KR20180089568A - 다중 뷰 3d 손목시계 - Google Patents

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Abstract

다중 뷰 3D 손목시계가 개시된다. 손목시계는 시간을 결정하는 클럭 회로 및 복수의 입력 평면 광빔을 발생하기 위한 복수의 광원을 갖는다. 복수의 지향성 픽셀을 가진 지향성 백플레인은 복수의 입력 평면 광빔을 복수의 지향성 광빔으로 산란시키며, 각 지향성 광빔은 복수의 지향성 픽셀들 내 지향성 픽셀의 특징들에 의해 제어되는 방향 및 각도퍼짐을 갖는다. 셔터층은 클럭 회로로부터 시간을 수신하고 복수의 지향성 광빔을 변조하여 3D 시간 뷰를 발생한다.

Description

다중 뷰 3D 손목시계{MULTIVIEW 3D WRIST WATCH}
관련출원에 대한 상호참조
이 출원은 2012년 4월 27일에 출원된 "Directional Pixel for Use in a Display Screen" 명칭의 PCT 특허 출원번호 PCT/US2012/035573(Attorney Docket No. 82963238), 2012년 5월 31일에 출원된 "Directional Backlight" 명칭의 PCT 특허 출원번호 PCT/US2012/040305(Attorney Docket No. 83011348), 2012년 5월 31일에 출원된 "Directional Backlight" 명칭의 PCT 특허 출원번호 PCT US2012/040305 (Attorney Docket No. 8301 1348), 2012년 6월 1일에 출원된 "Directional Backlight with A Modulation Layer" 명칭의 PCT/US2012/040607(Attomey Docket No. 82963242), 및 2012년 9월 28일에 출원된 "Directional Waveguide-Based Backlight with Integrated Hybrid Lasers for Use in a Multiview Display Screen" 명칭의 PCT/US2012/058026(Attorney Docket No. 82963246)에 관계된 것이며 이들은 본원의 양수인에 양도된 것이며 참조로 본원에 포함시킨다.
손목시계는 수 십년 동안 인류문화 및 복장의 일부였으며 1920년대에 처음으로 인기를 얻게 되었다. 처음 몇몇 모델은 단순히 전쟁 기간 동안 필요에 의해 줄에 의해 소지된 회중 시계이었다. 군인들은 전투 도중에 이들의 주머니에서 시계를 꺼내는 것은 비현실적임을 알았고 손목시계에 더 자주 의존하기 시작하였다. 손목시계가 인기를 얻게 됨에 따라 이들의 설계는 시간이 지남에 따라 개선되고 발전하였다. 초기 설계는 완전히 기계식이었다. 다음 세대 모델은 석영 발진기를 사용한 전자식 메커니즘을 채용하였다. 디지털 시계는 1970년대에 물품이 되었으며, 그 이후로, 계산기 시계, 방수 시계, 카메라 시계, GPS 시계, 등을 포함하여, 소비자 요구를 증가시키기 위해 다양한 모델이 출현하였다. 현재 유행 경향은 손목시계가 얼마간 기반을 잃은 후에 명성을 스마트 전화 및 이외 다른 장치로 되찾고 있음을 보여준다.
본원은 동일 구성요소에 동일 참조부호를 사용한 동반된 도면에 관련하여 취해진 다음 상세한 설명에 관련하여 더 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 여러 예에 따라 설계된 손목시계의 개요도이다.
도 2는 여러 예에 따라 지향성 백플레인을 가진 손목시계의 개요도이다.
도 3a ~ 도 3b는 도 2에 따라 지향성 백플레인의 예시적 평면도이다.
도 4a ~ 도 4b는 도 2에 따라 지향성 백플레인의 다른 예시적 평면도이다.
도 5는 3각형 형상을 가진 도 2의 예시적 지향성 백플레인을 도시한 것이다.
도 6은 6각형 형상을 가진 도 2의 예시적 지향성 백플레인을 도시한 것이다.
도 7은 원형 형상을 가진 도 2의 예시적 지향성 백플레인을 도시한 것이다.
도 8은 본원에 따른 다중 뷰 3D 손목시계로 3D 시간 뷰를 발생하기 위한 흐름도이다.
다중 뷰 3D 손목시계가 개시된다. 다중 뷰 3D 손목시계는 사용자가 시간을 마치 공간 내 떠있는 것처럼 볼 수 있게 3D로 시간을 표시할 수 있다. 손목시계는 광 필드 지향성 광빔 형태로 제공하기 위해 사용되는 고유한 지향성 백플레인을 채용한다. 지향성 광빔은 지향성 백플레인 내 복수의 지향성 픽셀에 의해 산란된다. 각 지향성 광빔은 상이한 지향성 픽셀로부터 나오며, 지향성 픽셀의 특징들에 기초하여 주어진 방향 및 각도퍼짐(angular spread)을 갖는다. 이 겨누어진 지향성은 지향성 빔이 복수의 변조기를 사용하여 변조(즉, 밝기가 턴 온되거나, 턴 오프되거나, 변화되는)될 수 있게 하여 서로 다른 3D 시간 뷰들을 발생한다.
여러 예에서, 지향성 픽셀은 복수의 입력 평면 광빔에 의해 조명되는 지향성 백플레인 내에 배열된다. 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔을 수신하고 이들의 부분을 지향성 광빔으로 산란시킨다. 요망되는 되는 바에 따라 지향성 광빔을 변조하기 위해 지향성 픽셀 위에 셔터층이 놓여진다. 셔터층은 능동 매트릭스 어드레싱을 사용하는 복수의 변조기(예를 들면, 액정 디스플레이("LCD") 셀, MEMS, 유체, 자기, 전기영동, 등)를 포함할 수 있고, 각 변조기는 단일 지향성 픽셀로부터 단일 지향성 광빔 또는 한 세트의 지향성 픽셀로부터 한 세트의 지향성 광빔을 변조한다. 셔터층은 3D 시간 뷰들이 발생될 수 있게 하며, 각 뷰는 한 세트의 지향성 광빔에 의해 제공된다. 3D 시간 뷰들은 요망되는 바에 따라 단일 색 또는 복수의 색일 수 있다.
여러 예에서, 지향성 백플레인 내 지향성 픽셀은 지향성 백플레인 내에 혹은 이 위에 배열된 실질적으로 평행한 홈의 패터닝된 격자를 갖는다. 지향성 백플레인은 예를 들면, 무엇보다도, 실리콘 질화물("SiN"), 유리 또는 석영, 플라스틱, 인듐 주석 산화물("ITO")과 같은 입력 평면 광빔을 지향성 픽셀로 안내하는 투명한 물질의 슬랩(slab)일 수 있다. 패터닝된 격자는 지향성 백플레인 내 직접 에칭된 홈, 혹은 지향성 백플레인 상에 피착된 물질(예를 들면, 임의의 유전체 혹은 금속을 포함하여, 피착되고 에칭되거나 혹은 리프트-오프될 수 있는 임의의 물질)로 만들어진 홈들로 구성될 수 있다. 홈은 경사질 수도 있다.
이하 여기에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 각 지향성 픽셀은 격자 길이(즉, 입력 평면 광빔의 전파 축선을 따른 치수), 격자 폭(즉, 입력 평면 광빔의 전파 축선을 가로지른 치수), 홈 방위, 피치, 및 듀티 사이클에 의해 특정될 수 있다. 각 지향성 픽셀은 홈 방위 및 격자 피치에 의해 결정되는 방향, 및 격자 길이 및 폭에 의해 결정되는 각도퍼짐을 가진 지향성 광빔을 방출할 수 있다. 50% 또는 대략 50%의 듀티 사이클을 사용함으로써, 패터닝된 격자의 2차 푸리에 계수는 없어지고 그럼으로써 추가의 원하지 않는 방향들로 광의 산란을 방지한다. 이것은 한 지향성 광빔만이 자신의 출력 각도에 관계없이 각 지향성 픽셀로부터 나타날 수 있게 한다.
이하 여기에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 지향성 백플레인은 주어진 3D 시간 뷰를 생성하기 위해 선택되는 어떤 격자 길이, 격자 폭, 홈 방위, 피치 및 듀티 사이클을 갖는 지향성 픽셀을 갖게 설계될 수 있다. 3D 시간 뷰는 지향성 픽셀에 의해 방출되고 셔터층에 의해 변조되는 지향성 광빔으로부터 발생되며, 한 세트의 지향성 픽셀로부터 변조된 지향성 광빔은 주어진 시간 뷰를 발생한다.
다음 설명에서 실시예의 철저한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적 상세가 개시됨을 알 것이다. 그러나, 실시예는 이들 구체적 상세로의 한정없이 실시될 수도 있음을 알 것이다. 다른 경우에 있어서, 공지된 방법 및 구조는 실시예의 설명을 불필요하게 모호해지게 하는 것을 피하기 위해 상세히 기술되지 않을 수도 다. 또한, 실시예는 서로 조합하여 사용될 수도 있다.
이제 도 1을 참조하여, 여러 예에 따라 설계된 손목시계의 개요도가 설명된다. 손목시계(100)는 디스플레이 둘레에 숫자들이 배치된 원형-유사 디스플레이 내에 시간을 표시하는 다중 뷰 3D 시계이다. 손목시계(105)는 시간을 나타내는 자리수를 가진 사각형-유사 디스플레이 내에 시간을 표시하는 다중 뷰 3D 시계이다. 두 손목시계(100, 105)는 사용자가 시간을 마치 공간 내 떠있는 것처럼 볼 수 있게 3D 시간 뷰들로 시간을 보여준다. 사용자의 눈의 위치에 따라 사용자에 의해 상이한 시간 뷰가 인지될 수 있는데, 즉, 사용자는 시간을 자연스럽고 실제적으로 보게 되어 거의 두뇌는 실세계에서 3D로 시각 정보를 인지한다.
손목시계(100, 105)에서 보여지는 시간 뷰는 요망되는 바에 따라 단일 또는 복수의 색을 가질 수 있음을 알 것이다. 또한, 3D 시간 뷰는 상이한 형상들을 가질 수 있고, 상이한 효과들을 가질 수 있고, 시간 외에 다른 상(imagery)을 포함할 수도 있음을 알 것이다. 예를 들면, 3D 시간 뷰는 음영이 있거나, 윤곽이 있거나, 패턴이 있거나, 등등일 수 있다. 손목시계 디스플레이는 사각형이거나, 원형이거나, 다각형이거나, 혹은 손목시계용으로 설계될 수 있는 그외 어떤 다른 형상일 수 있다. 시간 뷰는 손목시계용 로고, 배경 화상, 및 표시되는 시간을 보충하는 그외 다른 화상들을 포함할 수도 있다. 이하 기술되는 바와 같이, 3D 시간 뷰는 3D 시간 뷰에 표시될 시간(예를 들면, 8: 13 am, 10:34 pm, 등)에 따라 셔터층에 의해 변조되는 지향성 광빔을 발생할 수 있는 고유 지향성 백플레인으로 발생된다.
이제 도 2를 참조하여, 여러 예에 따라 지향성 백플레인을 가진 손목시계의 개요도가 설명된다. 손목시계(200)는 복수의 광원으로부터 한 세트의 입력 평면 광빔(210)을 수신하는 지향성 백플레인(205)을 포함한다. 복수의 광원은 예를 들면, 발광 다이오드("LEDs"), 레이저(예를 들면 하이브리드 레이저), 혹은 손목시계에서 조명을 제공하기 위해 사용되는 그외 어떤 다른 광원과 같은, 대략 30nm 이하의 스펙트럼 대역폭을 가진 하나 이상의 협-대역폭 광원을 포함할 수 있다. 입력 평면 광빔(210)은 지향성 백플레인(205)과 실질적으로 동일한, 실질적으로 평면이 되게 설계된 평면 내에서 전파한다.
지향성 백플레인(205)은 지향성 백플레인(205) 내에 혹은 이 위에 배열된 복수의 지향성 픽셀(215a ~ 215d)을 갖는 투명한 물질 슬랩(예를 들면, SiN, 유리 또는 석영, 플라스틱, ITO, 등)으로 구성될 수 있다. 지향성 픽셀(215a ~ 215d)은 입력 평면 광빔(210)의 부분을 지향성 광빔(220a ~ 220d)으로 산란시킨다. 여러 예에서, 각 지향성 픽셀(215a ~ 215d)은 실질적으로 평행한 홈, 예를 들면, 지향성 픽셀(215a)을 위한 홈(225a)의 패터닝된 격자를 갖는다. 격자 홈의 두께는 모든 홈에 대해 실질적으로 동일하여 실질적으로 평면 설계가 되게 할 수 있다. 홈은 지향성 백플레인 내에 에칭되거나, 지향성 백플레인(205)(예를 들면, 임의의 유전체 또는 금속을 포함하여, 피착되고 에칭되거나 리프트-오프될 수 있는 임의의 물질) 상에 피착되는 물질로 만들어질 수 있다.
각 지향성 광빔(220a ~ 220d)은 대응하는 지향성 픽셀(215a ~ 215d)을 형성하는 패터닝된 격자에 의해 결정되는 주어진 방향 및 각도퍼짐을 갖는다. 특히, 각 지향성 광빔(220a ~ 220d)의 방향은 패터닝된 격자의 방위 및 격자 피치에 의해 결정된다. 그러면, 각 지향성 광빔의 각도퍼짐은 패터닝된 격자의 격자 길이 및 폭에 의해 결정된다. 그러면, 지향성 광빔의 각도퍼짐은 패터닝된 격자 길이 및 피치에 의해 결정된다. 예를 들면, 지향성 광빔(215a)의 방향은 패터닝된 격자(225a)의 방위 및 격자 피치에 의해 결정된다.
이 실질적으로 평면 설계 및 입사 평면 광빔(210)으로부터 지향성 광빔(220a ~ 220d)의 형성은 통상적인 회절 격자보다 실질적으로 더 작은 피치를 가진 격자를 요구함을 알 것이다. 예를 들면, 통상적인 회절 격자는 격자의 평면에 실질적으로 가로질러 전파하는 광빔이 조명될 때 광을 산란한다. 여기에서, 각 지향성 픽셀(215a ~ 215d) 내 격자는 지향성 광빔(220a ~ 220d)을 발생할 때 입사 평면 광빔(210)과 실질적으로 동일한 평면 상에 있다.
지향성 광빔(220a ~ 220d)은 격자 길이(L), 격자 폭(W), 홈 방위(θ) 및 격자 피치(Λ)를 포함한 지향성 픽셀(215a ~ 215d) 내 격자의 특징들에 의해 정밀하게 제어된다. 특히, 격자(225a)의 격자 길이(L)는 입력 광 전파 축선을 따른 지향성 광빔(220a)의 각도퍼짐(ΔΘ)을 제어하며, 격자 폭(W)은 다음과 같이, 입력 광 전파 축선을 가로지르는 지향성 광빔(220a)의 각도퍼짐(ΔΘ)을 제어한다;
Figure pat00001
(식 1)　
여기에서, λ는 지향성 광빔(220a)의 파장이다. 격자 방위각(θ)에 의해 특정되는 홈 방위, 및 Λ에 의해 특정되는 격자 피치 또는 주기는 지향성 광빔(220a)의 방향을 제어한다.
격자 길이(L) 및 격자 폭(W)은 0.1 내지 200㎛의 범위 내에서 크기가 다양할 수 있다. 예를 들면, 홈 방위각(θ)은 -40 내지 +40도 정도이고 격자 피치(Λ)는 200 ~ 700nm 정도로 하여, 홈 방위각(θ) 및 격자 피치(Λ)는 지향성 광빔(220a)의 요망되는 방향을 만족시키게 설정될 수 있다.
여러 예에서, 셔터층(230)(예를 들면, LCD 셀)은 지향성 픽셀(215a ~ 215d)에 의해 산란되는 지향성 광빔(220a ~ 220d)을 변조하기 위해 지향성 픽셀(215a ~ 215d) 위에 위치된다. 지향성 광빔(220a ~ 220d)의 변조는 이들의 밝기를 변조기(예를 들면, 이들을 턴 온하거나, 턴 오프하거나, 이들의 밝기를 변환시키는)로 제어하는 것을 수반한다. 예를 들면, 셔터층(230) 내 변조기는 지향성 광빔(220a, 220d)을 턴 온하고 지향성 광빔(220b, 220c)을 턴 오프하기 위해 사용될 수 있다.
지향성 광빔(220a ~ 220d)에 대한 변조를 제공하는 능력은 시간 뷰(240)와 같은 많은 서로 다른 3D 시간 뷰들이 발생될 수 있게 한다. 변조기는, 손목시계(200)에 표시될 시간을 결정하고 따라서 시계(200)에 표시될 시간(예를 들면, 03:07 am)에 대응하는 시간 뷰(240)를 생성하기 위해 어느 지향성 광빔(220a ~ 220d)이 턴 온되거나 오프될지를 결정하는 클럭 회로(245)에 의해 제어된다.
셔터층(230)은 물질로 만들어지거나 단순히 지향성 픽셀(215a ~ 215d)과 셔터층(230) 내 변조기 사이에 간격(즉, 공기)으로 구성될 수 있는 스페이서 층(235) 위에 놓여질 수 있다. 스페이서 층(235)은 예를 들면 0 ~ 100㎛ 정도의 폭을 가질 수 있다.
단지 예시 목적을 위해서 4개의 지향성 픽셀(215a ~ 215d)을 가진 지향성 백플레인(205)이 도시된 것을 알 것이다. 여러 예에 따라 지향성 백플레인은 지향성 백플레인이 어떻게 사용되는가에 따라(예를 들면, 3D 디스플레이 스크린에서, 3D 시계에서, 모바일 장치에서, 등등에서), 많은 지향성 픽셀(예를 들면, 100보다 많은)을 갖게 설계될 수 있다. 또한, 지향성 픽셀은 예를 들면, 원형, 타원형, 다각형, 또는 이외 다른 기하학적 형상을 포함한 임의의 형상을 가질 수 있음을 알 것이다.
도 2에 따른 지향성 백라이트의 평면도를 도시한 도 3a ~ 도 3b를 참조한다. 도 3a에서, 투명 슬랩으로 배열된 복수의 다각형 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(310))로 구성된 지향성 백플레인(305)을 갖는 손목시계(300)가 도시되었다. 각 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔(315)의 부분을 출력 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 광빔(320))으로 산란시킬 수 있다. 각 지향성 광빔은 변조기, 예를 들면, 지향성 광빔(320)에 대한 LCD 셀(325)에 의해 변조된다. 지향성 백플레인(305) 내 모든 지향성 픽셀에 의해 산란되어 변조기(예를 들면, LCD 셀(325))에 의해 변조된 지향성 광빔은 조합되었을 때 3D 시간 뷰(360)를 형성하는 다중 이미지 뷰를 나타낼 수 있다.
유사하게, 도 3b에서, 투명 슬랩으로 배열된 복수의 원형 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(340))로 구성된 지향성 백플레인(335)을 가진 지향성 백라이트(330)가 도시되었다. 각 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔(345)의 부분을 출력 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 광빔(350))으로 산란시킬 수 있다. 각 지향성 광빔은 변조기, 예를 들면, 지향성 광빔(350)에 대한 LCD 셀(325)에 의해 변조된다. 지향성 백플레인(335) 내 모든 지향성 픽셀에 의해 산란되어 변조기(예를 들면, LCD 셀(355))에 의해 변조된 지향성 광빔은 조합되었을 때 3D 시간 뷰(365)를 형성하는 다중 이미지 뷰를 나타낼 수 있다.
여러 실시예에서, 한 세트의 지향성 픽셀로부터 한 세트의 지향성 광빔을 변조하기 위해 단일의 변조기가 사용될 수도 있다. 즉, 도 3a ~ 도 3b에 도시된 바와 같이, 지향성 픽셀당 단일 변조기를 갖는 대신에 한 세트의 지향성 픽셀 위에 한 주어진 변조기가 놓여질 수도 있다.
이제 도 4a ~ 도 4b를 참조하여, 도 4에 따른 지향성 백라이트의 평면도가 설명된다. 도 4a에서, 투명 슬랩으로 배열된 복수의 다각형 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(410a))로 구성된 지향성 백플레인(405)을 갖는 손목시계(400)가 도시되었다. 각 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔(415)의 부분을 출력 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 광빔(420a))으로 산란시킬 수 있다. 한 세트의 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 픽셀(410a ~ 410d)에 의해 산란되는 지향성 광빔(420a ~ 420d))은 변조기(예를 들면, 지향성 광빔(420a ~ 420d)을 변조하기 위한 LCD 셀(425a)에 의해 변조된다. 예를 들면, LCD 셀(425a)은 지향성 픽셀(410a ~ 410d)을 턴 온 하기 위해 사용되고 반면 LCD 셀(425d)은 지향성 픽셀(430a ~ 430d)을 턴 오프하기 위해 사용된다. 지향성 백플레인(405) 내 모든 지향성 픽셀에 의해 산란되어 LCD 셀(425a ~ 425d)에 의해 변조된 지향성 광빔은 조합되었을 때 3D 시간 뷰(475)를 형성하는 다중 뷰를 나타낼 수 있다.
유사하게, 도 4b에서, 투명 슬랩으로 배열된 복수의 원형 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(450a))로 구성된 지향성 백플레인(445)을 갖는 지향성 백라이트(340)가 도시되었다. 각 지향성 픽셀은 입력 평면 광빔(455)의 부분을 출력 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 광빔(360a))으로 산란시킬 수 있다. 한 세트의 지향성 광빔(예를 들면, 지향성 픽셀(450a ~ 450d)에 의해 산란된 지향성 광빔(460a ~ 460d))은 변조기(예를 들면, 지향성 광빔(460a ~ 460d)을 변조하기 위한 변조기(예를 들면, LCD 셀(470a))에 의해 변조된다. 예를 들면, LCD 셀(470a)은 지향성 픽셀(450a ~ 450d)을 턴 온하기 위해 사용되고 반면 LCD 셀(470d)은 지향성 픽셀(465a ~ 465d)을 턴 오프하기 위해 사용된다. 지향성 백플레인(445) 내 모든 지향성 픽셀에 의해 산란되어 LCD 셀(470a ~ 470d)과 같은 변조기에 의해 변조된 지향성 광빔은 조합되었을 때 3D 시간 뷰(480)를 형성하는 다중 이미지 뷰를 나타낼 수 있다.
지향성 백플레인은 예를 들면 3각형 형상(도 5에 도시된 바와 같은), 6각형 형상(도 6에 도시된 바와 같은), 또는 원형 형상(도 7에 도시된 바와 같은)과 같은 서로 다른 형상들을 갖게 설계될 수 있음을 알 것이다. 도 5에서, 지향성 백플레인(505)은 3개의 서로 다른 공간 방향, 예를 들면, 입력 평면 광빔(510 ~ 520)으로부터 입력 평면 광빔을 수신한다. 이 구성은 입력 평면 광빔이 서로 다른 색의 광을 나타낼 때, 예를 들면, 입력 평면 광빔(510)이 적색을 나타내고, 입력 평면 광빔(515)이 녹색을 나타내고, 입력 평면 광빔(520)이 청색을 나타낼 때 사용될 수 있다. 입력 평면 광빔(510 ~ 520) 각각은 이들의 광을 한 세트의 지향성 픽셀 상에 집점하기 위해 3각형 지향성 백플레인(505)의 변 상에 배치된다. 예를 들면, 입력 평면 광빔(510)은 한 세트의 지향성 픽셀(525 ~ 535)에 의해 지향성 광빔으로 산란된다. 또한, 이 부-세트의 지향성 픽셀(525 ~ 535)은 입력 평면 광빔(515 ~ 520)으로부터 광을 수신할 수도 있다. 그러나, 설계에 의해 이 광은 손목시계(500)의 의도된 뷰 구역 내에서 산란되지 않는다.
예를 들면, 입력 평면 광빔(510)이 부-세트(GA)의 지향성 픽셀(525 ~ 535)에 의해 의도된 뷰 구역으로 산란되는 것으로 가정한다. 의도된 뷰 구역은 지향성 백라이트(500)에 수직선으로부터 측정된 최대 광선 각도(θmax)에 의해 특정될 수 있다. 또한, 입력 평면 광빔(510)은 부-세트의 지향성 픽셀(GB)(540 ~ 550)에 의해서 산란될 수도 있는데, 그러나 이들 원하지 않는 광선들은 다음과 같은 한, 의도된 뷰 구역 밖에 있임을 알 것이다.
Figure pat00002
(식 2)
λA는 입력 평면 광빔(510)의 파장이며, ncff A는 지향성 백플레인(505) 내에서 입력 평면 광빔(510)의 수평 전파의 유효 굴절률이며, λB는 입력 평면 광빔(520)(지향성 픽셀(540 ~ 550)에 의해 산란되는)의 파장이며, ncff B는 지향성 백플레인(505) 내에서 입력 평면 광빔(520)의 수평 전파의 유효 굴절률이다. 유효 굴절률들 및 파장들이 실질적으로 동일한 경우, 식 2는 다음과 같이 된다:
Figure pat00003
(식 3)
굴절률이 2 이상이고 입력 평면 광빔이 격자 각도에 가깝게 전파하는 지향성 백플레인에 있어서, 디스플레이의 의도된 뷰 구역은 전체 공간(ncff ≥2 및 sinθmax~ 1)까지 확장될 수 있음을 알 수 있다. 유리(예를 들면, n = 1.46)와 같이 굴절률이 낮은 지향성 백플레인에 있어서, 의도된 뷰 구역은 약 Qmax<arcsin(n/2)(유리에 있어서 ±45˚)로 제한된다.
각 지향성 광빔은 예를 들면, LCD 셀(555)과 같은 변조기에 의해 변조될 수 있음을 알 것이다. 지향성 광빔의 정밀한 제어 및 각도 제어는 지향성 백플레인(505) 내 각 지향성 픽셀로 달성될 수 있고 지향성 광빔은 LCD 셀과 같은 변조기에 의해 변조될 수 있기 때문에, 지향성 백라이트(405)는 3D 이미지의 많은 서로 다른 뷰들을 발생하게 설계될 수 있다.
도 4에 도시된 지향성 백플레인(405)은 3각형 슬랩의 맨 끝이 도 4에 도시된 바와 같이 6각형 형상을 형성하게 절단될 수 있음을 인식함으로써 더 콤팩트한 설계로 형상화될 수도 있음을 더욱 알 것이다. 지향성 백플레인(605)은 3개의 서로 다른 공간 방향, 예를 들면, 입력 평면 광빔(610 ~ 620)으로부터 입력 평면 광빔을 수신한다. 입력 평면 광빔(610 ~ 620) 각각은 이의 광을 부-세트의 지향성 픽셀(예를 들면, 지향성 픽셀(625 ~ 635) 상에 집점하기 위해 6각형 지향성 백플레인(605)의 교호의 변들 상에 배치된다. 여러 예에서, 6각형 지향성 백플레인(605)은 지향성 픽셀 크기가 10 ~ 30㎛ 정도이고, 10 ~ 30mm 정도의 범위일 수 있는 변 길이를 갖는다.
손목시계(600)가 복수의 구성의 변조기를 가진 것으로 도시된 것을 알 것이다. 한 세트의 지향성 픽셀로부터 지향성 광빔을 변조하기 위해 단일 변조기, 예를 들면, 지향성 픽셀(625 ~ 635)에 대해 LCD 셀(640)이 사용될 수 있고, 혹은 단일 지향성 픽셀을 변조하기 위해 단일 변조기, 예를 들면, 지향성 픽셀(660)에 대해 LCD 셀(655)이 사용될 수 있다. 당업자는 지향성 픽셀에 의해 산란된 지향성 광빔을 변조하기 위해 지향성 픽셀에 사용하기 위한 변조기의 임의의 구성이 사용될 수 있음을 안다. 또한, 당업자는 지향성 광빔을 변조하기 위해 임의의 셔터층 구성이 사용될 수도 있음을 안다.
또한, 색 입력 평면 광빔과 함께 사용하기 위한 지향성 백라이트는 주요 3색으로부터의 광이 3개의 서로 다른 방향으로부터 오는한, 3각형(도 5) 혹은 6각형 형상(도 6) 외에 임의의 기하학적 형상을 가질 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 지향성 백라이트는 원형, 타원형, 또는 3개의 서로 다른 방향으로부터 광을 수신할 수 있는 또 다른 형상일 수 있다. 이제 도 7을 참조하여, 원형 형상을 갖는 지향성 백라이트가 설명된다. 손목시계(700) 내 지향성 백플레인(705)은 3개의 서로 다른 방향으로부터 입력 평면 광빔(710 ~ 720)을 수신한다. 각 지향성 픽셀은 원형 형상, 예를 들면, 지향성 픽셀(720)을 가지며 변조기, 예를 들면, LCD 셀(725)에 의해 변조되는 지향성 광빔을 산란한다. 각 LCD 셀은 사각형 형상을 가지며, 원형 지향성 백플레인(705)은 원형 지향성 픽셀(혹은 요망된다면 다각형 지향성 픽셀)에 대한 사각형 LCD 셀을 수용하게 설계된다.
본원에 따라 다중 뷰 3D 손목시계로 3D 시간 뷰를 발생하기 위한 흐름도가 도 8에 도시되었다. 다중 뷰 3D 손목시계는 위에 기술된 바와 같이 지향성 백플레인 및 클럭 회로에 의한 셔터층 제어기로 3D 시간 뷰를 발생한다. 먼저, 클럭 회로는 표시될 시간을 결정한다(800). 복수의 협대역 광원으로부터 광은 입력 평면 광빔(805) 형태로 지향성 백플레인에 입력된다. 이어, 클럭 회로는 표시될 시간에 따라 지향성 백플레인 내 한 세트의 지향성 픽셀을 변조하기 위해 셔터층을 제어한다(810). 마지막으로, 3D 시간 뷰는 지향성 백플레인(815) 내 지향성 픽셀에 의해 산란되는 변조된 광빔으로부터 발생된다.
유익하게, 다중 뷰 3D 손목시계는 사용자가 시간을 마치 공간 내에 떠있는 것처럼 보도록 3D 시간 뷰가 발생될 수 있게 한다. 지향성 픽셀에 의해 발생된 지향성 광빔은 발생된 시간 뷰 내에 임의의 요망되는 효과를 생성하기 위해 변조될 수 있다.
개시된 실시예의 앞에 설명은 당업자가 본 발명을 제작 또는 사용할 수 있게 하기 위해 제공됨을 알 것이다. 이들 실시예에 대한 다양한 수정들은 당업자에게 쉽게 명백해질 것이며, 그에 정의된 일반적 원리는 본 발명의 정신 또는 범위 내에서 다른 실시예에 적용될 수도 있다. 이에 따라, 본 발명은 이에 제시된 실시예로 한정하려는 것이 아니며 이에 개시된 원리 및 신규한 특징에 일관된 가장 넓은 범위가 주어진다.

Claims (19)

  1. 다중 뷰 디스플레이 스크린에 있어서,
    복수의 입력 평면 광빔들을 생성하는 복수의 광원들;
    상기 복수의 입력 평면 광빔들을 안내하도록 구성된 지향성 백플레인(backplane)으로서, 상기 지향성 백플레인은 안내된 상기 입력 평면 광빔들의 일부를 상기 지향성 백플레인의 표면 밖으로 삼차원(3D) 이미지의 서로 다른 뷰들의 방향들에 대응하는 복수의 지향성 광빔들로 산란시키도록 구성된 복수의 지향성 픽셀들을 갖고, 각각의 지향성 광빔은 상기 복수의 지향성 픽셀들 내 지향성 픽셀의 특징들에 의해 제어되는 방향 및 각도퍼짐(angular spread)을 갖는, 상기 지향성 백플레인; 및
    상기 복수의 지향성 광빔들을 변조하여 상기 삼차원(3D) 이미지를 생성하도록 구성된 셔터층을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 지향성 백플레인 위에 위치된 스페이서 층을 더 포함하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 셔터층은 상기 스페이서 층 위에 위치된, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 지향성 백플레인은 실질적으로 평면인 투명한 물질 슬랩(slab)을 포함하고, 상기 복수의 입력 평면 광빔들이 실질적으로 평면인 상기 투명한 물질 슬랩의 평면 내에서 전파되도록 구성되는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 지향성 픽셀들 내 각 지향성 픽셀은 패터닝된 격자를 포함하고, 상기 패터닝된 격자는 복수의 실질적으로 평행한 홈들을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  6. 제 5 항에 있어서, 지향성 픽셀의 상기 특징들은 상기 패터닝된 격자의 격자 길이, 격자 폭, 격자 방위, 격자 피치, 및 격자 듀티 사이클 중 하나 이상을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 패터닝된 격자의 상기 격자 피치 및 상기 격자 방위는 상기 지향성 픽셀에 의해 산란되는 지향성 광빔의 방향을 제어하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 패터닝된 격자의 상기 격자 길이 및 상기 격자 폭은 상기 지향성 픽셀에 의해 산란되는 지향성 광빔의 각도퍼짐을 제어하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 셔터층은 복수의 변조기들을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 지향성 백플레인은 다각형 형상을 갖는 투명한 물질 슬랩을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 지향성 백플레인은 원형 형상을 갖는 투명한 물질 슬랩을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 지향성 픽셀들은 복수의 다각형 지향성 픽셀들을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 지향성 픽셀들은 복수의 원형 지향성 픽셀들을 포함하는, 다중 뷰 디스플레이 스크린.
  14. 제 1 항의 다중 뷰 디스플레이 스크린을 포함하는 다중 뷰 3D 손목시계에 있어서,
    상기 다중 뷰 3D 손목시계는 시간을 결정하는 클럭 회로를 더 포함하고,
    상기 셔터층은 상기 클럭 회로로부터 상기 시간을 수신하고 수신된 상기 시간에 따라 상기 복수의 지향성 광빔들을 변조하도록 구성되며,
    상기 삼차원(3D) 이미지는 3D 시간 뷰를 포함하는, 다중 뷰 3D 손목시계.
  15. 다중 뷰 디스플레이 스크린에서 3D 뷰를 생성하는 방법에 있어서,
    투명한 물질 슬랩을 포함하는 지향성 백플레인 내에서 복수의 광원들로부터 복수의 입력 평면 광빔들을 안내하는 단계;
    상기 지향성 백플레인의 복수의 지향성 픽셀들을 이용하여 안내된 상기 입력 평면 광빔들의 일부를 상기 투명한 물질 슬랩 밖으로 산란시켜 복수의 지향성 광빔들을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 지향성 픽셀들 중의 지향성 픽셀은 3D 이미지의 서로 다른 지정된 뷰들에 대응하는 각도퍼짐 및 지정된 각도를 갖는 상기 복수의 지향성 광빔들 중의 지향성 광빔들을 생성하기 위한 패터닝된 격자를 포함하는, 상기 복수의 지향성 광빔들을 생성하는 단계; 및
    상기 3D 이미지를 생성하기 위해 셔터층을 이용하여 상기 복수의 지향성 광빔들을 변조하는 단계를 포함하는, 3D 뷰를 생성하는 방법.
  16. 다중 뷰 모바일 장치에 있어서,
    입력 평면 광빔들을 생성하는 복수의 광원들;
    상기 입력 평면 광빔들을 안내하도록 구성된 투명한 물질 슬랩을 포함하는 지향성 백플레인;
    상기 입력 평면 광빔들의 일부를 복수의 지향성 광빔들로 산란시키도록 구성된 상기 지향성 백플레인 내 복수의 지향성 픽셀들로서, 각각의 지향성 광빔은 상기 복수의 지향성 픽셀들 내 지향성 픽셀의 특징에 의해 제어되는 방향 및 각도퍼짐을 갖는, 상기 복수의 지향성 픽셀들; 및
    상기 복수의 지향성 광빔들을 변조하여 삼차원(3D) 이미지의 3D 뷰들을 제공하는 셔터층을 포함하고,
    각각의 지향성 픽셀들은 패터닝된 격자를 포함하며, 변조된 상기 지향성 광빔들 중 서로 다른 광빔은 상기 3D 뷰들의 서로 다른 지정된 뷰들을 제공하기 위해 제어된 방향 및 각도퍼짐을 갖는, 다중 뷰 모바일 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 패터닝된 격자는 복수의 실질적으로 평행한 홈들을 포함하는, 다중 뷰 모바일 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 지향성 픽셀의 상기 특징은 격자 길이, 격자 폭, 격자 방위, 격자 피치, 및 격자 듀티 사이클 중 하나 이상을 포함하는, 다중 뷰 모바일 장치.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 특징은 격자 피치 및 격자 방향을 포함하고, 상기 격자 피치 및 상기 격자 방향은 지향성 광빔의 방향을 제어하도록 구성되는, 다중 뷰 모바일 장치.
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