KR20130121969A - 고해상도 및/또는 3d 효과를 얻기 위한 이동 요소를 구비하는 디스플레이 장치 - Google Patents

고해상도 및/또는 3d 효과를 얻기 위한 이동 요소를 구비하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

적어도 하나 또는 복수의 화소로 이루어지고 또한 프레임 레이트(R)로 변경될 수 있는 이미지 정보의 표시를 위한 디스플레이 장치(A)로서, 상기 이미지 정보의 화소를 생성하기 위한 적어도 하나의 광원(L)을 갖는 디스플레이 장치에 있어서, 이동 요소(BR, BV, LI, L)를 갖는 화소 변경 수단(VM)이 제공되고, 상기 화소 변경 수단(VM)은 상기 디스플레이 장치(A) 내에서 적어도 상기 프레임 레이트(R)로 이동 가능하게 배치되고, 또한 상기 디스플레이 장치(A)의 광원(L) 마다 상기 이미지 정보의 표시를 위한 확장 화소(1, 2, 3, 4, 5, 6,…)로서 적어도 2 배수의 화소를 생성하도록 상기 디스플레이 장치(A)의 관찰자(LA, RA)를 위한 적어도 하나의 상기 광원(L)에 의해 방출되는 광을 선택적으로 굴절 및/또는 차폐하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 광원(L)에 의해 방출되는 광은 광원 주파수(fL)로서 상기 프레임 레이트(R)의 적어도 2 배로 변경되는 것을 특징으로 한다.

Description

고해상도 및/또는 3D 효과를 얻기 위한 이동 요소를 구비하는 디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE WITH MOVEMENT ELEMENTS FOR OBTAINING A HIGH RESOLUTION AND/OR A 3D EFFECT}
본 발명은 복수의 화소로 이루어지고, 프레임 레이트(frame rate)로 변경될 수 있는 이미지 정보의 표시를 위한, 이미지 정보의 화소의 생성을 위한 적어도 하나의 광원을 갖는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
문헌 WO 2010/146070은 접힘식 LED 비디오 스크린으로서 구성되는 디스플레이 장치를 개시한다. 이 공지된 디스플레이 장치는 광원으로서 복수의 LED를 포함하고, 이것은 제어 수단으로서 전자 시스템에 의해 제어되고, 이것에 의해 예를 들면 동영상 또는 정지 영상과 같은 이미지 정보가 표시될 수 있다.
LED 비디오 스크린의 특수한 분야에서, 종래의 기술은 기술적 이유로 인해 픽셀 거리가 적어도 dLED = 3 mm(외측 조건에서 dLED = 6 mm)이다. 더 작은 픽셀 거리는 기술적 제약(구조의 크기, 온도 문제 등) 및 고비용 때문에 불가능하다. 스크린의 크기와 관련하여, 이것은 다른 기술(LCD, 플라즈마)을 이용하여 현재 가능한 해상도보다 낮은 해상도로 이어진다. 만족스러운 품질 수준으로 추가의 특수 안경 없이(무안경; autostereoscopy) HDTV 또는 3D 텔레비전과 같은 어플리케이션을 실행할 수 있도록 고해상도가 바람직하다.
해상도의 각각의 증가를 얻기 위해, 픽셀 거리의 추가의 감소 및 LED 픽셀의 크기의 감소를 목표로 할 수 있다. 그러나, 이 방법은 비용이 상당히 증가되는 단점을 갖는다. 또한, 상호 더 가까운 거리에 배치되는 LED 픽셀에 기인되어 온도 문제가 발생하고, 이것이 LED의 감소된 광 파워(light power) 및 따라서 LED 비디오 스크린의 더 낮은 밝기만이 가능한 이유이다.
무안경 3D 텔레비전에 관하여, 3D 영상의 이미지 정보의 화소를 표시하기 위해 2 개의 화소(픽셀)(왼쪽 눈을 위한 화소 및 오른 쪽 눈을 위한 화소)를 사용하는 것이 종래 기술이다. 최소 2 배 만큼의 픽셀 수가 제공되는 이 공간 멀티플렉스(multiplex) 방법은 해상도를 감소시키고, 악영향을 준다.
본 발명의 목적은 위에서 언급된 단점을 방지하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 이 과제는 화소마다 이동 요소를 갖는 화소 변경 수단이 제공되고, 화소 변경 수단은 디스플레이 장치 내에서 적어도 프레임 레이트로 이동 가능하게 배치되고, 또한 디스플레이 장치의 광원 마다 이미지 정보의 표시를 위한 확장 화소(extension picture element)로서 적어도 2 배수의 화소를 생성하도록 디스플레이 장치의 관찰자를 위한 적어도 하나의 광원에 의해 방출되는 광을 선택적으로 굴절 및/또는 차폐하도록 구성되고, 적어도 하나의 광원에 의해 방출되는 광은 광원 주파수로서 프레임 레이트의 적어도 2 배로 변경되는, 디스플레이 장치에 의해 해결된다.
종래 기술에 따른 디스플레이 장치에서, 반사기는 화소 당 광 수율(light yield)을 그리고 이에 따라 전체 디스플레이 장치의 광 수율을 증가시키도록 (예를 들면, 화소 마다 적색, 녹색, 청색으로 이루어지는) 광원의 후방에 고정 상태로 부착된다. 본 발명에 따르면, 가동 요소 또는 부분적 가동 요소를 구비하는 화소 변경 수단은 렌즈, 셔터 뿐만 아니라 애퍼처(aperture)와 조합되는 각각 반사 미러 또는 반사기이고, 방출된 광을 시간 멀티플렉스(time multiplex) 방법으로 다양한 방향으로 굴절시키도록 광원과 함께 사용된다. 어느 이미지 정보가 결정된 시점(point of time)에서 어느 방향으로 방출되는지는 이 시점에서 각 광원에 전송되는 색 및 밝기 정보, 그리고 이 시점에서 화소 변경 수단의 위치에 의존한다. 여기서 화소 변경 수단은 적어도 하나의 이동 요소로 이루어지고, 또한 빔을 굴절 및/또는 차폐 및/또는 집속하기 위한 부동 요소를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 각각 광원(예를 들면, LED)의 수를 증가시키지 않고, 또는 상호에 대한 거리를 감소시키지 않고 디스플레이 장치의 해상도가 증가될 수 있다는 이점이 얻어진다.
무안경 3D 영상의 이미지 정보는 프레임 레이트 기간의 지속 중에 오른쪽 눈의 방향으로 한번 다음에는 왼쪽 눈의 방향으로 이동 요소를 이용하여 또한 시간 멀티플렉스로 굴절될 수 있다. 화소 변경 수단의 적절한 결정에 의해, 광원의 원 시야(far field) 내에서 충분히 집속된 공간 강도 분포가 생성될 수 있고, 이것은 왼쪽 눈 및 오른쪽 눈을 위한 이미지 정보의 공간 분리를 허용한다. 이와 같은 방식으로, 특수 안경을 쓰지 않고도 유리하게 3D 효과가 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치 및 발명의 광원의 추가의 유리한 실시형태는 도면에 의해 이하에서 더 상세히 설명한다.
도 1은 해상도가 화소 변경 수단에 의해 4 배로 증가되는 디스플레이 장치의 2 개의 실시예를 도시한다.
도 2는 도 1의 (a)의 확장 화소의 순차적 제어를 도시한다.
도 3은 화소의 무안경 3D 표현의 경우에 방출되는 광 빔의 방향의 순차적 변화를 도시한다.
도 4는 화소의 해상도 증가와 무안경 3D 표현의 조합을 도시한다.
도 5는 이미지 정보의 화소의 무안경 3D 표현을 위한 원색의 3 개의 LED를 구비하는 LED 광원의 개략도이다.
도 6은 화소의 이미지 정보의 무안경 일러스트레이션의 원리를 도시한다.
도 7은 5 개의 시역(viewing zone)을 갖는 다-시점(multi-view) 표시의 실시예를 도시한다.
도 8은 공간 뿐만 아니라 시간에 관하여 동조되는 시역에서 시간 간격으로 이미지 정보를 표시하는 3D 광원을 갖는 도 7의 다-시점 표시를 도시한다.
도 9는 원 시야에서 2 차원 시역을 생성하는 3D 광원을 도시한다.
도 10은 다-시점 표시에 의해 형성되는 디스플레이 장치의 시역의 순차적인 일련의 제어의 실시예를 도시한다.
도 11은 요구되는 상이한 이미지 정보의 수의 감소의 원리를 도시한다.
도 12에는 굴절 요소, 반사 요소 및 회절 요소의 작용 기구가 도시되어 있다.
도 13에는 화소 변경 수단의 굴절 요소의 실시형태의 2 가지 실시예가 도시되어 있다.
도 14는 유색, 무색 및 애퍼크로매틱(apochromatic) 보정의 작용 원리를 개략적으로 도시한다.
도 15에는 횡좌표의 함수로서 원 시야 내의 강도가 도시되어 있다.
도 16은 광원, 화소 변경 수단 뿐만 아니라 빔 정형기(beam shaper)로 이루어지는 디스플레이 장치를 도시한다.
도 17은 화소 변경 수단을 형성하는 가동(movable) 또는 부동(immovable) 미러 및 렌즈의 수 개의 예시적 실시형태를 도시한다.
도 18은 부동 광원 및 가동 반사기 뿐만 아니라 부동 렌즈를 갖는 추가의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 19는 빔 컴바이너(beam combiner) 및 가동 반사기 뿐만 아니라 부동 렌즈를 갖는 광원의 예시적 실시형태를 도시한다.
도 20은 빔 컴바이너를 구비하지 않고, 가동 반사기를 구비하는 광원의 2 개의 예시적 실시형태를 도시한다.
도 21은 광원(L) 자체가 가동식으로 배치되는 예시적 실시형태를 도시한다.
도 22는 마이크로 셔터(shutter)를 갖는 도 17에 따른 개념의 추가의 가능한 확장을 도시한다.
도 23는 도파관 및 변위 장치를 갖는 구현예가 도시되어 있다.
도 24는 3D 브레이크 등의 작용 원리를 개략적으로 도시한다.
도 25는 종래의 조명과 수 개의 화소 변경 수단을 갖는 적합성 스마트 조명의 비교를 도시한다.
도 26은 개개의 3D 광원은 균질의 공간 조명을 위해 사용되고, 수신기 상에 집속되는 다른 3D 광원은 데이터의 전송을 위해 사용되는 스마트 조명 시스템을 도시한다.
도 27은 시간 멀티플렉스 방법으로 송신부로부터 데이터를 수신하는 3 개의 수신부를 갖는 적합성 스마트 조명 시스템을 도시한다.
도 28은 3 개의 레이저 다이오드를 갖는 3D 광원의 예시적 실시형태를 도시한다.
도 29는 3 개의 레이저 다이오드 및 광다이오드를 갖는 집적 RGB 광원을 도시한다.
도 30은 해상도가 증가되는 3D 광원의 예시적 실시형태를 도시한다.
도 31은 도 30에 따른 4 개의 3D 광원을 갖는 디스플레이 장치의 예시적 실시형태를 도시한다.
도 32는 시역의 이상적 공간 분리를 도시한다.
도 33은 시역의 실제로 구현 가능한 공간 분리를 도시한다.
도 34는 중첩되는 연속 시역을 도시한다.
도 35는 빔 분할기를 구비하는 광학 시스템의 개략적 셋업을 도시한다.
도 36은 빔 분할기를 구비하지 않는 강도 분포에 비교하여 원 시야에서 빔 분할기에 의해 얻어질 수 있는 강도 분포를 도시한다.
도 37은 3 개의 상이한 시역의 단순한 적용을 위한 도 36의 강도 분포의 경시적(temporal) 이동을 도시한다.
도 38은 곡면 무안경 스크린의 형태의 디스플레이 장치의 예시적 실시형태를 도시한다.
도 39는 멀티-콘텐츠 비디오 스크린으로서 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 예시적 실시형태를 도시한다.
증가된 해상도를 이용하는 디스플레이 장치
본 발명의 이하의 설명에서, 디스플레이 장치라는 용어는 적어도 하나의 관찰자 또는 광학 수신기를 위한 이미지 정보의 표시를 위한 임의의 장치를 포함한다. 특히, 이것은 스크린, 대형 스크린 또는 프로젝터 뿐만 아니라 정보판, 실내 조명 장치, 광통신 시스템, 그리고 정지 영상 또는 동영상으로 구성될 수 있거나 개개의 화소 및/또는 컬러/흑백 영역만으로 구성될 수 있는 이미지 정보의 투사 및 표시를 위한 개개의 화소(픽셀)의 기타 배열을 포함한다. 당업자는, 예를 들면, 디스플레이 장치의 전기 공급을 위한 요소 또는 수신되는 비디오 이미지 정보의 디코딩을 위한 요소를 충분히 이해하고 있을 것이므로, 이하에서는 본 발명에 실질적인 디스플레이 장치의 요소만이 언급된다.
도 1의 (a)는 하나의 실시예로서 디스플레이 장치(A)를 도시하고, 여기서 화소 변경 수단을 이용하는 해상도는 디스플레이 장치(A)의 광원(L)의 수의 4 배로 증가된다. 디스플레이 장치(A)에 공급되는 이미지 정보는 디스플레이 장치(A)의 광원(L)보다 4 배 더 많은 화소를 포함하고, 이것은 종래의 기술에서 이미지 정보 또는 해상도 내에 각각 포함되는 화소의 1/4 만이 표시되는 이유이다. 4 개의 화소의 이미지 정보는 시간 멀티플렉스 방법으로 4 개의 상이한 위치를 갖는 화소 변경 수단(VM), 예를 들면 가동 미러와 관련되는 광원(L)에 의해 출력된다:
1. 시간 t = t0: 확장 화소 1 → 광원(L)은 제 1 화소의 이미지 정보를 방출하고, 화소 변경 수단(VM)은 위치 1에 위치한다.
2. 시간 t = t0+Δt: 확장 화소(2) → 광원(L)은 제 2 화소의 이미지 정보를 방출하고, 화소 변경 수단(VM)은 위치 2에 위치한다.
3. 시간 t = t0+2Δt: 확장 화소 3 → 광원(L)은 제 3 화소의 이미지 정보를 방출하고, 화소 변경 수단(VM)은 위치 3에 위치한다.
4. 시간 t = t0+3Δt: 확장 화소 4 → 광원(L)은 제 4 화소의 이미지 정보를 방출하고, 화소 변경 수단(VM)은 위치 4에 위치한다.
여기서 시간 간격은 Δt = 1/(4R)이고, 여기서 R은 프레임 레이트를 표시하고, 시간 간격은 시프트(shift) 간격에 대응하고, 여기서 화소 변경 수단(VM)은 하나의 위치로부터 다음의 위치로 전환(switch)되고, 이것은 또한 연속적으로 실행될 수 있다. 그러므로, 광원(L)에 의해 방출되는 광은 시간 간격 당 하나의 확장 화소의 이미지 정보를 출력하도록 프레임 레이트(R)의 4 배에 대응하는 광원 주파수(fL)에 의해 변화된다. 그러므로, 4 배에 이르는 해상도의 증가는 광원(L)의 주위에 배치되는 4 개의 위치, 즉 확장 화소(1 ~ 4)에서 시간 멀티플렉스 방법으로 방출되는 광원(L)에 의해 방출되는 광에 의해 가능해진다. Kres = 4 확장 화소로 구성되는 정사각형 화소의 경우, 이것은 시간 t = t0에서 디스플레이 장치에 의해 표시될 비디오의 이미지 정보의 제 1 화소가 광원(L)에 의해 방출되고, 그런 다음 이 광은 확장 화소(1)로 굴절되는 것을 의미한다. t = t0 + Δt에서 비디오의 제 2 화소는 확장 화소(2)로 굴절되고, …, t = t0 + 3Δt에서 제 4 화소는 확장 화소(4)로 굴절된다. 그러므로, 광원 주파수(fL)는 fL = 1/Δt = Kres R = 4 R이다.
도면에서, 화소 변경 수단(VM)은 상세히 표시되지 않은 제어 수단을 포함하고, 이 제어 수단 내에 광원(L)의 광이 그 확장 화소로 굴절되는 시퀀스(sequence)가 저장된다. 제어 수단은 이 시퀀스에 따라 화소 변경 수단(VM)이 개개의 이동 요소의 이동을 제어하도록 구성된다. MEMS 마이크로 시스템에 의해 화소 변경 수단(VM)을 구현하는 경우, 이것은, 시퀀스에 따른 위치로 각각 이동 요소를 변경하도록 제어 수단이 정전장(electrostatic field) 및 그에 따라 힘을 생성한다는 것을 의미한다.
도 1의 (b)에는 동일한 원리에 따른 디스플레이 장치(A)가 도시되어 있고, 여기서 화소 변경 수단(VM)은 광원(L)의 주위의 다른 위치에서 확장 화소(1, 2, 3, 4)를 투사한다. 확장 화소의 수를 변화시킴으로써, 해상도 증가의 배수(factor)는 반드시 Kres = 4의 해상도 이외의 다른 값, 특히 더 높은 값을 취할 수 있다.
도 2는 도 1의 (a)의 확장 화소의 순차적 제어를 도시한다. 매 시점에서, 하나의 활성 확장 화소(EB-A) 및 3 개의 비활성 확장 화소(EB-I)가 제공된다. 광의 출구 영역(AF)은 임의의 시간에 활성 확장 화소의 부위에 위치한다. 해상도 증가를 이용하는 경우, 디스플레이 장치(A)의 높은 시야각을 얻도록 높은 발산(θ)을 목표로 하는 것이 일반적이다.
도 3에 도시된 바와 같이 무안경 3D 표현이 이용되는 경우, 출구 영역(AF)은 경시적으로 변화되지 않고, 방출되는 광 빔의 각도(γ)가 변화된다. 해상도 증가를 이용하는 것에 대해 다른 차이는 여기서는 작은 발산(θ)을 목표로 하는 것이다. 그러나, 이 적용에서도, 소위 시역 내의 원 시야 내에만 발현된 확장 화소가 존재한다. 무안경 3D 표현의 원리는 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 4는 해상도 증가와 무안경 3D 표현의 조합을 도시한다. 상이한 시점에서, 출구 영역(AF) 뿐만 아니라 방출되는 광 빔의 각도(γ)는 변화된다. 이 조합된 적용에서, 해상도 증가를 위해 디스플레이 장치의 광의 출구 영역에서 발현되는 확장 화소가 존재하고, 시역 내의 추가의 발현되는 확장 화소가 존재하고, 이것은 이미지 정보의 무안경 3D 표현을 가능하게 한다.
무안경 3D 표현을 이용하는 디스플레이 장치
2-시점 표시
도 5는, 예를 들면, 원색의 적색, 녹색 및 청색의 3 개의 LED를 갖는 광원(L) 및 이미지 정보의 화소의 무안경 3D 표현을 위한 화소 변경 수단(VM)의 개략도를 도시한다. 성인 여성의 평균 눈 거리(de)는 6.3 cm이고, 성인 남성의 평균 눈 거리(de)는 6.5 cm이다. 무안경 디스플레이 장치 또는 표시기의 소위 시역(BZ)의 직경(dBZ)은 각각 불가피하게 평균 눈 거리(de)보다 작아야 하고, 이하에서 예로서 dBZ = 6 cm로 가정한다. 따라서, 인접 광원(L)(= 픽셀 피치) 사이의 예를 들면 dLED = 3 mm의 거리 및 d = 7.5 m의 시거리(viewing distance)의 경우, 화소 변경 수단을 포함하는 광원(L)의 개개의 LED에 의해 방출되는 광 빔의 최대 허용 가능한 완전 발산 각도는 다음과 같다.
Figure pct00001
(1)
도 6에는 이미지 정보의 무안경 일러스트레이션의 원리가 도시되어 있다. 3D 광원(3DL)은 종래의 광원(L) 및 화소 변경 수단(VM)로 이루어지고, 화소 변경 수단(VM)은 왼쪽 눈(LA)과 오른쪽 눈(RA)을 위한 이미지 정보를 굴절시킨다. 여기서, 확장 화소(5)로서 왼쪽 눈(LA)을 위한 이미지 정보와 확장 화소(6)로서 오른쪽 눈(RA)을 위한 이미지 정보가 교대로 도시되어 있다. 요구되는 각도 증분(Δγ)은 각 시역(BZ)의 기하학적 위치에 따라 모든 시역(BZ)의 동일한 직경(dBZ)에 대한 것, 따라서 전술한 파라미터에 대한 것이고, 대략 다음 식에 따른다.
Figure pct00002
(2)
왼쪽 눈(LA), 다음에 오른쪽 눈(RA), 다음에 교대로 3D 광원(3DL)의 이미지 정보를 변화시키는 광원 주파수(fL)는 fL = 1/Δt = NBZ R = 2 R이고, 본 실시예에서 시역(NBZ)의 수는 관찰자의 눈의 수에 따라 2 개이다. 도 6에 도시되는 무안경 3D 표현의 원리는 소위 2-시점 표시로서 구현되고, 이 2-시점 표시는 확장 화소(5, 6)의 시야에서 2 개의 시역(BZ)을 구현한다. 개인의 2 개의 눈(RA, LA) 및 선택적으로 이동하는 관찰자에게 임의의 시점에서 이미지 정보를 전송하기 위해, 예를 들면, 헤드 트래킹(head tracking)과 같은 방법이 이용될 수 있다. 여기서, 관찰자의 머리의 위치가 연속적으로 측정되고, 화소 변경 수단(VM)의 굴절각은 대응적으로 적합된다.
무안경 3D 표현을 이용하는 디스플레이 장치
다-시점 표시
무안경 이미지 일러스트레이션의 대안적 구현은 2 개를 초과하는 시역(BZ)을 사용하는 것이다. 이와 같은 표시는 다-시점 표시로 지정된다. 관찰자가 폭(dBZ total)의 시 영역 내에 위치되는 한, 관찰자는 입체 영상을 감지하는 위치에 있게 될 것이다. 각각 폭(dBZ)을 갖는 총 NBZ 개의 시역(BZ)에 대해, 전체 시 영역은 다음과 같이 결정된다.
Figure pct00003
(1)
다-시점 표시는 양 눈에 대해 상이한 영상인 입체 시차(stereo parallax) 뿐만 아니라 관찰자가 폭(dBZ total)의 영역 내에서 이동할 수 있고 모든 상이한 각도로부터 묘사되는 장면(scene)을 볼 수 있는 운동 시차(movement parallax)를 생성할 수 있다. 또한 다-시점 표시 적용에서, 관찰자가 실제로 존재하는 공간 영역 내에만 3D 이미지 정보를 전송하도록 헤드 트래킹을 추가로 사용할 수 있다.
도 7은 NBZ = 5의 시역(BZ)을 갖는 이와 같은 다-시점 표시의 실시예를 도시한다. Δt의 간격에서, 화소 변경 수단(VM)의 굴절 각도는 각도 증분(Δγ)만큼 증가된다. 각도 증분(Δγ)은 충분히 큰 시거리에서 각각의 시역의 기하학적 위치에 의존하지만, 이 각도 증분(Δγ)은 제 1 근사(approximation)에서 상수로 간주될 수 있다. 임의의 시점에서, (2-시점 표시의 경우의 단순히 2 개의 상이한 영상과 달리) 3 차원 장면의 다른 이미지가 출력된다. 다-시점 표시에서는 또한 소정의 시점에서 임의의 관찰자가 존재하지 않는 부위에도 시역(BZ)이 존재한다. 시역(BZ)의 수(NBZ)가 충분히 큰 경우, 단지 한 명의 관찰자만이 무안경 효과를 감지할 수 있는 2-시점 표시와 달리 다수의 관찰자가 무안경 효과를 동시에 감지할 수 있다. 화소 변경 수단(VM)의 전환 간격(Δt)은 소정의 프레임 레이트(R)에서 다음과 같다:
Figure pct00004
(2)
도 7에 따른 다-시점 표시에서, R = 60 s-1에서의 전환 간격은, 예를 들면, Δt ≒ 3.33 밀리초이다. 다음에 3D 광원(3DL)의 이미지 정보가 변화되는 광원 주파수(fL)는 fL = 1/Δt = NBZ R = 5 R = 300 Hz로 가정된다.
명확히 하기 위해, 도 5 내지 도 7에는 하나의 3D 광원(3DL)만이 도시되어 있다. 도 8은 총 NLED 개의 3D 광원(3DL)을 갖는 다-시점 표시를 도시하고, 이것은 Δt의 간격으로 공간 뿐만 아니라 시간에 관하여 동조되는 NBZ 개의 시역(BZ)을 도시하고 있다. 도 8에는 (a) t = t0 + 2Δt 및 (b) t = t0 + 3Δt의 2 개의 시점만이 도시되어 있다.
명확히 하기 위해, 지금까지 단지 1차원적인 시역만을 가정하였다. 도 9는 원 시야 내에서 2 차원 시역(BZ)을 생성하는 3D 광원(3DL)을 도시한다. 여기서, 방출된 광 빔은 수평 뿐만 아니라 수직으로 화소 변경 수단(VM)에 의해 순차적으로 굴절된다. x 방향으로 NBZ ,x 개의 시역(BZ) 및 y 방향으로 NBZ ,y 개의 시역(BZ)에서, 최소 전환 간격은 다음과 같다.
Figure pct00005
(3)
시역(BZ)은 x 방향 및 y 방향에서 개수 및 치수가 다를 수도 있다.
도 10은 다-시점 3D 표시에 의해 형성되는 디스플레이 장치(A)의 시역(BZ)의 순차적 제어 순서의 실시예를 도시한다. 이런 이유로, 디스플레이 장치(A)의 화소 변경 수단(VM)은 이 화소 변경 수단(VM)의 이동 요소를 제어하기 위한 도 9에 도시되지 않은 제어 수단을 포함하고, 이것은 이하에서 더 상세히 설명한다. 제어가 횡렬 또는 종렬에서 각각 교대로 실행되는 경우, 횡렬 또는 종렬에 대해 각각 요구되는 전환 간격(Δty) 또는 전환 간격(Δtx)는 각각 NBZ ,x 배 또는 NBZ ,y 배 만큼 더 길 것이다.
도 10의 (a) 내지(d)에는 NBZ ,x NBZ ,y = 5· 4 = 20 개의 시역(BZ)의 순차적 제어의 실시예가 도시되어 있다. 아래의 표 1은 도 10의 시퀀스를 위한 요구되는 전환 간격을 표시한다. 도 10의 (c) 및 (d)의 사행식 시퀀스에서, 각도 증분은 각각의 횡렬 또는 종렬의 변화에서 더 최소화되고, 이것은 디스플레이 장치(A)의 실제의 구현에서 유리하다.
Δtx Δty
도 10의(a)
Figure pct00006
Figure pct00007
도 10의(b)
Figure pct00008
Figure pct00009
도 10의(c)
Figure pct00010
Figure pct00011
도 10의(d)
Figure pct00012
Figure pct00013
도 10에 도시된 제어 순서 시퀀스와 다른 제어 순서 시퀀스도 가능하다는 것에 주의해야 한다. 또한 나선형, 사선 또는 예를 들면, 공명 2D 마이크로 스캐너 미러를 사용하는 경우에 존재하는 리사쥬(Lissajous) 곡선 유형의 도형이 사용될 수 있다.
일정한 영역에서 요구되는 상이한 이미지 정보의 수를 감소시키기 위해, 모든 종렬의 시역(BZ)은 기간 Δt = 1/R의 프레임(frame) 내에 동일한 이미지 정보를 일러스트레이션할 수 있다. 도 11은 요구되는 상이한 이미지 정보의 개수의 감소의 원리를 도시한다. 상이한 농담치(gray value)는 상이한 이미지 정보를 표시하고, 이것은 간격 Δt = 1/R의 프레임 기간 중에 시역(BZ) 내에 일러스트레이션된다. 도 11의 (a)에 따르면, 시 영역의 상이한 시역(BZ)이 제공되고, 반면에 도 11의 (b)에 따르면 종렬마다 동일한 이미지 정보가 일러스트레이션된다. 3 차원 영상을 감지하는 것이 가능해지도록, 관찰자는 도 11의 (b) 내의 것과 같은 배열과 함께 머리를(대략) 수직으로 지향하도록 유지해야 한다.
화소 변경 수단(VM)의 요소
화소 변경 수단(VM)의 요소는 굴절, 반사 및 회절 구조의 3 개의 범주로 구별될 수 있다. 도 12에 이러한 3 개의 범주의 작용 기구가 도시되어 있고, 여기서 도 12의 (a), (d) 및 (g)에 굴절 요소(RE1), 도 12의 (b), (e) 및 (h)에 반사 요소(RE2), 그리고 도 12의 (c), (f) 및 (i)에 회절 요소(DE)가 도시되어 있다. 도 12의 (a) 내지(c)의 요소는 집속시키고, 도 12의 (d) 내지(f)의 요소는 굴절시키고, 12의 (g) 내지(i)의 요소는 광원(L)에 의해 방출되는 광 빔을 분할한다.
굴절 요소(RE1)
굴절 요소(RE1)는 스넬의 법칙(Snell’s law)에 따라 2 개의 상이한 매질 사이의 계면에서 굴절에 의해 광학 경로 상에서 작용한다. 굴절 요소(RE1)를 구현하는 하나의 가능성은 구배율(gradient index) 구조물을 사용하는 것이고, 여기서 굴절율은 횡좌표의 함수이다. 대안적 가능성은 표면 프로파일을 갖는 구조물, 예를 들면, 종래의 렌즈를 사용하는 것이다. 도 13에서 화소 변경 수단(VM)의 굴절 요소(RE1)의 실시형태의 2 가지 실시예가 도시되어 있다: (a) 평면-볼록 수렴 렌즈 및 (b) 평면-볼록 프레스넬(Fresnel) 렌즈.
반사 요소(RE2)
반사 요소는 반사의 법칙에 따라 광학 경로에 영향을 준다.
회절 요소(DE)
회절 요소는 화소 변경 수단(VM)의 요소의 구조물을 조건으로 회절에 기초하여 광학 경로에 영향을 준다.
일반적으로, 회절 구조물의 특징은 입사광의 파장에 본질적으로 더 의존하는 것이다. 이러한 이유로, 종래의 LED와 같은 비교적 넓은 대역폭(예를 들면, 대역폭(B) ≒ 30 nm)의 광을 갖는 이러한 요소의 사용의 적합성은 제한된다. 예를 들면, SLD 또는 RCLED와 같은 특수 LED 구조물 또는 레이저와 같은 좁은 대역폭을 갖는 광의 경우, 회절 요소(DE)는 대부분의 경우 굴절 요소(RE1) 또는 반사 요소(RE2)의 저가의 대체물로 구성되거나, 이들 각각에 대한 보충 요소로서 사용될 수 있다.
마이크로 셔터의 마이크로 애퍼처(aperture)
화소 변경 수단의 전술한 요소에 의해, 마이크로 미러 뿐만 아니라 마이크로 렌즈가 구현될 수 있다. 화소 변경 수단(VM)의 추가의 요소는 광 빔의 공간적 팽창을 제한할 수 있는 마이크로 애퍼처 뿐만 아니라 제어에 따라 광을 차단하거나 통과시키는 마이크로 셔터 또는 마이크로 커버일 수 있다.
화소 변경 수단(VM)의 요소의 특징의 개량
색수차(chromatic aberration)의 감소
색수차는 광학 (마이크로) 렌즈의 결상 오차(imaging error)이고, 이것은 굴절 물질의 굴절율의 파장 의존성에 의해 유발되고, 이것은 또한 분산이라고도 불린다. 상이한 파장의 광은 상이하게 굴절되고, 따라서 렌즈는 상이한 파장에 대해 상이한 초점 길이를 갖는다. 색수차는 상이한 재료의 수 개의 렌즈의 조합에 의해 감소될 수 있다. 예를 들면, 녹색 LED는 B ≒ λ2 - λ1 = 540 nm - 510 nm = 30 nm의 FWHM(full width at half maximum) 대역폭을 갖는다. 상호 가장 상이한 2 개의 파장(λ1 과 λ2)이 조합되는 경우, 이것을 무색 보정이라고 부른다. 더욱 중심 파장(λc)이 λ1 및 λ2와 조합되는 경우, 이것을 애퍼크로매틱 보정이라고 부른다. 도 14는(a) 유색, (b) 무색 및 (c) 애퍼크로매틱 보정의 작용 원리를 개략적으로 도시한다. 색수차의 감소는 또한 식(1)의 발산(θ)의 감소로 이어진다.
상승 거리의 감소
도 15에서, 광원(L)으로부터의 거리(d)에서 강도(I)가 횡좌표(x)의 함수로서 도시되어 있다. 일반적으로, 개개의 시역(BZ)의 공간 강도 분포는 중첩된다. 3D 광원(3DL)의 중요한 파라미터는 소위 상승 거리(dR)이고, 여기서 이 상승 거리(dR)는, 강도가 최대치의 10% 또는 90%를 각각 취하는 2 점 사이의 거리로서 다소 임의적으로 정의된다. 여기서 시역(BZ)의 폭(dBZ)은 인접하는 시역(BZ)의 2 개의 공간 강도 분포가 동일한 값을 취하는 2 개의 부위의 거리로서 정의된다.
충분한 공간 분리에 대한 상승 거리(dR)는, 예를 들면, 소위 빔 정형기(SF)에 의해 감소될 수 있다. 회절 빔 정형기의 경우, 공간 코히어런트(coherent) 빔의 진폭 및 위상의 각각의 변화로 인해 원 시야 내에서 다양한 빔 프로파일이 얻어질 수 있다. 상승 거리(dR)를 감소시키기 위해, 빔 정형기가 유리하게 사용될 수 있고, 이 빔 정형기는 원 시야 내에서 공간 제곱 함수(spatial square function)에 대응하는 소위 탑 햇 빔 프로파일(top hat beam profile)을 생성한다.
도 16은 광원(L), 화소 변경 수단(VM) 뿐만 아니라 빔 정형기(SF)로 이루어지는 3D 광원(3DL)의 셋업을 도시한다.
빔 정형기(SF)는, 예를 들면, 종래의 LED와 같은 비교적 넓은 대역폭을 갖는 광의 경우에, 화소 변경 수단(VM)의 회절 요소(DE)와 유사하게 제한되는 방식으로만 작용한다. 그러나, 이와 같은 빔 정형기는, 예를 들면, 레이저 또는 SLD이나 RCLED와 같은 특수 LED 구조와 같은 대안적인 협대역 광원과 함께 사용될 수 있다.
다양한 화소 변경 수단(VM)의 예시적 실시형태
가동 화소 변경 수단(VM)을 구비하는 부동 광원(L)
도 17은 화소 변경 수단을 형성하는 각각 가동 미러 또는 반사기(BR), 각각 부동 미러 또는 반사기(UR) 뿐만 아니라 렌즈(LI)를 구비하는 부동 광원(L)의 수 개의 예시적 실시형태를 도시한다. 본 실시예는 각각 2 개의 위치(시간 t = t0에서의 위치 1 및 후의 시점 t = t0 + Δt에서의 위치 2)를 도시한다. 그러나, 상이한 각도 및/또는 상이한 축(예를 들면, 수직축 및 수평축)에서 미러를 경사시킴으로써, 2 개의 위치 이상도 가능하고, 이것에 의해 2 개를 초과하는 확장 화소를 구현할 수 있다.
도 17의 (a)는 관찰자에 관하여 광원(L) 및 가동 미러 또는 반사기(BR)(예를 들면, 마이크로 미러)의 전방에 배치되는 부동 반사기(UR)를 도시하고, 가동 미러 또는 반사기(BR)는 광원(L)의 후방에 배치되고, 이 반사기(BR)의 현재의 위치에 따라 광을 2 개의 상이한 방향으로 굴절시킨다. 화소의 이미지 정보의 전송은 전술한 바와 같이 모든 확장 화소(가상 픽셀)에 대한 정확한 이미지 정보를 항상 제공하도록 시간 멀티플렉스 방법으로 실행된다.
도 17의 (b) 및 (c)는 화소 변경 수단이 반사기(BR)의 실시형태에 도시되어 있고, 이것은 방출된 광의 더 우수한 지향성을 얻도록 카세그레인 망원경(Cassegrain telescope)과 유사하다. 예를 들면, 반사 망원경 또는 잠망경(각각 도 17의 (d), 도 17의 (i) 또는 다른 형태의 반사기(예를 들면, 재귀-반사기))과 같은 다른 실시형태도 사용될 수 있다. 도 17의 (e) 내지(h) 및 도 17의 (j)에는 마이크로 렌즈(LI)를 구비하는 다수의 실시형태가 도시되어 있다.
도 18은 부동 광원(L) 및 가동 2D 반사기(BR)(마이크로 미러) 뿐만 아니라 부동 렌즈(LI)(마이크로 렌즈)를 구비하는 추가의 예시적 실시형태를 도시한다. 가동 2D 반사기(BR)는 상호 수직인 2 개의 축선에서 경사를 이룰 수 있고, 이것에 의해 관련된 광원(L)(적색 광원(LED-R), 녹색 광원(LED-G), 청색 광원(LED-B)으로부터 방출되는 빔은 2 개의 방향으로 굴절될 수 있다. 단면 발광형 광원(L)은 도 18의 (a) 및 (c)에 도시되어 있다. 이러한 실시형태에서 도 18의 (b) 및 (d)에 도시된 표면 발광형 광원(L)은 추가의 부동 반사기(UR)(마이크로 미러)를 필요로 하고, 이것은 방출된 광 빔을 수평으로 굴절시킨다. 도 18의 (c) 및 (d)에 도시된 화소 변경 수단(VM)은 투명창(TF)을 더 갖는다.
도 19는 3 개의 방출된 광 빔(적, 녹, 청)(빔 컴바이너(SK))을 조합한 후에 단일의 가동 반사기(BR)(2D 마이크로 미러) 상에 집속시키는 요소를 구비하는 3D 광원(3DL)의 예시적 실시형태를 도시한다. 도 19의 (a) 및 (c)는 단면 발광형 광원을 도시하고, 도 19의 (b) 및 (d)는 수평으로 빔의 굴절을 위한 추가의 부동 반사기(UR)(마이크로 미러)를 구비하는 표면 발광형 광원(L)을 도시한다.
도 20은 하나의 가동 반사기(BR)를 구비하고, 빔 컴바이너(SK)은 구비하지 않는 3D 광원(3DL)의 추가의 예시적 실시형태를 도시한다. 도 20의 (a)에서, 3 개의 방출된 광 빔은 상이한 각도로 가동 반사기(BR)에 입사된다. 도 20의 (b)의 예시적 실시형태에서, 대형 가동 반사기(BR)가 사용되고, 이 것은 모두 3 개의 방출된 광 빔을 동일한 각도로 반사한다.
가동 화소 변경 수단(VM)을 구비하는 가동 광원(L)
도 17에 이어서, 도 21은 3D 광원(3DL) 자체가 이동 가능하게 배치되는 예시적 실시형태를 도시한다. 이것은 광원(L) 및 선택적으로 포함되는 반사기(BR, UR) 뿐만 아니라 렌즈(LI)인 3D 광원(3DL)의 모든 요소가 서로에 대해 고정 장착되지만, 반면에 전체 3D 광원(3DL)은 스크린에 대해 이동 가능하게 배치되는 것을 의미한다.
광 빔을 차폐하기 위한 각각 셔터 또는 마이크로 셔터
도 22는 본 개념의 다른 가능한 확장을 도시한다. 여기서, 가동 (마이크로) 커버 또는 셔터(BV) 및/또는 가동 (마이크로) 반사기(BR)는 각각 광원(L)에 의해 방출되는 광을 차단하기 위해 사용된다. 도 22의 (a)는 부동 광원(L)을 도시하고, 이 부동 광원(L)의 전방에는 가동 셔터(BV)가 배치되어 있고, 이 가동 셔터(BV)는 시간 멀티플렉스 방법으로 개폐되고, 따라서 상이한 부위에서 광원(L)으로부터의 광의 방출을 허용한다. 도 22의 (b) 내지(c)는 이미 설명된 망원경 셋업에 기초하고, 여기서 망원경 미러의 부분은 또한 바람직하지 않은 부위에서 광의 방출을 차단하기 위해 사용된다. 도 22의 (d)는 수 개의 가동 반사기(BR)의 조합을 도시하고, 이 가동 반사기(BR)는 원하는 방향으로 광을 굴절시킬 뿐만 아니라 각각의 시점에서 광을 차단하기 위해 사용된다. 물론, 이들 모든 예시적 실시형태는 추가적으로, 예를 들면, 렌즈와 같은 다른 광학 요소와 조합될 수 있다.
대안적인 광원(L)
언급된 광원(L)은 반드시 하나 또는 수 개의 LED로 구성될 필요는 없다. 대안적으로, RCLED, SLD 또는 레이저와 같은 다른 광원도 사용될 수 있고, 또는 이들은 상호 조합될 수 있다. 광을 화소 변경 수단의 일부로서 제공될 수도 있는 광 도파관 내에 결합시키는 것도 생각할 수 있다.
RCLED
공진-공동형 LED(RCLED)는 종래의 LED에 비해 방출된 광 빔의 발산 뿐만 아니라 대역폭을 감소시키기 위해 광학적 공명기를 사용한다.
SLD
소위 슈퍼루미네슨트(superluminescent) LED(SLD 또는 SLED)에서, 자연 방출을 통해 방출되는 광자는 유도 방출에 의해 증폭된다(증폭된 자연 방출(ASE)). SLD는 레이저보다 상당히 작은 시간적 코히어런스(temporal coherence)를 갖고, 이것은, 3D 광원(3DL)에 의해 표시되는 이미지 내에 반점이 전혀 발현되지 않는 이유이다. "반점"은 점 형상의 코히어런트 광의 공간 강도 분포이고, 이것은 광의 건설적 간섭 뿐만 아니라 상쇄적 간섭에 의해 생성된다. 신틸레이션(scintillation)에 기인되어 공간 및 시간에 관하여 변화하는 대기 중에서의 굴절율이, 예를 들면, 이와 같은 간섭 현상의 원인이 될 수 있다. 방출된 광의 대역폭은 종래의 LED의 대역폭보다 작지만 레이저의 경우에 비해서는 상당히 더 크다. 방출된 광 빔의 발산은 레이저의 발산과 비교될 수 있다. 이러한 특성으로 인해, SLD는 본 명세서에 기재된 3D 광원(3DL)의 광원으로서 사용되는 것이 특히 바람직하다.
레이저
시간 멀티플렉스 방법에서의 지향성의 전술한 변화는 LED 뿐만 아니라 (반도체) 레이저에 대해서도 구현될 수 있다. 레이저의 단색성으로 인해, 렌즈(LI)를 통한 콜리메이션(collimation) 후에 더 낮은 잔류 발산이, 따라서 종래의 LED보다 시역(BZ)의 일정 폭에서 더 큰 시거리가 얻어질 수 있다.
광 도파관
시간 멀티플렉스 방법으로 화소 변경 수단(VM)을 이용하여 광 도파관의 방출 필드(exit field)을 다양한 방향으로 굴절시키는 것도 가능하다. 도 23에서 가능한 구현예가 도시되어 있고, 여기서 이루어지는 도파관으로부터 방출되는 광 빔(LK)의 방향에 대해 영향을 발휘하도록 수평 변위 장치(HVE) 및 수직 변위 장치(VVE)가 사용된다.
제어
광원은 아날로그 방식으로 또는 펄스 폭 변조(PWM)에 의해 제어될 수 있다. N 개의 비트를 갖는 펄스 폭 변조는 총 2N 개의 상이한 강도 값으로 변화될 수 있다. 하나 또는 복수의 3D 광원(3DL)의 집적 제어는, 예를 들면, 특정 용도 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 또는 복합 프로그래머블 논리 회로(CPLD)에 의해 실행될 수 있다.
지향성의 변경을 위한 대안적 기술
도파관의 굴절율 프로파일
화소 변경 수단(VM)의 입력 필드로서 광 도파관의 출력 필드를 이용하는 경우, 지향성은 마이크로 렌즈, 마이크로 미러, 마이크로 셔터 및 마이크로 애퍼처 뿐만 아니라 도파관의 굴절율 프로파일의 변화에 의해서도 변경될 수 있다.
마이크로-페이즈드-어레이-안테나(Micro-Phased-Array-Antenna)
미세한 공간 해상도에서 지향성의 변경을 달성하기 위한 다른 가능성은 마이크로-페이즈드-어레이-안테나를 사용하는 것으로, 이 안테나는 다수의 광학 "안테나"의 어레이를 사용한다. 지향성은 개개의 안테나에 의해 방출되는 광학 필드의 상대적 위상차를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 한정되는 위상면(phase front)만이 단색광으로 방출되므로, 개개의 광학 안테나는, 예를 들면, (반도체) 레이저로 이루어진다.
대안적 어플리케이션
3D 브레이크 등(breaking light)으로서의 디스플레이 장치
다양한 차량 유형의 브레이크 등의 전구는 지속적으로 LED로 교체되고 있고, 이것은 LED가 일반적으로 더 긴 수명 뿐만 아니라 더 높은 효율성을 가지기 때문이다. 본 명세서에서 설명되는 3D 광원(3DL)은 또한 차량(KFZ 1)의 후방에서 운전하고 있는 차량(KFZ 2)의 운전자에게 3D 브레이크 등에 의해 경고하는 3 차원 무안경 경고 심볼을 표시하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 추돌의 위험성이 감소될 수 있다. 예를 들면, "주의", "감속", "정지" 뿐만 아니라 "!"와 같은 심볼이 이미지 정보로서 무안경 경보 심볼로서 표시될 수 있다.
도 24는 브레이크 등(BL)의 작용 기구를 개략적으로 도시한다. 가능한 실시는, 예를 들면, 차량(KFZ 1)의 운전자의 제동력에 대한 무안경 효과의 수준을 조절할 수 있다. 이러한 방식으로 3D 경고 심볼은 차량(KFZ 1)의 운전자의 급작스러운 제동 사건의 경우에 차량(KFZ 2)의 운전자에게 3D 경고 심볼(WS)으로서 전달될 수 있다. 차량에 의해 제공되는 데이터에 따라 3 차원적으로 경고 또는 지시를 방출하도록 다른 크기 및 차량의 다른 위치에 이와 같은 표시기를 부착하는 것도 생각할 수 있다. 도 24에 도시된 예시적 실시형태에 따르면, 3D 경고 심볼(WS)은(a) 단지 하나의 브레이크 등(BL)에서 3D 광원으로 구성되는 표시기에 의해, 또는(b) 차량의 전체에 걸쳐 배치되는 3D 광원으로 구성되는 표시기에 의해 방출될 수 있다. 그러면, 상이한 시역(BZ)이 적어도 하나의 3D 광원에 의해 시간 멀티플렉스로 조사될 수 있다. 도 24의 (b)에서, 예를 들면, 시간 t = t0 및 다른 시간 t = t0 + Δt에서의 시역(BZ)이 표시된다. 제동 사건의 강도에 따라, 차량(KFZ 1)의 단지 하나 또는 양 브레이크 등(BL)의 경고 심볼(WS)이 시역(BZ) 내에서 차량(KFZ 2)의 운전자에게 표시될 수 있다.
도 24의 예시적 실시형태에 따르면, 3D 효과는 시역(BZ) 내에서 발현되고, 따라서 차량(KFZ 1)까지의 관찰자의 거리에 의존한다. 이것은, 차량(KFZ 2)의 운전자는 차량(KFZ 2)까지의 차량(KFZ 1)의 거리가 큰 경우 경고 심볼(WS)의 3D 효과를 볼 수 없다는 것을 의미한다. 차량(KFZ 2)의 운전자가 정말로 절대적으로 반드시 제동해야 하는 차량(KFZ 1)까지의 특정 거리 내에서만 차량(KFZ 2)의 운전자는 3D 경고 심볼(WS)의 3 차원 표시를 포착할 수 있다. 브레이크 등(BL)은 차량(KFZ 1)의 속도에 대해 차량(KFZ 1) 까지의 시역(BZ)의 거리를, 따라서 그 속도에서 필요한 차량(KFZ 1)과 차량(KFZ 2) 사이의 안전 거리를 조절할 수 있다. 일반적으로, 디스플레이 장치는 날씨, 일광, 환경 및 운전의 조건에 따라 브레이크 등에 의해 방출되는 광의 지향성을 변화시키도록 조절될 수 있다.
적응형 스마트 조명
"스마트 조명"은 LED를 이용한 무선 광통신을 위한 기술의 명칭이다. 여기서 LED는 종종 천정 조명 뿐만 아니라 데이터의 송신기로서 동시에 사용된다. LED의 충분히 빠른 변조로 인해, 사람의 눈은 강도의 경시 변화를 감지하지 못한다.
시간 멀티플렉스 방법으로 광의 공간 굴절에 관하여 본 명세서에서 설명된 방법에 의해 적응형 집속(focusing)의 구현이 가능해지고, 이 적응형 집속은 수신기의 성능(및 이에 따라 획득 가능한 데이터 전송속도) 뿐만 아니라 스마트 조명 시스템의 차단 안전성(interception security)을 증대시킬 수 있다.
도 25는 종래의 스마트 조명과 수 개의 화소 변경 수단(VM)을 구비하는 적응형 스마트 조명의 비교를 도시한다. 광통신은 송신기(SE)를 형성하는 광원(L)과 수신기(EM) 사이에서 실행되고, 여기서 도 25의 (b)에서는 광원(L)에 의해 방출되는 광을 수신기(EM)를 향해 집속시키도록 화소 변경 수단(VM)이 추가로 제공된다. 도 25의 (b)에서, 수신기의 성능은 도 25의 (a)의 수신기의 성능보다 상당히 높고, 이것에 의해 더 빠른 데이터 전송속도로의 통신이 가능하다. 또한 하이브리드 적응형 스마트 조명 시스템이 구현될 수 있다.
도 26은, 3D 광원(1, 4, 7)은 균질의 조명을 얻기 위해 사용되고, 반면 3D 광원(2, 3, 5, 8)은 수신기의 성능을 증대시키기 위해 수신기(EM) 상에 집속되는 것을 도시한다. 이러한 스마트 조명 시스템에서 "영상 정보"는 사용자를 위해 상이한 색 또는 3D 심볼을 방출함으로써 개개의 데이터 전송의 구역을 마킹(marking)하는 것으로 이해된다. 여기서 디스플레이 장치(A) 또는 방출된 3D 심볼의 광의 색은 구역을 마킹할 수 있고, 이 구역에 사용자는 송신 장치(SE)와의 (3D 광원에 의해서도 작용할 수 있는) 광통신을 제공하도록 자신의 수신기(EM1, EM2, 또는 EM3)를 설치할 수 있다.
도 27은 송신기(SE)로부터 데이터를 시간 멀티플렉스 방법으로 수신하는 수신기(EM1, EM2, EM3)를 구비하는 적응형 스마트 조명 시스템를 도시한다. (a) t = t0, (b) t = t0 + Δt 및 (c) t = t0 + 2Δt의 시점에서, 데이터는 화소 변경 수단(VM)을 이용하여 수신기(EM1, EM2, EM3)로 전송된다. 광원(L)으로서 LED 대신 일반적으로 전송될 데이터에 더 빠른 데이터 전송 속도를 제공하는 (반도체) 레이저(광무선(optical wireless))가 사용될 수도 있다. 레이저 빔의 더 낮은 발산으로 인해, 차단에 대해 매우 안전한 전송 섹션이 구현될 수 있다.
개개의 3D 광원의 예시적 실시형태
도 28은 광원(L)으로서 3 개의 레이저 다이오드(적, 녹, 청)를 구비하는 3D 광원(3DL)의 상세한 예시적 실시형태를 도시한다. 광원(L)으로서 레이저 다이오드(LD)를 사용함으로써, 콜리메이션 광학의 소정의 초점 거리에서 렌즈(FAC)를 통한 콜리메이션에 의해 가능한 작은 방출된 광 빔의 잔류 발산이 얻어지는 이점이 달성된다. 3개의 레이저 다이오드(LD)는 공통의 서브마운트(submount; SM) 상에 장착된다. 서브마운트(SM)는 레이저 다이오드(LD) 뿐만 아니라 광다이오드(PD)를 위한 공통의 장착 베이스를 형성하고, 선택적으로 추가의 냉각체(히트싱크 계면(HSI)) 상에 장착될 수 있다. 레이저 다이오드(LD)와 FAC 렌즈(FAC)는 상호에 대해 정확하게 위치되어야 하므로, 서브마운트(SM) 뿐만 아니라 히트싱크 계면(HSI)은 가열 시 실질적으로 변형되지 않는 재료로 제작된다.
FAC 렌즈(FAC)는 소위 "패스트 액시스 콜리메이터(fast axis collimator)"로서 원통상으로 형성되고, 소위 "패스트 액시스(FA)"인 공간 차원에서만 레이저 다이오드(LD)에 의해 방출되는 광을 콜리메이션한다. "패스트 액시스(FA)"의 대각선 방향인, 소위 "슬로 액시스(slow axis)"에서, 레이저 빔은 이동 요소를 형성하는 마이크로 미러에 콜리메이션되지 않은 방식으로 입사된다. "패스트 액시스"의 잔류 발산을 작게 유지하기 위해, FAC 렌즈(FAC)는 비구면 렌즈 프로파일을 가질 수 있다. 반사를 방지하기 위해, FAC 렌즈(FAC)는 또한 반사 방지 코팅을 가질 수 있다.
히트싱크 계면(HSI) 및 마이크로 미러(MS)을 포함하는 서브마운트(SM)는 공통의 기판(108) 상에 장착된다. 이 기판은 "주조된 상호연결 장치(MID)"로서 구성될 수 있다. MID 기술에 의해, 다양한 처리 유형(예를 들면, 레이저 직접 구조화 또는 2성분 사출 성형)에 의해 도체 경로 및 관통-연결(바이어)을 직접 적용하는 것이 가능하고, 이 도체 경로 및 관통-연결(바이어)에 의해 전기 부품 및 전기-광학 부품(LD, PD, MS)의 접촉 패드를 3D 광원(3DL)의 저면측 상의 접촉 패드와 연결할 수 있다. 이것은 저면측의 제어 전자장치를 간단히 직접 접촉시키기 위해 유리하다.
도 29는 집적 RGB 광원(L)을 개략적으로 도시한 것이고, 이것은 원색인 적색, 녹색 및 청색의 3 개의 레이저 다이오드(LD) 뿐만 아니라 3 개의 관련되는 광다이오드(PD)로 구성된다. 광다이오드(PD)의 목적은 전면에서의 실제 광 출력을 측정하기 위해 레이저 다이오드(LD)의 후면에서의 광 출력을 측정하는 것이다. 이 정보는 3가지 원색을 혼합하여 명확하게 한정되는 출력 색을 제공하기 위해, 또한 변화되는 환경 조건에서 요구된다. 더욱이, 이 정보는 관찰자의 눈을 위한 안전을 보장하도록 사용된다. 이러한 이유로, 레이저 다이오드(LD)의 광 출력은, 모든 시점에서 이 출력 값이 광 출력의 최대 허용 값 미만에 유지되는 것을 보장하도록 디스플레이 장치(A)의 작동 중에 지속적으로 측정된다. 광다이오드(PD)의 다른 기능은 레이저 다이오드(LD)의 노후 작용을 보상하는 것이다. 레이저 다이오드(LD)의 광 출력은 일반적으로 시일이 지남에 따라 감소된다. 광다이오드(PD)를 통한 출력을 지속적으로 측정함으로써, 이러한 노후 작용은 레이저 다이오드(LD)의 적절한 변경 제어에 의해 보상될 수 있다.
광다이오드(PD)의 활성 표면은 광원으로의 역반사를 방지하도록 x 축 및/또는 y 축에 대해 광원의 배향에 대해 경사 상태로 장착될 수 있다. 광원(LED-R, LED-G, LED-B) 뿐만 아니라 광다이오드(PD)는 도 29에 도시된 서브마운트(SM) 상에 함께 장착될 수 있다. 이 서브마운트(SM) 자체는 FAC 렌즈(FAC)와 함께 더 큰 히트싱크 계면(HSI) 상에 장착될 수 있다. 렌즈는 일반적으로 상이한 파장에 대해 상이한 굴절율을, 그리고 그 결과 상이한 초점 길이를 가지므로, FAC 렌즈(FAC)를 통한 콜리메이션 시 각 잔류 발산을 최소화하도록 FAC 렌즈(FAC) 까지의 상이한 거리(dred, dgreen, dblue) 내에 광원(LED-R, LED-G, LED-B)을 장착하는 것이 유리하다. FAC 렌즈(FAC)를 통한 패스트 액시스(FA)(y 축의 방향)의 콜리메이션 시, SAC 렌즈(SAC)("슬로 액시스 콜리메이터")를 통한 슬로 액시스의 콜리메이션이 선택적으로 실행될 수 있다. 마이크로 미러(MS)는 1D 또는 2D의 마이크로 스캐너 미러로서 구체화될 수 있다. 마이크로 미러의 제어는 개방-루프 제어(이것은 마이크로 미러의 실제 기계적 경사 각도의 측정 및 피드백이 존재하지 않는다) 또는 폐쇄-루프 제어(이것은 마이크로 미러의 측정된 실제 기계적 경사 각도의 조절이 존재한다)로서 실시될 수 있다.
해상도 증가의 예시적 실시형태
도 30은 해상도의 증가를 이용하는 3D 광원(3DL)의 다른 예시적 실시형태를 도시한다. 광원(L)에 의해 방출되는 광은 가동 및/또는 부동 화소 변경 수단(VM)에 의해 렌즈(LI)까지 안내되고, 렌즈(LI)는 콜리메이션된 광 빔을 렌즈 평면에 수직한 방향으로 굴절시킨다. 여기서 렌즈(LI)는 광의 전파의 방향으로 콤팩트한 크기를 보장하도록, 예를 들면, 프레스넬 렌즈로서 구성될 수 있다. 렌즈(LI)에 의해 굴절되는 빔은 그 후 산광기(diffuser; D)에 입사되고, 산광기(D)는 큰 각도의 시 영역을 구현하도록 큰 발산 각도(θ)로 광을 산란시킨다. 산광기(D)의 방출 영역 상에는, 따라서 적어도 2 개의 확장 화소가 발현되고, 이 확장 화소는 시간 멀티플렉스 방법으로 순차적으로 제어된다. 확장 화소는 횡렬 및/또는 종렬로 배열될 수 있다.
도 31은 디스플레이 장치(A)의 추가의 예시적 실시형태를 도시하고, 이 디스플레이 장치(A)는 2 개의 횡렬 및 2 개의 종렬의 3D 광원(3DL)을 갖는 어레이로 구성된다. 3D 광원(3DL)의 각각은 전체 스크린의 어떤 공간적으로 제한된 영역 내에 확장 화소를 표시한다.
연속적 시역
도 15, 및 도 16에 따른 빔 정형기를 포함하는 예시적 실시형태는 인접하는 시역(BZ)의 강도 분포가 중첩되는 방법 및 인접하는 시역(BZ)의 이미지 정보의 공간 분리가 빔 정형기에 의해 개선될 수 있는 방법을 설명하였다. 예를 들면, 렌티큘라 렌즈 또는 시차 배리어에 기초하는 무안경 표시를 위한 종래의 기술에서, 시역(BZ)의 수가 증가하면 불가피하게 효과적 해상도 뿐만 아니라 효과적 밝기를 동일한 배수만큼 감소시킨다. 해상도는 임의로 증대될 수 없으므로, 시역(BZ)의 수도 제한된다. 다시 말하면, 무안경 관찰창의 총 폭이 일정한 경우, 시역(BZ)은 필요에 따라 무제한으로 작게 만들어질 수 없다. 도 32에서, 비디오 스크린의 원 시야에서 시역(BZ)의 이상적 공간 분리를 볼 수 있다. 도 33은 실제로 구현 가능한 일반적인 공간 강도 분포를 도시하고, 각각의 인접하는 시역(BZ) 내에 낮은 강도(I)를 갖는 시역(BZ)의 이미지 정보의 중첩부가 존재한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치(A)의 경우, 해상도의 손실 없이 무안경 효과를 실행하는 것이 최초로 가능하다. 개개의 시역(BZ)의 폭은 또한 레이저 다이오드(LD)의 "패스트 액시스(FA)"의 콜리메이션을 통해 또한 극히 먼 거리 내에서 매우 작게 유지될 수 있다. 특히 유리한 예시적 실시형태에서, 이동 요소는 연속적으로 이동되고, 표시된 이미지 정보는 시간에 관하여 동기되어 연속적으로 변화된다. 마이크로 미러의 연속적으로 변화하는 굴절과 조합하여 패스트 액시스(FA)의 콜리메이션은 전술한 바와 같이 시역(BZ)의 다수의 분리된 시역(BZ) 뿐만 아니라 실질적으로 임의의 수의 연속적인 시역(BZ)도 구현한다. 광원의 제어 시, 2 개의 인접하는 시역(BZ)들 사이의 표시된 콘텐츠가 실질적으로 변화되지 않고, 여기서 중첩부는 단지 약간의 정도까지만 방해되므로, 연속적인 이미지 정보가 적절한 알고리즘에 의해 삽입되는 것이 바람직하다. 연속적 시역(BZ)을 이용하는 이러한 개념에 따른 디스플레이 장치(A)의 강도 분포는 도 34에 개략적으로 도시되어 있다.
비디오 스크린의 원 시야 내에서 레이저 빔의 극소의 팽창의 한계의 경우는 NBZ 개의 시역으로부터 ∞ 개의 시역을 갖는 3 차원 콘텐츠의 정확하고 실제적인 표현에 대응한다. 관찰자가 x 방향을 따라 이동하는 경우, 인접하는 시역(BZ)들 사이의 방해되는 어떤 천이부도 감지되지 않을 것이다.
시야 각의 확대를 이용하는 예시적 실시형태
관찰자가 가상 벽면에 수직한 면에 대해 존재할 수 있는 그 각도를 확대하기 위해 수 개의 가능성이 존재한다. 간단한 해결책은 마이크로 미러의 최대 기계적 굴절 각도를 확대하는 것이다. 일반적으로 이와 같은 마이크로 미러의 설계에 관하여, 스캐닝 속도, 물리적 치수 및 굴절 각도가 고려되어야 하므로, 잠재적으로 중요하지 않은 다른 변수를 희생시켜 최대 기계적 굴절 각도를 확대하기 위한 어느 정도의 자유도가 존재한다.
수직 시야 각을 확대하기 위해, 게다가 2 차원 마이크로 스캐너 미러가 사용될 수 있고, 이것은 또한 광원에 의해 방출되는 광을 수직으로 굴절시킨다.
수직 시야 각은 추가의 발산 렌즈에 의해 확대되는 레이저 다이오드의 "슬로 액시스" 발산 각도에 의해 더 확대될 수 있다. 이 발산 렌즈는 마이크로 미러의 전방이나 후방의 광학 경로 내에 제공될 수 있고, 마이크로 미러의 후방이 바람직하다. 여기서 발산 렌즈에 의한 수평 시야 각의 확대도 유용할 수 있고, 그러나 또한 시역의 폭이 확대될 수 있다.
수직 시야 각 뿐만 아니라 수평 시야 각은 회절 광학 요소에 의해 확대될 수 있다. 한 가지 구현의 가능성은 회절 빔 분할기이고, 회절 빔 분할기는 잔류 발산의 상당한 증가 없이 입사하는 광 빔을 수 개의 광 빔으로 분할한다. 최초의 빔의 회절 각이 적색, 녹색 및 청색에 대해 상이한 광의 파장에 의존하므로, 이 회절 각은 대응하여 변경되는 제어에 의해 교정되어야 한다.
도 35는 본 명세서에서 빔 분할기(BS)로서 표시되는 빔 분할기를 구비하는 광학 시스템의 개략적 셋업을 도시한다. 레이저 다이오드(LD)에 의해 방출되는 광의 빔은 FAC 렌즈(FAC)에 의해 하나의 공간 방향으로만 콜리메이션되고, 다음에 빔 분할기(BS)에 입사한다. 빔 분할기(BS)는 빔을 패스트 액시스(여기서 y 축)에서 N 개의 빔으로 분할하고, 여기서 y 축에서 개개의 빔의 잔류 발산은 최적으로 확대되지 않거나 약간만 확대된다. 그러나, 슬로 액시스(SA)(여기서 x 축)에서, 광의 빔은 FAC 렌즈(FAC)에 의해 콜리메이션되지 않는다. x 축에서, 빔 분할기(BS)는 발산 렌즈의 기능을 실질적으로 충족시킨다.
도 36은 빔 분할기(BS)를 구비하지 않은 것에 비교되는 원 시야에서의 빔 분할기(BS)를 구비하여 얻어지는 강도 분포를 도시한다. 도 36의 상측의 한 개의 선은 도 36의 하측의 슬로 액시스(SA)(여기서 x 축)의 방향으로 수 개의 더 긴 선이 된다.
도 37은 단지 NBZ = 3 개의 상이한 시역(BZ)의 간단한 경우를 위한 도 36의 강도 분포의 경시적 이동을 도시한다. 표시된 이미지 정보는 스캐닝 방향(SR)으로 T = NBZ Δt = 3 Δt의 기간으로 반복되어야 한다. 이 개념은 다른 수의 상이한 시역(BZ)에 대해서 명백하게 일반화될 수 있다. 빔 분할기(BS) 및/또는 발산 렌즈를 사용함으로써, 관찰자가 디스플레이 장치의 전방에 존재할 수 있는 면적이 본질적으로 확대될 수 있는 이점이 얻어진다.
곡면 무안경 3D LED 디스플레이 장치
도 38은 곡면 무안경 스크린의 형태의 디스플레이 장치(A)의 예시적 실시형태를 도시한다. 관찰자가 완전 조사 구역(illuminated zone; VBZ) 내에 존재하는 경우, 관찰자는 전체 스크린 상의 무안경 이미지를 감지할 수 있다. 그러나, 관찰자가 소위 페넘브라(penumbra; 반영 구역)(HSZ)에 존재하는 경우, 관찰자는 자신의 위치에 따라 이미지의 일부만 감지하고, 스크린의 일부는 흑색으로 감지될 것이다. 관찰자가 소위 엄브라(umbra; 암영 구역)(SZ) 내에 있는 경우, 전체 스크린은 관찰자에게 흑색으로 보일 것이다. 디스플레이 장치(A)의 오목형 또는 볼록형 실시형태로 인해, 개개의 경우에 적합한 3D 비디오 표현이 가능해진다.
멀티-콘텐츠 표시기 장치
본 발명에 따른 디스플레이 장치에 의해, 다양한 관찰자를 위한 완전히 상이한 콘텐츠가 표시될 수도 있다. 예를 들면, 제 1 관찰자는 축구 경기를 관람하는 반면 제 2 관찰자는 영화를 동시에 관람하는 것이 가능하다. 이와 관련하여 양 콘텐츠를 3 차원 방식으로 표시하는 것도 가능하다. 도 39는 멀티-콘텐츠 비디오 스크린으로서 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 예시적 실시형태를 도시한다. 3 명의 관찰자(B1, B2, B3)는 각각 멀티-콘텐츠 표시기(A) 상에서 상이한 이미지 정보를 본다. 고정적으로 결정된 콘텐츠 구역(CZ1, CZ2, CZ3)이 있고, 여기서 각각 상이한 콘텐츠 또는 비디오 콘텐츠가 감지될 수 있다. 콘텐츠 구역(CZ)을 조절 가능하게 변화시키는 것이 특히 유리하다. 예를 들면, 이동 검출기는 관찰자의 이동을 추종할 수 있고, 그 결과 디스플레이 장치는, 관찰자가 디스플레이 장치의 전방에서 이동하더라도 관찰자는 자신의 콘텐츠 구역 내에서 자신의 콘텐츠와 항상 함께할 수 있는 방식으로 콘텐츠 구역(CZ)을 변화시킬 수 있다. 2D 멀티-콘텐츠 비디오 스크린의 광 빔은 3D 비디오 스크린의 것보다 상당히 높은 발산을 가질 수 있다.
대안적 광원
전술한 예시적 실시형태에서, 다음의 광원들이 기재되어 있다: 레이저, LED, 슈퍼루미네슨트 LED, 공진-공동형 LED. 레이저 다이오드를 구비한 RGB 광원을 구현하기 위한 이하의 가능성이 있다는 것에 주목해야 한다:
- 각각 적색, 녹색 및 청색용 레이저 다이오드인 3 개의 직접 레이저 다이오드.
- 적어도 하나의 색은 주파수 배증(doubling)(제 2 고조파 발생; SHG)의 효과에 의해 구현된다.
- 적어도 하나의 색은, 예를 들면, 문헌 US 2010/0118903 A1에 기재된 형광 변환의 효과에 의해 구현된다.
디스플레이 장치를 이용한 배경 조명
본 발명에 따른 디스플레이 장치(A)는, 예를 들면, 액정 표시기(LCD)와 같은 스크린을 위한 배경 조명으로서 사용될 수도 있다. 이와 같은 스크린의 종래의 배경 조명은 냉 음극 형광 램프(CCFL)나 발광 다이오드(LED)에 의해 현재 수행되고 있다.
디스플레이 장치가 배경 조명을 위한 이동 요소와 함께 사용되는 경우, 해상도의 증가와 유사하게, 스크린 상의 다양한 위치에 시간 멀티플렉스 방법으로 굴절되는 광원에 의해 방출되는 광이 있고, 다음에 스크린을 조명한다. 따라서, 적절한 제어에 의해 더 높은 콘트라스트 값을 얻도록 스크린의 개개의 영역을 선택적으로 조명하는 것이 가능하다. 예를 들면, 묘사될 장면이 흑색 배경의 전방에 물체를 포함하는 경우, 흑색 배경 위치의 배경 조명은 오프되고, 반면에 물체가 위치해 있는 영상의 위치는 조명된다. 따라서, 본 발명에 따른, 즉 배경 조명과 관련하여 표시되는 이미지 정보는 일반적으로 흑백 영상이고, 여기서 또한 수 개의 단색 농담(gray shade)도 가능하다. 그러나, CCFL 배경 조명의 경우, 국부의 선택적 배경 조명은 선택 사항이 아니고, 이것이 이러한 유형의 배경 조명을 가지는 스크린이 일반적으로 상당히 열악한 흑색 레벨을 가지는 이유이다.
레이저 다이오드를 이용한 배경 조명의 실시형태
종래의 다색 LCD 스크린은 통상적으로 3 개의 서브 픽셀로 분할되는 픽셀을 사용한다. 이러한 각각의 서브-픽셀은 색 필터를 구비하고, 이 색 필터는 원색(적색, 녹색, 청색)에 대해서만 투명하다. 필터의 대역폭은 낮은 대역폭의 경우 높은 채도와 색 충실도 사이의 평가 뿐만 아니라 높은 대역폭의 경우 표시의 밝기의 평가에 의해 결정된다. CCFL 배경 조명의 경우, 밝기 뿐만 아니라 스펙트럼 특성에 악영향을 주는 노후화 효과가 더 있다.
LED 및 선택적 색 필터를 조합하면 CCFL 배경 조명에 비해 상당히 개선된다. 그럼에도 불구하고, LED 배경 조명을 이용하는 표시는 LED 광의 비교적 높은 대역폭의 고유 특성에 기인되어 LED에 의해 방출되는 광의 최적의 채도 및 충실도를 가지지 않는다.
그러나, 레이저 다이오드에 의해 방출되는 광은 극히 좁은 대역폭을 가지고, 이론적으로 이것은 정의 대로 완벽한 채도 및 색 충실도를 제공한다.
LCD 스크린용 광원으로서 레이저 다이오드의 다른 중요한 이점은 방출되는 광이 편광된다는 점이다. LCD 셀은 2 개의 편광자(polarizer)로 구성되고, 편광자의 전송축은 각각에 대해 수직이고, 전기적으로 제어 가능한 액정이 그 사이에 배치되므로, LED 또는 CCFL과 같은 편광되지 않은 배경 조명의 경우, 광 파워의 약 절반이 항상 손실된다. 직선 편광 레이저 광을 이용한 배경 조명의 경우, 본 발명에서 제안되는 바와 같이, 거의 100%(스크린에 의해 방출되는 광 출력과 배경 조명의 광원에 의해 방출되는 광 출력의 비율)의 효율이 가능하다.
마이크로 미러를 이용하는 배경 조명의 실시형태
배경 조명 유닛 및 그에 따른 스크린의 좁은 유닛을 제공하기 위해, 추가의 굴절, 반사 및/또는 회절 요소에 의해 마이크로 미러의 최대 광학적 굴절 각도를 확대하는 것이 유리할 수 있다. 그 실시예는 발산 렌즈 또는 회절 격자이다.
개략적인 주석
MEMS 마이크로 시스템은, 예를 들면, 센서 기술의 전문 분야의 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들면, 관성 센서의 구현에 이용된다. 이러한 MEMS 기술을 이용하면 광원의 광을 굴절시키기 위한 이동 요소를 구현하는데 특히 유리하다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 다양한 상이한 제품에 적용될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 화소 변경 수단을 통해 광원으로부터 방출되는 화소를 증가시키는 것에 의해 뿐만 아니라 방출된 광의 굴절 또는 집속에 의해 가장 상이한 새로운 어플리케이션을 구현할 수 있다.

Claims (26)

  1. 적어도 하나 또는 복수의 화소로 이루어지고 또한 프레임 레이트(frame rate; R)로 변경될 수 있는 이미지 정보의 표시를 위한 디스플레이 장치(A)로서, 상기 이미지 정보의 화소의 생성을 위한 적어도 하나의 광원(L)을 갖고, 상기 이미지 정보의 화소마다 이동 요소(BR, BV, LI, L)를 갖는 화소 변경 수단(VM)이 제공되고, 상기 화소 변경 수단(VM)은 상기 디스플레이 장치(A) 내에서 적어도 상기 프레임 레이트(R)로 이동 가능하게 배치되고, 또한 상기 디스플레이 장치(A)의 광원(L) 마다 상기 이미지 정보의 표시를 위한 확장 화소(1, 2, 3, 4, 5, 6,…)로서 적어도 2 배수의 화소를 생성하도록 상기 디스플레이 장치(A)의 관찰자(LA, RA)를 위한 적어도 하나의 상기 광원(L)에 의해 방출되는 광을 선택적으로 굴절 및/또는 차폐하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 광원(L)에 의해 방출되는 광은 광원 주파수(fL)로서 상기 프레임 레이트(R)의 적어도 2 배로 변경되는, 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 요소는 광원(L) 마다 일 방향 또는 바람직하게 2개의 방향으로 이동할 수 있는 적어도 하나의 가동 미러(BR)를 갖고, 상기 가동 미러는 상기 디스플레이 장치(A)의 관찰자(LA, RA)를 위해 상기 광원(L)에 의해 방출되는 광의 방향을 굴절시키도록, 따라서 상기 광의 표시 위치를 변화시키도록 구성되는, 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 요소는 광원(L) 마다 적어도 하나의 가동 셔터(BV)를 갖고, 상기 가동 셔터(BV)는 상기 디스플레이 장치(A)의 관찰자(LA, RA)를 위해 상기 광원(L)에 의해 방출되는 광의 적어도 일부를 차폐시키도록 구성되는, 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소 변경 수단(VM)은 광원(L) 마다 적어도 2 개의 미러(BR)를 갖고, 상기 미러(BR)는 배치 변형례인 반사 망원경, 카세그레인 망원경(Cassegrain telescope), 잠망경, 역반사기 중 임의의 것에 따라 배치되는, 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소 변경 수단(VM)은 광원(L) 마다 적어도 하나의 미러(BR)를 갖고, 상기 미러는 실시형태의 변형례인 오목형, 볼록형, 포물선형, 역반사형 중 임의의 것에 따라 구성되는, 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원(L)은 실시형태의 변형례인 레이저, LED, 슈퍼루미네슨트 LED, 공진-공동형 LED의 중 임의의 것에 의해 형성되는, 디스플레이 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    실시형태의 변형례인 3 개의 분리된 레이저, 주파수 배증(doubling)의 효과에 의한 적어도 하나의 원색의 구현, 형광 변환의 효과에 의한 적어도 하나의 원색의 구현 중 하나는 상기 광원(L)으로 3 가지 원색의 생성을 위해 구현되는, 디스플레이 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원(L)은 상기 광원(L)의 광 출력을 측정하기 위한 광다이오드(PD)를 갖고, 특히 상기 광원(L)은 적어도 하나의 레이저 다이오드를 갖고, 상기 광다이오드(PD)는 그 후면에서 상기 레이저 다이오드(LD)의 전면의 광 출력을 측정하고, 특히 상기 광다이오드(PD)의 활성 표면의 수직 면은 상기 레이저 다이오드(LD)의 광축에 대해 경사진 위치에 배치되는, 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 요소는 전하의 인가에 의해 그 위치가 변경될 수 있고, 특히 MEMS 마이크로 시스템으로서 구현되는, 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원(L)은 상기 디스플레이 장치(A) 내에서 이동 가능한 이동 요소로서 배치되는, 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소 변경 수단(VM)은 광원(L) 마다 적어도 하나의 마이크로 렌즈(LI, FAC)를 갖고, 특히 상기 마이크로 렌즈는 상기 광원(L)에 의해 방출되는 광의 광학 경로 내에서 이동 가능한 이동 요소로서 배치되는, 디스플레이 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    적어도 2 개의 상이한 색을 방출하는 광원, 특히 레이저 다이오드(LD)가 제공되고, 각 광원은 파장에 의존하는 상기 마이크로 렌즈(LI, FAC)의 굴절율을 보상하도록 상기 광원의 전면과 상기 마이크로 렌즈(LI) 사이의 다양한 거리 내에 부착되는, 디스플레이 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 패스트 액시스(fast axis; FA)에서 상기 광원에 의해 방출되는 광의 콜리메이션(collimation)을 위해 FAC 렌즈에 의해 형성되고, 상기 마이크로 렌즈는 특히 슬로 액시스(slow axis; SA)에서 상기 광원에 의해 방출되는 광을 콜리메이션하기 위한 SAC 렌즈(SAC)로서 또한 형성되는, 디스플레이 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소 변경 수단(VM)은 상기 광원(L)에 의해 방출되는 광의 발산 각도(θ)를 확대하기 위한 적어도 하나의 산광기(diffuser; D)를 갖는, 디스플레이 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소 변경 수단(VM)은 적어도 하나의 빔 분할기(BS) 및 특히 상기 디스플레이 장치의 시 영역(viewing area)을 확대하기 위한 발산 렌즈를 갖는, 디스플레이 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소 변경 수단(VM)은 이동 요소로서 상기 광원(L)에 의해 방출되는 광의 광학 경로 내에 광원(L) 마다 광 도파관(WLK, WLM)을 갖고, 상기 광원(L)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 상기 광 도파관(WLK, WLM)의 단부를 변위시키기 위한 상기 화소 변경 수단의 변위 장치(HVE, VVE)가 형성되는, 디스플레이 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치(A)의 제어 수단은 X 배 더 높은 제 1 축선을 따르는 상기 디스플레이 장치의 해상도 및 Y 배 더 높은 제 2 축선을 따르는 상기 디스플레이 장치의 해상도를 얻기 위해 하나의 시퀀스로 상기 이동 요소(BR, BV, LI, L)를 N 개의 위치 내에 위치시키도록 구성되는, 디스플레이 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치(A)의 제어 수단은, 상기 표시로부터의 시거리(viewing distance; d) 내의 NBZ 개의 시역(viewing zone; BZ) 내에서 무안경 3D 효과를 달성하기 위해, NBZ 개의 시역(BZ)의 NBZ 개의 상이한 위치에서 적어도 상기 프레임 레이트(R)로 상기 이동 요소(BR, BV, LI, L)를 위치시키도록 구성되는, 디스플레이 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 횡렬식(line by line), 종렬식(column by column), 사행식(meandering), 대각선, 나선형, 리사쥬(Lissajous) 곡선의 유형의 실시형태의 변형례 중 하나에 따라, 상기 NBZ 개의 시역(BZ)을 순차적으로, 그리고 항상 반복적으로 통과하는 방식으로 상기 이동 요소(BR, BV, LI, L)를 제어하는, 디스플레이 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 실질적으로 연속적으로 굴절되는 상기 이동 요소가 또한 상기 시역(BZ) 또는 확장 화소(1, 2, 3, 4, 5, 6,…) 내에서 연속적으로 변화하는 이미지 정보를 방출하는 방식으로 상기 이동 요소 및 광원을 제어하는, 디스플레이 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 또한 상기 디스플레이 장치의 해상도를 증가시킴과 동시에 상기 무안경 3D 효과를 얻도록 청구항 17에 따라 상기 이동 요소(BR, BV, LI, L)를 제어하도록 구성되는, 디스플레이 장치.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 오목한 상태 또는 볼록한 상태로 만곡 형성되는, 디스플레이 장치.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 상이한 콘텐츠 구역(CZ1, CZ2, CZ3,…) 내에서 상이한 이미지 정보를 표시하도록, 그리고 특히 상기 콘텐츠 구역(CZ1, CZ2, CZ3,…)의 위치를 조절 가능하게 변화시키도록 구성되는, 디스플레이 장치.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 스크린, 특히 LCD 스크린의 배경을 조사하도록 구성되는, 디스플레이 장치.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 제 1 차량(KFZ 1)의 브레이크 등(BL)으로서 제공되고, 상기 이동 요소는, 특히 제 1 차량(KFZ 1)의 제동 강도 및/또는 날씨, 일광, 환경 및/또는 운전의 조건에 따라, 뒤따르는 제 2 차량(KFZ 2)의 운전자 위치의 방향으로 상기 광원에 의해 방출되는 광의 방향을 굴절시키도록 제어되는, 디스플레이 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 하나 또는 수 개의 광원에 의해 방출되는 광 빔 상에 변조되는 데이터를 수신기(EM)로 전송하기 위한 송신기(SE)로서 형성되고, 상기 이동 요소는 상기 광원에 의해 방출되는 광을 상기 수신기(EM)를 향해 굴절시키도록 구성되는, 디스플레이 장치.
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