KR20150016608A - 무안경 입체 디스플레이 디바이스 및 구동 방법 - Google Patents

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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 렌즈들 사이를 통과하거나 통과할 광을 선택적으로 차단하기 위해 광 차단 장치가 제공되는 무안경 입체 디스플레이 디바이스를 제공한다. 요소들은 인접한 렌즈 위치들 사이에 제공되고, 디스플레이는 이들 요소들에 도달하는 광이 시청자에게 도달하는 것이 허용되거나 또는 시청자에게 도달하는 것이 차단되도록 구성될 수 있다. 이는 공개 (다중 원추) 시청 모드가 선택될 수 있거나 또는 비공개 (단일의 좁은 시청 원추) 시청 모드일 수 있다는 것을 의미한다.

Description

무안경 입체 디스플레이 디바이스 및 구동 방법{AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD}
본 발명은 디스플레이를 생성하기 위해 디스플레이 픽셀들의 어레이를 갖는 디스플레이 패널 및 상이한 뷰들을 상이한 공간 위치들로 지향시키기 위한 이미징 장치를 포함하는 형태의 무안경 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
이러한 형태의 디스플레이의 사용을 위한 이미징 장치의 제 1 예는, 예를 들면, 디스플레이의 기본적인 픽셀들에 관하여 크기가 조정되고 위치 지정되는 슬릿들을 갖는 배리어이다. 두 개의 뷰 설계에서, 시청자는 시청자의 머리가 고정 위치에 있는 경우 3D 이미지를 인식할 수 있다. 배리어는 디스플레이 패널의 앞에 위치 지정되고 홀수 및 짝수 픽셀 열들로부터의 광이 시청자의 좌안과 우안 쪽으로 지향되도록 설계된다.
이러한 형태의 두 개의 뷰 디스플레이 설계의 결점은 시청자가 고정 위치에 있어야 하고, 왼쪽 또는 오른쪽으로 약 3 ㎝만을 이동할 수 있다는 것이다. 더 바람직한 실시예에서, 각각의 슬릿 아래에 두 개의 서브-픽셀 열들이 아닌 수 개의 열들이 존재한다. 이러한 방식으로, 시청자는 왼쪽 및 오른쪽으로 이동하도록 허용되고 시청자의 눈들에서 입체 이미지를 항상 인식한다.
배리어 장치는 생성하기에 간단하지만 광 효율적이지는 않다. 그러므로, 바람직한 대안은 이미징 장치로서 렌즈 장치를 사용하는 것이다. 예를 들면, 연장된 렌즈 요소들의 어레이는 서로 평행하게 연장하고 디스플레이 픽셀 어레이 위에 놓이게 제공될 수 있고, 디스플레이 픽셀들은 이들 렌즈 요소들을 통해 관찰된다.
렌즈 요소들은 요소들의 하나의 시트로서 제공되고, 요소들의 각각은 연장된 반 원통형 렌즈 요소를 포함한다. 렌즈 요소들은 일반적으로 디스플레이 패널의 열 방향으로 연장하고, 각각의 렌즈 요소는 디스플레이 픽셀들의 두 개 이상의 인접한 열들의 각각의 그룹 위에 놓인다.
예를 들면, 각각의 렌티큘이 디스플레이 픽셀들의 두 개의 열들과 연관되는 하나의 장치에서, 각각의 열의 디스플레이 픽셀들은 각각의 2차원 서브-이미지의 수직 부분을 제공한다. 렌티큘러 시트는 다른 렌티큘들과 연관된 디스플레이 픽셀 열들로부터 이들 두 개의 부분들 및 대응하는 부분들을 시트 앞에 위치된 사용자의 좌안 및 우안으로 지향시켜서, 사용자가 단일의 입체 이미지를 관찰한다. 따라서, 렌즈 요소들의 시트는 광 출력 지향 기능을 제공한다.
다른 장치들에서, 각각의 렌티큘은 행 방향으로 네 개 이상의 인접 디스플레이 픽셀들의 그룹과 연관된다. 각각의 그룹에서 디스플레이 픽셀들의 대응하는 열들은 각각의 2차원 서브-이미지로부터 수직 부분을 제공하기에 적절하게 배열된다. 사용자의 머리가 좌로부터 우로 이동할 때, 일련의 연속하는, 상이한, 입체 뷰들이 인식되어, 예를 들면, 둘러보기 효과를 생성한다.
뷰들의 수를 증가시키는 것은, 모든 뷰들이 원래의 디스플레이에 의해 동시에 디스플레이되기 때문에, 3D 효과를 개선하지만 시청자에게 인식되는 이미지 해상도를 감소시킨다. 다수의 뷰들(9 개 또는 15 개와 같은)이 소위 시청 원추들에 디스플레이되는 절충물이 일반적으로 발견되고, 이들 시청 원추들은 시야를 가로질러 반복한다. 시청자들이 3D 모니터 또는 텔레비전을 시청하는 위치를 완전히 자유롭게 선택하지 못하지만, 최종 결과는 큰 시청각을 갖는 디스플레이이다: 시청 원추들 사이의 경계들에서 3D 효과는 없고 고스트 이미지들이 나타난다. 이러한 넓은 시청각은 디스플레이의 사용자가 디스플레이 콘텐트의 모두 또는 특정 부분들을 다른 사람들이 보기를 원하지 않는 상황들에서 문제가 있다. 하나의 일반적인 예는 통근 동안 메일 또는 문서들을 읽는 것이다.
비공개 및 공개 시청 모드들을 갖는 디스플레이를 제공하는 것이 제안되었다. 이는, 예를 들면, US 2011/0234605에서, 3D 무안경 입체 디스플레이들에 대해 또한 제안되었다. 상기 문서는 상이한 모드들이 서브-픽셀들의 상이한 배열들을 구동함으로써 생성될 수 있다는 것을 개시한다.
본 발명에 따라 독립 청구항들에서 규정되는 디스플레이 및 방법이 제공된다.
일 양태에서, 본 발명은 무안경 입체 디스플레이 디바이스를 제공하고, 상기 무안경 입체 디스플레이 디바이스는:
- 디스플레이 패널;
- 디스플레이 패널 앞에 배열된 렌즈들의 어레이; 및
- 렌즈들 사이에 지향되는 광을 선택적으로 차단하기 위한 차광 장치로서, 상기 차광 장치는 인접한 렌즈 위치들 사이에 제공된 요소들을 포함하는, 상기 차광 장치를 포함하고,
디스플레이는 적어도 두 개의 상이한 모드들, 차광 장치가 렌즈들 사이에 지향되는 광을 차단하는 제 1 비공개 모드; 및 차광 장치가 렌즈들 사이에 지향되는 광을 차단하지 않는 제 2 공개 모드로 구성가능하다.
"렌즈들 사이에 지향되는"은 렌즈 출력에 도달하기 전에 하나의 렌즈로부터 인접한 렌즈로 진행하는 방향을 갖는 광을 의미한다.
따라서, 본 발명은 전환가능한 비공개 모드가 원추 반복을 턴 온하고 턴 오프할 수 있는 렌즈 기반 무안경 입체 디스플레이 디바이스를 제공한다. 원추 반복에 의해, 디스플레이 기능들은 규칙적인 렌즈 기반 무안경 입체 디스플레이와 정확하게 유사하다. 원추 반복이 없으면(렌즈들 사이의 차단 기능 때문에), 시청 각도는 하나의 원추로 제한된다. 단일 시청 원추의 개방 각도는 렌즈 피치와 시트 두께 사이의 관계에 기초하는 렌즈 설계 선택 사항이다.
이러한 방식의 이점은, 비공개 모드에서조차, 원하는 시청 원추에 대한 출력 밝기가 감소되지 않고, 풀 디스플레이 해상도가 사용된다는 것이다.
구성의 설정은, 예를 들면, 두 개의 상태들 사이에 전환하기 위한 스위치(랩탑 키와 같이 물리적 또는 소프트웨어로)를 통해 사용자로부터 수신된 입력에 기초할 수 있다. "비공개 모드"는 디바이스상에 구동하는 애플리케이션들에 할당될 수 있고, 이러한 비공개 모드를 갖는 적어도 하나의 애플리케이션이 구동할 때, 시청 각도는 단일 원추로 제한된다.
렌즈들 사이의 요소들은 차광을 수행하는 요소들일 수 있거나, 또는 그 외에 그들은 다른 광학 요소에 의해 차단될 광을 처리할 수 있다(편광의 변경과 같이).
하나의 장치에서, 차광 장치는 광 편광을 변경하기 위한 전환가능한 지연기 장치 및 적어도 하나의 편광을 차단하기 위한 편광자 장치를 포함할 수 있다.
일 구현에서, 인접한 렌즈들 사이에 제공된 요소들은 편광자 장치를 포함하고, 전환가능한 지연기 장치는 렌즈 어레이 앞에 제공된다. 이러한 방식으로, 지연기를 사용하여 편광을 전환할지 하지 않을지의 선택함으로써, 렌즈들 사이의 편광자 요소들은 흡수 또는 투과 기능을 수행할 것이다.
전환가능한 지연기 장치는 로컬로 설정된 전환가능한 비공개 모드를 인에이블하기 위해 픽셀로 나눠질 수 있다(수동 또는 능동 행렬로서). 이러한 경우에, 디바이스는 비공개 모드가 사용자에게 명확하고 편리한 방식으로 로컬로 설정되도록 동작할 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스들에서 목표된 하나의 특정한 해결책은 애플리케이션 비공개 모드들을 GUI 요소들에 삽입하는 것이다.
전환가능한 지연기 장치는 대신 단일의 전환가능한 구성 요소를 포함할 수 있다.
차광 장치는 두 개의 편광자 장치들 사이에 제공된 전환가능한 지연기 장치를 갖는 제 2 편광자 장치를 추가로 포함할 수 있다. 제 2 편광자 장치는, 예를 들면, 디스플레이 패널 출력이 랜덤으로 편광되는 경우에만 요구된다.
대안적인 장치에서, 인접한 렌즈들 사이에 제공된 요소들은 전환가능한 지연기 장치를 포함하고, 편광 장치는 렌즈 어레이 뒤에 제공된다("뒤"는 디스플레이 패널로부터 광 경로 출력을 따라 더 멀리를 의미한다).
이러한 경우에, 렌즈들 사이의 요소들은 차광을 수행하지 않는다.
- 이는 다음의 편광 장치에 의해 실행된다.
차광 장치는 두 개의 편광자 장치들 사이에("사이에"는 다시 광 경로를 참조하는 것이다) 제공된 전환 가능한 지연기 장치를 갖는 제 2 편광자 장치를 다시 추가로 포함할 수 있다.
상기 개요로 서술된 모든 예들에서, 렌즈들 사이를 지나는 광, 즉, 넓은 시청 각도 방향으로 지나는 광에 대하여 편광자에 의해 후속되는 전환가능한 지연기가 존재한다. 보통 디스플레이로부터 통과하는 광에 대하여, 편광 의존 차광이 실행되지 않도록 두 개의 구성 요소들(구성에 의존하여 라타더 또는 편광자일 수 있는) 중 단 하나를 지나는 경로가 존재한다.
다른 세트의 예들에서, 인접한 렌즈들 사이에 제공된 요소들은 차광 및 투광 모드들 사이에 전환가능한, 전환가능한 구성 요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 각각의 두 개의 이웃하는 렌즈들 사이의 광 요소는 투과와 흡수 상태 사이에 전환가능하다. 요소들은 예를 들면 각각 전기 영동 셀을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널은 액정 디스플레이 또는 발광 디스플레이를 포함할 수 있다.
렌즈들의 어레이는 곡면 렌즈부를 포함할 수 있다:
- 곡면 렌즈부는 디스플레이 패널로부터 바깥으로 향하고 요소들은 곡면 렌즈부 아래의 렌즈에 있다; 또는
- 곡면 렌즈부는 렌즈부와 디스플레이 패널 사이의 반복 구조를 갖는 디스플레이 패널로 향하고, 요소들은 반복 구조이다. 따라서, 렌즈들은 디스플레이 패널로부터 보여질 때, 오목 또는 볼록할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 디스플레이 패널 및 디스플레이 패널 앞에 배열된 렌즈들의 하나의 어레이, 및 렌즈들 사이에 지향되는 광을 선택적으로 차단하기 위한 차광 장치를 포함하는 무안경 입체 디스플레이 디바이스를 동작시키는 방법을 제공하고, 차광 장치는 인접한 렌즈 위치들 사이에 제공된 요소들을 포함하고; 방법은 적어도 두 개의 상이한 모드들 중 하나로 디스플레이를 구성하는 단계를 포함하고, 상기 두 개의 모드들은: 차광 장치가 렌즈들 사이에 지향되는 광을 차단하는 제 1 비공개 모드; 및 차광 장치가 렌즈들 사이에 지향되는 광을 차단하지 않는 제 2 공개 모드이다.
본 발명은 렌즈들 사이를 통과하거나 통과할 광을 선택적으로 차단하기 위해 광 차단 장치가 제공되는 무안경 입체 디스플레이 디바이스 및 그의 동작 방법을 제공한다.
도 1은 알려진 무안경 입체 디스플레이 디바이스의 개략적인 사시도.
도 2는 렌티큘러 어레이가 상이한 뷰들을 상이한 공간 위치들로 제공하는 방법을 도시하는 도면.
도 3은 다중 뷰 무안경 입체 디바이스의 레이아웃의 단면도.
도 4는 도 3의 클로즈업을 도시하는 도면.
도 5는 원추들의 세트들의 각각에서 생성된 뷰들이 동일한 9-뷰 시스템을 도시하는 도면.
도 6은 렌티큘러 렌즈들을 구현하는 제 1 방법을 도시하는 도면.
도 7은 렌티큘러 렌즈들을 구현하는 제 2 방법을 도시하는 도면; 디스플레이의 예.
도 8은 본 발명의 디스플레이 디바이스의 제 1 예를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 디스플레이 디바이스의 제 2 예를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 디스플레이 디바이스의 제 3 예를 도시하는 도면.
본 발명의 일 실시예는 첨부하는 도면들을 참조하여 순전히 예로서 여기에 기술될 것이다.
본 발명은 차광 장치가 전파의 큰 횡방향(즉, 수직이 아닌) 각도로 인해 인접한 렌즈들 사이를 지났거나 지날 광을 선택적으로 차단하기 위해 제공되는 무안경 입체 디스플레이 디바이스를 제공한다. 요소들은 인접한 렌즈 위치들 사이에 제공되고, 디스플레이는 이들 요소들에 도달하는 광이 시청자에게 도달하도록 허용되거나 또는 시청자에게 도달되는 것이 차단되도록 구성될 수 있다. 이는 공개(다중 원추) 시청 모드가 선택될 수 있거나 또는 비공개(단일의 좁은 시청 원추) 시청 모드가 선택될 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 알려진 직시형 무안경 입체 디스플레이 디바이스(1)의 개략적인 사시도이다. 알려진 디바이스(1)는 디스플레이를 생성하기 위해 공간 광 변조기의 역할을 하는 능동 행렬 형태의 액정 디스플레이 패널(3)을 포함한다.
디스플레이 패널(3)은 행들 및 열들로 배열된 디스플레이 픽셀들(5)의 직교 어레이를 갖는다. 명확성을 위해, 디스플레이 픽셀들(5) 중 단지 적은 수만이 도면에 도시된다. 실제로, 디스플레이 패널(3)은 약 천 개의 행들 및 수천 개의 열들의 디스플레이 픽셀들(5)을 포함한다.
액정 디스플레이 패널(3)의 구조는 완전히 종래의 것이다. 특히, 패널(3)은 한 쌍의 이격된 투명한 유리 기판들을 포함하고, 그 사이에 정렬된 트위스티드 네마틱 또는 다른 액정 재료가 제공된다. 기판들은 그들의 마주보는 표면들상에 투명한 산화 인듐 주석(ITO) 전극들의 패턴들을 갖는다. 편광 계층들은 또한 기판들의 외부면들상에 제공된다.
각각의 디스플레이 픽셀(5)은 액정 재료를 개재하여 기판들 상에 대향 전극들을 포함한다. 디스플레이 픽셀들(5)의 형태 및 레이아웃은 전극들의 형태 및 레이아웃에 의해 결정된다. 디스플레이 픽셀들(5)은 간극들에 의해 서로로부터 규칙적으로 이격된다.
각각의 디스플레이 픽셀(5)은 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은 스위칭 요소와 연관된다. 디스플레이 픽셀들은 어드레싱 신호들을 스위칭 요소들에 제공함으로써 디스플레이를 생성하도록 동작되고, 적절한 어드레싱 방식들은 본 기술의 숙련자들에게 알려진 것일 것이다.
디스플레이 패널(3)은, 이러한 경우, 디스플레이 픽셀 어레이의 영역 위에 연장하는 평면 백라이트를 포함하는 광원(7)에 의해 조명된다. 광원(7)으로부터의 광은 디스플레이 패널(3)을 지나 지향되고, 개별적인 디스플레이 픽셀들(5)은 광을 변조하고 디스플레이를 생성하도록 구동된다.
디스플레이 디바이스(1)는 뷰 형성 기능을 수행하는 디스플레이 패널(3)의 디스플레이측 위에 배열된 렌티큘러 시트(9)를 또한 포함한다. 렌티큘러 시트(9)는 서로에 대해 평행하게 연장하는 렌티큘러 요소들(11)의 행을 포함하고, 그들 중 단 하나가 명확성을 위해 과장된 치수들로 도시되었다.
렌티큘러 요소들(11)은 볼록한 원통형 렌즈들의 형태이고, 그들은 디스플레이 패널(3)로부터 디스플레이 디바이스(1)의 앞에 위치된 사용자의 눈들에 상이한 이미지들 또는 뷰들을 제공하기 위한 광 출력 지향 수단의 역할을 한다.
디바이스는 백라이트 및 디스플레이 패널을 제어하는 제어기(13)를 갖는다.
도 1에 도시된 무안경 입체 디스플레이 디바이스(1)는 수 개의 상이한 투시 뷰들을 상이한 방향들로 제공할 수 있다. 특히, 각각의 렌티큘러 요소(11)는 각각의 행에서 디스플레이 픽셀들(5)의 작은 그룹 위에 놓인다. 렌티큘러 요소(11)는 수 개의 상이한 뷰들을 형성하기 위해 그룹의 각각의 디스플레이 픽셀(5)을 상이한 방향으로 투영한다. 사용자의 머리가 좌로부터 우로 이동할 때, 사용자의 눈들은 수 개의 뷰들의 상이한 뷰들을 수신할 것이다.
액정 재료가 굴절률 스위칭이 단지 특정 편광의 광에 적용되는 복굴절이기 때문에, 당업자는 광 편광 수단이 상기 기술된 어레이와 함께 사용되어야 한다는 것을 인식할 것이다. 광 편광 수단은 디스플레이 패널 또는 디바이스의 이미징 장치의 부분으로서 제공될 수 있다.
도 2는 상기 기술되는 렌티큘러형 이미징 장치의 동작의 원리를 도시하고, 백라이트(20), LCD와 같은 디스플레이 디바이스(24), 및 렌즈들(27)의 렌티큘러 어레이(28)를 도시한다. 도 2는 렌티큘러 장치(28)가 상이한 픽셀 출력들을 세 개의 상이한 공간 위치들로 지향시키는 방법을 도시한다.
본 발명은 이하에 설명되는 이러한 디스플레이들에서 뷰 반복에 관한 것이다.
도 3은 다중 뷰 무안경 입체 디스플레이의 레이아웃의 단면도를 도시한다. 특정 렌티큘러 렌즈(27) 아래의 각각의 픽셀(31I 내지 31VII)은 특정 뷰(32I 내지 32VII)에 기여할 것이다. 이러한 렌즈 아래의 모든 픽셀들은 뷰들의 원추에 함께 기여할 것이다. 이러한 원추의 폭(선 37'과 선 37" 사이에)은 수 개의 파라미터들의 조합에 의해 결정된다: 이는 픽셀 평면으로부터 렌티큘러 렌즈들의 평면으로의 거리(34(D))에 의존한다. 이는 또한 렌즈 피치(35(PL))에 의존한다.
도 4는 도 3의 클로즈업이고, 디스플레이(24)의 픽셀에 의해 방출된(또는 변조된) 광이 픽셀에 가장 가까운 렌티큘러 렌즈(27)에 의해서뿐만 아니라 렌티큘러 장치(28)의 이웃하는 렌즈들(27', 27")에 의해 수집되는 것을 보여준다. 이는 뷰들의 반복된 원추들의 발생의 근원이다. 픽셀(31IV)은 예를 들면 도시된 시청 원추들(29', 29", 29''')에 기여한다.
원추들의 각각에서 생성된 대응하는 뷰들은 동일하다. 이러한 효과는 9-뷰 시스템(즉, 각각의 원추에서 9 개의 뷰들)에 대하여 도 5에 개략적으로 도시된다.
3D 효과와 해상도 패널티 사이의 수락가능한 절충에 대하여, 뷰들의 총 수는 일반적으로 9 또는 15로 제한된다. 이들 뷰들은 일반적으로 1도 내지 2도의 각도 폭을 갖는다. 뷰들 및 원추들은 이들이 주기적인 속성을 갖는다.
두 개의 기본적인 렌티큘러 설계들이 존재한다.
도 6은 렌티큘러 어레이(28)의 렌티큘러들(27)의 곡면이 디스플레이 패널(24)로부터 먼쪽으로 향하는 적어도 복잡한 설계를 도시한다.
도 7은 넓은 시청 각도들에 걸쳐 양호한 성능을 갖는 대안적인 설계를 도시한다. 이러한 설계는 WO-2009/147588에 상세히 기술되고, 렌티큘러 렌즈 어레이(28)의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 접착체(일반적으로 폴리머)의 사용을 포함한다. 유리 또는 폴리카보네이트 슬랩(56)은 접착제(58)와 유사한 굴절률을 갖고 디스플레이 패널상에 포커스하기 위해 렌티큘러 렌즈에 대해 충분한 거리를 생성하기 위해 사용된다. 렌티큘러 어레이(28)의 렌티큘러들의 곡면은 디스플레이 패널(24)쪽을 향한다.
본 발명은 렌즈들 사이에 요소들을 포함하는 광학 장치의 사용에 기초한다. 전체로서의 장치(반드시 렌즈들 사이의 부분들은 아님)는 투광 또는 차광 모드로 전환될 수 있다. 이러한 방식으로, 이웃하는 렌즈로부터 디스플레이를 떠나는 픽셀로부터의 광은 차단될 수 있고 동시에 1차 시청 원추는 변경되지 않는다. 본 발명은 렌티큘들과 차광 기능이 인에이블되거나 디스에이블되도록 렌티큘러 렌즈들에 입사하는/떠나는 광의 제어를 제공하는 추가의 계층들 사이의 광학 요소들로서 실행될 수 있다.
다양한 복잡성 및 광 효율을 갖는 다수의 실시예들이 다음과 같이 가능하다:
(i) 차광 구조는 편광기이고, 광 경로는 적어도 하나의 지연기를 포함한다. 이는 특히 짧은 시장 출시 기간들을 갖는 액정 디스플레이들 및 자체 발광 디스플레이들에 적합하다.
(ii) 차광 구조는 지연기이고 광 경로는 편광자를 포함한다.
(iii) 차광 구조는 전기 영동 셀이다. 이는 특히 장래의 자체 발광 디스플레이들에 적합할 수 있다.
도 8은 차광 요소로서 편광기의 사용에 기초한 제 1 실시예를 도시한다.
제 1 편광자(60)는 디스플레이 패널(24)과 렌티큘러 어레이(28) 사이에 제공된다. 제 2 편광자들(62)의 배열은 렌즈 요소들 사이에 제공된다. 광 지연기(64)는 편광자들(60, 62) 사이에 제공된다.
디스플레이 패널(24)의 위의 편광자(60)는 단지 광이 이미 편광되지 않은 경우에만 필요하고, 그래서 LCD 디스플레이들에 대하여 이러한 계층(60)이 제거될 수 있다.
이러한 장치는 반전된 방식(도 7)뿐만 아니라 정규 렌티큘러 시트(도 6)와 호환 가능하다.
도 8은 도 6에 도시된 형태의 렌티큘러 시트에 대한 적용을 도시한다. 그러나, 동일한 방식이 도 7에 도시된 형태의 렌티큘러 시트에 적용될 수 있다. 이러한 경우, 차광 편광자들은 스페이스 계층(56) 및 접착 계층(58)을 통해 렌즈 경계들로 연장한다.
렌티큘러 시트는, 렌티큘러 시트를 엠보싱하고, 건조될 때, 편광 기능을 갖는 재료로 이를 채움으로써 제작될 수 있다. 대안은 렌티큘러 및 편광 스트립들을 개별적으로 생성하고, 이후 이들을 함께 접착시켜 렌티큘러 시트를 형성하는 것이다. 상기 시트는 이후 외부 디스플레이 계층들의 위에 위치될 수 있다.
지연기(64)는 양 측면들이 단일의 투명한(예를 들면, ITO) 전극으로 덮여 전체로서 지연기가 극성 상태들 사이에 전환될 수 있는 단일의 액정 셀일 수 있다. 대안적으로, 지연기(64)는 LC 셀이 단일의 서브-픽셀, 픽셀 또는 픽셀들의 세트를 포함하도록 패터닝될 수 있다. 상기 경우에, 셀들이 독립적으로 전환될 수 있다. 이는 콘텐트에 대하여, 디스플레이상에 민감한 정보(예를 들면, 메일)가 단지 작은 시청 원추에서 가시적인 태스크 또는 애플리케이션 비공개 모드들을 허용하고, 반면에 민감하지 않은 정보는 그렇지 않다.
도 9는 리타딩 계층들(70)이 렌티큘러 렌즈들 사이에 제공되고, 제 1 편광자(72)가 디스플레이 패널(24)과 렌티큘러 어레이(28) 사이에 제공되고, 제 2 편광자(74)가 렌티큘러 어레이의 출력측상에 제공되는 다른 형태를 도시한다. 이러한 방식으로, 전환가능한 지연기는 두 개의 편광자들 사이에 다시 삽입되지만, 전환가능한 지연기는 렌즈들 사이에 있다. 도 9는 도 6과 비교하여 수직 차단 요소들의 상이한 위치를 보여주기 위해 도 7의 렌즈 구조의 형태에 적용된 이러한 방식을 도시한다. 그러나, 도 9의 방식은 또한 도 6의 기본적인 렌티큘러 설계에 적용될 수 있다.
액정 디스플레이들은 편광자들 및 액정 셀들에서의 흡수 때문에 비효율적이다. LCD 디스플레이를 사용할 때, 광은 상기의 두 개의 방식들이 광 효율을 매우 많이 더 감소시키지 않도록 미리 편광된다. 그러나, 일반적으로 모든 편광들의 광을 방출하는 자체 발광 디스플레이들의 경우에, 편광자를 추가하는 것은 광 출력의 적어도 절반을 감소시킨다. 강도가 수명 및 배터리 수명에 마이너스의 관계를 갖기 때문에, 이는 피하는 것이 바람직할 것이다.
광학 요소가 편광에 의존하지 않고 대신에 (대부분) 흡수와 (대부분) 투과 상태 사이에 전환될 수 있는 경우, 비효율성이 회피될 수 있다. 전기 영동들의 사용에 의해 이렇게 행해지는 것이 가능하다.
도 10은 하전된 광 흡수 입자들을 포함하는 유체로 채워진 셀(80)로 구성된 각각의 광 차단 요소의 일 예를 도시한다. 셀의 상부 및 하부의 전극들(82)은 모든 하전된 입자들을 저장소(84)로 이동시키기 위해 전압이 인가되게 허용한다. 이는 공개 모드이다. 자연 상태에서, 입자들은 액체에서 분산된다. 이는 비공개 모드이다.
입자 저장소들(84)은 또한 도파관의 방식으로 렌즈 구조 내에 이동할 수 있는 전반사를 차단함으로써 크로스토크를 감소시키는 추가된 이점을 제공할 수 있다.
OLED 픽셀들이 모든 방향들로 광을 방출하는 분산된 방출기들이기 때문에, 렌즈 구조 내 전반사의 문제는 특히 OLED 디스플레이들에 대해 일어난다. 종래의 (2D) 디스플레이에 대하여, 이는 백라이트를 요구하고, 특정한 조처들을 취하지 않고, 좁은 빔으로만 광을 방출하는 LCD 디스플레이들에 대한 명백한 이점이다. 그러나, 다량의 광이 유기 계층들 내에서 재사용되고 방출되지 않아서 낮은 효율을 생성하기 때문에, OLED 재료의 분산된 방출은 또한 도전 과제를 제시한다. 개선을 위해, 이러한 다수의 해결책들은 OLED 밖으로 광의 출력을 개선하도록 시도해왔다.
그러나, 2D 디스플레이들에 대한 이러한 개선은 사실상 3D 무안경 입체 OLED 디스플레이에 대한 문제이다. 하나의 렌티큘러 렌즈로부터 방출되도록 의도된 광이 이웃하는 렌즈에 대해 유리에서 반사될 수 있기 때문에, 광 출력을 증가시키기 위한 해결책들은 무안경 입체 렌티큘러 디스플레이들에서 사용될 수 없다. 이는 콘트라스트를 감소시키고 크로스토크를 증가시킨다.
따라서, OLED 패널로부터의 증가된 광 출력에 대한 소망과 3D 무안경 입체 디스플레이 내 낮은 크로스토크에 대한 소망 사이의 모순이 존재한다.
공개 모드에 있을 때조차, 입자 저장소들이 크로스토크를 감소시키기 위해 렌즈들 사이의 광의 통과를 차단하도록 설계될 수 있지만, 여전히 다수의 시청 원추들의 생성을 허용한다. 입자 저장소들이 렌즈 구조까지 연장하는 정도는 렌즈 구조에서 안내함으로써 야기된 크로스 토크를 감소시키는 데 그들이 얼마나 영향을 미치는지에 영향을 준다.
이러한 목적을 위한 차광의 사용은 발명의 명칭이 "Autostereoscopic Display Device"인 본 출원인의 미공개된 국제 특허 출원 PCT/IB2012/05242에 논의된다.
렌티큘러 무안경 입체 디스플레이는 디스플레이 조명을 위해 상이한 기술들을 이용할 수 있다.
예를 들면, 냉음극 형광 램프("CCFL") 백라이트는 일반적으로 백색 및 분산(램버시안) 후면과 일직선을 이루는 캐비티에 배치된 CCFL 램프들의 행을 포함한다. CCFL 램프들로부터의 광은 램프들을 숨기고 충분히 균일한 스크린 강도를 보장하기 위해 직접 또는 백 라이닝을 통해 산광기를 통과한다.
일 예에서, 광은 작은 프리즘들과 일직선을 이루는 소위 밝기 강화 포일을 사용하여 시준된다. 편광에 의한 과도한 광 손실을 방지하기 위해, 반사 편광자의 역할을 하는 이중 밝기 강화 포일이 사용된다. 이러한 방식으로, 원치 않는 편광의 광은 램프들로 리턴되고, 확산 반사 후, 이는 광학 요소들에 재진입할 수 있다. 이중 밝기 강화 포일이 약한 편광자이기 때문에, 다른 편광자가 사용될 수 있다("극성"이라고 불림).
LC 패널은 컬러 필터들 및 "분석자"라고 불리는 다른 편광자를 갖는다.
모든 광은 전압이 액정 셀에 인가될 때를 제외하고, 극성 및 분석자(두 개의 편광자들)에 의해 차단되고, 이 경우 편광이 편광자들 사이에서 변경되고 이와 같이 광은 분석자를 통과할 수 있다. 컬러 필터들을 통해 CCFL 램프들로부터 방출된 백색광은 컬러들이 생성될 수 있도록 필터링된다.
백색 LED들은 에너지 효율을 개선하기 위해 CCFL 백라이트들로 교체하도록 사용될 수 있다. 추가의 이점은 LED들이 빠르게 턴 온 및 턴 오프될 수 있어서, 그에 의해 블랙 레벨 및 전력 효율을 개선하기 위해 프레임 기반 로컬 디밍을 허용한다. 다른 단계는 컬러 색역이 증가될 수 있는 이점을 갖는 백색 LED들 대신에 RGB LED들을 사용하는 것이다. LED들은 디스플레이 패널 뒤에 위치되거나 또는 측광 디스플레이를 생성하기 위해 패터닝된 도파관의 측면들 상에 위치될 수 있다.
몇몇 새로운 발광 기술들, 즉, 유기 발광 다이오드들(OLED), 유기 발광 트랜지스터들(OLET), 및 양자점 LED들(QLED)은, 균등하게 방출하는 표면을 생성하도록 허용하는 기술들로서, 백라이트들을 생성하기에 특히 적합하다. 이는 산광기들 및 도파관들에 대한 필요를 제거하고, 따라서 구성 요소들의 수를 감소시킬 수 있고 디스플레이를 훨씬 얇게 만들 수 있다.
직접 발광 디스플레이 기술이 사용되는 경우, 백라이트는 생략될 수 있다. 비디오에서 18%의 평균 그레이 레벨에 대해, 편광된 광의 82%는 LCD 시스템에서 흡수된다. 조합된 스크린에서 모든 계층들은 약 7%의 투명도를 갖는다. 따라서 방출된 광의 1.6%와 같은 7%의 평균적으로 단지 18%만이 스크린을 효과적으로 떠난다.
반대로, 직접 발광 픽셀들을 갖는 디스플레이는 단지 요청된 광을 방출하고, 따라서 마지막은 광의 절반을 제거할지라도, 디스플레이는 평균 콘텐트에 대해 LCD의 효율의 31배(50%를 1.6%로 나눔)를 갖는다. 백색에 대하여 효율은 LCD의 효율(50%를 1.7%로 나눔)의 7배일 것이다.
유기 발광 다이오드들(OLED) 및 트랜지스터들(OLET) 및 양자점 LED들(QLED)은 거의 임의의 원하는 형태 및 크기의 효율적이고 강력한 평면 방출기들을 생성하기 위한 새로운 원리들이다. 하나의 옵션은 이러한 백라이트를 갖는 LCD 설계를 사용하는 것이다. 그러나, 언급된 기술의 완전한 잠재력을 사용하기 위해, 픽셀들 자체들이 효율을 개선하기 위한 방출기들이어야 한다.
OLED 방출기들은 램버시안 방출기들로서 모델링될 수 있다. 램버시안 표면은 모든 각들로부터 동등하게 밝게 나타난다. 큰 표면들에 대한 OLED 휘도는 LCD 백라이트들을 허용하기에 충분히 높다. 7% 효율 및 300 cd/㎡의 백색 출력에 기초하여, OLED 백라이트 휘도는 4000 cd/㎡를 초과한다. 작은 방출기들에 대하여, 더 높은 밝기는 문제가 되지 않을 것이다.
본 발명은 이들 형태들의 디스플레이의 모두에 적용될 수 있다.
상기 예들은 전환가능하지 않은 무안경 입체 디스플레이를 보여준다.
다중 뷰 디스플레이의 렌즈를 전환가능하게 만듦으로써, 3D 모드와 조합하여 높은 2D 해상도 모드를 갖는 것이 가능해진다. 전환가능한 렌즈들의 다른 용도들은 뷰들의 수를 시계열적으로 증가시키고(WO-2007/072330) 다중 3D 모드들(WO-2007/072289)을 허용하는 것이다. 2D/3D 전환가능한 디스플레이를 생성하기 위한 알려진 방법들은 렌티큘러 렌즈를 다음으로 교체한다:
(ⅰ) 렌즈 기능이 LC 분자들의 배향을 제어하는 전극들에 의해 턴 온/턴 오프되거나, 또는 (전환가능한 리터더를 통해) 광의 편광을 변경함으로써 턴 온/턴 오프되는 액정 재료로 채워진 렌즈형 캐비티.
(ⅱ) 전극들이 경사진 굴절률의 렌즈를 생성하기 위해 LC 분자들의 배향을 제어하는 액정으로 채워진 박스형 캐비티(예를 들면 WO-2007/072330을 참조하라).
(ⅲ) 형태가 전기장에 의해 제어되는 방울들의 전기 습윤 렌즈들.
(ⅳ) 상이한 굴절률의 유체에서 투명한 전기 영동 입자들로 채워진 렌즈형 캐비티(WO-2008/032248).
본 발명은 예를 들면, 상기에 개요로 서술된 형태들의 전환가능한 무안경 입체 디스플레이들에 적용될 수 있다.
개시된 실시예들에 대한 다른 변형들은 도면들, 명세서, 및 첨부된 청구항들의 연구로부터 청구된 본 발명을 실시할 때, 본 기술의 숙련자들에 의해 이해되고 달성될 수 있다. 청구항들에서, 용어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 단수 용어는 복수를 배제하지 않는다. 특정 측정치들이 서로 상이한 종속 청구항들에서 인용된다는 단순한 사실은 측정된 것들의 조합이 이롭게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구항들에서 임의의 참조 부호들은 범위를 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
24 : 디스플레이 패널 28 : 렌티큘러 어레이
60, 62 : 편광자들 64 : 광 지연기

Claims (15)

  1. 무안경 입체 디스플레이 디바이스에 있어서,
    디스플레이 패널(24);
    상기 디스플레이 패널(24) 앞에 배열된 렌즈들(27)의 어레이(28); 및
    상기 렌즈들(27) 사이에 지향된 광을 선택적으로 차단하기 위한 차광 장치(60, 62, 64; 70, 72, 74; 80, 82, 84)로서, 상기 차광 장치는 인접한 렌즈 위치들 사이에 제공된 요소들을 포함하는, 상기 차광 장치를 포함하고,
    상기 디스플레이는 상기 차광 장치(60, 62, 64; 70, 72, 74; 80, 82, 84)가 상기 렌즈들 사이에 지향되는 광을 차단하는 비공개 모드로, 및 상기 차광 장치(60, 62, 64; 70, 72, 74; 80, 82, 84)가 상기 렌즈들 사이에 지향되는 상기 광을 차단하지 않는 공개 모드로 구성가능한, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광 장치는 광 편광을 변경하기 위한 전환가능한 지연기 장치(64;70) 및 적어도 하나의 편광을 차단하기 위한 편광자 장치(62;74)를 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 렌즈들 사이에 제공된 상기 요소들은 상기 편광자 장치(62)를 포함하고, 상기 전환가능한 지연기 장치(64)는 상기 렌즈 어레이 앞에 제공되는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전환가능한 지연기 장치(64)는 픽셀로 나누어지는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전환가능한 지연기 장치(64)는 단일의 전환가능한 구성 요소를 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광 장치는 제 2 편광자 장치(60)를 추가로 포함하고, 상기 전환가능한 지연기 장치(64)는 상기 두 개의 편광자 장치들 사이에 제공되는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 인접한 렌즈들 사이에 제공된 상기 요소들은 상기 전환가능한 지연기 장치(70)를 포함하고, 상기 편광자 장치(74)는 상기 렌즈 어레이 후에 제공되는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 차광 장치는 제 2 편광자 장치(72)를 추가로 포함하고, 상기 전환가능한 지연기 장치는 상기 두 개의 편광자 장치들 사이에 제공되는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    인접한 렌즈들 사이에 제공된 상기 요소들은 차광 및 투광 모드들 사이에 전환가능한, 전환가능한 구성 요소들(80, 84)을 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 요소들(80, 84) 각각은 전기 영동 셀을 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널(24)은 액정 디스플레이를 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널(24)은 투광 디스플레이를 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈들(27)은 곡면 렌즈부를 포함하고,
    상기 곡면 렌즈부는 상기 디스플레이 패널(24)로부터 반대로 향하고 상기 차광 장치의 상기 요소들은 상기 곡면 렌즈부 아래의 렌즈에 있고,
    상기 곡면 렌즈부는 상기 렌즈부 및 상기 디스플레이 패널 사이의 반복 구조(56, 58)를 갖는 상기 디스플레이 패널(24) 쪽으로 향하고, 상기 차광 장치의 상기 요소들은 상기 반복 구조(56, 58) 내에 있는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스.
  14. 무안경 입체 디스플레이 디바이스를 동작시키는 방법으로서, 디스플레이 패널(24), 상기 디스플레이 패널(24)의 앞에 배열된 렌즈들(27)의 어레이(28), 및 렌즈들 사이에 지향되는 광을 선택적으로 차단하기 위한 차광 장치(60, 62, 64; 70, 72, 74; 80, 82, 84)로서, 인접한 렌즈 위치들 사이에 제공된 요소들을 포함하는, 상기 차광 장치를 포함하는, 상기 무안경 입체 디스플레이 디바이스를 동작시키는 방법에 있어서,
    적어도 두 개의 상이한 모드: 상기 차광 장치(60, 62, 64; 70, 72, 74; 80, 82, 84)가 상기 렌즈들 사이에 지향되는 광을 차단하는 비공개 모드; 및 상기 차광 장치(60, 62, 64; 70, 72, 74; 80, 82, 84)가 상기 렌즈들 사이에 지향되는 광을 차단하지 않는 공개 모드, 중 하나로 상기 디스플레이를 구성하는 단계를 포함하는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스를 동작시키는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 구성 단계는 광 편광을 변경하기 위한 전환가능한 지연기 장치(64, 70)를 제어하는 단계를 포함하고, 편광자 장치(62; 74)는 적어도 하나의 편광을 차단하기 위해 제공되는, 무안경 입체 디스플레이 디바이스를 동작시키는 방법.
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