KR20160027166A - 스트라이프 백라이트와 두 렌티큘러 렌즈 배열들을 갖는 무안경 입체영상 디스플레이 장치 - Google Patents

스트라이프 백라이트와 두 렌티큘러 렌즈 배열들을 갖는 무안경 입체영상 디스플레이 장치 Download PDF

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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

무안경 입체영상 디스플레이 장치는 백라이트(66), 픽셀들의 행들과 열들을 포함하는 디스플레이 패널(62), 및 렌티큘러 장치(60,64)를 포함하고, 백라이트(66)는 열 방향으로 스트라이프들 또는 열 방향에 대한 예각에 의한 오프셋을 포함하는 스트라이프 출력을 제공하고, 렌티큘러 장치는 상이한 디스플레이 패널 픽셀 출력을 상이한 방향들로 향하게 하기 위해 디스플레이 출력을 향하는 디스플레이 패널(62)의 측 상에 제 1 렌티큘러 렌즈 어레이(60) 및 스트라이프 백라이트 출력의 시준을 제공하기 위해 백라이트(66)를 향하는 디스플레이 패널(62)의 반대 편 상에 제 2 렌티큘러 렌즈 어레이(64)를 포함한다.

Description

스트라이프 백라이트와 두 렌티큘러 렌즈 배열들을 갖는 무안경 입체영상 디스플레이 장치{AUTO-STEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE WITH A STRIPED BACKLIGHT AND TWO LENTICULAR LENS ARRAYS}
본 발명은 디스플레이를 생성하기 위한 디스플레이 픽셀들의 배열을 갖는 디스플레이 패널 및 상이한 뷰들을 상이한 공간 위치들(spatial positions)로 향하게 하는 이미징 장치를 포함하는 타입의 무안경 입체영상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
이러한 유형의 디스플레이에서의 사용을 위한 이미징 장치의 제 1 예시는 예를 들어, 디스플레이의 아래에 놓인 화소에 대하여 크기자 정해지고 위치가 결정되는 슬릿들을 갖는 배리어(barrier)이다. 2-뷰 디자인에서, 뷰어는 뷰어의 머리가 고정된 위치에 있는 경우, 3D 이미지를 감지할 수 있다. 배리어는 디스플레이 패널의 전면에 위치되며, 홀수 및 짝수 서브 픽셀 열들로부터의 광이 뷰어의 좌우의 눈을 각각 향하도록 설계된다.
2-뷰 디스플레이 디자인의 이러한 유형의 단점은 뷰어가 고정된 위치에 있어야 한다는 것이며, 단지 좌우로 약 3cm 이동할 수 있다는 것이다. 더 바람직한 실시예에서, 각 슬릿 아래에 두 개가 아닌 여러개의 서브 픽셀 열이 존재한다. 이런 식으로, 뷰어는 좌우로 이동하도록 허용되고 항상 뷰어의 눈으로 스테레오 이미지를 감지한다.
배리어 장치는 제작하기에 간단하지만 광학적으로 효율적이지 않다. 그러므로 바람직한 대안은 렌즈 배열을 이미징 장치로 사용하는 것이다. 예를 들어, 서로 평행하게 연장하고 디스플레이 픽셀 어레이 위에 놓이는 가늘고 긴 렌티큘러 요소들의 어레이가 제공될 수 있고, 디스플레이 픽셀들은 이러한 렌티큘러 요소들을 통해 관찰된다.
렌티큘러 요소들은 각각 가늘고 긴 반-원통형 렌즈 요소를 포함하는 요소들의 시트로서 제공된다. 렌티큘러 요소들은 디스플레이 패널의 열 방향으로 연장되고 각 렌티큘러 요소는 디스플레이 서브-픽셀들의 두 개 이상의 인접 열들의 각 그룹 위에 놓인다.
각 렌티큘러 요소가 디스플레이 서브 픽셀들의 두 개의 열들과 연관된 경우, 각 열 내의 디스플레이 서브 픽셀들은 각 2-차원 서브-이미지의 수직 슬라이스를 제공한다. 렌티큘러 시트는 다른 렌티큘러 요소들과 연관된 디스플레이 서브-픽셀 열들로부터 이러한 두 개의 슬라이스들 및 상응하는 슬라이스들을 시트 전면에 위치한 사용자의 좌우 눈들을 향하게 하여, 사용자가 단일 입체영상 이미지를 관찰할 수 있도록 한다. 그러므로, 렌티큘러 요소들의 시트는 광 출력을 방향 설정하는 기능을 제공한다.
다른 장치들에서, 각 렌티큘러 요소는 행 방향으로 네 개 이상의 인접 디스플레이 서브-픽셀들의 그룹과 연관된다. 각 그룹 내의 디스플레이 서브-픽셀들의 상응하는 열들은 적절하게 배열되어 각 2-차원 서브-이미지로부터 수직 슬라이스를 제공한다. 사용자의 머리가 좌에서 우로 이동하는 경우, 연속적인, 상이한 입체영상 뷰들이 감지되어 예로서, 주변을 둘러보는 인상을 생성한다.
상술된 장치는 효율적인 3-차원 디스플레이를 제공한다. 그러나, 입체영상 뷰들을 제공하기 위해서, 장치의 수평 해상도에서 필요한 희생이 존재한다. 해상도에서의 이러한 희생은 생성된 뷰들의 수에 따라 증가된다. 그러므로, 많은 수의 뷰들을 사용하는 주요한 단점은 뷰 당 이미지 해상도가 감소된다는 것이다. 가능한 서브-픽셀들의 총 개수는 뷰들 사이에 분산되어야 한다. 수직 렌티큘러 렌즈들을 갖는 n-뷰 3D 디스플레이의 경우, 수직 방향을 따른 각 뷰의 감지된 해상도는 2D의 경우에 대해 n배만큼 감소될 것이다. 수직 방향에서 해상도는 동일하게 유지될 것이다. 구부러진 배리어 또는 렌티큘러의 사용은 수평 및 수직 방향의 해상도 사이의 이러한 불균형을 감소시킬 수 있다. 이 경우, 해상도 손실은 수평 및 수직 방향 사이에서 균등하게 분배될 수 있다.
뷰들의 개수를 증가시키는 것은 3D 인상을 향상시키지만 뷰어에 의해 감지되는 이미지 해상도를 감소시킨다. 개별 뷰들은 각각 소위 뷰잉 원뿔들 내에 존재하며, 이러한 뷰잉 원뿔들은 시야에 걸쳐 반복된다.
뷰잉 경험은 뷰어들이 3D 모니터 또는 텔레비전을 보는 그들의 장소를 선택하는데에 있어 완전히 자유롭지 못하다는 사실에 의해 방해된다: 뷰잉 원뿔들 사이의 경계들에서 3D 효과는 부재하며 성가시는 고스트 이미지들이 나타난다. 그러므로 뷰어가 단일 중앙 뷰잉 원뿔 내에 남아 위치를 여전히 이동할 수 있도록, 예를 들면, 가능한 넓은 뷰잉 원뿔들을 갖으려는 희망이 존재한다. 그러나, 넓은 뷰잉 원뿔을 제공하기 위한 광학 시스템을 설계하는 것은 상이한 뷰들의 이미지들 사이의 증가된 크로스토크 또는 추가 뷰들의 생성으로 인한 공간 해상도의 상당한 손실의 희생에 직면한다. 게다가, 이러한 광학 시스템은 두꺼운 광학 스택을 필요로 할 수 있다.
EPO 786 912는 좌우로 중첩하는 뷰잉 윈도우들이 제공되어 관찰자의 추적하는 것을 가능하게 하는 무안경 입체영상 디스플레이를 개시한다.
본 발명은 청구항들에 의해 정의된다.
일 양상에 따라서, 무안경 입체영상 디스플레이 장치가 제공되고, 상기 무안경 입체영상 디스플레이 장치는 백라이트; 픽셀들의 행들 및 열들을 포함하는 디스플레이 패널; 및 렌티큘러 장치를 포함하고, 백라이트는 열 방향으로 스트라이프들을 포함하거나 열 방향에 예각으로 오프셋되는 스트라이프 출력을 제공하고, 렌티큘러 장치는 상이한 디스플레이 패널 픽셀 출력들을 상이한 방향들로 향하게 하기 위한 디스플레이 출력을 향하는 디스플레이 패널 편의 제 1 렌티큘러 렌즈 배열 및 스트라이프 백라이트 출력의 시준을 제공하기 위한 백라이트를 향하는 디스플레이 패널 반대편의 제 2 렌티큘러 렌즈 배열을 포함한다.
이러한 배열은 스트라이프 백라이트를 활용하여 크로스토크 및 광학스택 두께 사이의 더 나은 타협이 달성될 수 있게 한다.
본 정의에서 용어 픽셀("pixel")은 주소지정이 가능한 가장 작은 이미지 요소를 나타내기위해 사용된다. 칼라 디스플레이의 경우, 이것은 서브-픽셀이 될 것이다. 픽셀을 서브-픽셀들의 그룹으로 구체적으로 검토하지 않는 경우, 따라서 용어 픽셀("pixel")은 가장 작은 디스플레이 요소로 이해되어야 한다.
제 1 렌티큘러 배열은 바람직하게 네거티브하고 상이한 뷰들을 상이한 각도 위치들을 향하게 하는 뷰 확산 기능을 제공한다. 바람직하게 파지티브한 제 2 렌티큘러 배열은 백라이트 스트라이프 출력을 시준하기 위한 기능을 제공한다.
스트라이프로부터의 광은 가장 가까운 렌즈와 상호작용할 뿐만아니라 렌티큘러 렌즈 배열 내의 다른 렌즈들과도 상호작용하기 때문에, 각각의 스트라이프는 복수의 광의 빔들을 형성한다. 뷰잉 원뿔은 두 개의 연속적인 이러한 빔들 사이에서 각도이다.
제 2(시준하는) 렌티큘러 렌즈 배열(각도 탄젠트로서 표현된)의 뷰잉 원뿔은 바람직하게 제 1 렌티큘러 렌즈 배열(각도 탄젠트로 다시 표현된)의 뷰 확산의 정수 배수 (N)이다.
이것은 두 개의 렌티큘러 렌즈 배열들이 다음을 만족하도록 설계될 수 있는 것을 의미한다:
Figure pct00001
여기서 α1은 제 1 렌티큘러 어레이의 렌즈들로부터 광의 각도 분산이고, α2는 시준된 출력을 제공하기 위한 제 2 렌티큘러 배열의 렌즈들로의 광의 뷰잉 원뿔이다.
N=1인 경우, 하나의 백라이트 스트라이프가 각 시준 렌티큘러 렌즈에 존재한다. 백라이트 스트라이프 장치의 효과는 시준된 라이트 출력을 제공하는 것이다. 그러므로 제 2 시준하는 렌티큘러 렌즈 배열의 뷰잉 원뿔은 기본(뷰 확산) 렌티큘러 배열의 뷰 확산에 상응한다.
N>1 인 경우, N개의 백라이트 스트라이프들이 각 렌티큘러 렌즈에 존재한다. 상이한 백라이트 스트라이프들은 시간이 지남에 따라 큰 뷰잉 원뿔을 구축하도록 시간-순차적으로 구동될 수 있다. N=2라면, 각각 뷰잉 원뿔의 절반을 제공하는 두 서브프레임들이 존재할 수 있다. 기본(뷰 확산) 렌티큘러 렌즈의 뷰 확산은 그러므로 상기 관계를 충족하기 위해, 제 2 렌즈의 뷰잉 원뿔의 절반이 되어야 한다.
장치는 그러므로 바람직하게 제어기를 또한 포함하고, 상기 제어기는 디스플레이 패널을 N 서브프레임의 시퀀스로 구동하도록 조정되고, 각 서브프레임은 백라이트 스트라이프들의 각각의 세트를 갖는 조명과 동기화된다.
장치는 다음과 같이 설계될 수 있다:
Figure pct00002
여기서 w1 은 디스플레이 패널의 서브-픽셀의 너비고, p1은 제 1(뷰 확산) 렌티큘러 렌즈 배열의 렌티큘러 피치(너비 방향에서)이고, w2는 백라이트 스트라이프의 너비이고, p2는 제 2(시준) 렌티큘러 렌즈 배열의 렌티큘러 피치이고, 여기서 C는 바람직하게 1.0 이하, 예로서, 0.5에서 1.0범위이다.
C의 값의 범위는 라이트 출력과 크로스토크 사이의 타협(w2/p2가 더 작을수록, 백라이트 출력을 생성하는 지역이 더 작아지기 때문에)을 제공한다.
백라이트 스트라이프들은 바람직하게 디스플레이 열 방향에 대해 기울어진다. 바람직하게 렌티큘러 렌즈들 및 백라이트 스트라이프들 둘 모두의 광학 축은 평행하다.
본 발명의 일 실시예는 오직 예시로서, 첨부 도면들을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1은 알려진 무안경 입체영상 디스플레이 장치의 개략적인 투시도.
도 2는 렌티큘러 어레이가 상이한 공간 위치들에 대해 상이한 뷰들을 제공하는 방법을 도시한 도면.
도 3은 배리어 배열이 상이한 공간 위치들에 대해 상이한 뷰들을 제공하는 방법을 도시한 도면.
도 4는 다수의 뷰들이 뷰잉 원뿔들에 제공되는 방법을 도시한 도면.
도 5는 백라이트 스트라이프, 픽셀 및 전체적인 시스템의 광학 반응의 분석을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 디스플레이 장치의 제 1 예시를 도시한 도면.
도 7은 시스템 대역폭이 백라이트 스트라이프 폭의 변화에 응답하여 변화하는 방법을 도시한 도면.
도 8은 시스템 대역폭이 백라이트 스트라이프 너비 및 픽셀 애퍼처(aperture)의 변화에 응답하여 변화하는 방법을 도시한 도면.
도 9는 상이한 기울기를 갖는 픽셀들의 크로스토크 효과를 도시하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 디스플레이 장치의 제 2 예시를 도시하고 시간 순차적 동작이 작용할 수 있는 방법을 도시한 도면.
도 11은 렌즈를 가로지르는 거리가 뷰 각도와 동일해질 수 있는 방법을 도시한 도면.
도 12는 시스템의 강도 프로파일을 두 프로필들의 원형 컨볼루션으로 도시한 도면.
도 13은 렌티큘러 당 하나의 백라이트 스트라이프가 존재하는 경우의 강도 프로파일을 도시한 도면.
도 14는 렌티큘러 요소 당 두 개의 백라이트 스트라이프가 존재하는 경우의 강도 프로파일을 도시한 도면.
도 15는 도 14에 대한 시간-순차적 동작을 설명하기 위해 사용된 도면.
도 16은 듀얼 위상 백라이트에 대해 하나의 가능한 전극 구조를 도시한 도면.
도 17은 더 세분화된 스트라이프들을 갖는 더 진보된 백라이트를 도시한 도면.
도 18은 α1 및 α2 각도의 의미를 그래프로 도시하기 위해 사용된 도면.
본 발명은 스트라이프 백라이트가 이중 렌티큘러 배열과 조합하여 사용되는 무안경 입체영상 디스플레이 장치를 제공한다. 이러한 배열은 뷰 형성 기능을 제공 할 뿐만 아니라 백라이트 출력의 시준을 제공한다.
본 발명의 설명을 제공하기 전에, 본 발명에 의해 해결된 문제들이 먼저 설명될 것이다.
도 1은 알려진 직시형 무안경 입체영상 디스플레이 장치(1)의 개략적인 투시도이다. 알려진 장치(1)는 공간 광 변조기로서의 역할을 하여 디스플레이를 생산하는 액티브 매트릭스 유형의 액정 디스플레이 패널(3)을 포함한다.
디스플레이 패널(3)은 행과 열들로 배열된 디스플레이 픽셀들(5)(또는 보다 정확하게 컬러 디스플레이용 서브-픽셀들)의 수직 배열을 포함한다. 명확성을 위해, 디스플레이 픽셀들(5)의 단지 소수만이 도면에 도시된다. 예시에서, 디스플레이 패널(3)은 대략 디스플레이 픽셀들(5)의 천 개의 행들과 수천 개의 열들을 포함할 수도 있다.
액정 디스플레이 패널(3)의 구조는 전체적으로 평범하다. 예시에서, 패널(3)은 정렬된 트위스트 네마틱 또는 다른 액정 물질이 제공되는 사이에 이격된 한 쌍의 투명한 유리 기판들을 포함한다. 기판들은 표면들 상에 투명한 인듐 주석 산화물(ITO) 전극들의 패턴들을 가지고 있다. 편광 레이어들은 또한 기판들의 외부 표면들 상에 제공된다.
각 디스플레이 픽셀(5)은 보조 액정 물질을 사이에 두고, 기판들 상에 대향하는 전극들을 포함한다. 디스플레이 픽셀들(5)의 모양과 레이아웃은 전극들의 모양과 레이아웃에 의해 결정된다. 디스플레이 픽셀들(5)은 규칙적으로 간격에 의해 서로 이격된다.
각 디스플레이 픽셀(5)은 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 같은 스위칭 소자와 연관된다. 디스플레이 픽셀들은 스위칭 소자들에 어드레스 신호들을 제공하여 디스플레이를 생성하도록 동작되고, 적절한 어드레싱 방식들은 당업자에게 공지되어있을 것이다.
디스플레이 패널(3)은, 이 경우, 디스플레이 픽셀 어레이의 영역에 결쳐 연장되는 평면 백라이트를 포함한 광원(7)에 의해 조명된다. 광원(7)으로부터의 광은 디스플레이 패널(3)을 통해 향하게 되고, 개별적인 디스플레이 픽셀들(5)은 광을 변조하고 디스플레이를 생성하도록 구동된다.
디스플레이 디바이스(1)는 또한 뷰 형성 기능을 수행하는 디스플레이 패널(3)의 디스플레이 사이드에 걸쳐 배열된 렌티큘러 시트(9)를 포함한다. 렌티큘러 시트(9)는 명확성을 위해 오직 하나만이 과장된 크기로 도시되어 있는 서로 평행하게 연장되는 렌티큘러 소자들(11)의 행을 포함한다.
렌티큘러 소자들(11)은 볼록 원통형 렌즈들의 형태이며, 렌티큘러 소자들은 디스플레이 패널(3)에서 디스플레이 장치(1)의 전면에 위치한 사용자의 눈으로 상이한 이미지들 또는 뷰들을 제공하는 광 출력을 방향설정하는 수단으로서 작용한다.
도 1에 도시된 무안경 입체영상 디스플레이 장치(1)는 상이한 방향들에서 여러 상이한 투시 뷰들을 제공할 수 있다. 예시에서, 각 렌티큘러 소자(11)는 각 행의 디스플레이 픽셀들(5)의 작은 그룹을 덮는다. 렌티큘러 소자(11)는 여러 개의 상이한 뷰들을 형성하기 위해, 각 그룹의 디스플레이 픽셀(5)을 상이한 방향으로 투사한다. 사용자의 머리가 좌에서 우로 이동하는 경우, 사용자의 눈은 차례로 여러 뷰들의 상이한 뷰들을 수용할 것이다.
당업자는, 액정 재료가 복굴절이고 굴절률의 전환은 특정 편광의 광에만 적용되기 때문에, 편광 광이 상술된 어레이와 함께 사용되어야 한다는 것을 의미하는 것을 이해할 것이다. 편광 수단은 디스플레이 패널 또는 장치의 이미징 장치의 일부로 제공될 수 있다.
도 2는 상술된 렌티큘러 유형의 이미징 장치의 동작 원리를 도시하고, 백라이트(20), LCD와 같은 디스플레이 장치(24), 및 렌티큘러 어레이(28)를 도시한다. 도 2는 렌티큘러 어레이(28)가 상이한 픽셀 출력들을 세 개의 상이한 공간 위치들로 향하게 하는 방법을 도시한다.
도 3은 백라이트(20), 배리어 장치(22), 및 LCD와 같은 디스플레이 장치(24)를 도시하는 배리어 유형 이미징 장치의 동작원리를 도시한다. 도 3은 배리어 장치(22)가 패턴화 된 광 출력을 제공하는 방법을 도시한다. 이것은 상이한 픽셀들이 불연속 광원 영역들에 의해 조명되어 광 지향 기능이 구현되는 효과를 갖는 것을 의미한다. 도시된 바와 같이, 하나의 뷰에 대한 픽셀들(29a)은 하나의 방향에서 조명되고, 또 다른 뷰에 대한 픽셀들(29b)은 또 다른 방향에서 조명된다. 관측자의 두 눈은 디스플레이의 상이한 픽셀들에 의해 변조된 광을 수용한다.
이러한 시스템들에서, 각 뷰는 특정 공간 위치에 투영된다. 도 4는 9 뷰 시스템이 각각의 뷰잉 원뿔 내에 아홉 개의 뷰들(도 4에서 -4 내지 +4로 번호 매기어진)의 반복적인 패턴을 생성하는 방법을 도시한다. 렌티큘들 전면을 통해 직접 픽셀들의 각각으로부터 통과하는 광에 의해 생성된 패턴은 기본 뷰잉 원뿔이라고 불린다. 픽셀로부터 나오는 광은 또한 다른 렌티큘들을 통해 통과하고, 그 패턴은 도 4에 도시된 소위 원뿔 반복을 제공한다. 디스플레이의 뷰잉 각도를 완전한 180도에 가깝도록 확대하는 효과는 매우 중요하다. 기초 뷰잉 원뿔(α)의 완전한 각도는 다음과 같이 대략 렌티큘러 피치(p)와 렌즈 초점 거리와 관련된다:
Figure pct00003
렌티큘러 렌즈 아래의 각 측 방향 위치는 다른 측 방향 뷰잉 위치로 향하게 될 것이다. 각 렌즈(폭 방향 내의) 아래에 정수의 서브-픽셀들이 존재하는 경우, 이후 뷰들의 수는 그 정수와 상응한다. 각 렌즈 폭 아래에 서브 픽셀들(폭 방향 내의)의 정수가 존재하지 않는 분할 뷰 디스플레이들의 경우, 별도의 뷰 위치들의 수가 커질 수 있다.
크로스토크가 없이 생성될 수 있는 뷰들의 수는 렌즈 피치 및 서브-픽셀 피치의 비율(이 비율은 비 정수가 될 수 있다)과 동일하다. 렌즈를 기울게 함으로써, 다른 모든 행의 뷰들은 각도 오프셋을 가진다. 1/6의 기울기의 경우, 이러한 오프셋은 단일 뷰의 각도 폭의 절반과 동일하다.
예를 들어, 제 1 행이 4.5 뷰들을 생성하는 경우, 뷰들은 예를 들어 각도들(0에서 1, 1에서 2, 2에서 3, 및 3에서 4)하에서 투영된다. 그러므로 제 2 행은 각도들 (0.5에서 1.5, 1.5에서 2.5, 2.5에서 3.5, 및 3.5에서 4.5)하의 뷰들을 생성한다.
그러므로, 디스플레이는 광을 0에서 4.5도 사이의 9개의 상이한 각도들로 투영한다. 그러나, 이러한 예시에서 각 뷰의 폭은 1도와 동일하고 그러므로 이러한 9개의 '분할'(fractional) 뷰들은 상당한 크로스토크를 가진다. 효율적으로, 즉, 크로스토크가 없는 오직 4.5개의 "분리가능한"(separable) 뷰들이 존재한다.
일반적으로, 분리가능한 뷰들의 수는 대략 렌즈와 픽셀 구성요소 피치 사이의 비율과 동일하다. 경사 및 렌즈 피치의 적절한 선택은 증가된 크로스토크의 비용으로 더 많은 뷰들의 생성을 야기할 수 있다.
예를 들어, 9-뷰 필립스 WOWvx 42''(107cm) 디스플레이는 4.5의 피치 및 1/6의 경사(즉 상술된 예)를 갖는다. 뷰 번호들 3과 5는 그들 사이에 오직 작은 크로스토크만을 갖지만, 3과 4의 뷰들의 투영은 상당히 중첩된다.
광학 스택(도 1의 렌티큘러 구조(9))는 단일 유닛으로 가능하게 집적된 스페이서와 렌티큘러 렌즈들로 구성된다. 렌티큘러 피치(p) 및 뷰잉 원뿔 각도(α)가 선택된다고 가정하면, 광학 스택(e)의 두께는 스페이서의 굴절률(IOR) n에 대해 대략 e = np / α와 동일하다. 이 근사는 정적 및 전환 렌즈 스택들에 유효하다.
실제 예를 위해 다음을 고려한다:
- 42" (107cm) 전체 고화질 디스플레이; 즉 RGB 단위 셀에 대해 480μm 및 픽셀에 대해 160μm.
- 4.5 픽셀들의 렌즈 피치 = 720μm.
- 10˚의 원뿔 각도(0.17rad)
- 작은 경사 각도.
렌티큘러 스택의 두께는 대략 e = np/α=1.5 x 720μm / 0.17=6.4mm이다.
완벽한 렌즈 초첨의 가정 하에 있더라도, 기울어진 렌즈들을 갖는 렌티큘러 장치는 크로스토크를 갖는다. 이러한 크로스토크는 각 픽셀의 각도 강도 프로파일에 의해 발생된다.
시스템에서의 크로스토크 문제를 해결하기 위해, 크로스토크 프로파일의 실제 형상에 독립적인 크로스토크에 대한 조처가 필요하다.
펄스의 전력 스펙트럼의 풀-폭 반 변조(FWHM)는 저역-통과 필터의 대역폭을 결정하는 잘 알려진 메트릭이다. 이것은 최대의 절반에서 전력 스펙트럼의 피크의 전체 폭이다. 이것은 얼마나 많은 오리지널 신호들이 필터를 통해 통과하는지를 나타낸다(더 높은 대역폭 및 따라서 FWHM은 더 많은 신호 세부사항을 내포한다.).
크로스토크의 분석을 위해, 각도 강도 프로파일이 고려된다.
상술된 바와 같이, 본 발명은 이중 렌티큘러로 결합된 스트라이프 백라이트를 제공한다. 그러므로 렌티큘러 렌즈 배열에 의해 확대되어 방출되거나 투과된 광의 스트라이프들이 존재한다. 백라이트와 시준 렌티큘러의 서브시스템은 직사각형 기능에 의해 근사 될 수 있다.
도 5의 상단 행은 스트라이프 백라이트 출력을 표현하는 직사각형 기능에 대해 강도 프로파일, 스펙트럼 및 전력 스펙트럼의 모델링을 각각 제공한다.
또한, 서브 픽셀들에 대해 경사진 또 다른 렌티큘러 렌즈를 갖는 서브-픽셀들이 존재한다. 경사 각도에 따라서, 이러한 서브시스템은 직사각형, 삼각형 또는 하이브리드 함수에 의해 근사될 수 있다. 도 5의 가운데 행은 경사가 서브-픽셀의 종횡비의 절반인 경우(예로서, RGB 스트라이프들에 대해 경사 1/6), 강도 프로파일, 스펙트럼 및 전력 스펙트럼의 모델링을 각각 제공한다.
얕은 각도들에 대한 디스플레이 시스템의 크로스토크는 가장 아래 행으로 도시된 두 개의 크로스토크 프로파일들의 원형 컨볼루션이다.
단지 두 개의 풀 뷰들이 존재하는 경우, 크로스토크의 느낄 수 있는 정의는 총 강도에 대한 다른 뷰로부터의 광 사이의 강도 비율이다. 둘 이상이지만 여전히 작은 수의 뷰들(예로서, 9)에 대해, 크로스토크의 상기 정의는 강도 비로서 또한 뷰의 전체 강도에 인접한 뷰들의 기여로 확장될 수 있다. 이것은 두 가지 뷰들이 존재하는 경우, 동일한 정의로 단순화한다.
많은 분할 뷰들에 대해, 이웃 뷰들에 대한 명확한 정의는 존재하지 않는다. 대신에, 뷰 공간은 근사로 연속하는 것으로 고려될 수 있다. 결과적으로, 크로스토크는 각도 강도 프로파일의 모양으로서 더 추상적으로 정의된다: 이러한 프로파일이 더 넓을수록 주파수 응답을 더 좁아지고, 크로스토크는 더 많아진다.
시스템 스펙트럼은 두 개의 스펙트럼들의 곱이다. 도 5의 아래 행은 시스템 각도 응답, 시스템 스펙트럼 및 시스템 전력 스펙트럼을 도시한다.
플롯들의 제 1 열에 대한 x-축은 뷰잉 원뿔 내의 위치를 나타내고, x-축은 정규화된다. 즉, 뷰잉 원뿔 너비는 1이고 뷰잉 원뿔의 중심은 위치 0에 한정된다. 그러므로, 범위 [-0.5, 0.5]는 기본 뷰잉 원뿔에 상응한다. 이것은 x-축을 무차원 양으로 만든다.
스펙트럼 플롯들은 x-축으로 정규화된 주파수를 갖는다. 예를 들어, 뷰잉 원뿔의 좌측 절반은 화이트고 우측 절반은 블랙인 패턴이 뷰잉 원뿔 당 한 번 반복한다. 이것은 주파수 1에 상응한다. 단일 뷰잉 원뿔 내에서 이러한 패턴들(10번 좌 및 10번 우 좌-우-...좌-우)을 10 번 하기 위해, 광의 배턴은 뷰잉 원뿔 당 10번 반복한다. 이것은 주파수 10에 상응한다. 그러므로, x-축은 원뿔 위치들에 적용된 주파수 분석을 나타내도록 고려될 수 있다. 크로스토크으로 인해, 모든 패턴들이 동일하게 보일 수 있는 것은 아니고, 특히 더 높은 주파수들은 감소된다. 전력 스펙트럼 플롯은 얼마나 많은 주파수들이 유지되는지를 도시한다.
도 5에서의 예시로부터, 시스템 크로스토크(FWHM 메트릭)이 구성 요소들의 크로스토크를 초과한다는 것이 분명하다. 시스템 전력 스펙트럼(우측 행)에 대한 절반 전력에서의 너비는 점선들에 의해 나타내어진 바와 같이, 가운데 행에서 아래 행으로 감소되었다. 점선들은 FWHM의 정의에 상응한다.
스트라이프 및 서브-픽셀 너비들이 변화하는 경우, 구성요소들의 크로스토크는 효율적으로 변화하고, 크로스토크의 대부분의 구성요소는 크로스토크 전체에 큰 영향을 미친다.
도 6은 본 발명의 디스플레이 장치의 두 개의 제 1 예시들을 도시한다.
이러한 예시들은 적절한 공간을 갖는 제 1 (기본) 네거티브 렌티큘러 렌즈(렌즈(60)), 투과성 디스플레이 패널(62), 적절한 간격을 갖는 제 2 (보조) 파지티브 렌티큘러 렌즈(렌즈(64)) 및 제한된 애퍼처를 갖는 스트라이프 백라이트(66)를 포함하는 레이어들의 스택을 포함한다. 각 렌티큘러 렌즈는 평행한 렌즈들의 배열을 포함한다. 각 렌티큘러 요소는 길이가 긴 반-원통형 렌즈렛(lenslet)이다.
백라이트 스트라이프들로부터의 광은 제 2 렌즈(64)에 의해 시준되고 기본 렌즈(60)에 의해 팬-아웃된다. 기본 렌즈(60)는 그러므로 함수를 형성하는 뷰를 제공하고 제 2 렌즈(64)는 시준을 제공한다. 충분히 얇은 백라이트 스트라이프들에 대해 대략 선택된 렌즈 파라미터들을 가지고, 이것은 레귤러 3D 렌티큘러 디스플레이와 유사한 뷰들의 투영을 생성한다.
두 개의 렌티큘러 렌즈들(60,64)은 상이한 재료들, 모양 및 피치로 허용된다. 그러나 그들은 바람직하게 동일한 경사 방향을 가져야 하고 뷰잉 원뿔들(α1 및 α2)은 연관되어야 한다. 특히 N이 독립적으로 제 2 렌즈(시준 렌즈(64)의) 당 조절가능한 백라이트 스트라이프들인 경우, 다음 관계를 가져야 한다:
Figure pct00004
제 2 렌티큘러 어레이(64)는 각도(α2)에 걸쳐 백라이트 스트라이프로부터 수신된 광에 대한 시준을 제공하고, 기본 렌티큘러 어레이는 폭(α1)의 뷰잉 원뿔을 제공한다.
이러한 파라미터들 (α1 및 α2)는 명확성을 위해 도 18에 도시된다. 각도 α1 는 렌티큘러 어레이(60)에 의해 결정된 뷰잉 원뿔 각도이다. α2는 백라이트와 제 2 렌티큘러 어레이(64)의 조합에 의해 생성된 두 개의 상이한 시준 방향들 사이의 각도이다.
설계에 영향을 주는 파라미터들은 다음과 같다:
N은 제 2 렌티큘러 요소 당 독립적으로 조절가능한 백라이트 스트라이프들의 수이다. 도 6의 (a)는 N=1인 설계를 도시하고, 도 6의 (b)는 N=2인 설계를 도시한다;
p1은 기본(뷰 확산) 렌티큘러 렌즈 어레이(60)의 렌티큘러 피치이다;
w1는 픽셀(또는 서브-픽셀) 폭이다;
p2는 제 2(시준하는) 렌티큘러 어레이(64)의 피치이다;
w2는 백라이트 스트라이프들의 폭이다.
이것들은 도 6에 도시된다.
도 7은 스트라이프의 애퍼처(a2=w2/p2)가 변하고 다른 모든 것은 동일한 경우, 대역폭이 영향받는 방법을 도시하고, 도 8은 서브 픽셀의 애퍼처(a1=w1/(Np1))가 또한 예로서, 렌티큘러 피치(p1)를 변화시킴으로써 변하는 경우, 대역폭이 영향받는 방법을 도시한다.
도 7 및 도 8은 시스템 FWHM 대역폭 B를 도시한다(y-축으로).
이 파라미터는 무차원이다. 도 5의 좌측 열에서, x-축은 렌즈와 관련된 위치이고 따라서 [-0.5, 0.5] 는 기본 원뿔에 상응한다. 도 5의 가운데 및 오른쪽 열에서, x축은 동일한 공간 내의 주파수들과 상응하고, 그러므로 이는 또한 무차원이다.
B의 값들은 직관적으로 강도 프로파일이 단일 원뿔에 "적합"(fits) 횟수에 근사하는 것으로 고려될 수 있다. 애퍼처 20%를 갖는 직사각형 펄스에 대해, 대역폭은 4.4이다. 애퍼처 40%의 경우, 대역폭은 2.2이다. 도 7에서, 플롯(30)은 백라이트 스트라이프에 대한 반응이고, 플롯(32)은 렌티큘러에 대한 것이고, 플롯(34)는 전반적인 시스템에 대한 것이다.
도 6에 도시된 파라미터들은 다음 공식에 의해 연관될 수 있다:
Figure pct00005
크로스토크를 낮게 유지하기 위해, 두 개의 애퍼처들은 작아야한다. 하나가 다른 하나보다 훨씬 큰 경우, 더 큰 것은 크로스토크를 야기한다. 상기 공식에서 C 값은 이러한 균형을 나타낸다. C를 약 0으로 근사시키는 경우, 백라이트 시스템(스트라이프들)가상으로 시스템에 어떠한 크로스토크도 추가하지 않는다(작은 각도들에 대해). C=1인 경우, 스트라이프들 및 픽셀들 둘 모두는 시스템 크로스토크에 유사하게 기여한다. 실제, 스트라이프들의 폭은 광 출력과 크로스토크 사이에서 균형이다.
C>1에서, 3D 모드에서 더 많은 공간 해상도를 많은 뷰 해상도의 희생 없이 제공하기 때문에, 전면 렌티큘러의 피치는 감소되어야 한다(C 낮추기). 불충분한 광 출력 및 작은 C에 대해, 다시 많은 뷰 해상도의 희생 없이, 스트라이프들은 확장될 수 있다. C<=1로 설정하는 것이 바람직하다. 범위는 0.5 내지 1.0이 될 수 있다.
도 5에서, x-방향에서 이동하는 것은 C의 값을 변화하는 것에 해당한다.
도 9는 크로스토크 효과를 도시하고, 경사가 없는 서브-픽셀, 경사가 1/6인 서브-픽셀 및 경사가 1/3인 서브 픽셀을 도시하기 위해 사용된다. 경사는 수직과 이루어진 각의 탄젠트로서 정의된다. 강도 플롯들은 렌즈 너비 방향을 가로지른 강도를 도시하고, 렌즈 축에 대하여 서브-픽셀 모양의 경사의 결과로 강도 프로파일의 너비가 서브-픽셀 너비보다 더 큼을 알 수 있다.
크로스토크의 표시를 갖기 위해, 분리가능한 뷰들의 수가 고려될 수 있다. 분리가능한 뷰들의 수는 렌티큘러 피치 대 강도 프로파일의 너비의 비율로 주어진다. 듀얼-뷰 설계(두 개의 서브-픽셀들의 렌즈 피치 및 경사 없음)에 대해, 강도 프로파일은 두 개의 분리가능한 뷰들에 해당하는 2:1 비율을 제공하기 위해, 1의 폭을 갖는다. 전형적인 멀티-뷰 설계(상기 예시와 같이 피치 4.5, 경사 1/6)의 경우, 강도 프로파일은 9:2 비율을 제공하기 위해 1의 전체 너비 절반 변조(FWHM)를 갖는다.
디스플레이가 생성할 수 있는 아주 적은 뷰들의 개수는 경사와 렌즈 피치 둘 모두에 의해 결정된다. 분리가능한 뷰들의 개수는 대신에 렌즈 피치((서브) 픽셀 폭의 단위들로 표현된)와 동일하다.
디스플레이는 분할 뷰들의 수로 구동되고, 그러므로 크로스토크는 분할 뷰들의 수 대 분리가능한 뷰들의 수의 비율에 비례한다.
더 많은 분할 뷰들을 생성하는 것이 특정 장점들(예로서, 부드러운 각도 전환 및 밴딩의 감소)을 갖는 반면, 분리가능한 뷰들의 개수는 디스플레이의 깊이 지각에 대해 더 중요하다.
만들어질 수 있는 다양한 균형들이 존재한다는 것이 상술된 것으로부터 명백해질 것이다.
더 작은 원뿔 각도는 투영된 뷰들이 모두 더 작고 서로 더 가깝게 있는 것을 의미한다. 3D 콘텐츠의 렌더링이 적절하게 조정된다고 가정하면, 연속 뷰들의 차이가 더 작고 그러므로 크로스토크의 가시성이 감소된다. 그 결과, 깊이의 지각이 증가한다. 또한, 사용자가 더 작은 뷰잉 원뿔 내에서 이동하는 경우, 이동 시차(motion parallax)는 더 평탄해진다. 더 작은 원뿔의 단점은 일반적으로 그들이 더 두꺼운 렌즈를 요구하고, 사용자는 뷰잉 원뿔 경계들을 가로지르지 않은 채 이동의 자유를 잃는다는 것이다.
뷰들을 함께 더 가깝게 투영하는 또 다른 방법은 전체 뷰잉 원뿔을 동일하게 유지하면서 더 많은 분리가능한 뷰들을 가지는 것에 의한다. 이것은 디스플레이 서브-픽셀 피치에 비해 렌즈 피치 내의 증가를 요구한다. 뷰들의 공간 해상도가 피치에 반대로 의존한다는 것이다. 3D 렌티큘러 디스플레이들의 품질을 개선하는 값 비싼 방법은 더 높은 해상도 디스플레이 패널들을 사용하는 것이다. 일반적인 FHD 디스플레이 패널들은 200만 RGB 픽셀들을 가지고 있지만, 800만 RGB 또는 그 이상을 갖는 패널들(QFHD)이 판매된다.
그러므로 깊이 지각, 이동의 자유, 공간 해상도, 디스플레이 두께 및 패널 가격 사이의 균형이 존재한다.
LCD 패널들이 더 빨라짐에 따라, LCD 패널들은 시간 순차적으로 두 개의 뷰들을 생성함으로써 무안경 입체영상 3D 뷰잉을 허용한다. 뷰들이 공간 및 시간 멀티플렉싱에 의해 생성되는 무안경 입체영상 디스플레이를 생성하기 위하여, 이러한 패널을 사용하는 것을 부추기고 있다. WO 2010/150174에 개시된 이러한 하나의 접근방법은 복굴절 렌즈들을 기초로 한다.
본 발명은 일반 3D 렌티큘러 디스플레이에 비교하여 합리적인 파라미터들을 위해 더 얇은 광학 스택을 갖고, 일부 실시예들에서, 시간 순차적 운영을 허용하여 공간 해상도 및 3D 효과 사이에서 더 많이 적합한 균형을 생성하는 설계를 제공하는 것을 목표로 한다.
위에서 설명한 바와 같이, 제 2 렌티큘러 어레이(64)의 전체 뷰잉 원뿔은 α2와 동일하다. 오직 작은 영역이 렌티큘러 렌즈(스트라이프에 의해) 하에서 조명되는 경우, 광은 α2보다 더 작은 각도를 통해 시준된다.
시준의 각도(α_ stripe)는 대략 다음과 같다.
α_stripe = α2(w2/p2)
여기서 w2는 스트라이프의 너비이고, p2는 제 2 렌티큘러 어레이(64)의 렌즈-피치이다.
제 1 및 제 2 렌즈들의 피치들은 독립적이다. 제 2 렌즈들은 백라이트-스트라이프들로부터의 광의 시준기의 역할을 한다. 그러므로, 제 2 렌즈는 매우 작은 피치를 가질 수 있고 따라서 매우 얇다. 이것은 백라이트 내에서 매우 얇은 스트라이프들을 필요로할 것이다.
N=1인 경우, 디스플레이는 오직 부분적으로 멀티플렉싱되지만, 백라이트의 스트라이프 너비가 디스플레이 패널의 서브-픽셀 피치보다 더 작게 될 수 있기 때문에, 더 얇은 디스플레이를 생성하여 그럼으로써 무게를 줄이는 것이 가능하다. 두 개의 렌즈 피치들 사이에 직접적인 연관이 존재하지 않는다. 대신, 뷰 확산(a1) 및 뷰잉 원뿔(a2) 사이에 연관이 존재한다. 피치를 줄이는 것, 뷰잉 원뿔을 동일하게 유지하는 것은 백라이트를 더 얇게 만든다.
제 2 렌즈의 두께 L2는 다음과 같이 주어진다(일 특정 설계에서):
L2=n2/(n2-n1)R2
R2는 렌즈들의 반경이고 n1과 n2는 두 개의 렌즈 레이어들의 굴절률들이다.
반경 R은 생성될 뷰잉 원뿔(α2)에 의해 결정된다. p2/R2<<1인 경우, R은 대략 다음과 동일하다:
R2=p2(n2-n1)/α2
p2는 제 2 렌즈 어레이의 렌티큘러 피치이다.
피치 (p2)는 최종적으로 뷰들의 총 양에 의존하여 N_total=N_front*N 및 백라이트 스트라이프들의 너비 (w2)를 생성한다.
더 높은 N의 경우, 디스플레이는 공간적으로 그리고 시간적으로 디스플레이 패널 및 백라이트 둘 모두로서 멀티플렉싱되어 뷰들을 생성한다.
N>1인 값들의 효과는 도 10에 나타난다.
도 10은 듀얼 위상 시간-순차적 디스플레이에 대한 뷰 방향들을 도시한다. 시준 렌즈는 백라이트의 표면에 있고, 제 2 렌즈 당 두 개의 백라이트 스트라이프들(N=2)을 갖는다. 백라이트를 제 2 렌티큘러 어레이(64)의 각 렌즈 아래에 다수의 스트라이프들로 분할함으로써, 시간 순차적 동작이 가능하다. N=2인 경우, 두 개의 서브-프레임들이 존재한다. 좌측 이미지는 홀수 서브프레임들을 도시하고 우측 이미지는 짝수 서브프레임들을 도시한다.
홀수 서브프레임들 동안, 제 2 렌즈(64)와 결합한 스트라이프 백라이트는 렌즈 배열에 도달한 광으로 하여금 화살표(70)에 의해 도시된 방향으로 시준되도록 한다. 기본 렌즈(60)는 그러므로 1a 내지 1c 뷰들의 세트를 생성한다.
짝수 서브프레임들 동안, 제 2 렌즈(64)와 결합한 스트라이프 백라이트는 렌즈 배열에 도달한 광으로 하여금 화살표(72)에 의해 도시된 방향과 상이한 방향으로 시준하도록 된다. 기본 렌즈(60)는 그러므로 2a 내지 2c 뷰들의 세트를 생성한다.
뷰들의 각 세트는 뷰잉 원뿔의 절반이 되도록 고려될 수 있고 뷰잉 원뿔은 시간 순차적으로 구동된다.
주된 렌티큘러 렌즈(60)는 바람직하게 네거티브(즉, 그것은 평행 빔을 확산)한 반면, 제 2 렌티큘러 렌즈(64)는 파지티브(즉, 그것은 평행 빔을 접속한다)하다. 주된 렌티큘러 렌즈(60)가 파지티브한 경우, 결국 빔이 오목 렌즈와 같이 유사한 방식으로 확산되기 위해 초점은 뷰어의 앞에 위치해야 한다(즉, 초점은 디스플레이와 뷰어의 사이에 있다). 최고의 광학 성능은 렌즈 경계들에서의 굴절률 차이가 공기-유리 또는 공기-플라스틱 계면에서 보다 더 적어지도록 조절될 수 있게 하기 위해 렌티큘러 렌즈들이 복제를 가지는 경우 얻어진다.
백라이트를 구현하는 적절한 방법은 다음과 같다:
OLED 스트라이프들;
특별히 패터닝된 도파관,
OLED 디스플레이 및/또는 LED 백라이트를 갖는 LCD가 될 수 있는 디스플레이 패널.
본 발명은 크로스토크와 광 출력 사이의 균형을 가능하게 한다. 크로스토크를 낮게 유지하기 위해, 백라이트 스트라이프들의 애퍼처는 작게 유지되어야 한다. 생산 방법들로 인한 실제 더 낮은 애퍼처 제한이 또한 존재하고, 이는 OLED 및 유사한 도파관들에 대해 10μm의 정도가 된다.
크로스토크는 이제 분석될 것이다.
시준된 광이 네거티브 프론트 렌즈(60)를 통해 광나는 경우, 이것은 각도 α1에 의해 패닝된다(fanned). 시준된 광원에 대해, 도 8에 도시된 강도 프로파일은 서브-픽셀들 및 기본 렌즈의 시준에 의해 생성될 것이다. 도 8의 x-축은 단위 픽셀들을 갖지만, 작은 각도들에 대해 서브-픽셀 차원은 각도와 연관될 수 있고, 하나의 원뿔은 하나의 렌즈 피치 거리 (p1)과 오프닝 각도 (α1) 둘 모두에 상응한다. 렌즈를 가로지른 서브-픽셀 거리와 각도 사이의 등가는 도 11에 도시된다.
백 렌즈(64)를 통해 투과된 광은 오직 부분적으로 시준된다. 이것은 역시 도 11에 도시된 강도 프로파일을 가진다. 그 결과, 시스템의 강도 프로파일(하나의 서브-픽셀 및 하나의 스트라이프)는 도 12에 나타내어진 바와 같이 두 개의 프로파일들의 원형 컨볼루션이고, 이것은 앞 및 뒤 강도 프로파일들의 원형 컨볼루션을 도시하고, 광학들에 의해 야기된 크로스토크를 배제한다. 두 개의 파지티브 형상들의 원형 컨볼루션은 항상 두 개의 입력들보다 더 넓고, 이것은 도 11에 도시될 수 있다.
백라이트 스트라이프들과 백 렌즈(64)의 결합의 강도 프로파일은 충분한 광을 생성하기 위해 요구되는 특정 두께를 갖는 스트라이프들로부터 기인한다. 픽셀들과 마찬가지로, 하나의 원뿔이 하나의 피치 거리 (p=p2) 및 오프닝 각도 (α=α2) 둘 모두와 상응하기 때문에, 스트라이프의 두께는 하나의 각도에 연관될 수 있다.
도 13 및 도 14는 N=1(도 10)이고, N=2(도 11)인 경우 발생하는 것을 도시한다.
도 13은 N=1인 경우 강도 프로파일들의 원형 컨볼루션을 도시한다. 도 10의 (a)는 전면 디스플레이 상의 다섯 개의 뷰들(a...e)의 각도 크로스토크 프로파일을 도시한다. 도 10의 (b)는 스트라이프 백라이트와 결합된 제 2 렌즈로부터 단일 뷰의 각도 크로스토크 프로파일을 도시한다. 이러한 프로파일들의 원형 컨볼루션은 시스템 뷰들(1a...1e)의 각도 크로스토크 프로파일을 도시하는 도 13의 (c)에 도시된다. 프로파일 형상들이 단순화된다.
도 14는 N=2인 경우 강도 프로파일들의 원형 컨볼루션을 도시한다. 도 14의 (a)는 전면 디스플레이 사이에서 다섯 개의 뷰들(a...e)의 각도 크로스토크 프로파일을 도시한다. 도 14의 (b)는 제 2 렌즈 및 스트라이프 백라이트(즉, 스트라이프 백라이트로부터의 두 개의 상이한 출력들)에 의해 생성된 두 개의 뷰들의 각도 크로스토크 프로파일(1,2)을 도시한다. 이러한 프로파일들의 원형 컨볼루션은 시스템 뷰들(1a...1e, 2a...2e)의 각도 크로스토크 프로파일을 도시한 도 14의 (c)에 도시된다. 프로파일 형상들은 다시 단순화된다.
동일한 전반적인 강도 프로파일을 가지기 위해, 렌즈 피치(p2)에 대한 스트라이프들의 두께는 N이 배가 되는 경우 2등분 되어야 한다.
도 15는 N=2인 경우 시간-순차적 동작을 설명하기 위해 사용된다.
도 15의 (a)는 서브 프레임 (t=t1)에 대한의 제 2 렌즈와 함께 스트라이프 백라이트로부터의 출력을 도시한다. 도 15의 (b)는 서브 프레임 (t=t1)에 대한 디스플레이에 대한 디스플레이 강도 프로파일들을 도시한다. 도 15의 (c)는 서브 프레임 (t=t2)에 대한 제 2 렌즈와 함께 스트라이프 백라이트로부터의 출력을 도시하고, 도 15의 (d)는 서브 프레임 (t=t2)에 대한 디스플레이 강도 프로파일들을 도시한다.
N=2인 경우, 동일한 스트라이프 피치와 제 2 렌즈 피치, 스트라이프는 서브-픽셀의 절 반 너비가 되어서 크로스토크의 동일한 레벨을 가져야 한다.
이러한 결과는 일반화될 수 있다. w1가 서브-픽셀의 너비이고, w2가 백라이트 스트라이프의 너비인 경우, 다음과 같이 스트라이프의 레퍼런스 "등가" 크기로 결정된다:
Figure pct00006
p1과 p2는 각각 기본 및 제 2 렌티큘러 렌즈 어레이의 렌티큘러 피치이어서, w1/p1은 기본 렌티큘러 렌즈에 대한 서브-픽셀의 너비이고, Nw2/p2는 백라이트 출력 스트라이프들에 의해 점유된 백라이트 너비의 비율이다.
더 일반적으로, 크로스토크의 양은 파라미터 C를 포함함으로써 예측될 수 있다:
Figure pct00007
이것은 상기에 설명된 방정식이다.
C=1인 경우, 시스템은 유사한 파라미터들을 갖는 일반적인 디스플레이에 비교하여 조금 더 많은 크로스토크를 갖는다. 1보다 상당히 큰 C를 갖는 것은 쓸모 없는 것 같다. 원칙적으로, C는 크로스토크를 피하기 위해 가능한 작아야 하지만, 충분한 빛 출력을 보장할 만큼 충분히 커야한다. C=1/2인 경우, 광학 크로스토크는 이미 지배적일 수 있다.
그러므로, 파라미터 C는 바람직하게 0.5<=C<=1의 범위이다.
더 작은 스트라이프 폭은 더 예리한 크로스토크 프로파일을 제공하고, 이는 차례로 피치를 줄이는 것을 허용한다. 디스플레이는 백라이트 스트라이프들의 너비가 디스플레이 패널의 서브-픽셀 피치보다 더 작도록 이루어질 수 있기 때문에 더 얇게 만들어질 수 있다. 이것은 스트라이프 백라이트의 생성이 전형적으로 디스플레이 패널의 생성보다 더 쉽기 때문에 일반적인 상황이다. OLED 백라이트는 예를 들어 LCD 패널보다 더 적은 레이어들을 가질 것이다.
더 얇은 디스플레이는 스트라이프들의 애퍼처가 서브-픽셀 피치의 절반(허용 가능한 크로스토크)보다 더 적은 경우, 바람직하게 서브-픽셀 피치의 1/4보다 더 작은 경우(작은 크로스토크), 가능하다. 이것은 큰 픽셀 피치를 갖고, 렌티큘러 시트의 두께가 이 디스플레이를 무겁게 만드는, TV의 디스플레이들과 같이 더 큰 디스플레이들에 대해 성취할 수 있고 이로울 수 있다.
백라이트에 대해 가능한 설계들은 N>=2를 갖는 OLED 또는 LED 백라이트를 기초로 하여 이제 설명될 것이다. OLED 백라이트는 전형적으로 풀 OLED 디스플레이보다 전형적으로 더 간단할 것이다. LED 백라이트와 같은 대안들에 대해서도 마찬가지이다.
도 16은 듀얼 위상(N=2) OLED 백라이트에 대한 하나의 가능한 전극 구조를 도시한다.
백라이트 스트라이프들은 두 개의 교류 세트들로 배치된다. 백라이트 내의 스트라이프들은 경사진다. 백라이트의 경사 각들이 렌티큘러 렌즈의 경사각에 일치하도록, 스트라이프들은 렌즈 광학 축들에 평행하다.
도 17은 더 많이 세분화된 스트라이프들을 갖는 진보된 OLED 또는 LED를 도시한다. 시간 순차적 동작으로 인해 플리커를 감소하는 것뿐만 아니라 더 많은 스트라이프들을 갖도록 뷰잉 거리 수정을 감안하는 것이 유익하다. 이 경우, 스트라이프들의 오직 제한된 수가 동작 중에 사용될 것이다. 이러한 백라이트가 도 17에 도시된다. 이 경우, 스트라이프들은 독립적으로 주소지정가능하다. 도시된 바와 같이, 각 스트라이프는 섹션들로 세분화될 수 있다.
N=1인 시스템의 경우(즉 비 시간 시퀀싱), 어떠한 전극 구조도 필요하지 않으며, 오직 단일 공통 전극만 필요하다. N-=1의 경우, 백라이트는 스트라이프들을 갖는 도파관을 사용하여 형성될 수 있다(또는 스트라이프를 형성하는 점들).
도면들의 연구, 명세, 및 첨부된 청구항들로부터 청구 발명을 실시하는데 있어서 개시된 실시예들에 대한 다른 변형들이 당업자에 의해 이해되고 이루어질 것이다. 청구항들에서, 단어 포함하는("comprising")은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고 단수 요소들은 복수요소를 배제하지 않는다. 특정 조치들이 서로 다른 종속항에 인용되어 있다는 단순한 사실은 이들 측정들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구항의 모든 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (12)

  1. 무안경 입체영상 디스플레이 장치로서:
    백라이트(66);
    픽셀들의 행들과 열들을 포함하는 디스플레이 패널(62); 및
    렌티큘러 장치(60,64)를 포함하는 무안경 입체영상이 장치에 있어서,
    상기 백라이트(66)는 열 방향으로 스트라이프들 또는 열 방향에 대한 예각에 의한 오프셋을 포함하는 스트라이프 출력을 제공하고,
    상기 렌티큘러 장치는 상이한 디스플레이 패널 픽셀 출력들을 상이한 방향들로 향하게 하기 위해 상기 디스플레이 출력을 향하는 디스플레이 패널(62)의 측 상에 제 1 렌티큘러 렌즈 어레이(60) 및 상기 스트라이프 백라이트 출력의 시준을 제공하기 위해 상기 백라이트(66)를 향하는 상기 디스플레이 패널(62)의 반대편 상에 제 2 렌티큘러 렌즈 어레이(64)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌티큘러 장치(60)는 네거티브인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 렌티큘러 장치(64)는 파지티브인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Figure pct00008

    α1은 상기 제 1 렌티큘러 어레이의 상기 렌즈들로부터의 광의 상기 각도 확산이고, α2는 시준된 출력을 제공하기 위한 상기 제 2 렌티큘러 어레이의 상기 렌즈들에 대한 광의 뷰잉 원뿔의 상기 각도이고, N은 양의 정수인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    Figure pct00009

    w1은 상기 디스플레이 패널(62)의 서브-픽셀의 너비이고, p1은 상기 디스플레이 패널 픽셀 피치이고, w2는 백라이트 스트라이프의 너비이고 p2는 상기 백라이트 스트라이프 피치이고, C는 1.0 이하인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    C는 0.5 내지 1.0 범위 내에 있는, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  7. 제 4 항, 제 5 항 또는 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    N=1인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  8. 제 4 항, 제 5 항 또는 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    N>1인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  9. 제 8 항에 있어서
    N=2인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    N 서브프레임들의 시퀀스에서 상기 디스플레이 패널을 구동하도록 적응된 콘트롤러를 더 포함하고, 각 서브프레임은 백라이트 스트라이프들의 각각의 세트에 의한 조명과 동기화되는, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 백라이트 스트라이프들은 상기 디스플레이 열 방향에 관하여 경사지는, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 렌티큘러 렌즈 배열들(60,64)은 상기 디스플레이 열 방향에 관하여 경사진 상기 렌즈 축들을 갖고, 렌즈 축들과 상기 백라이트 스트라이프들은 평행인, 무안경 입체영상 디스플레이 장치.
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