브 소자는 디스플레이의 다른 픽셀과 관련되고, 상기 관련된 다른 픽셀로부터 방출되는 광선을 회절시키도록 위치된다.
그리고 본 발명에서, 상기 다수의 광학 서브 소자들 중의 하나 이상의 광학 서브 소자는 상기 디스플레이의 다른 그룹의 인접 픽셀들과 관련되고, 상기 다른 그룹의 픽셀들로부터 방출된 광선을 회절시키도록 위치된다.
그리고 본 발명에서, 상기 하나 이상의 광학 서브 소자 각각은 상기 방출된 광선을 다수의 방향들로 회절시킨다.
그리고 본 발명에서, 상기 하나 이상의 광학 서브 소자 각각은 상기 디스플 레이의 픽셀의 다른 색채 서브 픽셀 소자와 관련되고, 상기 관련된 색채 서브 픽셀로부터 방출되는 광선을 회절시키도록 위치된다.
그리고 본 발명에서, 상기 광학 서브 소자들은 상기 디스플레이에 대한 이동성을 갖는다.
그리고 본 발명에서, 상기 이동성은 상기 각각의 광학 서브 소자가 서로 별개로 이동할 수 있다.
그리고 본 발명에서, 상기 이동성은 상기 다수의 광학 서브 소자들 중의 하나 이상의 광학 서브 소자는 상기 디스플레이의 능동 영역을 오버레이(overlay)하는 위치와 상기 디스플레이의 수동 영역을 오버레이하는 위치 사이에서 이동된다.
그리고 본 발명에서, 상기 광학 소자는 하나 이상의 마이크로 프리즘을 포함한다.
그리고 본 발명에서, 상기 광학 소자는 하나 이상의 회절격자 광학 소자를 포함한다.
그리고 본 발명에서, 상기 광학 소자는 제1 그룹의 다수의 광학 서브 소자들 및 제2 그룹의 다수의 광학 서브 소자들을 포함하고, 상기 제1 그룹의 광학 서브 소자 각각은 상기 다수의 단색 광선들 중의 하나를 제1 방향 쪽으로 회절시키고, 상기 제2 그룹의 광학 서브 소자 각각은 상기 다수의 단색 광선들 중의 하나 이상을 제2 방향 쪽으로 회절시킨다.
그리고 본 발명에서, 상기 제1 및 제2 그룹들은 단일 층에 배열된다.
그리고 본 발명에서, 상기 광학 소자는 입체 3D 디스플레이를 생성한다.
그리고 본 발명에서, 상기 디지털 디스플레이는 다수의 화면 소자들을 포함하고, 상기 광학 소자는 상기 각각의 화면 소자와 각각 관련된 다수의 서브 소자들을 포함하며, 상기 각각의 서브 소자는 상기 각각의 화면 소자로부터 방출되는 다수의 광파들을 POV(point of view) 쪽으로 회절시킴으로써 POV에 있는 관찰자에 대한 디지털 디스플레이의 인지 거리를 처리하며, 상기 인지 거리는 실제 거리와 다르다.
그리고 본 발명에서, 상기 각각의 화면 소자는 픽셀이다.
그리고 본 발명에서, 상기 각각의 화면 소자는 서브 픽셀이다.
한편, 본 발명은 미디어 데이터를 디스플레이하기 위해, 다수의 단색 광선들을 방출하여 미디어 데이터의 색채 이미지를 생성하는 단계와, 상기 다수의 단색 광선들을 회절시켜 미디어 데이터의 다수의 단색 이미지들을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 색채 이미지와 상기 다수의 단색 이미지 각각의 해상도는 동일하다.
그리고 본 발명에서, 상기 다수의 단색 광선들의 회절은 다수의 광학 서브 소자들에 의해 수행된다.
그리고 본 발명에서, 광학 소자를 이동시켜 상기 다수의 단색 이미지들 중의 하나 이상의 단색 이미지의 위치를 변경하는 단계를 더 포함한다.
그리고 본 발명에서, 상기 광학 소자는 다수의 광학 서브 소자들을 포함하고, 상기 광학 서브 소자들의 그룹을 이동시켜 상기 다수의 단색 이미지들 중의 선택된 단색 이미지의 위치를 변경한다.
그리고 본 발명은 상기 광학 서브 소자들의 그룹을 능동 영역으로부터 수동 영역으로 이동시킴으로써, 상기 광학 소자를 이동시킨다.
그리고 본 발명에서, 제1 그룹의 상기 다수의 단색 광선들은 관찰자의 좌안 쪽으로 굴절되고, 제2 그룹의 상기 다수의 단색 광선들을 관찰자의 우안 쪽으로 굴절되고, 상기 제1 그룹 및 상기 제2 그룹은 미디어 데이터의 입체 3D 이미지를 형성한다.
본 발명에 따른 미디어 데이터 디스플레이 장치 및 방법은 개선된 기능성 및 성능을 제공할 뿐만 아니라, 다양한 광학 조건들에 적응되는 시스템에서 쉽게 구현될 수 있다. 아울러, 그러한 처리의 구현을 다루기 쉬울 뿐더러, 휴대폰과 같이 제한된 크기를 갖는 기기에도 적합하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명은 그 일부 실시예들에 있어 광학 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비록 그에 한정되는 것은 아니지만 이미지를 처리하기 위한 광학 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 비록 그에 한정되는 것은 아니지만 휴대폰과 기타의 휴대용 이동 기기에 적용될 수 있다. 그 밖의 적용들은 비록 그에 한정되는 것은 아니지만 독립형 이미지 프로젝터 및 휴대폰과 기타의 휴대용 이동 기기에 통합된 이미지 프로젝터를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따라, 미디어 데이터를 디스플레이하는 디지털 디스플레이의 전방에 위치되도록 구성된 광학 소자를 포함하는 장치가 제공된다. 본 발명에서 미디어 데이터는 디스플레이를 통해 표시할 수 있는 모든 데이터, 예를 들어, 이미지, 텍스트, 동영상 등을 포함한다. 디지털 디스플레이는 픽셀 어레이를 갖는 패널을 포함한다. 광학 소자는 다수의 광학 서브 소자들을 포함한다. 선택적으로, 각각의 광학 서브 소자는 디스플레이의 하나 이상의 다른 픽셀들과 관련된다. 예컨대, 픽셀의 각각의 색채 서브 픽셀은 다른 광학 서브 소자와 관련된다. 그러한 실시예에서는, 적색 광, 녹색 광, 및 청색광이 다른 광학 서브 소자들에 의해 다른 방향들로 편향될 수 있다. 대안적으로, 2개의 광학 서브 소자들이 색채 서브 픽셀과 관련된다. 그러한 실시예에서는, 각각의 서브 픽셀 광이 분리되어 2개의 다른 방향들로 편향될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 디지털 디스플레이는 관찰자에 눈에 미디어 데이터의 색채 이미지를 생성하는 다수의 단색 광선들을 방출하도록 구성된다. 광학 소자는 다수의 단색 광선들을 회절시켜 다수의 단색 이미지들을 형성하도록 구성된다. 색채 이미지와 각각의 단색 이미지는 실질적으로 동일한 해상도를 갖는다. 예컨대, 데이터를 스크린에 투사하여 초점을 맞추는 렌즈 서브 시스템을 구비한 디지털 프로젝터들에서, 다수의 단색 이미지들을 생성하는 것을 이용하여 렌즈 서브 시스템에 의해 발생된 색수차를 보정할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 각각의 광학 서브 소자는 빛을 상이하게 처리하도록 구성된다. 선택적으로, 일부 이상의 광학 서브 소자들은 능동 디스플레이 소자를 포함하는 위치로부터 비능동 디스플레이 영역을 포함하는 위치로, 그리고 그 반대로 이동될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 능동 디스플레이 소자는 광대역(백색) 광을 투사하고, 광학 서브 소자는 그로부터 다수의 단색 광파들을 필터링하고 편향시킨다. 생성된 색채 이미지들과 원래의 광대역 비색채(non-chromatic) 이미지는 실질적으로 동일한 해상도를 갖는다. 선택적으로, 광학 서브 소자들의 각 하나는 능동 디스플레이 소자에 대해 그 위치를 변경함으로써, 단색 광파의 세기를 제어할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 다수의 색채 광파들을 각각 생성하는 다수의 광학 서브 소자들과 관련된 각각의 백색 픽셀은 복수의 단색 광파들을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 색채 이미지들이 원래의 광대역 비색채 이미지보다 더 높은 해상도를 갖는다. 대안적으로 또는 선택적으로, 각각의 단색 광파의 세기는 능동 디스플레이 픽셀을 다수의 백색 광 방출 서브 픽셀들로 분할함으로써 제어된다. 각각의 서브 픽셀은 단지 하나의 색채 광만을 필터링하고 편향시키는 광학 서브 소자와 관련된다. 색채 광의 세기는 광학 서브 소자들을 예컨대 하기와 같이 처리함으로써 조절될 수 있다. 그와 같은 방식으로, 광학 서브 소자들은 백색광을 단색 광선들로 변환하고, 선택적으로 그 세기를 조절한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 광학 서브 소자들은 회절 광학 소자(Diffraction Optical Element: DOE)들이다. 선택적으로, 회절 광학 소자들은 회절격자 소자들을 포함한다. 예컨대, 16미크론 폭의 서브 픽셀은 160개의 격자 홈(groove)들을 포함하는 회절격자 소자로 덮일 수 있다. 그것은 가시광 파장의 1/4 내지 1/7의 격자 홈 밀도를 갖는 회절격자 소자를 생성한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 광학 처리는 입사된 광파들을 전향시키는 것을 포함한다. 선택적으로, 광학 서브 소자는 다수의 위치들 사이에서 이동될 수 있다. 각각의 위치에서, 광학 서브 소자는 빛을 상이하게 전향시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 광학 처리는 입사된 광파를 분리하여 다른 방향들로 투사되는 2개의 새로운 파면들을 생성하는 것을 포함한다. 선택적으로, 광학 서브 소자의 위치를 바꿈으로써, 그 파면들의 방향을 변경한다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 광학 서브 어레이는 디스플레이 시스템에 대한 광학 수차 보정의 구현에 사용된다. 선택적으로, 광학 서브 소자 어레이는 근시 및 원시와 같은 사람 눈 시력 수차에 대한 디스플레이 적응 보정의 구현에 사용될 수 있다. 선택적으로, 광학 서브 소자 어레이는 디스플레이의 시야각을 제한 및/또는 확대하는데 사용될 수 있고, 3D 디스플레이를 구현하는데 사용될 수 있다.
선택적으로, 광학 서브 소자 어레이, 예를 들어, DOE는 백색 픽셀들을 갖는 디스플레이 위에 놓인다. 그러한 실시예에서는, DOE가 백색을 하나 이상의 색들로 분산시켜 해상도를 증가시킨다. 이러한 해상도의 증가는 인접 백색 픽셀들로부터 방출되는 백색광을 분산시키는 것에 의거한 것이다. 선택적으로, DOE는 다른 파장의 광선을 회절시키도록 조정되며, 이때, 광선의 회절 각도에 따라 조정되는 다른 섹션을 구비한다. 그러한 실시예에서는, DOE를 디스플레이에 대해 이동시키는 것에 의해, 형성되는 이미지의 세기 및/또는 색을 바꿀 수 있다.
첨부 도면들 중의 도 3 내지 도 12에 도시된 바와 같은 본 발명의 일부 실시 예들을 더욱 잘 이해하도록 하기 위해, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 디지털 디스플레이의 구성 및 동작에 대해 먼저 살펴보기로 한다.
첨부 도면들을 참조하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 디스플레이(10)의 평면도를 나타낸 것이다. 그러한 디지털 디스플레이(10)는 픽셀(30)들의 어레이를 포함한다.
제1영역(20)은 5X5 픽셀들의 클로즈업 도면이다. 제2영역(30)은 하나의 픽셀(30)의 클로즈업 도면이다. 픽셀(30)은 3개의 투사 영역들을 포함한다. 3개의 투사 영역 중 청색을 투사하는 영역(32)은 이하 청색 서브 픽셀(32)이라 하고, 녹색을 투사하고 있는 영역(34)은 이하 녹색 서브 픽셀(34)이라하고, 적색을 투사하고 있는 영역(36)은 이하 적색 서브 픽셀(36)이라한다. 제1영역(20)에서, 일부 픽셀들은 적색, 녹색, 및 청색을 동시에 투사하여 해당 픽셀에 의해 투사된 백색의 환영을 생성하고 있는 반면, 제1영역(20) 내의 다른 픽셀들에서는 서브 픽셀들(32, 34, 36) 중의 어느 것도 해당 픽셀에 의해 투사된 검정색의 환영을 생성하는 빛을 투사하고 있지 않다.
도2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이(10)의 단면을 설명한다. 도 2에는 3개의 픽셀(30)이 도시되어 있다. 각각의 픽셀(30)은 적색, 녹색, 및 청색 서브 픽셀들(36, 34, 32)을 각각 포함한다. 이후로 무발광 존(non emitting zone) 또는 "데드 존(dead-zone)"으로 지칭될 영역(38)이 서브 픽셀들 사이에 놓이는데, 대다수의 경우에 그 영역(38)은 디스플레이의 면적의 절반을 차지한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 2" 폭과 VGA급 해상도, 즉 640X480 픽셀의 해상도를 갖는 2.5" 휴대폰 LCD 디스플레이가 사용된다. 픽셀 폭은 약 100μ이다. 각각의 서브 픽셀은 약 16 미크론의 폭을 갖는다. 2개의 인접 서브 픽셀들 사이의 데드 존도 역시 16 미크론의 폭을 갖는다.
본 발명의 하나 이상의 실시예를 상세하게 설명하기에 앞서, 본 발명은 그 적용에 있어 이후의 설명 및/또는 첨부 도면들 및/또는 예들에 설명되고 도시된 구성 요소들 및/또는 방법들의 구성 및 배열의 상세에 필수적으로 한정되는 것이 아님을 알아야 할 것이다. 본 발명은 다른 실시예들도 가능하고, 다양하게 실시되거나 수행될 수 있다.
이제, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 디스플레이(10)의 단면도들인 도 3a 내지 도 3E를 살펴보기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 디스플레이는 픽셀(30) 위에 직접 놓인 다수의 광학 서브 소자들(40 내지 48)로 덮인다. 선택적으로, 광학 서브 소자들은 픽셀들의 통합된 일부에 해당한다.
도 3a는 디스플레이(10)의 2개의 인접 픽셀(30)들 위에 놓인 광학 서브 소자(40)를 나타내고 있는 디스플레이(10)의 단면도이다. 선택적으로, 광학 서브 소자(40)는 임의의 수의 픽셀(30)들을 덮는다. 예컨대, 전술된 VGA 디스플레이는 각각 4X4 픽셀(30)들을 덮는 160X120 광학 서브 소자(40)들로 덮일 수 있다. 광학 서브 소자(40)의 배치는 직사각형 형태, 원형 형태, 또는 임의의 다른 기하 형태와 같은 비정사각형 형태를 갖는다.
도 3b는 적색 서브 픽셀(36), 녹색 서브 픽셀(34), 및 청색 서브 픽셀(32)을 포함하는 단일의 픽셀(30)을 덮는 단일의 광학 서브 소자(42)를 갖는 배열을 나타내고 있는 디스플레이(10)의 단면도이다. 그러한 배열에서는, 각각의 픽셀로부터 방출된 빛이 각각의 광학 서브 소자(42)에 의해 별개로 처리될 수 있다.
도 3C는 각각, 단일의 색채 서브 픽셀(32, 34, 36)을 덮는 3개의 광학 서브 소자(44)들을 갖는 배열을 나타내고 있는 디스플레이(10)의 단면도이다. 그러한 배열에서는, 각각의 색채 서브 픽셀(32, 34, 36)로부터 방출된 빛이 다른 광학 서브 소자에 의해 각각 별개로 처리될 수 있다. 하기에서 더 설명할 바와 같이, 그러한 배열은 색수차 보정 및 기타의 색채 관련 광학 처리를 손쉽게 취급할 기회를 열어준다.
도 3D는 3개의 광학 서브 소자(46)들이 단일의 색채 서브 픽셀(32, 34, 36)을 각각 덮는 배열을 나타내고 있는 디스플레이(10)의 단면도이다. 그러한 배열에서는, 광학 서브 소자(46)가 능동 영역 위에만 놓이고, 데드 존들 위에는 놓이지 않는다.
도 3E는 각각의 픽셀에 2개의 광학 서브 소자(48)가 배치되는 배열을 나타내고 있는 디스플레이(10)의 단면도이다. 각각의 광학 서브 소자(48)는 각각의 색채 서브 픽셀 영역(32, 34, 36)의 절반을 덮고, 그 결과 각각의 광학 서브 소자(48)는 픽셀(30)의 영역도 그 절반을 덮는다. 그러한 배열에서는, 각각의 픽셀(30)로부터 방출된 빛이 각각의 광학 서브 소자(48)에 의해 상이하게 처리될 수 있다. 예컨대, 빛은 각각의 픽셀(30)로부터 2개의 다른 방향들로 투사될 수 있다.
이제, 도 4를 살펴보기로 한다. 도 4a는 각각의 서브 픽셀에 대한 광학 서브 소자를 포함하는 배열(본 발명의 일 실시예에 따라 특정의 광학 서브 소자들인 마이크로 프리즘들이 사용되는, 도 3C에 도시된 배열과 동일한 배열)을 나타낸 것이다. 각각의 픽셀(30)은 3개의 마이크로 프리즘(44A)들로 덮인다. 제1 마이크로 프리즘(44A)은 청색 서브 픽셀 소자(32) 위에 놓이고, 제2 마이크로 프리즘(44A)은 녹색 서브 픽셀 소자(34) 위에 놓이며, 제3 마이크로 프리즘(44A)은 적색 서브 픽셀 소자(36) 위에 놓인다.
도 4b는 광학 서브 소자들이 이후로 DGOE로 지칭될 회절격자 광학 소자들인 본 발명의 예시적 실시예를 나타낸 것이다. 각각의 픽셀(30)은 3개의 회절격자 광학 소자들(44B)로 덮인다. 회절격자 광학 소자들은 줄들, 구멍들, 또는 홈들과 같은 규칙적 패턴의 회절 서브 소자들로 이뤄진다. 빛의 편향은 회절 서브 소자 밀도에 의해 좌우되는데, 회절 각도를 기술하는 식은 하기 수학식 1과 같다:
sinθi + sinθd = nλν
수학식 1에서, θi는 입사각을 가리키고, θd는 회절각을 가리킨다. ν는 회절 서브 소자의 줄 밀도이고, λ는 회절 서브 소자에 입사한 광파의 파장을 가리키며, n은 투과파의 회절 차수를 가리킨다. 상기 수학식 1은 간단한 DGOE에 대한 근사를 제공한다. 선택적으로, 격자 홈 기하 형태 및 밀도를 바꿀 수 있다. 그러한 실시예에서는, 결과 파면들을 결정하기 위해 맥스웰 방정식을 풀 필요가 있을 수 있다. 그러한 광학 기기에서는, 편향 방향을 선택하는 것뿐만 아니라, 색 필터링 및 기타의 광학 처리를 선택하는 것도 가능하다.
본 발명의 예시적 실시예에서는, 서브 픽셀 능동 영역의 폭이 16 미크론이고, 회절 밀도가 10,000줄/㎜이다. 각각의 서브 픽셀 회절 소자는 160개의 격자 홈들을 포함한다. 대안적으로, 홈들의 수는 1, 10, 50, 100, 200, 500, 및 1000이고, 그 범위 내의 개개의 수들도 사용된다.
이제, 각각의 픽셀에 대한 광학 서브 소자를 포함하는, 도 3D에 도시된 것과 유사한 배열을 각각 나타내고 있는 도 5a 및 도 5b를 살펴보기로 한다. 하지만, 본 발명의 본 예시적 실시예들에서의 광학 서브 소자들은 이동될 수 있다.
도 5a는 각각의 서브 픽셀(32, 34, 36)의 능동 영역위에 위치된 마이크로 프리즘(46A)을 갖는 배열을 나타낸 것이다. 각각의 마이크로 프리즘(46A)은 그것이 덮는 서브 픽셀에 대해 투사된 빛을 회절시킨다. 마이크로 프리즘들(46A)의 변위는 각각의 마이크로 프리즘(46A)이 서브 픽셀들(32, 34, 36)을 덮든지 아니면 각각의 서브 픽셀(32, 34, 36)에 인접한 데드 존을 덮을 수 있는 방식으로 제어된다. 광학 서브 소자의 이동은 축(50)들과 평행하게 이뤄진다. 도 5b는 각각의 서브 픽셀(32, 34, 36)의 영역 위에 위치된 회절 광학 소자(DOE)(46B)를 갖는 배열을 나타낸 것이다. 각각의 DOE(46B)는 그것이 덮는 서브 픽셀에 대해 투사된 빛을 회절시킨다. DOE(46B)의 변위는 각각의 DOE(46B)가 서브 픽셀(32, 34, 36)들을 덮든지 아니면 각각의 서브 픽셀(32, 34, 36)에 인접한 데드 존을 덮을 수 있는 방식으로 제어된다. DOE의 이동은 축(50)들과 평행하게 이뤄진다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에서는, DOE의 이동 축이 도면 부호 "50"에 나타낸 바와 같이 디스플레이 표면과 평행하다. 대안적으로 또는 선택적으로, 광학 서브 소자들은 (a) 디스플레이에 대해 임의의 방향으로 회전될 수 있거나; (b) 디스플레이에 수직한 축을 따라 이동될 수 있다. 그러한 광학 서브 소자들의 이동은 픽셀당 2개, 3개, 및 6개까지의 자유도를 갖는 처리를 허용한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 5a 및 도 5b에 도시된 시스템은 각각의 광학 서브 소자를 온/오프 스위칭할 수 있다. 그 경우, 일 상태에서는 빛이 픽셀로부터 직접 투사되는 한편, 다른 상태들에서는 빛이 서브 픽셀로부터 투사되기 전에 특정의 방향 쪽으로 편향된다. 디스플레이 레벨에서는, 모든 픽셀들을 가간섭적으로(coherently) 제어하거나 각각의 광학 서브 소자를 별개로 제어하는 것이 가능하다. 대안적으로, 특정의 색채 소자들, 예컨대 특정의 파장에 중심을 둔 빛을 방출하는 소자들을 각각의 파장별로 각각의 단색 광선을 회절시키도록 가간섭적으로(coherently) 제어할 수 있다. 선택적으로, 스크린 상의 특정의 영역과 같은 다른 특정의 픽셀 그룹을 원하는 방향으로 각각의 그룹을 회절시키도록 가간섭적으로(coherently) 제어할 수 있다.
이제, 본 발명의 일 실시예들에 따른 이미지 분리 배열의 등각도를 나타낸 도 6을 살펴보기로 한다.
각각의 픽셀(30) 상에 2개의 마이크로 프리즘들(60, 61)이 배치된다. 각각의 마이크로 프리즘(60, 61)은 각각의 서브 픽셀 (32, 34, 36) 영역의 절반을 덮는다. 결과적으로, 각각의 마이크로 프리즘(60, 61)은 픽셀(30)의 영역도 그 절반을 덮게 된다. 마이크로 프리즘들(60, 61)은 반대 방향으로 배열된다. 대안적으로, 다른 형태 또는 다른 타입의 마이크로 프리즘 또는 기타의 광학 서브 소자가 사용될 수 있다. 그러한 광학 서브 시스템 배열에서는, 단일 픽셀의 빛 분리가 부분반사 표면들을 사용함이 없이 구현될 수 있다. 그러한 배열은 어레이로부터 방출된 빛을 분할하여 2개의 이미지들을 형성할 수 있게끔 한다. 그러한 배열은 3D 디스플레이를 위한 2개의 이미지들을 생성하고/생성하거나 광학 수차들을 보정하는데 사용될 수 있다.
이제, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 분리 배열의 등각도를 나타낸 도 7을 살펴보기로 한다. 각각의 픽셀(30) 상에 6개의 DGOE들(62, 63, 64, 66, 67, 68)이 배치된다. DGOE(62)는 적색 서브 픽셀(36)의 절반을 덮는다. DGOE(63)는 녹색 서브 픽셀(34)의 절반을 덮는다. DGOE(64)는 청색 서브 픽셀(32)의 절반을 덮는다. DGOE(66)는 적색 서브 픽셀(36)의 나머지 절반을 덮는다. DGOE(67)는 녹색 서브 픽셀(34)의 나머지 절반을 덮는다. DGOE(68)는 청색 서브 픽셀(32)의 나머지 절반을 덮는다. 본 배열의 이점은 단일 픽셀의 빛 분리가 부분 반사 표면들을 사용함이 없이 구현될 수 있다는 것이다. 또한, 그러한 배열은 각각의 색채 소자에 대해 2개씩인 6개의 분리된 이미지들을 형성할 수 있게끔 한다. 그러한 배열은 가로 색수차(lateral color aberration)와 같은 색수차들을 보정하는데 사용될 수 있다.
이제, 본 발명의 일부 실시예들에 따라 광학 서브 소자들로서의 마이크로 프리즘들에 의해 구현되는 여러 가능한 광학 처리들을 나타내고 있는 도 8a 내지 도 8c를 살펴보기로 한다. 유사한 광학 처리들을 구현하는데 회절 광학 소자들과 같은 다른 광학 소자들이 사용될 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 마이크로 프리즘(82)으로부터의 빛의 반사에 의한 광 편향이 도시되어 있다. 입사 광파(80)는 제1 면에서 마이크로 프리즘(82)에 진입한다. 빛은 마이크로 프리즘(82)의 대향 면으로부터 반사되어 출사면으로 진행한다. 선택적으로 출사면으로부터 굴절되는 빛은 입사 방향에 대해 편향된 방향으로 마이크로 프리즘(82)을 떠난다.
도 8b에는, 마이크로 프리즘(82)으로부터의 빛의 굴절에 의한 광 편향이 도시되어 있다. 입사 광파(80)는 제1 면에서 마이크로 프리즘(82)으로 진입한다. 빛은 마이크로 프리즘(82)의 대향 면으로부터 굴절되어 편향된 방향으로 마이크로 프리즘(82)을 떠난다.
도 8c에는, 마이크로 프리즘으로부터의 빛의 이중 반사에 의한 광 편향이 도시되어 있다. 입사 광파(80)는 제1 면에서 마이크로 프리즘(82)으로 진입한다. 빛은 마이크로 프리즘(82)의 대향 면으로부터 반사되어 마이크로 프리즘(82)의 출사면으로 진행한다. 선택적으로 출사면으로부터 굴절되는 빛은 마이크로 프리즘(82)을 떠나 마이크로 프리즘(84)에 입사한다. 마이크로 프리즘(84)에 입사한 빛은 마이크로 프리즘(84)으로부터 반사되어 편향된 방향으로 마이크로 프리즘 쌍(82, 84)을 떠난다.
재료들, 재료들의 코팅, 광학 소자들 등을 선택함으로써 유사한 광학 처리들을 위한 많은 다른 변형 및 대안들이 당업자에게 가능하고 명백할 것임에 분명하다.
본 발명의 일 실시예에서는, 광학 소자들이 임의의 소형 풋프린트(footprint) 광학 소자다. 즉, 디스플레이 상의 픽셀들/서브 픽셀들의 영역에 꼭 맞을 정도로 충분히 작다. 광학 서브 소자는 프리즘, 렌즈, 미러, 회절격자 광학 소자, 키노폼(kinoform), 숏 도파로(short waveguide)와 같은 임의의 굴절, 회절, 및 반사 소자들일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 디스플레이가 시력 장애인들의 요구에 부응한다. 선택적으로, 동일한 디스플레이가 다른 시력 장애를 가진 사람들은 물론 정상 시력을 가진 사람들의 요구에도 부응한다. 예컨대, 광학 서브 소자들은 하이퍼로우피어(hyperopia)와 같은 원시를 겪고 있는 관찰자가 디스플레이의 거리를 실제보다 더 먼 것으로 인지하게끔 하는 방식으로 디스플레이의 가상 이미지를 생성하도록 구성된다. 다른 예로, 광학 서브 소자들은 마이오우피어(myopia)와 같은 근시를 겪고 있는 관찰자가 디스플레이의 거리를 실제보다 덜 먼 것으로 인지하게끔 하는 방식으로 디스플레이의 가상 이미지를 생성하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 디스플레이가 입체 보기를 하도록, 즉 3D 이미지들을 디스플레이하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 디스플레이가 빛을 하나 이상의 선택된 시야각들로 투사하도록 구성된다. 그러한 특징은 사용자가 보고 있는 정보의 보안을 위해 바람직한데, 그것은 빛 에너지를 한 방향에 집중시키는 것이 다른 방향들로 투사되는 빛을 줄여 각각의 각들로부터의 이미지의 가시성을 감소시키기 때문이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 디스플레이가 고도로 조명되는 주위 환경 에서 동작하도록 구성된다. 통상의 보기(regular viewing)와 감소된 시야 사이에서 토글(toggle)될 수 있는 소자를 가짐으로써, 스크린의 외견 휘도가 크게 증가될 수 있고, 그리하여 사용자가 높은 배경 광의 상황에서 디스플레이를 볼 수 있게끔 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 디스플레이가 디스플레이의 사용을 정상 보기와 입체 보기 사이에서 토글하도록 구성된다.
이제, 전술된 설명과 함께 본 발명의 일부 실시예들을 비한정적으로 예시하는 하기 예들을 살펴보기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 다중 모드 2D/3D 디스플레이를 예로 들어 설명하기로 한다. 2D 디스플레이 모드는 도 9에 도시되어 있다. 명료화를 위해, 4개의 픽셀(30)들만을 갖는 디스플레이가 제시되어 있다. 각각의 픽셀(30)로부터 투사된 빛은 광학 서브 소자(94)를 통과한다. 각각의 광학 서브 소자(94)는 3가지 상태들, 즉 "2D" 상태, "3DL"(좌안에 대한 3D) 상태, 및 "3DR"(우안에 대한 3D) 상태를 갖는다. 2D 모드에서는, 각각의 광학 서브 소자(94)로부터 투사된 빛이 광폭 빔(wide beam)(92)으로 확산한다. 광폭 빔(92)의 하나의 선(ray)인 선(920)은 관찰자의 좌안(90) 쪽으로 투사되고, 광폭 빔의 또 하나의 선인 선(921)은 관찰자의 우안(91) 쪽으로 투사된다. 전체적으로, 동일한 이미지가 양안에 투사되므로, 관찰자의 뇌에 2D 이미지가 수립된다. 2D 모드에서는 광학 서브 소자(94)에 의해 광학 처리가 이뤄지지 않는다. 선택적으로, 본 모드에서 광학 처리의 결여를 구현하기 위해, 광학 서브 소자(94)는 2D 모드에서 픽셀의 데드 존만을 각각 덮는 복수의 서브 소자들을 포함한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이의 3D 모드 동작을 나타낸 것들이다. 도 10은 공간 인터레이스(space interlaced) 3D 모드를 나타내고 있고, 도 11은 시간 인터레이스(time interlaced) 3D 모드를 나타내고 있다 이제, 도 10을 살펴보기로 한다. 광학 서브 소자들은 2개의 그룹들, 즉 광학 서브 소자들(94A)과 광학 서브 소자들(94B)로 공간 인터레이스된다. 광학 서브 소자들(94A)과 광학 서브 소자들(94B)의 양자는 모두 협폭 광선(narrow light beam)을 투사하고 있다. 광학 서브 소자들(94A)은 "3DL" 상태로 설정되어 있어 광선들(95)을 관찰자의 좌안(90) 쪽으로 회절시킨다. 광학 서브 소자들(94B)은 "3DR" 상태로 설정되어 있어 광선들(96)을 관찰자의 우안(91) 쪽으로 회절시킨다.
관찰자의 각 하나의 눈에 미디어 데이터의 색채 이미지를 형성할 수 있게 하는 방식으로 픽셀(30)들의 서브 픽셀들에 의해 다수의 단색 광선들이 발생될 수 있다. 그 이미지들이 적절히 발생될 경우(입체 이미지들), 관찰자의 뇌에 3D 이미지가 수립된다.
이제, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 시간 인터레이스 3d 모드를 나타내고 있는 도 11a 및 도 11b를 살펴보기로 한다. 도 11a는 짝수 시간 슬롯들에서의 광 투사를 나타낸 것이고, 도 11b는 홀수 시간 슬롯들에서의 광 투사를 나타낸 것이다. 도 11a에서는, 광학 서브 소자(94)들이 "3DL" 상태로 설정되어 있어 모든 광학 서브 소자(94)들이 광선(97)들을 관찰자의 좌안(90) 쪽으로 회절시킨다. 도 11b에서는, 광학 서브 소자(94)들이 "3DR" 상태로 설정되어 있어 모든 광학 서브 소 자(94)들이 광선(8)들을 관찰자의 우안(91) 쪽으로 회절시킨다. 상기 실시예에서, 2개의 이미지들, 즉 홀수 및 짝수 시간 슬롯 이미지들이 적절히 발생될 경우(입체 이미지들), 관찰자의 뇌에 3D 이미지가 수립된다.
이제, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 디스플레이 구현 방법의 순서도인 도 12를 살펴보기로 한다. 먼저, 동작 모드, 즉 2D, 3D 픽셀 인터레이스(interlace), 또는 3D 시간 인터레이스를 결정한다. 모드 처리 단계(120)는 모드 및 시간 슬롯(짝수 또는 홀수)에 의거하여 취할 필요가 있는 액션의 타입을 분석한다. 모드 처리는 이미지 발생 단계(122)에 2D 이미지, 3D 우안 이미지, 3D 좌안 이미지, 및 픽셀 인터레이스 3D 우안 이미지와 픽셀 인터레이스 3D 좌안 이미지의 양자 중의 어느 하나를 발생시킬 것을 지시한다. 발생된 이미지 또는 이미지들은 픽셀 구동 단계(124)에서 적절한 픽셀들(및 서브 픽셀들)로 구동된다. 그와 동시에, 모드 처리 단계(120)의 지시에 의거하여, 광학 설정 단계(126)에서 광학 서브 소자들이 정확한 셋업, 즉 2D, 3DR, 및 3DL 상태 중의 어느 하나로 설정된다. 픽셀들로부터 방출된 빛은 광학 빛 처리 단계(130)에서 광학 서브 소자들에 의해 처리된다. 예컨대, 회절된다. 이미지, 즉 광학 빛 처리 단계(130) 후에 투사된 빛은 디스플레이의 관찰자에 의해 관찰된다. 그러한 과정은 프레임별로 반복된다.
이제, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 프로젝터에서의 가로 색수차 보정을 개략적으로 나타내고 있는 도 13a 및 도 13b를 살펴보기로 한다. 도 13a는 가로 보정을 사용하기 전에 프로젝터의 렌즈에 의해 생성된 가로 수차의 광 궤적을 나타낸 것이고, 도 13b는 보정에 의한 광 궤적을 나타낸 것이다. 도 13a는 디스플레 이(10)와 렌즈(132)를 포함하는 이미지 프로젝터(130)를 도시하고 있다. 이미지는 스크린(134) 쪽으로 투사된다. 명료화를 위해, 디스플레이(10)는 4개의 예시적 픽셀(30)들만을 포함하고 있고, 상단 픽셀(30A)로부터의 예시적 광 궤적들만이 제시되어 있다. 광선들(136)은 상단 픽셀(30A)로부터 렌즈(132) 쪽으로 투사된다. 광선들(138)은 렌즈(132)로부터 스크린(134) 쪽으로 투사된다. 스크린(134)과 프로젝터(130) 사이의 거리는 이미지의 초점에 따라 정의된다. 렌즈(132)의 굴절률이 파장에 의존하므로, 각각의 단색 컬러가 렌즈(132)에 대해 다른 각도로 편향되어 스크린 상에 투사되는 이미지의 초점에 영향을 미치고 있음을 주목해야 할 것이다. 도 13b에서는, 이미지 프로젝터(130)가 디스플레이(10), 렌즈(132), 및 본 발명의 특정의 일 실시예에 따라 디스플레이(10)의 단색 서브 픽셀들의 전방에 위치되는 광학 서브 소자들로 이뤄진 광학 소자(135)를 포함한다. 광학 소자(135)는 도면 부호 "137"에 나타낸 바와 같이 디스플레이(10)로부터의 빛을 렌즈(132) 쪽으로 편향시킨다. 빛(137)은 도 13a의 광선(136)과는 다른 각도로 편향된다. 결과적으로, 광선(139)은 단색 성분들이 스크린(134) 상의 공통의 위치에 초점이 맞춰진 상태로 스크린(134)에 입사한다. 그와 유사하게, 광학 소자(135)는 축상색수차(axial chromatic aberration), 종색수차(longitudinal chromatic aberration), 및/또는 횡색수차(transverse chromatic aberration)와 같은 다른 색수차들도 보정하거나 감소시킬 수 있다. 선택적으로, 단색수차(monochromatic aberration)를 보정하기 위해 단색 키노폼이 부가된다. 예컨대, 피스톤(piston), 틸트(tilt), 초점 흐림, 구면수차, 코마(comma), 비점수차(astigmatism), 상면만곡(curvature of filed), 및/또는 이미지 왜곡과 같은 단색수차들을 보정하는데 단색 키노폼이 사용된다.
본 발명의 일부 실시예들에서는, 광학 서브 소자들이 단색 빔의 스펙트럼 대역폭을 좁히기 위한 하나 이상의 DOE들을 포함한다. 각각의 단색 성분의 수차가 백색광의 수차보다 더 정밀하게 추정되므로, 그러한 대역폭 좁힘은 상대적으로 정확한 수차 보정을 허용한다.
이제, 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 휴대폰 또는 PDA 등의 휴대용 기기의 디스플레이 또는 스크린과 같은 이미징 장치(550)를 개략적으로 나타내고 있는 도 14를 살펴보기로 한다. 그러한 이미징 장치(550)는 예컨대 도 3a에 도시된 바와 같이 선택적으로 하나 이상의 R, G, 및/또는 B 서브 픽셀들에 기반한 픽셀들과 같은 화면 소자들의 어레이를 포함하는 디스플레이(551)의 인지 거리를 처리하는데 사용된다. 이미징 장치(550)는 디스플레이(551)와, 선택적으로 후술하는 바와 같이 POV(point of view)에서의 관찰자에 대한 디스플레이의 인지 거리를 빛의 회절에 의해 처리하는 방식으로 각 하나의 픽셀 또는 서브 픽셀로부터 방출된 빛을 POV 쪽으로 별개로 회절시키도록 구성된 광학 소자(552)를 포함한다. 선택적으로, 광학 소자(552)는 디스플레이(551)로부터 10㎛ 내지 100㎛의 거리 내에 위치된다. 선택적으로, 광학 소자(552)와 디스플레이(551)는 일체로 연결된다.
선택적으로, 광 처리 소자는 POV에 있는 관찰자가 디스플레이의 거리를 실제보다 더 멀거나 덜 멀게 인지하게 하는 방식으로 디스플레이로부터 방출된 빛을 회절시킨다. 예컨대, 디스플레이의 가상 프리젠테이션인 도면 부호 "554"에 도시된 바와 같이, 디스플레이(551)의 인지 거리는 실제보다 더 멀리 있다.
선택적으로, 광학 소자(552)는 예컨대 도 4와 도 5 중의 하나 이상에 도시된 바와 같이 픽셀들의 전방에 위치되는, 예컨대 도면 부호 "553"에 도시된 바와 같은 다수의 광학 서브 소자들을 포함하는 어레이이다.
각각의 광학 서브 소자(553)는 서브 픽셀들로부터 그를 통해 나오는 광파들을 회절 현상을 이용하여 회절시킨다. 특히, 각각의 광학 서브 소자(553)는 홈들로 지칭될 수 있는 복잡한 마이크로구조들이 양면으로부터 변조하도록 생성되어 있는 기판 또는 기판들의 어레이이다. 각각의 광학 서브 소자(553)는 각각의 픽셀 또는 서브 픽셀로부터의 입사광을 간섭 제어 및/또는 위상 제어에 의해 그 파면들을 변경함으로써 회절시킨다. 입사 광파들이 광학 서브 소자(553)를 통과함에 따라, 그 위상 및/또는 그 진폭이 복잡한 마이크로구조들의 배열에 따라 변경될 수 있다. 광학 서브 소자(553)는 각각의 면으로부터 선형 홈들을 갖는 하나 이상의 홀로그래피 투과 격자들, 원형 홈들을 갖는 하나 이상의 홀로그래피 격자들, 하나 이상의 블레이즈드 격자들(blazed gratings), 하나 이상의 멀티레벨 위상 릴리프(multilevel phase relief) DOE들, 및 사인형 격자들을 포함한다. 각각의 광학 서브 소자(553)는 유사하게 각각의 면에 별개로 새겨진 다수의 DOE들의 세트로 대체될 수 있음을 유의해야 할 것이다.
이제, 본 발명의 일 실시예에 따라 도 14의 이미징 장치(550)의 디스플레이(551)의 화면 소자(555)의 전방에 위치되는 예시적 광학 서브 소자(553)를 개략적으로 나타내고 있는 도 15를 살펴보기로 한다. 하나 이상의 픽셀들 또는 서브 픽셀들일 수 있는 화면 소자(555)는 예시적 광학 서브 소자(553) 및 이미징 장치 POV(556)에 위치된 관찰자(559)와 대략 또는 정확히 평행하게 위치된다. 간략화를 위해, 하나의 픽셀(555)과 관련하여 후술하기로 한다. 하지만, 서브 픽셀 또는 다수의 서브 픽셀들과 같은 임의의 다른 화면 소자를 사용할 수도 있다.
광학 서브 소자(553)의 각각의 면은 선형 홈들을 갖는 하나 이상의 투과 격자들(557, 558)을 포함한다. 도 15는 픽셀(555)로부터 방출되어 광학 서브 소자(553)에 의해 이미징 장치 POV(556) 쪽으로 회절되는 2개의 광파들의 2개의 예시적 궤적들(567, 568)을 더 도시하고 있다. 도 15는 관찰자(559)의 이미징 장치 POV(556)와 픽셀(555)에 해당하는 2개의 광파들(567, 568)의 원점 사이에 가상 시선(LOS)(566)을 더 도시하고 있다.
광학 서브 소자(557, 558)의 양면은 예시적 광학 서브 소자(553)로부터 방출된 빛을 이중 회절 과정으로 수렴시킨다. 본 실시예에서는, 픽셀(555)로부터 나오는 광선들의 집합이 예컨대 예시적 광학 서브 소자(553)의 제1 면에서의 광파 n 및 광파 n-1의 입사점들을 가리키는 Xn-1 및 Xn 점들에 도시된 바와 같이 예시적 광학 서브 소자(553)의 제1 면(557)에 입사한다.
이제, 광학 서브 소자(553)의 제1사이드(side)(557) 및 제2 사이드(558)에 의해 이뤄지는 회절의 산술적 표현을 살펴보기로 한다. 다음 절의 설명은 픽셀(555)로부터 방출된 광파의 궤적을 참조하여 주어질 것이다. 도 15는 하나의 광파의 하나의 예시적 궤적만을 나타내고 있지만, 픽셀(555)은 유사하게 처리되는 다수의 광파들을 방출함을 유의해야 할 것이다.
픽셀(555)로부터 방출된 입사 광파가 광학 서브 소자(553)의 제1 면(557)에 의해 회절되는 것은 격자 방정식에 따라 다음의 수학식 2와 같이 기술될 수 있다:
sinθi + sinθd = 2λN
수학식 2에서, λ는 광파의 파장을, N은 격자 주파수를, θi는 광학 서브 소자(553)의 제1사이드(557)에 대한 광파의 입사각을, 그리고 θd는 회절 광학 서브 소자가 예컨대 도면 부호 "568"에 도시된 바와 같이 광학 서브 소자(553)의 제1사이드(557)에 대한 수직선에 대해 광파를 회절시키는 각도를 각각 가리킨다. 도15에서, θi와 θd는 광선과 격자에 대한 법선 사이에 있어야 한다.
수학식 2에 정의된 광파의 회절은 다음의 수학식 3과 같이 기술될 수 있다:
Figure 112009051062849-PAT00001
수학식 3에서, Z는 픽셀(555)과 광학 서브 소자(553)의 제1 사이드(557) 사이의 거리를 가리키고, L은 도 15에 도시된 바와 같은 광학 서브 소자(553)의 제1사이드(557)와, 제2 사이드(558)의 면들 사이의 거리를 가리키며, λn은 광선 Xn의 파장을 가리킨다.
원자 레벨에서, 광학 서브 소자(553)의 제2 사이드(558)는 광학 서브 소 자(553)의 제1 사이드(557)의 회절로부터 수광된 입사 광파를 회절시킨다. 선택적으로, 광학 서브 소자(553)의 제2 사이드(558)는 다음의 수학식 4와 같이 정의된다.
Figure 112009051062849-PAT00002
수학식 4에서, ra는 광학 서브 소자(553)의 제2 사이드(558)의 좌표를 가리키고, rb는 이미징 장치 POV(556)에 있는 관찰자(559)의 좌표를 가리킨다.
수학식 2 내지 4는 1차 및 2차 차수들에 대해 적혀 있다. 하지만, 2차 차수에서는, 스칼라 근사 이론 하에서 80%를 넘는 회절 효율을 얻을 수 없다. 익히 알려진 바와 같이, 스칼라 이론에 따르면, DOE들의 위상 레벨에 대해 2차 차수 근방에서의 회절 효율이 0이고, 그에 따라 1차 차수 근방에서만 높은 회절 효율을 얻을 수 있다. 따라서 스칼라 이론 및 특정의 격자 홈 밀도 하의 제조 처리 하에서 회절 효율을 차수들에 적용하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는, 광학 서브 소자(553)의 제1사이드(557)가 밀리미터당 3000줄을 갖는 홀로그래피 격자를 구비하고, 광학 서브 소자(553)의 제2사이드(558)의 홀로그래피 격자들은 밀리미터당 1000줄을 갖는다. 광학 서브 소자(553)의 제1 사이드(557)의 2차 회절과 광학 서브 소자(553)의 제2사이드(558)의 1차 회절이 위에 주어진 수학식 2와 수학식 3에 해당한다. 광학 서브 소자(553)의 제1사이드(557)에서는 D가 ~3.3X10-4㎜와 같고, 광학 서브 소자(553)의 제2 사이드(558)면에서는 D가 ~10X10-4㎜와 같다. 각각의 격자의 유효 면적은 ~35㎜X45㎜인데, 그것은 선택적으로 이동 디스플레이의 크기에 해당한다. 광학 서브 소자(553)들의 각 사이드(557, 558)들은 서로 평행하게 위치되고, 도 15에서 L로 지시된 그들 사이의 거리는 3㎜이다.
상기한 실시예는 하이퍼메트로우피어(hypermetropia) 또는 구어로 파사이티드니스(farsightedness) 또는 롱사이티드니스(longsightedness)로도 알려져 있는 원시를 겪는 사람들을 위한 디스플레이와 같은 디스플레이의 인지 거리를 변경하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 원시에서는, 각막과 수정체의 힘이 눈 쪽으로 이동하는 물체들의 이미지를 망막 상에 유지하기 불충분하여 그 물체들이 흐릿하게 보인다. 그러한 이미징 장치(550)를 사용함으로써, 원시를 겪고 있는 관찰자는 선택적으로 휴대폰 또는 PDA의 백색 광 디스플레이와 같은 디스플레이인 픽셀(555)을 예컨대 도면 부호 "554"에 도시된 바와 같이 실제보다 더 멀게 인지한다. 그러한 인지는 관찰자의 눈들의 각막과 수정체가 픽셀(555)의 이미지를 초점에 맞춰 유지할 수 있게끔 한다.
본 출원의 전반에 걸쳐, 본 발명의 다양한 실시예들이 범위 형식으로 제시될 수 있다. 그러한 범위 형식의 기재는 단지 편의와 간략화를 위한 것일 뿐임을 이해해야 할 것으로, 본 발명의 범위에 대한 불가변의 제한으로 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 범위의 기재는 가능한 모든 소범위들은 물론 그 범위 내의 개개의 수 치들을 특별히 개시한 것으로 여겨져야 한다. 예컨대, 1 내지 6과 같은 범위의 기재는 1 내지 3, 1 내지 4, 1 내지 5, 2 내지 4, 2 내지 6, 3 내지 6 등과 같은 소범위들은 물론 그 범위 내의 개개의 수치들, 예컨대 1, 2, 3, 4, 5, 및 6을 특별히 개시한 것으로 여겨져야 한다. 그것은 범위의 폭을 불문하고 적용된다.
본 명세서에서 수치 범위가 지시될 때마다, 그것은 지시된 범위 내의 임의의 인용 숫자(분수 또는 정수의)를 포함하려는 의도의 것이다. 제1 지시 숫자와 제2 지시 숫자 사이의 "범위를 갖는/범위들"이란 구절과 제1 지시 숫자 내지 제2 지시 숫자의 "범위를 갖는/범위들"이란 구절은 본 명세서에서 상호 맞바꿔 사용될 수 있고, 제1 및 제2 지시 숫자들과 그 사이의 모든 분수들 및 정수들을 포함하려는 의도의 것이다.
명료화를 위해 별개의 실시예들의 문맥에서 설명된 본 발명의 일정 특징들은 단일의 실시예로 조합되어 제공될 수도 있음을 알아야 할 것이다. 반대로, 간략화를 위해 단일의 실시예의 문맥에서 설명된 본 발명의 여러 특징들은 별개로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 또는 설명된 본 발명의 임의의 다른 실시예에서 적절한 것으로 제공될 수도 있다. 여러 실시예들의 문맥에서 설명된 일정 특징들은 해당 실시예가 그 요소들 없이는 작용하지 못하는 것이 아닌 한 그 실시예들의 필수 특징들로 간주되어서는 아니 된다.
본 발명을 그 특정의 실시예들과 연관지어 설명하였지만, 당업자에게 많은 대안들, 수정들, 및 변경들이 명백할 것임에 분명하다. 따라서, 본 발명의 사상 및 광의의 범위에 속하는 그러한 모든 대안들, 수정들, 및 변경들을 포괄하고자 한다.
본 명세서에서 언급된 모든 공보들, 특허들, 및 특허 출원들은 각각의 개별 공보, 특허, 및 특허 출원이 본원에 포함되어 참조되도록 특별히 개별적으로 지시된 것과 똑같은 정도로 본 명세서에 그대로 통합된다. 또한, 본 출원에서의 임의의 참고 문헌의 인용 및 식별은 그러한 참조 문헌이 본 발명에 대한 선행 기술로서 이용될 수 있음을 허용하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 섹션 표제들이 사용되는 한도에서, 그들은 반드시 한정적인 것으로 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LCD 디스플레이의 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 LCD 디스플레이의 단면도,
도 3a 내지 도 3E는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광학 서브 소자들의 배열들을 나타낸 도면,
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 픽셀 마이크로 프리즘 광학 소자 배열을 나타낸 도면,
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 픽셀 회절격자 광학 소자 배열을 나타낸 도면,
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 이동성을 갖는 서브 픽셀 마이크로 프리즘 광학 소자 배열을 나타낸 도면,
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 이동성을 갖는 서브 픽셀 회절격자 광학 소자 배열을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로 프리즘들을 사용하여 픽셀의 빛을 분리하는 픽셀 배열을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 회절격자 광학 소자들을 사용하여 서브 픽셀의 빛을 분리하는 서브 픽셀 배열을 나타낸 도면,
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광학 서브 소자의 광학 처리들을 나타낸 도면들,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 2D 디스플레이 모드에서의 광 궤적들을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 디스플레이 모드에서의 광 궤적들을 나타낸 도면,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 시간 인터레이스(time interlaced) 3D 디스플레이 모드에서의 광 궤적들을 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 다중 모드 2D/3D 디스플레이를 구현하는 과정을 나타낸 도면,
도 13a는 이미지 프로젝터들로부터 방출되는 광선들의 궤적들을 나타낸 도면,
도 13b는 본 발명의 일 실시예들에 따라 이미지 프로젝터들로부터 방출되는 광선들의 궤적들을 나타낸 도면,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미징 장치의 구성을 나타낸 도면,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이의 화면 소자의 전방에 위치되는 광학 서브 소자를 나타낸 도면.

Claims (27)

  1. 미디어 데이터 디스플레이 장치에 있어서,
    다수의 단색 광선들을 방출하여 미디어 데이터의 색채 이미지를 생성하는 디지털 디스플레이; 및
    상기 다수의 단색 광선들을 회절시켜 상기 미디어 데이터의 다수의 단색 이미지들을 형성하는 광학 소자를 포함하고,
    상기 색채 이미지와 상기 각각의 단색 이미지는 동일한 해상도임을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자는 상기 다수의 단색 이미지들 중의 하나를 관찰자의 좌안 쪽으로 회절시키고, 상기 다수의 단색 이미지들 중의 다른 하나를 관찰자의 우안 쪽으로 회절시키는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디지털 디스플레이는 상기 다수의 단색 광선을 방출하는 다수의 서브 픽셀을 포함하며, 상기 다수의 서브 픽셀 각각은 단색 광선을 하나씩 방출함을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다수의 서브 픽셀들 중의 제1 그룹은 제1 파장의 광선 을 방출하고, 상기 다수의 서브 픽셀들 중의 제2 그룹은 제2 파장의 광선을 방출하고, 상기 광학 소자는 상기 각각의 제1 또는 제2 파장별로 상기 각각의 단색 광선을 회절시키는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다수의 단색 이미지들은 회절되고, 병합되어 부가의 색채 이미지를 형성하는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자는 상기 디스플레이에 오버레이되는 다수의 광학 서브 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 각각의 광학 서브 소자는 디스플레이의 다른 픽셀과 관련되고, 상기 관련된 다른 픽셀로부터 방출되는 빛을 회절시키도록 위치되는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 다수의 광학 서브 소자들 중의 하나 이상의 광학 서브 소자는 상기 디스플레이의 다른 그룹의 인접 픽셀들과 관련되고, 상기 다른 그룹의 픽셀들로부터 방출된 빛을 회절시키도록 위치되는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 서브 소자 각각은 상기 방출된 빛을 다수의 방향들로 회절시키는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 광학 서브 소자 각각은 상기 디스플레이의 픽셀의 다른 색채 서브 픽셀 소자와 관련되고, 상기 관련된 색채 서브 픽셀로부터 방출되는 빛을 회절시키도록 위치되는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 광학 서브 소자들은 상기 디스플레이에 대한 이동성을 갖는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이동성은 상기 각각의 광학 서브 소자가 서로 별개로 이동할 수 있음을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 이동성은 상기 다수의 광학 서브 소자들 중의 하나 이상의 광학 서브 소자는 상기 디스플레이의 능동 영역을 오버레이(overlay)하는 위치와 상기 디스플레이의 수동 영역을 오버레이하는 위치 사이에서 이동됨을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자는 하나 이상의 마이크로 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자는 하나 이상의 회절격자 광학 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 광학 소자는 제1 그룹의 다수의 광학 서브 소자들 및 제2 그룹의 다수의 광학 서브 소자들을 포함하고, 상기 제1 그룹의 광학 서브 소자 각각은 상기 다수의 단색 광선들 중의 하나를 제1 방향 쪽으로 회절시키고, 상기 제2 그룹의 광학 서브 소자 각각은 상기 다수의 단색 광선들 중의 하나 이상을 제2 방향 쪽으로 회절시키는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 그룹들은 단일 층에 배열되는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  18. 제2항에 있어서, 상기 광학 소자는 입체 3D 디스플레이를 생성하는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 디지털 디스플레이는 다수의 화면 소자들을 포함하고, 상기 광학 소자는 상기 각각의 화면 소자와 각각 관련된 다수의 서브 소자들을 포함하며, 상기 각각의 서브 소자는 상기 각각의 화면 소자로부터 방출되는 다수의 광파들을 POV(point of view) 쪽으로 회절시킴으로써 POV에 있는 관찰자에 대한 디 지털 디스플레이의 인지 거리를 처리하며, 상기 인지 거리는 실제 거리와 다름을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 각각의 화면 소자는 픽셀인 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 각각의 화면 소자는 서브 픽셀인 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 장치.
  22. 미디어 데이터를 디스플레이하는 방법으로서,
    다수의 단색 광선들을 방출하여 미디어 데이터의 색채 이미지를 생성하는 단계; 및
    상기 다수의 단색 광선들을 회절시켜 미디어 데이터의 다수의 단색 이미지들을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 색채 이미지와 상기 다수의 단색 이미지 각각의 해상도는 동일함을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 다수의 단색 광선들의 회절은 다수의 광학 서브 소자들에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 방법.
  24. 제22항에 있어서, 광학 소자를 이동시켜 상기 다수의 단색 이미지들 중의 하나 이상의 단색 이미지의 위치를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 광학 소자는 다수의 광학 서브 소자들을 포함하고,
    상기 광학 서브 소자들의 그룹을 이동시켜 상기 다수의 단색 이미지들 중의 선택된 단색 이미지의 위치를 변경함을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 광학 소자를 이동시키는 단계는 상기 광학 서브 소자들의 그룹을 능동 영역으로부터 수동 영역으로 이동시키는 단계임을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 방법.
  27. 제22항에 있어서, 제1 그룹의 상기 다수의 단색 광선들은 관찰자의 좌안 쪽으로 굴절되고, 제2 그룹의 상기 다수의 단색 광선들을 관찰자의 우안 쪽으로 굴절되고, 상기 제1 그룹 및 상기 제2 그룹은 미디어 데이터의 입체 3D 이미지를 형성함을 특징으로 하는 미디어 데이터 디스플레이 방법.
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