KR20100052486A - 고해상도의 3ｄ 이미지 디스플레이 - Google Patents

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론 에이. 화이트헤드
미쉘 앤 모스맨
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더 유니버시티 오브 브리티쉬 콜롬비아
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Abstract

3D 디스플레이(10)는 백라이트(18), 이미지 패널(16), 렌즈 어레이(14), 및 개구 마스크(12)를 구비한다. 렌즈 어레이는 이미지 패널에 수직한 광축을 가지는 다수의 수렴 렌즈들(14A - 14J)을 구비한다. 개구 마스크는 다수의 전기-광학 엘리먼트(12A - 12J)를 구비한다. 각각의 엘리먼트는 대응하는 렌즈에 가까이 근접하여 배열되고, 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 허용하기 위해 "온"으로, 또는 광선의 통과를 차단하기 위해 "오프"로 선택적으로 스위칭가능하다. 엘리먼트는 인접한 엘리먼트들의 서브셋에 배열된다. 컨트롤러(19)는 패널 및 마스크에 전기적으로 결합되어 각가의 서브셋 내의 엘리먼트를 반복적으로 선택하고, 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고, 각각의 서브셋 내의 다른 모든 엘림너트를 "오프"로 스위칭하고, 패널에 상기 선택된 다수의 이미지 대표들을 인가하며, 각각의 대표(representation)는 이미지에 대한 다수의 시청 방향(A)에 대응한다.

Description

고해상도의 3Ｄ 이미지 디스플레이{HIGH RESOLUTION DISPLAY OF 3D IMAGES}
본 발명은 2D(two-dimensional) 평면에 이미지를 디스플레이하여, 시청자가 상기 디스플레이된 이미지를 고해상도의 3D(three-dimensional) 이미지로 인지하도록 하는 디스플레이에 관한 것이다.
3D 이미지는 시청자에게 특수한 안경 또는 헤드기어를 제공함으로써 생성될 수 있다. 시청자는 안경 또는 헤드기어를 착용 시 한 쌍의 입체 영상을 보게 된다. 안경 또는 헤드기어는 시청자의 눈 중 오직 하나의 눈이 이미지 중에서 하나의 이미지만을 볼 수 있도록 해준다. 각각의 이미지에 포함된 오브젝트의 위치는 입체 영상이 생성될 때 미세하게 조절되어, 시청자의 좌안과 우안 간의 위치적 차이에 의해 발생되는 시차(parallax)를 야기한다. 안경 또는 헤드기어는 신속하고 순차적으로 입체 영상 쌍의 좌측 이미지를 시청자의 좌안에 제공하고, 그리고 나서 입체 영상 쌍의 우측 이미지를 시청자의 우안에 제공하고, 그리고 나서 또 다시 입체 영상 쌍의 좌측 이미지를 시청자의 좌안에 제공하는 식으로 반복된다. 좌측 및 우측 이미지는 그들의 교대(alternation)가 시청자에게 인지되지 않도록 충분히 신속하게 교대로 제공되어, 시청자는 디스플레이된 이미지 내에서 뎁스(depth)를 인지한다. 그러나, 시청자는 특수한 안경 또는 헤드기어를 착용하지 않기를 원할 수 있으며, 그 결과 전술한 3D 이미지 디스플레이 기술의 사용을 제한한다.
일부 대안적인 3D 이미지 디스플레이 기술은 시청자에게 특수한 안경 또는 헤드기어의 착용을 요구하지 않는다. 다른 시청 각도에서 시청된 경우 상이한 이미지를 생성하는 광학 구조를 채용하는 집적 영상(integral imaging)이 그러한 대체적인 기술의 하나이다. 예를 들어, 렌즈 시트(lens sheet) 또는 개구 마스크(aperture mask)와 같은 광학 구조는 다수의 작고, 병치된(juxtaposed) 이미지들로 구성된 합성 이미지 상에 위치될 수 있다. 각각의 병치된 이미지는 미세하게 상이한 시각에서 바라본 바와 같은 원하는 이미지의 개별적인 영상에 대응한다. 시청자가 합성 이미지의 광학 구조를 통해 바라보는 경우, 시청자의 머리 또는 눈의 자연적인 움직임은 시청자가 합성 이미지를 상이한 시청 각도에서 바라보는 것을 야기한다. 시청 각도가 변화함에 따라, 시청자는 합성 이미지의 다른 영역을 바라본다. 각각의 영역이 작고 병치된 이미지들의 서로 다른 개별 이미지에 대응하면, 시청자는 제한된 범위의 시청 각도 내에서, 합성 이미지가 뎁스를 가지는 것처럼 인지한다.
넓은 범위의 이미지 시청 각도에 걸쳐 뎁스가 나타나면서, 또한 고해상도의 이미지의 유지를 달성하는 것이 요구된다. 전술한 입체 영상 쌍 기술은 실질적으로 이미지 해상도를 저감시키지 않으면서 상대적으로 현실적인 3D 이미지 이미지를 생성한다. 그러나, 3D 효과는 오직 하나의 시청 위치에서만 인지가능하고, 시청자의 머리 또는 눈이 이동함에 따른 자연적인 시차는 관찰되지 않는다. 보다 복잡한 시스템은 보다 많은 이미지를 이용하여, 시청자가 시청 각도의 범위에 걸쳐 상이한 시청 위치에서 3D 효과를 인지할 수 있도록 하고, 시청자의 머리 또는 눈이 이미지에 대하여 수평으로 이동함에 따라 자연스럽게 시차 이동을 인지하도록 제공된다. 그러나, 묘사된 이미지 오브젝트의 뎁스가 3D 이미지가 디스플레이되는 2D 평면에 대해 증가함에 따라 3D 이미지의 해상도는 감소한다. 이러한 문제점은 이하 기술된다.
전술한 종래기술의 예 및 그에 관련된 제한은 설명적이며 배타적이지 않도록 의도된다. 종래 기술의 다른 제한은 발명의 상세한 설명을 읽어나가고 도면을 연구함에 따라 당업자에게 명백하게 될 것이다.
본 발명은 2차원 평면에 이미지를 디스플레이하여, 시청자가 상기 디스플레이된 이미지를 고해상도의 3D 이미지로 인지하도록 하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 백라이트(18); 상기 백라이트의 외측에 위치되는 실질적으로 평면인 이미지 패널(16); 상기 이미지 패널의 외측에 위치되며, 다수의 수렴 렌즈들(14A - 14J)을 포함하고, 각각의 렌즈는 상기 이미지 패널에 실질적으로 수직인 광축을 가지는 실질적으로 평면인 렌즈 어레이(14); 상기 렌즈 어레이의 외측에 위치되며, 다수의 전기-광학 엘리먼트들(12A - 12J)을 포함하고, 각각의 엘리먼트는 상기 렌즈들 중 대응되는 하나에 가까이 근접하여 배열되고, 상기 엘리먼트가 상기 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 허용하도록 하는 "온" 상태 및 상기 엘리먼트가 상기 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 방지하는 "오프" 상태 간에 선택적으로 스위칭 가능하고, 상기 전기-광학 엘리먼트들은 인접한 엘리먼트들의 서브셋으로 배열되는 실질적으로 평면인 개구 마스크(aperture mask)(12); 상기 이미지 패널 및 상기 개구 마스크에 전기적으로 결합되고, 반복적으로: 상기 전기-광학 엘리먼트들의 각각의 서브셋에서 전기-광학 엘리먼트를 선택하고; 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하고; 상기 선택된 "온" 상태의 엘리먼트에 대응하는 다수의 선택된 이미지 대표들(representations)을 상기 이미지 패널로 적용하고, 각각의 대표는 다수의 서로 다른 이미지의 시청 각도(A)에 대응하도록 구동하는 컨트롤러(19);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 방법은 2차원의 평면에 이미지를 디스플레이하여 시청자가 상기 디스플레이된 이미지에서 뎁스(depth)를 인지하도록 하는 디스플레이 방법에 있어서, 제 1의 다수의 이미지 데이터 스트럭쳐를 생성하며, 각각의 데이터 스트럭쳐는 제 1의 다수의 수평 및 각도 상으로 분포된 시청 방향들 중 서로 다른 방향으로부터 바라본 이미지를 정의하는 생성 단계; 제 2의 다수의 이미지 영역들을 가지는 이미지 패널을 제공하며, 각각의 이미지 영역은 이미지 픽셀들로 구성된 M x N 어레이를 포함하며, 여기서 M과 N은 정수인 제공 단계; 각각의 이미지 데이터 스트럭쳐를 이미지 서브-스트럭쳐로 분할하며, 각각의 서브-스트럭쳐는 상기 시청 방향들 중 고유한 한 방향 및 상기 이미지 영역들 중 고유한 한 영역에 대응하는 이미지 픽셀들로 구성된 M x N 어레이를 포함하는 분할 단계; 다수의 수렴 렌즈들을 상기 이미지 패널의 외측에 제공하며, 각각의 렌즈는 상기 이미지 패널에 실질적으로 수직한 광축을 가지는 제공 단계; 다수의 전기-광학 엘리먼트들을 상기 렌즈들의 외측에 제공하며, 각각의 엘리먼트는 상기 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 허용하는 "온" 상태 및 상기 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 방지하는 "오프" 상태 간에 선택적으로 스위칭가능한 제공 단계; 각각의 엘리먼트를 대응하는 렌즈에 가까이 근접하여 정렬하는 단계; 인접한 엘리먼트들의 서브셋 내의 엘리먼트들을 각각: 각각의 서브셋 내의 다음 엘리먼트를 순차적으로 선택하는 단계; 및 각각의 이미지 영역에 상기 이미지 영역들 중 하나에 대응하고 상기 이미지 영역들 중 하나와 관련된 "온" 상태의 엘리먼트에 대응하는 이미지 서브-스트럭쳐들 중 서로 다른 하나의 서브-스트럭쳐를 적용하는 동안, 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하는 단계;를 통해 배열하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 2차원 평면에 이미지를 디스플레이하여, 시청자가 상기 디스플레이된 이미지를 고해상도의 3D 이미지로 인지하도록 할 수 있다.
첨부된 도면을 참조로 예시적인 실시예가 설명된다. 여기에 기술되는 실시예 및 도면은 제한적이기 보다는 설명적인 것으로 간주되는 것으로 의도된다.
도 1A 및 도 1B는 각각 스케일링하지 않은, 고해상도 3D 이미지 디스플레이를 바라보는 시청자의 측단면도 및 평면도이다.
도 2는 스케일링하지 않은, 도 1A 및 도 1B의 디스플레이의 10 개의 개구 마스크 및 10 개의 렌즈 서브셋의 후면도이다.
도 3은 스케일링하지 않은, 도 2의 구조의 평면단면도이며, 이는 도 1A 및 도 1B의 디스플레이의 이미지 패널 부분에 배열된다.
도 4는 도 3과 유사하며, 광선이 구조물의 개구 중 하나를 통과하도록 하는 도 2의 구조물의 동작을 도시한다.
도 5A 및 도 5B는 함께 고려되며, 도 5B가 이미지 패널 부분의 정면도임을 제외하고 도 3 및 도 4와 유사하다.
도 5C 및 도 5D는 도 5A 및 도 5B가 오직 한 평면에서만 대칭인 실린더형 렌즈를 이용한 실시예를 도시하는 반면, 도 5C 및 도 5D가 종래의 방사상 대칭 렌즈(radially symmetric lenses)를 이용한 실시예임을 제외하고, 각각 도 5A 및 도 5B와 유사하다.
도 6A 및 도 6B는 실린더형 렌즈(도 6A) 및 종래의 방사상 대칭 렌즈(도 6B)를 이용한 실시예에 대응하는 M X N 픽셀 어레이를 개략적으로 도시한다.
도 7A 내지 도 7J는 도 3 및 도 4와 유사하며, 도 2의 구조물이 순차적으로 동작하여, 광선이 상이하고, 순차적으로 선택된 구조물의 개구 중 하나를 통과하도록 하는 것을 도시한다.
도 8은 도 1A 및 도 1B의 디스플레이의 네 개의 선형적으로 인접한 이미지 패널 부분과 함께 배열된 네 개의 선형적으로 인접한 도 2의 구조물을 개략적으로 도시하고, 광선이 이들 구조물들 각각에 구비된 하나의 개구를 통과하도록 하는 도 2의 구조물의 동작을 도시한다.
도 9A는 매우 크게 확대된, 렌즈 형상의 메니스커스(meniscus) 렌즈 어레이에 대한 단일 렌즈렛(lenslet)의 평면도이다. 도 9B는 도 9A의 렌즈렛 상의 입사 광선의 입사각 θ를 도시한다. 도 9C 내지 도 9E는 각각 상이한 입사각으로 도 9A를 통과하는 광선의 통과를 도시한다.
후술되는 발명의 상세한 설명은 당업자에게 보다 나은 이해를 제공하기 위함이다. 그러나, 잘 알려진 구성요소는 명세서를 불필요하게 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 상세하게 도시되거나 기술되지 않는다. 따라서, 발명의 상세한 설명 및 도면은 제한적이기 보다는 설명적으로 간주될 것이다.
도 1A 및 도 1B는 시청자(V)가 z 방향으로 의도하는 시청 거리(d)에서 수평적으로 분포된 시청 방향(A)의 각도 범위에 걸쳐 관찰하는(즉, 시청 방향(A)은 도 1B에 도시된 x 방향으로 분포된다) 고해상도의 3D 이미지 디스플레이(10)를 개략적으로 도시한다. 아래 기술되는 바와 같이 방사상으로 대칭인 렌즈(radially symmetric lenses)가 이용되지 않으면, 시청자(V)는 상당한 범위의 수직적으로 분포된 시청 방향(즉, 도 1A에 도시된 y 방향으로 분포된 시청 방향)을 통해 디스플레이(10)를 관찰하지는 않는 것으로 가정한다. 디스플레이(10)는 실질적으로 평면인 렌즈 어레이(14)의 외측에 위치되어 그 결과 실질적으로 평면인 이미지 패널(16)의 외측에 위치되는 실질적으로 평면인 개구 마스크(12)를 포함한다. 백라이트(18)는 이미지 패널(16)을 조명한다. "내측(inward)"(즉, 후방) 및 "외측(outward)"(즉, 전방) 방향은 도 1A, 도 3, 도 4, 도 5A, 도 5C 및 도 8에서 양두(double-headed) 화살표에 의해 지시된다. 컨트롤러(19)는 전기적으로 연결되고 후술하는 바와 같이 개구 마스크(12) 및 이미지 패널(16)의 동작을 제어한다.
도 2, 도 3, 도 4, 도 5A 및 도 5C는 개구 마스크(12)의 10 개의 개구 서브셋, 렌즈 어레이(14)의 10 개의 렌즈 서브셋의 일부 및 이미지 패널(16)의 관련된 부분으로 구성되는 디스플레이(10)의 작은 수평 섹션을 도시한다. 디스플레이(10)는 이러한 다수의 섹션들을 포함한다.
개구 마스크(12)는 선택적으로 구동가능한 많은 수의 전기-광학(electro-optic) 스위치들을 구비한다. 예를 들어, 개구 마스크(12)는 규칙적인(즉, 질서정연하고, 반복된 패턴으로 배열된) 어레이 그룹에 배열된 선택적으로 구동가능한 많은 수의 LCD 엘리먼트를 구비하는 LCD(Liquid Crystal Display) 패널일 수 있다. 도 2, 도 3 및 도 4는 열 개의 선택적으로 구동가능하고, 수평적으로 인접한 LCD 엘리먼트들(12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J)로 구성된 그룹을 도시한다. 각각의 LCD 엘리먼트는 "온" 상태와 "오프" 상태 사이에서 선택적으로 구동가능하다. LCD 엘리먼트가 "온" 상태인 경우, 그 엘리먼트는 투명해지며 - 그 결과 광선이 그 엘리먼트를 통해 통과할 수 있다. LCD 엘리먼트가 "오프" 상태인 경우, 그 엘리먼트는 불투명해지며 - 이는 그 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 방지한다. 다른 선택적으로 구동가능한 전기-광학 스위치들, 예컨대 국제특허출원 WO 2005/036517에 개시된 바와 같은 전기습윤(electrowetting) 디스플레이 장치는 개구 마스크(12)를 형성하도록 사용될 수 있다.
렌즈 어레이(14)는 규칙적인 어레이 그룹으로 배열된 많은 수의 렌즈를 구비하며, 하나의 렌즈는 개구 마스크(12) 내 각각의 LCD 엘리먼트에 가까이 인접하도록 배열된다. 도 2, 도 3 및 도 4는 열 개의 수평적으로 인접한 실린더형 렌즈(14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J)를 도시하며, LCD 엘리먼트(12A)는 렌즈(14A)에 대하여 수평적으로 중심에 위치하고, LCD 엘리먼트(12B)는 렌즈(14B)에 대하여 수평적으로 중심에 위치하는 식으로 구성된다. 도 2의 점선으로 된 양두 화살표는 각각의 실린더형 렌즈(14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J)가 도 2에 도시된 y 방향으로 연장됨을 나타낸다. 렌즈(14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J)는 균일한 사이즈와 형상을 가진다. 렌즈는 그들의 광축이 서로 간에 실질적으로 평행하고, 렌즈 어레이(14)의 거시적인(macroscopic) x-y 평면에 실질적으로 수직하도록 배열된다 (즉, 렌즈의 광축은 도시된 z 방향에 실질적으로 평행하며 - 여기서 x, y 및 z 방향은 상호 간에 수직인 것으로 이해된다). 렌즈는 시청자(V)가 의도된 시청 거리(d)에서 디스플레이(10)를 바라볼 때 개별적으로 구별될 수 없을 정도로 충분히 작다. 예를 들어, 각각의 렌즈는 약 1 mm의 직경을 가질 수 있다. 선택적으로, 렌즈의 광축에 수직한 각각의 렌즈의 가장 짧은 물리적 r규모는 0.5 mm 에서 1.5 mm 일 수 있다.
각각의 렌즈(14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J)는 큰 초점 비(focal ratio)(즉, f-넘버)의 평판형 집광 렌즈(flat-field converging lens)이며, 이미지 패널(16)에 분명한(sharp) 평면 초점(flat field focus)을 제공한다. 예를 들어, 각각의 렌즈는 실질적으로 평면의 초점면을 가지도록 디자인된 실린더형 메니스커스 렌즈일 수 있으며, f/10의 초점비를 가질 수 있다. 각각의 렌즈는 렌즈의 가장 짧은 물리적 규모보다 다섯 배 이상으로 큰 초점 길이(focal length)를 가진다. 일반적으로, 각각의 렌즈는 렌즈의 가장 짧은 물리적 규모의 5 배 내지 15 배의 초점 길이를 가진다. 렌즈가 실린더형 렌즈이면(도 2, 도 3, 도 4 및 도 5A에 도시된 바와 같이), 이들은 x 방향으로 양수의 광파워를 가질 수 있고, y 방향으로 0의 광파워를 가질 수 있다. 렌즈가 도 5C에 도시된 바와 같이 방사상으로(radially) 대칭인 경우(오직 하나의 평면으로만 대칭인 실린더형 렌즈와 반대로), 이들은 x 및 y 방향으로 동일한 광파워를 가질 수 있다. 렌즈는 (도시된 바와 같이) 사각형의 어레이로 배열되거나, 육각형의 어레이로 배열되거나, 다른 규칙적인 어레이로 배열될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광-흡수성 배리어(17A, 17B, 17C, 17D, 17E, 17F, 17G, 17H, 17I, 17J)는 인접한 렌즈들 사이에 제공되어 렌즈들 사이로 광선이 통과하는 것을 방지할 수 있다.
렌즈 어레이(14)와 대략 동일한 물리적 규모를 가지는 전기적으로 제어가능한 LCD 패널일 수 있는, 이미지 패널(16)은 그 법선 방향이 렌즈의 초점면에서 렌즈 어레이(14) 내 렌즈의 광축에 평행하도록 배치된다 (즉, z 방향에 평행하도록 배치). 렌즈 어레이(14) 내 픽셀들의 총 수는 렌즈 어레이(14) 내 렌즈의 총 수보다 충분히 크며, 즉, 적어도 5:1이다. 렌즈가 실린더형 렌즈이면, 픽셀들의 수는 렌즈의 수보다 5 배 내지 15 배로 많을 수 있다. 렌즈가 방사상으로 대칭인 렌즈이면, 픽셀들의 수는 렌즈의 수보다 25배 내지 200 배만큼 많을 수 있다.
컨트롤러(19)는 "온" 스위치와 함께 배열된 렌즈가 "온" 스위치를 통해 이미지 패널(16)의 비-중첩부(non-overlapping portions) - 각각의 부분은 개별적인 렌즈의 영역을 초과하는 영역을 구비함 - 로부터 발산된 광선을 포커싱하도록 하는 방식으로, 선택된 개구 마스크(12)의 전기-광학 스위치를 "온"으로 전환하고 나머지 스위치를 "오프"로 전환한다. 선택된 스위치 서브셋을 반복적이고 순차적으로 스위칭함으로써, 컨트롤러(19)는 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수(flicker fusion frequency)를 초과하는 주파수로, 선택된 시간 간격의 일정한 부분동안 각각의 서브셋 내의 각각의 스위치를 "온"으로 전환한다. 컨트롤러(19)는 또한 개구 마스크(12)의 전기-광학 스위치의 "온" 및 "오프" 스위칭과 동기화하여 이미지를 이미지 패널(16)에 반복적이고 순차적으로 적용한다. 구체적으로, 컨트롤러(19)는 "온" 스위치에 대응하는 이미지 패널(16)의 부분에 이미지의 선택된 섹션을 적용한다. 따라서, "온" 스위치와 함께 배열된 렌즈는 이미지의 대응하는 섹션으로부터 발산된 광선을 상기 "온" 스위치를 통해 받아 포커싱한다. 이미지의 다른 섹션을 이미지 패널(16)의 대응하는 부분으로 반복적이고 신속하게 순차적으로 적용하고, 이미지 패널(16)의 대응하는 부분과 관련된 개구 마스크(12)의 스위치를 동기화시켜 반복적이고 신속하게 순차적으로 "온"으로 전환함으로써, 도 4, 도 5A, 도 5B 및 도 7A 내지 도 7J를 참조로 후술되는 바와 같이, 원하는 집적된 고해상도의 3D 이미지 효과를 발생시킨다.
렌즈 어레이(14) 및 이미지 패널(16)은 일정 간격 이격되어, 각각의 렌즈(14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J)는 이미지 패널(16) 상의 서로 다른 이미지 영역(16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F, 16G, 16H, 16I, 16J) (도 5B)에 대응하게 된다. 각각의 이미지 영역은 대략 대응하는 렌즈보다 10 배정도 크다. 예를 들어, 각각의 렌즈가 약 1 mm의 직경을 가지면, 각각의 이미지 영역은 약 10 mm의 직경을 가진다. 따라서, 이미지 패널(16)이 렌즈 어레이(14)로부터 10 mm 안쪽으로 이격되어 있고, 렌즈가 실린더형 렌즈이면(도 2, 도 3, 도 4 및 도 5A에 도시된 바와 같이), 각각의 이미지 영역은 LCD 이미지 패널(16) 상의 10 개의 개별적인 이미지 픽셀 스트립(strip)으로 구성되며 - 각각의 픽셀 스트립은 100 마이크론의 높이를 가진다. 선택적으로, 렌즈가 도 5C에 도시된 바와 같이 방사상으로 대칭이고, 이미지 픽셀(16)이 렌즈 어레이(14)로부터 10 mm 안쪽으로 이격된 경우, 각각의 이미지 영역은 LCD 이미지 패널(16) 상의 100 개의 개별적인 이미지 픽셀들로 구성되며 - 각각의 픽셀은 1 mm의 폭을 가지고, 여기서 각각의 픽셀 스트립은 각각 100 마이크론의 폭을 가진 10 개의 라인의 픽셀들로 구성된다. 다른 경우에서, 일-차원의 집적된 이미지 사진술(photography)에 의해 획득가능한 바와 동일한 고해상도 이미지가 획득되고, 시청자(V)에 의해 인지가능한 실질적인 이미지 뎁스를 가지는 고해상도의 3D 이미지의 생성을 가능하게 한다.
도 6A는 실린더형 렌즈를 이용하는 디스플레이에 대응하는 M X N 픽셀 어레이를 개략적으로 도시하며, 여기서 M 및 N은 각각 디스플레이의 x와 y 방향의 이미지 픽셀의 수이다. 실린더형 렌즈를 포함하는 디스플레이에서, 열 개의 실린더형 렌즈로 구성된 각각의 그룹은 도 5B에 도시된 이미지 영역(16D)과 유사한 열 개의 이미지 픽셀 스트립들의 그룹에 대응한다. 실린더형 렌즈로 구성된 다수의 그룹은 y 방향으로 배열되어 y 방향으로 배열된 대응하는 다수의 이미지 픽셀 스트립을 생성하고, 도 6A에 도시된 바와 같이, 집합적으로 y 방향의 N 개의 픽셀을 제공하는 10 개의 이미지 픽셀 스트립으로 구성된 실질적으로 연속적이고 배열된 그룹을 제공한다. 실린더형 렌즈로 구성된 다수의 그룹은 또한 x 방향으로 배열되어 x 방향으로 서로 간에 인접한 다수의 추가적인 이미지 픽셀 스트립을 생성하며, 도 6A에 도시된 바와 같이, 이는 집합적으로 M 개의 픽셀을 x 방향으로 제공한다.
도 6B는 종래의 방사상으로 대칭적인 렌즈를 이용한 디스플레이에 대응한 M X N 픽셀 어레이를 개략적으로 도시하며, 여기서 M과 N은 역시 각각 디스플레이의 x와 y 방향의 이미지 픽셀의 수를 나타낸다. 방사상으로 대칭적인 렌즈를 포함하는 디스플레이에서, 각각의 렌즈는 10 X 10 어레이의 이미지 픽셀에 대응하며(즉, 백 개의 픽셀), 이는 도 5D에 도시된 이미지 영역(16D)과 유사하다. 렌즈는 y 방향으로 배열되어, 대응하는 다수의 y 방향으로 배열된 10 X 10 이미지 픽셀 어레이를 생성하며, 이는 도 6B에 도시된 바와 같이, 집합적으로 y 방향으로 N 개의 픽셀을 제공하는 10 x 10 이미지 픽셀 어레이로 구성된 실질적으로 연속적이고 배열된 그룹을 제공한다. 렌즈는 또한 x 방향으로도 배열되어, x 방향으로 서로 간에 인접한 다수의 추가적인 10 x 10 이미지 픽셀 어레이를 생성하며, 이는 도 6B에 도시된 바와 같이, 집합적으로 M 개의 픽셀을 x 방향으로 제공한다.
상술한 바와 같이, 실린더형 렌즈를 이용하는 디스플레이는 열 개의 선형적으로 인접한 LCD 엘리먼트 및 렌즈로 구성된 그룹들을 포함할 수 있다. 도 8은 각각 이미지 패널(16)의 네 개의 선형적으로 인접한 이미지 패널 부분(40,42,44,46)과 정렬된 열 개의 LCD 엘리먼트(12) 및 열 개의 렌즈(14)로 구성된 네 개의 선형적으로 인접한 그룹들(30,32,34,36)을 개략적으로 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 그룹(30,32,34,36)에 포함된 해당 LCD 엘리먼트는 광선이 각각의 그룹의 하나의 렌즈 및 하나의 LCD 엘리먼트를 통과할 수 있도록 동시적으로 선택적으로 구동된다. 열 개의 LCD 엘리먼트 및 렌즈들로 구성된 각각의 그룹에서, 각각의 LCD 엘리먼트는 반복적이고 순차적으로 디스플레이가 동작하는 시간의 10%만큼 "온"으로 스위칭되고, 디스플레이가 동작하는 시간의 90%만큼 "오프"로 스위칭된다. 그에 반해, 종래의 방사상으로 대칭인 렌즈를 이용한 해당 디스플레이는 백 개의 LCD 엘리먼트 및 렌즈로 구성된 그룹들을 포함할 수 있으며, 각각의 그룹은 10 x 10 사각형 어레이로 배열된다. 백 개로 구성된 각각의 그룹에서, 각각의 LCD 엘리먼트는 반복적이고 순차적으로 디스플레이가 동작하는 시간의 1%만큼 "온"으로 스위칭되고, 디스플레이가 동작하는 시간의 99%만큼 "오프"로 스위칭된다. 종래의 방사상으로 대칭인 렌즈를 이용한 디스플레이의 장점은 시청자(V)가 수평 및 수직 둘 모두에 있어서 상당한 범위로 분포된 시청 방향(즉, 도 1A 및 도 1B에 도시된 x 및 y 방향 둘 모두로 분포된 시청 방향)을 통해 디스플레이(10)를 관찰하면서 3D 이미지 효과를 인지하는 것이다. 그에 반해, 시청자(V)가 실린더형 렌즈를 이용한 디스플레이를 관찰하는 경우, 3D 이미지 효과는 수직으로 분포된 시청 방향(즉, 도 1A에 도시된 y 방향으로 분포된 시청 방향)에 대해서는 큰 범위에 걸쳐 인지되지는 않는다. 그러나, 실린더형 렌즈를 이용한 디스플레이의 커다란 장점은 종래의 방사상으로 대칭인 렌즈를 이용한 해당 디스플레이와 비교하여, 실린더형 렌즈 디스플레이의 광 출력이 종래의 렌즈 디스플레이의 광 출력에 비해 열 배만큼 증가되는 것이며; 실린더형 렌즈 디스플레이의 요구되는 주파수 응답은 종래의 렌즈 디스플레이의 주파수 응답에 비해 열 배만큼 감소하는 것이다. 많은 경우에서, 시청자(V)는 상당한 범위의 수직적으로 분포된 시청 방향을 통해 디스플레이(10)를 관찰할 필요가 없다. 실린더형 렌즈를 이용한 디스플레이는 이러한 경우에서 종래의 방사상으로 대칭인 렌즈를 이용한 해당 디스플레이의 현실적인 대체품이다.
각각의 실린더형 렌즈(14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J)는 LCD 이미지 패널(16) 상의 열 개의 개별적인 이미지 픽셀에 대응하므로, 디스플레이(10)는 동시적으로 백 개의 개별적인 이미지를 디스플레이할 수 있다. 그러나, 추가적으로 수행되는 것이 없다면, 디스플레이된 이미지는 중복될 것이며, 이는 허용될 수 없을 정도로 이미지 시청 경험을 저감시킨다. 이는 도 5A, 도 5B 및 도 7A 내지 도 7J에 도시된다. 도 7A는 제 1 시간 간격 동안 "온"되어 있는 LCD 엘리먼트(12A) 및 "오프"되어 있는 LCD 엘리먼트(12B, 12C, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J)를 도시한다. 렌즈(14A)는 LCD 엘리먼트(12A)를 통해 특정 시청 각도에 대응하고 이미지 영역(16A)의 픽셀(26A)로부터 발산되는 광선(22A)을 포커싱한다 (즉, 시청자(V)를 향해 좌측으로). 렌즈(14A)는 LCD 엘리먼트(12A)를 통해 다른 시청 각도에 대응하고 이미지 영역(16A)의 다른 픽셀(28A)로부터 발산되는 광선(24A)를 동시적으로 포커싱한다. 렌즈(14A)는 유사하게 백 개의 세트의 광선을 LCD 엘리먼트(12A)를 통해 동시적으로 포커싱하며 - 각각의 세트는 이미지 영역(16A)을 구성하는 백 개의 픽셀들 중 서로 다른 픽셀로부터 발산되며, 시청자(V)가 디스플레이(10)를 바라보는 백 개의 서로 다른 수평 및 각도 상의 분포된 시청 방향(A) 중하나에 대응한다. 도 7A는 백 개의 광선 세트 중 오직 두 개만을 도시하여 도 7A에 도시된 세부 사항들을 모호하게 하는 것을 방지한다.
도 7B는 제 1 시간 간격에 수반하는 제 2 시간 간격 동안 "온"되어 있는 LCD 엘리먼트(12B) 및 "오프"되어 있는 LCD 엘리먼트(12A, 12C, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J)를 도시한다. 따라서, 렌즈(14B)는 제 2 시간 간격 동안 이미지 영역(16B)으로부터 발산된 백 개의 세트의 광선을 LCD 엘리먼트(12B)를 통해 동시적으로 포커싱할 수 있으며(즉, 시청자(V)를 향해 좌측으로) - 각각의 세트는 이미지 영역(16B)을 구성하는 백 개의 픽셀들 중 서로 다른 픽셀로부터 발산되며, 수평 및 각도 상으로 분포된 백 개의 서로 다른 시청 방향(A) 중 하나에 대응한다. 도 7C 내지 도 7J는 유사하게, 각각 수반하고 연속적인 제 3, 제 4, 제 5, 제 6, 제 7, 제 8, 제 9 및 제 10 시간 간격 동안 각각의 이미지 영역(16C, 16D, 16E, 16F, 16G, 16H, 16I, 16J)으로부터 각각 발산되는 백 개의 세트의 광선을 각각 LCD 엘리먼트(12C, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J)를 통해 동시적으로 (시청자(V)를 향해) 포커싱하는 렌즈(14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J)를 도시한다. LCD 엘리먼트는 순차적인 순서로 "온" 및 "오프"로 스위칭될 필요는 없지만, 기결정된 비-순차적 순서(non-sequential order)로 "온" 및 "오프"로 스위칭될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 순서는 무작위일 수 있어, 그룹 내의 모든 열 개의 LCD 엘리먼트는 무작위로 순서화된 시퀀스에 따라 "온" 및 "오프"로 스위칭되며, 이는 스위칭 패턴이 동일한 무작위로 순서화된 시퀀스에 따라 동일한 LCD 엘리먼트를 "온" 및 "오프"로 다시 스위칭하여 반복되기 전까지 수행된다. 이러한 무작위로 순서화된 스위칭은 보다 용이하게 분간가능하고 잠재적으로 산만하게 하는 순차적으로 순서화된 스위칭 패턴에 비해, 시청자(V)가 스위칭 패턴을 분간하고 그에 의해 산만하게 되는 정도를 감소시킬 수 있다.
렌즈들(14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J) 중 하나가 LCD 엘리먼트들(12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J) 중 하나를 통해 이미지 영역들(16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F, 16G, 16H, 16I, 16J) 중 하나로부터 발산된 광선의 한 세트를 포커싱하는 동안 이들 렌즈들 중 다른 하나가 이들 LCD 엘리먼트들 중 다른 하나를 통해 이들 이미지 영역들 중 다른 하나로부터 발산된 광선의 다른 세트를 포커싱할 수 있는 경우, 포커싱된 두 세트의 광선은 중복될 수 있어 허용할 수 없을 정도로 시청자(V)의 이미지 시청 경험을 저감시킬 것이다 (도 5B에 개략적으로 도시된 바와 같이 이미지 영역이 중복되기 때문).
이러한 중복 현상을 방지하기 위해, 개구 마스크(12)는 제어가능하게 구동되어, 임의의 하나의 시간 간격 동안 시청자(V)가 렌즈들(14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J) 중 오직 하나만을 보도록 한다. 보다 구체적으로, 도 4, 도 5A 및 도 5B에 도시된 바와 같이, 개구 마스크(12)는 임의의 하나의 시간 간격 동안 LCD 엘리먼트(12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J) 중 오직 하나만이 투명한 "온" 상태에 있도록 구동되며, 다른 9 개의 LCD 엘리먼트들은 상기 시간 간격 동안 불투명한 "오프" 상태로 유지된다.
예를 들어, 도 4 및 도 5A에 도시된 바와 같이, LCD 엘리먼트(12D)는 (당업자에게 잘 알려진 방식으로) "온"이 되도록 구동된다. 따라서, LCD 엘리먼트(12D)는 투명하게 되어, 이미지 영역(16D)을 구성하는 백 개의 픽셀들 중 임의의 픽셀로부터 발산되는 광선이 렌즈(14D)에 의해 LCD 엘리먼트(12D)를 통해 동시적으로 포커싱되도록 한다. 도 4 및 도 5A에 도시된 나머지 9 개의 LCD 엘리먼트들(12A, 12B, 12C, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J)은 이들 9 개의 LCD 엘리먼트들이 "오프"가 되도록 구동된다 (도 5A 중 빗금친 부분). 따라서, 상기 9 개의 "오프"된 LCD 엘리먼트들은 각각 불투명하게 되어, 상기 9 개의 LCD 엘리먼트들 중 임의의 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 방지한다. 따라서, 렌즈(14D)는 이미지 영역(16D)를 구성하는 백 개의 픽셀들 중 임의의 픽셀로부터 발산하는 광선을 LCD 엘리먼트(12D)를 통해 시청자(V)를 향해 포커싱할 수 있으나, 렌즈들(14A, 14B, 14C, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I, 14J) 중 어느 것도 광선을 LCD 엘리먼트(12A, 12B, 12C, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J) 중 임의의 엘리먼트를 통해 포커싱할 수 없다.
각각의 LCD 엘리먼트(12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J)는 신속하고, 순차적이고 반복적으로 "온"으로 전환되는 반면, 다른 9 개의 LCD 엘리먼트들은 오프로 전환된다. "온"으로 전환된 LCD 엘리먼트에 대응하는 이미지 영역을 구성하는 백 개의 픽셀들 중 임의의 픽셀로부터 발산하는 광선은 "온"으로 전환된 LCD 엘리먼트에 대응하는 렌즈에 의해 "온"으로 전환된 LCD 엘리먼트를 통해 동시적으로 포커싱되는 반면, "오프"로 전환된 LCD 엘리먼트에 대응하는 이미지 영역을 구성하는 픽셀들로부터 발산하는 광선은 차단된다. 각각의 픽셀로부터 발산하는 광선은 서로 다른 이미지에 대응하고, 또한 시청자(V)가 디스플레이(10)를 바라볼 수 있는 백 개의 서로 다른 수평 및 각도 상의 분포된 시청 방향(A) 중 하나에 대응한다.
개구 마스크(12)는 오직 LCD 엘리먼트(12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J)를 고주파수에서 "온" 및 "오프" 상태 간에 스위칭하도록 선택적으로 구동가능할 필요가 있다. 따라서, 개구 마스크(12)는 오직 단조로운(monochrome) (즉, 흑백) 특성을 가질 필요가 있다. ±0.5 밀리라디안의 시청 각도의 정확성은 시청자(V)가 디스플레이(10)의 시청 표면으로부터 1 미터 이격되어 있는 경우 근접한 디스플레이(10)의 시청 표면에 표시되는 오브젝트에 대해 획득될 수 있다. 무한대로 표시되는 오브젝트에 대해서는 ±5 밀리라디안을 넘지 않는 시청 각도의 정확성이 획득될 수 있다. 이는 시청자(V)에게 상당한 이미지 뎁스 느낌을 주며 - 이는 윈도우를 통해 바라보는 것과 비교된다 - 동시에 오브젝트를 거의 고해상도로 표시한다. LCD 엘리먼트가 그룹 당 열 개의 엘리먼트들로 상호 간에 전기적으로 연결된 경우, 컨트롤러(19)는 임의의 하나의 시간 간격 동안 디스플레이 내 엘리먼트들의 전체 개수 중 10%를 "온"으로 스위칭하도록 구동될 수 있다. 만약 그룹 당 열 개가 넘는 LCD 엘리먼트가 있는 경우, 컨트롤러(19)는 임의의 하나의 시간 간격 동안 디스플레이 내의 전체 엘리먼트들 중 10% 미만을 "온"으로 스위칭하여, 전력 소모를 감소시키고 또한 디스플레이 밝기를 감소시킨다. 만약 그룹 당 열 개보다 적은 LCD 엘리먼트가 있는 경우, 컨트롤러(19)는 임의의 일 시간 간격 동안 디스플레이 내의 전체 엘리먼트들 중 10%가 넘는 엘리먼트를 스위칭하여야 하며, 그 결과 디스플레이 밝기를 증가시키고 또한 전력 소모를 증가시킨다.
개구 마스크(12) 및 이미지 패널(16)이 모두 LCD 시트인 경우, 그리고 두 시트가 모두 8-비트 제어가 가능한 경우 (즉, 각각의 LCD 엘리먼트가 2 개가 아닌 8 개의 사용가능한 스위칭 상태를 가진 경우), 16-비트의 이미지 뎁스가 획득될 수 있다. 디스플레이의 효율은 백라이트(18)를 OLED(Organic Light-Emitting Diodes)와 같은 다수의 국부화된 스트립(strip) 광원으로 형성함으로써 향상될 수 있다. 이러한 스트립 광원은 보다 효율적으로 개구 마스크(12)를 구성하는 LCD 엘리먼트와 광학적으로 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 각각의 스트립 광원은 LCD 엘리먼트 중 대응하는 엘리먼트의 "온" 및 "오프" 스위칭과 동기화되어 선택적으로 "온" 및 "오프"로 스위칭될 수 있다. 이는 오직 투명한 "온" 상태에 있는 LCD 엘리먼트만이 발광되도록 구현하며, 불투명한 "오프" 상태에 있는 LCD 엘리먼트의 불필요한 발광을 방지한다.
3D 이미지는 백 개의 서로 다른 수평 및 각도 상으로 분포된 시청 방향으로부터 실제 3D 신을 디지털적으로 포토그래핑함으로써 디스플레이(10) 상에 시청되도록 생성될 수 있다. 각각의 디지털 포토그래프는 데이터 스트럭쳐(data structure)로 구성된다. 만약 이미지 패널(16)이 다수의 100 개 픽셀 이미지 영역들로 구성되는 경우, 각각의 데이터 스트럭쳐는 다수의 100 개 픽셀 서브-스트럭쳐로 분할되며, 각각의 서브-스트럭쳐는 이미지 패널(16)의 100 개 픽셀 이미지 영역들 중 서로 다른 하나에 대응한다.
전술한 바와 같이, 컨트롤러(19)는 "온"으로 된 스위치와 함께 정렬된 렌즈가 이미지 패널(16)의 비중첩 부분으로부터 발산된 광선을 "온"으로 된 스위치를 통해 포커싱하도록 하는 방식으로, 개구 마스크(12)의 전기-광학 스위치 중 선택된 서브셋을 "온"으로 전환하고, 나머지 스위치들을 "오프"로 전환한다. 그 결과 획득된 3D 이미지 효과는 디스플레이될 실제 3D 신이 이미지 패널(16) 대신 이미지 패널(16)에 대용되어, 개구 마스크(12) 및 렌즈 어레이(14)의 내측에 위치되는 것으로 상상됨으로써 발현될 수 있다. 개구 마스크(12) 내 특정 그룹의 LCD 엘리먼트가 "온"으로 전환되면(즉 개방되면), 시청자(V)는 하나의 신을 인지하며, 반면 다른 그룹의 LCD 엘리먼트가 "온"으로 전환되면 두 개의 그룹의 엘리먼트들에 대응하는 시청 각도가 미세하게 다르기 때문에 시청자(V)는 미세하게 다른 신을 인지하고, 따라서 빛은 3D 신으로부터 각각의 그룹을 통해 미세하게 상이한 각도로 시청자(V)에게 발산된다. 이러한 미세한 차이는 시청자(V)가 신의 뎁스를 인지하도록 야기한다.
많은 예시적인 양상 및 실시예가 기술되었지만, 당업자는 특정의 변경, 치환, 부가 및 그 서브-컴비네이션을 파악할 것이다. 예를 들어, 실린더형 렌즈를 이용하는 디스플레이에 있어서, LCD 엘리먼트 및 렌즈를 전술한 바와 같이 열 개의 그룹으로 배열하는 대신, 열 개보다 많거나 적은 수의 그룹으로 이들을 배열할 수 있을 것이다. 그러나, 그룹의 사이즈가 증가함에 따라, 각각의 LCD 엘리먼트가 "온" 상태인 경우 디스플레이에 의해 발산되는 광량은 감소하며, 이는 디스플레이의 밝기가 원치않게 감소하는 것을 야기한다. 또한, 그룹 사이즈의 증가는 해당 프레임 레이트로 각각의 그룹 내의 모든 LCD 엘리먼트들을 순차적으로 "온" 및 "오프"로 스위칭할 수 있도록 디스플레이의 주파수 응답을 증가시키는 것이 요구된다. 그룹의 사이즈가 감소함에 따라, 디스플레이의 해상도는 감소하며, 이는 원치않은 현상이다. 비록 8부터 12까지의 다른 그룹 사이즈가 허용가능할지라도, 합리적인 절충안은 열 개의 그룹 사이즈를 사용하여 획득된다.
다른 예에서, 상이한 그룹 내의 대응하는 LCD 엘리먼트는 서로 간에 병렬적으로 전기적으로 제어될 수 있어 컨트롤러(19)의 복잡도를 감소시킨다. 예를 들어, 디스플레이가 총 천 개의 LCD 엘리먼트를 구비하는 경우, 이들 엘리먼트는 그룹 당 열 개의 LCD 엘리먼트로 구성된 백 개의 상이한 그룹들로 배열될 수 있다. 각각의 그룹의 제 1 LCD 엘리먼트는 제 1 전기 스위치에 의해 제어되어, 백 개의 모든 LCD 엘리먼트는 제 1 시간 간격 동안 제 1 스위치에 의해 동시적으로 "온"으로 스위칭되고, 이어지는 시간 간격 동안 동시적으로 "오프"로 스위칭될 수 있으며; 각각의 그룹 내의 제 2 LCD 엘리먼트는 제 2 전기 스위치에 의해 제어되어, 백 개의 모든 제 2 LCD 엘리먼트는 제 2 스위치에 의해 제 2 시간 간격 동안 동시적으로 "온"으로 스위칭되고 이어지는 시간 간격 동안 동시적으로 "오프"로 스위칭되는 식으로 동작한다.
도 9A는 렌즈 어레이(14)와 같은 렌즈 형상의 메니스커스 렌즈 어레이의 일 렌즈렛(lenslet)에 대한 요구되는 사이즈 및 형상을 도시한다. 광선 추적 시뮬레이션은 0에서 25°까지의 입사각 θ에 대해 도 9A의 렌즈렛으로 입사되는 광선의 경로를 결정하기 위해 사용될 수 있으며, 여기서 각도 θ는 도 9B에 도시된다. 도 9A의 렌즈렛은 이와 같은 입사 광선을 초점 위치에서 10 mm 이격된 초점 면으로 0.1 mm 미만의 베리에이션(variation)으로 포커싱할 수 있다. 도 9C, 도 9D 및 도 9E는 다른 입사각에 대한 광선의 경로를 개략적으로 도시한다. 작은 각도에서는, 도 9C 및 도 9D에 도시된 바와 같이, 모든 광선이 단일 렌즈렛을 통해 통과한다. 보다 큰 각도에서는, 도 9E에 도시된 바와 같이, 일부 광선이 렌즈렛의 측면을 가로막는다. 도 3에 도시된 렌즈 어레이(14)와 같이 다수의 렌즈렛들이 서로 간에 인접하여 제공되어 어레이를 형성하는 경우, 하나의 렌즈렛에 입사하는 광선은 인접한 렌즈렛을 통해 빠져나갈 수 있다. 이는 원치않게 이미지 퀄리티를 저감시키지만, 이는 인접한 렌즈렛들 사이의 적어도 일부 영역에 광흡수성 스트립을 제공함으로써 방지될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 광-흡수성 배리어(17A, 17B, 17C, 17D, 17E, 17F, 17G, 17H, 17I, 17J)는 인접한 렌즈들 사이에 제공되어 광선이 렌즈들 사이를 통과하는 것을 방지할 수 있다. 이는 축에서 크게 벗어나는(large off-axis) 시청 각도에서 디스플레이의 밝기를 감소시킬 것이지만, 이미지 퀄리티를 유지시킬 것이다.
이어지는 청구항은 이러한 모든 변경, 치환, 부가 및 서브-컴비네이션들이 이들의 진정한 사상 및 범위 내에 포함하도록 해석될 것이다.
10 - 디스플레이
12 - 개구 마스크
14 - 렌즈 어레이
16 - 이미지 패널
18 - 백라이트
19 - 컨트롤러

Claims (51)

  1. 디스플레이(10)에 있어서,
    백라이트(18);
    상기 백라이트의 외측에 위치되는 실질적으로 평면인 이미지 패널(16);
    상기 이미지 패널의 외측에 위치되며, 다수의 수렴 렌즈들(14A - 14J)을 포함하고, 각각의 렌즈는 상기 이미지 패널에 실질적으로 수직인 광축을 가지는 실질적으로 평면인 렌즈 어레이(14);
    상기 렌즈 어레이의 외측에 위치되며, 다수의 전기-광학 엘리먼트들(12A - 12J)을 포함하고, 각각의 엘리먼트는 상기 렌즈들 중 대응되는 하나에 가까이 근접하여 배열되고, 상기 엘리먼트가 상기 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 허용하도록 하는 "온" 상태 및 상기 엘리먼트가 상기 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 방지하는 "오프" 상태 간에 선택적으로 스위칭 가능하고, 상기 전기-광학 엘리먼트들은 인접한 엘리먼트들의 서브셋으로 배열되는 실질적으로 평면인 개구 마스크(aperture mask)(12);
    상기 이미지 패널 및 상기 개구 마스크에 전기적으로 결합되고, 반복적으로:
    상기 전기-광학 엘리먼트들의 각각의 서브셋에서 전기-광학 엘리먼트를 선택하고;
    상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하고;
    상기 선택된 "온" 상태의 엘리먼트에 대응하는 다수의 선택된 이미지 대표들을 상기 이미지 패널에 적용하고, 각각의 대표는 다수의 서로 다른 이미지의 시청 각도(A)에 대응하도록 구동하는 컨트롤러(19);
    를 포함하는 디스플레이.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈들은 상기 광축에 수직한 제 1 방향으로 양의 광 파워를 가지고 상기 광축에 수직한 제 2 방향으로 영의 광 파워를 가지는 실린더형 렌즈들인 이미지 디스플레이.
  3. 제 2항에 있어서,
    각각의 렌즈는 평평한 초점 필드를 가지는 이미지 디스플레이.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 렌즈들은 수평으로 인접한 렌즈들의 그룹으로 배열되며, 각각의 그룹은 상기 전기-광학 엘리먼트들의 서브셋에 대응하는 이미지 디스플레이.
  5. 제 4항에 있어서,
    각각의 렌즈는 약 1 mm의 폭을 가지는 이미지 디스플레이.
  6. 제 4항에 있어서,
    각각의 렌즈는 0.5 mm에서 1.5 mm 사이의, 상기 렌즈의 상기 광축에 수직한 최단 물리적 규모를 가지는 이미지 디스플레이.
  7. 제 6항에 있어서,
    각각의 렌즈는 상기 렌즈의 상기 최단 물리적 규모보다 5 배 이상 큰 초점 길이를 가지는 이미지 디스플레이.
  8. 제 6항에 있어서,
    각각의 렌즈는 상기 렌즈의 상기 최단 물리적 규모의 5 배에서 15 배 길이의 초점 길이를 가지는 이미지 디스플레이.
  9. 제 2항에 있어서,
    각각의 렌즈는 메니스커스(meniscus) 렌즈인 이미지 디스플레이.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈들은 상기 광축에 수직한 제 1 및 제 2 방향으로 양의 광 파워를 가지는 방사상으로 대칭인 렌즈들인 이미지 디스플레이.
  11. 제 10항에 있어서,
    각각의 렌즈는 평평한 초점 필드를 가지는 이미지 디스플레이.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 렌즈들은 인접한 렌즈들의 규칙적인 어레이 그룹으로 배열되며, 각각의 그룹은 상기 전기-광학 엘리먼트들의 서브셋에 대응하는 이미지 디스플레이.
  13. 제 12항에 있어서,
    각각의 렌즈는 약 1 mm의 직경을 가지는 이미지 디스플레이.
  14. 제 12항에 있어서,
    각각의 렌즈는 0.5 mm에서 1.5 mm 사이의, 상기 렌즈의 상기 광축에 수직한 최단 물리적 규모를 가지는 이미지 디스플레이.
  15. 제 14항에 있어서,
    각각의 렌즈는 상기 렌즈의 상기 최단 물리적 규모보다 5 배 이상 큰 초점 길이를 가지는 이미지 디스플레이.
  16. 제 14항에 있어서,
    각각의 렌즈는 상기 렌즈의 상기 최단 물리적 규모의 5 배에서 15 배 길이의 초점 길이를 가지는 이미지 디스플레이.
  17. 제 10항에 있어서,
    각각의 렌즈는 메니스커스 렌즈인 이미지 디스플레이.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈들은 공통의 초점 평면을 가지고;
    상기 이미지 패널은 상기 초점 평면에 위치되고;
    상기 이미지 패널은 상기 렌즈 어레이의 영역과 거의 동일한 영역을 가지고;
    상기 이미지 패널은 다수의 픽셀들을 구비하고;
    상기 픽셀들의 수는 상기 렌즈들의 수보다 매우 많은 이미지 디스플레이.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 전기-광학 엘리먼트들의 각각의 선택된 서브셋에 대해, 상기 선택된 서브셋 내의 전기-광학 엘리먼트에 근접한 각각의 렌즈는 상기 선택된 서브셋 내의 임의의 다른 전기-광학 엘리먼트에 근접한 임의의 다른 렌즈에 대응하는 상기 이미지 패널의 임의의 다른 부분과 중복되지 않는 상기 이미지 패널의 부분에 대응하고;
    상기 이미지 패널의 부분들 중 임의의 한 부분은 상기 렌즈들 중 임의의 한 렌즈의 영역보다 큰 영역을 가지는 이미지 디스플레이.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수(flicker fusion frequency)보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하도록 더 동작하는 이미지 디스플레이.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 기결정된 비-순차적 오더로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하도록 더 동작하는 이미지 디스플레이.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 비-순차적 오더는 무작위인 이미지 디스플레이.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 픽셀들의 수는 상기 렌즈들의 수보다 적어도 5 배 큰 이미지 디스플레이.
  24. 제 18항에 있어서,
    상기 렌즈들은 상기 광축에 수직한 제 1 방향으로 양의 광 파워를 가지고 상기 광축에 수직한 제 2 방향으로 영의 광 파워를 가지는 실린더형 렌즈이고;
    상기 픽셀들의 수는 상기 렌즈들의 수보다 5 배에서 15 배 큰 이미지 디스플레이.
  25. 제 18항에 있어서,
    상기 렌즈들은 상기 광축에 수직한 제 1 및 제 2 방향으로 양의 광 파워를 가지는 방사상으로 대칭인 렌즈이고;
    상기 픽셀들의 수는 상기 렌즈들의 수보다 25 배에서 200 배 큰 이미지 디스플레이.
  26. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈들 사이로 광선의 통과를 방지하기 위해 인접한 렌즈들 사이에 광-흡수성 배리어(17A - 17J)를 더 포함하는 이미지 디스플레이.
  27. 제 20항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 임의의 한 타임 인터벌 동안 전체의 20%를 초과하지 않는 상기 전기-광학 엘리먼트들을 "온"으로 스위칭하도록 더 구동하는 이미지 디스플레이.
  28. 제 20항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 임의의 한 타임 인터벌 동안 상기 전기-광학 엘리먼트들의 5 내지 15%를 "온"으로 스위칭하도록 더 구동하는 이미지 디스플레이.
  29. 제 23항에 있어서,
    각각의 렌즈는 평면의 초점 필드를 가지는 이미지 디스플레이.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하고;
    임의의 한 타임 인터벌 동안 20% 이내의 상기 전기-광학 엘리먼트들을 "온"으로 스위칭하도록 더 동작하는 이미지 디스플레이.
  31. 제 3항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하고;
    임의의 한 타임 인터벌 동안 20% 이내의 상기 전기-광학 엘리먼트들을 "온"으로 스위칭하도록 더 동작하는 이미지 디스플레이.
  32. 제 2항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하고;
    임의의 한 타임 인터벌 동안 20% 이내의 상기 전기-광학 엘리먼트들을 "온"으로 스위칭하도록 더 동작하는 이미지 디스플레이.
  33. 제 23항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하고;
    임의의 한 타임 인터벌 동안 20% 이내의 상기 전기-광학 엘리먼트들을 "온"으로 스위칭하도록 더 동작하는 이미지 디스플레이.
  34. 제 25항에 있어서,
    각각의 렌즈는 메니스커스 렌즈인 이미지 디스플레이.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 렌즈들 사이로 광선의 통과를 방지하기 위해 인접한 렌즈들 사이에 광-흡수성 배리어를 더 포함하는 이미지 디스플레이.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하고;
    임의의 한 타임 인터벌 동안 상기 전기-광학 엘리먼트의 5 내지 15%를 스위칭하는 이미지 디스플레이.
  37. 제 36항에 있어서,
    각각의 렌즈는 상기 렌즈의 최단 물리적 규모보다 5 배 내지 15 배만큼 긴 초점 길이를 가지는 이미지 디스플레이.
  38. 제 31항에 있어서,
    상기 렌즈들은 상기 광축에 수직한 제 1 방향으로 양의 광 파워를 가지고 상기 광축에 수직한 제 2 방향으로 영의 광 파워를 가지는 실린더형 렌즈이고;
    상기 픽셀의 수는 상기 렌즈들의 수보다 5 내지 15 배 큰 이미지 디스플레이.
  39. 제 31항에 있어서,
    상기 렌즈들은 상기 광축에 수직한 제 1 및 제 2 방향으로 양의 광 파워를 가지는 방사상으로 대칭인 렌즈이고;
    상기 픽셀들의 수는 상기 렌즈들의 수보다 25 내지 200 배 큰 이미지 디스플레이.
  40. 제 39항에 있어서,
    각각의 렌즈는 메니스커스 렌즈인 이미지 디스플레이.
  41. 제 40항에 있어서,
    상기 렌즈들 사이로 광선의 통과를 방지하기 위해 인접한 렌즈들 사이에 광-흡수성 배리어를 더 포함하는 이미지 디스플레이.
  42. 제 41항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하고;
    임의의 한 타임 인터벌 동안 상기 전기-광학 엘리먼트의 5 내지 15%를 스위칭하는 이미지 디스플레이.
  43. 제 42항에 있어서,
    각각의 렌즈는 상기 렌즈의 최단 물리적 규모보다 5 배 내지 15 배만큼 긴 초점 길이를 가지는 이미지 디스플레이.
  44. 2차원의 평면에 이미지를 디스플레이하여 시청자가 상기 디스플레이된 이미지에서 뎁스를 인지하도록 하는 디스플레이 방법에 있어서,
    제 1의 다수의 이미지 데이터 스트럭쳐를 생성하며, 각각의 데이터 스트럭쳐는 제 1의 다수의 수평 및 각도 상으로 분포된 시청 방향들 중 서로 다른 방향으로부터 바라본 이미지를 정의하는 생성 단계;
    제 2의 다수의 이미지 영역들을 가지는 이미지 패널을 제공하며, 각각의 이미지 영역은 이미지 픽셀들로 구성된 M x N 어레이를 포함하며, 여기서 M과 N은 정수인 제공 단계;
    각각의 이미지 데이터 스트럭쳐를 이미지 서브-스트럭쳐로 분할하며, 각각의 서브-스트럭쳐는 상기 시청 방향들 중 고유한 한 방향 및 상기 이미지 영역들 중 고유한 한 영역에 대응하는 이미지 픽셀들로 구성된 M x N 어레이를 포함하는 분할 단계;
    다수의 수렴 렌즈들을 상기 이미지 패널의 외측에 제공하며, 각각의 렌즈는 상기 이미지 패널에 실질적으로 수직한 광축을 가지는 제공 단계;
    다수의 전기-광학 엘리먼트들을 상기 렌즈들의 외측에 제공하며, 각각의 엘리먼트는 상기 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 허용하는 "온" 상태 및 상기 엘리먼트를 통한 광선의 통과를 방지하는 "오프" 상태 간에 선택적으로 스위칭가능한 제공 단계;
    각각의 엘리먼트를 대응하는 렌즈에 가까이 근접하여 정렬하는 단계;
    인접한 엘리먼트들의 서브셋 내의 엘리먼트들을 각각:
    각각의 서브셋 내의 다음 엘리먼트를 순차적으로 선택하는 단계; 및
    각각의 이미지 영역에 상기 이미지 영역들 중 하나에 대응하고 상기 이미지 영역들 중 하나와 관련된 "온" 상태의 엘리먼트에 대응하는 이미지 서브-스트럭쳐들 중 서로 다른 하나의 서브-스트럭쳐를 적용하는 동안, 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하는 단계;를 통해 배열하는 단계;
    를 포함하는 디스플레이 방법.
  45. 제 44항에 있어서,
    상기 픽셀들의 수는 상기 렌즈들의 수보다 적어도 5 배 큰 디스플레이 방법.
  46. 제 44항에 있어서,
    각각의 렌즈는 평면의 초점 필드를 가지는 디스플레이 방법.
  47. 제 44항에 있어서, 상기 선택된 엘리먼트를 스위칭하는 단계는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하는 단계; 및
    임의의 한 타임 인터벌 동안 20% 이내의 상기 전기-광학 엘리먼트를 스위칭하는 단계;
    를 더 포함하는 디스플레이 방법.
  48. 제 45항에 있어서,
    각각의 렌즈는 평면의 초점 필드를 가지는 디스플레이 방법.
  49. 제 45항에 있어서, 상기 선택된 엘리먼트를 스위칭하는 단계는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하는 단계; 및
    임의의 한 타임 인터벌 동안 20% 이내의 상기 전기-광학 엘리먼트를 스위칭하는 단계;
    를 더 포함하는 디스플레이 방법.
  50. 제 46항에 있어서, 상기 선택된 엘리먼트를 스위칭하는 단계는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하는 단계; 및
    임의의 한 타임 인터벌 동안 20% 이내의 상기 전기-광학 엘리먼트를 스위칭하는 단계;
    를 더 포함하는 디스플레이 방법.
  51. 제 48항에 있어서, 상기 선택된 엘리먼트를 스위칭하는 단계는,
    동일한 듀레이션의 타임 인터벌 동안 인간의 시각적 인지 시스템의 점멸 융합 주파수보다 큰 주파수로 상기 선택된 엘리먼트를 "온"으로 스위칭하고 각각의 서브셋의 다른 모든 엘리먼트를 "오프"로 스위칭하는 단계; 및
    임의의 한 타임 인터벌 동안 20% 이내의 상기 전기-광학 엘리먼트를 스위칭하는 단계;
    를 더 포함하는 디스플레이 방법.
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