KR20150130411A

KR20150130411A - 자동입체 디스플레이 디바이스

Info

Publication number: KR20150130411A
Application number: KR1020157028010A
Authority: KR
Inventors: 바트 크룬; 마크 토마스 존슨
Original assignee: 코닌클리케 필립스 엔.브이.
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-11-23
Also published as: TWI621876B; TW201443483A; CN105027564B; EP2974306A1; WO2014141018A1; BR112015021779A2; US9942536B2; US20160021361A1; JP2016518616A; CN105027564A; CA2904801A1; RU2015143214A

Abstract

적층 디스플레이는 렌즈 초점의 파장-의존성에 따라 나열된 상이한 컬러층들(20r, 20g, 20b)을 갖고, 이러한 색상들을 변조하는 디스플레이층들 상의 컬러들의 초점이 더 나아진다. 광학 시스템(30, 32)은 광 변조층들의 각각의 위치를 매치하는 파장-의존 초점을 갖도록 설계될 수 있다.

Description

자동입체 디스플레이 디바이스{AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE}

본 발명은 렌티큘러 어레이들(lenticular arrays)에 기초한 자동입체 디스플레이들에 관한 것이다.

대부분의 일반적인 컬러 디스플레이들은 서로 이웃하는 많은 컬러 구성성분들을 갖는 픽셀 구조를 갖는다. 이러한 픽셀 구조들의 예들은 RGB 스트라이프들이며 소위 "펜타일(PenTile)" 배열이라고 불린다. 이러한 배열들은 서브-픽셀화(sub-pixellation)를 필요로 하며, 따라서 디스플레이(즉, 서브-픽셀들)의 기본 해상도(native resolution)는 이미지(즉, 픽셀들)의 해상도보다 높다.

대안은, 또한 투명한 방출층들(emissive layers)을 사용하는 것이다. 각 층이 선택된 컬러의 광을 발산할 수 있는 다중층들에 의해 픽셀이 형성된다. 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode;OLED) 기술은 이러한 디스플레이가 형성될 수 있도록 하는 한 예이다. 투명한 서브-픽셀층들을 적층(stack)하는 것에 의해, 각 서브-픽셀층의 해상도는 디스플레이의 최종 픽셀 해상도만큼은 높아질 필요가 있다.

전기습윤(electrowetting) 디스플레이들과 전기영동(electrophoretic) 디스플레이들과 같은, 반사형 디스플레이 기술들이 또한 알려져 있다. 이들은 층들에서 청록색-자홍색-황색(cyan-magenta-yellow;CMY)과 같이 감색 시스템(subtractive colour system)으로 조합된다면, 원칙적으로 거의 전역의 컬러를 제공하는 것이 가능하다.

제한된 컬러 디스플레이들이 또한 알려져 있는데, 이는 두개의 컬러 구성성분들만을 갖는다. 예는 흑색과 적색을 갖는 감색 시스템이다. 다른 예는 청색과 녹색만을 갖는 가색 시스템(additive colour system)이다.

유리와 플라스틱과 같은 광학 재료들의 굴절률(index of refraction;IOR)은 상수가 아니며, 분산으로 인한 파장에 의존한다. 재료의 분산을 설명하기 위한 하나의 방법은 아베 수(Abbe number)에 의한 것이다. 렌즈들의 분산은 색 수차(chromatic aberration)를 생성한다. 적색과 청색의 초점 거리의 차이는 축상(axial) 색 수차로 불린다. 초점 평면의 색 수차는 측면(lateral) 색 수차이다. 광 카메라 렌즈들에서, 애크로마틱 더블릿(achromatic doublet)의 사용과 같은 기술들이 두 종류들의 색 수차를 피하도록 사용된다.

도 1은 회절에 기반한 렌즈의 대안의 타입을 도시한다. 이러한 렌즈들은 반복 구조의 광의 간섭에 의존한다.

회절 구성성분들이 광의 위상 및/또는 진폭을 변화시킨다.

프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)가 도 1(a)에 도시되며, 프랙탈(fractal) 존 플레이트가 도 1(b)에 도시된다. 이들은 평평한 구조들이지만, 광을 집중시킬 수 있다. 도 1(c)에 도시된 바와 같은 프랙탈 광자 체(photon sieve)와 같은 광자 체가 바람직한 특성들을 갖는 유사한 구조이다.

존 플레이트의 1차 초점 거리(f)는 R_m ²/mλ로 주어지며, 여기서 R_m은 m번째 링의 반경이다. 따라서, 초점 거리는 파장과 직접적이지만 역의 관계를 갖는다. 이러한 관계 때문에, 회절 렌즈들에 대해 청색(예를 들면, 475nm)은 적색(예를 들면, 650nm)보다 더 긴 초점을 갖는다. 최외곽 존의 폭(ΔR_m)은 대략 fλ/2R_m이 될 수 있다.

이러한 존의 폭은 큰 m에 대하여 성립하는 근사치이며, 따라서 이러한 경우에 R_m은 전형적으로 최외곽 존에 있게 된다. 존들의 폭은 반경에 따라 감소하고, 따라서 최외곽 존이 필요한 제작 정밀성을 결정한다.

도 2는 렌즈 구조를 통해 지나가는 적색, 녹색 그리고 청색 광의 렌티큘러 렌즈 구조로부터 축상 거리의 함수인 광의 강도를 도시한다. 도 2(a)는 프레넬 존 플레이트에 대한 것이며 도 2(b)는 프레넬 광자 체에 대한 것이다. 강도의 피크들은 광이 집중되는 위치들에 대응하며, 이는 상이한 컬러들이 렌즈로부터 상이한 거리들에서 집중된다는 것을 보여줄 수 있다.

렌티큘러 기반 자동입체 디스플레이에서, 렌즈는 행(row) 방향으로 서브-픽셀들의 그룹을 오버레이한다. 이러한 방식으로, 그룹의 각 서브-픽셀의 출력이 렌즈에 의해 상이한 뷰잉(viewing) 방향으로 이미지화된다. 의도된 뷰잉 거리에서, 인접한 픽셀들은 약 60mm의 내안(inter-ocular) 거리에 의해 이격된 위치들로 이미지화되어, 상이한 눈들이 상이한 서브-픽셀 세트를 보게 된다. 이러한 방식으로, 두 눈들로 상이한 이미지들이 동시에 제공되는 자동입체 뷰잉이 가능하다.

렌티큘러 디스플레이가 두꺼운 적층 디스플레이로부터 생성되면, 렌즈의 초점은 적은 영역의 파장들 - 즉, 초점 평면에 있는 적층 컬러에 대응하는 파장에서만 최적화된다(즉, 디스플레이 픽셀 평면에 초점 평면을 갖는다). 이는 예를 들면 녹색의 컬러들로 가득 채워진다. 다른 컬러들과 백색은 3D 크로스토크(crosstalk)를 생성한다.

본 발명은 청구항들에 의해 정의된다.

본 발명에 따라, 다음:

픽셀화된 디스플레이 출력을 제공하기 위한 디스플레이 배열과;

상이한 뷰들이 상이한 방향들로 향하게 하여 자동입체 뷰잉을 가능하게 하는 렌즈 배열을 포함하며,

디스플레이 배열은, 각 층이 하나의 컬러 또는 컬러들의 세트를 변조하기 위한 것인, 적어도 제 1 및 제 2 디스플레이층을 포함하는, 디스플레이층들의 적층을 포함하고,

렌즈 배열은 제 1 컬러에 대한 제 1 초점 거리와 제 2 컬러에 대한 제 2 초점 거리를 갖고, 제 1 디스플레이층은 제 2 초점 거리보다는 제 1 초점 거리에 가까우며 제 1 컬러를 변조하고, 제 2 디스플레이층은 제 1 초점 거리보다는 제 2 초점 거리에 가까우며 제 2 컬러를 변조하는, 자동입체 디스플레이 디바이스가 제공된다.

적층된 적색, 녹색 및 청색 OLED층들, 전기영동 청록색, 자홍색 및 황색층들과 같은 컬러 디스플레이 기술들은 다중 픽셀화된 층들의 전체 컬러 이미지를 구성한다. 이러한 디스플레이 패널을 3D 렌티큘러 디스플레이에 적용할 때, 그리고 이러한 층들이 광학 시스템의 초점 거리에 비해 두꺼울 때, 초점 및 3D 이미지 품질이 절충된다. 광학적 분산은 렌즈의 초점이 파장 의존적이라는 것을 의미한다.

본 발명의 시스템은 광 변조층들을 렌즈 초점의 파장-의존성에 대하여 나열하여 각 컬러가 초점에 있도록 한다. 특히, RGB 시스템에서는 녹색이 층들의 중간에 있고, CMY 시스템에서는 자홍색(M)이 중간에 있다. 따라서, 보다 일반적으로 3가지 디스플레이층들이 있다면, 중심층은 가장 중심에 있는 컬러를 가시 스펙트럼으로 변조한다.

"변조"라는 용어는 바람직한 강도의 광 출력의 생성(즉, 변조된 출력이 생성되는 것) 뿐만 아니라 특별한 주파수 구성성분의 강도, 즉 컬러를 변화시키기 위한 입사 광의 처리를 포함하는 것으로 의도된다.

픽셀 구성성분의 "변조 컬러"는 최대 변조에 대응하는 파장 범위로 정의될 수 있다. 예를 들어, 비방출형 및 방출형 적색 사이에서 스위치하는 방출형 디스플레이층은 640nm의 최대 변조로 600nm 내지 700nm의 범위에서 변조할 수 있다. 예를 들어, 황색(590nm)과 투명 사이에서 스위치하는 비방출형(즉, 감법) 픽셀 구성성분은 450nm(의 청색)에 대하여 가장 강한 변조를 가질 수 있으며 400nm 내지 500nm의 파장 범위에서 강하게 변조할 수 있다. 광학 시스템은 광 변조층들의 각각의 위치에 매치하는 파장-의존 초점을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 방식으로, 각 광 변조층은 (상기에서 정의된 바와 같은) 변조 컬러에 대한 초점 거리에 있을 수 있다. 이는 설계된 뷰잉 거리의 뷰어에 대한 렌즈의 초점이 그 디스플레이층에 가장 가깝게, 바람직하게는 그 안에 있다는 것을 의미한다. 실질적으로, 렌즈로부터 뷰어의 거리는 렌즈의 초점 거리에 비하면 매우 크고, 렌즈의 초점 평면은 뷰어의 위치로 나가는 광보다는 평행하게 나가는 광(즉, 무한대로)에 대한 초점 평면에 있는 것으로 고려될 수 있다. 초점 거리의 위치는 광학 구조의 디스플레이 패널측 상의, 즉, 디스플레이 픽셀들이 위치되는 영역의, 광학(렌즈) 구조로부터 그 거리의 평면을 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 제 1 예에서, 디스플레이층들은 적색 광 출력을 생성하기 위한 광 방출층, 녹색 광 출력을 생성하기 위한 광 방출층, 그리고 청색 광 출력을 생성하기 위한 광 방출층을 포함한다.

렌즈 배열은 굴절형 렌즈 배열을 포함할 수 있으며, 디스플레이층들은 이후 렌즈 배열에서 시작하는 방향에서 청색, 녹색 이후 적색으로 나열된다.

이는 렌즈 초점이 광 방출층의 위치와 매치된다는 것을 의미한다.

렌즈 배열은 회절형 렌즈 배열을 대신 포함할 수 있으며, 디스플레이층들은 이후 렌즈 배열에서 시작하는 방향에서 적색, 녹색 이후 청색으로 나열된다.

렌즈 초점은 굴절 렌즈에 비해 주파수에 역의 의존성을 가지므로, 이는 다시 렌즈 초점이 광 방출층의 위치와 매치된다는 것을 의미한다. 따라서, 두 경우들에서, 녹색층이 중간에 있게 된다.

회절형 렌즈 배열은 예를 들면, 프레넬 존 플레이트, 프렉탈 존 플레이트 또는 프렉탈 광자 체를 포함할 수 있다.

예들의 다른 세트에서, 디스플레이층들은 적색 광 출력을 감하기 위한 청록색 광 감색층, 녹색 광 출력을 감하기 위한 자홍색 광 감색층, 그리고 청색 광 출력을 감하기 위한 황색 광 감색층을 포함한다. 이러한 감색 배열은 예를 들면, 전기영동 디스플레이 기술을 사용할 수 있다.

렌즈 배열은 다시 굴절형 렌즈 배열을 포함할 수 있으며, 디스플레이층들은 렌즈 배열에서 시작하는 방향에서 황색, 자홍색 이후 청록색으로 나열된다.

렌즈 배열은 대신 회절형 렌즈 배열을 포함할 수 있으며, 디스플레이층들은 렌즈 배열에서 시작하는 방향에서 청록색, 자홍색 이후 황색으로 나열된다.

감색 디스플레이는 렌즈 배열에 대해 디스플레이층들의 반대측 상에 반사기를 갖는 반사형 디스플레이일 수 있다. 이는 광이 감색층들을 통해 두개의 경로들을 만든다는 것을 의미한다. 대안적으로, 광이 광 변조층들을 단지 한번만 통과하는 경우에는 백라이트가 제공될 수 있다.

다른 배열에서, 디스플레이층들은 청록색, 자홍색, 황색 및 흑색으로부터의 두개의 컬러들의 조합을 포함하는 제 1 광 감색층과, 청록색, 자홍색, 황색 및 흑색으로부터의 다른 두개의 컬러들의 조합을 포함하는 제 2 광 감색층을 포함한다.

하나의 층은 청록색과 자홍색의 조합을 포함할 수 있고 다른 층은 황색과 흑색의 조합을 포함할 수 있다. 이는 분리된 층들에서 두 컬러들이 파장에서 가장 멀리 떨어지게(황색과 청록색) 유지할 수 있다.

렌즈 배열은 디스플레이층들의 위치들을 매치하는 초점 거리들을 갖도록 선택된다. 이는 표준 렌즈들에 의해 이루어질 수 있지만, 본 목적을 위해 특별히 광학 렌즈를 설계하는 것도 가능하다. 예를 들어, 렌즈 배열은 복수의 렌즈들을 포함할 수 있는데, 복수의 렌즈들의 색 수차는 각각의 개별적인 렌즈의 색 수차보다 크다. 따라서, 색 수차가 계획적으로 증가될 수 있어서 파장-의존 초점 거리들이 원하는 디스플레이층 설계들을 위한 디스플레이층 위치들과 매치한다. 렌즈 배열은 렌즈 더블릿을 포함할 수 있다.

색 수차가 계획적으로 증가될 수 있어서 파장-의존 초점 거리들이 원하는 디스플레이층 설계들을 위한 디스플레이층 위치들과 매치한다.

발명의 예가 첨부 도면들을 참조하여 이제 상세히 설명될 것이다:
도 1은 존 플레이트의 두개의 예들과 광자 체를 도시한다;
도 2는 도 1의 회절 렌즈들 중 두개에 대한, 파장에 대한 초점 거리의 의존도를 도시한다;
도 3은 본 발명의 종래 기술과 디바이스에 포함된 문제를 설명하기 위해 사용된다;
도 4는 감색 CMY 시스템에 의해 제공된 컬러 변조를 설명하기 위해 사용된다;
도 5는 다양한 대안의 컬러 시스템들을 도시한다.

본 발명은 렌즈 초점의 파장-의존성에 따라 나열된 상이한 컬러층들을 갖는 적층 디스플레이를 제공하며, 따라서 이러한 컬러들을 변조하는 디스플레이층들 상의 컬러들의 초점이 더 나아진다. 광학 시스템은 광 변조층들의 각각의 위치에 매치하는 파장-의존 초점을 갖도록 설계될 수 있다.

따라서, 본 발명의 배열에서, 층들은 렌즈 초점의 파장-의존성에 대하여 나열되는데; RGB에서는 녹색(G)이 중심에 있으며, CMY에서는 자홍색(M)이 중심에 있다.

발광층들 또는 광변조층들의 각각의 위치에 매치하는 파장-의존 초점을 갖는 광학 시스템이 설계될 수 있다.

도 3(a)는 종래 구조에서 만나는 문제를 도시한다. 디스플레이는 광 변조층들(10a, 10b 및 10c)의 적층을 포함한다.

한 예에서, 광 변조층들은 LED 또는 OLED 디스플레이층들과 같은 발광층들을 포함한다. 대안적으로, 백라이트로부터 광을 변조하거나, 반사형 디스플레이의 경우에 입사광을 변조하는 광전송층들이 사용될 수 있다.

설명을 위하여, 렌즈 색 수차의 효과는 광 변조층들의 크기들에 비해 작다고 가정되며, 따라서 (무한대로부터) 렌즈를 통과하는 모든 빛은 디스플레이 적층의 중간(10b)인, 공통 초점 평면으로 집중된다고 여겨질 수 있다. 이는 상부와 하부 디스플레이층(10a, 10b)이 렌즈 구조의 초점 평면에 있지 않다는 것을 의미한다.

층의 두께는 사용된 디스플레이의 타입의 함수이다. 충분한 콘트라스트 비를 제공하기 위해 일정한 두께가 필요할 수 있을 것이다. 각 디스플레이층은 전기-광학 효과가 물리적으로 하나의 층으로 제한될 때 중간 투명 기판으로 동작한다.

초점 거리와 피치는 원하는 3D 경험에 기초하여 결정된다. 초점 거리에 대한 낮은 피치의 비(작은 콘)는 작은 영역에 높은 3D 효과를 허용하며, 초점 거리에 대한 큰 피치의 비는 3D 효과는 적어지지만 더 넓은 뷰잉 영역을 제공한다.

본 발명은 고정된 하나의 파장(전형적으로 녹색)에 대한 초점을 유지하기 위하여 렌즈 구조의 파장 의존성을 조절하는 개념에 기초한다.

본 발명은 굴절형 광학 구성성분들, 회절형 광학 구성성분들 또는 조합된 렌즈 시스템들로 적용될 수 있다.

(종래의 유리 또는 폴리머 렌티큘러 렌즈들과 같은) 굴절형 광학 구성성분들의 경우에, 초점 거리에 나타나는 색 수차는 적색에 대한 것이 가장 길고 청색에 대한 것이 가장 짧다(RGB 원색들을 고려할 때).

회절형 광학 구성성분들의 경우에, 청색에 대한 초점 거리가 가장 길고 적색에 대한 것이 가장 짧다.

도 3(b)는 굴절형 구성성분(30)과 회절형 구성성분(32)을 갖는 조합된 렌즈 시스템에 적용된 발명의 접근을 도시한다. 한 예로써, R,G 및 B의 광학 구성성분들이 도시된다. 각 구성성분은 그 컬러를 변조하기 위해 사용된 디스플레이층 상에서 집중된다.

본 예에서, 렌즈 시스템은 순수한 회절 시스템에서와 같이, 청색에 대해 더 긴 초점의 순수 효과를 갖는다. 회절 및 굴절 렌즈들 모두 포지티브형이지만, 그들이 총 렌즈 배율에 기여하는 비율은 조절될 수 있다. 굴절 렌즈는 회절 렌즈에 의해 유발되는 색 수차를 감소시킨다. 상이하게 조절하는 것에 의해, 순수한 굴절 시스템에서와 같이, 적색에 대해 더 긴 초점을 갖도록 순수 효과가 만들어질 수 있다.

이러한 하이브리드 시스템은 광학 시뮬레이션을 통해 층의 위치들로 조절될 수 있다.

얇은 렌즈들을 가정하면:

1/f_A=1/f_1A + 1/f_2A

1/f_B=1/f_1B + 1/f_2B

이고, 여기서 f_A는 층(A)의 변조 컬러를 위한 렌즈 시스템의 초점 거리이고, f_B는 다른 층(B)의 변조 컬러를 위한 렌즈 시스템의 초점 거리이며, f_1A, f_1B, f_2A, 및 f_2B는 각각 층들(A와 B)의 변조 컬러를 위한 시스템의 렌즈(1과 2)의 초점 거리들이다. 층(A)은 전형적으로 적색 또는 청록색일 것이며, 층(B)은 전형적으로 청색 또는 황색일 것이다.

초점 거리가 파장-의존적임에 따라, 재료들, 곡률들 및 존들과 같은 파라미터들은 시스템의 층들에 대하여 적절한 초점 거리가 되도록 조절되어야 한다. 즉, f_A와 f_B는 적색 및 청색 변조 층들 모두를 가로지르는 i번째 층의 두께(d_i)와 굴절률(IOR)인 n_i를 갖는 sum_i[d_i/n_i]에 대응하여야 한다.

이러한 접근은 상이한 렌즈 구조들로 적용될 수 있다.

제 1 실시예는 굴절형 렌트큘러 렌즈 적층의 사용에 기초된다. 렌트큘러 렌즈 적층은 전형적으로 파장-의존 초점을 가질 것이다.

본 발명에 따라, 이러한 렌즈를 사용할 때, 층들은 광-변조되는 스펙트럼의 부분이 초점에 오도록 나열되어야 한다. 방출층들(예를 들면, RGB)의 경우에, 이후 한 컬러의 픽셀이 그 컬러에 대응하는 파장들을 변조시킨다. 전송층들의 경우에, 이후 감색 컬러 스킴(예를 들면, CMY)이 사용된다. 이러한 경우에, 한 컬러의 픽셀은 그의 반대(예를 들면, R,G 및 B의 각각)를 변조시킨다. 예로써 청록색층을 고려하면: 청록색층의 픽셀은 백색(통과) 또는 청록색(또는 그 사이)이 되도록 변조될 수 있으며, 이는 가시광선 스펙트럼의 적색 부분이 청록색 픽셀에 의해 변조된다는 것을 의미한다.

이러한 변조가 효율적이 되려면, 스펙트럼의 적색 부분이 층 상에서 집중될 필요가 있고 따라서 컬러 감색이 일어날 수 있다. 층을 통해 (다음 컬러 감색층으로) 전송될 다른 컬러들은 그 층 상에서 집중될 필요가 없다.

따라서, 단순한 굴절 시스템에 대하여, 렌즈 측면으로부터 시작할 때의 순서는 바람직하게 파장이 증가하는 순서로, 예를 들면 YMC의 BGR로 되어야 한다.

본 발명은 컬러 변조층들의 적절한 나열과, 부가적으로 각 컬러 변조층이 적절한 초점 거리에 있는 것을 제공하는 광학 설계에 기초한다. 이는 간단한 렌즈 구조의 사용을 필요로 하거나, 또는 렌즈 구조들로 적용될 수 있는 일부 색 수차 변경을 필요로 한다.

렌즈들을 조합하는 것에 의해 분산을 감소시키는 것이 가능하다. 이러한 기술 중 하나가 애크로마틱 더블릿이다. 애크로마틱 더블릿은 다음 규칙에 의한 (함께 접착되거나 또는 공간을 갖는) 이중 렌즈 시스템이다:

(f_aV_a)^-1 + (f_bV_b)^-1 =0

여기서 V_i는 재료들의 아베 수(분산의 측정값)들이고, f_i는 더블릿의 렌즈들의 각각의 초점 거리들이다.

유사하게, 상이한 더블릿을 설계하는 것에 의해, 색 수차가 증가될 수 있다. 다른 렌즈 수차들의 증가를 수용가능한 정도까지 제한시키기 위하여 특별하게 관리되어야 한다.

이하의 표는 낮은 아베 수(높은 분산)를 갖는 싱글릿, 애크로마틱 더블릿, 및 싱글릿보다 높은 분산을 갖도록 설계된 더블릿을 도시한다.

이러한 표는 SF5 싱글릿(f1=0)과 BK7 및 SF5 유리 재료들을 갖는 더블릿들에 대한 파장-의존 근축 초점 거리와 세로 방향의 색 수차를 나타낸다. 싱글릿은 평면이며 오목하다. 더블릿들에 대하여, 렌즈(1)는 양면들(정 반대) 상에 동일한 반경을 갖는다. 렌즈(2)는 렌즈(1)에 접착된다.

상기 표에서:

f1은 제 1 렌즈의 초점 거리(공기중)이고;

f2는 제 2 렌즈의 초점 거리(공기중)이고;

fF는 F 라인(486.13nm)에 대한 렌즈 시스템의 초점 거리이고

fd:는 d 라인(466.81nm)에 대한 렌즈 시스템의 초점 거리이고

fC:는 C 라인(656.28nm)에 대한 렌즈 시스템의 초점 거리이고

Δf/fd=100%(fC-fF)/fd 이며, 이는 색 수차의 양을 나타낸다.

이러한 굴절 시스템은 광학 시뮬레이션을 통해 층 위치들로 조절될 수 있다.

낮은 아베 수를 갖는 재료가 선택될 때에라도, 굴절형 레귤러 렌즈 또는 렌즈 시스템은 두꺼운 적층에 대해 충분히 과도한 초점의 파장-의존 변화를 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 전기습윤 렌즈 적층은 1mm 두께일 수 있으며 초점 거리는 3 내지 6mm의 범위에만 있을 수 있다.

상기에서 언급된 바와 같은 존 플레이트 또는 광자 체는 굴절 렌즈의 분산보다 더 강한, 역의(opposite) 파장 의존성을 갖는다.

따라서, 제 2 예에서, 렌티큘러 렌즈는 존 플레이트 또는 광자 체로부터 구성될 수 있으며, 층들은 렌즈 측부터 시작하여 파장이 감소하는 순서로, 예를 들면 RGB 또는 CMY로 나열된다.

자동입체 3D 디스플레이로 적용된 렌티큘러 렌즈에 대한 전형적인 강점은, 약 4 내지 8의 초점 길이(f)의 피치(p)에 대한 비(c)를 갖는 것이다. 존 플레이트가 적용될 때, 최외곽 존의 폭(ΔR_m)은 다음에 의해 근사될 수 있다:

ΔR_m = fλ/2R_m = λf/p = λc

c의 전형적인 값들은 6과 같고, λ는 550nm(녹색)과 같으며, ΔR_m는 3.3마이크로미터와 같다. 이러한 해상도는 리소그래픽 프로세스에 의해 쉽게 이루어질 수 있으며, 또한 스탬핑(stamping)과 같은 더 저렴한 기술로도 가능하다.

상기 존 플레이트들과 광자 체들의 이미지들은 구형(spherical)이다. 그러나 "원통형" 존 플레이트들을 구성하는 것이 가능하다. 이는 선형 프레넬 존 플레이트들로 불릴 수 있다.

이러한 타입의 회절형 광학 시스템의 초점은 파장과 단순한 관계를 갖는다. 굴절 렌즈 또는 존 플레이트는 단지 디스플레이층의 크기들과 매치하는 정확한 초점 변화만을 제공하는 것이 가능하다. 그러나, 둘 또는 그 이상의 렌티큘러 렌즈들이 각각의 관련 파장에 대한 원하는 초점을 얻도록, 적어도 하나의 회절 소자와 적어도 하나의 굴절 구성성분을 갖는 렌즈 적층을 형성하도록 조합될 수 있다.

이러한 접근이 도 3(b)에 개략적으로 도시된다. 회절 존 플레이트 또는 광자 체가 굴절 렌즈의 분산보다 더 강한, 역의 파장 의존성을 갖는 경우에, 결과적인 파장 의존성은 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 적색 광보다 청색 광에 대해 더 큰 초점 거리를 갖는다.

굴절형 구성성분의 초점 거리를 증가시키는 것은 또한 가장 얇은 존의 크기를 증가시킨다.

상기에서 설명된 바와 같이, 픽셀 구성성분들의 "변조 컬러"는 최대 변조에 대응하는 파장 범위이다. 이는 방출형 픽셀을 위한 것임이 확실하다. 감색 시스템에서, 이는 덜 사용하기 쉽다.

도 4(a)는 CMY 감색 시스템의 전송 스펙트럼을 도시한다. 도시된 바와 같이, 황색 픽셀들이 선택적으로 청색(약 450 nm)를 흡수하고, 자홍색 픽셀들이 선택적으로 녹색(약 520nm)을 흡수하며, 청록색 픽셀들이 선택적으로 적색(약 700nm)를 흡수한다.

시스템에 대한 컬러 변조 함수가 도 4(b)에 도시되며, 감색 시스템은 전송 함수의 역수에 대응한다. 이에 기초하여, 황색 픽셀들은 청색 파장 범위에서 변조하는 것으로 여겨지고, 자홍색 픽셀들은 녹색 파장 범위에서 변조하며, 청록색 픽셀들은 적색 컬러 범위에서 변조한다.

상기 설명은 축상 색 수차의 유익한 이용에 기초한다. 그러나 측면 색 수차는 픽셀들에 뷰 위치들을 할당할 때 보정되어야 하는 것이다. 이는 뷰 마스크를 효율적으로 변화시킨다.

본 발명은 주요 원뿔 내의 3D 이미지 품질을 개선시킨다. 층마다 상이한 초점들로, 3D 이미지는 2차 원뿔들에 대해서 왜곡될 수 있다. 따라서, 본 발명은 e-북들이나 태블릿들과 같은 단일 사용자 디바이스들에 특별한 관심이 있다.

본 발명은 세개의 컬러 시스템들로 제한되지 않는다.

CMY 감색 시스템이 갖는 문제는 양호한 흑색들을 생성한다는 것이다. 해법은 흑색을 위해 K를 갖는 CMYK 컬러 시스템이다. 일부 광 변조 시스템들은 층마다 두개의 피그먼트들/잉크들을 제어할 수 있으며, 따라서 CMYK 시스템은 층들을 변조하는 층들로만 수행될 수 있다. 그러한 경우에, 청록색(C)과 황색(Y)을 개별적인 층들에 배열하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 청록색과 자홍색은 상부층에, 황색와 흑색은 하부 층에 있을 수 있다.

따라서, 본 발명은 또한 네개의 컬러 시스템들로 적용될 수 있다.

본 발명은 또한 제한된 컬러층의 디스플레이들로 적용된다. 제한된 컬러 디스플레이들은 두개의 컬러 구성성분들만을 갖는다. 예는 흑색과 적색를 갖는 감색 시스템이다. 다른 예는 청색과 녹색만을 갖는 가색 시스템이다. 층들의 순서는 각 층의 변조 컬러에 따라 렌즈 시스템의 파장-의존 초점과 매치하여야 한다.

도 5는 다양한 컬러 시스템들에 대한 픽셀 층들의 광 변조 기능을 도시한다.

도 5(a)는 기본적인 RGB 가색 시스템을 도시한다.

도 5(b)는 CMY 감색 시스템을 도시하며, 이는 도 4(b)에 대응한다.

도 5(c)는 BG(청색 녹색) 제한된 컬러 가색 시스템을 도시하며, 두개의 픽셀 컬러들만을 갖는다.

도 5(d)는 RK(적색 흑색) 제한된 컬러 감색 시스템을 도시한다. 적색 픽셀들이 녹색들과 청색들을 감하며, 따라서 낮은 파장 범위에서 변조 기능을 갖고, 흑색 픽셀들이 백색을 감하여 더 넓은 변조 기능을 갖지만 더 높은 파장에서 집중하게 된다. 각 변조 피크의 중심 파장이 상기에서 설명된 방식의 렌즈 설계를 위해 고려된다.

도 5(e)는 RYGB 다중 원색 가색 시스템을 도시하며, 도 5(b)에 도시된 도면들에 황색 구성성분을 부가한다.

RGBW(W=백색)와 RCBY 다중 원색 시스템들이 또한 존재한다.

감색 디스플레이 설계는 전기영동, 전기변색 또는 전기습윤 디스플레이 기술들을 이용할 수 있다. 방출형 디스플레이 설계는 투명하게 되도록 배열될 수 있는(외부는 방출형 픽셀 영역인) 임의의 방출형 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전자발광, OLED 또는 이산 LED 디스플레이 기술들이 사용될 수 있다.

본 발명은 e-북들과 태블릿들과 같은, 개인 사용자 디바이스들에 특별히 관심이 있는, 전역의 반사형 디스플레이들과 같은, 적층 디스플레이들에 기반한 모든 3D 렌티큘러 디스플레이들에 적용가능하다.

본 발명은 현존하는 렌즈 기술들과 조합하여 현존하는 디스플레이 기술들을 사용할 수 있으며, 원하는 초점 효과를 이루기 위한 이러한 구성성분들의 위치 선정과 선택에 본 발명이 있다. 이러한 이유로, 실행중인 기술들은 상세하게 설명되지 않았다.

디스플레이는 단일의 뷰 입체 설계(두개의 뷰들) 또는 다중 뷰 입체 디스플레이(많은 쌍들의 뷰들)일 수 있다. 렌즈 배열과 픽셀 배열의 지리적 설계는 자동입체 디스플레이 설계의 표준 원리들에 따를 것이다.

개시된 실시예들과 다른 변경들이 도면들, 명세서, 그리고 첨부된 청구항들의 연구로부터, 청구된 발명 실행시 당업자에 의해 이해되고 효과를 낼 수 있다. 청구항들에서, "포함하는(comprising)"이라는 단어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정관사 "a"나 "an"은 복수형을 배제하지 않는다. 서로 상이한 종속항들에서 인용되는 일정한 방법들이 이들 방법들의 조합이 유익하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것이 아니라는 것이 진실이다. 청구항들의 임의의 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

10a, 10b, 10c: 광 변조층
30: 굴절형 구성성분
32: 회절형 구성성분

Claims

자동입체 디스플레이 디바이스에 있어서:
픽셀화된 디스플레이 출력을 제공하기 위한 디스플레이 배열(20r, 20g, 20b)과;
상이한 뷰들이 상이한 방향들로 향하게 하여 자동입체 뷰잉을 가능하게 하는 렌즈 배열(30, 32)을 포함하고,
상기 디스플레이 배열은, 각 층이 하나의 컬러 또는 컬러들의 세트를 변조하기 위한 것인, 적어도 제 1(20r) 및 제 2(20b) 디스플레이층을 포함하는, 디스플레이층들의 적층을 포함하고,
상기 렌즈 배열은 제 1 컬러에 대한 제 1 초점 거리와 제 2 컬러에 대한 제 2 초점 거리를 갖고,
상기 제 1 디스플레이층(20r)은 상기 제 2 초점 거리보다는 상기 제 1 초점 거리에 가까우며, 상기 제 1 컬러를 변조하고,
상기 제 2 디스플레이층(20b)은 상기 제 1 초점 거리보다는 상기 제 2 초점 거리에 가까우며, 제 2 컬러를 변조하는, 자동입체 디스플레이 디바이스.
제 1 항에 있어서, 3개의 디스플레이층들을 포함하고, 중심층은 가장 중심에 있는 상기 컬러를 가시 스펙트럼(visible spectrum)으로 변조하는, 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이층들은 광 방출층들(light emissive layers)을 포함하는, 디바이스.
제 3 항에 있어서, 상기 디스플레이는 적색 광 출력을 생성하기 위한 광 방출층(20r)과, 녹색 광 출력을 생성하기 위한 광 방출층(20g)과, 청색 광 출력을 생성하기 위한 광 방출층(20b)을 포함하는, 디바이스.
제 4 항에 있어서, 상기 렌즈 배열은 굴절형 렌즈 배열(30)을 포함하고, 상기 디스플레이층들은 상기 렌즈 배열에서 시작하는 방향에서 파장을 증가시키는 순서로 컬러를 변조하도록 나열되거나, 또는 상기 렌즈 배열은 회절형 렌즈 배열(32)을 포함하고, 상기 디스플레이층들은 상기 렌즈 배열에서 시작하는 방향에서 파장을 감소시키는 순서로 컬러를 변조하도록 나열되는, 디바이스.
제 5 항에 있어서, 상기 렌즈 배열은 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate), 프렉탈(fractal) 존 플레이트 또는 프렉탈 광자 체(photon sieve)를 포함하는, 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 층들은 적어도 두개의 광 감색층들(light subtractive layers)을 포함하는, 디바이스.
제 7 항에 있어서, 상기 디스플레이층들은 적색 광 출력을 감하기 위한 청록색(cyan) 광 감색층과, 녹색 광 출력을 감하기 위한 자홍색(magenta) 광 감색층과, 청색 광 출력을 감하기 위한 황색(yellow) 광 감색층을 포함하는, 디바이스.
제 8 항에 있어서, 상기 렌즈 배열은 굴절형 렌즈 배열(30)을 포함하고, 상기 디스플레이층들은 상기 렌즈 배열에서 시작하는 방향에서 파장을 증가시키는 순서로 컬러를 변조하도록 나열되거나, 또는 상기 렌즈 배열은 회절형 렌즈 배열을 포함하고, 상기 디스플레이층들은 상기 렌즈 배열에서 시작하는 방향에서 파장을 감소시키는 순서로 컬러를 변조하도록 나열되는, 디바이스.
제 9 항에 있어서, 상기 렌즈 배열은 프레넬 존 플레이트, 프렉탈 존 플레이트 또는 프렉탈 광자 체를 포함하는, 디바이스.
제 7 항에 있어서, 상기 렌즈 배열에 대하여 상기 디스플레이층들의 반대측 상에 반사기를 갖는 반사형 디스플레이를 포함하는, 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이층들은 청록색, 자홍색, 황색으로부터 두가지 컬러들의 조합을 포함하는 제 1 광 감색층과, 청록색, 자홍색, 황색 및 흑색으로부터 다른 두개의 컬러들의 조합을 포함하는 제 2 광 감색층을 포함하는, 디바이스.
제 12 항에 있어서, 하나의 층은 청록색과 자홍색의 조합을 포함하고 다른 층은 황색과 흑색의 조합을 포함하는, 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 배열은 복수의 렌즈들을 포함하고, 상기 복수의 렌즈들의 색 수차(chromatic aberration)는 각각의 개별적인 렌즈의 상기 색 수차보다 더 큰, 디바이스.
제 14 항에 있어서, 상기 렌즈 배열은 렌즈 더블릿(doublet)을 포함하는, 디바이스.