KR20120026106A - 자동 입체 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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데 호르스트 얀 반
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스는 디스플레이 패널(60) 및 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간 위치들로 보내기 위한 이미징 배치(62)를 포함한다. 이미징 배치는 블루 상 LC 재료를 포함한다. 제어기는 블루 상 재료를 2D 모드에 대해서는 등방성 상태로 전환하고 3D 모드에 대해서는 복굴절 상태로 전환한다. 이 배치는 전환 가능한 렌즈 배치가 정렬 층들 없이 형성될 수 있도록 한다. 이것은 고각도 성능의 얇은 전환 가능한 배치를 제공할 수 있다.

Description

자동 입체 디스플레이 디바이스{AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이를 생성하기 위한 디스플레이 화소들의 어레이를 갖는 디스플레이 패널 및 상이한 뷰들을 상이한 공간적 위치들로 보내기 위한 이미징 배치를 포함하는 종류의 자동 입체 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
공지된 디바이스는 이미징 배치로서 렌즈 배치를 사용한다. 예를 들어, 하나가 또다른 것에 대해 평행하게 연장하고 디스플레이 화소 어레이와 중첩하는 기다란 렌티큘러 소자들의 어레이가 제공될 수 있고, 디스플레이 화소들은 이들 렌티큘러 소자들을 통해 보여진다.
렌티큘러 소자들은, 각각 길어진 반-원통형 렌즈 소자를 포함하는 소자들의 시트로서 제공된다. 렌티큘러 소자들은 디스플레이 패널의 열 방향으로 연장하고, 각 렌티큘러 소자는 디스플레이 화소들의 2개 이상의 인접 열들의 각각의 그룹과 중첩한다.
예를 들어, 각 렌티큘이 디스플레이 화소들의 2개의 열들과 연관되는 배치에서, 각 열에서의 디스플레이 화소들은 각각의 2차원 서브-이미지의 수직 슬라이스를 제공한다. 렌티큘러 시트는 이들 2개의 슬라이스들 및 대응하는 슬라이스들을 다른 렌티큘들과 연관된 디스플레이 화소 열들로부터 시트 앞에 위치된 사용자의 왼쪽 및 오른쪽 눈으로 향하게 하여, 사용자가 단일의 입체 이미지를 보도록 한다. 따라서, 렌티큘러 소자들의 시트는 광 출력 방향결정 기능을 제공한다.
다른 배치들에 있어서, 각 렌티큘은 행 방향에서 4개 이상의 인접한 디스플레이 화소들의 그룹과 연관된다. 각 그룹에서의 디스플레이 화소들의 대응하는 열들은 각각의 2차원 서브-이미지로부터 수직 슬라이스를 적절히 제공하도록 배열된다. 사용자의 머리는 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이기 때문에, 일련의 연속하는 상이한 입체 뷰들이 인지되어, 예를 들어, 룩-어라운드 느낌을 생성한다.
상술된 디바이스는 효율적인 3차원 디스플레이를 제공한다. 그러나, 입체 뷰들을 제공하기 위해서, 디바이스의 수평 해상도의 희생이 필요하다는 것이 인식될 것이다. 이 해상도의 희생은, 짧은 거리들에서의 시청을 위한 작은 텍스트 문자들의 디스플레이와 같이, 특정 어플리케이션들에 있어서는 용납될 수 없다. 이러한 이유로 인해, 2차원 모드와 3차원 (입체) 모드 사이에서 전환 가능한 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이 제안되어 있다.
이를 구현하기 위한 한 가지 방법은 전기적으로 전환 가능한 렌티큘러 어레이를 제공하는 것이다. 2차원 모드에서, 전환 가능한 디바이스의 렌티큘러 소자들은 "통과(pass through)" 모드에서 동작하고, 즉, 그들은 광학적으로 투명한 재료의 평면 시트와 동일한 방식으로 동작한다. 결과적인 디스플레이는, 짧은 시청 거리들로부터 작은 텍스트 문자들을 디스플레이하기에 적합한, 디스플레이 패널의 원래 해상도와 동일한 높은 해상도를 갖는다. 2차원 디스플레이 모드는, 물론, 입체 이미지를 제공할 수 없다.
3차원 모드에서, 전환 가능한 디바이스의 렌티큘러 소자들은, 상술된 바와 같이, 광 출력 방향결정 기능을 제공한다. 결과적인 디스플레이는 입체 이미지들을 제공할 수 있지만, 위에서 언급된 해상도 손실은 불가피하다.
전환 가능한 디스플레이 모드들을 제공하기 위해서, 전환 가능한 디바이스의 렌티큘러 소자들은, 두 값들 사이에서 전환 가능한 굴절률을 갖는, 액정 재료와 같은, 전기-광학 재료로 이루어진다. 디바이스는 렌티큘러 소자들의 위 아래에 제공되는 평면형 전극들에 대해 적당한 전위를 인가함으로써 모드들 사이에서 전환된다. 전위는 인접한 광학적으로 투명한 층의 굴절률에 대하여 렌티큘러 소자들의 굴절률을 변경한다. 전환 가능한 디바이스의 구조 및 동작의 더욱 상세한 기술은 US 6,069,650 호에서 알 수 있다.
전환 가능한 LC 재료를 제어하기 위한 두 가지 상이한 접근법들이 존재한다. 상기 개괄된 것과 같은 제 1 접근법은 렌즈 소자로서 전환 가능한 재료를 사용하고 레플리카(replica)로서 전환불가능한 재료를 사용한다. 제 2 접근법은 2개의 셀들, 즉, 복굴절 렌즈 레플리카를 갖는 제 1 패시브 셀 및 제 2 편광 전환 셀을 직렬로 사용한다. 일 모드에서, 제 2 셀은 인입 광의 편광을 회전시키고, 다른 모드에서는 그렇지 않다. 이 시스템은 US 7058252 호에 개시되어 있다.
이들 두 접근법들은 두 모드들 중 적어도 한 모드에서 각도 성능 감소를 유발한다. 또한, 다중 셀 접근법은 비-표준의 복굴절 레플리카 재료를 필요로 하고, 직렬 셀들에 대한 필요성의 결과로서 비교적 두껍다. 모바일 디바이스 어플리케이션들에 대한 얇은 렌즈 시스템들은 달성하기가 어렵다. 이들 접근법들은 또한 LC 모드들 간의 정렬 및 디스플레이의 편광 방향결정을 필요로 한다.
따라서, 개선된 전환 가능한 2D/3D 디스플레이 시스템이 필요하다. 특히, 전환 가능한 배치에 의해 2D 성능에 가능한 한 영향을 적게 주어야 하고 전환 속도가 가능한 한 높아야 할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상술된 목표를 달성하는 것이다. 본 발명은 독립 청구항들에 의해 규정된다. 종속 청구항들은 유리한 실시예들을 규정한다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 2D 및 3D의 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스가 제공되고, 이 디바이스는:
- 디스플레이를 생성하기 위한 디스플레이 화소들의 어레이를 갖는 디스플레이 패널로서, 디스플레이 화소들은 행들 및 열들로 배열되는, 상기 디스플레이 패널; 및
- 렌즈 소자 배치 및 레플리카 구조를 포함하는 렌즈 배치로서, 렌즈 소자 배치 및 레플리카 구조 중 하나는 블루 상(blue phase) LC 재료로 이루어지고 다른 하나는 전환불가능한 등방성 재료로 이루어지고, 렌즈 배치는 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간적 위치들로 보내는, 상기 렌즈 배치를 포함하고,
디바이스는, 블루 상 재료를 2D 모드에 대해서는 등방성 상태로 전환하고 3D 모드에 대해서는 복굴절 상태로 전환하도록 구성되는 제어기를 더 포함하고, 2D 모드에서, 블루 상 재료의 굴절률은 전환불가능한 등방성 재료의 굴절률과 매칭한다.
이것은 전환 가능한 이미징 배치에 대한 간단한 구조를 제공한다.
배치는 전환 가능한 렌즈 배치로 하여금 정렬 층들 없이 간단히 렌즈 배치, 레플리카 배치 및 전환 전극들을 사용하여 형성될 수 있도록 하고, 렌즈 또는 레플리카 배치는 블루 상 LC 재료로 이루어진다. 이것은 고각도 성능의 얇은 전환 가능한 배치를 제공할 수 있다.
등방성 상태는 2D 모드에 대해 사용되기 때문에, 이것은 기존의 전환 가능한 렌즈 배치들에서 사용되는 전기장 정렬 모드에 비해 2D 모드를 상당히 개선한다. 따라서, 2D 모드에서의 잔여 회절은 블루 상 재료의 등방성 모드를 사용함으로써 최소로 감소되기 때문에, 2D 성능은 본 발명의 특정 배치에 의해 향상된다. 블루 상 재료는 또한 높은 전환 속도를 제공한다.
등방성 모드는 각도 및 편광에 독립적이다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스가 제공되고, 이 디바이스는:
- 디스플레이를 생성하기 위한 디스플레이 화소들의 어레이를 갖는 디스플레이 패널로서, 디스플레이 화소들은 행들 및 열들로 배열되는, 상기 디스플레이 패널; 및
- 자동 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간적 위치들로 보내기 위한 이미징 배치를 포함하고,
이미징 배치는 블루 상 LC 재료를 포함하고,
디바이스는, 블루 상 재료를 2D 및 3D 모드들 중 하나에 대한 등방성 상태 및 2D 및 3D 모드들 중 다른 하나에 대한 복굴절 상태로 전환하도록 구성된 제어기를 더 포함하고, 이미징 배치는 렌즈 배치(62) 및 전환 가능한 편광 수정 디바이스(polarization modifying device)를 포함하고, 전환 가능한 편광 수정 디바이스는 블루 상 LC 재료를 포함한다.
이 예에서, 상기 이미징 배치는 렌즈 배치 및 전환 가능한 편광 수정 디바이스를 포함하고, 전환 가능한 편광 수정 디바이스는 블루 상 LC 재료를 포함한다.
본 발명의 제 1 양태는 또한 2D 및 3D 동작 모드들 사이에서 전환 가능한 자동 입체 디스플레이를 제공하는 방법이 제공되고, 이 방법은:
- 디스플레이 화소들의 어레이를 갖는 디스플레이 패널로부터 디스플레이를 생성하는 단계로서, 디스플레이 화소들은 행들 및 열들로 배열되는, 상기 디스플레이 생성 단계; 및
- 자동 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간적 위치들로 보내는 단계로서, 렌즈 소자 배치(72) 및 레플리카 구조(70)를 포함하는 렌즈 배치를 사용하고, 렌즈 소자 배치(72) 및 레플리카 구조(70) 중 하나는 블루 상 LC 재료로 이루어지고 다른 하나는 전환불가능한 등방성 재료로 이루어지는, 상기 보내는 단계; 및
블루 상 재료를 2D 모드에 대해서는 등방성 상태로 전환하고 3D 모드에 대해서는 복굴절 상태로 전환하는 단계로서, 2D 모드에서는 블루 상 재료의 굴절률이 전환불가능한 등방성 재료의 굴절률과 매칭하는, 상기 전환하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 2 양태는 또한 2D 및 3D 동작 모드들 사이에서 전환 가능한 자동 입체 디스플레이를 제공하는 방법을 제공하고, 이 방법은:
- 디스플레이 화소들(5)의 어레이를 갖는 디스플레이 패널로부터 디스플레이를 생성하는 단계로서, 디스플레이 화소들은 행들 및 열들로 배열되는, 상기 디스플레이 생성 단계; 및
- 자동 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간적 위치들로 보내는 단계로서, 렌즈 배치 및 전환 가능한 편광 수정 디바이스를 포함하는 이미징 배치를 사용하고, 전환 가능한 편광 수정 디바이스는 블루 상 LC 재료를 포함하는, 상기 보내는 단계; 및
- 블루 상 재료를 2D 및 3D 모드들 중 하나에 대해서는 등방성 상태로 전환하고 2D 및 3D 모드들 중 다른 하나에 대해서는 복굴절 상태로 전환하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 이제 첨부 도면들을 참조하여 단지 예시적인 방식으로 기술될 것이다.
도 1은 공지된 자동 입체 디스플레이 디바이스의 개략 원근도.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 디스플레이 디바이스의 렌즈 어레이의 동작 원리를 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 4는 렌티큘러 어레이가 어떻게 상이한 공간적 위치들에 대해 상이한 뷰들을 제공하는지를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 자동 입체 디스플레이 디바이스의 예를 도시하는 도면.
도 6은 하나의 가능한 편광 배치를 설명하기 위해 사용되는 도면.
도 7은 본 발명의 적응적 디스플레이 시스템의 예를 도시하는 도면.
본 발명은 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 렌즈 배치가 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간적 위치들로 보내는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스를 제공한다. 상기 렌즈 배치는 2D 모드 및 3D 모드 사이에서 전기적으로 전환 가능하고, 블루 상 액정 재료를 사용한다.
본 발명을 상세히 기술하기 전에, 공지되어 있는 전환 가능한 배치의 예가 먼저 기술될 것이다.
도 1은 공지된 직접 뷰 자동 입체 디스플레이 디바이스(1)의 개략 원근도이다. 공지된 디바이스(1)는 디스플레이를 생성하기 위해 공간적 광 변조기로서 작동하는 액티브 매트릭스형의 액정 디스플레이 패널(3)을 포함한다.
디스플레이 패널(3)은 행들 및 열들로 배열된 디스플레이 화소들(5)의 직교 어레이를 갖는다. 명확성을 위해서, 적은 수의 디스플레이 화소들(5)만이 도면에 도시되어 있다. 실제로, 디스플레이 패널(3)은 약 1000개의 행들 및 수천 개의 열들의 디스플레이 화소들(5)을 포함할 수도 있다.
액정 디스플레이 패널(3)의 구조는 완전히 종래와 같다. 특히, 패널(3)은 한 쌍의 이격된 투명한 유리 기판들을 포함하고, 그 사이에는 정렬된 트위스티드 네마틱 또는 다른 액정 재료가 제공된다. 기판들은 그들의 면하는 표면들 상에 투명한 인듐 주석 산화물(ITO) 전극들의 패턴들을 가지고 있다. 기판들의 외부 표면들 상에는 편광 층들이 또한 제공된다.
각 디스플레이 화소(5)는, 그 사이에 액정 재료가 개재된 기판들 상에 대향 전극들을 포함한다. 디스플레이 화소들(5)의 형상 및 레이아웃은 전극들의 형상 및 레이아웃에 의해 결정된다. 디스플레이 화소들(5)은 규칙적으로 갭들만큼 서로 이격되어 있다.
각 디스플레이 화소(5)는 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은 스위칭 소자와 연관된다. 디스플레이 화소들은 어드레싱 신호들을 스위칭 소자들에게 제공함으로써 디스플레이를 생성하도록 동작되고, 적절한 어드레싱 방법들은 당업자들에게 공지되어 있을 것이다.
디스플레이 패널(3)은, 이 경우에는 디스플레이 화소 어레이의 영역 위로 연장하는 평면형 백라이트를 포함하는 광원(7)에 의해 조명이 비추어진다(illuminated). 광원(7)으로부터의 광은 디스플레이 패널(3)을 통과하여 보내지고, 개개의 디스플레이 화소들(5)은 광을 변조하여 디스플레이를 생성하도록 구동된다.
디스플레이 디바이스(1)는 또한, 뷰 형성 기능을 수행하는, 디스플레이 패널(3)의 디스플레이 측면에 배열되는 렌티큘러 시트(9)를 포함한다. 렌티큘러 시트(9)는 서로에 대해 평행하게 연장하는 렌티큘러 소자들(11)의 행을 포함하고, 명확성을 위해서 그 중 하나만이 과장된 치수로 도시되어 있다.
렌티큘러 소자들(11)은 볼록한 원통형 렌즈들의 형태이고, 그것들은 디스플레이 패널(3)로부터 디스플레이 디바이스(1) 앞에 위치된 사용자의 눈들로 상이한 이미지들 또는 뷰들을 제공하기 위한 광 출력 방향결정 수단으로서 작동한다.
도 1에 도시된 자동 입체 디스플레이 디바이스(1)는 상이한 방향들에서 여러 개의 상이한 인지 뷰들을 제공할 수 있다. 특히, 각 렌티큘러 소자(11)는 각 행에서 디스플레이 화소들(5)의 작은 그룹과 중첩한다. 렌티큘러 소자(11)는 상이한 방향에서 그룹의 각 디스플레이 화소(5)를 투사하여, 여러 개의 상이한 뷰들을 형성하도록 한다. 사용자의 머리는 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이기 때문에, 그의/그녀의 눈들은 차례로 여러 개의 뷰들 중 상이한 것들을 수신할 것이다.
상술된 바와 같이, 전기적으로 전환 가능한 렌즈 소자들이 제공되는 것이 제안되어 있다. 이것은 디스플레이가 2D 및 3D 모드들 사이에서 전환될 수 있도록 한다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 디바이스에서 이용될 수 있는 전기적으로 전환 가능한 렌티큘러 소자들(35)의 어레이를 개략적으로 도시한다. 어레이는, 그들의 면하는 표면들 상에 제공되는 인듐 주석 산화물(ITO)로 형성된 투명 전극들(43, 45)을 갖는, 한 쌍의 투명한 유리 기판들(39, 41)을 포함한다. 레플리케이션(replication) 기술을 사용하여 형성된 역 렌즈 구조(47)가 기판들(39, 41) 사이에 제공되고, 이는 기판들 중 상부 기판(39)에 인접하여 있다. 액정 재료(49)가 또한 기판들(39, 41) 사이에 제공되고, 이는 기판들 중 하부 기판(41)에 인접하여 있다.
역 렌즈 구조(47)는, 도 2 및 도 3의 단면도에 도시되어 있는 것과 같이, 액정 재료(49)로 하여금 역 렌즈 구조(47)와 하부 기판(41) 사이에서 평행하고 길어진 렌티큘러 형상들이 되도록 한다. 액정 재료와 접촉하는 역 렌즈 구조(47) 및 하부 기판(41)의 표면들에는 또한 액정 재료를 배향시키기 위한 (도시되지 않은) 배향층이 제공된다.
도 2는 전극들(43, 45)에 전위가 인가되지 않을 때의 어레이를 도시한다. 이 상태에서, 액정 재료(49)의 굴절률은 역 렌즈 어레이(47)의 굴절률보다 상당히 높고, 따라서, 렌티큘러 형상들은 도시되어 있는 것과 같이 광 출력 방향결정 기능을 제공한다.
도 3은 약 50 내지 100 볼트의 교류 전위가 전극들(43, 45)에 인가될 때의 어레이를 도시한다. 이 상태에서, 액정 재료(49)의 굴절률은 역 렌즈 어레이(47)의 굴절률과 실질적으로 동일하고, 따라서, 도시되어 있는 것과 같이, 렌티큘러 형상들의 광 출력 방향결정 기능이 소거된다. 따라서, 이 상태에서, 어레이는 "통과" 모드로서 효과적으로 작동한다.
도 1에 도시된 디스플레이 디바이스에 사용하기에 적합한 전환 가능한 렌티큘러 소자들의 어레이들의 구조 및 동작의 더욱 세부사항들은 US 6,069,650 호에서 알 수 있다.
도 4는 상술된 것과 같은 렌티큘러형 이미징 배치의 동작 원리를 도시하고, 백라이트(50), LCD와 같은 디스플레이 디바이스(54) 및 렌티큘러 어레이(58)를 도시한다. 도 4는 렌티큘러 배치(58)가 상이한 화소 출력들을 어떻게 상이한 공간적 위치들로 보내는지를 도시한다.
본 발명은 전환 가능한 렌즈 구조에 블루 상 액정 재료를 사용하는 것에 기초한다.
액정 재료의 소위 블루 상의 존재는 수십년 동안 인식되어 왔다. 그러나, 이 상은 매우 좁은 온도 범위와 연관되었다. 블루 상은 정육면체 격자를 형성하는 3개의 공간적 차원들에서 규칙적인 거리들에서 발생하는 결함들에 의해 야기된다. 블루 상들은 따라서 키랄 액정 내에서의 결함들의 규칙적인 3차원 격자에 의해 형성된다. 블루 상의 결함들 간의 간격은 광의 파장의 범위에 있기 때문에(수백 나노미터들), 격자로부터 반사된 광의 특정 파장 범위들에 대해서, 구조적인 간섭이 발생하고(브랙 반사) 블루 상은 색 광을 반사한다(블루 상들 중 일부만이 실제로 청색 광을 반사한다는 것을 유념해야 한다). 블루 상은 키랄 LC 재료가 콜레스테릭 상으로부터 따뜻하게 되거나 등방성 상으로부터 차가워질 때 발생한다.
2005년에, 캠브리지 대학에서의 포토닉스 및 전자공학에 대한 분자 재료 센터의 연구원들은, 네이처 436, 997 내지 1000 페이지에 공개되어 있는 것과 같이, 섭씨 16 내지 60도의 넓은 온도 범위에 걸쳐 안정하게 유지되는 블루-상 액정들의 클래스의 발견을 보고하였다. 이들 매우 안정한 블루 상들은 재료에 전기장을 인가함으로써 반사 광의 컬러를 전환하기 위해 사용될 수 있고, 이것은 결국 풀-컬러 디스플레이들에 대한 3-컬러(적색, 녹색 및 청색) 화소들을 생성하기 위해 사용될 수 있다는 것을 보여준다. 새로운 블루 상들은, 2개의 딱딱한 막대형 세그먼트들이 유연한 체인에 의해 연결되는 분자들로부터 만들어진다.
프로토타입 블루 상 LCD 패널이 제조되고 알려져 있다. 블루 상 모드는, 트위스티드 네마틱(TN), 인-플레인 스위칭(IPS) 또는 수직 정렬(VA)과 같은 종래의 TFT LCD 기술들과는 달리, LC 정렬 층들을 필요로 하지 않는다. 블루 상 모드는 그 자신의 정렬 층들을 만들 수 있어서, 임의의 기계적 정렬 및 러빙 공정들에 대한 필요성을 제거한다. 이것은 필요한 제조 단계들의 수를 감소시키고, 결과적으로는 제조 비용들을 절약한다.
TV 어플리케이션들에 대한 블루 상 기반 LC-디스플레이에 있어서, 시각적 정보의 디스플레이를 위해 사용되는 (브랙 반사(Bragg reflection)의 결과로서) 격자 피치에 따른 선택적인 광의 반사는 없지만, 외부 전기장은 커 효과(Kerr effect)를 통해 LC에서 복굴절을 유발한다. 상기 외부 전기장에 의해 유발된 복굴절은, 블루 상 모드 LC 층이 교차형 편광자들 사이에 위치될 때, 송신의 변경으로서 명백하게 된다.
상기 개괄된 이점들은 블루 상 LC 재료를 전환 가능한 렌즈 어레이에 적용함으로써 얻어질 수 있고, 편광 정렬 층들의 필요성 및 LC 러빙의 필요성을 방지한다. 따라서, 상기 구조 및 제조 공정이 간단하게 된다.
도 5는 본 발명의 자동 입체 디스플레이 디바이스의 제 1 예를 도시한다.
상기 디바이스는 전환 가능한 렌티큘러 어레이(62)가 제공되는 상부에 (편광자들을 갖는) 종래의 LC 패널(60)을 포함한다. 투명한 스페이서(64)가 LC 패널과 렌티큘러 어레이 사이에 제공되고, 렌티큘러 어레이 위에는 투명한 커버(66)가 제공된다.
렌티큘러 어레이는 (ITO와 같은) 대향 투명 전극들(68), 일정한 굴절률을 갖는 전환불가능한 재료로 이루어지는 렌즈 레플리카(70) 및 블루 상 LC 재료(72)를 포함한다.
2D 또는 3D 모드는, 레플리카가 3개의 가능한 굴절률들, 즉, no(이방성 축에 수직인 상광선(ordinary ray) 굴절률), ne(이방성 축에 평행한 이상 광선(extraordinary ray) 굴절률), nbf(등방성 블루 상 굴절률) 중 하나를 갖도록 선택함으로써, 및 특정 광 편광을 선택하고 레플리카 재료의 네거티브 또는 포지티브 공기 초점 거리를 선택함으로써 복굴절 (이방성) 블루 상과 연관될 수 있다.
블루 상 LC 재료는 no 및 ne 값들에 의해 규정된다. 전기장이 존재하지 않을 때, 재료는 다음에 의해 결정된 등방성 굴절률을 갖는다.
Figure pct00001
양호한 각도-안정 2D 모드를 갖기 위해서, 이 등방성 값과 동일한 굴절률을 갖는 등방성 레플리카 재료가 선택되어야 한다(즉, ni ( 레플리카 ) = ne ( 레플리카 ) = no ( 레플리카 ) = niso).
이 점에서, 수 도(several degrees), 바람직하게는 수십 도의 온도 범위에 걸쳐 안정한 블루 상을 갖는 임의의 블루 상 재료가 사용될 수도 있다는 것을 유념해야 한다. 이러한 블루 상 재료들의 비-제한적인 예들은, 예를 들어, WO 2005/075603 호 및 WO 2007/147516 호 및 상술된 네이처 공보에서 발견할 수 있다. 이러한 블루 상 재료들은 일반적으로 하나 이상의 (바이)메소제닉 네마틱 화합물들 및 키랄 네마틱 화합물과 같은 키랄 첨가제의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, WO 2007/147516 호에 예시되어 있는 것과 같이, 블루 상 재료의 굴절률 값은 혼합물의 조성을 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 블루 상 재료들의 몇몇 예들은 1.5545 내지 1.6683 범위의 ne 값들을 갖는 것으로 제공되고, 광학적 이방성은 0.0708 내지 0.1637 범위의 △n=ne-no이다. 이것은 규칙적으로 그 각각의 굴절률들을 변화시키기 위해 당업자들이 블루 상 재료의 조성을 변화시킬 수 있다는 것을 보여준다.
또한, 그것은 규칙적으로 블루 상 재료의 적절한 굴절률(niso, no 또는 ne)을 레플리카 재료의 굴절률과 대략 매칭시키는 것이다. 예를 들어, US 6,989,190 호에 개시되어 있는 것과 같이, 많은 투명한 폴리머들, 예를 들어, (기능화된) 폴리카보네이트들(n=1.58), 폴리이미드들, 히타치사의 OPI 시리즈 폴리이미드들과 같은 플루오르화 폴리이미드들(n=1.52 내지 1.54), 탄화플루오르들(n=1.36), 이러한 폴리머들의 혼합물들 등은 당업자들에게 있어서 쉽게 이용 가능하다.
예로서, (참조로서 본원에 포함되는) WO 2007/147516 호에 개시된 블루 상 LC 혼합물 C-2는 1.5094의 등방성 굴절률을 갖는다. 굴절률이 매칭하는 투명한 재료는 레플리카 구조에 쉽게 이용 가능하다. 일 예는 1.500의 굴절률을 갖는 구조화된 유리이다. 폴리머 재료들은 또한 1.5094의 소망의 굴절률에 더 가깝게 매칭될 때에 이용 가능하다. 또한, 몇몇 폴리머들은 평균적인 유효 굴절률을 달성하기 위해 혼합될 수 있고, 이것은 소망의 굴절률이 얻어지는 것을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게, 굴절률 매칭은 등방성 굴절률과 레플리카 구조 굴절률 간의 차이(즉, 매칭시의 에러)가 LC 재료의 굴절률 차이의 5%보다 작아지도록 한다. C-2 예에 대해서, 굴절률 차이는 0.0930이고, 따라서, 매칭은 0.0047보다 더 가까운 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 매칭시 에러는 LC 굴절률 차이의 2%보다 작거나 또는 1%보다 작다.
그러나, 실제로는 레플리카 굴절률(ni ( 레플리카 ))이 소망하는 바와 같이 niso, no 또는 ne의 값과 정확히 매칭하는 것은 때때로 어려울 수 있다. 소량의 이방성을 가능하게 하기 위해 더 작은 전기장에 대한 LC의 굴절률의 조정이 제공될 수 있고, 그에 따라서, ni ( 레플리카 )와의 정확한 매칭이 가시적일 때까지 가시적 굴절률을 증가시키는 것을 가능하게 한다.
3D 모드에 대해서, 블루 상 LC 재료의 가시적 굴절률 및 레플리카 간에 굴절률의 차이를 발생시킴으로써 렌즈 효과가 제공된다. 바람직하게, 굴절률 차이는 가능한 한 커야하므로, 렌즈 구조는 가능한 한 얕아야 하며, 따라서, 최소량의 LC 재료가 필요하다.
낮은 깊이의 렌즈들은 인-플레인 스위칭을 사용하여 달성될 수 있다. 이 경우에 있어서의 LC 재료의 이방성 모드의 축은 광의 편광과 평행하게 정렬될 수 있어서, ne가 가시적이 된다. 레플리카가 niso와 동일한 굴절률을 갖도록 선택함으로써, 결과적인 굴절률 차이는 △ni ( 레플리카 )-ne이 된다. 굴절률 차이 및 필요한 포커스는 렌즈의 필요한 형상을 직접 결정한다. 단일 면의 원통형 렌즈의 경우에, 이러한 렌즈의 반경은 다음과 같이 선택될 수도 있다.
Figure pct00002
렌즈의 프로파일 깊이는 반경이 더 짧아질 때 증가하기 때문에, △n가 더 큰 것은 깊이가 더 낮다는 것을 의미한다. ni ( 레플리카 )-ne는 ni ( 레플리카 )-no보다 크기 때문에, 이것은 nr=niso일 때 바람직한 실시예이다.
광학적 이방성 또는 굴절률 차이는 더블 인-플레인 스위칭을 사용함으로써 ne-no로 증가될 수도 있다. 전기장들은, 이방성 모드의 광학 축이 평면에 대해 평행하고 광의 편광에 대해 수직하도록 회전될 수 있도록 설정된다. 이것은, 예를 들어, 각각 수직 전기장을 발생시키는 수직 구조 ITO 패턴들의 두 세트들에 의해 달성될 수도 있다. 그러나, 이 실시예에서, 블루 상의 등방성 상은 이용되지 않을 수도 있다.
많은 다른 변형들이 가능하다. 예를 들어, LC 및 렌즈 레플리카 스택들은 블루 상 재료로서의 레플리카 및 등방성 재료로서의 렌즈 소자들과 함께 배열될 수 있다. 렌즈 소자들의 초점 길이는 네거티브 대신 포지티브일 수 있다.
도 6은 수직으로 편광된 광선들이 사용되는 배치를 도시하고, 블루 상 재료의 등방성 굴절률(niso)에 매칭하는 레플리카 굴절률을 도시한다. 굴절률 타원체(80)가 도시되어 있다. 이것은 복굴절 매체에서 가시적인 굴절률을 예시하는 공지된 방식이다. 타원체는 복굴절을 나타내고 구체는 등방성 굴절률을 나타낸다. 굴절률 차이는 ni ( 레플리카 )-no이 된다.
상기 예에서, 블루 상 재료는 렌즈 구조의 일부이다. 그러나, 대안적인 접근법은 전환 가능한 편광 수정 배치와 함께 패시브 렌즈 배치를 사용한다. 패시브 렌즈 배치는 복굴절 렌즈들 및 비-복굴절 렌즈 레플리카 부분들을 갖는다(또는 이들은 비-복굴절의 렌즈들 및 복굴절의 레플리카 부분들과 함께 배열될 수 있다). 레플리카 부분들은 복굴절 렌즈들의 굴절률들 중 하나, 예를 들어, 이상 굴절률과 매칭하는 굴절률을 갖는다. 전환 가능한 편광 수정 디바이스는 렌즈와 레플리카 간의 율 변경이 존재하는 편광 상태와 변경이 존재하지 않는 상태 사이에서의 선택을 가능하게 한다. 따라서, 패시브 렌즈로 들어가는 광의 편광 방향은 렌즈 기능이 구현되었는지 또는 렌즈가 통과 디바이스로서 동작하는지에 영향을 준다.
이 시스템은 WO 03/015424 호에 기술되어 있다.
이러한 배치의 전환 가능한 편광 수정 디바이스는, 본 발명에 따라서, 블루 상 LC 재료를 포함할 수 있다. 블루 상 LC 재료의 복굴절 모드의 복굴절은, 블루 상 LC 재료 두께와 함께, 소망의 편광 수정을 일으킨다. 예를 들어, 복굴절 셀은 반파 플레이트로서 기능할 수 있고, 결과적으로, 복굴절 모드에 있을 때는 셀의 입력과 출력 간에 직교 편광 변경을 유발하고, 블루 상 LC 재료의 등방성 모드에 있을 때는 편광에 변경이 발생하지 않도록 한다.
따라서, 전환 기능을 제공하기 위한 블루 상 LC 재료들의 이점을 취할 수 있는 전환 가능한 2D/3D 자동 입체 디스플레이 디바이스의 다양한 예들이 존재한다는 것이 명백할 것이며, 본 발명은 상술된 주요 예로 제한되는 것은 아니다.
전환 가능한 배치가, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 적응적 3D 디스플레이의 일부로서 사용될 수 있다.
이미지 데이터는 저장 매체(140)로부터 수신되거나 안테나(142)로부터 생중계되고, 이미지/비디오 디코더(144)에 의해 처리된다. 종래의 비디오 처리는 블록(146)에서 발생한다.
포맷 검출 유닛(148)은 (뷰들의 수와 같이) 수신된 이미지의 3D 포맷이 검출될 수 있도록 하고 방위와 같은 디스플레이 포맷이 검출될 수 있도록 한다.
검출된 이미지 포맷 및 디스플레이 능력들에 기초하여, 블록 150에서는 데이터 포맷 변환이 필요할 수도 있고, 이미지 데이터는 이미지 렌더링 유닛(152)에서의 디스플레이를 위해 준비된다. 그러나, 또한, 3D 이미징 배치는 화살표(154)로 나타낸 바와 같이 제어될 수 있어서, 디스플레이 패널의 제어가 렌즈 어레이 구성의 제어뿐만 아니라 디스플레이 패널에 제공된 데이터의 제어도 포함한다. 이들은 소망의 3D 효과를 제공하기 위해 함께 제어된다.
상기 예들은 일반적인 이미지 포맷들로서 3D 디스플레이 모드들을 논의하였다. 또한, 디스플레이의 상이한 영역들을 2D 및 3D 모드들로 전환하는 것도 가능하다. 이것은 물론 전환 가능한 렌즈 배치를 구동하기 위한 세그먼트된 전극들을 필요로 한다.
상술된 예들은, 예를 들어, 50㎛ 내지 1000㎛ 범위의 디스플레이 화소 피치를 갖는 액정 디스플레이 패널을 이용한다. 그러나, 당업자들에게는 유기 발광 다이오드(OLED) 또는 음극선관(CRT) 디스플레이 디바이스들과 같은 대안적인 종류들의 디스플레이 패널이 이용될 수도 있다는 것이 명백할 것이다.
디스플레이 디바이스를 제작하기 위해 사용되는 제품 및 재료들은, 전통적이며 당업자들에게 공지되어 있기 때문에, 상세히 기술되지는 않았다.
제어 가능한 렌즈 어레이의 바람직한 예는 세그먼트된 행 및 열 전극들을 갖지만, 다수의 상이한 뷰들과의 호환을 가능하기 하기 위해서는 세그먼트된 열 전극들만이 필요하다.
개시된 실시예들의 다른 변형들은, 도면들, 개시 및 첨부된 청구항들의 연구에 의해, 청구된 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 청구항들에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소들이나 단계들을 배제하지 않고, 부정 관사 "한" 또는 "하나의"는 복수를 배제하지 않는다. 단일 처리기 또는 다른 유닛은 청구항들에서 인용되는 여러 항목들의 기능들을 실행할 수도 있다. 특정 측정치들이 서로 상이한 종속 청구항들에서 인용되는 것은 이들 측정치의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다. 컴퓨터 프로그램은, 다른 하드웨어와 함께 또는 그 일부로서 제공되는 광학 저장 매체 또는 고체-상태 매체와 같은 적절한 매체에 저장/분산될 수도 있지만, 또한, 인터넷이나 다른 유선 또는 무선 원격통신 시스템들을 통해서와 같이 다른 형태들로 분산될 수도 있다. 청구항들에서의 임의의 부호들은 범위를 제한하는 것으로서 이해되어서는 안된다.

Claims (10)

  1. 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스에 있어서:
    - 디스플레이를 생성하기 위한 디스플레이 화소들(5)의 어레이를 갖는 디스플레이 패널(60)로서, 상기 디스플레이 화소들은 행들 및 열들로 배열되는, 상기 디스플레이 패널(60); 및
    - 렌즈 소자 배치(72) 및 레플리카 구조(70)를 포함하는 렌즈 배치(72)로서, 렌즈 소자 배치(72) 및 레플리카 구조(70) 중 하나는 블루 상(blue phase) LC 재료로 이루어지고 다른 하나는 전환불가능한 등방성 재료로 이루어지며, 상기 렌즈 배치는 자동 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간적 위치들로 보내는, 상기 렌즈 배치(72)를 포함하고,
    상기 디바이스는 상기 블루 상 재료를 상기 2D 모드에 대해서는 등방성 상태로 전환하고 상기 3D 모드에 대해서는 복굴절 상태로 전환하도록 구성되는 제어기를 더 포함하고, 상기 2D 모드에서, 상기 블루 상 재료의 굴절률은 상기 전환불가능한 등방성 재료의 굴절률과 매칭하는, 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    이미징 배치는 정렬 층들을 갖고 있지 않은, 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  3. 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스에 있어서:
    - 디스플레이를 생성하기 위한 디스플레이 화소들(5)의 어레이를 갖는 디스플레이 패널(60)로서, 상기 디스플레이 화소들은 행들 및 열들로 배열되는, 상기 디스플레이 패널(60); 및
    - 자동 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간적 위치들로 보내기 위한 이미징 배치(62)를 포함하고,
    상기 이미징 배치는 블루 상 LC 재료를 포함하고,
    상기 디바이스는 상기 블루 상 재료를 상기 2D 및 3D 모드들 중 하나에 대해서는 등방성 상태로 전환하고 상기 2D 및 3D 모드들 중 다른 하나에 대해서는 복굴절 상태로 전환하도록 구성되는 제어기를 더 포함하고,
    상기 이미징 배치는 렌즈 배치(62) 및 전환 가능한 편광 수정 디바이스(polarization modifying device)를 포함하고,
    상기 전환 가능한 편광 수정 디바이스는 상기 블루 상 LC 재료를 포함하는, 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 블루 상 재료는 하나 이상의 (바이)메소제닉 네마틱 화합물들 및 키랄 첨가제의 혼합물을 포함하는, 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널(60)은 개별적으로 어드레스 가능한 방사성, 전도성, 굴절성 또는 회절성 디스플레이 화소들의 어레이를 포함하는, 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널(60)은 액정 디스플레이 패널인, 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 이미지 데이터에 의존하여 상기 이미징 배치의 모드를 제어하도록 구성되는, 2D 및 3D 동작 모드들을 갖는 전환 가능한 자동 입체 디스플레이 디바이스.
  8. 2D 및 3D 동작 모드들 사이에서 전환 가능한 자동 입체 디스플레이를 제공하는 방법에 있어서:
    - 디스플레이 화소들(5)의 어레이를 갖는 디스플레이 패널(60)로부터 디스플레이를 생성하는 단계로서, 상기 디스플레이 화소들은 행들 및 열들로 배열되는, 상기 디스플레이 생성 단계; 및
    - 자동 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간적 위치들로 보내는 단계로서, 렌즈 소자 배치(72) 및 레플리카 구조(70)를 포함하는 렌즈 배치(62)를 사용하고, 렌즈 소자 배치(72) 및 레플리카 구조(70) 중 하나는 블루 상 LC 재료로 이루어지고 다른 하나는 전환불가능한 등방성 재료로 이루어지는, 상기 보내는 단계; 및
    - 상기 블루 상 재료를 상기 2D 모드에 대해서는 등방성 상태로 전환하고 상기 3D 모드에 대해서는 복굴절 상태로 전환하는 단계로서, 상기 2D 모드에서, 상기 블루 상 재료의 굴절률은 상기 전환불가능한 등방성 재료의 굴절률과 매칭하는, 상기 전환하는 단계를 포함하는, 2D 및 3D 동작 모드들 사이에서 전환 가능한 자동 입체 디스플레이를 제공하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 블루 상 재료를 전환하는 단계는 상기 이미징 배치(62)의 렌즈 소자 배치(72) 및 레플리카 구조(70) 중 하나를 전환하는 단계를 포함하는, 2D 및 3D 동작 모드들 사이에서 전환 가능한 자동 입체 디스플레이를 제공하는 방법.
  10. 2D 및 3D 동작 모드들 사이에서 전환 가능한 자동 입체 디스플레이를 제공하는 방법에 있어서:
    - 디스플레이 화소들(5)의 어레이를 갖는 디스플레이 패널(60)로부터 디스플레이를 생성하는 단계로서, 상기 디스플레이 화소들은 행들 및 열들로 배열되는, 상기 디스플레이 생성 단계; 및
    - 자동 입체 이미지가 시청될 수 있도록 하기 위해 상이한 화소들로부터의 출력을 상이한 공간적 위치들로 보내는 단계로서, 렌즈 배치(62) 및 전환 가능한 편광 수정 디바이스를 포함하는 이미징 배치를 사용하고, 상기 전환 가능한 편광 수정 디바이스는 블루 상 LC 재료를 포함하는, 상기 보내는 단계; 및
    - 상기 블루 상 재료를 상기 2D 및 3D 모드들 중 하나에 대해서는 등방성 상태로 전환하고 상기 2D 및 3D 모드들 중 다른 하나에 대해서는 복굴절 상태로 전환하는 단계를 포함하는, 2D 및 3D 동작 모드에서 전환 가능한 자동 입체 디스플레이를 제공하는 방법.
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