KR20160015314A - 다중 뷰 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20160015314A
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올렉산드르 발렌티노비치 브도빈
에이베르트 헤르얀 반 퓌텐
마크 토마스 존슨
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 다중 뷰 디스플레이를 제공하고, 상기 다중 뷰 디스플레이에서 뷰 형성 배열은 제 1 방향에 걸쳐 다수의 뷰들을 제공하기 위해 디스플레이 패널로부터 제 1 거리 만큼 이격된 제 1 뷰 형성 구조, 및 제 2 수직 방향에 걸쳐 다수의 뷰들을 제공하기 위해 디스플레이 패널로부터 제 2 거리 만큼 이격된 제 2 뷰 형성 배열을 포함한다. 2개의 방향들로의 다수의 뷰들의 각 폭은 따라서, 독립적으로 정의될 수 있다.

Description

다중 뷰 디스플레이 디바이스{MULTI-VIEW DISPLAY DEVICE}
본 발명은 다중 뷰 디스플레이들에 관한 것이다.
다중 뷰 디스플레이는 전형적으로, 2D 디스플레이에 특수 층을 적용함으로써 생성된다. 이 층을 위한 공지된 옵션들은 배리어(barrier) 디스플레이들을 위한 배리어, 렌티큘라 디스플레이들을 위한 렌티큘라 렌즈 시트 또는 렌즈들의 마이크로어레이이다.
어떠한 옵션이 선택되든지 간에, 효과는 눈(또는 카메라)의 시점에 의존하여, 상이한 이미지가 투사되고, 따라서 특수 안경을 필요로 하지 않고 입체 시각(stereopsis)을 제공하는 것이다. 이것은 "무안경" 입체영상을 뜻한다.
도 1은 렌티큘라 렌즈 어레이를 이용하는 디스플레이에 대한 기본적인 원리를 보여준다.
디스플레이는, 뷰 형성 배열(6)이 제공되는 픽셀들(4)의 어레이를 가지는 종래의 (2D) 디스플레이 패널(2)을 포함한다. 이것은 렌티큘라 렌즈들(8)을 포함한다. 각각의 렌즈가 디스플레이 폭 방향으로 4개의 픽셀들 위에 가로놓이면, 그들 4개의 픽셀들로부터의 광은 상이한 방향들로 투사될 것이고, 따라서 도 2에서 V1 내지 V4로 넘버링(numbering)된, 상이한 뷰잉 영역들을 정의한다. 이들 뷰잉 영역들 각각에서, 렌즈들에 대해 동일한 상대적 위치를 갖는 모든 픽셀들의 조합으로서 형성되는 이미지가 투사된다.
동일한 효과는 배리어들로 성취될 수 있고, 상기 배리어들은, 광이 각각의 픽셀로부터 방출되는 출력 방향을 제한한다. 따라서, 각각의 출력 방향으로, 픽셀들의 상이한 세트가 뷰잉될 수 있다.
각 해상도(augular resolution)(즉, 다수의 뷰들)의 증가는 공간 해상도(즉, 각각의 개별적인 뷰)의 감소를 야기한다. 수직 렌티큘라 시트들 및 배리어들의 경우에, 이 해상도 감소는 전적으로 수평 방향이다. 렌티큘라 시트를 기울게 함으로써, 해상도 감소는 수평 및 수직 방향들 양쪽 모두에 걸쳐 확대될 수 있고, 이는 더 양호한 화상 품질을 제공한다.
도 2 및 도 3은 3D 렌티큘라 디스플레이 구성들의 예들을 보여준다.
도 2는 그 사이에 스페이서(10)를 갖는, 디스플레이 패널 위에 렌티큘라 렌즈 시트(6)를 포함하는, 최소한의 복잡한 설계를 보여준다. 렌티큘라 렌즈들의 절곡면(curved face)들은, 볼록 렌즈들이 정의되도록 밖으로 대향한다.
도 3은 광시야각들 하에서 더 양호한 성능을 갖는 바람직한 설계를 보여준다. 곡면 렌즈 표면들은 디스플레이 패널에 대향하고, 레플리카 층(replica layer)(12)은 평면형 내부 표면을 정의하기 위해 이용된다. 이 레플리카는 렌티큘라 렌즈의 굴절률과 상이한 굴절률을 가지는 접착제(전형적으로, 폴리머(polymer))일 수 있어서, 렌즈 기능이 렌즈 물질과 레플리카 물질 사이의 굴절률 차에 의해 정의될 수 있게 한다. 유리 또는 폴리카보네이트 슬래브(polycarbonate slab)는 스페이서(10)로서 이용되고, 두께는 디스플레이 패널 상에 포커싱(focusing)하기 위해 렌티큘라 렌즈에 적합한 거리를 제공하도록 설계된다. 바람직하게, 슬래브의 굴절률은 접착제의 굴절률과 유사하다.
2D/다중 뷰 스위칭가능한 디스플레이가 바람직할 수 있음이 잘 공지된다.
다중 뷰 디스플레이의 렌즈를 전기적으로 스위칭가능하게 함으로써, 예를 들면, 3D 모드와 조합하여 (어떠한 렌즈 기능도 없는) 고 2D 해상도 모드를 갖는 것이 가능해진다. 스위칭가능한 렌즈들의 다른 용도들은 WO 2007/072330에서 도시된 바와 같이 시간 순차적으로 뷰들의 수를 증가시키는 것 또는 WO 2007/072289에서의 다수의 3D 모드들을 허용하는 것이다.
2D/3D 스위칭가능한 디스플레이를 생성하기 위한 공지된 방법은 렌티큘라 렌즈를 액정 물질로 채워진 렌즈 형상의 캐비티(cavity)로 대체하는 것이다. 렌즈 기능은 LC 분자들의 방위(orientation)를 제어하는 전극들에 의해 또는 그렇지 않으면, (예를 들면, 스위칭가능한 리타더(retarder)를 이용하여) 편광을 변화시킴으로써 턴 온/오프될 수 있다.
그레이디드(graded) 굴절률 렌즈들의 용도가 또한 제안되었고, 여기서 박스 형상의 캐비티는 액정으로 채워지고 전극 어레이는 LC 분자들의 방위를 제어하여 굴절률 분포형 렌즈(gradient-index lens)(이것은 예를 들면, WO 2007/072330에서 개시된다)를 생성한다. 그것의 형상이 전기장에 의해 제어되는 액적(droplet)들로 형성되는 전기습윤 렌즈가 또한 2D/3D 스위칭을 위해 제안되었다. 마지막으로, 전기영동 렌즈들의 용도는 또한, 예를 들면, WO 2008/032248에서 제안되었다.
상기 언급된 바와 같이, 공간과 각 해상도 사이의 트레이드-오프(trade-off)가 항상 존재한다. 렌티큘라 렌즈들 및 수직 배리어들을 갖는 디스플레이들은 단지 수평 시차를 제공하여, 수직 움직임 시차와 폐색(occlusion)이 아닌, 수평 움직임 시차와 입체 시각을 허용한다. 결과적으로, 무안경 입체영상 기능은 디스플레이의 방위에 매칭된다. 단지 풀(full)(수평 및 수직) 시차는 3D 효과를 스크린 방위와 상관 없게 만들 수 있다.
그러나, 적어도 매체 용어에서, 디스플레이 패널들은, 적어도 많은 수들의 뷰들을 갖지 않은 HD 해상도에서의 풀 시차를 가능하게 하기 위해 충분한 해상도를 갖지 않을 것이다. 따라서, 핸드헬드 디바이스들과 같은, 인물 및 풍경 모드에서 동작하도록 설계되는 디바이스들에 대한 문제점이 존재한다.
이 문제점이 인식되었고, 2D/3D 스위칭 능력을 제공하는 상기 해결책들 중 일부는 인물 및 풍경 모드들과 같은, 다수의 3D 모드들을 포함하도록 확장되었다. 이 방식으로, 3개의 모드들이 인에이블링(enabling)된다: 2D, 3D 인물 및 3D 풍경.
풀 시차는 이미, 단지 2개의 뷰들을 포함하는 시스템에 대해 가능할 수 있고, 따라서 단지 적당한 해상도 손실을 야기하고 결국, 3D 모드들 사이의 스위칭이 회피될 수 있다. 비 스위칭 접근법이 이용되어야 한다면, 이중 뷰 및 이중 방위인 최소의 마이크로렌즈 어레이 설계는 2×2 뷰들을 갖고 최대 양의 공간 해상도를 보존한다.
공통 RGB 스트라이프 픽셀 레이아웃은 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀 열들을 포함한다. 각각의 서브 픽셀은 1:3의 애스펙트 비(aspect ratio)를 가져서 각각의 픽셀 트리플릿(triplet)이 1:1 애스펙트 비를 갖게 한다. 렌즈 시스템은 전형적으로, 이러한 직사각형 2D 서브 픽셀들을 직사각형 3D 픽셀들로 전환시킨다.
마이크로렌즈가 예를 들면, 2×2 서브 어레이의 픽셀들 위의 각각의 마이크로렌즈들을 갖는 이러한 디스플레이 픽셀과 연관될 때, 렌즈 설계는, 2개의 직교 방향들 중 하나로의 뷰잉 원추가 다른 방향으로의 뷰잉 원추의 3배 만큼 넓다는 문제점을 갖는다.
도 4는 이 효과를 보여주고, 3개의 픽셀들이 온 및 하나가 오프되고, 10%가 초점이 흐려지는 4개의 서브 픽셀들의 각각의 그룹을 보여준다. 이것은 렌즈들의 초점 길이가 렌즈 디스플레이 거리와 비교하여 10% 만큼 상이함을 의미한다. 이것은 픽셀들 사이의 블랙 마스크 패턴의 샤프(sharp) 포커싱을 방지하기 위한 것이다.
광 세기 플롯들에서의 피크들은 주어진 픽셀의 반복된 뷰들의 위치들(즉, 상이한 뷰잉 원추들 내에서의)을 보여준다. 그들은 디스플레이 스크린에 걸쳐 상이한 위치들에서의 단위 면적 당 광 파워(mm2 당 와트 단위의)를 보여준다. 하나의 플롯은 풍경 모드에 대한 것이고 다른 하나는 인물 모드에 대한 것이다. 따라서, 반복 패턴의 피치는 뷰잉 원추 폭에 대응한다. 분명하게, 긴 서브 픽셀 축(x축)에 걸친 방향으로, 뷰잉 원추 폭은 짧은 서브 픽셀 축(y축)에 걸친 방향으로보다 훨씬 크다.
밝은 영역들은 디스플레이로부터 최적 관측 거리에 위치된 평면 상에서, 턴 온된 3개의 픽셀들의 각각의 그룹으로부터의 조도 분포들을 표현한다. x 및 y축들은 선형 변위를 표현한다.
작은 뷰잉 원추 각도들은 스택의 두께로 나누어진 렌티큘라 피치에 의해 근사화될 수 있는 탄젠트(tangent)를 갖는다. RGB 스트라이프 레이아웃에 대해, 하나의 방향으로의 렌티큘라 피치는 도 4로부터 보여질 수 있는 바와 같이 다른 방향으로의 렌티큘라 피치의 3배 만큼 많고, 따라서 뷰잉 원추는 또한 3배 만큼 넓을 것이다. 결과로서, 특정(고정된) 뷰잉 거리에서, 하나의 방향으로(예로서, 인물), 이용자는 원추로부터 나가는 것(get out of)을 회피하기 위해 조심스럽게 디바이스를 잡고 있어야 하는 반면에, 다른 방향에 대해, 3D 존을 발견하기 어려울 수 있는데, 이는 뷰들이 너무 넓기 때문이다. 따라서, 2개의 직교 디스플레이 방위들에서의 뷰잉 원추 크기들이 독립적으로 정의되는 것을 가능하게 하는 풀 시차 무안경 입체영상 디스플레이에 대한 필요성이 존재한다.
US 2013/0069938은 하나의 예에서, 2개의 직교 렌티큘라 어레이들을 갖는 디스플레이 유닛을 개시한다.
본 발명의 목적은 다중 뷰 디스플레이들을 제공하는 것이다.
본 발명은 청구항들에 의해 정의된다.
본 발명에 따라, 다중 뷰 디스플레이가 제공되고, 상기 다중 뷰 디스플레이는: 디스플레이 패널; 및 다중 뷰 기능을 제공하기 위해 디스플레이 패널 위에 형성된 뷰 형성 배열을 포함하고, 여기서 뷰 형성 배열은, 2개의 방향들로의 다수의 뷰들의 각 폭이 독립적으로 정의되도록 제 1 방향에 걸쳐 다수의 뷰들을 제공하기 위해 디스플레이 패널로부터 제 1 거리 만큼 이격된 제 1 뷰 형성 구조, 및 제 2 수직 방향에 걸쳐 다수의 뷰들을 제공하기 위해 제 1 뷰 형성 구조로부터 제 2 거리 만큼 이격된 제 2 뷰 형성 구조를 포함하고, 여기서 2개의 방향들로의 다수의 뷰들의 각 폭들은 n<2인 1:n의 더 큰 각 폭에 대한 더 작은 각 폭의 비로 되어 있다. 이 배열은, 각각의 구조가 상이한 직교 방향들을 위한 것인, 2개의 뷰 형성 구조들 사이의 디스플레이에 걸친 다수의 뷰들의 제공을 분리시킨다. 함께, 그들은 풀 시차를 제공하여, 디스플레이가 임의의 스위칭 기능을 요구하지 않고 인물 또는 풍경 모드로 뷰잉될 수 있게 한다. 바람직하게, n<1.5, 더 바람직하게 n<1.2이다.
이들 각 폭들은 따라서, 100% 미만(즉, 더 큰 것은 더 작은 것의 겨우 2배이다), 더 바람직하게 심지어 예를 들면, 50% 미만(즉, 더 큰 것은 더 작은 것의 겨우 1.5배이다) 이거나 심지어 20% 미만(즉, 더 큰 것은 더 작은 것의 겨우 1.2배이다) 만큼 상이하다. 이것은 유사한 크기의 뷰잉 원추들을 만든다. "다수의 뷰들의 각 폭"은 뷰들의 하나의 풀 세트가 뷰잉 방향들 중 하나를 따라 디스플레이되는 각을 의미한다. 그것은 뷰잉 방향들 중 하나로 고유한 뷰들의 세트에 대응하는 픽셀들의 세트가 단일 뷰 형성 요소(즉 렌즈 또는 배리어 개구부)를 통해 뷰잉될 수 있는 각에 대응한다. 더 원격의 뷰잉 각에서, 이들 픽셀들은 인접 뷰 형성 요소를 통해 보이게 된다.
바람직하게, 뷰 형성 구조들 둘 모두는, 모드들 사이의 어떠한 스위칭도 요구되지 않도록 동시에 동작가능하다. 디스플레이 광은 뷰 형성 구조들 둘 모두를 통과한다. 하나는 하나의 방향으로 시차를 제공하고 다른 하나는 다른 방향으로 시차를 제공한다. 따라서, 디스플레이는 디스플레이 구성의 특정 스위칭을 필요로 하지 않고 방위들 사이에 회전될 수 있다. 그러나, 뷰 형성 구조들 중 하나 또는 둘 모두는 공지된 방식으로 전기적으로 스위칭가능하게 될 수 있다.
2개의 직교 방향들로 (종종 원추 폭으로 칭해지는) 동일한 각 폭을 제공함으로써, 광학 성능은 상이한 방위들로 매칭될 수 있다. 이 매칭을 제공하기 위해, 이격 거리들 뿐만 아니라, (스페이서 물질들과 같은) 스택에서 이용된 물질들이 선택될 수 있다. 동일한 굴절률의 물질들이 이용되면, 설계는 고려될 필요가 있는 단지 기하학적 거리를 갖고 단순화된다. 뷰 형성 요소들(렌즈들 또는 배리어들 - 함께 뷰 형성 구조들을 형성하는)의 크기는 전형적으로, 기본 픽셀 구성에 의해 구술되는데, 이는 각각의 개별적인 뷰 형성 요소가 디스플레이의 특정 수의 서브 픽셀들 위에 가로놓이도록 의도되고 그 다음, 형성될 뷰들의 수를 결정하기 때문이다.
디스플레이 패널은 직사각형 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 직사각형 픽셀들은 마이크로렌즈들이 이용될 때, 상이한 방위들로 뷰잉 원추 변형을 야기한다. 서브 픽셀들의 애스펙트 비는 1:3일 수 있고, 이것은 전형적으로 RGB 스트라이프된 픽셀 구성들에 대한 경우이다.
제 1 뷰 형성 구조는 바람직하게, 서브 픽셀들에 걸쳐 제 1 방향으로 서브 픽셀 디맨젼(dimension)들의 수에 기초한 주기(period)(그러나, 주기는 원하는 뷰잉 거리에 대한 포커싱을 제공하도록 정정된다)를 갖는, 주기적인 구조를 갖고, 제 2 뷰 형성 구조는 서브 픽셀들에 걸쳐 제 2 직교 방향으로 서브 픽셀 디맨젼들의 수에 기초한 주기(그러나, 다시 주기는 원하는 뷰잉 거리에 대한 포커싱을 제공하도록 정정된다)를 갖는, 주기적 구조를 갖는다.
각각의 뷰 형성 구조에 대한 주기가 상기 언급된 바와 같이 서브 픽셀 넘버들의 수에 기초하면, 그것은, 동일한 수의 뷰들이 뷰 형성 요소 당 동일한 수의 서브 픽셀들을 제공함으로써, 풍경 및 인물 모드들에서 생성됨을 의미한다. 기본 서브 픽셀들이 직사각형일 때, 이것은 2개의 뷰 형성 배열들에 대해 상이한 요구된 피치를 야기한다.
2개의 뷰 형성 구조들에 대한 주기들은 인물 및 풍경 모드들에 대한 상이한 수들의 서브 픽셀들에 기초할 수 있다. 이것은 2개의 방위들에서의 상이한 해상도 손실을 야기할 것이지만 상이한 뷰잉 원추 크기들을 여전히 정정할 수 있다.
디스플레이 패널에 가장 가까운 제 1 뷰 형성 구조는 제 1 굴절률(n)을 갖는 물질로 형성될 수 있고, 제 2 뷰 형성 구조는 더 낮은 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 이 배열은 광학 스택의 두께가 최소로 유지되는 것을 가능하게 한다.
바람직한 일례에서,
Figure pct00001
이고,
여기서, p1은 제 1 뷰 형성 구조의 주기이고, t1은 디스플레이 패널 위의 제 1 뷰 형성 구조의 높이이고, n1은 디스플레이 패널과 제 1 뷰 형성 구조 사이의 물질의 굴절률이고, p2는 제 2 뷰 형성 구조의 주기이고, t2는 제 1 뷰 형성 구조 위의 제 2 뷰 형성 구조의 높이이고, n2는 제 1 및 제 2 뷰 형성 구조들 사이의 물질의 굴절률이며, 여기서 k는 0.5와 2 사이, 더 바람직하게 0.75와 1.5 사이, 더 바람직하게 0.9와 1.1 사이이다.
이것은 디스플레이 패널로부터 하나의 뷰 형성 구조의 유효 광학 거리(굴절률로 나누어진 거리)에 대한 하나의 뷰 형성 구조의 주기의 비 및 디스플레이 패널로부터 다른 뷰 형성 구조의 유효 광학 거리(굴절률로 나누어진 거리)에 대한 다른 뷰 형성 구조의 주기의 비가 유사하게 됨을 의미한다. 이것은 실질적으로 동일한 뷰잉 원추들을 야기한다. 비들은 물론 같을 수 있다(k=1).
이 수학식은, 단지 굴절률 값들이 동일한 경우에 기하학적 거리들로 단순화된다.
예들의 하나의 세트에서, 뷰 형성 배열은 디스플레이 패널 위의 제 1 스페이서 층, 제 1 스페이서 층 위의 제 1 렌즈 층(예로서, 렌티큘라 렌즈 어레이), 제 1 렌즈 층 위의 제 2 스페이서 층 및 제 2 스페이서 층 위의 제 2 렌즈 층(예로서, 렌티큘라 렌즈 어레이)을 포함한다.
스페이서 크기들 및 물질들은 뷰잉 원추 각들에 대한 제어를 가능하게 한다. 제 1 및 제 2 렌즈 층들은 디스플레이 패널로부터 뷰 형성 배열을 통한 광의 방향에 대해, 볼록 렌즈 인터페이스 형상들을 정의할 수 있다. 이 경우에, 제 1 스페이서 층, 제 1 렌즈 층 및 제 2 렌즈 층은 유리 또는 플라스틱일 수 있고, 제 2 스페이서 층은 공기이다.
또 다른 예에서, 디스플레이 패널로부터 뷰 형성 배열을 통한 광의 방향에 대해, 제 1 렌즈 층은 볼록 렌즈 인터페이스 형상들을 정의하고, 제 2 렌즈 층은 오목 렌즈 인터페이스 형상들을 정의한다. 이 경우에, 제 1 스페이서 층, 제 1 렌즈 층 및 제 2 렌즈 층은 제 1 굴절률을 갖는 유리 또는 플라스틱일 수 있고, 제 2 스페이서 층은 제 2, 더 낮은 굴절률을 갖는 유리 또는 플라스틱이다.
예들의 일 대안적인 세트에서, 뷰 형성 배열은 디스플레이 패널 위의 제 1 스페이서 층, 제 1 스페이서 층 위의 제 1 배리어 층, 제 1 배리어 층 위의 제 2 스페이서 층 및 제 2 스페이서 층 위의 제 2 배리어 층을 포함한다. 본 발명은 따라서, 배리어 유형 디스플레이들 뿐만 아니라, 렌티큘라 렌즈 유형 디스플레이들에 적용될 수 있다.
본 발명의 예들은 이제 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 동작의 기본적인 원리를 설명하기 위한 공지된 다중 뷰 디스플레이를 도시한 도면.
도 2는 공지된 렌즈 설계의 제 1 예를 도시한 도면.
도 3은 공지된 렌즈 설계의 제 2 예를 도시한 도면.
도 4는 상이한 디스플레이 방위들에 대한 상이한 뷰잉 원추 크기들의 문제점을 설명하기 위해 이용되는 도면.
도 5는 본 발명의 뷰 형성 배열의 제 1 예를 도시한 도면.
도 6은 상이한 디스플레이 방위들에 대한 상이한 뷰잉 원추 크기들의 문제점이 도 5의 설계에 의해 해결되는 방법을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 뷰 형성 배열의 제 2 예를 도시한 도면.
도 8은 렌즈들 대신에 배리어들에 기초한 본 발명의 뷰 형성 배열의 제 3 예를 도시한 도면.
본 발명은 다중 뷰 디스플레이를 제공하고, 상기 다중 뷰 디스플레이에서, 뷰 형성 배열은, 제 1 방향에 걸쳐 다수의 뷰들을 제공하기 위해 디스플레이 패널로부터 제 1 거리 만큼 이격된 제 1 뷰 형성 구조, 및 제 2 수직 방향에 걸쳐 다수의 뷰들을 제공하기 위해 디스플레이 패널로부터 제 2 거리 만큼 이격된 제 2 뷰 형성 구조를 포함한다. 2개의 방향들로의 다수의 뷰들의 각 폭은 따라서, 독립적으로 정의될 수 있다.
각 마이크로렌즈 디스플레이는 제 1 및 제 2 방향들로의 뷰잉 원추의 독립 설계를 허용하지 않는다. 사실, 뷰잉 원추 비는 2개의 방향들에 따르는 뷰들의 수의 비로 곱해진 서브 픽셀 애스펙트 비와 같다:
Figure pct00002
여기서, ap 및 al은 2개의 방향들(예를 들면, 인물 및 풍경)에 따른 서브 픽셀 디맨젼들이다.
정규 마이크로렌즈는,
Figure pct00003
가 바람직한 뷰잉 원추 비에 가까울 때 적합하다.
본 발명은 마이크로렌즈 디스플레이와 같이 수행하는 디스플레이를 제공하지만, 뷰잉 원추들의 독립 설계를 허용한다.
도 5는 렌즈 스택의 형태인 본 발명의 뷰 형성 배열의 제 1 예를 보여준다.
렌즈 배열은 하부 스페이서(22) 만큼 디스플레이 패널(2)의 표면으로부터 이격된 제 1 렌즈 배열(20)을 포함한다. 제 1 렌즈 배열 및 스페이서는 t1의 조합된 두께를 가져서 렌즈 표면들이 디스플레이 패널(2)로부터 거리(t1)에 있게 한다. 제 2 렌즈 배열(24)은 제 2 스페이서(26) 만큼 제 1 렌즈 배열(20)로부터 이격된다. 제 2 렌즈 배열 및 제 2 스페이서는 t2의 조합된 두께를 가져서 렌즈 표면들이 제 1 렌즈 배열로부터 거리(t2)에 있고 디스플레이 패널(2)로부터 t1+t2의 거리에 있게 한다. 2개의 렌즈 배열들은 디스플레이 패널 모듈에서의 픽셀들 상의 충분한 포커스를 갖고 설계된다.
얇은 렌즈들에 대해, 렌즈 어레이의 두께는 무시될 수 있다. 제 1 렌즈 어레이(22)에 의해 구현된 바와 같이 제 1 방향으로의 스페이서의 물질에서의 뷰잉 원추 반각(θ1)은 도 5로부터 보여질 수 있는 바와 같이,
Figure pct00004
로 주어진다.
일 근사로서, 뷰잉 원추 각이 작으면, 물질에서의 풀 뷰잉 원추 각(
Figure pct00005
)은
Figure pct00006
로 근사화될 수 있다.
동일한 굴절률을 가지는 2개의 스페이서들의 예에 대해, 제 2 렌즈 배열에 의해 구현된 바와 같이 제 2 방향으로의 스페이서의 물질에서의 뷰잉 원추 반각은
Figure pct00007
로, 또는 풀 뷰잉 원추에 대한 일 근사로서,
Figure pct00008
로 주어진다.
예를 들면, 뷰잉 원추들이 유사한 것이 되도록 설계되어야 한다면,
Figure pct00009
이다.
2개의 스페이서들이 상이한 굴절률들을 갖고 얇은 렌즈들의 근사치에 있는 물질들로 형성되는 경우에, 공기에서의 관측의 2개의 방향들로 유사한 뷰잉 원추들을 가지는 상기 조건은
Figure pct00010
로서 기록될 수 있고,
여기서, n1 및 n2는 각각, 제 1 및 제 2 스페이서의 물질의 굴절률들이다.
이 수학식은 스택에서의 굴절률 값들을 고려한다. 굴절률 n1=n2이면, 제 2 수학식은 제 1 수학식으로 단순화되고, 단지 기하학적 거리가 고려될 필요가 있다. 전형적으로, 스페이서들이 렌즈들보다 두꺼워서 스페이서들이 두드러질(dominate)지라도, 렌즈들의 굴절률은 또한, 완전한 광학 분석을 위해 고려될 필요가 있다.
굴절률 값들을 고려할 때, 값(t/n)이 요구되는 이유는 원추 각들이 매체에서 산출되지만, 이용자가 감지하는 유효 3D 원추 각들은 공기에 있기 때문이다.
스넬의 법칙에 따라,
Figure pct00011
이다.
작은 각들에 대해 근사치를 이용하면:
Figure pct00012
여서,
Figure pct00013
이다.
예를 들면, 픽셀 구성요소들이 3:1의 높이 대 폭 비를 갖는, RGB 스트라이프된 디스플레이의 경우에, 2개의 관측 방향들에서의 동일한 수의 뷰들을 갖는 설계(예를 들면, 2×2 뷰 설계)에 대해, 렌즈 스택의 피치들은 3p1=p2로서 관련되고, 따라서 2t1
Figure pct00014
t2이다.
이것은 렌즈들에 의해 샌드위치(sandwich)되는 스페이서가 광학적으로, 디스플레이 패널과 제 1 렌즈(20) 사이의 스페이서보다 두꺼움을 의미한다.
본 발명의 렌즈 설계는, 풀 시차가 영구적으로 제공되도록 비 스위칭가능한 렌즈들을 이용할 수 있다. 동일한 뷰잉 원추 성능이 어느 하나의 디스플레이 방위에 대해 얻어진다.
본 발명의 구현 시에 일부 자유(freedom)가 존재한다.
렌즈 곡률들은 예를 들면, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 양 또는 음일 수 있다.
일부 구성들에서, 스페이서는 렌즈의 평면 측을 더 두껍게 함으로써 렌즈와 통합될 수 있다.
렌즈들 중 하나 또는 둘 모두는 예를 들면, 상기 설명되는 기술들 중 하나를 이용하여 스위칭가능한 렌즈로서 형성될 수 있다. 이것은 렌즈 기능이 2D 모드에 대해 완전하게 스위칭 오프되는 것을 가능하게 하기 위해 이용될 수 있거나, 그것은 단지 하나의 방향으로 그러나, 또 다른 방향으로 더 높은 해상도를 갖는 시차를 가능하게 하기 위해 이용될 수 있다.
두꺼운 렌즈들 및 다양한 굴절률들을 갖는 시스템에서, 상기 관계들은 단지 개략적인 근사치들이다. 실제로, 수치 시뮬레이션을 통해 그리고 물질들, 렌즈 형상들 및 이와 결부한 스페이서 두께들을 선택함으로써 밸런스(balance)가 발견될 것이다. 이들 파라미터들은 전형적으로, 양쪽 방향들(예로서, 인물 및 풍경)에서의 뷰잉 원추가 유사하도록 최적화된다.
휴대가능한 디바이스에 대한 무게 및 크기를 줄이기 위해 구조의 총 두께를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 이 이유로 인해, 바람직한 일 실시예에서, 더 높은 굴절률을 갖는 하부 스페이서를 실현하는 것이 이로울 것인 반면에, 상부 스페이서는 더 낮은 굴절률 예를 들면, 공기를 가져야 한다. 이 방식으로, 총 스택 두께는 원추 크기들을 유지하기 위해 광학 비(예로서, 3:1)를 유지하는 동안 감소된다. 이러한 접근법의 또 다른 결과는, 렌즈 인터페이스들이 바람직하게 대향 곡률들을 가질 것이라는 것이다.
2개의 예시적인 해결책들이 이제 제공될 것이다.
1. 공기 갭 해결책
이 해결책은 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 스페이서(22)는 예를 들면, 굴절률(1.5)를 갖는 유리/플라스틱이다.
렌즈(20)는 도 5에 도시된 바와 같은 유리/플라스틱 및 평볼록(plano-convex)이다.
스페이서(26)는 원하는 고정된 거리를 제공하기 위해 기계적 지지부들을 갖는 공기 갭이다.
렌즈(24)는 유리/플라스틱 및 또한 평볼록이다(도 5에 도시된 바와 같은).
도 6은 도 5의 구조의 성능의 시뮬레이션을 보여주고, 이는 4개 중 3개의 뷰들이 턴 온되는, 디스플레이로부터 최적 뷰잉 거리에 위치된 검출기 평면 상의 조도를 보여준다. 도 6은 정규 마이크로렌즈들에 대해 상이한 뷰잉 원추 분포들(도 4)이 같은 뷰잉 원추들로 변화함을 보여준다. 도 6은 도 4와 유사하고 다시, 디스플레이 스크린에 걸친 상이한 위치들에서의 단위 면적 당 광 파워(mm2 당 와트 단위의)를 보여준다. 하나의 플롯은 풍경 모드에 대한 것이고 다른 하나는 인물 모드에 대한 것이다.
2. 저 굴절률 차 해결책
이 해결책은 도 7에 도시된 구조를 가질 수 있다. 이 맥락에서, 저 굴절률은 1.3 내지 1.5(전형적으로, 1.4)의 범위에 있고, 고 굴절률은 1.45 내지 1.75(전형적으로, 1.6)의 범위에 있으며, 저 굴절률 차는 0.1 내지 0.3(전형적으로, 0.2)의 범위에 있다.
스페이서(22)는 고 굴절률을 갖는 유리/플라스틱이다. 렌즈(20)는 스페이서(22)와 통합되고 동일한 고 굴절률을 갖는 동일한 유리/플라스틱이며 평볼록이다.
스페이서(26)는 저 굴절률을 갖는다. 렌즈/스페이서 유닛(20, 22)은 저 굴절률 매칭 접착제를 갖는 제 2 스페이서(26)에 라미네이팅(laminating)된다.
제 2 렌즈(24)는 또한, 고 굴절률을 갖고 평볼록이며, 저 굴절률 매칭 접착제를 갖는 스페이서(26)에 라미네이팅된다. 그러나, 제 2 렌즈는 제 1 렌즈와 비교하여 반전되어, 그것이 렌즈 스택을 통한 디스플레이 광의 방향에 대해 오목 렌즈 형상을 정의하게 한다. 제 1 렌즈(20)는 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 배열되고 제 2 렌즈(24)는 도 3에 도시된 바와 같이 배열된다.
시스템에서 2개보다 많은 굴절률 값들이 존재할 수 있지만, 각각의 인터페이스는 3D 크로스토크에 부가하는 반사들을 제공한다. 불필요한 인터페이스들은 따라서 회피되어야 한다.
상기 2개의 예들은 렌티큘라 렌즈들의 용도에 기초한다. 도 8은, 동일한 설계 방법론이 배리어 유형 디스플레이에 적용되는 일 대안적인 접근법을 개략적인 형태로 보여준다. 제 1 배리어 층(70)은 디스플레이 패널(2) 위에 있는 제 1 스페이서 층(도시되지 않음) 위에 있고, 제 2 배리어 층(72)은 제 2 스페이서 층(도시되지 않음) 위에 있다.
이격 크기들은 렌티큘라 설계들에 대한 것과 동일한 방식으로, 상기 방법론을 이용하여 선택되고, 배리어 개구 폭들 및 피치는 기본 픽셀 구조에 의존한다.
디스플레이 패널은 전형적으로 예를 들면, RGB 스트라이프 디스플레이에서와 같이, 가늘고 긴(elongated) 서브 픽셀들을 갖는 서브 픽셀 격자를 갖는다. 가늘고 긴 서브 픽셀들은 또한, 다른 픽셀 구성들에서 이용되고 본 발명은 더 일반적으로 적용될 수 있다.
본 발명은 무안경 입체영상 디스플레이들을 갖는 폰들, 태블릿들 및 카메라들에 적용될 수 있다.
2개의 뷰 형성 층들은 렌티큘라들 또는 배리어들을 가질 수 있지만, 심지어 인물/풍경 기능에 대해, 그들은 직교일 수 없다. 예를 들면, 그들은 하나의 모드에서 수직일 수 있지만, 다른 모드에서 수직으로 기울어질 수 있다. 전형적인 기울기는 아크탄젠트(arctan)(1/6)=9.46도이다. 따라서, 렌티큘라들은 직교일 수 있거나 이 예의 기울기에 대해 80.54도에 있을 수 있다. 다른 경사 각들이 물론 가능하다.
개시된 실시예들에 대한 다른 변형들은 도면들, 본 개시, 및 첨부된 청구항들의 연구로부터, 본 청구된 발명의 실행 시에 당업자들에 의해 이해되고 영향을 받을 수 있다. 청구항들에서, 단어 "포함하는(comprising)"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정 관사("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 단지, 특정 조치들이 서로 상이한 종속 청구항들에서 인용된다는 사실은, 이들 조치들의 조합이 이롭게 하기 위해 이용될 수 없음을 나타내지 않는다. 청구항들에서의 임의의 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.
2: 디스플레이 패널 6: 뷰 형성 배열
8: 렌티큘라 렌즈들 10: 스페이서
20: 제 1 렌즈 배열 22: 하부 스페이서
24: 제 2 렌즈 배열 26: 제 2 스페이서
70: 제 1 배리어 층 72: 제 2 배리어 층

Claims (15)

  1. 다중 뷰 디스플레이에 있어서:
    디스플레이 패널(2); 및
    다중 뷰 기능을 제공하기 위해 상기 디스플레이 패널 위에 형성된 뷰 형성 배열(20, 24)을 포함하고,
    상기 뷰 형성 배열은 제 1 방향에 걸쳐 다수의 뷰들을 제공하기 위해 상기 디스플레이 패널(2)로부터 제 1 거리(t1) 만큼 이격된 제 1 뷰 형성 구조(20), 및 제 2 수직 방향에 걸쳐 다수의 뷰들을 제공하기 위해 상기 제 1 뷰 형성 구조(20)로부터 제 2 거리(t2) 만큼 이격된 제 2 뷰 형성 구조(24)를 포함하며,
    2개의 방향들로의 다수의 뷰들의 각 폭은 n<2인 1:n의 더 큰 각 폭에 대한 더 작은 각 폭의 비로 2개의 방향들로의 상기 다수의 뷰들의 각 폭들로 독립적으로 정의되는 것을 특징으로 하는, 다중 뷰 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    n<1.5, 훨씬 더 바람직하게 n<1.2인, 다중 뷰 디스플레이.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    뷰 형성 구조들(20, 24) 둘 모두는 동시에 동작가능한, 다중 뷰 디스플레이.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널(2)은 직사각형 서브 픽셀들을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 구조들은 주기적 구조를 갖고, 상기 디스플레이 패널에 가장 가까운 상기 제 1 뷰 형성 구조(20)는 상기 제 2 뷰 형성 구조(24)보다 작은 주기(period)를 갖는, 다중 뷰 디스플레이.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    Figure pct00015
    이고,
    여기서, p1은 상기 제 1 뷰 형성 구조의 주기이고, t1은 상기 디스플레이 패널 위의 상기 제 1 뷰 형성 구조의 높이이고, n1은 상기 디스플레이 패널과 상기 제 1 뷰 형성 구조 사이의 물질의 굴절률이고, p2는 상기 제 2 뷰 형성 구조의 주기이고, t2는 상기 제 1 뷰 형성 구조 위의 상기 제 2 뷰 형성 구조의 높이이고, n2는 상기 제 1 및 제 2 뷰 형성 구조들 사이의 물질의 굴절률이며, k는 0.5와 2 사이, 더 바람직하게 0.75와 1.5 사이, 더 바람직하게 0.9와 1.1 사이인, 다중 뷰 디스플레이.
  7. 제 6 항에 있어서,
    k=1인, 다중 뷰 디스플레이.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널에 가장 가까운 상기 제 1 뷰 형성 구조(20)는 제 1 굴절률을 갖는 물질로 형성되고, 상기 제 2 뷰 형성 구조(24)는 더 낮은 굴절률을 갖는 물질로 형성되는, 다중 뷰 디스플레이.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 배열은 상기 디스플레이 패널(2) 위의 제 1 스페이서 층(22), 상기 제 1 스페이서(22) 층 위의 제 1 렌티큘라 렌즈 어레이(20), 상기 제 1 렌티큘라 렌즈 어레이(20) 위의 제 2 스페이서 층(26) 및 상기 제 2 스페이서 층(26) 위의 제 2 렌티큘라 렌즈 어레이(24)를 포함하는, 다중 뷰 디스플레이.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 렌티큘라 렌즈 어레이들(20, 24)은 상기 디스플레이 패널(2)로부터 상기 뷰 형성 배열을 통한 광의 방향에 대해, 볼록 렌즈 인터페이스들을 정의하는, 다중 뷰 디스플레이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 스페이서 층(22), 상기 제 1 렌티큘라 렌즈 어레이(20) 및 상기 제 2 렌티큘라 렌즈 어레이(24)는 유리 또는 플라스틱이고, 상기 제 2 스페이서 층(26)은 공기인, 다중 뷰 디스플레이.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널(2)로부터 상기 뷰 형성 배열을 통한 광의 방향에 대해, 상기 제 1 렌티큘라 렌즈 어레이(20)는 볼록 렌즈 인터페이스들을 정의하고, 상기 제 2 렌티큘라 렌즈 어레이(24)는 오목 렌즈 인터페이스들을 정의하는, 다중 뷰 디스플레이.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 스페이서 층(22), 상기 제 1 렌티큘라 렌즈 어레이(20) 및 상기 제 2 렌티큘라 렌즈 어레이(24)는 제 1 굴절률을 갖는 유리 또는 플라스틱이고, 상기 제 2 스페이서 층(26)은 제 2, 더 낮은 굴절률을 갖는 유리 또는 플라스틱인, 다중 뷰 디스플레이.
  14. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 뷰 형성 배열은 상기 디스플레이 패널 위의 제 1 스페이서 층, 상기 제 1 스페이서 층 위의 제 1 배리어 층(70), 상기 제 1 배리어 층(70) 위의 제 2 스페이서 층 및 상기 제 2 스페이서 층 위의 제 2 배리어 층(72)을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이.
  15. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이를 포함하는, 핸드 헬드 디바이스.
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