KR20150126034A - 투명한 무안경 입체영상 디스플레이 - Google Patents

투명한 무안경 입체영상 디스플레이 Download PDF

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KR20150126034A
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KR1020157027863A
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올렉산드르 발렌티노비치 보도빈
바트 크룬
푸턴 앨버트 게르얀 반
마크 토마스 존슨
Original Assignee
코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 투명 모드를 갖는 디스플레이 패널, 및 무안경 입체영상 뷰잉(autostereoscopic viewing)을 가능하게 하기 위해 상이한 뷰들을 상이한 공간 방향들로 방향 설정하기 위한 것으로, 또한 투명 모드를 갖는 스위칭가능 광학 장치를 조합한 무안경 입체영상 디스플레이를 제공한다. 이 디스플레이는 (적어도), 디스플레이는 구동되고, 광학 장치는 뷰들을 생성하도록 사용되는 3D 무안경 입체영상 디스플레이 모드, 및 디스플레이와 광학 장치가 투명 모드로 구동되어, 디스플레이 뒤의 이미지가 왜곡되지 않게 하는 투명한 디스플레이 모드를 갖는다.

Description

투명한 무안경 입체영상 디스플레이{TRANSPARENT AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY}
이 발명은 투명한 디스플레이들에 관한 것이며, 특히 투명한 무안경 입체영상 디스플레이들에 관한 것이다.
투명한 디스플레이들은 디스플레이 출력뿐만 아니라, 디스플레이 뒤의 배경도 보이게 한다. 따라서, 디스플레이는 특정 수준의 투과율을 갖는다. 투명한 디스플레이들은 건물들 또는 차량들의 창문들 및 쇼핑몰들의 쇼윈도들(show windows)과 같은 많은 가능한 응용예들을 갖는다. 이들 대형 장치 응용예들 이외에, 핸드 헬드 테블릿들(hand held tablets)과 같은 소형 장치들도 또한 투명한 디스플레이들의 이점을 사용하여, 예를 들어, 사용자들이 지도뿐만 아니라 앞의 스크린을 관통해 풍경을 볼 수 있게 한다.
예를 들어, 건축, 광고, 및 공적 정보의 분야에서, 많은 기존의 디스플레이 시장이 투명한 디스플레이들로 대체될 것으로 예상된다. 투명한 디스플레이들은 아직 3D 뷰잉(viewing) 능력과 함께 사용이 불가능한데, 특히, 렌티큘러 렌즈들(lenticular lenses)을 사용하는 것과 같은 무안경 입체영상 접근법들을 아직 사용하지 못한다.
투명한 디스플레이는 전형적으로, 뷰어가 디스플레이 콘텐츠(display content)를 보고자 할 때의 디스플레이 모드, 및 디스플레이가 오프(off)되고 뷰어가 디스플레이를 관통해 볼 수 있고자 할 때의 윈도우 모드를 갖는다. 무안경 입체영상 3D 디스플레이들에서 일반적인, 디스플레이 상부에 렌티큘러 렌즈들의 종래의 조합은 디스플레이가 투명한 경우, 렌티큘러 렌즈가 디스플레이 뒤의 이미지의 뷰를 왜곡시킬 수 있기 때문에, 문제를 야기한다. 따라서, 윈도우 모드는 윈도우 뒤의 장면에 대한 올바른 뷰를 제공하지 않는다.
본 발명은 청구항들로 한정된다.
본 발명의 일 양태에 따라, 무안경 입체영상 디스플레이가 제공되고, 무안경 입체영상 디스플레이는:
디스플레이 모드 및 디스플레이 패널이 거의 투명한 투명 모드를 갖는 디스플레이 패널; 및
무안경 입체영상 뷰잉을 가능하게 하기 위해 상이한 뷰들을 상이한 공간 방향들로 방향 설정하기 위한 스위칭가능 광학 장치를 포함하고, 이 광학 장치는 멀티-뷰 모드(multi-view mode) 및 투명 비-렌즈 모드 사이에서 스위칭 가능하고,
디스플레이는 적어도, 디스플레이 패널이 디스플레이 모드로 구동되고 광학장치가 멀티-뷰 모드로 구동되는 3D 무안경 입체영상 디스플레이 모드 및 디스플레이가 투명 모드로 구동되고 광학 장치가 투명 모드로 구동되는 투명 디스플레이 모드를 갖는다.
본 발명은 2D 콘텐츠를 2D 모드로 디스플레이하고, 3D 콘텐츠를 무안경 입체영상 모드로 디스플레이하고, 또한 투명 모드를 가질 수 있는 디스플레이를 제공한다. 거의 투명하다는 것은 패널을 관통해 볼 수 있고 뒤의 풍경을 볼 수 있다는 것을 의미한다. 투명도는 60%, 70%, 또는 80%와 같이 높을 수 있지만, 실제로 가시 스펙트럼에 걸쳐 평균 50% 투명도이면 본 목적을 위해 충분하다. 광학 장치의 스위칭은 3D 모드와 2D 또는 투명 모드들 간에 스위칭을 가능하게 하는데, 이는 2D 또는 투명 모드들이 렌즈 기능(lensing function)의 부재를 요구하기 때문이다.
무안경 입체영상 모드는, 하나의 이미지는 뷰어의 하나의 눈에 도달하고, 다른 이미지는 다른 눈에 도달하도록, 적어도 2개의 상이한 이미지들이 상이한 방향들로 디스플레이되는 것이다. 단지 1개의 무안경 입체영상 이미지만이 있거나(즉, 2개의 상이한 이미지들), 3, 7, 또는 10개와 같은 많은 무안경 입체영상 이미지들이 있을 수 있다. 렌티큘러 렌즈들의 경우, 상이한 화소들은 상이한 광 경로 방향들과 연관되도록, 각각의 렌즈들이 행(row) 방향의 한 세트의 화소들 위에 놓일 것이다. 뷰들의 개수는 각각의 렌즈 밑의 화소들의 개수에 대응할 수 있거나, (렌즈 피치(pitch)가 화소 피치의 정수배가 아니면) 복수의 뷰들이 상이한 렌즈들에 의해 공유될 수 있다. 이들 쟁점들은 모두 무안경 입체영상 디스플레이들의 분야의 당업자들에게 잘 알려져있다.
디스플레이의 전체 투과율이 높게 유지될 수 있도록, 광학 장치 기능은 광의 편광에 독립적인 것이 바람직하다. 이 장치는 그것을 관통해 전파하는 광선들에 영향을 주지 않거나, 시차 방벽(parallax barrier), 렌티큘러 렌즈, 또는 마이크로렌즈 어레이(microlens array)일 수 있는 뷰 방향 설정 장치로 동작할 수 있다.
디스플레이 패널은 투명 모드(see through mode)를 위해 충분히 투명한 적어도 하나의 상태에 있는 화소들을 갖는다. 이 투명도는, 화소층들이 꺼질 때 투명하기 때문이거나 화소 개구가 작기 때문일 수 있다. 작은 화소 개구는, 예를 들어, 디스플레이 영역의 50 % 미만, 또는 심지어 30% 미만을 차지하는 불투명 화소들이다.
작은 화소 개구의 경우, 반사 화소들, 불-투명 OLED 화소들, 또는 백라이트 조명 화소들이 사용될 수 있고, 이러한 개구비는 디스플레이를 관통한 전체적으로 상당한 투명도를 고려한다. 이러한 화소들은 후면 반사판을 제공받을 수 있다.
디스플레이 패널은:
투명 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널;
전기 습윤(electrowetting) 화소 디스플레이 패널;
전기 유체(electrofluidic(전기 유체)) 화소 디스플레이 패널;
평면 내-전기 영동(electrophoretic) 화소 디스플레이; 또는
롤-아웃(roll-out) MEMS 화소들 디스플레이를 포함할 수 있다.
스위칭가능 광학 장치는:
전기 습윤 마이크로렌즈 셀들;
전기 습윤 렌티큘러 셀들;
복굴절 렌티큘러 렌즈 어레이들 사이에 스위칭가능 LC 물질을 갖는 한쌍의 복굴절 렌티큘러 렌즈 어레이들을 포함하는 광학 조정기 빔 성형기(optional adjuster beam shaper);
스위칭가능 시차 장벽; 또는
복굴절 렌즈와 스위칭가능 편광판, 또는 편광판과 스위칭가능 지연기(retarder)를 포함할 수 있다.
이들 상이한 디스플레이 및 광학 장치들은 상이한 방식들로 조합될 수 있다.
스위칭가능 광학 산광기 또는 흡수체가 스위칭가능 광학 장치에 대해 디스플레이 패널의 반대쪽 상에 제공될 수 있다. 투과 화소들을 사용하는 디스플레이 디자인에 대하여, 디스플레이를 관통해 디스플레이의 후면에 전달되는 광을 혼합하기 위해 산광기가 사용될 수 있다. 산광기는 또한 디스플레이 패널의 후면의 보다 균일한 조명을 제공할 것이다. 투명 모드에서, 산광기는 꺼질 수 있다.
발광 화소들을 사용하는 디스플레이 디자인에 대하여, 광을 차단하기 위해 흡수체가 사용될 수 있다. 3D 모드에서는, 이미지가 뒤쪽으로 송신되길 원하지 않는데, 이는 거기에는 뷰들을 형성할 광학 장치가 없기 때문이다. 2D 모드에서도, 이미지가 뒤쪽으로 송신되길 원하지 않는데, 이는 그것이 반전되어 보일 것이기 때문이다. 흡수체는 이들 뷰들을 방지할 수 있고, 그것은 또한 디스플레이된 이미지의 명암비를 높일 수 있다. 흡수체도 또한 스위칭가능하다.
디스플레이 패널은 투명 OLED 화소들을 포함할 수 있고, 스위칭가능 광학 장치는 전기 습윤 렌즈들을 포함할 수 있다. 이 장치는 스위칭 속도가 높을 수 있다는 이점을 갖는다.
스위칭가능 광학 장치 및 화소들의 동기적인 스위칭을 제어하고, 디스플레이된 이미지 밝기에 대한 디스플레이 투명도의 비를 가변시키기 위해 스위칭의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어하기 위한 제어기가 제공될 수 있다. 이 구동 방식은 전기 습윤 렌즈들과 같은 빠른 응답 광학 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 듀티 사이클은, 따라서 디스플레이 뒤의 풍경이 왜곡되지 않게 보이지만 여전히 상당한 디스플레이 밝기로 보이도록 조정될 수 있다.
스위칭가능 광학 장치는 프레넬 렌즈들(Fresnel lenses)의 어레이를 형성하는 미소 유체 렌즈 세그먼트들을 포함할 수 있는데, 여기서 각각의 프레넬 렌즈는 한 세트의 렌즈 세그먼트들로 형성된다. 이것은 렌즈 모양들을 제어할 수 있게 한다. 예를 들어, 미소 유체 렌즈 세그먼트들의 스위칭을 제어하여, 각각의 프레넬 렌즈를 형성하는 렌즈 세그먼트들의 개수를 가변시킴으로써 프레넬 렌즈들의 피치를 가변시키기 위한 제어기가 제공될 수 있다.
전술된 바와 같이, 디스플레이는 상이한 모드들로 제어될 수 있다.
예를 들어, 디스플레이는:
투명 모드;
무안경 입체영상 디스플레이 모드; 또는
스위칭가능 광학 장치는 꺼지고 디스플레이 패널은 켜진 2D 디스플레이 모드로 구동되도록 제어될 수 있다.
이들 모드들은 디바이스의 모든 상이한 구현물들에 적용될 수 있다.
디스플레이는 또한:
2D 디스플레이 콘텐츠의 하나 이상의 영역들 및 투명한 영역을 포함하는 제1 하이브리드 모드(first hybrid mode); 또는
3D 디스플레이 콘텐츠의 하나 이상의 영역들 및 투명한 영역을 포함하는 제2 하이브리드 모드로 구동되도록 제어될 수 있다.
2D 디스플레이 콘텐츠의 또한 하나 이상 영역들, 하나 이상의 3D 디스플레이 콘텐츠 영역들, 및 투명한 영역을 포함하는 제3 하이브리드 모드가 있을 수 있다.
본 발명은, 디스플레이 뒤의 풍경이 왜곡되지 않게 보이면서 상당한 디스플레이 밝기로 보이게 한다는 효과를 갖는다.
일례가 이제 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 알려진 전기 습윤 렌즈 디자인을 나타내는 도면;
도 2는 알려진 편광 독립적 스위칭가능 빔 조종 장치를 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 제1 디스플레이 예를 나타내는 도면;
도 4는 디스플레이가 구동될 수 있는 상이한 모드들을 나타내는 도면;
도 5는 가능한 투명도/밝기 제어 방법을 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 제2 디스플레이 예를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 제3 디스플레이 예를 나타내는 도면;
도 8은 본 발명의 제4 디스플레이 예를 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 제5 디스플레이 예를 나타내는 도면;
도 10은 연관된 제어 시스템을 갖는 디스플레이를 나타내는 도면.
본 발명은 투명 모드를 갖는 디스플레이 패널과 무안경 입체영상 뷰잉을 가능하게 하기 위해 상이한 뷰들을 상이한 공간 방향들로 방향 설정하기 위한 스위칭가능 광학 장치를 조합하고, 또한 투명 모드를 갖는 무안경 입체영상 디스플레이를 제공한다. 디스플레이는 적어도 디스플레이가 구동되고 광학 장치가 뷰들을 생성하기 위해 사용되는 3D 무안경 입체영상 디스플레이 모드 및 디스플레이 및 광학 장치가 투명 모드들에 대해 구동되는 투명한 디스플레이 모드를 포함한다.
다양한 예들을 설명하기 전에, 왜곡되지 않고 편광 독립적 투명 모드를 갖는 투명한 3D 디스플레이의 디자인에 대한 선택사항들 및 쟁점들 중 몇몇이 후술되어 있다.
왜곡되지 않은 투명 모드를 제공하는 하나의 방법은 스위칭가능 렌즈 시스템을 사용하는 것이다.
하나의 유형의 스위칭가능 렌즈 시스템은 뷰잉 모드를 제어하기 위해(즉, 투명 또는 3D) 디스플레이에 의해 방출되는 광의 편광을 사용한다. 그후 편광 스위칭이 모드들 간에 바꾸기 위해 사용될 수 있다. 광이 광원에 의해 편광되거나 편광 요소들이 렌즈 또는 광학 스위칭 장치에 통합된다. 높은 투과율이 룩-스루(look-through) 디스플레이들에 대한 핵심 매개변수들 중 하나이지만, 이것은 본질적으로 디스플레이의 전체 투과율을 (적어도 50%로) 제한한다. 따라서, 스위칭 기능을 편광-독립적인 방식으로 구현하는 것이 바람직하고, 이것은 투명한 디스플레이들에 대해 특히 중요하다.
편광 독립적 스위칭가능 렌즈를 실현하기 위한 제1 가능성은 전기 습윤 원리를 사용한다.
전기 습윤 렌즈들에 대한 가능한 구현물은 미국 특허 번호 제7,307,672호에 설명되어 있다. 스위칭가능 렌즈들용 전기 습윤 셀의 장점은, 그들이 빠른 응답 시간을 갖고(특히 보다 작은 셀 크기들에 대해, 전형적으로 마이크로-어레이들에 대해) kHz 범위의 주파수들에서 구동될 수 있다는 것이다.
도 1은 이러한 렌즈(스미스 엔.알.(Smith N.R.) 등에서 다시 제조됨, 옵틱스 익스프레스(Optics express) 14 (2006) 6557)의 구조를 간략한 형태로 나타낸다. 도 1(a)는 그 구조를 투시도로 나타낸다. 렌즈는 액체(10)를 포함하는 챔버(chamber)를 포함한다. 챔버의 측벽들에는 반대쪽 측벽 전극들(12)을 포함하는 전극 장치가 제공된다. 이 유형의 구조의 셀의 양 측벽 전극들에 공급된 전압들이 같으면, 액체 계면은 소정의 곡율을 가질 것이고, 그 결과 도 1(b)에 나타낸 것과 같은 렌즈 동작을 갖는다. 측벽 전극들 상에서 상이한 전압들을 갖는 직사각형 셀에 대해서는, 이들 전압들이 도 1(c)에 나타낸 것과 같은 셀의 바닥면에 대해서 제어가능한 경사를 갖는 평편한 매니스커스(meniscus)를 갖도록 조정될 수 있으므로, 그 결과 마이크로-프리즘 요소(전기 습윤 마이크로 프리즘(electrowetting micro prisms; EMP)으로 알려짐)가 만들어진다. 도 1(d)에 나타낸 바와 같이, 접촉각은 표면의 경사를 정의한다. 이들 마이크로 프리즘들은 그후 광 빔의 굴절을 위해 사용된다.
전기 습윤 셀의 크기는 100 마이크로미터 이하일 수 있다. 특히, 이것은 프레넬-형 렌즈들이 형성되게 하는데, 여기서 각각의 렌즈는 복수의 세그먼트들로 이루어지고, 각각의 개개의 세그먼트는 상이한 경사 각을 제공하는 EMP 셀로 실현된다.
편광-독립적 스위칭가능 렌즈를 실현하기 위한 제2 가능성은 2개의 렌티큘러 렌즈들, 그들의 광학 축의 방향이 상호 서로에 대해 수직인 물질, 및 그들 사이의 스위칭가능 복굴절 물질 층의 조합을 사용하는 것이다.
이 장치는, 꼬인 네마틱 LC(twisted nematic LC; TNLC) 물질(24)이 사이에 개재된 제1 및 제2 렌티큘러 어레이들(20, 22)을 나타내는 도 2에 나타나있다. 렌즈들의 광학 축들은 도면 참조 부호(26 및 28)로 나타나있다. 이 구조는 WO 2011/051840에 상세하게 설명되어 있다.
오프 상태에 있을 때 스위칭가능 광학 요소는 투명하고 광의 전파 방향을 바꾸지 않는다. 온-상태에서는, 렌즈들 사이의 스위칭가능한 꼬인 네마틱 액체 액정(twisted nematic liquid crystal; TNLC) 물질의 광학 축의 정렬이 제1 및 제2 렌티큘러 어레이들(20, 22) 양자의 광학 축에 수직하게 바뀌고 정렬되어, 그 구조는 입사광의 편광에 독립적인 렌즈 기능을 가질 것이다.
깨끗한 투명 모드를 가능하게 하기 위해 스위칭가능 렌즈 기능 이외에, 디스플레이 자체는 고유한 투명도를 가져야만 한다.
투명한 디스플레이를 위해, 디스플레이 패널이 투명한 상태로 스위칭되게 할 수 있는 화소 기술들이 필요하다. 충분히 투명한 상태로 스위칭될 수 있는 디스플레이 화소들에 대해 사용될 수 있는 기술들의 예들은 다음과 같다:
편광되지 않은 광을 방출하는 투명한 OLED들;
전기 습윤 셀들에 기초한 셀들. 디스플레이는 투과 모드(뒤쪽 반사판이 없음) 또는 반사 모드(뒤쪽 반사판이 있음);
전기 습윤 셀들(투명한 또는 투과/반사 화소들을 가짐);
평면 내-전기 영동 셀들(투명한 또는 반사 화소들을 가짐);
롤-아웃 MEMS형 화소들(투명한 또는 투과 화소들을 가짐)에서 동작할 수 있다.
화소들은 높은 투명도를 갖고, 편광 독립적이고, 빠른 응답 시간을 가져야 한다.
본 발명은 적어도 3D 무안경 입체영상 모드 이외에 편광 독립적 투명 모드를 제공하기 위해, 상이한 기술들을 조합한다.
도 3은, 2D와 3D 모드들 간에 스위칭가능하고 투명한 디스플레이 패널을 사용하는, 본 발명의 제1 디스플레이 장치 예를 나타낸다.
이 장치는 무안경 입체영상 멀티-뷰 디스플레이 기능을 제공하기 위한 편광-독립적 스위칭가능 광학 요소(30)를 포함한다. 온 상태에서, 이 요소는 시차 장벽, 렌티큘러 렌즈, 또는 마이크로렌즈 어레이로서 동작하여, 사용자에게 복수의 입체시 뷰들을 제공한다. 오프 상태에서, 이 요소는 그것을 통과하는 광선들에 대한 어떠한 광학 기능도 갖지 않는다.
이러한 요소는 전기 습윤 마이크로렌즈 셀들, 전기 습윤 렌티큘러 셀들, 또는 도 2에 나타낸 것과 같은 광학 조정기로 실현될 수 있다. 시차 장벽은 (보다 낮은 투과율을 결과로 낳으므로 바람직한 선택사항은 아님) 검정색 잉크를 포함하는 전기 습윤 광학 스위치들로 실현될 수 있다.
디스플레이 패널은 기판(34) 상에 투과 화소들(32)을 갖는다. 화소들은 투명한 화소들(즉, OLED) 전기 습윤, 전기 유체, 또는 전기 영동, 또는 MEMS 화소 기술에 대한 알려진 기술들 중 하나로 실현된다. 예를 들어, 실리콘 기판의 경우에, 화소들은 기판의 구조에 통합될 수 있다.
온 상태의 광학 요소의 초점 면을 화소 면과 일치시키기 위한 선택적인 스페이서(optional spacer)(36)가 광학적으로 투명한 물질로 형성된다. 요구된 스페이싱은 광학 요소(30)에 의해 대신 제공될 수도 있다.
룩-스루 모드를 실현하기 위해, 광학 요소(30)가 오프 상태로 구동된다. 이 방식에서, 광학 요소 물질과 공기 사이의 계면은 평편하고(전기 습윤 기술의 예에 대해서), 그것은 통과하는 광선들의 전파 방향을 왜곡하지 않는다. 화소들은 또한 오프(투명한 상태)로 스위칭된다. 전체 디스플레이는 투명한 물질의 모습을 갖는다.
3D 모드에서, 광학 요소는 화소들로부터 전파되는 광을 굴절시키고 그것을 복수의 방향으로 다시 방향 설정할 것인데, 여기서 그것은 사용자에 의해 상이한 뷰들로 관찰될 수 있다. 2D 모드는 하나의 뷰잉 콘(viewing cone)에 분포된 모든 화소들이 같은 강도들을 갖도록 렌더링하거나(사용자의 양쪽 눈 모두가 같은 뷰들을 볼 것임), 광학 요소를 오프로 스위칭하고 디스플레이 상에 2D 콘텐츠를 디스플레이함으로써 실현될 수 있다.
이 디스플레이 구성은 스위칭가능 광학 요소가 그것의 편광에 독립적으로 광을 전달하고, 그에 따라 디스플레이의 전체 투과율이 높아진다는 이점을 갖는다.
장치는 투과 화소들(전기 습윤 셔터들, 평면-내 전기 영동 등) 또는 발광 화소들(예를 들어, 투명한 OLED들)로 실현될 수 있다.
투과 화소들의 경우, 화소 디스플레이에 대한 광원은 다른 쪽에서부터 디스플레이로, 즉, 도 3의 하단에서부터 상단으로, 도달하는 광의 형태일 수 있다. 추가의 전기-광학적으로 스위칭가능한 산광기(38)가, 디스플레이의 후면 상에 위치한 관찰자를 위해 이미지를 블러링(blurring)하는 기능을 갖고, 그리고 투과 화소들에 대한 조명을 보다 균일하게 하기 위해, 화소들의 후면에 추가될 수 있다. 산광기(38)는 확산 상태와 투명한 상태 사이에 스위칭될 수 있고, 예를 들어, PDLC 물질로 실현될 수 있다. 이 유형의 광학 셔터 요소는 산광기로 동작할 때 투명하거나 반투명한 흰색 모습을 가질 수 있다. 이들 요소들은 사생활 보호 유리를 위해 사용되고 종종은 디스플레이 응용예들을 위해 사용된다고 알려져있다.
발광 화소들의 경우, 디스플레이된 이미지들의 명암비를 높이기 위해, 스위칭가능 흡수체 층(38)이 화소들의 후면에 추가될 수 있다. 스위칭가능 흡수체는, 예를 들어, 전기 영동 잉크로 실현될 수 있다. 따라서, 층(38)은 사용된 화소들의 유형에 따라 산광기 또는 흡수체이다.
디스플레이는 도 4(a)에 나타낸 바와 같이 배경 풍경이 디스플레이를 관통해 보여지는 완벽히 투명한 모드를 제공하도록 제어될 수 있다.
도 4(b)는 2D 콘텐츠(40)를 갖는, 부분적으로 투명한 디스플레이를 나타낸다. 이 2D 콘텐츠는 전체 스크린 상에, 또는 도 4(b)에 나타낸 바와 같이 디스플레이의 하부-영역 위에 국부적으로, 또는 다수의 영역들에 디스플레이될 수 있다. 도 4(c)는 상이한 디스플레이 영역들 위의 3D 콘텐츠(42) 및 2D 콘텐츠(40)를 갖는, 부분적으로 투명한 디스플레이 모드를 나타낸다. 물론 2D 또는 3D 콘텐츠가 전체 화면 위에 있거나 디스플레이 영역들이 임의로 조합될 수도 있다.
제1 의 보다 구체적인 예가, 도 3의 화소들(32)과 같은 투명한 OLED들 및 도 3의 렌즈들(30)과 같은 전기 습윤 렌즈 구조의 사용에 기초하여, 이제 설명될 것이다.
투명한 OLED 발광체들 및 전기 습윤 광학 요소는, 예를 들어, 최대 kHz 범위의 빠른 스위칭 응답을 가질 수 있고, 이 예는 이 스위칭 능령을 사용한다. 디스플레이 응용예들에 대하여, 100Hz 범위 이상의 스위칭에 특히 관심이 있다. 렌즈 구조 및 OLED들은 온 상태와 오프 상태 간에 동기적으로 및 동시에 스위칭될 수 있다. 화소들 및 디스플레이의 광학 요소들 모두에 대한 온 상태와 오프 상태 간의 시간 비(즉, 듀티 사이클)를 연속적으로 가변시킴으로써, 디스플레이의 다양한 투명도가 실현될 수 있다.
이 제어 접근법이 동기화된 타이밍을 나타내는 개략적인 타이밍도인 도 5에 나타나있다. 도 5는 단일 렌즈 요소 또는 단일 화소의 실제 구동 조건들은 반영하지 않고, 오히려 단지 동기화된 시간 간격들만을 나타낸다.
보다 밝은 기간 동안, 화소들은 온이고 렌즈 시스템은 보다 큰 듀티 사이클 동안 3D 모드로 구동된다. 보다 어두운 기간 동안, 화소들은 온이고 렌즈 시스템은 보다 낮은 듀티 사이클 동안 3D 모드로 구동된다. 이것은 디스플레이가 보다 긴 시간 조각 동안 투명 모드로 구동되고, 이에 따라 투명도가 증가됐다는 것을 의미한다. 도 5의 제한적인 (최소의) 펄스 폭은 전형적으로 디스플레이 화소들의 스위칭 율에 의해 결정되고, 단일 밀리초 정도일 수 있다.
제2 예가 도 6에 나타나있다. 이 예는 불-투명 화소들(60), 예를 들어, 반사 화소들, 불-투명 OLED, 또는 백라이트 조명 화소들을 사용한다. 도 6은 화소 광 변조기 층(60b) 아래에 반사판(60a)을 포함하는 화소 구조를 나타낸다. 다른 구성요소들은 도 3에서와 같이, 즉, 스위칭가능 광학 요소들(30), 선택적인 스페이서(36), 기판(34), 및 선택적인 스위칭가능 산광기 또는 흡수체(38)이다.
각각의 화소 주변에 투명한 기판의 유의 면적이 있도록, 각각의 화소의 개구율은 작다. 이 방식에서, 패널의 전체 투명도는 충분히 높다. 따라서, 렌즈가 오프 상태일 때, 관찰자는 거의 어떠한 영향도 받지 않은 실제 배경 풍경을 볼 것이다.
화소들이 투명하지 않으므로, 화소 후면에의 반사판(60a)이 디스플레이의 후면 상에 위치한 관찰자로부터 화소를 마스킹(mask)하고 디스플레이 대비를 높이기 위해 사용될 수 있다.
도 7은 상이한 가시 거리들을 위해 피치 조정된 프레넬 렌즈를 사용하는 제3 예를 나타낸다.
이 예는 렌즈 어레이의 피치를 전기-광학적으로 조정함으로써, 디스플레이와 사용자 간의 거리를 (가시 거리) 변화시키도록 3D 디스플레이를 조정할 수 있다.
장치는 상기 예들에서와 같은 기판(34), 스페이서(36), 및 선택적인 산광기 또는 흡수체(38)를 포함한다. 장치는 투명한 화소들(32)을 갖고, 렌즈 장치는 프레넬 렌티큘러들(70)로 구현된다.
디스플레이로부터 매우 상이한 거리들에서 3D 이미지들을 최적으로 지각하기 위해, 렌즈들의 피치를 조정하는 것이 유익하다. 튜닝가능한 피치를 갖는 렌티큘러 렌즈는 프레넬-형 렌티큘러 렌즈로 실현될 수 있다. 나타낸 바와 같이 각각의 렌즈는 복수의 세그먼트들로 형성되고, 세그먼트들 각각은 전기 습윤 마이크로 프리즘 셀들을 포함한다. 각각의 세그먼트를 독립적으로 처리함으로써, 각각의 프리즘의 경사 각이 복수의 세그먼트들로 형성된 렌즈의 피치를 조정하도록 조정될 수 있다. 도 7의 예에서, 7개의 이러한 세그먼트들이 단일의 렌즈를 형성한다.
이 접근법은 또한, 도 6을 참조하여 설명된 바와 같이, 작은 개구율을 갖는 불-투명한 화소들과 조합하여 사용될 수 있다.
제4 예가 도 8에 나타나있다. 또다시, 기본적인 구조는 상기 예들에서와 같은 기판(34), 스페이서(36), 및 선택적인 산광기 또는 흡수체(38)를 갖는 도 3의 것과 같다. 이 예는 또다시 투명한 화소들(32)을 사용한다.
스위칭가능 편광-독립적 렌즈(80)가 도 2에 나타낸 구조를 사용하여 실현된다. 따라서, 스위칭가능 광학 요소는 복굴절 물질로 만들어진 2개의 렌티큘러 렌즈들의 얇은 적층을 포함하는데, 렌티큘러 렌즈의 광학 축들은 서로에 대해 수직하게 방향이 설정된다. 스위칭가능 복굴절 물질(82)(예를 들어, 꼬인 네마틱 액정 물질)의 층이 렌즈들 사이에 제공된다.
이 스위칭가능 층은, 렌즈와의 각각의 계면에서, 스위칭가능 물질의 광학 축의 방향이 각각의 렌즈 물질의 광학 축에 평행하게 구성된다.
오프 상태에서, 스위칭가능 물질과 렌즈들의 계면들에서의 굴절률은 변하지 않으므로 광학 요소는 렌즈 동작을 갖지 않을 것이다.
광학 요소가 온 상태이면, 스위칭가능 복굴절 물질의 광학 축은 렌티큘러 렌즈들의 물질의 광학 축들 모두에 수직으로 정렬된다. 이 상태에서, 광학 요소를 관통해 전파되는 광은 굴절률이 상이한 계면들을 통과하고 렌즈들 상에서 굴절할 것이다.
이 유형의 스위칭가능 광학 요소는 편광된 및 편광되지 않은 광에 대해서 기능할 것이다.
제5 예가 도 9에 나타나있다. 도 9에는 선택적인 스페이서가 생략되었지만, 또다시, 기본적인 구조는 도 3에서와 같다. 이 예는 또다시 투명한 화소들(32)을 사용한다.
하나의 편광을 갖는 인입 광은 굴절되고 다른 것은 그렇지 않도록, 렌즈(90)는 UV-굽은 중합된 LC 수용액과 같은 스위칭불가능 복굴절 물질로 실현된다.
스위칭가능 층은 온 및 오프 상태를 갖는 스위칭가능 리타더(94)와 편광판(92)으로 이루어진다. 리타더는 두 상태들 중 하나에서 인입 광의 편광 면을 90도 회전시킨다. 이와 달리, 요소들(92 및 93)은 하나의 구성요소(스위칭가능 편광 회전체)로 통합될 수 있다.
오프 상태에서는, 스위칭가능 물질과 렌즈들의 계면에서의 굴절률이 변하지 않으므로, 광학 요소는 렌즈 동작을 갖지 않을 것이다.
스위칭가능 리타더가 온 상태이면, 전달된 광의 편광 방향은, 광학 요소를 관통해 전파되는 광은 굴절률이 상이한 계면들을 통과하고 렌즈들 상에서 굴절하도록 설정될 것이다. 스위칭가능 광학 요소의 이 제5 예가 제4 예에 비해 이로운 점은 활성 물질이 훨씬 얇은 층이라는 것이며, 이에 따라 온 상태와 오프 상태 간의 스위칭이 훨씬 빨라진다. 따라서, 이 기술은 또한 도 5을 참조하여 설명된 듀티 사이클 제어를 구현하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 핸드-헬드 장치들에서부터 스마트 윈도우들까지의 범위의 투명한 디스플레이 장치들에 적용될 수 있다. 국부적인 처리와 조합된 2D/3D 및 투명한 스위칭가능 특징들은 엔터테인먼트 및 광고 기능들에 대하여 특히 관심있는 것이다.
구현 한계 내에서, 임의의 개수의 2D, 3D, 및 투명한 영역들이 있을 수 있다. 예를 들어, 렌즈 장치는, 각각의 섹션이 하나 이상의 개별적인 렌즈들을 커버하는 NxM의 독립적으로 스위칭가능한 섹션들(정사각형 또는 직사각형)을 가질 수 있다. 렌즈가 빠르게 스위칭되어야 하므로, 능동 매트릭스 기술이 사용될 수 있다.
디스플레이 패널(32) 및 광학 장치(30, 70, 80, 92/93)는 가능한 디스플레이 모드들 사이에서 스위칭하도록 제어될 필요가 있다는 것이 상기 설명으로부터 자명해질 것이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 이 목적을 위해 제어기(100)가 제공된다. 디스플레이되고 있는 데이터의 분석에 기초하여, 즉, 어떤 영역들이 투명한지, 2D인지, 또는 3D인지를 나타내는 내제된 정보로 뷰잉 모드가 자동으로 선택될 수 있다. 이와 달리, 디스플레이 모드를 설정하기 위한 외부 입력부가 있을 수 있다. 따라서, 제어기(90)는 디스플레이 구동기와 광학 제어기를 조합한다.
청구된 본원 발명을 구현할 때, 당업자들은 도면들, 게시물, 및 첨부된 청구항들을 공부함으로써, 개시된 실시예들에 대한 다른 변화들을 이해하고 그것에 영향을 줄 수 있다. 청구항들에서, "포함하다"는 용어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, "어떤" 또는 "한"이란 관형사는 복수개를 배제하지 않는다. 특정 표시들(measures)이 서로 상이한 종속항들에 인용된다는 것은 이들 표시들의 조합이 이롭게 사용될 수 없다는 것을 의미하는 것은 아니다. 청구항들의 임의의 참조 부호들은 영역을 제한하는 것으로 구성되지 않아야 한다.
30, 70, 80, 92, 93: 광학 장치
32: 디스플레이 패널
36: 선택적인 스페이서
38: 선택적인 스위칭가능 산광기 또는 흡수체
100: 제어기

Claims (15)

  1. 무안경 입체영상 디스플레이에 있어서,
    디스플레이 모드 및 디스플레이 패널이 거의 투명한 투명 모드를 갖는 디스플레이 패널(32, 34); 및
    무안경 입체영상 뷰잉(autostereoscopic viewing)을 가능하게 하기 위해 상이한 뷰들을 상이한 공간 방향들로 방향 설정하기 위한 광학 장치(30; 70; 80, 92,93)를 포함하고,
    상기 광학 장치는 멀티-뷰 모드(multi-view mode)와 투명 비-렌즈 모드 사이에서 스위칭가능하고,
    상기 디스플레이는 적어도, 상기 디스플레이 패널(32, 34)이 상기 디스플레이 모드로 구동되고, 상기 광학 장치(30; 70; 80)가 멀티-뷰 모드로 구동되는 3D 무안경 입체영상 디스플레이 모드 및 상기 디스플레이가 상기 투명 모드로 구동되고, 상기 광학 장치가 상기 투명 비-렌즈 모드로 구동되는 투명한 디스플레이 모드를 갖는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널(32, 34)은 투명 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널들, 전기 습윤(electrowetting) 화소 디스플레이 패널들, 전기 유체(electrofluidic) 화소 디스플레이 패널들, 평면-내-전기 영동(electrophoretic) 화소 디스플레이 패널들, 및 롤-아웃(roll-out) MEMS 화소들 디스플레이 패널들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 디스플레이 패널인, 무안경 입체영상 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭가능 광학 장치(30; 70; 80, 92, 93)는:
    전기 습윤 마이크로렌즈 셀들;
    전기 습윤 렌티큘러 셀들(electrowetting lenticulars cells);
    한쌍의 상기 복굴절 렌티큘러 렌즈 어레이들을 포함하는 광학 조정기 빔 성형기(optical adjuster beam shaper)로서, 상기 복굴절 렌티큘러 렌즈 어레이들 사이에 스위칭가능 LC 물질을 갖는 광학 조정기 빔 성형기;
    스위칭가능 시차 장벽;
    복굴절 렌즈 및 스위칭가능 편광 회전체; 또는
    복굴절 렌즈, 편광판, 및 스위칭가능 지연기(retarder)를 포함하는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭가능 광학 장치에 대해 상기 디스플레이 패널의 반대쪽 상에 스위칭가능 광학 산광기(38) 또는 스위칭가능 흡수체(38)를 더 포함하는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은, 꺼졌을 때 투명한 화소들을 포함하는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 투명한 OLED 화소들을 포함하고, 상기 스위칭가능 광학 장치는 전기 습윤 렌즈들을 포함하는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널(32, 34)은 디스플레이 영역의 50% 미만을 차지하는 불투명 화소들을 포함하는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 화소들은 배면 반사판(60a)을 포함하는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭가능 광학 장치 및 상기 화소들의 동기적인 스위칭을 제어하고, 디스플레이된 이미지 밝기에 대한 디스플레이 투명도의 비를 가변시키기 위해 상기 스위칭의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어하기 위한 제어기(100)를 포함하는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭가능 광학 장치는 프레넬 렌즈들(Fresnel lenses)의 어레이를 형성하는 전기 습윤 렌즈 세그먼트들을 포함하고, 각각의 프레넬 렌즈는 한 세트의 렌즈 세그먼트들로 형성된, 무안경 입체영상 디스플레이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 멀티-뷰 모드와 상기 비-렌즈 모드 간의 미소 유체 렌즈 세그먼트들의 스위칭을 제어하고, 각각의 프레넬 렌즈를 형성하는 렌즈 세그먼트들의 개수를 가변시킴으로써 상기 멀티-뷰 모드시에 상기 프레넬 렌즈들의 피치(pitch)를 가변시키기 위한 제어기(100)를 포함하는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이는:
    투명 모드;
    무안경 입체영상 디스플레이 모드; 또는
    상기 스위칭가능 광학 장치가 꺼지고, 상기 디스플레이 패널이 켜진 2D 디스플레이 모드로 구동되도록 제어될 수 있는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 디스플레이는:
    2D 디스플레이 콘텐츠의 적어도 하나의 영역 및 투명한 영역을 포함하는 제1 하이브리드 모드(first hybrid mode); 또는
    3D 디스플레이 콘텐츠의 적어도 하나의 영역 및 투명한 영역을 포함하는 제2 하이브리드 모드; 또는
    2D 디스플레이 콘텐츠의 적어도 하나의 영역 및 3D 디스플레이 콘텐츠의 적어도 하나의 영역을 포함하는 제3 하이브리드 모드로 구동되도록 더욱 제어될 수 있는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 또한:
    2D 디스플레이 콘텐츠의 적어도 하나의 영역, 3D 디스플레이 콘텐츠의 적어도 하나의 영역, 및 투명한 영역을 포함하는 제4 하이브리드 모드로 구동되도록 제어될 수 있는, 무안경 입체영상 디스플레이.
  15. 제 1 항에 따른 디스플레이를 포함하는 핸드 헬드 장치(hand held device), 쇼윈도(shop window), 또는 광고창.
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